(57)【要約】【課題】圧縮器内に液冷媒が流入するのを防止すると同時に、小型化を実現できる構造の冷媒サイクル装置を提供する。【解決手段】圧縮器、ガスクーラー、減圧装置、蒸発器、及び、前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器からの冷媒とを熱交換させる熱交換器を含む冷媒サイクル装置において、前記熱交換器は、前記ガスクーラーの出口側と連結された第１流路と、前記蒸発器の出口側に連結された第２流路とを含み、前記第１流路の冷媒は下方に流動し、前記第２流路の冷媒は上方に流動しつつ熱交換を行うようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮器と、
ガスクーラーと、
減圧装置と、
蒸発器と、
前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器からの冷媒を熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、
前記圧縮器、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器は、環状に形成される流体通路に配置され、
前記熱交換器は、前記ガスクーラーの出口側に連結され、前記ガスクーラーから排出された冷媒を収容する第１流路と、前記蒸発器の出口側に連結され、前記蒸発器から排出された冷媒を収容する第２流路と、を含み、
前記第１流路の冷媒は下方に流動し、前記第２流路の冷媒は上方に流動する
ことを特徴とする冷媒サイクル装置。
【請求項２】
前記蒸発器の出口は、前記第２流路の入口よりも高い位置に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項３】
前記蒸発器の出口と前記第２流路の入口を連結する冷媒配管をさらに含み、
前記冷媒配管は、下方に傾斜して設けられることを特徴とする、請求項１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲む第２冷媒管とからなる二重管形態の熱交換器であることを特徴とする、請求項１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項５】
前記第１流路は、前記第１冷媒管内に形成され、前記第２流路は、前記第１及び第２冷媒管の間に形成されることを特徴とする、請求項４に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項６】
前記熱交換器は、一定の間隔に形成されたベンディング部を備え、
前記ベンディング部には、前記第１冷媒管に接する接触部がそれぞれ形成され、少なくとも一つの接触部は第１冷媒管に接することを特徴とする、請求項４に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項７】
前記熱交換器は、実質的に直方形の断面を形成しながら螺旋状に積層され、前記熱交換器の各隅部に前記接触部が形成されて第１及び第２冷媒管間の相対運動を防止することを特徴とする、請求項６に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項８】
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする、請求項１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項９】
前記第２流路には、冷媒の流速を変化させるオリフィスが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項１０】
前記オリフィスは、前記第２流路の入口側に設けられることを特徴とする、請求項９に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項１１】
圧縮器と、
ガスクーラーと、
減圧装置と、
蒸発器と、
前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器からの冷媒を熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、
前記圧縮器、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器は、環状に形成される流体通路に配置され、
前記熱交換器は、前記ガスクーラーの出口側に連結され、前記ガスクーラーから排出された冷媒を収容する第１流路と、前記蒸発器の出口側に連結され、前記蒸発器から排出された冷媒を収容する第２流路と、を含み、
前記第１流路の入口は、前記第１流路の出口よりも上部に設けられ、前記第２流路の入口は、前記第２流路の出口よりも下部に設けられることを特徴とする、冷媒サイクル装置。
【請求項１２】
前記第１流路の入口は、前記第２流路の出口と実質的に同じ高さに形成され、前記第１流路の出口は、前記第２流路の入口と実質的に同じ高さに形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項１３】
前記第１流路の冷媒は下方に流動し、前記第２流路の冷媒は上方に流動することを特徴とする、請求項１１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項１４】
前記蒸発器の出口は、前記第２流路の入口よりも高い位置に配置されることを特徴とする、請求項１１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項１５】
