(57)【要約】【課題】第１冷媒と、第１冷媒から熱を受け取り熱負荷に搬送される第２冷媒とを直接接触させる熱交換器を備えた加熱利用可能な冷媒システムを提供すること。【解決手段】冷媒システム１は、ＨＳＣ冷媒を圧縮する圧縮機１１、ＨＳＣ冷媒と熱源との間の熱交換を行う第１熱交換器１２、およびＨＳＣ冷媒の圧力を減圧させる減圧部１４を含んで構成される熱源サイクル４０と、水冷媒と熱負荷との間の熱交換を行う第２熱交換器２１、および水冷媒を圧送するポンプ２３を含んで構成される熱搬送サイクル２０と、熱源サイクル４０を流れるＨＳＣ冷媒、および熱搬送サイクル２０を流れる水冷媒を直接接触させる直接接触熱交換器５０と、直接接触熱交換器５０から減圧および移送されたＨＳＣ冷媒および水冷媒を分離させる分離器５５と、を備える。圧縮機１１から吐出されたＨＳＣ冷媒が直接接触熱交換器５０へと流入する向きに熱源サイクル４０が運転可能とされる。【選択図】図１
2015087051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷媒を圧縮する圧縮機、前記第１冷媒と熱源との間の熱交換を行う第１熱交換器、および前記第１冷媒の圧力を減圧させる減圧部を含んで構成されるヒートポンプサイクルと、
第２冷媒と熱負荷との間の熱交換を行う第２熱交換器、および前記第２冷媒を圧送するポンプを含んで構成される熱搬送サイクルと、
前記ヒートポンプサイクルを流れる前記第１冷媒、および前記熱搬送サイクルを流れる前記第２冷媒を直接接触させる直接接触熱交換器と、
前記直接接触熱交換器から減圧および移送された前記第１冷媒および前記第２冷媒を分離させる分離器と、を備え、
前記圧縮機から吐出された前記第１冷媒が前記直接接触熱交換器へと流入する向きに前記ヒートポンプサイクルが運転可能とされる、
ことを特徴とする冷媒システム。
【請求項２】
第１冷媒を圧縮する圧縮機、前記第１冷媒と熱源との間の熱交換を行う第１熱交換器、および前記第１冷媒の圧力を減圧させる減圧部を含んで構成されるヒートポンプサイクルと、
第２冷媒と熱負荷との間の熱交換を行う第２熱交換器、および前記第２冷媒を圧送するポンプを含んで構成される熱搬送サイクルと、
前記第１冷媒および前記第２冷媒を直接接触させる直接接触熱交換器と、
前記直接接触熱交換器内の液および前記第１冷媒を間接的に接触させる間接接触熱交換器と、
前記第１冷媒が流れる向きを切り替える方向切替部と、
前記第１冷媒の流れを前記直接接触熱交換器および前記間接接触熱交換器のうちいずれか一方に切り替える熱交換器切替部と、を備える、
ことを特徴とする冷媒システム。
【請求項３】
前記直接接触熱交換器の内部では、
貯留される液の液位よりも下方に位置する第１冷媒流入口を介して前記第１冷媒が液中に流入する、
請求項２に記載の冷媒システム。
【請求項４】
前記直接接触熱交換器内は、
前記第１冷媒および前記第２冷媒が混合される混合室と、
前記第１冷媒および前記第２冷媒が分離される分離室と、に区分される、
請求項２に記載の冷媒システム。
【請求項５】
前記混合室において、貯留される液の液位よりも下方に位置する第１冷流入口を介して前記第１冷媒が液中に流入し、
前記混合室と前記分離室とは、前記第１冷媒流入口よりも上方で連通する、
請求項４に記載の冷媒システム。
【請求項６】
空気調和機として構成され、
前記第２熱交換器は、室内に設置され、
前記直接接触熱交換器から前記第２熱交換器へと前記第２冷媒が流れる経路、および前記第２熱交換器から前記直接接触熱交換器へと前記第２冷媒が流れる経路が室内を通り、
前記第２冷媒は、水である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の冷媒システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの冷媒を直接接触させる直接接触熱交換器を備えた冷媒システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機や冷凍機などのヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）を利用する機器には、現状、Ｒ４１０Ａに代表されるＨＦＣ（hydrofluorocarbon））冷媒が使用されているが、地球温暖化を防止するための規制強化を背景に、ＧＷＰ（Global-warming potential）が低い冷媒の開発が進められている。
また、地球温暖化だけでなく、サイクル効率（性能）や、不燃性などの安全性も考慮して各種の冷媒の開発が進められている。
【０００３】
一方、冷媒が適用される一般的な空気調和機などの冷媒システムは、従来の構成の延長上で開発されている。
つまり、ＨＦＣ冷媒を使用し、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、および室内熱交換器などを含んで構成される。
【０００４】
ところで、ＧＷＰが低いことで言えば、自然界にそのまま存在する二酸化炭素やプロパン、水といった自然冷媒を用いるのが好ましい。
特許文献１では、自然冷媒である二酸化炭素と水を用いており、二酸化炭素によりヒートポンプサイクルを構成するとともに、二酸化炭素の冷熱を水に伝えて搬送する。二酸化炭素と水は、熱交換槽内で混合される。それによって水と二酸化炭素は直接接触し、二酸化炭素の冷熱が水に伝達される。そして、二酸化炭素は分離器に移送されて水と分離された後、ヒートポンプサイクルへと戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３５１６８４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のように２つの冷媒を直接接触させると、フィンアンドチューブタイプ等の一般的な間接接触熱交換器を用いる場合のように両者に温度差を持たせなくても熱交換が可能である。そうすると、熱交換を行わせるために余分に低い温度にまで冷媒温度を下げる必要がない。その分、圧縮機への入力を減らすことができるので、ヒートポンプサイクルの効率（性能）が高い。
ここで、ヒートポンプサイクルの圧縮機から吐出された高温・高圧の炭化水素冷媒を直接接触式の熱交換器に導入し、炭化水素冷媒から水に移行させた熱を加熱に利用するのは難しい。熱交換器内の圧力条件により、炭化水素冷媒と水を十分に分離させるのに足りる密度差を確保することが難しい場合が多いためである。多量の水を含む炭化水素冷媒がヒートポンプサイクルを流れると、ヒートポンプサイクルが成立しない。
また、いかなる方法を用いても、水と炭化水素冷媒を完全に分離することは難しい。そのため、外気が氷点下あるいは氷点下に近い温度の場合、冷媒に混入した水分が氷結するリスクが発生するので、ヒートポンプサイクル内の機能品、たとえば膨張弁が故障要因となる。その場合、加熱利用時にはヒートポンプサイクルが成立しない。
【０００７】
