(57)【要約】【課題】冷媒の液・ガス成分を安定して分離し、冷暖房能力に優れた冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】圧縮機２３、室外側熱交換器１０、膨張弁２０ａ、２０ｂ、気液分離器２１、室内側熱交換器６を環状に接続し、圧縮機２３と気液分離器２１とをガスインジェクション管２５で接続し、圧縮機２３と気液分離器２１との間に配された膨張弁２６とで構成する冷凍サイクルを備え、気液分離器２１は、本体２１ｄの上端より短く挿入され冷媒ガス成分が流出する導入管２１ｂと、本体２１ｄの上端より挿入され冷媒を導入する導入管２１ｃと、本体２１ｄに導入管２１ｃより長く挿入され冷媒液成分が流出する導入管２１ａとを有するもので、気液二相の流速の速い冷媒が気液分離器２１内に流入しても、上部で拡散させるので、冷媒のガス・液成分を大きく攪拌すること無く分離することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、減圧手段、気液分離器、蒸発器を環状に接続し、前記圧縮機と前記気液分離器とをガスインジェクション管を介して接続したインジェクション機能を有し、前記ガスインジェクション管の途中に配され、前記圧縮機と、前記気液分離器との間の冷媒導入量を調整する膨張弁とで構成される冷凍サイクルを備え、前記気液分離器は、上下方向に延びる本体と、前記本体の上端部より短く挿入され冷媒ガス成分が流出する冷媒ガス流出管と、前記本体の上端部より挿入され前記本体内に冷媒を導入する冷媒導入管と、前記本体の上端部より、前記冷媒導入管より長く挿入され冷媒液成分が流出する冷媒流出管とを有することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
冷媒導入管の直径を、冷媒流出管のそれよりも大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
冷媒導入管の下方に、導入される冷媒を受ける遮断板を設置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
冷媒導入管の下方に、略格子状の整流板を設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
冷媒として、ＨＦＣ冷媒、ＨＣ冷媒および二酸化炭素のいずれか一つを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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、気液分離器を備え、この気液分離器で分離した後のガス成分を、運転状態に応じて圧縮機に効率良くインジェクションするようにした冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の冷凍サイクル装置としては、圧縮機の能力と蒸発器の能力を高める等の観点から、既知の冷凍サイクルを構成する要素に冷房または暖房の両サイクルであっても冷媒が一方向に流れるようなブリッジ回路を組み込んだ気液分離器を備え、この気液分離器内に減圧機構により等エンタルピないしは断熱膨張された冷媒を導入して、液成分とガス成分とに気液分離させ、その液成分を、さらに別の減圧機構に送り出す一方、ガス成分を、圧縮機にインジェクションするようになっている。
【０００３】
ここで図６は、従来の冷凍サイクル装置の全体構成図であり、この冷凍サイクル装置１では、概略的には、室内機２と室外機３とこれらの間を接続する第１、第２の接続用配管４、５とで構成されている。室内機２は、蒸発器又は凝縮器となる室内側熱交換器６と、室内側熱交換器６の出入り口に各々接続された内部配管７、８とで構成され、この内部配管７、８に対して上述した第１、第２の接続用配管４、５の一端が着脱自在に連結されている。９は、室内送風機であり、室内機２の吹き出し口（図示せず）に取付けられている。
【０００４】
室外機３は、凝縮器または蒸発器となる室外側熱交換器１０と、その出入口に各々接続された第１、第２の内部配管１１、１２とを有し、第１の内部配管１１は、前述した第１の接続用配管４の他端に着脱自在に連結され、第２の内部配管１２は、前述した第２接続用配管５の他端に着脱自在に連結されている。
【０００５】
