(57)【要約】  冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、気液分離器にて分離されたガス冷媒を圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備える。気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、主回路において、気液分離器の液流出管と蒸発器との間に第２の絞り装置が設けられ、気液分離器のガス流出管から流出したガス冷媒が流入するバイパス回路に第３の絞り装置が設けられている。
2018173255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、
前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、
前記気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、
前記主回路において、前記気液分離器の前記液流出管と前記蒸発器との間に第２の絞り装置が設けられ、
前記気液分離器の前記ガス流出管から流出したガス冷媒が流入する前記バイパス回路に第３の絞り装置が設けられている冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記気液分離器において、前記流入管は、前記容器の側壁の上部側を貫通して挿入され、前記ガス流出管は、前記容器の上壁の中央部から前記容器を垂直に貫通して挿入されており、
前記ガス流出管の前記容器の上端からの挿入長さであるガス流出管挿入長さＬ１は、前記容器の高さＨ１に対して、
０．２６Ｈ１≦Ｌ１≦０．６５Ｈ１を満たし、
かつ、
前記容器の上端から前記ガス流出管のガス流出口までの垂直距離Ｈ２を前記ガス流出管挿入長さＬ１から差し引いた、Ｌ１−Ｈ２が、
０．２５Ｈ１＜Ｌ１−Ｈ２を満たす請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記流入管の管内相当直径Ｄｉｎｌｅｔ［ｍｍ］が、前記容器の内径Ｄｂｏｔｔｌｅ［ｍｍ］、暖房定格運転における冷媒質量流量Ｇｒ［ｋｇ／ｈ］、としたとき、
０＜Ｄｉｎｌｅｔ＜（０．７１Ｇｒ０．５）かつＤｉｎｌｅｔ＜Ｄｂｏｔｔｌｅ／２を満たす請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記気液分離器の前記流入管は、前記容器外に位置する部分が曲げられた形状を有し、前記容器内に一端が挿入された挿入部と、前記挿入部の他端から延びる曲げ部と、前記曲げ部の先端から延びる流入部とを有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記流入管の前記挿入部の長さＬ２が、
０＜Ｌ２＜１５Ｄｉｎｌｅｔを満たす請求項４記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記気液分離器の設置状態を基準に、前記挿入部の中心軸に垂直な平面において前記中心軸との交点を原点とした直交座標系のｘ軸を、前記原点から重力下向きに下ろした垂線であって重力下向きを正とし、ｙ軸を、前記中心軸と前記ｘ軸とを有する平面を境とした左右のうち、前記容器の中心線が存在する側に前記原点から向かう方向を正として定義したとき、前記流入部が、前記ｘ軸の正の向き、前記ｙ軸の正の向き、またはｘ＞０かつｙ＞０である第１象限内に位置するように構成されている請求項４または請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記気液分離器は液流出口を備え、
前記液流出口が、前記ガス流出管の前記容器側の端部であるガス流出口と平面的に見て重ならない位置に配置されている請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記気液分離器は、前記容器の側壁の底部側または前記容器の底壁に接続された液流出管を備え、
前記液流出管の前記容器側の端部で前記液流出口が形成される請求項７記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記気液分離器において前記ガス流出管の外周であって、前記冷媒が前記気液分離器に流入する流入口よりも下方の高さ位置に、下方に行くにつれて外側に広がるラッパ状の面が形成されている請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記気液分離器の前記容器が、重力方向下向きに凸の錘面状である請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記気液分離器内に溜まった液冷媒が前記気液分離器のガス流出口から流出しないように、前記第１の絞り装置、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置が制御される請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記気液分離器の液流出口から流出した冷媒の温度を測定する第１の温度センサーと、前記凝縮器の出口冷媒の温度を測定する第２の温度センサーと、前記蒸発器の蒸発温度を測定する第３の温度センサーとを備え、
前記圧縮機の周波数と各温度センサーの測定結果とに基づいて前記第１の絞り装置、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置が制御される請求項１１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記第１の絞り装置の開度が大きくなると、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置の開度が小さくなる請求項１１または請求項１２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記第３の絞り装置は、絞り量が固定の固定絞り装置である請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記第３の絞り装置は、キャピラリーチューブ、冷媒配管またはヘッダである請求項１４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
前記主回路の冷媒循環量Ｇｒｎｏｗ［ｋｇ／ｈ］が、前記流入管の管内相当直径をＤｉｎｌｅｔ［ｍｍ］としたときに、
０＜Ｇｒｎｏｗ≦１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２
を満足する場合に、前記第２の絞り装置が閉となる請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
前記凝縮器として機能する室内熱交換器を収容した室内機と、前記蒸発器として機能する室外熱交換器を収容した室外機とを備えた請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１８】
前記主回路における冷媒の流れを切り替えて暖房運転と冷房運転とを切り替える四方弁を備え、
前記冷房運転時に前記室内熱交換器は蒸発器、前記室外熱交換器は凝縮器として機能し、
前記冷房運転において前記第２の絞り装置は全開とされる請求項１７記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１９】
前記室内機を複数備え、
前記第１の絞り装置、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置は、前記室内機の接続台数と、前記圧縮機の周波数と、各温度センサーの測定結果とに基づいて制御される請求項１７または請求項１８に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２０】
複数の前記室外機の全てで冷房運転を行う全冷房運転時に、前記第２の絞り装置が閉となる請求項１９記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２１】
複数の前記室外機の全てで冷房運転を行う全冷房運転時に、前記第３の絞り装置が全開となる請求項１９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、流入する気液二相冷媒の乾き度を低減して蒸発器へ供給する気液分離器を備える冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機において、室内機に搭載された凝縮器として機能する室内熱交換器で凝縮された液冷媒は、凝縮器の出口に設ける絞り装置によって減圧され、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態となる。そして、気液二相状態の冷媒は、室外機に搭載された蒸発器として機能する室外熱交換器に流入する。蒸発器として機能する室外熱交換器に流入する気液二相状態の冷媒の乾き度が高いと、蒸発に寄与しないガス冷媒が多くなり、蒸発器の熱交換性能が悪化する。【０００３】
そこで、暖房運転時に蒸発器に流入する冷媒の乾き度を低減するために、蒸発器の上流に、気液二相状態で流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器を設け、分離された液冷媒を蒸発器に流入させるようにした技術がある（例えば特許文献１参照）。特許文献１において、気液分離器は、容器と、容器の側壁を貫通して挿入された流入管と、容器の上壁の中央部から垂直に貫通して挿入されたガス流出管と、容器の底壁を貫通して挿入されたガス流出管とを備えた構成となっている。そして、容器内部に流入した気液二相冷媒が、容器内を旋回して流れ、この旋回流によって冷媒に遠心力が作用することで冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離されるようになっている。分離された液冷媒は、容器の底部に溜まる一方、液流出管から容器外へ流出し、また、ガス冷媒はガス流出管から容器外へ流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１１２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の気液分離器は、容器に流入する冷媒が液冷媒主体、つまり乾き度が０．５０以下の状態で流入する場合、以下の問題があった。すなわち、流入する冷媒における液冷媒量が多いため、容器内の底部に溜まる液冷媒が増加し、気液界面が上昇する。その結果、気液界面が容器内に設けられたガス流出口に近接し、ガス流出口からガス流出管に混入する液量が増加して気液分離効率が低下してしまう問題があった。この問題を解決するべく気液界面とガス流出口との距離拡大を図ると、容器が大型化するという問題があった。【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、気液分離効率の向上と小型化との両立を図ることが可能な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】
