(57)【要約】【課題】低蒸発温度域で油密度が冷媒密度より小さくなり且つ非相溶性もしくは弱相溶性となる油を適用し、広い運転条件で圧縮機への返油を高効率で行なうことができる受液器を提供する。【解決手段】アキュムレーター５０は、第１密閉容器１、第１密閉容器１の上部空間に開口する入口管２と、第１密閉容器１の下部空間に開口する第１返油管５と、第１密閉容器１の下流側に設けた第２密閉容器６と、第１密閉容器１と第２密閉容器６に連接し、上流側が第１密閉容器１内で所定の高さに開口し、下流側が第２密閉容器６の上部空間に開口してするオーバーフロー管４と、第２密閉容器６の下部空間に開口する第２返油管９と、第２密閉容器６の上部空間に開口する出口管３と、第２密閉容器６に貯留される冷凍機油と冷媒の滞留状態を変動させる冷媒噴射管１０と、を有している。【選択図】図１
2012007864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液溜め容器と、
前記第１液溜め容器の上部空間に開口する入口管と、
前記第１液溜め容器の下部空間に開口する第１返油管と、
前記第１液溜め容器の下流側に設けた第２液溜め容器と、
前記第１液溜め容器と前記第２液溜め容器に連通しているオーバーフロー手段と、
前記第２液溜め容器の下部空間に開口する第２返油管と、
前記第２液溜め容器の上部空間に開口する出口管と、
前記第２液溜め容器に貯留される冷凍機油と冷媒の滞留状態を変動させる外部入力手段と、を有している
ことを特徴とする受液器。
【請求項２】
前記第１液溜め容器及び前記第２液溜め容器は、
それぞれ独立した密閉容器で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の受液器。
【請求項３】
前記第１液溜め容器及び前記第２液溜め容器は、
１つの密閉容器が仕切り板によって区切られた第１空間と第２空間とで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の受液器。
【請求項４】
前記オーバーフロー手段を、上流側が前記第１液溜め容器内で所定の高さに開口し、下流側が前記第２液溜め容器の上部空間に開口する配管で構成している
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の受液器。
【請求項５】
前記オーバーフロー手段を、前記第１空間と前記第２空間とを区切る前記仕切り板に設けた開口部で構成している
ことを特徴とする請求項３に記載の受液器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の受液器を冷媒回路を構成している圧縮機の吸入側に設け、
前記外部入力手段を、
上流側が前記冷媒回路内における前記第２液溜め容器の内圧よりも高い圧力を有している位置に連結され、下流側が前記第２液溜め容器の内部に開口されている冷媒噴射管で構成している
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第２液溜め容器の外部における前記冷媒噴射管に第１開閉弁を設けている
ことを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の受液器を冷媒回路を構成している圧縮機の吸入側に設け、
前記外部入力手段を、
前記第２液溜め容器を加熱する加熱装置で構成している
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記第１液溜め容器及び前記第２液溜め容器の外部における前記第１返油管に第２開閉弁を設けている
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記第２液溜め容器に滞留する冷凍機油と冷媒の状態を前記受液器の吸入側における冷媒の圧力及び温度の少なくとも１つで判断して、前記第１開閉弁の開閉、もしくは、前記第２開閉弁の開閉、または、前記加熱装置の通電を制御する二層分離検知制御手段を設けた
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記二層分離検知制御手段は、
液冷媒の上層に冷凍機油の層があると判断すると、前記第１開閉弁を開放、もしくは、前記第２開閉弁を閉止、または、前記加熱装置をＯＮし、
冷凍機油と冷媒とが相溶状態または液冷媒の下層に冷凍機油の層があると判断すると、前記第２開閉弁を閉止、もしくは、前記第１開閉弁を開放、または、前記加熱装置をＯＦＦする
ことを特徴とする請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
蒸発温度が所定値よりも低くなると油密度が冷媒密度より小さくなり、かつ、非相溶性もしくは弱相溶性となる冷凍機油を使用している
ことを特徴とする請求項６〜１１のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
高圧側において超臨界状態となる冷媒を使用している
ことを特徴とする請求項６〜１２のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記受液器がアキュムレーター又はレシーバーである
