特許 5965725 空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5965725

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20160728BHJP

   F25B 43/02 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 321M

   F25B43/02 E

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-118485(P2012-118485)

(22)【出願日】2012年5月24日

(65)【公開番号】特開2013-245855(P2013-245855A)

(43)【公開日】2013年12月9日

【審査請求日】2015年1月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】515294031

【氏名又は名称】ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー（ホンコン）リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 和広

(72)【発明者】

【氏名】薛 シュン

(72)【発明者】

【氏名】高藤 亮一

(72)【発明者】

【氏名】金子 喜作

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６２−１０２９７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−１２７９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０５６７８２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−２４７４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５７５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０９０６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−０３６５８０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１５５３３６５（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００ − １／０４

Ｆ２５Ｂ ４３／０２

Ｆ０４Ｃ ２９／１２

Ｆ０４Ｃ ３９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気液分離器と、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、が環状に順次接続されて冷媒が通流する冷媒回路を構成し、
前記気液分離器は、
外管と、
前記外管よりも小径であるとともに、一端側が前記外管と略同軸で重なり合って二重管構造を呈し、他端が前記圧縮機の外殻を貫通して圧縮機構部に接続される吸入管と、
前記二重管構造の下流側において、前記外管の端部と前記吸入管の外周面とが接合される接合部と、
一端が前記接合部に接続されて前記外管の内部に連通し、他端が前記吸入管に接続又は貫通して当該吸入管の内部に臨むとともに、前記圧縮機構部から前記吸入管の径の５倍以内の距離に前記他端が配置される液戻し管と、を備えること
を特徴とする空気調和機。

【請求項2】

前記吸入管は、
一端が前記圧縮機構部に接続される直管部と、
前記直管部の他端から延びる曲管部と、を有し、
前記液戻し管の前記他端は、前記吸入管の前記曲管部を貫通し、前記直管部と略同軸に配置されること
を特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

【請求項3】

前記吸入管は、上流側及び下流側よりも径が小さい絞り部を有し、
前記液戻し管の前記他端が、前記吸入管の前記絞り部に接続されること
を特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

【請求項4】

前記液戻し管の前記他端は、前記圧縮機が有する前記外殻の内側に配置されること
を特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

【請求項5】

前記冷媒は、Ｒ３２であること
を特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気液分離器を備える空気調和機に関する。

【背景技術】

【0002】

空気調和機の冷媒回路において、圧縮機の吸入側には、蒸発器から流入する冷媒を気液に分離する気液分離器（アキュムレータ）が設置されている。これによって、冷媒回路内の余剰冷媒を気液分離器に一時的に貯留するとともに、圧縮機で液圧縮が起こることを防止している。なお、液圧縮とは、圧縮機に液冷媒のかたまり（つまり、大域的に連続した状態の液冷媒）が流入し、当該液冷媒の非圧縮性により圧縮機に過大な負荷がかかることを意味している。

【0003】

また、従来の空気調和機には、冷媒としてＲ４１０Ａが広く用いられていた。しかしながら、Ｒ４１０Ａの二酸化炭素基準での地球温暖化係数は２０８８であり、より環境負荷が小さい冷媒であるＲ３２を用いることが求められていた。ちなみに、Ｒ３２の二酸化炭素基準での地球温暖化係数は６７５（つまり、Ｒ４１０の約３分の１）であり、環境負荷が極めて小さい。
しかしながら、Ｒ３２の断熱指数はＲ４１０Ａより大きいため、圧縮機の吐出温度がＲ４１０Ａより高くなりやすい。したがって、冷媒としてＲ３２を用いる場合、圧縮機の吐出温度を適切に下げる必要がある。

【0004】

ところで、空気調和機に設置される気液分離器として、次のような技術が開示されている。
すなわち、特許文献１には、吸入管を介して圧縮機に接続されるアキュムレータ（気液分離器）と、アキュムレータの側面から吸入管に接続されるとともに、圧縮機に液冷媒を戻す液戻し管と、を備えた空気調和機について記載されている。

【0005】

また、特許文献２には、圧縮機とアキュムレータ（気液分離器）とが出口側冷媒配管（吸入管）を介して接続され、アキュムレータの本体容器下部と出口側冷媒配管とが液戻し管を介して接続されたヒートポンプ装置について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】実開昭６２−１０２９７０号公報

【特許文献2】特開２００８−１５７５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、液戻し管と吸入管との接続位置が、圧縮機の吸入口から離れている。そうすると、液戻し管を介して吸入管に流入した冷媒の流動様式が、より安定な流動様式（例えば、環状噴霧流）に変化し、液冷媒のかたまりが圧縮機に流入して液圧縮が起こる可能性が高くなる。

【0008】

また、特許文献２に記載の技術では、アキュムレータの本体容器下部の潤滑油を、液戻し管を介して圧縮機に戻すことができるものの、圧縮機に流入する冷媒の温度を下げることについては考慮されていない。したがって、特許文献２に記載のヒートポンプ装置に、前記した冷媒：Ｒ３２を用いた場合、圧縮機に高温の冷媒が流入し、その信頼性を低下させてしまうという問題がある。