【０００７】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、気液分離器にて分離されたガス冷媒を圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、主回路において、気液分離器の液流出管と蒸発器との間に第２の絞り装置が設けられ、気液分離器のガス流出管から流出したガス冷媒が流入するバイパス回路に第３の絞り装置が設けられているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、気液分離器の冷媒流入側と冷媒流出側に、第１の絞り装置、第２の絞り装置および第３の絞り装置を備えたことにより、気液分離器内の冷媒圧力、引いては気液分離器内における気液界面の形状を制御できる。よって、気液分離器内に溜まった液冷媒が気液分離器のガス流出口から流出しないように各絞り装置が制御されることで、容器のサイズを変更することなく気液分離性能を向上することができき、気液分離器の性能向上と容器の小型化とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の内部の容器中心からの水平距離と液面高さｈとの関係を示す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００における気液分離器１０の内部の様子を示した模式図（その１）である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００における気液分離器１０の内部の様子を示した模式図（その２）である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００における気液分離器１０の内部の様子を示した模式図（その３）である。
【図９】気液二相冷媒の冷媒圧力と気液密度比との関係を示す概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の変形例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の寸法定義の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の気液分離性能の改善効果を示すガス流出管挿入長さＬ１と気液分離効率ηとの関係グラフの一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の寸法定義の説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０における気液分離性能の改善効果を示す冷媒質量流入速度と気液分離効率ηとの関係グラフの一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の室外機２０１の冷媒配管構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す側面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す断面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の変形例を示す断面図である。
【図２２】図２１のＢ−Ｂ断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態７に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００の構成図である。
【図２５】本発明の実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００における絞り装置２１〜２３の開度変化に伴う、気液分離効率ηおよび液面高さｈのそれぞれの変化を示すグラフの一例を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００の絞り装置２１〜２３の開閉動作をまとめた表の一例を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態９に係る冷凍サイクル装置２００の構成図である。
【図２８】本発明の実施の形態９に係る冷凍サイクル装置２００の絞り装置２１〜２３の開閉動作をまとめた表の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係るそれを備える冷凍サイクル装置の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の構成を示す図である。図１において白抜き矢印はガス冷媒、黒塗り矢印は液冷媒、ハッチングの入った矢印は二相冷媒の流れを示しており、以下における上流、下流、入口、出口は、これらの矢印に示す流れ方向を基準にしたものとする。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１３、四方弁１４、室内熱交換器１１、第２の絞り装置２２、気液分離器１０および室外熱交換器１２が冷媒配管で接続されて、冷媒が循環する冷媒回路の主回路を構成している。
【００１２】
気液分離器１０は、筒状の容器１を備えており、容器１には、流入管２と、液流出管３と、ガス流出管４とが接続されている。気液分離器１０は、第１の絞り装置２１から流入してきた気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。気液分離器１０の詳細については改めて説明する。
【００１３】
冷凍サイクル装置２００はさらに、気液分離器１０において分離されたガス冷媒を圧縮機１３の吸入側に戻すバイパス回路７を備えている。バイパス回路７には、第２の絞り装置２２が設けられている。バイパス回路７の圧縮機吸入側の端部の接続位置は、図１に示すように室外熱交換器１２の後述の出口ヘッダー６の下流の配管でもよいし、出口ヘッダー６でもよい。
【００１４】
冷凍サイクル装置２００はさらに、主回路において気液分離器１０と室外熱交換器１２との間に第３の絞り装置２３を備えている。
【００１５】
第１の絞り装置２１、第２の絞り装置２２および第３の絞り装置２３はそれぞれ、開度調整可能な膨張弁で構成されている。膨張弁としては、ステッピングモータ（図示せず）により絞りの開度を可変に調整することが可能な電子膨張弁で構成するとよい。なお、以下において第１の絞り装置２１、第２の絞り装置２２および第３の絞り装置２３の全てをまとめて指すときは絞り装置２１〜２３という。
【００１６】
室外熱交換器１２は、入口ヘッダー５と出口ヘッダー６とが間隔を置いて配置され、それらヘッダー間に多数の伝熱管およびフィンを有するフィンチューブ型熱交換器で構成されている。なお、室外熱交換器１２の入口および出口の分配器は、ヘッダーに限らずディストリビュータ型の衝突式分配器でも良い。
【００１７】
そして、室外機２０１に圧縮機１３、第２の絞り装置２２、気液分離器１０、第３の絞り装置２３、室外熱交換器１２が収容され、室内機２０２に室内熱交換器１１および第１の絞り装置２１が収容されている。
【００１８】
この冷凍サイクル装置２００はさらに、冷凍サイクル装置２００全体を制御する制御装置２０３を備えている。制御装置２０３は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
【００１９】
以上のように構成された冷凍サイクル装置２００において、室外熱交換器１２は凝縮器、室内熱交換器１１は蒸発器として機能する。この冷凍サイクル装置２００は、例えば空気調和機、給湯装置などに利用される。ここでは、冷凍サイクル装置２００が空気調和機に利用されるものとして説明する。
【００２０】
なお、図１に示した室外熱交換器１２の個数は１であるが、特にこれを限定するものではなく、気液分離器１０との間の冷媒配管に第３の絞り装置２３を備えていれば複数あっても良い。室外熱交換器１２が複数ある場合、バイパス回路７の圧縮機吸入側の端部は、搭載する複数の室外熱交換器１２のうち少なくとも一つの出口ヘッダー６またはその下流の配管と接続していればよい。
【００２１】
また室外機２０１の台数も１に限定することなく、複数接続していて良い。さらに室内熱交換器１１は気液分離器１０との間の冷媒配管に第１の絞り装置２１を備えていれば複数あっても良く、室内機２０２を複数接続するマルチエアコンであっても良い。さらに第１の絞り装置２１と気液分離器１０とを接続する冷媒配管は、複数の室内機２０２に供給する冷媒を制御する分流コントローラーなどを介しても良い。
【００２２】
また、冷媒回路を循環する冷媒は、特に限定されるものではない。しかし、ガス密度の大きいＲ３２、Ｒ４１０ＡまたはＣＯ２のうちいずれかの冷媒を用いると、気液分離器１０の性能の改善効果が大きくて良い。
【００２３】
また、Ｒ１２３４ｙｆまたはＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）などのオレフィン系冷媒、Ｒ３２などのＨＦＣ冷媒、プロパンまたはイソブタンなどの炭化水素冷媒などの冷媒を用いると、容器サイズが小さくなることで冷媒充填量が減少する。Ｒ１２３４ｙｆまたはＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）などのオレフィン系冷媒、Ｒ３２などのＨＦＣ冷媒、プロパンまたはイソブタンなどの炭化水素冷媒などの冷媒は可燃性冷媒であるため、冷媒充填量が減少することで、安全性が向上する。
【００２４】
次に、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の動作について、冷媒と空気とを熱交換する空気調和装置の暖房運転を例に図１を参照して説明する。
圧縮機１３から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁１４を通過した後、室内熱交換器１１に流入し、室内熱交換器１１を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。室内熱交換器１１を流出した高圧液冷媒は第１の絞り装置２１にて減圧されて気液二相冷媒となり、流入管２を介して気液分離器１０に流入する。
【００２５】
気液分離器１０に流入した気液二相冷媒は液冷媒とガス冷媒とに分離され、液冷媒は、液流出管３から流出し、第３の絞り装置２３で減圧された後、入口ヘッダー５を介して室外熱交換器１２に流入する。室外熱交換器１２に流入した冷媒は、空気と熱交換により蒸発した後、出口ヘッダー６またはその下流でガス流出管４から流出した冷媒と合流して再び圧縮機１３に流入する。気液分離器１０で分離されたガス冷媒は、ガス流出管４から流出し、バイパス回路７に流入して第２の絞り装置２２を通過後、圧縮機１３の吸入側に戻される。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の内部の容器中心からの水平距離と液面高さｈとの関係を示す概念図である。
【００２７】
気液分離器１０は、遠心分離方式の気液分離器であり、容器１内に気液混合冷媒の旋回流を生じさせ、この旋回流中の液体を遠心力によって容器１の内周面に付着させることで、気液混合冷媒に含まれる液体と気体とを分離させるものである。気液分離器１０において流入管２は、容器１の側壁の上部側を貫通して一端が容器１の内部に位置し、他端は第１の絞り装置２１に接続される。また、流入管２は、容器１内に挿入した部分の延長線上に容器１の中心線Ｏが位置しないように、中心線Ｏからずらして配置されている。液流出管３は容器１の底部に接続され、一端の液流出口３ａが容器１の底壁中央部に位置している。ガス流出管４は容器１の上壁の中央部を垂直に貫通し、一端のガス流出口４ａが容器１の内部に位置し、他端はバイパス回路７に接続される。