前記熱交換器は、第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲む第２冷媒管とからなる二重管形態の熱交換器であり、前記第１流路は前記第１冷媒管内に形成され、前記第２流路は前記第１及び第２冷媒管の間に形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項１６】
前記第２流路には、前記第２流路を流れる冷媒の圧力を低下させるオリフィスが設けられることを特徴とする、請求項１１に記載の冷媒サイクル装置。
【請求項１７】
圧縮器と、
ガスクーラーと、
減圧装置と、
蒸発器と、
前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器からの冷媒とを熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、
前記熱交換器は、前記ガスクーラーからの冷媒を下方に流動させる第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲み、前記蒸発器からの冷媒を上方に流動させる第２冷媒管と、前記第１及び第２冷媒管が相互に接する少なくとも一つの接触部と、を含む二重管の形態に形成されることを特徴とする、冷媒サイクル装置。
【請求項１８】
圧縮器と、
ガスクーラーと、
減圧装置と、
蒸発器と、
前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器の出口からの冷媒とを熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、
前記圧縮器、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器は、環状に形成される流体通路に配置され、
前記熱交換器は、前記ガスクーラーからの冷媒を下方に流動させる第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲み、前記蒸発器からの冷媒を上方に流動させる第２冷媒管と、を含む二重管形態の熱交換器であることを特徴とする、冷媒サイクル装置。
【請求項１９】
圧縮器と、
ガスクーラーと、
減圧装置と、
蒸発器と、
前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器の出口からの冷媒とを熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、
前記圧縮器、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器は、環状に形成される流体通路に配置され、
前記熱交換器は、前記ガスクーラーからの冷媒を下方に流動させる第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲み、前記蒸発器からの冷媒を上方に流動させる第２冷媒管と、前記第１及び２冷媒管の間に設けられ、前記第１及び第２冷媒管の間を流れる冷媒の圧力を低下させるオリフィスと、を含む二重管形態の熱交換器であることを特徴とする、冷媒サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒サイクル装置に係り、より詳細には、二酸化炭素を冷媒とする冷媒サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷媒サイクル装置は、圧縮器、ガスクーラー、減圧装置（例えば、膨脹弁）及び蒸発器などを環状に順に配管接続する冷媒サイクルを含む。
【０００３】
冷媒サイクル装置の冷媒としては、フレオン（Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３４ａ等）が一般的に使われてきている。しかし、フレオンは、大気中に放出されると、地球温暖化の効果やオゾン層の破壊などの問題につながるため、最近では、地球環境への影響が少ない他の自然冷媒、例えば、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、ハイドロカーボン（ＨＣ）、アンモニア（ＮＨ３）、水（Ｈ２Ｏ）を使用することと関連した研究が行われている。
【０００４】
これらの自然冷媒のうち、酸素と水は圧力が低いため、冷凍サイクルの冷媒としては使用し難く、アンモニアやハイドロカーボンは可燃性を有するため取り扱い難いという問題がある。そこで、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒とし、高圧側を超臨界圧力とする超越臨界冷媒サイクル（transcritical cycle）を使用する装置が開発された。
【０００５】
このような超越臨界冷媒サイクル装置は、圧縮器中に液冷媒が流入するのを防止するために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸入側との間の低圧側にアキュムレータを設置し、液冷媒はアキュムレータに蓄積し、冷媒ガスのみが圧縮器に吸い込まれるようにする構成となっている。
【０００６】
しかしながら、従来の冷媒サイクル装置は、アキュムレータの装着によって、その分多くの冷媒充電量を要し、また、コンパクト化が図られないという問題点があった。
【０００７】
このような問題点を解決するために、特許文献１では、アキュムレータを設置せずとも、圧縮器が液圧縮により損傷するのを防止できる冷媒サイクル装置が提示された。
