特許 7054419 冷凍サイクル装置

(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】

(24)【登録日】2022-04-05

(45)【発行日】2022-04-13

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20220406BHJP

   F25B 43/00 20060101ALI20220406BHJP

   F25B 41/42 20210101ALI20220406BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 331E

F25B1/00 101E

F25B43/00 L

F25B41/42

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020547626

(86)(22)【出願日】2018-09-25

(86)【国際出願番号】 JP2018035376

(87)【国際公開番号】W WO2020065712

(87)【国際公開日】2020-04-02

【審査請求日】2021-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今任 尚希

(72)【発明者】

【氏名】三浦 賢

(72)【発明者】

【氏名】伊内 啓

(72)【発明者】

【氏名】山内 裕文

【審査官】森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１４３６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】西独国特許出願公開第０２１３４９３９（ＤＥ，Ａ）

【文献】実開平０４－０６１２６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０５－３２２３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５７８４０６０（ＣＮ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１８／０４７５１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１７９９６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ４３／００

Ｆ２５Ｂ ４１／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機と、
凝縮器と、
室内膨張弁と、
前記凝縮器と前記室内膨張弁との間に配置される過冷却回路と、
蒸発器と、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記過冷却回路、前記室内膨張弁、および前記蒸発器を接続して冷媒を流通させる冷媒管と、を備え、
前記冷媒管は、前記圧縮機、前記凝縮器、前記過冷却回路、前記室内膨張弁、および前記蒸発器に前記冷媒を循環させる主回路管と、前記過冷却回路と前記室内膨張弁とを繋ぐ前記主回路管の途中から分岐して前記圧縮機へ前記冷媒を迂回させるバイパス回路管と、前記主回路管と前記バイパス回路管との分岐部と、を有し、
前記分岐部は、上流管部と、前記上流管部から上方へ向かって分岐して前記室内膨張弁へ向かう主回路分岐管部と、前記上流管部から下方へ向かって分岐して前記過冷却回路へ向かうバイパス回路分岐管部と、を有し、
前記主回路分岐管部と前記バイパス回路分岐管部とは、ひと続きの直管であり、
前記上流管部は、前記直管に突き立てられ、
前記直管の流路断面積は、前記上流管部の流路断面積の２倍以上ある冷凍サイクル装置。

【請求項2】

前記上流管部は、実質的に水平方向へ延び、
前記主回路分岐管部および前記バイパス回路分岐管部は実質的に鉛直方向へ延びている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記上流管部の中心線の延長線は、前記主回路分岐管部の中心線および前記バイパス回路分岐管部の中心線に交差しない請求項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】

本発明に係る実施形態は、冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

過冷却回路と、過冷却回路の上流側に設けられる気液分離器と、を備える冷凍サイクル装置が知られている。

【0003】

従来の冷凍サイクル装置は、気液分離器で気液二層状態の冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、分離した液冷媒のみを過冷却回路に流入させ、分離したガス冷媒を圧縮機へ迂回させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－２３３５５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の冷凍サイクル装置は、気液分離器、および分離したガス冷媒を圧縮機へ迂回させる配管を要する。これら気液分離器およびバイパス管は、冷凍サイクル装置のコストアップや、配管系統の複雑化を招く。

【0006】

そこで、本発明は、容易な構成で過冷却回路の性能を十分に発揮可能な冷凍サイクル装置を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、室内膨張弁と、前記凝縮器と前記室内膨張弁との間に配置される過冷却回路と、蒸発器と、前記圧縮機、前記凝縮器、前記過冷却回路、前記室内膨張弁、および前記蒸発器を接続して冷媒を流通させる冷媒管と、を備え、前記冷媒管は、前記圧縮機、前記凝縮器、前記過冷却回路、前記室内膨張弁、および前記蒸発器に前記冷媒を循環させる主回路管と、前記過冷却回路と前記室内膨張弁とを繋ぐ前記主回路管の途中から分岐して前記圧縮機へ前記冷媒を迂回させるバイパス回路管と、前記主回路管と前記バイパス回路管との分岐部と、を有し、前記分岐部は、上流管部と、前記上流管部から上方へ向かって分岐して前記室内膨張弁へ向かう主回路分岐管部と、前記上流管部から下方へ向かって分岐して前記過冷却回路へ向かうバイパス回路分岐管部と、を有し、前記主回路分岐管部と前記バイパス回路分岐管部とは、ひと続きの直管であり、前記上流管部は、前記直管に突き立てられ、前記直管の流路断面積は、前記上流管部の流路断面積の２倍以上ある。

