JP2014194313A

JP2014194313A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2014194313A
Application number: JP2013071063A
Authority: JP
Inventors: Akira Okuyama; 亮奥山
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP6064744B2

Abstract

【課題】冷媒配管に流れる冷媒の量を増大させることなく、蒸発器に供給される冷媒の過冷却度を増大させることのできる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】圧縮機２と、放熱器５（１２）と、第１膨張弁７と、第１膨張弁７で減圧された冷媒を気冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器８と、気液分離器８で分離された液冷媒が第１冷媒配管Ａを通して供給される蒸発器１２（５）と、蒸発器１２（５）で吸熱した冷媒を圧縮機２に戻す低圧冷媒配管Ｂと、気液分離器８で分離された気冷媒が第１減圧手段１４を介して低圧冷媒配管Ｂに導かれる気冷媒配管Ｄと、第１冷媒配管Ａから分岐された液冷媒が第２減圧手段１３を介して圧縮機２の吸込口まで導かれる第２冷媒配管Ｃと、気冷媒配管Ｄと第１冷媒配管Ａと第２冷媒配管Ｃとの間で熱交換を行う内部熱交換器９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍サイクル装置に関する。

冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクル装置において、放熱器と膨張弁の間を流れる冷媒の一部を分岐させて二段圧縮機の高圧側の圧縮部に吸入させるいわゆるインジェクション回路を備えたものが知られている（下記特許文献１参照）。
このように構成される冷凍サイクル装置は、インジェクション回路に流れる冷媒を減圧し、蒸発器に供給される冷媒との間で熱交換させることで、該蒸発器に供給される冷媒を冷却して過冷却となるようになっている。

また、冷凍サイクル装置の効率を上げる方法として気液分離器を用いる構成が知られている。気液分離器を、冷凍サイクル内の放熱器と蒸発器との間に設け、液冷媒のみが蒸発器に供給されるように構成する。これにより、蒸発器には熱伝導率の低い気冷媒が流れず、蒸発器内で液冷媒が空気と効率よく熱交換ができるようになる。なお、気液分離器で分離した気冷媒は圧縮機の吸入側に戻すようになっている。

特開２０１１−４７５６７号公報

しかし、特許文献１に示す冷凍サイクル装置は、蒸発器に供給される冷媒の過冷却度を増大させるためには、インジェクション回路の冷媒がより吸熱する必要がある。しかし、インジェクション回路に流れる冷媒の量を増大させると、該蒸発器に供給される冷媒の量が減少してしまう不都合を生じる。
それ故、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、特許文献１のインジェクション回路のように、蒸発器に供給される冷媒の過冷却度を増大させるために、蒸発器に供給される冷媒の一部を取り出して蒸発器に供給される冷媒を冷却した後に圧縮機に戻す冷媒配管に流れる冷媒の量を増大させることがない冷凍サイクル装置を提供することにある。

本発明は、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁で減圧された冷媒を気冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された前記液冷媒を吸熱させる蒸発器と、前記気液分離器で分離された前記液冷媒を前記蒸発器に供給する第１冷媒配管と、前記蒸発器で吸熱した冷媒を前記圧縮機に戻す低圧冷媒配管と、前記気液分離器で分離された前記気冷媒が第１減圧手段を介して前記低圧配管に導かれる気冷媒配管と、前記第１冷媒配管から分岐された前記液冷媒が第２減圧手段を介して前記圧縮機の吸込口まで導かれる第２冷媒配管と、前記気冷媒配管と前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管との間で熱交換を行う内部熱交換器と、前記気冷媒配管に設置され前記気冷媒が前記内部熱交換器を通らないようにバイパスさせるバイパス管と、前記気冷媒配管内の前記気冷媒を前記内部熱交換器および前記バイパス管のうちの少なくとも一方に流す冷媒流路切替手段と、を有することを特徴とする。
（２）本発明の冷凍サイクル装置は、（１）の構成において、前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする。

このように構成した冷凍サイクル装置によれば、蒸発器に供給される冷媒の過冷却度を増大させるために、蒸発器に供給される冷媒の一部を取り出して蒸発器に供給される冷媒を冷却した後に圧縮機に戻す冷媒配管に流れる冷媒の量を増大させることがない。

