JP2000274890A - 超臨界サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超臨界サイクルの製造原価上昇を抑制しつ
つ、放熱器の冷媒出口側にて分離された分離潤滑油を圧
縮機の吸入側に戻す。 【解決手段】 室外熱交換器（放熱器）２の冷媒出口側
に油分離器３を配設して冷媒と潤滑油とを分離し、その
分離潤滑油を減圧した後、圧縮機１の吸入側に戻す。こ
れにより、冷媒と潤滑油とは、完全に混合することな
く、冷媒と潤滑油との二相に分離し状態で、その温度を
低下させながら室外熱交換器２の出口側に向かって流通
する。したがって、油分離器３にて分離された分離潤滑
油は、減圧器７に流入する時点で既に冷却されて温度が
低下しているので、分離潤滑油を冷却する冷却器を新た
に設ける必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放熱器内（高圧
側）の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界サイ
クルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平６−３３７１７１号公報に
記載の冷凍サイクルでは、凝縮器の冷媒流れ下流側に冷
媒中に混合した潤滑油を分離する油分離器を設け、その
油分離器にて分離された潤滑油を多く含む冷媒（以下、
これを分離潤滑油と呼ぶ。）を冷却器にて冷却した後、
圧縮機の吸入側に戻している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記発明で
は、凝縮器に加えて新たに冷却器を必要とするので、冷
凍サイクルの構成部品が増大とともに組み付け工数の増
大を招き、冷凍サイクルの製造原価低減を図ることが難
しい。本発明は、上記点に鑑み、超臨界サイクルの製造
原価上昇を抑制しつつ、放熱器の冷媒出口側にて分離さ
れた分離潤滑油を圧縮機の吸入側に戻すことをを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、圧縮機
（１）、放熱器（２）、放熱器（２）から流出する冷媒
から潤滑油を分離する油分離器（３）、油分離器（３）
にて分離された冷媒を減圧する第１減圧器（４）と、油
分離器（３）にて分離された潤滑油を減圧するととも
に、その減圧された潤滑油を前記圧縮機（１）の吸入側
に向けて流出させる第２減圧器（７）、及び第１減圧器
（４）にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに、その
蒸発した気相冷媒を前記圧縮機（１）の吸入側に向けて
流出させる蒸発器（５）を備えることを特徴とする。

【０００５】これにより、放熱器（２）内には、冷媒と
潤滑油とがミスト状態で混合して流入してくるが、放熱
器（２）内の圧力は冷媒の臨界圧力を以上であるので、
冷媒は凝縮せずに放熱器（２）内を流通する。このた
め、冷媒と潤滑油とは、完全に混合することなく、冷媒
と潤滑油との二相に分離した状態で、その温度を低下さ
せながら放熱器（２）の出口側に向かって流通する。

【０００６】したがって、油分離器（３）にて分離され
た潤滑油は、第２減圧器（７）に流入する時点で既に冷
却されて温度が低下しているので、潤滑油を冷却する冷
却器を新たに設ける必要がない。延いては、超臨界サイ
クルの製造原価上昇を抑制しつつ、放熱器（２）の冷媒
出口側にて分離された潤滑油を圧縮機（１）の吸入側に
戻すことができる。

【０００７】請求項２に記載の発明では、圧縮機
（１）、放熱器（２）、放熱器（２）から流出する冷媒
から潤滑油を分離する油分離器（３）、油分離器（３）
にて分離された冷媒を減圧する第１減圧器（４）、油分
離器（３）にて分離された分離潤滑油を減圧するととも
に、その減圧された分離潤滑油を前記圧縮機（１）内に
向けて噴射する第２減圧器（７）、及び第１減圧器
（４）にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに、その
蒸発した気相冷媒を前記圧縮機（１）の吸入側に向けて
流出させる蒸発器（５）を備えることを特徴とする。

【０００８】これにより、請求項１に記載の発明と同様
に、超臨界サイクルの製造原価上昇を抑制しつつ、放熱
器（２）の冷媒出口側にて分離された潤滑油を圧縮機
（１）に戻すことができる。また、油分離器（３）から
流出する分離潤滑油には、分離された潤滑油に加えて冷
媒を含んでいるので、第２減圧器（７）にて減圧する
と、分離潤滑油中の冷媒が膨張して分離潤滑油の温度が
低下する。

【０００９】したがって、この冷却された分離潤滑油が
圧縮機（１）内に直接に噴射されることとなるので、圧
縮機（１）を冷却することができ、圧縮機（１）から吐
出される冷媒の温度が上昇してしまうことを防止でき
る。さらに、圧縮機（１）の吸入側ではなく、油分離器
（３）から流出する分離潤滑油を圧縮機（１）内に噴射
するので、蒸発器（５）を流れる循環質量流量が減少す
ることを防止できるので、超臨界サイクルの能力が低下
することを防止できる。