【００２８】
このように構成された気液分離器１０において容器１内部に流入した気液二相冷媒は、容器１内を旋回して流れ、この旋回流によって冷媒に遠心力が作用し、冷媒は液冷媒とガス冷媒とに分離される。すなわち、比較的重い液冷媒と比較的軽いガス冷媒とのそれぞれに作用する遠心力の差により、気液二相冷媒は液冷媒とガス冷媒とに分離される。そして、液冷媒は、液流出口３ａから液流出管３を通って容器１外に流出され、ガス冷媒はガス流出口４ａからガス流出管４を通って容器１外に流出される。
【００２９】
ここで、容器１内において、液冷媒は、図５に示すように容器１内の壁面に付着して容器１の内部の壁面近傍に液主体領域１０１を形成し、ガス冷媒は、容器１の中心線Ｏ近傍にガス主体領域１００を形成する。このときガス主体領域１００と液主体領域１０１との境界である気液界面１０２は、重力方向下向きを頂点とする錘面を形成する。以下、錘面の立体角および錘面の容器底部からの高さなどの形状、つまり気液界面１０２の形状についてさらに説明する。
【００３０】
図６〜図８は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００における気液分離器１０の内部の様子を示した模式図である。図９は、気液二相冷媒の冷媒圧力と気液密度比との関係を示す概念図である。
気液分離器１０の容器１内は、容器１内に流入する気液二相冷媒の流入速度、乾き度、気液密度比ρｌ／ρｇによって、図６〜図８に示すように液主体領域１０１とガス主体領域１００との割合が変化し、気液界面１０２の形状が変化する。なお、気液密度比ρｌ／ρｇは、気相密度ρｌに対する液相密度ρｇである。
【００３１】
ここで、気液界面１０２とガス流出管４のガス流出口４ａとの距離が近いと、液主体領域１０１からガス流出口４ａに液冷媒が流入し、気液分離性能が低下する。このため、液主体領域１０１からガス流出管４への液混入を防ぐことができるように、ガス流出管４のガス流出口４ａと気液界面１０２との距離を確保する必要がある。
【００３２】
図６は、ガス流出管４のガス流出口４ａと気液界面１０２との距離が適度に確保され、ガス流出管４への液混入を防ぎ、気液分離性の低下を抑制することが可能である。しかし、図７は、ガス流出管４のガス流出口４ａと気液界面１０２との距離が近く、液混入の可能性がある。また、図８も、ガス主体領域１００の割合が減少して液混入の可能性がある。
【００３３】
気液界面１０２の形状は、上述したように冷媒の流入速度、乾き度、気液密度比に依存する。流入速度および乾き度は、空気調和機の運転能力および室内空気条件により決まる。また、図９に示すように、一般的に冷媒圧力Ｐと気液密度比ρｌ／ρｇとには相関関係がある。よって、容器１内の冷媒圧力を調整することで、容器１内の気液密度比を調整でき、その結果、気液界面１０２の形状を調整できる。したがって、容器１内の冷媒圧力を調整して、気液界面１０２とガス流出管４のガス流出口４ａとの距離が確保されるように気液界面１０２の形状を調整することで、液主体領域１０１からのガス流出管４への液混入を防ぐことが可能となる。
【００３４】
ここで、本実施の形態１の特徴とする構成としては、気液分離器１０の冷媒流入側と冷媒流出側とに絞り装置２１〜２３を設けたことにある。絞り装置２１〜２３の開度制御により、冷凍サイクルの高低圧差に関わらず、すなわち凝縮器および蒸発器の能力に関わらず、容器１内の冷媒圧力を任意に変更でき、結果として気液界面１０２の形状を調整できる。冷媒が例えばＲ４１０Ａであれば、気液密度比を１２倍〜６０倍の間で調整できる。なお、絞り装置２１〜２３の具体的な開度制御については、後述の実施の形態８で説明する。
【００３５】
このように、絞り装置２１〜２３の開度制御により気液界面１０２の形状を調整できるため、気液界面１０２とガス流出管４のガス流出口４ａとの距離が確保されるように、絞り装置２１〜２３の開度制御を行う。これにより、液主体領域１０１からのガス流出管４への液混入を抑制して、気液分離性能の向上を図ることができる。
【００３６】
以上、実施の形態１のように構成した冷凍サイクル装置２００においては、気液分離器１０の冷媒流入側と冷媒流出側とに絞り装置２１〜２３を設けたことにより、気液分離器１０内の冷媒圧力、引いては気液密度比を調整できる。その結果、気液分離器１０内の気液界面１０２の形状の制御が可能となる。よって、気液界面１０２とガス流出管４のガス流出口４ａとの距離が確保される気液界面１０２の形状となるように絞り装置２１〜２３が制御されることで、気液分離性能を向上が可能となる。
【００３７】
そして、実施の形態１によれば、容器１のサイズを変更することなく、気液分離性能を向上できるため、気液分離器１０の性能向上と容器１の小型化との両立を図ることができる。よって、コスト低減にも寄与でき、また、気液分離器１０のサイズが大きくて製品筐体内に実装できないといった不都合を防止できる。
【００３８】
なお、冷凍サイクル装置２００は、図１に示した構成にさらに、以下のような変形を加えても良い。
【００３９】
図１０は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の変形例を示す図である。
図１０に示す冷凍サイクル装置２００の変形例では、バイパス回路７の圧縮機吸入側の端部が、アキュムレータなど冷媒タンク１５よりも上流、すなわち冷媒タンク１５と四方弁１４の間に接続した構成である。この構成とした場合も、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
実施の形態２．
実施の形態２は、前記気液分離器１０における流入管２の挿入高さ位置およびガス流出管４の挿入長さに関し言及したものである。気液分離器１０および冷凍サイクル装置２００の構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４１】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の寸法定義の説明図である。
実施の形態２に係る気液分離器１０は、流入管２およびガス流出管４の容器１に対する位置が以下の寸法関係で設計されている。
０．２６Ｈ１≦Ｌ１≦０．６５Ｈ１        ・・・（１）
かつ
０．２５Ｈ１＜Ｌ１−Ｈ２                ・・・（２）
ここで、
Ｌ１：ガス流出管４の容器１の上端からの挿入長さ（以下、ガス流出管挿入長さという）
Ｈ１：容器高さ
Ｈ２：容器１の上端から流入管２の挿入高さ位置までの垂直距離（以下、流入管挿入高さ位置という）
【００４２】
つまり、ガス流出管挿入長さＬ１を、容器高さＨ１との関係で、０．２６Ｈ１以上、０．６５以下とし、また、流入管２の挿入高さ位置からガス流出管４のガス流出口４ａまでの高さ距離である「Ｌ１−Ｈ２」を０．２５Ｈ１超、確保することで、高い気液分離効率を確保できる。以下、この設計とした根拠について説明する。
【００４３】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の気液分離性能の改善効果を示すガス流出管挿入長さＬ１と気液分離効率ηとの関係グラフの一例を示す図である。図１２は流入管挿入高さ位置Ｈ２を０．２Ｈ１に固定して、ガス流出管挿入長さＬ１を変化させた場合の気液分離効率ηの変化を示している。
【００４４】
図１２に示すように、ガス流出管挿入長さＬ１に応じて気液分離効率ηが変化する。ここで、ガス流出管挿入長さＬ１を、Ｌ１＝０から長くしていくと、つまりガス流出管４を容器上端から下方に延ばしていくと、ガス流出口４ａが流入管２の流入管２の流入口２ａ（図１１参照）に近づく。この場合、流入管２の流入口２ａから容器内に流入後、直接、ガス流出管４に流入する冷媒の液成分が増える。このため、図１２に示すように気液分離効率は低下する。
【００４５】
そして、ガス流出管挿入長さＬ１をさらに延ばして、Ｌ１＝Ｈ２付近で気液分離効率は最も低下し、その後、さらにガス流出管挿入長さＬ１を延ばしていくと、気液分離効率は急激に向上する。そして、気液分離効率の上昇は、Ｌ１＞Ｈ２＋０．２５Ｈ１となるとおよそ飽和し、Ｌ１が０．６５Ｈ１を超えると急激に低下する。この気液分離効率の低下は、ガス流出管４のガス流出口４ａが、容器１の底部の液主体領域１０１の気液界面１０２に接近して、ガス流出管４への液混入が生じるためである。
【００４６】
以上のガス流出管挿入長さＬ１に応じた気液分離効率ηの変化から、流入管２の挿入高さ位置からガス流出管４のガス流出口４ａまでの高さ距離である、「Ｌ１−Ｈ２」を０．２５Ｈ１超、確保することで、高い気液分離効率を確保できることが分かる。また、ガス流出管挿入長さＬ１としては、Ｌ１≦０．６５Ｈ１とすることで、高い気液分離効率ηを得ることができる。
【００４７】
図１２はＨ２＝０．２Ｈ１とした場合であるが、Ｈ２＝０とした場合、つまり流入管挿入高さ位置Ｈ２を容器１の上端とした場合は、０．２６Ｈ１≦Ｌ１≦０．６５Ｈ１で、高い気液分離効率が得られることが、発明者らの試験により確認できた。またこのような傾向は、気液分離器１０として、容器１の内径Ｄｂｏｔｔｌｅと容器高さＨ１とアスペクト比が３〜５など、細長の気液分離器１０で生じることが確認された。
【００４８】
以上より、上記（１）式および（２）式を満足するように、流入管２およびガス流出管４の容器１に対する位置を設計することで、高い気液分離効率を確保できる。
【００４９】
以上、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、「０．２５Ｈ１＜Ｌ１−Ｈ２」を満足する設計とすることで、つまり、流入管２の挿入高さ位置Ｈ２からガス流出管４のガス流出口４ａまでの高さ距離「Ｌ１−Ｈ２」を０．２５Ｈ１超、確保することで、以下の効果が得られる。すなわち、流入管２から容器１に流入した液冷媒が、ガス流出管４に直接流入せず、遠心力により壁面近傍の液主体領域１０１に到達するまでに必要な垂直助走距離を確保することができる。その結果、図１２に示すように気液分離効率が向上する。
【００５０】
また、ガス流出管挿入長さＬ１を０．２６Ｈ１以上確保することで、容器１内に形成される旋回流が容器１内の上端に衝突して跳ね返り、その跳ね返った液冷媒が、ガス流出管４へ混入することを防ぐことができる。このため、ガス流出管４のガス流出口４ａへの液冷媒の混入量を低減し、気液分離性能が向上する。
【００５１】
さらに、ガス流出管４の挿入長さＬ１を０．６５Ｈ以下とすることで、ガス流出管４のガス流出口４ａと容器底面との距離が０．３５Ｈ以上確保されることになる。よって、ガス流出管４のガス流出口４ａと気液界面１０２との距離が確保され、ガス流出管４への液主体領域１０１からの冷媒の吸入を防ぐことができ、気液分離性能が向上する。
【００５２】
実施の形態３．
実施の形態３は、前記気液分離器１０の流入管２に関する寸法に関し言及したものである。気液分離器１０および冷凍サイクル装置２００の構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
図１３は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の寸法定義の説明図である。
実施の形態３に係る気液分離器１０は、以下の寸法関係で設計されている。
０＜Ｄｉｎｌｅｔ＜０．７１Ｇｒ０．５                ・・・（３）
かつ
Ｄｉｎｌｅｔ＜Ｄｂｏｔｔｌｅ／２                  ・・・（４）
ここで、
