(57)【要約】【課題】マイクロチャネル熱交換器における熱交換効率を向上させつつも、これに伴う問題が生じないようにする。【解決手段】室外熱交換器がマイクロチャネル熱交換器であり、暖房運転時におけるマイクロチャネル熱交換器の出側に設けられた気液分離器と、気液分離器の液冷媒を導出する液冷媒導出ポート及び暖房運転時におけるマイクロチャネル熱交換器の入側を接続する液冷媒流路と、液冷媒流路に設けられ、暖房運転時において気液分離器により分離された液冷媒を、マイクロチャネル熱交換器の入側に戻す液冷媒戻し機構とを具備するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、及び室外熱交換器を有する冷媒回路を備える空気調和機であって、
前記室外熱交換器は、複数の伝熱管及びこれらの伝熱管に接続される一対のヘッダを有するマイクロチャネル熱交換器であり、
暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器の出側に設けられた気液分離器と、
前記気液分離器の液冷媒導出ポート及び暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器の入側を接続する液冷媒流路と、
前記液冷媒流路に設けられ、暖房運転時において前記気液分離器により分離された液冷媒を、前記マイクロチャネル熱交換器の入側に戻す液冷媒戻し機構とを具備することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器の出側ヘッダの出口の乾き度が１未満となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
前記液冷媒流路が、前記冷媒回路の暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器の入側に合流しており、
前記液冷媒戻し機構が、前記液冷媒流路と前記冷媒回路との合流部、又は、この合流部よりも前記冷媒流路における前記気液分離器側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機。
【請求項４】
前記液冷媒戻し機構が、前記合流部に設けられ、暖房運転時において、前記液冷媒流路を流れる液冷媒を前記減圧装置から前記マイクロチャネル熱交換器に流れる液冷媒に合流させるエジェクタであることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記液冷媒戻し機構と前記マイクロチャネル熱交換器との間から分岐して、前記液冷媒戻し機構と前記減圧装置との間に合流する第１バイパス流路と、
前記第１バイパス流路に設けられて、冷媒を前記マイクロチャネル熱交換器側から前記減圧装置側にのみ流す第１逆止弁とをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記気液分離器の液冷媒導出ポート又は前記液冷媒流路に設けられた第１開閉弁をさらに具備し、
暖房運転時に前記第１開閉弁を開き、冷房運転時に前記第１開閉弁を閉じるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の空気調和機。
【請求項７】
前記第１開閉弁が、前記気液分離器の冷媒導出ポートに設けられており、前記気液分離器に流入する冷媒が高温である場合に閉じるバイメタル開閉弁であることを特徴とする請求項６記載の空気調和機。
【請求項８】
前記マイクロチャネル熱交換器と前記気液分離器との間から分岐して、前記気液分離器と前記四方弁との間に合流する第２バイパス流路と、
前記第２バイパス流路に設けられて、冷媒を前記四方弁側から前記マイクロチャネル熱交換器側にのみ流す第２逆止弁と、
前記第２バイパス流路の合流部と前記気液分離器のガス冷媒導出ポートとの間に設けられて、ガス冷媒を前記気液分離器側から前記合流部側にのみ流す第３逆止弁と、
前記第２バイパス流路の分岐箇所と前記気液分離器の液冷媒導入ポートとの間に設けられた第２開閉弁とをさらに具備し、
暖房運転時に前記第２開閉弁を開き、冷房運転時に前記第２開閉弁を閉じるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の空気調和機。
【請求項９】
前記第２開閉弁が、前記マイクロチャネル熱交換器と前記気液分離器との間を流れる冷媒が高温である場合に閉じるバイメタル開閉弁であることを特徴とする請求項８記載の空気調和機。
【請求項１０】
前記第２開閉弁が、
前記マイクロチャネル熱交換器と前記気液分離器とを接続する流路を開閉する弁体と、
前記弁体に接続されるとともに、前記四方弁と前記気液分離器との間を流れる冷媒の温度に応じて膨張又は収縮して前記弁体を進退移動させる感温部材とを有していることを特徴とする請求項８記載の空気調和機。
【請求項１１】
前記マイクロチャネル熱交換器と前記気液分離器との間から分岐して、前記気液分離器と前記四方弁との間に合流する第２バイパス流路と、
前記第２バイパス流路の分岐箇所に設けられた三方弁と、
前記第２バイパス流路の合流部と前記気液分離器のガス冷媒導出ポートとの間に設けられて、冷媒を前記気液分離器側から前記合流部側にのみ流す第３逆止弁とをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の空気調和機。
【請求項１２】
前記室内熱交換器と前記減圧装置とを接続する流路及び前記気液分離器と前記圧縮機とを結ぶ流路とに跨って設けられ、暖房運転時における各流路に流れる冷媒の間で熱交換を行なう補助熱交換器と、
前記室内熱交換器と前記補助熱交換器との間から分岐して、前記補助熱交換器と前記減圧装置との間に合流する第３バイパス流路と、
前記第３バイパス流路の分岐箇所と前記補助熱交換器との間に設けられて、冷媒を前記室内熱交換器側から前記補助熱交換器側にのみ流す第４逆止弁と、