【００１０】なお、請求項３に記載の発明のごとく、チ
ューブ（２１）から流出する冷媒の流れ方向に対して交
差する方向に拡がるとともに、多数個の貫通穴（２５
ａ、２６ｂ）が形成された衝突板（２５、２６）をヘッ
ダタンク（２２）に設けることにより、放熱器（２）と
油分離器（３）とを一体化してもよい。請求項４に記載
の発明では、圧縮機（１）、圧縮機（１）から吐出する
冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換する第１室内熱交
換器（５１）、第１室内熱交換器（５１）から流出する
冷媒から潤滑油を分離する油分離器（３）、油分離器
（３）にて分離された冷媒を減圧するとともに、その減
圧度を調節することができる第１減圧器（４１）、第１
減圧器（４１）から流出する冷媒と室外空気とを熱交換
する室外熱交換器（２１）、室外熱交換器（２１）から
流出する冷媒を減圧するとともに、その減圧度を調節す
ることができる第２減圧器（４２）、第１室内熱交換器
（５１）より空気流れ上流側に設けられ、第２減圧器
（４２）から流出する冷媒と室内に吹き出す空気とを熱
交換する第２室内熱交換器（５２）、第１、２室内熱交
換器（５１、５２）を収納し、室内に吹き出す空気の通
路を構成する空調ケーシング（８）、第１室内熱交換器
（５１）と熱交換する空気量を調節する熱交換空気量調
節手段（１７）、油分離器（３）にて分離された潤滑油
を減圧するとともに、その減圧された潤滑油を前記圧縮
機（１）の吸入側に向けて流出させる第３減圧器
（７）、及び室外熱交換器（２１）から流出する冷媒を
第２減圧器（４２）及び第２室内熱交換器（５２）を迂
回させて圧縮機（１）の吸入側に導くバイパス回路（１
５）に設けられ、パイパス回路（１５）を開閉するバイ
パス弁（１６）を備え、冷房運転時には、熱交換空気量
調節手段（１７）により、第１室内熱交換器（５１）と
熱交換する空気量を減少させるとともに、前記バイパス
弁（１６）を閉じ、暖房運転時には、熱交換空気量調節
手段（１７）により、第１室内熱交換器（５１）と熱交
換する空気量を増大させるとともに、前記バイパス弁
（１６）を開くことを特徴とする。

【００１１】これにより、請求項１に記載の発明と同様
に、超臨界サイクルの製造原価上昇を抑制しつつ、放熱
器（２）の冷媒出口側にて分離された潤滑油を圧縮機
（１）に戻すことができる。請求項５に記載の発明で
は、冷媒を臨界圧力以上まで圧縮する圧縮機（１）と、
圧縮機（１）から吐出する冷媒と室内に吹き出す空気と
を熱交換する第１室内熱交換器（５１）と、第１室内熱
交換器（５１）から流出する冷媒から潤滑油を分離する
油分離器（３）と、油分離器（３）にて分離された冷媒
を減圧するとともに、その減圧度を調節することができ
る第１減圧器（４１）と、第１減圧器（４１）から流出
する冷媒と室外空気とを熱交換する室外熱交換器（２
１）と、室外熱交換器（２１）から流出する冷媒を減圧
するとともに、その減圧度を調節することができる第２
減圧器（４２）と、第１室内熱交換器（５１）より空気
流れ上流側に設けられ、第２減圧器（４２）から流出す
る冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換する第２室内熱
交換器（５２）と、第１、２室内熱交換器（５１、５
２）を収納し、室内に吹き出す空気の通路を構成する空
調ケーシング（８）と、第１室内熱交換器（５１）と熱
交換する空気量を調節する熱交換空気量調節手段（１
７）と、油分離器（３）にて分離された潤滑油を減圧す
るとともに、その減圧された潤滑油を圧縮機（１）内に
向けて噴射する第３減圧器（７）と、室外熱交換器（２
１）から流出する冷媒を前記第２減圧器（４２）及び第
２室内熱交換器（５２）を迂回させて圧縮機（１）の吸
入側に導くバイパス回路（１５）に設けられ、パイパス
回路（１５）を開閉するバイパス弁（１６）とを備え、
冷房運転時には、熱交換空気量調節手段（１７）によ
り、第１室内熱交換器（５１）と熱交換する空気量を減
少させるとともに、バイパス弁（１６）を閉じ、暖房運
転時には、熱交換空気量調節手段（１７）により、第１
室内熱交換器（５１）と熱交換する空気量を増大させる
とともに、バイパス弁（１６）を開くことを特徴とす
る。

【００１２】これにより、請求項１に記載の発明と同様
に、超臨界サイクルの製造原価上昇を抑制しつつ、放熱
器（２）の冷媒出口側にて分離された潤滑油を圧縮機
（１）に戻すことができる。因みに、上記各手段の括弧
内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との
対応関係を示す一例である。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
二酸化炭素を冷媒とする超臨界サイクルを空調装置に適
用したものであり、図１は本実施形態に係る空調装置
（超臨界サイクル）の模式図である。

【００１４】１は冷媒を吸入圧縮する圧縮機であり、こ
の圧縮機１は周知のスクロール型圧縮機と電動モータ
（図示せず）とが一体化された密閉型電動圧縮機であ
る。２は室外に配設されて圧縮機１から吐出する冷媒を
放熱させるとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を越
える室外熱交換器（放熱器）であり、３は室外熱交換器
２から流出する冷媒から潤滑油を分離する油分離器であ
る。

