(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮機の寿命を延ばすことができる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置１は、圧縮機３、凝縮機構４、及び蒸発機構２がこの順に接続された主回路１０と、吸熱用熱交換器９及び減圧機構１２を有し、蒸発機構２に貯留された冷媒液が吸熱用熱交換器９に供給され、吸熱用熱交換器９で吸熱した蒸発機構２の内部の圧力よりも高圧の冷媒が減圧機構１２によって減圧されて蒸発機構２に戻るように構成された蒸発側循環回路３０と、蒸発側循環回路３０から蒸発機構２に戻った冷媒中の液滴が圧縮機３に導かれることを妨げる妨害構造と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温における飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる主回路であって、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮機構、及び冷媒液を貯留するとともに冷媒液を蒸発させる蒸発機構を有し、前記圧縮機、前記凝縮機構、及び前記蒸発機構がこの順に接続された主回路と、
吸熱用熱交換器及び減圧機構を有し、前記蒸発機構に貯留された冷媒液が前記吸熱用熱交換器に供給され、前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構の内部の圧力よりも高圧の冷媒が前記減圧機構によって減圧されて前記蒸発機構に戻るように構成された蒸発側循環回路と、
前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻った冷媒中の液滴が前記圧縮機に導かれることを妨げる妨害構造と、を備えた
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記減圧機構が、バルブ、ノズル、又はキャピラリーチューブである、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の中へ前記吸熱用熱交換器で吸熱した冷媒を戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部であり、
前記接続部は、前記接続部の先端が前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より下方に位置するように、前記蒸発機構の壁を貫通して前記蒸発機構の内部空間まで延びている、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記蒸発機構は、柱状の内部空間を形成し、
前記接続部は、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記内部空間の周方向の速度成分を持つように前記蒸発機構に接続されている、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記接続部よりも上方に設けられ、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止する噴出防止壁をさらに備えた、請求項３又は４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記蒸発機構に貯留された冷媒液を前記蒸発側循環回路へ供給するための流出口と、前記接続部によって形成され、前記蒸発機構に冷媒を戻すための戻し口との間で、前記蒸発機構の内部に設けられた分離壁をさらに備えた、請求項３〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記接続部は、前記蒸発機構の壁を貫通して前記蒸発機構の内部空間における前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面を超えないように延びており、
前記接続部は、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止するための噴出防止構造を備えた、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記噴出防止構造は、前記蒸発機構の底部より上方に位置し、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に沿って断面積が拡大する流路を形成する拡大部を備えた、請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記接続部は、前記拡大部から上方に延び、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に沿って断面積が一定である流路を形成する延長部をさらに備えた、請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記噴出防止構造は、前記接続部の中心軸に重なるように設けられ、複数の貫通孔を有する分流板をさらに備え、
前記複数の貫通孔は、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に前記拡大部よりも上流側で前記接続部によって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する、請求項８又は９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記噴出防止構造は、前記接続部の中心軸に重なるように設けられた多孔質部材をさらに備えた、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記噴出防止構造は、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向と反対方向に向かって窄むように突出し、前記接続部の中心軸に重なる先端を有する窄み部をさらに備えた、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記接続部は、鉛直上向きに延びている、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記減圧機構がバルブであり、
前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構に戻る冷媒の温度を検出するための吸熱側温度センサと、
前記蒸発機構における冷媒蒸気の温度を検出するための冷媒蒸気温度センサと、
前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を検出するための液位センサと、
前記吸熱側温度センサの検出値、前記冷媒蒸気温度センサの検出値、及び前記液位センサの検出値に基づいて、前記バルブの開度を調整することによって前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を制御する制御部と、をさらに備えた請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記蒸発機構は、前記蒸発機構の底部に向かって窄んでいる内部空間を有し、
前記接続部は、前記蒸発機構の底部に接続されている、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
前記接続部の中心軸に重なるように前記内部空間に設けられ、複数の貫通孔を有する分流板をさらに備え、
前記複数の貫通孔は、前記接続部によって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する、請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
前記内部空間において前記蒸発機構の底部に向かって窄むように突出し、前記接続部の中心軸に重なる先端を有する窄み部をさらに備えた、請求項１５又は１６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１８】
前記接続部は、鉛直上向きに延びている、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１９】
前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を前記蒸発機構に戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部であって、前記蒸発機構に戻された直後の冷媒の流れが鉛直方向の速度成分を含むように前記蒸発機構に接続された接続部である、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２０】
