JP2015094520A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器における分配特性を改善することができる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１と、冷媒に放熱させて冷媒を凝縮させる凝縮器４と、凝縮された冷媒を減圧させる膨張弁１１と、冷媒に吸熱させて冷媒を蒸発させる複数の伝熱管及び流入した冷媒を伝熱管に分配する流入側ヘッダー１３とを有する蒸発器１４とを配管接続して冷媒回路を構成し、凝縮器４と蒸発器１４との間に設置され、冷媒回路から冷媒を分岐し、分岐した冷媒を圧縮機１の熱で加熱させて冷媒回路に戻す分岐配管７及び分岐配管７を通過させる冷媒流量を調整するバルブ８を有する分岐回路１００を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍サイクル装置に係るものである。特に冷媒を分配するヘッダーを有する蒸発器を備える冷凍サイクル装置に関するものである。

例えば、冷凍サイクルを利用する冷凍サイクル装置は、基本的に、圧縮機、凝縮器、膨張弁（減圧装置）及び蒸発器を冷媒配管で接続し、冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。冷凍サイクル装置において、凝縮器で凝縮された液体状の冷媒（液冷媒）は、膨張弁によって減圧され、気体（ガス）状の冷媒（ガス冷媒、冷媒蒸気）と液冷媒とが混在する気液二相状態となって蒸発器に流入する。気液二相状態の冷媒で蒸発器に流入すると、例えば熱交換器における分配特性が悪化する、などに起因して冷凍サイクル装置のエネルギー効率が低下する。

そこで、従来の蒸発器では、伝熱管等に冷媒を分配するヘッダー内への枝管突出し量、ヘッダー内部の仕切り板、噴出孔の設置等、ヘッダー内部の構造を調整して、分配特性を改善させるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２０３２８６号公報（図１）

しかし、ヘッダー内部の構造を調整しても、分配特性があまり改善されない、熱交換器の冷媒流入口に多大な圧力損失が発生する等の問題点があった。しかも、冷媒流量（冷媒量）の多い運転条件に合わせてヘッダーの構造を調整すると、冷媒流量の少ない運転条件では分配特性がさらに悪化する。

そこで、本発明では、蒸発器における分配特性を改善することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、冷媒に放熱させて冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧させる減圧装置と、冷媒に吸熱させて冷媒を蒸発させる複数の伝熱管及び流入した冷媒を伝熱管に分配する流入側ヘッダーを少なくとも有する蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、凝縮器と減圧装置との間又は減圧装置と蒸発器との間に設置され、冷媒回路から冷媒を分岐し、分岐した冷媒を圧縮機の熱で加熱させて冷媒回路に戻す分岐配管及び分岐配管を通過させる冷媒流量を調整する流量調整装置を有する分岐回路を備えるものである。

本発明によれば、分岐配管を通過した冷媒を圧縮機の熱で加熱することで、蒸発器に流入する気液二相状態の冷媒において、ガス冷媒の量を多くすることができるので、例えば冷媒流量の少ない運転においても、蒸発器における分配特性を改善することができる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その１）を示す図である。 蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その２）を示す図である。 蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その３）を示す図である。 蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その４）を示す図である。 蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その５）を示す図である。 熱交換部９の一例を示す図である。 熱交換部９の別の一例（その１）を示す図である。 熱交換部９の別の一例（その２）を示す図である。 熱交換部９の別の一例（その３）を示す図である。 実施の形態１の冷凍サイクル装置に係るモリエル線図を示す図である。 本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成の別例を示す図である。 本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の別の構成（その１）を示す図である。 本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の別の構成（その２）を示す図である。 本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の別の構成（その３）を示す図である。 本発明の実施の形態５における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

以下、発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置等について図面等を参照しながら説明する。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。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。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、図における上方を「上側」とし、下方を「下側」として説明する。そして、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。ここで、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。実施の形態１の冷凍サイクル装置は、圧縮機１、凝縮器４、膨張弁１１及び蒸発器１４を配管接続し、主となる冷媒回路を構成している。また、本実施の形態では、凝縮器４と膨張弁１１との間に分岐回路１００を有している。ここで、本実施の形態において、凝縮器流入側配管２は、圧縮機１の吐出側と凝縮器４とを接続する配管である。また、凝縮器出口側配管６は、凝縮器４と分岐回路１００とを接続する配管である。さらに、膨張弁吸入側配管１０は、分岐回路１００と膨張弁１１とを接続する配管である。また、蒸発器流入側配管１２は、膨張弁１１と蒸発器１４とを接続する配管である。そして、圧縮機吸入側配管１６は、蒸発器１４と圧縮機１の吸入側とを接続する配管である。

