JP2011163671A - 受液器及びそれを用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機に流入する液冷媒量を抑制するとともに、圧縮機に必要量の返油が効率的に実行できる受液器、及び、その受液器を用いた信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】冷媒と油が密度逆転し、非相溶もしくは弱相溶の油を適用し、アキュムレーター１０は、油回収穴４ｅを第１返油孔５よりも高い位置に形成し、出口管３の開口端部から連通孔４ｉまでの流路を多孔管４０の油回収穴４から連通孔４ｉまでの流路と独立させている。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷凍サイクル装置の一構成要素として使用される受液器及びその受液器を一構成要素として用いた冷凍サイクル装置に関するものである。

通常、空気調和装置等の冷凍サイクル装置では、冷媒回路内において運転条件の変化によって冷媒不足が生じないように余剰冷媒を一時的に貯留する受液器を設置している。受液器としては、たとえば、圧縮機の吸入側に配置され、蒸発器から流出した冷媒を一時的に貯留するアキュムレーターや、中圧状態の冷媒が導通する位置に配置され、凝縮器から流出した冷媒あるいは蒸発器から流出した冷媒を一時的に貯留するレシーバー等がある。

そのうちのアキュムレーターには、運転中の余剰冷媒を溜める機能の他、液冷媒流出量を圧縮機の液バック耐力（圧縮機へ液冷媒が流入することを液バックと称し、液バック率＝液冷媒流出量／冷媒循環流量を限界値以下とする）以内に抑えながら、圧縮機から冷媒とともに吐出されてしまった冷凍機油をアキュムレーター内部に多量に溜めることなく確実に圧縮機に返油する機能と、が要求される。余剰冷媒量は、圧縮機の運転周波数等によっても変動するが、低蒸発温度条件においては、冷媒循環流量が少なく、余剰冷媒量が多くなる傾向があり、高蒸発温度条件においては、冷媒循環量が多く、余剰冷媒量が少なくなる傾向がある。

そのようなアキュムレーターとして、Ｕ字形状の出口管の曲がり部に返油孔を設け、出口管の上流側に一端を接続し且つ他端をアキュムレーターの下部に開口させた返油管を設けたものが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、別のアキュムレーターとして、出口管の上下方向に沿って複数の油回収穴を設けたものが開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平７−１２４３１（第７頁、第１０図） 実公平５−３９４０９号公報（第４頁、第１図）

従来のアキュムレーターを冷凍サイクル装置に組み込み、低蒸発温度域で油密度が冷媒密度より小さくなり且つ非相溶性もしくは弱相溶性となる油を冷凍機油として適用すると、アキュムレーター内で液冷媒上層部に分離した冷凍機油を圧縮機に戻すことができず、圧縮機の摺動部の焼き付きを生じてしまうという問題がある。

また、特許文献２に記載されているアキュムレーターは、どの余剰冷媒高さにおいても液冷媒上層に分離した冷凍機油を回収できるようした出口管にアキュムレーターの容器底部近傍から容器上部に渡って複数の油回収穴を形成している。そのため、特許文献２に記載されているアキュムレーターは、容器下部の油回収穴ほど液ヘッドの影響を受けることになり、流量が増す構造となっている。すなわち、特許文献２に記載されているアキュムレーターを組み込んだ冷凍サイクル装置においては、アキュムレーターに余剰冷媒が多量に滞留し、液冷媒上層に冷凍機油が層分離する低蒸発温度条件では、液冷媒層にある油回収穴から圧縮機への液バック量が増加し、圧縮機の摺動部に多量の液冷媒が供給され、軸受の耐久性が低下してしまうという問題がある。

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、圧縮機に流入する液冷媒量を抑制するとともに、圧縮機に必要量の返油が効率的に実行できる受液器、及び、その受液器を用いた信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

本発明に係る受液器は、密閉容器と、前記密閉容器内に開口する入口管と、前記密閉容器の底部近傍に第１返油孔を有する出口管と、下端部を閉塞し、上下方向に沿って複数個の油回収穴が形成されている多孔管と、前記多孔管に形成された最下部の油回収穴の近傍又はこの油回収穴より下流側に設けられ、上記多孔管と上記出口管を連結する連通孔と、を有し、前記油回収穴のうち最下部に位置する油回収穴を前記第１返油孔よりも高い位置に形成し、前記出口管の開口端部から前記連通孔までの流路を前記多孔管の前記油回収穴から前記連通孔までの流路と独立させていることを特徴とする。

本発明に係る受液器は、密閉容器と、前記密閉容器内に開口する入口管と、前記密閉容器内に開口する出口管と、下端部を閉塞し、上下方向に沿って複数個の油回収穴が形成されている多孔管と、前記多孔管に形成された最下部の油回収穴の近傍又はこの油回収穴より下流側に設けられ、上記多孔管と上記出口管を連結する連通孔と、上端部を前記出口管と連結し、下端部を前記密閉容器底部近くに開口する第２返油管と、を有し、前記油回収穴のうち最下部に位置する油回収穴を前記第１返油孔よりも高い位置に形成し、前記出口管の開口端部から前記連通孔までの流路を前記多孔管の前記油回収穴から前記連通孔までの流路と独立させていることを特徴とする。

