JP7309045B2

JP7309045B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP7309045B2
Application number: JP2022513742A
Authority: JP
Inventors: 拓未西山; 健太村田; 正典佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2040-04-07
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Description

本開示は、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。

従来、地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global-Warming Potential）を低減するために非共沸混合冷媒が使用される冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、国際公開第２０１８／１３９３１５号（特許文献１）には、不均化反応（自己分解反応）が生じる特性を有する冷媒を用いる冷凍サイクル装置において、推定される吐出冷媒温度が基準値以上となる領域において、吐出温度を下げるように制御し不均化反応を抑制することが開示されている。

国際公開第２０１８／１３９３１５号

吐出温度を下げるように制御するには、圧縮機の周波数を低下するか、または電子膨張弁の開度を増加する必要があり、冷凍装置の能力が低下もしくは性能（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）が低下するという課題がある。

また、不均化反応は圧力、温度等の条件が揃った際に発生するが、不均化反応が発生する温度は動作時の圧力によって異なる。したがって、国際公開第２０１８／１３９３１５号に開示された技術では、運転可能な領域（不均化反応が発生しない条件）であっても、吐出冷媒温度が基準値以上となった場合に吐出温度を下げるように制御されるため、運転範囲が狭くなるといった課題がある。

本開示は、上述のような課題を解決する冷凍サイクル装置を開示するものであり、その目的は、非共沸混合冷媒を使用してＧＷＰを低減しながら、非共沸混合冷媒の不均化反応の抑制と冷凍サイクル装置の性能低下の抑制の両立を図ることである。

本開示は、冷媒回路に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。冷凍サイクル装置の冷媒回路は、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを備える。非共沸混合冷媒は、冷媒回路において、圧縮機、凝縮器、膨張機構、および蒸発器の順に循環する。非共沸混合冷媒は、Ｒ３２と、ＣＦ３Ｉと、ＨＦＯ１１２３とを含む。冷凍サイクル装置に封入された状態の非共沸混合冷媒の、Ｒ３２の重量比率、ＣＦ３Ｉの重量比率、ＨＦＯ１１２３の重量比率を、それぞれ、Ｗ（Ｒ３２）、Ｗ（ＣＦ３Ｉ）、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）で表すと、Ｗ（Ｒ３２）は、４３ｗｔ％以下であり、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）は、１４ｗｔ％以上かつ７０ｗｔ％未満であり、Ｗ（ＣＦ３Ｉ）は、２ｗｔ％より多く、Ｗ（Ｒ３２）以下である。

本開示の冷凍サイクル装置によれば、非共沸混合冷媒を使用してＧＷＰを低減しながら、当該非共沸混合冷媒の不均化反応の抑制と冷凍サイクル装置の性能低下の抑制の両立を図ることができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す機能ブロック図である。ＨＦＯ１１２３を含む非共沸混合冷媒の不均化反応が発生する境界を説明するための図である。本実施の形態における不均化反応が発生する領域と圧力のしきい値について説明するための図である。本実施の形態で使用される非共沸混合冷媒が、温度が変化したときにどのように分布位置が変化するかを説明するための図である。冷凍サイクル装置の圧縮機の起動時に実行される処理を説明するためのフローチャートである。実施の形態１において、運転中に実行される吐出温度を低下させる処理を説明するためのフローチャートである。実施の形態１において、運転中に実行される流量調整弁の制御を説明するためのフローチャートである。実施の形態２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。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００Ａの凝縮器の冷媒出口の位置を示す図である。実施の形態２において、運転中に実行される流量調整弁の制御を説明するためのフローチャートである。実施の形態３の冷凍サイクル装置２００の構成、および冷房運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。一般的な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。ＣＦ３Ｉの重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合と、温度勾配との関係を示す図である。Ｒ１２３４ｙｆの重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合と、温度勾配との関係を示す図である。Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）の重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合と、温度勾配との関係を示す図である。冷房運転における非共沸混合冷媒の状態の変化を示すｐ－ｈ線図である。実施の形態３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冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。暖房運転における非共沸混合冷媒の状態の変化を示すｐ－ｈ線図である。図１１および図１７の制御装置によって行なわれる膨張弁４Ｃの制御の一例を説明するためのフローチャートである。実施の形態３において、運転中に実行される流量調整弁の制御を説明するためのフローチャートである。実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００Ａの構成を示す機能ブロック図である。

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。

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の構成を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）を挙げることができる。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と、膨張弁ＬＥＶ１と、熱交換器６と、室外ファン１１と、アキュムレータＡＣＣと、流量調整弁ＬＥＶ２と、制御装置１０と、温度センサ１３Ｔ，１４，１５と、圧力センサ１３Ｐとを含む。室内機１２０は、熱交換器３と、室内ファン１２と、温度センサ１６，１７とを含む。

なお、アキュムレータの液相部、気相部に相当する箇所にそれぞれ温度検知センサを設け冷媒の組成比率を検知可能とすることで圧力センサ１３Ｐでなく温度センサ１４および１７の温度検知結果より得られる圧力より推定してもよい。

冷凍サイクル装置１００には、Ｒ３２、ＣＦ_３Ｉ（以下、ＣＦ３Ｉと記載する）、およびＨＦＯ１１２３が混合されることによってＧＷＰが低減された非共沸混合冷媒が使用される。ＨＦＯ１１２３は、ＧＷＰが小さい（ＧＷＰ＝４）高圧冷媒であり、Ｒ３２に対しガス密度が大きい特性をもつので積極的に使用したい。

本明細書中において、冷凍サイクル装置１００に封入された状態の非共沸混合冷媒の、Ｒ３２、ＣＦ３Ｉ、ＨＦＯ１１２３の重量比率を、それぞれ、Ｗ（Ｒ３２）、Ｗ（ＣＦ３Ｉ）、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）で表す。なお、重量比率は質量比率という場合もある。このとき、Ｗ（Ｒ３２）は、４３ｗｔ％以下であり、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）は、１４ｗｔ％以上かつ７０ｗｔ％未満であり、Ｗ（ＣＦ３Ｉ）は、２ｗｔ％より多く、Ｗ（Ｒ３２）以下である。冷凍サイクル装置１００の出荷台数の増加に伴い、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）が満たされるように、Ｒ３２の重量比率を３０ｗｔ％以下として、ＧＷＰをより低減することが望ましい。

Ｒ３２、ＣＦ３Ｉ、およびＨＦＯ１１２３の沸点は、それぞれ－５２℃、－２２．５℃、および－５６℃である。ＨＦＯ１１２３は、非共沸混合冷媒の動作圧力を上昇させる。ＨＦＯ１１２３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。なお、ＧＷＰの低減が妨げられない範囲で、非共沸混合冷媒は、Ｒ３２、ＣＦ３Ｉ、およびＨＦＯ１１２３以外の冷媒（たとえば、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ２９０、あるいはＣＯ_２）を含んでもよい。

制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、メモリ３２（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））と、各種信号を入出力するための入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置１０の処理手順が記されたプログラムである。制御装置１０は、これらのプログラムに従って、冷凍サイクル装置１００の各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

制御装置１０は、圧縮機１の運転周波数を制御することにより、温度センサ１７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１０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ＬＥＶ１の開度を制御する。制御装置１０は、室外ファン１１および室内ファン１２の単位時間当たりの送風量を制御する。制御装置１０は、圧縮機１から吐出される非共沸混合冷媒の吐出温度Ｔｄを温度センサ１３Ｔから取得する。

制御装置１０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。制御装置１０は、四方弁２を制御して、冷房運転において圧縮機１の吐出口と熱交換器６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。冷房運転において非共沸混合冷媒は、図中実線矢印に示すように、圧縮機１、四方弁２、熱交換器６、膨張弁ＬＥＶ１、熱交換器３、四方弁２、およびアキュムレータＡＣＣの順に循環する。また、制御装置１０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６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、図中破線矢印に示すように、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、膨張弁ＬＥＶ１、熱交換器６、四方弁２、およびアキュムレータＡＣＣの順に循環する。

