(57)【要約】      （修正有）【課題】冷媒封入量を増加することなく、運転効率の低下と吐出温度の異常上昇とを抑制でき、耐久性に優れた冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】気液分離装置２５内には、圧縮機側に冷媒が流れる配管２５２が設けられており、また、配管２５２は、第１開口部２５２ａと第１開口部２５２ａより下方側に設けられている第２開口部２５２ｂとを有し、第１開口部２５２ａの開口面積に対する第２開口部２５２ｂの開口面積の比率をＡとした冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置において、冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置に対応する冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置における第１開口部２５２ａの開口面積に対する第２開口部２５２ｂの開口面積の比率をＢとすると、Ａ＞Ｂの関係が成り立つ。【選択図】図２
2018194200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器、気液分離装置を順次接続して形成された冷媒回路を少なくとも備え、前記気液分離装置内には、前記圧縮機側に冷媒が流れる配管が設けられており、また、前記配管は、第１開口部と前記第１開口部より下方側に設けられている第２開口部とを有し、前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＡとした冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置において、前記冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置に対応する冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置における前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＢとすると、Ａ＞Ｂの関係が成り立つことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＡとした冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置において、前記冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置に対応する冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置における前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＢとすると、ＡはＢの１.９倍以上であることを特徴とする前記請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載の利用側熱交換器にて加熱した液体を循環させる構成としたことを特徴とする液体循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）であるＲ３２を冷媒として用い、圧縮機の吸入側に気液分離器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気調和機などの冷凍サイクル装置ではＲ２２の代替冷媒として、オゾン破壊係数の小さい冷媒Ｒ４１０Ａを採用したものが主流となっているが、冷媒Ｒ４１０Ａは地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大きいため、今後はＧＷＰが比較的小さく地球温暖化を抑制することができる冷媒Ｒ３２への転換が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６９８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなＲ３２冷媒を使用した冷凍サイクル装置においても、環境面と安全性の観点から、冷凍サイクル装置に充填する冷媒量は、従来装置の性能を維持した状態で、できるだけ少なくすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、Ｒ３２冷媒を従来の冷凍サイクル装置に適用した場合、例えば、−２０℃等の低外気温度の環境下において、高い暖房能力を出力しようとすると、冷媒Ｒ３２の特性により、吐出温度が異常上昇し、冷凍サイクル装置の耐久性が低下してしまう。
【０００６】
そこで、吐出温度を低下させるために、蒸発温度を上昇させて、蒸発器出口の冷媒乾き度を低下させ、圧縮機の吸入冷媒エンタルピーを低下させる方法が、一般的に行われるが、圧縮機の吸入側に気液分離器を備えた冷媒Ｒ３２の冷凍サイクル装置に、従来の冷媒Ｒ４１０Ａ用の気液分離器をそのまま適用すると、気液分離器から液冷媒が、圧縮機に戻りにくくなるために、蒸発器出口の冷媒乾き度を低下させた状態では、吐出温度の上昇を抑制することが困難となる。
【０００７】
そのため、蒸発温度をさらに上昇させて、気液分離器に液冷媒を溜め込み、圧縮機への液冷媒の戻り量を増加させるか、あるいは、冷媒封入量を増加させることが必要となる。
【０００８】
しかしながら、気液分離器に液冷媒を溜め込み、圧縮機への液冷媒の戻り量を増加させる対応では、空気からの吸熱量が低下するため、冷凍サイクル装置の運転能力と運転効率が著しく低下してしまうという課題を有していた。
【０００９】
