JP2019207104A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の空気吸引による動作不良を防止する冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。【解決手段】冷凍サイクル装置は、吸入圧力センサにより検知された吸入圧力が、開始設定圧力未満を含む条件下において、圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を開始して冷媒排出弁の動作を制御する制御装置を備える。制御装置は、蒸発器出口温度センサで検知した出口温度から外気温度センサで検知した外気温度を減算した値が、排出弁第１設定温度よりも低いことを含む条件下においては、冷媒排出弁を開放し、蒸発器出口温度センサで検知した出口温度から外気温度センサで検知した外気温度を減算した値が、排出弁第１設定温度よりも高いことを含む条件下においては、冷媒排出弁を閉止する弁制御手段を有するものである。【選択図】図６

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機等の冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の冷凍サイクル装置として、例えば、少なくとも圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び蒸発器を順次接続して冷媒回路を構成し、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆを用いるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２５２６３８号公報

特許文献１で用いられている冷媒は、例えばＲ４０７ＣやＲ４１０Ａなどの冷媒に比べて沸点が高い冷媒である。このため、冷媒の蒸発温度を下げる必要があり、蒸発温度が低くなると圧縮機の吸入圧力が低くなる特性がある。特に低外気温度条件で暖房運転すると、圧縮機の吸入圧力が大気圧力よりも低い負圧状態で運転される。その結果、圧縮機は、空気の吸引による動作不良を起こす場合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機の空気吸引による動作不良を防止する冷凍サイクル装置を提供するものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが接続され、冷媒が循環する回路と、圧縮機の吐出側と吸入側とを接続する吐出ガスバイパス回路と、凝縮器の出口側と膨張弁との間と、圧縮機の吸入側と、を接続する吸入バイパス回路と、圧縮機の吐出側と、膨張弁の出口側と蒸発器との間と、を接続する冷媒排出バイパス回路と、冷媒排出バイパス回路に配設され、開閉動作する冷媒排出弁と、圧縮機の吸入圧力を検知する吸入圧力センサと、吸入圧力センサにより検知された吸入圧力が、開始設定圧力未満を含む条件下において、圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を開始して冷媒排出弁の動作を制御する制御装置と、外気温度を検知する外気温度センサと、蒸発器から流出する冷媒の温度を出口温度として検知する蒸発器出口温度センサと、を備え、制御装置は、蒸発器出口温度センサで検知した出口温度から外気温度センサで検知した外気温度を減算した値が、排出弁第１設定温度よりも低いことを含む条件下においては、冷媒排出弁を開放し、蒸発器出口温度センサで検知した出口温度から外気温度センサで検知した外気温度を減算した値が、排出弁第１設定温度よりも高いことを含む条件下においては、冷媒排出弁を閉止する弁制御手段を有するものである。

本発明の冷凍サイクル装置は、吐出ガスバイパス回路を流れるガス冷媒と、吸入バイパス回路を流れるガス冷媒とを合流させ、圧縮機の吸入側の温度を上げて圧縮機の吸入圧力が負圧となることを防止することで、圧縮機の動作不良を回避することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。 各種冷媒の飽和温度と飽和蒸気圧力との関係を比較したグラフである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転の動作状態を示すＰ−ｈ線図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転中における冷媒排出弁の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転中における冷媒排出弁の制御手順を示す変形例１のフローチャート図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転中における冷媒排出弁の制御手順を示す変形例２のフローチャート図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路中への空気混入検知の制御手順を示すフローチャート図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の変形例２の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路中への空気混入検知の制御手順を示す変形例２のフローチャート図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。図１には、負荷側の水の温度を上げる加熱運転（給湯運転）を実施している時の状態が示されている。

冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１と凝縮器３と膨張弁４と蒸発器５とが接続され、冷媒が循環する冷媒回路３０を備える。図１において、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路３０に流路切替器２を備えているが、流路切替器２の設置は任意である。

圧縮機１は、例えば、容量制御可能にインバーター制御された、ロータリー式、スクロール式又はベーン式等の圧縮機で構成され、低温低圧ガス冷媒を吸引し、圧縮して高温高圧ガス冷媒の状態にして吐出するものである。流路切替器２は、例えば、四方弁からなり、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒と圧縮機１に吸引される低温低圧のガス冷媒との方向を切り替えるものである。凝縮器３は、例えば、プレート式熱交換器で構成され、冷媒回路３０を流れる冷媒と、冷却負荷（図示せず）から供給される被熱交換媒体とを熱交換させて放熱させるものである。膨張弁４は、高圧の冷媒を減圧させ低圧の二相冷媒にするものである。蒸発器５は、例えば、プレートフィン式熱交換器等で構成され、冷媒を空気と熱交換させて蒸発させるものである。

冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の吐出側と吸入側とを接続する吐出ガスバイパス回路６と、凝縮器３の出口側と膨張弁４との間と、圧縮機１の吸入側と、を接続する吸入バイパス回路８と、圧縮機１の吐出側と、膨張弁４の出口側と蒸発器５との間と、を接続する冷媒排出バイパス回路１０と、を備えている。冷凍サイクル装置１００は、さらに冷媒排出バイパス回路１０に配設され、開閉動作する冷媒排出弁１１と、吐出ガスバイパス回路６に流れる冷媒の流量を調整する吐出ガスバイパス弁７と、吸入バイパス回路８に流れる冷媒の流量を調整する吸入バイパス弁９と、を備える。

吐出ガスバイパス回路６は、圧縮機１の吐出側と吸入側とを接続する。吐出ガスバイパス回路６は、圧縮機１から吐出された高温高圧ガスの吐出冷媒の一部を圧縮機１の吸入側にバイパスするものである。このとき、吐出ガスバイパス回路６を流れるガス冷媒と、流路切替器２から戻ったガス冷媒とを合流させる。吐出ガスバイパス弁７は、吐出ガスバイパス回路６に設けられ、吐出ガスバイパス回路６に流す吐出冷媒のバイパス量を調整するものである。吐出ガスバイパス弁７の開度を大きくすると減圧され、吐出ガスバイパス回路６を通って圧縮機１の吸入側に戻る高温低圧ガスの流量が増えるため、圧縮機１の吸入側の温度が上がる。一方、吐出ガスバイパス弁７の開度を小さくすると、吐出ガスバイパス回路６を通って圧縮機１の吸入側に戻る高温低圧ガスの流量が減少するため、圧縮機１の吸入側の温度変化は少なくなる。

