(57)【要約】  本発明に係る冷凍サイクル装置（１００）においては、非共沸混合冷媒が使用される。冷凍サイクル装置（１００）は、圧縮機（１）と、第１熱交換器（３）と、減圧装置（４）と、第２熱交換器（５ａ）と、第３熱交換器（５ｂ）と、送風装置（７）とを備える。送風装置（７）は、第２熱交換器（５ａ）および第３熱交換器（５ｂ）に送風する。非共沸混合冷媒は、圧縮機（１）、第１熱交換器（３）、減圧装置（４）、第２熱交換器（５ａ）、および第３熱交換器（５ｂ）の第１循環方向に循環する。第２熱交換器（５ａ）の流路抵抗は、第３熱交換器（５ｂ）の流路抵抗よりも大きい。送風装置（７）は、第２熱交換器（５ａ）および第３熱交換器（５ｂ）を流れる非共沸混合冷媒と並行流を形成する。
2020021700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非共沸混合冷媒が使用される冷凍サイクル装置であって、
圧縮機と、
第１熱交換器と、
減圧装置と、
第２熱交換器と、
第３熱交換器と、
前記第２熱交換器および前記第３熱交換器に送風する送風装置とを備え、
前記非共沸混合冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記減圧装置、前記第２熱交換器、および前記第３熱交換器の第１循環方向に循環し、
前記第２熱交換器の流路抵抗は、前記第３熱交換器の流路抵抗よりも大きく、
前記送風装置は、前記第２熱交換器および前記第３熱交換器を流れる前記非共沸混合冷媒と並行流を形成する、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第２熱交換器は、前記非共沸混合冷媒が流れる少なくとも１つの伝熱管を含み、
前記第３熱交換器は、互いに並進するように形成された、前記非共沸混合冷媒が流れる複数の伝熱管を含み、
前記第２熱交換器の伝熱管の数は、前記第３熱交換器の伝熱管の数よりも小さい、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第３熱交換器の伝熱管の数は、前記第２熱交換器の伝熱管の数の２倍以上である、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記非共沸混合冷媒の循環方向を前記第１循環方向と前記第１循環方向とは逆の第２循環方向との間で切り替える流路切替弁をさらに備え、
前記非共沸混合冷媒の循環方向が前記第２循環方向である場合、前記送風装置は、前記第２熱交換器および前記第３熱交換器を流れる前記非共沸混合冷媒と対向流を形成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第２熱交換器および前記第３熱交換器は、前記送風装置の送風方向と直交する方向に沿って配置されている、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記圧縮機の吐出口に接続された開閉弁と、
前記第１熱交換器および前記減圧装置の間の接続ノードに接続された逆止弁と、
前記開閉弁と前記逆止弁との間において直列に接続された第４熱交換器および第５熱交換器と、
制御装置とをさらに備え、
前記第４熱交換器および前記第２熱交換器は、前記送風方向に沿ってこの順に配置され、
前記第５熱交換器および前記第３熱交換器は、前記送風方向に沿ってこの順に配置され、
前記逆止弁の順方向は、前記逆止弁から前記接続ノードへ向かう方向であり、
前記制御装置は、前記非共沸混合冷媒の循環方向が前記第１循環方向である場合、前記開閉弁を開放し、前記非共沸混合冷媒の循環方向が前記第２循環方向である場合、前記開閉弁を閉止する、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記非共沸混合冷媒は、ＨＦＣ３２を含み、
前記ＨＦＣ３２の重量比率は、４６ｗｔ％以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非共沸混合冷媒が使用される冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、冷凍サイクル装置において、単一の成分からなる冷媒に地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global  Warming  Potential）のより低い他の冷媒を混ぜてＧＷＰを低下させた非共沸混合冷媒が用いられることがある。たとえば、国際公開第２０１５／１５１２８９号（特許文献１）には、Ｒ−４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒を使用可能な空気調和装置が開示されている。当該空気調和装置においては、熱源側熱交換器が第１熱交換器部および第２熱交換器部を備える。第１熱交換部の出口温度が第２熱交換部の出口温度よりも高い場合に第１熱交換部に流通する熱媒体の流量が減らされることにより、熱源側熱交換器の全域における除霜能力を均一にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１５１２８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非共沸混合冷媒は、圧力が一定の場合、飽和液の非共沸混合冷媒の温度よりも飽和蒸気の非共沸混合冷媒の温度の方が高いという特性（温度勾配）を有することが知られている。