JP2003090651A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒圧縮機の吐出口より吐出される冷媒の吐
出温度を任意の温度範囲内で制御することのできる超臨
界蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルを提供する。 【解決手段】 超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプサイクル
のアキュームレータ７の貯留室２２内の導出パイプ１０
の上部の適正位置に冷媒液戻し穴３２を設けている。具
体的には、冷媒液戻し穴３２を、室外空気の温度が低温
の時、つまり液戻しが必要な運転の時に、冷媒液で覆わ
れる位置で、且つ室外空気の温度が高温の時、つまり液
戻しが不要な運転の時に、冷媒液で覆われない位置に設
けている。それによって、液戻しが必要な運転の時に、
冷媒液の戻し量が多くなるので、冷媒圧縮機から吐出さ
れる冷媒の吐出温度を低減させることができる。また、
液戻しが不要な運転の時に、冷媒液の戻し量がゼロとな
るので、冷媒圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を上
昇させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒圧縮機の吐出
口より吐出される冷媒の高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上
となる超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に関するも
ので、冷媒圧縮機の吐出口より吐出される冷媒の吐出温
度を所望の温度範囲に制御することが可能なアキューム
レータの構造に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開平１１−９４３８０号公
報においては、冷媒圧縮機、冷却装置、絞り手段および
冷媒蒸発器を備え、冷媒圧縮機より吐出される冷媒の高
圧圧力、つまり高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上
となる超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置が採用され
ている。そして、冷媒圧縮機の吸入口と冷媒蒸発器の出
口との間に、冷媒蒸発器より流入した冷媒を気液分離し
て主に冷媒ガスを冷媒圧縮機へ供給するためのアキュー
ムレータ（気液分離器）を設けている。

【０００３】そして、アキュームレータの内部には、冷
媒蒸発器より流入した冷媒液を一時的に貯留するための
貯留室が設けられている。そして、アキュームレータの
上部からＵ字状の導出パイプを貯留室内部に挿入し、貯
留室内部の冷媒ガスを導出パイプの上端の開口部より導
出パイプ内に導入し、その導出パイプを経て冷媒圧縮機
に冷媒ガスを供給するように構成されている。

【０００４】一方、冷凍サイクル装置においては、冷媒
圧縮機の摺動部分の潤滑を、冷媒中に混入された潤滑油
によって行っている。このため、アキュームレータの貯
留室内部に潤滑油が滞留することを防止するために、導
出パイプの貯留室内部の下部、具体的には導出パイプの
折り返し部分に液相の潤滑油を導出パイプ内に導入する
ためのオイル戻し穴が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の超臨
界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置においては、導出パイ
プの貯留室内部の下部にオイル戻し穴を設けており、適
正なオイル戻り量を確保するように設計されている。こ
のオイル戻し穴が大き過ぎる場合には、冷媒液が冷媒圧
縮機に多く戻されてしまい、冷媒圧縮機の性能、特に冷
媒圧縮機の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度が低下
してしまうという問題が生じる。また、通常の外気温時
に適正に設計されたアキュームレータを用いても、例え
ば−２０℃以下のような低外気温時には、冷媒圧縮機の
吐出口より吐出される冷媒の吐出温度が高温になり過ぎ
るという問題が生じる。

【０００６】ここで、超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル
装置を、非加熱流体の熱源ユニット（超臨界ヒートポン
プサイクル）として使用した場合には、冷媒圧縮機の吐
出口より吐出される冷媒の状態が超臨界状態であるため
に、冷媒圧縮機の性能、特に冷媒圧縮機の吐出口より吐
出される冷媒の吐出温度を第１所定値以上に保たない
と、非加熱流体を任意の温度に昇温させることができな
いという問題が生じる。

【０００７】また、超臨界域二酸化炭素を主成分とする
冷媒を用いた場合に、冷媒圧縮機の吐出口より吐出され
る冷媒の吐出温度が従来のフロン系冷媒と比較して非常
に高くなる。そのため、冷媒圧縮機の構成部品や、放熱
器、それらの断熱材等の付属部品の耐熱性には限界があ
り、冷媒圧縮機や他の冷凍サイクル部品を保護するため
に、冷媒圧縮機の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度
を必要最小限の温度（第２所定値以下）に抑える必要が
ある。したがって、冷媒圧縮機の吐出口より吐出される
冷媒の吐出温度を任意の温度範囲（第１所定値以上で、
且つ第２所定値以下の温度範囲）内で制御する必要があ
る。