吸入バイパス回路８は、凝縮器３の出口側と膨張弁４との間と、圧縮機１の吸入側と、を接続する。吸入バイパス回路８は、吐出ガスバイパス回路６と合流し、凝縮器３の出口の高圧冷媒を吐出ガスバイパス回路６の高温低圧ガス冷媒に合流させて圧縮機１の吸入側に流入させるものである。吸入バイパス弁９は、吸入バイパス回路８に設けられ、吸入バイパス回路８に流す冷媒流量を調整し、圧縮機１の吸入ガスの過熱度を制御するものである。吸入バイパス弁９の開度を大きくすると減圧膨張され、吸入バイパス回路８を通って圧縮機１の吸入側に流入する低温低圧の気液二相冷媒の流量が増えるため、圧縮機の吸入過熱度が下がる。一方、吸入バイパス弁９の開度を小さくすると、吸入バイパス回路８から圧縮機１の吸入側に流入する低温低圧の気液二相冷媒の流量が減少するため、圧縮機１の吸入過熱度が上がる。

冷媒排出バイパス回路１０は、圧縮機１の吐出側と、膨張弁４の出口側と蒸発器５との間と、を接続する。冷媒排出バイパス回路１０は、圧縮機１から吐出された吐出冷媒の一部を、蒸発器５と膨張弁４との間の冷媒回路３０にバイパスするものである。冷媒排出弁１１は、冷媒排出バイパス回路１０に設けられる開閉弁である。膨張弁４を閉じ、冷媒排出弁１１を開くことにより、冷媒排出バイパス回路１０に冷媒ガスが流れ、蒸発器５内の液冷媒を押し出すことができる。なお、冷媒排出弁の容量係数Ｃｖ値は、吐出ガスバイパス弁の容量係数Ｃｖ値よりも小さい。

図１に示されるように、冷凍サイクル装置１００は、制御装置１５と、圧縮機１の吸入側の圧力を検知する圧縮機吸入圧力センサ１６と、圧縮機１の吸入側の配管の温度を検知する圧縮機吸入温度センサ１７と、外気温度センサ２２とを備えている。

制御装置１５は、冷凍サイクル装置１００の制御を行うものである。制御装置１５は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。ＲＯＭには制御プログラム及び図３のフローチャートに対応したプログラムが記憶されている。

制御装置１５は、圧縮機吸入圧力センサ１６と、圧縮機吸入温度センサ１７と、外気温度センサ２２とが検知した信号を受信できるように各センサと接続されている。制御装置１５は、これらの検知信号に基づいて膨張弁４及び冷媒排出弁１１を開閉し、吐出ガスバイパス弁７及び吸入バイパス弁９の開度制御を行う弁制御手段１５ａを備えている。弁制御手段１５ａは、吐出ガスバイパス回路６に流す吐出冷媒のバイパス量を調整する吐出ガスバイパス弁７の開度を制御するものである。また、弁制御手段１５ａは、通常の給湯運転時には開放し、負圧防止運転時には閉止するように膨張弁４を開閉制御するものである。また、弁制御手段１５ａは、負圧防止運転時に蒸発器５内の液冷媒を押し出すように冷媒排出弁１１を開閉制御するものである。さらに、弁制御手段１５ａは、圧縮機１の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された設定値となるように、吸入バイパス回路８に流す冷媒流量を調整する吸入バイパス弁９の開度を制御するものである。この弁制御手段１５ａは、ＣＰＵと制御プログラムとにより機能的に構成されている。

冷凍サイクル装置１００は、冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒またはＨＦＯ−１２３４ｚｅ冷媒を含む冷媒を使用している。冷媒は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｚｅの単独冷媒、又は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒でもよい。これらのＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒もしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅ冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が「４」と従来のＲ４１０Ａ冷媒の「２０９０」及びＲ４０７Ｃ冷媒の「１７７０」に比べて低く、地球環境に与える影響が小さい冷媒である。ここで、従来使用していたＲ４１０Ａ冷媒及びＲ４０７Ｃ冷媒と、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒及びＨＦＯ−１２３４ｚｅ冷媒とについて、飽和温度と飽和蒸気圧力との関係について説明する。

図２は、各種冷媒の飽和温度と飽和蒸気圧力との関係を比較したグラフである。図２では、各種冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒、Ｒ４０７Ｃ冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒及びＨＦＯ−１２３４ｚｅ冷媒を示している。図２によれば、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒は、従来使用していたＲ４１０Ａ冷媒やＲ４０７Ｃ冷媒に比べて、飽和蒸気圧力が低い。このため、外気が例えば−２５℃以下となるような極寒冷地域において給湯運転をすると、蒸発温度が大気圧における飽和蒸気温度である−２９．５℃を下回り、圧縮機１の吸入圧力が大気圧以下の負圧運転となることが予想される。圧縮機１の吸入圧力が負圧となると、冷凍サイクル内に空気が吸引され、冷凍サイクルの動作不良を起こす場合がある。そこで、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の吸入圧力が負圧とならないように給湯運転を継続する負圧防止運転を実施する。

次に図１を参照しながら、冷凍サイクル装置１００の冷凍サイクルの動作を説明する。まず、冷凍サイクル装置１００における通常の給湯運転について説明する。

低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替器２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧のガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。凝縮器３を流出した高圧液冷媒は、膨張弁４へ流入し、減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。膨張弁４を流出した気液二相冷媒は、蒸発器５に流入し、被熱交換媒体である空気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。蒸発器５を流出した低温低圧のガス冷媒は、再び流路切替器２を通過したのち圧縮機１に再び吸引される。なお、通常の給湯運転時は、吐出ガスバイパス弁７、吸入バイパス弁９および冷媒排出弁１１は全閉とし、吐出ガスバイパス回路６、吸入バイパス回路８および冷媒排出バイパス回路１０において冷媒の流れはない。

図３は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転の制御手順を示すフローチャートである。次に図１および図３を参照しながら、冷凍サイクル装置１００の負圧防止運転の制御の動作を説明する。

制御装置１５は、圧縮機吸入圧力センサ１６で検知された圧縮機吸入圧力Ｐｓを取得する（ステップＳ１）。制御装置１５は、圧縮機吸入圧力Ｐｓと負圧防止運転を開始する上限圧力である開始設定圧力ＳＥＴ１（例えば、０．１２Ｍｐａ（ａｂｓ））とを比較する（ステップＳ２）。制御装置１５は、圧縮機吸入圧力Ｐｓが開始設定圧力ＳＥＴ１以上の間は、ステップＳ１に戻り、通常の給湯運転を継続する。一方、圧縮機吸入圧力Ｐｓが開始設定圧力ＳＥＴ１未満になると、制御装置１５は、圧縮機吸入圧力が負圧に近い運転状態にあるものと判断して負圧防止運転を開始する（ステップＳ３）。