アキュムレータＡＣＣに流入した非共沸混合冷媒の一部は、液体の非共沸混合冷媒と気体の非共沸混合冷媒とに分離し、アキュムレータＡＣＣに貯留される。

本実施の形態では、制御装置１０は、非共沸混合冷媒に不均化反応が発生することを抑制するように、流量調整弁ＬＥＶ２を制御する。流量調整弁ＬＥＶ２としては、流量を調整可能であれば特に限定されないが、電子膨張弁を使用することができる。ＨＦＯ１１２３冷媒は、不均化反応（自己分解反応）を生じる特性を持つ。不均化反応は、冷媒の温度および圧力が高い場合に発生する。しかし、その境界温度および境界圧力は、冷媒中のＨＦＯ１１２３の重量比率によって変化する。

図２は、ＨＦＯ１１２３を含む非共沸混合冷媒の不均化反応が発生する境界を説明するための図である。図２には、非共沸混合冷媒中のＨＦＯ１１２３の重量％が７０ｗｔ％である場合に不均化反応が発生する境界が示されている。

不均化反応は、高圧、高温、外部的なエネルギーありの３条件が重なると発生するため、冷凍サイクル装置ではその場所は圧縮機１となる。したがって、圧縮機１の吐出温度Ｔｄを下げれば、不均化反応を抑制することができる。

しかし、国際公開第２０１８／１３９３１５号に開示された技術では、予め設定された冷媒温度以上となる際に運転可能な領域（不均化反応が発生しない条件）であっても吐出温度をしきい値Ｔｄ１よりも下げるように制御される。このため図２に示されるように、運転範囲が狭くなる。すなわち、低圧領域においては、不均化反応が発生しないにもかかわらず、吐出温度を下げるように冷凍サイクル装置が制御される。

その結果、圧縮機の周波数を低下、もしくは電子膨張弁の開度を増加する必要があり、冷凍サイクル装置の能力が低下もしくは性能（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）が低下しまう。

本実施の形態では、冷媒温度によって不均化反応が発生する領域の境界となる圧力が変化することを利用して、図２に示した運転可能範囲よりも冷凍サイクル装置の運転領域を広げるように運転が行なわれる。

図３は、本実施の形態における不均化反応が発生する領域と圧力のしきい値について説明するための図である。

図３に示すように、不均化反応発生領域の境界は、圧力と温度によって定まる。たとえば、非共沸混合冷媒のうちのＨＦＯ１１２３の重量比率が７０ｗｔ％である場合の境界線ＢＤ１は、圧力が増加すると温度が低下し、温度が増加すると圧力が低下するような関係にある。

本実施の形態では、圧縮機の吹き出し温度Ｔｄに対応して、圧力しきい値Ｐｔｈを決定する。たとえば、ＨＦＯ１１２３の重量比率が７０ｗｔ％である場合は、境界線ＢＤ１に従って、圧力しきい値Ｐｔｈ１が決定される。

このように、吹出し温度Ｔｄに対応して圧力しきい値Ｐｔｈを決定するので、図２に示した従来運転できなかった領域も運転可能領域に変えることができる。

また、非共沸混合冷媒のうちのＨＦＯ１１２３の重量比率が変化すると不均化反応が生じる圧力、温度の臨界点が変化する。非共沸混合冷媒のうちのＨＦＯ１１２３の重量比率が減少すると、境界線ＢＤ３（重量比率が６５ｗｔ％）に示すように運転可能領域が広がるように境界線が図３において右上に向けて移動する。

逆に、非共沸混合冷媒のうちのＨＦＯ１１２３の重量比率が増加すると、境界線ＢＤ１（重量比率が７５ｗｔ％）に示すように運転可能領域が狭くなるように境界線が図３において左下に向けて移動する。

すなわち、非共沸混合冷媒のうちのＨＦＯ１１２３の重量比率を下げると、運転可能領域を広げることができる。ＨＦＯ１１２３の重量比率を下げるには、他の冷媒の重量比率を増加させる必要がある。たとえば、ＨＦＯ１１２３の重量比率を下げるかわりにＲ３２の重量比率を上げることにより、不均化反応を抑制し、運転可能領域を広げることができる。

このとき、同程度の比率であればＣＦ３ＩとＲ３２を合わせて混合したほうがＲ３２単体で混合するよりも不均化反応の抑制効果が高いことがわかった。つまり、ＣＦ３Ｉは、ＨＦＯ１１２３冷媒の不均化反応を抑制する効果がある。たとえば、ＨＦＯ１１２３質量比６０％に対しＣＦ３Ｉ質量比が２ｗｔ％よりも多いと、不均化反応が抑制され、ＣＦ３Ｉ質量比が５％程度で十分な抑制効果がある。

したがって、不均化反応が発生しやすい圧縮機１において非共沸混合冷媒中のＨＦＯ１１２３の重量比率を下げ、かつＣＦ３Ｉ質量比を増加させることによって、さらに運転可能領域を広げて、冷凍サイクル装置の性能低下を防止することができる。

図４は、本実施の形態で使用される非共沸混合冷媒が、温度が変化したときにどのように分布位置が変化するかを説明するための図である。

ＣＦ３Ｉは、ＨＦＯ１１２３よりも液密度が２．２倍ほど大きい。またＣＦ３Ｉは、ＨＦＯ１１２３よりも高沸点冷媒である。各温度状態において、冷媒の密度関係から推定される冷媒の関係は、図４に示される。図４（ａ）に示されるように、温度が１０℃で液冷媒状態では、ＣＦ３Ｉは下部に溜まり、その上にＲ３２およびＨＦＯ１１２３の混合液が位置し、最上部に冷凍機油が位置する。図４（ｂ）に示されるように、温度が６５℃で液冷媒状態では、ＣＦ３Ｉは下部に溜まり、その上に冷凍機油が位置し、最上部にＲ３２およびＨＦＯ１１２３の混合液が位置する。図４（ｃ）に示されるように、ガス冷媒状態では、冷凍機油は下部に溜まり、その上にＨＦＯ１１２３が位置し、さらにその上にＲ３２が位置し、最上部にＣＦ３Ｉが位置する。

すなわち、不均化反応を抑制するＣＦ３Ｉは、液冷媒時には下部にたまりやすいが、ガス冷媒時には上部に溜まりやすいという性質がある。

実施の形態１では、液冷媒が溜まる容器等で、ＣＦ３Ｉが液相部の最下部に溜まりやすいことを利用して、その部分からＣＦ３Ｉ比率の高い冷媒を圧縮機１に流すようにする。

具体的には、不均化反応発生領域の境界となる閾値付近において、アキュムレータＡＣＣの最下部から、液冷媒を圧縮機１の吸入部に注入する。これにより、ＣＦ３Ｉ比率の高い冷媒が圧縮機１に流れるため、不均化反応が抑制される。

アキュムレータＡＣＣの形状は、径に対して高さが１．１倍以上とすることが好ましい。これにより、あえて液冷媒が滞留しやすくなるので底部に高濃度の冷媒が存在しやすくなる。なお、気液を分離し液冷媒が滞留しやすくなる機能を有する容器であれば、アキュームレータＡＣＣに限らず用いてよい。

図５は、冷凍サイクル装置の圧縮機の起動時に実行される処理を説明するためのフローチャートである。

本実施の形態の冷凍サイクル装置では、起動時に異常運転を検知する。たとえば、冷媒の流路の詰まり、または室内機側の図示しないストップバルブが故障などで閉止した時には、冷媒がうまく循環せず、異常運転となる。したがって、以下のフローチャートに示すように、運転開始時に一気に周波数を上げないことに加えて吐出温度の上昇に伴い熱交換器の冷媒温度が正しく変化していくかを運転開始時に確認する。なお、以下ではステップを単にＳと記載する。

まず、Ｓ１において制御装置１０は、通常運転時よりも低い初期設定の運転周波数で、圧縮機１の運転を開始する。Ｓ２では、冷房運転であるか否かが判断される。

冷房運転であった場合（Ｓ２でＹＥＳ）には、Ｓ３において、凝縮器として働く熱交換器６の冷媒温度Ｔｍ６が運転開始前よりもΔＴ１以上上昇し、かつ蒸発器として働く熱交換器３の冷媒温度Ｔｍ３が運転開始前よりもΔＴ２以上低下したか否かが判断される。

冷媒温度Ｔｍ６，Ｔｍ３が正しく変化している場合（Ｓ３でＹＥＳ）、Ｓ４において、冷凍サイクル装置１００は正常運転中であると判断され、制御はメインルーチンに戻され、その後運転周波数の抑制が解除され運転が継続される。