前記第３バイパス流路に設けられて、冷媒を前記減圧装置側から前記室内熱交換器側にのみ流す第５逆止弁とをさらに具備する請求項１乃至１１のうち何れか一項に記載の空気調和機。
【請求項１３】
前記室内側熱交換器と前記減圧装置との間から分岐して前記圧縮機の吸入側に接続されたインジェクション回路と、
前記インジェクション回路の分岐箇所に設けられた第２気液分離器と、
前記第２気液分離器と前記室内側熱交換器との間に設けられた第２減圧装置とをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至１２のうち何れか一項に気の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネル熱交換器を用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロチャネル熱交換器としては、特許文献１に示すように、複数の伝熱管と、これらの伝熱管の両端に接続された一対のヘッダを有し、入側ヘッダに流入した冷媒が各伝熱管に流れ、伝熱管内で熱交換された冷媒が出側ヘッダから流出するように構成されたものがある。
【０００３】
このようなマイクロチャネル熱交換器を例えば室外熱交換器に用いた場合、暖房運転時において、マイクロチャネル熱交換器から流出する冷媒に液冷媒が含まれていると、この液冷媒が圧縮機に流れ込んで故障してしまう可能性がある。
そこで、上述した構成では、暖房運転時の出側ヘッダの出口における乾き度が１以上となるように設定されており、マイクロチャネル熱交換器から流出する冷媒に液冷媒が含まれないようにしている。
【０００４】
ところで、マイクロチャネル熱交換器を用いた場合、暖房運転時において、入側ヘッダから伝熱管に供給される液冷媒の量は、上側の伝熱管よりも下側の伝熱管の方が多くなる。
このことから、出側ヘッダの出口における乾き度を１以上に設定するためには、出側ヘッダの上側の乾き度が１、下側の乾き度が１未満となり、これらが合わさって出口の乾き度が１以上となるように構成することになる。
【０００５】
ところが、このような構成であると、出側ヘッダの上側の乾き度が１であるので、上側に位置する伝熱管を流れる冷媒はガス状態となっており、この部分では熱交換が行なわれていない。
その結果、マイクロチャネル熱交換器は、全体としては効率良く熱交換を行なえていないという問題が生じる。
【０００６】
なお、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器のように、複数の伝熱管に冷媒を分配する分配器を備える熱交換器においては、各伝熱管に供給される液冷媒の量にほとんど偏りがないので、上側の伝熱管のみを乾き度が１以上になるように構成する必要はなく、上述した問題は生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１９０５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本願発明は、問題点を解決すべくなされたものであって、暖房運転時においてマイクロチャネル熱交換器の出側ヘッダの出口における乾き度を１未満として熱交換効率を向上させつつも、このマイクロチャネル熱交換器から流出する液冷媒が圧縮機に流れ込んでしまうことを防ぐことをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本願発明に係る空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、及び室外熱交換器を有する冷媒回路を備えるものであり、前記室外熱交換器は、複数の伝熱管及びこれらの伝熱管に接続される一対のヘッダを有するマイクロチャネル熱交換器であり、暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器の出側に設けられた気液分離器と、前記気液分離器の液冷媒導出ポート及び暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器の入側を接続する液冷媒流路と、前記液冷媒流路に設けられ、暖房運転時において前記気液分離器により分離された液冷媒を、前記マイクロチャネル熱交換器の入側に戻す液冷媒戻し機構とを具備することを特徴とする。
【００１０】
このように構成された空気調和機であれば、マイクロチャネル熱交換器の出側に設けられた気液分離器と、分離された液冷媒をマイクロチャネル熱交換器の入側に戻す液冷媒戻し機構とを具備するので、マイクロチャネル熱交換器から流出する冷媒に含まれる液冷媒が圧縮機に流れ込むことを防ぐことができる。
この結果、暖房運転時において、マイクロチャネル熱交換器の出側ヘッダの出口における乾き度を１未満にすることで、従来に比べて熱交換効率が向上させて、蒸発器としての能力を飛躍的に向上させつつも、このマイクロチャネル熱交換器から流出する液冷媒が圧縮機に流れ込んでしまうことを防ぐことができる。
【００１１】
本発明の効果が顕著に発揮する空気調和機の構成としては、暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器の出側ヘッダの出口の乾き度が１未満となる構成が挙げられる。
【００１２】
具体的な実施態様としては、前記液冷媒流路が、前記冷媒回路の暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器の入側に合流しており、前記液冷媒戻し機構が、前記液冷媒流路と前記冷媒回路との合流部、又は、この合流部よりも前記冷媒流路における前記気液分離器側に設けられていることが好ましい。
【００１３】