そのため、冷凍サイクル装置において、非共沸混合冷媒の蒸発過程の圧力が一定の場合、蒸発器として機能する熱交換器に流入する非共沸混合冷媒の温度は、温度勾配により当該熱交換器から流出する非共沸混合冷媒の温度よりも低い。非共沸混合冷媒が流入する当該熱交換器のポート付近に霜が生じ易い。しかし、特許文献１に開示されている空気調和装置においては、非共沸混合冷媒が流入する熱交換器のポート付近の温度低下について考慮されていない。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、非共沸混合冷媒が使用される冷凍サイクル装置において、熱交換器に霜が発生することによる性能の低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る冷凍サイクル装置においては、非共沸混合冷媒が使用される。冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第１熱交換器と、減圧装置と、第２熱交換器と、第３熱交換器と、送風装置とを備える。送風装置は、第２熱交換器および第３熱交換器に送風する。非共沸混合冷媒は、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、第２熱交換器、および第３熱交換器の第１循環方向に循環する。第２熱交換器の流路抵抗は、第３熱交換器の流路抵抗よりも大きい。送風装置は、第２熱交換器および第３熱交換器を流れる非共沸混合冷媒と並行流を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、第２熱交換器の流路抵抗が第３熱交換器の流路抵抗よりも大きく、かつ、送風装置が第２熱交換器および第３熱交換器を流れる非共沸混合冷媒と並行流を形成することにより、第２熱交換器および第３熱交換器における霜の発生を抑制することができる。その結果、熱交換器に霜が発生することによる性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成および暖房運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。
【図２】図１の冷凍サイクル装置の構成および冷房運転および除霜運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。
【図３】比較例に係る冷凍サイクル装置の構成および暖房運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す図である。
【図４】図３の冷凍サイクル装置における非共沸混合冷媒のエンタルピ、圧力、および温度の関係を示すＰ−ｈ線図である。
【図５】図３の熱交換器の或る伝熱管における位置と当該位置における非共沸混合冷媒の温度との対応関係、および当該位置と当該位置における空気の温度との対応関係を併せて示す図である。
【図６】図１の冷凍サイクル装置における非共沸混合冷媒のエンタルピ、圧力、および温度の関係を示すＰ−ｈ線図である。
【図７】図１の熱交換器の或る伝熱管における位置と当該位置における非共沸混合冷媒の温度との対応関係、当該位置と当該位置における空気の温度との対応関係を併せて示す図である。
【図８】図１の２つの熱交換器の伝熱管の数の比と、図３の冷凍サイクル装置のＣＯＰ（Coefficient  Of  Performance）に対する図１の冷凍サイクル装置のＣＯＰの比の対応関係を示す図である。
【図９】実施の形態１の変形例１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】実施の形態１の変形例２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１１】実施の形態１の変形例３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成および暖房運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。
【図１３】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成および冷房運転および除霜運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。
【図１４】実施の形態２の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成および暖房運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成および暖房運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置１００としては、たとえばＰＡＣ（Package  Air  Conditioner）あるいはＲＡＣ（Ｒｏｏｍ  Air  Conditioner）を挙げることができる。
【００１１】