【０００８】

【発明の目的】本発明の目的は、アキュームレータの貯
留室内の導出管の最適な位置に冷媒液戻し穴を設置する
ことで、冷媒圧縮機より吐出される冷媒の吐出温度を低
減する（または上昇させる）ことのできる冷凍サイクル
装置を提供することにある。また、アキュームレータの
貯留室内の導出管の最適な位置にオイル戻し穴を設置す
ることで、アキュームレータの貯留室内より冷媒圧縮機
への潤滑油の戻しを必要な場合にのみ行うことのできる
冷凍サイクル装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、冷媒圧縮機より吐出される冷媒の高圧圧力が冷
媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイク
ル装置において、適正な冷媒液の戻し量は、その冷媒圧
縮機の特性によって異なるが、冷媒液戻し穴の開口面積
が導出管の上端で開口した開口部（つまり冷媒ガスを冷
媒圧縮機へ供給するための冷媒ガス戻し穴）よりも大き
いと、冷媒液のみが導出管内に流入してしまう。

【００１０】このため、アキュームレータの貯留室内の
導出管の上部に、アキュームレータの貯留室内より冷媒
液を導出管内に導入するための１個以上の冷媒液戻し穴
を設け、且つ冷媒液戻し穴の開口面積の総計を、導出管
の上端で開口した開口部の開口面積よりも小さくしたこ
とにより、上記の不具合を防止できるので、適正な冷媒
液の戻し量を確保することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、１個以上
の冷媒液戻し穴を、非吸熱流体が低温の時、つまり液戻
しが必要な運転の時に、冷媒液で覆われる位置で、且つ
非吸熱流体が高温の時、つまり液戻しが不要な運転の時
に、冷媒液で覆われない位置に設けたことにより、液戻
しが必要な運転の時に、冷媒液の戻し量が多くなるの
で、冷媒圧縮機より吐出される冷媒の吐出温度を低減さ
せることができ、また、液戻しが不要な運転の時に、冷
媒液の戻し量がゼロとなるので、冷媒圧縮機より吐出さ
れる冷媒の吐出温度を上昇させることができる。したが
って、冷媒圧縮機への冷媒液の戻し量を適正な液戻し量
に調整できるので、冷媒圧縮機の吐出口より吐出される
冷媒の吐出温度を任意の温度範囲内で制御することがで
きる

【００１２】請求項３に記載の発明によれば、アキュー
ムレータの貯留室内の導出管の上端部を、単純な円管形
状に対して縮流による圧力損失が大きくなる形状とした
ことにより、導出管内を下方向へ流れる冷媒ガスの圧力
損失が縮流により大きくなるので、冷媒液戻し穴の導出
管内の圧力を十分に低下させることができ、アキューム
レータの貯留室内の冷媒液の液面のヘッド差によること
なく、冷媒液の流入量を安定化させることができる。ま
た、請求項４に記載の発明によれば、アキュームレータ
の貯留室内の導出管の内径を、貯留室の内径の５０％以
下とすることを特徴としている。これにより、請求項３
に記載の発明と同様な効果を達成することができる。

【００１３】請求項５に記載の発明によれば、アキュー
ムレータの貯留室内の導出管の上部の冷媒液戻し穴の穴
径を、アキュームレータの貯留室内の導出管の上端で開
口した開口部の穴径の断面積に対して１〜５％の断面積
を有する穴径としていることを特徴としている。これに
より、冷媒液戻し穴の開口面積を、導出管の上端の開口
部よりも十分に小さくすることができ、アキュームレー
タの貯留室内より導出管内に導入される冷媒の殆どが冷
媒液となることはなく、冷媒圧縮機の性能を低下させる
ことはない。

【００１４】請求項６に記載の発明によれば、アキュー
ムレータの貯留室内に遮蔽板を設けたことにより、冷媒
蒸発器よりアキュームレータの内部に流入した冷媒、特
に冷媒液が直接導出管の上端の開口部より導出管内に導
入されることはない。これにより、冷媒圧縮機の液圧縮
を防止できるので、冷媒圧縮機の性能の低下を抑えるこ
とができる。

【００１５】請求項７に記載の発明によれば、アキュー
ムレータの貯留室内の導出管の下部に、アキュームレー
タの貯留室内より潤滑油を導出管内に導入するためのオ
イル戻し穴を設けたことにより、冷媒液中に混入された
潤滑油がオイル戻し穴より導出管内に導入するため、ア
キュームレータの貯留室内より冷媒圧縮機への潤滑油の
戻しを適正量行うことができる。