【００１５】なお、本実施形態に係る油分離器３では、
冷媒と潤滑油との密度差を利用して遠心分離する遠心分
離式のものである。因みに、冷媒の密度は、圧力１０Ｍ
Ｐａ、温度４０℃で約６００ｋｇ／ｍ³ であり、潤滑油
の密度は約９８０ｋｇ／ｍ³である。４は油分離器３に
て分離された冷媒を減圧するとともに、室外熱交換器２
の冷媒出口側の冷媒温度に基づいて放熱器出口側の冷媒
圧力を制御する圧力制御弁（第１減圧器）であり、この
圧力制御弁４は、例えば特願平８−３３９６２号出願に
記載されたものと同様なものである。

【００１６】５は圧力制御弁４にて減圧された冷媒を蒸
発させるとともに、その蒸発した気相冷媒を圧縮機１の
吸入側に向けて流出させる室内熱交換器（蒸発器）であ
り、この室内熱交換器５と圧縮機との間には、超臨界サ
イクル中の余剰冷媒を蓄えるとともに、室内熱交換器５
から流出する冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して気
相冷媒を流出するアキュムレータ（気液分離手段）６が
設けられている。

【００１７】７は油分離器３にて分離された潤滑油を多
く含む冷媒（以下、これを分離潤滑油と呼ぶ。）を減圧
するとともに、その減圧された分離潤滑油を圧縮機１の
吸入側（アキュムレータ６と圧縮機１との間）に向けて
流出させる減圧器（第２減圧器）である。なお、本実施
形態では、減圧器７はキャピラリーチューブ等の固定絞
りであり、その開度は、超臨界サイクルを循環する最大
循環質量流量を基準に選定されている。

【００１８】ところで、油分離器３にて冷媒中から潤滑
油を分離しているものの、完全に潤滑油を分離すること
は現実的には不可能であるので、図２に示すように、ア
キュムレータ６のＵ字管６ａの底部には、アキュムレー
タタンク６ｂの底部に溜まった潤滑油を吸入して圧縮機
１の吸入側に戻す穴６ｃが設けられている。因みに、図
１中、８は室内送風機９から室内熱交換器５に向けて送
風される空気の通路を構成する空調ケーシングであり、
１０は室外熱交換器２に冷却風を送風する室外送風機で
ある。

【００１９】次に、本実施形態の特徴的作動を述べる。
室外熱交換器２内には、冷媒と潤滑油とがミスト状態で
混合して流入してくるが、室外熱交換器２内の圧力は冷
媒の臨界圧力以上であるので、冷媒は凝縮せずに室外熱
交換器２内を流通する。このため、冷媒と潤滑油とは、
完全に混合することなく、冷媒と潤滑油との二相に分離
した状態で、その温度を低下させながら室外熱交換器２
の出口側に向かって流通する。

【００２０】したがって、油分離器３にて分離された分
離潤滑油は、減圧器７に流入する時点で既に冷却されて
温度が低下しているので、分離潤滑油を冷却する冷却器
を新たに設ける必要がない。延いては、空調装置（超臨
界サイクル）の製造原価上昇を抑制しつつ、室外熱交換
器２の冷媒出口側にて分離された分離潤滑油を圧縮機１
の吸入側に戻すことができる。

【００２１】（第２実施形態）本実施形態は、図３に示
すように、減圧器７にて減圧された分離潤滑油にて圧力
制御弁４に流入する前の高圧冷媒を冷却する内部熱交換
器１１を設けたものである。ところで、第１実施形態で
は、減圧器７はキャピラリーチューブ等の固定絞りであ
り、その開度は、超臨界サイクルを循環する最大循環質
量流量を基準に選定されているので、圧縮機１の回転数
が低く循環質量流量が小さいときには、流量に対して減
圧器７の開度が大きくなり、圧力制御弁４側に向けて流
通する冷媒の質量流量が減少してしまい、室内熱交換器
５で発生する冷凍能力が低下してしまうおそれがある。

【００２２】これに対して、本実施形態では、室内熱交
換器５に流入する前の冷媒を減圧器７にて減圧されて温
度が低下した分離潤滑油にて冷却するので、図４に示す
ように、室内熱交換器５の冷媒入口側での冷媒の比エン
タルピが小さくなり、室内熱交換器５の冷媒入口側と出
口側との比エンタルピ差が大きくなる。したがって、圧
力制御弁４側に向けて流通する冷媒の質量流量が減少し
ても、室内熱交換器５で発生する冷凍能力が大きく低下
してしまうことを防止できる。

【００２３】（第３実施形態）本実施形態は、室外熱交
換器２と油分離器３とを一体化したものであり、図５
は、本実施形態に係る一体化された一体型室外熱交換器
２０の正面図である。２１は冷媒が流通する複数本のチ
ューブであり、この複数本のチューブ２１の長手方向両
端には、各チューブ２１に連通するとともに、チューブ
２１の長手方向と直交する方向に延びる第１、２ヘッダ
タンク２２、２３が設けられている。