前記液冷媒戻し機構の具体的実施態様としては、前記合流部に設けられ、暖房運転時において、前記液冷媒流路を流れる液冷媒を前記減圧装置から前記マイクロチャネル熱交換器に流れる液冷媒に合流させるエジェクタが挙げられる。
これならば、減圧装置から流出した気液二相状態の冷媒と、気液分離器により分離された液冷媒とを良く混合してマイクロチャネル熱交換器に供給することができるので、マイクロチャネル熱交換器を構成する各伝熱管内におけるボイド率を低下させることができる。
その結果として、各伝熱管への液冷媒の分流を均等化することができ、各伝熱管への液冷媒の分流に偏りが生じていた従来に比べて、蒸発器としての能力をより一層向上させることができる。
【００１４】
暖房運転時は液冷媒戻し機構によってマイクロチャネル熱交換器から流出する冷媒をマイクロチャネル熱交換器の入側に戻しつつ、冷房運転時は通常の蒸気圧縮式冷媒回路とするためには、前記液冷媒戻し機構と前記マイクロチャネル熱交換器との間から分岐して、前記液冷媒戻し機構と前記減圧装置との間に合流する第１バイパス流路と、前記第１バイパス流路に設けられて、冷媒を前記マイクロチャネル熱交換器側から前記減圧装置側にのみ流す第１逆止弁とをさらに具備する構成が挙げられる。
【００１５】
冷房運転時において、冷媒を全てマイクロチャネル熱交換器に通過させるためには、前記気液分離器の液冷媒導出ポート又は前記液冷媒流路に設けられた第１開閉弁をさらに具備し、暖房運転時に前記第１開閉弁を開き、冷房運転時に前記第１開閉弁を閉じるように構成されていることが好ましい。
【００１６】
冷房運転時において、冷媒を全てマイクロチャネル熱交換器に通過させるためのその他の実施態様としては、以下のものが挙げられる。
すなわち、前記マイクロチャネル熱交換器と前記気液分離器との間から分岐して、前記気液分離器と前記四方弁との間に合流する第２バイパス流路と、前記第２バイパス流路に設けられて、冷媒を前記四方弁側から前記マイクロチャネル熱交換器側にのみ流す第２逆止弁と、前記第２バイパス流路の合流部と前記気液分離器のガス冷媒導出ポートとの間に設けられて、ガス冷媒を前記気液分離器側から前記合流部側にのみ流す第３逆止弁と、前記第２バイパス流路の分岐箇所と前記気液分離器の液冷媒導入ポートとの間に設けられた第２開閉弁とをさらに具備し、暖房運転時に前記第２開閉弁を開き、冷房運転時に前記第２開閉弁を閉じるように構成されたもの。
【００１７】
上述した構成に比べて、部品点数や組み立て工数を低減させるための実施態様としては、前記マイクロチャネル熱交換器と前記気液分離器との間から分岐して、前記気液分離器と前記四方弁との間に合流する第２バイパス流路と、前記第２バイパス流路の分岐箇所に設けられた三方弁と、前記第２バイパス流路の合流部と前記気液分離器のガス冷媒導出ポートとの間に設けられて、冷媒を前記気液分離器側から前記合流部側にのみ流す第３逆止弁とをさらに具備する構成が挙げられる。
【００１８】
前記第１開閉弁や前記第２開閉弁が、冷媒が高温である場合に閉じるバイメタル開閉弁であることが好ましい。
これならば、バイメタル開閉弁が自己制御開閉弁であるので、例えば電磁弁を用いた場合と比較して、電気制御回路を不要にすることがでる。
また、マイクロチャネル熱交換器や気液分離器とバイメタル開閉弁とを簡単に一体化することができ、空気調和機の小型化を図ることができる。
【００１９】
また、電気制御回路を不要にするとともに、空気調和機の小型化を図るための他の態様としては、前記第２開閉弁が、前記マイクロチャネル熱交換器と前記気液分離器とを接続する流路を開閉する弁体と、前記弁体に接続されるとともに、前記四方弁と前記気液分離器との間を流れる冷媒の温度に応じて膨張又は収縮して前記弁体を進退移動させる感温部材とを有している構成が挙げられる。
【００２０】
前記室内熱交換器と前記減圧装置とを接続する流路及び前記気液分離器と前記圧縮機とを結ぶ流路とに跨って設けられ、暖房運転時における各流路に流れる冷媒の間で熱交換を行なう補助熱交換器と、前記室内熱交換器と前記補助熱交換器との間から分岐して、前記補助熱交換器と前記減圧装置との間に合流する第３バイパス流路と、前記第３バイパス流路の分岐箇所と前記補助熱交換器との間に設けられて、冷媒を前記室内熱交換器側から前記補助熱交換器側にのみ流す第４逆止弁と、前記第３バイパス流路に設けられて、冷媒を前記減圧装置側から前記室内熱交換器側にのみ流す第５逆止弁とをさらに具備することが好ましい。
このような構成であれば、補助熱交換器が、暖房運転時において、室内熱交換器から流出する高温冷媒とマイクロチャネル熱交換器である室外熱交換器から流出する低温冷媒との間で熱交換させるので、暖房運転時における蒸発器の能力を向上させることができる。
【００２１】
前記室内側熱交換器と前記減圧装置との間から分岐して前記圧縮機の中間ポートに接続されたインジェクション回路と、前記インジェクション回路の分岐箇所に設けられた第２気液分離器と、前記第２気液分離器と前記室内側熱交換器との間に設けられた第２減圧装置とをさらに具備することが好ましい。
このような構成であれば、暖房運転時には第２気液分離器により液冷媒を分離するから、室外側マイクロチャネル蒸発器へ供給する液冷媒量を増加させることができる。
一方、冷房運転時にも第２気液分離器により液冷媒を分離するから、室内側蒸発器へ供給する液冷媒量を増加させることができる。
これにより、暖房運転時及び冷房運転時の両方において蒸発器の能力を向上させるとともに、ガス冷媒を圧縮機の中間ポートに供給することで圧縮機の吐出冷媒量が増加するから、冷凍サイクル効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
