特許 5981860 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】5981860

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20160818BHJP

   F04C 18/02 20060101ALI20160818BHJP

   F04C 29/12 20060101ALI20160818BHJP

   F04C 28/28 20060101ALI20160818BHJP

   F25B 43/02 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 387F

   F04C18/02 311U

   F04C29/12 C

   F04C28/28 B

   F04C29/12 D

   F25B1/00 396A

   F25B43/02 E

   F25B1/00 321M

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-30553(P2013-30553)

(22)【出願日】2013年2月20日

(65)【公開番号】特開2014-159906(P2014-159906A)

(43)【公開日】2014年9月4日

【審査請求日】2015年2月27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】幸野 雄

(72)【発明者】

【氏名】村上 晃啓

(72)【発明者】

【氏名】高藤 亮一

(72)【発明者】

【氏名】金子 喜作

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(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】 実開昭５６−１１５６８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−１５７５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４５８５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ０４Ｃ １８／０２

Ｆ０４Ｃ ２８／２８

Ｆ０４Ｃ ２９／１２

Ｆ２５Ｂ ４３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気液分離器と、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、が環状に順次接続され、冷媒が流れる冷媒回路を備え、
前記冷媒は、Ｒ３２単一冷媒、または、Ｒ３２を５０重量％以上含む混合冷媒であり、
前記圧縮機は、圧縮室を形成する圧縮機構部を有し、
前記気液分離器は、
容器本体と、
一端が前記容器本体の内部に位置するとともに、他端が前記圧縮機構部に接続され、該一端から該他端に前記冷媒が流れる吸入管と、
一端が前記容器本体の内部に位置するとともに、他端が前記吸入管の内部に位置し、該一端から該他端に前記冷媒が流れる液戻し管と、を有し、
前記容器本体の内部において、前記液戻し管の前記一端は、前記吸入管の前記一端よりも下方に位置し、
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、
前記液戻し管は、
前記液戻し管の前記他端側に位置するノズル部を有し、
前記ノズル部は、前記吸入管の前記曲管部を貫通するとともに、前記吸入管の前記直管部と略同軸に設けられ、
前記液戻し管の前記他端から前記圧縮室までの流路長さが、前記吸入管の内径の５倍以内である
ことを特徴とする空気調和機。

【請求項2】

前記液戻し管は、
前記ノズル部と、
前記ノズル部よりも前記液戻し管の前記一端側に位置し、前記ノズル部よりも内径が大きい大径部と、
前記大径部と前記ノズル部との間に位置する絞り部と、を有する
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】

前記液戻し管の前記他端は、前記圧縮室の入口を向くように斜めに切断されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。

【請求項4】

前記圧縮機は、旋回スクロール及び固定スクロールを有するスクロール圧縮機であり、
前記液戻し管の前記他端から、前記圧縮室の前記冷媒吸入完了時における前記旋回スクロールと前記固定スクロールの接点までの流路長さが、前記吸入管の内径の５倍以内である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３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】

現在、空気調和機には冷媒としてＲ４１０Ａが広く用いられている。しかしながら、Ｒ４１０Ａ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を用いることが求められている。その候補として、地球温暖化係数が６７５（つまり、Ｒ４１０の約３分の１）であるＲ３２を冷媒として用いることが検討されている。

【0003】

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】

特許文献１には、Ｒ３２を冷媒として用い、二相状態の冷媒を圧縮機に吸入する冷凍装置が記載されている。特許文献１によれば、圧縮機の吐出温度を下げることができる。

【0005】

特許文献２には、吸入管を介して圧縮機に接続される気液分離器と、気液分離器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が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許３９５６５８９号公報

【特許文献2】実開昭６２−１０２９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載の冷凍装置は、二相状態の冷媒の一部が液冷媒のかたまりとなり、液冷媒のかたまりが圧縮機に流入して液圧縮を起こす可能性がある。

【0008】

特許文献２に記載の空気調和機は、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、特許文献１と同様に、液冷媒のかたまりが圧縮機に流入して液圧縮を起こす可能性がある。