【００２４】ここで、第１ヘッダタンク２２は、図６
（ａ）に示すように、セパレータ２４によって長手方向
一端側（紙面下方側）に位置する第１タンク室２２ａ
と、長手方向他端（紙面上方側）に位置する第２タンク
室２２ｂとに二分割されており、圧縮機１から吐出する
冷媒は、図５に示すように、第１ヘッダタンク２２のう
ち第１タンク室２２ａに流入して第２ヘッダタンク２３
にてその流通方向を１８０度転向した後、第２タンク室
２２ｂを経由して圧力制御弁４に向け流出する。

【００２５】そして、第２タンク室２２ｂ内には、図６
に示すように、多数個の穴２５ａ、２６ａが打ち抜き形
成されたパンチングメタル状の第１、２衝突板（じゃま
板）２５、２６が、両衝突板２５、２６と直交する方向
から見て、穴２５ａ、２６ａの中心がずれるように配設
されており、これら衝突板２５、２６は、チューブ２１
の長手方向に対して直交する方向に拡がっている。

【００２６】したがって、チューブ２１から吹き出され
る潤滑油が混合された冷媒は、先ず、第１衝突板２５に
衝突し、その後、第２衝突板２６に衝突する。このと
き、潤滑油の密度が冷媒に比べて大きく、潤滑油の慣性
質量が冷媒に比べて大きいので、冷媒は、図６（ｂ）に
示すように、穴２５ａ、２６ａを通過するようにその流
通方向を転向させるのに対して、潤滑油は冷媒流れに乗
ることができず、衝突板２５、２６に衝突して付着した
後、衝突板２５、２６を伝って第２タンク室２２ｂの下
方側部位に溜まる。

【００２７】そこで、本実施形態では、第２タンク室２
２ｂの下方側に減圧器７の入口側に接続される油流出口
２７を設け、上方側に冷媒流出口２８を設けている。な
お、２９は、冷媒流入口である。これにより、超臨界サ
イクルを構成する機器の部品点数を減らすことができる
ので、空調装置（超臨界サイクル）の製造原価上昇を抑
制することができる。

【００２８】（第４実施形態）上述の実施形態では、油
分離器３にて分離された分離潤滑油は、圧縮機１の吸入
側に戻していたが、本実施形態は、図７に示すように、
分離潤滑油を圧縮行程中の作動室（図示せず）内に噴射
（インジェクション）するように構成したものである。
因みに、作動室とは、周知のごとく、圧縮機内に形成さ
れた体積が拡大縮小する空間であり、スクロール型圧縮
機にあっては、可動スクロールと固定スクロールとによ
って構成される空間をいうものである。

【００２９】次に、本実施形態の特徴を述べる。前述の
ごとく、油分離器３から流出する分離潤滑油には分離さ
れた潤滑油に加えて冷媒を含んでいるので、減圧器７に
て減圧すると、分離潤滑油中の冷媒が膨張して分離潤滑
油の温度が低下する。したがって、この冷却された分離
潤滑油が圧縮機１内に直接にインジェクションされるこ
ととなるので、圧縮機１を冷却することができ、圧縮機
１から吐出される冷媒の温度が上昇してしまうことを防
止できる。

【００３０】さらに、圧縮機１の吸入側ではなく、油分
離器３から流出する分離潤滑油を圧縮機１内に噴射する
ので、蒸発器５を流れる循環質量流量が減少することを
防止できるので、超臨界サイクルの能力（冷凍能力又は
暖房能力）が低下することを防止できる。また、圧縮機
１の作動室内に直接、分離潤滑油が供給されるので、両
スクロールの摺動面におけるシール性を向上させること
ができるとともに、リップシール等のシール部材の耐久
性を向上させることができる。

【００３１】また、油分離器３から潤滑油と冷媒とを同
時に圧縮機１内にインジェクションすることができるの
で、潤滑油を圧縮機１内にインジェクションする回路
と、冷媒を圧縮機１内にインジェクションする回路とを
それぞれ設ける必要がないので、超臨界サイクルの構成
を簡素化できる。因みに、モータハウジング内に吸入冷
媒を流通させることにより電動モータを冷却及び潤滑す
るタイプの密閉型電動圧縮機においては、アキュムレー
タ６に溜まった潤滑油を冷媒と共に吸入させればよいの
で、圧縮機１内に直接、潤滑油をインジェクションして
も電動モータが焼き付くことはない。

【００３２】（第５実施形態）本実施形態は、図８に示
すように、第１実施形態の構成に加えて、圧力制御弁４
にて減圧される前の冷媒を圧縮機１内にインジェクショ
ンするとともに、減圧器７にてそのインジェクションす
る冷媒を冷却するようにしたものである。なお、７１
は、圧縮機１内にインジェクションされる冷媒を所定圧
力まで減圧する固定絞りを有する減圧器である。

【００３３】これにより、圧縮機１内に冷えた冷媒がイ
ンジェクションされるので、冷媒によるの圧縮機の冷却
能力が向上する。 （第６実施形態）本実施形態は、第１実施形態に係る超
臨界サイクルを冷暖房可能なヒートポンプサイクルに適
用したものである。