本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１の冷房時の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の内部熱交換器の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１の暖房時の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１の冷暖房時におけるモリエル図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態２の冷房時の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態２の暖房時の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態２の冷暖房時におけるモリエル図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態３の冷房時の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態３の暖房時の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態３の冷暖房時におけるモリエル図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態４の冷房時の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態４の暖房時の構成を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置の実施形態４の冷暖房時におけるモリエル図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
（実施形態１）
<全体構成>
図１は、本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１の構成を示す図である。図１に示す冷凍サイクル装置１は、四方弁（図中符号４で示す）の切り換えによって、冷房として用いられる態様となっている。

まず、二酸化炭素（ＣＯ_２）からなる冷媒を圧縮する圧縮機２がある。この圧縮機２はいわゆる二段圧縮機となっている。圧縮機２によって圧縮された冷媒は、油分離器３、四方弁４を順次介して、室外熱交換器５に供給されるようになっている。この場合の室外熱交換器５は放熱器として機能し、内部を流れる冷媒が外気と熱交換され、冷媒の熱が放熱されるようになっている。
室外熱交換器５で放熱された冷媒は、４個の逆止弁６ａから構成されるブリッジ回路６を介して膨張弁として機能する第１膨張弁７に供給されるようになっている。第１膨張弁７では、冷媒が中間圧にまで減圧され、気液分離器８に流入されるようになっている。冷房時において、気液分離器８内は中間圧力となっている。
気液分離器８に流入された冷媒は、気液分離器８内で液冷媒と気冷媒とに分離されるようになっている。

気液分離器８によって分離された液冷媒は、ブリッジ回路６を介して第１冷媒配管Ａに導かれるようになっている。第１冷媒配管Ａに導入された冷媒は、内部熱交換器９を介し、さらに、第２膨張弁１０によって減圧され、逆止弁１１ａを介して室内熱交換器１２に供給されるようになっている。この場合の室内熱交換器１２は蒸発器として機能し、内部を流れる冷媒が室内空気と熱交換されて室内空気の熱が吸熱される。室内熱交換器１２で吸熱された冷媒は、四方弁４を介した後に、低圧冷媒配管Ｂを通して圧縮機２の低圧側の圧縮部（以下、低段側）Ｐにある吸込口２１より吸入されるようになっている。
なお、第１冷媒配管Ａには、第２膨張弁１０と逆止弁１１ａの直列体に並列に接続される逆止弁１１ｂが設けられている。この逆止弁１１ｂは、逆止弁１１ａとは逆方向で接続され、暖房時において、逆止弁１１ｂ側に冷媒が流れるようになっている。

また、気液分離器８から第１冷媒配管Ａに導かれた液冷媒の一部は、内部熱交換器９の通過後に、分岐された第２冷媒配管Ｃに導かれ、第２減圧手段１３で減圧され、さらに内部熱交換器９を通過し、圧縮機２の高圧側の圧縮部（以下、高段側）Ｑにある吸込口２２より吸入されるようになっている。内部熱交換器９では、第２冷媒配管Ｃに導かれる冷媒が第１冷媒配管Ａに導かれる冷媒と熱交換されるようになっている。
このような、第２冷媒配管Ｃ、第２減圧手段１３、内部熱交換器９は、いわゆるインジェクション回路と称され、第１冷媒配管Ａを通して蒸発器として機能する室内熱交換器１２に供給される冷媒を内部熱交換器９で冷却し、過冷却度を大きくさせるようになっている。

一方、気液分離器８によって分離された気冷媒は気冷媒配管Ｄに導かれるようになっている。気冷媒配管Ｄに導かれた気冷媒は、第１減圧手段１４で減圧され、内部熱交換器９の通過後に、前記低圧冷媒配管Ｂに合流し圧縮機２の低段側Ｐにある吸込口２１より吸入されるようになっている。

また、気冷媒配管Ｄには、内部熱交換器９を通過した部分に設けられた第１開閉弁１５と、内部熱交換器９を通過する手前の部分と第１開閉弁１５を通過した部分の間に形成されるバイパス管Ｅに設けられた第２開閉弁１６が備えられている。図１では、たとえば、第１開閉弁１５が開放され、第２開閉弁１６が全閉となっている。ここで、この明細書では、第１開閉弁１５および第２開閉弁１６より、冷媒流路切替手段が構成される。