このように構成した本発明によれば、暖房運転時においてマイクロチャネル熱交換器の出側ヘッダの出口における乾き度を１未満として熱交換効率を向上させつつも、このマイクロチャネル熱交換気から流出する液冷媒が圧縮機に流れ込んでしまうことを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図２】同実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図３】同実施形態におけるマイクロチャネル熱交換器の構成を模式的に示す図。
【図４】同実施形態における液冷媒戻し機構の構成を模式的に示す図。
【図５】同実施形態における冷媒の動きを説明するモリエル線図。
【図６】同実施形態における作用効果を説明する実験結果。
【図７】第２実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図８】第２施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図９】第３実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図１０】第３施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図１１】第４実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図１２】第４施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図１３】第５実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図１４】第５施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図１５】第６実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図１６】第６施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図１７】第７実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図１８】第７施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図１９】第８実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図２０】第８施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図２１】第９実施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（暖房運転時）。
【図２２】第９施形態における冷媒回路の構成を示す回路図（冷房運転時）。
【図２３】第９実施形態における冷媒の動きを説明するモリエル線図。
【図２４】第１０施形態における気液分離器の構成を示す回路図。
【図２５】第１１施形態における液冷媒戻し機構の構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
以下に本発明に係る空気調和機の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
第１実施形態の空気調和機１００は、図１及び図２に示すように、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、減圧装置４、及び室外熱交換器５を有する冷媒回路Ｌを備えるものであり、前記室外熱交換器５がマイクロチャネル熱交換器である。
以下、説明の便宜上、マイクロチャネル熱交換器に符号５を付して説明する。
【００２６】
前記マイクロチャネル熱交換器５は、図３に示すように、複数の伝熱管５１及びこれらの伝熱管５１に接続される一対のヘッダ５２ａ、５２ｂを有するいわゆるプレートフィンタイプのものであり、ここでは、暖房運転時における下流側のヘッダを出側ヘッダ５ａといい、上流側のヘッダを入側ヘッダ５ｂという。
なお、マイクロチャネル熱交換器５としてはコルゲートフィンタイプのものを用いても構わない。
【００２７】
前記伝熱管５１は、内部に水力直径が２ｍｍ以下である複数の通路断面が形成された扁平管である。なお、本実施形態では、これらの伝熱管５１に冷媒を分配する分配器を冷媒回路Ｌに備えさせていない。
【００２８】
本実施形態では、上述した冷媒回路Ｌや前記マイクロチャネル熱交換器５を構成する種々の部材が、暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器５の出口５ａ１の乾き度、すなわち出側ヘッダ５ａの出口５ａ１における乾き度が１未満となるように構成（設計）されている。
ここで、前記出口５ａ１は、複数の伝熱管５１を流れて出側ヘッダ５ａ内に流入した冷媒が流出する開口であり、ここでは前記出側ヘッダ５ａの高さ方向における中心部に設けられている。なお、設ける位置は、適宜変更して構わない。
【００２９】
そして、本実施形態の空気調和機１００は、図１及び図２に示すように、暖房運転時における前記マイクロチャネル熱交換器５の出側に設けられた気液分離器６と、気液分離器６の液冷媒導出ポート及び暖房運転時におけるマイクロチャネル熱交換器５の入側を接続する液冷媒流路Ｌ０と、液冷媒流路Ｌ０に設けられ、暖房運転時において気液分離器６により分離された液冷媒を、マイクロチャネル熱交換器５の入側に戻す液冷媒戻し機構７とをさらに具備している。
【００３０】
前記気液分離器６は、ガス冷媒及び液冷媒を含む気液二相冷媒が導入されるとともに、この気液二相冷媒を例えば遠心分離によってガス冷媒と液冷媒とに分離するように構成されたものであり、前記気液二相冷媒が導入される冷媒導入ポートと、分離後の液冷媒が導出する液冷媒導出ポートと、分離後のガス冷媒が導出されるガス冷媒導出ポートとを有するものである。
【００３１】