前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を前記蒸発機構に戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部と、前記接続部を経由して前記蒸発機構に戻された冷媒の流れを妨げるための邪魔板と、を含む、請求項１又は２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、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクル装置としては、フロン冷媒又は代替フロン冷媒を用いた冷凍サイクル装置が広く利用されている。しかし、これらの冷媒は、オゾン層の破壊又は地球温暖化等の問題を有している。そこで、地球環境に対する負荷が小さい冷媒として水等の蒸発性液体を用いた冷凍サイクル装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、冷凍サイクル装置として、蒸発器、冷房箇所、遠心型圧縮機、ルーツ式圧縮機、及び凝縮器を備えた蒸発式冷却装置が記載されている。蒸発器は、水のような蒸発性液体を大気圧より低い状態で沸騰蒸発させる。蒸発器において沸騰蒸発により温度が低下した水は循環ポンプによって汲み出され、管路を介して冷房箇所に送られた後、管路を介して再び蒸発器の内部に戻る。
【０００４】
水等の冷媒を用いた場合、大気圧より低い減圧状態で冷媒を蒸発させる蒸発機構において発生した多量の冷媒蒸気を高い圧縮比で圧縮する必要がある。そこで、特許文献１の蒸発式冷却装置は、圧縮機として遠心型圧縮機とルーツ式圧縮機とを直列に接続し、遠心型圧縮機で圧縮した冷媒蒸気をルーツ式圧縮機でさらに圧縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２２０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の冷凍サイクル装置によれば、蒸発器に戻る冷媒の状態はなんら考慮されていない。そこで、本発明は、蒸発機構に戻る冷媒の状態を考慮した、圧縮機の寿命を延ばすことが可能な冷凍サイクル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、
常温における飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる主回路であって、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮機構、及び冷媒液を貯留するとともに冷媒液を蒸発させる蒸発機構を有し、前記圧縮機、前記凝縮機構、及び前記蒸発機構がこの順に接続された主回路と、
吸熱用熱交換器及び減圧機構を有し、前記蒸発機構に貯留された冷媒液が前記吸熱用熱交換器に供給され、前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構の内部の圧力よりも高圧の冷媒が前記減圧機構によって減圧されて前記蒸発機構に戻るように構成された蒸発側循環回路と、
前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻った冷媒中の液滴が前記圧縮機に導かれることを妨げる妨害構造と、を備えた
冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の冷凍サイクル装置によれば、減圧機構によって減圧されて蒸発機構に戻った冷媒中の液滴が妨害構造によって圧縮機に導かれることが妨げられる。これにより、圧縮機の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図２Ａ】本実施形態に係る蒸発機構及び妨害構造を示す断面図
【図２Ｂ】本実施形態に係る蒸発機構及び妨害構造を示す断面図
【図３】第１変形例に係る妨害構造を示す斜視図
【図４】第１変形例に係る妨害構造を示す断面図
【図５Ａ】噴出防止壁を有する第２変形例を示す断面図
【図５Ｂ】第２変形例の別の形態を示す断面図
【図５Ｃ】第２変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図６】分離壁を有する第３変形例を示す断面図
【図７】噴出防止構造を有する第４変形例を示す断面図
【図８】第４変形例の別の形態を示す断面図
【図９】第４変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図１０】第４変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図１１】図１０に示す接続部を有する冷凍サイクル装置の一例を示す構成図
【図１２】第４変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図１３】第４変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図１４】第４変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図１５】第５変形例に係る蒸発機構を示す断面図
【図１６】第５変形例の別の形態を示す断面図
【図１７】第５変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図１８】第６変形例に係る妨害構造を示す断面図
【図１９】第６変形例の別の形態を示す断面図
【図２０】邪魔板を有する第７変形例を示す断面図
【図２１】第７変形例の別の形態を示す断面図
【図２２】第７変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図２３】第７変形例のさらに別の形態を示す断面図
【図２４】凝縮機構としてのエジェクタを示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特許文献１に記載の冷凍サイクル装置において、冷房箇所は、例えば熱交換器で構成される。この場合、蒸発器の内部の冷媒液を供給ポンプで汲み出して管路を介して冷房箇所である熱交換器に供給して冷房を行うとき、冷房箇所である熱交換器の内部で冷媒液が蒸発してしまう可能性がある。冷房箇所である熱交換器の内部で冷媒液が蒸発すると、蒸発器の内部の冷媒液を供給ポンプによって熱交換器に供給することが困難になる。そこで、冷房箇所を通過した後の冷媒を蒸発器の内部に戻す管路の途中に減圧機構を設けることが考えられる。これにより、冷房箇所である熱交換器において冷媒液が蒸発することを防止できる。
【００１１】
減圧機構によって減圧された冷媒が蒸発器の内部に戻る。このとき、冷媒液の液滴が発生する可能性がある。この液滴が蒸発器の内部から圧縮機へ吸い込まれて、液滴が圧縮機の構成部品を損傷させるおそれがある。これにより、圧縮機の寿命が短くなってしまう。特に、小型化の要請により、蒸発器を小型化し、又は、蒸発器と圧縮機と接続する管路を短くする場合、この問題はさらに深刻になる。
【００１２】
本開示の第１態様は、
常温における飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる主回路であって、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮機構、及び冷媒液を貯留するとともに冷媒液を蒸発させる蒸発機構を有し、前記圧縮機、前記凝縮機構、及び前記蒸発機構がこの順に接続された主回路と、
吸熱用熱交換器及び減圧機構を有し、前記蒸発機構に貯留された冷媒液が前記吸熱用熱交換器に供給され、前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構の内部の圧力よりも高圧の冷媒が前記減圧機構によって減圧されて前記蒸発機構に戻るように構成された蒸発側循環回路と、
前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻った冷媒中の液滴が前記圧縮機に導かれることを妨げる妨害構造と、を備えた
冷凍サイクル装置を提供する。
【００１３】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記減圧機構が、バルブ、ノズル、又はキャピラリーチューブである、冷凍サイクル装置を提供する。