なお、図１に示す内部熱交換器９における第１冷媒配管Ａ、第２冷媒配管Ｃ、および気冷媒配管Ｄの配置関係は、他の部材の位置関係から便宜的に示したものである。しかし、各配管を軸方向から観た図２（ａ）に示すように、第１冷媒配管Ａを中心にし、第２冷媒配管Ｃを一方の側に、気冷媒配管Ｄを第２冷媒配管Ｃと反対側となる他方の側に、配置させることが好ましい。なお、図２（ｂ）に示すように、第１冷媒配管Ａと第２冷媒配管Ｃとの間に内部熱交換器９Ａを構成し、第１冷媒配管Ａと気冷媒配管Ｄとの間に内部熱交換器９Ｂを構成しても良い。また、第１冷媒配管Ａに流れる冷媒の方向と気冷媒配管Ｄに流れる冷媒の方向は同方向としたものであるが、これに限定されることはなく、逆方向であってもよいことはもちろんである。

図３は、四方弁４の切り換えによって、暖房として用いられる冷凍サイクル装置１の構成を示した図である。
圧縮機２によって圧縮された冷媒は、油分離器３、四方弁４を順次介して、室内熱交換器１２に供給されるようになっている。この場合の室内熱交換器１２は放熱器として機能し、室内空気と熱交換して放熱がなさるようになっている。
室内熱交換器１２からの冷媒は、逆止弁１１ｂを介して第１冷媒配管Ａに導かれ、内部熱交換器９を通り、ブリッジ回路６、第１膨張弁７を介して気液分離器８に至るようになっている。暖房時において、気液分離器８内はほぼ蒸発圧力になっている。

また、室内熱交換器１２から第１冷媒配管Ａに導かれる冷媒の一部は、内部熱交換器９の手前で、インジェクション回路に導かれるようになっている。すなわち、該冷媒は、第２冷媒配管Ｃに分岐され、第２減圧手段１３で減圧され、さらに内部熱交換器９を通過することにより、熱交換し、圧縮機２の高段側Ｑにある吸込口２２より吸入されるようになっている。内部熱交換器９では、第２冷媒配管Ｃに導かれる冷媒が第１冷媒配管Ａに導かれる冷媒と熱交換されるようになっている。

気液分離器８によって分離された液冷媒は、ブリッジ回路６を介して、室外熱交換器５に供給されるようになっている。この場合の室外熱交換器５は蒸発器として機能し、外気と熱交換して吸熱される。室外熱交換器５からの冷媒は、四方弁４を介した後に、低圧冷媒配管Ｂを通して圧縮機２の低段側Ｐにある吸込口２１より吸入されるようになっている。

一方、気液分離器８によって分離された気冷媒は、ほぼ全開となる第１減圧手段１４を通過して気冷媒配管Ｄに導かれるようになっている。この場合、バイパス管Ｅに設けられた第２開閉弁１６は開放され、冷媒は、バイパス管Ｅを通して、低圧冷媒配管Ｂに合流し圧縮機２の低段側Ｐにある吸込口２１より吸入されるようになっている。
なお、この場合、第１開閉弁１５は、たとえば全閉となっており、気液分離器８からの気冷媒は、内部熱交換器９を通過しないようになっている。

<動作>
次に、上述した冷凍サイクル装置の動作を、図４（ａ）、（ｂ）に示すモリエル図を参照しながら説明する。モリエル図は、横軸にエンタルピー（ｈ）をとり、縦軸に圧力（ｐ）をとっている。

まず、図１および図４（ａ）を用いて、冷房時の動作について説明する。この場合、以下の説明中、符号が付された状態は、図４（ａ）の同符号の位置にある状態を示すものとする。すなわち、以下の説明のたとえば状態１は、図４（ａ）の１に示す位置のエンタルピー（ｈ）と圧力（ｐ）を示すことになる。

図１および図４（ａ）に示すように、状態１の冷媒は圧縮機２の低段側（図１中Ｐで示す）に吸入され、吸入され圧縮された状態２の冷媒は気冷媒配管Ｄから流入した冷媒と混合され状態３となる。そして、状態３の冷媒は圧縮機２の高段側（図１中Ｑで示す）で圧縮され状態４となる。
状態４の冷媒は、油分離器３、四方弁４を介して、状態５となって室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５は放熱器として機能するようになる。室外熱交換器５内では、冷媒が外気と熱交換しながら状態６になる。
室外熱交換器５で放熱された冷媒は、ブリッジ回路６を介して、第１膨張弁７に流入する。第１膨張弁７で中間圧に減圧された冷媒は状態７となって気液分離器８に流入する。気液分離器８では、状態８の液冷媒と状態８’の気冷媒に分離される。