本発明に係る受液器は、密閉容器と、前記密閉容器内に開口する入口管と、前記密閉容器内に開口する出口管と、一端を前記密閉容器の外部における前記出口管と連結し、上下方向に沿って複数個の油回収穴が形成されている多孔管と、一端を前記密閉容器の外部における前記出口管と連結し、他端を前記密閉容器底部に開口する第１返油管と、を有し、前記第１返油管から前記出口管の連結部までの流路を前記多孔管から前記出口管の連結部までの流路と独立させていることを特徴とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の受液器、圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び、蒸発器を少なくとも搭載していることを特徴とする。

本発明に係る受液器によれば、密閉容器内の上下空間で各温度条件の滞留状態にマッチした返油を実現することができる。また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の受液器を搭載しているので、圧縮機への返油を高効率で実行でき、圧縮機の摺動部の焼き付き等を抑制でき、信頼性の高いものとなる。

本発明の実施の形態１に係るアキュムレーターの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るアキュムレーターを用いた冷凍サイクル装置の基本的な冷媒回路構成を模式的に示す回路構成図である。 図２で示す冷媒回路中に示した記号Ａ〜Ｅにおける冷媒状態をＰ−ｈ線図上に示したものである。 本発明の実施の形態１に係るアキュムレーターの冷媒と冷凍機油の流動パターンを説明するための説明図である。 冷凍サイクル装置に使用する冷凍機油及び冷媒の密度特性の一例を表すグラフである。 蒸発温度が変化した際のアキュムレーター内での代表的な流動パターンを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態２に係るアキュムレーターの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係るアキュムレーターの別の断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係るアキュムレーターに設けられる第２返油管と出口管との接続部分周辺を模式的に示す拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係るアキュムレーターに設けられる第２返油管と出口管との接続部分周辺を模式的に示す拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態５に係るアキュムレーターに設けられる第２返油管と出口管との接続部分周辺を模式的に示す拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態６に係るアキュムレーターの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るアキュムレーター１０の断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図１に基づいて、アキュムレーター１０の構成及び動作について説明する。なお、図１では、アキュムレーター１０内に液冷媒７と冷凍機油８を貯留している状態を例に示している。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、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、このことは明細書の全文において共通することとする。

実施の形態１に係るアキュムレーター１０は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置（図２で説明する）を構成する要素機器の１つとして搭載されるものである。このアキュムレーター１０は、図示省略の圧縮機の吸入側に配置され、運転中の余剰冷媒を溜める機能、液冷媒流出量を圧縮機の液バック耐力以内に抑えながら、及び、圧縮機から冷媒とともに吐出されてしまった冷凍機油を圧縮機に返油する機能を有している。

図１に示すように、アキュムレーター１０は、圧力容器である密閉容器１に配管（入口管２、出口管３）が連接されて構成されている。なお、図１では、密閉容器１の内部に液冷媒７及び冷凍機油８が二層分離して貯留されている状態を図示している。密閉容器１の内部で分離・貯留される液冷媒７及び冷凍機油８について図４で詳細に説明する。

入口管２は、密閉容器１の上部に連接され、密閉容器１内で略Ｌ字形状に曲げられており、端部が密閉容器１の上部空間に開口している。出口管３は、密閉容器１の上部に連接され、密閉容器１内で略Ｕ字形状に曲げられており、開口端部である冷媒ガス入口３ａが密閉容器１の上部空間に開口している。この出口管３の曲がり部（紙面で表す密閉容器１の底部近傍部分）には、第１返油孔５が形成されている。

また、出口管３には、複数個の油回収穴４（油回収穴４ａ〜４ｅ）が上下方向に沿って配設され、下端を閉塞した多孔管４０が連結されている。多孔管４０と出口管３とは、最下部の油回収穴４ｅの近傍又は多孔管４０の下流側に設けられている連通孔４ｉで連結されている。油回収穴４のうち、最下部に位置する油回収穴４（図１では油回収穴４ｅ）は、第１返油孔５より高く、密閉容器１内に貯留する最大余剰液冷媒高さより低い位置に形成している。ここで、出口管３の冷媒ガス入口３ａから連通孔４ｉまでの流路と、多孔管４０の油回収穴４から連通孔４ｉまでの流路と、は独立するようになっている。

さらに、出口管３には、第２返油管６が連結されている。この第２返油管６は、上端部が出口管３の上部に連結し、下端部が密閉容器１の底部近傍に開口している。なお、連通孔４ｉや油回収穴４ａ〜４ｅは、たとえばオリフィス構造とし、基本的には断面形状を円形とするとよい。ただし、連通孔４ｉや油回収穴４ａ〜４ｅの断面形状を円形に限定するものではない。

図２は、実施の形態１に係るアキュムレーター１０を用いた冷凍サイクル装置Ａの基本的な冷媒回路構成を模式的に示す回路構成図である。図２に基づいて、実施の形態１に係るアキュムレーター１０を用いた冷凍サイクル装置Ａの回路構成及び動作について説明する。冷凍サイクル装置Ａは、室外ユニット（熱源機）１００と、室内ユニット（負荷側ユニット）２００と、が配管接続されて構成されている。