【0009】

液冷媒は非圧縮性の流体であるため、液圧縮を起こすと圧縮機に大きな負荷が生じ、空気調和機の信頼性を維持できなくなるおそれがある。

【0010】

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目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

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、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、が環状に順次接続され、冷媒が流れる冷媒回路を備え、冷媒は、Ｒ３２単一冷媒、または、Ｒ３２を５０重量％以上含む混合冷媒であり、圧縮機は、圧縮室を形成する圧縮機構部を有し、気液分離器は、容器本体と、一端が容器本体の内部に位置するとともに、他端が圧縮機構部に接続され、一端から他端に冷媒が流れる吸入管と、一端が容器本体の内部に位置するとともに、他端が吸入管の内部に位置し、一端から他端に冷媒が流れる液戻し管と、を有し、容器本体の内部において、液戻し管の一端は、吸入管の一端よりも下方に位置し、吸入管は、一端が圧縮機構部に接続される直管部と、直管部の他端から延びる曲管部と、を有し、液戻し管は、液戻し管の他端側に位置するノズル部を有し、ノズル部は、吸入管の曲管部を貫通するとともに、吸入管の直管部と略同軸に設けられ、液戻し管の他端から圧縮室までの流路長さが、吸入管の内径の５倍以内である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、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】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る空気調和機の系統図である。

【図2】スクロール式圧縮機の縦断面図である。

【図3】スクロール式圧縮機の横断面図であり、渦巻体の外側に形成される圧縮室を説明する図である。

【図4】スクロール式圧縮機の横断面図であり、渦巻体の内側に形成される圧縮室を説明する図である。

【図5】液戻し管を用いない場合における吸入管内の写真である。

【図6】第１実施形態に係る液戻し管を用いた場合における吸入管内の写真である。

【図7】第２実施形態に係る空気調和機の系統図である。

【図8】ロータリ式圧縮機の縦断面図である。

【図9】ロータリ式圧縮機の横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【第１実施形態】

【0015】

図１は、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。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。

【0016】

空気調和機Ｓ１は、熱源側であって室外（非空調空間）に設置される室外ユニットＵｏと、利用側であって室内（空調空間）に設置される室内ユニットＵｉと、を備えている。本実施形態の空気調和機Ｓ１は、冷媒としてＲ３２を用いている。

【0017】

空気調和機Ｓ１の冷媒回路は、気液分離器１０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。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。

【0018】

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）。

【0019】

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。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。

【0020】

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。

【0021】

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、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。

【0022】

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、例えば鉄製であり、中空の円筒状部材の両端に半球状部材を溶接することにより形成される。

【0023】

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。このように設置することにより、吸入管１２の開口部１２ｐへ流入せず、容器本体１１内に貯溜できる液冷媒の体積を最大にすることができる。

【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を吐出する。圧縮機２０は、外殻２１（密閉容器）内の上部に配置された圧縮機構部２２と、下部に配置されたモータ部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。

【0025】

なお、圧縮機２０として、例えば、スクロール式、ロータリ式、スイング式、レシプロ式の圧縮機を用いることができる。

【0026】

流入管ａ１は容器本体１１の上部を貫通し、流入管ａ１の開口部ｐ１が容器本体１１の内部に臨んでいる。

【0027】

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の一端は容器本体１１の下部を貫通し、吸入管１２の開口部１２ｐが容器本体１１の内部に臨んでおり、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。吸入管１２の開口部１２ｐは、容器本体１１の内部の上部域に位置している。

【0028】

吸入管１２の他端は圧縮機２０の外殻２１の上部を貫通し、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に流入する流入口となっている。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。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する。

【0033】

空気調和機Ｓ１の冷媒回路は、気液分離器１０内の液冷媒を圧縮機２０に供給するための液戻し管１４を備えている。液戻し管１４は、容器本体１１底部の半球状部材を貫通し、その一端である開口部１４ｐが容器本体１１底部の内部に臨んでいる。ここで、液戻し管１４の開口部１４ｐは、吸入管１２の開口部１２ｐよりも低い場所に位置している。これによって、容器本体１１内部の底部から貯溜していく液冷媒を開口部１４ｐから流出させることができる。