【0010】

本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の前記上流管部は、実質的に水平方向へ延び、前記主回路分岐管部および前記バイパス回路分岐管部は実質的に鉛直方向へ延びていることが好ましい。

【0011】

本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の前記上流管部の中心線の延長線は、前記主回路分岐管部の中心線および前記バイパス回路分岐管部の中心線に交差しないことが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の模式図。

【図2】本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の過冷却回路の模式図。

【図3】本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の過冷却回路の熱交換量と比較例の過冷却回路の熱交換量とを比べた図。

【図4】本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の分岐部の他の例を示す断面図。

【図5】本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の分岐部の他の例を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明に係る冷凍サイクル装置の実施形態について、図１から図５を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号が付されている。

【0014】

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の模式図である。

【0015】

図１に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、例えば空気調和機である。冷凍サイクル装置１は、圧縮機２と、室外熱交換器３と、室外膨張弁９と、過冷却回路５と、室内膨張弁６と、室内熱交換器７と、圧縮機２、室外熱交換器３、過冷却回路５、室内膨張弁６、および室内熱交換器７を接続して冷媒を流通させる冷媒管８と、を備えている。

【0016】

また、冷凍サイクル装置１は、圧縮機２から吐出される冷媒を室外熱交換器３および室内熱交換器７のいずれか一方へ送り、室外熱交換器３および室内熱交換器７のいずれか他方を通過した冷媒を再び圧縮機２に吸い込ませる四方弁１１と、四方弁１１と圧縮機２との間の冷媒管８に設けられるアキュムレータ１２と、を備えている。

【0017】

さらに、冷凍サイクル装置１は、家屋やビル等の建物の外側に設置される室外ユニット１５と、建物の内側に設置される室内ユニット１６と、を備えている。本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、例えば１つの室外ユニット１５と、室外ユニット１５に並列に接続される複数の室内ユニット１６と、を備えている。

【0018】

室外ユニット１５には、圧縮機２、室外熱交換器３、室外膨張弁９、過冷却回路５、四方弁１１、およびアキュムレータ１２が収容されている。室外ユニット１５は、室外ユニット１５の外側から空気を吸い込み、室外熱交換器３との間で熱交換した空気を室外ユニット１５の外側へ吹き出させる室外送風機２１が設けられている。室外送風機２１は、室外熱交換器３に対向するプロペラファン２２と、プロペラファン２２を回転駆動させる電動機２３と、を備えている。

【0019】

室内ユニット１６には、室内膨張弁６、および室内熱交換器７が収容されている。室内ユニット１６は、室内ユニット１６の外側から空気を吸い込み、室内熱交換器７との間で熱交換した空気を室内ユニット１６の外側へ吹き出させる室内送風機２５が設けられている。室内送風機２５は、室内熱交換器７に対向するプロペラファン２６と、プロペラファン２６を回転駆動させる電動機２７と、を備えている。

【0020】

室外熱交換器３および室内熱交換器７は、例えばフィンアンドチューブ型である。

【0021】

室外熱交換器３は、冷凍サイクル装置１を冷房運転する場合には、凝縮器として機能し、冷凍サイクル装置１を暖房運転する場合には、蒸発器として機能する。

【0022】

室内熱交換器７は、冷凍サイクル装置１を冷房運転する場合には、蒸発器として機能し、冷凍サイクル装置１を暖房運転する場合には、凝縮器として機能する。

【0023】

圧縮機２は、冷媒を圧縮し、昇圧して吐出する。圧縮機２は、例えば公知のインバータ制御によって運転周波数を変更可能なものであっても良いし、運転周波数を変更できないものであっても良い。