［室外ユニット１００］
室外ユニット１００は、たとえば建物の屋上等の室外に設置され、室内ユニット２００に温熱又は冷熱を供給する機能を有している。この室外ユニット１００には、少なくとも圧縮機５５と、流路切替手段である四方弁５２と、室外熱交換器（熱源側熱交換器）５３と、アキュムレーター１０と、が直列に接続されて搭載されている。なお、室外ユニット１００には、室外熱交換器５３に空気を強制的に供給するためのファン等の送風機を室外熱交換器５３の近傍位置に設けるとよい。

圧縮機５５は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。四方弁５２は、室内ユニット２００の運転モードに応じて冷媒の流れを切り替えるものである。室外熱交換器５３は、運転モードに応じて蒸発器や放熱器（凝縮器）として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。アキュムレーター１０は、圧縮機５５の吸入側に配置され、余剰冷媒を貯留するものである。

［室内ユニット２００］
室内ユニット２００は、たとえば居住空間等の空調対象空間に設置され、室外ユニット１００からの温熱又は冷熱の供給を受けて空調対象空間の暖房又は冷房を行なう機能を有している。室内ユニット２００には、少なくとも膨張弁５７と、室内熱交換器（負荷側熱交換器）５９と、が直列に接続されて搭載されている。なお、室内ユニット２００には、室内熱交換器５９に空気を強制的に供給するためのファン等の送風機を室内熱交換器５９の近傍に設けるとよい。

膨張弁５７は、冷媒を減圧して膨張させるものである。この膨張弁５７は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。室内熱交換器５９は、放熱器（凝縮器）や蒸発器として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。なお、膨張弁５７及び室内熱交換器５９は、直列に接続されている。

ここで、冷凍サイクル装置Ａの運転動作について説明する。まず、室内ユニット２００で冷房運転を行なう場合を図２及び図３を参照しながら説明する。図３は、図２で示す冷媒回路中に示した記号Ａ〜Ｅにおける冷媒状態をＰ−ｈ線図上に示したものである。室内ユニット２００で冷房運転を行なう場合では、室外ユニット１００の四方弁５２が第１口５２ａと第２口５２ｂが連通し、第３口５２ｃと第４口５２ｄが連通するように設定される（図３中実線で示している）。なお、図３では、縦軸が冷媒圧力を、横軸が比エンタルピーを、それぞれ表している。図３に示す点Ａ→点Ｅが、図２における回路図の点Ａ〜点Ｅに対応している。

また、使用する冷媒としては、臨界温度（約３１℃）以上で超臨界状態となるＣＯ₂ を想定しており、この場合の冷媒状態を図３のＰ−ｈ線図に表している。また、冷凍機油としては、低蒸発温度域で油密度が液冷媒密度より小さくなり、かつ、非相溶性もしくは弱相溶性となるものを封入しているものとする。なお、冷媒をＣＯ₂ に限定するものではない。

低温・低圧の冷媒が圧縮機５５によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機５５から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁５２の第１口５２ａから第２口５２ｂを通り（状態Ａ）、室外熱交換器５３に流入する。そして、室外熱交換器５３で被加熱媒体（たとえば室外空気）に放熱し（状態Ｂ）、液冷媒となる。室外熱交換器５３から流出した液冷媒は、室外ユニット１００から流出し、室内ユニット２００に流入する。

室内ユニット２００に流入した液冷媒は、膨張弁５７で減圧されてから室内熱交換器５９に流入する（状態Ｃ）。室内熱交換器５９に流入した冷媒は、空調対象空間の熱負荷を処理する。つまり、室内熱交換器５９に流入した冷媒は、室内空気から吸熱することで、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒となる。その後、室内ユニット２００からも流出し、室外ユニット１００に流入する。室外ユニット１００に流入した冷媒は、四方弁５２の第４口５２ｄから第３口５２ｃを通って、アキュムレーター１０の入口管２を経由して密閉容器１内に流入する（状態Ｄ）。このとき、アキュムレーター１０に流入した冷媒と冷凍機油は、アキュムレーター１０内で気液分離された後、圧縮機５５に流入する（状態Ｅ）。

図３に示すスーパーヒートが圧縮機５５に吸入される冷媒の状態を表している。スーパーヒートがとれる場合は、アキュムレーター１０に流入する冷凍機油と冷媒は、冷凍機油とガス冷媒の混合状態となっている。そして、ガス冷媒は、アキュムレーター１０に連接されている入口管２から出口管３を経由して圧縮機５５に吸引される。スーパーヒートがとれない場合は、冷凍機油と液冷媒、ガス冷媒（２相流）の混合状態となっている。そして、ガス冷媒は、アキュムレーター１０に連接されている入口管２から出口管３を経由して圧縮機５５に吸引される。一方、冷凍機油と液冷媒は、第１返油孔５と、第２返油管６もしくは多孔管４０を通って、出口管３に流入し、圧縮機５５に吸引される。

なお、室内ユニット２００で暖房運転を行なう場合には、四方弁５２が破線のように切り換えられ、その結果、室外熱交換器５３とアキュムレーター１０が連通し、圧縮機５５の吐出側と室内熱交換器５９とが連通する。暖房運転時も、スーパーヒートの状態に対するアキュムレーター１０に流入する冷凍機油と冷媒の挙動は、冷房運転時と同様である。