前記液冷媒流路Ｌ０は、一端が前記冷媒導出ポートに接続されるとともに、他端が前記減圧装置４及び前記マイクロチャネル熱交換器５を接続する流路に合流するものであり、ここでは、液冷媒を気液分離器６側からマイクロチャネル熱交換器５側にのみ流す逆止弁Ｖ０が設けられている。
【００３２】
前記液冷媒戻し機構７は、前記減圧装置４及び前記マイクロチャネル熱交換器５を接続する流路と前記液冷媒流路Ｌ０との合流部、すなわち前記液冷媒流路Ｌ０の他端に設けられて、前記液冷媒流路Ｌ０に負圧を発生させる、いわゆるエジェクタである。
【００３３】
具体的にこのものは、図４に示すように、第１流入口７１から流入した高圧の冷媒をノズル部７３で絞って音速に加速するとともに、液冷媒流路Ｌ０を流れる冷媒を負圧によって第２流入口７２から吸引し、これらの冷媒を混合部７４で混合したあと、ディフューザ部７５で減速昇圧させるものである。
本実施形態では、液冷媒戻し機構７の流出口７６をマイクロチャネル熱交換器５の入側ヘッダ５ｂの入口５ｂ１に接続してあり、暖房運転時において、第１流入口７１から流入する気液二相状態の冷媒と、第２流入口７２から流入する液冷媒とを混合して、前記入側ヘッダ５ｂに供給するようにしている。
【００３４】
本実施形態では、図１に示すように、液冷媒戻し機構７とマイクロチャネル熱交換器５との間から分岐して、液冷媒戻し機構７と減圧装置４との間に合流する第１バイパス流路Ｌ１と、第１バイパス流路Ｌ１に設けられて、冷媒をマイクロチャネル熱交換器５側から減圧装置４側にのみ流す第１逆止弁Ｖ１とをさらに具備している。
【００３５】
上述した構成により、暖房運転時における冷媒は、図１に示すように、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、減圧装置４、液冷媒戻し機構７、マイクロチャネル熱交換器５、四方弁２、気液分離器６の順に流れる。そして、気液分離器６により分離されたガス冷媒は圧縮機１に流れ込み、分離された液冷媒は液戻し機構７により液冷媒回路Ｌ０を流れてマイクロチャネル熱交換器５の入側に供給される。
つまり、蒸発器として機能するマイクロチャネル熱交換器５には、減圧装置４から流出した冷媒に加え、気液分離器６により分離された液冷媒が液冷媒戻し機構７によって追加供給されることになる。
【００３６】
このときのモリエル線図上における冷媒は、図５（ａ）に示すとおりである。
すなわち、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器である室内熱交換器３で室内の空気に熱を放出して凝縮液化し、飽和液状態又は過冷液状態で減圧装置４に流れ込む。
減圧装置４に流れ込んだ冷媒は、等エンタルピ膨張して中間圧まで減圧され、液冷媒戻し機構７の第１流入口７１に流入する。
そして、この冷媒は、液冷媒戻し機構７のノズル部７３で等エントロピ膨張してディフューザ部７４で昇圧されたあと、マイクロチャネル熱交換器５に流れ込んで吸熱し、気液二相状態で気液分離器６に導入される。
本実施形態では、気液分離器６で分離された液冷媒は、液冷媒戻し機構７の第２流入口７２に流入し、等エントロピ膨張した上記冷媒と合流して昇圧されたあと、マイクロチャネル熱交換器５に流れ込んで吸熱する。
この結果、室内熱交換器３から流出した冷媒と、気液分離器６によって分離された液冷媒とが合わさってマイクロチャネル熱交換器５に流れ込むことになる。
【００３７】
一方、冷房運転時における冷媒は、図２に示すように、圧縮機１、四方弁２、マイクロチャネル熱交換器５、液冷媒戻し機構７、減圧装置４、室内熱交換器３、四方弁２、気液分離器６の順に流れる。
この冷房運転において、液冷媒回路Ｌ０に逆止弁Ｖ０が設けられているので、液冷媒戻し機構７を流れる冷媒は、気液分離器６には流れ込まない。
【００３８】
このときのモリエル線図上における冷媒は、図５（ｂ）に示すとおりであり、通常の蒸気圧縮式冷媒回路と同等の動きとなる。
すなわち、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器であるマイクロチャネル熱交換器５で凝縮液化し、飽和液状態又は過冷液状態で減圧装置４に流れ込む。
減圧装置４に流れ込んだ冷媒は、等エンタルピ膨張して減圧され、室内熱交換器３に流れ込み、室内の空気から吸熱して蒸発し、四方弁２を通って気液二相状態で気液分離器６に流れ込み、この気液分離器６で分離されたガス冷媒が圧縮機に戻る。
【００３９】
このように構成された本実施形態に係る空気調和機１００によれば、暖房運転時において、マイクロチャネル熱交換器５の出側ヘッダ５ａの出口５ａ１における乾き度が１未満となるように構成されているので、マイクロチャネル熱交換器５における圧損の低減を図ることができ、熱交換効率を向上させることができる。
このことは、図６に示すように、前記乾き度を１から減少させるにつれて、熱通過率が上昇していくことからも見て取れる。
【００４０】
そのうえ、マイクロチャネル熱交換器５から流出した気液二相状態の冷媒を、気液分離器６によって分離するとともに、分離された液冷媒を液冷媒戻し機構７によってマイクロチャネル熱交換器５に入側に戻すようにしているので、液冷媒が圧縮機１に流れ込むことを防ぎつつ、マイクロチャネル熱交換器５への冷媒流量を増加させることで、蒸発器としての能力をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、液冷媒戻し機構７によって液冷媒をマイクロチャネル熱交換器５の入側に戻しているので、マイクロチャネル熱交換器５の入側ヘッダ５ｂ内は従来に比べてガス冷媒よりも液冷媒の比率が大きくなる。このことから、入側ヘッダ５ｂ内におけるボイド率が下がって気液の偏りが減少し、その結果として各伝熱管５１への液冷媒の分流を均等化することができる。このことから、各伝熱管５１への液冷媒の分流に偏りが生じていた従来に比べて、蒸発器としての性能をより向上させることができる。