【0009】

そこで、本発明は、信頼性の高い空気調和機を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決するために、本発明に係る空気調和機は、気液分離器と、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、が環状に順次接続されて冷媒が通流する冷媒回路を構成し、前記気液分離器は、外管と、前記外管よりも小径であるとともに、一端側が前記外管と略同軸で重なり合って二重管構造を呈し、他端が前記圧縮機の外殻を貫通して圧縮機構部に接続される吸入管と、前記二重管構造の下流側において、前記外管の端部と前記吸入管の外周面とが接合される接合部と、一端が前記接合部に接続されて前記外管の内部に連通し、他端が前記吸入管に接続又は貫通して当該吸入管の内部に臨むとともに、前記圧縮機構部から前記吸入管の径の５倍以内の距離に前記他端が配置される液戻し管と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る空気調和機の系統図である。

【図2】吸入管内の流動様式を説明するための模式図であり、（ａ）は比較例の気液分離器を用いた場合であり、（ｂ）は本実施形態に係る気液分離器を用いた場合である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る空気調和機の系統図である。

【図4】本発明の第３実施形態に係る空気調和機の系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

【0014】

≪第１実施形態≫
＜空気調和機の構成＞
以下では、一例として、空気調和機Ｓ１に冷媒：Ｒ３２を用いる場合について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を示す系統図である。なお、図１では、気液分離器１０と、圧縮機２０と、を断面図として拡大図示している。
空気調和機Ｓ１は、熱源側で室外（非空調空間）に設置される室外ユニットＵｏと、利用側で室内（空調空間）に設置される室内ユニットＵｉと、を備えている。
また、空気調和機Ｓ１の冷媒回路は、気液分離器１０（アキュムレータ）と、圧縮機２０と、四方弁３０と、室外熱交換器４０と、膨張弁５０と、室内熱交換器６０と、が環状に配管ａで接続されている。ちなみに、圧縮機２０、四方弁３０、室外熱交換器４０、及び膨張弁５０は室外ユニットＵｏに設置され、室内熱交換器６０は室内ユニットＵｉに設置されている。

【0015】

気液分離器１０（アキュムレータ）は、流入管ａ１から流入する気液二相冷媒（又はガス冷媒）を気液に分離するとともに、冷媒回路内の余剰冷媒を一時的に貯留する機能を有している。
また、気液分離器１０は、容器本体１１と、吸入管１２と、遮蔽板１３と、液戻し管１４と、を備えている。

【0016】

容器本体１１は、冷媒を一時的に貯留するための容器である。容器本体１１は、例えば銅製であり、２つの有底円筒状部材の開口部を互いに向かい合わせて溶接することにより形成される。なお、前記したそれぞれの有底円筒状部材の底面は、半球状になっている。
また、容器本体１１は、その軸線方向が略鉛直となるように設置される。これによって、安定した状態で冷媒の気液分離が行えるとともに、容器本体１１内に冷媒がほとんどない場合でも、油（潤滑油）が半球状の底面に溜まるようになっている。ちなみに、当該油は、油戻し孔１２ｋを介して圧縮機２０に供給される。
また、容器本体１１の上部には略同軸に流入管ａ１が貫通し、流入管ａ１の開口部ｐ１が容器本体１１の内部に臨んでいる。

【0017】

吸入管１２は、圧縮機２０に向けてガス冷媒を供給するためのＳ字状の配管であり、容器本体１１と圧縮機２０とを接続している。吸入管１２の一端側（開口部１２ｐの側）は、容器本体１１と略同軸に、この容器本体１１の下部を貫通している。そして、吸入管１２の開口部１２ｐは、容器本体１１内の上部域に配置され、容器本体１１内に蓄えられたガス冷媒が流入する流入口となっている。
また、吸入管１２の他端側（開口部１２ｑの側）は圧縮機２０の外殻２１（密閉容器）の上部を貫通して圧縮機構部２２に接続されている。つまり、吸入管１２の開口部１２ｑは、ガス冷媒が圧縮機構部２２に流出する流出口となっている。
また、吸入管１２は、一端が圧縮機構部２２に接続される直管部１２ａと、この直管部１２ａの他端から延びる曲管部１２ｂと、を有している。
なお、図１に示すように吸入管１２をＳ字状に形成することで、圧縮機２０と気液分離器１０とを近接させ、室外ユニットＵｏ内での設置スペースを小さくすることができる。

【0018】

また、吸入管１２のうち、容器本体１１の底面よりもわずかに上方の所定位置に、油戻し孔１２ｋが開口している。これによって、容器本体１１に底面に溜まっている油（潤滑油）が油戻し孔１２ｋを介して吸入され、吸入管１２を通流して圧縮機２０に供給されるようになっている。
ちなみに、圧縮機２０のモータ部２３が駆動している状態において、圧縮機２０の吸入側よりも気液分離器１０内のほうが高圧となっている。

【0019】

遮蔽板１３は、流入管ａ１の開口部ｐ１と、吸入管１２の開口部１２ｐとの間に介在している。なお、図１では省略しているが、遮蔽板１３は、その位置を固定するための支持部を複数有し、それぞれの支持部が容器本体１１の内壁面に溶接されている。

【0020】

図１に示すように、流入管ａ１の開口部ｐ１と、吸入管１２の開口部１２ｐとの間に介在するように遮蔽板１３を設置することによって、流入管ａ１から容器本体１１内に流入する冷媒が、吸入管１２に直接入らないようにしている。つまり、流入管ａ１から気液二相冷媒が容器本体１１に流入した場合でも容器本体１１内でいったん気液分離し、ガス冷媒のみが開口部１２ｐから吸入管１２に流入するようになっている。これによって、圧縮機２０での液圧縮を防止することができる。

