(57)【要約】      （修正有）【課題】気液分離器を用いた冷凍サイクルにおいても、除霜水の再結氷を防ぎ、氷の成長を抑制できる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置は、室外熱交換器７０が室外熱交換器の下部に設けられる底部熱交換器７２と、室外熱交換器の上部に設けられる上部熱交換器７１とを有しており、冷房運転時には、圧縮機１０から吐出された冷媒が四方弁２０を経て上部熱交換器７１から底部熱交換器７２へと流入した後、膨張弁４０を経て気液分離器５０から室内熱交換器３０へと流入し、圧縮機１０へと吸入されるとともに、暖房運転時には、圧縮機１０から吐出された冷媒が四方弁２０を経て底部熱交換器７２から膨張手段４０へと流入した後、気液分離器５０を経て上部熱交換器７１へと流入し、圧縮機１０へと吸入されるようにしたものである。【選択図】図１
2013204952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、
流入口と流出口とを有する底部熱交換器と、
前記底部熱交換器の流出口に接続される減圧器と、
前記減圧器に接続される気液口、および、気液分離後の液体を吐き出す液体口を有する気液分離器と、
前記圧縮機の吸込口および吐出口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第一口、および、前記気液分離器の液体口および前記底部熱交換器の流入口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第二口を有する室外熱交換器と、
前記気液分離器の前記液体口および前記底部熱交換器の流入口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第一口、および、前記圧縮機の吸込口および前記圧縮機の吐出口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第二口を有する室内熱交換器と、
を備え、
前記底部熱交換器は前記室外熱交換器の下部に設けられてなることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
圧縮機と、
流入口と流出口とを有する底部熱交換器と、
前記底部熱交換器の流出口に接続される減圧器と、
前記減圧器に接続される気液口、および、気液分離後の液体を吐き出す液体口を有する気液分離器と、
前記圧縮機の吸込口および吐出口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第一口、および、前記底部熱交換器の流入口に前記底部熱交換器からの流れを規制する第一逆止弁を介して接続される第二口を有する室外熱交換器と、
前記底部熱交換器の流入口に前記底部熱交換器からの流れを規制する第二逆止弁を介して接続される第一口、および、前記圧縮機の吸込口および前記圧縮機の吐出口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第二口を有する室内熱交換器と、
前記気液分離器の液体口と、前記第二逆止弁と前記室内熱交換器の第一口の間とを接続する経路に設けられた前記室内熱交換器からの流れを規制する第三逆止弁と、
前記気液分離器の液体口と、前記第一逆止弁と前記室外熱交換器の第二口の間とを接続する経路に設けられた前記室外熱交換器からの流れを規制する第四逆止弁と、
を備え、
前記底部熱交換器は前記室外熱交換器の下部に設けられてなることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記気液分離器は気液分離後の気体を吐き出す気体口を有しており、前記気体口は前記圧縮機の低圧側に接続されていることを特徴とする請求項１または２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、気液分離器およびベースヒーティング回路を有する冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍サイクル装置の１例を、図３を用いて説明する。
【０００３】
従来の冷凍サイクル装置では、室外熱交換器９,９ａの最下段に過冷却コイル６が設けられている。室内熱交換器４は、冷房絞り機構１３を介して過冷却コイル６に接続されている。またこの過冷却コイル６は、並列に配置された暖房絞り機構７および逆止弁１２を介してディストリビュータ８に接続されている。なお、図中の１０は室外熱交換器９，９ａへ送風を行う室外ファンである。
【０００４】
暖房運転時、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁３を通り、室内熱交換器４で室内ファン５によって送られて来る風によって凝縮された後冷房絞り機構１３を通り、過冷却コイル６に入って過冷却される。過冷却された冷媒は、次に暖房絞り機構７で断熱膨張し、ディストリビュータ８で複数の冷媒流路に分岐されて室外熱交換器９,９ａで蒸発し、四方弁３からアキュームレータ１１を経て、圧縮機２に吸入される。
