JP5328713B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、エジェクタを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。例えばこの発明は、圧縮機シェル内の冷凍機油の枯渇による軸焼付けを回避し、信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供する。

従来のエジェクタを備えた冷凍サイクル装置として、特許文献１では、エジェクタ出口に備えた気液分離器の底側に油戻し穴を設け、この油戻し穴と圧縮機吸入口を配管接続したバイパス回路を設けている。

このような構成により、気液分離器内の底部に滞留した冷凍機油を圧縮機に戻すことができるため、圧縮機の焼付けを回避できる。

特開２００２−１３０８７４号公報（請求項１、第１図）

従来例では、冷媒に対して非相溶性の冷凍機油、例えばポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）を使用した場合、気液分離器内に滞留した液冷媒と冷凍機油が分離するため、冷凍機油のみを圧縮機へ戻すことができる。しかしながら、液冷媒に溶解する相溶性の冷凍機油、例えばエーテル油では、冷凍機油と液冷媒が同時に圧縮機へ戻るため、冷凍機油の戻り量が減少し、圧縮機内の油が枯渇する原因となる。

また、油戻り量を増加させるために流量を増大させると、多量の液冷媒が圧縮機へ流入し、液冷媒の圧縮による圧縮機内の圧力上昇により異常停止、もしくは圧縮機の構成部品が破損する恐れがある。

この発明の目的は、非相溶性の冷凍機油を確実に圧縮機へ戻すことができる、エジェクタを備えた冷凍サイクル装置の提供である。

本発明の冷凍サイクル装置は、駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口とを有するエジェクタを備え、冷媒及び当該冷媒の液相状態の密度より大きく、非相溶性である冷凍機油を循環させる冷凍サイクル装置において、圧縮機、放熱器、第一流量制御弁、冷媒貯留容器、第二流量制御弁、第一蒸発器の順に配管で接続され、第一蒸発器の冷媒出口がエジェクタの吸引冷媒流入口と配管で接続される第一冷媒経路と、圧縮機、第二蒸発器の順に配管で接続され、第二蒸発器の冷媒入口がエジェクタの混合冷媒流出口と配管で接続される第二冷媒経路と、放熱器の冷媒出口と第一流量制御弁とを接続する配管の途中から分岐し、第三流量制御弁、エジェクタの駆動冷媒流入口の順に配管で接続される第三冷媒経路と、冷媒貯留容器と第二流量制御弁との間に配置され、冷媒貯留容器と第二流量制御弁とに配管で接続された内部熱交換器と、一端側が冷媒貯留容器と内部熱交換器とを接続する配管から分岐するように接続され、他端側が圧縮機の吸入側に接続され、第四流量制御弁及び内部熱交換器がこの順で接続されるバイパス回路と、を有し、圧縮機と第二蒸発器を接続する配管は、冷媒貯留容器の内部を通過し、当該通過した部分から圧縮機の吸入側までの間の部分が、バイパス回路の他端側に接続され、冷媒貯留容器は、容器上部から挿入され、配管径に対応した径である第１開口を有する端部が容器底部の付近に位置する冷媒流出管を備え、冷媒流出管は、冷媒流出管の端部に形成された第１開口が封止され、この封止された部分に、容器底部に溜まった冷凍機油を吸引するための第１開口の径よりも小さい油吸引穴が形成され、第１開口の上側に、冷媒貯留容器に溜まった冷媒を、冷媒流出管を介して冷媒貯留容器外に流出させる第２開口が形成されたものである。