【０００８】
同文献に開示された冷媒サイクル装置は、圧縮器、ガスクーラー、減圧装置、蒸発器などを環状に接続してなるもので、二酸化炭素を冷媒とし、高圧側を超臨界圧力とする超臨界冷媒サイクル装置である。同装置は、ガスクーラーからの冷媒と蒸発器からの冷媒とを熱交換する内部熱交換器を含み、内部熱交換器は、ガスクーラーからの冷媒が流れる高圧側の流路と、高圧側の流路と熱交換可能な方式で配置され、蒸発器からの冷媒が流れる低圧側の流路とを含む。ここで、高圧側の流路には冷媒が下から上に流れるようにし、低圧側の流路には冷媒が上から下に流れるようにする。
【０００９】
同文献に開示された冷媒サイクル装置は、高圧側の流路には冷媒が下から上に流れるようにし、低圧側の流路には冷媒が上から下に流れるようにすることによって、高圧側の流路に剰余冷媒を蓄積し、低圧側に流れ込む剰余冷媒を低減させ、圧縮器内への液冷媒の流入をある程度防止することはできる。しかし、蒸発器周囲の温度が低いなどの原因によって多量の剰余液冷媒が、蒸発器を通過する冷媒に含まれる場合、蒸発器からの冷媒が流れる低圧側の流路は、冷媒が上から下に流れるから液冷媒の圧縮器中への流入を完全に防止することはできないとう問題点があった。
【００１０】
また、高圧側流路では冷媒が下から上に流れるので、膨脹弁に流れる液体冷媒が蒸発してフラッシュガスが発生し、膨脹弁の性能を低下させるという恐れがあった。
【００１１】
また、内部熱交換器の第２冷媒管と第１冷媒管は互いに隔たっているため、冷媒が内部熱交換器を通過して流動する場合、または、圧縮器の稼動による振動が伝えられる場合、内部熱交換器の第１冷媒管に振動が発生し、この振動によって第１冷媒管が第２冷媒管と接触し、騒音が発生するという問題点があった。なお、継続した第１冷媒管と第２冷媒管との接触によって第１及び第２冷媒管に摩耗が発生する場合、冷媒サイクル装置の信頼性が低下するという問題点もあった。
【００１２】
なお、同文献に開示された冷媒サイクル装置は、蒸発器出口の冷媒温度が上昇した場合、充分の熱交換効果を得るには内部熱交換器の熱交換面積を増大させなければならないが、このためには二重管形態の内部熱交換器の長さを増加させなければならず、内部熱交換器のコストが嵩むという問題点があった。なお、充分な熱交換が行われず、冷凍サイクルの能力を改善するのには限界があった。
【特許文献１】大韓民国公開特許公報１０−２００６-４１７２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、圧縮器内に液冷媒が流入するのを防止すると同時に、小型化を実現できる冷媒サイクル装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、騒音の低減及び信頼性の向上が図られる、二酸化炭素を冷媒とする冷媒サイクル装置を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、熱交換効率を向上させることができる冷媒サイクル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するための本発明は、圧縮器と、ガスクーラーと、減圧装置と、蒸発器と、前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器からの冷媒を熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、前記圧縮器、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器は、環状に形成される流体通路に配置され、前記熱交換器は、前記ガスクーラーの出口側に連結され、前記ガスクーラーから排出された冷媒を収容する第１流路と、前記蒸発器の出口側に連結され、前記蒸発器から排出された冷媒を収容する第２流路と、を含み、前記第１流路の冷媒は下方に流動し、前記第２流路の冷媒は上方に流動することを特徴とする。
【００１７】
なお、前記蒸発器の出口は、前記第２流路の入口よりも高い位置に配置することができる。
【００１８】
なお、前記蒸発器の出口と前記第２流路の入口を連結する冷媒配管は、下方に傾斜して設けることができる。
【００１９】
なお、前記熱交換器は、第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲む第２冷媒管とからなる二重管形態にすることができる。
【００２０】
なお、前記第１流路は、前記第１冷媒管内に形成され、前記第２流路は、前記第１及び第２冷媒管の間に形成することができる。
【００２１】
前記熱交換器は、一定の間隔に形成されたベンディング部を有し、前記ベンディング部は、前記第１冷媒管と第２冷媒間との間に形成される接触部を有する。
【００２２】
前記熱交換器は、実質的に直方形の断面を形成しながら螺旋状に積層され、前記熱交換器の各隅部に前記接触部が形成されて第１及び第２冷媒管間の相対運動を防止することができる。
【００２３】
前記冷媒サイクル装置は、二酸化炭素を冷媒とすることができる。
【００２４】
前記第２流路には、冷媒の流速を変化させるオリフィスを設けることができる。
【００２５】
前記オリフィスは、前記第２流路の入口側に設けることができる。
【００２６】