【００３４】具体的には、図９、１０に示すように、油
分離器３（以下、第１油分離器３と呼ぶ。）及び減圧器
７（以下、第１減圧器７と呼ぶ。）に加えて、暖房運転
時に使用する第２油分離器１２及び第２減圧器１３、並
びに圧縮機１から吐出する冷媒を室外熱交換器２に向け
て流通させる場合と、室内熱交換器５に向けて流通させ
る場合とを切り替える四方弁１４を設けたものである。

【００３５】ところで、第１、２油分離器３、１２は共
に、図１１に示すように、円筒状の分離ケーシング３ａ
の内壁に沿って冷媒を旋回させることにより、冷媒と潤
滑油とを遠心分離する遠心分離式の油分離器である。そ
して、分離ケーシング３ａの円筒壁には、分離ケーシン
グ３ａの円周内壁面の接線方向から潤滑油が混合された
冷媒を分離ケーシング３ａ内に導入させる流入口３ｂが
形成されている。分離ケーシング３ａの軸方向上端側に
は、冷媒を流出させる冷媒流出口３ｃが形成され、一
方、下端側には、分離潤滑油を流出する油流出口３ｄが
形成されている。

【００３６】なお、３ｅは分離ケーシング３ａの下方部
位に溜まった潤滑油が冷媒の旋回流により巻き上げられ
て冷媒流出口３ｃ側（上方側）に飛散することを防止す
る飛散防止板（じゃま板）であり、３ｆは、分離ケーシ
ング３ａの内壁に付着した潤滑油を分離ケーシング３ａ
の下方部位に流す連通穴である。次に、本実施形態の作
動の概略を述べる。

【００３７】１．冷房モード（図９参照） 圧縮機１から吐出する冷媒を室外熱交換器２、第１油分
離器３、圧力制御弁４、第２油分離器１２、室内熱交換
器５及びアキュムレータ６の順に循環させる。これによ
り、室内熱交換器５は蒸発器として作動して冷凍能力を
発揮し、室外熱交換器２は放熱器として作動して室内熱
交換器５で回収した熱を外気中に放出する。

【００３８】なお、冷房モードにおいては、冷媒は、冷
媒流出口３ｃから第２油分離器１２（分離ケーシング３
ａ）に流入するため、第２油分離器１２（分離ケーシン
グ３ａ）内で冷媒が旋回しない。したがって、第２油分
離器１２では、冷媒と潤滑油との分離がされないので、
冷房モードにおいては、第２油分離器１２は、単なる冷
媒通路として機能する。

【００３９】また、第２減圧器１３にて第２油分離器１
２と圧縮機１の吸入側とを繋ぐ冷媒通路を絞っているの
で、冷房モードにおいて、第２油分離器１２から圧縮機
１側に潤滑油が供給されることは殆どなく、実用上、第
２油分離器１２が冷房運転に悪影響を及ぼすことは殆ど
ない。 ２．暖房モード（図１０参照） 圧縮機１から吐出する冷媒を室内熱交換器５、第２油分
離器１２、圧力制御弁４、第１油分離器３、室内熱交換
器２及びアキュムレータ６の順に循環させる。

【００４０】これにより、室外熱交換器２は蒸発器とし
て作動して外気中から熱を回収し、室内熱交換器５は放
熱器として作動して室外熱交換器２で回収した熱を室内
に放出する。また、室内熱交換器５は、冷媒の有する熱
に加えて潤滑油の有する熱も室内に吹き出す空気に与え
るので、超臨界サイクルの暖房能力をさらに向上せるこ
とができる。

【００４１】なお、暖房モードにおいては、第１油分離
器３が冷房モードにおける第２油分離器１２と同様に単
なる冷媒通路として機能するので、第１油分離器３が実
用上、暖房運転に悪影響を及ぼすことは殆どない。 （第７実施形態）本実施形態は、図１２、１３に示すよ
うに、暖房モードにおいては、第６実施形態と同様に高
圧側（室内熱交換器５）で熱交換をした（冷却された）
冷媒を第２油分離器１２で油分離し、冷房モードにおい
ては、高圧側（室外熱交換器２）で熱交換する（冷却さ
れる）前の冷媒（圧縮機１を吐出した直後の冷媒）を第
１油分離器３にて油分離するように構成したものであ
る。

【００４２】以下、本実施形態の特徴を述べる。一般的
に、暖房モードにおいては、室外温度が低い状態で冷媒
の吐出温度を所定温度以上とする必要があるので、圧縮
機１の圧縮比（吐出圧／吸入圧）が大きく、吐出圧（高
圧側圧力）は臨界圧力以上となる場合が多い。一方、夏
場等の外気温度が高く冷房負荷（冷凍負荷）が大きい冷
房モードにおいては、吐出圧（高圧側圧力）は臨界圧力
以上となるものの、春・秋又は除湿時においては、冷凍
負荷が小さいので、吐出圧は臨界圧力未満となり、高圧
側（室外熱交換器２内）で冷媒が凝縮する。

【００４３】そして、冷媒が凝縮した状態では、冷媒及
び潤滑油双方が共に液相であるため、気相の冷媒と液相
の潤滑油とが混合した状態に比べて、潤滑油を十分に冷
媒中から分離することができない。これに対して、本実
施形態では、冷房モードにおいては、室外熱交換器２で
冷却される（凝縮する）前の冷媒を第１油分離器３にて
油分離するので、気相の冷媒と液相の潤滑油とが混合し
た状態で油分離することができ、潤滑油を十分に冷媒中
から分離することができる。