ことを特徴とする請求項１３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】
この発明は、冷凍サイクル装置の一構成要素として使用される受液器及びその受液器を一構成要素として用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、空気調和装置等の冷凍サイクル装置においては、運転条件の変化に伴う熱交換器内の冷媒量の変動を吸収するために受液器を設けている。受液器としては、たとえば、圧縮機の吸入側に配置され、蒸発器から流出した冷媒を貯留するアキュムレーターや、中圧状態の冷媒が導通する位置に配置され、凝縮器から流出した冷媒あるいは蒸発器から流出した冷媒を貯留するレシーバー等がある。
【０００３】
そのうちのアキュムレーターには、運転中の余剰冷媒を溜める機能の他、液冷媒流出量を圧縮機の液バック耐力（圧縮機へ液冷媒が流入することを液バックと称し、液バック率＝液冷媒流出量／冷媒循環流量を限界値以下とする）以内に抑えながら、圧縮機から冷媒とともに吐出されてしまった冷凍機油をアキュムレーター内部に多量に溜めることなく確実に圧縮機に返油する機能が要求される。余剰冷媒量は、温度条件や圧縮機の運転周波数等によって変動する。冷媒循環流量が少なくなる低周波数、低蒸発温度条件では、余剰冷媒量が多くなり、冷媒循環量が多くなる高周波数、高蒸発温度条件においては、余剰冷媒量が少なくなる。
【０００４】
従来の冷凍サイクル装置の構成として、複数台のアキュムレーターを流路に対し直列にかつ後流側のアキュムレーターを前流側のアキュムレーターよりも高い位置に位置させて配設するとともに、後流側のアキュムレーターの底部と前流側のアキュムレーターとを逆止弁を有する回路を介して接続しているものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２９５７号公報（第３頁〜４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のアキュムレーターを冷凍サイクル装置に組み込み、低蒸発温度域で油密度が冷媒密度より小さくなり且つ非相溶性もしくは弱相溶性となる油を冷凍機油として適用すると、アキュムレーター内で液冷媒上層部に分離した冷凍機油を圧縮機に戻すことができず、圧縮機の摺動部の焼き付きを生じてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、広い運転条件で圧縮機への返油を高効率で行なうことができる受液器、及び、その受液器を用いた信頼性の高い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】
【０００８】
本発明に係る受液器は、第１液溜め容器と、前記第１液溜め容器の上部空間に開口する入口管と、前記第１液溜め容器の下部空間に開口する第１返油管と、前記第１液溜め容器の下流側に設けた第２液溜め容器と、前記第１液溜め容器と前記第２液溜め容器に連通しているオーバーフロー手段と、前記第２液溜め容器の下部空間に開口する第２返油管と、前記第２液溜め容器の上部空間に開口する出口管と、前記第２液溜め容器に貯留される冷凍機油と冷媒の滞留状態を変動させる外部入力手段と、を有していることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の受液器、圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び、蒸発器を少なくとも搭載していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る受液器によれば、第１液溜め容器と第２液溜め容器で各温度条件の滞留状態にマッチした圧縮機への返油を実現することができる。また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の受液器を圧縮機の吸入側に設けているので、圧縮機への返油を高効率で実行でき、圧縮機の摺動部の焼き付き等を抑制でき、信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアキュムレーターの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るアキュムレーターを用いた冷凍サイクル装置の基本的な冷媒回路構成を模式的に示す回路構成図である。
【図３】図２で示す冷媒回路中に示した記号Ａ〜Ｅにおける冷媒状態をＰ−ｈ線図上に示したものである。
【図４】本発明の実施の形態１に係るアキュムレーターの冷媒と冷凍機油の流動パターンを説明するための説明図である。
【図５】冷凍サイクル装置に使用する冷凍機油及び冷媒の密度特性の一例を表すグラフである。