図１に示されるように、冷凍サイクル装置１００は、室外機１１０と、室内機１２０とを備える。室外機１１０は、圧縮機１と、四方弁２（流路切替弁）と、膨張弁４（減圧装置）と、熱交換器５ａ（第２熱交換器）と、熱交換器５ｂ（第３熱交換器）と、室外ファン７（送風装置）と、制御装置８とを含む。室内機１２０は、熱交換器３（第１熱交換器）と、室内ファン６とを含む。
【００１２】
冷凍サイクル装置１００には、従来使用されていた冷媒（たとえばＲ４０４ＡあるいはＲ４１０Ａ）よりもＧＷＰが低減された非共沸混合冷媒が使用される。具体的には、非共沸混合冷媒は、Ｒ３２を含むとともに、標準大気圧において３度以上の温度勾配を有する。
【００１３】
ＨＦＣ３２の重量比率は、４６ｗｔ％以下とすることが望ましい。ＨＦＣ３２の重量比率を４６ｗｔ％以下とすることにより、非共沸混合冷媒のＧＷＰを３００程度まで低減することできる。その結果、冷凍サイクル装置１００の出荷台数の増加に伴って非共沸混合冷媒の使用量が増加した場合でも、冷媒に関する規制（たとえばモントリオール議定書、あるいはＦ−ｇａｓ規制）を満たすことができる。
【００１４】
ＨＦＣ３２は、非共沸混合冷媒の動作圧力を上昇させる。ＨＦＣ３２を非共沸混合冷媒に含ませることにより、所望の動作圧力を確保するために必要な圧縮機１の容積（ストロークボリューム）を小さくすることができるため、圧縮機１を小型化することができる。
【００１５】
ＨＦＣ３２以外に非共沸混合冷媒が含む冷媒は、従来使用されていた冷媒よりもＧＷＰが低い冷媒（たとえば、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ２９０、あるいはＣＯ２）であることが望ましい。なお、ＧＷＰの低減が妨げられない範囲で、非共沸混合冷媒は、従来使用されていた冷媒よりもＧＷＰが高い冷媒（たとえばＲ１３４ａあるいはＲ１２５）を含んでもよい。非共沸混合冷媒は、３種類以上の冷媒を含んでもよい。
【００１６】
制御装置８は、圧縮機１の駆動周波数を制御することにより、不図示の温度センサによって取得する室内機１２０内の温度が所望の温度（たとえばユーザによって設定された温度）となるように圧縮機１が単位時間あたりに吐出する冷媒量を制御する。制御装置８は、非共沸混合冷媒の過熱度または過冷却度が所望の範囲の値となるように膨張弁４の開度を制御する。制御装置８は、室内機１２０内の温度が所望の温度となるように室内ファン６および室外ファン７の単位時間当たりの送風量を制御する。制御装置８は、室内ファン６に関してはユーザの設定（たとえば弱風モードあるいは強風モード）を優先して室内ファン６の単位時間当たりの送風量を制御する。制御装置８は、四方弁２を制御して、非共沸混合冷媒の循環方向を切り替える。なお、制御装置８は、圧縮機１の吐出温度と予め設定した圧縮機１の耐熱温度（たとえば１００℃）との温度差に応じて、圧縮機１の駆動周波数、室内ファン６および室外ファン７の単位時間当たりの送風量、ならびに膨張弁４の開度を調整してもよい。
【００１７】
制御装置８は、四方弁２を制御して、暖房運転において圧縮機１の吐出口と熱交換器３とを連通させるとともに、熱交換器５ｂと圧縮機１の吸入口とを連通させる。暖房運転において非共沸混合冷媒は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、膨張弁４、熱交換器５ａ、熱交換器５ｂ、および四方弁２の循環方向（第１循環方向）に循環する。
【００１８】
熱交換器５ａ，５ｂは、膨張弁４および四方弁２の間で直列に接続されている。熱交換器５ａの流路抵抗は、熱交換器５ｂの流路抵抗よりも大きい。すなわち、熱交換器５ａにおける圧力損失は、熱交換器５ｂにおける圧力損失よりも大きい。具体的には、熱交換器５ａは互いに並進するように形成された少なくとも１つの伝熱管を含み、熱交換器５ｂは互いに並進するように形成された複数の伝熱管を含む。熱交換器５ａの伝熱管の数は、熱交換器５ｂの伝熱管の数よりも小さい。図１においては、熱交換器５ａは２本の伝熱管を含み、熱交換器５ｂは４本の伝熱管を含むが、熱交換器５ａ，５ｂが含む伝熱管の数は図１に示される数に限定されない。
【００１９】
非共沸混合冷媒は、熱交換器５ａ，５ｂに含まれる伝熱管を通過しながら空気と熱交換する。室外ファン７は、熱交換器５ａ，５ｂに送風し、熱交換器５ａ，５ｂを通過する非共沸混合冷媒と並行流を形成する。熱交換器５ａ，５ｂは、送風装置の送風方向Ａｄ１と直交する方向に沿って配置されている。なお、図１においては、熱交換器５ａから流出する非共沸混合冷媒および熱交換器５ｂから流出する非共沸混合冷媒が合流して熱交換器５ｂに向かうように接続配管が形成されているが、熱交換器５ａと５ｂとを接続する接続配管の態様は図１に示される態様に限定されない。たとえば、熱交換器５ａ，５ｂ各々から流出する非共沸混合冷媒が合流せずに熱交換器５ｂに向かうように接続配管が形成されていてもよい。
【００２０】
図１において熱交換器５ａ，５ｂに含まれる各伝熱管は一方のポートから他方のポートへ向かって直線状に形成されているように描かれているが、一方のポートから他方のポートへ向かって蛇行するように形成されていてもよい。熱交換器５ａの構造（たとえば段方向のピッチ、列方向のピッチ、あるいはフィンのピッチ）は、熱交換器５ｂの構造と異なっていてもよい。熱交換器５ａ，５ｂの各伝熱管に均等に非共沸混合冷媒を分配するために、熱交換器５ａと５ｂとの間に分配器あるいはディストリビュータを設けてもよい。