【００４４】一方、暖房モードにおいては、第６実施形
態と同様に室内熱交換器３で冷却された冷媒を第２油分
離器１２に油分離するので、潤滑油を十分に冷媒中から
分離しつつ、超臨界サイクルの暖房能力を向上せること
ができる。因みに、図１２は第１、２油分離器３、１２
にて分離された分離潤滑油を圧縮機１の吸入側に戻す例
であり、図１３は暖房モード時のみ第２油分離器１２に
て分離された分離潤滑油を圧縮機１内にインジェクショ
ンする例である。

【００４５】（第８実施形態）本実施形態は、第２油分
離器１２及び四方弁１４を廃止して、冷房モード、暖房
モード及び除湿モード運転をすることができるように構
成したものである。図１４中、５１は圧縮機１から吐出
する冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換する第１室内
熱交換器であり、本実施形態では、油分離器３は第１室
内熱交換器５１から流出する冷媒から潤滑油を分離す
る。

【００４６】４１は油分離器３（第３減圧器）にて分離
された冷媒を減圧するとともに、減圧度（圧力損失）が
約０の状態（全開状態）から全閉状態まで任意の減圧度
（圧力損失）を調節することができる第１圧力制御弁
（第１減圧器）であり、この第１圧力制御弁４１は、例
えば特願平８−３３９６２号出願に記載された電気式圧
力制御弁と同様なものである。

【００４７】２１は第１圧力制御弁４１から流出する冷
媒と室外空気とを熱交換する室外熱交換器であり、４２
は室外熱交換器２１から流出する冷媒を減圧するととも
に、第１圧力制御弁４１と同様に、減圧度（圧力損失）
が約０の状態（全開状態）から全閉状態まで任意の減圧
度（圧力損失）を調節することができる第２圧力制御弁
（第２２減圧器）である。

【００４８】また、空調ケーシング８内のうち第１室内
熱交換器５１より空気流れ上流側には、第２圧力制御弁
４２から流出する冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換
する第２室内熱交換器５２が配設されており、この第２
室内熱交換器５２から流出する冷媒は、アキュムレータ
６を経由して圧縮機１に吸入される。そして、室外熱交
換器２１から流出する冷媒を第２圧力制御弁４２及び第
２室内熱交換器５２を迂回させて圧縮機１の吸入側に導
くバイパス回路１５には、このパイパス回路１５を開閉
するバイパス弁１６が設けられている。

【００４９】１７は第１室内熱交換器５１のコア面を開
閉することにより、第１室内熱交換器５１と熱交換する
空気量を調節する開閉ドア（熱交換空気量調節手段）で
あり、この開閉ドア１７は、後述するように、バイパス
弁１６に連動して開閉制御される。次に、本実施形態に
係る超臨界サイクルの特徴的作動を述べる。

【００５０】１．冷房モード（図１４参照） 冷房モード時には、開閉ドア１７により第１室内熱交換
器５１のコア面を閉じるとともに、バイパス弁１６を閉
じる。このとき、第２圧力制御弁４２は全開として減圧
度０として圧力制御を停止し、第１圧力制御弁４１は、
上記出願と同様に、室外熱交換器２１の冷媒出口側の冷
媒温度に基づいてその開度が調節される。

【００５１】これにより、第１熱交換器５１と熱交換す
る空気量が減少して略０となるので、圧縮機１から吐出
する冷媒は、第１室内熱交換器５１にて放熱することな
く、超臨界サイクル中を循環する。したがって、第２室
内熱交換器５２にて冷凍能力が発揮されて室内に吹き出
す空気が冷却され、室外熱交換器２１にて第２室内熱交
換器５２で回収された熱が室外に放出される。

【００５２】２．暖房モード（図１５参照） 暖房モード時には、開閉ドア１７により第１室内熱交換
器５１のコア面を開いて第２室内熱交換器５２を通過し
た空気を第１室内熱交換器５１にて熱交換するるととも
に、バイパス弁１６を開く。このとき、第２圧力制御弁
４２は全閉とし、第１圧力制御弁４１は、上記出願と同
様に、第１室内熱交換器５１の冷媒出口側の冷媒温度に
基づいてその開度が調節される。

【００５３】これにより、第１室内熱交換器５１と熱交
換する空気量を増大すとともに、第２室内熱交換器５２
への冷媒供給が停止するので、圧縮機１から吐出する冷
媒は、第１室内熱交換器５１にて室内に吹き出す空気に
向けて熱を放出し、室外熱交換器２１にて室外空気から
熱が回収される。 ３．除湿モード（図１５参照） 除湿モード時には、開閉ドア１７により第１室内熱交換
器５１のコア面を開いて第２室内熱交換器５２を通過し
た空気を第１室内熱交換器５１にて熱交換するるととも
に、バイパス弁１６を閉じる。このとき、第１圧力制御
弁４１は、第１室内熱交換器５１から流出する冷媒を圧
縮機１の吐出圧と吸入圧との中間の圧力まで減圧し、第
２圧力制御弁４２は、室外熱交換器２１から流出する冷
媒を吸入圧まで減圧する。