さらに、液冷媒戻し機構７としてエジェクタを利用しており、減圧装置４から流出した気液二相状態の冷媒と、気液分離器６により分離された液冷媒とを混合してマイクロチャネル熱交換器５に供給しているので、各伝熱管５１への液冷媒の分流を一層均等化することができる。
上述した作用効果は、従来であれば偏流を改善することが極めて難しかった伝熱管５１の水力直径が２ｍｍ以下の構成において、特に顕著に発揮される作用効果である。
【００４２】
加えて、液冷媒戻し機構７のディフューザ部７４における昇圧作用により、圧縮機１の圧縮比を低減させることができ、冷媒回路Ｌのサイクル効率を向上させることができる。
【００４３】
さらに加えて、エジェクタ機能による等エントロピ膨張によって冷凍効果が向上し、性能向上を図ることができる。
【００４４】
そのうえ、仮にマイクロチャネル熱交換器５から暖房運転時に流出する液冷媒量が多い場合や、マイクロチャネル熱交換器５が傾斜している場合であっても、気液分離器６がマイクロチャネル熱交換器５と別体的に設けられているので、液冷媒を確実に分離させることができる。
【００４５】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４６】
例えば、前記実施形態では、前記液冷媒戻し機構７は、エジェクタを用いたものであったが、真空ポンプなどの吸引ポンプを用いたものであっても良い。
また、液冷媒戻し機構７が吸引ポンプであれば、液冷媒流路Ｌ０の他端に設けておく必要はなく、ガス冷媒を吸引する恐れのない箇所、すなわち前記他端よりも気液分離器６側に設けても良い。
この場合、液冷媒流路Ｌ０は、減圧装置４とマイクロチャネル熱交換器５とを接続する流路に合流せず、この流路とは別に他端をマイクチャネル熱交換器５の入側に接続させた実施態様でも構わない。
【００４７】
さらに、前記実施形態の液戻し機構７は、液冷媒をマイクロチャネル熱交換器５の入側ヘッダに供給するものであったが、液冷媒を供給する箇所はマイクロチャネル熱交換器５の上流側であれば適宜変更して良い。
【００４８】
加えて、前記実施形態では、室外熱交換器５がマイクロチャネル熱交換器であったが、室内熱交換器３がマイクロチャネル熱交換器であっても構わない。
【００４９】
＜第２実施形態＞
第２実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図７及び図８に示すように、前記第１実施形態において液冷媒回路Ｌ１に逆止弁Ｖ０を設けた構成に換えて、液冷媒回路Ｌ１に第１開閉弁Ｂ１を設けた構成である。
前記第１開閉弁Ｂ１は、例えば図示しない制御装置からの開閉信号を取得して、暖房運転時には開かれて冷媒が図７に示すように流れ、冷房運転時には閉じられて冷媒が図８に示すように流れる。各運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、上述した図５（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
かかる構成であれば、冷房運転時において第１開閉弁Ｂ１を閉じるので、圧縮機１から吐出された冷媒をすべてマイクロチャネル熱交換器５を通過させることができ、マイクロチャネル熱交換器５を凝縮器として十分に性能を発揮させることができる。
【００５０】
＜第３実施形態＞
第３実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図９及び図１０に示すように、マイクロチャネル熱交換器５と気液分離器６との間から分岐して、気液分離器６と四方弁２との間に合流する第２バイパス流路Ｌ２と、第２バイパス流路Ｌ２に設けられて、冷媒を四方弁２側からマイクロチャネル熱交換器５側にのみ流す第２逆止弁Ｖ２と、第２バイパス流路Ｌ２の合流部と気液分離器６のガス冷媒導出ポートとの間に設けられて、ガス冷媒を気液分離器６側から合流部側にのみ流す第３逆止弁Ｖ３と、第２バイパス流路Ｌ２の分岐箇所と気液分離器６の二相冷媒導入ポートとの間に設けられた第２開閉弁Ｂ２とをさらに具備している。なお、第２開閉弁Ｂ２をマイクロチャネル熱交換器５や気液分離器６と一体化させることにより、小型化を図っても良い。
前記第２開閉弁Ｂ２は、例えば図示しない制御装置からの開閉信号を取得する電磁弁などであり、暖房運転時には開かれて冷媒が図９に示すように流れ、冷房運転時には閉じられて冷媒が図１０に示すように流れる。各運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、上述した図５（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
このとき、冷房運転時において第２開閉弁Ｂ２を閉じるとともに、ガス冷媒を気液分離器６側から合流部側にのみ流す第３逆止弁Ｖ３が設けられているので、圧縮機１から吐出された冷媒は、気液分離器６を迂回してすべてマイクロチャネル熱交換器５に流れ込む。これにより、マイクロチャネル熱交換器５を凝縮器として十分に性能を発揮させることができる。
【００５１】
＜第４実施形態＞
第４実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図１１及び図１２に示すように、第３実施形態における第２逆止弁Ｖ２及び第２開閉弁Ｂ２に換えて、第２バイパス流路Ｌ２の分岐箇所に三方弁Ｂ３を設けた構成である。
前記三方弁Ｂ３は、例えば図示しない制御装置からの開閉信号を取得して、暖房運転時には冷媒が図１１に示すように流れ、冷房運転時には冷媒が図１２に示すように流れるように制御される。各運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、上述した図５（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