【0021】

液戻し管１４は、気液分離器１０内での液冷媒が所定量以上となった場合に、液冷媒を噴霧流として圧縮機２０に供給するためのＵ字状の配管である。このように噴霧流の液冷媒を圧縮機２０に供給することによって、圧縮機２０での液圧縮を防止しつつ、液冷媒の蒸発潜熱で圧縮機２０内の温度（つまり、圧縮機２０の吐出温度）を下げることができる。
ちなみに、容器本体１１の容積や、液戻し管１４の開口部１４ｐの高さは、圧縮機２０への液戻しが必要となる条件において容器本体１１内の冷媒液面ｗの高さが開口部１４ｐ以上となるように適宜設定される。なお、圧縮機２０への液戻しの詳細については、後記する。
また、液戻し管１４の径ｄ２（図２参照）は、吸入管１２の径ｄ１（図２参照）よりも小さく設定されている。

【0022】

液戻し管１４は、容器本体１１の側面を貫通し、その一端である開口部１４ｐが容器本体１１の内部に臨んでいる。なお、開口部１４ｐは、吸入管１２の開口部１２ｐの高さよりも下方の所定位置に配置されている。これによって、容器本体１１内の冷媒液面ｗの高さが吸入管１２の開口部１２ｐを超えて、この開口部１２ｐから吸入管１２に流入すること（つまり、オーバーフロー）を防止できる。
また、容器本体１１の底面を基準として開口部１４ｐを所定の高さに配置することで、圧縮機２０内の冷媒温度が比較的低い場合には、吸入管１２を介してガス冷媒のみを圧縮機２０に供給するようになっている。
なお、流入管ａ１からの冷媒が液戻し管１４に直接入らないように、開口部１４ｐは斜め下方に向けて開口している。

【0023】

また、液戻し管１４は、吸入管１２の曲管部１２ｂを貫通し、直管部１２ａと略同軸となるように下方に延びている。そして、液戻し管１４の他端である開口部１４ｑは、吸入管１２の内部に臨んでいる。このように、吸入管１２と略同軸に液戻し管１４を設けることにより、液戻し管１４と吸入管１２の内壁面との距離を径方向において均等にしている。
ちなみに、開口部１４ｑは、圧縮機構部２２の近傍に配置され、圧縮機構部２２に向けて液冷媒を噴霧流として供給するためのノズルとして機能する。

【0024】

圧縮機２０は、気液分離器１０の吸入管１２及び液戻し管１４を介して吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒にして吐出する。圧縮機２０は、外殻２１（密閉容器）に収められた圧縮機構部２２と、モータ部２３と、を備えている。また、圧縮機２０の吸入側は、吸入管１２を介して容器本体１１に接続され、圧縮機２０の吐出側は、吐出管ａ２を介して四方弁３０に接続されている。
なお、圧縮機２０として、例えば、ロータリ式、スクロール式、レシプロ式の圧縮機を用いることができる。

【0025】

四方弁３０は、冷房運転と暖房運転とで室内熱交換器６０を通流する冷媒の向きを切り替える。つまり、暖房運転時には、圧縮機２０から吐出される高温高圧の冷媒が室内熱交換器６０に流入するように切替手段（図示せず）が切り替わる（図１の実線参照）。一方、冷房運転時には、膨張弁５０から流入する低温低圧の冷媒が室内熱交換器６０に流入するように切替手段（図示せず）が切り替わる（図１の破線参照）。

【0026】

室外熱交換器４０は、室外ファン４０ｆから送られてくる空気（室外空気）と冷媒との熱交換を行う。
また、膨張弁５０は、冷媒を減圧する減圧装置として機能する。
室内熱交換器６０は、室内ファン６０ｆから送られてくる空気（室内空気）と冷媒との熱交換を行う。
なお、圧縮機２０、四方弁３０、室外ファン４０ｆ、室内ファン６０ｆ、及び膨張弁５０の各動作は、センサ類（図示せず）やリモコン（図示せず）から入力される信号に基づいて、制御装置（図示せず）により制御される。

【0027】

＜冷媒の流動様式＞
図２（ａ）は、液戻し管を有しない比較例の気液分離器を用いた場合における、吸入管内の流動様式を示し、図１の領域Ａに対応する部分を示している。
なお、図２（ａ）では、気液分離器が液戻し管を備えないために、容器本体１１内の冷媒の冷媒液面ｗが開口部１２ｐよりも高くなってオーバーフローし、ガス冷媒に液冷媒が混入した場合を示している。

【0028】

吸入管１２に気液二相冷媒が流入すると、当該冷媒の流動様式が下流に向かうにつれて遷移する。つまり、吸入管１２の下流に向かうにつれて内壁面に液膜ｃ１が形成され、径方向中心付近には液滴ｃ２を含むガスが通流する流動様式（つまり、環状噴霧流）となる。
この場合、環状噴霧流のうち環状の液冷媒ｃ１がかたまりとして圧縮機２０に流入する。そうすると、圧縮機２０での圧縮過程（容積の縮小過程）において液圧縮を起こしたり、圧縮機構部２２の摺動部（図示せず）の潤滑油を洗い流したりして、圧縮機２０の信頼性を低下させるという問題があった。

