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(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】2024-10-24
(45)【発行日】2024-11-01
(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置
(51)【国際特許分類】
F25B 1/00 20060101AFI20241025BHJP
【ＦＩ】
F25B1/00 101Z
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2023510020
(86)(22)【出願日】2021-03-31
(86)【国際出願番号】 JP2021013849
(87)【国際公開番号】W WO2022208727
(87)【国際公開日】2022-10-06
【審査請求日】2023-06-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001461
【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮脇 皓亮
(72)【発明者】
【氏名】水野 勇輝
(72)【発明者】
【氏名】池田 宗史
(72)【発明者】
【氏名】西尾 淳
(72)【発明者】
【氏名】本村 祐治
(72)【発明者】
【氏名】古谷 幸二
(72)【発明者】
【氏名】鷲山 博紀
【審査官】関口 勇
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１５／１２５２５２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－１１９２２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１４０８８７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－２５７０３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／２４５９８２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２５Ｂ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒が流れるように配管接続された主回路と、前記冷媒が流れるように配管接続され、前記主回路から分岐し前記主回路に合流するバイパス回路と、
を備え、
前記主回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、
内部に形成された高温側流路と低温側流路とのそれぞれに流れる前記冷媒同士を熱交換させ、前記高温側流路を前記主回路の一部とする第１冷媒間熱交換器と、
前記冷媒を減圧する第１絞り装置と、
前記第１冷媒間熱交換器から前記第１絞り装置までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第１分岐部と、
前記冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
前記第１蒸発器から前記圧縮機の吸入口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第３分岐部と、
前記第３分岐部から前記圧縮機の吐出口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第４分岐部と、
を有し、
前記バイパス回路は、
前記第１分岐部から前記第３分岐部及び前記第４分岐部までの冷媒流路を構成し、
前記第１分岐部と前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路との間の冷媒流路に設けられており、前記冷媒を減圧する第２絞り装置と、
前記低温側流路を前記バイパス回路の一部とする前記第１冷媒間熱交換器と、
前記低温側流路と前記第３分岐部及び前記第４分岐部との間の冷媒流路に設けられ、前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路から流出する前記冷媒を２つに分岐させる第２分岐部と、
を有し、
前記第２分岐部は、
液流出管と、
ガス流出管と、
を有し、
前記液流出管は、
前記ガス流出管よりも下側に位置する前記冷媒の出口を形成し、
前記ガス流出管は、
前記冷媒の他の出口を形成し、前記液流出管よりも上側に配置されており、
前記第２分岐部の前記液流出管が形成された一方の前記出口は、前記第３分岐部と連通し、
前記第２分岐部の前記ガス流出管が形成された他方の前記出口は、前記第４分岐部と連通しており、
前記第１冷媒間熱交換器は、
積層したプレートによって前記高温側流路と前記低温側流路とが交互に形成された本体部を有し、
前記本体部には、
前記高温側流路における前記冷媒の入口である高温側流路入口と、
前記高温側流路における前記冷媒の出口であって、前記第１分岐部に向かう前記冷媒が流出する高温側流路出口と、
前記低温側流路における前記冷媒の入口であって、前記第１分岐部から分岐され前記第２絞り装置を通過した前記冷媒が流入する低温側流路入口と、
前記低温側流路における前記冷媒の出口であって、前記第２分岐部に向かう前記冷媒が流出する低温側流路出口と、
が形成されており、
前記高温側流路出口及び前記低温側流路入口は、
前記低温側流路出口よりも下側に形成されている冷凍サイクル装置。
【請求項2】
冷媒が流れるように配管接続された主回路と、前記冷媒が流れるように配管接続され、前記主回路から分岐し前記主回路に合流するバイパス回路と、
を備え、
前記主回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、
内部に形成された高温側流路と低温側流路とのそれぞれに流れる前記冷媒同士を熱交換させ、前記高温側流路を前記主回路の一部とする第１冷媒間熱交換器と、
前記冷媒を減圧する第１絞り装置と、
前記第１冷媒間熱交換器から前記第１絞り装置までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第１分岐部と、
前記冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
前記第１蒸発器から前記圧縮機の吸入口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第３分岐部と、
前記第３分岐部から前記圧縮機の吐出口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第４分岐部と、
を有し、
前記バイパス回路は、
前記第１分岐部から前記第３分岐部及び前記第４分岐部までの冷媒流路を構成し、
前記第１分岐部と前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路との間の冷媒流路に設けられており、前記冷媒を減圧する第２絞り装置と、
前記低温側流路を前記バイパス回路の一部とする前記第１冷媒間熱交換器と、
前記低温側流路と前記第３分岐部及び前記第４分岐部との間の冷媒流路に設けられ、前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路から流出する前記冷媒を２つに分岐させる第２分岐部と、
を有し、
前記第２分岐部は、
液流出管と、
ガス流出管と、
を有し、
前記液流出管は、
前記ガス流出管よりも下側に位置する前記冷媒の出口を形成し、
前記ガス流出管は、
前記冷媒の他の出口を形成し、前記液流出管よりも上側に配置されており、
前記第２分岐部の前記液流出管が形成された一方の前記出口は、前記第３分岐部と連通し、
前記第２分岐部の前記ガス流出管が形成された他方の前記出口は、前記第４分岐部と連通しており、
前記第２分岐部の前記ガス流出管が前記第４分岐部と接続され、前記第２分岐部の前記液流出管が前記第３分岐部と接続されている冷凍サイクル装置。
【請求項3】
冷媒が流れるように配管接続された主回路と、前記冷媒が流れるように配管接続され、前記主回路から分岐し前記主回路に合流するバイパス回路と、
を備え、
前記主回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、
内部に形成された高温側流路と低温側流路とのそれぞれに流れる前記冷媒同士を熱交換させ、前記高温側流路を前記主回路の一部とする第１冷媒間熱交換器と、
前記冷媒を減圧する第１絞り装置と、
前記第１冷媒間熱交換器から前記第１絞り装置までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第１分岐部と、
前記冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
前記第１蒸発器から前記圧縮機の吸入口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第３分岐部と、
前記第３分岐部から前記圧縮機の吐出口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第４分岐部と、
を有し、
前記バイパス回路は、
前記第１分岐部から前記第３分岐部及び前記第４分岐部までの冷媒流路を構成し、
前記第１分岐部と前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路との間の冷媒流路に設けられており、前記冷媒を減圧する第２絞り装置と、
前記低温側流路を前記バイパス回路の一部とする前記第１冷媒間熱交換器と、
前記低温側流路と前記第３分岐部及び前記第４分岐部との間の冷媒流路に設けられ、前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路から流出する前記冷媒を２つに分岐させる第２分岐部と、
を有し、
前記第２分岐部は、
液流出管と、
ガス流出管と、
を有し、
前記液流出管は、
前記ガス流出管よりも下側に位置する前記冷媒の出口を形成し、
前記ガス流出管は、
前記冷媒の他の出口を形成し、前記液流出管よりも上側に配置されており、
前記第２分岐部の前記液流出管が形成された一方の前記出口は、前記第３分岐部と連通し、
前記第２分岐部の前記ガス流出管が形成された他方の前記出口は、前記第４分岐部と連通しており、
前記主回路において、前記第１絞り装置と前記第１蒸発器との間に設けられた第２凝縮器を更に有し、
前記主回路及び前記バイパス回路は、
冷房運転と暖房運転との混在運転が行われる冷媒回路として構成されており、冷房能力が暖房能力に対して大きい冷房主体運転が行われる場合に、
前記第１凝縮器は、室外熱交換器を構成し、
前記第２凝縮器は、暖房運転を行う室内熱交換器を構成し、
前記第１冷媒間熱交換器は、
前記第１凝縮器と前記第２凝縮器との間に配置されている冷凍サイクル装置。
【請求項4】
冷媒が流れるように配管接続された主回路と、前記冷媒が流れるように配管接続され、前記主回路から分岐し前記主回路に合流するバイパス回路と、
を備え、
前記主回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、
内部に形成された高温側流路と低温側流路とのそれぞれに流れる前記冷媒同士を熱交換させ、前記高温側流路を前記主回路の一部とする第１冷媒間熱交換器と、
前記冷媒を減圧する第１絞り装置と、
前記第１冷媒間熱交換器から前記第１絞り装置までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第１分岐部と、
前記冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
前記第１蒸発器から前記圧縮機の吸入口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第３分岐部と、
前記第３分岐部から前記圧縮機の吐出口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第４分岐部と、
を有し、
前記バイパス回路は、
前記第１分岐部から前記第３分岐部及び前記第４分岐部までの冷媒流路を構成し、
前記第１分岐部と前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路との間の冷媒流路に設けられており、前記冷媒を減圧する第２絞り装置と、
前記低温側流路を前記バイパス回路の一部とする前記第１冷媒間熱交換器と、
前記低温側流路と前記第３分岐部及び前記第４分岐部との間の冷媒流路に設けられ、前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路から流出する前記冷媒を２つに分岐させる第２分岐部と、
を有し、
前記第２分岐部は、
液流出管と、
ガス流出管と、
を有し、
前記液流出管は、
前記ガス流出管よりも下側に位置する前記冷媒の出口を形成し、
前記ガス流出管は、
前記冷媒の他の出口を形成し、前記液流出管よりも上側に配置されており、
前記第２分岐部の前記液流出管が形成された一方の前記出口は、前記第３分岐部と連通し、
前記第２分岐部の前記ガス流出管が形成された他方の前記出口は、前記第４分岐部と連通しており、
前記主回路及び前記バイパス回路は、
冷房運転と暖房運転との混在運転が行われる冷媒回路として構成されており、暖房能力が冷房能力に対して大きい暖房主体運転が行われる場合に、
前記第１凝縮器は、暖房運転を行う室内熱交換器を構成し、
前記第１蒸発器は、室外熱交換器を構成し、
前記第１凝縮器から前記第１絞り装置までの冷媒流路に、前記冷媒を蒸発させる第２蒸発器を更に有する冷凍サイクル装置。
【請求項5】
冷媒が流れるように配管接続された主回路と、前記冷媒が流れるように配管接続され、前記主回路から分岐し前記主回路に合流するバイパス回路と、
を備え、
前記主回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、
内部に形成された高温側流路と低温側流路とのそれぞれに流れる前記冷媒同士を熱交換させ、前記高温側流路を前記主回路の一部とする第１冷媒間熱交換器と、
前記冷媒を減圧する第１絞り装置と、
前記第１冷媒間熱交換器から前記第１絞り装置までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第１分岐部と、
前記冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
前記第１蒸発器から前記圧縮機の吸入口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第３分岐部と、
前記第３分岐部から前記圧縮機の吐出口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第４分岐部と、
を有し、
前記バイパス回路は、
前記第１分岐部から前記第３分岐部及び前記第４分岐部までの冷媒流路を構成し、