そこで、本発明は、ヒートポンプサイクルを流れる第１冷媒と、第１冷媒から熱を受け取り熱負荷に搬送される第２冷媒とを直接接触させる熱交換器を備えた加熱利用可能な冷媒システム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】
【０００８】
第１の本発明である冷媒システムは、第１冷媒を圧縮する圧縮機、第１冷媒と熱源との間の熱交換を行う第１熱交換器、および第１冷媒の圧力を減圧させる減圧部を含んで構成されるヒートポンプサイクルと、第２冷媒と熱負荷との間の熱交換を行う第２熱交換器、および第２冷媒を圧送するポンプを含んで構成される熱搬送サイクルと、ヒートポンプサイクルを流れる第１冷媒、および熱搬送サイクルを流れる第２冷媒を直接接触させる直接接触熱交換器と、直接接触熱交換器から減圧および移送された第１冷媒および第２冷媒を分離させる分離器と、を備え、圧縮機から吐出された第１冷媒が直接接触熱交換器へと流入する向きにヒートポンプサイクルが運転可能とされることを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明においては、直接接触熱交換器において第１冷媒と第２冷媒とが直接接触することで熱を授受する。さらに、本発明では、直接接触熱交換器から取り出された第１冷媒および第２冷媒の混合冷媒が分離器に移送されて分離される。そして、第２冷媒が熱負荷まで搬送されて熱利用に供される。熱負荷まで搬送された第２冷媒は、直接接触熱交換器の内部に戻すことができる。
本発明では、圧縮機から吐出された高温・高圧の第１冷媒が直接接触熱交換器へと流入する向きにヒートポンプサイクルが運転可能とされる。このとき、第１熱交換器が蒸発器として機能し、第２熱交換器が凝縮器として機能する。そして、第１冷媒から第２冷媒へと移行した熱が加熱に利用される。
【００１０】
ここで、直接接触熱交換器内の圧力条件により、第１冷媒および第２冷媒を十分に分離させるのに足りる密度差を確保することが難しい場合がある。
特に、加熱利用時には第１冷媒および第２冷媒の密度差が小さいため、これらを十分に分離させることができない。直接接触熱交換器内で、第１冷媒および第２冷媒は飽和液として存在する。
そこで、本発明では、直接接触熱交換器から取り出した第１冷媒および第２冷媒の混合液を膨張弁や絞りなどにより減圧させることで、飽和液線上の混合冷媒を二相域に取り込む。それによって第１冷媒および第２冷媒を分離器において十分に分離させることができる。
そうすると、第２冷媒が十分に除去された第１冷媒をヒートポンプサイクルに戻すことができるので、第１冷媒によるヒートポンプサイクルを維持できる。
したがって、直接接触熱交換器による高い熱交換率を享受できる加熱用途の冷媒システムを実現することができる。
また、加熱利用時とは反対向きにヒートポンプサイクルを運転させ、第１冷媒から第２冷媒へと移行した冷熱が冷却に利用される際も、第２冷媒が十分に除去された第１冷媒がヒートポンプサイクルに戻されることにより、サイクル効率の低下や不具合の発生を未然に防止できる。
【００１１】
第２の本発明の冷媒システムは、第１冷媒を圧縮する圧縮機、第１冷媒と熱源との間の熱交換を行う第１熱交換器、および第１冷媒の圧力を減圧させる減圧部を含んで構成されるヒートポンプサイクルと、第２冷媒と熱負荷との間の熱交換を行う第２熱交換器、および第２冷媒を圧送するポンプを含んで構成される熱搬送サイクルと、第１冷媒および第２冷媒を直接接触させる直接接触熱交換器と、直接接触熱交換器内の液および第１冷媒を間接的に接触させる間接接触熱交換器と、第１冷媒が流れる向きを切り替える方向切替部と、第１冷媒の流れを直接接触熱交換器および間接接触熱交換器のうちいずれか一方に切り替える熱交換器切替部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
かかる冷媒システムにおいて、方向切替部による切り替えの結果、減圧部から低温・低圧の第１冷媒が直接接触熱交換器に向けて流れる場合は、第１冷媒の冷熱を第２冷媒に伝えて冷却に利用する。
冷却利用時は、熱交換器切替部により直接接触熱交換器を用いる。そうすると、直接接触熱交換器により第１冷媒および第２冷媒を混合して高効率で熱交換を行えるともに、第１冷媒および第２冷媒を密度差に基づいて分離させることができる。
【００１３】
一方、加熱利用時は、圧縮機から吐出された高温・高圧の第１冷媒が直接接触熱交換器に向けて流れるように、方向切替部によって第１冷媒の流れの向きを切り替える。加熱利用時は、熱交換器切替部により間接接触熱交換器を用いる。
ここで、間接接触熱交換器を流れる第１冷媒と直接接触熱交換器の内部の液とは、間接接触熱交換器のチューブを介して間接的に接触するので混合されない。
そのため、圧縮機から流入した高温・高圧の第１冷媒により、直接接触熱交換器内が第１冷媒および第２冷媒を十分に分離させるのが難しい圧力条件となっても、そもそも第１冷媒および第２冷媒は混合されないのだから、第１冷媒に第２冷媒が混入するおそれがない。
また、加熱利用時、第１熱交換器は蒸発器として機能するため、第１熱交換器の周辺空気が０度以下となり、第１熱交換器内部で第２冷媒が氷結すると故障原因となるが、第１冷媒に第２冷媒が混入されないために氷結による故障のおそれもない。
したがって、加熱利用時における第１冷媒および第２冷媒の分離、および氷結に関する懸念を払拭できるので、直接接触熱交換器による高い熱交換率を享受できる冷却および加熱に兼用の冷媒システムを提供することができる。
【００１４】
第２の本発明の冷媒システムにおいて、直接接触熱交換器の内部では、貯留される液の液位よりも下方に位置する第１冷媒流入口を介して第１冷媒が液中に流入することが好ましい。
この構成は、特に加熱利用時における第１冷媒および第２冷媒の混合促進に寄与する。
【００１５】
第１冷媒流入口から気液二相の第１冷媒が混合室内に流入すると、第１冷媒のガスは、貯留された第２冷媒の液中を浮上しつつ拡散される。その過程で、第１冷媒のガスと第２冷媒とが混合し、十分に直接接触する。ここで、直接接触熱交換器の内部に貯留される液の液位よりも下方に第１冷媒流入口が位置するため、第１冷媒のガスが上方へと浮上、拡散し、第２冷媒と接触する領域を、液位または液位よりも上方に第１冷媒流入口が位置する場合と比べて広くとれる。そのため、第１冷媒と第２冷媒とをより十分に接触させることができる。
一方、第１冷媒の液も、直接接触熱交換器内の第２冷媒の液と混合されることで、第２冷媒と十分に直接接触する。そのときの熱の授受によってガス化した第１冷媒も、上記同様、第２冷媒中を拡散され、第２冷媒と十分に直接接触する。
以上により、第１冷媒と第２冷媒とを直接接触させることによる高い熱交換効率を十分に得ることができるので、ヒートポンプサイクルの効率を向上させることができる。
【００１６】
第１冷媒との直接接触により第１冷媒の熱が移行された第２冷媒は、直接接触熱交換器から取り出されて熱負荷まで搬送されるなどして熱利用に供される。熱負荷まで搬送された第２冷媒は、直接接触熱交換器の内部に戻すことができる。
【００１７】