【0029】

図２（ｂ）は、本実施形態に係る気液分離器を用いた場合における、吸入管内の流動様式を示し、図１の領域Ａの部分を拡大している。なお、図２（ｂ）では、本体容器１１内の冷媒液面ｗが、図１に示すように、吸入管１２の開口部１２ｐと、液戻し管１４の開口部１４ｐとの間にある場合を示している。

【0030】

前記したように、本実施形態に係る気液分離器１０は、液戻し管１４を備えている。したがって、気液分離器１０内に一時的に貯留される冷媒の液面ｗが液戻し管１４の開口部１４ｐに達すると、圧縮機２０の吸入側からの負圧により液冷媒が液戻し管１４に吸入される。つまり、吸入管１２にはガス冷媒が流入し、液戻し管１４には液冷媒（又は、気液二相冷媒）が流入する。これによって、オーバーフローに伴う液圧縮を防止するようになっている。

【0031】

図２（ｂ）に示すように、吸入管１２内を通流するガス冷媒中に開口部１４ｑから流出した液冷媒は、液柱ｃ３を形成した後、分裂してガス冷媒中に浮遊し、噴霧流となる（符号ｃ４参照）。このように、圧縮機２０の外殻２１の内側であるとともに、圧縮機構部２２から所定距離ｈ１にある位置で噴霧流が形成され、当該噴霧流の冷媒が圧縮機構部２２に流入する。

【0032】

噴霧流の液冷媒は、液体の表面積が大きいために蒸発速度が速い。その結果、圧縮機構部２２に流入する手前側で液冷媒が蒸発してガス冷媒になる。したがって、液冷媒が蒸発する際の蒸発潜熱によって、圧縮機２０の冷媒温度（つまり、吐出温度）を下げることができる。
また、噴霧流の液冷媒が蒸発しきらず，圧縮機構部２２内で圧縮される場合でも、圧縮過程での噴霧流の液状態からガス状態への変化（蒸発速度）が速いため、信頼性を損なう液圧縮を防止できる。
つまり、冷媒：Ｒ３２を使用した場合であっても圧縮機２０の吐出温度を抑えつつ、圧縮機２０での液圧縮を防止することができる。また、液冷媒がかたまりとして圧縮機２０に流入し、圧縮機構部２２の摺動部（図示せず）の潤滑油を洗い流すことも防止できる。

【0033】

ちなみに、図２（ｂ）に示すように、開口部１４ｑから流出する液冷媒が噴霧流となった場合でも、流動様式は下流に向かって徐々に遷移する。
仮に、吸入管１２が、液戻し管１４の開口部１４ｑから下流側に向かって所定距離以上延びている場合、液戻し管１４の開口部１４ｑから噴霧流として流出した液冷媒は、ある位置から環状噴霧流となる。

【0034】

したがって、吸入管１２の開口部１２ｑ（図１参照）から圧縮機構部２２に向けて、液冷媒を噴霧流の流動様式で流入させるために、液戻し管１４の開口部１４ｑ（液冷媒をガス冷媒に注入する位置）を、圧縮機構部２２の近傍に配置する。

【0035】

ちなみに、本実施形態の条件（冷媒：Ｒ３２、吸入管１２の径ｄ１、及び液戻し管１４の径ｄ２など）において、気相レイノルズ数は約１．５７×１０^５であり、液相レイノルズ数は約１８３．６である。この場合、液戻し管１４の開口部１４ｑから、吸入管１２の径ｄ１の略５倍の距離までは噴霧流の状態が維持される。
したがって、圧縮機構部２２と開口部１４との距離が吸入管１２の径ｄ１の５倍以内となるように、液戻し管１４を配置することが好ましい。

【0036】

圧縮機構部２２と開口部１４との距離が吸入管１２の径ｄ１の５倍以内とする理由を以下に述べる。文献：高浜ら、外２名「管内環状噴霧流に関する研究」日本機械学会、昭和５５年３月、第４６巻、第４０３号、ｐ．５０１〜５０９には、空気−水の気液二相流に関し、管内の空気流中にノズルから噴出した水の液滴の様子が示されている。同等のレイノルズ数（文献の表１及び図７：気相レイノルズ数＝１．５７×１０^５、液相レイノルズ数＝１８３．６）で見ると、噴霧流の領域は管内径の略５倍程度の距離と見積もられるためである。

【0037】

なお、圧縮機構部２２は、外殻２１(密閉容器）の内周面の近傍に配置されている。したがって、開口部１４ｑが外殻２１の内側に位置するように液戻し管１４を配置することが好ましい。これによって、噴霧流の液冷媒を圧縮機構部２２に向けて確実に流出させることができる。
また、気液分離器１０内の冷媒液面ｗが、液戻し管１４の開口部１２ｐより低い場合、液戻し管１４にもガス冷媒が流れる。したがって、液戻し管１４の管肉厚を薄くすることが好ましい。これによって、液戻し管１４の設置（つまり、ガス冷媒の流路断面積の減少）による圧力損失を抑制することができるからである。

【0038】

次に、空気調和機Ｓ１の暖房運転時での動作について説明する。図１に示す実線矢印は、暖房運転時において冷媒が通流する向きを示している。
以下では、暖房運転時において圧縮機２０の吐出温度上昇の抑制が不要である（つまり、圧縮機２０への液戻しが不要である）場合と、吐出温度上昇の抑制が必要である（つまり、圧縮機２０への液戻しが必要である）場合と、に分けて説明する。ちなみに、圧縮機２０への液戻しが必要なのは、室外空気が低温であるために圧縮機２０の圧縮比が高くなる場合である。