前記第１分岐部と前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路との間の冷媒流路に設けられており、前記冷媒を減圧する第２絞り装置と、
前記低温側流路を前記バイパス回路の一部とする前記第１冷媒間熱交換器と、
前記低温側流路と前記第３分岐部及び前記第４分岐部との間の冷媒流路に設けられ、前記第１冷媒間熱交換器の前記低温側流路から流出する前記冷媒を２つに分岐させる第２分岐部と、
を有し、
前記第２分岐部は、
液流出管と、
ガス流出管と、
を有し、
前記液流出管は、
前記ガス流出管よりも下側に位置する前記冷媒の出口を形成し、
前記ガス流出管は、
前記冷媒の他の出口を形成し、前記液流出管よりも上側に配置されており、
前記第２分岐部の前記液流出管が形成された一方の前記出口は、前記第３分岐部と連通し、
前記第２分岐部の前記ガス流出管が形成された他方の前記出口は、前記第４分岐部と連通しており、
前記第２分岐部から前記第４分岐部までの冷媒流路に前記冷媒を減圧する絞り装置が設けられた冷凍サイクル装置。
【請求項6】
前記第２分岐部は、容積型の気液分離装置である請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項7】
前記第３分岐部と前記第４分岐部の間に、容積型の冷媒タンクが設けられた請求項１～６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項8】
前記圧縮機を２台有し、２台の前記圧縮機は、
前記冷媒の流れる方向において直列状に接続されており、
前記第４分岐部は、
前記冷媒の流れる方向において前記第３分岐部よりも下流に位置する２台の前記圧縮機の間に設けられている請求項１～７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項9】
前記圧縮機は、前記圧縮機の圧縮室に前記冷媒を注入するために形成された中間圧インジェクションポートを有し、
前記第４分岐部は、
前記中間圧インジェクションポートである請求項１～８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項10】
前記第２分岐部の前記ガス流出管が前記第３分岐部と接続され、前記第２分岐部の前記液流出管が前記第４分岐部と接続されており、前記冷媒は標準沸点の差が１℃以上である少なくとも２種類の冷媒を混合する非共沸混合冷媒である請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項11】
前記主回路の前記第１凝縮器から前記第１絞り装置までの間の流路を流れる前記冷媒と、前記液流出管から前記第４分岐部までの流路を流れる前記冷媒との間で熱交換が行われるように２つの冷媒流路が内部に形成された第２冷媒間熱交換器を更に有する請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項12】
冷媒流路の流れを切り替える流路切替装置と、前記流路切替装置を制御して、冷房運転と暖房運転と切り替える制御装置と、
を更に有し、
前記冷房運転及び前記暖房運転のいずれにおいても前記第１冷媒間熱交換器の前記高温側流路を流れる前記冷媒の流れ方向において、前記第１冷媒間熱交換器は、前記第２冷媒間熱交換器に対して下流に位置するように設けられている請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項13】
前記主回路及び前記バイパス回路を流れる前記冷媒は、Ｒ３２冷媒に対してガス密度の小さい冷媒であって、オレフィン系冷媒、エチレン系冷媒、エタン系冷媒、プロパン、及び、ジメチルエーテルのいずれか１つ以上を含む冷媒である請求項１～１２のいずれか１項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】
本開示は、冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の冷凍サイクル装置は熱交換器を有しており、熱交換器は、例えば室内機に搭載された凝縮器として機能する。冷凍サイクル装置において、熱交換器で凝縮された液冷媒は、絞り装置によって減圧され、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態となる。そして、気液二相状態の冷媒は、室外機に搭載された蒸発器として機能する熱交換器において気液二相状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発されて低圧のガス冷媒となる。この後、この熱交換器から送り出された低圧のガス冷媒は、圧縮機に流入し、圧縮機によって圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機から吐出される。冷凍サイクル装置は、このサイクルが繰り返される。
【0003】
ところで、このような冷凍サイクル装置において、冷媒が流れる主回路の冷媒圧損を低減しエネルギー効率の改善を図ることを目的として、凝縮器を出た冷媒の一部を蒸発器から圧縮機までの冷媒流路にバイパスさせる手段が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１２－２５１７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１の構成は、バイパス回路を流れる気液二相冷媒又は液相冷媒が主回路を流れる主流に合流する。そのため、特許文献１の構成では、主回路の圧損低減のためにバイパス回路を流れる冷媒の流量を増大させると、液相冷媒が圧縮機に過剰に供給されて熱ロスを生じさせ、圧縮機に供給される液冷媒量が増大することで圧縮機性能が低下し、省エネ性が低下する。圧縮機性能の低下を防ぐ手段として、蒸発器から圧縮機までの冷媒流路に設けられる圧縮機の冷媒タンク又は冷媒間熱交換器を大型化することが考えられる。あるいは、圧縮機性能の低下を防ぐ手段として、冷媒流路を構成する冷媒配管を大径化することが考えられる。しかし、これらの手段は、機器の設置スペースが必要になるため、圧縮機性能と機器の設置に必要なスペースの確保との両立が困難である。
【0006】
本開示は上述のような課題を解決するためのものであり、圧縮機性能と機器の設置に必要なスペースの確保と、を両立させる冷凍サイクル装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係る冷凍サイクル装置は、冷媒が流れるように配管接続された主回路と、冷媒が流れるように配管接続され、主回路から分岐し主回路に合流するバイパス回路と、を備え、主回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、内部に形成された高温側流路と低温側流路とのそれぞれに流れる冷媒同士を熱交換させ、高温側流路を主回路の一部とする第１冷媒間熱交換器と、冷媒を減圧する第１絞り装置と、第１冷媒間熱交換器から第１絞り装置までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第１分岐部と、冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、第１蒸発器から圧縮機の吸入口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第３分岐部と、第３分岐部から圧縮機の吐出口までの冷媒流路に設けられ、少なくとも３分岐を形成する第４分岐部と、を有し、バイパス回路は、第１分岐部から第３分岐部及び第４分岐部までの冷媒流路を構成し、第１分岐部と第１冷媒間熱交換器の低温側流路との間の冷媒流路に設けられており、冷媒を減圧する第２絞り装置と、低温側流路をバイパス回路の一部とする第１冷媒間熱交換器と、低温側流路と第３分岐部及び第４分岐部との間の冷媒流路に設けられ、第１冷媒間熱交換器の低温側流路から流出する冷媒を２つに分岐させる第２分岐部と、を有し、第２分岐部は、液流出管と、ガス流出管と、を有し、液流出管は、ガス流出管よりも下側に位置する冷媒の出口を形成し、ガス流出管は、冷媒の他の出口を形成し、液流出管よりも上側に配置されており、第２分岐部の液流出管が形成された一方の出口は、第３分岐部と連通し、第２分岐部のガス流出管が形成された他方の出口は、第４分岐部と連通しており、第１冷媒間熱交換器は、積層したプレートによって高温側流路と低温側流路とが交互に形成された本体部を有し、本体部には、高温側流路における冷媒の入口である高温側流路入口と、高温側流路における冷媒の出口であって、第１分岐部に向かう冷媒が流出する高温側流路出口と、低温側流路における冷媒の入口であって、第１分岐部から分岐され第２絞り装置を通過した冷媒が流入する低温側流路入口と、低温側流路における冷媒の出口であって、第２分岐部に向かう冷媒が流出する低温側流路出口と、が形成されており、高温側流路出口及び低温側流路入口は、低温側流路出口よりも下側に形成されているものである。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、冷凍サイクル装置は、ガス流出管よりも下側に位置する冷媒の出口を形成する液流出管と冷媒の他の出口を形成し液流出管よりも上側に設けられたガス流出管とを有し冷媒を２つに分岐させる第２分岐部を有する。第２分岐部は、重力方向において上下に配置されたガス流出管と液流出管とを有することによって、気液二相状態の冷媒のうちガス主体冷媒をガス流出管に、ガス主体冷媒よりも乾き度が低い液主体冷媒を液流出管に分離する。冷凍サイクル装置は、この分離した冷媒をそれぞれ、蒸発器から圧縮機の吐出口までの主回路に供給することで、圧縮機の吸入口に液冷媒を過剰に供給することなくバイパス回路の冷媒流量を増加できる。そのため、冷凍サイクル装置は、機器を大型化することなく圧縮機性能を改善でき、圧縮機性能と機器の設置に必要なスペースの確保とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の第１の一例を示す冷媒回路図である。
【図2】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒流路の一部を省略した冷媒回路図である。
【図3】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置に搭載される第１冷媒間熱交換器の一例を示す斜視図である。
【図6】第２分岐部おける冷媒の流れの説明に供し、第２分岐部の断面を模式的に示す断面図である。
【図7】第２分岐部の第１の変形例を示す模式図である。
【図8】第２分岐部の第２の変形例を示す模式図である。
【図9】第２分岐部の第３の変形例を示す模式図である。
【図10】第２分岐部の第４の変形例を示す模式図である。
【図11】第２分岐部の第５の変形例を示す模式図である。
【図12】第２分岐部の第６の変形例を示す模式図である。
【図13】冷凍サイクル装置のバイパス流量比に対する省エネ性能比を概念的に比較したグラフである。
【図14】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の第１の変形例を示す冷媒回路図である。
【図15】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の第２の変形例を示す冷媒回路図である。
【図16】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を示す模式図である。
【図17】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の変形例である。
【図18】実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を示す模式図である。
【図19】第２分岐部おける冷媒の流れの説明に供し、第２分岐部の断面を模式的に示す断面図である。
【図20】実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の第１の変形例を示す模式図である。
【図21】実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の第２の変形例を示す模式図である。
【図22】実施の形態４に係る冷凍サイクル装置を示す第１の模式図である。
【図23】実施の形態４に係る冷凍サイクル装置を示す第２の模式図である。
【図24】実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の第１の変形例を示す模式図である。
【図25】実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の第２の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の実施の形態に係る冷凍サイクル装置について図面等を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など）を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置あるいは部品の配置及び向きを限定するものではない。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。
【0011】
実施の形態１．
＜冷凍サイクル装置２００の構成＞
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の第１の一例を示す冷媒回路図である。図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の冷媒流路２０の一部を省略した冷媒回路図である。図１及び図２では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示している。また、図２では、見易さを考慮し、図１の暖房運転時の冷媒流路２０を省略して、冷房運転時の冷媒流路２０を抜粋して示している。
＜冷凍サイクル装置２００の構成＞
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の第１の一例を示す冷媒回路図である。図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の冷媒流路２０の一部を省略した冷媒回路図である。図１及び図２では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示している。また、図２では、見易さを考慮し、図１の暖房運転時の冷媒流路２０を省略して、冷房運転時の冷媒流路２０を抜粋して示している。
【0012】
冷凍サイクル装置２００は、例えば、冷蔵庫あるいは冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置及び給湯器等の、冷凍用途又は空調用途に使用される。図１及び図２に示すように、冷凍サイクル装置２００は、室外機ユニット２０１と、室内機ユニット２０２と、を備えている。室外機ユニット２０１は、圧縮機１４、流路切替装置１５、室外熱交換器１１、第１冷媒間熱交換器１、第１絞り装置２１、第２絞り装置２２、室外ファン１３を備えている。室内機ユニット２０２は、室内熱交換器１６及び室内ファン１８を備えている。冷凍サイクル装置２００は、冷房運転あるいは暖房運転等、冷凍サイクル装置２００の運転状態を制御する制御装置２１０を有してもよい。