【図６】蒸発温度が変化した際のアキュムレーター内での代表的な流動パターンを説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るアキュムレーターの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るアキュムレーターを備えた冷凍サイクル装置の構成を模式的に示す回路構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るアキュムレーターの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るアキュムレーターを備えた冷凍サイクル装置の構成を模式的に示す回路構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係るアキュムレーターの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係るアキュムレーターの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るアキュムレーター５０の断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図１に基づいて、アキュムレーター５０の構成及び動作について説明する。なお、図１では、アキュムレーター５０内に液冷媒７と冷凍機油８を貯留している状態を例に示している。また、図１を含め、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。さらに、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。
【００１３】
実施の形態１に係るアキュムレーター５０は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置（図２で説明する）を構成する要素機器の１つとして搭載されるものである。このアキュムレーター５０は、図示省略の圧縮機（図２で示す圧縮機５５）の吸入側に配置され、運転中の余剰冷媒を溜める機能、液冷媒流出量を圧縮機の液バック耐力以内に抑えながら、及び、圧縮機から冷媒とともに吐出されてしまった冷凍機油を圧縮機に返油する機能を有している。
【００１４】
図１に示すように、アキュムレーター５０は、圧力容器である第１密閉容器（第１液溜め容器）１と第２密閉容器（第２液溜め容器）６とが冷媒流路に対して直列に接続されて構成されている。なお、図１では、第１密閉容器１の内部では液冷媒７及び冷凍機油８が二層分離して貯留され、第２密閉容器６の内部では液冷媒７及び冷凍機油８が混濁して貯留されている。以降、液冷媒７と冷凍機油８とが混濁している状態を太斜線で表す。アキュムレーター５０内の冷媒と冷凍機油８の動作については図４及び図５で詳細に説明する。
【００１５】
第１密閉容器１の下部と第２密閉容器６の上部とは、オーバーフロー手段として機能するオーバーフロー管４で連接されている。つまり、第１密閉容器１と第２密閉容器６とは、オーバーフロー管４で連通している。このオーバーフロー管４の上端部（上流側）は第１密閉容器１内における所定の高さで開口し、下端部（下流側）は第２密閉空間６内における所定の高さで開口している。図１では、オーバーフロー管４の上端部及び下端部は、第１密閉容器１内の上部空間及び第２密閉容器６内の上部空間に開口している状態を例に示している。なお、オーバーフロー管４の第１密閉容器１内の開口高さ（オーバーフロー管４の上端部の位置）は、機器の構成や運転範囲により適切な範囲に設定されているが、詳細は図４〜図６で述べる。
【００１６】
第１密閉容器１の上部には、入口管２が設けられている。入口管２は、端部（下端部）が第１密閉容器１の上部空間に開口している。第１密閉容器１の底部には、圧縮機吸入側配管に連結する第１返油管５が設けられている。第１返油管５は、端部（第１密閉容器１側の端部）が第１密閉容器１の下部空間に開口している。第２密閉容器６の側面には、出口管３が設けられている。出口管３は、端部（第２密閉容器６側の端部）が上部空間に開口している。第２密閉容器６の底部には、圧縮機吸入側配管に連結する第２返油管９が設けられている。第２返油管９は、第２密閉容器６内の下部空間に開口している。
【００１７】
また、第２密閉容器６の下部空間には、圧縮機吐出側配管に連結し、高温高圧冷媒が導かれる冷媒噴射孔１１を有する冷媒噴射管１０が設けられている。この冷媒噴射管１０が、第２密閉容器６に貯留される冷凍機油と液冷媒の滞留状態を変動させる外部入力手段として機能する。なお、図１に示すように、圧縮機と冷媒噴射管１０とを接続している配管には開閉が制御されることで冷媒を導通したりしなかったりする第１開閉弁１５が設けられている。
【００１８】
図２は、実施の形態１に係るアキュムレーター５０を用いた冷凍サイクル装置Ａの基本的な冷媒回路構成を模式的に示す回路構成図である。図２に基づいて、実施の形態１に係るアキュムレーター５０を用いた冷凍サイクル装置Ａの回路構成及び動作について説明する。冷凍サイクル装置Ａは、室外ユニット（熱源機）１００と、室内ユニット（負荷側ユニット）２００と、が配管接続されて構成されている。
【００１９】
［室外ユニット１００］