このような構成であれば、第３実施形態の構成に比べて部品点数や組み立て工数を低減させることができる。
【００５２】
＜第５実施形態＞
第５実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図１３及び図１４に示すように、第３実施形態における第２開閉弁に代えてバイメタル開閉弁Ｂ２を用いた構成である。具体的には、気液分離器６内の室外熱交換器側ポート近傍の部屋に前記バイメタル開閉弁Ｂ２を設けてあり、前記部屋内の冷媒が高温である場合にバイメタル開閉弁が閉じるように構成されている。
このバイメタル開閉弁Ｂ２は、マイクロチャネル熱交換器５と気液分離器６とを接続する流路上に配置されて開位置と閉位置との間で移動可能な弁体２１と、前記弁体２１に取り付けられた互いに異なる熱膨張率を有する金属からなるバイメタル部２２とを有している。
より詳細にこのものは、前記弁体２１をバネなどの付勢部材２３により開位置に付勢しており、前記バイメタル部２２に高温な冷媒が接触して熱膨張率の差によってバイメタル部が変形すると、前記付勢部材２３の付勢力に抗して弁体３１を閉位置に移動させるように構成されている。
上述した構成により、暖房運転時には冷媒が図１３に示すように流れ、冷房運転時には冷媒が図１４に示すように流れる。各運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、上述した図５（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
このような構成であれば、バイメタル開閉弁Ｂ２が冷媒の温度によって開閉するバイメタル開閉弁（自己制御開閉弁）であるので、バイメタル開閉弁Ｂ２を制御するための制御回路などを不要にすることができる。また、第３実施形態の構成に比べて部品点数や組み立て工数を低減させることができるし、バイメタル開閉弁Ｂ２をマイクロチャネル熱交換器５や気液分離器６と比較的簡単に一体化させることができ小型化を図れる。
【００５３】
＜第６実施形態＞
第６実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図１５及び図１６に示すように、第３実施形態における第２開閉弁Ｂ２を温度自動膨張弁にした構成である。
具体的にこの第２開閉弁Ｂ２は、マイクロチャネル熱交換器５と気液分離器６とを接続する流路を開閉する弁体３１と、弁体３１に接続されるとともに、四方弁２と気液分離器６との間を流れる冷媒の温度に応じて膨張又は収縮して弁体３１を進退移動させる感温部材３２とを有している。
より詳細にこのものは、前記弁体３１をバネなどの付勢部材３３により開位置に付勢しており、前記感温部材３２に高温の冷媒が接触して熱変形すると、前記付勢部材３３の付勢力に抗して弁体３１を閉位置に移動させるように構成されている。
上述した構成により、暖房運転時には冷媒が図１５に示すように流れ、冷房運転時には冷媒が図１６に示すように流れる。各運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、上述した図５（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
このような構成であれば、第２開閉弁Ｂ２が冷媒の温度によって開閉する温度自動膨張弁であるので、第２開閉弁Ｂ２を制御するための制御回路などを不要にすることができる。また、第３実施形態の構成に比べて部品点数や組み立て工数を低減させることができるし、第２開閉弁Ｂ２をマイクロチャネル熱交換器５や気液分離器６と比較的簡単に一体化させることができ小型化を図れる。
【００５４】
＜第７実施形態＞
第７実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図１７及び図１８に示すように、第２実施形態における第１開閉弁Ｂ１を、気液分離器の液冷媒導出ポートに設けられ、気液分離器に流入する冷媒が高温である場合に閉じるバイメタル開閉弁にした構成である。
具体的にこの第１開閉弁Ｂ１は、気液分離器６内に設けられており、前記液冷媒導出ポートを開閉する弁体４１と、前記弁体４１に取り付けられた互いに異なる熱膨張率を有する金属からなるバイメタル部４２とを有している。
より詳細にこのものは、前記弁体４１をバネなどの付勢部材４３により開位置に付勢しており、前記バイメタル部４２に高温な冷媒が接触して熱膨張率の差によってバイメタル部が変形すると、前記付勢部材４３の付勢力に抗して弁体４１を閉位置に移動させるように構成されている。
上述した構成により、暖房運転時には冷媒が図１７に示すように流れ、冷房運転時には冷媒が図１８に示すように流れる。各運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、上述した図５（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
このような構成であれば、第２開閉弁Ｂ１が冷媒の温度によって開閉するバイメタル開閉弁（自己制御開閉弁）であるので、第２開閉弁Ｂ２を制御するための制御回路などを不要にすることができる。
【００５５】
＜第８実施形態＞
第８実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図１９及び図２０に示すように、室内熱交換器３と減圧装置４とを接続する流路及び気液分離器６と圧縮機１とを結ぶ流路とに跨って設けられ、暖房運転時における各流路に流れる冷媒の間で熱交換を行なう補助熱交換器８と、室内熱交換器３と補助熱交換器８との間から分岐して、補助熱交換器８と減圧装置４との間に合流する第３バイパス流路Ｌ３と、第３バイパス流路Ｌ３の分岐箇所と補助熱交換器８との間に設けられて、冷媒を室内熱交換器３側から補助熱交換器８側にのみ流す第４逆止弁Ｖ４と、第３バイパス流路Ｌ３に設けられて、冷媒を減圧装置４側から室内熱交換器３側にのみ流す第５逆止弁Ｖ５とをさらに具備するものである。