図４は、実施の形態１に係るアキュムレーター１０の冷媒と冷凍機油の流動パターンを説明するための説明図である。図５は、冷凍サイクル装置Ａに使用する冷凍機油及び冷媒の密度特性の一例を表すグラフである。図４及び図５に基づいて、アキュムレーター１０の動作を説明する。なお、図４（ａ）がアキュムレーター１０全体の流動パターンを模式的に示しており、図４（ｂ）がアキュムレーター１０の多孔管４０の下端部周辺を模式的に示している。また、図４では、点線矢印がガス冷媒の流れを、黒塗り矢印が冷凍機油の流れを、白抜き矢印が液冷媒の流れを、それぞれ表している。さらに、図４では、油回収穴４ｃと油回収穴４ｄの間で、液冷媒７と冷凍機油８とが二層分離している状態を例に示している。

冷凍サイクル装置Ａに使用する冷凍機油としては、たとえば図５に示すような密度特性をもち、かつ、非相溶もしくは弱相溶性となるもの（たとえば、ＨＡＢ油（ハードアルキルベンゼン油）やＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等）を適用すればよい。このような性質のものを冷凍機油として用いれば、低蒸発温度域においてアキュムレーター１０内で冷凍機油と余剰冷媒とが油濃度の高い液層と油濃度の低い液層とに層分離し滞留することになる。以降、油濃度の高い液層を冷凍機油８、油濃度の低い液層を液冷媒７と称し、冷凍機油と冷媒の流れを説明する。

圧縮機５５から吐出された冷凍機油と冷媒は、冷凍サイクル内を循環し、アキュムレーター１０の入口管２からアキュムレーター１０内に流入する。図４（ａ）に示すように、冷凍機油と冷媒が、アキュムレーター１０に流入すると、冷凍機油と液冷媒は、密閉容器１の上部空間で気液分離され、密閉容器１の下部に滞留される。蒸発温度が低い条件では、冷凍サイクル回路を流れる冷媒の循環流量が少なく、多量の余剰冷媒がアキュムレーター１０内に滞留することになる。そして、冷凍機油の密度と、液冷媒の密度と、が逆転する蒸発温度（図５に示す密度逆転温度（冷媒の種類、冷凍機油の種類で異なる））以下になると、冷凍機油８の密度が液冷媒７の密度より小さくなるため、液冷媒７の上層に分離し、冷凍機油８が滞留する。

出口管３に冷媒が流れると、出口管３の動圧損と管摩擦損失が生じ、出口管３の内外に圧力差が生じる。このときの第１返油孔５、第２返油管６上端、及び、連通孔４ｉに作用する圧力差をそれぞれ、ΔＰ₁ 、ΔＰ₂ 、ΔＰ₃ とすると、下記式（１）〜（３）で表すことができる。式（１）〜（３）において、ｋ₁ 〜ｋ₃ は、出口管３入口から各穴までの長さ、管径、流れる流体密度によって変化する係数を示している。また、Ｇ_g は、冷媒の流量を示している。

第１返油孔５からは液冷媒が吸い込まれる。このときの流量Ｇ₁ は、下記式（４）で表される。式（４）において、Ｃ₁ は第１返油孔５の流量係数を、ρ_r は密閉容器１内に滞留する液冷媒７の密度を、ρ_o は密閉容器１内に滞留する冷凍機油８の密度を、ｈ_r は密閉容器１内に滞留する液冷媒７の高さを、ｈ_o は密閉容器１内に滞留する冷凍機油８の高さを、ｇは重力加速度を、それぞれ示している。なお、Ｃ₁ は、液冷媒の粘度の関数である。

第２返油管６からも液冷媒が吸い込まれる。このときの流量Ｇ₂ は、下記式（５）で表される。式（５）において、Ｃ₂ は第２返油管６の流量係数を、Ｌは第２返油管６の長さを、それぞれ示している。なお、Ｃ₂ は第２返油管６の内径、第２返油管６の長さ、液冷媒の粘度の関数である。また、式（５）のそれ以外の変数は、式（４）と同様である。

液冷媒が第２返油管６から吸い込まれて出口管３に流入するには、第１返油孔５より第２返油管６の高さ分だけの液ヘッドを持ち上げる必要がある。したがって、冷媒循環流量が小さい条件ではΔＰ₂ が小さく、第２返油管６の上端からは液冷媒が出口管３に流出しない。

次に多孔管４０内の冷凍機油及び冷媒の流れについて説明する。
図４（ｂ）に示すように、多孔管４０に設けた油回収穴４ｃからは冷凍機油が多孔管４０内に流入し、油回収穴４ｄ及び油回収穴４ｅからは液冷媒が多孔管４０内に流入する。そして、多孔管４０内では冷凍機油と液冷媒とが混合された状態になって連通孔４ｉに流れ込み、出口管３に流入することになる。

油回収穴４ｃに着目すると、ここでの冷凍機油の流量Ｇ_4Cは、下記式（６）で表される。式（６）において、右辺第１項は多孔管４０外の液高さを、右辺カッコ内は多孔管４０内の圧力を、Ｃ_4Cは油回収穴４ｃの流量係数を、それぞれ示している。右辺カッコ内の第１項は連通孔４ｉを流れる混合液の流動圧損を表し、Ｇ_mix は連通孔４ｉの流量を、ｋ₄ は連通孔４ｉの径や密度、粘度によって変化する係数を、それぞれ示している。右辺カッコ内の第２項は多孔管４０内の液ヘッドを表し、ρ_inは多孔管４０内の混合液密度を、ｈ_inは多孔管４０内の混合液高さを、それぞれ示している。右辺カッコ内の第３項は多孔管４０内の混合液高さｈ_in分の摩擦損ΔＰ_4Cを示している。