【0013】
また、冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１４等の上述した各機器を接続して形成された冷媒流路２０を有する。冷媒配管からなる冷媒流路２０は、冷媒が流れる流路を形成する。冷媒流路２０は、室外機ユニット２０１と室内機ユニット２０２との間で冷媒が移動できるように、室外機ユニット２０１と室内機ユニット２０２とが配管で接続されて形成されている。冷媒流路２０は、冷媒が流れるように環状に配管接続された主回路２０ａと、冷媒が流れるように配管接続され、主回路２０ａを流れる冷媒が主回路２０ａから分岐して再び主回路２０ａに合流する流れを形成するバイパス回路２０ｂとを有する。
【0014】
主回路２０ａは、圧縮機１４と、第１凝縮器である室外熱交換器１１と、第１冷媒間熱交換器１の高温側流路１ａと、第１絞り装置２１と、及び、第１蒸発器である室内熱交換器１６とを有し、これらの各機器は冷媒が流れるように配管接続されて形成されている。また、主回路２０ａは、少なくとも３分岐を形成する第１分岐部３１と、少なくとも３分岐を形成する第３分岐部３３と、少なくとも３分岐を形成する第４分岐部３４とを有する。主回路２０ａは、図１に示すように、圧縮機１４と室外熱交換器１１との間に流路切替装置１５を有してもよい。
【0015】
バイパス回路２０ｂは、主回路２０ａの第１冷媒間熱交換器１から第１絞り装置２１までの冷媒流路２０に設けられた第１分岐部３１で分岐する。バイパス回路２０ｂは、第１分岐部３１から第３分岐部３３及び第４分岐部３４までの冷媒流路２０を構成する。バイパス回路２０ｂは、第１分岐部３１、第２絞り装置２２、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂ、第２分岐部３２、第３絞り装置２３、第４絞り装置２４、並びに、主回路２０ａとの接続部分である第３分岐部３３及び第４分岐部３４に冷媒が流れるように配管接続されている。
【0016】
バイパス回路２０ｂは、第２分岐部３２によって分岐する第１分岐路２０ｂ１と第２分岐路２０ｂ２とを有する。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００では、第１分岐路２０ｂ１は、第２分岐部３２の液流出管４と第３分岐部３３とを接続する流路である。第１分岐路２０ｂ１には、第３絞り装置２３が設けられている。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００では、第２分岐路２０ｂ２は、第２分岐部３２のガス流出管５と第４分岐部３４とを接続する流路である。第２分岐路２０ｂ２には、第４絞り装置２４が設けられている。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００では、液流出管４が第３分岐部３３と接続されており、また、ガス流出管５が第４分岐部３４と接続されている。
【0017】
また、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、冷房運転と暖房運転とを切り替えても第１冷媒間熱交換器１の流れ方向が変わらないように、逆止弁４２及び流路切替装置１５を備えている。逆止弁４２は、第１絞り装置２１と室内熱交換器１６との間の主回路２０ａと、室外熱交換器１１と第１冷媒間熱交換器１との間の主回路２０ａとを接続する冷媒流路２０に設けられている。逆止弁４２は、一方向に冷媒を流す機器である。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、当該構成を有することによって、第１冷媒間熱交換器１の高温側流路１ａと低温側流路１ｂとが対向流となるため、第１冷媒間熱交換器１を大型化することなく冷媒同士の熱交換を図ることができる。
【0018】
圧縮機１４は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出する。圧縮機１４で圧縮された冷媒は、吐出されて流路切替装置１５へ送られる。圧縮機１４は、例えば、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、又は、往復圧縮機等で構成される。
【0019】
流路切替装置１５は、例えば四方弁であり、冷媒流路２０において冷媒の流れる方向を切り替えるものである。流路切替装置１５は、冷凍サイクル装置２００において暖房運転時に冷媒が流れる方向と冷房運転時に冷媒が流れる方向とを切り替えるものである。流路切替装置１５は、暖房運転時に、圧縮機１４の吐出口１４ｂと室外熱交換器１１とを接続すると共に、圧縮機１４の吸入口１４ａと室内熱交換器１６とを接続するように冷媒の流れを切り替える。また、流路切替装置１５は、冷房運転時に、圧縮機１４の吐出口１４ｂと室内熱交換器１６とを接続すると共に、圧縮機１４の吸入口１４ａと室外熱交換器１１とを接続するように冷媒の流れを切り替える。
【0020】
室外熱交換器１１は、暖房運転時には蒸発器の働きをし、内部に流入した冷媒と室外空気との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させて気化させる。室外熱交換器１１は、冷房運転時には凝縮器の働きをし、内部に流入した冷媒と室外空気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化させる。室外熱交換器１１は、冷媒と室外空気との間の熱交換の効率を高めるために、室外ファン１３が室外熱交換器１１に隣接して配置される。なお、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、図１及び図２に示すように、実線矢印で示す冷房運転時の冷媒の流れ方向において、室外熱交換器１１は、第１凝縮器を構成する。
【0021】
室内熱交換器１６は、暖房運転時には凝縮器の働きをし、内部に流入した冷媒と室内気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化させる。室内熱交換器１６は、冷房運転時には蒸発器の働きをし、内部に流入した冷媒と室内空気との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させて気化させる。室内熱交換器１６は、冷媒と室外空気との間の熱交換の効率を高めるために、室内ファン１８が室内熱交換器１６に隣接して配置される。なお、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、図１及び図２に示すように、実線矢印で示す冷房運転時の冷媒の流れ方向において、室内熱交換器１６は、第１蒸発器を構成する。
【0022】
室外熱交換器１１及び室内熱交換器１６は、冷媒流路２０を流れる冷媒と、管外を流れる空気等の熱輸送媒体との間で熱を授受する熱交換器として機能するものである。室外熱交換器１１及び室内熱交換器１６は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、又はプレート式熱交換器等で構成される。
【0023】
室外ファン１３は、室外熱交換器１１に空気等の熱交換流体を供給するものであり、室内ファン１８は、室内熱交換器１６に空気等の熱交換流体を供給するものである。室外ファン１３及び室内ファン１８は、作動流体、及び、流量あるいは静圧等の作動条件から、プロペラファン、ラインフローファン（登録商標）、多翼遠心ファン、又は水ポンプ等で構成される。
【0024】
第１冷媒間熱交換器１は、内部に高温の冷媒が流れる高温側流路１ａと、高温側流路１ａを流れる冷媒よりも低温な冷媒が流れる低温側流路１ｂとを形成する。第１冷媒間熱交換器１は、高温側流路１ａを流れる冷媒と、低温側流路１ｂを流れる冷媒との間で熱交換を行う。高温側流路１ａは、主回路２０ａの一部を構成し、低温側流路１ｂは、バイパス回路２０ｂの一部を構成する。第１冷媒間熱交換器１の詳細な構成は後述する。
【0025】
第１分岐部３１は、少なくとも３方向に分岐する分岐管であり、冷媒流路２０において主回路２０ａとバイパス回路２０ｂとを分岐する部分である。第１分岐部３１は、主回路２０ａの一部を構成し、主回路２０ａを流れる冷媒を、バイパス回路２０ｂに分流させる部分である。第１分岐部３１は、主回路２０ａにおいて第１冷媒間熱交換器１から第１絞り装置２１までの冷媒流路２０に設けられている。
【0026】
第２分岐部３２は、低温側流路１ｂと第３分岐部３３及び第４分岐部３４との間の冷媒流路２０に設けられている。第２分岐部３２は、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂから流出する冷媒を２つに分岐させる。第２分岐部３２は、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路出口５４（図３参照）に接続するように設けられている。第２分岐部３２は、液流出管４と、ガス流出管５とを有する。液流出管４は、重力方向において、ガス流出管５よりも下側に位置する冷媒の出口を形成する。ガス流出管５は、冷媒の他の出口を形成し、重力方向において、液流出管４よりも上側に配置されている。第２分岐部３２の一方の出口は、第３分岐部３３と連通し、第２分岐部３２の他方の出口は、第４分岐部３４と連通する。第２分岐部３２の詳細な構成は後述する。
【0027】
第３分岐部３３は、少なくとも３方向に分岐する分岐管であり、冷媒流路２０において、バイパス回路２０ｂと、主回路２０ａとを接続する部分である。第３分岐部３３は、主回路２０ａの一部を構成し、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒を、主回路２０ａに合流させる部分である。第３分岐部３３は、第１蒸発器である室内熱交換器１６から圧縮機１４の吸入口１４ａまでの主回路２０ａに設けられており第２分岐部３２の一方の出口と連通する。なお、図１及び図２に示すように、実線矢印で示す冷房運転時の冷媒の流れ方向において、室内熱交換器１６と圧縮機１４との間では、第３分岐部３３は、第４分岐部３４に対して上流側に位置するように設けられている。
【0028】
実施の形態１の冷凍サイクル装置２００では、第３分岐部３３は、バイパス回路２０ｂの第１分岐路２０ｂ１と、主回路２０ａとを接続する部分であり、バイパス回路２０ｂの第１分岐路２０ｂ１を流れる冷媒を、主回路２０ａに合流させる部分である。実施の形態１の冷凍サイクル装置２００では、第３分岐部３３と圧縮機１４との間に第４分岐部３４が配置されている。また、実施の形態１の冷凍サイクル装置２００では、図１及び図２に示すように、実線矢印で示す冷房運転時の冷媒の流れ方向において、室内熱交換器１６と圧縮機１４との間では、第３分岐部３３は、冷媒タンク６の上流側に位置するように設けられている。
【0029】
第４分岐部３４は、少なくとも３方向に分岐する分岐管であり、冷媒流路２０において、バイパス回路２０ｂと、主回路２０ａとを接続する部分である。第４分岐部３４は、主回路２０ａの一部を構成し、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒を、主回路２０ａに合流させる部分である。第４分岐部３４は、第３分岐部３３から圧縮機１４の吐出口１４ｂまでの主回路２０ａに設けられており第２分岐部３２の他方の出口と連通する。なお、図１及び図２に示すように、実線矢印で示す冷房運転時の冷媒の流れ方向において、室内熱交換器１６と圧縮機１４との間では、第４分岐部３４は、第３分岐部３３に対して下流側に位置するように設けられている。
【0030】
実施の形態１の冷凍サイクル装置２００では、第４分岐部３４は、バイパス回路２０ｂの第２分岐路２０ｂ２と、主回路２０ａとを接続する部分であり、バイパス回路２０ｂの第２分岐路２０ｂ２を流れる冷媒を、主回路２０ａに合流させる部分である。実施の形態１の冷凍サイクル装置２００では、第４分岐部３４は圧縮機１４と第３分岐部３３との間に配置されている。また、実施の形態１の冷凍サイクル装置２００では、図１及び図２に示すように、実線矢印で示す冷房運転時の冷媒の流れ方向において、室内熱交換器１６と圧縮機１４との間では、第４分岐部３４は、冷媒タンク６の下流側に位置するように設けられている。
【0031】
第１絞り装置２１及び第２絞り装置２２は、減圧弁、あるいは、膨張弁としての機能を有し、冷媒を膨張させて減圧するものである。第１絞り装置２１及び第２絞り装置２２は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁で構成される。なお、第１絞り装置２１及び第２絞り装置２２は、電動膨張弁に限定されるものではなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又は、キャピラリーチューブ等で構成されてもよい。
【0032】
第１絞り装置２１は、主回路２０ａに設けられており、第１分岐部３１と室内熱交換器１６との間の冷媒流路２０に設けられている。第２絞り装置２２は、バイパス回路２０ｂに設けられており、第１分岐部３１と第１冷媒間熱交換器１の低温側流路入口５３（図３参照）との間の冷媒流路２０に設けられている。
【0033】
第３絞り装置２３及び第４絞り装置２４は、減圧弁、あるいは、膨張弁としての機能を有し、冷媒を膨張させて減圧するものである。第３絞り装置２３及び第４絞り装置２４は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁で構成される。なお、第３絞り装置２３及び第４絞り装置２４は、電動膨張弁に限定されるものではなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又は、キャピラリーチューブ等で構成されてもよい。
【0034】
なお、実施の形態１の冷凍サイクル装置２００では、第３絞り装置２３は、バイパス回路２０ｂの第１分岐路２０ｂ１に設けられており、第２分岐部３２の液流出管４と第３分岐部３３との間の冷媒流路２０に設けられている。また、実施の形態１の冷凍サイクル装置２００では、第４絞り装置２４は、バイパス回路２０ｂの第２分岐路２０ｂ２に設けられており、第２分岐部３２のガス流出管５と第４分岐部３４との間の冷媒流路２０に設けられている。
【0035】
冷媒タンク６は、容積型のタンクである。容積型のタンクとは、冷媒流路２０を構成する冷媒配管よりもタンクの内径が大きいタンクである。冷媒タンク６は、冷媒タンク６の外部から内部に流入する気液二相冷媒を分離してガス主体冷媒を排出する。冷媒タンク６は、余剰冷媒を貯留する冷媒貯留機能と、運転状態が変化する際に一時的に発生する液冷媒を滞留させることによる気液分離機能とを有している。冷凍サイクル装置２００は、冷媒タンク６の気液分離機能によって圧縮機１４で液圧縮が行われることを防ぐことができる。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００において、冷媒タンク６は、第３分岐部３３と第４分岐部３４との間に設けられている。