【００５４】これにより、第２室内熱交換器５２は、室
内に吹き出す空気を冷却して除湿を行い、第２室内熱交
換器５２にて回収された熱は、第１室内熱交換器５１及
び室外熱交換器２１から放出される。なお、室外熱交換
器２１に流入する冷媒温度が、外気温度より低いとき
は、冷媒は室外熱交換器２１にて熱を吸熱する。次に、
本実施形態の特徴を述べる。

【００５５】本実施形態によれば、第２油分離器１２及
び四方弁１４を廃止できるので、超臨界サイクルの構成
を簡素化でき、製造原価低減を図ることができる。とこ
ろで、上述の実施形態では、二酸化炭素を冷媒とする超
臨界サイクルであったが、例えば、エチレン、エタン、
酸化窒素等の超臨界域で使用する冷媒であっても本発明
を適用することができる。

【００５６】また、上述の実施形態では、密閉型電動圧
縮機であったが、圧縮機と駆動源とが独立した開放型の
圧縮機であってもよい。また、上述の実施形態では、ス
クロール型の圧縮機であったが、斜板型圧縮機等のその
他の圧縮機であってもよい。また、第３実施形態では、
２枚の衝突板２５、２６を有していたが、衝突板を１枚
としてもよい。

【００５７】また、上述の実施形態では、油分離器３、
１２から流出する分離潤滑油を減圧する第１、２減圧器
７、１３等は、固定絞りを有する減圧器であったが、電
気式膨張弁のように、その絞り開度を連続的に変化させ
ることができるものであってもよい。また、第８実施形
態では、減圧器７から流出する分離潤滑油は圧縮機１の
吸入側に戻していたが、図１６に示すように、減圧器７
から流出する分離潤滑油を圧縮機１内に噴射してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る超臨界サイクルの
模式図である。

【図２】アキュムレータの拡大断面図である。

【図３】本発明の第２実施形態に係る超臨界サイクルの
模式図である。

【図４】二酸化炭素のモリエル線図である。

【図５】本発明の実施形態に係る一体型放熱器の正面図
である。

【図６】（ａ）は第１タンク室の拡大断面図であり、
（ｂ）は（ａ）の拡大図である。

【図７】本発明の第４実施形態に係る超臨界サイクルの
模式図である。

【図８】本発明の第５実施形態に係る超臨界サイクルの
模式図である。

【図９】本発明の第６実施形態に係る超臨界サイクルの
冷房運転時の模式図である。

【図１０】本発明の第６実施形態に係る超臨界サイクル
の暖房運転時の模式図である。

【図１１】（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図であり、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図１２】本発明の第７実施形態に係る超臨界サイクル
において、分離潤滑油を圧縮機の吸入側に戻す場合の模
式図である。