圧縮機１は、低温低圧の冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出する。特に限定するものではないが、例えば回転数を変化させ容量制御可能なインバータ回路を有する圧縮機等で構成する。また、凝縮器４は、流入側ヘッダー３、伝熱管、フィン等で構成する凝縮側熱交換部４Ａ及び合流ヘッダー５を有する。例えば空気と、凝縮側熱交換部４Ａの伝熱管を通過する冷媒とを熱交換することで、冷媒に放熱等させて冷媒を凝縮液化する。さらに、減圧装置（絞り装置）となる膨張弁１１は、冷媒を減圧して膨張させる。そして、蒸発器１４は、流入側ヘッダー１３、伝熱管、フィン等で構成する蒸発側熱交換部１４Ａ及び流出側合流器１５を有する。例えば空気と、蒸発側熱交換部１４Ａの伝熱管を通過する冷媒とを熱交換することで、冷媒に吸熱等させて冷媒を蒸発ガス化する。

図２は蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その１）を示す図である。ここでは蒸発器１４の流入側ヘッダー１３について説明するが、凝縮器４の流入側ヘッダー３も同様であってもよい。蒸発器１４の流入側ヘッダー１３は、主管１３Ａと枝管１３Ｂとを有する垂直ヘッダーである。主管１３Ａに流入した冷媒を、主管１３Ａにおける冷媒通過方向と垂直となる方向に接続した複数の枝管１３Ｂに分配する。図２においては、主管１３Ａは重力方向に沿って配置されている。図２の流入側ヘッダー１３内においては、冷媒は、主管１３Ａを鉛直上向き方向（重力方向）に、上昇流で流れて各枝管１３Ｂに分流し、枝管１３Ｂでは垂直方向（水平方向）に流れる。

図３は蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その２）を示す図である。主管１３Ａと各枝管１３Ｂとの接続関係は図２の流入側ヘッダー１３と同じである。図３では、主管１３Ａが重力方向に対して垂直となる方向に沿って配置されており、枝管１３Ｂが主管１３Ａに対して鉛直上向き方向に配置されている。図３の流入側ヘッダー１３内において、冷媒は、主管１３Ａの内部を水平流として流れて各枝管１３Ｂに分流し、枝管１３Ｂでは鉛直上向き方向に流れる。

図４は蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その３）を示す図である。主管１３Ａと各枝管１３Ｂとの接続関係は図２の流入側ヘッダー１３と同じである。図４では、主管１３Ａが重力方向に対して垂直となる方向に沿って配置されており、枝管１３Ｂが主管１３Ａに対して鉛直下向き方向（重力方向と反対方向）に配置されている。図４の流入側ヘッダー１３内においては、冷媒は、主管１３Ａの内部を水平流として流れて各枝管１３Ｂに分流し、枝管１３Ｂでは鉛直下向き方向に流れる。

図５は蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その４）を示す図である。主管１３Ａと各枝管１３Ｂとの接続関係は図２の流入側ヘッダー１３と同じである。図５では、主管１３Ａが重力方向に対して傾斜して配置されている。各枝管１３Ｂは主管１３Ａに対して垂直方向に接続しているため、各枝管１３Ｂも傾斜して配置されていることになる。図５の流入側ヘッダー１３内においては、冷媒は、主管１３Ａの内部を上昇流として流れて各枝管１３Ｂに分流し、枝管１３Ｂでは主管１３Ａに対して垂直方向に流れる。

図６は蒸発器１４の流入側ヘッダー１３の配置例（その５）を示す図である。主管１３Ａと各枝管１３Ｂとの接続関係は図２の流入側ヘッダー１３と同じである。図６では、主管１３Ａ及び各枝管１３Ｂが重力方向に対して垂直となる方向に沿って配置されている。図６の流入側ヘッダー１３内においては、冷媒は、主管１３Ａの内部を水平流として流れて各枝管１３Ｂに分流し、枝管１３Ｂでも水平流として流れる。