【０００５】
上記した構成によると、暖房運転時に過冷却コイル６を流れる冷媒は、室内熱交換器４で凝縮され冷房絞り機構１３を通った高温中圧の冷媒である。よって暖房運転中もしくは除霜運転時に、室外熱交換器９の表面で凝縮水が発生しそれが室外熱交換器９の最下段の過冷却コイル６に流れても、過冷却コイル６の近傍で結氷することはない。
【０００６】
このように、凝縮水が結氷しやすい室外熱交換器９,９ａの最下段において結氷（着霜）を防ぐものが提案されている。（特許文献１）
【０００７】
このような冷凍サイクル装置においては、凝縮器で凝縮された冷媒は膨張弁によって減圧され、気相冷媒と液相冷媒とが混在する気液二相状態の冷媒となって蒸発器に流入する。冷媒が気液二相状態で蒸発器に流入すると、液相の冷媒が流入する場合と比べて冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失が大きくなり、吸入圧力が低くなるため冷凍サイクル装置のエネルギ効率が低下する。
【０００８】
上記の問題を解決するため、冷媒が蒸発器に流入する前に、気液分離器を用いて気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、液相冷媒のみを蒸発器に流入させることにより、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減し、空気調和機のエネルギ効率を向上する技術が提案されている。
【０００９】
しかし上記した構成だと、暖房時には減圧された後の冷媒が過冷却コイル６に流通するため、冷媒の温度は減圧される前よりも低くなる。よって、加熱器としての効果が低くなるという問題があった。
【００１０】
また上記した構成では、気液分離器に流入する冷媒の圧力は凝縮器における冷媒の圧力よりも低く、蒸発器における冷媒の圧力よりも高い中圧となる。これは、低圧の冷媒を気液分離器で分離させるようにした場合と比べると、凝縮器出口の過冷却度が同じであっても、冷媒の乾き度が低くなる。よって分離される気体量が少なくなり、気液分離の効果が低くなる。
【００１１】
また気液分離器で分離された液冷媒を過冷却コイル６から室外熱交換器９,９ａへ流通することになるため、以下のような問題も生じる。上記した構成では過冷却コイル６における圧力損失が低くなるため、過冷却コイル６内での蒸発温度低下が小さくなる。よって蒸発器となる室外熱交換器９,９ａの出口温度を所定の温度に調整した場合、過冷却コイル６を流通する冷媒の温度を低くしなくてはならず、ベースヒーティングの効果が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−３４６２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明の目的は、気液分離器を用いた冷凍サイクルにおいて、底部熱交換部における着霜を防ぎ、氷の成長を抑制する冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、流入口と流出口とを有する底部熱交換器と、前記底部熱交換器の流出口に接続される減圧器と、前記減圧器に接続される気液口、および、気液分離後の液体を吐き出す液体口を有する気液分離器と、前記圧縮機の吸込口および吐出口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第一口、および、前記気液分離器の液体口および前記底部熱交換器の流入口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第二口を有する室外熱交換器と、前記気液分離器の前記液体口および前記底部熱交換器の流入口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第一口、および、前記圧縮機の吸込口および前記圧縮機の吐出口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第二口を有する室内熱交換器と、を備え、前記底部熱交換器は前記室外熱交換器の下部に設けたものである。
【００１５】
また、圧縮機と、流入口と流出口とを有する底部熱交換器と、前記底部熱交換器の流出口に接続される減圧器と、前記減圧器に接続される気液口、および、気液分離後の液体を吐き出す液体口を有する気液分離器と、前記圧縮機の吸込口および吐出口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第一口、および、前記底部熱交換器の流入口に前記底部熱交換器からの流れを規制する第一逆止弁を介して接続される第二口を有する室外熱交換器と、前記底部熱交換器の流入口に前記底部熱交換器からの流れを規制する第二逆止弁を介して接続される第一口、および、前記圧縮機の吸込口および前記圧縮機の吐出口のうちいずれかに切り替え可能に接続される第二口を有する室内熱交換器と、前記気液分離器の液体口と、前記第二逆止弁と前記室内熱交換器の第一口の間とを接続する経路に設けられた前記室内熱交換器からの流れを規制する第三逆止弁と、前記気液分離器の液体口と、前記第一逆止弁と前記室外熱交換器の第二口の間とを接続する経路に設けられた前記室外熱交換器からの流れを規制する第四逆止弁と、を備え、前記底部熱交換器は前記室外熱交換器の下部に設けたものである。