【００１６】請求項８に記載の発明によれば、冷媒圧縮
機の吐出口より吐出される冷媒の高圧圧力が冷媒の臨界
圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置
を、浴室または台所や洗面所へ利用水を給湯する給湯装
置の熱源ユニットとして利用する。そして、その熱源ユ
ニットに、冷媒圧縮機の吐出口より吐出された高圧側の
冷媒と利用水とを熱交換して利用水を昇温させるための
水−冷媒熱交換器を設けたことにより、冷媒の高圧圧力
の上昇により水−冷媒熱交換器の入口部の冷媒温度、つ
まり冷媒圧縮機の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度
を１２０〜１５０℃程度まで高めることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】［第１実施形態の構成］図１ない
し図３は本発明の第１実施形態を示したもので、図１は
ヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示した図で、図２
はアキュームレータの概略構成を示した図である。

【００１８】本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、
ランニングコスト（料金）の安い夜間電力（深夜電力）
を使用して主に夜間に稼働される電気式温水器を構成す
るもので、水を湯に昇温させる熱源ユニットとしてのヒ
ートポンプユニット１と、このヒートポンプユニット１
によって加熱された利用水（非加熱流体、例えば水道
水：以下温水と呼ぶ）を図示しない貯湯槽へ循環供給す
る貯湯用の温水配管、あるいは浴室または台所や洗面所
へ温水を給湯する給湯用の温水配管２と、ヒートポンプ
ユニット１および温水配管２の各アクチュエータを電子
制御する電子制御ユニット（図示せず：以下ＥＣＵ）と
から構成されている。

【００１９】ヒートポンプユニット１は、冷媒圧縮機
４、水−冷媒熱交換器（放熱器）３、減圧弁６、アキュ
ームレータ７、冷媒蒸発器８、およびこれらを環状に接
続する冷媒配管９とで構成されている。冷媒圧縮機４
は、内蔵する電動モータ（図示せず）によって回転駆動
されて、冷媒蒸発器８より吸入した冷媒を一時的に使用
条件において臨界圧力以上まで高温、高圧に圧縮して吐
出する電動コンプレッサである。この冷媒圧縮機４は、
通電（ＯＮ）されると稼働し、通電が停止（ＯＦＦ）さ
れると停止する。

【００２０】水−冷媒熱交換器３は、冷媒圧縮機４の吐
出口より吐出された高圧側の冷媒によって水を湯に昇温
させる熱交換器である。水−冷媒熱交換器３中の高圧側
熱交換器１１は、冷媒圧縮機４の吐出口より吐出された
高圧の冷媒ガスと温水とを熱交換する冷媒流路管により
構成されている。そして、水−冷媒熱交換器３は、高圧
側熱交換器１１の一端面に給湯用熱交換器１２の他端面
が熱交換可能に密着するように配置された二層の熱交換
構造となっている。

【００２１】減圧弁６は、水−冷媒熱交換器３中の高圧
側熱交換器１１から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧
する減圧装置で、電子制御ユニットによって弁開度が電
気的に制御される。冷媒蒸発器８は、減圧弁６で減圧さ
れた冷媒をファン（図示せず）によって送風される非吸
熱流体としての室外空気との熱交換によって蒸発気化さ
せ、アキュームレータ７を介して冷媒圧縮機４に冷媒ガ
スを供給する空気−冷媒熱交換器（吸熱器）である。

【００２２】ここで、本実施形態のヒートポンプユニッ
ト１は、例えば臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）を
主成分とする冷媒を使用し、冷媒の高圧圧力が冷媒の臨
界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプサイク
ル（本発明の冷凍サイクル装置に相当する）により構成
されている。この超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプサイク
ルでは、高圧側の冷媒圧力の上昇により水−冷媒熱交換
器３中の高圧側熱交換器１１の入口部の冷媒温度、つま
り冷媒圧縮機４の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度
を１２０℃程度まで高めることができる。なお、高圧側
熱交換器１１内に流入する冷媒は、冷媒圧縮機４で臨界
圧力以上に加圧されているので、高圧側熱交換器１１で
放熱しても凝縮液化することはない。