本実施の形態の分岐回路１００は分岐配管７、バルブ８及び熱交換部９を有している。分岐配管７は、主となる冷媒回路を流れる冷媒の一部を分岐する。本実施の形態では、凝縮器４を通過した冷媒の一部が分岐配管７を流れる。バルブ８は、分岐配管７を流れる冷媒流量を調整する流量調整装置である。ここで、バルブ８の開度については、後述するようにコントローラ１７が制御する。また、本実施の形態では、分岐配管７の一部が熱交換部９として機能する。熱交換部９は、分岐配管７を流れる冷媒と圧縮機１とが熱交換する部分である。

図７は熱交換部９の一例を示す図である。圧縮機１の形状は円筒状のものが多い。圧縮機１の周囲に沿わせ、分岐配管７の一部を螺旋状に圧縮機１に巻き付けて密着して接触させるようにし、熱交換を行うようにする。

図８は熱交換部９の別の一例（その１）を示す図である。図８に示すように、圧縮機１と分岐配管７との間に、例えば、熱伝導グリース、セメント等のような熱伝導率のよい熱伝導物質３２を流してコーティングする（固定する）ようにし、密着性を高めるようにしてもよい。

図９は熱交換部９の別の一例（その２）を示す図である。例えば、図９に示すように、例えば、銅、アルミニウム、蓄熱材等のような熱伝導率及び熱容量の大きな伝熱板３１で圧縮機１の全体又は一部を囲む。そして、分岐配管７を伝熱板３１に沿わせるように巻き付ける。圧縮機１の排熱を伝熱板３１に移動させ、伝熱板３１を介して分岐配管７に熱を与えるようにすることで、分岐配管７における熱交換部９となる部分の面積を増やすことができるので、圧縮機１に直接分岐配管７を沿わせるよりも伝熱面積を増やすことができる。

図１０は熱交換部９の別の一例（その３）を示す図である。また、その他にも、例えば、図１０に示すように、圧縮機１に分岐配管７を巻き付け、さらにその外側に断熱材３３の層を設けることで、圧縮機１の熱を、無駄なく分岐配管７を流れる冷媒に伝えることができる。

コントローラ１７は、前述したように、バルブ８の開度を適切に調整し、分岐配管７を通過する冷媒流量を調整する。コントローラ１７は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を中心とする演算制御装置、記憶装置等を有するマイクロコンピュータ等の制御装置である。ここで、コントローラ１７は、圧縮機１の回転数とバルブ８の開度との関係を例えばテーブル形式のデータとして記憶装置に記憶している。そして、実運転時には、圧縮機１を駆動するインバータ回路の周波数に基づいて圧縮機１の回転数を求め、対応するバルブ８の開度に調整する。バルブ８の開度を適切に調整することで、蒸発器１４に流入するガス冷媒の流量を調整し、気液二相状態の冷媒における液冷媒とガス冷媒との割合を調整する。

ここで、圧縮機１の回転数と適切なバルブ８の開度との関係を決定する際、回転数に応じた圧縮機１の排熱量をデータとして参考にすることで、圧縮機１の排熱分のみを熱交換部９において熱交換させることが可能になる。熱交換部９によって圧縮機１の排熱を受け取った（吸熱した）冷媒は、バルブ８を通過した冷媒と合流する。合流した冷媒は膨張弁１１を通過することで、低温低圧の気液二相状態の冷媒になり、蒸発器１４に流入する。

ここで、圧縮機１の排熱のみでは、蒸発器１４の流入側ヘッダー１３に流入するガス冷媒の流量を増加させるだけの熱を補えない場合には、分岐配管７を通過する冷媒流量を増やし、排熱以上の熱を圧縮機１から受けるようにしてもよい。この場合、圧縮機１から吐出する冷媒の温度（凝縮器４に流入する冷媒の温度）が下がり、凝縮器４において要求される熱交換が十分に行われない可能性があるが、これは圧縮機１の回転数を上げることで補うことができる。

また、特別なケースとして、冷媒流量の多い運転条件の場合には、蒸発器１４の流入側ヘッダー１３に流入するガス冷媒の流量を増加させる必要がないため、分岐配管７に冷媒を通過させて圧縮機１と熱交換させる必要がない。このような場合には、バルブ８を全開にすることで、分岐配管７を通過する冷媒を限りなく少なくするようにする。ここで、本実施の形態では、コントローラ１７によって開度制御を行うバルブ８を用いているが、単純な開閉動作を行うタイプのバルブ（開閉弁）を使用することもできる。例えば、冷凍サイクル装置が空気調和装置の場合、冷房運転又は暖房運転かどうか、圧縮機１の回転数、動作条件、周囲温度等のデータに基づいて、これらのいずれかの条件又は、これらのデータ等から導かれる計算値等がある値を超えた場合等に開閉動作を行うようにする。そして、全ての冷媒をバイパス回路に流す又は流さないようにすることで、気液二相状態の冷媒におけるガス冷媒について所望する流量（割合）を得るようにすることもできる。バルブ８を開閉弁にすることで、弁開度を複雑に変化させる必要がなくなるため、構成が簡単になり、コスト低減、信頼性向上等をはかることができる。