【0024】

室内膨張弁６および室外膨張弁９は、例えばＰＭＶ（Ｐｕｌｓｅ Ｍｏｔｏｒ Ｖａｌｖｅ）である。室内膨張弁６および室外膨張弁９は、弁開度を調節できる。室内膨張弁６は、主に冷房運転時に膨張弁として機能し、主に暖房運転時に室内熱交換器７の過冷却度の調整弁として機能する。一方、室外膨張弁９は、主に暖房運転時に膨張弁として機能し、主に冷房運転時に室外熱交換器３の過冷却度の調整弁として機能する。図示は省略するが、室内膨張弁６および室外膨張弁９は、例えば、貫通孔を有する弁本体と、貫通孔に対して進退可能なニードルと、ニードルを進退させる動力源と、を備えている。貫通孔をニードルで塞いだ場合に、室内膨張弁６および室外膨張弁９は、冷凍サイクル装置１の冷媒の流通を止める（遮断する）。このとき、室内膨張弁６および室外膨張弁９は閉じた状態であり、室内膨張弁６および室外膨張弁９の開度は最も小さい。ニードルが貫通孔から最も離れた場合に、冷凍サイクル装置１の冷媒の流通量は、最大化する。このとき、室内膨張弁６および室外膨張弁９の開度は最も大きい。

【0025】

動力源は、例えば、ステッピングモーターである。ステッピングモーターに入力されるパルス数が０パルスのとき、室内膨張弁６および室外膨張弁９は閉じる。ステッピングモーターに入力されるパルス数が最大パルスのとき、室内膨張弁６および室外膨張弁９は最大開度に達する。最大パルス数は、例えば数百パルスであり、例えば５００パルスである。

【0026】

冷媒管８は、圧縮機２、アキュムレータ１２、四方弁１１、室外熱交換器３、室外膨張弁９、過冷却回路５、室内膨張弁６、および室内熱交換器７を接続している。冷媒管８は、圧縮機２、アキュムレータ１２、四方弁１１、室外熱交換器３、室外膨張弁９、過冷却回路５、室内膨張弁６、および室内熱交換器７に冷媒を循環させる主回路管３１と、過冷却回路５と室内膨張弁６とを繋ぐ主回路管３１の途中から分岐して圧縮機２へ冷媒を迂回させるバイパス回路管３２と、主回路管３１からバイパス回路管３２を分岐させる分岐部３３と、を備えている。

【0027】

主回路管３１は、圧縮機２の吐出側と四方弁１１とを繋ぐ第一主冷媒管３１ａと、圧縮機２の吸込側と四方弁１１とを繋ぐ第二主冷媒管３１ｂと、四方弁１１と室外熱交換器３とを繋ぐ第三主冷媒管３１ｃと、室外熱交換器３と室内熱交換器７とを繋ぐ第四主冷媒管３１ｄと、室内熱交換器７と四方弁１１とを繋ぐ第五主冷媒管３１ｅと、を含んでいる。