【００２３】貯湯用または給湯用の温水配管２は、水−
冷媒熱交換器３中の給湯用熱交換器１２、給水ポンプ
（図示せず）および温度調整弁（図示せず）等を有して
いる。給湯用熱交換器１２は、水−冷媒熱交換器３中の
高圧側熱交換器１１の冷媒入口部から冷媒出口部に至る
冷媒流路管の全長で冷媒と温水との熱交換を行うように
構成されている。このため、給湯用熱交換器１２の出口
部からは、所望の給湯温度範囲（６５〜９０℃程度）の
高温の温水を取り出すことができる。

【００２４】給水ポンプは、貯湯用の温水配管２の途中
に設置されて、給湯用熱交換器１２内で加熱された温水
を貯湯槽に還流させるように作動するウォータポンプで
ある。貯湯槽は、給湯用熱交換器１２で生成された温水
を一時的に貯留する貯湯タンクである。この貯湯槽の下
部には、水道水等を給水するための給水配管に接続する
給水入口、および給湯用熱交換器１２に循環水を循環供
給するためのヒートポンプ給水用出口が設けられてい
る。また、貯湯槽の上部には、給湯用熱交換器１２で生
成された温水が流入する温水入口、および給湯配管（給
湯用の温水配管２の下流部）に接続する温水出口が設け
られている。

【００２５】温度調整弁は、給湯用の温水配管２の途中
に設置されて、給湯用熱交換器１２内で加熱された高温
の温水、あるいは貯湯槽内の高温の温水と、図示しない
給水配管からの低温の水道水との混合比率を調整して所
望の出湯温度の温水に調整するものである。この温度調
整弁は、上記の混合比率を調整する弁体をモータ等のア
クチュエータにより駆動するようになっており、温水の
温度を検知する出湯温センサ（温度センサ）の検出温度
により弁体位置を自動調整して、浴室または台所や洗面
所に設けられた給水栓より出湯される温水の出湯温度が
目標温度（目標出湯温度）に維持されるように構成され
ている。

【００２６】アキュームレータ７は、図２に示したよう
に、長円形状の断面を有する容器本体２０、この容器本
体２０内に冷媒蒸発器８から冷媒を流入させる流入パイ
プ（流入管）２１、容器本体２０内に流入した冷媒を一
時的に貯留する貯留室２２等を有している。また、アキ
ュームレータ７には、この貯留室２２内に貯留した冷媒
を主に必要な量だけ冷媒圧縮機４の吸入側に供給する導
出管としての円管形状の導出パイプ１０が挿入されてい
る。その導出パイプ１０は、アキュームレータ７の貯留
室２２外で冷媒圧縮機４の吸入側に接続されている。

【００２７】アキュームレータ７の貯留室２２内の導出
パイプ１０の上端では、アキュームレータ７の貯留室２
２内より冷媒ガスを導出パイプ１０内に導入するための
開口部（冷媒ガス戻し穴）３０が開口している。また、
アキュームレータ７の貯留室２２内の導出パイプ１０の
下部には、アキュームレータ７の貯留室２２内より潤滑
油を導出パイプ１０内に導入するためのオイル戻し穴３
１が設けられている。本実施形態では、冷媒圧縮機４の
摺動部分を潤滑する潤滑油（オイル）が冷媒液の下部に
滞留するために、アキュームレータ７の貯留室２２内の
導出パイプ１０のうちオイル戻し穴３１を比較的に下部
側に形成し、潤滑油を冷媒圧縮機４へ返す役目をオイル
戻し穴３１に持たせている。

【００２８】ここで、アキュームレータ７の貯留室２２
内の導出パイプ１０の径は、貯留室２２外の導出パイプ
１０よりも大きい径とされ、つまり導出パイプ１０とし
て貯留室２２内外が異径の銅管を用いている。これは、
オイル戻し穴３１の潤滑油吸い込み量を制御するため
に、最適な管内圧力損失を設定したためである。一方、
貯留室２２外の導出パイプ１０は、耐圧と管内圧力損失
とコストとのバランスによって設定された直径の銅管を
使用している。

【００２９】また、アキュームレータ７の貯留室２２内
の導出パイプ１０の上部には、アキュームレータ７の貯
留室２２内より冷媒液を導出パイプ１０内に導入するた
めの丸穴（円）形状の冷媒液戻し穴３２が１個設けられ
ている。なお、アキュームレータ７の貯留室２２内の上
部には、冷媒蒸発器８の出口より容器本体２０内に流入
した冷媒が直接開口部３０より導出パイプ１０内に導入
しないように遮蔽するためのバッフル板（遮蔽板）２３
が設けられている。このバッフル板２３には、容器本体
２０の上部側の流入室２４と貯留室２２とを連通する複
数の連通穴２５が形成されている。