【0034】

また、液戻し管１４は、一端１４ｐから他端１４ｑに向かって、大径部１４ｃ、絞り部１４ｂ、ノズル部１４ａ（小径部）からなる。液戻し管１４のノズル部１４ａは、吸入管１２の曲管部１２ｂを貫通し、吸入管１２の直管部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。

【0035】

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。

【0036】

圧縮機２０の吐出温度は外部環境によって変化する。例えば、室外空気が低温であって圧縮機２０の圧縮比が高い場合、圧縮機２０の吐出温度が高くなる。この場合、吐出温度の上昇を抑制するために、圧縮機２０への液戻しが必要となる。一方、室外空気が低温ではなく、圧縮機２０の圧縮比が低い場合、圧縮機２０の吐出温度は相対的に低くなる。この場合、吐出温度の上昇を抑制する必要がないため、圧縮機２０への液戻しは不要である。以下、液戻しが必要である場合と、液戻しが不要である場合に分けて、説明する。

【0037】

まず、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について説明する。室外空気の温度が高い場合、圧縮機２０の圧縮比が小さく、圧縮機２０の吐出温度はさほど上昇しないため、圧縮機２０への液戻しは不要である。かかる場合、気液分離器１０には液冷媒が無い状態とし、圧縮機２０にはガス冷媒が流れる。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に流れる。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。

【0038】

蒸発器として機能する室外熱交換器４０には、膨張弁５０で減圧された低温低圧の気液二相冷媒が流入する。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となる。

【0039】

室外熱交換器４０から流出した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、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。

【0040】

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の圧縮比が大きく、圧縮機２０の吐出温度が上昇するため、圧縮機２０への液戻しが必要となる。

【0041】

かかる場合、気液分離器１０に液冷媒が在る状態とし、圧縮機２０に二相冷媒を流す。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。

【0042】

蒸発器として機能する室外熱交換器４０には、膨張弁５０で減圧された低温低圧の気液二相冷媒が流入する。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、気液二相冷媒となる。

【0043】

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。

【0044】

さらに、ガス冷媒は、開口部１２ｐから吸入管１２に流れ、開口部１２ｑから圧縮機２０の吸入側に流入する。一方、液冷媒は、開口部１４ｐから液戻し管１４に流れ、開口部１４ｑから噴霧流として圧縮機２０の吸入側（吸入空間７９）に流入する。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

室内熱交換器６０から流出した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、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。

【0050】

次に、図２乃至図４を用いて、スクロール式圧縮機を対象として、圧縮機構部２２に形成される圧縮室について説明する。

【0051】

図２は、スクロール式圧縮機の縦断面図である。スクロール式圧縮機２０は、固定スクロール７０と、旋回スクロール７２と、旋回スクロール７２を回転するクランク軸７４と、クランク軸を軸支するフレーム７５と、旋回スクロール７２の公転運動は許容し自転を防止するオルダムリング７６と、クランク軸７４を駆動するモータ７７からなる。

【0052】

図３は、スクロール式圧縮機の横断面図であり、渦巻体の外側に形成される圧縮室を説明する図である。図３は、旋回スクロール７２の渦巻体７２ａの外側に形成される密閉空間が吸入を完了した状態であり、固定スクロール７０の渦巻体７０ａと旋回スクロール７２ａは接点８０ａで吸入空間７９を閉じて、圧縮室最大密閉空間８１ａ（吸入完了密閉空間）を形成する。

【0053】

図４は、スクロール式圧縮機の横断面図であり、渦巻体の外側に形成される圧縮室を説明する図である。図４は、旋回スクロール７２の渦巻体７２ａの内側に形成される密閉空間が吸入を完了した状態であり、固定スクロール７０の渦巻体７０ａと旋回スクロール７２ａは接点８０ｂで吸入空間７９を閉じて、圧縮室最大密閉空間８１ｂ（吸入完了密閉空間）を形成する。