負圧防止運転を開始すると、弁制御手段１５ａは、冷媒排出弁１１を開く（ステップＳ４）。次に、弁制御手段１５ａは、膨張弁４を全閉もしくは全閉に近い開度まで小さくする（ステップＳ５）。次に、制御装置１５は、圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入圧力の目標値として設定された吐出弁設定圧力ＳＥＴ２（例えば、０．１５Ｍｐａ（ａｂｓ））とを比較する（ステップＳ６）。そして、圧縮機吸入圧力Ｐｓが吐出弁設定圧力ＳＥＴ２よりも低い場合には、弁制御手段１５ａは、吐出ガスバイパス弁７の開度を設定増加分大きくする（ステップＳ７）。一方、圧縮機吸入圧力Ｐｓが吐出弁設定圧力ＳＥＴ２よりも高い場合には、弁制御手段１５ａは、吐出ガスバイパス弁７の開度を設定減少分小さくする（ステップＳ８）。なお、図３には示していないが、圧縮機吸入圧力Ｐｓが吐出弁設定圧力ＳＥＴ２に一致する場合には、吐出ガスバイパス弁７の開度は現状維持とすればよい。

次に、制御装置１５は、圧縮機吸入温度センサ１７で検知された圧縮機吸入温度Ｔｓを取得する（ステップＳ９）。そして、制御装置１５は、圧縮機吸入圧力Ｐｓから吸入飽和温度ｆ（Ｐｓ） を演算し、圧縮機吸入温度Ｔｓから吸入飽和温度ｆ（Ｐｓ）を減算して、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（ステップＳ１０）。制御装置１５は、算出された圧縮機吸入過熱度ＳＨｓと圧縮機吸入過熱度の目標値として設定された吸入弁設定温度ＳＥＴ３（例えば、３℃）とを比較する（ステップＳ１１）。弁制御手段１５ａは、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが吸入弁設定温度ＳＥＴ３よりも小さい場合は、吸入バイパス弁９の設定減少分開度を小さくする（ステップＳ１２）。弁制御手段１５ａは、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが吸入弁設定温度ＳＥＴ３よりも大きい場合は、吸入バイパス弁９の開度を設定増加分大きくする（ステップＳ１３）。なお、図３には示していないが、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが吸入弁設定温度ＳＥＴ３に一致する場合、吸入バイパス弁９の開度は現状維持とすればよい。そして、ステップＳ１２又はステップＳ１３の処理後、制御装置１５は、圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入圧力の目標値として設定された吐出弁設定圧力ＳＥＴ９（例えば、０．１８Ｍｐａ（ａｂｓ））とを比較する。あるいは、制御装置１５は、外気温度センサ２２が検知した外気温度と設定外気温度ＳＥＴ１０（例えば、−１５℃）とを比較する（ステップＳ１４）。圧縮機吸入圧力Ｐｓが吐出弁設定圧力ＳＥＴ９よりも低い場合、あるいは、外気温度が設定外気温度ＳＥＴ１０よりも低い場合には、制御装置１５は、ステップＳ４に戻り、弁制御手段１５ａは、冷媒排出弁１１を開く。圧縮機吸入圧力Ｐｓが吐出弁設定圧力ＳＥＴ９よりも高い場合、あるいは、外気温度が設定外気温度ＳＥＴ１０よりも高い場合には、制御装置１５は、負圧防止運転を終了し、通常の給湯運転を開始する（ステップＳ１５）。

図４は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転の動作状態を示すＰ−ｈ線図である。次に、冷凍サイクル装置１００における負圧防止運転の動作について図１の冷媒回路図および図４のＰ−ｈ線図を用いて説明する。図４における［Ａ］〜［Ｅ］は、図１における［Ａ］〜［Ｅ］の各位置での冷媒状態を示している。なお、負圧防止運転時には、膨張弁４の開度は、全閉もしくは実質的に全閉に近い極めて小さい開度に閉じられる。

低温低圧のガス状態の冷媒（［Ａ］）が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒（［Ｂ］）は３分岐し、第１の枝において、高温高圧の冷媒（［Ｂ］）は、吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒（［Ｃ］）となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。第２の枝において、高温高圧の冷媒（［Ｂ］）は、流路切替器２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒（［Ｄ］）となる。

凝縮器３を流出した高圧液冷媒は、吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒（［Ｅ］）となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガス（［Ｃ］）と、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒（［Ｅ］）とは、合流して、低温低圧のガス冷媒（［Ａ］）となり、圧縮機１に再び吸引される。

また、負圧防止運転時は、膨張弁４の開度は全閉若しくは極めて小さな開度とするため、蒸発器５には膨張弁４を介して低圧二相冷媒はほとんど流れない。しかし、外気との熱交換と吐出ガスバイパス弁７を流出した高温低圧冷媒が流路切替器２を経由して、低温の蒸発器５に流れ込むことにより蒸発器５内へ液状の冷媒が溜まっていく。その結果、負圧防止運転中に冷媒が不足したり、通常運転への切り替え時に蒸発器５内に溜まっていた液冷媒が圧縮機１へ一気に流れ込むことにより液バックに至る場合がある。そのため、負圧防止運転中は、第３の枝において、冷媒排出弁１１を開いて、圧縮機１からの吐出冷媒を冷媒排出バイパス回路１０を通して、蒸発器５へ流す。吐出冷媒を蒸発器５に流すことにより蒸発器５内の液冷媒を押し出すことができ、蒸発器５内の液冷媒の滞留を防止することができる。

以上のように、冷凍サイクル装置１００は、吐出ガスバイパス回路６を流れるガス冷媒と、吸入バイパス回路８を流れるガス冷媒とを合流させ、圧縮機１の吸入側の温度を上げて圧縮機１の吸入圧力が負圧となることを防止し、吸入圧力が大気圧以上になるようにすることで、圧縮機１の動作不良を回避することができる。

また、外気温度が低く圧縮機１の吸入圧力が負圧に近い運転状態になると、膨張弁４を全閉にして蒸発器５での冷媒の蒸発を行うことなく給湯運転を継続する。そして、圧縮機１の吸入圧力を吐出ガスバイパス弁７の開度で制御する。このため、圧縮機１の吸入圧力が負圧になることを防止する。また、圧縮機１の吸入過熱度を吸入バイパス弁９の開度で制御する。このため、圧縮機１の吸入過熱度を適正な状態で給湯運転を継続することができる。よって、外気が低下しても空気吸引による動作不良等の不都合を回避することができる。さらに、給湯機において低外気条件でも水の温度を上げる給湯運転を停止する必要がないため、水配管の凍結等も防止することができる。

さらに、冷媒排出弁１１を開閉制御して、圧縮機１からの吐出冷媒を、冷媒排出バイパス回路１０を通して蒸発器５に流すことにより蒸発器５内の液冷媒を押し出すことができ、蒸発器５内の液冷媒の滞留を防止することができる。