上記の目的を達成するための他の側面による本発明は、圧縮器と、ガスクーラーと、減圧装置と、蒸発器と、前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器からの冷媒を熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、前記圧縮器、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器は、環状に形成される流体通路に配置され、前記熱交換器は、前記ガスクーラーの出口側に連結され、前記ガスクーラーから排出された冷媒を収容する第１流路と、前記蒸発器の出口側に連結され、前記蒸発器から排出された冷媒を収容する第２流路と、を含み、前記第１流路の入口は、前記第１流路の出口よりも上部に設けられ、前記第２流路の入口は、前記第２流路の出口よりも下部に設けることができる。
【００２７】
また、前記第１流路の入口は、前記第２流路の出口と実質的に同じ高さに形成され、前記第１流路の出口は、前記第２流路の入口と実質的に同じ高さに形成されることができる。
【００２８】
なお、前記第１流路の冷媒は下方に流動し、前記第２流路の冷媒は上方に流動することができる。
【００２９】
なお、前記蒸発器の出口は、前記第２流路の入口よりも高い位置に配置されることができる。
【００３０】
また、前記熱交換器は、第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲む第２冷媒管とからなる二重管形態に形成されることができ、前記第１流路は前記第１冷媒管内に形成され、前記第２流路は前記第１及び第２冷媒管の間に形成することができる。
【００３１】
前記第２流路には、前記第２流路を流れる冷媒の圧力を低下させるオリフィスを設けることができる。
【００３２】
前記熱交換器は、前記第１冷媒管と第２冷媒との間に少なくとも一つの接触部が形成され、前記第１冷媒管と第２冷媒間の相対運動を防止することができる。
【００３３】
また、さら他の側面による本発明は、圧縮器と、ガスクーラーと、減圧装置と、蒸発器と、前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器からの冷媒とを熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、前記圧縮器、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器は、環状に形成される流体通路に配置され、前記熱交換器は、前記ガスクーラーからの冷媒を下方に流動させる第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲み、前記蒸発器からの冷媒を上方に流動させる第２冷媒管と、前記第１及び第２冷媒管が相互に接する少なくとも一つの接触部と、を含む二重管の形態に形成することができる。
【００３４】
また、さら他の側面による本発明は、圧縮器と、ガスクーラーと、減圧装置と、蒸発器と、前記ガスクーラーからの冷媒と前記蒸発器の出口からの冷媒とを熱交換させる熱交換器と、を含む冷媒サイクル装置であって、前記圧縮器、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器は、環状に形成される流体通路に配置され、前記熱交換器は、前記ガスクーラーからの冷媒を下方に流動させる第１冷媒管と、前記第１冷媒管を取り囲み、前記蒸発器からの冷媒を上方に流動させる第２冷媒管と、前記第１及び２冷媒管の間に設けられ、前記第１及び第２冷媒管の間を流れる冷媒の圧力を低下させるオリフィスと、を含む二重管形態に形成することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の冷媒サイクル装置は、熱交換器の低圧側流路の冷媒を上方に流動させ、高圧側流路の冷媒を下方に流動させて熱交換を行うため、別のアキュムレータを装着することなく効率を上昇させることができ、且つ、コスト節減及びコンパクト化を図ることができる。
【００３６】
また、蒸発器の出口を熱交換器の低圧側流路の入口よりも高い位置に形成することによって、剰余液冷媒が過排出される場合であっても、蒸発器の出口と低圧側流路の入口との間の冷媒配管がアキュムレータの機能を果たすようにし、圧縮器内に液冷媒が流入するのを防止することができる。
【００３７】
また、本発明は、二重管形態の熱交換器において第１及び第２冷媒管の間に接触部を形成することによって、第１及び第２冷媒管の相対運動を低減させ、振動発生時にも騒音及び摩耗を防止することができる。
【００３８】
また、本発明は、第２流路の入口側にオリフィスを設け、第２流路を通過する冷媒の圧力を落とすことによって、熱交換器の熱交換効率を向上させることができ、かつ、圧縮器の吐出側の温度を上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４０】
図１は、本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
本実施例による冷媒サイクル装置は、空気調和機、冷蔵庫またはディスプレイケースなどに使われる。
【００４１】
本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置１は、図１に示すように、圧縮器１１、ガスクーラー１２、減圧装置としての膨脹弁１３、蒸発器１４などを環状に接続することによって構成されている。
【００４２】
圧縮器１１は、ガスクーラー１２と蒸発器１４との間に設けられ、低温低圧の気相冷媒を高温高圧の気相冷媒に圧縮するもので、通常、密閉型往復動式、ロータリー式、スクロール式等、様々な形式の圧縮器が使われる。
【００４３】