冷房運転でない場合（Ｓ２でＮＯ）には、Ｓ５において、凝縮器として働く熱交換器３の冷媒温度Ｔｍ３が運転開始前よりもΔＴ３以上上昇し、かつ蒸発器として働く熱交換器６の冷媒温度Ｔｍ６が運転開始前よりもΔＴ４以上低下したか否かが判断される。

冷媒温度Ｔｍ６，Ｔｍ３が正しく変化している場合（Ｓ５でＹＥＳ）、Ｓ６において、冷凍サイクル装置１００は正常運転中であると判断され、制御はメインルーチンに戻され、その後運転周波数の抑制が解除され運転が継続される。

一方、冷媒温度Ｔｍ６，Ｔｍ３が正しく変化していない場合（Ｓ３でＮＯまたはＳ５でＮＯ）、Ｓ７において、冷凍サイクル装置１００は異常運転の可能性ありと判断され、Ｓ８において冷凍サイクル装置１００の運転が停止され、処理は終了する。

図６は、実施の形態１において、運転中に実行される吐出温度を低下させる処理を説明するためのフローチャートである。図６に示される処理は、冷凍サイクル装置１００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎に呼び出される。

図６に示されるように、制御装置１０は、Ｓ１０１において、吐出温度Ｔｄが基準温度τ１よりも小さいか否かを判定する。吐出温度Ｔｄが基準温度τ１よりも小さい場合（Ｓ１０１でＹＥＳ）、制御装置１０は、メインルーチンに処理を返す。吐出温度Ｔｄが基準温度τ１以上である場合（Ｓ１０１でＮＯ）、制御装置１０は、処理をＳ１０２に進める。

制御装置１０は、Ｓ１０２において圧縮機１の運転周波数を低下させて、処理をＳ１０３に進める。制御装置１０は、Ｓ１０３において凝縮器として機能している熱交換器への送風量を増加させて、処理をＳ１０４に進める。冷房運転において制御装置１０は、Ｓ１０３において、室外ファン１１の単位時間当たりの送風量を増加させる。暖房運転において制御装置１０は、Ｓ１０３において室内ファン１２の送風量を増加させる。制御装置１０は、Ｓ１０４において膨張弁ＬＥＶ１の開度を増加させて処理をメインルーチンに返す。なお、凝縮器の熱交換器だけでなく蒸発器の熱交換器の送風量を増加することが吐出温度の低減においてより好ましい。

なお、Ｓ１０２～Ｓ１０４のうち少なくとも１つが行なわれればよく、Ｓ１０２～Ｓ１０４の全てが行なわれる必要はない。また、Ｓ１０２～Ｓ１０４は、図６に示される順番で行なわれなくてもよい。

図７は、実施の形態１において、運転中に実行される流量調整弁の制御を説明するためのフローチャートである。図７に示される処理は、冷凍サイクル装置１００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎に呼び出される。まず、Ｓ１１において、制御装置１０は、吐出温度Ｔｄに基づいて圧力しきい値Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２を算出する。圧力しきい値Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２の算出は、たとえば、図３のＨＦＯ１１２３の重量比率７０ｗｔ％での境界線ＢＤ１上の圧力を圧力しきい値Ｐｔｈ１に設定し、ＨＦＯ１１２３の重量比率７５ｗｔ％での境界線ＢＤ２上の圧力を圧力しきい値Ｐｔｈ２に設定することができる。

圧力しきい値Ｐｔｈ１は、ＨＦＯ１１２３の重量比率７０ｗｔ％での境界条件が好ましく、ＨＦＯ１１２３の重量比率７５ｗｔ％での境界条件がより好ましい。重量比率７５ｗｔ％の場合は、実際には使用可能領域に入っていても、境界に対する余裕が確保され、使用不可の判断がされる。

続いて、Ｓ１２において、制御装置１０は、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ１より低いか否かを判断する。

Ｐｄ＜Ｐｔｈ１が成立しない場合（Ｓ１２でＮＯ）、Ｓ１６において、アキュムレータＡＣＣの底部からＣＦ３Ｉの濃度が高い液冷媒が圧縮機１に吸入されるように、制御装置１０は、流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａを第１設定量Δα１だけ増加させる。これにより、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒のうちＣＦ３Ｉの濃度が上昇し、ＨＦＯ１１２３の濃度が低下する。すると、図３で示したしきい値Ｐｔｈ１を定めていたマップが図３の矢印方向にシフトするため、同じ温度Ｔｄであれば圧力しきい値Ｐｔｈ１は上昇する関係となる。このようなしきい値の変化とＬＥＶ２の開度との関係は予め実験的に求められており、制御装置１０のメモリに記憶されている。したがって、Ｓ１６において、制御装置１０は、流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａを増加させるとともに、圧力しきい値Ｐｔｈ１を増加させる。すなわち、図３の境界線ＢＤ１を開度Ａに応じて移動させる。その後、再びＳ１１において圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２の算出を行なう。

Ｐｄ＜Ｐｔｈ１が成立した場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、Ｓ１３において、制御装置１０は、流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａを第２設定量Δα２だけ減少させる。なお、第２設定量Δα２は、第１設定量Δα１よりも小さい値に設定されている。このときにも、流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａの減少と共に、予め定められた開度Ａと図３の境界線ＢＤ１との関係に基づき、圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２は更新される。

そして、Ｓ１４において、制御装置１０は、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ２より高いか否かを判断する。なお、圧力しきい値Ｐｔｈ２は、図３に示したように、圧力しきい値Ｐｔｈ１よりも低く設定されている。

Ｐｄ＞Ｐｔｈ２が成立しない場合（Ｓ１４でＮＯ）、制御装置１０は、再びＳ１３の処理を実行する。Ｐｄ＞Ｐｔｈ２が成立した場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、制御装置１０は、Ｓ１５において、制御装置１０は、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ１より低いか否かを判断する。

Ｐｄ＜Ｐｔｈ１が成立しない場合（Ｓ１５でＮＯ）、Ｓ１６において、アキュムレータＡＣＣの底部からＣＦ３Ｉの濃度が高い液冷媒が圧縮機１に吸入されるように、制御装置１０は、流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａを第１設定量Δα１だけ増加させ、再びＳ１１において圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２の算出を行なう。

Ｐｄ＜Ｐｔｈ１が成立した場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、流量調整弁ＬＥＶ２の開度は適切な開度に設定されたため、制御はメインルーチンに戻される。

以上説明したように、実施の形態１に示した冷凍サイクル装置１００は、ＣＦ３Ｉ濃度が高い液相冷媒を圧縮機１の吸入口に注入することができるので、圧縮機１におけるＨＦＯ１１２３の重量比率を下げるとともに、不均化反応の発生を抑制することができる。

また、図４（ｃ）に示すように、ガス相では上部にＣＦ３Ｉがより濃度が高い状態であるため、図１の配管ＢＬの吸入口を最上部からバイパスさせてＣＦ３Ｉの濃度が高いガス冷媒を圧縮機１の吸入口に注入してもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、液冷媒が貯留される場所として、圧縮機１の吸入部の上流に設けられるアキュムレータＡＣＣを利用して、ＣＦ３Ｉ濃度の高い冷媒を取り出した。ただし、液冷媒が存在する部分であれば、たとえば、サクションマフラーまたは凝縮器底部など、他の場所であってもよい。実施の形態２では、凝縮器底部から液冷媒を圧縮機に戻す例を説明する。

図８は、実施の形態２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。図８に示されるように、冷凍サイクル装置１００Ａは、室外機１１０Ａと、室内機１２０とを備える。室内機１２０については、図１に示した実施の形態１と同じ構成であるので、説明は繰り返さない。

室外機１１０Ａは、圧縮機１と、四方弁２と、膨張弁ＬＥＶ１と、熱交換器６と、室外ファン１１と、制御装置１０と、温度センサ１３Ｔ，１４，１５と、圧力センサ１３Ｐとを含む。

冷凍サイクル装置１００Ａに封入される非共沸混合冷媒は、実施の形態１と同じである。また、冷房時および暖房時の四方弁２の状態および冷媒の循環方向についても基本的には実施の形態１と同じである。したがって、これらについても説明は繰り返さない。