以上のような冷媒回路を構成することによって、圧縮機１の排熱を利用して、蒸発器１４の流入側ヘッダー１３に流入する気液二相状態の冷媒において、ガス冷媒の流量を増加させることができる。これによって、冷媒流量が少ない運転条件であっても、ガス冷媒の流量を増加することで、流速が増加し、流入側ヘッダー１３における冷媒分配を改善させることができる。流入側ヘッダー１３（蒸発器１４）の配置が、図２〜図６のいずれの配置であってもガス冷媒の流量を増加することにより、冷媒分配を改善させる効果が期待できるが、図２、図５のように、主管１３Ａの内部において冷媒が上昇流となる配置では、特に効果が大きい。

冷媒流量が少ない低負荷の運転条件では、冷媒の流速が遅いため、例えば、図２のような垂直ヘッダー又は図５のような傾斜したヘッダーの場合、主管１３Ａの上端部まで冷媒が到達せず、分配特性は大きく悪化する。そこで、圧縮機１の排熱を冷媒に与え、蒸発器１４の流入側ヘッダー１３に流入する気液二相状態の冷媒において、密度が小さいガス冷媒の流量を増やすことで、流入側ヘッダー１３を流れる冷媒の流速を速くして、液冷媒を上部まで到達させて分配特性を改善する。蒸発器における分配特性を改善することにより、冷凍サイクル装置全体の運転効率をよくすることができる。また、熱交換部９において圧縮機１の熱との熱交換を行うことで、圧縮機１の温度上昇を抑制することができる。

図１１は実施の形態１の冷凍サイクル装置に係るモリエル線図を示す図である。図１１に基づいて、実施の形態１における冷凍サイクル装置における冷媒の流れを、モリエル線図と対応させて説明する。

圧縮機１によって高温高圧状態となったガス冷媒（状態点Ａ）は凝縮器流入側配管２を流れ、凝縮器４の流入側ヘッダー３へと流入する。凝縮器４の流入側ヘッダー３に流れたガス冷媒は凝縮側熱交換部４Ａの複数の伝熱管に分配され、凝縮器４へと流入する。凝縮器４において空気等と熱交換することで、冷媒は冷却され、気液二相状態又は過冷却液状態の冷媒が凝縮器４の合流ヘッダー５へと流入する。凝縮器４の合流ヘッダー５で合流した冷媒は凝縮器出口側配管６及び分岐回路１００の分岐部に流れる（状態点Ｂ）。コントローラ１７が制御するバルブ８の開度に基づいて、一部又は全ての冷媒が分岐配管７を通過する。分岐配管７を通過した冷媒は、圧縮機１との熱交換部９で圧縮機１の排熱を受け取ることでエンタルピーを増加させる（状態点Ｄ）。そして、分岐配管７を流れていない冷媒（バルブ８を通過した冷媒）と合流する（状態点Ｅ）。合流した冷媒は、膨張弁吸入側配管１０を通り、膨張弁１１へと流れていく。膨張弁１１に流入した冷媒は、膨張弁１１によって減圧されて低温低圧の気液二相状態の冷媒となる（状態点Ｆ）。

膨張弁１１を通過した気液二相状態の冷媒は、蒸発器流入側配管１２を流れ、蒸発器１４の流入側ヘッダー１３へと流入し、流入側ヘッダー１３によって分配され、蒸発側熱交換部１４Ａの複数の伝熱管に流入する。蒸発器１４において空気等と熱交換することで、冷媒は加熱され、エンタルピーが増加する。冷媒は蒸発器１４の流出側合流器１５へと流入し、合流する（状態点Ｇ）。合流した冷媒は圧縮機吸入側配管１６を通り、再び圧縮機１へと流入する。