ガスクーラー１２の入口には、圧縮器１１からの冷媒吐出管２が接続されている。また、ガスクーラー１２の出口側に接続された配管３は、熱交換器２０中の高圧冷媒の流路を形成する第１流路３０の入口３１に接続されている。
【００４４】
熱交換器２０は、ガスクーラー１２からの高圧冷媒と蒸発器１４からの低圧冷媒とを熱交換させるもので、熱交換器２０の第１流路３０の出口３２に接続された配管４は、膨脹弁１３を経て蒸発器１４に連結され、蒸発器１４の出口側の冷媒配管５は熱交換器２０内の低圧冷媒の流路を形成する第２流路４０の入口４１に連結される。
【００４５】
また、熱交換器２０の第２流路４０を通過しながら加熱された冷媒は、冷媒流入管６を通って圧縮器１１に吸入され、以上の冷媒サイクルを繰り返す。
【００４６】
図２は、本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置に含まれる熱交換器の斜視図であり、図３は、図２に示す熱交換器の概略断面図である。
【００４７】
本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置に含まれる熱交換器２０は、図２及び図３に示すように、第１冷媒管２１と第２冷媒管２２とからなる二重管で構成され、第１冷媒管２１の内部には、ガスクーラー１２を通過した高圧の冷媒が流れる第１流路３０が形成され、第１冷媒管２１と第２冷媒管２２との間には、蒸発器１４を通過した低圧の冷媒が流れる第２流路４０が形成される。すなわち、第１流路３０及び第２流路４０は、ガスクーラー１２からの冷媒と蒸発器１４からの冷媒が互いに熱交換可能なように配置されている。
【００４８】
この二重管形態の熱交換器２０は、熱交換される面積を増大させるために、螺旋状に積層された構造とすることが好ましい。
【００４９】
熱交換器２０に形成された第１流路３０は、冷媒が上から下に流れるように、入口３１は熱交換器２０の上部に、出口３２は熱交換器２０の下部に形成される。すなわち、ガスクーラー１２からの高圧冷媒は、上部の入口３１から第１流路３０を経由して下部の出口３２を通って熱交換器２０から排出される。
【００５０】
熱交換器２０に形成された第２流路４０は、冷媒が下から上に流れるように、入口４１は熱交換器２０の下部に、出口４２は熱交換器２０の上部に形成される。すなわち、蒸発器１４からの低圧冷媒は、下部の入口４１から第２流路４０を経由して上部の出口４２を通って熱交換器２０から排出される。
【００５１】
したがって、第１流路３０と第２流路４０を通過する冷媒は、互いに反対方向に流れ、熱交換器２０における熱交換能力が向上する。
本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置１の熱交換器２０は、第１流路３０では冷媒を下方に流れるようにし、第２流路４０では冷媒を上方に流れるように配置し、蒸発器１４から剰余の液冷媒が排出される場合、熱交換器２０の第２流路４０の下部に液冷媒が臨時貯留し、アキュムレータと同様の機能を果たすため、別のアキュムレータを装着せずとも圧縮器１１から液冷媒が流入するのを防止でき、より安定した冷媒サイクル装置１とすることができる。また、第２流路４０を通過する低温の冷媒は、第１流路３０の高温冷媒と熱交換を行うので、蒸発器１４から液冷媒が排出されるとしても、これを完全な気体状態の冷媒に相変化させて圧縮器１１に流入させることができる。
【００５２】
また、第１流路３０では冷媒が下方に流れるので、超臨界状態で外気温度条件などによって生成されうる液冷媒が第１流路３０の下部、すなわち、膨脹弁１３側に集まり、下向き延在する第１流路３０は貯留タンク（reservoir tank）の機能を果たすことになり、その結果、フラッシュガス（flash gas）の発生が防止されることができる。なお、第１流路３０の冷媒は第２流路４０の冷媒との熱交換によって冷却されるのでフラッシュガスの発生はさらに防止され、よって、膨脹弁１３の性能低下を防止し、且つ、冷媒サイクル装置の運転を安定化させることができる。
【００５３】
また、本発明による冷媒サイクル装置１の冷媒としては、環境親和的、非可燃性及び無毒性の自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を使用し、冷媒サイクル装置１の高圧側は、超臨界圧力とする。
【００５４】
第１流路３０に流入した冷媒は、第１流路３０のの内部を上から下に向かって流れる。この時、第１流路３０の内部を流れる冷媒は、第２流路４０の内部を流れる冷媒に熱を奪われつつ冷却される。
【００５５】
熱交換器２０で冷却されて下部の出口３２から排出された高圧の冷媒は、膨脹弁１３に流れ、この冷媒は、膨脹弁１３での圧力低下によって気体／液体の２相混合体として蒸発器１４内に流入し、蒸発器１４を通過しながら冷媒は蒸発し、空気から熱を吸収することによって冷却作用を行う。
【００５６】
このプロセスで、熱交換器２０により、ガスクーラー１２から膨脹弁１３に流入する冷媒の温度を下げることができ、蒸発器１４におけるエントロピー差が拡大されるので、蒸発器１４における冷凍能力を向上させることができる。
【００５７】
また、蒸発器を通過した冷媒は、熱交換器２０の第１冷媒管２１と第２冷媒管２２との間に形成された第２流路４０の入口４１に導かれる。第２流路４０に流入した冷媒は、第１冷媒管２１と第２冷媒管２２との間に形成された第２流路４０を通って下から上に流れる。
【００５８】