さらに、負圧防止運転中の加熱能力は膨張弁４が閉じられ蒸発器５による熱交換を行わないため、圧縮機１の入力と同等以下である。そのため、通常運転中の最低加熱能力を下回る運転が可能となるため加熱能力の制御領域を拡張することができる。通常運転だけでは、圧縮機１の運転と停止を繰り返すことにより加熱能力を下げていた低負荷時にも継続運転し圧縮機１の発停運転による電力ロス削減することができる。

さらに、冷媒排出弁１１を開き高温低圧の冷媒を蒸発器５に流しつつ加熱運転できるため、蒸発器５の除霜を行いつつ、加熱運転ができる。そのため、除霜中の加熱運転できない時間を削減することができる。

実施の形態２.
図５は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。図１〜図４の冷凍サイクル装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１１０は、冷媒排出弁１１の開閉工程をさらに備えた点が実施の形態１と異なり、それ以外は同様である。

次に図１を参照しながら、実施の形態２に係る冷凍サイクルの動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。

実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１１０における負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は３分岐し、第１の枝において、高温高圧の冷媒は、吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。第２の枝において、高温高圧の冷媒は、流路切替器２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。

凝縮器３を流出した高圧液冷媒は、吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガスと、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒とは、合流して、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１に再び吸引される。

また、負圧防止運転時は、膨張弁４の開度は全閉若しくは極めて小さな開度とするため、蒸発器５には膨張弁４を介して低圧二相冷媒はほとんど流れない。しかし、外気との熱交換と吐出ガスバイパス弁７を流出した低圧高温冷媒が流路切替器２を経由して、低温の蒸発器５に流れ込むことにより蒸発器５内へ液状の冷媒が溜まっていく。その結果、負圧防止運転中に冷媒が不足したり、通常運転への切り替え時に蒸発器５内に溜まっていた液冷媒が圧縮機１へ一気に流れ込むことにより液バックに至る場合がある。そのため、負圧防止運転中は、第３の枝において、冷媒排出弁１１を開閉制御して、圧縮機１からの吐出冷媒を冷媒排出バイパス回路１０を通して、蒸発器５へ流す。吐出冷媒を蒸発器５に流すことにより蒸発器５内の液冷媒を押し出すことができ、蒸発器５内の液冷媒の滞留を防止することができる。

図５に示されるように、冷凍サイクル装置１１０は、制御装置１１５と、圧縮機吸入圧力センサ１６と、圧縮機吸入温度センサ１７と、蒸発器出口温度センサ１８と、外気温度センサ２２とを備えている。

制御装置１１５は、冷凍サイクル装置１１０の制御を行うものである。制御装置１１５は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。ＲＯＭには制御プログラム及び図６、図７又は図８のフローチャートに対応したプログラムが記憶されている。

制御装置１１５は、圧縮機吸入圧力センサ１６と、圧縮機吸入温度センサ１７と、蒸発器出口温度センサ１８と及び外気温度センサ２２とが検知した信号を受信できるように各センサと接続されている。制御装置１１５は、これらの検知信号に基づいて膨張弁４、吐出ガスバイパス弁７及び吸入バイパス弁９の開度制御並びに冷媒排出弁１１の開閉制御を行う弁制御手段１１５ａを備えている。弁制御手段１１５ａは、吐出ガスバイパス回路６に流す吐出冷媒のバイパス量を調整する吐出ガスバイパス弁７の開度を制御するものである。また、弁制御手段１１５ａは、通常の給湯運転時には開放し、負圧防止運転時には閉止するように膨張弁４を開閉制御するものである。また、弁制御手段１１５ａは、負圧防止運転時に蒸発器５内の液冷媒を押し出すように冷媒排出弁１１を開閉制御するものである。さらに、弁制御手段１１５ａは、圧縮機１の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された設定値となるように、吸入バイパス回路８に流す冷媒流量を調整する吸入バイパス弁９の開度を制御するものである。この弁制御手段１１５ａは、ＣＰＵと制御プログラムとにより機能的に構成されている。

図６は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転中における冷媒排出弁の制御手順を示すフローチャートである。次に、図５及び図６を参照しながら、冷凍サイクル装置１１０の負圧防止運転中における冷媒排出弁１１のステップＳ４における制御の動作を説明する。なお、冷凍サイクル装置１１０における負圧防止運転は、図３に示した実施の形態１のフローチャートにおいて、冷媒排出弁１１の開閉工程をさらに備えた点が実施の形態１と異なり、それ以外は同様である。冷媒排出弁１１の開閉工程は、ステップＳ３とステップＳ５との間であればよい。

負圧防止運転を開始する（ステップＳ３）と、制御装置１１５は、蒸発器出口温度センサ１８が検知した蒸発器出口温度Ｔｖから外気温度センサ２２が検知した外気温度を減算した値と、冷媒排出弁１１を開閉制御する目標値として設定された排出弁第１設定温度ＳＥＴ４（例えば、３℃）とを比較する（ステップＳ４−１ａ）。そして、蒸発器出口温度Ｔｖから外気温度を減算した値が、排出弁第１設定温度ＳＥＴ４よりも低い場合には、弁制御手段１１５ａは、冷媒排出弁１１を開く（ステップＳ４−２ａ）。一方、蒸発器出口温度Ｔｖから外気温度を減算した値が、排出弁第１設定温度ＳＥＴ４よりも高い場合には、弁制御手段１１５ａは、冷媒排出弁１１を閉じる（ステップＳ４−３ａ）。なお、図６には示していないが、蒸発器出口温度Ｔｖから外気温度を減算した値が排出弁第１設定温度ＳＥＴ４に一致する場合には、冷媒排出弁の開閉は現状維持とすればよい。

以上のように、冷凍サイクル装置１１０は、蒸発器５内に冷媒が溜まる量が増えることによって、蒸発器出口の冷媒温度が低下し外気温度との差が小さくなることを利用して、冷媒排出弁１１を開閉する。その結果、冷媒排出のために蒸発器５へ流す冷媒量を最小限にすることができ、冷媒排出弁１１を常時開く場合に比べ、蒸発器５での加熱ロスを小さくし、より効率のよい運転をすることができる。さらに、圧縮機吸入圧力が負圧になることなく、給湯運転を継続することができる。

変形例１．
図７は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転中における冷媒排出弁の制御手順を示す変形例１のフローチャート図である。図１〜図６の冷凍サイクル装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。次に、図５及び図７を参照しながら、冷凍サイクル装置１１０の負圧防止運転中における冷媒排出弁１１のステップＳ４における制御の動作を説明する。