【００１４】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の中へ前記吸熱用熱交換器で吸熱した冷媒を戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部であり、前記接続部は、前記接続部の先端が前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より下方に位置するように、前記蒸発機構の壁を貫通して前記蒸発機構の内部空間まで延びている、冷凍サイクル装置を提供する。第３態様によれば、蒸発機構に戻る冷媒中に液滴が発生していても、この液滴が蒸発機構に貯留された冷媒液に取り込まれるので、冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが妨げられる。
【００１５】
本開示の第４態様は、第３態様に加えて、前記蒸発機構は、柱状の内部空間を形成し、前記接続部は、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記内部空間の周方向の速度成分を持つように前記蒸発機構に接続されている、冷凍サイクル装置を提供する。第４態様によれば、蒸発機構に貯留された冷媒液の中で蒸発器の内部に戻った冷媒の流れが蒸発機構の内部空間の周方向に沿って流れる。これにより、冷媒が蒸発機構に貯留された冷媒液の中で回転するように流れる。そのため、遠心力によって、蒸発機構に戻る冷媒中に液滴が発生していても、冷媒中の冷媒液の液滴と冷媒蒸気とが分離される。その結果、冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが妨げられる。
【００１６】
本開示の第５態様は、第３態様又は第４態様に加えて、前記接続部よりも上方に設けられ、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止する噴出防止壁をさらに備えた、冷凍サイクル装置を提供する。第５態様によれば、蒸発機構に戻された冷媒の流れが蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止されるので、蒸発機構に貯留された冷媒液の液面が乱れて冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが妨げられる。
【００１７】
本開示の第６態様は、第３態様〜第５態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蒸発機構に貯留された冷媒液を前記蒸発側循環回路へ供給するための流出口と、前記接続部によって形成され、前記蒸発機構に冷媒を戻すための戻し口との間で、前記蒸発機構の内部に設けられた分離壁をさらに備えた、冷凍サイクル装置を提供する。第６態様によれば、戻し口を通って蒸発機構に戻された冷媒蒸気が流出口を通って蒸発側循環回路へ流出することが防止される。
【００１８】
本開示の第７態様は、第３態様に加えて、
前記接続部は、前記蒸発機構の壁を貫通して前記蒸発機構の内部空間における前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面を超えないように延びており、
前記接続部は、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止するための噴出防止構造を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
【００１９】
第７態様によれば、前記接続部を通過して蒸発機構に戻された冷媒の流れが蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することが噴出防止構造によって防止される。これにより、蒸発機構に貯留された冷媒液の液面が乱れて冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが防止される。
【００２０】
本開示の第８態様は、第７態様に加えて、前記噴出防止構造は、前記蒸発機構の底部より上方に位置し、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に沿って断面積が拡大する流路を形成する拡大部を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。第８態様によれば、拡大部が形成する流路において接続部を流れる冷媒が減速するので、接続部から蒸発機構に戻される冷媒の流れが蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止される。
【００２１】
本開示の第９態様は、第８態様に加えて、前記接続部は、前記拡大部から上方に延び、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に沿って断面積が一定である流路を形成する延長部をさらに備えた、冷凍サイクル装置を提供する。第９態様によれば、延長部が形成する流路において、接続部を流れる冷媒に含まれる冷媒蒸気が形成する気泡の大きさを調整できる。これにより、この気泡が蒸発機構に戻った後に蒸発側循環回路に供給されることを防止できる。
【００２２】
本開示の第１０態様は、第８態様又は第９態様に加えて、
前記噴出防止構造は、前記接続部の中心軸に重なるように設けられ、複数の貫通孔を有する分流板をさらに備え、
前記複数の貫通孔は、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に前記拡大部よりも上流側で前記接続部によって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する、冷凍サイクル装置を提供する。
【００２３】
第１０態様によれば、接続部から蒸発機構に戻る冷媒の流速が空間的にばらつくことを分流板によって抑制できる。また、複数の貫通孔の開口面積が、拡大部よりも上流側の接続部によって形成された流路の断面積よりも大きいので、複数の貫通孔を通過する冷媒の流れが速まりすぎることを防止できる。
【００２４】
本開示の第１１態様は、第８態様〜第１０態様にいずれか１つの態様に加えて、前記噴出防止構造は、前記接続部の中心軸に重なるように設けられた多孔質部材をさらに備えた、冷凍サイクル装置を提供する。第１１態様によれば、拡大部及び多孔質部材によって、接続部から蒸発機構に戻る冷媒の流れを減速させつつ、その流速が空間的にばらつくことを抑制できる。
【００２５】
本開示の第１２態様は、第８態様〜第１０態様のいずれか１つの態様に加えて、前記噴出防止構造は、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向と反対方向に向かって窄むように突出し、前記接続部の中心軸に重なる先端を有する窄み部をさらに備えた、冷凍サイクル装置を提供する。第１２態様によれば、冷媒の流れを窄み部によって均一に分流できる。また、冷媒の流れにおいて、冷媒の剥離（渦の発生）が抑制されるので、冷媒の流れの圧力損失が小さい。
【００２６】
本開示の第１３態様は、第７態様〜第１２態様のいずれか１つの態様に加えて、前記接続部は、鉛直上向きに延びている、冷凍サイクル装置を提供する。第１３態様によれば、接続部を流れる冷媒に作用する重力によって、冷媒の流れが減速する。
【００２７】
本開示の第１４態様は、第９態様に加えて、
前記減圧機構がバルブであり、
前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構に戻る冷媒の温度を検出するための吸熱側温度センサと、
前記蒸発機構における冷媒蒸気の温度を検出するための冷媒蒸気温度センサと、
前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を検出するための液位センサと、
前記吸熱側温度センサの検出値、前記冷媒蒸気温度センサの検出値、及び前記液位センサの検出値に基づいて、前記バルブの開度を調整することによって前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を制御する制御部と、をさらに備えた冷凍サイクル装置を提供する。
【００２８】
第１４態様によれば、吸熱用熱交換器で吸熱した蒸発機構に戻る冷媒の温度、蒸発機構における冷媒蒸気の温度、及び蒸発機構に貯留された冷媒液の液位に基づいて、蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を適切な液位に制御できる。例えば、拡大部の上端よりも上方で冷媒蒸気による気泡が発生するように蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を制御できる。すなわち、拡大部の上端までは単相流（液相流）の状態で冷媒が流れるように蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を制御できる。
【００２９】