第２の本発明の冷媒システムにおいて、直接接触熱交換器内は、第１冷媒および第２冷媒が混合される混合室と、第１冷媒および第２冷媒が分離される分離室と、に区分されることが好ましい。
【００１８】
第１冷媒および第２冷媒のいずれも混合室に流入し、混合室内で第１冷媒と第２冷媒とが十分に接触することで熱の授受が行われる。その後、混合室内の第１冷媒および第２冷媒は分離室へと流入して分離される。
混合室および分離室の液面の上方に位置するガス溜まり空間から、第１冷媒のガスがヒートポンプサイクルへと流出する。第２冷媒は分離室内から熱搬送サイクルへと流出する。
【００１９】
ここで、分離室は、壁体などにより、混合室内における第１冷媒の浮上、拡散、および蒸発に伴う流動に対して隔てられる。そのため、混合室から分離室へと流入した液を静置状態として、密度差に基づいて容易に分離させることができる。
一方、壁体などにより混合室が分離室に対して隔てられているので、第１冷媒流入口から混合室内に流入した第１冷媒が、分離室にある第２冷媒の流出口からすぐには出て行かず、混合室において水冷媒と十分に混合される。
【００２０】
第２の本発明の冷媒システムにおいて、貯留される液の液位よりも下方に位置する第１冷流入口を介して第１冷媒が混合室で液中に流入し、混合室と分離室とは、第１冷媒流入口よりも上方で連通することが好ましい。
第１冷媒流入口よりも上方で混合室と分離室とが連通するので、混合室内で第１冷媒流入口から浮上、拡散されることで、第１冷媒流入口の周辺の流れよりも緩慢となった液が、分離室へと注がれる。このため、混合室内の流動が、分離室における第１冷媒および第２冷媒の分離に影響することを極力抑え、密度差に基づいて第１冷媒および第２冷媒を十分に分離させることができる。
【００２１】
第１の本発明および第２の本発明において、冷媒システムは、空気調和機として構成され、第２熱交換器は、室内に設置され、直接接触熱交換器から第２熱交換器へと第２冷媒が流れる経路、および第２熱交換器から直接接触熱交換器へと第２冷媒が流れる経路が室内を通り、第２冷媒は、水であることが好ましい。
上記構成によれば、熱搬送サイクルの室内に設けられる配管内、および第２熱交換器内には水が流れる。
そうすると、直接接触熱交換器内の第１冷媒が熱搬送サイクルに流れ込んだとしても、室内において第１冷媒の燃焼が発生するのを水により阻止することができる。
したがって、第１冷媒の燃焼性を問わず、室内における燃焼のリスクを抑えることができる。
また、ＧＷＰが顕著に低い（０である）水を第２冷媒に用いることにより、第１冷媒と第２冷媒との封入量の比率に応じて定まる冷媒システムのＧＷＰを低くすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ヒートポンプサイクルを流れる第１冷媒と、第１冷媒から熱を受け取り熱負荷に搬送される第２冷媒とを直接接触させる熱交換器を備えた加熱利用可能な冷媒システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る暖房用の冷媒システムの構成を示す図である。
【図２】ＨＳＣ冷媒の飽和水溶液において温度と液密度との関係を示すグラフである。
【図３】第２実施形態に係る冷房／暖房兼用の冷媒システムの構成を示す図である（冷房運転時）。
【図４】第２実施形態に係る冷房／暖房兼用の冷媒システムの構成を示す図である（暖房運転時）。
【図５】本発明の変形例に係る冷房／暖房兼用の冷媒システムの構成を示す図である（冷房運転時）。
【図６】本発明の変形例が備える直接接触熱交換器の内部構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示す冷媒システム１は、第１冷媒が循環する熱源サイクル４０（ヒートポンプサイクル）と、第２冷媒が循環する熱搬送サイクル２０と、第１冷媒および第２冷媒を直接接触させる直接接触熱交換器５０と、直接接触熱交換器５０から減圧および移送された第１冷媒および第２媒を分離させる分離器５５とを備える。
冷媒システム１の全体が、大気に対して密閉されたクローズドサイクルとされる。
【００２５】
第１冷媒および第２冷媒には、沸点が極端に相違するものを用いる。第１冷媒の沸点よりも第２冷媒の沸点は高い。
本実施形態では、第１冷媒にはＨＦＯ（Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｏｌｅｆｉｎ）冷媒の一種であるＲ１２３４ｚｅを使用し、第１冷媒のことを熱源サイクル側冷媒（以下、Ｈｅａｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｙｃｌｅ、ＨＳＣ冷媒）と称する。ここで、Ｒ１２３４ｚｅの他に、ＨＦＯ冷媒Ｒ１２３４ｙｆ、ＨＦＣ冷媒Ｒ３２などのＨＳＣ冷媒も、第１冷媒に好適に用いることができる。
一方、第２冷媒には水を使用し、第２冷媒のことを水冷媒と称する。
大気圧下では、Ｒ１２３４ｚｅの沸点は約−１９℃であり、水の沸点は１００℃である。
【００２６】
冷媒システム１は、外気を熱源とし、熱負荷としての室内空気を加熱するために暖房運転される空気調和機として構成されており、室外機１Ａおよび室内機１Ｂを備える。
室外機１Ａは、以下で説明する圧縮機１１、第１熱交換器１２、第１送風機１３、減圧部１４、ポンプ２３、および直接接触熱交換器５０を備える。
室内機１Ｂは、以下で説明する第２熱交換器２１を備える。
【００２７】
冷媒システム１の機器構成は、本実施形態に限られず、機器の設置スペース等に応じて任意に構成することができる。
冷媒システム１が備える室外機１Ａおよび室内機１Ｂには、許容される機器筐体サイズ等を考慮して、熱源サイクル４０の構成要素、熱搬送サイクル２０の構成要素、および直接接触熱交換器５０が適宜に配置される。
各サイクル４０，２０の構成要素および直接接触熱交換器５０は、室外機１Ａや室内機１Ｂの筐体に必ずしも収められている必要はない。
例えば、ポンプ２３は、室外機１Ａに配置された直接接触熱交換器５０と、室内機１Ｂの第２熱交換器２１との間で、熱搬送サイクル２０の回路を構成する配管に対して取り付けている。ポンプ２３は、室外機１Ａに配置されていてもよい。また、ポンプ２３が室内機１Ｂに配置されることも本発明は許容する。
【００２８】
以下、熱源サイクル４０、熱搬送サイクル２０、直接接触熱交換器５０、および分離器５５の各々の構成を順に説明する。
［熱源サイクル］
熱源サイクル４０は、ＨＳＣ冷媒を圧縮する圧縮機１１、ＨＳＣ冷媒と外気との間の熱交換を行う第１熱交換器１２、第１熱交換器１２に向けて送風する第１送風機１３、およびＨＳＣ冷媒の圧力を減圧させる減圧部１４を備える。
ＨＳＣ冷媒は、ＨＳＣ冷媒の圧力・温度の状態変化に伴うヒートポンプ作用により、直接接触熱交換器５０および分離器５５を介して熱源サイクル４０を循環する。
【００２９】
熱源サイクル４０は、圧縮機１１により圧縮された高温・高圧のＨＳＣ冷媒が直接接触熱交換器５０へと流入する向きで運転される。
【００３０】