【0039】

（１．暖房運転：液戻しが不要である場合）
暖房運転を行う際に圧縮機２０への液戻しが不要である場合、気液分離器１０には液冷媒が無いか、又は、液冷媒が存在するが液戻し管１４の開口部より冷媒液面ｗが低くなっている。
圧縮機２０で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、四方弁３０を介して、凝縮器として機能する室内熱交換器６０に流入する。室内熱交換器６０を通流する高温高圧のガス冷媒は、室内ファン６０ｆにより送られてくる室内空気と熱交換し、凝縮する。

【0040】

室内熱交換器６０から流出した中温高圧の液冷媒は、膨張弁５０で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する室外熱交換器４０に流入する。室外熱交換器４０を通流する気液二相冷媒は、室外ファン４０ｆにより送られてくる室外空気と熱交換して蒸発し、低温低圧のガス冷媒（又は、若干の液冷媒を含む湿りガス冷媒）となる。
室外熱交換器４０から流入する低温低圧のガス冷媒は、四方弁３０及び流入管ａ１を介して気液分離器１０に流入する。気液分離器１０に流入したガス冷媒は、圧縮機２０の吸入側からの負圧によって開口部１２ｐから吸入管１２に流入するとともに、開口部１４ｐから液戻し管１４にも流入し、圧縮機２０に還流する。

【0041】

（２．暖房運転：液戻しが必要である場合）
次に、暖房運転を行う際に、圧縮機２０への液戻しが必要である場合について説明する。室外空気の温度が低い場合、圧縮機２０の圧縮比が高くなる（つまり、圧縮機２０の吐出温度が上昇する可能性がある）ため、圧縮機２０への液戻しが必要となる。
また、室外空気の温度が低下するほど、室外熱交換器４０（蒸発器）の入口付近における冷媒の乾き度が増加するため、室外熱交換器４０全体での冷媒の平均乾き度も増加する。その結果、室外熱交換器４０内の冷媒量が減少し、余剰冷媒が気液分離器１０の容器本体１１に貯溜される。

【0042】

したがって、室外空気温度が低くなるにつれて、気液分離器１０内の冷媒液面ｗも上昇するため、液戻し管１４開口部より上昇した分だけ圧縮機２０に液戻しを行うことにより圧縮機２０の吐出温度の上昇を抑制することができる。

【0043】

圧縮機２０で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、四方弁３０を介して、凝縮器とし機能する室内熱交換器６０に流入する。室内熱交換器６０を通流するガス冷媒は、室内ファン６０ｆにより送られてくる室内空気と熱交換し、凝縮する。
室内熱交換器６０から流出する中温高圧の液冷媒は、膨張弁５０で減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する室外熱交換器４０に流入する。室外熱交換器４０を通流する気液二相冷媒は、室外ファン４０ｆにより送られてくる室外空気と熱交換して一部が蒸発しきらないため、気液二相冷媒となる。

【0044】

室外熱交換器４０から流出した気液二相冷媒は、四方弁３０及び流入管ａ１を介して気液分離器１０の容器本体１１に流入する。容器本体１１に流入した気液二相冷媒は、ガス冷媒と液冷媒との重力差によって気液分離される。
さらに、ガス冷媒は開口部１２ｐから吸入管１２に流入し、開口部１２ｑから圧縮機２０の吸入側に流出する。一方、液冷媒は、開口部１４ｐから液戻し管１４に流入し、開口部１４ｑから噴霧流として流出し、さらに蒸発しつつ圧縮機２０の吸入側に流入する。

【0045】

なお、吸入管１２と略同軸となるように液戻し管１４を設置することにより、吸入管１２の流路断面積が、液戻し管１４の断面積のぶんだけ縮小する。したがって、吸入管１２と液戻し管１４とが径方向において重なっている部分において、吸入管１２内を通流するガス冷媒の流速が増加し、ガス冷媒の静圧が低下する。その結果、液戻し管１４内の液冷媒が開口部１４ｑ側で吸引される。これによって、容器本体１１内の冷媒液面ｗの高さと、液戻し管１４の開口部１４ｐ（液注入口）の高さにヘッド差が生じた場合でも、液戻し管１４に噴霧流の液冷媒を確実に供給できる。

【0046】

また、前記したように、吸入管１２と略同軸に液戻し管１４を設けることにより、液戻し管１４と吸入管１２の内周面との距離を径方向において均等にしている。これによって、液戻し管１４の内壁面に液膜が形成されるタイミングを遅らせ、噴霧流の流動様式を維持することができる。

【0047】

（３．冷房運転）
次に、冷房運転時の動作を説明する。図１に示す破線矢印は、冷房運転時において冷媒が通流する向きを示している。
冷房運転時は、暖房運転時と比較して室内空気と室外空気との温度差が小さい。つまり、圧縮機２０の圧縮比も小さく、圧縮機２０の吐出温度が暖房運転時ほど上昇しない。したがって、冷房運転時には、吐出温度上昇を抑制する必要はなく、圧縮機２０への液戻しも必要ない。ちなみに、冷房運転時、気液分離器１０の容器本体１１には液冷媒がほとんど貯留されない。