上述した構成により、暖房運転時には冷媒が図１９に示すように流れ、冷房運転時には冷媒が図２０に示すように流れる。各運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、上述した図５（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
このような構成であれば、補助熱交換器８が、暖房運転時において、図１９に示すように、室内熱交換器３から流出する高温冷媒とマイクロチャネル熱交換器５から流出する低温冷媒との間で熱交換させるので、暖房運転時におけるマイクロチャネル熱交換器５の能力を向上させることができる。この結果、マイクロチャネル熱交換器５の出側の乾き度が低減し、各伝熱管への冷媒分流をより均等化することができる。
一方、冷房運転時において、図２０に示すように、冷媒は第３バイパス流路Ｌ３を流れて補助熱交換器８を迂回するので、室内熱交換器３に流入する冷媒は加熱されずに蒸発性能を低下させない。
【００５６】
＜第９実施形態＞
第９実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図２１及び図２２に示すように、室内側熱交換器３と減圧装置４との間から分岐して圧縮機１の中間ポートに接続されたインジェクション回路Ｌ４と、インジェクション回路Ｌ４の分岐箇所に設けられた第２気液分離器９と、第２気液分離器９と室内側熱交換器３との間に設けられた第２減圧装置１０とをさらに具備するものである。
暖房運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、図２３（ａ）に示すとおりであり、暖房運転時には第２気液分離器９により液冷媒を分離するから、マイクロチャネル熱交換器５へ供給する液冷媒量を増加させ得ることが分かる。
一方、冷房運転時におけるモリエル線図上における冷媒は、図２３（ｂ）に示すとおりであり、冷房運転時にも第２気液分離器９により液冷媒を分離するから、室内側熱交換器３へ供給する液冷媒量を増加させることができる。
このことから、上述した構成によれば、暖房運転時及び冷房運転時の両方において蒸発器の能力を向上させるとともに、冷凍サイクル効率も向上させうる。
【００５７】
＜第１０実施形態＞
第１０実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図２４に示すように、気液分離器６が、マイクロチャネル熱交換器５と一体化された構成であり、ここでは、マイクロチャネル熱交換器５の出側ヘッダ５ａが前記気液分離器６を構成している。
より具体的に説明すると、複数の各伝熱管５１を流れる気液二相状態の冷媒は、出側ヘッダ５ａに流出し、そのあと出側ヘッダ５ａを下方に向かって流れながら液冷媒とガス冷媒とに分離される。
このような構成であれば、気液分離器６をマイクロチャネル熱交換器５と一体化することができ、冷媒回路の小型化を図ることができる。
【００５８】
＜第１１実施形態＞
第１１実施形態における空気調和機１００の冷媒回路Ｌは、図２５に示すように、戻し機構７であるエジェクタを、マイクロチャネル熱交換器５の入側ヘッダ５ｂ内に設けた構成である。
具体的にこのエジェクタは、冷媒を入側ヘッダ５ｂの下方に向かって流出させるように、下方を向いて配置されている。
このような構成であれば、エジェクタを入側ヘッダ３ｂ内に設けているので、入側ヘッダ５ｂ内における気液の偏りが減少し、その結果として各伝熱管５１への液冷媒の分流を均等化することができる。このことから、各伝熱管５１への液冷媒の分流に偏りが生じていた従来に比べて、蒸発器としての性能をより向上させることができる。
【００５９】
その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１００・・・空気調和機
５    ・・・マイクロチャネル熱交換器
６    ・・・気液分離器
Ｌ０  ・・・液冷媒流路
Ｌ１  ・・・第１バイパス流路
７    ・・・液冷媒戻し機構（エジェクタ）
【図１】
2017161134.tif 000003
【図２】
2017161134.tif 000004
【図３】
2017161134.tif 000005
【図４】
2017161134.tif 000006
【図５】
2017161134.tif 000007
【図６】
2017161134.tif 000008
【図７】
2017161134.tif 000009
【図８】
2017161134.tif 000010
【図９】
2017161134.tif 000011
【図１０】
2017161134.tif 000012
【図１１】
2017161134.tif 000013
【図１２】
2017161134.tif 000014
【図１３】
2017161134.tif 000015
【図１４】
2017161134.tif 000016
【図１５】
2017161134.tif 000017
【図１６】
2017161134.tif 000018
【図１７】
2017161134.tif 000019
【図１８】
2017161134.tif 000020
【図１９】
2017161134.tif 000021
【図２０】
2017161134.tif 000022
【図２１】
2017161134.tif 000023
【図２２】
2017161134.tif 000024
【図２３】
2017161134.tif 000025
【図２４】
2017161134.tif 000026
【図２５】
2017161134.tif 000027