また、冷媒封入量を増加させる対応では、冷媒量が大幅に増加するほか、定格条件などの吐出温度が通常の範囲で運転できる条件において、運転効率が低下してしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒封入量を増加することなく、運転効率の低下と吐出温度の異常上昇とを抑制でき、耐久性に優れた冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器、気液分離装置を順次接続して形成された冷媒回路を少なくとも備え、前記気液分離装置内には、前記圧縮機側に冷媒が流れる配管が設けられており、また、前記配管は、第１開口部と前記第１開口部より下方側に設けられている第２開口部とを有し、前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＡとした冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置において、前記冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置に対応する冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置における前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＢとすると、Ａ＞Ｂの関係が成り立つことを特徴とするものである。
【００１２】
これにより、冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置の気液分離装置の方が、冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置の気液分離装置に対して、第２開口部の開口面積が大きい場合には第２開口部の流路抵抗が小さくなるため、また、第１開口部の開口面積が小さい場合には、第２開口部の管外側と管内側の圧力差が大きくなることにより、気液分離装置内の液冷媒量が同じでも、第２開口部を流通し、第１開口部から流入するＲ３２ガス冷媒に合流するＲ３２液冷媒の質量流量が増加するので、蒸発器出口の冷媒乾き度を大幅に低下させなくても、圧縮機に戻る冷媒のエンタルピーは低下するため、冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置と冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置との圧縮機の吐出冷媒圧力が同一の場合でも、吐出冷媒の温度を同等以下にすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷媒封入量を増加することなく、運転効率の低下と吐出温度の異常上昇とを抑制でき、耐久性に優れた冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の概略構成図
【図２】同気液分離装置の概略図
【図３】同冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置と冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置において、圧縮機の吐出温度と高圧側の凝縮温度とが同一の場合の、圧縮機の吸入冷媒乾き度と外気温度との関係を示す図
【図４】同冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置における、気液分離装置内の液面高さを変化させた場合の、圧縮機の吸入冷媒乾き度とＡ／Ｂとの関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器、気液分離装置を順次接続して形成された冷媒回路を少なくとも備え、前記気液分離装置内には、前記圧縮機側に冷媒が流れる配管が設けられており、また、前記配管は、第１開口部と前記第１開口部より下方側に設けられている第２開口部とを有し、前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＡとした冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置において、前記冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置に対応する冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置における前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＢとすると、Ａ＞Ｂの関係が成り立つことを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１６】
これにより、冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置の気液分離装置の方が、冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置の気液分離装置に対して、第２開口部の開口面積が大きい場合には第２開口部の流路抵抗が小さくなるため、また、第１開口部の開口面積が小さい場合には、第２開口部の管外側と管内側の圧力差が大きくなることにより、気液分離装置内の液冷媒量が同じでも、第２開口部を流通し、第１開口部から流入するＲ３２ガス冷媒に合流するＲ３２液冷媒の質量流量が増加するので、蒸発器出口の冷媒乾き度を大幅に低下させなくても、圧縮機に戻る冷媒のエンタルピーは低下するため、冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置と冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置との、圧縮機の吐出冷媒圧力が同一の場合でも、吐出冷媒の温度を同等以下にすることができる。
【００１７】