圧縮機１１は、ハウジング内に吸入されるＨＳＣ冷媒をスクロール圧縮機構やロータリー圧縮機構などにより圧縮して吐出する。
使用されるＨＳＣ冷媒の体積能力に応じて、圧縮機１１の押しのけ量を定めることが好ましい。
【００３１】
第１熱交換器１２は、内部をＨＳＣ冷媒が流れるチューブと、チューブに設けられるフィンとを有する。第１熱交換器１２は、チューブおよびフィンを介してＨＳＣ冷媒と外気との間で間接的に熱交換を行う。第１熱交換器１２は、本実施形態では蒸発器として機能する。
第１熱交換器１２は、使用されるＨＳＣ冷媒の体積能力に応じて、圧力損失を考慮したサイズに設定されることが好ましい。
第１送風機１３は、プロペラファン等であり、第１熱交換器１２による熱交換を促進させる。
【００３２】
減圧部１４は、ＨＳＣ冷媒を減圧させる。
減圧部１４としては、冷媒を霧状に噴射して膨張させるとともに、冷媒の流量を制御する膨張弁を好適に用いることができる。また、減圧部１４として、絞り作用により冷媒を減圧させるキャピラリーチューブを用いることもできる。
【００３３】
［熱搬送サイクル］
次に、熱搬送サイクル２０は、水冷媒と室内空気との間の熱交換を行う第２熱交換器２１と、第２熱交換器２１に向けて送風する第２送風機２２と、水冷媒を循環させるポンプ２３とを備える。
水冷媒は、ポンプ２３により圧送されることで、直接接触熱交換器５０および分離器５５を介して熱搬送サイクル２０を循環する。
【００３４】
第２熱交換器２１は、内部を水冷媒が流れるチューブと、チューブに設けられるフィンとを有する。第２熱交換器２１は、チューブおよびフィンを介して水冷媒と室内空気との間で間接的に熱交換を行う。第２熱交換器２１は、水冷媒の凝縮器として機能する。
第２送風機２２は、プロペラファン等であり、第２熱交換器２１による熱交換を促進させる。
【００３５】
ポンプ２３は、熱負荷に対応する水冷媒の流量に応じて必要な能力を有する。
ポンプ２３としては、容積型、非容積型など、任意の種類のポンプを用いることができる。
本実施形態のポンプ２３は、低消費電力で駆動する直流（ＤＣ）モータを備え、回転数が制御可能なＤＣポンプとされる。このようなＤＣポンプを採用することで、冷媒システム１の作動に必要な動力入力を抑えられるので、冷媒システム１の効率向上に寄与できる。
【００３６】
［直接接触熱交換器］
次に、直接接触熱交換器５０は、ＨＳＣ冷媒および水冷媒を混合して直接的に熱交換させる。
直接接触熱交換器５０の容量は、内部に貯留する水冷媒に持たせたい熱容量を考慮して定められる。直接接触熱交換器５０の内部の高さは、貯留する水冷媒の液とＨＳＣ冷媒とを十分に混合させることができる液位を考慮して定められる。
なお、直接接触熱交換器５０の内部に貯留される液には、ＨＳＣ冷媒の液も含まれていてよい。
直接接触熱交換器５０内において、貯留された液の液面の上方は、ＨＳＣ冷媒のガスが溜まるガス溜空間３７とされる。
【００３７】
直接接触熱交換器５０は、熱源サイクル４０の圧縮機１１から吐出された高圧・高温のＨＳＣ冷媒と、熱搬送サイクル２０から流入した水冷媒とを混合することで熱交換させる。
直接接触熱交換器５０は、熱源サイクル４０からＨＳＣ冷媒を流入させるＨＳＣ流入口５０１と、熱搬送サイクル２０から水冷媒を流入させる水流入口５０２と、ＨＳＣ冷媒および水冷媒の混合冷媒を取り出して分離器５５に移送するための移送取出口５０３とを有する。
【００３８】
ＨＳＣ流入口５０１は、直接接触熱交換器５０内に上方から引き込まれる配管ＨＩＮの端部に位置する開口である。
水流入口５０２は、直接接触熱交換器５０内に側方から引き込まれる配管ＷＩＮの端部に位置する開口である。
移送取出口５０３は、移送経路４５の端部に位置する開口である。移送取出口５０３を介して、直接接触熱交換器５０内にある水冷媒およびＨＳＣ冷媒の混合液が取り出される。
【００３９】
配管ＨＩＮ、配管ＷＩＮ、および移送経路４５のそれぞれの取り回しは任意である。後述する配管ＨＯＵＴおよび配管ＷＯＵＴについても同様である。
ＨＳＣ流入口５０１および水流入口５０２は、ＨＳＣ冷媒と水冷媒とが十分に混合されるように、それぞれの位置および向きを定めることが好ましい。
【００４０】
移送取出口５０３は、直接接触熱交換器５０内の液位よりも下方に配置される。それにより、直接接触熱交換器５０内で十分に混合されたＨＳＣ冷媒および水冷媒の混合液が移送取出口５０３から取り出されて分離器５５に移送されるので、直接接触熱交換器５０における直接接触による熱交換、および分離器５５における混合冷媒の分離のいずれも十分に行われる。
仮に、移送取出口５０３が直接接触熱交換器５０内の液位よりも上方に配置されているとすれば、直接接触熱交換器５０内の液位よりも上方に滞留するＨＳＣ冷媒ガスが移送取出口５０３から流出する。そうすると、熱交換および分離のいずれも十分に行われない。
ＨＳＣ流入口５０１から直接接触熱交換器５０内に流入したＨＳＣ冷媒が、移送取出口５０３からすぐに出て行かないように、ＨＳＣ流入口５０１および水流入口５０２の双方から移送取出口５０３を十分に離間させることが好ましい。これにより、ＨＳＣ冷媒および水冷媒の混合液をより十分に混合させてから取り出すことができる。
【００４１】
［分離器］
次に、分離器５５は、直接接触熱交換器５０から移送されたＨＳＣ冷媒と水冷媒とを分離させる。
分離器５５は、移送経路４５により直接接触熱交換器５０と結ばれる。
移送経路４５には、直接接触熱交換器５０から分離器５５へと移送されるＨＳＣ冷媒および水冷媒の圧力を減圧させる移送時減圧部４４が設けられる。
移送時減圧部４４としては、熱源サイクル４０の減圧部１４と同様に、膨張弁やキャピラリーチューブなどを用いることができる。
【００４２】
分離器５５は、直接接触熱交換器５０から移送経路４５を介してＨＳＣ冷媒および水冷媒の混合冷媒を取り込むための移送取込口５５１と、水冷媒を熱搬送サイクル２０へと流出させる水流出口５５２と、ＨＳＣ冷媒のガスを熱源サイクル４０へと流出させるＨＳＣ流出口５５３とを有する。
【００４３】
移送取込口５５１は、移送経路４５の端部に位置する開口である。
移送取込口５５１は、分離器５５内の液位よりも下方に配置される。
仮に、移送取込口５５１が分離器５５内の液位よりも上方に配置されているとすれば、移送取込口５５１から分離器５５内に取り込まれたＨＳＣ冷媒および水冷媒の混合液が、分離器５５内の液位よりも上方に位置するＨＳＣ流出口５５３から直接的に流出するおそれがある。そうすると、熱源サイクル４０に水冷媒が混入するので、ヒートポンプサイクルの効率低下や不具合に繋がる。
移送取込口５５１から分離器５５内に取り込まれた混合液は、静置状態におかれ、相互の密度差に基づいて、ＨＳＣ冷媒ガス、水冷媒（液）、およびＨＳＣ冷媒の液に分離される。
【００４４】
移送取込口５５１の付近に、移送取込口５５１から流れ出る混合液の流れに抵抗を与える抵抗板を設けたり、移送取込口５５１を分離器５５の底部に対向させることにより（図１参照）、分離器５５内に流入する混合液の流れが、分離器５５内における混合液の分離に極力影響しないようにすることが好ましい。
【００４５】