気液分離器８で分離された液冷媒は、ブリッジ回路６を介して第１冷媒配管Ａに導入され、内部熱交換器９に流入される。内部熱交換器９内の液冷媒は冷却されて状態９となる。この状態９の過冷却液冷媒の一部は、分岐された第２冷媒配管Ｃに導入され、第２減圧手段１３で減圧され状態１１となった後に、内部熱交換器９に流入する。残りの冷媒は第２膨張弁１０にて状態９から状態１０まで減圧されて室内熱交換器１２に流入する。室内熱交換器１２は蒸発器として機能するようになる。

気液分離器８で分離された状態８’の気冷媒は、第１減圧手段１４によって状態１２となって内部熱交換器９に流入する。
内部熱交換器９では、状態８と状態９の間の冷媒と、第２冷媒配管Ｃ内の状態１１と状態３の間の冷媒と、状態１２と状態１の間の冷媒と、の熱交換が行われる。これにより、必要な過冷却度を何度にするかで第２冷媒配管Ｃに流れる冷媒と気冷媒配管Ｄを流れる冷媒流量を調整できるようになる。
この場合、気冷媒配管Ｄでは第１開閉弁１５を開、第２開閉弁１６を閉としている。しかし、第１開閉弁１５、第２開閉弁１６を流量調整弁としてバイパス管Ｅと内部熱交換器９を通過する冷媒の流量の割合を調整するようにしてもよいことはもちろんである。

このようにすることで、第２冷媒配管Ｃと気冷媒配管Ｄに流れる冷媒により内部熱交換器９の高圧側に流れる冷媒の熱が吸収されることで、蒸発器に供給される冷媒の過冷却度を大きくでき、かつ第２減圧手段１３と第１減圧手段１４で第２冷媒配管Ｃと気冷媒配管Ｄに流れる冷媒の流量を調整することで室内熱交換器１２への必要な冷媒流量を確保することができるようになる。この場合、第２冷媒配管Ｃの分岐により必要な冷媒流量が当然減少していくが、必要冷房能力に見合うように質量流量をたとえば圧縮機２で適宜制御していく。内部熱交換器９の第１冷媒配管（主回路）Ａ側は臨界圧未満の状態である。
また、過冷却度をそれほど取る必要がない場合には、気冷媒配管Ｄの第１開閉弁１５を全閉にして第２開閉弁１６を開放して、冷媒をバイパス管Ｅへ迂回させるようにすればよい。

ここで、本実施例の冷凍サイクル装置において二酸化炭素を冷媒とした場合とＲ４１０Ａを冷媒とした場合について、室外温度が３５℃、室内温度が２７℃、定格冷房能力が１４ｋＷの運転条件でシミュレーションした結果を比較する。二酸化炭素を冷媒とした場合では、従来の冷凍サイクル装置のＣＯＰが約２．３に対し本実施例の冷凍サイクル装置のＣＯＰは約２．７と約２０％良くなる。一方、Ｒ４１０Ａを冷媒とした場合、従来の冷凍サイクル装置のＣＯＰが約４．０に対し本実施例の冷凍サイクル装置のＣＯＰは約３．３と約１８％悪くなる。これは二酸化炭素冷媒では外気温度に左右され易い遷臨界サイクルで運転するため、過冷却をとる運転は効果が得られ易く、また本実施例による冷凍サイクル装置の内部熱交換器で同程度の過冷却度をとった場合に得られる冷凍効果の増分が二酸化炭素の場合の方がＲ４１０Ａの場合よりも大きいためである。よって、本実施例の冷凍サイクル装置は、二酸化炭素を冷媒とした時に効果を発揮する。更には、二酸化炭素冷媒での本実施例による冷凍サイクル装置では必要な冷媒流量も減少して圧縮機動力も低減できる。一方、本実施例の冷凍サイクル装置でＲ４１０Ａを用いた場合には定格出力に対して冷媒流量が増大するため、二酸化炭素冷媒の場合と逆の結果となる。