実施の形態２では、室外機１１０Ａは、熱交換器６の中間部分と圧縮機１の吸入口とを連通させる第１バイパス流路ＢＬ１と、第１バイパス流路ＢＬ１に設けられる流量調整弁ＬＥＶ２－１と、熱交換器３の中間部分と圧縮機１の吸入口とを連通させる第２バイパス流路ＢＬ２と、第２バイパス流路ＢＬ２に設けられる流量調整弁ＬＥＶ２－２とをさらに備える。

図９は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００Ａの凝縮器の冷媒出口の位置を示す概略図である。実施の形態２においては、熱交換器３および熱交換器６には、通常の冷媒入口と冷媒出口の他に、冷媒中間出口が設けられている。冷媒中間出口は、熱交換器３、熱交換器６の各々が凝縮器として使用される場合に、液相冷媒が滞留する部分から液相冷媒を取り出せる位置に設けられる。具体的には、図９に示すように凝縮器中の冷媒流路が上下２経路以上に分かれて流れる場合には、下側の経路かつ、液冷媒が滞留する最下部近傍に冷媒中間出口が設けられる。

実施の形態２でも図５および図６の制御は同様に実行される。実施の形態２では、流量調整弁ＬＥＶ２の制御が少し異なる。図１０は、実施の形態２において、運転中に実行される流量調整弁の制御を説明するためのフローチャートである。図１０に示される処理は、冷凍サイクル装置１００Ａの統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎に呼び出される。

図１０に示すフローチャートは、図７に示すフローチャートにおいて、Ｓ１３，Ｓ１６の処理に代えてＳ１３Ａ，Ｓ１６Ａの処理を実行する。

まず、Ｓ１１において、制御装置１０は、吐出温度Ｔｄに基づいて圧力しきい値Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２を算出する。圧力しきい値Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２の算出は、実施の形態１の場合と同じであるので、説明は繰り返さない。

Ｐｄ＜Ｐｔｈ１が成立しない場合（Ｓ１２でＮＯ）、Ｓ１６Ａにおいて、凝縮器の底部からＣＦ３Ｉの濃度が高い液冷媒が圧縮機１に吸入されるように、制御装置１０は、凝縮器に接続されている流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａを第１設定量Δα１だけ増加させる。これにより、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒のうちＣＦ３Ｉの濃度が上昇し、ＨＦＯ１１２３の濃度が低下する。すると、図３で示したしきい値Ｐｔｈ１を定めていたマップが図３の矢印方向にシフトするため、同じ温度Ｔｄであれば圧力しきい値Ｐｔｈ１は上昇する関係となる。このようなしきい値の変化と流量調整弁ＬＥＶ２の開度との関係は予め実験的に求められており、制御装置１０のメモリに記憶されている。したがって、Ｓ１６Ａにおいて、制御装置１０は、流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａを増加させるとともに、圧力しきい値Ｐｔｈ１を増加させる。すなわち、図３の境界線ＢＤ１を開度Ａに応じて移動させる。その後、再びＳ１１において圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２の算出を行なう。

Ｐｄ＜Ｐｔｈ１が成立した場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、Ｓ１３Ａにおいて、制御装置１０は、凝縮器に接続されている流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａを第２設定量Δα２だけ減少させる。なお、第２設定量Δα２は、第１設定量Δα１よりも小さい値に設定されている。このときにも、流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａの減少と共に、予め定められた開度Ａと図３の境界線ＢＤ１との関係に基づき、圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２は更新される。

冷房時には、熱交換器６が凝縮器となるので、Ｓ１６ＡおよびＳ１３Ａにおける流量調整弁ＬＥＶ２には、流量調整弁ＬＥＶ２－１が該当する。この場合、蒸発器である熱交換器３に接続されている流量調整弁ＬＥＶ２－２は閉止されている。

暖房時には、熱交換器３が凝縮器となるので、Ｓ１６ＡおよびＳ１３Ａにおける流量調整弁ＬＥＶ２には、流量調整弁ＬＥＶ２－２が該当する。この場合、蒸発器である熱交換器６に接続されている流量調整弁ＬＥＶ２－１は閉止されている。

そして、Ｓ１４において、制御装置１０は、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ２より高いか否かを判断する。なお、圧力しきい値Ｐｔｈ２は、図３に示したように、圧力しきい値Ｐｔｈ１よりも低く設定されている。なお、Ｓ１３Ａの処理の結果、ＬＥＶ２が閉止した際はＳ１５の処理が行なわれる。

Ｐｄ＞Ｐｔｈ２が成立しない場合（Ｓ１４でＮＯ）、制御装置１０は、再びＳ１３Ａの処理を実行する。Ｐｄ＞Ｐｔｈ２が成立した場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、制御装置１０は、Ｓ１５において、制御装置１０は、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ１より低いか否かを判断する。

Ｐｄ＜Ｐｔｈ１が成立しない場合（Ｓ１５でＮＯ）、Ｓ１６Ａにおいて、凝縮器の底部からＣＦ３Ｉの濃度が高い液冷媒が圧縮機１に吸入されるように、制御装置１０は、流量調整弁ＬＥＶ２の開度Ａを第１設定量Δα１だけ増加させ、再びＳ１１において圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２の算出を行なう。

以上説明したように、実施の形態２に示した冷凍サイクル装置１００Ａでも、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００と同様に、ＣＦ３Ｉ濃度が高い液相冷媒を圧縮機１の吸入口に注入することができるので、圧縮機１におけるＨＦＯ１１２３の重量比率を下げるとともに、不均化反応の発生を抑制することができる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３の冷凍サイクル装置２００の構成、および冷房運転における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の室外機１１０が室外機２１０に置き換えられた構成である。

室内機１２０は、熱交換器３と、室内ファン１２とを含む。室外機２１０は、圧縮機１と、四方弁２と、膨張弁４Ａと、膨張弁４Ｂと、レシーバ５と、熱交換器６と、室外ファン１１と、制御装置１０と、温度センサ１３とを含む。レシーバ５は、余剰冷媒を貯留する冷媒容器である。

室外機２１０は、さらに、膨張弁４Ｃと、三方弁８と、内部熱交換器７と、温度センサ９Ａ～９Ｃとを含む。

図１１に示されるように、内部熱交換器７は、レシーバ５と膨張弁４Ｃとの間に接続されているととともに、四方弁２とレシーバ５との間に接続されている。三方弁８は、膨張弁４Ｃと、熱交換器３および膨張弁４Ｂを接続する流路ＦＰ１との間に接続されている。また、三方弁８は、膨張弁４Ｃと、膨張弁４Ａおよび熱交換器６を接続する流路ＦＰ２との間に接続されている。冷凍サイクル装置２００の冷房運転は、膨張弁４Ｃが閉止された状態で開始される。なお、内部熱交換器７の接続位置は、熱交換器３出口～四方弁２、圧縮機１の吸入口との間を流れる非共沸混合冷媒が通過する接続位置であれば、どのような接続位置でもよく、たとえば、レシーバ５と膨張弁４Ｃとの間に接続されているととともに、レシーバ５と圧縮機１の吸入口との間に接続されてもよい。

図１１において、制御装置１０は、圧縮機１の運転周波数を制御することにより、室内機１２０内の温度が所望の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１０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４Ａ，４Ｂの開度を制御する。制御装置１０は、室外ファン１１および室内ファン１２の単位時間当たりの送風量を制御する。

制御装置１０は、温度センサ１３Ｔから圧縮機１から吐出される非共沸混合冷媒の吐出温度Ｔｄを取得する。制御装置１０は、温度センサ９Ａからレシーバ５内の気体の非共沸混合冷媒の温度Ｔ９１を取得する。制御装置１０は、温度センサ９Ｂからレシーバ５内の液体の非共沸混合冷媒の温度Ｔ９２を取得する。制御装置１０は、温度センサ９Ｃから内部熱交換器７と膨張弁４Ｃとの間を流れる非共沸混合冷媒の温度Ｔ９３を取得する。