【0028】

第四主冷媒管３１ｄは、室外ユニット１５の第一配管接続部３１ｆと室内ユニット１６の第二配管接続部３１ｇとを経て室外熱交換器３と室内熱交換器７とを繋いでいる。

【0029】

第五主冷媒管３１ｅは、室内ユニット１６の第三配管接続部３１ｈと室外ユニット１５の第四配管接続部３１ｉとを経て室内熱交換器７と四方弁１１とを繋いでいる。

【0030】

分岐部３３は、室外熱交換器３と室外ユニット１５の第一配管接続部３１ｆとを繋ぐ第四主冷媒管３１ｄの途中に配置されている。

【0031】

アキュムレータ１２は、第二主冷媒管３１ｂの途中に設けられている。

【0032】

室外膨張弁９、過冷却回路５および室内膨張弁６は、第四主冷媒管３１ｄの途中に設けられている。過冷却回路５は、室内膨張弁６よりも室外熱交換器３に近い。室外膨張弁９は、過冷却回路５よりも室外熱交換器３に近い。室内膨張弁６は、過冷却回路５よりも室内熱交換器７に近い。換言すると、室外膨張弁９は、室外熱交換器３と過冷却回路５との間に配置されている。過冷却回路５は、室外熱交換器３と室内膨張弁６との間に配置されている。過冷却回路５は、室外膨張弁９と室内膨張弁６との間に配置されている。また、室外膨張弁９は、室外熱交換器３と室外ユニット１５の第一配管接続部３１ｆとを繋ぐ第四主冷媒管３１ｄの途中に配置されている。過冷却回路５は、室外熱交換器３と室外ユニット１５の第一配管接続部３１ｆとを繋ぐ第四主冷媒管３１ｄの途中に配置されている。室内膨張弁６は、室内ユニット１６の第二配管接続部３１ｇと室内熱交換器７とを繋ぐ第四主冷媒管３１ｄの途中に配置されている。

【0033】

四方弁１１は、冷媒管８における冷媒の流れの向きを切り替える。冷凍サイクル装置１を冷房運転（図１中、実線で示す冷媒の流れ）して建物内の室温を下降させる場合、四方弁１１は、第一主冷媒管３１ａから第三主冷媒管３１ｃへ冷媒を流通させ、かつ第五主冷媒管３１ｅから第二主冷媒管３１ｂへ冷媒を流通させる。冷凍サイクル装置１を暖房運転（図１中、破線で示す冷媒の流れ）して建物内の室温を上昇させる場合、四方弁１１は、第一主冷媒管３１ａから第五主冷媒管３１ｅへ冷媒を流通させ、かつ第三主冷媒管３１ｃから第二主冷媒管３１ｂへ冷媒を流通させる。

【0034】

図２は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の過冷却回路の模式図である。

【0035】

図１および図２に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１の過冷却回路５は、バイパス回路管３２と、過冷却用膨張弁４１と、過冷却熱交換器４２と、を備えている。

【0036】

バイパス回路管３２は、冷房運転時に室外熱交換器３から室内熱交換器７へ向かう主回路管３１の冷媒を分岐させて、室内膨張弁６および室内熱交換器７を介さずに、アキュムレータ１２へ迂回させる。バイパス回路管３２は、分岐部３３、つまり室外熱交換器３と室外ユニット１５の第一配管接続部３１ｆとを繋ぐ第四主冷媒管３１ｄの途中から分岐している。バイパス回路管３２は、アキュムレータ１２と四方弁１１とを繋ぐ第二主冷媒管３１ｂの途中で主回路管３１の第二主冷媒管３１ｂに合流している。

【0037】

過冷却用膨張弁４１は、分岐部３３からバイパス回路管３２に流れ込んだ冷媒を減圧する。

【0038】

過冷却熱交換器４２は、過冷却用膨張弁４１で減圧された冷媒と主回路管３１（詳細には第四主冷媒管３１ｄにおける分岐部３３よりも上流部分）を流れる冷媒との間で熱交換を行い、主回路管３１を流れる冷媒を過冷却する。

【0039】

バイパス回路管３２は、分岐部３３と過冷却用膨張弁４１とを繋ぐ第一迂回冷媒管３２ａと、過冷却用膨張弁４１と過冷却熱交換器４２とを繋ぐ第二迂回冷媒管３２ｂと、過冷却熱交換器４２と主回路管３１の第二主冷媒管３１ｂとを繋ぐ第三迂回冷媒管３２ｃと、を含んでいる。

【0040】

また、冷凍サイクル装置１は、四方弁１１に信号線（図示省略）を介して電気的に接続される制御部４５を備えている。制御部４５は、運転周波数を変更可能な圧縮機２に接続されていても良い。