本発明の冷凍サイクル装置により、非相溶性の冷凍機油を確実に圧縮機へ戻すことができる、エジェクタを備えた冷凍サイクル装置を提供できる。

実施の形態１における冷凍サイクル装置１０１０の冷媒回路図。 実施の形態１におけるエジェクタ１０９の内部構造を示す模式図。 実施の形態１における冷媒貯留容器１０５の模式図。 実施の形態１における圧縮機１０１の模式図。 実施の形態１における冷凍サイクル装置１０１０に関するモリエル線図。 実施の形態１における冷媒貯留容器１０５の模式図。 実施の形態１における冷媒貯留容器１０５の模式図。 実施の形態１におけるニードル弁を持つエジェクタを示す図。 実施の形態２における冷凍サイクル装置１０２０の冷媒回路図。 実施の形態２における冷媒貯留容器１０５の模式図。 実施の形態２における冷凍サイクル装置１０２０に関するモリエル線図。 実施の形態３における冷凍サイクル装置１０３０の冷媒回路図。 実施の形態３における冷凍サイクル装置１０３０に関するモリエル線図。

実施の形態１．
（冷凍サイクル装置１０１０の構成）
図１〜図８を参照して実施の形態１を説明する。
図１は、実施の形態１における冷凍サイクル装置１０１０の構成を示す模式図である。冷凍サイクル装置１０１０は、駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口１０９１と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口１０９２と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口１０９３とを有するエジェクタ１０９を備えている。

冷凍サイクル装置１０１０は、圧縮機１０１、放熱器である凝縮器１０３、第一流量制御弁１０４、冷媒貯留容器１０５、第二流量制御弁１０６、第一蒸発器１０７が、順に、冷媒配管で接続され、第一蒸発器１０７の冷媒出口がエジェクタ１０９の吸引冷媒流入口１０９２と配管で接続される第一冷媒経路を有する。また、冷凍サイクル装置１０１０は、圧縮機１０１、第二蒸発器１１０が、順に、冷媒配管で接続され、第二蒸発器１１０の冷媒入口がエジェクタ１０９の混合冷媒流出口１０９３と冷媒配管で接続される第二冷媒経路を有する。さらに冷凍サイクル装置１０１０は、凝縮器１０３の冷媒出口と第一流量制御弁１０４とを接続する冷媒配管の途中から分岐し、第三流量制御弁１０８、エジェクタ１０９の駆動冷媒流入口１０９１が、順に、配管で接続される第三冷媒経路を備える。

（エジェクタ１０９の構成）
図２は、エジェクタ１０９の構成を示す図である。エジェクタ１０９は、ノズル部２０１、混合部２０２、ディフューザー部２０３で構成される。ノズル部２０１は、減圧部２０１ａ（絞り部）、喉部２０１ｂ、末広部２０１ｃで構成される。エジェクタ１０９は、凝縮器１０３から流出した高圧の冷媒（駆動冷媒）を駆動冷媒流入口１０９１から流入し、流入した駆動冷媒を減圧部２０１ａで減圧膨張させて喉部２０１ｂで音速とし、更に末広部２０１ｃで超音速として減圧・加速させる。これにより超高速の気液二相冷媒がノズル部２０１から流出する。一方、吸引冷媒流入口１０９２の冷媒は、ノズル部２０１から流出した超高速の冷媒により引き込まれる（吸引冷媒）。ノズル部２０１の出口、つまり、混合部２０２の入口から超高速の駆動冷媒と低速の吸引冷媒とが混ざり合いはじめ、互いの運動量交換により圧力が回復（上昇）する。さらに、ディフューザー部２０３においても流路拡大による減速で圧力が回復し、ディフューザー部２０３の混合冷媒流出口１０９３から駆動冷媒と吸引冷媒との混合した混合冷媒が流出する。

図３は、冷媒貯留容器１０５の内部構成の概略を示す図である。図３の（ａ）は冷媒貯留容器１０５の平面図である。図３の（ｂ）は、冷媒貯留容器１０５の縦断面図である。冷媒配管３０１、３０２の２本が、冷媒貯留容器１０５の上側から容器の底部付近まで挿入されている。冷媒配管３０１は、第一流量制御弁１０４と接続し、冷媒配管３０２は第二流量制御弁１０６と接続する。冷媒貯留容器１０５と冷媒配管３０１、３０２の接触箇所１０５１は、溶接により保持固定されることで、容器内の気密性が確保される。