式（６）から、多孔管４０は、連通孔４ｉの径（ｋ₄ ）を変化させることで油回収穴４ｃからの冷凍機油流量と液冷媒流量とを調整できることが分かる。なお、油回収穴４ｄ、油回収穴４ｅからの流量も同様の方法で求められることは言うまでもない。

図６は、蒸発温度が変化した際のアキュムレーター１０内での代表的な流動パターンを説明するための説明図である。図６に基づいて、蒸発温度が変化した際のアキュムレーター１０内での冷凍機油と冷媒の流動パターンについて説明する。図６では、蒸発温度を横軸として表している。図６（ａ）が蒸発温度が低い条件における流動パターンを、図６（ｂ）が蒸発温度が０℃周辺における流動パターンを、図６（ｃ）が蒸発温度が高い条件における流動パターンを、それぞれ表している。また、図４と同様に、点線矢印がガス冷媒の流れを、黒塗り矢印が冷凍機油の流れを、白抜き矢印が液冷媒の流れを、それぞれ表している。

図６（ａ）に示す条件では、蒸発温度が密度逆転温度より低くなり、余剰冷媒量が多く、液冷媒が第１返油孔５と多孔管４０を介してアキュムレーター１０から流出する。一方、第２返油管６においては、出口管３で生じる圧損が小さいため、第２返油管６の高さ分の液冷媒を持ち上げることができず、液冷媒が出口管３に流出しない。液冷媒７の上層に分離する冷凍機油８は、たとえば油回収穴４ｃを介して多孔管４０に流入し、出口管３を経て圧縮機５５に吸い込まれる。なお、圧縮機５５から流出する冷凍機油の量は、冷媒循環流量が小さいほど少なく、低蒸発温度条件での返油が行なえる径に油回収穴４と連通孔４ｉを設計しておけばよく、そうすれば多孔管４０からの液冷媒流出量を抑制できる。

図６（ｂ）に示す条件では、蒸発温度が密度逆転温度より高くなり、液冷媒７の下層に冷凍機油８が分離する。つまり、図６（ａ）に示す条件比べて、冷媒循環量が増え、余剰冷媒量は少なくなる。したがって、第２返油管６下端には冷凍機油が滞留されることになり、第１返油孔５あるいは第２返油管６で返油を行なうことができる。図６（ｂ）では、第２返油管６の高さ分の冷凍機油を持ち上げることができない例を示している。そのため、濃度の高い冷凍機油は、第１返油孔５から流入し、出口管３を経て圧縮機５５に吸入される。

液冷媒７の層には、多孔管４０下方の油回収穴４ｅが浸漬し、比較的少量の液冷媒が流入する。なお、冷媒循環流量が増加した際の液バック率への影響は、簡単のため、第１返油孔５を例に説明すると、上記式（１）及び式（４）から、（液バック率）∝（ｋ₁ ＋液ヘッド／Ｇ_g ²）^0.5となる。したがって、冷媒循環流量が増加した際の液バック率は減少し、影響はさらに小さくなる傾向がある。

図６（ｃ）に示す条件では、蒸発温度がさらに高くなり、密閉容器１内には冷凍機油のみが滞留する。このような条件のときは、液ヘッドは小さいが、冷媒循環流量が多く、圧縮機５５からの油流出量も多くなる。そして、圧損は流速の２乗に比例して大きくなるため、冷媒循環量が多くなると第１返油孔５と第２返油管６に大きな吸引力が作用し、両方から返油が行なえるようになる。

図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示す条件で、第１返油孔５の孔径をできるだけ小さくし、密閉容器１に滞留する液ヘッドの影響を小さくすれば、第２返油管６で返油を行なうように設計することができる。このようにすれば、図６（ａ）に示す条件での第１返油孔５からの液冷媒流出量を低減できる効果がある。第１返油孔５の孔径は、穴径が小さいと異物による詰まりが発生する可能性が高いことや微細的加工が必要になる場合もあるため、たとえば通常０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の穴径にする。

図６では、蒸発温度によってアキュムレーター１０内の余剰冷媒量が変化する場合を例に説明したが、余剰冷媒量は、圧縮機５５の運転周波数や接続される室内ユニット２００の台数によっても変動する。そのため、油回収穴４を設ける範囲や個数は、最大余剰冷媒高さから密度逆転温度より少し高い蒸発温度（たとえば、密度逆転温度数Ｋ〜１０Ｋ）における最小余剰冷媒高さをカバーする範囲内で決定するとよい。油回収穴４の範囲や個数を最小限に抑えることで、返油能力を確保しつつ、多孔管４０からの液冷媒流入量を抑制することが可能となる。

仮に、油回収穴４を密閉容器１の上部から底面近傍まで多数設けた場合、多孔管４０に流入する液冷媒量が増加する。そうなると、連通孔４ｉの流動圧損（上記式（６）の第２項：ｋ₄Ｇ_mix ² ）が大きくなって、油回収穴４からの返油能力（油流量Ｇ_4C）が低下してしまう。逆に、返油能力を確保するために、連通孔４ｉの径を大きくしたり（ｋ₄ を小さくする）、連通孔４ｉに作用する圧力差（ΔＰ₃ ）を大きくしたりすると、液冷媒の流出量が増大してしまうことになる。