本開示の第１５態様は、第３態様に加えて、前記蒸発機構は、前記蒸発機構の底部に向かって窄んでいる内部空間を有し、前記接続部は、前記蒸発機構の底部に接続されている、冷凍サイクル装置を提供する。第１５態様によれば、接続部から蒸発機構に戻された冷媒の流れが蒸発機構の内部空間において減速するので、接続部から蒸発機構に戻された冷媒の流れが蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止される。
【００３０】
本開示の第１６態様は、第１５態様に加えて、前記接続部の中心軸に重なるように前記内部空間に設けられ、複数の貫通孔を有する分流板をさらに備え、前記複数の貫通孔は、前記接続部によって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する、冷凍サイクル装置を提供する。第１６態様によれば、蒸発機構の内部空間において、接続部から蒸発機構に戻った冷媒の流れの流速が空間的にばらつくことを分流板によって抑制できる。また、複数の貫通孔の開口面積が接続部によって形成された流路の断面積よりも大きいので、複数の貫通孔を通過する冷媒の流れが速まりすぎることを防止できる。
【００３１】
本開示の第１７態様は、第１５態様又は第１６態様に加えて、前記内部空間において前記蒸発機構の底部に向かって窄むように突出し、前記接続部の中心軸に重なる先端を有する窄み部をさらに備えた、冷凍サイクル装置を提供する。第１７態様によれば、蒸発機構の内部空間において、接続部から蒸発機構に戻った冷媒の流れを窄み部によって均一に分流できる。また、この冷媒の流れにおいて、冷媒の剥離（渦の発生）が抑制されるので、冷媒の流れの圧力損失が小さい。
【００３２】
本開示の第１８態様は、第１５態様〜第１７態様のいずれか１つの態様に加えて、前記接続部は、鉛直上向きに延びている、冷凍サイクル装置を提供する。第１８態様によれば、接続部を流れる冷媒に作用する重力によって、冷媒の流れが減速する。
【００３３】
本開示の第１９態様は、第１態様又は第２態様において、前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を前記蒸発機構に戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部であって、前記蒸発機構に戻された直後の冷媒の流れが鉛直方向の速度成分を含むように前記蒸発機構に接続された接続部である、冷凍サイクル装置を提供する。第１９態様によれば、蒸発機構に戻された冷媒に含まれる冷媒液の液滴は、蒸発機構に貯留された冷媒液の液面に向かって流れるので、蒸発機構に戻された冷媒に含まれる冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが妨げられる。
【００３４】
本開示の第２０態様は、第１態様又は第２態様において、前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を前記蒸発機構に戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部と、前記接続部を経由して前記蒸発機構に戻された冷媒の流れを妨げるための邪魔板と、を含む、冷凍サイクル装置を提供する。第２０態様によれば、蒸発機構に戻された冷媒に含まれる冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが邪魔板によって妨げられる。
【００３５】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００３６】
＜本実施形態＞
図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、主回路１０と、凝縮側循環回路２０と、蒸
発側循環回路３０と、を備えている。主回路１０は、圧縮機３、凝縮機構４、蒸発機構２を有し、圧縮機３、凝縮機構４、及び蒸発機構２がこの順に接続されている。蒸発機構２と圧縮機３とは、流路５ａによって接続されている。圧縮機３と凝縮機構４とは、流路５ｂによって接続されている。凝縮機構４と蒸発機構２とは、流路５ｃによって接続されている。主回路１０、凝縮側循環回路２０、及び蒸発側循環回路３０の内部には、冷媒が充填されており、大気圧よりも低い負圧状態になっている。冷媒の常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）における飽和蒸気圧は負圧である。冷媒は、例えば、水又はアルコールを主成分とする冷媒である。主回路１０は、常温における飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる。
【００３７】
圧縮機３は冷媒蒸気を圧縮する。圧縮された冷媒蒸気は、流路５ｂを通って凝縮機構４に供給される。圧縮機３は、典型的には軸流式又は遠心式のターボ型圧縮機である。圧縮機３がターボ型圧縮機である場合、液滴が圧縮機３に吸い込まれると、液滴がインペラに衝突してインペラを損傷させてしまう。
【００３８】
凝縮機構４は、冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する。凝縮機構４で凝縮した冷媒液は、流路５ｃを経由して蒸発機構２へ供給される。蒸発機構２は冷媒液を貯留するとともに冷媒液を蒸発させる。蒸発機構２で蒸発した冷媒蒸気は、流路５ａを経由して圧縮機３に供給される。
【００３９】
凝縮側循環回路２０は、ポンプ６及び放熱用熱交換器７を有する。凝縮機構４に貯留された冷媒液の一部はポンプ６によって放熱用熱交換器７に供給される。凝縮機構４は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する中空の容器によって形成されている。放熱用熱交換器７は、例えば、冷媒液と室外の空気とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器である。放熱用熱交換器７において、例えば室外の空気と熱交換することにより、冷媒液は放熱する。放熱用熱交換器７において放熱した冷媒液は、凝縮機構４の内部に戻される。凝縮機構４には、圧縮機３で圧縮された冷媒蒸気が流路５ｂを経由して供給される。凝縮側循環回路２０から凝縮機構４に戻された冷媒液は、流路５ｂを経由して供給された冷媒蒸気を冷却して凝縮させる。冷媒蒸気を凝縮させることにより温度が上昇した冷媒液は、ポンプ６によって放熱用熱交換器７に供給され、放熱用熱交換器７において再び放熱する。凝縮機構４に貯留された冷媒液の一部は流路５ｃを通って蒸発機構２に供給される。
【００４０】
蒸発側循環回路３０は、ポンプ８、吸熱用熱交換器９、及び減圧機構１２を有する。蒸発側循環回路３０は、蒸発機構２に貯留された冷媒液が吸熱用熱交換器９に供給されるように構成されている。蒸発側循環回路３０は、吸熱用熱交換器９で吸熱した蒸発機構２の内部の圧力よりも高圧の冷媒が減圧機構１２によって減圧されて蒸発機構２に戻るように構成されている。具体的に、蒸発機構２とポンプ８とは、流路３０ａによって接続されている。ポンプ８と吸熱用熱交換器９とは、流路３０ｂによって接続されている。吸熱用熱交換器９と蒸発機構２とは、流路３０ｃによって接続されている。流路３０ｃの途中には、減圧機構１２が設けられている。減圧機構１２は、例えば、バルブ、ノズル、又はキャピラリーチューブである。減圧機構１２としてのバルブは、例えば、開度調整可能な電動弁である。減圧機構１２としてのノズルは、例えば、絞りノズルである。減圧機構１２として、キャピラリーチューブ等の配管を用いてもよい。
【００４１】
蒸発機構２で冷媒液が蒸発することにより温度が低下した蒸発機構２に貯留された冷媒液がポンプ８によって吸熱用熱交換器９に供給される。蒸発機構２は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する中空の容器によって形成されている。吸熱用熱交換器９は、例えば、冷媒液と室内の空気とを熱交換させる、フィンチューブ型熱交換器である。吸熱用熱交換器９に供給された冷媒液は、室内の空気と熱交換することにより吸熱する。すなわち、冷凍サイクル装置１は、室内の冷房を行う空気調和装置として構成されている。吸熱用熱交換
器９に供給された冷媒液は、ポンプ８によって、蒸発機構２の内部よりも高圧の冷媒となっている。吸熱用熱交換器９を通過した冷媒液は、減圧機構１２によって減圧される。この減圧された冷媒は、場合によっては、冷媒液の液滴を含んだ状態で、蒸発機構２に戻る。
【００４２】