なお、図１１には、温度センサ９Ａおよび９Ｂがレシーバ５の側面に設置されている場合が示されているが、温度センサ９Ａおよび９Ｂが設置される位置は、レシーバ５の側面に限定されない。レシーバ５内の気体の非共沸混合冷媒の温度を測定することができる位置であれば、温度センサ９Ａはどのような位置に設置されていてもよく、たとえばレシーバ５の天井部あるいは上面に設置されてもよい。また、レシーバ５内の液体の非共沸混合冷媒の温度を測定することができる位置であれば、温度センサ９Ｂはどのような位置に設置されてもよく、たとえばレシーバ５の底部あるいは底面に設置されてもよい。

冷房運転において、制御装置１０は、四方弁２を制御して、冷房運転において圧縮機１の吐出口と熱交換器６とを連通させるとともに、熱交換器３と内部熱交換器７とを連通させる。制御装置１０は、三方弁８を制御して、膨張弁４Ｃを流路ＦＰ１に連通させる。

冷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６、膨張弁４Ａ、レシーバ５、膨張弁４Ｂ、熱交換器３、四方弁２、内部熱交換器７、およびレシーバ５の順に循環する。膨張弁４Ａからレシーバ５に流入した非共沸混合冷媒の一部は、液体の非共沸混合冷媒と気体の非共沸混合冷媒とに分離し、レシーバ５に貯留される。膨張弁４Ｃが開放されている場合、レシーバ５内の気体の非共沸混合冷媒が内部熱交換器７によって冷却された後に流路ＦＰ１に導かれる。

レシーバ５から内部熱交換器７に向けて冷媒を排出する冷媒出口の端部の高さＨ１は、液冷媒の液面付近になるように調整されている。レシーバ５から膨張弁４Ｂに向けて冷媒を排出する冷媒出口の端部の高さＨ０と高さＨ１との関係は、Ｈ１＞Ｈ０である。

好ましくは、レシーバ５の底面から上面までの高さを１００％とすると、３０％≦Ｈ１≦７０％とすると良い。このようにすれば、図４（ｂ）に示すように液冷媒を排出する場合にはＨＦＯ１１２３およびＲ３２の混合冷媒が主として排出され、図４（ｃ）に示すようにガス冷媒を排出する際には、ＨＦＯ１１２３濃度の高いガス冷媒が排出される。

ノードＮ１は、圧縮機１と四方弁２との間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。ノードＮ２は、熱交換器６と膨張弁４Ａとの間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。三方弁８と流路ＦＰ２は、ノードＮ２において三方弁８に連通している。ノードＮ３は、膨張弁４Ａとレシーバ５との間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。

ノードＮ４は、レシーバ５と膨張弁４Ｂとの間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。ノードＮ５は、膨張弁４Ｂと熱交換器３との間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。流路ＦＰ１は、ノードＮ５において三方弁８に連通している。ノードＮ６は、四方弁２と内部熱交換器７との間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。ノードＮ７は、内部熱交換器７とレシーバ５との間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。ノードＮ８は、レシーバ５と圧縮機１との間を流れる冷媒が通過するノードである。

ノードＮ９は、レシーバ５と内部熱交換器７との間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。ノードＮ１０は、内部熱交換器７と膨張弁４Ｃとの間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。ノードＮ１１は、三方弁８と流路ＦＰ１との間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。ノードＮ１２は、三方弁８と流路ＦＰ２との間を流れる非共沸混合冷媒が通過するノードである。

実施の形態３でも図５および図６の制御は同様に実行される。
ここで、非共沸混合冷媒の二相領域における温度勾配について説明する。図１２は、一般的な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１２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。飽和液線ＬＣ上の点ＬＰ，ＧＰは、圧力Ｐ１における飽和液線上の点および飽和蒸気線上の点をそれぞれ表している。図１２には、温度Ｔ１，Ｔ２（＜Ｔ１）の等温線が示されている。

図１２に示されるように、点ＧＰとＬＰとの間には、Ｔ１－Ｔ２の温度勾配が生じている。非共沸混合冷媒は、同じ圧力下の気液二相状態（飽和液線ＬＣと飽和蒸気線ＧＣとの間の領域）において、エンタルピが減少するほど温度が低下する特性を有する場合がある。温度勾配が大きくなる程、暖房運転において蒸発器として機能する熱交換器６に流入する非共沸混合冷媒の温度が低下し、熱交換器６に着霜が発生し易くなる。その結果、冷凍サイクル装置１００の性能が低下し得る。

そこで、冷凍サイクル装置２００においては、冷凍サイクル装置２００に封入された状態の非共沸混合冷媒におけるＣＦ３Ｉの重量比率をＲ３２の重量比率以下とすることにより、温度勾配を抑制する。

図１３は、ＣＦ３Ｉの重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合と、温度勾配との関係を示す図である。図１３に示されるように、ＣＦ３Ｉの重量比率がＲ３２の重量比率より大きい場合（ＣＦ３Ｉの重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合が１．０未満）、非共沸混合冷媒の温度勾配は無視できない。一方、ＣＦ３Ｉの重量比率をＲ３２の重量比率以下（ＣＦ３Ｉの重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合が１．０以上）とすることにより、温度勾配をほぼ無くすることができる。

これにより、蒸発器に局部的な着霜が発生しにくくなるので、除霜運転の間隔を長くできるなどにより、冷凍サイクル装置の運転効率を向上させることができる。

ＧＷＰ低減または不均化反応抑制のために、ＨＦＯ１１２３の重量比率を低減させることが有効であるが、その場合に代替的に混合する冷媒としてＣＦ３Ｉ以外にも、Ｒ１２３４ｙｆとＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）とが考えられる。

図１４は、Ｒ１２３４ｙｆの重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合と、温度勾配との関係を示す図である。図１４に示すように、Ｒ１２３４ｙｆの重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合が８７／１３とすることにより、温度勾配をＣＦ３Ｉ混合時と同様にほぼ無くすることができる。

図１５は、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）の重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合と、温度勾配との関係を示す図である。図１５に示すように、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）の重量比率に対するＲ３２の重量比率の割合が９６．２／３．８とすることにより、温度勾配をＣＦ３Ｉ混合時と同様にほぼ無くすることができる。

図１６は、冷房運転における非共沸混合冷媒の状態の変化を示すｐ－ｈ線図である。図１６に示されている各状態は、図１１のノードＮ１～Ｎ１１における非共沸混合冷媒の各状態に対応する。状態Ｃ１は、膨張弁４ＢとノードＮ５との間を流れる非共沸混合冷媒の状態を表す。

図１１および図１６を併せて参照して、ノードＮ８の状態からノードＮ１の状態への過程は、圧縮機１による断熱圧縮過程を表す。ノードＮ１の状態の非共沸混合冷媒の温度が温度センサ１３によって吐出温度Ｔｄとして測定される。ノードＮ１の状態からノードＮ２の状態への過程は、熱交換器６による凝縮過程を表す。ノードＮ２の状態からノードＮ３の状態への過程は、膨張弁４Ａによる減圧過程を表す。ノードＮ４の状態は、レシーバ５から流出する飽和液の状態であり、図１６において飽和液線上に示されている。ノードＮ４の状態の非共沸混合冷媒の温度が温度センサ９Ｂによって温度Ｔ９２として測定される。ノードＮ４の状態から状態Ｃ１への過程は、膨張弁４Ｂによる減圧過程を表す。

図１６のｐ－ｈ線図では、ノードＮ９にはガス冷媒が排出される場合を示している。ノードＮ９の状態は、レシーバ５から流出する飽和蒸気の状態であり、図１６において飽和蒸気線上に示されている。ノードＮ９の状態の非共沸混合冷媒の温度が温度センサ９Ａによって温度Ｔ９１（＞Ｔ９２）として測定される。ノードＮ９の状態からノードＮ１０の状態への過程は、内部熱交換器７による冷却過程を表す。ノードＮ１０の状態の非共沸混合冷媒の温度が温度センサ９Ｃによって温度Ｔ９３（＜Ｔ９２）として測定される。ノードＮ１０の状態からノードＮ１１の状態への過程は、膨張弁４Ｃによる減圧過程を表す。ノードＮ１１の状態のエンタルピは、状態Ｃ１のエンタルピよりも小さい。そのため、状態Ｃ１の非共沸混合冷媒にノードＮ１１の状態の非共沸混合冷媒が合流するノードＮ５の状態のエンタルピは、ノードＮ１１のエンタルピよりも大きく、状態Ｃ１のエンタルピよりも小さい。