室外ユニット１００は、たとえば建物の屋上等の室外に設置され、室内ユニット２００に温熱又は冷熱を供給する機能を有している。この室外ユニット１００には、少なくとも圧縮機５５と、流路切替手段である四方弁５２と、室外熱交換器（熱源側熱交換器）５３と、アキュムレーター５０と、が直列に接続されて搭載されている。なお、室外ユニット１００には、室外熱交換器５３に空気を強制的に供給するためのファン等の送風機を室外熱交換器５３の近傍位置に設けるとよい。
【００２０】
また、室外ユニット１００において、圧縮機５５の出口側（吐出側）には、圧縮機５５の出口側に接続されている吐出側配管とアキュムレーター５０（第２密閉容器６）とを連結する冷媒噴射管１０を設けている。この冷媒噴射管１０の途中には、第１開閉弁１５を設けている。第１開閉弁１５は、アキュムレーター５０の吸入側に設けた圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２により検知された圧力情報もしくは温度情報に基づいて制御手段（二層分離検知）２３により開閉制御される。
【００２１】
圧縮機５５は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。四方弁５２は、室内ユニット２００の運転モードに応じて冷媒の流れを切り替えるものである。室外熱交換器５３は、運転モードに応じて蒸発器や放熱器（凝縮器）として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。アキュムレーター５０は、圧縮機５５の吸入側に配置され、余剰冷媒を貯留するものである。
【００２２】
圧力検知手段２１は、アキュムレーター５０の吸入側（上流側）に設けられ、この部分を流れる冷媒の圧力を検知するものである。圧力検知手段２１で検知された圧力情報は、制御手段２３に送られるようになっている。温度検知手段２２は、アキュムレーター５０の吸入側（上流側）に設けられ、この部分を流れる冷媒の温度を検知するものである。温度検知手段２２で検知された温度情報は、制御手段２３に送られるようになっている。制御手段２３は、マイコン等で構成されており、各種検知手段での検出情報及び図示省略のリモコンからの指示に基づいて、圧縮機５５の駆動周波数、送風機の回転数、四方弁５２の切り替え、後述する膨張弁５７の開度、及び、第１開閉弁１５の開閉を制御するようになっている。
【００２３】
［室内ユニット２００］
室内ユニット２００は、たとえば居住空間等の空調対象空間に設置され、室外ユニット１００からの温熱又は冷熱の供給を受けて空調対象空間の暖房又は冷房を行なう機能を有している。室内ユニット２００には、少なくとも膨張弁５７と、室内熱交換器（負荷側熱交換器）５９と、が直列に接続されて搭載されている。なお、室内ユニット２００には、室内熱交換器５９に空気を強制的に供給するためのファン等の送風機を室内熱交換器５９の近傍に設けるとよい。
【００２４】
膨張弁５７は、冷媒を減圧して膨張させるものである。この膨張弁５７は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。室内熱交換器５９は、放熱器（凝縮器）や蒸発器として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。なお、膨張弁５７及び室内熱交換器５９は、直列に接続されている。
【００２５】
ここで、冷凍サイクル装置Ａの運転動作について説明する。まず、室内ユニット２００で冷房運転を行なう場合を図２及び図３を参照しながら説明する。図３は、図２で示す冷媒回路中に示した記号Ａ〜Ｅにおける冷媒状態をＰ−ｈ線図上に示したものである。室内ユニット２００で冷房運転を行なう場合では、室外ユニット１００の四方弁５２が第１口５２ａと第２口５２ｂが連通し、第３口５２ｃと第４口５２ｄが連通するように設定される（図３中実線で示している）。なお、図３では、縦軸が冷媒圧力を、横軸が比エンタルピーを、それぞれ表している。図３に示す点Ａ→点Ｅが、図２における回路図の点Ａ〜点Ｅに対応している。
【００２６】
また、使用する冷媒としては、臨界温度（約３１℃）以上で超臨界状態となるＣＯ2 を想定しており、この場合の冷媒状態を図３のＰ−ｈ線図に表している。また、冷凍機油としては、低蒸発温度域で油密度が液冷媒密度より小さくなり、かつ、非相溶性もしくは弱相溶性となるものを封入しているものとする。なお、冷媒をＣＯ2 に限定するものではない。
【００２７】
低温・低圧の冷媒が圧縮機５５によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機５５から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁５２の第１口５２ａから第２口５２ｂを通り（状態Ａ）、室外熱交換器５３に流入する。そして、室外熱交換器５３で被加熱媒体（たとえば室外空気）に放熱し（状態Ｂ）、液冷媒となる。室外熱交換器５３から流出した液冷媒は、室外ユニット１００から流出し、室内ユニット２００に流入する。
【００２８】