【００１６】
また、上述した冷凍サイクル装置において、前記気液分離器は気液分離後の気体を吐き出す気体口を有しており、前記気体口は前記圧縮機の低圧側に接続されているものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の冷凍サイクル装置では、暖房運転時、圧縮機から吐出された冷媒が室内熱交換器へと流入し、室外熱交換器の下部に設けられた底部熱交換器から膨張手段へと流入した後、気液分離器で分離された冷媒が上部熱交換器を経て、前記圧縮機へと吸入されるようにしている。したがって、前記底部熱交換器に流れ込む冷媒は前記室内熱交換器で凝縮して液化された高温高圧の液冷媒であるため、室外熱交換器の除霜水の結氷を防ぎ、氷の成長を抑制することができる。さらに、冷房運転時、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記上部熱交換器へと流入し、前記底部熱交換器から前記膨張手段へと流入した後、前記気液分離器を経て前記室内熱交換器へと流入し、前記圧縮機へと吸入されるようになっている。これにより冷房運転時には、前記底部熱交換器を過冷却器として機能させることができる。
【００１８】
また流路変更手段に複数の逆止弁を用いることで、外部制御部材を用いずに冷凍サイクルを構成することができる。
【００１９】
また、気液分離器によって分離されたガス冷媒を圧縮機の吸入側配管に流入させることにより、蒸発器通過時の圧力損失を低減し、吸入圧の低下を抑えることができるため、冷凍サイクルの運転効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２】第２の実施形態における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図３】従来の冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる冷凍サイクル装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【実施例１】
【００２２】
[全体構成について]
図１は、本発明による冷凍サイクル装置の第１の実施例としての空気調和装置の全体構成図である。本実施例の空気調和機の室外熱交換器７０は、上部に設けられる上部熱交換器７１と、下部に設けられる底部熱交換器７２とで構成されている。この空気調和機の冷媒回路は、概略的には、圧縮機１０と、四方弁２０と、室内熱交換器３０と、分岐管６０と、上部熱交換器７１とを冷媒配管により順次接続して構成されている。また、室内熱交換器３０と分岐管６０との間には、四方弁整流回路１１０と、底部熱交換器７２と、膨張手段４０と、気液分離器５０とが接続されている。
【００２３】
圧縮機１０は、図示しないインバータにより回転数が制御されるモータ（例えば、３相ブラシレスモータ）によって駆動される能力可変型圧縮機である。圧縮機１０の吐出側は四方弁２０を介して室内熱交換器３０あるいは室外熱交換器７０へ切り替え可能に接続されている。圧縮機１０の吸入側は、冷媒配管１０５を介して四方弁２０に接続されており、室内熱交換器３０あるいは室外熱交換器７０からの冷媒が流通するようになっている。
【００２４】
四方弁２０は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁である。四方弁２０には４つのポートが備えられており、圧縮機１０の吐出側と、室内熱交換器３０の第二口３１に接続される冷媒配管１０１と、圧縮機１０の吸入側に接続される冷媒配管１０５と、室外熱交換器７０に接続される冷媒配管１０４とに接続されている。
【００２５】
空気調和機が暖房運転を行う際は、圧縮機１０から吐出された冷媒が室内熱交換器３０に接続される冷媒配管１０１へと流れるように四方弁２０を切り替えて（図１の四方弁２０における実線で示す状態）、室内熱交換器３０を凝縮器として機能させる。この時圧縮機の吸入側は、冷媒配管１０５、四方弁２０および冷媒配管１０４を介して上部熱交換器７１の第一口７３に接続されている。
【００２６】
空気調和機が冷房運転を行う際は、圧縮機１０から吐出された冷媒が室外熱交換器７０に接続される冷媒配管１０４へと流れるように四方弁２０を切り替えて（図１の四方弁２０における破線で示す状態）、室内熱交換器３０を蒸発器として機能させる。この時圧縮機１０の吸入側は、冷媒配管１０５、四方弁２０および冷媒配管１０１を介して室内熱交換器３０の第二口３１に接続されている。