Ｄｂｏｔｔｌｅ：容器１の内径［ｍｍ］
Ｄｉｎｌｅｔ  ：流入管２の管内相当直径［ｍｍ］
Ｇｒ：暖房定格運転における冷媒質量流量[ｋｇ／ｈ]
【００５４】
なお、管内相当直径とは、流路断面積Ａｆおよび断面長Ｌを用いて下記である。
Ｄ＝４Ａｆ／Ｌ
【００５５】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０における気液分離性能の改善効果を示す冷媒質量流入速度と気液分離効率ηとの関係グラフの一例を示す図である。
図１４に示すように、気液分離効率ηは、流入管２を流れる冷媒質量流入速度、すなわち、流入管２から容器内部に流入する冷媒質量流入速度が７００[ｋｇ／ｍ2・ｓ]のときに最も低くなる。また、気液分離効率ηは、冷媒質量流入速度が７００[ｋｇ／ｍ2・ｓ]から離れるにつれて高くなる。そして、気液分離器１０において、流入管２の管内相当直径Ｄｉｎｌｅｔを「０．７１Ｇｒ０．５」より小さくすることで、冷媒質量流入速度を７００[ｋｇ／ｍ2・ｓ]より大きくできることがシミュレーション等によって確認できている。よって、上記（３）式を満足するようにＤｉｎｌｅｔを設定する。また、機器構成上、Ｄｉｎｌｅｔは、容器１の大きさとの関係で、最大でも上記（４）式を満たす設計とすることが好ましい。
【００５６】
また、Ｄｉｎｌｅｔを小さくするに連れ、流入管２から容器１内に流入する冷媒に作用する遠心力による気液分離性能の向上効果が、容器壁面に衝突した冷媒に作用する重力による気液分離性能の低下に比べて大きくなり、気液分離性能が向上する。なお、Ｄｉｎｌｅｔの下限値は、流入管２が冷凍サイクルを構成する流路であることから、０より大きい必要がある。
【００５７】
以上、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、上記（３）および（４）式を満足するようにＤｉｎｌｅｔ を設定することで、さらに気液分離性能が向上する。
【００５８】
ところで、発明者らの試験により、流入管２の管内相当直径Ｄｉｎｌｅｔを小さくすることで、容器サイズを大きくすることなく、気液分離器１０の耐圧強度の向上効果を得られることが実証されている。本実施の形態３は、上記（３）式を満足するように流入管２の管内相当直径Ｄｉｎｌｅｔを設計とすることで、気液分離器１０の耐圧強度の向上効果が得られる設計となっている。よって、気液分離器１０を、冷凍サイクルの高圧側に配置することが可能となり、次の図１５に示す冷媒回路を構成できる。
【００５９】
図１５は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の室外機２０１の冷媒配管構成図である。
図１５の冷凍サイクル装置２００は、図１に示した実施の形態１の冷凍サイクル装置２００にさらに、第１の切替弁３１、第２の切替弁３２、第３の切替弁３３および第４の切替弁３４を備えている。第１の切替弁３１は、圧縮機１３と室内熱交換器１１とを接続する配管に設けられている。第２の切替弁３２は、第１の絞り装置２１と気液分離器１０とを接続する配管に設けられている。第３の切替弁３３は、第１の切替弁３１の下流と第２の切替弁３２の下流とを接続する配管３０ａに設けられている。第４の切替弁３４は、第１の切替弁３１の上流と第２の切替弁３２の上流とを接続する配管３０ｂに設けられている。
【００６０】
そして、暖房運転時は第１の切替弁３１と第２の切替弁３２とを開、第３の切替弁３３と第４の切替弁３４とを閉とする。これにより、実施の形態１と同様の暖房運転時の冷媒の流れが形成される。また、冷房運転時は、第１の切替弁３１と第２の切替弁３２とを閉、第３の切替弁３３と第４の切替弁３４とを開とする。
【００６１】
また、冷房運転時は、四方弁１４が図１５の点線側に切り替えられ、圧縮機１３から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁１４を通過後、室外熱交換器１２を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって室外熱交換器１２から流出する。室外熱交換器１２を流出した高圧液冷媒は第３の絞り装置２３にて減圧されて気液二相冷媒となり、気液分離器１０に流入する。そして、気液分離器１０から流出した冷媒は、第１の絞り装置２１で減圧された後、室内熱交換器１１に流入する。室内熱交換器１１に流入した冷媒は、空気と熱交換により蒸発した後、再び圧縮機１３に流入する。
【００６２】
ここで、気液分離器１０は上述のように高耐圧性を有するため、冷房運転時において冷房運転時に管内圧力が例えば最大約３ＭＰａ以上になる室外熱交換器１２の冷媒流路下流側に気液分離器１０を備えることができる。よって、例えば室内機２０２を複数台接続して冷暖同時運転をする場合の室外熱交換器バイパス回路および冷媒の液冷媒を溜めるレシーバタンクを、追加の配管を増やすことなく設置できる。
【００６３】
仮に、気液分離器１０が高圧耐性を持たず冷暖同時運転回路を設置する場合、以下の構成とする必要がある。すなわち、「四方弁１４と出口ヘッダー６との間の回路」と「入口ヘッダー５と第３の絞り装置２３との間の回路」とを接続する室外熱交換器バイパス回路を新規に設ける必要がある。よって、追加の配管が増え、スペース性が低下する。また、制御に関しても、第２の絞り装置２２を全閉にし、第３の絞り装置２３を制御して気液分離器１０内の圧力が小さくなるように制御する必要が生じる。しかし、気液分離器１０が高耐圧性を有することで、これらの対応が不要である。
【００６４】
実施の形態４．
実施の形態４は、前記気液分離器１０の容器１の形状に言及したものである。冷凍サイクル装置２００の構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態４が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００６５】
図１６は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す断面図である。
上記実施の形態１では気液分離器１０の容器１が円柱の筒状であったが、実施の形態４に係る気液分離器１０は、容器１が重力方向下向きに凸の錘面状の筒状である点を特徴とする。
【００６６】
以上、実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、気液分離器１０の容器１の形状を重力下向きに凸の錘面状としたことで、以下の効果が得られる。すなわち、容器１が、容器１の内部に形成される気液界面１０２に沿う形状となることで、容器１の形状を筒状とした実施の形態１と同様の、旋回流による気液分離効果を維持しつつ、容器１の体積を削減できる。このため、気液分離器１０の性能向上と小型化とを両立することができる。
【００６７】
実施の形態５．
実施の形態５は、前記気液分離器１０の流入管２の形状について言及したものである。冷凍サイクル装置２００の構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態５が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００６８】
図１７は、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す側面図である。図１８は、図１７のＡ−Ａ断面図である。
実施の形態５に係る気液分離器１０において、流入管２は、図１８に示すように容器１外に位置する部分が曲げられており、容器１内に一端が挿入された挿入部２Ａと、挿入部２Ａの他端から延びる曲げ部２Ｂと、曲げ部の先端から延びる流入部２Ｃとで構成されている。
【００６９】
挿入部２Ａは、容器１の側壁の上部側を貫通して一端が容器１の内部に位置し、他端が容器１の外に位置している。また、挿入部２Ａは、その延長線上に容器１の中心線Ｏが位置しないように、中心線Ｏからずらして配置されている。
【００７０】
そして、挿入部２Ａの長さＬ２、言い換えれば流入口２ａからの曲げの位置Ｌ２は、以下の寸法で設計されている。
【００７１】
０＜Ｌ２＜１５Ｄｉｎｌｅｔ            ・・・（５）
【００７２】
Ｌ２≧１５Ｄｉｎｌｅｔとすると、曲げ部２Ｂの管内で外周側に偏った液相が容器１内に入るまでの助走区間が長くなる。このため、挿入部２Ａでの流れが発達して偏りが軽減され、効果が小さくなる。よって、Ｌ２＜１５Ｄｉｎｌｅｔとする。また、曲げによる液の偏りを形成するため、０＜Ｌ２とする。
【００７３】
流入部２Ｃは、挿入部２Ａの中心軸Ｏ１に垂直な平面において前記中心軸Ｏ１との交点を原点とした直交座標系のｘ軸およびｙ軸を、気液分離器１０の容器１を立てて設置した設置状態を基準として以下のように定義したときにｘ軸の正の向き、ｙ軸の正の向き、またはｘ＞０かつｙ＞０である第１象限内に位置するように構成されている。ｘ軸は、挿入部２Ａの中心軸Ｏ１を原点０として原点０から重力下向きに下ろした垂線であって重力下向きを正とし、ｙ軸は、中心軸Ｏ１とｘ軸とを有する平面を境とした左右のうち、容器１の中心線Ｏが存在する側に原点０から向かう方向を正とする。
【００７４】
実施の形態５は、以上のように流入管２を設計および配置したことを特徴とする。
【００７５】
以上、実施の形態５によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、気液分離器１０の流入管２の途中に曲げ部２Ｂを有するため、流入管２内を流れる気液二相冷媒に対して遠心力が作用する。この際、密度の異なる気相と液相とのそれぞれに作用する遠心力の差により、曲げ部２Ｂの外周側に液冷媒が流れ、曲げ部２Ｂの内周側にガス冷媒が流れる。つまり、曲げ部２Ｂ内では、液冷媒が曲げ部２Ｂの外周側に、ガス冷媒が曲げ部２Ｂの内周側に偏って流れ、液冷媒が、曲げ部２Ｂ内での偏り状態のまま容器１に流入する。これにより、液冷媒とガス冷媒とを流入管２内で予備分離してから容器１に流入させることができる。このため、容器１の大きさを変えることなく気液分離性能が向上し、気液分離器１０の性能向上と小型化とを両立することができる。
【００７６】
ここで、挿入部２Ａの長さを上記（５）式を満足するように構成した場合、曲げ部２Ｂの下流端から流入口２ａまでの冷媒流れの助走距離が短い。このため、液冷媒が、曲げ部２Ｂ内での偏り状態のまま容器１に流入する作用を、より確実なものとすることができる。
【００７７】
また、流入部２Ｃが、ｘ軸の正の向きまたは第１象限内にあるときは、流入部２Ｃ内で上方に向かう冷媒の流れが形成されるため、その流れの慣性により流入部２Ｃから流出した冷媒が容器１内の上方に流入する。このため、流入部２Ｃが、ｙ軸の正の向きにある場合に比べて遠心力が作用する時間を長く確保することができ、気液分離性能をさらに向上することができる。なお、流入部２Ｃが仮にｘ＞０、ｙ＜０の位置にあったときには、曲げ部２Ｂにて曲げの外周側に偏った液相が容器１内のガス流出管４の外壁に付着する。そして、付着した液相がガス流出管４の外壁を伝ってガス流出口４ａに混入するため、十分な効果が得られない。
【００７８】
なお、ここでは、流入管２の曲げ部２Ｂの曲げをＬ字状とし、曲げ角度が９０゜となるようにしたが、曲げ角度は角度に限られたものではなく、任意に変更できる。
【００７９】
実施の形態６．
実施の形態６は、前記気液分離器１０の液流出管３について言及したものである。冷凍サイクル装置２００の構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態６が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００８０】