ノードＮ５の状態からノードＮ６の状態の過程は、熱交換器３による蒸発過程を表す。ノードＮ６の状態からノードＮ７の状態への過程において、内部熱交換器７を通過する非共沸混合冷媒は、ノードＮ９の状態の非共沸混合冷媒から熱を吸収する。そのため、ノードＮ７の状態のエンタルピは、ノードＮ６の状態のエンタルピよりも大きい。

冷凍サイクル装置１００においては、冷房運転において蒸発器として機能する熱交換器３に流入する非共沸混合冷媒のエンタルピ（ノードＮ５の状態のエンタルピ）が、膨張弁４Ｂから流出する非共沸混合冷媒のエンタルピ（状態Ｃ１のエンタルピ）よりも内部熱交換器７によって減少される。また、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒のエンタルピ（ノードＮ８の状態のエンタルピ）が、内部熱交換器７によって、熱交換器３から流出する非共沸混合冷媒のエンタルピ（ノードＮ６の状態のエンタルピ）よりも増加される。そのため、熱交換器３に流入する非共沸混合冷媒のエンタルピと、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒のエンタルピとの差が増加する。その結果、冷凍サイクル装置１００の冷房運転の効率を向上させることができる。

図１７は、実施の形態３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の暖房運転も、膨張弁４Ｃが閉止された状態で開始される。暖房運転において、制御装置１０は、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６と内部熱交換器７とを連通させる。制御装置１０は、三方弁８を制御して、膨張弁４Ｃを流路ＦＰ２に連通させる。

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４Ｂ、レシーバ５、膨張弁４Ａ、熱交換器６、四方弁２、内部熱交換器７、およびレシーバ５の順に循環する。膨張弁４Ｂからレシーバ５に流入した非共沸混合冷媒の一部は、液体の非共沸混合冷媒と気体の非共沸混合冷媒とに分離し、レシーバ５に貯留される。

図１８は、暖房運転における非共沸混合冷媒の状態の変化を示すｐ－ｈ線図である。図１８に示されている各状態は、図１７のノードＮ１～Ｎ１０，Ｎ１２における非共沸混合冷媒の各状態に対応する。状態Ｃ２は、膨張弁４ＡとノードＮ２との間を流れる非共沸混合冷媒の状態を表す。

図１７および図１８を併せて参照して、ノードＮ８の状態からノードＮ１の状態への過程は、圧縮機１による断熱圧縮過程を表す。ノードＮ１の状態の非共沸混合冷媒の温度が温度センサ１３によって吐出温度Ｔｄとして測定される。ノードＮ１の状態からノードＮ５の状態への過程は、熱交換器３による凝縮過程を表す。ノードＮ５の状態からノードＮ４の状態への過程は、膨張弁４Ｂによる減圧過程を表す。ノードＮ３の状態は、レシーバ５から流出する飽和液の状態であり、図１８において飽和液線上に示されている。ノードＮ３の状態の非共沸混合冷媒の温度が温度センサ９Ｂによって温度Ｔ９２として測定される。ノードＮ３の状態から状態Ｃ２への過程は、膨張弁４Ａによる減圧過程を表す。

図１８のｐ－ｈ線図では、ノードＮ９にはガス冷媒が排出される場合を示している。ノードＮ９の状態は、レシーバ５から流出する飽和蒸気の状態であり、図１８において飽和蒸気線上に示されている。ノードＮ９の状態の非共沸混合冷媒の温度が温度センサ９Ａによって温度Ｔ９１（＞Ｔ９２）として測定される。ノードＮ９の状態からノードＮ１０の状態への過程は、内部熱交換器７による冷却過程を表す。ノードＮ１０の状態の非共沸混合冷媒の温度が温度センサ９Ｃによって温度Ｔ９３（＜Ｔ９２）として測定される。ノードＮ１０の状態からノードＮ１２への過程は、膨張弁４Ｃによる減圧過程を表す。ノードＮ１２の状態のエンタルピは、状態Ｃ２のエンタルピよりも小さい。そのため、状態Ｃ２の非共沸混合冷媒にノードＮ１２の状態の非共沸混合冷媒が合流するノードＮ２の状態のエンタルピは、ノードＮ１２のエンタルピよりも大きく、状態Ｃ２のエンタルピよりも小さい。

ノードＮ２の状態からノードＮ６の状態の過程は、熱交換器６による蒸発過程を表す。ノードＮ６の状態からノードＮ７の状態への過程において、非共沸混合冷媒は、内部熱交換器７においてノードＮ９の状態の非共沸混合冷媒から熱を吸収する。そのため、ノードＮ７の状態のエンタルピは、ノードＮ６の状態のエンタルピよりも大きい。

冷凍サイクル装置２００においては、暖房運転において蒸発器として機能する熱交換器６に流入する非共沸混合冷媒のエンタルピ（ノードＮ２の状態のエンタルピ）が、膨張弁４Ａから流出する非共沸混合冷媒のエンタルピ（状態Ｃ２のエンタルピ）よりも内部熱交換器７によって減少される。また、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒のエンタルピ（ノードＮ８の状態のエンタルピ）が、熱交換器６から流出する非共沸混合冷媒のエンタルピ（ノードＮ６の状態のエンタルピ）よりも内部熱交換器７によって増加される。そのため、熱交換器６に流入する非共沸混合冷媒のエンタルピと、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒のエンタルピとの差が増加する。その結果、冷凍サイクル装置２００の暖房運転の効率を向上させることができる。

図１９は、図１１および図１７の制御装置によって行なわれる膨張弁４Ｃの制御の一例を説明するためのフローチャートである。図１９に示される処理は、冷凍サイクル装置２００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎に呼び出される。図１９に示される処理は、冷房運転および暖房運転において行なわれる。

図１９に示されるように、制御装置１０は、Ｓ２０１において、膨張弁４Ｃが開放されているか否かを判定する。膨張弁４Ｃが閉止されている場合（Ｓ２０１でＮＯ）、制御装置１０は、処理をＳ２０２に進める。制御装置１０は、Ｓ２０２において温度Ｔ９１とＴ９２との差（温度勾配）がしきい値δ１以上であるか否かを判定する。温度勾配がしきい値δ１より小さい場合（Ｓ２０２でＮＯ）、制御装置１０は、処理をメインルーチンに返す。温度勾配がしきい値δ１以上である場合（Ｓ２０２でＹＥＳ）、制御装置１０は、処理をＳ２０３に進める。制御装置１０は、Ｓ２０３において膨張弁４Ｃの開度を基準開度だけ開放し、処理をメインルーチンに返す。

膨張弁４Ｃが開放されている場合（Ｓ２０１でＹＥＳ）、制御装置１０は、処理をＳ２０４に進める。制御装置１０は、Ｓ２０４において温度Ｔ９１とＴ９３との差がしきい値δ２以上か否かを判定する。温度Ｔ９１とＴ９３との差がしきい値δ２よりも小さい場合（Ｓ２０４でＮＯ）、制御装置１０は、処理をＳ２０５に進める。制御装置１０は、Ｓ２０５において膨張弁４Ｃの開度を一定開度だけ減少させた後、処理をメインルーチンに返す。温度Ｔ９１とＴ９３との差がしきい値δ２以上である場合（Ｓ２０４でＹＥＳ）、制御装置１０は、Ｓ２０６に処理を進める。制御装置１０は、Ｓ２０６において膨張弁４Ｃの開度を一定開度だけ増加させた後、処理をメインルーチンに返す。

図１９に示したように膨張弁４Ｃが制御されることによって、蒸発器における温度勾配も小さくなり、局部的な着霜が抑制されるため、除霜運転の頻度を下げることができる。このため、冷凍サイクル装置の性能の低下が抑制される。なお、制御の優先度については、製品の信頼性に関わるため、以下に示す図２０のフローチャートの処理が図１９よりも優先される。

図２０は、実施の形態３において、運転中に実行される流量調整弁の制御を説明するためのフローチャートである。図２０に示される処理は、冷凍サイクル装置２００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎に呼び出される。まず、Ｓ３１において、制御装置１０は、吐出温度Ｔｄに基づいて圧力しきい値Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２を算出する。圧力しきい値Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２の算出は、実施の形態１および実施の形態２の場合と同じであるので、説明は繰り返さない。