図２Ａに示すように、冷凍サイクル装置１は、蒸発側循環回路３０から蒸発機構２に戻った冷媒中の液滴が圧縮機３に導かれることを妨げる妨害構造３５を備えている。妨害構造３５は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の中へ吸熱用熱交換器９で吸熱した冷媒を戻すように蒸発機構２に接続された蒸発側循環回路３０の接続部３４ａである。蒸発機構２に冷媒を戻すための戻し口３６が、接続部３４ａによって形成されている。具体的に、戻し口３６は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より下方で蒸発機構２の内部空間に開口している。なお、図２Ｂに示すように、接続部３４ａの先端は、蒸発機構２の内部空間まで延びていてもよい。この場合に、戻し口３６は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より下方で蒸発機構２の内部空間に開口している。すなわち、接続部３４ａは、接続部３４ａの先端が蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より下方に位置するように、蒸発機構２の壁を貫通して蒸発機構２の内部空間まで延びている。この場合、接続部３４ａを流れる冷媒に含まれる冷媒蒸気が形成する気泡が蒸発機構２の内部に戻された後に、この気泡が蒸発側循環回路３０に供給されることを抑制できる。これにより、吸熱用熱交換器９の内部を流れる冷媒に気泡が含まれることを抑制できるので、吸熱用熱交換器９の熱交換効率及び冷凍サイクル装置１の効率（ＣＯＰ：coefficient of performance）を向上させることができる。このような知見は、吸熱用熱交換器９で吸熱した冷媒を蒸発機構２に貯留された冷媒液に戻すように構成された冷凍サイクル装置１の効率が、吸熱用熱交換器で吸熱した冷媒を蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より上方に戻すように構成した冷凍サイクル装置の効率よりも低いことを本発明者らが発見したことに基づく。このような知見は、従来にない新規な知見である。
【００４３】
蒸発機構２は、例えば、柱状の内部空間を形成している。本実施形態では、蒸発機構２は、円柱状の内部空間を形成している。蒸発機構２の内部空間の上方及び下方はドーム状の壁面によって形成されていてもよい。接続部３４ａは、蒸発機構２の圧力容器の底面部に接続されている。接続部３４ａは、流路３０ｃの一部を形成している。蒸発機構２の底面部には、流路３０ａを形成する配管３２が接続されている。配管３２が蒸発機構２に接続されていることによって、蒸発機構２に貯留された冷媒液を蒸発側循環回路３０へ供給するための流出口３３が形成されている。また、蒸発機構２の底面に近接した側面部には、流路５ｃを形成する配管５０が接続されている。蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より上方の蒸発機構２の壁面には、流路５ａを形成する配管７０が接続されている。本実施形態では、配管７０は、蒸発機構２の上面部に接続されている。なお、配管７０は、蒸発機構２の側面部に接続されていてもよい。例えば、流路５ａの蒸発機構２側の開口及び戻し口３６を平面視したとき、流路５ａの蒸発機構２側の開口は蒸発機構２の内部空間の中心軸を挟んで戻し口３６と反対側に位置している。
【００４４】
接続部３４ａは、蒸発機構２の底面に接続されている。これにより、吸熱用熱交換器９で吸熱した冷媒が蒸発機構２に貯留された冷媒液の中へ戻される。接続部３４ａを流れる冷媒が液滴を含む場合、接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻された冷媒液が蒸発機構２に貯留された冷媒液と接触することにより、冷媒液の液滴が貯留された冷媒液に取り込まれる。このため、冷媒液の液滴が流路５ａを通って圧縮機３に吸込まれることを防止できる。一方、接続部３４ａを流れる冷媒に冷媒蒸気が含まれる場合には、冷媒蒸気は蒸発機構２に貯留された冷媒液の中を通過して、流路５ａを経由して圧縮機３に吸込まれる。接続部３４ａは、蒸発機構２の内周面における底面に対して直交するように蒸発機構２に接続されている。接続部３４ａは、蒸発機構２の内周面における底面に対して傾いた状態で蒸発機構２に接続されていてもよい。接続部３４ａは、蒸発機構２の側面部に接続されていてもよい。この場合、接続部３４ａは、蒸発機構２の内周面における側面に対して直交していてもよいし、傾いてもよい。
【００４５】
蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面と戻し口３６との距離は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面において接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻された冷媒の運動量が十分に減少するように定められていることが望ましい。
【００４６】
流出口３３と戻し口３６との距離は、例えば、１０ｍｍ以上離れている。この場合、接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻った冷媒に含まれる冷媒蒸気が、流出口３３を通って流出しにくい。その結果、冷媒蒸気がポンプ８に流入することを防止でき、ポンプ８が冷媒液を供給する能力が確実に発揮される。
【００４７】
冷凍サイクル装置１は、例えば、室外熱交換器及び室内熱交換器を、蒸発機構２及び凝縮機構４に四方弁を介して接続することによって、冷凍サイクル装置１を冷房運転と暖房運転とを切り替え可能な空気調和装置として構成することもできる。冷凍サイクル装置１が冷房運転を行う場合、室外熱交換器が放熱用熱交換器７として機能し、室内熱交換器が吸熱用熱交換器９として機能する。一方、冷凍サイクル装置１が暖房運転を行う場合、室外熱交換器が吸熱用熱交換器９として機能し、室内熱交換器が放熱用熱交換器７として機能する。また、冷凍サイクル装置１は、空気調和装置として構成される必要はなく、例えば、チラーであってもよい。また、放熱用熱交換器７及び吸熱用熱交換器９において、冷媒は、空気以外の気体又は液体と熱交換してもよい。放熱用熱交換器７および吸熱用熱交換器９の仕様は間接式である限り特に限定されない。
【００４８】
＜変形例＞
上記の実施形態は、様々な観点から変更が可能である。上記の実施形態の変形例について説明する。以下の変形例は、特に説明する場合を除き、本実施形態と同様に構成される。本実施形態と同一又は対応する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。また、以下の変形例において、同一又は対応する構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略することがある。
【００４９】
（第１変形例）
図３に示すように、例えば、妨害構造３５は、蒸発機構２の側面部に接続された接続部３４ｂであってもよい。接続部３４ｂは、蒸発側循環回路３０から蒸発機構２に戻された冷媒の流れが内部空間の周方向の速度成分を持つように蒸発機構２に接続されている。具体的に、接続部３４ｂは、接続部３４ｂが形成する流路の中心軸が蒸発機構２の内部空間の中心軸に交わらないように蒸発機構２に接続されている。これにより、図４に示すように、接続部３４ｂを通って蒸発機構２に戻った冷媒は、蒸発機構２の内部空間の周方向に沿って回転するように流れる。そのため、接続部３４ｂを通って蒸発機構２に戻った冷媒に冷媒の液滴が含まれている場合、遠心力によって、冷媒の液滴が蒸発機構２の内部空間の外周側に集まりやすく、冷媒蒸気が蒸発機構２の内部空間の中心軸側に集まりやすくなる。その結果、冷媒液の液滴が圧縮機３に導かれることが妨げられる。図３及び図４において、ｚ軸負方向が鉛直方向であり、ｘｙ平面がｚ軸に直交する平面である。
【００５０】
蒸発側循環回路３０から蒸発機構２に戻された冷媒の流れが内部空間の周方向の速度成分を持つ限り、接続部３４ｂは、蒸発機構２の底面部に接続されていてもよい。この場合、接続部３４ｂを通って蒸発機構２に戻った冷媒を、内部空間の周方向に沿って回転するように又は螺旋運動をするように流すことができる。これにより、蒸発機構２に戻った冷媒を蒸発機構２の内部に貯留された冷媒液の中に長い期間留めておくことができる。これにより、接続部３４ｂを通って蒸発機構２に戻った冷媒に冷媒の液滴が含まれている場合、冷媒液の液滴が分離され、冷媒液の液滴が圧縮機３に導かれることが妨げられる。
【００５１】
（第２変形例）
図５Ａに示すように、冷凍サイクル装置１は、接続部３４ａよりも上方に設けられた噴出防止壁３７をさらに備えていてもよい。この場合、接続部３４ａは、蒸発機構２の内部で冷媒が上向き又は斜め上向きに流入するように蒸発機構２に接続されている。噴出防止壁３７は、蒸発側循環回路３０から蒸発機構２に戻された冷媒の流れが蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止する。具体的に、噴出防止壁３７は、蒸発機構２の内部に設けられており、蒸発機構２の内部において冷媒液の液面よりも下方に位置している。接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻った冷媒の流れは噴出防止壁３７に衝突し減速する。これにより、接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻った冷媒が冷媒液の液面から噴出することを防止できる。蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面と戻し口３６との距離が短い場合でも、接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻った冷媒の噴出を防止できるので、蒸発機構２の小型化を図ることもできる。