【0036】
冷凍サイクル装置２００は、冷媒タンク６を有し、液冷媒を滞留させることができる。すなわち、冷凍サイクル装置２００は、冷媒流路２０を構成する冷媒配管よりもタンクの内径が大きい構造を有することによって、液冷媒を滞留させることができる。そのため、冷媒タンク６は、冷媒タンク６に流入する液主体冷媒を液相成分が少ないクオリティの高い冷媒として排出可能である。冷凍サイクル装置２００は、冷媒タンク６を有することによって、圧縮機１４にガス主体冷媒を供給すると共に、圧縮機１４への液冷媒の混入を抑制することができる。冷媒タンク６は、圧縮機１４にガス主体冷媒を供給すると共に、圧縮機１４への液冷媒の混入を抑制することができるため、冷凍サイクル装置２００を、高性能化することができる。
【0037】
制御装置２１０は、冷房運転あるいは暖房運転等、冷凍サイクル装置２００の動作全体の運転状態を制御する。制御装置２１０は、流路切替装置１５を制御してもよく、冷媒流路２０において冷媒の流れる方向を切り替える。また、制御装置２１０は、圧縮機１４を制御してもよく、例えば、圧縮された冷媒の吐出量を制御してもよい。また、制御装置２１０は、室外ファン１３及び室内ファン１８の回転量を制御してもよい。また、制御装置２１０は、第１絞り装置２１、第２絞り装置２２、第３絞り装置２３、及び、第４絞り装置２４の開度を調整してもよい。
【0038】
制御装置２１０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を中心とするコンピュータ等の制御演算処理を行う装置で構成されている。制御装置２１０は、記憶部（図示は省略）に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。ただし、制御装置２１０は、これに限定するものではなく、各部を別個に専用機器（ハードウェア）で構成してもよい。
【0039】
＜冷凍サイクル装置２００の動作＞
次に、冷凍サイクル装置２００の動作について、冷媒の流れと共に説明する。まず、冷凍サイクル装置２００が実行する冷房運転について説明する。なお、冷房運転時の冷媒の流れは、図１及び図２に実線矢印で示されている。ここでは、熱交換流体が空気であり、被熱交換流体が冷媒である場合を例に、冷凍サイクル装置２００の動作について説明する。
次に、冷凍サイクル装置２００の動作について、冷媒の流れと共に説明する。まず、冷凍サイクル装置２００が実行する冷房運転について説明する。なお、冷房運転時の冷媒の流れは、図１及び図２に実線矢印で示されている。ここでは、熱交換流体が空気であり、被熱交換流体が冷媒である場合を例に、冷凍サイクル装置２００の動作について説明する。
【0040】
冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１４を駆動させることによって、圧縮機１４から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。冷凍サイクル装置２００は、実線矢印にしたがって冷媒流路２０に冷媒が流れる。圧縮機１４から吐出された高温高圧のガス冷媒（単相）は、流路切替装置１５を介して第１凝縮器として機能する室外熱交換器１１に流入する。
【0041】
室外熱交換器１１では、室外熱交換器１１の内部に流入した高温高圧のガス冷媒と、室外ファン１３によって供給される空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器１１で熱交換された冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒（単相）になり、もしくは気液二相冷媒になる。
【0042】
第１凝縮器である室外熱交換器１１から送り出された高圧の液冷媒は、第１冷媒間熱交換器１に流入し、第１冷媒間熱交換器１の高温側流路１ａを流れる。第１冷媒間熱交換器１の高温側流路１ａを流れる冷媒は、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂを流れる冷媒と熱交換して冷却され高圧の液冷媒（単相）となり、第１冷媒間熱交換器１の高温側流路１ａから流出する。
【0043】
第１冷媒間熱交換器１の高温側流路１ａから流出した冷媒は、第１分岐部３１を介して一部が第１絞り装置２１へ流入して主回路２０ａを流れ、残りが第２絞り装置２２へ流入してバイパス回路２０ｂを流れる。
【0044】
主回路２０ａにおいて、第１絞り装置２１を介して減圧された低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒は、第１蒸発器として機能する室内熱交換器１６に流入する。室内熱交換器１６では、室内熱交換器１６内に流入した二相状態の冷媒と、室内ファン１８によって供給される空気との間で熱交換が行われ、二相状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒（単相）になる。この熱交換により、冷媒と熱交換された空気が室内に供給されることによって、室内が冷却されることになる。
【0045】
一方、バイパス回路２０ｂにおいて、第２絞り装置２２を介して減圧された中圧の液冷媒（単相）もしくは液主体の気液二相冷媒は、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂに流入し、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂを流れる。第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂを流れる冷媒は、第１冷媒間熱交換器１の高温側流路１ａを流れる冷媒と熱交換して中圧の気液二相冷媒になり、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂから流出する。
【0046】
第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂから流出した中圧の気液二相冷媒は、第２分岐部３２へ流入する。第２分岐部３２に流入した気液二相状態の冷媒は、より液主体成分が多い液主体冷媒６１（図６参照）と、よりガス成分が多いガス主体冷媒６２（図６参照）とに分離する。液主体冷媒６１は、第２分岐部３２の液流出管４を流れ、ガス主体冷媒６２は、第２分岐部３２のガス流出管５を流れる。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００においては、液流出管４から第３分岐部３３へ液主体冷媒６１が流れ、ガス流出管５から第４分岐部３４へガス主体冷媒６２が流れる。
【0047】
主回路２０ａに設けられた室内熱交換器１６から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置１５を介して圧縮機１４で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となるまでに、第３分岐部３３で液主体冷媒６１と合流する。また、第３分岐部３３で液主体冷媒６１と合流した主回路２０ａを流れる冷媒は、その後第４分岐部３４でガス主体冷媒６２と合流する。室内熱交換器１６から流出し、第３分岐部３３で液主体冷媒６１と合流し、その後第４分岐部３４でガス主体冷媒６２と合流した冷媒は、圧縮機１４に流入し再び圧縮機１４で圧縮され吐出される。以下、冷凍サイクル装置２００では、このサイクルが繰り返される。
【0048】
一般に、上述した冷房運転あるいは暖房運転の際、冷媒が液状態で圧縮機に流入すると、圧縮機では液圧縮を起こし、圧縮機の故障の原因となってしまう。冷凍サイクル装置２００の制御装置２１０は、第４絞り装置２４を制御し、起動時には第４絞り装置２４を閉じた状態にし、一定時間経過後に第４絞り装置２４を開いた状態にする。第４絞り装置２４は、第２分岐部３２から第４分岐部３４までに冷媒流路２０に設けられている。制御装置２１０によるこのような制御は、停止時の室外熱交換器１１及び第１冷媒間熱交換器１に存在していた液冷媒が圧縮機１４へ直接供給されることを防ぐことができるため望ましい。
【0049】
＜第２分岐部３２について＞
図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００に搭載される第１冷媒間熱交換器１の一例を示す斜視図である。図３を用いて実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００に用いられる第１冷媒間熱交換器１及び第２分岐部３２について説明する。なお、図３を含む以下の図面において、実線矢印及び破線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、白抜矢印は、重力方向１００を表している。
図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００に搭載される第１冷媒間熱交換器１の一例を示す斜視図である。図３を用いて実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００に用いられる第１冷媒間熱交換器１及び第２分岐部３２について説明する。なお、図３を含む以下の図面において、実線矢印及び破線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、白抜矢印は、重力方向１００を表している。
【0050】
図３に示すように、第２分岐部３２は、直接又は他の配管を介して第１冷媒間熱交換器１に接続される。まず、第２分岐部３２が接続される第１冷媒間熱交換器１について説明する。第１冷媒間熱交換器１は、例えば、プレート式熱交換器である。
【0051】
第１冷媒間熱交換器１は、複数の伝熱プレート１ｃが積層されて形成された本体部１ｄを有する。本体部１ｄの内部には、高温の冷媒が流れる高温側流路１ａと、高温側流路１ａを流れる冷媒よりも低温な冷媒が流れる低温側流路１ｂとが形成されている。第１冷媒間熱交換器１には、本体部１ｄの内部において、少なくとも高温側流路１ａを流れる冷媒と低温側流路１ｂを流れる冷媒とが分離して流れるように、高温側流路１ａと低温側流路１ｂとが形成されている。
【0052】
本体部１ｄは、高温側流路１ａと、低温側流路１ｂとが複数の伝熱プレート１ｃの各伝熱プレート１ｃを境にして交互に形成されている。第１冷媒間熱交換器１は、高温側流路１ａを流れる冷媒と、低温側流路１ｂを流れる冷媒との間で熱交換を行う。なお、第１冷媒間熱交換器１は、高温側流路１ａを流れる冷媒と、低温側流路１ｂを流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であればよくプレート式熱交換器に限定するものではない。
【0053】
本体部１ｄには、冷媒ＲＦが本体部１ｄの内部に流入する際に通過する高温側流路入口５１及び低温側流路入口５３が形成されている。また、本体部１ｄには、冷媒ＲＦが本体部１ｄの内部から流出する際に通過する高温側流路出口５２及び低温側流路出口５４と、が形成されている。高温側流路入口５１及び高温側流路出口５２は、高温側流路１ａの入口及び出口を形成する。また、低温側流路入口５３及び低温側流路出口５４は、低温側流路１ｂの入口及び出口を形成する。
【0054】
高温側流路入口５１は、高温側流路１ａにおける冷媒の入口であって、第１冷媒間熱交換器１への冷媒の入口となる。高温側流路出口５２は、高温側流路１ａにおける冷媒の出口であって、第１分岐部３１に向かう冷媒が流出する冷媒の出口となる。低温側流路入口５３は、低温側流路１ｂにおける冷媒の入口であって、第１分岐部３１から分岐され第２絞り装置２２を通過した冷媒が流入する冷媒の入口である。低温側流路出口５４は、低温側流路１ｂにおける冷媒の出口であって、第２分岐部３２に向かう冷媒が流出する冷媒の出口である。
【0055】
高温側流路出口５２及び低温側流路入口５３は、低温側流路出口５４よりも下側に形成されている。すなわち、第１分岐部３１に接続する第１冷媒間熱交換器１の出口側の冷媒流路２０と、第２絞り装置２２に接続する第１冷媒間熱交換器１の入口側の冷媒流路２０とが、共に第２分岐部３２と接続する第１冷媒間熱交換器１の出口側の冷媒流路２０よりも下側に設けられている。
【0056】
冷媒ＲＦは、第１凝縮器である室外熱交換器１１から第１冷媒間熱交換器１に供給される。室外熱交換器１１から第１冷媒間熱交換器１に供給される冷媒ＲＦは、高温側流路入口５１から本体部１ｄの内部に流入し、本体部１ｄに形成された高温側流路１ａを通り、高温側流路出口５２から本体部１ｄの外部に流出する。
【0057】
その後、冷媒ＲＦは、第１分岐部３１で分岐され、一部の冷媒ＲＦは主回路２０ａを流れて第１絞り装置２１に流入し、一部の冷媒ＲＦはバイパス回路２０ｂを流れて第２絞り装置２２に流入する。
【0058】
バイパス回路２０ｂを流れる冷媒は、第２絞り装置２２を流出した後、低温側流路入口５３から本体部１ｄの内部に流入し、本体部１ｄに形成された低温側流路１ｂを通り、低温側流路出口５４から本体部１ｄの外部に流出する。この際、第１冷媒間熱交換器１は、低温側流路１ｂを流れる冷媒と、高温側流路１ａを流れる冷媒との間で熱交換が行われる。そして、低温側流路出口５４から流出した冷媒ＲＦは、第２分岐部３２へ流入する。
【0059】
図３に示すように第１冷媒間熱交換器１が、高温側流路１ａと低温側流路１ｂとが交互に積層してなるプレート型熱交換器である場合、高温側流路出口５２、低温側流路入口５３及び低温側流路出口５４の位置関係は次のようにするとよい。第１冷媒間熱交換器１は、上述したように、重力方向１００において、高温側流路出口５２及び低温側流路入口５３が共に低温側流路出口５４よりも下方に形成されることが望ましい。第１冷媒間熱交換器１は、当該構成によって、重力により低温側流路出口５４から低温側流路入口５３へ液冷媒が落下しやすくなり、液冷媒が第２分岐部３２へ流入することを防ぐことができ、気液分離効果が向上する。
【0060】
図４は、図３に示す第１冷媒間熱交換器１に接続される第２分岐部３２の斜視図である。図５は、図４の第２分岐部３２を流入管３の流路断面側から見た一例の模式図である。なお、図５に示す第２分岐部３２は、重力方向１００に垂直な水平方向であって、図４に示す垂線１０１の方向に第２分岐部３２を見た場合の模式図である。
【0061】
図４及び図５に示すように、第２分岐部３２は、分岐管であり、流入管３と、液流出管４と、ガス流出管５とを有する。第２分岐部３２は、例えば、２分岐管であり、Ｔ字管である。なお、第２分岐部３２は、少なくとも冷媒ＲＦを２分岐するものであればよく、Ｔ字管に限定されるものではない。
【0062】
流入管３は、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂを通過して低温側流路出口５４から流出した冷媒ＲＦが流入する管である。流入管３は、直接又は他の配管を介して低温側流路出口５４に接続される。液流出管４及びガス流出管５は、流入管３から流入した冷媒ＲＦが分岐されて流れる管である。第２分岐部３２は、流入管３の端部が冷媒ＲＦの流入口３ａを形成し、液流出管４の端部が冷媒の流出口４ａを形成し、また、ガス流出管５の端部が冷媒の流出口５ａを形成する。
【0063】