続いて、Ｓ３２において、制御装置１０は、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ１より低いか否かを判断する。

Ｐｄ＜Ｐｔｈ１が成立しない場合（Ｓ３２でＮＯ）、Ｓ３３において、制御装置１０は、膨張弁４Ｃの開度Ｂを第１設定量Δβ１だけ減少させる。これにより、圧縮機１に吸入される冷媒のうち、レシーバ５の冷媒液面付近から蒸発器を経由して圧縮機１に吸入されていたＨＦＯ１１２３濃度が高い冷媒の量が減少する。すると、図３で示したしきい値Ｐｔｈ１を定めていたマップが図３の矢印方向にシフトするため、同じ温度Ｔｄであれば圧力しきい値Ｐｔｈ１は上昇する関係となる。このようなしきい値の変化と膨張弁４Ｃの開度Ｂとの関係は予め実験的に求められており、制御装置１０のメモリに記憶されている。したがって、Ｓ３３において、制御装置１０は、膨張弁４Ｃの開度Ｂを減少させるとともに、圧力しきい値Ｐｔｈ１を増加させる。すなわち、図３の境界線ＢＤ１を開度Ｂに応じて移動させる。

その後、Ｓ３４において、制御装置１０は、膨張弁４Ｃの開度が全閉であるか否かを判断し、全閉で無ければ（Ｓ３４でＮＯ）その後、再びＳ３１において圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２の算出を行なう。

膨張弁４Ｃの開度が全閉である場合には（Ｓ３４でＹＥＳ）、これ以上膨張弁４Ｃを操作しても圧縮機１に吸入されるＨＦＯ１１２３の濃度を低下させることはできない。このため、Ｓ３５において、再び、制御装置１０は、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ１より低いか否かを判断し、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ１以上となっている場合には（Ｓ３５でＮＯ）、Ｓ３６において圧縮機１の周波数を低下させるか、または、凝縮器のファンの風量を増加させて、吐出圧力Ｐｄを低下させ、再びＳ３５の判断を行なう。なお、蒸発器のファンの風量をさらに増加させることで圧縮比をより低減できるため、吐出温度低減に対しより好ましい。また、暖房運転時に室内機が凝縮器となる際にユーザー設定によりファン風量が増加できない場合、室外機(蒸発器)のファンの風量の増加のみとしてもよい。

Ｓ３２またはＳ３５においてＰｄ＜Ｐｔｈ１が成立した場合（Ｓ３２でＹＥＳまたはＳ３５でＹＥＳ）、Ｓ３７において制御装置１０は、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ２より大きいか否かを判断する。

Ｐｄ＞Ｐｔｈ２が成立していない場合（Ｓ３７でＮＯ）、Ｓ３８において制御装置１０は、膨張弁４Ｃの開度Ｂを第２設定量Δβ２だけ増加させる。これにより、圧縮機１に吸入される冷媒のうち、レシーバ５の冷媒液面付近から蒸発器を経由して圧縮機１に吸入されていたＨＦＯ１１２３の濃度が高い冷媒の量が増加する。すると、図３で示したしきい値Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２を定めていたマップが図３の矢印と反対方向にシフトするため、同じ温度Ｔｄであれば圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２は低下する関係となる。このようなしきい値の変化と膨張弁４Ｃの開度Ｂとの関係は予め実験的に求められており、制御装置１０のメモリに記憶されている。したがって、Ｓ３８において、制御装置１０は、膨張弁４Ｃの開度Ｂを増加させるとともに、圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２を低下させる。すなわち、図３の境界線ＢＤ１，ＢＤ２を開度Ｂに応じて移動させる。これにより、その後Ｓ３１において再度算出される圧力しきい値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２は現在よりも低下する。

Ｐｄ＞Ｐｔｈ２が成立した場合（Ｓ３７でＹＥＳ）、膨張弁４Ｃの調整は完了したので、制御は一旦メインルーチンに戻される。

図２０に示したように膨張弁４Ｃが制御されることによって、不均化反応を確実に抑制できることに加え、ＨＦＯ１１２３の比率を高めることができるため蒸発器における温度勾配も小さくなり、局部的な着霜が抑制され、除霜運転の頻度を下げることができる。このため、冷凍サイクル装置の性能の低下が抑制される。

以上説明したように、実施の形態３の冷凍サイクル装置では、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒が不均化反応を起こしそうな状況になった場合、レシーバ５から送り出される冷媒のＨＦＯ１１２３の濃度を下げて、不均化反応が発生する領域を広げる。また、ＣＦ３Ｉで不均化反応を抑制する際に、非共沸混合冷媒の蒸発器における温度勾配が生じない程度にＣＦＩ３とＲ３２の重量比率を制御する。

このようにして、非共沸混合冷媒のＧＷＰを低減しながら、当該非共沸混合冷媒が使用される冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。

実施の形態４．
図２１は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００Ａの構成を示す機能ブロック図である。図２１に示されるように、冷凍サイクル装置２００Ａは、室外機２１０Ａと、室内機１２０とを備える。室内機１２０については、図１に示した実施の形態１と同じ構成であるので、説明は繰り返さない。

室外機２１０Ａは、図１１に示した室外機２１０の構成において、三方弁８が削除され、膨張弁４Ｃを通過する冷媒を、圧縮機１の吸入口に戻している点が変更されている。室外機２１０Ａの他の部分の構成は、室外機２１０の構成と同様であるので、説明は繰り返さない。

実施の形態４では、実施の形態３のように蒸発器における温度勾配を調整することはできないが、図２０に示すフローチャートの処理を行なうことによって、圧縮機１が吸入する非共沸混合冷媒のＨＦＯ１１２３の重量比率を調整することについては可能である。したがって、冷媒の不均化反応を抑制しつつ、運転範囲を広げることができる。

（まとめ）
本開示は、冷媒回路に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。冷凍サイクル装置１００の冷媒回路は、圧縮機１と、凝縮器と、膨張弁ＬＥＶ１と、蒸発器とを備える。非共沸混合冷媒は、冷媒回路において、圧縮機１、凝縮器、膨張弁ＬＥＶ１、および蒸発器の順に循環する。非共沸混合冷媒は、少なくともＲ３２と、ＣＦ３Ｉと、ＨＦＯ１１２３とを含む。冷凍サイクル装置に封入された状態の非共沸混合冷媒の、Ｒ３２の重量比率、ＣＦ３Ｉの重量比率、ＨＦＯ１１２３の重量比率を、それぞれ、Ｗ（Ｒ３２）、Ｗ（ＣＦ３Ｉ）、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）で表すと、Ｗ（Ｒ３２）は、４３ｗｔ％以下であり、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）は、１４ｗｔ％以上かつ７０ｗｔ％未満であり、Ｗ（ＣＦ３Ｉ）は、２ｗｔ％より多く、Ｗ（Ｒ３２）以下である。

好ましくは、図１４に示すように、非共沸混合冷媒には、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆの混合比率の合計が１３ｗｔ％以下となるようにＲ１２３４ｙｆが混合されている。前記混合比率以下とすることで温度勾配をCF3I混合時と同等以下にすることができる。

好ましくは、図１５に示すように、非共沸混合冷媒には、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆの混合比率の合計が３．８ｗｔ％以下となるようにＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）が混合されている。前記混合比率以下とすることで温度勾配をＣＦ３Ｉ混合時と同等以下にすることができる。

好ましくは、図１、図６、図７、図８に示すように、冷凍サイクル装置は、圧縮機１の吸入部と冷媒回路において非共沸混合冷媒の液冷媒が溜まる液溜まり部分との間で連通するバイパス経路ＢＬ，ＢＬ１，ＢＬ２と、バイパス経路ＢＬ，ＢＬ１，ＢＬ２に設けられた流量調整弁ＬＥＶ２，ＬＥＶ２－１，ＬＥＶ２－２と、圧縮機１の吐出温度を検知する温度センサ１３Ｔと、圧縮機１の吐出圧力を検知する圧力センサ１３Ｐと、温度センサ１３Ｔおよび圧力センサ１３Ｐの出力に基づいて流量調整弁ＬＥＶ２，ＬＥＶ２－１，ＬＥＶ２－２を制御する制御装置１０とをさらに備える。制御装置１０は、吐出温度が温度しきい値τ１以下、かつ、吐出圧力が圧力しきい値Ｐｔｈ１以下となるように、圧縮機１および流量調整弁ＬＥＶ２，ＬＥＶ２－１，ＬＥＶ２－２の流量を調整する。圧力しきい値は、図３に示すようにＷ（ＨＦＯ１１２３）および吐出温度Ｔｄに対応して予め定められる非共沸混合冷媒の不均化反応発生領域の境界ＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３を示す圧力である。