負圧防止運転を開始する（ステップＳ３）と、制御装置１１５は、蒸発器出口温度センサ１８が検知した蒸発器出口温度Ｔｖと、冷媒排出弁１１を開閉制御する目標値として設定された排出弁第２設定温度ＳＥＴ５（例えば、−２０℃）とを比較する（ステップＳ４−１ｂ）。そして、蒸発器出口温度Ｔｖが、排出弁第２設定温度ＳＥＴ５よりも低い場合には、弁制御手段１１５ａは、冷媒排出弁１１を開く（ステップＳ４−２ｂ）。一方、蒸発器出口温度Ｔｖが、排出弁第２設定温度ＳＥＴ５よりも高い場合には、弁制御手段１１５ａは、冷媒排出弁１１を閉じる（ステップＳ４−３ｂ）。なお、図７には示していないが、蒸発器出口温度Ｔｖが排出弁第２設定温度ＳＥＴ５に一致する場合には、冷媒排出弁の開閉は現状維持とすればよい。

以上のように、冷凍サイクル装置１１０は、蒸発器５内に冷媒が溜まる量が増えることによって、蒸発器出口の冷媒温度が低下し外気温度との差が小さくなることを利用して、冷媒排出弁１１を開閉する。その結果、冷媒排出のために蒸発器５へ流す冷媒量を最小限にすることができ、冷媒排出弁１１を常時開く場合に比べ、蒸発器５での加熱ロスを小さくし、より効率のよい運転をすることができる。さらに、圧縮機吸入圧力が負圧になることなく、給湯運転を継続することができる。

変形例２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転中における冷媒排出弁の制御手順を示す変形例２のフローチャート図である。図１〜図７の冷凍サイクル装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。次に、図５及び図８を参照しながら、冷凍サイクル装置１１０の負圧防止運転中における冷媒排出弁１１のステップＳ４における制御の動作を説明する。

負圧防止運転を開始する（ステップＳ３）と、制御装置１１５は、圧縮機吸入圧力センサ１６が検知した圧縮機吸入圧力Ｐｓと、圧縮機吸入圧力Ｐｓの目標値として設定された排出弁設定圧力ＳＥＴ６（例えば、０．１５Ｍｐａ（ａｂｓ））とを比較する（ステップＳ４−１ｃ）。そして圧縮機吸入圧力Ｐｓが、排出弁設定圧力ＳＥＴ６よりも低い場合には、弁制御手段１１５ａは、冷媒排出弁１１を開く（ステップＳ４−２ｃ）。一方、圧縮機吸入圧力Ｐｓが、排出弁設定圧力ＳＥＴ６よりも高い場合には、弁制御手段１１５ａは、冷媒排出弁１１を閉じる（ステップＳ４−３ｃ）。なお、図８には示していないが、圧縮機吸入圧力Ｐｓが、排出弁設定圧力ＳＥＴ６に一致する場合には、冷媒排出弁の開閉は現状維持とすればよい。

以上のように、蒸発器５内に冷媒が溜まる量が増えることによって、圧縮機吸入圧力センサ１６が検知した圧縮機吸入圧力Ｐｓが低下することを利用して、冷媒排出弁１１を開閉する。その結果、冷媒排出のために蒸発器５へ流す冷媒量を最小限にすることができ、冷媒排出弁１１を常時開く場合に比べ、蒸発器５での加熱ロスを小さくし、より効率のよい運転をすることができる。さらに、圧縮機吸入圧力が負圧になることなく、給湯運転を継続することができる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。図１〜図８の冷凍サイクル装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図９に示されるように、実施の形態３の冷凍サイクル装置１２０は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００にレシーバ１２を設けたものである。なお、その他の構成要素については図１と同じである。

レシーバ１２は、凝縮器３と吸入バイパス弁９とを接続する配管に配置され、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜するものである。

図９に示されるように、冷凍サイクル装置１２０は、制御装置１２５と、圧縮機１の吐出側の圧力を検知する圧縮機吐出圧力センサ１９と、レシーバ１２の入口の配管温度を検知するレシーバ温度センサ２０と、外気温度センサ２２とを備えている。なお、図９では、レシーバ温度センサ２０は、レシーバ１２の入口の配管に設置されているが、レシーバ１２の出口の配管に設置されてもよい。

制御装置１２５は、冷凍サイクル装置１２０の制御を行うものである。制御装置１２５は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。ＲＯＭには制御プログラム及び図１０又は図１３のフローチャートに対応したプログラムが記憶されている。

制御装置１２５は、圧縮機吐出圧力センサ１９と、レシーバ温度センサ２０と、外気温度センサ２２とが検知した信号を受信できるように各センサと接続されている。制御装置１２５は、これらの検知信号に基づいて圧縮機１の出力の制御を行う圧縮機制御手段１２５ｂを備えている。圧縮機制御手段１２５ｂは、圧縮機１の周波数を調整して圧縮機の出力制御を行うものである。この圧縮機制御手段１２５ｂは、ＣＰＵと制御プログラムとにより機能的に構成されている。また、制御装置１２５は、弁制御手段１５ａも備えている。

次に図９を参照しながら、実施の形態３に係る冷凍サイクルの動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。

実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１２０における負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は３分岐し、第１の枝において、高温高圧の冷媒は、吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。第２の枝において、高温高圧の冷媒は、流路切替器２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。

凝縮器３を流出した高圧液冷媒は、レシーバ１２を経由して吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガスと、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒とは、合流して、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１に再び吸引される。

また、負圧防止運転時は、膨張弁４の開度は全閉若しくは極めて小さな開度とするため、蒸発器５には膨張弁４を介して低圧二相冷媒はほとんど流れない。しかし、外気との熱交換と吐出ガスバイパス弁７を流出した低圧高温冷媒が流路切替器２を経由して、低温の蒸発器５に流れ込むことにより蒸発器５内へ液状の冷媒が溜まっていく。その結果、負圧防止運転中に冷媒が不足したり、通常運転への切り替え時に蒸発器５内に溜まっていた液冷媒が圧縮機１へ一気に流れ込むことにより液バックに至る場合がある。そのため、負圧防止運転中は、第３の枝において、冷媒排出弁１１を開いて、圧縮機１からの吐出冷媒を冷媒排出バイパス回路１０を通して、蒸発器５へ流す。吐出冷媒を蒸発器５に流すことにより蒸発器５内の液冷媒を押し出すことができ、蒸発器５内の液冷媒の滞留を防止することができる。負圧防止運転では、蒸発器５を使わないため、通常の給湯運転に比べて必要冷媒量が少ない。このため、負圧防止運転では余剰冷媒が発生するが、実施の形態３の冷凍サイクル装置１２０ではレシーバ１２に余剰冷媒を貯溜させることができる。