室内ユニット２００に流入した液冷媒は、膨張弁５７で減圧されてから室内熱交換器５９に流入する（状態Ｃ）。室内熱交換器５９に流入した冷媒は、空調対象空間の熱負荷を処理する。つまり、室内熱交換器５９に流入した冷媒は、室内空気から吸熱することで、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒となる。その後、室内ユニット２００からも流出し、室外ユニット１００に流入する。室外ユニット１００に流入した冷媒は、四方弁５２の第４口５２ｄから第３口５２ｃを通って、アキュムレーター５０の入口管２を経由して第１密閉容器１内に流入する（状態Ｄ）。このとき、アキュムレーター５０に流入した冷媒と冷凍機油は、アキュムレーター５０内で気液分離された後、圧縮機５５に流入する（状態Ｅ）。
【００２９】
図３に示すスーパーヒートが圧縮機５５に吸入される冷媒の状態を表している。スーパーヒートがとれる場合は、アキュムレーター５０に流入する冷凍機油と冷媒は、冷凍機油とガス冷媒の混合状態となっている。そして、ガス冷媒は、アキュムレーター５０に連接されている入口管２から出口管３を経由して圧縮機５５に吸引される。スーパーヒートがとれない場合は、冷凍機油と液冷媒、ガス冷媒（２相流）の混合状態となっている。そして、ガス冷媒は、アキュムレーター５０に連接されている入口管２から出口管３を経由して圧縮機５５に吸引される。一方、冷凍機油と液冷媒は、第１返油管５と、第２返油管９と、を通って、出口管３に流入し、圧縮機５５に吸引される。なお、第１開閉弁１５の動作及び制御については、図４〜図６で詳細に説明する。
【００３０】
なお、室内ユニット２００で暖房運転を行なう場合には、四方弁５２が破線のように切り換えられ、その結果、室外熱交換器５３とアキュムレーター５０が連通し、圧縮機５５の吐出側と室内熱交換器５９とが連通する。暖房運転時も、スーパーヒートの状態に対するアキュムレーター５０に流入する冷凍機油と冷媒の挙動は、冷房運転時と同様である。
【００３１】
図４は、実施の形態１に係るアキュムレーター５０の冷媒と冷凍機油の流動パターンを説明するための説明図である。図５は、冷凍サイクル装置Ａに使用する冷凍機油及び冷媒の密度特性の一例を表すグラフである。図４及び図５に基づいて、アキュムレーター５０の動作を説明する。なお、図４では、点線矢印がガス冷媒の流れを、黒塗り矢印が冷凍機油の流れを、白抜き矢印が液冷媒の流れを、斜線矢印が高温高圧状態のガス冷媒の流れを、それぞれ表している。さらに、図４では、液冷媒７と冷凍機油８とが二層分離している状態を例に示している。
【００３２】
冷凍サイクル装置Ａに使用する冷凍機油としては、たとえば図５に示すような密度特性をもち、かつ、非相溶もしくは弱相溶性となるもの（たとえば、ＨＡＢ油（ハードアルキルベンゼン油）やＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等）を適用すればよい。このような性質のものを冷凍機油として用いた場合、低蒸発温度域においてアキュムレーター５０内で冷凍機油と余剰冷媒とが油濃度の高い液層と油濃度の低い液層とに層分離し滞留することになる。以降、油濃度の高い液層を冷凍機油８、油濃度の低い液層を液冷媒７と称し、冷凍機油と冷媒の流れを説明する。
【００３３】
圧縮機５５から吐出された冷凍機油と冷媒は、冷凍サイクル内を循環し、アキュムレーター５０の入口管２から第１密閉容器１内に流入する。図４に示すように、冷凍機油と冷媒がアキュムレーター５０に流入すると、冷凍機油と液冷媒は、第１密閉容器１の上部空間で気液分離され、第１密閉容器１の下部に滞留される。蒸発温度が低い条件では、冷凍サイクル回路を流れる冷媒の循環流量が少なく、多量の余剰冷媒がアキュムレーター５０内に滞留することになる。そして、冷凍機油の密度と、液冷媒の密度と、が逆転する蒸発温度（図５に示す密度逆転温度（冷媒の種類、冷凍機油の種類で異なる））以下になると、冷凍機油８の密度が液冷媒７の密度より小さくなるため、液冷媒７の上層に分離し、冷凍機油８が滞留する。
【００３４】
ここで、オーバーフロー管４の開口高さ（第１密閉容器１内における開口高さ）は、密度逆転温度以下となる蒸発温度条件の最小余剰冷媒の高さよりも低くなるように設定されている。したがって、液冷媒７の上層に分離する冷凍機油８は、入口管２から流入するガス冷媒とともにオーバーフロー管４の開口端からオーバーフローして、つまりオーバーフロー管４を流れて第２密閉容器６内に流れ込むことになる。すなわち、第２密閉容器６には第１密閉容器１で貯留しきれない余剰冷媒と冷凍機油とが滞留することになる。第１密閉容器１に多量の余剰冷媒が貯留されるので、第２密閉容器６に貯留される液冷媒と冷凍機油の比率は、１つの密閉容器で貯留する場合に比べて油の比率が高い（油リッチ）状態となっている。
【００３５】
制御手段２３は、圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０の吸入側の圧力もしくは温度によって第１開閉弁１５の開閉を制御している。制御手段２３は、圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０の吸入側の圧力もしくは温度が所定値以下（たとえば、温度検知の場合、密度逆転温度の値＋５Ｋより小さい値等）であると判断すると、第１開閉弁１５を開くように制御する。つまり、制御手段２３は、圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０の吸入側の圧力もしくは温度によって、第２密閉容器６に滞留する冷凍機油と冷媒の状態を判断し、第１開閉弁１５の開閉を制御している。