【００２７】
室内熱交換器３０は、第二口３１が四方弁２０と冷媒配管１０１を介して接続され、第一口３２が四方弁整流回路１１０内の整流用四方弁８０と冷媒配管１０２を介して接続されている。室内熱交換器３０は、上述したように、暖房運転を行う際には凝縮器として室内空気を加熱し、冷房運転を行う際には蒸発器として室内空気を冷却する。
【００２８】
分岐管６０は、一端が四方弁整流回路１１０内の整流用四方弁８０と冷媒配管１０３を介して接続され、他端が上部熱交換器７１の第二口７４に接続されている。後述する上部熱交換器７１には複数の冷媒流路が設けられており、分岐管６０にて冷媒配管１０３から上部熱交換器７１に流入する冷媒が分岐されるようになっている。したがって本実施例における上部熱交換器７１は、複数の第二口７４を有している。
【００２９】
上部熱交換器７１には複数の冷媒流路が設けられており、複数の第二口７４が分岐管６０と接続され、他端は冷媒配管１０４を介して四方弁２０と接続されている。上部熱交換器７１の第一口７３は、四方弁２０が切り替えられることによって、暖房運転時は蒸発器として機能し、冷房運転時は凝縮器として機能する。
【００３０】
［四方弁整流回路］
四方弁整流回路１１０は、整流用四方弁８０を用いて、四方弁整流回路１１０に接続されている底部熱交換器７２および気液分離器５０の冷媒流通方向を一方向にする回路である。
【００３１】
整流用四方弁８０には、底部熱交換器７２の第一口７５に接続される底部接続往路管１３１と、室内熱交換器３０の第一口３１に接続される冷媒配管１０２と、気液分離器５０の液体口５３に接続される液流出管１２１と、分岐管６０に接続される冷媒配管１０３とが接続されている。
【００３２】
空気調和機が暖房運転を行う際は、底部接続往路管１３１と冷媒配管１０２とが連通するよう、また、冷媒配管１０３と液流出管１２１とが連通するように整流用四方弁８０を切り替える（図１の整流用四方弁８０における実線で示す状態）。この時、室内熱交換器３０の第一口３２は、冷媒配管１０２、整流用四方弁８０および底部接続往路管１３１を介して底部熱交換器７２の第一口７５に接続されるとともに、気液分離器５０の液体口５３は、液流出管１２１、整流用四方弁８０および冷媒配管１０３を介して分岐管６０に接続されている。
【００３３】
空気調和機が冷房運転を行う際は、底部接続往路管１３１と冷媒配管１０３とが連通するよう、また、冷媒配管１０２と液流出管１２１とが連通するように整流用四方弁８０を切り替える（図１の整流用四方弁８０における破線で示す状態）。この時、分岐管６０は、冷媒配管１０３、整流用四方弁８０および底部接続往路管１３１を介して底部熱交換器７２の第一口７５に接続されるとともに、気液分離器５０の液体口５３は、液流出管１２１、整流用四方弁８０および冷媒配管１０２を介して室内熱交換器３０の第一口３２に接続されている。
【００３４】
［底部熱交換器］
底部熱交換器７２の上方には上部熱交換器７１が設けられている。暖房運転時には上部熱交換器７１が凝縮器となるため、熱交換器の表面に凝縮水が生じる。底部熱交換器７２の温度が低い場合、上部熱交換器７１から垂れてきた凝縮水が底部熱交換器７２で結氷する恐れがある。
【００３５】
底部熱交換器７２は、第一口７５が四方弁整流回路１１０の整流用四方弁８０に底部接続往路管１３１を介して接続され、第二口７６が膨張手段４０に底部接続復路管１３２を介して接続されている。暖房運転時、底部熱交換器７２には室内熱交換器３０で凝縮し液化された高温高圧の液冷媒が流れ込むため、室外熱交換器７０に生じる凝縮水の結氷を防ぎ、氷の成長を抑制することができる。
【００３６】
また、冷房運転時、底部熱交換器７２には上部熱交換器７１で凝縮された冷媒が整流用四方弁８０および底部接続往路管１３１を介して流通する。したがって、冷房運転時、底部熱交換器７２は過冷却器として機能する。
【００３７】
［気液分離器］
膨張手段４０は、一端が底部熱交換器７２の第二口７６と底部接続復路管１３２を介して接続され、他端が気液分離器の気液口５１と接続されている。
【００３８】
気液分離器５０は、気液口５１、液体口５３および気体口５２を有しており、気液口５１は膨張手段４０と接続されており、液体口５３は、整流用四方弁８０と液流出管１２１を介して接続されている。気体口５２は冷媒配管１０５に、調節弁９０を有するガスインジェクション管１４０を介して接続されている。
【００３９】
気液分離器５０によって分離されたガス冷媒を、ガスインジェクション管１４０を介して圧縮機１０の吸入側配管（冷媒配管１０５）に流入させることにより、蒸発器での圧力損失を防ぎ冷凍サイクルの運転効率を向上させることができる。
【００４０】