水流出口５５２は、水冷媒を流出させる配管ＷＯＵＴの端部に位置する開口である。
水流出口５５２は、移送取込口５５１から十分に離間し、かつ分離器５５内の下部に配置されることが好ましい。水流出口５５２は、本実施形態では、分離器５５内に側方から引き込まれて下方へと向けて屈曲した配管ＷＯＵＴの下端に位置し、底３１１に向けて開口する。
【００４６】
ＨＳＣ流出口５５３は、ＨＳＣ冷媒のガスを熱源サイクル４０へと流出させる配管ＨＯＵＴの端部に位置する開口である。
ＨＳＣ流出口５５３は、分離器５５内の液位よりも上方のガス溜空間３７に配置される。ＨＳＣ流出口５５３は、ガス溜空間３７の中でも上部に配置されることが好ましい。
【００４７】
以上のように構成された冷媒システム１では、暖房運転を行うため、高温・高圧のＨＳＣ冷媒が直接接触熱交換器５０に流入する。そして、直接接触熱交換器５０内において高温・高圧のＨＳＣ冷媒の熱が移行された水冷媒を搬送し、搬送先の空気を加熱する。
ここで、直接接触熱交換器５０内が高温・高圧となるため、直接接触熱交換器５０内には、ＨＳＣ冷媒の液と水冷媒とが飽和水溶液として存在する。
【００４８】
図２は、ＨＳＣ冷媒の飽和水溶液において温度と液密度との関係を示す。水冷媒の液密度（実線）は、直接接触熱交換器５０内の温度が冷房運転時の温度域Ｔ１と、暖房運転時の温度域Ｔ２とで殆ど変わらない。それに対して、ＨＳＣ冷媒の液密度（破線）は、温度域Ｔ１では水冷媒の液密度よりも大きいが、温度が上昇するにつれて小さくなり、いずれ水冷媒の液密度を下回る。
【００４９】
暖房運転時の温度域Ｔ２では、水冷媒とＨＳＣ冷媒との液密度の差が小さいために、水冷媒とＨＳＣ冷媒とを十分に分離させることが難しい。
そのため、本実施形態では、直接接触熱交換器５０から、ＨＳＣ冷媒の飽和水溶液を取り出して移送時減圧部４４により減圧させる。それによって飽和液線上の混合冷媒を二相域に取り込み、分離器５５に移送して分離させることとする。
【００５０】
本実施形態における直接接触熱交換器５０および分離器５５の作用について説明する。
直接接触熱交換器５０内にＨＳＣ流入口５０１からＨＳＣ冷媒が流入すると、貯留された液中をＨＳＣ冷媒が拡散される。その過程でＨＳＣ冷媒と水冷媒とが直接接触し、熱を授受する。直接接触熱交換器５０内において、ＨＳＣ冷媒と水冷媒とは十分に混合され、飽和水溶液となる。
【００５１】
直接接触熱交換器５０内のＨＳＣ冷媒の飽和水溶液は、移送取出口５０３から移送経路４５へと取り出され、移送時減圧部４４により減圧される。ＨＳＣ冷媒の飽和水溶液は、減圧によって二相域に取り込まれる。
【００５２】
移送時減圧部４４により減圧されたＨＳＣ冷媒および水冷媒は、移送取込口５５１から分離器５５内へと気液二相流として流入する。
そして、分離器５５内において、ＨＳＣ冷媒および水冷媒は、密度差に基づいて、ＨＳＣ冷媒の液と、水冷媒と、ＨＳＣ冷媒のガスとに十分に分離される。
【００５３】
水冷媒と分離されたＨＳＣ冷媒のガスはガス溜空間３７に溜まる。そして、ガス溜空間３７内のＨＳＣ冷媒ガスは、ＨＳＣ流出口５５３から熱源サイクル４０へと戻される。
本実施形態のＨＳＣ流出口５５３はガス溜空間３７内の最も上部に位置するので、ＨＳＣ流出口５５３から流出するＨＳＣ冷媒のガスは、飽和水蒸気圧レベルまでしか水冷媒を含有しない。
一方、ＨＳＣ冷媒のガスと分離された分離器５５内の水冷媒は、水流出口５５２から流出し、熱搬送サイクル２０により搬送される。このとき、水冷媒と共に、ＨＳＣ冷媒の液が水流出口５５２から熱搬送サイクル２０に流出してもよい。ＨＳＣ冷媒が熱搬送サイクル２０を流れても、共に流れる水により、ＨＳＣ冷媒の燃焼が阻止される。
【００５４】
上述の通り、本実施形態は、直接接触熱交換器５０内の圧力条件により、ＨＳＣ冷媒および水冷媒を十分に分離させるのに足りる密度差を確保することが難しい場合であっても、分離器５５においてＨＳＣ冷媒および水冷媒を十分に分離させることができる。
特に、暖房運転時には、直接接触熱交換器５０の内部にＨＳＣ冷媒および水冷媒が飽和水溶液として存在し、そのまま水冷媒とＨＳＣ冷媒とが混合された状態で第１減圧部１４に突入するとヒートポンプサイクルが成立しない。しかし、本実施形態のように移送時減圧部４４および分離器５５を用いることにより、水冷媒が十分に除去されたＨＳＣ冷媒を熱源サイクル４０に戻すことができるので、ヒートポンプサイクルを維持できる。
したがって、直接接触熱交換器５０による高い熱交換率を享受できる加熱用途の冷媒システム１を提供することができる。
【００５５】
また、ＨＳＣ冷媒および水冷媒の双方を用いる冷媒システム１では、冷媒システム１への両者の封入量の比に応じてＧＷＰが定まる。
ＨＳＣ冷媒のＧＷＰは４〜２３００である。一方、水冷媒のＧＷＰは０である。ＧＷＰが顕著に低い水冷媒と、ＨＳＣ冷媒とを併用することにより、「５」程度の非常に低いＧＷＰを実現することができる。
【００５６】
さらに、熱搬送サイクル２０の室内に設けられる配管内、および第２熱交換器２１内には水冷媒が流れることにより、熱搬送サイクル２０にＨＳＣ冷媒が流れたとしても、室内においてＨＳＣ冷媒の燃焼が発生するのを水により阻止することができる。
したがって、ＨＳＣ冷媒の燃焼性を問わず、室内における燃焼のリスクを抑えることができる。
【００５７】
ところで、本実施形態の冷媒システム１において、配管を適宜に付加、分岐させるとともに、熱源サイクル４０におけるＨＳＣ冷媒の流れの向きを切り替える切替弁を設けることにより、冷房・暖房兼用機を構成することもできる。
その冷房・暖房兼用機は、暖房運転時における圧力条件下でヒートポンプサイクルを成立させる意義を有するとともに、冷房運転時も、水冷媒が十分に除去されたＨＳＣ冷媒がヒートポンプサイクルに戻されることで、サイクル効率の低下や不具合の発生を未然に防止できる。
【００５８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図３および図４に示す第２実施形態の冷媒システム２は、冷房運転と暖房運転との双方が可能な空気調和機として用いられる。
以下、第１実施形態で説明した構成と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略または簡略する。
【００５９】
冷媒システム２は、第１冷媒としてＨＳＣ冷媒が循環される熱源サイクル６０と、第２冷媒として水冷媒が循環される熱搬送サイクル２０と、ＨＳＣ冷媒および水冷媒を直接接触させる直接接触熱交換器６１と、直接接触熱交換器６１内の液およびＨＳＣ冷媒を間接的に接触させる間接接触熱交換器６２と、熱源サイクル６０においてＨＳＣ冷媒が流れる向きを切り替える四方切替弁６５と、ＨＳＣ冷媒の流れを直接接触熱交換器６１および間接接触熱交換器６２のうちいずれか一方に切り替える熱交換器切替弁６６，６７とを備える。
冷媒システム２は、大気に対して密閉されたクローズドサイクルとされる。
【００６０】
以下、直接接触熱交換器６１および間接接触熱交換器６２の各々の構成を順に説明する。
［直接接触熱交換器］