この時、蒸発器１４から蒸発されて低温状態で排出された冷媒は、完全な気体状態でなく液体が混在している状態であり、この気液混在状態の冷媒を熱交換器２０の第２流路４０に通過させながら第１流路３０の内部を流れる冷媒と熱交換させると、気液混在状態の冷媒は加熱されて冷媒の過熱度が確保される。したがって、気液混在状態の冷媒は完全な気体状態として熱交換器２０から排出され、冷媒流入管６を通って圧縮器１１の流入側に流動する。
【００５９】
したがって、本実施例は、別のアキュムレータを装着するせずとも圧縮器内に液冷媒が吸入されるのを防止でき、圧縮器が破損される等の問題を避けることができる。
【００６０】
このように、ガスクーラー１２からの冷媒が流れる第１流路３０と、この第１流路３０と熱交換可能な方式で設置され、蒸発器１４からの冷媒が流れる第２流路４０と、を有する熱交換器２０を設置し、ガスクーラー１２から膨脹弁１３に流入する冷媒の温度を低下させることによって、蒸発器１４におけるエントロピー差を拡大させ、冷凍能力を向上させることができる他、ガスクーラー１２で冷媒の放熱が十分に行われなかった場合であっても、熱交換器２０を通過することによって、フラッシュガス発生による膨脹装置の性能低下を防止することができる。
【００６１】
また、蒸発器１４を通過した冷媒が、熱交換器２０を通りながら完全な気体状態の冷媒に変化し、液冷媒は第２流路４０の入口側の下部に臨時貯留するため、液冷媒を臨時貯留するためのアキュムレータを装着せずに済み、冷媒サイクル装置のコンパクト化及び製造コストの節減を図ることができる。
【００６２】
また、第１流路３０を通過した剰余冷媒を膨脹弁１３側に蓄積することが可能となり、フラッシュガスの発生を防止することができる。
【００６３】
上記の構成によって、本実施例による冷媒サイクル装置は、信頼性の向上及び冷凍能力の向上を図ることができる。
【００６４】
なお、本実施例では、第１流路が第１冷媒管に形成され、第２流路は第１及び２冷媒管の間に形成されたとしたが、第２流路が第１冷媒管に形成され、第１流路が第１及び２冷媒管の間に形成されても良い。
【００６５】
なお、熱交換器２０は第１冷媒管２１と第２冷媒管２２とからなる二重管構造としたが、これに限定されず、内部に２系統の流路が構成された鋼板を積層して構成しても良い。
【００６６】
この場合においても、一方の流路を第１流路、他方の流路を第２流路とし、これら両流路を熱交換可能な方式で配置すると同時に、第１流路では冷媒が上から下に流れるようにし、第２流路では冷媒が下から上に流れるように構成する必要がある。
【００６７】
また、本実施例では減圧装置として膨脹弁１３を取り上げているが、これに限定されず、電気式あるいは機械式の膨脹弁などにしても良い。
【００６８】
次に、上記のように構成された本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置１の動作について説明する。
【００６９】
図４は、本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置の冷媒サイクルのｐ−ｈ線図である。
【００７０】
図４において、縦軸は圧力（Pressure）、横軸はエンタルピー（Enthalpy）である。
【００７１】
圧縮器１１が稼動すると、圧縮器１１内に低圧の冷媒ガスが流入し圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとして吐出される。この時、冷媒は、図４のｂ点状態の超臨界圧力まで圧縮される。
【００７２】
この高温高圧の冷媒はガスクーラー１２に流入して放熱され、この冷媒は、図４のｃ点の状態に変化された後、熱交換器２０の第１流路３０の入口３１側に流入する。熱交換器２０に導かれた高温高圧の冷媒は、蒸発器１４から第２流路４０に導かれた低温低圧の冷媒との熱交換によって冷却され、図４のｄ点の状態に変わる。
【００７３】
すなわち、ガスクーラー１２から膨脹弁１３に流入する高圧の冷媒は、熱交換器２０によって第２流路４０の低圧の冷媒と熱交換しその温度が效果的に下がり、したがって、膨脹弁１３に流入する冷媒のエンタルピーはΔｈだけ下がり、図４のｄ点状態に到達する。
【００７４】
次いで、熱交換器２０で冷却されてから排出された高圧の冷媒は、膨脹弁１３に流入する。膨脹弁１３を通過する冷媒は、圧力の低下によって図４のｅ点のように液体／気体の２相状態として蒸発器１４内に流入し、蒸発器１４内で冷媒は空気から熱を吸収することによって冷却作用を行う。
【００７５】
したがって、熱交換器２０の熱交換作用によって蒸発器１４に流入する冷媒の温度が低くなるので、蒸発器１４でのエンタルピー差が拡大され、蒸発器１４の冷凍能力を向上させることができる。
【００７６】
その後、冷媒は蒸発器１４から排出され、図４のｆ点状態で熱交換器２０の第２流路４０の入口４１に流入する。このときに蒸発器１４で熱交換された低温の冷媒は、液体／気体の２相状態であり、この２相の冷媒は、熱交換器２０の第２流路４０を通過しながら熱交換されて完全な気体状態に相変化され、図４のａ点状態となり、過熱度が確保される。したがって、圧縮器１１には気相の冷媒のみが流入し、液冷媒が圧縮器１１に流入することから生じる圧縮器の破損などの問題を防止することが可能になる。
【００７７】
また、熱交換器２０によって加熱された冷媒は圧縮器１１に吸入され、上記のサイクルを繰り返す。
【００７８】
したがって、本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置１は、過冷度と過熱度の両方とも増加し、増加した過冷度は、蒸発器１４の性能低下を防止し、増加した過熱度は、圧縮器１１への液冷媒の流入を防止し、その結果、圧縮器１１の信頼性が向上する。