【0054】

液戻し管１４の開口部１４ｑは、図３及び図４に示す圧縮機構部２２の接点８０ａ及び接点８０ｂの近傍に配置され、圧縮機構部２２の圧縮室空間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。

【0055】

液戻し管１４は、大径部１４ｃと、大径部よりも他端１４ｑ側に位置するノズル部１４ａと、大径部１４ｃとノズル部１４ａとの間に位置する絞り部１４ｂと、を有し、大径部１４ｃの内径は、ノズル部１４ａの内径より大きい。このような液戻し管１４により、液冷媒を噴霧させることができる。

【0056】

吸入過程では、吸入管直管部１２ａ、吸入口７８及び吸入口凹部７８ａを通って、ガス冷媒または噴霧流冷媒が流路を曲がりながら吸入空間７９に流入する。液戻し管ノズル開口部１４ｑは、圧縮室への噴霧流のスムーズな流入を図るため、吸入管直管部１２ａの軸心から吸入口中心への方向を示す図中矢印の方向に開口するように先端が斜めカットされている。つまり、液戻し管ノズル開口部１４ｑは圧縮室の入口（圧縮室最大密閉空間８１ａ及び圧縮室最大密閉空間８１ｂ）の方向に開口している。

【0057】

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に形成される圧縮室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の温度を下げることができる。

【0058】

図５は、液戻し管を用いない場合における吸入管内の写真である。吸入管内の冷媒の流動様式を観察するため、内径が１１．２ｍｍである吸入管をガラス管で製作し、圧縮機吐出温度が高くなる室外温度−１５℃の暖房条件での冷媒の流動を撮影した。流動様式の遷移を観察するため、吸入管直管部を長くとっている。

【0059】

液戻し管１４を有しない気液分離器１０を用い、二相状態の冷媒を圧縮機２０に吸入させる場合、吸入管１２に直接、二相状態の冷媒を流入させなければならない。

【0060】

吸入管１２に液冷媒を含む二相状態の冷媒が流入すると、吸入管１２の下流に向かうにつれて内壁面に波状の液膜（気泡を含む）が形成され、径方向中心付近には液滴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。

【0061】

つまり、液戻し管を用いない場合、環状噴霧流のうち環状の液冷媒がかたまりとして圧縮機２０に流入することになる。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。

【0062】

図６は、第１実施形態に係る液戻し管を用いた場合における吸入管内の写真である。気液分離器１０の容器本体１１内部の底部に貯溜している液冷媒が液戻し管１４の開口部１４ｐから流入する。

【0063】

液冷媒に比べ、ガス冷媒は管内流れの圧力損失が大きい。そのため、吸入管１２におけるガス冷媒の圧力損失による負圧が、液戻し管１４のノズル開口部１４ｑに発生し、液戻し管１４に液冷媒が吸入される。本実施形態では、液冷媒を吸入する液戻し管１４の開口部１４ｑを吸入管１２内に設けて、液戻し管１４の液冷媒を吸入管１２内に流出させている。

【0064】

図６は、液戻し管１４の液冷媒を吸入管１２内に流出させたときの状態を示している。図６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。噴霧流は、ノズル開口部１４ｑから、吸入管内径（１１．２ｍｍ）の５倍（５６ｍｍ）程度まで維持され、その下流では図５と同じ環状噴霧流に遷移している。

【0065】

圧縮機構部２２の圧縮室で圧縮される場合、液冷媒が噴霧流の状態である場合、液体の表面積が大きく圧縮過程での噴霧流の液状態からガス状態への変化が速いため（蒸発速度が速いため）、信頼性を損なう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の摺動部の潤滑油を洗い流すことも防止できる。従って、液冷媒を噴霧流の状態で圧縮機構部２２の圧縮室に流入させることが望ましい。