【００２１】
図２は、図１の冷凍サイクル装置１００の構成および冷房運転および除霜運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。図２に示されるように、制御装置８は、四方弁２を制御して、冷房運転および除霜運転において圧縮機１の吐出口と熱交換器５ｂとを連通させるとともに、熱交換器３と圧縮機１の吸入口とを連通させる。冷房運転および除霜運転において非共沸混合冷媒は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器５ｂ、熱交換器５ａ、膨張弁４、熱交換器３、および四方弁２の循環方向（第２循環方向）に循環する。
【００２２】
暖房運転において非共沸混合冷媒が流入する熱交換器５ａのポート付近の温度が閾値（たとえば−２℃）以下である場合、あるいは当該温度が閾値以下となってから基準時間が経過した場合に、制御装置８は四方弁２を制御して非共沸混合冷媒の循環方向を切り替えて除霜運転を開始する。制御装置８は、除霜運転を開始してから除霜完了時間が経過した後、除霜運転を終了して暖房運転を再開する。
【００２３】
除霜運転において、制御装置８は、室内ファンを停止し、蒸発器として機能する熱交換器３によって冷却された空気が室内に送風されることを防止する。制御装置８は、室外ファン７を停止、あるいは室外ファン７の単位時間当たりの送風量を低減して熱交換器５ａ，５ｂを通過する非共沸混合冷媒と空気との熱交換を抑制し、当該非共沸混合冷媒の顕熱および潜熱による霜の溶解を促進する。
【００２４】
冷房運転および除霜運転においても室外ファン７は、暖房運転と同様に送風方向Ａｄ１に送風する。一方で熱交換器５ａ，５ｂを流れる非共沸混合冷媒の方向は暖房運転と逆となる。そのため、熱交換器５ａ，５ｂを流れる非共沸混合冷媒と室外ファン７による送風とによって対向流が形成される。
【００２５】
熱交換器５ａ，５ｂは、暖房運転においては蒸発器として機能し、冷房運転および除霜運転においては凝縮器として機能する。非共沸混合冷媒の状態は、凝縮器における凝縮過程において過熱度を有する気体、気液二相状態、過冷却度を有する液体の順に変化する。一方で、非共沸混合冷媒の状態は、蒸発器における蒸発過程においてほとんど気液二相状態である。凝縮過程における非共沸混合冷媒の温度変化は、蒸発過程における非共沸混合冷媒の温度変化よりも大きい。
【００２６】
そこで、冷凍サイクル装置１００においては、室外ファン７の送風方向Ａｄ１と熱交換器５ａ，５ｂを流れる非共沸混合冷媒の方向とが、暖房運転においては並行流となるとともに、冷房運転においては対向流となるように室外ファン７の送風方向Ａｄ１が定められている。このように送風方向Ａｄ１を定めることによって、暖房運転における熱交換器５ａ，５ｂの熱交換効率の低下を抑制しながら、冷房運転における熱交換器５ａ，５ｂの熱交換効率を向上させることができる。
【００２７】
図３は、比較例に係る冷凍サイクル装置９００の構成および暖房運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す図である。冷凍サイクル装置９００の構成は、図１の冷凍サイクル装置１００の熱交換器５ａ，５ｂが熱交換器５に置き換えられた構成である。それら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
【００２８】
図４は、図３の冷凍サイクル装置９００における非共沸混合冷媒のエンタルピ、圧力、および温度の関係を示すＰ−ｈ線図である。図４において、曲線ＬＣ，ＧＣは、それぞれ飽和液線、および飽和蒸気線を表す。飽和液線および飽和蒸気線は、臨界点ＣＰにおいて接続されている。後に説明する図６においても同様である。
【００２９】
図４を参照しながら、状態Ｃ１からＣ２への過程は、圧縮機１による断熱圧縮過程を示す。状態Ｃ２からＣ３への過程が熱交換器３による凝縮過程を表す。状態Ｃ３からＣ４への過程は、膨張弁４による減圧過程を表す。状態Ｃ４からＣ１への過程は、熱交換器５による蒸発過程を表す。
【００３０】
図５は、図３の熱交換器５の或る伝熱管における位置と当該位置における非共沸混合冷媒の温度との対応関係Ｒ１、および当該位置と当該位置における空気の温度との対応関係Ａ１を併せて示す図である。図５において、位置Ｌ１は、非共沸混合冷媒が流入する熱交換器５のポートの位置を表す。位置Ｌ９２は、非共沸混合冷媒が流出する熱交換器５のポートの位置を表す。温度Ｔ１は、図４の状態Ｃ４の温度を表す。温度Ｔ２は、図４の状態Ｃ１の温度を表す。
【００３１】
図５に示されるように、熱交換器５に位置Ｌ１から流入する非共沸混合冷媒は、位置Ｌ１からＬ２に流れる過程で空気から熱を吸収する。その結果、非共沸混合冷媒の温度は、Ｔ１からＴ２に上昇する。一方、室外ファン７によって熱交換器５に送風される空気は、位置Ｌ１からＬ２に向かう過程で熱交換器５を流れる非共沸混合冷媒に熱を吸収される。その結果、当該空気の温度は、Ｔ３からＴ４に低下する。
【００３２】
圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒の過熱度が一定の範囲に維持される場合、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒の温度はほぼ一定となる。そのため、非共沸混合冷媒の温度勾配が大きくなる程、熱交換器５に流入する非共沸混合冷媒の温度Ｔ４が低下し、熱交換器５に霜が発生し易くなる。その結果、冷凍サイクル装置９００の性能が低下し得る。
【００３３】
そこで、冷凍サイクル装置１００においては、直列に接続された２つの熱交換器５ａ，５ｂを暖房運転において蒸発器として機能させる。熱交換器５ａの流路抵抗を熱交換器５ｂの流路抵抗よりも大きくすることにより、熱交換器５ａによる前半の蒸発過程においては、非共沸混合冷媒の温度上昇を抑制する。また、熱交換器５ｂによる後半の蒸発過程においては非共沸混合冷媒の温度を所望の温度まで上昇させる。その結果、熱交換器５ａに吸入される非共沸混合冷媒の温度をＴ１よりも高くするともに、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒の温度をＴ２に維持することができる。冷凍サイクル装置１００によれば、性能を維持しながら、蒸発器として機能する熱交換器５ａ，５ｂにおける霜の発生を抑制することができる。また、除霜運転の頻度を低下させることができるので、ユーザの快適性を向上させることができる。
【００３４】
図６は、図１の冷凍サイクル装置１００における非共沸混合冷媒のエンタルピ、圧力、および温度の関係を示すＰ−ｈ線図である。図６において、状態Ｃ１〜Ｃ３は、図４と同様である。状態Ｃ１４からＣ１５への過程は、熱交換器５ａによる蒸発過程を表す。状態Ｃ１５からＣ１への過程は、熱交換器５ｂによる蒸発過程を表す。
【００３５】
図６に示されるように、状態Ｃ１４からＣ１５への蒸発過程においては、熱交換器５ａにおける圧力損失により、蒸発過程の進行に伴って非共沸混合冷媒の圧力が低下している。状態Ｃ１４からＣ１５への蒸発過程は温度Ｔ１４の等温線に沿うように変化している。一方、状態Ｃ１５からＣ１への蒸発過程においては、熱交換器５ｂにおける圧力損失が熱交換器５ａにおける圧力損失よりも小さいために、非共沸混合冷媒の圧力の低下は、状態Ｃ１４からＣ１５への蒸発過程における当該圧力の低下よりも小さい。
【００３６】
図７は、図１の熱交換器５ａ，５ｂの或る伝熱管における位置と当該位置における非共沸混合冷媒の温度との対応関係Ｒ１１，Ｒ１２、当該位置と当該位置における空気の温度との対応関係Ａ１１，Ａ１２を併せて示す図である。図７において、対応関係Ｒ１１は、熱交換器５ａの或る伝熱管における位置と当該位置における非共沸混合冷媒の温度との対応関係を表す。対応関係Ａ１１は、熱交換器５ａの或る伝熱管における位置と当該位置における空気の温度との対応関係を表す。対応関係Ｒ１２は、熱交換器５ｂの或る伝熱管における位置と当該位置における非共沸混合冷媒の温度との対応関係を表す。対応関係Ａ１２は、熱交換器５ｂの或る伝熱管における位置と当該位置における空気の温度との対応関係を表す。位置Ｌ１１は、非共沸混合冷媒が流入する熱交換器５ａのポートの位置を表す。位置Ｌ１２は、非共沸混合冷媒が流出する熱交換器５ａのポートを表す。位置Ｌ１３は、非共沸混合冷媒が流入する熱交換器５ｂのポートの位置を表す。図７においては位置Ｌ１２，Ｌ１３を重ねて示している。位置Ｌ１４は、非共沸混合冷媒が流出する熱交換器５ｂのポートの位置を表す。温度Ｔ１４は、図６の状態Ｃ１４の温度を表す。温度Ｔ１５は、図６の状態Ｃ１５の温度を表す。温度Ｔ１〜Ｔ３は、図５と同様である。
【００３７】
図７に示されるように、熱交換器５ａに位置Ｌ１１から流入する非共沸混合冷媒は、位置Ｌ１１からＬ１２に流れる過程で空気から熱を吸収する。その結果、非共沸混合冷媒の温度は、Ｔ１４からＴ１５に上昇する。温度Ｔ１４は、温度Ｔ１よりも高い。熱交換器５ｂに位置Ｌ１３から流入する非共沸混合冷媒は、位置Ｌ１３からＬ１４に流れる過程で空気から熱を吸収する。その結果、非共沸混合冷媒の温度は、Ｔ１５からＴ２に上昇する。
【００３８】
一方、室外ファン７によって熱交換器５ａに送風される空気は、位置Ｌ１１からＬ１２に向かう過程で熱交換器５ａを流れる非共沸混合冷媒に熱を吸収される。その結果、当該空気の温度は、Ｔ３からＴ１６に低下する。室外ファン７によって熱交換器５ｂに送風される空気は、位置Ｌ１３からＬ１４に向かう過程で熱交換器５ｂを流れる非共沸混合冷媒に熱を吸収される。その結果、当該空気の温度は、Ｔ３からＴ１７に低下する。
【００３９】
図７と併せて図１も参照しながら、冷凍サイクル装置１００においては、熱交換器５ａ，５ｂが送風方向Ａｄ１と直交する方向に配置されている。そのため、熱交換器５ａ，５ｂにはともにほぼ同じ温度Ｔ３の空気が送風される。位置Ｌ１３から熱交換器５ｂに流入する非共沸混合冷媒は、位置Ｌ１１における空気の温度Ｔ３とほぼ同じ温度の空気と熱交換を開始することができる。その結果、熱交換器５ｂに流入する非共沸混合冷媒が位置Ｌ１２における温度Ｔ１６の空気と熱交換を継続する場合よりも、熱交換器５ｂの熱交換効率を高めることができる。
【００４０】