【００７９】
以下、本発明の第２実施例による冷媒サイクル装置について説明する。
【００８０】
本実施例において、上記の第１実施例と同じ構成には同じ図面符号を付け、その説明は省略するものとする。
【００８１】
図５は、本発明の第２実施例による冷媒サイクル装置における熱交換器と蒸発器との結合構造を示す概略斜視図である。
【００８２】
本発明の第２実施例による冷媒サイクル装置の熱交換器は、本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置の熱交換器と略同一である。
【００８３】
ただし、蒸発器１４の出口と熱交換器２０の第２流路４０の入口４１の高さ関係が異なる。すなわち、蒸発器１４の出口が、熱交換器２０の第２流路４０の入口４１よりも高い位置に形成され、特に、蒸発器１４の出口が、第２流路４０の出口４２と実質的に同じ高さに位置するように、蒸発器１４と熱交換器２０を配置する。
【００８４】
したがって、蒸発器１４の出口と第２流路４０の入口４１とを連結する冷媒配管５’は、第２流路４０の入口４１に向けて下方に傾斜して設けられる。
【００８５】
このような構成によれば、蒸発器１４の周囲温度が特に低いために多量の剰余液冷媒が蒸発器１４から排出される場合においても、第２流路４０の下部、及び、蒸発器１４の出口と第２流路４０の入口４１との間の冷媒配管５’が、アキュムレータの機能を行うため、圧縮器の破損をより効果的に防止することが可能になる。
【００８６】
次に、本発明の第３実施例による冷媒サイクル装置について説明する。
【００８７】
本実施例においても同様に、本発明の第２実施例と同じ構成には同じ図面符号を付け、その説明は省略する。
【００８８】
図６は、本発明の第３実施例による冷媒サイクル装置における熱交換器と蒸発器との結合構造を示す概略斜視図であり、図７は、図６に示す熱交換器の概略断面図である。
【００８９】
本発明の第３実施例による冷媒サイクル装置の熱交換器は、図６及び図７に示すように、二重管の形態に構成され、また、略直方形の断面を形成しながら螺旋状に積層されている。ここで、直方形の断面にするために、熱交換器５０に一定の間隔でベンディング部５３を形成する。
【００９０】
このように熱交換器５０をベンディングすることによって二重管形態の第１及び第２冷媒管５１，５２がベンディング部５３で相互に接し、接触部５４が形成される。すなわち、直方形の断面における各ベンディング部５３の内側で第１及び第２冷媒管５１，５２が接するようになる。
【００９１】
したがって、熱交換器５０にその内部を流れる冷媒によって振動が発生したり、圧縮器１１の駆動により熱交換器５０に振動が発生したりして、第１及び２冷媒管５１，５２に振動が発生する場合にも、第１及び２冷媒管５１，５２は各接触部５３によって固定された状態を維持するので、第１及び第２冷媒管５１，５２の相対運動により発生する騒音及び摩耗などを防止することができる。
【００９２】
それ以外は、第３実施例による冷媒サイクル装置は、第２実施例による冷媒サイクル装置と同じ構成を有し、第２実施例と同じ効果を発揮できることは言うまでもない。
【００９３】
また、図８に示すように、熱交換器６０は、第１冷媒管６１の挿入されている第２冷媒管６２を凹凸形態に折り曲げ、凹凸の各ベンディング部６３には接触部６４が形成されるようにすることによって、振動の発生時にも第１及び第２冷媒管６１，６２の相対運動を防止し、騒音及び摩耗の発生を防止することができる。
【００９４】
次に、本発明の第４実施例による冷媒サイクル装置について説明する。
【００９５】
本発明の第４実施例による冷媒サイクル装置の冷媒回路図は、第１実施例の冷媒回路図と同一である。また、第４実施例の熱交換器は、第１実施例の熱交換器に比べると、略直方形の断面形状を有し、第１及び第２冷媒管の間にオリフィスが設けられる以外は、第１実施例と同一の構成を有する。したがって、第１実施例と同じ構成には同じ図面符号を付け、その説明は省略する。
【００９６】
図９は、本発明の第４実施例による冷媒サイクル装置に含まれる熱交換器の斜視図であり、図１０は、図９の‘Ａ’部の断面図である。
【００９７】
本発明の第４実施例による熱交換器は、略直方形の断面を形成しながら螺旋状に積層されるもので、直方形の断面にするためには、熱交換器２０'は一定の間隔で折り曲げて形成される。
【００９８】
また、第１及び第２冷媒管７１，７２の間に形成された第２流路４０には、冷媒の流速を変化させるためのオリフィス８０が設けられる。
【００９９】
オリフィス８０は、第２流路４０の入口４１側の第２冷媒管７２の内面に設けられ、第２流路４０の入口４１の断面積を小さくし、オリフィス８０を通過する冷媒の圧力を落とす。
【０１００】
オリフィス８０は、第２冷媒管７２の内面に設けられるので、第２流路４０に流入する冷媒は、オリフィス８０によって形成された断面積縮小部８１を通過しながら冷媒の圧力を落とし、第１冷媒管７１と第２冷媒管７２との間の第２流路４０を通って下から上に流れながら第１流路３０の冷媒と熱交換をする。
【０１０１】
この時、蒸発器１４で蒸発されて低温状態で排出された冷媒は、完全な気体状態でなく、液体が混在している状態になるので、気液混在の冷媒を熱交換器２０'の第２流路４０に通過させ、第１流路３０を流れる冷媒と熱交換させると、この気液混在の冷媒は、加熱されて過熱度が確保され、完全な気体状態として熱交換器２０’から排出され、冷媒流入管６を通って圧縮器１１の流入側に流動する。
【０１０２】
オリフィス８０により形成された断面積縮小部８１を通過する冷媒は、従来技術に比べて圧力が低くなるため、圧縮器の入口圧力と吐出圧力との差がより大きくなり、圧縮器吐出側の冷媒の温度が上昇する。