【００３０】そして、冷媒液戻し穴３２は、室外空気が
低温の時（液戻しが必要な運転の時）に、冷媒液で覆わ
れる位置で、且つ室外空気が高温の時（液戻しが不要な
運転の時）に、冷媒液で覆われない位置に設けられてい
る。また、本実施形態の導出パイプ１０においては、冷
媒液戻し穴３２の開口面積を、導出パイプ１０の上端で
開口した開口部３０の開口面積よりも小さく設定してい
る。

【００３１】［第１実施形態の作用］次に、本実施形態
のヒートポンプ式給湯装置の作用を図１ないし図３に基
づいて簡単に説明する。ここで、図３は超臨界蒸気圧縮
式ヒートポンプサイクルの冷媒回路上の冷媒の状態点を
モリエル線図上に描いたもので、図１の超臨界蒸気圧縮
式ヒートポンプサイクルの冷媒回路上の冷媒の状態点Ａ
〜Ｄが図３のモリエル線図上のＡ〜Ｄに対応する。

【００３２】定常状態では、冷媒圧縮機４で冷媒が圧縮
されると冷媒は超臨界状態となるので、冷媒圧縮機４の
吐出口より吐出された冷媒の吐出温度は高温（Ｔ２）と
なる。そして、冷媒圧縮機４の吐出口より吐出された高
圧の冷媒ガス（状態点Ａ）は、水−冷媒熱交換器３中の
高圧側熱交換器１１内に流入する。そして、高圧側熱交
換器１１内に流入した冷媒ガスは、高圧側熱交換器１１
の冷媒流路管を通過する際に、給湯用熱交換器１２内を
流れる温水に熱を奪われて冷却される（状態点Ａ→状態
点Ｂ）。このとき、給湯用熱交換器１２内を通過する温
水は、高圧側熱交換器１１内の冷媒から吸熱して６５℃
〜９０℃程度に昇温し、貯湯用または給湯用の温水配管
２に送り込まれる。

【００３３】また、高圧側熱交換器１１の出口部より流
出した冷媒は、減圧弁６内に流入する。そして、減圧弁
６内に流入した冷媒は、減圧弁６内の弁孔を通過する際
に減圧されて冷媒ガス（気相冷媒）と冷媒液（液相冷
媒）との気液二相流となり（状態点Ｂ→状態点Ｃ）、そ
の後に、冷媒蒸発器８内に流入する。そして、冷媒蒸発
器８内に流入した気液二相状態の冷媒は、冷媒蒸発器８
内を通過する際に室外空気と熱交換して蒸発気化する
（状態点Ｃ→状態点Ｄ）。

【００３４】そして、冷媒蒸発器８の出口より流出した
冷媒は、流入パイプ２１からアキュームレータ７の流入
室２４内に流入する。流入室２４内に流入した冷媒は、
バッフル板２３に衝突した後にバッフル板２３の連通穴
２５を介して貯留室２２内に流入する。なお、この流入
する冷媒は、液相が完全に蒸発気化していないため、ア
キュームレータ７の貯留室２２内に冷媒液を一時的に貯
留し、冷媒ガスのみを導出パイプ１０の上端の開口部３
０より導出パイプ１０内に流入する。そして、導出パイ
プ１０内に流入した冷媒ガスは、冷媒圧縮機４の吸入口
に吸入されて再度圧縮される。

【００３５】ここで、冷媒蒸発器８において気液二相状
態の冷媒と熱交換を行う室外空気（非吸熱流体）の温度
（気温等）が低温の場合には、低圧側の冷媒圧力（蒸発
圧力）が低下し（状態点Ｃ’→状態点Ｄ’）、アキュー
ムレータ７の貯留室２２内に多くの冷媒液が溜まる傾向
にある。このため、貯留室２２内の冷媒液の液面レベル
は、定常状態よりも上昇することになり、導出パイプ１
０の上部に形成した１個の冷媒液戻し穴３２よりも冷媒
液の液面レベルが上昇することになる。

【００３６】この場合には、導出パイプ１０の上部の冷
媒液戻し穴３２から、冷媒液が適正量戻されることによ
り、冷媒圧縮機４の吸入口より吸入される冷媒の吸入温
度が低くなる。このため、比較的に乾き度の小さい冷媒
を圧縮することにより、冷媒圧縮機４の吐出口より吐出
される冷媒の吐出温度が低くなるので、冷媒圧縮機４の
吐出口より吐出される冷媒の吐出温度を適正温度に抑え
ることができる（Ｔ１＜Ｔ２）。