ここで、図１１のモリエル線図上の破線部分は、バルブ８を開き、冷媒が分岐配管７を通過しない場合の冷媒の状態を表している。図１１から分かるように、膨張弁１１の上流側において、圧縮機１の排熱を冷媒に与えることにより、蒸発器１４に流入する冷媒の状態をＦ’からＦに変化させることができる。このため、気液二相状態の冷媒において、ガス冷媒の流量が増える。そして、主管１３Ａ上部に液冷媒が流れ易くなるため、分配特性を改善することができる。特に、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、通常、無駄に捨てられている圧縮機１の排熱を有効に利用し、新たなエネルギーを投入しなくても分配特性の改善を行うことができる。例えば、暖房運転のみの空気調和装置に分岐回路１００を設置すると、圧縮機１でも冷媒は熱交換をすることができるので、蒸発器１４における熱交換器の伝熱面積を少なくすることができ、室外機の小型化が可能になる。

実施の形態２．
図１２は本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図１２において、図１と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１において説明したことと同様の動作等を行う。

上述した実施の形態１の冷凍サイクル装置は、凝縮器４と膨張弁１１との間の配管である凝縮器出口側配管６に分岐回路１００を設置していた。図１２に示すように、実施の形態２の冷凍サイクル装置は、膨張弁１１と蒸発器１４との間の配管である膨張弁吸入側配管に分岐回路１００を設置するものである。

実施の形態１では、液冷媒が分岐配管７を流れるが、本実施の形態においては、膨張弁１１の下流側に分岐回路１００を設置することによって、液冷媒よりも密度が小さい気液二相状態の冷媒が分岐配管７を流れることになる。このため、分岐配管７を流れると見込まれる冷媒流量が少なくなり、実施の形態１の冷凍サイクル装置よりも、冷媒充填量を少なく抑えることができる。また、膨張弁１１の下流側に分岐回路１００を設置することで、気液二相状態の冷媒が圧縮機１の排熱を受け、一部の液冷媒がガス化する等によりガス冷媒の流量が多くなる（乾き度が上昇する）ことで、圧縮機１との熱交換性能を向上させることができる。また、膨張弁１１を通過した冷媒は通過前よりも低温であり、熱交換部９において、圧縮機１と冷媒との温度差が大きくなるため、伝熱面積（分岐配管７において圧縮機１と接触する部分の長さ）が少なくても、乾き度を高くすることができる。

分岐配管７を流れる冷媒流量については、実施の形態１と同様に、コントローラ１７がバルブ８の弁開度を変化させることで制御する。ここで、実施の形態１と同様に、バルブ８として、開閉弁を用いることができる。

実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図１３において、図１と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１において説明したことと同様の動作等を行う。

実施の形態３の冷凍サイクル装置は、図１３に示すように分岐配管７にキャピラリーチューブ５０を設置したものである。例えば、実施の形態１及び２では、バルブ８を閉じることによって分岐配管７に流れる冷媒流量を増やすことはできるが、減らす方向の制御としてはバルブ８を開くことしかできない。このため、バルブ８を全開にしたとしても、少量の冷媒が分岐配管７に流れてしまう可能性がある。そこで、図１３に示すように、分岐配管７への流入側にキャピラリーチューブ５０を設置することで分岐配管７側の流動抵抗を大きくする。このため、実施の形態１及び実施の形態２と比べて、バルブ８を全開にしたとき（分岐配管７側に冷媒を流す必要がないとき）に分岐配管７を通過する冷媒流量を減らすことができる。そして、分岐配管７に流れる冷媒流量の制御性が向上する。

図１４は本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成の別例を示す図である。図１４は、図１３のキャピラリーチューブ５０の代わりにバルブ５１を用いて分岐配管７に流れる冷媒の冷媒流量を制御するようにしたものである。バルブ５１の開度制御はコントローラ５２が行う。バルブ５１においては、全閉にすることで、分岐配管７に冷媒が全く流れない状況にすることができる。コントローラ５２の開度制御については、例えば、コントローラ１７と同様に、圧縮機１の回転数に応じたバルブ５１の開度を決定しておいて制御する等の方法がある。ここで、例えば、主となる冷媒回路における配管長さが分岐配管７よりも長い場合、主となる冷媒回路における配管径が分岐配管７の径よりも小さい場合等、主となる冷媒回路の流動抵抗が大きいときには、バルブ５１とコントローラ５２により分岐配管７を流れる冷媒流量の制御が可能な場合もある。そこで、バルブ５１とコントローラ５２により分岐配管７を流れる冷媒流量の制御が可能であれば、バルブ８とコントローラ１７を設置しなくてもよい。