【０１０３】
このような効果は、本実施例による冷媒サイクル装置を温水機に採用する場合、給湯温度を上昇させ、温水機の性能を改善することができる。
【０１０４】
図１１は、本発明の第４実施例による冷媒サイクル装置の冷媒サイクルのｐ−ｈ線図である。
【０１０５】
図１１の縦軸は圧力（Pressure）、横軸はエンタルピー（Enthalpy）である。
【０１０６】
次に、上記のように構成された本実施例による冷媒サイクル装置の動作を、図１，９，１０，１１を参照して説明する。
【０１０７】
圧縮器１１が稼動すると、圧縮器１１内に低圧の冷媒ガスが流入し圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとして吐出される。この時、冷媒は、図１１のｂ'点状態の超臨界圧力まで圧縮される。
【０１０８】
この高温高圧の冷媒は、ガスクーラー１２に流入して放熱され、図１１のｃ'点状態に変化された後、熱交換器２０の第１流路３０の入口３１側に導かれる。熱交換器２０に流入した高温高圧の冷媒は、蒸発器１４から第２流路４０に流入した低温低圧の冷媒と熱交換をしつつ冷却され、図１１のｄ’点状態に到達する。
【０１０９】
すなわち、ガスクーラー１２から膨脹弁１３に流入する高圧の冷媒は、熱交換器２０によって第２流路４０の低圧の冷媒と熱交換されて温度が效果的に下がり、これにより、膨脹弁１３に流入する冷媒のエンタルピーはΔｈだけ下がって図１１のｄ’点状態に到達する。
【０１１０】
また、熱交換器２０で冷却されてから排出された高圧の冷媒は、膨脹弁１３に導かれる。膨脹弁１３を通過する冷媒は圧力が落ち、図１１のｅ'点でのように液体／気体の２相状態となって蒸発器１４内に流入し、蒸発器１４で冷媒は空気から熱を吸収し、冷却作用を行う。
【０１１１】
このように、熱交換器２０の熱交換作用によって、蒸発器１４に流入する冷媒の温度が低くなり、蒸発器１４でのエンタルピー差が拡大されるので、蒸発器１４の冷凍能力を向上させることができる。
【０１１２】
その後、蒸発器１４から排出された冷媒は、図１１のｆ’点状態の冷媒に変わり、熱交換器２０の第２流路４０の入口４１に導かれる。この冷媒は、第２流路４０の入口４１のオリフィス８０を通過しながらその圧力が落ち、液体／気体の２相の冷媒は、熱交換器２０の第２流路４０を通過しながら熱交換されて完全な気体状態に相変化され、図１１のａ’点状態となり、過熱度を確保可能になる。このようにオリフィス８０を通過しながら圧力が落ちた第２流路４０上の冷媒は、第１流路３０上の冷媒と熱交換をし、従来技術による内部熱交換器におけるエンタルピー差Δｈ１よりもエンタルピー差Δｈが増加して熱交換効率が向上し、従来技術に比べてより短い長さの熱交換器を製造することが可能になり、製造コストを節減できる。
【０１１３】
また、オリフィス８０を通過しながら圧力の落ちた冷媒によって圧縮器１１の入口側の圧力が低くなるので、圧縮器１１の入口側と出口側との圧力差が、従来技術に比べて増加し、圧縮器１１の吐出側の冷媒温度が上昇する。
【０１１４】
したがって、このような冷媒サイクル装置を温水機に適用する場合、温水機の給湯温度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２】本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置に含まれる熱交換器の斜視図である。
【図３】図２に示す熱交換器の概略断面図である。
【図４】本発明の第１実施例による冷媒サイクル装置の冷媒サイクルのｐ−ｈ線図である。
【図５】本発明の第２実施例による冷媒サイクル装置における熱交換器と蒸発機との結合構造を示す概略斜視図である。
【図６】本発明の第３実施例による冷媒サイクル装置における熱交換器と蒸発機との結合構造を示す概略斜視図である。
【図７】図６に示す熱交換器の概略断面図である。
【図８】本発明の変形実施例による熱交換器の一部を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第４実施例による冷媒サイクル装置に含まれる熱交換器の斜視図である。
【図１０】図９におけるＡ部の断面図である。
【図１１】本発明の第４実施例による冷媒サイクル装置における冷媒サイクルのｐ−ｈ線図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１      冷媒サイクル装置
１１    圧縮器
１２    ガスクーラー
１３    膨脹弁
１４    蒸発器
２０    熱交換器
２１    第１冷媒管
２２    第２冷媒管
３０    第１流路
３１    第１流路の入口
３２    第１流路の出口
４０    第２流路
４１    第２流路の入口
４２    第２流路の出口
８０    オリフィス
【図１】
2008256350.tif 000003
【図２】
2008256350.tif 000004
【図３】
2008256350.tif 000005
【図４】
2008256350.tif 000006
【図５】
2008256350.tif 000007
【図６】
2008256350.tif 000008
【図７】
2008256350.tif 000009
【図８】
2008256350.tif 000010
【図９】
2008256350.tif 000011
【図１０】
2008256350.tif 000012
【図１１】
2008256350.tif 000013