【図１３】本発明の第７実施形態に係る超臨界サイクル
において、分離潤滑油を圧縮機内に噴射する場合の模式
図である。

【図１４】本発明の第８実施形態に係る超臨界サイクル
における冷房モード時の模式図である。

【図１５】本発明の第８実施形態に係る超臨界サイクル
における暖房モード時の模式図である。

【図１６】第８実施形態の変形例に係る超臨界サイクル
の模式図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…室外熱交換器（放熱器）、３…油分離
器、４…圧力制御弁（第１減圧器）、５…室内熱交換器
（蒸発器）、６…アキュムレータ、７…減圧器（第２減
圧器）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、 前記圧縮機（１）から吐出する冷媒を放熱させるととも
   に、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を越える放熱器（２）
   と、 前記放熱器（２）から流出する冷媒から潤滑油を分離す
   る油分離器（３）と、 前記油分離器（３）にて分離された冷媒を減圧する第１
   減圧器（４）と、 前記油分離器（３）にて分離された潤滑油を減圧すると
   ともに、その減圧された潤滑油を前記圧縮機（１）の吸
   入側に向けて流出させる第２減圧器（７）と、 前記第１減圧器（４）にて減圧された冷媒を蒸発させる
   とともに、その蒸発した気相冷媒を前記圧縮機（１）の
   吸入側に向けて流出させる蒸発器（５）とを備えること
   を特徴とする超臨界サイクル。
2. 【請求項２】 冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、 前記圧縮機（１）から吐出する冷媒を放熱させるととも
   に、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を越える放熱器（２）
   と、 前記放熱器（２）から流出する冷媒から潤滑油を分離す
   る油分離器（３）と、 前記油分離器（３）にて分離された冷媒を減圧する第１
   減圧器（４）と、 前記油分離器（３）にて分離された冷媒を含む分離潤滑
   油を減圧するとともに、その減圧された分離潤滑油を前
   記圧縮機（１）内に向けて噴射する第２減圧器（７）
   と、 前記第１減圧器（４）にて減圧された冷媒を蒸発させる
   とともに、その蒸発した気相冷媒を前記圧縮機（１）の
   吸入側に向けて流出させる蒸発器（５）とを備えること
   を特徴とする超臨界サイクル。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の超臨界サイクル
   に適用される、前記放熱器（２）と前記油分離器（３）
   とが一体となった一体型放熱器であって、 冷媒が流通する複数本のチューブ（２１）と、 前記チューブ（２１）の長手方向端部に配設されて前記
   チューブ（２１）の長手方向と直する方向に延びるとと
   もに、前記複数本のチューブ（２１）と連通するヘッダ
   タンク（２２）と、 前記ヘッダタンク（２２）に設けられ、前記チューブ
   （２１）から流出する冷媒の流れ方向に対して交差する
   方向に拡がるとともに、多数個の貫通穴（２５ａ、２６
   ｂ）が形成された衝突板（２５、２６）と備えることを
   特徴とする一体型放熱器。
4. 【請求項４】 冷媒を臨界圧力以上まで圧縮する圧縮機
   （１）と、 前記圧縮機（１）から吐出する冷媒と室内に吹き出す空
   気とを熱交換する第１室内熱交換器（５１）と、 前記第１室内熱交換器（５１）から流出する冷媒から潤
   滑油を分離する油分離器（３）と、 前記油分離器（３）にて分離された冷媒を減圧するとと
   もに、その減圧度を調節することができる第１減圧器
   （４１）と、 前記第１減圧器（４１）から流出する冷媒と室外空気と
   を熱交換する室外熱交換器（２１）と、 前記室外熱交換器（２１）から流出する冷媒を減圧する
   とともに、その減圧度を調節することができる第２減圧
   器（４２）と、 前記第１室内熱交換器（５１）より空気流れ上流側に設
   けられ、前記第２減圧器（４２）から流出する冷媒と室
   内に吹き出す空気とを熱交換する第２室内熱交換器（５
   ２）と、 前記第１、２室内熱交換器（５１、５２）を収納し、室
   内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシング
   （８）と、 前記第１室内熱交換器（５１）と熱交換する空気量を調
   節する熱交換空気量調節手段（１７）と、 前記油分離器（３）にて分離された潤滑油を減圧すると
   ともに、その減圧された潤滑油を前記圧縮機（１）の吸
   入側に向けて流出させる第３減圧器（７）と、 前記室外熱交換器（２１）から流出する冷媒を前記第２
   減圧器（４２）及び前記第２室内熱交換器（５２）を迂
   回させて前記圧縮機（１）の吸入側に導くバイパス回路
   （１５）に設けられ、前記パイパス回路（１５）を開閉
   するバイパス弁（１６）とを備え、 冷房運転時には、前記熱交換空気量調節手段（１７）に
   より、前記第１室内熱交換器（５１）と熱交換する空気
   量を減少させるとともに、前記バイパス弁（１６）を閉
   じ、 暖房運転時には、前記熱交換空気量調節手段（１７）に
   より、前記第１室内熱交換器（５１）と熱交換する空気
   量を増大させるとともに、前記バイパス弁（１６）を開
   くことを特徴とする超臨界サイクル。
5. 【請求項５】 冷媒を臨界圧力以上まで圧縮する圧縮機
   （１）と、 前記圧縮機（１）から吐出する冷媒と室内に吹き出す空
   気とを熱交換する第１室内熱交換器（５１）と、 前記第１室内熱交換器（５１）から流出する冷媒から潤
   滑油を分離する油分離器（３）と、 前記油分離器（３）にて分離された冷媒を減圧するとと
   もに、その減圧度を調節することができる第１減圧器
   （４１）と、 前記第１減圧器（４１）から流出する冷媒と室外空気と
   を熱交換する室外熱交換器（２１）と、 前記室外熱交換器（２１）から流出する冷媒を減圧する
   とともに、その減圧度を調節することができる第２減圧
   器（４２）と、 前記第１室内熱交換器（５１）より空気流れ上流側に設
   けられ、前記第２減圧器（４２）から流出する冷媒と室
   内に吹き出す空気とを熱交換する第２室内熱交換器（５
   ２）と、 前記第１、２室内熱交換器（５１、５２）を収納し、室
   内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシング
   （８）と、 前記第１室内熱交換器（５１）と熱交換する空気量を調
   節する熱交換空気量調節手段（１７）と、 前記油分離器（３）にて分離された潤滑油を減圧すると
   ともに、その減圧された潤滑油を前記圧縮機（１）内に
   向けて噴射する第３減圧器（７）と、 前記室外熱交換器（２１）から流出する冷媒を前記第２
   減圧器（４２）及び前記第２室内熱交換器（５２）を迂
   回させて前記圧縮機（１）の吸入側に導くバイパス回路
   （１５）に設けられ、前記パイパス回路（１５）を開閉
   するバイパス弁（１６）とを備え、 冷房運転時には、前記熱交換空気量調節手段（１７）に
   より、前記第１室内熱交換器（５１）と熱交換する空気
   量を減少させるとともに、前記バイパス弁（１６）を閉
   じ、 暖房運転時には、前記熱交換空気量調節手段（１７）に
   より、前記第１室内熱交換器（５１）と熱交換する空気
   量を増大させるとともに、前記バイパス弁（１６）を開
   くことを特徴とする超臨界サイクル。
6. 【請求項６】 冷媒として二酸化炭素を用いたことを特
   徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の超臨
   界サイクル。