【００３７】このとき、冷媒液戻し穴３２の穴径が導出
パイプ１０の上端の開口部３０よりも大きいと、密度の
大きい冷媒液は上端の開口部３０より流入する冷媒ガス
よりも縮流による圧力損失が小さいために、導出パイプ
１０内に導入される冷媒の殆どが冷媒液となり、冷媒圧
縮機４で圧縮することができず、冷媒圧縮機４の消費電
力が増加し冷媒圧縮機４の成績係数が悪化してしまう。
したがって、導出パイプ１０の上部の冷媒液戻し穴３２
は、導出パイプ１０の上端の開口部３０よりも開口面積
が十分に小さい必要がある。本実施形態では、導出パイ
プ１０の上端の開口部３０の開口面積を１００％とした
とき、冷媒液戻し穴３２の開口面積を２％としている。
つまり、導出パイプ１０の上端の開口部３０に対して、
２％の断面積を有する穴径としている。

【００３８】これによって、冷媒蒸発器８において気液
二相状態の冷媒と熱交換を行う室外空気（非吸熱流体）
の温度（気温等）が更に低温の場合、貯留室２２内の冷
媒液の液面レベルが更に高くなった場合でも、冷媒液の
液面レベルから導出パイプ１０の上部の冷媒液戻し穴３
２までのヘッド差が多くなり、液戻し量が多くなるの
で、冷媒圧縮機４の吸入口より吸入される冷媒の乾き度
が更に小さくなる。このため、この更に乾き度の小さい
冷媒を圧縮することにより、冷媒圧縮機４の吐出口より
吐出される冷媒の吐出温度を低減する効果が大きくな
る。

【００３９】［第１実施形態の効果］以上のように、本
実施形態の二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いた超臨
界蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルに使用されるアキュ
ームレータ７においては、オイル戻し穴３１を、貯留室
２２内の導出パイプ１０の下部に設けたことにより、冷
媒圧縮機４の摺動部分を潤滑する潤滑油が冷媒液の下
部、つまりアキュームレータ７の貯留室２２内の下部に
滞留しても、潤滑油を必要な場合に冷媒圧縮機４に十分
に戻すことができる。これにより、冷媒圧縮機４の摺動
部分の潤滑不足による焼き付き等の不具合を防止するこ
とができる。

【００４０】また、アキュームレータ７においては、冷
媒液戻し穴３２を、貯留室２２内の導出パイプ１０の上
部に設けたことにより、必要以上に潤滑油や冷媒液が冷
媒圧縮機４へ戻ることはなく、冷媒圧縮機４の液圧縮を
防止できるので、冷媒圧縮機４の性能の低下を抑えるこ
とができる。したがって、冷媒圧縮機４の吐出口より吐
出される冷媒の吐出温度が第１所定値よりも低下するこ
とはないので、温水を任意の給湯温度に昇温させること
ができる。

【００４１】また、本実施形態では、二酸化炭素を主成
分とする冷媒を用いているので、冷媒圧縮機４の吸入口
より吸入される冷媒の圧力が従来のフロン系冷媒と比較
して高いために、低外気温時の冷媒圧縮機４の効率を高
く保つことができる反面、冷媒圧縮機４の吐出口より吐
出される冷媒の吐出温度が従来のフロン系冷媒と比較し
て非常に高くなる。そのため、冷媒圧縮機４の構成部品
や、水−冷媒熱交換器３中の高圧側熱交換器１１、それ
らの断熱材等の付属部品の耐熱性には限界があり、冷媒
圧縮機４や他の冷凍サイクル部品を保護するために、冷
媒圧縮機４の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度を必
要最小限の温度（第２所定値以下）に抑える必要があ
る。

【００４２】そこで、本実施形態では、アキュームレー
タ７の貯留室２２内の導出パイプ１０の上部の適正位置
に冷媒液戻し穴３２を設けている。具体的には、冷媒液
戻し穴３２を、室外空気の温度が低温の時、つまり液戻
しが必要な運転の時に、冷媒液で覆われる位置で、且つ
室外空気の温度が高温の時、つまり液戻しが不要な運転
の時に、冷媒液で覆われない位置に設けている。それに
よって、液戻しが必要な運転の時に、冷媒液の戻し量が
多くなるので、冷媒圧縮機４より吐出される冷媒の吐出
温度を低減させることができる。また、液戻しが不要な
運転の時に、冷媒液の戻し量がゼロとなるので、冷媒圧
縮機４より吐出される冷媒の吐出温度を上昇させること
ができる。