【００５２】
噴出防止壁３７は、例えば、接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻った冷媒の流れに対して９０°の角度をなすように設けられている。しかし、接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻った冷媒の流れが、噴出防止壁３７に衝突する限り、噴出防止壁３７の取付け角度は特に制限されない。噴出防止壁３７は、平面又は曲面を有する形状、又は、複数の貫通孔を有する形状で形成されていてもよい。また、複数の噴出防止壁３７が設けられていてもよい。噴出防止壁３７に、接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻った冷媒の流れが衝突する限り、その数及び形状は特に制限されない。噴出防止壁３７及び戻し口３６を平面視したとき、例えば、戻し口３６の全部が噴出防止壁３７に重なっている。これにより、上記の効果をより確実に得ることができる。例えば、接続部３４ａの軸線を蒸発機構２の内部空間に延長した線上に噴出防止壁３７に位置するように噴出防止壁３７が設けられている。これにより、上記の効果をより確実に得ることができる。図５Ｂに示すように、接続部３４ａは、蒸発機構２の壁を貫通して蒸発機構２の内部空間における噴出防止壁３７の下方の位置まで延びていてもよい。
【００５３】
また、図５Ｃに示すように、噴出防止壁３７の形状は、複数の貫通孔３７ｈ（オリフィス）を有する半球状の形状であってもよい。この場合、噴出防止壁３７は、蒸発機構２の内部空間において、接続部３４ａの上方で戻し口３６を覆うように設けられている。複数の貫通孔３７ｈは、噴出防止壁３７のほぼ全体に分布するように形成されている。複数の貫通孔３７ｈは、例えば、同一の高さで環状に並ぶ複数の貫通孔の群が複数含まれるように、形成されている。また、複数の貫通孔３７ｈの開口面積の和は、接続部３４ａによって形成される流路の断面積よりも大きい。接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻った冷媒の流れは噴出防止壁３７に衝突し減速する。その結果、蒸発側循環回路３０から蒸発機構２に戻された冷媒の流れが蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止される。また、冷媒が複数の貫通孔３７ｈを通過するように流れるので、冷媒の流れを図５Ｃに示すように放射状に分流できる。
【００５４】
（第３変形例）
図６に示すように、冷凍サイクル装置１は、流出口３３と戻し口３６との間で、蒸発機構２の内部に設けられた分離壁３９をさらに備えていてもよい。例えば、分離壁３９は、流出口３３と戻し口３６とを最短距離で結ぶ線分上に位置している。分離壁３９は、戻し口３６を通って蒸発機構２に戻った冷媒に含まれる冷媒蒸気が流出口３３から流出することを防止する。冷媒蒸気が流出口３３から流出することを分離壁３９によって防止することは、流出口３３と戻し口３６とが十分に離れていない場合などに特に有利である。このため、蒸発機構２を小型化できる。
【００５５】
分離壁３９は、例えば、蒸発機構２の液面に対して９０°の角度で、蒸発機構２の底面部に設けられている。しかし、分離壁３９を設ける姿勢及び位置は、蒸発機構２に戻った冷媒に含まれる冷媒蒸気が流出口３３から流出することを防止する限り、特に制限されない。分離壁３９は、平面又は曲面を有する形状で形成されていてもよい。また、複数の分離壁３９が設けられていてもよい。すなわち、戻し口３６を通って蒸発機構２に戻った冷媒に含まれる冷媒蒸気が流出口３３から流出することを防止する限り、分離壁３９の形状及び数は特に制限されない。また、分離壁３９は、網状構造を有していてもよい。この場合、冷媒液の液滴を網状構造で捕えることもできる。
【００５６】
（第４変形例）
図７に示すように、接続部３４ａは、蒸発機構２の壁を貫通して蒸発機構２の内部空間における蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面を超えないように延びていてもよい。この場合に、接続部３４ａは、蒸発側循環回路３０から蒸発機構２に戻された冷媒の流れが蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止するための噴出防止構造３８を備える。接続部３４ａが噴出防止構造３８を備えることによって、接続部３４ａを通過して蒸発機構２に戻された冷媒の流れが蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止される。これにより、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面が乱れて冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが防止される。接続部３４ａは、例えば、発機構２の壁を貫通して蒸発機構２の内部空間における蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面よりも下方の位置まで延びている。なお、接続部３４ａは、鉛直上向きに延びている。
【００５７】
噴出防止構造３８は、例えば、拡大部３４ｇを備える。拡大部３４ｇは、蒸発機構２の底部より上方に位置し、接続部３４ａを流れる冷媒の流れ方向に沿って断面積が拡大する流路を形成している。拡大部３４ｇが形成する流路において接続部３４ａを流れる冷媒が減速するので、接続部３４ａから蒸発機構２に戻される冷媒の流れが蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止される。これにより、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面が乱れて冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが防止される。
【００５８】
図８に示すように、拡大部３４ｇは、接続部３４ａの中心軸に沿った拡大部３４ｇの断面形状が段差を有する形状であるように形成されていてもよい。このような形状の拡大部３４ｇは、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）に準拠した管内径の異なる複数の配管を溶接することによって製造できる。また、拡大部３４ｇは、拡大部３４ｇによって形成される流路の下流端における断面積が拡大部３４ｇによって形成される流路の上流端における断面積よりも大きいように形成されていればよい。拡大部３４ｇは、例えば、拡大部３４ｇの壁の一部が括れるように形成されていてもよい。また、流路３０ａを形成する配管３２は、図９に示すように、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より下方で蒸発機構２の側壁に接続されていてもよい。
【００５９】
図１０に示すように、接続部３４ａは、延長部３４ｈをさらに備えてもよい。延長部３４ｈは、拡大部３４ｇから上方に延び、接続部３４ａを流れる冷媒の流れ方向に沿って断面積が一定である流路を形成している。この流路において、接続部３４ａに流れる冷媒に含まれる冷媒蒸気が形成する気泡の大きさが調整される。これにより、この気泡が蒸発機構２に戻った後に蒸発側循環回路３０に供給されることが防止される。このため、冷媒蒸気がポンプ８に流入することを防止でき、ポンプ８が冷媒液を供給する能力が確実に発揮される。この場合に、冷凍サイクル装置１は、図１１に示すように構成されていてもよい。
【００６０】