このような構造により、冷媒貯留容器１０５の底部に滞留した高圧の液冷媒と、冷媒に溶け込んだ冷凍機油が冷媒配管３０２から流出する。

（圧縮機１０１の構成）
図４は、圧縮機１０１の内部構造を示す模式図である。図４を用いて圧縮機１０１の内部構造の概要を説明する。シェル４０１は圧縮機構、駆動機構を内蔵する。圧縮機１０１は、吸入管４０２から低圧ガス冷媒を吸入し、吐出管４０３から高圧ガス冷媒を吐出する。圧縮機構４０４は、図４の場合はスクロールタイプを想定して図示しているが、スクロールタイプに限らず、ロータリ型でもピストン型でもよい。圧縮機構４０４によって圧縮されたガス冷媒は、一旦シェル空間４０５に吐出され、シェル内を高圧ガスで満たしながら吐出管４０３から流出する。

駆動機構はステータ４０７とローター４０８とからなるモータで構成される。ローター４０８は軸４０６と連結されて回転する。この回転運動が圧縮機構４０４に伝えられて冷媒を圧縮する。シェル４０１の底部には冷凍機油４０９が貯留されている。高圧空間４０５の圧力と、圧縮機構内部の低圧空間との圧力差によって、給油機構４１０から圧縮機構４０４に冷凍機油が供給される。圧縮機構４０４に供給された冷凍機油は、その一部が高圧ガス冷媒に同伴されて吐出管４０３から凝縮器１０３へ流出する。つまり、シェル４０１の底部の油が枯渇または減少すると圧縮機構４０４への給油が滞り、軸焼付けによる故障の原因となる。

（動作の説明）
図５は、冷凍サイクル装置１０１０のモリエル線図である。図５に示すモリエル線図を用いて、冷凍サイクル装置１０１０の暖房運転の場合の動作を説明する。図５のモリエル線図の横軸は冷媒の比エンタルピを示し、縦軸は圧力を示す。線図中に黒丸で示すＡ等の各点は、図１の冷凍サイクル装置１０１０における各配管の冷媒状態（黒丸で示す（Ａ）等）を示す。

圧縮機１０１の吸入管４０２における状態Ａの低圧冷媒は、先述したように、圧縮機構４０４で圧縮され、状態Ｂとなって冷凍機油とともに圧縮機１０１を流出する。状態Ｂとなった冷媒は四方弁１０２を通り、凝縮器１０３にて室内空気と熱交換することで冷却されて状態Ｃとなる。状態Ｃの冷媒はエジェクタ１０９の駆動冷媒流入口１０９１へ流れる冷媒と第一流量制御弁１０４へ流れる冷媒とに分流する。第一流量制御弁１０４で減圧された状態Ｄの冷媒は、冷媒貯留容器１０５へ流入する。冷媒貯留容器１０５では、密度の大きい液冷媒が容器の底側に滞留し、ガス冷媒が容器上部に滞留する。冷媒貯留容器１０５から流出する冷媒の状態は飽和液冷媒であり、液冷媒に溶け込んだ冷凍機油が液冷媒とともに冷媒貯留容器１０５から流出する。冷媒貯留容器１０５から流出した液冷媒と冷凍機油とは、第二流量制御弁１０６で減圧されて状態Ｅとなり、第一蒸発器１０７へ流入する。冷媒は、第一蒸発器１０７で外気との熱交換により加熱された状態となる。

一方、凝縮器１０３から分流して第三流量制御弁１０８へ流れた状態Ｃの冷媒は、圧力が低下して状態Ｊとなり、エジェクタ１０９へ流入する。エジェクタのノズル部２０１で減圧された状態Ｋの超高速流体は、ノズル部２０１の出口直後で吸引冷媒、つまり、第一蒸発器１０７を流出した状態Ｆの冷媒と混合し、状態Ｇとなる。混合部２０２、ディフューザー部２０３で昇圧して状態Ｈとなり、エジェクタ１０９から流出する。