【００４３】したがって、冷媒圧縮機４への冷媒液の戻
し量を適正な液戻し量に調整できるので、冷媒圧縮機４
の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度を任意の温度範
囲（第１所定値以上で、且つ第２所定値以下の温度範
囲）内で制御することができ、高圧側の冷媒圧力の上昇
により水−冷媒熱交換器３中の高圧側熱交換器１１の入
口部の冷媒温度、つまり冷媒圧縮機４の吐出口より吐出
される冷媒の吐出温度を１２０℃程度まで高めることが
できる。このため、水−冷媒熱交換器３中の給湯用熱交
換器１２の出口部からは、所望の給湯温度範囲（６５〜
９０℃程度）の高温の温水を取り出すことができる。

【００４４】［第２実施形態］図４は本発明の第２実施
形態を示したもので、アキュームレータの概略構成を示
した図である。

【００４５】ここで、適正な冷媒液の戻し量は、その冷
媒圧縮機４の特性によって異なるが、冷媒液戻し穴３２
の開口面積が導出パイプ１０の上端で開口した開口部３
０よりも大きいと、冷媒液のみが導出パイプ１０内に流
入してしまうので、冷媒液戻し穴３２の穴径を、導出パ
イプ１０の上端で開口した開口部３０の穴径よりも十分
に小さくする必要がある。

【００４６】そこで、本実施形態では、アキュームレー
タ７の貯留室２２内の導出パイプ１０の上部に丸穴
（円）形状の冷媒液戻し穴３２を２個以上同じ位置（高
さ）に設けている。この場合には、冷媒液戻し穴３２の
穴径を、オイル戻し穴３１の穴径と略同径とすること
で、冷媒液戻し穴３２の穴径を、導出パイプ１０の上端
で開口した開口部３０の穴径よりも十分に小さくするこ
とができ、第１実施形態と同様な効果を得ることができ
る。その上、冷媒液戻し穴３２の穴径を、オイル戻し穴
３１の穴径と略同径とすることで、アキュームレータ７
の生産性、特に導出パイプ１０の生産性を向上させるこ
とができる。

【００４７】また、本実施形態の２個以上の冷媒液戻し
穴３２は、第１実施形態の１個以上の冷媒液戻し穴３２
よりも穴径が小さいために、冷媒圧縮機４への液戻しが
不要な運転の時に、冷媒液面の乱れ等により冷媒液が一
気に流出しない。このため、冷媒液戻し穴３２の穴径を
小さくすればする程、冷媒液面の変化が少なくても冷媒
液を戻す場合と戻さない場合とを区別し易くなり、冷媒
圧縮機４への液戻し量が適正な条件下で適正な液戻し量
となり、冷媒圧縮機４の性能の低下を防止することがで
きる。これにより、冷媒圧縮機４の成績係数を向上で
き、冷媒圧縮機４の消費電力を軽減することができる。

【００４８】なお、導出パイプ１０の上部の２個以上の
冷媒液戻し穴３２の穴径を互いに異径としたり、位置
（高さ）を変化させたりして、冷媒圧縮機４への冷媒液
の戻し量を微調整するようにしても良い。

【００４９】［他の実施形態］本実施形態では、アキュ
ームレータ７の貯留室２２内の導出パイプ１０の上端部
を、図２および図４に示したように、内径および外径を
下端側と略同一径（円管形状）としているが、アキュー
ムレータ７の貯留室２２内の導出パイプ１０の上端部を
円管に対して開口部３０より流入する冷媒ガスの縮流に
よる圧力損失が冷媒液と比べて大きくなる形状としても
良い。

【００５０】例えばアキュームレータ７の貯留室２２内
の導出パイプ１０の上端部を、図５（ａ）に示したよう
に、その導出パイプ１０の内径は導出パイプ１０の下端
側と略同一径とし、その導出パイプ１０の外径は上端に
なるに従って漸減するテーパ形状としても良い。また、
アキュームレータ７の貯留室２２内の導出パイプ１０の
上端部を、図５（ｂ）、（ｃ）に示したように、絞り形
状としても良い。また、図６に示したように、アキュー
ムレータ７の貯留室２２内の導出パイプ１０の内径（Ｄ
２）を、アキュームレータ７の貯留室２２の内径（Ｄ
１）の５０％以下としても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示した構
成図である（第１実施形態）。