より好ましくは、図３に示されるように、圧力しきい値Ｐｔｈ１は、ｙ軸を温度、ｘ軸を圧力としたｘｙ平面において、以下の式（１）で表される。
y=0.0005955741x⁶-0.0335925804x⁵+0.7640964499x⁴-9.0197555118x³+59.8464849395x²-232.4345022252x+537.6463398423 …（１）
より好ましくは、図１、図９に示すように、液溜まり部分（アキュムレータＡＣＣ、または凝縮器）に設けられたバイパス経路の取り付け位置は、重力方向において液溜まり部分の最下部となる位置に設けられている。

好ましくは、図１１に示すように、冷媒回路は、余剰冷媒を貯留するレシーバ５をさらに備える。非共沸混合冷媒は、冷媒回路において、圧縮機１、凝縮器、レシーバ５、および蒸発器の順に循環する。冷凍サイクル装置は、非共沸混合冷媒のガス冷媒が溜まるレシーバ５の部分と圧縮機１の吸入部または蒸発器の冷媒入口部分との間で連通するバイパス経路（Ｎ９）と、バイパス経路に設けられた膨張弁４Ｃと、バイパス経路に設けられ、バイパス経路を通過するガス冷媒を冷却して液化させる冷却装置（内部熱交換器７）とをさらに備える。

より好ましくは、図１１、図１７に示すように、冷凍サイクル装置２００は、レシーバ５のガス冷媒が貯留される部分に設けられる第１温度センサ９Ａと、レシーバ５の液冷媒が貯留される部分に設けられる第２温度センサ９Ｂと、膨張弁４ｃと内部熱交換器７との間に設けられた第３温度センサ９Ｃと、第１温度センサ９Ａおよび第２温度センサ９Ｂ、第３温度センサ９Ｃの出力に基づいて膨張弁４Ｃを制御する制御装置１０をさらに備える。図１９に示すように、制御装置１０は、第１温度センサ９Ａで検出される温度Ｔ９１と第２温度センサ９Ｂで検出される温度Ｔ９２の差および温度Ｔ９１とＴ９３の差が予め定めた温度差となるように、膨張弁４Ｃを通過する冷媒の流量を調整する。

さらに好ましくは、冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１の吐出温度を検知する第３温度センサ１３Ｔと、圧縮機１の吐出圧力を検知する圧力センサ１３Ｐとをさらに備える。制御装置１０は、吐出温度Ｔｄが温度しきい値τ１以下、かつ、吐出圧力Ｐｄが圧力しきい値Ｐｔｈ１以下となるように、膨張弁４Ｃの流量を調整する。圧力しきい値Ｐｔｈ１は、図３に示すように、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）および吐出温度Ｔｄに対応して予め定められる非共沸混合冷媒の不均化反応発生領域の境界ＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３を示す圧力である。

好ましくは、冷凍サイクル装置１００は、図５に示すように、凝縮器の冷媒流路中間部分に設置された第１中間温度センサ１４と、蒸発器の冷媒流路中間部分に設置された第２中間温度センサ１７とをさらに備える。圧縮機１の起動前後において、第１中間温度センサ１４の検知温度Ｔｍ６の上昇幅が、第１温度しきい値ΔＴ１以上であり、かつ、第２中間温度センサ１７の検知温度Ｔｍ３の下降幅が、第２温度しきい値ΔＴ２以上である場合には、圧縮機１は運転を継続する。一方、圧縮機１の起動前後において、第１中間温度センサ１４の検知温度Ｔｍ６の上昇幅が、第１温度しきい値ΔＴ１未満であるか、または、第２中間温度センサ１７の検知温度Ｔｍ３の下降幅が、第２温度しきい値ΔＴ２未満である場合には、圧縮機１は運転を停止する。

今回開示された各実施の形態および各変形例は、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。

１圧縮機、２四方弁、３，６熱交換器、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，ＬＥＶ１膨張弁、５レシーバ、７内部熱交換器、８三方弁、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，１３，１３Ｔ，１４，１５，１６，１７温度センサ、１０制御装置、１１室外ファン、１２室内ファン、１３Ｐ圧力センサ、１００，１００Ａ，２００，２００Ａ冷凍サイクル装置、１１０，１１０Ａ，２１０，２１０Ａ室外機、１２０室内機、ＢＬ１第１バイパス流路、ＢＬ２第２バイパス流路、ＦＰ１，ＦＰ２流路、ＬＥＶ２流量調整弁。

Claims

冷媒回路に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、
前記冷媒回路は、
圧縮機と、
凝縮器と、
膨張機構と、
蒸発器とを備え、
前記非共沸混合冷媒は、前記冷媒回路において、前記圧縮機、前記凝縮器、前記膨張機構、および前記蒸発器の順に循環し、
前記非共沸混合冷媒は、Ｒ３２と、ＣＦ３Ｉと、ＨＦＯ１１２３とを含み、
前記冷凍サイクル装置に封入された状態の前記非共沸混合冷媒の、前記Ｒ３２の重量比率、前記ＣＦ３Ｉの重量比率、前記ＨＦＯ１１２３の重量比率を、それぞれ、Ｗ（Ｒ３２）、Ｗ（ＣＦ３Ｉ）、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）で表すと、
Ｗ（Ｒ３２）は、４３ｗｔ％以下であり、
Ｗ（ＨＦＯ１１２３）は、１４ｗｔ％以上かつ７０ｗｔ％未満であり、
Ｗ（ＣＦ３Ｉ）は、２ｗｔ％より多く、Ｗ（Ｒ３２）以下であり、
前記冷凍サイクル装置は、
前記圧縮機の吸入部と前記冷媒回路において前記非共沸混合冷媒の液冷媒が溜まる液溜まり部分との間で連通するバイパス経路と、
前記バイパス経路に設けられた流量調整弁と、
前記圧縮機の吐出温度を検知する温度センサと、
前記圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサと、
前記温度センサおよび前記圧力センサの出力に基づいて前記流量調整弁を制御する制御装置とをさらに備え、
前記制御装置は、前記吐出温度が温度しきい値以下、かつ、前記吐出圧力が圧力しきい値以下となるように、前記圧縮機および前記流量調整弁の流量を調整し、
前記圧力しきい値は、Ｗ（ＨＦＯ１１２３）および前記吐出温度に対応して予め定められる前記非共沸混合冷媒の不均化反応発生領域の境界を示す圧力である、冷凍サイクル装置。
前記非共沸混合冷媒には、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆの混合比率の合計が１３ｗｔ％以下となるようにＲ１２３４ｙｆが混合されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記非共沸混合冷媒には、Ｒ３２とＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）の混合比率の合計が３．８ｗｔ％以下となるようにＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）が混合されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記圧力しきい値は、ｙ軸を温度、ｘ軸を圧力としたｘｙ平面において、
y=0.0005955741x⁶-0.0335925804x⁵+0.7640964499x⁴-9.0197555118x³+59.8464849395x²-232.4345022252x+537.6463398423
で表される、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記液溜まり部分に設けられた前記バイパス経路の取り付け位置は、重力方向において前記液溜まり部分の最下部となる位置に設けられている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記凝縮器の冷媒流路中間部分に設置された第１中間温度センサと、
前記蒸発器の冷媒流路中間部分に設置された第２中間温度センサとをさらに備え、
前記圧縮機の起動前後において、前記第１中間温度センサの検知温度の上昇幅が、第１温度しきい値以上であり、かつ、前記第２中間温度センサの検知温度の下降幅が、第２温度しきい値以上である場合には、前記圧縮機は運転を継続し、
前記圧縮機の起動前後において、前記第１中間温度センサの検知温度の上昇幅が、前記第１温度しきい値未満であるか、または、前記第２中間温度センサの検知温度の下降幅が、前記第２温度しきい値未満である場合には、前記圧縮機は運転を停止する、請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。