図４に示すように、液流出管４は、重力方向１００においてガス流出管５よりも下側に冷媒の出口を形成する管であり、ガス流出管５は液流出管４よりも重力方向において上側に冷媒の出口を形成する管である。第２分岐部３２は、重力方向１００において、ガス流出管５が液流出管４に対して上側に配置され、液流出管４がガス流出管５に対して下側に配置されるように形成される。
【0064】
図５に示すように、第２分岐部３２は、重力方向１００に垂直な水平面１０２であって、流入管３の流路断面の中心３ｂを含む水平面１０２に対して、少なくとも１つの流出管を下側に設け、もしくは、少なくとも一つの流出管を上側に設けるとよい。第２分岐部３２は、液流出管４を水平面１０２に対して下側に設け、また、ガス流出管５を水平面１０２に対して上側に設けるとよい。図５に示すように、液流出管４の管軸方向、あるいは、ガス流出管５の管軸方向は水平面１０２に対して傾いてもよい。
【0065】
なお、図３では、第２分岐部３２の流入管３は、直管状に形成されており、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路出口５４に接続されている。しかし、第２分岐部３２は、当該構成に限定されるものではなく、液流出管４のガス流出管５に対する相対的な位置関係が下側である限り、曲がり管を備えていてもよく、また異なる分岐流路を備えてもよい。
【0066】
図６は、第２分岐部３２おける冷媒の流れの説明に供し、第２分岐部３２の断面を模式的に示す断面図である。図６は、第２分岐部３２の管軸方向に沿った縦断面図であり、図５のＡ－Ａ線位置の第２分岐部３２の断面図である。図６に示す冷媒流ＧＲＦは、ガス主体冷媒６２の流れを示し、冷媒流ＬＲＦは、液主体冷媒６１の流れを示している。図６を用いて、第２分岐部３２における冷媒ＲＦの流れについて説明する。
【0067】
第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂを通過して低温側流路出口５４から流出した冷媒ＲＦは、流入管３の流入口３ａから流入する。流入管３から流入した冷媒ＲＦは、液流出管４及びガス流出管５によって分岐され、液流出管４の流出口４ａ及びガス流出管５の流出口５ａから流出する。
【0068】
流入管３から流入した気液二相の冷媒ＲＦは、第２分岐部３２において、液主体冷媒６１が重力の影響を受けてガス流出管５よりも下側に配置された液流出管４へ向かうように分流される。液主体冷媒６１は、密度が比較的大きい液冷媒６３が多く含まれる冷媒である。
【0069】
また、流入管３から流入した気液二相の冷媒ＲＦは、第２分岐部３２において、ガス主体冷媒６２が浮力により液流出管４よりも上側に配置されたガス流出管５へ向かうように分流される。ガス主体冷媒６２は、密度が比較的小さいガス冷媒６４が液冷媒６３よりも多く含まれる冷媒である。
【0070】
図７は、第２分岐部３２の第１の変形例を示す模式図である。図８は、第２分岐部３２の第２の変形例を示す模式図である。第２分岐部３２は、図４に示したように、液流出管４とガス流出管５とが一体に形成され、直管状に形成された液流出管４とガス流出管５とが重力方向１００に伸びるように形成された構成に限定されるものではない。第２分岐部３２は、図７及び図８に示すように、直管状に形成された液流出管４とガス流出管５とが重力方向１００に対して傾斜するように形成されてもよい。
【0071】
図７に示すように、第２分岐部３２は、流入管３を流れる冷媒ＲＦの流れる方向において、ガス流出管５を流れる冷媒の流れる方向が、流入管３を流れる冷媒ＲＦの流れる方向とは逆方向の成分を有するように形成されてもよい。また、第２分岐部３２は、流入管３を流れる冷媒ＲＦの流れる方向において、液流出管４を流れる冷媒の流れる方向が、流入管３を流れる冷媒ＲＦの流れる方向と同じ方向の成分を有するように形成されてもよい。
【0072】
図８に示すように、第２分岐部３２は、流入管３を流れる冷媒ＲＦの流れる方向において、液流出管４を流れる冷媒の流れる方向が、流入管３を流れる冷媒ＲＦの流れる方向とは逆方向の成分を有するように形成されてもよい。また、第２分岐部３２は、流入管３を流れる冷媒ＲＦの流れる方向において、ガス流出管５を流れる冷媒の流れる方向が、流入管３を流れる冷媒ＲＦの流れる方向と同じ方向の成分を有するように形成されてもよい。
【0073】
図９は、第２分岐部３２の第３の変形例を示す模式図である。第２分岐部３２は、図４に示したように、液流出管４とガス流出管５とが一体に形成され、液流出管４とガス流出管５とが直管状に形成された構成に限定されるものではない。第２分岐部３２は、図９に示すように、流入管３とガス流出管５とが一体に形成され、流入管３とガス流出管５とが直管状に形成されてもよい。液流出管４は、直管状に形成された流入管３とガス流出管５に接続され、直管状に形成された流入管３及びガス流出管５から下方に伸びるように形成されている。液流出管４の流出口４ａは下方に向いている。
【0074】
図１０は、第２分岐部３２の第４の変形例を示す模式図である。第２分岐部３２は、図４に示したように、液流出管４とガス流出管５とが一体に形成され、液流出管４とガス流出管５とが直管状に形成された構成に限定されるものではない。第２分岐部３２は、図１０に示すように、流入管３と液流出管４とが一体に形成され、流入管３と液流出管４とが直管状に形成されてもよい。ガス流出管５は、直管状に形成された流入管３と液流出管４に接続され、直管状に形成された流入管３及び液流出管４から上方に伸びるように形成されている。ガス流出管５の流出口５ａは上方に向いている。
【0075】
図１１は、第２分岐部３２の第５の変形例を示す模式図である。第２分岐部３２は、上述したＴ字形状の管に限定されるものではなく、図１１に示すように、Ｙ字形状に形成されてもよい。また、第２分岐部３２は、図１１に示すように、液流出管４及びガス流出管５の部分がＵ字形状に形成されてもよい。
【0076】
図１２は、第２分岐部３２の第６の変形例を示す模式図である。図１２示す第６の変形例の第２分岐部３２は、重力方向１００に対する垂直断面となる第２分岐部３２の一部の流路断面の径Ｒ１が、液流出管４及びガス流出管５の径Ｒ２よりも大きくなる部分を有するように構成されてもよい。
【0077】
例えば、図１２に示すように、第６の変形例の第２分岐部３２は、液流出管４とガス流出管５との間に拡大部８を有している。拡大部８は、円柱状に形成されており、内部に空間Ｖが形成されている。拡大部８は、本体部８ａと、２つの蓋部８ｂとを有している。
【0078】
本体部８ａは、筒状に形成された部材である。第２分岐部３２の本体部８ａは、管軸８ｃが重力方向１００となるように設置されることが望ましい。なお、本体部８ａは、管軸８ｃが重力方向１００に対して傾いてもよいが、少なくとも管軸８ｃは、重力方向１００のベクトル成分を有する範囲で傾いた状態で設置される。
【0079】
本体部８ａには、流入管３が接続されている。また、本体部８ａには、貫通孔８ｄが形成されている。貫通孔８ｄは、本体部８ａを貫通する穴である。流入管３は、貫通孔８ｄを形成する部分に接続されている。第２分岐部３２は、貫通孔８ｄによって、流入管３の管内空間と、拡大部８の内部の空間Ｖとが連通するように形成されている。
【0080】
２つの蓋部８ｂは、本体部８ａの内部に空間Ｖを形成するように、本体部８ａの管軸８ｃ方向の両端部を閉塞する。２つの蓋部８ｂは、それぞれ板状に形成されている。２つの蓋部８ｂにはそれぞれ開口部８ｂ１が形成されている。開口部８ｂ１は、蓋部８ｂを貫通する孔である。重力方向１００において、上側の蓋部８ｂの開口部８ｂ１を形成する部分にはガス流出管５が接続されており、下側の蓋部８ｂの開口部８ｂ１を形成する部分には液流出管４が接続されている。すなわち、第２分岐部３２において、ガス流出管５は拡大部８から上側に伸びており、液流出管４は拡大部８から下側に伸びている。
【0081】
第２分岐部３２は、上側の蓋部８ｂの開口部８ｂ１によって、ガス流出管５の管内空間と、本体部８ａの内部の空間Ｖとが連通するように形成されている。また、第２分岐部３２は、下側の蓋部８ｂの開口部８ｂ１によって、液流出管４の管内空間と、本体部８ａの内部の空間Ｖとが連通するように形成されている。
【0082】
第２分岐部３２は、拡大部８の流路断面の径Ｒ１が、液流出管４及びガス流出管５の流路断面の径Ｒ２よりも大きくなるように形成されている。拡大部８の流路断面の径Ｒ１は、拡大部８の内径であり、液流出管４及びガス流出管５の流路断面の径Ｒ２は、液流出管４の内径であり、ガス流出管５の内径である。
【0083】
なお、図１２では、液流出管４及びガス流出管５の流路断面の直径は、それぞれ径Ｒ２であって、同じ大きさであるが、液流出管４及びガス流出管５の流路断面の直径は、異なる大きさであってもよい。ただし、液流出管４及びガス流出管５の流路断面の直径は、拡大部８の流路断面の直径よりも小さい。すなわち、拡大部８の流路断面の直径は、液流出管４及びガス流出管５の流路断面の直径よりも大きい。
【0084】
また、第２分岐部３２は、拡大部８の流路断面の径Ｒ１が、流入管３の流路断面の径Ｒ３よりも大きくなるように形成されている。なお、流入管３の流路断面の径Ｒ３は、流入管３の内径である。
【0085】
第６の変形例の第２分岐部３２は、拡大部８の流路断面の直径が、液流出管４及びガス流出管５の流路断面の直径よりも大きい。また、第６の変形例の第２分岐部３２は、拡大部８の流路断面の直径が、流入管３の流路断面の直径よりも大きくなるように形成されている。第６の変形例の第２分岐部３２は、当該構成を有することによって、容積型の気液分離装置とすることができ、当該構成を有しない場合と比較して気液分離効果を大きくすることができる。容積型の気液分離装置とは、第２分岐部３２において、流入管３、液流出管４及びびガス流出管５等の出入口配管よりも配管径が大きい構造部分を有する気液分離装置である。第６の変形例の第２分岐部３２において、流入管３、液流出管４及びびガス流出管５等の出入口配管よりも配管径が大きい構造部分は、拡大部８である。
【0086】
第６の変形例の第２分岐部３２は、拡大部８を有することによって、液主体冷媒とガス主体冷媒との分離の向上を図ることができる。より詳細には、流入管３から拡大部８に入った冷媒は、流入管３よりも断面積の大きい拡大部８に入って流速が低下すると共に、気液二相混合の冷媒が拡大部８の内壁等に衝突する。流速が低下して拡大部８の内壁等に衝突した冷媒は、液相成分が落下して液流出管４から第２分岐部３２の外部に流出し、残る気相成分は、液流出管４よりも上に配置されたガス流出管５から流出するように分離される。
【0087】
流路の断面積が大きくなって流速が遅くなると、気液二相の混合冷媒は、気液が混合して同じ方向に流れようとする慣性力よりも他の力、ここでは重力の影響が大きくなって上下別方向に分離しやすくなる。
【0088】
また、第６の変形例の第２分岐部３２は、冷媒の気相と液相との分離に関して、重力による分離と共に、拡大部８において冷媒を旋回させることによって、遠心力による冷媒の気相と液相との分離を利用できる。
【0089】
また、第６の変形例の第２分岐部３２は、拡大部８は、流入管３、液流出管４及びびガス流出管５よりも内径が大きく、流入管３、液流出管４及びびガス流出管５よりも表面積が大きい。第６の変形例の第２分岐部３２は、冷媒の気相と液相との分離に関して、重力による分離と共に、流入管３、液流出管４及びびガス流出管５よりも表面積が大きい拡大部８の表面張力等を利用することができる。
【0090】
冷凍サイクル装置２００は、第３分岐部３３よりも圧縮機１４により近い位置で合流する第４分岐部３４へガス主体冷媒を供給することによって圧縮機１４への液冷媒の混入を抑制し、冷凍サイクル装置２００を高性能化する。
【0091】
＜実施の形態１の効果＞
以上、説明したように、本実施の形態１の冷凍サイクル装置２００は、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒が第２分岐部３２で液主体冷媒６１とガス主体冷媒６２とに分流するように構成されている。そして、冷凍サイクル装置２００は、バイパス回路２０ｂにおいて分流した冷媒が、主回路２０ａの第３分岐部３３と第４分岐部３４とにおいて、それぞれ主回路２０ａを流れる主流と合流させる構成である。図１及び図２に示す実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、第３分岐部３３と第４分岐部３４との間に冷媒タンク６が設けられている。冷凍サイクル装置は、第３分岐部３３において液主体冷媒６１と合流した冷媒を冷媒タンク６で相分離し、冷媒タンク６から流出した冷媒が第４分岐部３４でガス主体冷媒６２と合流して圧縮機１４に供給される。
以上、説明したように、本実施の形態１の冷凍サイクル装置２００は、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒が第２分岐部３２で液主体冷媒６１とガス主体冷媒６２とに分流するように構成されている。そして、冷凍サイクル装置２００は、バイパス回路２０ｂにおいて分流した冷媒が、主回路２０ａの第３分岐部３３と第４分岐部３４とにおいて、それぞれ主回路２０ａを流れる主流と合流させる構成である。図１及び図２に示す実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、第３分岐部３３と第４分岐部３４との間に冷媒タンク６が設けられている。冷凍サイクル装置は、第３分岐部３３において液主体冷媒６１と合流した冷媒を冷媒タンク６で相分離し、冷媒タンク６から流出した冷媒が第４分岐部３４でガス主体冷媒６２と合流して圧縮機１４に供給される。
【0092】
冷凍サイクル装置２００は、ガス流出管５よりも下側の冷媒の出口を形成する液流出管４と、冷媒の他の出口を形成し液流出管４よりも上側に設けられたガス流出管５とを有し冷媒を２つに分岐させる第２分岐部３２を有する。第２分岐部３２は、重力方向で上下に配置されたガス流出管５と液流出管４とを有し、気液二相状態の冷媒のうちガス主体冷媒６２をガス流出管５に、ガス主体冷媒６２よりも乾き度が低い液主体冷媒６１を液流出管４に分離する。冷凍サイクル装置２００は、この分離した冷媒をそれぞれ、第１蒸発器である室内熱交換器１６から圧縮機１４の吐出口１４ｂまでの主回路２０ａに供給する。そのため、冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１４の吸入口１４ａに液冷媒を過剰に供給することなくバイパス回路２０ｂの冷媒流量を増加できる。そのため、冷凍サイクル装置２００は、機器を大型化することなく圧縮機性能及び省エネ性能を改善でき、圧縮機性能及び省エネ性能と機器の設置に必要なスペースの確保とを両立できる。
【0093】
図１３は、冷凍サイクル装置のバイパス流量比に対する省エネ性能比を概念的に比較したグラフである。図１３の横軸はバイパス流量比を示し、縦軸はバイパスがない運転に対する省エネ性能比を示している。なお、バイパス流量比は、主流量に対するバイパス流量を示している。主流量は、主回路２０ａを流れる冷媒の流量であり、バイパス流量は、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒の流量である。冷凍サイクル装置は、バイパス流量比が５０％に近づくほど圧縮機の性能が低下し、バイパス流量比が０％に近づくほど圧力損失が増大する。