【0066】

上記観察結果から、噴霧流を維持するためには、液戻し管ノズル開口部１４ｑと、形成される圧縮室最大密閉空間８１ａ及び８１ｂの境界である接点８０ａ及び接点８０ｂとの流路長さ（流路断面の略中心を通る線に沿う長さ）は、液戻し管ノズル開口部１４ｑが臨む吸入管直管部１２ａの内径の略５倍以内にする必要があることがわかった。

【0067】

液戻し管１４のノズル部１４ａを吸入管１２の内部に設けると、吸入管１２の流路断面積と液戻し管ノズル部１４ａの流路断面積の和が減少し、圧力損失は増加する。本実施形態では、液戻し管１４に大径部１４ｃを設けることにより、この液戻し管１４の大径部１４ｃと吸入管１２の流路断面積の和を吸入管１２単独よりも大きくし、気液分離器１０と圧縮機２０の間の配管の圧力損失を、液戻し管１４を用いない場合よりも低減させている。

【0068】

容器本体１１内の冷媒液面ｗの高さは、ガス冷媒側の開口部１２ｐでの入口損失と、吸入管１２での摩擦損失と、液冷媒側の開口部１４ｐでの入口損失と、液戻し管１４での摩擦損失と、冷媒液面ｗと液戻し管１４の開口部１４ｑとの位置ヘッド差と、の圧力バランス式から決まる。たとえば、液冷媒側の開口部１４ｐでの入口損失と、液戻し管１４での摩擦損失との和が、ガス冷媒側の開口部１２ｐでの入口損失と、吸入管１２での摩擦損失との和より、大きい場合、冷媒液面ｗの高さは高くなる。

【0069】

また、前記したように、吸入管１２と略同軸に液戻し管ノズル部１４ａを設けることにより、液戻し管ノズル部１４ａ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。

【0070】

気液分離器１０内の底部に、空気調和機Ｓ１の冷媒回路を冷媒と共に循環する油（潤滑油）が溜まった場合、ガス冷媒と共に、液戻し管１４の開口部１４ｐから流入し、圧縮機２０の圧縮機構部２２に戻される。

【0071】

以上説明したとおり、本実施形態によれば、二相状態の冷媒を圧縮機２０に流入させることで、断熱指数が大きく、圧縮された場合に温度が上昇しやすいＲ３２を冷媒として用いた場合でも、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である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。

【0072】

そして、噴霧流の状態の液冷媒を圧縮機２０に流入させることで、液冷媒のかたまりが圧縮室に流入しないため、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。

【第２実施形態】

【0073】

第２実施形態に係る空気調和機は、圧縮機として、ロータリ式圧縮機を用いている。なお、第１実施形態と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７は、第２実施形態に係る空気調和機Ｓ２の冷媒回路を示す系統図である。

【0074】

圧縮機２００は、外殻２１（密閉容器）に収められた下部に配置された圧縮機構部２２０と、上部に配置されたモータ部２３と、を備えている。第１実施形態とは圧縮機構部２２０とモータ部２３の配置が上下逆であり、気液分離器１００の吸入管１２０と液戻し管１４０の形状が第１実施形態と異なる。

【0075】

吸入管１２０はＬ字状に形成され、開口部１２０ｑは圧縮機２００の外殻２１の側面を貫通し、圧縮機構部２２０の側面から、吸入通路１２０ｒに接続されている。

【0076】

液戻し管１４０もＬ字状に形成され、噴霧流の液冷媒を圧縮機２００に供給することによって、圧縮機２００での液圧縮を防止しつつ、液冷媒の蒸発潜熱で圧縮機２００内の温度（つまり、圧縮機２００の吐出温度）を下げることができる。

【0077】

液戻し管１４０は、容器本体１１底部の半球状部材を貫通し、その一端である開口部１４０ｐが容器本体１１底部の内部に臨んでいる。これによって、容器本体１１内部の底部から貯溜していく液冷媒を開口部１４０ｐから流入させることができる。