図８は、図１の熱交換器５ａの伝熱管の数に対する熱交換器５ｂの伝熱管の数の比と、図３の冷凍サイクル装置９００のＣＯＰ（Coefficient  Of  Performance）に対する図１の冷凍サイクル装置１００のＣＯＰの比の対応関係を示す図である。図８に示されるように、熱交換器５ａの伝熱管の数に対する熱交換器５ｂの伝熱管の数の比が２以上である場合に、冷凍サイクル装置９００のＣＯＰ（Coefficient  Of  Performance）に対する図１の冷凍サイクル装置１００のＣＯＰの比は１以上となる。そのため、熱交換器５ｂの伝熱管の数は、熱交換器５ａの伝熱管の数の２倍以上であることが望ましい。
【００４１】
実施の形態１の変形例１．
実施の形態１においては、蒸発器として機能する２つの熱交換器が直列に接続される場合について説明した。直列に接続される蒸発器として機能する熱交換器は、３つ以上であってもよい。図９は、実施の形態１の変形例１に係る冷凍サイクル装置１００Ａの構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置１００Ａの構成は、図１の冷凍サイクル装置１００に熱交換器５ｃが追加された構成である。これ以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
【００４２】
図９に示されるように、熱交換器５ｃは、熱交換器５ａと５ｂとの間に接続されている。熱交換器５ｃの流路抵抗は、熱交換器５ａの流路抵抗よりも小さく、熱交換器５ｂの流路抵抗よりも大きい。熱交換器５ｃは互いに並進するように形成された複数の伝熱管を含む。熱交換器５ｃの伝熱管の数は、熱交換器５ａの伝熱管の数よりも大きく、熱交換器５ｂの伝熱管の数よりも小さい。熱交換器５ａ〜５ｃは、送風方向Ａｄ１と直交する方向に沿って配置されている。
【００４３】
実施の形態１の変形例２．
実施の形態１においては、蒸発器として機能する２つの熱交換器が送風装置の送風方向と直交する方向に沿って配置されている場合について説明した。蒸発器として機能する２つの熱交換器は送風装置の送風方向に沿って配置されてもよい。図１０は、実施の形態１の変形例２に係る冷凍サイクル装置１００Ｂの構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置１００Ｂの構成は、図１の冷凍サイクル装置１００の熱交換器５ａ，５ｂが送風方向Ａｄ１に沿って配置された構成である。これ以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
【００４４】
実施の形態１の変形例３．
実施の形態１においては、流路切替弁を備える構成について説明した。実施の形態に係る冷凍サイクル装置には、ショーケース、あるいは冷蔵庫のように流路切替弁を備えない構成も含まれる。図１１は、実施の形態１の変形例３に係る冷凍サイクル装置１００Ｃの構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置１００Ｃの構成は、図１の冷凍サイクル装置１００の構成から四方弁２が除かれているとともに、制御装置８が８Ｃに置き換えられた構成である。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
【００４５】
除霜運転において制御装置８Ｃは、圧縮機１を停止してから不図示のヒータによって熱交換器５ａ，５ｂを加熱する。制御装置８Ｃは、ヒータを起動してから除霜完了時間が経過した後、ヒータを停止して圧縮機１を再起動する。
【００４６】
実施の形態１においては、１つの室外機および１つの室内機を含む冷凍サイクル装置について説明した。実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、複数の室外機を備えていてもよいし、複数の室内機を備えていてもよい。
【００４７】
以上、実施の形態１および変形例１〜３に係る冷凍サイクル装置によれば、熱交換器に霜が発生することによる性能の低下を抑制することができる。
【００４８】
実施の形態２．
実施の形態２においては、蒸発器として機能する２つの熱交換器と熱交換する空気を他の熱交換器によって加熱し、霜の発生を実施の形態１よりもさらに抑制する構成について説明する。
【００４９】
図１２は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の構成および暖房運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置２００の構成は、図１の冷凍サイクル装置１００の構成に熱交換器５ｄ（第４熱交換器）、熱交換器５ｅ（第５熱交換器）、流量調整弁９（開閉弁）、逆止弁１０、および温度センサ１１ａ，１１ｂが追加されているとともに、制御装置８が２８に置き換えられた構成である。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
【００５０】
図１２に示されるように、流量調整弁９は、圧縮機１の吐出口と四方弁２との間の接続ノードＮ１に接続されている。逆止弁１０は、膨張弁４と熱交換器３との間の接続ノードＮ２に接続されている。逆止弁１０の順方向は、逆止弁１０から接続ノードＮ２に向かう方向である。流量調整弁９と逆止弁１０との間において熱交換器５ｄ，５ｅは、この順に直列に接続されている。熱交換器５ｄ，５ａは、送風方向Ａｄ１に沿ってこの順に配置されて隣接している。熱交換器５ｅ，５ｂは、送風方向Ａｄ１に沿ってこの順に配置されて隣接している。
【００５１】