状態Ｈの冷媒は、第二蒸発器１１０にて外気との熱交換により状態Ｉとなり、圧縮機吸入管４０２を通って圧縮機構へ流入する。冷媒から分離した冷凍機油はシェル５０１の底部に戻る。以上の動作により冷凍サイクルが形成される。

（除霜運転の場合）
次に冷凍サイクル装置１０１０の除霜運転の場合を説明する。暖房運転において室外熱交換器（第一蒸発器１０７、第二蒸発器１１０）は蒸発器として機能するため、室外熱交換内を流れる冷媒の飽和温度は外気よりも低い温度となる。蒸発温度が０℃未満になると、大気中の水蒸気が霜となって室外熱交換器に付着する。
室外熱交換器に霜が付着すると熱抵抗が増大して蒸発能力が低下するため、定期的に除霜運転を実施する必要がある。除霜運転では四方弁１０２を切り替え、第三流量制御弁１０８を全閉する。除霜運転では暖房運転時における放熱器が吸熱器とし機能し、吸熱器が放熱器として機能する。

霜取り運転が開始すると、四方弁１０２の流路が切り替わり、圧縮機１０１から送出された高温高圧の冷媒が、第二蒸発器１１０（室外熱交換器）へ流入し、高温高圧の冷媒により室外熱交換（第二蒸発器１１０）に付着した霜が融解される。この場合、第二蒸発器１１０は凝縮器として機能する。その後、冷媒は、エジェクタ１０９のディフューザー部２０３、混合部２０２、吸引冷媒流入口１０９２を経て、第一蒸発器１０７（室外熱交換器）へ流入し、第一蒸発器１０７に付着した霜を融解する。冷媒は、第二流量制御弁１０６、冷媒貯留容器１０５、第一流量制御弁１０４を得て、低圧となって凝縮器１０３（室内熱交換器）に流入し、室内空気により加熱された後、四方弁１０２を通って、圧縮機１０１の吸入管４０２に戻る。

（冷房運転）
冷房運転は、除霜運転と同じ動作により実現できる。

以上のように、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１０では、中間圧力となる位置で余剰冷媒を冷媒貯留容器１０５に貯留し、液冷媒を冷媒貯留容器１０５から流出させる。従って、冷媒に溶け込んだ冷凍機油を冷媒とともに容易に取り出し、循環させることができる。よって、冷凍機油は確実に圧縮機１０１へ戻るので、圧縮機１０１の油枯渇による焼付けを回避でき、信頼性の高い冷凍サイクル装置１０１０を得ることができる。このように、冷凍サイクル装置１０１０では、エジェクタ１０９を利用した簡易な構成で、冷凍機油を確実に圧縮機１０１へ戻すことができる。

本実施の形態１では、冷媒がＲ４１０Ａ、冷凍機油がエーテル油のような冷媒に対して相溶性のあるものを対象として説明したが、これに限るものではない。

（非相溶性の冷凍機油の場合）
図６は、冷凍機油の密度が液冷媒より小さい非相溶性の冷凍機油を用いた場合の冷媒貯留容器１０５の構造を示す。図６の（ａ）は冷媒貯留容器１０５の平面図である。図６の（ｂ）は、冷媒貯留容器１０５の縦断面図である。この場合、冷凍機油は液冷媒の上層部に滞留するため、図３に示す冷媒配管３０１、３０２の配置構造では、液冷媒のみが流出して冷凍機油が圧縮機１０１へ戻らない。このため、油層が存在する位置の冷媒配管３０１、３０２の側面に油戻し穴３０１−１、３０２−１を設け、冷凍機油を冷媒と共に循環させる。なお、冷媒配管３０１、３０２の両方に油戻し穴を設けるのはリバースサイクルを考慮したからである。油戻し穴３０２−１は、冷媒配管３０２の容器底部側の開口から寸法Ｈ２の位置に形成される。寸法Ｈ２は、容器底部と開口との距離Ｈ４、貯留される液冷媒の液面までの高さＨ１、冷凍器油の層の厚さＨ３等によって決まるが、これらの諸元は、冷媒貯留容器１０５の形状や冷凍サイクル装置１０１０の性能などから決定される。油戻し穴３０２−１の個数の制約はなく、冷凍機油が確実に流出するならば、単数個でも構わない。また、油戻し穴３０２−１の直径が大きすぎると冷凍機油のみが流出して蒸発器性能が低下するので、油戻し穴３０２−１の直径は油戻し穴の位置、冷凍機油の粘度などにより決定する。油戻し穴３０１−１についても同様である。