【0041】

制御部４５は、中央演算処理装置（図示省略）と、中央演算処理装置が実行する各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する記憶装置（図示省略）と、を備えている。制御部４５は、各種制御プログラムを補助記憶装置から主記憶装置へ読み込み、主記憶装置に読み込まれた各種制御プログラムを中央演算処理装置で実行する。

【0042】

制御部４５は、例えばリモートコントローラーのような入力装置に入力される要求に基づいて四方弁１１の状態を切り替えて、冷凍サイクル装置１の冷房運転と暖房運転とを切り替える。

【0043】

また、制御部４５は、室外熱交換器３と過冷却回路５との間の第四主冷媒管３１ｄに流れる冷媒の温度を測定する第一温度センサ４６、過冷却回路５と第一配管接続部３１ｆとの間の第四主冷媒管３１ｄに流れる冷媒の温度を測定する第二温度センサ４７、第三迂回冷媒管３２ｃに流れる冷媒の温度を測定する第三温度センサ４８、および吸込飽和温度に基づいて、過冷却用膨張弁４１の開度を制御する。

【0044】

吸込飽和温度は、第四主冷媒管３１ｄに流れる冷媒の圧力を測定する吸込圧力センサ４９の値を換算して求められる。

【0045】

冷房運転の際、冷凍サイクル装置１は、圧縮された高温高圧の冷媒を圧縮機２から吐出し、四方弁１１を介してこの冷媒を室外熱交換器３へ送る。室外熱交換器３は、建物の外の空気とチューブ内を通る冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を冷却して高圧の液状態にする。つまり、冷房運転時、室外熱交換器３は、凝縮器として機能する。室外熱交換器３を通過した冷媒は、室内膨張弁６を通過して減圧され低圧の気液二相冷媒になって室内熱交換器７に到達する。室内熱交換器７は、建物の中の空気とチューブ内を通る冷媒との間で熱交換を行い、建物内の空気を冷却する。このとき、室内熱交換器７は、冷媒を蒸発させて気体状態にする蒸発器として機能する。室内熱交換器７を通過した冷媒は、圧縮機２へ吸い込まれて戻る。

【0046】

他方、暖房運転の際、冷凍サイクル装置１は、四方弁１１を反転させて冷凍サイクルに冷房時の冷媒の流れと逆向きの冷媒の流れを生じさせ、室内熱交換器７を凝縮器として機能させ、室外熱交換器３を蒸発器として機能させる。

【0047】

なお、冷凍サイクル装置１は、四方弁１１を備えない、冷却専用のものであってもよい。この場合、圧縮機２の吐出側は冷媒管８を通じて室外熱交換器３に接続され、圧縮機２の吸込側は冷媒管８を通じて室内熱交換器７に接続される。

【0048】

そして、過冷却回路５は、室外熱交換器３から室内膨張弁６へ向かう冷媒の乾き度を低減させるため、また室内ユニット１６を循環する冷媒の量を低減するために用いられる。

【0049】

過冷却回路５は、一般的には冷房運転で使用される。過冷却回路５は、室外熱交換器３で凝縮された液冷媒の一部を分岐部３３で分岐し、過冷却用膨張弁４１で低圧膨張させる。過冷却熱交換器４２は、過冷却用膨張弁４１で低圧膨張した二相冷媒と主回路管３１（詳細には第四主冷媒管３１ｄにおける分岐部３３よりも上流部分）を流れる冷媒とを熱交換させて、主回路管３１を流れる冷媒を冷却する。

【0050】

ところで、室外熱交換器３で冷媒の一部が凝縮されず、ガス冷媒のまま第四主冷媒管３１ｄに流れ出た場合には、過冷却回路５に二相冷媒が流入する虞がある。一般的に、過冷却用膨張弁４１は、二相冷媒を流通させるための十分な配管径を有していない。したがって、過冷却回路５は、冷媒の流通量を十分に確保できない。そして、過冷却回路５の熱交換量は低下する。過冷却回路５の熱交換量が低下した場合には、主回路管３１の第四主冷媒管３１ｄにガス冷媒が混入し、ガス冷媒が室内ユニット１６に送られてしまう。