図１９は、本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す断面図である。図２０は、図１９のＡ−Ａ断面図である。
実施の形態６に係る気液分離器１０において、液流出管３の液流出口３ａが、図２０に示すように平面的に見てガス流出管４のガス流出口４ａと重ならない位置に配置されている。
【００８１】
以上、実施の形態６によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、液流出管３の液流出口３ａが、平面視でガス流出管４のガス流出口４ａと重ならない位置に配置されていることで、以下の効果が得られる。すなわち、液流出管３に混入したガス冷媒が、浮力により液流出管３から流出して容器１内を上昇し、その上昇経路上に存在する液冷媒が、上昇するガス冷媒により押出された際に、ガス流出管４のガス流出口４ａへ混入することを防ぐことができる。その結果、気液分離性能が向上する。
【００８２】
なお、ここでは容器１に液流出管３が１本接続された構成としているが、２本以上接続されていてもよい。つまり、液流出口３ａが２つ以上あっても良い。２本目以降の液流出管３は、その下流端を入口ヘッダー５に接続すればよい。この場合も、各液流出口３ａは、平面視でガス流出管４のガス流出口４ａと重ならない位置に配置されることで、上記と同様の効果が得られる。
【００８３】
なお、実施の形態６の気液分離器１０は、図１９に示した構成にさらに、以下のような変形を加えても良い。
【００８４】
図２１は、本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０の変形例を示す断面図である。図２２は、図２１のＢ−Ｂ断面図である。
この変形例では、液流出管３が容器１の側壁から容器１内部に貫通して挿入されている。この構成においても、液流出口３ａは平面視でガス流出管４のガス流出口４ａと重ならない位置に配置される。なお、図２１では液流出管３の容器１内部の挿入長さが、側面視で容器１の中心線Ｏを越える長さで示している。しかし、液流出口３ａは平面視でガス流出管４のガス流出口４ａと重ならない位置に配置されていれば、液流出管３の挿入長さが、側面視で容器１の中心線Ｏを越える長さでなくてもよい。
【００８５】
実施の形態７．
実施の形態７は、前記気液分離器１０のガス流出管４に言及したものである。冷凍サイクル装置２００の構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態７が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００８６】
図２３は、本発明の実施の形態７に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０を示す断面図である。
実施の形態７に係る気液分離器１０は、ガス流出管４に外挿された外挿管４０をさらに備え、外挿管４０が、流入管２の流入口２ａよりも下方の高さ位置でラッパ状に拡管された構成としたことを特徴としている。言い換えれば、ガス流出管４の外周であって、流入管２の流入口２ａよりも下方の高さ位置に、下方に行くにつれて外側に広がるラッパ状の面４０ａを有する構成としたことを特徴としている。
【００８７】
このように構成したことにより、流入口２ａから容器１内へ流入した液冷媒および容器１の上端に衝突した液冷媒は、外挿管４０の外面を伝って重力により下方に流れ、そして、液冷媒は面４ｂ上を流れる。面４ｂは下方に行くにつれてラッパ状に外方に広がっているため、液冷媒は中心線Ｏから外方に向う方向、言い換えれば容器１内において壁面側へ流れる。
【００８８】
ここで、容器１の壁面側は中心線Ｏ側に比べて遠心力の効果がより大きい。このため、面４ｂによって容器１の壁面側へ流された液冷媒には、面４ｂを設けない構成に比べて大きな遠心力が作用する。これにより、面４ｂ上の液冷媒に作用する遠心力は、面４ｂ上に位置する液冷媒の表面張力よりも大きくなる。その結果、液冷媒が面４ｂ上から分離されて容器１の壁面側へ向かい、容器１の壁面側へ向かう液冷媒に対して大きな遠心力が作用して気液分離効率が向上する。
【００８９】
以上、実施の形態７によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、気液分離器１０のガス流出管４において流入口２ａよりも下方の高さ位置にラッパ状の面４ｂを設けたので、以下の効果を有する。すなわち、外挿管４０の外面を伝って重力により下方に流れた液冷媒が、面４ｂによって容器１の壁面側へ流され、その液冷媒に対して大きな遠心力を作用させることができ、気液分離効率を向上することができる。
【００９０】
実施の形態８．
実施の形態８は、前記冷凍サイクル装置２００の絞り装置２１〜２３の開度制御方法について言及したものである。気液分離器１０および冷凍サイクル装置２００の構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態８が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００９１】
図２４は、本発明の実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００の構成図である。
実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００は、図１に示した実施の形態１の冷凍サイクル装置２００にさらに、複数の温度センサー５０〜５２を備えた構成を有する。温度センサー５０は、気液分離器１０の液流出口３ａから流出した冷媒の温度（以下、液流出口温度）ＴＬＳを測定する。温度センサー５１は、室内熱交換器１１の出口冷媒の温度、つまり暖房運転時は冷媒の凝縮器出口温度ＴＲｏｕｔを測定する。温度センサー５２は、室内熱交換器１１の伝熱管を流れる冷媒の温度、つまり暖房運転時は凝縮飽和温度Ｔｃを測定する。なお、温度センサー５０が本発明の第１の温度センサーに相当し、温度センサー５１が本発明の第２の温度センサーに相当し、温度センサー５２が本発明の第３の温度センサーに相当する。
【００９２】
制御装置２０３は、これらの各温度センサー５０〜５２を備えた構成を有する。温度センサー５０は、気液分離器１０の液流出口３ａから流出しで測定された測定結果を取得し、これらの測定結果等に基づいて冷凍サイクル装置２００内の各構成部を制御する。
【００９３】
制御装置２０３は、各温度センサー５０〜５２を備えた構成を有する。温度センサー５０は、気液分離器１０の液流出口３ａから流出しで測定された測定結果に基づいて暖房運転、冷房運転を行う。また、制御装置２０３は、各室内機２０２で必要とされる空調能力を発揮できるように、暖房運転時は目標凝縮温度を決定し、冷房運転時は目標蒸発温度を決定している。ここでは、設定温度と温度センサーで検知された室内空気温度との温度差ΔＴに応じて目標凝縮温度、目標蒸発温度が決定される。
【００９４】
そして、制御装置２０３は、その目標蒸発温度または目標凝縮温度となるように圧縮機１３の周波数を制御する。また、制御装置２０３は、暖房運転時は室内熱交換器１１の出口の過冷却度、冷房運転時は室外熱交換器１２の出口の過冷却度が目標値となるように室内機２０２の第１の絞り装置２１の開度を制御する。
【００９５】
また、制御装置２０３は、各温度センサー５０〜５２からの測定結果の他、室内機２０２の接続台数および圧縮機１３の周波数を検出し、これらのデータに基づいて、絞り装置２１〜２３の開度を制御することを特徴とする。
【００９６】
ここでまず、第１の絞り装置２１と第３の絞り装置２３との開度制御に応じた、容器１内におけるガス主体領域１００と液主体領域１０１との変化について説明する。
【００９７】
図２５は、本発明の実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００における絞り装置２１〜２３の開度変化に伴う、気液分離効率ηおよび液面高さｈのそれぞれの変化を示すグラフの一例を示す図である。図２５において、横軸は第１の絞り装置２１の開度と第２の絞り装置２２の開度とを示し、右縦軸は液面高さｈ、左縦軸は気液分離効率ηを示している。また、図２５の点線は液面高さｈのグラフであり、実線は気液分離効率ηのグラフである。また、上記図６、図７、図８は、図２５の（Ａ）点、（Ｂ）点、（Ｃ）点に対応しており、以下の説明において図２５と併せて参照されたい。
【００９８】
図２５に示すように、第１の絞り装置２１と第３の絞り装置２３とは、一方の開度が大きくなると、他方の開度を小さくする関係で制御される。そして、図２５の（Ａ）点は、第１の絞り装置２１および第３の絞り装置２３のそれぞれの開度が適正に設定され、図６に示すようにガス流出管４のガス流出口４ａと気液界面１０２との距離を確保し、ガス流出管４への液混入を防ぎ、気液分離性の低下を抑制している。
【００９９】
これに対し、図２５の（Ｂ）点では、第１の絞り装置２１の開度が適正開度よりも小さく、また、第３の絞り装置２３の開度が適正開度よりも大きい。この場合、図７に示すように、容器１内は、液主体領域１０１の体積が増大して液面高さｈが高くなる。そうすると、ガス流出管４のガス流出口４ａからガス流出管４に液冷媒が流入し、気液分離効率ηが低下する。
【０１００】
また、図２５の（Ｃ）点では、第１の絞り装置２１の開度が適正開度よりも大きく、また、第３の絞り装置２３の開度が適正開度よりも小さい。この場合、図８に示すように、容器１内は、ガス主体領域１００の体積が減少してガス流出管４のガス流出口４ａからガス流出管４に液冷媒が流入し、気液分離効率ηが低下する。
【０１０１】
図２６は、本発明の実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００の絞り装置２１〜２３の開閉動作をまとめた表の一例を示す図である。
図２６に示すように絞り装置２１〜２３の開度制御は、大きく分けて冷凍サイクル装置２００の室内機２０２がすべて暖房運転する全暖房運転の場合と、冷凍サイクル装置２００の室内機２０２がすべて冷房運転する冷房運転の場合との２パターンに分けられる。そして、全暖房運転はさらに、蒸発器の能力を１００％とした暖房定格の条件での運転時（図２６の「定格」）と、それ以外の運転時（図２６の「中間」）とに分けられる。「定格」は、冷媒循環量Ｇｒｎｏｗ［ｋｇ／ｈ］＞１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２ 、「中間」は、Ｇｒｎｏｗ［ｋｇ／ｈ］≦Ｇｒ０と定義する。ここで、Ｇｒ０［ｋｇ／ｈ］＝１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２と定義する。
【０１０２】
＜全暖房運転で定格条件での絞り装置の制御＞
この条件では、第１の絞り装置２１、第２の絞り装置２２および第３の絞り装置２３の全ての開度が「開」とされ、適宜開度が制御される。さらに詳細には、まず、温度センサー５０により測定した液流出口温度ＴＬＳが所定温度範囲を保持するように第３の絞り装置２３が制御される。また、室内熱交換器１１の出口の過冷却度が予め設定された所定値となるように第１の絞り装置２１が制御される。
【０１０３】