１３は、室外側熱交換器１０に隣接して配置された電動ファンを示す。第１の内部配管１１には、ブリッジ回路１４が介そうされ、このブリッジ回路１４は、第１乃至第４の４つの逆止弁１５〜１８を有し、また、その連絡配管１９には第１の減圧機構としての膨張弁２０と、気液分離器２１とが取付けてある。また、第１の内部配管１１には、ブリッジ回路１４と室外側熱交換器１０との間に、第２の減圧機構としてのキャピラリーチューブ２２が介そうされている。他方、第２の内部配管１２には、圧縮機２３と四方弁２４とが設けられており、冷暖房の切り替えは、この四方弁２４を切り替えることにより行われる。
【０００６】
図６中の実線で示す矢印方向は、暖房運転モード時の冷媒の流れを示し、破線で示す矢印の方向は、冷房運転モード時の冷媒の流れ方向を示す。
【０００７】
圧縮機２３は、その本来の吸入ポート２３ａまたは吐出ポート２３ｂとは別途独立したインジェクションポート２３ｃを有し、このインジェクションポート２３ｃは、電磁式の膨張弁２６を備えたガスインジェクション管２５を介して、気液分離器２１に連結されている。四方弁２４は、その冷房運転モードでの態様を破線で図示してあり、暖房運転モードでの態様を実線で示してある。
【０００８】
冷房運転モードでは、室外側熱交換器１０を出て、第１の内部配管１１に入った冷媒は、ブリッジ回路１４の第１の逆止弁１５を通り、膨張弁２０を経て気液分離器２１を通った後に、第２の逆止弁１６を通って室内機２側に進む経路を通る。
【０００９】
他方、暖房運転モードでは、室内機２側から第１の接続用配管４を通って室外機３側に入った冷媒は、ブリッジ回路１４の第３の逆止弁１７を通り膨張弁２０を経て気液分離器２１を通った後に第４の逆止弁１８を通り、キャピラリーチューブ２２を経て室外側熱交換器１０に入る経路を進む。
【００１０】
冷暖房運転中、特に大きな能力が要求されるときには、膨張弁２６が開かれてガスインジェクション管２５が開通され、このガスインジェクション管２５を通じて、気液分離器２１で分離された冷媒のガス成分が圧縮機２３にインジェクションされる。これにより圧縮機２３の能力が増大されるようになっている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】実願昭６２−１５２８５２号（実開平１−５８０４６号）のマイクロフイルム
【特許文献２】特開平１１−９４４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の冷凍サイクル装置の構成では、以下のような課題があった。
【００１２】
通常の暖房運転時や冷房運転時は、気液分離器２１に流入する冷媒の流速が速く、しかも気液二相の状態で内部に導入される為に、気液分離器２３内部は攪拌された状態となり、液冷媒成分とガス冷媒成分が安定して十分に分離されない。
【００１３】
したがって、最悪の場合は、ガスインジェクション管２５には、液成分の混ざった冷媒が圧縮機２３に流れ込み、圧縮機２３の性能を低下させ、さらには気液分離器２１での、液冷媒が十分に確保されないために、インジェクション効果の高い暖房運転時における室外側熱交換器１０でのエンタルピーや冷媒循環量の減少と同時に能力も低下し、冷凍サイクル全体の性能が大きく低下する上に、さらには、ブリッジ回路１４を組み込んでいるために、冷凍サイクル装置が大きくなり複雑になってしまうという欠点があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決し、気液分離器での冷媒の液成分とガス成分を安定して分離させ、特に暖房運転時における性能に優れた冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、凝縮器、減圧手段、気液分離器、蒸発器を環状に接続し、前記圧縮機と前記気液分離器とをガスインジェクション管を介して接続したインジェクション機能を有し、前記ガスインジェクション管の途中に配され、前記圧縮機と、前記気液分離器との間の冷媒導入量を調整する膨張弁とで構成される冷凍サイクルを備え、前記気液分離器は、上下方向に延びる本体と、前記本体の上端部より短く挿入され冷媒ガス成分が流出する冷媒ガス流出管と、前記本体の上端部より挿入され前記本体内に冷媒を導入する冷媒導入管と、前記本体の上端部より、前記冷媒導入管より長く挿入され冷媒液成分が流出する冷媒流出管とを有するもので、暖房運転サイクル時に気液二相の流速の速い冷媒が気液分離器内部に流入した場合でも、上部で拡散させるので、気液分離器内部の冷媒のガス成分と液成分を大きく攪拌すること無く分離することが可能となり、インジェクション冷凍サイクルの性能を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の冷凍サイクル装置によれば、気液二相の流速の速い冷媒が暖房運転時に気液分離器内部に流入した場合でも、気液分離器内部の冷媒のガス成分と液成分を攪拌すること