【００３６】
第１開閉弁１５が開くと、圧縮機５５から吐出された高温・高圧状態のガス冷媒が冷媒噴射管１０に流入し、冷媒噴射管１０に設けた冷媒噴射孔１１から第２密閉容器６の下部に噴射されることになる。冷媒噴射孔１１から高温・高圧状態のガス冷媒が噴射されると、第２密閉容器６内において液冷媒層と油層とを攪拌して層分離状態を解消できる。したがって、第１返油管５からは第１密閉容器１に滞留する液ヘッドと冷媒の流路圧損によって液冷媒が吸い込まれ、第２返油管９からは冷凍機油と液冷媒との混合液が吸い込まれる。
【００３７】
以上から、冷凍サイクル装置Ａでは、第２密閉容器６内の液冷媒量を少なくした状態で、液冷媒と冷凍機油とを攪拌・混合するので、層分離状態を解消するのに必要な動力（ここでは噴射ガス量分の圧縮動力）が小さくて済み、性能低下を抑制しながら、確実に冷凍機油の回収を行なえるようになっている。
【００３８】
図６は、蒸発温度が変化した際のアキュムレーター５０内での代表的な流動パターンを説明するための説明図である。図６に基づいて、蒸発温度が変化した際のアキュムレーター５０内での冷凍機油と冷媒の流動パターンについて説明する。図６では、蒸発温度を横軸として表している。図６（ａ）が蒸発温度が低い条件における流動パターンを、図６（ｂ）が蒸発温度が０℃周辺における流動パターンを、図６（ｃ）が蒸発温度が高い条件における流動パターンを、それぞれ表している。また、図４と同様に、点線矢印がガス冷媒の流れを、黒塗り矢印が冷凍機油の流れを、白抜き矢印が液冷媒の流れを、斜線矢印が高温・高圧状態のガス冷媒の流れ、をそれぞれ表している。
【００３９】
図６（ａ）に示す条件では、蒸発温度が密度逆転温度より低くなり、余剰冷媒量が多く、液冷媒上層に冷凍機油が浮くようになる。このような条件では、上述した通り、基本的に第１密閉容器１で余剰冷媒を溜め、第２密閉容器６では貯留量を少なく、かつ油リッチな状態を作って攪拌動力を加え、冷凍機油と液冷媒を混濁させて、第２返油管９から冷凍機油を回収する。
【００４０】
図６（ｂ）に示す条件では、蒸発温度が密度逆転温度より高くなり、液冷媒７の下層に冷凍機油８が分離する。つまり、図６（ａ）に示す条件に比べて、冷媒循環量が増え、余剰冷媒量は少なくなる。このような条件では、第１返油管５からは、濃度の高い冷凍機油が流入し、出口管３を経て圧縮機５５に吸入される。第２密閉容器６には、第１密閉容器１からオーバーフローした液冷媒が流入し、液冷媒が滞留する。第２返油管９からは液冷媒が流出するが、液ヘッドが小さく、液バック率は減少する。このときは、蒸発温度が密度逆転温度より高いので、第１開閉弁１５は閉状態となっており、動力損失はない。
【００４１】
図６（ｃ）に示す条件では、蒸発温度がさらに高くなり、第１密閉容器１内には冷凍機油のみが滞留する。このような条件のときは、余剰冷媒がなく液ヘッドは小さい。一方で、冷媒循環流量が多く、圧縮機５５からの油流出量は多くなる。すなわち、小さい液ヘッドで返油を行なう必要があるが、圧損は流速の２乗に比例して大きくなるため、冷媒循環量が多くなると第１返油管５に大きな吸引力が作用し、小さい液ヘッドでも返油が行なえるようになる。このときも、図６（ｂ）と同様に、蒸発温度が密度逆転温度より高いので、第１開閉弁１５は閉状態となっており、動力損失はない。
【００４２】
実施の形態１では、図５に示すように、低蒸発温度域で油密度が液冷媒密度より小さくなり、かつ、非相溶性もしくは弱相溶性となる冷凍機油を用いた場合を例に示したが、これに限定するものではない。すなわち、相溶性の冷凍機油でも、低温条件で一時的に油濃度の高い層が油濃度の低い層の上に二層分離する場合（たとえば、冷凍サイクル装置Ａを停止していたような場合）があるため、相溶性の冷凍機油に実施の形態１の特徴事項を適用しても同様の効果が期待できる。
【００４３】
以上のように、実施の形態１に係るアキュムレーター５０によれば、油濃度の高い層と油濃度の低い層とが逆転する場合にも、小さな動力を追加するだけで、圧縮機５５への返油を実現することができる。すなわち、限られた条件でのみ小さな動力が付加されるだけなので、広い運転範囲で圧縮機５５への返油を効率よく実現できることになる。したがって、冷凍サイクル装置Ａは、アキュムレーター５０を備えたことにより、高性能で、かつ圧縮機５５の摺動部の焼き付き等のない信頼性の高いものとなる。
【００４４】
なお、実施の形態１では、冷媒噴射管１０を圧縮機５５の吐出側に接続し、高温・高圧状態のガス冷媒を冷媒噴射管１０に導くようにしたが、これに限定するものではない。つまり、冷媒噴射管１０の上流側接続部が、冷凍サイクル装置Ａ内の第２密閉容器６内の圧力より高ければ、別の圧力配管や圧力容器に接続されていても、同様の効果が得られる。また、実施の形態１では、冷媒噴射管１０を第２密閉容器６の内部に突き出し、複数の冷媒噴射孔１１が第２密閉容器６の内部に配置されるようにしたが、第２密閉容器６の外周面に接続させるようにしても、同様の効果が得られる。
【００４５】
実施の形態２.