このように、第３の絞り装置２３と第１の絞り装置２１とはそれぞれ、液流出口温度ＴＬＳと過冷却度とにより個別に制御される。そうすると、結果的に、上述したように一方の開度が大きくなると、他方の開度を小さくする関係で第３の絞り装置２３と第１の絞り装置２１とが制御される。具体的には例えば、液流出口温度ＴＬＳが低くなれば第３の絞り装置２３の開度を小さく、第１の絞り装置２１の開度を大きくするなどの制御となる。そして、容器１内の圧力は、第１の絞り装置２１と第３の絞り装置２３との開度割合と、第２の絞り装置２２の開度とに応じて決まる。
【０１０４】
そして、第３の絞り装置２３とのバランスで第２の絞り装置２２を制御する。つまり、例えば第２の絞り装置２２は、第３の絞り装置２３の開度が大きくなれば、連動して開度を大きくする。このような制御を行うことで、気液分離器１０内部の気液界面１０２を調整し、気液分離効率の改善効果が得られる。
【０１０５】
＜「全暖房運転で中間条件」および「全冷房運転時」の絞り装置の制御＞
中間条件とは、圧縮機１３が予め設定された回転周波数以下で動作して冷媒循環量Ｇｒｎｏｗ［ｋｇ／ｈ］が０＜Ｇｒｎｏｗ≦１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２となる場合である。このような「中間」条件および全冷房運転時は、図２６に示すように、第１の絞り装置２１の開度は、室内熱交換器１１の過冷却度が所定値になるように制御される。また、第２の絞り装置２２の開度は閉、第３の絞り装置２３の開度は全開とされる。ここでは第２の絞り装置２２は閉とされるため、容器１内の圧力は第１の絞り装置２１と第３の絞り装置２３との開度割合で決定する。
【０１０６】
中間条件のＧｒｎｏｗの範囲を０＜Ｇｒｎｏｗ≦１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２とした根拠は以下の通りである。
Ｇｒｎｏｗの下限値：運転時０ｋｇ／ｈ超
Ｇｒｎｏｗの上限値：遠心分離の効果を得るには、質量速度４Ｇｒ／３６００／π／（Ｄｉｎｌｅｔ／１０００）２が７００［ｋｇ／ｍ２・ｓ］超であることを必要とすることが試験により確認されている。したがって、質量速度７００［ｋｇ／ｍ２・ｓ］以下となるＧｒｎｏｗ≦１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２の中間運転では絞り装置２２を全閉することで気液分離器１０を気液分離器として使用しない。
【０１０７】
第３の絞り装置２３の開度を全開にすることで、室外機２０１の冷媒出口から室内機２０２の冷媒入口までを液冷媒で供給してもよい。このように制御することで、室内機２０２を複数台、接続する冷凍サイクル装置２００において、室内機２０２への冷媒の分配を液単相で行うことができるため、流量分配の制御が容易となる。
【０１０８】
ここで、実際の制御の際には、室内機２０２の接続台数、圧縮機１３の回転周波数、気液分離器１０内の圧力Ｐおよび室内熱交換器１１の過冷却度に応じた、第１の絞り装置２１、第２の絞り装置２２および第３の絞り装置２３のそれぞれの最適な開度の組み合わせテーブルを予め作成して保存しておき、そのテーブルに基づいて制御する。つまり、全暖房の定格条件、全暖房の中間条件、全冷房、のそれぞれに対応したテーブルを保存しておけばよい。
【０１０９】
気液分離器１０内の圧力Ｐは、気液分離器１０の液流出口３ａから流出した気液二相冷媒の温度を温度センサー５０にて測定し、気液二相冷媒の温度と圧力との関係から検知する。室内熱交換器１１の過冷却度は、温度センサー５２で測定した冷媒の凝縮飽和温度Ｔｃから温度センサー５１で測定した凝縮器出口温度ＴＲｏｕｔを減算することにより検知する。
【０１１０】
なお、図２６に示した絞り装置２１〜２３の開閉動作は一例であり、室内機２０２が複数接続された冷凍サイクル装置２００において、冷房運転をする室内機２０２と暖房運転をする室内機２０２とが混在する冷暖同時運転においては運転に合わせ制御して良い。
【０１１１】
以上、実施の形態８によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、上記の絞り装置２１〜２３の制御により以下の効果が得られる。すなわち、絞り装置２１〜２３を制御して容器１内の冷媒圧力を調整することで、気液界面１０２の形状を適正に制御し、液主体領域１０１からのガス流出管４への液混入を防ぐことが可能となる。
【０１１２】
実施の形態９．
実施の形態９は、前記冷凍サイクル装置２００の第３の絞り装置２３を絞り量が固定の絞り装置に代えたものである。それ以外の冷凍サイクル装置２００の構成は実施の形態１と同様である。また、絞り装置の開度制御の基本的な考え方は実施の形態８と同じである。以下、実施の形態９が実施の形態１および実施の形態８と異なる点を中心に説明する。
【０１１３】
図２７は、本発明の実施の形態９に係る冷凍サイクル装置２００の構成図である。
本実施の形態９に係る冷凍サイクル装置２００は、図４に示した実施の形態１では、第３の絞り装置２３が開度制御可能な絞り装置であったが、実施の形態９の第３の絞り装置２４は、絞り量が固定絞り装置で構成されている。固定絞り装置は、具体的には例えばキャピラリーチューブ、冷媒分配器であるヘッダーで構成される。また固定絞り装置の流動抵抗は、絞りによる縮流の代わりに冷媒配管の管内流路圧損または曲げ圧損などで形成しても良い。
【０１１４】
図２８は、本発明の実施の形態９に係る冷凍サイクル装置２００の絞り装置２１〜２３の開閉動作をまとめた表の一例を示す図である。
【０１１５】
＜全暖房運転で定格条件での絞り装置の制御＞
実施の形態８では、温度センサー５０により測定した液流出口温度ＴＬＳが所定温度範囲を保持するように気液分離器１０の液出口にある第３の絞り装置２３を制御していた。しかし、実施の形態９では、気液分離器１０の液出口の第３の絞り装置２４を固定絞り装置としたので、第３の絞り装置２４の開度制御による液流出口温度ＴＬＳの調整ができない。このため、第１の絞り装置２１と第２の絞り装置２２とで室内熱交換器１１の出口の過冷却度を制御する。つまり、温度センサー５１と温度センサー５２とのそれぞれの測定温度に基づいて過冷却度が目標値となるように第１の絞り装置２１と第２の絞り装置２２とが制御される。なお、例えば、暖房運転において気液分離器１０に流入する冷媒乾き度が０．０５〜０．３０であって、圧縮機１３の周波数が一定値以上または室内機２０２が一定の台数より多く接続されている場合は、定格条件に該当する。
【０１１６】
「全暖房運転で中間条件」および「全冷房運転時」の第１の絞り装置２１、第２の絞り装置２２、第３の絞り装置２４の制御は、第３の絞り装置２４の絞り量が固定になる以外、制御方法は図２６に示した実施の形態８と同じである。
【０１１７】
以上、実施の形態９によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、第３の絞り装置２４の絞り量が固定であり、制御する必要がない。このため、気液分離器１０の液流出口３ａから室内熱交換器１１の入口ヘッダー５までの配管に関し、配管構成の制約が軽減される。すなわち、第３の絞り装置２４を、実施の形態１のように膨張弁などの開度制御が可能な弁で構成した場合、開度の制御性確保のために、例えば膨張弁への冷媒流入方向を垂直上向きに限定するなど配管構成の制約が生じる。しかし、固定絞り装置で構成した第３の絞り装置２４を用いることで、この制約が不要なり、配管構成の制約が軽減される。よって、室外機２０１の筐体内部への冷媒回路の実装が容易となる。
【０１１８】
また、第３の絞り装置２４を、キャピラリーチューブ、冷媒配管または室外熱交換器１２の入口ヘッダー５で構成し、絞り機能を冷媒の管内摩擦圧損または衝突圧損などで得るようにしてもよい。第３の絞り装置２４をこのように構成すれば気液分離器１０の液流出口３ａから室外熱交換器１２の入口ヘッダー５までの配管構成を簡素化でき、低コスト化でき、冷媒配管の室外機２０１内部への実装が容易となる。
【０１１９】
また、上記各実施の形態１〜９においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせて冷凍サイクル装置２００を構成してもよい。また、各実施の形態１〜９のそれぞれにおいて、同様の構成部分について適用される変形例はその変形例を説明した実施の形態以外の他の実施の形態においても同様に適用される。
【符号の説明】
【０１２０】
１  容器、２  流入管、２Ａ  挿入部、２Ｂ  曲げ部、２Ｃ  流入部、２ａ  流入口、３  液流出管、３ａ  液流出口、４  ガス流出管、４ａ  ガス流出口、４ｂ  面、５  入口ヘッダー、６  出口ヘッダー、７  バイパス回路、１０  気液分離器、１１  室内熱交換器、１２  室外熱交換器、１３  圧縮機、１４  四方弁、１５  冷媒タンク、２１  第１の絞り装置、２２  第２の絞り装置、２３  第３の絞り装置、２４  第３の絞り装置、３０ａ  配管、３０ｂ  配管、３１  第１の切替弁、３２  第２の切替弁、３３  第３の切替弁、３４  第４の切替弁、４０  外挿管、４０ａ  面、５０  温度センサー、５１  温度センサー、５２  温度センサー、１００  ガス主体領域、１０１  液主体領域、１０２  気液界面、２００  冷凍サイクル装置、２０１  室外機、２０２  室内機、２０３  制御装置。
【図１】
2018173255.tif 000003
【図２】
2018173255.tif 000004
【図３】
2018173255.tif 000005
【図４】
2018173255.tif 000006
【図５】
2018173255.tif 000007
【図６】
2018173255.tif 000008
【図７】
2018173255.tif 000009
【図８】
2018173255.tif 000010
【図９】
2018173255.tif 000011
【図１０】
2018173255.tif 000012
【図１１】
2018173255.tif 000013
【図１２】
2018173255.tif 000014
【図１３】
2018173255.tif 000015
【図１４】
2018173255.tif 000016
【図１５】
2018173255.tif 000017
【図１６】
2018173255.tif 000018
【図１７】
2018173255.tif 000019
【図１８】
2018173255.tif 000020
【図１９】
2018173255.tif 000021
【図２０】
2018173255.tif 000022
【図２１】
2018173255.tif 000023
【図２２】
2018173255.tif 000024
【図２３】
2018173255.tif 000025
【図２４】
2018173255.tif 000026
【図２５】
2018173255.tif 000027
【図２６】
2018173255.tif 000028
【図２７】
2018173255.tif 000029
【図２８】