また、分岐配管７を、凝縮器出口側配管６及び膨張弁吸入側配管１０よりも細い（径が小さい）配管とすることによっても流動抵抗を大きくすることができる。このため、乾き度の制御可能範囲を拡げることができる。分岐配管７を細くして構成することについては、単独で行うことができるし、図１３、図１４のようにキャピラリーチューブ５０、バルブ５１を用いた構成と組み合わせて適用することができる。

ここで、図１３及び図１４では、凝縮器出口側配管６に分岐回路１００を設置した冷凍サイクル装置を示しているが、本実施の形態の内容については、膨張弁吸入側配管に分岐回路１００を設置した冷凍サイクル装置についても適用することができる。

実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図１５において、図１と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１において説明したことと同様の動作等を行う。

本実施の形態の冷凍サイクル装置は、冷媒回路において、膨張弁１１の下流側となる位置に、ガス冷媒のバイパス回路となる気液分離回路２００を設置するものである。気液分離回路２００は、気液分離器１８、ガス流量調整バルブ１９及びガス配管２１を有している。気液分離器１８は、蒸発器流入側配管１２に設置され、膨張弁１１を通過した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。ガス配管２１は、気液分離器１８と圧縮機吸入側配管１６とを接続し、気液分離器１８が分離したガス冷媒を通過させて圧縮機吸入側配管１６に流す。ガス流量調整バルブ１９は、ガス配管２１を通過するガス冷媒の流量を調整する。ガス流量調整バルブ１９については、ガス流量調整バルブ制御コントローラ２０が開度を制御する。

実施の形態１〜実施の形態３における冷凍サイクル装置では、分岐回路１００を設置し、圧縮機１の排熱を冷媒に与えて、蒸発器１４の流入側ヘッダー１３に流れる冷媒におけるガス冷媒の流量を増やし、流入側ヘッダー１３の分配特性を改善させるものであった。これは低負荷運転時に特に有効である。一方で、中間負荷又は高負荷運転時には、蒸発器１４の流入側ヘッダー１３に流れる冷媒におけるガス冷媒の流量を減らす（乾き度を低くする）方が分配特性がよくなる場合がある。

そこで、本実施の形態では、気液分離回路２００を設置して、中間負荷及び高負荷運転時における冷媒の分配特性を改善する。分岐回路１００と気液分離回路２００を設置することで、低負荷運転から高負荷運転までの幅広い運転条件下において、冷媒の分配特性を改善することができる。ガス流量調整バルブ制御コントローラ２０は、圧縮機１の回転数とガス流量調整バルブ１９の開度との関係に基づいて開度を調整する。

例えば、低負荷運転時には、流入側ヘッダー１３に流入するガス冷媒の流量を増やしたいので、ガス流量調整バルブ１９は、気液分離回路２００のガス流量調整バルブ１９を全閉に制御し、気液分離器１８でガス冷媒を分離しないようにする。また、分岐回路１００では、コントローラ１７がバルブ８の開度を調整することで、圧縮機１と熱交換する冷媒流量、すなわち熱交換量を調整し、所望するガス冷媒の量まで増やして流入側ヘッダー１３に流入させる。これによって、蒸発器１４に流入する冷媒の分配特性を改善する。

一方、中間負荷又は高負荷運転時には、流入側ヘッダー１３に流入するガス冷媒の流量を減らしたいので、熱交換部９における熱交換はできるだけ行わないようにする。したがって、バルブ８を全開にし、分岐配管７を通過する冷媒流量を減らす。

図１６は本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の別の構成（その１）を示す図である。図１６においては、実施の形態３において説明したように、分岐配管７にキャピラリーチューブ５０を設置している。

図１７は本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の別の構成（その２）を示す図である。図１７においては、実施の形態３において説明したように、分岐配管７にバルブ５１を設置し、コントローラ５２により開度制御を行う。

また、気液分離回路２００では、ガス流量調整バルブ制御コントローラ２０によりガス流量調整バルブ１９の開度を調整することで、気液分離器１８の気液分離効率を変化させ、流入側ヘッダー１３に流入する気液二相状態の冷媒におけるガス冷媒の流量を制御する。このように、中間負荷又は高負荷運転に関しても、流入側ヘッダー１３に流入するガス冷媒の量を制御することができ、分配特性を改善させることができる。