【0078】

また、液戻し管１４０は、一端１４０ｐから他端１４０ｑに向かって、大径部１４０ｃ（直管部と曲がり部）、絞り部１４０ｂ、ノズル部１４０ａ（小径部）からなる。その液戻し管ノズル部１４０ａは、吸入管１２０の曲管部１２０ｂを横から貫通し、直管部１２０ａと略同軸となるように横方向に延びている。そして、液戻し管１４０の他端である開口部１４０ｑは、吸入通路１２０ｒの内部に臨んでいる。

【0079】

液戻し管１４０の開口部１４０ｑは、後述する圧縮機構部２２０に形成される接点９５の近傍に配置され、圧縮機構部２２０の圧縮室空間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。

【0080】

また、液戻し管１４０の開口部１４０ｑは圧縮室への噴霧流のスムーズな流入を図るため、流入方向に向けて開口するように先端が斜めにカットされている。

【0081】

次に、図８、図９を用いて、ロータリ式圧縮機を対象として、圧縮機構部２２０に形成される圧縮室について説明する。図８は、ロータリ式圧縮機の縦断面図である。図９は、ロータリ式圧縮機の横断面図である。ロータリ式圧縮機２００は、シリンダ８５と、ローラ８６と、ベーン８７（図９参照）と、主軸受８８と、副軸受８９と、ローラ８６を回転するクランク軸９０と、クランク軸を駆動するモータ９１からなる。

【0082】

図９は、シリンダ８５、ローラ８６、ベーン８７で形成される密閉空間が吸入を完了した状態を示す。この時、ローラ８６とシリンダ８５の吸入通路１２ｒ０の口との接点９５において、吸入空間を閉じて、圧縮室最大密閉空間９６（吸入完了密閉空間）を形成する。

【0083】

前述したように、液戻し管ノズル開口部１４０ｑは、圧縮室への噴霧流のスムーズな流入を図るため、接点９５の方向に開口するように先端が斜めカットされている。

【0084】

また、液戻し管ノズル開口部１４０ｑと、形成される圧縮室最大密閉空間９６の接点９５との流路長さは、液戻し管ノズル開口部１４０ｑが臨む吸入通路１２０ｒの内径の略５倍以内である。この理由については第１実施形態で述べたとおりである。

【0085】

吸入管１２０内を通流するガス冷媒中に開口部１４０ｑから流出した液冷媒は、液柱を形成した後、分裂してガス冷媒中に浮遊し、噴霧流となる。

【0086】

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２２０に形成される圧縮室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２００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２２０の圧縮室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が速いため（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。

【0087】

つまり、冷媒としてＲ３２を使用した場合であっても、圧縮機２００の吐出温度を抑えつつ、圧縮機２００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２００に流入し、圧縮機構部２２の摺動部の潤滑油を洗い流すことも防止できる。

【0088】

第１実施形態のスクロール式圧縮機は、その機構上、圧縮室の容積が一定の容積を残すのに対して、本実施形態であるロータリ式圧縮機は、その機構上、圧縮機の容積がゼロとなる。したがって、圧縮機への液戻りに対して、ロータリ式圧縮機の方が、液圧縮の可能性が高い。本実施形態の空気調和機によれば、噴霧流の液冷媒を戻すことによる液圧縮を抑え、信頼性を向上させることができる。

【0089】

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。

【0090】

気液分離器１０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。

【0091】

また、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。

【0092】

また、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、Ｒ３２を５０重量％以上含む混合冷媒や、吐出温度対策が必要となる他の冷媒を用いてもよい。

【符号の説明】

【0093】

Ｓ１、Ｓ１０ 空気調和機
１０、１００ 気液分離器
１１ 容器本体
１２、１２０ 吸入管
１３ 遮蔽板
１４、１４０ 液戻し管
２０、２００ 圧縮機
２２、２２０ 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
８０ａ、８０ｂ、９５ 接点
８１ａ、８１ｂ、９６ 圧縮室最大密閉空間（吸入完了密閉空間）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】