従って、冷凍サイクルの冷媒封入量を増加することなく、運転効率の低下と吐出温度の異常上昇とを抑制でき、耐久性に優れた冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置を提供できる。
【００１８】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＡとした冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置において、前記冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置に対応する冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置における前記第１開口部の開口面積に対する前記第２開口部の開口面積の比率をＢとすると、ＡはＢの１．９倍以上であることを特徴とするものである。
【００１９】
これにより、冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置の気液分離装置内の液冷媒の貯留量（液面高さ）が、冷媒がＲ４１０Ａの冷凍サイクル装置の気液分離装置内の貯留量以下であっても、第２開口部を流通するＲ３２液冷媒の質量流量が増加することで、圧縮機の吸入冷媒の乾き度（全冷媒のうちガス冷媒が占める重量比）が小さくでき、冷媒Ｒ４１０Ａの冷凍サイクル装置と同等以下の圧縮機の吐出温度となる。
【００２０】
したがって、−２０℃のような低外気温度の環境においても、冷媒封入量を増加することなく、運転効率の低下と吐出温度の異常上昇とを抑制でき、耐久性に優れた冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置を提供できる。
【００２１】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の利用側熱交換器にて加熱した液体を循環させる構成としたことを特徴とする液体循環装置である。
【００２２】
これにより、前記液体が温水の場合、冷媒封入量を増加することなく、運転効率の低下と吐出温度の異常上昇とを抑制でき、耐久性に優れた冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置を備えた温水暖房装置や給湯装置を提供できる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の概略構成図を示すものである。図１において、冷凍サイクル装置１Ａは、冷媒を循環させる冷媒回路２と、冷媒回路２の利用側熱交換器２２にて冷媒と熱交換する水を利用側熱交換器２２に送るポンプ３１と、制御装置（図示せず）とを備えている。また、冷媒回路２を循環する冷媒は、低ＧＷＰであるＲ３２を用いている。なお、利用側熱交換器２２において、冷媒と空気とが熱交換する構成の場合には、ポンプ３１の代わりにファン等の送風装置となる。
【００２５】
冷媒回路２は、圧縮機２１、利用側熱交換器２２、膨張弁（減圧装置）２３、熱源側熱交換器２４が配管により環状に接続されて構成されている。そして、本実施の形態の冷媒回路２においては、熱源側熱交換器２４と圧縮機２１の間に、気液分離を行う気液分離器（気液分離装置）２５が設けられている。また、冷媒回路２には、加熱運転と除霜運転を切り換えるための四方弁２６が設けられている。
【００２６】
本実施の形態では、冷凍サイクル装置１Ａが、加熱運転により生成した温水を利用し暖房させる温水循環装置の加熱装置として機能しており、また、冷媒回路２の利用側熱交換器２２は、冷媒と水との間で熱交換を行うことで、水を加熱する熱交換器として機能している。
【００２７】
具体的には、利用側熱交換器２２と、ポンプ３１とが設けられている温水回路３に、例えば、ラジエータや床暖房パネル等の暖房端末３２や貯湯タンク（図示せず）が配管によって環状に接続されていて、温水回路３を温水が循環することで、暖房端末３２にて暖房や貯湯タンク（図示せず）から給湯が行われる。
【００２８】
以下、図１に基づいて、冷凍サイクル装置１Ａの動作を説明する。図１では、加熱運転時の冷媒の流れ方向を実線矢印で、除霜運転時の冷媒の流れ方向を破線で示している。以下、加熱運転と除霜運転における冷媒の状態変化を説明する。
【００２９】
加熱運転では、圧縮機２１で圧縮されて高温高圧となった吐出ガス冷媒が、四方弁２６を経て利用側熱交換器２２へと流入し、ここで温水回路３から利用側熱交換器２２に流入する水に放熱し、冷媒は凝縮液化する。
【００３０】
凝縮液化した冷媒は、膨張弁２３によって減圧されて膨張した後に、熱源側熱交換器２４に流入する。熱源側熱交換器２４に流入した低圧の二相冷媒は、ファン２７により送風された空気から吸熱し蒸発気化する。その後、熱源側熱交換器２４から流出した低圧冷媒は、四方弁２６と気液分離器２５を経由し、再度、圧縮機２１に吸入される。
【００３１】
一方、除霜運転の場合、圧縮機２１で圧縮されて高温高圧となった吐出ガス冷媒は、四方弁２６を経て熱源側熱交換器２４へと流入し、ここで熱源側熱交換器の外表面に付着した霜に放熱して凝縮液化する。
【００３２】
凝縮液化した冷媒は、膨張弁２３によって減圧されて膨張した後に、利用側熱交換器２２に流入する。利用側熱交換器２２に流入した低圧の二相冷媒は、温水回路３を循環する水から吸熱し蒸発気化する。その後、利用側熱交換器２２から流出した低圧冷媒は、四方弁２６と気液分離器２５を経由し、再度、圧縮機２１に吸入される。
【００３３】
本実施の形態では、起動時や除霜運転時のような圧縮機２１の過渡的な運転中に、圧縮機２１に多量の液冷媒が直接戻り、液圧縮することを防止するために、圧縮機２１の吸入側に気液分離器２５が設けられている。
【００３４】
図２は、冷媒回路２に設けられている気液分離器２５の概略図である。容器２５０には、容器２５０の内外を連通する入口配管２５１および出口配管２５２の２本の配管が配設されている。