図７は、本発明の実施の形態２に係るアキュムレーター５０Ｂの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図８は、実施の形態２に係るアキュムレーター５０Ｂを備えた冷凍サイクル装置Ｂの構成を模式的に示す回路構成図である。図６を参照しながら、図７及び図８に基づいて、実施の形態２に係るアキュムレーター５０Ｂの特徴事項について説明する。なお、図７では、アキュムレーター５０Ｂ内に液冷媒７と冷凍機油８を貯留している状態を例に示している。また、実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。
【００４６】
実施の形態２に係るアキュムレーター５０Ｂ及び冷凍サイクル装置Ｂは、第１返油管５に第２開閉弁１６を設けている点で実施の形態１に係るアキュムレーター５０及び冷凍サイクル装置Ａと相違している。図６（ａ）に示す密度逆転温度より低い蒸発温度条件においては、第１密閉容器１に余剰冷媒が貯留され、液ヘッドも大きいために、第１返油管５から圧縮機５５へ大量に液バックし、圧縮機５５の摺動部に多量の液冷媒が供給され、軸受の耐久性が低下する恐れがある。
【００４７】
そこで、実施の形態２では、第１返油管５に第２開閉弁１６を設けるようにしている。制御手段２３は、図８に示す圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０Ｂの吸入側の圧力もしくは温度によって第２開閉弁１６の開閉を制御している。制御手段２３は、圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０Ｂの吸入側の圧力もしくは温度が所定値以下（たとえば、温度検知の場合、密度逆転温度の値＋５Ｋより小さい値等）であると判断すると、第２開閉弁１６を閉じるように制御する。つまり、制御手段２３は、圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０Ｂの吸入側の圧力もしくは温度によって、第２密閉容器６に滞留する冷凍機油と冷媒の状態を判断し、第２開閉弁１６の開閉を制御している。
【００４８】
したがって、実施の形態２に係るアキュムレーター５０Ｂ及び冷凍サイクル装置Ｂによれば、実施の形態１で説明した効果に加え、図６（ａ）に示す密度逆転温度より低い蒸発温度条件においても、第１返油管５から液冷媒が流出しないので、液バック率を大幅に低減できる効果がある。
【００４９】
実施の形態３.
図９は、本発明の実施の形態３に係るアキュムレーター５０Ｃの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図１０は、実施の形態３に係るアキュムレーター５０Ｃを備えた冷凍サイクル装置Ｃの構成を模式的に示す回路構成図である。図９及び図１０に基づいて、実施の形態３に係るアキュムレーター５０Ｃの特徴事項について説明する。なお、図９では、アキュムレーター５０Ｃ内に液冷媒７と冷凍機油８を貯留している状態を例に示している。また、実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明するものとする。
【００５０】
実施の形態３に係るアキュムレーター５０Ｃは、蒸発温度が密度逆転温度より低くなる条件（図６（ａ）参照）において、第２密閉容器６に貯留される液冷媒と冷凍機油の層分離を解消するための機構として、第２密閉容器６の外側に加熱装置の一種である加熱ヒーター１２を設けている点で実施の形態１に係るアキュムレーター５０及び実施の形態２に係るアキュムレーター５０Ｂと相違している。この加熱ヒーター１２が第２密閉容器６に貯留される冷凍機油と液冷媒の滞留状態を変動させる外部入力手段として機能する。したがって、アキュムレーター５０Ｃにおいては、第２密閉容器６に冷媒噴射管１０が接続されていない。
【００５１】
図９に示すように、アキュムレーター５０Ｃは、第２密閉容器６の外周に加熱ヒーター１２が設けられている。制御手段２３は、図１０に示す圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０Ｃの吸入側の圧力もしくは温度によって加熱ヒーター１２の通電を制御している。制御手段２３は、圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０Ｃの吸入側の圧力もしくは温度が所定値以下（たとえば、温度検知の場合、密度逆転温度の値＋５Ｋより小さい値等）であると判断すると、加熱ヒーター１２によって第２密閉容器６を加熱するように制御する。つまり、制御手段２３は、圧力検知手段２１もしくは温度検知手段２２によって検知されたアキュムレーター５０Ｃの吸入側の圧力もしくは温度によって、第２密閉容器６に滞留する冷凍機油と冷媒の状態を判断し、加熱ヒーター１２を制御している。
【００５２】
加熱ヒーター１２により第２密閉容器６が加熱されると、第２密閉容器６内で温度差が生じ、第２密閉容器６に貯留されている液体内で対流（図中矢印）が起こり、安定した層分離状態が崩れることになる。実施の形態３では、この現象を利用して、第２返油管９から冷凍機油を回収させるようにしたものである。
【００５３】
したがって、実施の形態３に係るアキュムレーター５０Ｃ及び冷凍サイクル装置Ｃによれば、実施の形態１及び実施の形態２で説明した効果に加え、実施の形態１と同様、第２密閉容器６内の液冷媒量を少なくした状態で、加熱ヒーター１２による加熱を行なうので、層分離状態を解消するのに必要なヒーター入力が小さくて済み、性能低下を抑制しながら、冷凍機油を回収できる効果がある。
【００５４】
実施の形態４.