なお、熱交換器５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅの各構造（たとえば段方向のピッチ、列方向のピッチ、あるいはフィンのピッチ）は互いに異なっていてもよい。また、熱交換器５ｄ，５ｅの列方向のピッチを熱交換器５ａ，５ｂの列方向のピッチよりも長くすることにより、熱交換器５ｄ，５ｅの加熱距離を熱交換器５ａ，５ｂの加熱距離よりも長くすることが好ましい。熱交換器５ｄ，５ｅのフィンのピッチを熱交換器５ａ，５ｂのフィンのピッチよりも広くすることにより、熱交換器５ｄ，５ｅの通風抵抗を熱交換器５ａ，５ｂの通風抵抗よりも低くすることが好ましい。熱交換器５ａの容積は、熱交換器５ａ，５ｂの総容積の２０％以下であることが好ましい。
【００５２】
制御装置２８は、暖房運転において流量調整弁９を開放する。暖房運転においては、圧縮機１から吐出された非共沸混合冷媒の一部が熱交換器５ｄ，５ｅを通過する。熱交換器５ｄ，５ｅは凝縮器として機能する。熱交換器５ｄを通過する非共沸混合冷媒からの凝縮熱により、室外ファン７によって送風される空気が加熱される。当該空気は、熱交換器５ａを通過する非共沸混合冷媒と熱交換する。熱交換器５ｅを通過する非共沸混合冷媒からの凝縮熱により、室外ファン７によって送風される空気が加熱される。当該空気は、熱交換器５ｂを通過する非共沸混合冷媒と熱交換する。
【００５３】
制御装置２８は、温度センサ１１ａから熱交換器５ｅに流入する非共沸混合冷媒の温度Ｔａを取得する。制御装置２８は、温度センサ１１ｂから熱交換器５ｅから流出した非共沸混合冷媒の温度Ｔｂを取得する。制御装置２８は、温度ＴａとＴｂとの差が一定の範囲となるように流量調整弁９の開度を調整する。このような制御を行なうことにより、逆止弁１０を通過する非共沸混合冷媒の状態が、熱交換器３から流出した非共沸混合冷媒と同様に過冷却状態となる。温度Ｔｂの代わりに、熱交換器３から流出する非共沸混合冷媒の温度が用いられてもよい。
【００５４】
冷凍サイクル装置２００においては、熱交換器５ａ，５ｂと熱交換する空気が熱交換器５ｄ，５ｅによってそれぞれ加熱される。そのため、熱交換器５ａに流入する非共沸混合冷媒の温度を上昇させても、熱交換器５ａ，５ｂにおける非共沸混合冷媒と空気との温度差を図１の冷凍サイクル装置１００における熱交換器５ａ，５ｂにおける非共沸混合冷媒と空気との温度差と同程度に維持することができる。その結果、熱交換器５ａ，５ｂにおける霜の発生をさらに抑制することができる。
【００５５】
図１３は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の構成および冷房運転および除霜運転における非共沸混合冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。図１３に示されるように、制御装置２８は、冷房運転および除霜運転において流量調整弁９を閉止する。冷房運転および除霜運転においては、流量調整弁９と逆止弁１０との間の流路内の非共沸混合冷媒の圧力は、膨張弁４によって減圧された非共沸混合冷媒の圧力とほぼ同じ圧力となる。圧力の低下に伴う非共沸混合冷媒の気化により、流量調整弁９と逆止弁１０との間の流路内における気体の非共沸混合冷媒の割合が増加する。熱交換器５ｃ，５ｄに滞留する液体の非共沸混合冷媒が減少する。その結果、冷凍サイクル装置２００を循環する非共沸混合冷媒の量の減少を抑制することができる。
【００５６】
実施の形態２の変形例．
図１２においては、圧縮機１から吐出された非共沸混合冷媒が熱交換器５ｄ，５ｅの順に通過する場合について説明した。非共沸混合冷媒が流入する熱交換器５ａに流入する非共沸混合冷媒の温度を上昇させるという点では、熱交換器５ｄ，５ｅの順に非共沸混合冷媒を通過させて、熱交換器５ａに隣接する熱交換器５ｄに流入する非共沸混合冷媒の温度を熱交換器５ｂに隣接する熱交換器５ｅに流入する非共沸混合冷媒の温度よりも高くする方が好ましい。しかし、熱交換器５ｄ，５ｅの順に非共沸混合冷媒が通過するように流路を形成することが困難である場合には、図１４に示される冷凍サイクル装置２００Ａのように、熱交換器５ｅ，５ｄの順に非共沸混合冷媒が通過するように流路を形成してもよい。
【００５７】
以上、実施の形態２および変形例に係る冷凍サイクル装置によれば、熱交換器に霜が発生することによる性能の低下を実施の形態１に係る冷凍サイクル装置よりもさらに抑制することができる。
【００５８】
今回開示された各実施の形態および変形例は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態および変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５９】
１  圧縮機、２  四方弁、３，５，５ａ〜５ｅ  熱交換器、４  膨張弁、６  室内ファン、７  室外ファン、８，８Ｃ，２８  制御装置、９  流量調整弁、１０  逆止弁、１１ａ，１１ｂ  温度センサ、１００，１００Ａ〜１００Ｃ，２００，２００Ａ，９００  冷凍サイクル装置、１１０  室外機、１２０  室内機。
【図１】
2020021700.tif 000003
【図２】
2020021700.tif 000004
【図３】
2020021700.tif 000005