【0048】

圧縮機２０で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、四方弁３０を介して凝縮器として機能する室外熱交換器４０に流入する。室外熱交換器４０を通流するガス冷媒は、室外ファン４０ｆにより送られてくる室外空気と熱交換し、凝縮する。
室外熱交換器４０から流出した中温高圧の冷媒は、膨張弁５０で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する室内熱交換器６０に流入する。室内熱交換器６０を通流する気液二相冷媒は、室内ファン６０ｆにより送られてくる室内空気と熱交換して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。
気液分離器１０に流入したガス冷媒は、圧縮機２０の吸入側からの負圧によって開口部１２ｐから吸入管１２に流入するとともに、開口部１４ｐから液戻し管１４にも流入し、圧縮機２０に還流する。

【0049】

＜効果＞
本実施形態に係る空気調和機Ｓ１では、吸入管１２の開口部１２ｐより所定距離だけ下方に液戻し管１４の開口部１４ｐを配置している。また、液戻し管１４の開口部１４ｐの高さは、圧縮機２０への液戻しが必要となる条件に応じて、容器本体１１内の冷媒液面ｗが開口部１４ｐの高さ以上となるように適宜設定される。
したがって、液戻し管１４から吸入管１２内に流出する液冷媒の蒸発潜熱で、圧縮機２０内の冷媒温度（つまり、圧縮機２０の吐出温度）を適切に下げることができる。

【0050】

その結果、断熱指数が大きい（つまり、圧縮された場合に温度が上昇しやすい）冷媒：Ｒ３２を用いた場合でも、圧縮機２０の吐出温度を適切に下げることができる。つまり、圧縮機２０に使用する樹脂材料や軸受（図示せず）などを、耐熱性に優れた特別な仕様とすることなく、環境負荷が極めて小さい冷媒：Ｒ３２を用いることができる。また、圧縮機２０のモータ部２３に希土類磁石（例えば、ネオジム磁石）を用いた場合でも、圧縮機２０の吐出温度を適切に抑制することで、高温減磁を抑制することができる。

【0051】

また、液戻し管１４の開口部１４ｑを圧縮機構部２２の近傍に配置することによって、開口部１４ｑからの冷媒を噴霧流として圧縮機構部２２に流出させる。したがって、液冷媒のかたまりが圧縮機構部２２に流入しないため、圧縮機２０で液圧縮が起こったり、圧縮機２０の摺動部（図示せず）の潤滑油を洗い流したりすることを防止することができる。
以上より、本実施形態によれば、簡単な構成で、環境にやさしく、かつ、信頼性の高い空気調和機Ｓ１を提供することができる。

【0052】

≪第２実施形態≫
第２実施形態は、第１実施形態と比較して、気液分離器の構成が異なる。したがって、当該異なる部分について説明し、第１実施形態と重複する部分については説明を省略する。図３は、本発明の第２実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を示す系統図である。なお、図３では、気液分離器１０Ａと、圧縮機２０と、を断面図として拡大図示している。

【0053】

第２実施形態では、第１実施形態のように余剰冷媒を一時的に貯溜する容器本体１１（図１参照）を有していない。したがって、室外熱交換器４０の出口側に気液二相冷媒として余剰冷媒の一部を保持するように、膨張弁５０の開度（絞り）を適宜調整する。

【0054】

＜気液分離器の構成＞
図３に示す気液分離器１０Ａは、外管１５と、内管１６（吸入管）と、接合部１７と、液戻し管１８と、を備えている。
気液分離器１０Ａは、四方弁３０を介して外管１５に流入する冷媒を、外管１５の内周面と内管１６の外周面との間隙に流れる冷媒（液冷媒又は気液二相冷媒）と、外管１５の径方向中心を通流して内管１６に流入するガス冷媒と、に分離する。

【0055】

外管１５は、一端が四方弁３０に接続され、他端側の一部が内管１６と略同軸で重なり合って二重管構造を呈している。ちなみに、気液分離器１０Ａに気液二相冷媒が流入した場合、その流動様式は環状噴霧流であり、外管１５の内周面に液膜を形成する。
内管１６（吸入管）は、外管１５よりも小径であるとともに、一端側（開口部１６ｐの側）が外管１５と略同軸で重なり合って二重管構造を呈し、他端側（開口部１６ｑの側）が圧縮機２０の外殻２１を貫通して圧縮機構部２２に接続されている。また、内管１６は、圧縮機２０からガス冷媒が吸入される「吸入管」として機能する。
なお、図３では、外管１５及び内管１６により構成される二重管構造の軸線が略水平方向となる場合を示しているが、これに限定されない。

【0056】

接合部１７は、前記した外管１５と内管１６とで形成されている二重管構造の下流側において、外管１５の端部と内管１６の外周面とが接合されている円環状の部材である。
液戻し管１８は、一端が接合部１７に接続されて外管１５の内部に連通し、他端が内管１６（つまり、吸入管）を貫通して、この内管１６の内部に臨むＳ字状の配管である。外管１５内において気液二相冷媒が環状流として存在する場合、環状の冷媒液の径方向厚さは、重力により上側よりも下側のほうが厚くなる。したがって、図３に示すように、液戻し管１８は、接合部１７の下部に接続することが好ましい。