図１１に示す冷凍サイクル装置１は、吸熱側温度センサ１６、冷媒蒸気温度センサ１７、液位センサ１８、及び制御部１５をさらに備え、接続部３４ａが図１０に示すように構成されている点以外は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１と同様に構成されている。なお、減圧機構１２は、バルブである。減圧機構１２は、例えば開度が調整可能な電動弁である。吸熱側温度センサ１６は、吸熱用熱交換器９で吸熱した蒸発機構２に戻る冷媒の温度を検出するためのセンサである。吸熱側温度センサ１６は、例えば、冷媒の流れ方向において吸熱用熱交換器９よりも下流側で蒸発循環回路３０を形成する配管に取り付けられている。冷媒蒸気温度センサ１７は、蒸発機構２における冷媒蒸気の温度を検出するためのセンサである。冷媒蒸気温度センサ１７は、例えば、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面よりも上方で蒸発機構２の壁面に取り付けられている。液位センサ１８は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液位を検出するためのセンサである。液位センサ１８は、例えば、フロート式の液位センサ、光学式の液位センサ、超音波式の液位センサ、又は静電容量式の液位センサである。制御部１５は、吸熱側温度センサ１６の検出値、冷媒蒸気温度センサ１７の検出値、及び液位センサ１８の検出値に基づいて、減圧機構１２であるバルブの開度を調整することによって蒸発機構２に貯留された冷媒液の液位を制御する。このため、図１１に示すように、制御部１５は、吸熱側温度センサ１６、冷媒蒸気温度センサ１７、及び液位センサ１８の検出値を受信できるように、吸熱側温度センサ１６、冷媒蒸気温度センサ１７、及び液位センサ１８に接続されている。また、制御部１５は、減圧機構１２であるバルブの開度を調整するための信号を減圧機構１２に送信できるように、減圧機構１２に接続されている。なお、制御部１５と、吸熱側温度センサ１６、冷媒蒸気温度センサ１７、液位センサ１８、及び減圧機構１２との接続は、有線による接続及び無線による接続のいずれでもよい。
【００６１】
制御部１５は、例えば、接続部３４ａを流れる冷媒が拡大部３４ｇの上端までは単相流（液相流）として流れるように、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液位を制御する。すなわち、制御部１５は、拡大部３４ｇの上端よりも上方で冷媒蒸気による気泡が発生するように蒸発機構２に貯留された冷媒液の液位を制御する。制御部１５は、吸熱側温度センサ１６の検出値、冷媒蒸気温度センサ１７の検出値、及び液位センサ１８の検出値を取得する。制御部１５は、吸熱側温度センサ１６の検出値から吸熱側温度センサ１６によって検出された温度における冷媒の飽和蒸気圧Ｐｈ[Ｐａ]を求める。制御部１５は、冷媒蒸気温度センサ１７の検出値から冷媒蒸気温度センサ１７によって検出された温度における冷媒の飽和蒸気圧Ｐｓ[Ｐａ]を求める。ここで、蒸発機構に貯留された冷媒液の密度をρ[ｋｇ／ｍ3]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]、拡大部３４ｇの上端から蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面までの高さをｈ[ｍ]と定義する。接続部３４ａを流れる冷媒が拡大部３４ｇの上端までは単相流（液相流）として流れるためには、Ｐｈ−Ｐｓ≦ρｇｈの関係が満たされる必要がある。制御部１５は、この関係が満たされるように減圧機構１２であるバルブの開度を調整して蒸発機構２に貯留された冷媒液の液位を制御する。
【００６２】
図１２に示すように、噴出防止構造３８は、拡大部３４ｇに加え、分流板３４ｉをさらに備えていてもよい。分流板３４ｉは、接続部３４ａの中心軸に重なるように設けられており、複数の貫通孔３４ｊを有する。接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻る冷媒の流速が空間的にばらつくことを分流板３４ｉによって抑制できる。分流板３４ｉは、分流板３４ｉの外周端が拡大部３４ｇの内周面に接続されるように形成されている。複数の貫通孔３４ｊは、接続部３４ａを流れる冷媒の流れ方向に拡大部３４ｇよりも上流側で接続部３４ａによって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する。すなわち、複数の流路３４ｊの開口面積の総和が、拡大部３４ｇよりも上流側の接続部３４ａによって形成された流路の断面積よりも大きい。このため、複数の貫通孔３４ｊを通過する冷媒の流れが速まりすぎることを防止できる。なお、接続部３４ａの流れ方向に沿って、１枚の分流板３４ｉが設けられていてもよいし、２枚以上の分流板３４ｉが設けられていてもよい。
【００６３】
図１３に示すように、噴出防止構造３８は、拡大部３４ｇに加え、多孔質部材３４ｋをさらに備えていてもよい。多孔質部材３４ｋは、接続部３４ａの中心軸に重なるように設けられている。これにより、拡大部３４ｇ及び多孔質部材３４ｋによって、接続部３４ａから蒸発機構２に戻る冷媒の流れを減速させつつ、その流速が空間的にばらつくことを抑制できるとともに、冷媒に含まれる気泡が液面において破裂することにより蒸発機構２の内部で圧力変動が生じることを防止できる。すなわち、図１２に示す噴出防止構造３８では、冷媒に含まれる気泡が分流板３４ｉにトラップされ、大きなサイズの気泡が形成される。この気泡が液面に向かって上昇して液面で破裂することにより蒸発機構２の内部の圧力が変動する可能性がある。これに対し、図１３に示す噴出防止構造３８では、多孔質部材３４ｋの外周端が拡大部３４ｇの内周面に接続されている。このため、冷媒に含まれる気泡のサイズは、多孔質部材３４ｋを通過することで小さくなる。これにより、大きなサイズの気泡が形成されること及び蒸発機構２の内部の圧力が変動することを抑制できる。多孔質部材３４ｋは、例えば、ウレタンフォーム、金属系多孔性材料、メラミン樹脂製のスポンジでできている。また、多孔質部材３４ｋは、例えば、パンチングメタルなどの複数の孔を有する板状の部材であってもよい。
【００６４】
図１４に示すように、噴出防止構造３８は、拡大部３４ｇに加え、窄み部３４ｍをさらに備えていてもよい。窄み部３４ｍは、接続部３４ａを流れる冷媒の流れ方向と反対方向に向かって窄むように突出している。また、窄み部３４ｍは、接続部３４ａの中心軸に重なる先端を有する。これにより、冷媒の流れを窄み部３４ｍによって均一に分流できる。また、冷媒の流れにおいて、冷媒の剥離（渦の発生）が抑制されるので、冷媒の流れの圧力損失が小さい。
【００６５】
（第５変形例）
図１５に示すように、蒸発機構２は、蒸発機構２の底部に向かって窄んでいる内部空間を有していてもよい。この場合、接続部３４ａは、蒸発機構２の底部に接続されている。接続部３４ａは、鉛直上向きに延びている。接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻された冷媒の流れが蒸発機構２の内部空間において減速するので、接続部３４ａを通って蒸発機構２に戻された冷媒の流れが蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止される。
【００６６】
この場合に、冷凍サイクル装置１は、図１６に示すように、分流板３１ｇをさらに備えていてもよい。分流板３１ｇは、接続部３４ａの中心軸に重なるように内部空間に設けられている。また、分流板３１ｇは、複数の貫通孔３１ｈを有する。複数の貫通孔３１ｈは、接続部３４ａによって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する。これにより、蒸発機構２の内部空間において、接続部３４ａから蒸発機構２に戻った冷媒の流れの流速が空間的にばらつくことを分流板３１ｇによって抑制できる。また、複数の貫通孔３１ｈの開口面積が接続部３４ａによって形成された流路の断面積よりも大きいので、複数の貫通孔３１ｈを通過する冷媒の流れが速まりすぎることを防止できる。なお、接続部３４ａの流れ方向に沿って、１枚の分流板３１ｇが設けられていてもよいし、２枚以上の分流板３１ｇが設けられていてもよい。
【００６７】
さらに、冷凍サイクル装置１は、図１７に示すように、窄み部３１ｉをさらに備えていてもよい。窄み部３１ｉは、蒸発機構２の内部空間において蒸発機構２の底部に向かって窄むように突出し、接続部３４ａの中心軸に重なる先端を有する。これにより、蒸発機構２の内部空間において、接続部３４ａから蒸発機構２に戻った冷媒の流れを窄み部３１ｉによって均一に分流できる。また、この冷媒の流れにおいて、冷媒の剥離（渦の発生）が抑制されるので、冷媒の流れの圧力損失が小さい。
【００６８】
（第６変形例）
図１８に示すように、妨害構造３５は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を蒸発機構２に戻すように蒸発機構２に接続された蒸発側循環回路３０の接続部３４ｃであってもよい。接続部３４ｃは、蒸発機構２に戻された直後の冷媒の流れが鉛直方向の速度成分を含むように蒸発機構２に接続されている。具体的に、接続部３４ｃは、鉛直方向に沿って延びて蒸発機構２の上面部に接続されている。このため、蒸発機構２に戻された直後の冷媒の流れの速度成分は鉛直方向の速度成分が支配的である。これにより、蒸発機構２に戻った冷媒の流れは、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面に向かって進む。これにより、蒸発機構２に戻った冷媒に含まれる冷媒液の液滴は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面に到達しやすい。その結果、冷媒液の液滴が圧縮機３に導かれることが妨げられる。