次に、図３および図４（ｂ）を用いて、暖房時の動作について説明する。
図３および図４（ｂ）に示すように、状態１の冷媒は圧縮機２の低段側（図１中Ｐで示す）に吸入され、吸入され圧縮された状態２の冷媒は気冷媒配管Ｄから流入した冷媒と混合され状態３となる。そして、状態３の冷媒は圧縮機２の高段側（図１中Ｑで示す）で圧縮され状態４となる。
状態４の冷媒は、油分離器３、四方弁４を介して、状態５となって室内熱交換器１２に流入する。室内熱交換器１２は放熱器として機能するようになる。室内熱交換器１２内では、冷媒が室内空気と熱交換しながら状態６になる。

室内熱交換器１２で放熱された状態６の冷媒は、逆止弁１１ｂを介して内部熱交換器９に至り、内部熱交換器９により冷却されて状態６’になる。
室内熱交換器１２から一部分岐されて第２冷媒配管Ｃに流入し、第２減圧手段１３にて減圧され状態９に至った冷媒は内部熱交換器９に流入する。残りの過冷却液冷媒は、ブリッジ回路６を介し、第１膨張弁７にて減圧された状態７で気液分離器８に流入する。気液分離器８では状態８の液冷媒と状態８’の気冷媒に分離される。

気液分離器８で分離された液冷媒は、ブリッジ回路６を介して、室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５は、蒸発器として機能し、外気と熱交換して吸熱し、その後、四方弁４を介して圧縮機２の低段側Ｐに吸入される。
気液分離器８で分離された気冷媒は、ほぼ全開の第１減圧手段１４を通過した後、全開にされた第２開閉弁１６を有するバイパス管Ｅに迂回され、圧縮機２の低段側Ｐに吸入される。
ここで、基本的には内部熱交換器９で状態６から状態６’となるように、第２冷媒配管Ｃの状態９から状態３の間の冷媒で熱交換させて冷却して過冷却となる。さらにこれに加えて、気液分離器８における気液分離の割合を調整する際にバイパス管の第２開閉弁１６を全閉にして、第１開閉弁１５を全開にして内部熱交換器９に流入させてもよい。

また、気液分離の割合を調整するために第１開閉弁１５及び第２開閉弁１６を流量調節弁に替えて内部熱交換器９に流れる冷媒流量とバイパス管Ｅを流れる冷媒流量を調整してもよい。暖房時は外気温度が低いため、暖房対象の空間（室内）温度も低い。したがって、放熱器として機能する室内熱交換器１２の過冷却度を必要以上にとらなくてもよいことから、内部熱交換器９へ気冷媒を通過させる必要はない。ここで内部熱交換器９の第１冷媒配管（主回路）Ａ側は臨界圧を超えた状態（超臨界状態）である。

ここで、本実施例の冷凍サイクル装置において二酸化炭素を冷媒とした場合とＲ４１０Ａを冷媒とした場合について、室外温度が７．０℃、室内温度が２０℃、定格暖房能力が１６ｋＷの運転条件でシミュレーションした結果を比較する。二酸化炭素を冷媒とした場合、従来の冷凍サイクル装置のＣＯＰが約２．７に対し本実施例の冷凍サイクル装置のＣＯＰは約３．５と約３０％良くなる。一方、Ｒ４１０Ａを冷媒とした場合、従来の冷凍サイクル装置と本実施例の冷凍サイクル装置のＣＯＰは約３．５とほぼ同じである。これは二酸化炭素冷媒での本実施例による冷凍サイクル装置では各段の圧縮比が、Ｒ４１０Ａでの本実施例による冷凍サイクル装置の各段の圧縮比よりも小さくできる上に定格出力に対する必要な冷媒流量も低減したことにより二酸化炭素冷媒の場合の圧縮機動力の合計が同冷媒での従来の冷凍サイクル装置よりも小さくなるからである。よって、本実施例の冷凍サイクル装置は、二酸化炭素を冷媒とした時に効果を発揮する。一方、Ｒ４１０Ａで本実施例の冷凍サイクル装置を採用した場合、定格出力に対して必要な冷媒流量が従来の冷凍サイクル装置とほとんど変わらないため効果は得られていない。