図１０は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路中への空気混入検知の制御手順を示すフローチャート図である。次に、図９および図１０を参照しながら、冷凍サイクル装置１２０の負圧防止運転中を含む運転中における冷媒回路中への空気の混入を検知する制御の動作を説明する。

制御装置１２５は、圧縮機吐出圧力センサ１９で検知した冷凍サイクルの圧縮機吐出圧力Ｐｄを取得する（ステップＳＴ１）。また、制御装置１２５は、レシーバ温度センサ２０で検知したレシーバ温度Ｔｒを取得する（ステップＳＴ２）。次に、制御装置１２５は、圧縮機吐出圧力Ｐｄから吐出飽和温度ｆ（Ｐｄ） を演算し、吐出飽和温度ｆ（Ｐｄ）からレシーバ温度Ｔｒを減算した値と、圧縮機吐出圧力Ｐｄの目標値として設定された圧縮機第１設定温度ＳＥＴ７（例えば、３℃）とを比較する（ステップＳＴ３）。次に、圧縮機制御手段１２５ｂは、吐出飽和温度ｆ（Ｐｄ）からレシーバ温度Ｔｒを減算した値が、圧縮機第１設定温度ＳＥＴ７よりも小さい場合には、圧縮機１を継続運転させる（ステップＳＴ４）。一方、圧縮機制御手段１２５ｂは、吐出飽和温度ｆ（Ｐｄ）からレシーバ温度Ｔｒを減算した値が、圧縮機第１設定温度ＳＥＴ７以上の場合には、圧縮機１の運転を停止する（ステップＳＴ５）。

以上のように、冷凍サイクル装置１２０は、冷媒回路中に空気が混入することによる冷媒物性値の変化を利用し、冷媒回路中への空気の混入を検知している。具体的には、負圧防止運転を含む運転中において、レシーバ温度Ｔｒと、圧縮機吐出圧力Ｐｄの吐出飽和温度ｆ（Ｐｄ）とはほとんど同値である。しかし、冷媒回路中に空気が混入すると冷媒の物性値が変化するため、レシーバ温度Ｔｒと、圧縮機吐出圧力Ｐｄの吐出飽和温度ｆ（Ｐｄ）との間に温度差が生じる。圧縮機制御手段１２５ｂは、その温度差が大きくなると冷媒回路中に空気が混入していると判断して圧縮機１の運転を停止させる。そのため、冷媒回路中へ空気が混入してしまったときに、空気を吸引することによる圧縮機１の動作不良を回避することができる。

また、冷凍サイクル装置１２０は、負圧防止運転時にレシーバ１２に余剰冷媒を貯溜することができるため、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。さらに、冷凍サイクル装置１２０は、圧縮機吸入圧力が負圧になることなく、給湯運転を継続することができる。

実施の形態３は、冷媒貯留容器（ここではレシーバ１２）を備えた構成であるが、冷媒貯留容器の配置は、図９に示した配置に限られず、以下の変形例１及び変形例２のように実施することが可能である。

変形例１．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。図１〜図１０の冷凍サイクル装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１に示されるように、冷凍サイクル装置１３０は、レシーバ１２ａと、逆止弁１３とを備えたものである。なお、その他の構成要素については図９と同じである。

レシーバ１２ａは、凝縮器３の出口と吸入バイパス弁９とを接続する配管と並列に配置され、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜する冷媒貯留容器である。逆止弁１３は、レシーバ１２ａの出口側の配管に設置され、膨張弁４側からレシーバ１２ａに冷媒が流入するのを防止するものである。給湯運転中、蒸発器５に霜がつく場合があり、霜を除去するためにリバースデフロスト運転が行われる。リバースデフロスト運転とは、流路切替器２の方向を切り替え、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒を蒸発器５に供給することにより、蒸発器５に付着した霜を除去する運転である。逆止弁１３は、このリバースデフロスト運転を行う場合に、冷媒がレシーバ１２ａに流入することを防止するものである。

次に図１１を参照しながら、冷凍サイクル装置１３０の動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。

実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１３０における負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は３分岐し、第１の枝において、高温高圧の冷媒は、吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。第２の枝において、高温高圧の冷媒は、流路切替器２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。

凝縮器３を流出した高圧冷媒は２分岐し、一方は吸入バイパス回路８へ流れ、もう一方はレシーバ１２ａに凝縮して貯溜される。吸入バイパス回路８へ流入した高圧冷媒は、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガスと、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒は、合流して、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１に再び吸引される。

また、負圧防止運転時は、膨張弁４の開度は全閉若しくは極めて小さな開度とするため、蒸発器５には膨張弁４を介して低圧二相冷媒はほとんど流れない。しかし、外気との熱交換と吐出ガスバイパス弁７を流出した低圧高温冷媒が流路切替器２を経由して、低温の蒸発器５に流れ込むことにより蒸発器５内へ液状の冷媒が溜まっていく。その結果、負圧防止運転中に冷媒が不足したり、通常運転への切り替え時に蒸発器５内に溜まっていた液冷媒が圧縮機１へ一気に流れ込むことにより液バックに至る可能性がある。そのため、負圧防止運転中は、第３の枝において、冷媒排出弁１１を開いて、圧縮機１からの吐出冷媒を冷媒排出バイパス回路１０を通して、蒸発器５へ流す。吐出冷媒を蒸発器５に流すことにより蒸発器５内の液冷媒を押し出すことができ、蒸発器５内の液冷媒の滞留を防止することができる。負圧防止運転では、蒸発器５を使わないため、通常の給湯運転に比べて必要冷媒量が少ない。このため、負圧防止運転では余剰冷媒が発生するが、実施の形態３の冷凍サイクル装置１３０ではレシーバ１２ａに余剰冷媒を貯溜させることができる。

以上のように、冷凍サイクル装置１３０では、レシーバ１２ａが凝縮器３の出口と吸入バイパス弁９を接続する配管と並列に設けられている。このため、凝縮器３の出口が二相冷媒の状態であっても、レシーバ１２ａに余剰冷媒を貯溜することが可能である。その結果、余剰冷媒が発生する負圧防止運転時に、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。

変形例２．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の変形例２の冷媒回路及びシステム構成を示す図である。図１〜図１１の冷凍サイクル装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１２に示されるように、冷凍サイクル装置１４０は、アキュームレータ１４を備えたものである。なお、その他の構成要素については図９と同じである。

アキュームレータ１４は、圧縮機１の吸入側に設けたものであり、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜する冷媒貯留容器である。