【００６９】
接続部３４ｃは、蒸発機構２に戻された直後の冷媒の流れが鉛直方向の速度成分を含む限り、図１９に示すように、斜め下向きに蒸発機構２に接続されていてもよい。この場合も、蒸発機構２に戻った冷媒の流れは、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面に向かって進む。冷媒液の液滴は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面に到達しやすい。これにより、冷媒液の液滴が圧縮機３に導かれることが妨げられる。
【００７０】
（第７変形例）
図２０に示すように、妨害構造３５は、蒸発側循環回路３０の接続部３４ｄと、邪魔板４０とを含んでいてもよい。接続部３４ｄは、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を蒸発機構２に戻すように蒸発機構２に接続されている。接続部３４ｄは、蒸発機構２の側面部に接続されている。接続部３４ｄは、蒸発機構２の上面部に設けられていてもよい。邪魔板４０は、接続部３４ｄを経由して蒸発機構２に戻された冷媒の流れを妨げるための部材である。邪魔板４０は、例えば、蒸発機構２の内部空間において、蒸発機構２の上面部に設けられている。接続部３４ｄを経由して蒸発機構２に戻された冷媒の流れが邪魔板４０と接触すると、冷媒液の液滴は邪魔板４０に付着する。又は、冷媒液の液滴を含む冷媒の流れが蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面に向かうように、邪魔板４０が冷媒液の液滴を含む冷媒の流れの向きを変更する。これにより、冷媒液の液滴が圧縮機３に導かれることが妨げられる。
【００７１】
図２１に示すように、邪魔板４０は、戻し口３６よりも上方、かつ、蒸発機構２の内部空間で、蒸発機構２の側面部に設けられていてもよい。この他、邪魔板４０は、蒸発機構２の内部空間において、戻し口３６と流路５ａの蒸発機構２の開口との間に設けられていればよい。具体的に、邪魔板４０は、戻し口３６と流路５ａの蒸発機構２側の開口とを最短距離で結ぶ線分上に位置しているとよい。邪魔板４０は、例えば、平面又は曲面を含む板、屈曲部を含む板、又は網状構造を有する板として構成することができる。また、複数の邪魔板４０が蒸発機構２の内部空間に設けられていてもよい。邪魔板４０は、蒸発機構２の内部空間において下方に向かって延びていることが望ましい。図２２に示すように、邪魔板４０は、蒸発機構２に貯留された冷媒液に浸っていてもよい。
【００７２】
図２３に示すように、接続部３４ｄは、蒸発機構２の壁を貫通して、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より上方の位置まで上方に延びていてもよい。戻し口３６は、蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より上方に位置している。また、邪魔板４０は、戻し口３６の上方に位置している。邪魔板４０側から、邪魔板４０及び戻し口３６を平面視したとき、戻し口３６の全体が邪魔板４０と重なっている。戻し口３６から上方に向かって噴き出した冷媒が邪魔板４０に接触すると、冷媒液の液滴は邪魔板４０に付着する。又は、冷媒液の液滴を含む冷媒の流れが蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面に向かうように、邪魔板４０が冷媒液の液滴を含む冷媒の流れの向きを変更する。これにより、冷媒液の液滴が圧縮機３に導かれることが妨げられる。
【００７３】
（その他の変形例）
本実施形態において、冷凍サイクル装置１は、蒸発機構２と凝縮機構４との間に、複数の圧縮機が設けられていてもよい。この場合、上流側の圧縮機をターボ型圧縮機とし、下流側の圧縮機を容積型圧縮機としてもよい。また、冷凍サイクル装置は、上流側の圧縮機と下流側の圧縮機とを接続する経路の途中に、上流側の圧縮機で圧縮された冷媒蒸気を冷却するための冷却器を備えていてもよい。
【００７４】
冷凍サイクル装置１は、流路５ｃに減圧弁等の減圧機構を備えていてもよい。
【００７５】
凝縮機構４として、図１に示す中空の容器に代えて、図２４に示すようなエジェクタ６０を用いてもよい。エジェクタ６０は、圧縮機で圧縮された冷媒蒸気と冷媒液とを混合して冷媒蒸気を凝縮させる。エジェクタ６０は、第１ノズル６１、第２ノズル６２、混合部６３、ディフューザ部６４、ニードルバルブ６５、及びアクチュエータ６６を有する。配管６７を通じて放熱用熱交換器７から流出した冷媒液が駆動流として第１ノズル６１に供給される。流路５ｂを通じて圧縮機構３で圧縮された冷媒蒸気が第２ノズル６２に供給される。第１ノズル６１から冷媒液が噴射されることにより、混合部６３の圧力が流路５ｂの圧力より低くなる。その結果、流路５ｂを通じて冷媒蒸気が第２ノズル６２に連続的に吸い込まれる。第１ノズル６１から加速しながら噴射された冷媒液と第２ノズル６２から膨張及び加速しながら噴射された冷媒蒸気は、混合部６３で混合される。そして、冷媒液
と冷媒蒸気との間の温度差と、冷媒液と冷媒蒸気との間のエネルギーの輸送及び冷媒液と冷媒蒸気との間の運動量の輸送に基づく昇圧効果とに起因して、冷媒蒸気が凝縮する。ディフューザ部６４は、冷媒の流れを減速させることによって静圧を回復させる。
【００７６】
ニードルバルブ６５及びアクチュエータ６６によって駆動流としての冷媒液の流量を調整できる。ニードルバルブ６５によって第１ノズル６１先端のオリフィスの断面積を変更できる。アクチュエータ６６によってニードルバルブ６５の位置が調整される。これにより、第１ノズル６１を流れる冷媒液の流量を調整できる。
【００７７】
冷凍サイクル装置１は、戻し口３６が蒸発機構２に貯留された冷媒液の液面より下方で蒸発機構２の内部空間に開口する形態において、戻し口３６を通って蒸発機構２に戻った冷媒に含まれる冷媒蒸気が流出口３３から流出することを防ぐための構造物をさらに備えていてもよい。このような構造物は、例えば、流出口３３の周囲に設けられた網状の構造物である。このような構造物は、例えば、流出口３３の周囲に設けられ、複数の貫通孔を有する構造物であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、例えば、家庭用空気調和装置又は業務用空気調和装置として特に有利である。また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、例えば、チラー又はヒートポンプとして利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１                  冷凍サイクル装置
２                  蒸発機構
３                  圧縮機
４                  凝縮機構
９                  吸熱用熱交換器
１０                主回路
１２                減圧機構
１５                制御部
１６                吸熱側温度センサ
１７                冷媒蒸気温度センサ
１８                液位センサ
３０                蒸発側循環回路
３１ｇ              分流板
３１ｈ              貫通孔
３１ｉ              窄み部
３３                流出口
３４ａ〜３４ｄ      接続部
３４ｇ              拡大部
３４ｈ              延長部
３４ｉ              分流板
３４ｊ              貫通孔
３４ｋ              多孔質部材
３４ｍ              窄み部
３５                妨害構造
３６                戻し口
３７                噴出防止壁
３８                噴出防止構造
３９                分離壁
４０                邪魔板
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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