【0094】
図１３の実線は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の性能改善効果を示すものである。図１３の破線は、第２分岐部３２において気液分離しない従来の冷凍サイクル装置であって、機器サイズが同等で構成した場合の冷凍サイクル装置の性能を示すものである。
【0095】
図１３を用いて実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の効果を説明する。一般に、圧縮機に液主体冷媒が流入すると、圧縮機は液圧縮を起こして、圧縮機の性能が低下し、機器の故障の原因になる。そこで、圧縮機に供給される冷媒を十分に相分離するために、圧縮機の吸入側に接続する冷媒タンクを大型化する場合がある。
【0096】
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００では、第４分岐部３４においてガス主体冷媒６２と合流する。また、冷凍サイクル装置２００は、第２分岐部３２で液主体冷媒６１とガス主体冷媒６２とを分離し、液主体冷媒６１側を冷媒タンク６に通すことで液冷媒を取り除いてから第４分岐部３４でガス主体冷媒６２と合流するようにしている。そのため、冷凍サイクル装置２００は、冷媒タンク６において排出される液冷媒あたりの圧縮機１４に供給される冷媒の液流量が低減し、冷媒タンク６を大型化する必要がない。また、冷凍サイクル装置２００は、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒の流量を向上させ、主回路２０ａを流れる冷媒による圧力損失を低減して性能改善を図ることができる。
【0097】
また、第３分岐部３３よりも第４分岐部３４が下流にある限り、第３分岐部３３と第４分岐部３４との間に一定の容積が発生するため、特に循環量が低い低負荷運転においては、液が低圧配管に滞留する。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、液が低圧配管に滞留し、ガス主体の冷媒が圧縮機１４に流入するため、液冷媒が直接圧縮機に流入する構成と比較して性能改善効果がある。
【0098】
図１３の破線で示す従来の冷凍サイクル装置の構成は、バイパス流れ０％からバイパス流量を増やすと、はじめは主流の冷媒圧損、特に蒸発器出口から圧縮機の吸入までの冷媒圧力差が小さくなり性能改善する。従来の冷凍サイクル装置の構成は、ある一定量の冷媒をバイパス回路にバイパスすると、バイパス回路を流れる冷媒のバイパス流れが十分熱交換されずに気液二相の状態で主回路を流れる冷媒の主流に合流する。そのため、従来の冷凍サイクル装置の構成は、熱ロスと圧縮機に供給される液冷媒量とが増大して圧縮機性能が低下し、省エネ性が低下する。
【0099】
図１３の実線で示す冷凍サイクル装置２００の構成は、圧縮機１４に供給される液冷媒量を低減して、従来構成よりもバイパス流量を向上させて省エネ性能を改善可能である。具体的には、冷凍サイクル装置２００の構成は、第３分岐部３３と第４分岐部３４との間に冷媒タンク６を備える。そのため、冷凍サイクル装置２００の構成は、第４分岐部３４を設けない場合と比較して、冷媒タンク６から流出する冷媒流量を低減し、冷媒の慣性力及び冷媒タンク６内の液面の揺れにより混入する液冷媒量を低減する。そして、冷媒流量が低減し、液冷媒量が低減した冷媒タンク６から流出する冷媒と、第４分岐部３４においてガス主体冷媒６２とが合流することによって、圧縮機１４に供給される液冷媒量が低減する。
【0100】
さらに、冷暖切替可能な冷凍サイクル装置２００は、室外熱交換器１１及び室内熱交換器１６が、冷暖の切替によって、蒸発器及び凝縮器として動作する。冷凍サイクル装置２００は、上記の構成により、蒸発器及び凝縮器として動作するときに、蒸発器運転の冷媒流量に対する、凝縮器運転の冷媒流量を大きくできる。そのため、冷凍サイクル装置２００は、蒸発器運転の冷媒圧力損失あたりの凝縮器運転の管内伝熱を向上できるため、冷房運転と暖房運転との性能改善を両立できる。
【0101】
さらに、冷凍サイクル装置２００は、上記の構成により、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒のバイパス流れの流量調整範囲を拡大できる。冷凍サイクル装置２００は、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒のバイパス流れの流量調整範囲を拡大できるため、機器の冷暖房能力１００％で蒸発器に流れる冷媒流量と、機器の冷暖房能力１００％以下、特に冷暖房能力２５％～８０％の冷媒流量との差を小さくできる。冷凍サイクル装置２００は、機器の冷暖房能力の違いによる冷媒流量の差を小さくできるため、性能が冷媒流速に大きく依存する機器の構成部品の流量設計範囲を小さくすることができる。性能が冷媒流速に大きく依存する機器の構成部品は、例えば、室外熱交換器１１、室内熱交換器１６及び冷媒タンク６等である。冷凍サイクル装置２００は、性能が冷媒流速に大きく依存する機器の構成部品の流量設計範囲を小さくできるため、中間負荷運転の性能を改善でき、通年で運転負荷が変化する冷凍サイクル装置２００の期間効率を向上できる。
【0102】
なお、性能が最大となるバイパス流量比及び性能改善率は、機器サイズに対する運転能力あるいは作動流体の冷媒種に依存して変化するが、従来よりもバイパス流量が多い動作点で省エネ性能が改善する効果は同じである。例えば、性能改善効果は室外機から室内機までの延長配管が長い機器あるいは運転能力が大きい機器で大きくなる。
【0103】
また、Ｒ３２冷媒に対してガス密度の小さい冷媒を少なくとも一部に含む作動流体は、能力当たりの冷媒流速が大きくなるため、圧力損失低減による性能改善効果が大きい。主回路２０ａ及びバイパス回路２０ｂを流れる冷媒は、Ｒ３２冷媒に対してガス密度の小さい冷媒である。この冷媒は、例えば、テトラフルオロプロペン等のオレフィン系冷媒、ジフルオロエチレン等のエチレン系冷媒、テトラフルオロエタン等のエタン系冷媒、プロパン、又は、ＤＭＥ(ジメチルエーテル)のいずれか１つ以上を含む冷媒である。なお、オレフィン系冷媒は、例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、もしくは、ＨＦＯ１２３４ｚｅ（Ｅ）等が挙げられる。
【0104】
また、標準沸点の差が１℃以上である少なくとも２種類の冷媒を混合する非共沸混合冷媒を作動流体とする場合、主回路２０ａを流れる冷媒の主流が第３分岐部３３において高沸点成分主体冷媒と合流して冷媒タンク６で相分離する。高沸点冷媒が冷媒タンク６に液冷媒として貯蔵されて低沸点主体冷媒が圧縮機１４に流入するため、冷媒流路２０を低沸点成分主体冷媒が循環し冷凍サイクル装置２００の性能が改善する。
【0105】
図１４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の第１の変形例を示す冷媒回路図である。図１５は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の第２の変形例を示す冷媒回路図である。図１４及び図１５は、冷凍サイクル装置２００の変形例を示している。なお、図１４及び図１５において、実線矢印及び破線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に非共沸混合冷媒ＺＲＦの流れを表している。また、図１４及び図１５において、中継機ユニット２０３内に示す点線矢印は、水ＷＦの流れを表している。
【0106】
図１４及び図１５に示す冷凍サイクル装置２００は、２つの室内熱交換器１６の間に設けられる第５絞り装置２５を有する。また、図１５に示す冷凍サイクル装置２００は、第５絞り装置２５と室内熱交換器１６の間の配管と、第１冷媒間熱交換器１と第１絞り装置２１との間の配管と、を接続するように設けられた配管に設けられた第６絞り装置２６を有する。なお、第５絞り装置２５及び第６絞り装置２６は、減圧弁、あるいは、膨張弁としての機能を有し、冷媒を膨張させて減圧するものであり、第１絞り装置２１及び第２絞り装置２２と同様の構成でもよい。
【0107】
図１４及び図１５に示すように、室内熱交換器１６は、室内機ユニット２０２へ熱媒体を搬送する中継機ユニット２０３でもよい。また、室外機ユニット２０１、室内機ユニット２０２（図１及び図２参照）、及び、中継機ユニット２０３の台数は２以上でもよい。また、室外機ユニット２０１、室内機ユニット２０２（図１及び図２参照）、及び、中継機ユニット２０３は、それぞれ冷媒流れから見て直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよい。
【0108】
また、室外機ユニット２０１には室外熱交換器１１が搭載され、室内機ユニット２０２には室内熱交換器１６が搭載され（図１及び図２参照）、又は、中継機ユニット２０３には室内熱交換器１６が搭載される。また、室内機ユニット２０２には第２室内熱交換器１２又は第３室内熱交換器１７が搭載される場合がある（図２２及び図２３参照）。室外熱交換器１１、第２室内熱交換器１２、室内熱交換器１６、及び、第３室内熱交換器１７は冷媒流れから見て直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよい。
【0109】
実施の形態２．
＜実施の形態２の構成＞
図１６は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００を示す模式図である。なお、図１６において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に単一組成冷媒又は共沸混合冷媒ＡＲＦの流れを表している。次に、図１６を用いて、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。
＜実施の形態２の構成＞
図１６は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００を示す模式図である。なお、図１６において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に単一組成冷媒又は共沸混合冷媒ＡＲＦの流れを表している。次に、図１６を用いて、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。
【0110】
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の一部を変更したものであり、基本的な全体構成は実施の形態１の冷凍サイクル装置２００と同様の構成である。そのため、図１６で示す実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００について、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００と同一の構成要素あるいは相当する部分の構成要素については同じ符号を付し、図示及びその説明を省略する。
【0111】
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、図１６に示すように、圧縮機１４を２台有する。２台の圧縮機１４は、冷媒の流れる方向において直列状に接続されている。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、冷媒の流れる方向において、第３分岐部３３よりも下流に位置する異なる２台の圧縮機１４の間に第４分岐部３４を設けている。
【0112】
＜実施の形態２の効果＞
冷凍サイクル装置２００は、ガス流出管５と接続する第４分岐部３４を冷媒圧縮過程に設けることで、第４分岐部３４の下流の圧縮機１４に供給する冷媒のガス比率を向上させる。一般に、圧縮機に液主体冷媒が流入すると、圧縮機は液圧縮を起こして性能が低下するため、その対策として冷媒タンクあるいは予熱構造を設ける等機器を冷凍サイクル装置に追加する場合がある。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００では、主回路２０ａを流れる冷媒の主流が、第４分岐部３４においてガス主体冷媒６２と合流する。そのため、冷凍サイクル装置２００は、機器を追加することなく冷媒圧縮過程への供給される液流量を低減できる。また、冷凍サイクル装置２００は、バイパス流量を向上させて主流の圧力損失を低減して性能改善を図ることができる。
冷凍サイクル装置２００は、ガス流出管５と接続する第４分岐部３４を冷媒圧縮過程に設けることで、第４分岐部３４の下流の圧縮機１４に供給する冷媒のガス比率を向上させる。一般に、圧縮機に液主体冷媒が流入すると、圧縮機は液圧縮を起こして性能が低下するため、その対策として冷媒タンクあるいは予熱構造を設ける等機器を冷凍サイクル装置に追加する場合がある。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００では、主回路２０ａを流れる冷媒の主流が、第４分岐部３４においてガス主体冷媒６２と合流する。そのため、冷凍サイクル装置２００は、機器を追加することなく冷媒圧縮過程への供給される液流量を低減できる。また、冷凍サイクル装置２００は、バイパス流量を向上させて主流の圧力損失を低減して性能改善を図ることができる。
【0113】
＜実施の形態２の変形例の構成＞
図１７は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の変形例である。なお、図１７において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に単一組成冷媒又は共沸混合冷媒ＡＲＦの流れを表している。冷媒流路２０において、第４分岐部３４の上流に圧縮過程を設ける限り、圧縮機１４は、図１６に示したような第４分岐部３４の上流に配置された圧縮機１４と下流に配置された圧縮機１４とを一体に構成してもよい。そして、第４分岐部３４は、圧縮機１４のインジェクションポート７として形成してもよい。
図１７は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の変形例である。なお、図１７において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に単一組成冷媒又は共沸混合冷媒ＡＲＦの流れを表している。冷媒流路２０において、第４分岐部３４の上流に圧縮過程を設ける限り、圧縮機１４は、図１６に示したような第４分岐部３４の上流に配置された圧縮機１４と下流に配置された圧縮機１４とを一体に構成してもよい。そして、第４分岐部３４は、圧縮機１４のインジェクションポート７として形成してもよい。
【0114】
インジェクションポート７は、圧縮機１４の圧縮室（図示は省略）と連通するように形成されている。インジェクションポート７は、圧縮機１４に形成された貫通孔であり、圧縮機１４の圧縮室に気液二相冷媒等を強制注入するために用いられる。インジェクションポート７は、例えば、圧縮室の中間圧を構成する部分に連通する中間圧インジェクションポートである。