無く確実に分離することが可能となり、インジェクション冷凍サイクルの性能を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１の発明は、圧縮機、凝縮器、減圧手段、気液分離器、蒸発器を環状に接続し、前記圧縮機と前記気液分離器とをガスインジェクション管を介して接続したインジェクション機能を有し、前記ガスインジェクション管の途中に配され、前記圧縮機と、前記気液分離器との間の冷媒導入量を調整する膨張弁とで構成される冷凍サイクルを備え、前記気液分離器は、上下方向に延びる本体と、前記本体の上端部より短く挿入され冷媒ガス成分が流出する冷媒ガス流出管と、前記本体の上端部より挿入され前記本体内に冷媒を導入する冷媒導入管と、前記本体の上端部より、前記冷媒導入管より長く挿入され冷媒液成分が流出する冷媒流出管とを有するもので、暖房運転サイクル時に気液二相の流速の速い冷媒が気液分離器内部に流入した場合でも、上部で拡散させるので、気液分離器内部の冷媒のガス成分と液成分を大きく攪拌すること無く分離することが可能となり、インジェクション冷凍サイクルの性能を向上させることが可能となる。
【００１８】
第２の発明は、特に、第１の発明の冷媒導入管の直径を、冷媒流出管のそれよりも大きく設定したもので、暖房運転サイクル時に気液二相の流速の速い冷媒が気液分離器内部に流入した場合でも、冷媒導入管の直径が大きいので流速が低下し、気液分離器内部の冷媒のガス成分と液成分を大きく攪拌すること無く分離することが可能となり、インジェクション冷凍サイクルの性能を向上させることが可能となる。
【００１９】
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の冷媒導入管の下方に、導入される冷媒を受ける遮断板を設置したもので、暖房運転サイクル時に一度、流入した冷媒を遮断板に当てるので流入速度を抑えることができ、気液分離器内部の冷媒のガス成分と液成分を攪拌すること無く高性能に分離することが可能となり、インジェクション冷凍サイクルの性能を向上させることが可能となる。
【００２０】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の冷媒導入管の下方に、略格子状の整流板を設置したもので、暖房運転サイクル時に一度、流入した冷媒を格子状の整流板に当てることにより、流入速度を抑える上に、冷媒の流れを整流する為に、気液分離器内部の冷媒のガス成分と液成分を全く攪拌すること無く高性能に分離することが可能となり、インジェクション冷凍サイクルの性能を向上させ、また、液成分が、冷媒ガス流出管を通してガスインジェクション管へ送出されることがなくなり、圧縮機の液圧縮による破損を防止することも可能となる。
【００２１】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の冷凍サイクル装置に、冷媒として、オゾン破壊係数の小さいＨＦＣ冷媒、ＨＣ冷媒および二酸化炭素のいずれか一つを用いるもので、地球環境の保護に貢献することができる。特に、ＨＣ冷媒や二酸化炭素は地球温暖化係数が小さい冷媒であるため、より地球環境の保護に貢献することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の全体構成図、図２は、同冷凍サイクル装置の気液分離器の拡大した詳細図、図３は、同気液分離器を上方方向から見た断面図である。上記従来例と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