以上説明したことから明らかとなるように、実施形態１による冷凍サイクル装置によれば、第２冷媒配管に流れる冷媒の量を抑制させ、蒸発器に供給される冷媒の過冷却度を増大させることができるようになる。
また、冷房時において蒸発器に供給される冷媒の流量を確保すると共に、内部熱交換器によって蒸発器に供給される直前の冷媒をより冷却することができるため、圧縮機での消費電力量を低減させることができる。
また、暖房時においても過冷却制御で任意の過冷却度をとることにより気液分離器における気液の割合を調整して蒸発器に液冷媒を供給することができる。適切な量の液冷媒を蒸発器に供給することで流路が分岐しているような蒸発器の場合に各パス（流路）への分岐が容易になり、パスバランスが良くなることで蒸発器での圧力損失の低減と性能向上にもつながる。
さらに、内部熱交換器で第２冷媒配管インジェクション回路と連通する熱交換部に加え、気冷媒配管と連通する熱交換部を有するため過冷却度の細かい制御ができるという効果を奏する。

（実施形態２）
図５、図６は、本発明の冷凍サイクル装置の実施形態２の構成を示す図である。図５は、冷房として用いられる態様を示し、図１と同じ構成には同じ番号を付与している。また、図６は、暖房として用いられる態様を示し、図３と同じ構成には同じ番号を付与している。

図５、図６において、図１、図３の場合の構成と比較した場合、圧縮機２はいわゆる単段圧縮の構成となっている点が異なる。また、内部熱交換器９からの第２冷媒配管Ｃは、圧縮機２の吸込口２１に接続される低圧冷媒配管Ｂに接続される構成となっている点も異なる。
このような構成の冷凍サイクル装置において、図７（ａ）は冷房時の、図７（ｂ）は暖房時のモリエル図である。

図７（ａ）に示すように、冷房時には、まず、状態１の冷媒は圧縮機２の吸込口２１より吸入され、吸入され圧縮された状態２の冷媒は、吐出され状態３となって、室外熱交換器５に流入し、外気と熱交換しながら状態４になる。室外熱交換器５からの冷媒は、ブリッジ回路６を介して第１膨張弁７に至り、該第１膨張弁７で中間圧に減圧されて状態５となって気液分離器８に流入する。気液分離器８内では、状態６の液冷媒と状態６’の気冷媒に分離される。
液冷媒は、状態６から冷却されて状態７に至り、状態７で一部冷媒が分岐し第２冷媒配管Ｃに流入し、第２減圧手段１３で圧縮機２の低段側の圧力とほぼ等しく減圧され、内部熱交換器９を通過し圧縮機２へ吸入される。

残りの液冷媒は第２膨張弁１０で減圧され、状態８に至り、室内熱交換器１２へ流入し室内空気と熱交換して圧縮機２に戻る。
また、気液分離器８で分離された気冷媒は、状態６’から第１減圧手段１４で圧縮機２の低段側の圧力とほぼ等しく減圧されて状態９になり、内部熱交換器９を通過して圧縮機２へ吸入される。
図７（ｂ）に示すように、暖房時には、圧縮機２の吸込口２１より、状態１で吸入された冷媒が圧縮されて状態２となり、その吐出した冷媒が状態３で室内熱交換器１２に流入して室内空気と熱交換しながら状態４になって室内熱交換器１２を出る。状態４の冷媒は一部分岐されて第２冷媒配管Ｃに流入し、第２減圧手段１３で圧縮機２の吸込口２１の圧力にほぼ等しく減圧される。その後、冷媒は内部熱交換器９を通って圧縮機２の吸込口２１へ至る。冷媒は、状態４から内部熱交換器９によって状態５まで冷却されて過冷却となり、第１膨張弁７にて減圧し状態６となって気液分離器８に流入する。気液分離器８内では、状態７の液冷媒と状態７’の気冷媒に分離される。

状態７の液冷媒はそのまま室外熱交換器５に流入し、状態７’の気冷媒はそのまま圧縮機２の吸込口２１へ吸入される。その際には、実施形態１で示したように、第１開閉弁１５と第２開閉弁１６はそれぞれ閉、開とするが、第１開閉弁１５と第２開閉弁１６を流量調整弁に替えて流量の割合を調整するようにしてもよい。実施形態２による冷凍サイクル装置によれば、冷房時において、圧縮機２が単段圧縮機であっても、実施形態１と同様に、蒸発器に供給される冷媒の流量を確保すると共に、内部熱交換器９によって蒸発器に供給される直前の冷媒をより冷却することができるため、圧縮機での消費電力量を低減させることができる。
また、暖房時においても過冷却制御で任意の過冷却度をとることにより気液分離器８における気液の割合を調整して蒸発器に液冷媒を供給することができる。適切な量の液冷媒を蒸発器に供給することで流路が分岐しているような蒸発器の場合に各パス（流路）への分岐が容易になり、パスバランスが良くなることで蒸発器での圧力損失の低減と性能向上にもつながる。