実施の形態１では、図５に示すように、低蒸発温度域で油密度が液冷媒密度より小さくなり、かつ、非相溶性もしくは弱相溶性となる冷凍機油を用いた場合を例に示したが、これに限定するものではない。すなわち、相溶性の冷凍機油でも、低温条件で一時的に油濃度の高い層が油濃度の低い層の上に二層分離する場合（たとえば、冷凍サイクル装置Ａを停止していたような場合）があるため、相溶性の冷凍機油に実施の形態１の特徴事項を適用しても同様の効果が期待できる。

以上のように、実施の形態１に係るアキュムレーター１０によれば、油濃度の高い層と油濃度の低い層とが逆転する場合にも、密閉容器１内の上下空間で各温度条件の滞留状態にマッチした返油を実現することができる。すなわち、実施の形態１に係るアキュムレーター１０によれば、広い運転範囲で液冷媒流出を抑制しながら圧縮機５５への高効率な返油が実現できることになる。したがって、アキュムレーター１０を備えた冷凍サイクル装置Ａによれば、圧縮機５５の摺動部の焼き付き等を高効率で抑制でき、信頼性の高いものとなる。

実施の形態２.
図７は、本発明の実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図８は、実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａの別の断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図７及び図８に基づいて、実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａの特徴事項について説明する。なお、図７及び図８では、アキュムレーター１０Ａ内に液冷媒７と冷凍機油８を貯留している状態を例に示している。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。

実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａは、第１返油孔５に第１返油管９を接続している点、第２返油管６を設けていない点で実施の形態１に係るアキュムレーター１０と相違している。第１返油孔５の径は、この第１返油孔５で返油能力が十分ある場合、密度逆転温度以下の蒸発温度条件では、できるだけ小径化するのが望ましい。しかしながら、第１返油孔５の形成は、微細穴加工が必要となる場合もあり、大量生産には不向きとなることや目詰まりなどが生じる恐れがある。

そこで、アキュムレーター１０Ａでは、第１返油孔５に第１返油管９を接続することで管摩擦による流路抵抗をつけて、第１返油孔５を通常の穴加工としても、液冷媒７の上層に冷凍機油８が分離するときの液冷媒流出量を低減できるようにしている。実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａでは、第１返油管９を設けた状態を例に示したが、第１返油管９の代わりにメッシュフィルターや変形穴など、流路抵抗が大きくなる構造のものであればよく、同様の効果がある。

なお、アキュムレーター１０Ａには、第２返油管６を設けていないが、第２返油管６を設けることを否定するものではなく、第２返油管６を設けた場合でも同様である。また、実施の形態１に係るアキュムレーター１０、及び、実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａでは、第１返油孔５を設けた状態を例に示したが、図８に示すアキュムレーター１０Ａの別の構成例のように第１返油孔５を設けずに、第２返油管６のみを接続させるような構成としてもよい。

実施の形態３.
図９は、本発明の実施の形態３に係るアキュムレーターに設けられる第２返油管６と出口管３との接続部分周辺を模式的に示す拡大縦断面図である。図９に基づいて、実施の形態３に係るアキュムレーターの特徴事項について説明する。なお、実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明するものとする。

実施の形態３に係るアキュムレーターは、第２返油管６を流れる冷凍機油の流量を調整する第２返油孔６ａを出口管３側に設けている点で実施の形態１に係るアキュムレーター１０及び実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａと相違している。実施の形態１に係るアキュムレーター１０及び実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａでは、第２返油管６と出口管３との接続部の開口断面を第２返油管６の流路断面と同程度としていた。それに対し、実施の形態３に係るアキュムレーターでは、第２返油管６を流れる冷凍機油の流量を調整する第２返油孔６ａを出口管３側に設けている。第２返油孔６ａの流路断面は、第２返油管６の流路断面よりも小さく設計されている。

これにより、第２返油管６の長さや第２返油管６の径を変更することなく、冷凍機油の流量調整を行なえるので、部品共通化により、コストを低減できる効果がある。

実施の形態４.
図１０は、本発明の実施の形態４に係るアキュムレーターに設けられる第２返油管６と出口管３との接続部分周辺を模式的に示す拡大縦断面図である。図１０に基づいて、実施の形態４に係るアキュムレーターの特徴事項について説明する。なお、実施の形態４では、実施の形態１〜実施の形態３と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１〜実施の形態３との相違点を中心に説明するものとする。

実施の形態４に係るアキュムレーターは、第２返油管６下端を閉塞し、第２返油管６の側面（下端側の側面）の一部に第３返油孔６ｃを設けている点で実施の形態１〜実施の形態３に係る各アキュムレーターと相違している。実施の形態１に係るアキュムレーター１０及び実施の形態２に係るアキュムレーター１０Ａでは、第２返油管６の下端を開口している。また、実施の形態３に係るアキュムレーターでは、第２返油管６の下端を開口しているとともに、流量調整用の第２返油孔６ａを出口管３に設けている。それに対し、実施の形態４に係るアキュムレーターでは、第２返油管６下端を閉塞し、第２返油管６に第３返油孔６ｃを設けている。第３返油孔６ｃの流路断面は、第２返油管６の流路断面よりも小さい範囲内で設計すれば、第２返油孔６ａと同様の流量調整機能を持たせることができる。