図１１は、本発明の実施の形態４に係るアキュムレーター５０Ｄの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図１１に基づいて、実施の形態４に係るアキュムレーター５０Ｄの特徴事項について説明する。なお、図１１では、アキュムレーター５０Ｄ内に液冷媒７と冷凍機油８を貯留している状態を例に示している。また、実施の形態４では、実施の形態１〜実施の形態３と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１〜実施の形態３との相違点を中心に説明するものとする。
【００５５】
実施の形態４に係るアキュムレーター５０Ｄは、密閉容器１Ａ内に仕切り板４ａを水平に設置し、密閉容器１Ａ内を第１空間１ａと第２空間６ａに分けている点で実施の形態１〜実施の形態３に係るアキュムレーター５０、アキュムレーター５０Ｂ、アキュムレーター５０Ｃと相違している。つまり、実施の形態１〜実施の形態３では、第１密閉容器１と第２密閉容器６とを分離した状態を示したが、実施の形態４では、１つの密閉容器の内部を仕切ることで第１密閉容器１に相当する第１空間１ａ、第２密閉容器６に相当する第２空間６ａを形成し、実施の形態１〜実施の形態３と同様の構成を実現したものである。
【００５６】
したがって、実施の形態４に係るアキュムレーター５０Ｄによれば、実施の形態１〜実施の形態３で説明した効果に加え、１つの密閉容器１Ａで構成できるので、アキュムレーター自体をコンパクトにすることができる。また、アキュムレーター５０Ｄを備えた冷凍サイクル装置によれば、アキュムレーター５０Ｄのコンパクト化に伴い、重量低減や省スペース化が図れることになる。
【００５７】
実施の形態５.
図１２は、本発明の実施の形態５に係るアキュムレーター５０Ｅの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図１２に基づいて、実施の形態５に係るアキュムレーター５０Ｅの特徴事項について説明する。なお、図１２では、アキュムレーター５０Ｅ内に液冷媒７と冷凍機油８を貯留している状態を例に示している。また、実施の形態５では、実施の形態１〜実施の形態４と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１〜実施の形態４との相違点を中心に説明するものとする。
【００５８】
実施の形態５に係るアキュムレーター５０Ｅは、密閉容器１Ｂ内に、所定の高さに開口部４ｂを有する仕切り板４ａを垂直に設置し、密閉容器１Ｂ内を左右の空間（紙面右側の空間が第１空間１ａ１（実施の形態４の第１空間１ａに相当）、紙面右側の空間が第２空間６ａ１（実施の形態４の第２空間６ａに相当））に分けている点で実施の形態４に係るアキュムレーター５０Ｄと相違している。つまり、実施の形態４では、第１空間１ａと第２空間６ａとが縦型に配置されている状態を示したが、実施の形態５では、第１空間１ａと第２空間６ａとが横型に配置されているのである。
【００５９】
したがって、実施の形態５に係るアキュムレーター５０Ｅでは、１つの密閉容器１Ｂを左右に区切るように仕切り板４ａを設け、この仕切り板４ａの所定高さに開口部４ｂを設けることで、実施の形態４のオーバーフロー管４の機能を持たせている。つまり、開口部４ｂがオーバーフロー手段として機能する。よって、実施の形態５に係るアキュムレーター５０Ｅによれば、実施の形態１〜実施の形態４で説明した効果に加え、密閉容器１Ｂ内の仕切りとオーバーフロー管とを１つの部品（仕切り板４ａ）で構成したので、１つの密閉容器１Ｂで構成できるとともに、部品点数を削減でき、コンパクトで低コストなものとなる。
【００６０】
なお、本発明の実施の形態を分けて説明してきたが、各実施の形態を適宜組み合わせるようにしてもよい。各実施の形態を適宜組み合わせるようにすれば、各実施の形態の特徴事項による効果を重畳的に得ることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  第１密閉容器、１Ａ  密閉容器、１Ｂ  密閉容器、１ａ  第１空間、１ａ１  第１空間、２  入口管、３  出口管、４  オーバーフロー管、４ａ  仕切り板、４ｂ  開口部、５  第１返油管、６  第２密閉容器、６ａ  第２空間、６ａ１  第２空間、７  液冷媒、８  冷凍機油、９  第２返油管、１０  冷媒噴射管、１１  冷媒噴射孔、１２  加熱ヒーター、１５  第１開閉弁、１６  第２開閉弁、２１  圧力検知手段、２２  温度検知手段、２３  制御手段、５０  アキュムレーター、５０Ｂ  アキュムレーター、５０Ｃ  アキュムレーター、５０Ｄ  アキュムレーター、５０Ｅ  アキュムレーター、５２  四方弁、５２ａ  第１口、５２ｂ  第２口、５２ｃ  第３口、５２ｄ  第４口、５３  室外熱交換器、５５  圧縮機、５７  膨張弁、５９  室内熱交換器、１００  室外ユニット、２００  室内ユニット、Ａ  冷凍サイクル装置、Ｂ  冷凍サイクル装置、Ｃ  冷凍サイクル装置。
【図１】
2012007864.tif 000003
【図２】
2012007864.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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