直接接触熱交換器６１は、流入した水冷媒およびＨＳＣ冷媒を貯留する。
冷房運転時（図３）、直接接触熱交換器６１内においてＨＳＣ冷媒および水冷媒が直接接触することで熱交換される。冷房運転時には、熱源サイクル６０から直接接触熱交換器６１内にＨＳＣ冷媒が流入し、直接接触熱交換器６１内のＨＳＣ冷媒が熱源サイクル６０へと戻される。
【００６１】
直接接触熱交換器６１は、ＨＳＣ冷媒を流入させるＨＳＣ流入口６１１と、水冷媒を流入させる水流入口６１２と、ＨＳＣ冷媒を流出させるＨＳＣ流出口６１３と、水冷媒を流出させる水流出口６１４とを有する。
【００６２】
ＨＳＣ流入口６１１は、直接接触熱交換器６１内に引き込まれる配管ＨＩＮの端部に位置する開口である。
水流入口６１２は、直接接触熱交換器６１内に引き込まれる配管ＷＩＮの端部に位置する開口である。
配管ＨＩＮおよび配管ＷＩＮのそれぞれの取り回しは任意である。後述する配管ＨＯＵＴおよび配管ＷＯＵＴについても同様である。
ＨＳＣ流入口６１１および水流入口６１２は、ＨＳＣ冷媒と水冷媒とが十分に混合されるように、それぞれの位置および向きを定めることが好ましい。
【００６３】
ＨＳＣ流出口６１３は、ＨＳＣ冷媒のガスを熱源サイクル６０へと流出させる配管ＨＯＵＴの端部に位置する開口である。
ＨＳＣ流出口６１３は、直接接触熱交換器６１内の液位よりも上方のガス溜空間３７に配置される。ＨＳＣ流出口６１３は、ガス溜空間３７の中でも上部に配置されることが好ましい。
水流出口６１４は、水冷媒を流出させる配管ＷＯＵＴの端部に位置する開口である。
【００６４】
［間接接触熱交換器］
次に、間接接触熱交換器６２は、内部をＨＳＣ冷媒が流れるチューブ６２１と、チューブ６２１に熱的に接続される図示しないフィンとを有する。なお、間接接触熱交換器６２は模式的に図示されている。
間接接触熱交換器６２は、直接接触熱交換器６１内に貯留された液の液位よりも下方を通過しており、チューブ６２１内を流れるＨＳＣ冷媒と直接接触熱交換器６１内の液との間で間接的に熱交換を行う。
【００６５】
以上で説明したように構成される直接接触熱交換器６１および間接接触熱交換器６２は、熱源サイクル６０に並列に接続される。
これらの直接接触熱交換器６１および間接接触熱交換器６２は、熱交換器切替弁６６，６７を切り替えることによって選択的に用いられる。
【００６６】
［冷房運転時の動作］
図３を参照し、冷房運転時の冷媒システム２の動作を説明する。
冷房運転時は、四方切替弁６５により、減圧部１４から直接接触熱交換器６１へとＨＳＣ冷媒が流入するように熱源サイクル６０のＨＳＣ冷媒の流れの向きを切り替える。
加えて、熱交換器切替弁６６，６７により、間接接触熱交換器６２へのＨＳＣ冷媒の流れを遮断することで、ＨＳＣ冷媒の流れを直接接触熱交換器６１へと切り替える。
そうすると、直接接触熱交換器６１内に流入したＨＳＣ冷媒が直接接触熱交換器６１内に貯留された水冷媒と混合し、直接接触する。それによってＨＳＣ冷媒から水冷媒へと移行した冷熱を搬送し、搬送先の空気を冷却する。
混合したＨＳＣ冷媒および水冷媒は、直接接触熱交換器６１内で静置状態におかれ、相互の密度差に基づいて、ＨＳＣ冷媒ガス、水冷媒（液）、およびＨＳＣ冷媒の液に分離される。
【００６７】
［暖房運転時の動作］
図４を参照し、暖房運転時の冷媒システム２の動作を説明する。
暖房運転時は、四方切替弁６５により、圧縮機１１から吐出されたＨＳＣ冷媒が直接接触熱交換器６１へと流入するようにＨＳＣ冷媒の流れの向きを切り替える。
加えて、熱交換器切替弁６６，６７により、直接接触熱交換器６１へのＨＳＣ冷媒の流れを遮断することで、ＨＳＣ冷媒の流れを間接接触熱交換器６２へと切り替える。
そうすると、間接接触熱交換器６２のチューブ６２１内を流れるＨＳＣ冷媒が直接接触熱交換器６１内の液と間接的に接触する。それによってＨＳＣ冷媒から水冷媒へと移行した熱を搬送し、搬送先の空気を加熱する。
間接接触熱交換器６２のチューブ６２１内のＨＳＣ冷媒と直接接触熱交換器６１の内部の液とは、チューブ６２１により隔絶されているために混合されない。
したがって、暖房運転時、圧縮機１１から流入した高温・高圧のＨＳＣ冷媒により、直接接触熱交換器６１内がＨＳＣ冷媒および水冷媒を十分に分離させるのが難しい圧力条件となっても、そもそもＨＳＣ冷媒および水冷媒は混合されないのだから、ＨＳＣ冷媒に水冷媒が混入するおそれがない。
【００６８】
また、暖房運転時、第１熱交換器１２は蒸発器として機能するため、第１熱交換器１２の周辺空気が０度以下となり、水冷媒が第１熱交換器１２内で氷結すると故障原因となるが、ＨＳＣ冷媒に水冷媒が混入されないために氷結による故障のおそれもない。
【００６９】
本実施形態によれば、上述のように直接接触熱交換器６１および間接接触熱交換器６２を併用することにより、暖房運転時におけるＨＳＣ冷媒および水冷媒の分離、および氷結に関する懸念を払拭できるので、直接接触熱交換器６１による高い熱交換率を享受できる冷暖兼用の冷媒システム２を提供することができる。
【００７０】
〔本発明の変形例〕
本発明の冷媒システムが備える直接接触熱交換器の構成は、上記の各実施形態に示した直接接触熱交換器の形態には限定されない。
図５に示す本発明の変形例に係る冷媒システム３は、第２実施形態の直接接触熱交換器６１に代えて、直接接触熱交換器６３を備える点を除いて、第２実施形態の冷媒システム２と同様に構成される。
なお、第１実施形態に直接接触熱交換器６３を適用することもできる。
【００７１】
直接接触熱交換器６３は、特に冷房運転時にＨＳＣ冷媒および水冷媒がより十分に混合されるように、貯留する液の液位よりも下方に位置するＨＳＣ流入口３５１を介してＨＳＣ冷媒を液中に流入させることと、混合室３５と分離室３６とに区画されており、混合室３５と分離室３６とがＨＳＣ流入口３５１よりも上方で連通することを特徴とする。
【００７２】
図６に示すように、直接接触熱交換器６３は、タンク３１と、タンク３１の内部を区分する区分壁３２と、タンク３１内の下部に設置される抵抗板３３とを備える。
タンク３１は、円筒状に形成されており、底３１１と、底３１１の周縁から立ち上がる周壁３１２と、周壁３１２の開口を塞ぐ蓋３１３とを有する。
タンク３１の容量は、タンク３１内に貯留する水冷媒に持たせたい熱容量を考慮して定められる。タンク３１の内部の高さは、貯留する水冷媒の液とＨＳＣ冷媒とを十分に混合させることができる液位と、混合したＨＳＣ冷媒および水冷媒を十分に分離させることを考慮して定められる。
タンク３１内には気液二相のＨＴＣ冷媒が流入するため、タンク３１の内部には、水冷媒（液）に加え、ＨＳＣ冷媒の液も貯留される。したがって、「液位」は、水冷媒およびＨＳＣ冷媒の液を合わせた液位を意味する。
【００７３】
区分壁３２は、底３１１に立設される。タンク３１の内部は、区分壁３２の一面側に位置する混合室３５と、区分壁３２の他面側に位置する分離室３６とに区分される。
区分壁３２は、タンク３１の内径に対応する幅で、予め定められたタンク３１内の基準液位Ｌよりも高く、かつタンク３１内部の高さよりも低い高さに形成される。