これにより、出口管３に比べて小さな部品である第２返油管６に第３返油孔６ｃを設けるので、組立工程の効率化が図れ、組立コストを低減できる効果がある。また、起動減圧時に第２返油管６内に滞留する冷凍機油に溶け込んでいる冷媒が発泡した場合にも、出口管３に接続する開口部が大きく、発泡ガスが速やかに抜けて、冷凍機油を吸入できるので、圧縮機５５への返油を速やかに行なえる効果がある。なお、第３返油孔６ｃの形成位置を図示している部分に限定するものではない。

実施の形態５.
図１１は、本発明の実施の形態５に係るアキュムレーターに設けられる第２返油管６と出口管３との接続部分周辺を模式的に示す拡大縦断面図である。図１１に基づいて、実施の形態５に係るアキュムレーターの特徴事項について説明する。なお、実施の形態５では、実施の形態１〜実施の形態４と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１〜実施の形態４との相違点を中心に説明するものとする。

実施の形態５に係るアキュムレーターは、第２返油管６の上端部６ｄ（略直角に曲げられた出口管３との連結側端部）を出口管３内に突き出すようにして第２返油管６と出口管３とを接続している点で実施の形態１〜実施の形態４に係る各アキュムレーターと相違している。実施の形態１〜実施の形態４に係る各アキュムレーターでは、第２返油管６の端部と出口管３の側面の一部とを接続するようにしていた。それに対し、実施の形態５に係るアキュムレーターでは、第２返油管６の上端部６ｄを出口管３内に突き出すようにしている。

これにより、第２返油管６の上端部６ｄに圧損が発生し、吸引力が増加することになる。したがって、出口管３の径を縮小したり、第２返油管６の出口管３に接続する位置を吸引力の大きい下流側に変更する（第２返油管６の長さが長くなる）ことなく、第２返油管６からの冷凍機油の流量を増すことができ、部品共通化により、コストを低減できる効果がある。なお、上端部６ｄの出口管３内における突き出し長さを特に限定するものではなく、出口管３の流路断面に応じて設定すればよい。

実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６に係るアキュムレーター１０Ｂの断面構成例を模式的に示す概略縦断面図である。図１２に基づいて、実施の形態６に係るアキュムレーター１０Ｂの特徴事項について説明する。なお、図１２では、アキュムレーター１０Ｂ内に液冷媒７と冷凍機油８を貯留している状態を例に示している。なお、実施の形態６では、実施の形態１〜実施の形態５と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１〜実施の形態５との相違点を中心に説明するものとする。

実施の形態６に係るアキュムレーター１０Ｂは、アキュムレーター１０Ｂ内部の二層分離検知制御手段（図示省略）を設け、第１返油管９及び多孔管４０を密閉容器１外部で出口管３と連結し、密閉容器１とそれぞれの連結部との間に、二層分離検知制御手段により開閉制御される第１開閉弁２１及び第２開閉弁２２を設けている点で実施の形態１〜実施の形態５に係る各アキュムレーターと相違している。

二層分離検知制御手段は、密閉容器１内で冷凍機油８（冷凍機油濃度の高い層）が液冷媒７（冷凍機油濃度の低い層）上層に分離するのを冷媒の温度や圧力により検知する機能を有している。第１開閉弁２１は、二方弁等で構成され、二層分離検知制御手段により開閉が制御されることで、密閉容器１の外部において第１返油管９と出口管３との連結・遮断を実行するものである。第２開閉弁２２は、二方弁等で構成され、二層分離検知制御手段により開閉が制御されることで、密閉容器１の外部において多孔管４０と出口管３との連結・遮断を実行するものである。

アキュムレーター１０Ｂでは、二層分離検知制御手段が、冷凍機油８が液冷媒７の上層に分離していると判断すると、第２開閉弁２２を開放、第１開閉弁２１を閉止するように制御する。一方、二層分離検知制御手段が、冷凍機油と冷媒とが相溶状態であると判断したり、二層分離しても油濃度の高い層が密閉容器底部に滞留していると判断したりすると、第２開閉弁２２を閉止、第１開閉弁２１を開放するように制御する。

このような構成とすることにより、アキュムレーター１０Ｂでは、冷凍機油が液冷媒上層に層分離する低蒸発温度域においては、第１返油管９からの液冷媒流出がなく、多孔管４０からの液冷媒流出のみとなる。また、アキュムレーター１０Ｂでは、相溶状態や二層分離しても油濃度の高い層が密閉容器下層に滞留する条件において、多孔管４０に設けた油回収穴４から液冷媒が流出しない。そのため、圧縮機摺動部の焼き付きなどない信頼性の高い冷凍サイクル装置を得られる効果がある。