【0051】

そこで、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１の分岐部３３は、上流管部５１と、上流管部５１から上方（図２中の実線矢印Ｕ）へ向かって分岐して室内膨張弁６へ向かう主回路分岐管部５２と、上流管部５１から下方（図２中の実線矢印Ｄ）へ向かって分岐して過冷却回路５へ向かうバイパス回路分岐管部５３と、を備えている。上流管部５１および主回路分岐管部５２は、主回路管３１の第四主冷媒管３１ｄの一部に相当し、バイパス回路分岐管部５３は、バイパス回路管３２の第一迂回冷媒管３２ａの一部に相当する。

【0052】

主回路分岐管部５２とバイパス回路分岐管部５３とは、ひと続きの直管５５である。換言すると、直管５５の一部である主回路分岐管部５２は、主回路管３１の第四主冷媒管３１ｄの一部に相当し、直管５５の残部であるバイパス回路分岐管部５３は、バイパス回路管３２の第一迂回冷媒管３２ａの一部に相当する。直管５５は、主回路分岐管部５２に相当する部位からバイパス回路分岐管部５３に相当する部位に掛けて実質的に一様な流路断面積を有している。主回路管３１の第四主冷媒管３１ｄおよびバイパス回路管３２の第一迂回冷媒管３２ａの境界は、直管５５と上流管部５１との合流部分である。

【0053】

なお、第四主冷媒管３１ｄは、直管５５の一部に相当する部位を除けば屈曲していても良い。また、第一迂回冷媒管３２ａは、直管５５の残部に相当する部位を除けば屈曲していても良い。

【0054】

主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３は、実質的に鉛直方向へ延びている。主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３は、鉛直線ＶＬに対して３０度（±３０度）の範囲で傾いていても良い。

【0055】

上流管部５１は、直管５５に突き立てられている。換言すると、上流管部５１は、直管５５の径方向から直管５５に突き当たっている。上流管部５１は、実質的に水平方向へ延びている。上流管部５１は、水平面ＨＰに対して４５度（±４５度）の範囲で傾いていても良い。なお、上流管部５１と直管５５とがなす角θは、４５度以上であることが好ましい。

【0056】

例えば、上流管部５１が直管５５の径方向から直管５５に突き当たっている場合には、上流管部５１と直管５５とがなす角θは９０度である。この場合、上流管部５１および直管５５は、Ｔ字を９０度倒したような形状を呈する。

【0057】

直管５５の流路断面積ＰＡ１は、上流管部５１の流路断面積ＰＡ２の２倍以上ある。

【0058】

本実施形態に係る冷凍サイクル装置１の分岐部３３は、図２中の実線矢印Ａの方向へ主流（主回路管３１を流れる冷媒の流れ）を生じさせ、図２中の実線矢印Ｂの方向へ迂回流（過冷却回路５を流れる冷媒の流れ）を生じさせる。過冷却回路５へ迂回する冷媒量は、バイパス回路管３２の内径および過冷却用膨張弁４１の弁開度によって決まる。過冷却回路５へ迂回する冷媒量は、例えば、主流の０パーセント（過冷却用膨張弁４１全閉時）から２０パーセント（過冷却用膨張弁４１全開時）である。そのため、第一迂回冷媒管３２ａ内では、浮力と重力との影響によって、ガス冷媒は上方へと、液冷媒は下方へと分離される。そして、過冷却回路５へ流れ込む液冷媒の割合が増加し、過冷却回路５へ流れ込むガス冷媒の割合が減少する。

【0059】

一度、過冷却回路５へ流れる液冷媒の流量が確保されると、室外熱交換器３から気液二相冷媒が流出したとしても、過冷却回路５で気液二相冷媒を液冷媒に凝縮させることが可能になる。つまり、室内ユニット１６側へのガス冷媒の流出は、抑制される。