【0057】

また、液戻し管１８は、第１実施形態と同様に、圧縮機２０の近傍に位置する曲管部１６ｂにおいて内管１６（吸入管）を貫通し、内管１６の直管部１６ａと略同軸となるように下方に延びている。そして、液戻し管１８の他端である開口部１８ｑは、内管１６の内部に臨んでいる。また、液戻し管１８の径は、内管１６（吸入管）の径よりも小さく形成されている。
また、液戻し管１８の開口部１８ｑは、圧縮機構部２２の近傍、より具体的には、圧縮機構部２２と開口部１８ｑとの距離が内管１６の径の略５倍以内となるように配置されている。なお、開口部１８ｑが圧縮機２０の外殻２１の内側に位置するように液戻し管１８を配置することが好ましい。これによって、開口部１８ｑから圧縮機構部２２に向けて、確実に噴霧流の液冷媒を供給することができる。

【0058】

＜液戻しについて＞
次に、気液分離器１０Ａに気液二相冷媒が流入する場合（つまり、暖房運転時において室外空気が低温の場合）について説明する。なお、気液分離器１０Ａにガス冷媒のみが流入する場合については、第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。
四方弁３０を介して気液分離器１０Ａに気液二相冷媒が流入すると、当該気液二相冷媒は、気液分離器１０Ａにおいて気液分離され、環状二相流になる。つまり、外管１５の内周面に液膜が形成され、径方向の中心付近では液滴を含むガス冷媒が通流する。

【0059】

外管１５の内周面に沿って通流する環状の液冷媒は、外管１５の内周面と、内管１６（吸入管）の外周面との間隙ｇ（二重管構造の部分）に流入し、接合部１７で流れが堰き止められる。そして、当該液冷媒は、圧縮機２０の吸入側からの負圧により吸引されて液戻し管１８に流入する。
一方、液滴を含むガス冷媒は、開口部１６ｐから内管１６（吸入管）に流入する。そして、内管１６内を通流するガス冷媒中に、ノズルとして機能する液戻し管１８の開口部１８ｑから液冷媒が流出する。液戻し管１８の開口部１８ｑから流出した液冷媒は、液柱形成後、分離してガス中に浮遊して噴霧流となり、蒸発しつつ圧縮機構部２２に流入する。

【0060】

なお、室外空気温度が低下するほど、圧縮機２０の吐出温度が上昇しやすくなるとともに、室外熱交換器４０から気液分離器１０Ａに流入する液冷媒の量も増加する。その結果、圧縮機２０への液戻り量も増加するため、圧縮機２０の吐出温度を下げることができる。

【0061】

＜効果＞
本実施形態によれば、室外熱交換器４０の出口側に気液二相冷媒として余剰冷媒の一部を保持するように、膨張弁５０の開度（絞り）などを適宜調整することで、図３に示す二重管構造の気液分離器１０Ａを用いることができる。したがって、気液分離器１０Ａのコンパクト化及び低コスト化を図ることができる。

【0062】

また、気液分離器１０Ａを、外管１５と内管１６（吸入管）とによって形成される二重管構造とすることで、冷媒を適切に気液分離することができる。さらに、接合部１７に接続されて外管１５に連通する気液戻し管１８を備えることによって、液冷媒を圧縮機２０側からの負圧により吸引し、噴霧流として圧縮機構部２２に流出させることができる。
これによって、簡単な構成で、環境にやさしく、かつ、信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

【0063】

≪第３実施形態≫
第３実施形態は、第１実施形態と比較して、吸入管１２Ｂ及び液戻し管１４Ｂの構成が異なる。したがって、当該異なる部分について説明し、第１実施形態と重複する部分については説明を省略する。
図４は、本発明の第３実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を示す系統図である。なお、図４では、気液分離器１０Ｂと、圧縮機２０と、を断面図として拡大図示している。

【0064】

気液分離器１０Ｂ（アキュムレータ）が備える吸入管１２Ｂは、上流側及び下流側よりも径が小さい絞り部１２ｃを有している。
また、空気調和機Ｓ３では、液戻し管１４Ｂの開口部１４ｑが吸入管１２Ｂの絞り部１２ｃに接続されることによって、液戻し管１４Ｂと吸入管１２Ｂとが連通している。なお、絞り部１２ｃに接続される開口部１４ｑの位置は、第１実施形態に説明した場合と同様に、圧縮機構部２２の近傍であり、圧縮機構部２２との距離が吸入管１２Ｂの径の５倍以内であることが好ましい。これによって、開口部１４ｑから圧縮機構部２２に向けて、確実に噴霧流の液冷媒を供給することができる。

【0065】

＜液戻しについて＞
次に、気液分離器１０Ｂに気液二相冷媒が流入する場合（つまり、暖房運転時において室外空気が低温の場合）について説明する。気液分離器１０Ｂにガス冷媒のみが流入する場合については、第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。

【0066】

吸入管１２Ｂには開口部１２ｐを介してガス冷媒が流入し、液戻し管１４Ｂには開口部１４ｐを介して液冷媒（又は、気液二相冷媒）が流入する。そして、吸入管１２Ｂの絞り部１２ｃではガス冷媒が増速し、静圧が低下する。その結果、圧縮機２０の吸入側からの吸引力に加えて、吸入管１２Ｂの絞り部１２ｃでも吸引力が発生し、液戻し管１４Ｂ内の液冷媒が吸入管１６内に吸引される。したがって、気液分離器１０Ｂ内の冷媒液面ｗの高さと、液戻し管１４Ｂの開口部１４ｑ（つまり、冷媒液の注入口）の高さとにヘッド差が生じた場合でも、確実に噴霧流の液冷媒を圧縮機構部２２に流出することができる。