【0115】
＜実施の形態２の変形例の効果＞
冷凍サイクル装置２００は、ガス流出管５と接続する第４分岐部３４を冷媒圧縮過程に設けることで、インジェクションポート７を介して圧縮機１４に供給する冷媒のガス比率を向上させる。一般に、圧縮機に液主体冷媒が流入すると、圧縮機は液圧縮を起こして性能が低下するため、その対策として冷媒タンクあるいは予熱構造を設ける等機器を冷凍サイクル装置に追加する場合がある。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００では、主回路２０ａを流れる冷媒の主流が、第４分岐部３４においてガス主体冷媒６２と合流する。そのため、冷凍サイクル装置２００は、機器を追加することなく冷媒圧縮過程への供給される液流量を低減できる。また、冷凍サイクル装置２００は、バイパス流量を向上させて主流の圧力損失を低減して性能改善を図ることができる。
冷凍サイクル装置２００は、ガス流出管５と接続する第４分岐部３４を冷媒圧縮過程に設けることで、インジェクションポート７を介して圧縮機１４に供給する冷媒のガス比率を向上させる。一般に、圧縮機に液主体冷媒が流入すると、圧縮機は液圧縮を起こして性能が低下するため、その対策として冷媒タンクあるいは予熱構造を設ける等機器を冷凍サイクル装置に追加する場合がある。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００では、主回路２０ａを流れる冷媒の主流が、第４分岐部３４においてガス主体冷媒６２と合流する。そのため、冷凍サイクル装置２００は、機器を追加することなく冷媒圧縮過程への供給される液流量を低減できる。また、冷凍サイクル装置２００は、バイパス流量を向上させて主流の圧力損失を低減して性能改善を図ることができる。
【0116】
また、一般に、インジェクションポートに液冷媒が混入すると圧縮室の気密低下を引き起こして圧縮機の性能が低下する。そのため、冷凍サイクル装置は、インジェクションポートの上流に冷媒タンクあるいは予熱構造を設ける等機器を追加する場合がある。図１７に示す実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、第２分岐部３２のガス流出管５を介してインジェクションポート７にガス主体冷媒６２を供給する。そのため、冷凍サイクル装置２００は、冷媒圧縮過程に供給される液流量を低減し、機器を追加することなくバイパス流量を向上させて主流の圧力損失を低減して性能改善を図ることができる。
【0117】
また、実施の形態２の構成のように、単一組成の冷媒もしくは共沸混合冷媒を作動流体とすると、非共沸混合冷媒を作動流体とする場合に対して、低圧側の圧縮機１４あるいは圧縮室（図示は省略）に流入する高沸点成分が多くなる。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、低圧側の圧縮機１４あるいは圧縮室（図示は省略）に流入する高沸点成分が多くなり、圧力損失が増大することによる性能低下がないため、性能改善効果が大きい。
【0118】
実施の形態３．
＜実施の形態３の構成＞
図１８は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００を示す模式図である。図１９は、第２分岐部３２おける冷媒の流れの説明に供し、第２分岐部３２の断面を模式的に示す断面図である。なお、図１８において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に非共沸混合冷媒ＺＲＦの流れを表している。図１９に示す冷媒流ＨＢＲＦは、高沸点主体冷媒６７の流れを示し、冷媒流ＬＢＲＦは、低沸点主体冷媒６８の流れを示している。なお、図１８では、見易さを考慮し、暖房運転時の冷媒流路２０を省略して、冷房運転時の冷媒流路２０を抜粋して示している。次に、図１８及び図１９を用いて、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。
＜実施の形態３の構成＞
図１８は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００を示す模式図である。図１９は、第２分岐部３２おける冷媒の流れの説明に供し、第２分岐部３２の断面を模式的に示す断面図である。なお、図１８において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に非共沸混合冷媒ＺＲＦの流れを表している。図１９に示す冷媒流ＨＢＲＦは、高沸点主体冷媒６７の流れを示し、冷媒流ＬＢＲＦは、低沸点主体冷媒６８の流れを示している。なお、図１８では、見易さを考慮し、暖房運転時の冷媒流路２０を省略して、冷房運転時の冷媒流路２０を抜粋して示している。次に、図１８及び図１９を用いて、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。
【0119】
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の一部を変更したものであり、基本的な全体構成は実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００と同様の構成である。そのため、図１８で示す実施の形態３の冷凍サイクル装置２００について、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００と同一の構成要素あるいは相当する部分の構成要素については同じ符号を付し、図示及びその説明を省略する。
【0120】
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００は、標準沸点の差が１℃以上である少なくとも２種類の冷媒を混合する非共沸混合冷媒を作動流体とする。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００は、図１８に示すように、第２分岐部３２のガス流出管５が第３分岐部３３に接続されており、液流出管４が第４分岐部３４に接続されている。
【0121】
図１８に示す実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００では、第１分岐路２０ｂ１は、第２分岐部３２の液流出管４と第４分岐部３４とを接続する流路である。第１分岐路２０ｂ１には、第３絞り装置２３が設けられている。図１８に示す実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００では、第２分岐路２０ｂ２は、第２分岐部３２のガス流出管５と第３分岐部３３とを接続する流路である。第２分岐路２０ｂ２には、第４絞り装置２４が設けられている。
【0122】
図１８に示す実施の形態３の冷凍サイクル装置２００では、第３分岐部３３は、バイパス回路２０ｂの第２分岐路２０ｂ２と、主回路２０ａとを接続する部分である。第３分岐部３３は、バイパス回路２０ｂの第２分岐路２０ｂ２を流れる冷媒を、主回路２０ａに合流させる部分である。図１８に示す実施の形態３の冷凍サイクル装置２００では、第３分岐部３３と、２つの圧縮機１４の内下流側の圧縮機１４との間に第４分岐部３４が配置されている。
【0123】
図１８に示す実施の形態３の冷凍サイクル装置２００では、第４分岐部３４は、バイパス回路２０ｂの第１分岐路２０ｂ１と、主回路２０ａとを接続する部分である。第４分岐部３４は、バイパス回路２０ｂの第１分岐路２０ｂ１を流れる冷媒を、主回路２０ａに合流させる部分である。図１８に示す実施の形態３の冷凍サイクル装置２００では、第４分岐部３４は圧縮機１４と第３分岐部３３との間に配置されている。
【0124】
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００は、図１８に示すように、第３分岐部３３よりも下流に位置する異なる２台の圧縮機１４の間に第４分岐部３４を設けている。
【0125】
＜実施の形態３の効果＞
一般に非共沸混合冷媒を作動流体とする冷凍サイクル装置は、圧縮機に高沸点冷媒を多く含んだ冷媒が低圧の吸入口に流入すると、圧縮機の吸入口の圧力損失及び体積流量が増大する。そのため、冷媒サイクル装置は、能力を維持するために圧縮機を大型化して大容量化する、あるいは、冷媒タンクを大型化して高沸点冷媒を冷媒タンクに貯蔵させる場合がある。
一般に非共沸混合冷媒を作動流体とする冷凍サイクル装置は、圧縮機に高沸点冷媒を多く含んだ冷媒が低圧の吸入口に流入すると、圧縮機の吸入口の圧力損失及び体積流量が増大する。そのため、冷媒サイクル装置は、能力を維持するために圧縮機を大型化して大容量化する、あるいは、冷媒タンクを大型化して高沸点冷媒を冷媒タンクに貯蔵させる場合がある。
【0126】
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００では、バイパス回路２０ｂを流れる二相状態の非共沸混合冷媒（バイパス流れ）が第２分岐部３２において分離される。このとき、図１９に示すように、第２分岐部３２に流入する冷媒ＲＦの液冷媒６５には高沸点成分が多く、ガス冷媒６６には低沸点成分が多く存在する。そのため、ガス流出管５の流出口５ａと比較して、液流出管４の流出口４ａからは高沸点主体冷媒６７が多く流出し、液流出管４の流出口４ａと比較して、ガス流出管５の流出口５ａからは低沸点主体冷媒６８が多く流出する。
【0127】
高沸点主体冷媒６７は、密度が比較的大きい液冷媒６５が多く含まれる冷媒であり、高沸点成分が多く存在する冷媒である。低沸点主体冷媒６８は、密度が比較的小さいガス冷媒６６が多く含まれる冷媒であり、低沸点成分が多く存在する冷媒である。液流出管４の流出口４ａから流出する高沸点主体冷媒６７は、第４分岐部３４に供給され、ガス流出管５の流出口５ａから流出する低沸点主体冷媒６８は、第３分岐部３３に供給される。
【0128】
このとき、冷凍サイクル装置２００は、第３分岐部３３の位置では第４分岐部３４の位置に対して低圧である。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００は、低沸点主体冷媒６８を第３分岐部３３に供給することにより、低圧側の圧縮機１４に低沸点主体冷媒６８を供給し、高沸点主体冷媒６７を第４分岐部３４に供給することにより、高圧側の圧縮機１４に高沸点主体冷媒６７を供給する。
【0129】
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００は、当該構成を有することによって、低圧側の圧縮機１４の圧力損失の増大を抑制し、機器を大型化することなく省エネ性能を改善することができる。また、冷凍サイクル装置２００に用いられる混合冷媒の温度差が５℃以上ある場合、気液分離による組成分離効果が大きくなるため、性能改善効果が特に大きい。
＜実施の形態３の変形例の構成＞
＜実施の形態３の変形例の構成＞
【0130】
図２０は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の第１の変形例を示す模式図である。図２１は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の第２の変形例を示す模式図である。なお、図２０及び図２１において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に非共沸混合冷媒ＺＲＦの流れを表している。図２０では、見易さを考慮し、暖房運転時の冷媒流路２０を省略して、冷房運転時の冷媒流路２０を抜粋して示している。
【0131】
第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、標準沸点の差が１℃以上である少なくとも２種類の冷媒を混合する非共沸混合冷媒を作動流体とする。図２０及び図２１に示すように、第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、ガス流出管５が第３分岐部３３に接続されており、液流出管４が第４分岐部３４に接続されている。第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、第４分岐部３４が圧縮機１４のインジェクションポート７である。
【0132】
第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、第２冷媒間熱交換器２を有している。第２冷媒間熱交換器２は、第１冷媒間熱交換器１と同様に内部に冷媒が流れる２つの流路が形成されている。第２冷媒間熱交換器２は、主回路２０ａの室外熱交換器１１から第１絞り装置２１までの間の流路を流れる冷媒と、液流出管４から第４分岐部３４までの流路を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。なお、室外熱交換器１１は、第１凝縮器である。
【0133】
冷房運転及び暖房運転のいずれにおいても第１冷媒間熱交換器１の高温側流路１ａを流れる冷媒の流れ方向において、第１冷媒間熱交換器１は、第２冷媒間熱交換器２に対して下流に位置するように設けられている。
【0134】
第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、第２分岐部３２と第３分岐部３３との間に設けられた第４絞り装置２４の開度の調整により第１冷媒間熱交換器１と第２冷媒間熱交換器２との熱交換量比を制御する。なお、第１冷媒間熱交換器１と第２冷媒間熱交換器２とは、第１冷媒間熱交換器１の低温側流路１ｂと第２冷媒間熱交換器２の低温側流路１ｂとが合流しない限り、一体の冷媒間熱交換器で構成してもよい。
【0135】
＜実施の形態３の変形例の効果＞
第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、第４分岐部３４の位置は圧縮過程であり、第３分岐部３３の位置では第４分岐部３４の位置に対して低圧である。第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、低沸点主体冷媒６８を第３分岐部３３に供給することにより、圧縮機１４内の低圧側に低沸点主体冷媒６８を供給する。また、第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、高沸点主体冷媒６７を第４分岐部３４に供給することにより、圧縮機１４内の高圧側に高沸点主体冷媒６７を供給する。
第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、第４分岐部３４の位置は圧縮過程であり、第３分岐部３３の位置では第４分岐部３４の位置に対して低圧である。第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、低沸点主体冷媒６８を第３分岐部３３に供給することにより、圧縮機１４内の低圧側に低沸点主体冷媒６８を供給する。また、第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、高沸点主体冷媒６７を第４分岐部３４に供給することにより、圧縮機１４内の高圧側に高沸点主体冷媒６７を供給する。
【0136】