【0060】

直管５５の流路断面積が上流管部５１の流路断面積の２倍以上ある場合には、直管５５における冷媒の流速が抑制される。この抑制効果は、第一迂回冷媒管３２ａにおける冷媒の流速（つまり迂回流の流速）を第四主冷媒管３１ｄにおける冷媒の流速（つまり主流の流速）の例えば１割程度に抑える。この冷媒の流速の抑制は、ガス冷媒の浮力を液冷媒の流れから受ける力より大きくする。そのため、気液分離の効果がより顕著に表れる。

【0061】

図３は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の過冷却回路の熱交換量と比較例の過冷却回路の熱交換量とを比べた図である。

【0062】

図３中の実線αは、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１の過冷却回路５における乾き度と熱交換量との関係を表している。図３中の破線βは、比較例の冷凍サイクル装置の過冷却回路における乾き度と熱交換量との関係を表している。

【0063】

ここで先ず、比較例の冷凍サイクル装置の分岐部は、室外熱交換器３と室内熱交換器７とを繋いで水平方向に延びる主回路配管（第四主冷媒管３１ｄに相当する。）と、主回路配管の下面から下方へ垂れ下がって分岐し、過冷却用膨張弁４１に繋がるバイパス回路管（第一迂回冷媒管３２ａに相当する。）と、を備えているものとする。換言すると、比較例の冷凍サイクル装置は、主回路配管、および主回路配管の直管部分から垂れ下がるバイパス回路管が描くＴ字形の分岐部を備えている。

【0064】

図３に示すように、比較例の冷凍サイクル装置は、乾き度が零値以下でなければ過冷却膨張弁における流量を確保できない。そのため、比較例の過冷却回路は、乾き度が零値を超えると熱交換量が不足する。

【0065】

本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、分岐部３３の気液分離効果によって、乾き度が零値より大きい気液二相領域であっても、過冷却用膨張弁４１に液冷媒を流すことができる。そのため、本実施形態に係る過冷却回路５は、乾き度が零値より大きい場合であっても、熱交換量を上昇させることが可能である。

【0066】

図４および図５は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の分岐部の他の例を示す断面図である。図４は、分岐部３３の上流管部５１の中心を通り、かつ主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３の中心に直交する断面図である。図５は、主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３の中心を通る断面図である。

【0067】

図４および図５に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は分岐部３３Ａを備えている。分岐部３３Ａの上流管部５１の中心線Ｃａの延長線は、主回路分岐管部５２の中心線Ｃｂおよびバイパス回路分岐管部５３の中心線Ｃｃに交差しない。換言すると、上流管部５１の中心線Ｃａの延長線は、主回路分岐管部５２の中心線Ｃｂおよびバイパス回路分岐管部５３の中心線Ｃｃに対して、主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３の径方向外側へ偏倚している。

【0068】

なお、上流管部５１は、図４の断面において、主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３の接線ＴＬに沿って接続されていることが好ましい。

【0069】

また、上流管部５１の管径は、主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３の管径の２分の１以下であることが好ましい。

【0070】

分岐部３３Ａでは、上流管部５１から直管５５（主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３）に流れ込む冷媒が直管５５内に円周方向の流れ（実線矢印Ｒ）を生じさせる。この旋回流Ｒは、上流管部５１と直管５５との分岐部分において遠心力によるガス冷媒ｇと液冷媒ｌとの分離効果を生じる。また、旋回流Ｒは、直管５５における長手方向の冷媒の流速を低下させる。この流速の低下は、ガス冷媒を上方へ浮き上がらせ易くし、液冷媒を下方へ落下（降下）させ易くする。つまり、過冷却回路５への液冷媒の供給割合が向上する。