図１８は本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の別の構成（その３）を示す図である。図１８に示すように、気液分離回路２００を、分岐回路１００よりも上流側に設置するようにしても同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図１９は本発明の実施の形態５における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図１９において、図１と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１において説明したことと同様の動作等を行う。

図１９において、ヒーター６０は、冷媒に加熱する加熱装置である。本実施の形態の冷凍サイクル装置は、蒸発器１４の冷媒流入側となる蒸発器流入側配管１２にヒーター６０を設置したものである。

上述した各実施の形態において説明したように、低流量運転条件において、分岐回路１００に冷媒を流し、圧縮機１と熱交換をすることによって流入側ヘッダー１３に流入する冷媒においてガス冷媒の流量を増やすことが可能である。ただ、圧縮機１が加える熱のみでは、所望する量のガス冷媒が得られない場合がある。

そこで、本実施の形態では、この問題点を改善するために、加熱装置であるヒーター６０を流入側ヘッダー１３の上流側となる蒸発器流入側配管１２に設置することで、圧縮機１が加える熱の不足を補うことができる。ヒーター６０は、圧縮機１の排熱等を補うものであるため、ヒーター６０のみを用いる場合よりも比較的投入電力を抑えることができる。

本実施の形態のように、ヒーター６０を設置することで、実施の形態１〜４における冷凍サイクル装置よりも流入側ヘッダー１３に流入するガス冷媒の量を増やすことが可能になり、ガス冷媒の制御範囲を拡大することができ、低負荷運転条件の際において流入側ヘッダー１３の分配特性を改善し易くなる。

上述した各実施の形態の冷凍サイクル装置は、冷凍装置、空気調和装置、給湯装置等、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用する装置に適用することができる。

１ 圧縮機、２ 凝縮器流入側配管、３ 流入側ヘッダー、４ 凝縮器、４Ａ 凝縮側熱交換部、５ 合流ヘッダー、６ 凝縮器出口側配管、７ 分岐配管、８ バルブ、９ 熱交換部、１０ 膨張弁吸入側配管、１１ 膨張弁、１２ 蒸発器流入側配管、１３ 流入側ヘッダー、１３Ａ 主管、１３Ｂ 枝管、１４ 蒸発器、１４Ａ 蒸発側熱交換部、１５ 流出側合流器、１６ 圧縮機吸入側配管、１７ コントローラ、１８ 気液分離器、１９ ガス流量調整バルブ、２０ ガス流量調整バルブ制御コントローラ、２１ ガス配管、３１ 伝熱板、３２ 熱伝導物質、３３ 断熱材、５０ キャピラリーチューブ、５１ バルブ、５２ コントローラ、６０ ヒーター、１００ 分岐回路、２００ 気液分離回路。

Claims (9)

1. 吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
   前記冷媒に放熱させて前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   凝縮された冷媒を減圧させる減圧装置と、
   前記冷媒に吸熱させて前記冷媒を蒸発させる複数の伝熱管及び流入した冷媒を該伝熱管に分配する流入側ヘッダーを少なくとも有する蒸発器と
   を配管接続して冷媒回路を構成し、
   前記凝縮器と前記減圧装置との間又は前記減圧装置と前記蒸発器との間に設置され、前記冷媒回路から冷媒を分岐し、分岐した冷媒を前記圧縮機の熱で加熱させて前記冷媒回路に戻す分岐配管及び該分岐配管を通過させる冷媒流量を調整する流量調整装置を有する分岐回路を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記分岐配管にキャピラリーチューブを備え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。
3. 前記分岐配管の一部又は全部を、前記冷媒回路の配管の流路断面積よりも小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記蒸発器の上流側に設置され、気体状の冷媒と液体状の冷媒とを分離する気液分離器と、
   該気液分離器と前記圧縮機の吸入側とを配管接続するガス配管と、
   該ガス配管を通過する冷媒流量を調整するガス流量調整装置と
   を有する気液分離回路をさらに備え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冷凍サイクル装置。
5. 前記蒸発器の上流側に、前記冷媒を加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記分岐配管の一部を、前記圧縮機に巻き付けて接触させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記圧縮機を伝熱板で囲み、前記伝熱板に前記分岐配管の一部を巻き付けて接触させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記分岐配管の一部を、熱伝導率のよい物質で固定することを特徴とする請求項６又は７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記分岐配管の一部を、断熱材で覆うことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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