（実施形態３）
図８、図９は、本発明の冷凍サイクル装置の実施形態３の構成を示す図である。図８は、冷房として用いられる態様を示し、図１と同じ構成には同じ番号を付与している。また、図９は、暖房として用いられる態様を示し、図３と同じ構成には同じ番号を付与している。

図８、図９において、図１、図３の場合と比較した場合、第１冷媒配管Ａに対する第２冷媒配管Ｃの分岐部が、冷房時に内部熱交換器９の冷媒流入側に配されている点が異なっている。この構成により、内部熱交換器９の高圧側に流れる冷媒流量が蒸発器に流れる冷媒流量と同じ流量であり、図１、図３の冷凍サイクルよりも内部熱交換器９の高圧側に流れる冷媒流量よりも少ないため、図１、図３の冷凍サイクルよりも内部熱交換器９の高圧側に流れる冷媒を冷却する効果を大きくすることができる。
このような構成の冷凍サイクル装置において、図１０（ａ）は冷房時の、図１０（ｂ）は暖房時のモリエル図である。

この場合、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、冷房時において、状態８の冷媒が第２冷媒配管Ｃに分岐された後に状態９まで冷却され過冷却となるようになっている。
暖房時では逆に内部熱交換器９の冷媒流出側に分岐点が配されるようになるため、状態６の冷媒が第２冷媒配管Ｃに分岐するようになっている。

（実施形態４）
図１１、図１２は、本発明の冷凍サイクル装置の実施形態４の構成を示す図である。図１１は、冷房として用いられる態様を示し、図５と同じ構成には同じ番号を付与している。また、図１２は、暖房として用いられる態様を示し、図６と同じ構成には同じ番号を付与している。

図１１、図１２において、図５、図６の場合と比較した場合、第１冷媒配管Ａに対する第２冷媒配管Ｃ分岐部が、内部熱交換器９の冷媒流入側に配されている点が異なっている。実施形態３と同様に、内部熱交換器９の高圧側に流れる冷媒を冷却する効果を大きくすることができる。
このような構成の冷凍サイクル装置において、図１３（ａ）は冷房時の、図１３（ｂ）は暖房時のモリエル図である。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１……冷凍サイクル装置、
２……圧縮機、
３……油分離器、
４……四方弁、
５……室外熱交換器、
６……ブリッジ回路、６ａ……逆止弁、
７……第１膨張弁
１０……第２膨張弁
１３……第２減圧手段
１４……第１減圧手段、
８……気液分離器、
９……内部熱交換器、
１１ａ、１１ｂ……逆止弁、
１２……室内熱交換器、
１５……第１開閉弁、
１６……第２開閉弁、
Ａ……第１冷媒配管、
Ｂ……低圧冷媒配管、
Ｃ……第２冷媒配管、
Ｄ……気冷媒配管、
Ｅ……バイパス管。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱された冷媒を減圧する膨張弁と、
前記膨張弁で減圧された冷媒を気冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離された前記液冷媒を吸熱させる蒸発器と、
前記気液分離器で分離された前記液冷媒を前記蒸発器に供給させる第１冷媒配管と、
前記蒸発器で吸熱した冷媒を前記圧縮機に戻す低圧冷媒配管と、
前記気液分離器で分離された前記気冷媒が第１減圧手段を介して前記低圧冷媒配管に導かれる気冷媒配管と、
前記第１冷媒配管から分岐された前記液冷媒が第２減圧手段を介して前記圧縮機の吸込口まで導かれる第２冷媒配管と、
前記気冷媒配管と前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管との間で熱交換を行う内部熱交換器と、
前記気冷媒配管に設置され前記気冷媒が前記内部熱交換器を通らないようにバイパスさせるバイパス管と、
前記気冷媒配管内の前記気冷媒を前記内部熱交換器および前記バイパス管のうちの少なくとも一方に流す冷媒流路切替手段と、
を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。