【0067】

また、吸入管１２Ｂを通流するガス冷媒中に、液戻し管１４Ｂの開口部１４ｑから流出した液冷媒が分離してガス中に浮遊し、噴霧流となる。そして、当該噴霧流の液冷媒は、ガス冷媒の流れに同伴して圧縮機構部２２に向かい、その蒸発潜熱によって圧縮機２０の冷媒温度（つまり、吐出温度）を下げる。

【0068】

＜効果＞
本実施形態によれば、吸入管１２Ｂに絞り部１２ｃを設け、この絞り部１２ｃに液戻し管１４Ｂの開口部１４ｑを接続する。したがって、圧縮機２０の吸入側からの吸引力に加えて、絞り部１２ｃでも吸引力が生じるので、液戻し管１４Ｂを介して液冷媒を確実に吸引することができる。そして、液戻し管１４Ｂから流出する噴霧流の液冷媒をガス冷媒に同伴させて圧縮機構部２２に供給し、圧縮機２０の吐出温度を適切に下げることができる。

【0069】

また、本実施形態によれば、第１実施形態のように吸入管１２に液戻し管１４を貫通させ（図１参照）、固定及びロウ付けする作業を行う必要がなくなる。つまり、図４に示す吸入管１２Ｂの絞り部１２ｃに液戻し管１４Ｂの開口部１４ｑをロウ付けすればよく、作業工程を減らしてコスト低減を図ることができる。

【0070】

≪変形例≫
以上、本発明に係る空気調和機について各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記した各実施形態は、適宜組み合わせることができる。すなわち、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせて、気液分離器１０Ａを二重管構造とし（図３参照）、液戻し管１８の開口部１４ｑを吸入管１２の絞り部１２ｃに接続することによって（図４参照）、液戻し管１８と吸入管１２Ｂとを連通させてもよい。
また、前記各実施形態では、液戻し管１４（１４Ｂ，１８）の開口部１４ｑが、圧縮機２０の外殻２１の内側に配置される場合について説明したが、これに限らない。すなわち、液戻し管１４（１４Ｂ，１８）の開口部１４ｑを、圧縮機２０の外殻２１の外側に配置してもよい。
なお、この場合においても、開口部１４ｑと圧縮機構部２２との距離が、吸入管１２の径の５倍以内となるように液戻し管１４（１４Ｂ，１８）を配置することが好ましい。これによって、開口部１４ｑから圧縮機構部２２に向けて、確実に噴霧流の液冷媒を供給することができる。

【0071】

また、第２実施形態において、液戻し管１８が接合部１７の下部に接続される場合について説明したが、これに限らない。すなわち、環状の接合部１７に液戻し管１８を接続する箇所は、その他の箇所（例えば、接合部１７の上部）でもよい。この場合でも、外管１５の内周面において液冷媒が環状に分布することにより、液絞り管１８を介して圧縮機２０に噴霧流の液冷媒を供給することができる。

【0072】

また、第１実施形態及び第３実施形態では、気液分離器１０（１０Ｂ）に遮蔽板１３を設置する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、気液分離器１０の容器本体１１内における流入管ａ１の軸線と、吸入管１２の軸線とをずらすことによって、遮蔽板１３を省略することができる。なお、流入管ａ１の開口部ｐ１と、吸入管１２の開口部１２ｐとをそれぞれ気液分離器１０の内壁面に対向させ、互いに反対向きとなるように配置することが好ましい。これによって、流入管ａ１の開口部ｐ１から気液二相冷媒が流入した場合でも、気液分離されていない冷媒が開口部１２ｐから吸入管１２に流入することを防止できる。

【0073】

また、第１実施形態及び第３実施形態では、吸入管１２が容器本体１１の下部を貫通する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、吸入管１２（の一部）をＵ字状の配管にして、その一端側が容器本体１１の側部又は上部を貫通する構成としてもよい。この場合において、油戻し孔１２ｋを、Ｕ字状の吸入管１２の最下部付近に設けることが好ましい。
また、前記各実施形態では、冷媒としてＲ３２を用いる場合について説明したが、これに限らない。例えば、冷媒として、ＨＦＣ、Ｒ３２とＨＦＯ−１２３４ｙｆ又はＨＦＯ−１２３４ｚｅとの混合冷媒、自然冷媒（例えば、ＣＯ_２冷媒）などを用いてもよい。

【0074】

また、前記各実施形態では、空気調和機が四方弁３０を備える場合について説明したが、これに限らない。例えば、空気調和機が暖房専用である場合、四方弁３０を省略してもよい。この場合、冷媒回路は、気液分離器１０と、圧縮機２０と、室外熱交換器４０と、膨張弁５０と、室内熱交換器６０と、が環状に順次接続されて構成される。

【符号の説明】

【0075】

Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 空気調和機
１０ 気液分離器
１１ 容器本体
１２ 吸入管
１２ａ 直管部
１２ｂ 曲管部
１２ｃ 絞り部
１２ｋ 油戻し孔
１３ 遮蔽板
１４，１８ 液戻し管
１５ 外管
１６ 内管（吸入管）
１７ 接合部
２０ 圧縮機
２１ 外殻
２２ 圧縮機構部
２３ モータ部
３０ 四方弁
４０ 室外熱交換器
５０ 膨張弁
６０ 室内熱交換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】