１ 密閉容器、２ 入口管、３ 出口管、３ａ 冷媒ガス入口、４ 油回収穴、４ａ 油回収穴、４ｂ 油回収穴、４ｃ 油回収穴、４ｄ 油回収穴、４ｅ 油回収穴、４ｉ 連通孔、５ 第１返油孔、６ 第２返油管、６ａ 第２返油孔、６ｃ 第３返油孔、６ｄ 上端部、７ 液冷媒、８ 冷凍機油、９ 第１返油管、１０ アキュムレーター、１０Ａ アキュムレーター、１０Ｂ アキュムレーター、２１ 第１開閉弁、２２ 第２開閉弁、４０ 多孔管、５２ 四方弁、５２ａ 第１口、５２ｂ 第２口、５２ｃ 第３口、５２ｄ 第４口、５３ 室外熱交換器、５５ 圧縮機、５７ 膨張弁、５９ 室内熱交換器、１００ 室外ユニット、２００ 室内ユニット、Ａ 冷凍サイクル装置。

Claims (18)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器内に開口する入口管と、
   前記密閉容器内に開口する出口管と、
   前記出口管に連結し、前記密閉容器内の底部近傍に開口する第１返油構造と、
   下端部を閉塞し、上下方向に沿って複数個の油回収穴が形成されている多孔管と、
   前記多孔管に形成された最下部の油回収穴の近傍又はこの油回収穴より下流側に設けられ、上記多孔管と上記出口管を連結する連通孔と、を有し、
   前記油回収穴のうち最下部に位置する油回収穴を前記第１返油孔よりも高い位置に形成し、
   前記出口管の開口端部から前記連通孔までの流路を前記多孔管の前記油回収穴から前記連通孔までの流路と独立させている
   ことを特徴とする受液器。
2. 前記第１返油構造は、
   前記出口管に設けたオリフィスである
   ことを特徴とする請求項１に記載の受液器。
3. 前記第１返油構造は、
   前記出口管に連結する返油管である
   ことを特徴とする請求項１に記載の受液器。
4. 上端部を前記出口管と連結し、下端部を前記密閉容器底部近くに開口する第２返油管を設け、
   （第２返油管と出口管との連結部高さ）＞（第１返油構造高さ）としている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の受液器。
5. 前記出口管と前記第２返油管との連結部分に、前記第２返油管を流れる冷凍機油の流量を調整する第２返油孔を設けている
   ことを特徴とする請求項４に記載の受液器。
6. 上端部を前記出口管と連結し、下端部を閉塞し、下端側近傍に前記第２返油管を流れる冷凍機油の流量を調整する第３返油孔を有する第２返油管を設けている
   ことを特徴とする請求項４に記載の受液器。
7. 前記第２返油管の連結側端部を前記出口管内に突き出すように前記出口管と前記第２返油管とを連結している
   ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の受液器。
8. 密閉容器と、
   前記密閉容器内に開口する入口管と、
   前記密閉容器内に開口する出口管と、
   下端部を閉塞し、上下方向に沿って複数個の油回収穴が形成されている多孔管と、
   前記多孔管に形成された最下部の油回収穴の近傍又はこの油回収穴より下流側に設けられ、上記多孔管と上記出口管を連結する連通孔と、
   上端部を前記出口管と連結し、下端部を前記密閉容器底部近くに開口する第２返油管と、を有し、
   前記油回収穴のうち最下部に位置する油回収穴を前記第２返油管の開口高さよりも高い位置に形成し、
   前記出口管の開口端部から前記連通孔までの流路を前記多孔管の前記油回収穴から前記連通孔までの流路と独立させている
   ことを特徴とする受液器。
9. 密閉容器と、
   前記密閉容器内に開口する入口管と、
   前記密閉容器内に開口する出口管と、
   一端を前記密閉容器の外部における前記出口管と連結し、上下方向に沿って複数個の油回収穴が形成されている多孔管と、
   一端を前記密閉容器の外部における前記出口管と連結し、他端を前記密閉容器底部に開口する第１返油管と、を有している
   ことを特徴とする受液器。
10. 前記第１返油管の開口高さより高い位置で上端部を前記出口管と連結し、下端部を前記密閉容器底部近くに開口する第２返油管を設けている
    ことを特徴とする請求項９に記載の受液器。
11. 前記密閉容器の外部における前記第１返油管と前記出口管との接続部分のいずれかに第１開閉弁を設けている
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の受液器。
12. 前記密閉容器の外部における前記多孔管と前記出口管との接続部分のいずれかに第２開閉弁を設けている
    ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の受液器。
13. 前記密閉容器内に滞留する冷凍機油と冷媒の状態を冷媒の圧力及び温度の少なくとも一つで検知して、前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁の開閉を制御する二層分離検知制御手段を設けた
    ことを特徴とする請求項１２に記載の受液器。
14. 前記二層分離検知制御手段は、
    液冷媒の上層に冷凍機油の層があると判断すると、前記第２開閉弁を開放、前記第１開閉弁を閉止し、冷凍機油と冷媒とが相溶状態であると判断したり、液冷媒の下層に冷凍機油の層があると判断したりすると、前記第２開閉弁を閉止、前記第１開閉弁を開放するように制御する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の受液器。
15. 蒸発温度が所定値よりも低くなると油密度が冷媒密度より小さくなり、かつ、非相溶性もしくは弱相溶性となる冷凍機油を使用している
    ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の受液器。
16. 高圧側において超臨界状態となる冷媒を使用している
    ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の受液器。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の受液器、圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び、蒸発器を少なくとも搭載している
    ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
18. 前記受液器がアキュムレーター又はレシーバーである
    ことを特徴とする請求項１７に記載の冷凍サイクル装置。

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