2018173255.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月28日(2019.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、気液分離器にて分離されたガス冷媒を圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、主回路において、気液分離器の液流出管と蒸発器との間に第３の絞り装置が設けられ、気液分離器のガス流出管から流出したガス冷媒が流入するバイパス回路に第２の絞り装置が設けられており、気液分離器において、流入管は、容器の側壁の上部側を貫通して挿入され、ガス流出管は、容器の上壁の中央部から容器を垂直に貫通して挿入されており、ガス流出管の容器の上端からの挿入長さであるガス流出管挿入長さＬ１は、容器の高さＨ１に対して、０．２６Ｈ１≦Ｌ１≦０．６５Ｈ１を満たし、かつ、容器の上端からガス流出管のガス流出口までの垂直距離Ｈ２をガス流出管挿入長さＬ１から差し引いた、Ｌ１−Ｈ２が、０．２５Ｈ１＜Ｌ１−Ｈ２を満たすものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図６〜図８は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００における気液分離器１０の内部の様子を示した模式図である。図９は、気液二相冷媒の冷媒圧力と気液密度比との関係を示す概念図である。
気液分離器１０の容器１内は、容器１内に流入する気液二相冷媒の流入速度、乾き度、気液密度比ρｌ／ρｇによって、図６〜図８に示すように液主体領域１０１とガス主体領域１００との割合が変化し、気液界面１０２の形状が変化する。なお、気液密度比ρｌ／ρｇは、気相密度ρｇに対する液相密度ρｌである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
つまり、ガス流出管挿入長さＬ１を、容器高さＨ１との関係で、０．２６Ｈ１以上、０．６５Ｈ１以下とし、また、流入管２の挿入高さ位置からガス流出管４のガス流出口４ａまでの高さ距離である「Ｌ１−Ｈ２」を０．２５Ｈ１超、確保することで、高い気液分離効率を確保できる。以下、この設計とした根拠について説明する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
さらに、ガス流出管４の挿入長さＬ１を０．６５Ｈ１以下とすることで、ガス流出管４のガス流出口４ａと容器底面との距離が０．３５Ｈ１以上確保されることになる。よって、ガス流出管４のガス流出口４ａと気液界面１０２との距離が確保され、ガス流出管４への液主体領域１０１からの冷媒の吸入を防ぐことができ、気液分離性能が向上する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
なお、管内相当直径とは、流路断面積Ａｆおよび断面長Ｌを用いて下記である。
Ｄｉｎｌｅｔ＝４Ａｆ／Ｌ
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の気液分離器１０における気液分離性能の改善効果を示す冷媒質量流入速度と気液分離効率ηとの関係グラフの一例を示す図である。
図１４に示すように、気液分離効率ηは、流入管２を流れる冷媒質量流入速度、すなわち、流入管２から容器内部に流入する冷媒質量流入速度が７００[ｋｇ／ｍ２・ｓ]のときに最も低くなる。また、気液分離効率ηは、冷媒質量流入速度が７００[ｋｇ／ｍ２・ｓ]から離れるにつれて高くなる。そして、気液分離器１０において、流入管２の管内相当直径Ｄｉｎｌｅｔを「０．７１Ｇｒ０．５」より小さくすることで、冷媒質量流入速度を７００[ｋｇ／ｍ２・ｓ]より大きくできることがシミュレーション等によって確認できている。よって、上記（３）式を満足するようにＤｉｎｌｅｔを設定する。また、機器構成上、Ｄｉｎｌｅｔは、容器１の大きさとの関係で、最大でも上記（４）式を満たす設計とすることが好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
このように構成したことにより、流入口２ａから容器１内へ流入した液冷媒および容器１の上端に衝突した液冷媒は、外挿管４０の外面を伝って重力により下方に流れ、そして、液冷媒は面４０ａ上を流れる。面４０ａは下方に行くにつれてラッパ状に外方に広がっているため、液冷媒は中心線Ｏから外方に向う方向、言い換えれば容器１内において壁面側へ流れる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
ここで、容器１の壁面側は中心線Ｏ側に比べて遠心力の効果がより大きい。このため、面４０ａによって容器１の壁面側へ流された液冷媒には、面４０ａを設けない構成に比べて大きな遠心力が作用する。これにより、面４０ａ上の液冷媒に作用する遠心力は、面４０ａ上に位置する液冷媒の表面張力よりも大きくなる。その結果、液冷媒が面４０ａ上から分離されて容器１の壁面側へ向かい、容器１の壁面側へ向かう液冷媒に対して大きな遠心力が作用して気液分離効率が向上する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
以上、実施の形態７によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、気液分離器１０のガス流出管４において流入口２ａよりも下方の高さ位置にラッパ状の面４０ａを設けたので、以下の効果を有する。すなわち、外挿管４０の外面を伝って重力により下方に流れた液冷媒が、面４０ａによって容器１の壁面側へ流され、その液冷媒に対して大きな遠心力を作用させることができ、気液分離効率を向上することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
制御装置２０３は、これらの各温度センサー５０〜５２で測定された測定結果を取得し、これらの測定結果等に基づいて冷凍サイクル装置２００内の各構成部を制御する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
制御装置２０３は、各温度センサー５０〜５２で測定された測定結果を取得し、これらの測定結果等に基づいて冷凍サイクル装置２００内で測定された測定結果に基づいて暖房運転、冷房運転を行う。また、制御装置２０３は、各室内機２０２で必要とされる空調能力を発揮できるように、暖房運転時は目標凝縮温度を決定し、冷房運転時は目標蒸発温度を決定している。ここでは、設定温度と温度センサーで検知された室内空気温度との温度差ΔＴに応じて目標凝縮温度、目標蒸発温度が決定される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
図２５は、本発明の実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００における絞り装置２１〜２３の開度変化に伴う、気液分離効率ηおよび液面高さｈのそれぞれの変化を示すグラフの一例を示す図である。図２５において、横軸は第１の絞り装置２１の開度と第３の絞り装置２３の開度とを示し、右縦軸は液面高さｈ、左縦軸は気液分離効率ηを示している。また、図２５の点線は液面高さｈのグラフであり、実線は気液分離効率ηのグラフである。また、上記図６、図７、図８は、図２５の（Ａ）点、（Ｂ）点、（Ｃ）点に対応しており、以下の説明において図２５と併せて参照されたい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
図２６は、本発明の実施の形態８に係る冷凍サイクル装置２００の絞り装置２１〜２３の開閉動作をまとめた表の一例を示す図である。
図２６に示すように絞り装置２１〜２３の開度制御は、大きく分けて冷凍サイクル装置２００の室内機２０２がすべて暖房運転する全暖房運転の場合と、冷凍サイクル装置２００の室内機２０２がすべて冷房運転する全冷房運転の場合との２パターンに分けられる。そして、全暖房運転はさらに、蒸発器の能力を１００％とした暖房定格の条件での運転時（図２６の「定格」）と、それ以外の運転時（図２６の「中間」）とに分けられる。「定格」は、冷媒循環量Ｇｒｎｏｗ［ｋｇ／ｈ］＞１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２ 、「中間」は、Ｇｒｎｏｗ［ｋｇ／ｈ］≦Ｇｒ０と定義する。ここで、Ｇｒ０［ｋｇ／ｈ］＝１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２と定義する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
図２７は、本発明の実施の形態９に係る冷凍サイクル装置２００の構成図である。
本実施の形態９に係る冷凍サイクル装置２００は、図１に示した実施の形態１では、第３の絞り装置２３が開度制御可能な絞り装置であったが、実施の形態９の第３の絞り装置２４は、絞り量が固定絞り装置で構成されている。固定絞り装置は、具体的には例えばキャピラリーチューブ、冷媒分配器であるヘッダーで構成される。また固定絞り装置の流動抵抗は、絞りによる縮流の代わりに冷媒配管の管内流路圧損または曲げ圧損などで形成しても良い。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
図２８は、本発明の実施の形態９に係る冷凍サイクル装置２００の絞り装置２１、２２、２４の開閉動作をまとめた表の一例を示す図である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
１  容器、２  流入管、２Ａ  挿入部、２Ｂ  曲げ部、２Ｃ  流入部、２ａ  流入口、３  液流出管、３ａ  液流出口、４  ガス流出管、４ａ  ガス流出口、５  入口ヘッダー、６  出口ヘッダー、７  バイパス回路、１０  気液分離器、１１  室内熱交換器、１２  室外熱交換器、１３  圧縮機、１４  四方弁、１５  冷媒タンク、２１  第１の絞り装置、２２  第２の絞り装置、２３  第３の絞り装置、２４  第３の絞り装置、３０ａ  配管、３０ｂ  配管、３１  第１の切替弁、３２  第２の切替弁、３３  第３の切替弁、３４  第４の切替弁、４０  外挿管、４０ａ  面、５０  温度センサー、５１  温度センサー、５２  温度センサー、１００  ガス主体領域、１０１  液主体領域、１０２  気液界面、２００  冷凍サイクル装置、２０１  室外機、２０２  室内機、２０３  制御装置。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、
前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、
前記気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、
前記主回路において、前記気液分離器の前記液流出管と前記蒸発器との間に第３の絞り装置が設けられ、
前記気液分離器の前記ガス流出管から流出したガス冷媒が流入する前記バイパス回路に第２の絞り装置が設けられており、
前記気液分離器において、前記流入管は、前記容器の側壁の上部側を貫通して挿入され、前記ガス流出管は、前記容器の上壁の中央部から前記容器を垂直に貫通して挿入されており、
前記ガス流出管の前記容器の上端からの挿入長さであるガス流出管挿入長さＬ１は、前記容器の高さＨ１に対して、
０．２６Ｈ１≦Ｌ１≦０．６５Ｈ１を満たし、
かつ、
前記容器の上端から前記ガス流出管のガス流出口までの垂直距離Ｈ２を前記ガス流出管挿入長さＬ１から差し引いた、Ｌ１−Ｈ２が、
０．２５Ｈ１＜Ｌ１−Ｈ２を満たす冷凍サイクル装置。
【請求項２】
圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、
前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、