図１〜３において、本実施の形態における冷凍サイクル装置１は、概略的には、室内機２と、室外機３と、これらの間を接続する第１、第２の接続用配管４、５とで構成されている。室内機２は、蒸発器又は凝縮器となる室内側熱交換器６と、室内側熱交換器６の出入り口に各々接続された内部配管７、８とで構成され、この内部配管７、８に対して、上述した第１、第２の接続用配管４、５の一端が着脱自在に連結されている。９は、室内送風機であり、室内機２の吹き出し口（図示せず）に取付けられる。
【００２５】
室外機３は、凝縮器または蒸発器となる室外側熱交換器１０と、その出入口に各々接続された第１、第２の内部配管１１、１２とを有し、第１の内部配管１１は、前述した第１の接続用配管４の他端に着脱自在に連結され、第２の内部配管１２は、前述した第２接続用配管５の他端に着脱自在に連結されている。１３は、室外側熱交換器１０に隣接して配置された電動ファンを示す。
【００２６】
２１は、冷媒のガス成分と液成分を分離する気液分離器で、上下方向に延びる本体２１ｄと、前記本体２１ｄの上端部より挿入され、暖房運転モード時に冷媒を導入する冷媒導入管として機能する導入管２１ｃと、同じく前記本体２１ｄの上端部より、導入管２１ｃより長く挿入され、暖房運転モード時に冷媒液成分を流出する冷媒流出管として機能する導入管２１ａと、同じく前記本体２１ｄの上端部より最も短く挿入され冷媒ガス成分が流出する冷媒ガス流出管となる導入管２１ｂと、気液分離器２１の側壁に設置されると共に、導入管２１ｃの下方に位置し、導入管２１ｃから流出する冷媒を受ける遮断板２７とから構成されている。
【００２７】
第１の内部配管１１には、第１の減圧手段としての膨張弁２０ｂと気液分離器２１と、この気液分離器２１に挿入された導入管２１ｃが取付けてある。また、気液分離器２１と室外側熱交換器１０との間には、第２の減圧手段としての膨張弁２０ａが介そうされている。
【００２８】
他方、第２の内部配管１２には、圧縮機２３と四方弁２４とが設けられており、冷暖房の切り替えは、この四方弁２４を切り換えることにより行われる。図中の実線で示す矢印方向は暖房運転モード時の冷媒の流れを示し、破線で示す矢印の方向は冷房運転モード時の冷媒の流れ方向を示す。
【００２９】
圧縮機２３は、その本来の吸入ポート２３ａまたは吐出ポート２３ｂとは別途独立したインジェクションポート２３ｃを有し、このインジェクションポート２３ｃは、膨張弁２６を備えたガスインジェクション管２５を介して、気液分離器２１の導入管２１ｂに連結されている。四方弁２４は、その冷房運転モードでの態様を破線で図示してあり、暖房運転モードでの態様を実線で示してある。
【００３０】
冷房運転モードでは、室外側熱交換器１０を出た冷媒は、膨張弁２０ａを通り気液分離器２１に挿入された導入管２１ａを通った後に、気液分離器２１に流入し、気液分離器２１の下端に設うけてある円筒管２８の内部に流出する。
【００３１】
冷媒のガス成分は、導入管２１ｂを通ってガスインジェクション管２５を経て、膨張弁２６を通過し、圧縮機２３にインジェクションされ、冷媒の液成分が導入管２１ｃを通過し膨張弁２０ｂを通過して室内機２側に進む経路を通る。
【００３２】
他方、暖房運転モードでは、室内機２側から第１の接続用配管４を通って室外機３側に入った冷媒は、膨張弁２０ｂを通り導入管２１ｃを経て、遮断板２７に一度衝突した後に、気液分離器２１に滞留する。冷媒のガス成分は導入管２１ｂを通ってガスインジェクション管２５を経て、膨張弁２６を通過し、圧縮機２３にインジェクションされ、一方、冷
媒の液成分は円筒管２８の上部から吸い込まれ、導入管２１ａを通り膨張弁２０ａを経て室外側熱交換器１０に入る経路を進む。これにより圧縮機２３はその能力が増大される。
【００３３】
尚、図２は、暖房運転モードでの気液分離器２１内部の様子を模式的に詳細に示したもので、室内機２側から第１の接続用配管４を通って室外機３側に入った冷媒は、気液二相のガス成分と液成分の混合した高速の冷媒が破線矢印のように導入管２１ｃを経て気液分離器２１に流入し、一旦遮断板２７に衝突後、気液分離器２１に滞留する。
【００３４】
気液分離器２１内部の冷媒のガス成分のみが、最も短く挿入された導入管２１ｂを経てガスインジェクション管２５へ流出し、また冷媒液成分３１のみが円筒管２８の上部より吸い込まれ実線矢印のように導入管２１ａへ導かれて室外側熱交換器１０へ入る経路を進む。冷房運転モードにおいては暖房運転モードと逆の経路（図示しない）となる。