図１２に示されるように、冷凍サイクル装置１４０は、制御装置１２５と、圧縮機吸入圧力センサ１６と、アキュームレータ１４の出口の配管温度を検知するアキュームレータ温度センサ２１と、外気温度センサ２２とを備えている。なお、図１２では、アキュームレータ温度センサ２１は、アキュームレータ１４の出口の配管に設置されているが、アキュームレータ１４の出口の配管に設置されてもよい。

制御装置１２５は、圧縮機吸入圧力センサ１６と、アキュームレータ温度センサ２１と、外気温度センサ２２とが検知した信号を受信できるように各センサと接続されている。制御装置１２５は、これらの検知信号に基づいて圧縮機１の出力の制御を行う圧縮機制御手段１２５ｂを備えている。

次に図１２を参照しながら、冷凍サイクル装置１４０の動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。

実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１４０における負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は３分岐し、第１の枝において、高温高圧の冷媒は、吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。第２の枝において、高温高圧の冷媒は、流路切替器２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。

凝縮器３を流出した高圧冷媒は吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス回路８へ流入した高圧冷媒は、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガスと、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒は、合流して低温低圧の冷媒となる。低温低圧の冷媒は、アキュームレータ１４を経由して、圧縮機１に再び吸引される。

また、負圧防止運転時は、膨張弁４の開度は全閉若しくは極めて小さな開度とするため、蒸発器５には膨張弁４を介して低圧二相冷媒はほとんど流れない。しかし、外気との熱交換と吐出ガスバイパス弁７を流出した低圧高温冷媒が流路切替器２を経由して、低温の蒸発器５に流れ込むことにより蒸発器５内へ液状の冷媒が溜まっていく。その結果、負圧防止運転中に冷媒が不足したり、通常運転への切り替え時に蒸発器５内に溜まっていた液冷媒が圧縮機１へ一気に流れ込むことにより液バックに至る可能性がある。そのため、負圧防止運転中は、第３の枝において、冷媒排出弁１１を開いて、圧縮機１からの吐出冷媒を冷媒排出バイパス回路１０を通して、蒸発器５へ流す。吐出冷媒を蒸発器５に流すことにより蒸発器５内の液冷媒を押し出すことができ、蒸発器５内の液冷媒の滞留を防止することができる。負圧防止運転では、蒸発器５を使わないため、通常の給湯運転に比べて必要冷媒量が少ない。このため、負圧防止運転では余剰冷媒が発生するが、実施の形態３の冷凍サイクル装置１４０ではアキュームレータ１４に余剰冷媒を貯溜させることができる。

図１３は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路中への空気混入検知の制御手順を示す変形例２のフローチャート図である。次に、図１２および図１３を参照しながら、冷凍サイクル装置１４０の負圧防止運転中を含む運転中における冷媒回路中への空気混入検知の制御の動作を説明する。

制御装置１２５は、圧縮機吸入圧力センサ１６で検知した冷凍サイクルの圧縮機吸入圧力Ｐｓを取得する（ステップＳＴ２１）。また、制御装置１２５は、アキュームレータ温度センサ２１で検知したアキュームレータ温度Ｔａを取得する（ステップＳＴ２２）。次に、制御装置１２５は、圧縮機吸入圧力Ｐｓから吸入飽和温度ｆ（Ｐｓ） を演算し、吸入飽和温度ｆ（Ｐｓ）からアキュームレータ温度Ｔａを減算した値と、圧縮機吸入圧力Ｐｓの目標値として設定された圧縮機第２設定温度ＳＥＴ８（例えば、３℃）とを比較する（ステップＳＴ２３）。次に、圧縮機制御手段１２５ｂは、吸入飽和温度ｆ（Ｐｓ）からアキュームレータ温度Ｔａを減算した値が、圧縮機第２設定温度ＳＥＴ８よりも小さい場合には、圧縮機１を継続運転させる（ステップＳＴ２４）。一方、圧縮機制御手段１２５ｂは、吸入飽和温度ｆ（Ｐｓ）からアキュームレータ温度Ｔａを減算した値が、圧縮機第２設定温度ＳＥＴ８以上の場合には、圧縮機１の運転を停止する（ステップＳＴ２５）。

以上のように、冷凍サイクル装置１４０は、冷媒回路中に空気が混入することによる冷媒物性値の変化を利用し、冷媒回路中への空気の混入を検知している。具体的には、負圧防止運転を含む運転中において、アキュームレータ温度Ｔａと、圧縮機吸入圧力Ｐｓの吸入飽和温度ｆ（Ｐｓ）とはほとんど同値である。しかし、冷媒回路中に空気が混入すると冷媒の物性値が変化するため、アキュームレータ温度Ｔａと、圧縮機吸入圧力Ｐｓの吸入飽和温度ｆ（Ｐｓ）との間に温度差が生じる。圧縮機制御手段１２５ｂは、その温度差が大きくなると冷媒回路中に空気が混入していると判断して圧縮機の運転を停止させる。そのため、冷媒回路中へ空気が混入してしまったときに、空気を吸引することによる圧縮機の動作不良を回避することができる。

また、冷凍サイクル装置１４０は、負圧防止運転時にアキュームレータ１４に余剰冷媒を貯溜することができるため、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。さらに、冷凍サイクル装置１４０は、圧縮機吸入圧力が負圧になることなく、給湯運転を継続することができる。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態１〜３に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、凝縮器３は、プレート式熱交換器で構成されているが、プレートフィン式熱交換器等で構成され、冷媒を空気と熱交換させてもよい。

１ 圧縮機、２ 流路切替器、３ 凝縮器、４ 膨張弁、５ 蒸発器、６ 吐出ガスバイパス回路、７ 吐出ガスバイパス弁、８ 吸入バイパス回路、９ 吸入バイパス弁、１０ 冷媒排出バイパス回路、１１ 冷媒排出弁、１２ レシーバ、１２ａ レシーバ、１３ 逆止弁、１４ アキュームレータ、１５ 制御装置、１５ａ 弁制御手段、１６ 圧縮機吸入圧力センサ、１７ 圧縮機吸入温度センサ、１８ 蒸発器出口温度センサ、１９ 圧縮機吐出圧力センサ、２０ レシーバ温度センサ、２１ アキュームレータ温度センサ、２２ 外気温度センサ、３０ 冷媒回路、１００ 冷凍サイクル装置、１１０ 冷凍サイクル装置、１１５ 制御装置、１１５ａ 弁制御手段、１２０ 冷凍サイクル装置、１２５ 制御装置、１２５ｂ 圧縮機制御手段、１３０ 冷凍サイクル装置、１４０ 冷凍サイクル装置。

Claims (11)