【図２】アキュームレータの概略構成を示した透視図で
ある（第１実施形態）。

【図３】超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルのモリ
エル線図である（第１実施形態）。

【図４】アキュームレータの概略構成を示した透視図で
ある（第２実施形態）。

【図５】（ａ）〜（ｃ）はアキュームレータの貯留室内
の導出パイプの上端部を示した断面図である（他の実施
形態）。

【図６】アキュームレータの貯留室内の導出パイプの上
端部を示した断面図である（他の実施形態）。

【符号の説明】

１ ヒートポンプユニット ２ 温水配管 ３ 水−冷媒熱交換器 ４ 冷媒圧縮機 ７ アキュームレータ ８ 冷媒蒸発器 １０ 導出パイプ（導出管） １１ 高圧側熱交換器 １２ 給湯用熱交換器 ２２ 貯留室 ３０ 開口部 ３１ オイル戻し穴 ３２ 冷媒液戻し穴

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非吸熱流体より吸熱して冷媒を蒸発気化さ
   せる冷媒蒸発器と、 この冷媒蒸発器より流入した冷媒を一時的に貯留するた
   めの貯留室を有するアキュームレータと、 このアキュームレータの内部に差し込まれて、前記アキ
   ュームレータの貯留室内より主に冷媒ガスを前記冷媒圧
   縮機に供給するための導出管と、 この導出管を経て前記アキュームレータより吸入した冷
   媒を圧縮して吐出する冷媒圧縮機とを備え、 冷媒の高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気
   圧縮式の冷凍サイクル装置において、 前記アキュームレータの貯留室内の前記導出管の上部に
   は、前記アキュームレータの貯留室内より冷媒液を前記
   導出管内に導入するための１個以上の冷媒液戻し穴が設
   けられ、 前記冷媒液戻し穴の開口面積の総計を、前記導出管の上
   端で開口した開口部の開口面積よりも小さくしたことを
   特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の冷凍サイクル装置におい
   て、 前記１個以上の冷媒液戻し穴は、前記非吸熱流体が低温
   の時に、冷媒液で覆われる位置で、且つ前記非吸熱流体
   が高温の時に、冷媒液で覆われない位置に設けられてい
   ることを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の冷凍サイ
   クル装置において、 前記アキュームレータの貯留室内の前記導出管の上端部
   は、単純な円管形状に対して縮流による圧力損失が大き
   くなる形状とされていることを特徴とする冷凍サイクル
   装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の冷凍サイクル装置におい
   て、 前記アキュームレータの貯留室内の前記導出管の内径
   は、前記貯留室の内径の５０％以下とされていることを
   特徴とする冷凍サイクル装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のうちいずれかに
   記載の冷凍サイクル装置において、 前記アキュームレータの貯留室内の前記導出管の上部の
   冷媒液戻し穴の穴径を、前記アキュームレータの貯留室
   内の前記導出管の上端で開口した開口部の穴径の断面積
   に対して１〜５％の断面積を有する穴径としていること
   を特徴とする冷凍サイクル装置。
6. 【請求項６】請求項１ないし請求項５のうちいずれかに
   記載の冷凍サイクル装置において、 前記アキュームレータの貯留室内には、前記冷媒蒸発器
   より前記アキュームレータの内部に流入した冷媒が直接
   前記開口部より前記導出管内に導入しないように遮蔽す
   るための遮蔽板が設けられていることを特徴とする冷凍
   サイクル装置。
7. 【請求項７】請求項１ないし請求項６のうちいずれかに
   記載の冷凍サイクル装置において、 前記アキュームレータの貯留室内の前記導出管の下部に
   は、前記アキュームレータの貯留室内より潤滑油を前記
   導出管内に導入するためのオイル戻し穴が設けられてい
   ることを特徴とする冷凍サイクル装置。
8. 【請求項８】請求項１ないし請求項７のうちいずれかに
   記載の冷凍サイクル装置において、 前記冷凍サイクル装置は、浴室または台所や洗面所へ利
   用水を給湯する給湯装置の熱源ユニットとして利用さ
   れ、 前記熱源ユニットは、前記冷媒圧縮機の吐出口より吐出
   された高圧側の冷媒と利用水とを熱交換して利用水を昇
   温させるための水−冷媒熱交換器を備えたことを特徴と
   する冷凍サイクル装置。