【００３５】
また、図３は、図２に示す気液分離器２１を上方方向から見た断面図である。図３に示すように、２１ａ、２１ｂは導入管であり、中央に、ガスインジェクション管２５へ冷媒ガスを導く導入管２１ｂが配置され、さらには、導入管２１ｃの下部には冷媒の流速を抑える遮断板２７が設置されている。
【００３６】
以上のように、上記実施の形態によれば、気液二相の流速の速い冷媒が気液分離器２１内部に流入した場合でも、気液分離器２１内部の冷媒のガス成分と液成分を攪拌すること無く確実に分離することが可能となり、インジェクション冷凍サイクルの性能を向上させることが可能となる。
【００３７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の気液分離器を拡大した詳細図である。上記従来例および実施の形態１と、同一部品については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態は、図４に示すように、気液分離器２１内で、導入管２１ｃの下方に冷媒の流れを整流する略格子状の整流板２９を設けたものである。２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、導入管であり、２７は、遮断板である。
【００３９】
上記構成により、気液二相の流速の速い冷媒が気液分離器２１内に流入した場合でも、気液分離器２１内部の冷媒のガス成分と液成分を攪拌すること無く確実に分離することが可能となり、インジェクション冷凍サイクルの性能を向上させることが可能となる。また、気液分離器２１内部に貯留される冷媒の液成分がガスインジェクション管２５に直接流れ込むことが無く、圧縮機２３の液圧縮による破損を防止することができる。
【００４０】
なお、上記各実施の形態における遮断板２７、格子状の整流板２９は、気液分離器２１の形状および大きさと個数は特に限定するものではない。
【００４１】
また、上記実施の形態における冷凍サイクル装置においては、流動する冷媒流体として、オゾン破壊係数の小さいＨＦＣ冷媒、ＨＣ冷媒および二酸化炭素のいずれか１つを用いるようにしている。これにより、地球環境の保護に貢献することができる。特に、ＨＣ冷媒や二酸化炭素は地球温暖化係数が小さい冷媒であるため、より地球環境の保護に貢献することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、気液分離器内部の冷媒のガス成分と液成分を攪拌すること無く確実に分離することが可能となるので、インジェクション冷
凍サイクルを利用したヒートポンプ式空気調和機やカーエアコン等のシステムにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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全体構成図
【図２】同冷凍サイクル装置の気液分離器の拡大詳細図
【図３】同気液分離器を上方からみた断面図
【図４】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の気液分離器の拡大詳細図
【図５】同気液分離器を上方からみた断面図
【図６】従来の冷凍サイクル装置の全体構成図
【符号の説明】
【００４４】
１    冷凍サイクル装置
２    室内機
３    室外機
４    第１の接続配管
５    第２の接続配管
６    室内側熱交換器（凝縮器、蒸発器）
９    室内送風機
１０    室外側熱交換器（蒸発器、凝縮器）
１３  電動ファン
２０ａ、２０ｂ  膨張弁（減圧手段）
２１    気液分離器
２１ａ  導入管（冷媒流出管）
２１ｂ  導入管（冷媒ガス流出管）
２１ｃ  導入管（冷媒導入管）
２１ｄ  本体
２３    圧縮機
２３ａ  吸入ポート
２３ｂ  吐出ポート
２３ｃ  インジェクションポート
２４    四方弁
２５    ガスインジェクション管
２６    膨張弁
２７    遮断板
２９    整流板
３１    冷媒液成分
【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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