【0071】

本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、上流管部５１から上方へ向かって分岐して室内膨張弁６へ向かう主回路分岐管部５２と、上流管部５１から下方へ向かって分岐して過冷却回路５へ向かうバイパス回路分岐管部５３と、を有する分岐部３３、３３Ａを備えている。そのため、冷凍サイクル装置１は、室外熱交換器３から気液二相状態の冷媒が流れ出た場合であっても、過冷却回路５へ流れ込む液冷媒の割合を増加させ、過冷却回路５へ流れ込むガス冷媒の割合を減少させる。そして、一度、過冷却回路５へ流れる液冷媒の流量が確保されると、室外熱交換器３から気液二相状態の冷媒が流れ出たとしても、過冷却回路５で気液二相状態の冷媒を液冷媒に凝縮させることが可能になる。つまり、冷凍サイクル装置１は、簡便な構造の分岐部３３、３３Ａによって、室内ユニット１６側へのガス冷媒の流出を抑制できる。

【0072】

また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３としてのひと続きの直管５５と、直管５５に突き立てられる上流管部５１と、を備えている。そのため、冷凍サイクル装置１は、極めて簡便な構造の分岐部３３、３３Ａによって、室内ユニット１６側へのガス冷媒の流出を抑制できる。

【0073】

さらに、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、上流管部５１の流路断面積の２倍以上の流路断面積を有する直管５５を備えている。そのため、冷凍サイクル装置１は、直管５５における冷媒の流速を抑制できる。この抑制効果は、第一迂回冷媒管３２ａにおける冷媒の流速を第四主冷媒管３１ｄにおける冷媒の流速よりも大きく低減する。この冷媒の流速の低減は、ガス冷媒の浮力を液冷媒の流れから受ける力より大きくする。つまり、冷凍サイクル装置１は、気液分離の効果をより顕著に発揮できる。

【0074】

また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、実質的に水平方向へ延びる上流管部５１と、実質的に鉛直方向へ延びる主回路分岐管部５２およびバイパス回路分岐管部５３と、を備えている。そのため、冷凍サイクル装置１は、分岐部３３、３３Ａに流れ込む気液二相状態の冷媒をより確実にガス冷媒と液冷媒に分離し、かつ分離した液冷媒を過冷却回路５へ導入できる。

【0075】

さらに、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、主回路分岐管部５２の中心線およびバイパス回路分岐管部５３の中心線に交差しない、上流管部５１の中心線の延長線を有している。そのため、冷凍サイクル装置１は、分岐部３３Ａに旋回流を生じさせ、重力によるガス冷媒と液冷媒との分離効果に加えて、遠心力によるガス冷媒と液冷媒との分離効果を相乗させることができる。

【0076】

したがって、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１によれば、容易な構成の分岐部３３、３３Ａによって過冷却回路５の性能を十分に発揮することができる。

【0077】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0078】

１…冷凍サイクル装置、２…圧縮機、３…室外熱交換器、５…過冷却回路、６…室内膨張弁、７…室内熱交換器、８…冷媒管、９…室外膨張弁、１１…四方弁、１２…アキュムレータ、１５…室外ユニット、１６…室内ユニット、２１…室外送風機、２２…室外送風機のプロペラファン、２３…室外送風機の電動機、２５…室内送風機、２６…室内送風機のプロペラファン、２７…室内送風機の電動機、３１…主回路管、３１ａ…第一主冷媒管、３１ｂ…第二主冷媒管、３１ｃ…第三主冷媒管、３１ｄ…第四主冷媒管、３１ｅ…第五主冷媒管、３１ｆ…第一配管接続部、３１ｇ…第二配管接続部、３１ｈ…第三配管接続部、３１ｉ…第四配管接続部、３２…バイパス回路管、３２ａ…第一迂回冷媒管、３２ｂ…第二迂回冷媒管、３２ｃ…第三迂回冷媒管、３３、３３Ａ…分岐部、４１…過冷却用膨張弁、４２…過冷却熱交換器、４５…制御部、４６…第一温度センサ、４７…第二温度センサ、４８…第三温度センサ、５１…上流管部、５２…主回路分岐管部、５３…バイパス回路分岐管部、５５…直管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】