区分壁３２において上端３２Ａ側の所定領域には、厚み方向に貫通した複数の連通孔３２０が形成される。これらの連通孔３２０により、混合室３５と分離室３６とが連通する。これらのうち１以上の連通孔３２０は、後述するＨＳＣ流入口３５１よりも上方に位置する。
複数の連通孔３２０のうち１以上の連通孔３２０は、基準液位Ｌよりも下方に位置する。このため、連通孔３２０を介して、混合室３５および分離室３６の間の液の往来が許容される。
混合室３５および分離室３６に貯留された液の液面と蓋３１３との間は、ＨＳＣ冷媒のガスが溜まるガス溜空間３７とされる。
【００７４】
混合室３５内に設けられる抵抗板３３は、混合室３５内に流入するＨＳＣ冷媒の流れに対する抵抗として働く。抵抗板３３は、区分壁３２から水平に突出する。抵抗板３３の先端と周壁３１２との間には、ＨＳＣ冷媒の流路が確保される。
【００７５】
以下、混合室３５、分離室３６、およびガス溜空間３７について説明する。
［混合室］
混合室３５は、熱源サイクル４０の減圧部１４を経て流入したＨＳＣ冷媒と、熱搬送サイクル２０から流入した水冷媒とを混合することで熱交換させる。熱交換によりＨＳＣ冷媒の冷熱が水冷媒に移行すると、ＨＳＣ冷媒は蒸発（ガス化）する。
混合室３５には、ＨＳＣ冷媒を流入させる配管ＨＩＮの開口であるＨＳＣ流入口３５１と、水冷媒を流入させる配管ＷＩＮの開口である水流入口３５２とが配置される。
【００７６】
ＨＳＣ流入口３５１は、タンク３１内の下部に位置する。具体的に、ＨＳＣ流入口３５１は、タンク３１の下方から混合室３５内に引き込まれる配管ＨＩＮの上端に位置し、タンク３１の底３１１で上方に向けて開口する。ＨＳＣ流入口３５１の位置は、底３１１よりも上方であってもよいが、タンク３１内に貯留される液の液位よりも下方に定められる。
ＨＳＣ流入口３５１は、上述の抵抗板３３の下面に対向する。
【００７７】
水流入口３５２は、タンク３１の上方から混合室３５内に引き込まれて下方へと延出する配管ＷＩＮの下端に位置する。
水流入口３５２は、抵抗板３３と周壁３１２との間の付近で、下方に向けて開口する。
【００７８】
配管ＨＩＮおよび配管ＷＩＮの取り回しは任意である。
例えば、配管ＨＩＮをタンク３１の側方あるいは上方から混合室３５内に引き込むこともできる。但し、ＨＳＣ冷媒と水冷媒とが十分に混合されるように、貯留される液の液位よりもＨＳＣ流入口３５１が下方に位置するように配管ＨＩＮを設けることとする。
また、配管ＷＩＮをタンク３１の側方あるいは下方から混合室３５内に引き込むこともできる。
配管ＨＩＮおよび配管ＷＩＮは、ＨＳＣ流入口３５１および水流入口３５２の各々からの流れが異なる向きから合流するように設けられることが好ましい。
【００７９】
間接接触熱交換器６２は、混合室３５内の液中を通過するように設けられる。
但し、間接接触熱交換器６２を、分離室３６内の液中を通過するように設けることもできる。
【００８０】
［分離室］
次に、分離室３６は、互いに混合されることで熱交換が行われたＨＳＣ冷媒と水冷媒とを分離させる。水冷媒と分離されたＨＳＣ冷媒のガスを熱源サイクル４０に戻すことにより、熱源サイクル４０に水冷媒が混入することによるサイクル効率の低下、破損および錆の発生などを未然に防止する。
混合室３５から分離室３６へと流入した液は、分離室３６内で密度差に基づいて、ＨＳＣ冷媒ガス、水冷媒（液）、およびＨＳＣ冷媒の液に分離される。
【００８１】
分離室３６には、水冷媒を流出させる配管ＷＯＵＴの開口である水流出口３６２が配置される。
水流出口３６２は、分離室３６内の下部に配置することが好ましい。本実施形態の水流出口３６２は、タンク３１の側方から分離室３６内に引き込まれて下方へと向けて屈曲した配管ＷＯＵＴの下端に位置し、底３１１に向けて開口する。
配管ＷＯＵＴの取り回しは任意である。例えば、配管ＷＯＵＴをタンク３１の下方から分離室３６内に引き込むこともできる。
【００８２】
分離室３６は、区分壁３２により、混合室３５内におけるＨＳＣ冷媒の浮上、拡散、および蒸発に伴う流動に対して隔てられる。そのため、混合室３５から分離室３６へと流入した液を静置状態として、密度差に基づいて容易に分離させることができる。
一方、区分壁３２により混合室３５が分離室３６に対して隔てられているので、ＨＳＣ流入口３５１から混合室３５内に流入したＨＳＣ冷媒が、ＨＳＣ流入口３５１と同じくタンク３１内の下部に位置する水流出口３６２からすぐには出て行かず、混合室３５において水冷媒と十分に混合される。
【００８３】
［ガス溜空間］
ガス溜空間３７には、ＨＳＣ冷媒のガスを熱源サイクル４０へと流出させる配管ＨＯＵＴの開口であるＨＳＣ流出口３７１が配置される。
ＨＳＣ流出口３７１は、ガス溜空間３７内の上部に配置されることが好ましい。
ＨＳＣ流出口３７１は、タンク３１の上方からガス溜空間３７へと引き込まれる配管ＨＯＵＴの下端に位置し、下方に向けて開口する。
ＨＳＣ流出口３７１は、タンク３１内の基準液位Ｌに対して十分に離間している。
配管ＨＯＵＴの取り回しは任意である。例えば、配管ＨＯＵＴをタンク３１の側方からガス溜空間３７に引き込むこともできる。
【００８４】
以上のように構成された直接接触熱交換器６３による作用について説明する。
冷房運転時、混合室３５内の下部に位置するＨＳＣ流入口３５１から、気液二相のＨＳＣ冷媒が混合室３５内に上方に向けて流入する。そして、ＨＳＣ冷媒のガスは、混合室３５内に貯留された液中を浮上しつつ拡散される。その過程で、ＨＳＣ冷媒のガスと水冷媒とが混合し、十分に直接接触する。ＨＳＣ冷媒の一部のガスは、液面を脱してガス溜空間３７に溜まる。
一方、ＨＳＣ冷媒の液も、混合室３５内の水冷媒と混合されることで、水冷媒と十分に直接接触する。それによってガス化したＨＳＣ冷媒も、上記同様、液中で拡散されながら、水冷媒と十分に直接接触する。
【００８５】
ここで、タンク３１内の下部にＨＳＣ流入口３５１が位置するため、ＨＳＣ冷媒のガスが上方へと浮上、拡散し、水冷媒と接触する領域を、タンク３１内の上部にＨＳＣ流入口３５１が位置する場合と比べて広くとれる。そのため、水冷媒とＨＳＣ冷媒とを十分に接触させ、ＨＳＣ冷媒の冷熱を水冷媒に十分に移行させることができる。
また、ＨＳＣ流入口３５１から流入したＨＳＣ冷媒の流れが、ＨＳＣ流入口３５１に面して設けられた抵抗板３３により圧力損失を生じる。このため、ＨＳＣ冷媒を上方へとゆっくりと流動させながら水冷媒とより十分に接触させることができる。
【００８６】
さらに、水流入口３５２から流入した水冷媒を、抵抗板３３と周壁３１２との間を通過するＨＳＣ冷媒の流れに対して、上方から合流させている。これによって得られる撹拌作用により、水冷媒とＨＳＣ冷媒とをより十分に接触させることができる。
【００８７】
上述したように、混合室３５においてＨＳＣ冷媒と水冷媒とが混合されて十分に接触することによって熱交換が行われる。混合室３５内には、水冷媒およびＨＳＣ冷媒が混合した液が貯留されており、その混合液にはＨＳＣ冷媒のガスが溶融されている。