ここで、底部熱交換器７２における加熱量の制御について説明する。加熱量の制御は、膨張手段４０に流入する冷媒の温度Ｔｈ１と、室内熱交換器３０における冷媒の温度Ｔｈ２とを用いて、調節弁９０の開度を調整することで行う。底部熱交換器７２に流入する冷媒の温度が高い場合（Ｔｈ１とＴｈ２の差が大きく、加熱量が多い場合）には、調節弁９０の開度を小さくして気液分離器５０から圧縮機１０の吸入側配管（冷媒配管１０５）に流入する冷媒の量を低下させる。
【００４１】
気液分離器５０から圧縮機１０の吸入側配管に流入する冷媒の量を低下させると、高圧側（膨張手段４０で減圧される前）の冷媒回路における冷媒流量が減少するため、室内熱交換器３０における過冷却度が大きくなる。そのため、底部熱交換器７２を流れる冷媒の温度が低くなり加熱量が減少する。
【００４２】
これとは逆に底部熱交換器７２での加熱量が少ない場合は、調節弁９０の開度を大きくすることで底部熱交換器７２での加熱量を増加させることが可能となる。
【実施例２】
【００４３】
次に第２の実施形態の冷凍サイクル装置を図２を用いて説明する。なお、本実施例では、第一の実施例と共通する部分の説明は省略する。第一の実施例と異なるのは、第一の実施例における四方弁整流回路１１０を、後述する第一ないし第四逆止弁８１〜８４により構成されるブリッジ回路１１１で代替した点である。
【００４４】
［ブリッジ回路］
ブリッジ回路１１１は、第一ないし第四逆止弁８１〜８４をブリッジ状に接続した回路である。ブリッジ回路１１１は、第一ブリッジ流路１０６と第四ブリッジ流路１０９とが冷媒配管１０３と接続される接続端１５１と、第二ブリッジ流路１０７と第三ブリッジ流路１０８とが冷媒配管１０２と接続される接続端１５２と、第一ブリッジ流路１０６と第二ブリッジ流路１０７とが底部接続往路管１３１と接続される接続端１５３と、第三ブリッジ流路１０８と第四ブリッジ流路１０９とが気液分離器５０の液体口５３に接続された液流出管１２１と接続される接続端１５４とを有している。
【００４５】
第一ブリッジ流路１０６には接続端１５３から接続端１５１への流れを規制する第一逆止弁８１が設けられ、第二ブリッジ流路１０７には接続端１５３から接続端１５２への流れを規制する第二逆止弁８２が設けられ、第三ブリッジ流路１０８には接続端１５２から接続端１５４への流れを規制する第三逆止弁８３が設けられ、第四ブリッジ流路１０９とには接続端１５１から接続端１５４への流れを規制する第四逆止弁８４が設けられている。
【００４６】
ブリッジ回路１１１には気液分離器５０が接続されている。気液分離器５０の気液口５１には、底部接続復路管１３２からの冷媒が膨張手段４０を介して流入するようになっており、液体口５３は液流出管１２１を介して接続端１５４に接続されている。
【００４７】
［底部熱交換器］
底部熱交換器７２は、第一口７５がブリッジ回路１１１の接続端１５３に底部接続往路管１３１を介して接続され、第二口７６が膨張手段４０に底部接続復路管１３２を介して接続されている。底部熱交換器７２は、暖房運転時、室内熱交換器３０で凝縮し液化された高温高圧の液冷媒が流れ込むため、室外熱交換器７０の除霜水の結氷を防ぎ、氷の成長を抑制することができる。
【００４８】
また、冷房運転時、底部熱交換器７２には上部熱交換器７１で凝縮された冷媒が流れ込む。したがって、冷房運転時、底部熱交換器７２は過冷却器として機能する。
【００４９】
［気液分離器］
気液分離器は、気液口５１、液体口５３および気体口５２を有しており、気液口５１は膨張手段４０と接続されており、液体口５３は、接続端１５４と液流出管１２１を介して接続されている。気体口５２は冷媒配管１０５にガスインジェクション管１４０および調節弁９０を介して接続されている。
【００５０】
以上説明したように、本実施例の冷凍サイクル装置では、気液分離器を用いた冷凍サイクルにおいて、暖房運転時、室外熱交換器７０の底部熱交換器７２は高圧高温の液冷媒が流れるため、室外熱交換器７０の除霜水の結氷を防ぎ、氷の成長を抑制することができる。
【００５１】
また、冷房運転時、室外熱交換器７０の底部熱交換器７２は上部熱交換器７１から流出した直後の冷媒が流れるため、過冷却器として機能させることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  圧縮機
２０  四方弁
３０  室内熱交換器
４０  膨張手段
５０  気液分離器
６０  分岐管
７０  室外熱交換器
７１  上部熱交換器
７２  底部熱交換器
８０  整流用四方弁
８１  第一逆止弁
８２  第二逆止弁
８３  第三逆止弁
８４  第四逆止弁
９０  調節弁
１０１  １０２  １０３  １０４  １０５  冷媒配管
１１０  四方弁整流回路
１１１  ブリッジ回路
１２０  連絡配管部
１２１  液流出管
１３０  底部接続管
１３１  底部接続往路管
１３２  底部接続復路管
１４０  ガスインジェクション管
【図１】
2013204952.tif 000003
【図２】
2013204952.tif 000004
【図３】
2013204952.tif 000005