前記気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、
前記主回路において、前記気液分離器の前記液流出管と前記蒸発器との間に第３の絞り装置が設けられ、
前記気液分離器の前記ガス流出管から流出したガス冷媒が流入する前記バイパス回路に第２の絞り装置が設けられており、
前記流入管の管内相当直径Ｄｉｎｌｅｔ［ｍｍ］が、前記容器の内径Ｄｂｏｔｔｌｅ［ｍｍ］、暖房定格運転における冷媒質量流量Ｇｒ［ｋｇ／ｈ］、としたとき、
０＜Ｄｉｎｌｅｔ＜（０．７１Ｇｒ０．５）かつＤｉｎｌｅｔ＜Ｄｂｏｔｔｌｅ／２を満たす冷凍サイクル装置。
【請求項３】
圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、
前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、
前記気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、
前記主回路において、前記気液分離器の前記液流出管と前記蒸発器との間に第３の絞り装置が設けられ、
前記気液分離器の前記ガス流出管から流出したガス冷媒が流入する前記バイパス回路に第２の絞り装置が設けられており、
前記気液分離器の前記流入管は、前記容器外に位置する部分が曲げられた形状を有し、前記容器内に一端が挿入された挿入部と、前記挿入部の他端から延びる曲げ部と、前記曲げ部の先端から延びる流入部とを有し、
前記気液分離器の設置状態を基準に、前記挿入部の中心軸に垂直な平面において前記中心軸との交点を原点とした直交座標系のｘ軸を、前記原点から重力下向きに下ろした垂線であって重力下向きを正とし、ｙ軸を、前記中心軸と前記ｘ軸とを有する平面を境とした左右のうち、前記容器の中心線が存在する側に前記原点から向かう方向を正として定義したとき、前記流入部が、前記ｘ軸の正の向き、前記ｙ軸の正の向き、またはｘ＞０かつｙ＞０である第１象限内に位置するように構成されている冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記流入管の前記挿入部の長さＬ２が、
０＜Ｌ２＜１５Ｄｉｎｌｅｔを満たす請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、
前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、
前記気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、
前記主回路において、前記気液分離器の前記液流出管と前記蒸発器との間に第３の絞り装置が設けられ、
前記気液分離器の前記ガス流出管から流出したガス冷媒が流入する前記バイパス回路に第２の絞り装置が設けられており、
前記気液分離器の液流出口から流出した冷媒の温度を測定する第１の温度センサーと、前記凝縮器の出口冷媒の温度を測定する第２の温度センサーと、前記蒸発器の蒸発温度を測定する第３の温度センサーとを備え、
前記気液分離器内に溜まった液冷媒が前記気液分離器のガス流出口から流出しないように、前記圧縮機の周波数と各温度センサーの測定結果とに基づいて前記第１の絞り装置、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置が制御される冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記第１の絞り装置の開度が大きくなると、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置の開度が小さくなる請求項５記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、
前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、
前記気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、
前記主回路において、前記気液分離器の前記液流出管と前記蒸発器との間に第３の絞り装置が設けられ、
前記気液分離器の前記ガス流出管から流出したガス冷媒が流入する前記バイパス回路に第２の絞り装置が設けられており、
前記主回路の冷媒循環量Ｇｒｎｏｗ［ｋｇ／ｈ］が、前記流入管の管内相当直径をＤｉｎｌｅｔ［ｍｍ］としたときに、
０＜Ｇｒｎｏｗ≦１．９８（Ｄｉｎｌｅｔ）２
を満足する場合に、前記第２の絞り装置が閉となる冷凍サイクル装置。
【請求項８】
圧縮機と、凝縮器と、第１の絞り装置と、遠心力の作用によって冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する遠心分離方式の気液分離器と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する主回路と、
前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路とを備え、
前記気液分離器は、筒状の容器と、流入管と、ガス流出管と、液流出管とを備え、
前記主回路において、前記気液分離器の前記液流出管と前記蒸発器との間に第３の絞り装置が設けられ、
前記気液分離器の前記ガス流出管から流出したガス冷媒が流入する前記バイパス回路に第２の絞り装置が設けられており、
前記凝縮器として機能する室内熱交換器を収容した複数の室内機と、前記蒸発器として機能する室外熱交換器を収容した室外機とを備え、
前記第１の絞り装置、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置は、前記室内機の接続台数と、前記圧縮機の周波数と、各温度センサーの測定結果とに基づいて制御される冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記気液分離器の前記流入管は、前記容器外に位置する部分が曲げられた形状を有し、前記容器内に一端が挿入された挿入部と、前記挿入部の他端から延びる曲げ部と、前記曲げ部の先端から延びる流入部とを有する請求項１、請求項２、請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記流入管の前記挿入部の長さＬ２が、
０＜Ｌ２＜１５Ｄｉｎｌｅｔを満たす請求項９記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記気液分離器の設置状態を基準に、前記挿入部の中心軸に垂直な平面において前記中心軸との交点を原点とした直交座標系のｘ軸を、前記原点から重力下向きに下ろした垂線であって重力下向きを正とし、ｙ軸を、前記中心軸と前記ｘ軸とを有する平面を境とした左右のうち、前記容器の中心線が存在する側に前記原点から向かう方向を正として定義したとき、前記流入部が、前記ｘ軸の正の向き、前記ｙ軸の正の向き、またはｘ＞０かつｙ＞０である第１象限内に位置するように構成されている請求項９または請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記気液分離器は液流出口を備え、
前記液流出口が、前記ガス流出管の前記容器側の端部であるガス流出口と平面的に見て重ならない位置に配置されている請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記気液分離器は、前記容器の側壁の底部側または前記容器の底壁に接続された液流出管を備え、
前記液流出管の前記容器側の端部で前記液流出口が形成される請求項１２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記気液分離器において前記ガス流出管の外周であって、前記冷媒が前記気液分離器に流入する流入口よりも下方の高さ位置に、下方に行くにつれて外側に広がるラッパ状の面が形成されている請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記気液分離器の前記容器が、重力方向下向きに凸の錘面状である請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
前記気液分離器内に溜まった液冷媒が前記気液分離器のガス流出口から流出しないように、前記第１の絞り装置、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置が制御される請求項１〜請求項４、請求項７〜請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
前記気液分離器の液流出口から流出した冷媒の温度を測定する第１の温度センサーと、前記凝縮器の出口冷媒の温度を測定する第２の温度センサーと、前記蒸発器の蒸発温度を測定する第３の温度センサーとを備え、
前記圧縮機の周波数と各温度センサーの測定結果とに基づいて前記第１の絞り装置、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置が制御される請求項１６記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１８】
前記第１の絞り装置の開度が大きくなると、前記第２の絞り装置および前記第３の絞り装置の開度が小さくなる請求項１６または請求項１７に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１９】
前記第３の絞り装置は、絞り量が固定の固定絞り装置である請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２０】
前記第３の絞り装置は、キャピラリーチューブ、冷媒配管またはヘッダである請求項１９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２１】
前記凝縮器として機能する室内熱交換器を収容した室内機と、前記蒸発器として機能する室外熱交換器を収容した室外機とを備えた請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２２】
前記主回路における冷媒の流れを切り替えて暖房運転と冷房運転とを切り替える四方弁を備え、
前記冷房運転時に前記室内熱交換器は蒸発器、前記室外熱交換器は凝縮器として機能し、
前記冷房運転において前記第３の絞り装置は全開とされる請求項２１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２３】
複数の前記室外機の全てで冷房運転を行う全冷房運転時に、前記第２の絞り装置が閉となる請求項８記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２４】
複数の前記室外機の全てで冷房運転を行う全冷房運転時に、前記第３の絞り装置が全開となる請求項８記載の冷凍サイクル装置。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２６】
2018173255.tif 000031
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２８】
2018173255.tif 000032
【国際調査報告】
2018173255.tif 000033
2018173255.tif 000034
2018173255.tif 000035
2018173255.tif 000036