【図４】
2020021700.tif 000006
【図５】
2020021700.tif 000007
【図６】
2020021700.tif 000008
【図７】
2020021700.tif 000009
【図８】
2020021700.tif 000010
【図９】
2020021700.tif 000011
【図１０】
2020021700.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020021700.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2020021700.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和2年11月17日(2020.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非共沸混合冷媒が使用される冷凍サイクル装置であって、
圧縮機と、
第１熱交換器と、
減圧装置と、
第２熱交換器と、
第３熱交換器と、
前記第２熱交換器および前記第３熱交換器に送風する送風装置とを備え、
前記非共沸混合冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記減圧装置、前記第２熱交換器、および前記第３熱交換器の第１循環方向に循環し、
前記第２熱交換器の流路抵抗は、前記第３熱交換器の流路抵抗よりも大きく、
前記送風装置は、前記第２熱交換器および前記第３熱交換器を流れる前記非共沸混合冷媒と並行流を形成し、
前記第２熱交換器に流入する前記非共沸混合冷媒のエンタルピと前記第２熱交換器から流出する前記非共沸混合冷媒のエンタルピとの差は、前記第３熱交換器に流入する前記非共沸混合冷媒のエンタルピと前記第３熱交換器から流出する前記非共沸混合冷媒のエンタルピとの差よりも大きい、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第２熱交換器は、前記非共沸混合冷媒が流れる少なくとも１つの伝熱管を含み、
前記第３熱交換器は、互いに並進するように形成された、前記非共沸混合冷媒が流れる複数の伝熱管を含み、
前記第２熱交換器の伝熱管の数は、前記第３熱交換器の伝熱管の数よりも小さい、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第３熱交換器の伝熱管の数は、前記第２熱交換器の伝熱管の数の２倍以上である、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記非共沸混合冷媒の循環方向を前記第１循環方向と前記第１循環方向とは逆の第２循環方向との間で切り替える流路切替弁をさらに備え、
前記非共沸混合冷媒の循環方向が前記第２循環方向である場合、前記送風装置は、前記第２熱交換器および前記第３熱交換器を流れる前記非共沸混合冷媒と対向流を形成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第２熱交換器および前記第３熱交換器は、前記送風装置の送風方向と直交する方向に沿って配置されている、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記圧縮機の吐出口に接続された開閉弁と、
前記第１熱交換器および前記減圧装置の間の接続ノードに接続された逆止弁と、
第４熱交換器および第５熱交換器と、
制御装置とをさらに備え、
前記第４熱交換器および前記第５熱交換器は、前記開閉弁と前記逆止弁との間においてこの順に直列に接続され、
前記第４熱交換器および前記第２熱交換器は、前記送風方向に沿ってこの順に配置され、
前記第５熱交換器および前記第３熱交換器は、前記送風方向に沿ってこの順に配置され、
前記逆止弁の順方向は、前記逆止弁から前記接続ノードへ向かう方向であり、
前記制御装置は、前記非共沸混合冷媒の循環方向が前記第１循環方向である場合、前記開閉弁を開放し、前記非共沸混合冷媒の循環方向が前記第２循環方向である場合、前記開閉弁を閉止する、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記非共沸混合冷媒は、ＨＦＣ３２を含み、
前記ＨＦＣ３２の重量比率は、４６ｗｔ％以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第２熱交換器と前記第３熱交換器との間に接続された第６熱交換器をさらに備え、
前記第６熱交換器の流路抵抗は、前記第２熱交換器の流路抵抗よりも小さく、かつ、前記第３熱交換器の流路抵抗よりも大きく、
前記送風装置は、前記第２熱交換器、前記第３熱交換器、および前記第６熱交換器を流れる前記非共沸混合冷媒と並行流を形成し、
前記第２熱交換器、前記第３熱交換器、および前記第６熱交換器は、前記送風装置の送風方向と直交する方向に沿って配置されている、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【国際調査報告】
2020021700.tif 000017
2020021700.tif 000018
2020021700.tif 000019
2020021700.tif 000020