その混合室３５内の液を分離室３６へと移動させ、分離室３６において、ＨＳＣ冷媒のガスと、水冷媒と、ＨＳＣ冷媒の液とに、相互の密度差によって分離させる。
【００８８】
ここで、混合室３５と分離室３６とが、区分壁３２に形成された連通孔３２０を介して、あるいは液位によっては区分壁３２の上端３２Ａを介して、混合室３５および分離室３６の上部で連通するので、混合室３５内でＨＳＣ流入口３５１から浮上、拡散されることで、ＨＳＣ流入口３５１の周辺の流れよりも緩慢となった液が、分離室３６へと注がれる。このため、混合室３５内の流動が、分離室３６におけるＨＳＣ冷媒および水冷媒の分離に影響することを極力抑え、密度差に基づいてＨＳＣ冷媒の液、水冷媒、およびＨＳＣ冷媒のガスを相互に十分に分離させることができる。
【００８９】
水冷媒と分離されたＨＳＣ冷媒のガスはガス溜空間３７に溜まる。そして、ガス溜空間３７内のＨＳＣ冷媒ガスは、ＨＳＣ流出口３７１から熱源サイクル４０へと戻される。
本実施形態のＨＳＣ流出口３７１はガス溜空間３７内の最も上部に位置するので、ＨＳＣ流出口３７１から流出するＨＳＣ冷媒のガスは、飽和水蒸気圧レベルまでしか水冷媒を含有しない。
【００９０】
一方、ＨＳＣ冷媒のガスと分離された分離室３６内の水冷媒は、水流出口３６２から流出し、熱搬送サイクル２０により搬送される。このとき、水冷媒と共に、ＨＳＣ冷媒の液が水流出口３６２から熱搬送サイクル２０に流出してもよい。ＨＳＣ冷媒が熱搬送サイクル２０を流れても、共に流れる水により、ＨＳＣ冷媒の燃焼が阻止される。
【００９１】
本例の冷媒システム３によれば、上述したように、特に冷房運転時において、直接接触熱交換器６３の混合室３５内の下部へと、ＨＳＣ流入口３５１を介してＨＳＣ冷媒を流入させることにより、混合室３５内の下部から上部までの広い領域に亘り、水冷媒とＨＳＣ冷媒とを十分に接触させることができる。このため、直接接触による熱交換作用が存分に発揮されるので、冷媒システム３全体として高い効率を実現することができる。
【００９２】
また、直接接触熱交換器６３のタンク３１の内部を区分壁３２により混合室３５および分離室３６に区分した上で、区分壁３２の連通孔３２０または区分壁３２の上端３２Ａを介して混合室３５および分離室３６を上部で連通させているので、分離室３６内の液を極力静置状態に保つことができる。それにより、密度差に基づいてＨＳＣ冷媒および水冷媒を十分に分離させることができる。
【００９３】
暖房運転時は、第２実施形態で図４を参照して説明したように、四方切替弁６５により、圧縮機１１から吐出されたＨＳＣ冷媒が直接接触熱交換器６１へと流入するようにＨＳＣ冷媒の流れの向きを切り替える。
加えて、熱交換器切替弁６６，６７により、直接接触熱交換器６１へのＨＳＣ冷媒の流れを遮断することで、ＨＳＣ冷媒の流れを間接接触熱交換器６２へと切り替える。
そうすると、間接接触熱交換器６２のチューブ６２１内を流れるＨＳＣ冷媒が直接接触熱交換器６１内の液と間接的に接触する。それによってＨＳＣ冷媒から水冷媒へと移行した熱を搬送し、搬送先の空気を加熱する。
間接接触熱交換器６２のチューブ６２１内のＨＳＣ冷媒と直接接触熱交換器６１の内部の液とは、チューブ６２１により隔絶されているために混合されないので、ＨＳＣ冷媒に水冷媒が混入するおそれがない。
【００９４】
なお、上記の直接接触熱交換器６３において、混合室３５および分離室３６に区分されていなくても、ＨＳＣ流入口３５１が液位よりも下方に位置することによって、ＨＳＣ冷媒および水冷媒の混合が促進される。
また、上記の直接接触熱交換器６３において、ＨＳＣ流入口３５１が液位と同等あるいは上方に位置していても、混合室３５および分離室３６に区分されていることによって、ＨＳＣ冷媒および水冷媒の混合が促進される。
【００９５】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本発明の冷媒システムの機器構成は任意であり、例えば、直接接触熱交換器５０，６１において熱交換により冷却された水冷媒が分配される複数の室内機１Ｂを備えるものとしてもよい。その場合、各室内機１Ｂに分配可能な能力の１台のポンプ２３を室内機１Ｂの外に配置することが経済上好ましい。
本発明における第１冷媒および第２冷媒には、極端に沸点が相違する任意の冷媒、すなわち非共沸の冷媒を用いることができる。例えば、第１冷媒がプロパンで第２冷媒が水冷媒、第１冷媒が二酸化炭素で第２冷媒が水冷媒、第１冷媒がアンモニアで第２冷媒が水冷媒、など種々の冷媒の組み合わせを採用できる。
また、第２冷媒としては、水冷媒に限らず、例えばブラインを用いることも許容される。ブラインとして、エチレングリコール、あるいはプロプレングリコールを主成分とするものを例示できる。
そして、本発明の直接接触熱交換器および冷媒システムは、空気調和機に限らず、冷凍庫、給湯機、チラーなどに適用することもできる。
【符号の説明】
【００９６】
１〜３      冷媒システム
１Ａ        室外機
１Ｂ        室内機
１１        圧縮機
１２        第１熱交換器
１３        第１送風機
１４        減圧部
２０        熱搬送サイクル
２１        第２熱交換器
２２        第２送風機
２３        ポンプ
３１        タンク
３２        区分壁
３２Ａ      上端
３３        抵抗板
３５        混合室
３６        分離室
３７        ガス溜空間
４０        熱源サイクル（ヒートポンプサイクル）
４４        移送時減圧部
４５        移送経路
５０        直接接触熱交換器
５５        分離器
６０        熱源サイクル（ヒートポンプサイクル）
６１        直接接触熱交換器
６２        間接接触熱交換器
６３        直接接触熱交換器
６５        四方切替弁
６６，６７  熱交換器切替弁
３１１      底
３１２      周壁
３１３      蓋
３２０      連通孔
３５１      ＨＳＣ流入口
３５２      水流入口
３６２      水流出口
３７１      ＨＳＣ流出口
５０１      ＨＳＣ流入口
５０２      水流入口
５０３      移送取出口
５５１      移送取込口
５５２      水流出口
５５３      ＨＳＣ流出口
６１１      ＨＳＣ流入口
６１２      水流入口
６１３      ＨＳＣ流出口
６１４      水流出口
６２１      チューブ
ＨＩＮ        配管
ＨＯＵＴ      配管
Ｌ          基準液位
Ｔ１        温度域
Ｔ２        温度域
ＷＩＮ        配管
ＷＯＵＴ      配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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