第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、当該構成を有することによって、低圧側の圧縮機１４の圧力損失の増大を抑制し、機器を大型化することなく省エネ性能を改善することができる。また、冷凍サイクル装置２００に用いられる混合冷媒の温度差が５℃以上ある場合、気液分離による組成分離効果が大きくなるため、性能改善効果が特に大きい。
【0137】
また、第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、第２冷媒間熱交換器２を設けていることにより、第２分岐部３２で分離した液主体冷媒６１である高沸点主体冷媒６７を加熱して第４分岐部３４に供給する。そのため、第１の変形例及び第２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１４の圧縮過程に流入する液冷媒を増大することなく第３分岐部３３に流入する高沸点成分を低減でき、圧縮機１４の性能を改善し省エネ性を向上させる。
【0138】
図２１に示す第２の変形例の冷凍サイクル装置２００は、冷房運転と暖房運転とを切り替えて動作させることができる。第２の変形例の冷凍サイクル装置２００では、冷房運転及び暖房運転の両方とも冷媒間熱交換器の高温側冷媒流れからみて、第１冷媒間熱交換器１は第２冷媒間熱交換器２に対して下流に設けられている。第２の変形例の冷凍サイクル装置２００は、当該構成により、第２分岐部３２で分離した高沸点主体冷媒６７と高温側冷媒との間の温度差を冷暖ともに確保できるため、機器サイズを大型化することなく冷暖運転時の性能を向上できる。
【0139】
特に、混合冷媒として、循環組成の高沸点冷媒の比率が低沸点冷媒の比率に対して多い冷媒を採用する場合において、第２分岐部３２で分離した高沸点主体冷媒６７を加熱したときの二相域の温度変化が小さくなる。そのため、第２の変形例の冷凍サイクル装置２００は、高沸点主体冷媒６７と高温側冷媒との間の温度差をより大きく確保できるため、機器サイズを大型化することなく冷暖運転時の性能を向上できる。
【0140】
実施の形態４．
＜実施の形態４の構成＞
図２２は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００を示す第１の模式図である。図２３は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００を示す第２の模式図である。なお、図２３において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に非共沸混合冷媒ＺＲＦの流れを表している。図２２及び図２３では、見易さを考慮し、それぞれ冷媒流路２０を省略して、冷房主体運転時又は暖房主体運転時の冷媒流路２０を抜粋して示している。次に、図２２及び図２３を用いて、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。
＜実施の形態４の構成＞
図２２は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００を示す第１の模式図である。図２３は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００を示す第２の模式図である。なお、図２３において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に非共沸混合冷媒ＺＲＦの流れを表している。図２２及び図２３では、見易さを考慮し、それぞれ冷媒流路２０を省略して、冷房主体運転時又は暖房主体運転時の冷媒流路２０を抜粋して示している。次に、図２２及び図２３を用いて、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。
【0141】
実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の一部を変更したものであり、基本的な全体構成は実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００と同様の構成である。そのため、図２２及び図２３で示す実施の形態４の冷凍サイクル装置２００について、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００と同一の構成要素あるいは相当する部分の構成要素については同じ符号を付し、図示及びその説明を省略する。
【0142】
実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００は、冷房運転と暖房運転との両方の動作を混在させて運転させる混在運転が可能である。主回路２０ａ及びバイパス回路２０ｂは、冷房運転と暖房運転との混在運転が行われる冷媒回路として構成されている。図２２に示す実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００は、冷房能力が暖房能力に対して大きい冷房主体運転を行う装置である。
【0143】
図２２に示す実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００は、室外熱交換器１１を第１凝縮器とし、暖房運転を行う第２室内熱交換器１２を第２凝縮器とする。第２室内熱交換器１２は、室外熱交換器１１と、室内熱交換器１６との間の冷媒流路２０に設けられている。より詳細には、第２凝縮器である第２室内熱交換器１２は、主回路２０ａにおいて、第１絞り装置２１と第１蒸発器との間に設けられている。なお、室内熱交換器１６は、冷房運転を行う第１蒸発器である。
【0144】
主回路２０ａを構成する第２室内熱交換器１２と室内熱交換器１６との間の配管には第５絞り装置２５が設けられている。第１冷媒間熱交換器１は、第１凝縮器である室外熱交換器１１と第２凝縮器である第２室内熱交換器１２との間の冷媒流路２０に配置されている。
【0145】
図２３に示す実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００は、暖房能力が冷房能力に対して大きい暖房主体運転を行う装置である。主回路２０ａ及びバイパス回路２０ｂは、冷房運転と暖房運転との混在運転が行われる冷媒回路として構成されている。
【0146】
図２３に示す実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００は、暖房運転を行う室内熱交換器１６を第１凝縮器とし、室外熱交換器１１を第１蒸発器とする。また、第１凝縮器である室内熱交換器１６から第１絞り装置２１までの間の冷媒流路２０には第３室内熱交換器１７が設けられている。第３室内熱交換器１７は、冷房運転を行う第２蒸発器である。第２蒸発器は、内部に流入した冷媒と室外空気との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させて気化させる。
【0147】
室内熱交換器１６と第３室内熱交換器１７との間の配管には第５絞り装置２５が設けられている。第１冷媒間熱交換器１は、第２蒸発器である第３室内熱交換器１７と第１蒸発器である室外熱交換器１１との間の冷媒流路２０に設けられている。
【0148】
＜実施の形態４の効果＞
一般に、冷凍サイクル装置は、冷房のみの運転あるいは暖房のみの運転では、複数台の熱交換器によって室内に冷風又は温風を供給する。しかし、冷凍サイクル装置の冷房主体運転及び暖房主体運転においては、より少ない熱交換器の台数で冷風又は温風を供給するため、冷凍サイクル装置の性能が低下する。
一般に、冷凍サイクル装置は、冷房のみの運転あるいは暖房のみの運転では、複数台の熱交換器によって室内に冷風又は温風を供給する。しかし、冷凍サイクル装置の冷房主体運転及び暖房主体運転においては、より少ない熱交換器の台数で冷風又は温風を供給するため、冷凍サイクル装置の性能が低下する。
【0149】
第２分岐部３２を設けない従来の構成では、性能改善のためにバイパス回路２０ｂを流れる冷媒の流量を向上させて性能改善を図る。このバイパス回路２０ｂを流れる冷媒は十分熱交換されずに気液二相の状態で主回路２０ａを流れる冷媒に合流する場合がある。
【0150】
そのため、従来の冷凍サイクル装置は、熱ロスと圧縮機に供給される液冷媒量とが増大し、圧縮機の性能が低下し、省エネ性が低下する。そこで、従来の冷凍サイクル装置は、圧縮機の性能改善のために室内機の熱交換器を大型化する、第１冷媒間熱交換器１を大型化する、あるいは、冷媒タンク６を大型化して高沸点冷媒を冷媒タンク６に貯蔵する等の対策を行う場合がある。
【0151】
実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００は、第１冷媒間熱交換器１の下流に位置する第２分岐部３２においてガス主体冷媒６２と液主体冷媒６１とを分離する。そして、図２２に示す冷凍サイクル装置２００は、第４分岐部３４においてガス主体冷媒６２と主回路２０ａを流れる冷媒とが合流する。
【0152】
そのため、冷凍サイクル装置２００は、冷媒タンク６において排出される液冷媒に対する圧縮機１４に供給される冷媒の液流量が低減し、冷媒タンク６等の機器を大型化する必要がない。また、冷凍サイクル装置２００は、バイパス回路２０ｂを流れる冷媒の流量を向上させ、主回路２０ａを流れる冷媒による圧力損失を低減して性能改善を図ることができる。
【0153】
また、第１冷媒間熱交換器１の高温側流路出口５２の冷媒は気液二相である。冷凍サイクル装置２００は、第１絞り装置２１に対して第２絞り装置２２の開度を小さくすることにより、体積流量が大きいガス冷媒は主に主回路２０ａに流れ、体積流量が小さい液冷媒は主にバイパス回路２０ｂに流れる。
【0154】
特に、非共沸混合冷媒を作動流体とする冷凍サイクル装置２００において、ガス主体冷媒６２である低沸点成分が主回路２０ａに流れ、液主体冷媒６１である高沸点成分がバイパス回路２０ｂに流れる。そのため、非共沸混合冷媒を作動流体とする冷凍サイクル装置２００は、低圧損化が大きくなり性能改善効果が大きくなる。
【0155】
＜実施の形態４の変形例の構成＞
図２４は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００の第１の変形例を示す模式図である。図２５は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００の第２の変形例を示す模式図である。なお、図２４及び図２５において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に非共沸混合冷媒ＺＲＦの流れを表している。図２３に示すように、室内熱交換器１６は、室内機ユニット２０２へ熱媒体を搬送する中継機ユニット２０３に設けられた熱交換器でもよい。
図２４は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００の第１の変形例を示す模式図である。図２５は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００の第２の変形例を示す模式図である。なお、図２４及び図２５において、実線矢印は、冷媒ＲＦの流れ方向を表しており、特に非共沸混合冷媒ＺＲＦの流れを表している。図２３に示すように、室内熱交換器１６は、室内機ユニット２０２へ熱媒体を搬送する中継機ユニット２０３に設けられた熱交換器でもよい。
【0156】
＜実施の形態４の変形例の効果＞
一般に、第２分岐部３２を有さない冷凍サイクル装置では、中継機ユニット２０３から室内機ユニット２０２まで熱を搬送する熱媒体が水である場合、冷房主体運転において蒸発器となる室内熱交換器１６の飽和温度が低下すると水が凍結する。そのため、第２分岐部３２を有さない冷凍サイクル装置では、蒸発器である室内熱交換器１６を大型化するなどの手段が必要になる場合がある。
一般に、第２分岐部３２を有さない冷凍サイクル装置では、中継機ユニット２０３から室内機ユニット２０２まで熱を搬送する熱媒体が水である場合、冷房主体運転において蒸発器となる室内熱交換器１６の飽和温度が低下すると水が凍結する。そのため、第２分岐部３２を有さない冷凍サイクル装置では、蒸発器である室内熱交換器１６を大型化するなどの手段が必要になる場合がある。
【0157】
第２分岐部３２を有する冷凍サイクル装置２００は、冷房主体運転において低圧損化が可能となるため、蒸発器となる室内熱交換器１６を大型化することなく蒸発温度を向上させ、機器を大型化することなく能力当たりの性能を改善できる。
【0158】
図２５に示す第２の変形例の冷凍サイクル装置２００のように、室外機ユニット２０１と中継機ユニット２０３とを接続する冷媒流路２０は３以上でもよい。例えば、中継機ユニット２０３に複数の室内熱交換器１６を設ける場合、室外機ユニット２０１と中継機ユニット２０３とは、第１分岐部３１から第１絞り装置２１までの流路から、中継機ユニット２０３に備える二つの室内熱交換器１６の間の流路に、第６絞り装置２６を介して接続してもよい。
【0159】
冷凍サイクル装置２００は、第６絞り装置２６を有することで、冷房運転と暖房運転とが混在する混在運転において、二つの室内熱交換器１６に流れる冷媒流量を第６絞り装置２６の開度の調整によって制御することができる。第６絞り装置２６の制御は、例えば制御装置２１０によって行われる。冷凍サイクル装置２００は、当該構成によって、冷房運転と暖房運転との運転能力比率に関する制御範囲の拡大を、機器大型化を図ることなく、あるいは、省エネ性能を低下することなく実現できる。
【0160】
以上の実施の形態１～実施の形態４に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【0161】
１ 第１冷媒間熱交換器、１ａ 高温側流路、１ｂ 低温側流路、１ｃ 伝熱プレート、１ｄ 本体部、２ 第２冷媒間熱交換器、３ 流入管、３ａ 流入口、３ｂ 中心、４ 液流出管、４ａ 流出口、５ ガス流出管、５ａ 流出口、６ 冷媒タンク、７ インジェクションポート、８ 拡大部、８ａ 本体部、８ｂ 蓋部、８ｂ１ 開口部、８ｃ 管軸、８ｄ 貫通孔、１１ 室外熱交換器、１２ 第２室内熱交換器、１３ 室外ファン、１４ 圧縮機、１４ａ 吸入口、１４ｂ 吐出口、１５ 流路切替装置、１６ 室内熱交換器、１７ 第３室内熱交換器、１８ 室内ファン、２０ 冷媒流路、２０ａ 主回路、２０ｂ バイパス回路、２０ｂ１ 第１分岐路、２０ｂ２ 第２分岐路、２１ 第１絞り装置、２２ 第２絞り装置、２３ 第３絞り装置、２４ 第４絞り装置、２５ 第５絞り装置、２６ 第６絞り装置、３１ 第１分岐部、３２ 第２分岐部、３３ 第３分岐部、３４ 第４分岐部、４２ 逆止弁、５１ 高温側流路入口、５２ 高温側流路出口、５３ 低温側流路入口、５４ 低温側流路出口、６１ 液主体冷媒、６２ ガス主体冷媒、６３ 液冷媒、６４ ガス冷媒、６５ 液冷媒、６６ ガス冷媒、６７ 高沸点主体冷媒、６８ 低沸点主体冷媒、１００ 重力方向、１０１ 垂線、１０２ 水平面、２００ 冷凍サイクル装置、２０１ 室外機ユニット、２０２ 室内機ユニット、２０３ 中継機ユニット、２１０ 制御装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】