1. 圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが接続され、冷媒が循環する回路と、
   前記圧縮機の吐出側と吸入側とを接続する吐出ガスバイパス回路と、
   前記凝縮器の出口側と前記膨張弁との間と、前記圧縮機の吸入側と、を接続する吸入バイパス回路と、
   前記圧縮機の吐出側と、前記膨張弁の出口側と前記蒸発器との間と、を接続する冷媒排出バイパス回路と、
   前記冷媒排出バイパス回路に配設され、開閉動作する冷媒排出弁と、
   前記圧縮機の吸入圧力を検知する吸入圧力センサと、
   前記吸入圧力センサにより検知された前記吸入圧力が、開始設定圧力未満を含む条件下において、前記圧縮機の前記吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を開始して前記冷媒排出弁の動作を制御する制御装置と、
   外気温度を検知する外気温度センサと、
   前記蒸発器から流出する冷媒の温度を出口温度として検知する蒸発器出口温度センサと、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記蒸発器出口温度センサで検知した前記出口温度から前記外気温度センサで検知した前記外気温度を減算した値が、排出弁第１設定温度よりも低いことを含む条件下においては、前記冷媒排出弁を開放し、前記蒸発器出口温度センサで検知した前記出口温度から前記外気温度センサで検知した前記外気温度を減算した値が、前記排出弁第１設定温度よりも高いことを含む条件下においては、前記冷媒排出弁を閉止する弁制御手段を有する冷凍サイクル装置。
2. 圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが接続され、冷媒が循環する回路と、
   前記圧縮機の吐出側と吸入側とを接続する吐出ガスバイパス回路と、
   前記凝縮器の出口側と前記膨張弁との間と、前記圧縮機の吸入側と、を接続する吸入バイパス回路と、
   前記圧縮機の吐出側と、前記膨張弁の出口側と前記蒸発器との間と、を接続する冷媒排出バイパス回路と、
   前記冷媒排出バイパス回路に配設され、開閉動作する冷媒排出弁と、
   前記圧縮機の吸入圧力を検知する吸入圧力センサと、
   前記吸入圧力センサにより検知された前記吸入圧力が、開始設定圧力未満を含む条件下において、前記圧縮機の前記吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を開始して前記冷媒排出弁の動作を制御する制御装置と、
   外気温度を検知する外気温度センサと、
   前記蒸発器から流出する冷媒の温度を出口温度として検知する蒸発器出口温度センサと、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記蒸発器出口温度センサで検知した前記出口温度が、排出弁第２設定温度よりも低いことを含む条件下においては、前記冷媒排出弁を開放し、前記出口温度が、前記排出弁第２設定温度よりも高いことを含む条件下においては、前記冷媒排出弁を閉止する弁制御手段を有する冷凍サイクル装置。
3. 圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが接続され、冷媒が循環する回路と、
   前記圧縮機の吐出側と吸入側とを接続する吐出ガスバイパス回路と、
   前記凝縮器の出口側と前記膨張弁との間と、前記圧縮機の吸入側と、を接続する吸入バイパス回路と、
   前記圧縮機の吐出側と、前記膨張弁の出口側と前記蒸発器との間と、を接続する冷媒排出バイパス回路と、
   前記冷媒排出バイパス回路に配設され、開閉動作する冷媒排出弁と、
   前記圧縮機の吸入圧力を検知する吸入圧力センサと、
   前記吸入圧力センサにより検知された前記吸入圧力が、開始設定圧力未満を含む条件下において、前記圧縮機の前記吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を開始して前記冷媒排出弁の動作を制御する制御装置と、
   外気温度を検知する外気温度センサと、
   前記蒸発器から流出する冷媒の温度を出口温度として検知する蒸発器出口温度センサと、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記吸入圧力センサで検知した前記吸入圧力が、排出弁設定圧力よりも低いことを含む条件下においては、前記冷媒排出弁を開放し、前記吸入圧力が、前記排出弁設定圧力よりも高いことを含む条件下においては、前記冷媒排出弁を閉止する弁制御手段を有する冷凍サイクル装置。
4. 前記吸入バイパス回路に流れる冷媒の流量を調整する吸入バイパス弁と、
   前記凝縮器の出口と前記吸入バイパス弁とを接続する配管に設置されたレシーバと、
   をさらに有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記吸入バイパス回路に流れる冷媒の流量を調整する吸入バイパス弁と、
   前記凝縮器の出口と前記吸入バイパス弁とを接続する配管に並列に設置されたレシーバをさらに有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機の吸入側に設置されたアキュームレータをさらに有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記レシーバの入口又は出口の冷媒の温度を検知するレシーバ温度センサと、前記圧縮機の吐出圧力を検知する吐出圧力センサとをさらに有し、
   前記制御装置は、
   前記吐出圧力センサで検知した吐出圧力から吐出飽和温度を演算し、前記吐出飽和温度から前記レシーバ温度センサで検知した冷媒の温度を減算した値を算出し、
   前記弁制御手段は、
   前記吐出飽和温度から前記レシーバ温度センサで検知した冷媒の温度を減算した値が、圧縮機第１設定温度以上になったことを含む条件下においては、前記圧縮機の運転を停止し、前記吐出飽和温度から前記レシーバ温度センサで検知した冷媒の温度を減算した値が、前記圧縮機第１設定温度よりも低いことを含む条件下においては、前記圧縮機の運転を継続する請求項４又は５に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記アキュームレータの入口又は出口の冷媒の温度を検知するアキュームレータ温度センサをさらに有し、
   前記制御装置は、
   前記吸入圧力センサで検知した前記吸入圧力から吸入飽和温度を演算し、前記吸入飽和温度から前記アキュームレータ温度センサとで検知した冷媒の温度を減算した値を算出し、
   前記弁制御手段は、
   前記吸入飽和温度から前記アキュームレータ温度センサとで検知した冷媒の温度を減算した値が、圧縮機第２設定温度以上になったことを含む条件下においては、前記圧縮機の運転を停止し、前記吸入飽和温度から前記アキュームレータ温度センサとで検知した冷媒の温度を減算した値が、前記圧縮機第２設定温度よりも低いことを含む条件下においては、前記圧縮機の運転を継続する請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記吐出ガスバイパス回路に流れる冷媒の流量を調整する吐出ガスバイパス弁をさらに備え、
   前記弁制御手段は、
   前記吸入圧力センサにより検知された前記吸入圧力が、前記開始設定圧力以上を含む条件下においては、前記冷媒排出弁と、前記吐出ガスバイパス弁と、前記吸入バイパス弁とを閉止し、前記膨張弁を開放するように制御して給湯運転を行う請求項４又は５に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記冷媒排出弁の容量係数Ｃｖ値は、前記吐出ガスバイパス弁の容量係数Ｃｖ値より小さい請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記冷媒は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｚｅの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｙｆまたはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒のいずれかである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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