【００３５】
以下、気液分離器２５の内部の冷媒の挙動について説明する。まず、加熱運転時において、熱源側熱交換器２４から流出する冷媒は、入口配管２５１から気液分離器２５の容器２５０に流入し、流入した冷媒が気液二相状態の場合、ここで液冷媒とガス冷媒に分離される。
【００３６】
分離されたガス冷媒は、出口配管２５２の第１開口部２５２ａから流入し、圧縮機２１に戻る。一方、分離された液冷媒は、気液分離器２５の容器２５０内に貯留されるが、第２開口部２５２ｂまで液面が上昇すると、第２開口部２５２ｂからの液面高さによる水頭圧と、出口配管２５２内における第１開口部２５２ａから第２開口部２５２ｂまでの圧力損失によって生じる第２開口部２５２ｂの出入口の圧力差とによって、出口配管２５２に流入し、ガス冷媒と共に圧縮機２１に戻る。
【００３７】
また、本発明の冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置１Ａの気液分離器２５の第１開口部２５２ａの開口面積、第２開口部２５２ｂの開口面積は、第１開口部２５２ａの開口面積に
対する第２開口部２５２ｂの開口面積の比率をＡとした場合、冷媒がＲ４１０Ａの場合の気液分離器２５の第１開口部２５２ａの開口面積に対する第２開口部２５２ｂの開口面積の比率をＢとしたとき、Ａ／Ｂの比率が１．９倍以上となるように構成されている。
【００３８】
図３は、冷媒回路２の高圧側の凝縮温度が５６℃、圧縮機２１の吐出冷媒温度が１００℃と同一条件における、冷媒がＲ３２である本発明と、冷媒がＲ４１０Ａである従来の技術について、圧縮機２１の吸入冷媒乾き度と外気温度の関係を、それぞれ記載したものである。
【００３９】
また、図４は、冷媒がＲ３２である本発明において、前記比率Ａ／Ｂと圧縮機２１の吸入冷媒乾き度との関係を、気液分離器２５内の液面高さが、図３の冷媒がＲ４１０Ａの点ａ時と同一の場合、２／５倍の場合、２倍の場合について、それぞれ記載したものである。
【００４０】
まず、図３および図４より、冷媒がＲ３２である本発明において、前記比率Ａ／Ｂが１．９倍のときに、気液分離器２５内の液面高さが同一の場合に、冷媒がＲ４１０Ａの場合と同一の高圧側の凝縮温度と圧縮機２１の吐出冷媒温度とを実現できることがわかる。
【００４１】
また、冷媒がＲ３２である本発明において、前記比率Ａ／Ｂが２．２倍のときに、気液分離器２５内の液面高さが２／５倍の場合においても、冷媒がＲ４１０Ａの場合と同一の高圧側の凝縮温度と圧縮機２１の吐出冷媒温度とを実現できることがわかる。
【００４２】
すなわち、冷媒がＲ３２である本発明において、前記比率Ａ／Ｂが１．９倍以上であれば、気液分離器２５内の液面高さが、Ｒ４１０Ａ冷媒の液面高さ以下でも、冷媒回路２を循環する冷媒にＲ３２を用いる本発明においても、冷媒にＲ４１０Ａを用いる場合に対して、圧縮機２１の吐出冷媒温度が同等以下になることがわかる。
【００４３】
これは、冷媒がＲ３２の冷媒回路２の気液分離装置２５内の液冷媒の貯留量（液面高さ）が、冷媒がＲ４１０Ａの冷媒回路２の気液分離装置２５内の貯留量（液面高さ）以下であっても、第２開口部２５２ｂを流通するＲ３２液冷媒の質量流量が増加することで、圧縮機２１の吸入冷媒の乾き度（全冷媒のうちガス冷媒が占める重量比）が小さくなり、冷媒Ｒ４１０Ａの冷媒回路２と同等以下の圧縮機２１の吐出温度となるのである。
【００４４】
以上のように、本発明の冷凍サイクル装置１Ａの冷媒回路２において、冷媒がＲ３２の気液分離器２５の第１開口部２５２ａの開口面積に対する第２開口部２５２ｂの開口面積の比率Ａとし、冷媒がＲ４１０Ａの冷媒回路２の気液分離器２５の第１開口部２５２ａの開口面積に対する第２開口部２５２ｂの開口面積の比率をＢとしたとき、Ａ／Ｂの比率が１．９倍以上であれば、−２０℃のような低外気温度の環境においても、圧縮機２１の吐出温度の異常上昇を抑制した運転ができる。
【００４５】
すなわち、冷媒回路２への冷媒封入量を増加することなく、運転効率の低下と吐出温度の異常上昇とを抑制でき、耐久性に優れた冷媒がＲ３２の冷凍サイクル装置１Ａを提供できる。
【００４６】
さらに、冷媒回路２を循環する冷媒にＲ３２を用いる場合においても、冷媒がＲ４１０Ａの既存の気液分離器２５の出口配管の第２開口部２５２ｂのみを拡大したり、あるいは、第１開口部２５２ａの開口面積を小さくしたりするのみで、前記比率Ａ／Ｂを２倍以上にすることができるので、多大なる工数を費やして再設計する必要はない。
【００４７】
さらには、冷媒がＲ４１０Ａの既存の気液分離器２５と多くの構成部品を共用できるの
で、低コスト化を実現できる。
【００４８】
また、気液分離器２５内の液面高さが同じであれば、圧縮機２１の吸入冷媒乾き度が同一となるので、気液分離器２５の容器２５０の外径を小さくすることも可能であり、これにより、材料使用量と冷媒封入量を削減することができる。したがって、安価で省資源な冷凍サイクル装置を得ることができる
なお、利用側熱交換器２２で加熱される被加熱流体は、必ずしも水である必要はなく、液体であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、冷凍サイクル装置によって液体を加熱し、その液体を暖房や給湯に利用する液体循環装置に特に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ  冷凍サイクル装置
２    冷媒回路
２１  圧縮機
２２  利用側熱交換器
２３  膨張弁（膨張手段）
２４  熱源側熱交換器
２５  気液分離器（気液分離装置）
２５２  出口配管（配管）
２５２ａ  第１開口部
２５２ｂ  第２開口部
【図１】
2018194200.tif 000003
【図２】
2018194200.tif 000004
【図３】
2018194200.tif 000005
【図４】
2018194200.tif 000006