図７は、冷凍機油の密度が液冷媒より大きい非相溶性の冷凍機油を用いた場合の冷媒貯留容器１０５の構造を示す。図７の（ａ）は冷媒貯留容器１０５の平面図である。図７の（ｂ）は、冷媒貯留容器１０５の縦断面図である。この場合、冷凍機油は、液冷媒の下側に沈殿する。このような場合、冷媒配管３０２の開口部から冷凍機油のみが流出し、蒸発器性能が低下する。このため、冷媒配管３０２の開口部を閉塞して、閉塞した箇所に油戻し穴３０２−２を設ける。さらに、冷媒配管３０２において、図６の油戻し穴３０２−１と同様に、液冷媒の層が存在する位置に冷媒流出口３０２−３を設ける。油戻し穴３０２−２と冷媒流出口３０２−３とによって、冷凍機油と液冷媒とが冷媒貯留容器１０５から流出する。図７には冷媒流出口３０２−３は冷媒配管３０２に対して１個を備えた例を示しているが、垂直方向に複数個設けることで、液面が低下した場合においても確実に液冷媒が流出ようにすればよい。以上の説明はリバースサイクル時における冷媒配管３０１についても同様である。

実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１０に用いる冷媒は、Ｒ４１０Ａなどのフロン系冷媒に限らず、プロパンやイソブタン（炭化水素系冷媒）、二酸化炭素を用いてもよい。プロパンまたはＣＯ_２を利用した場合でも、本実施の形態１の効果を得ることができる。この場合、プロパンは可燃性冷媒であるが、蒸発器と凝縮器とを同じ筐体内に収納して隔離設置し、冷凍サイクル装置１０１０の凝縮機または蒸発器に水を循環さて生成した温水または冷水を室内に循環することで安全な空調機として利用できる。また、低ＧＷＰ冷媒のＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）系冷媒やその混合冷媒を用いても同様の効果を得ることができる。

図８は、ニードル弁２０５を一体構造としたエジェクタ１０９を示す図である。図１では、エジェクタ１０９の上流側に第三流量制御弁１０８を備えた構成であるが、図８に示すようにエジェクタ１０９と可動式のニードル弁２０５とを一体構造としたエジェクタを利用してもよい。

図８の（ａ）は、ニードル弁付きのエジェクタの全体図を示す。図８の（ｂ）は、ニードル弁２０５の構造を示す。ニードル弁２０５はコイル部２０５ａ、ローター部２０５ｂ、ニードル部２０５ｃで構成される。コイル部２０５ａは図示しない制御信号送信部から信号ケーブル２０５ｄを介してパルス信号を受信すると、磁極を発生し、コイル内部のローター部２０５ｂが回転する。ローター部２０５ｂの回転軸にはネジとニードルが加工してあり、ねじの回転が軸方向の動きとなり、ニードル部２０５ｃが移動する。このニードル部２０５ｃを図の左右方向（ＸＹ方向）に動かして、凝縮器１０３から流入する駆動冷媒の流量調整の可能な構造にする。この構造により、第三流量制御弁１０８の機能を可動式のニードル弁２０５で置き換えることができる。これにより、エジェクタ１０９と第三流量制御弁１０８とを一体構造化できるため、両者を接続する配管がなくなり、コストを削減することができる。

さらに、第一流量制御弁１０４、第二流量制御弁１０６は、コスト低減を目的に毛細管を利用して流量調整を行ってもよい。

実施の形態２．
図９〜図１１を参照して実施の形態２を説明する。
図９は実施の形態２の冷凍サイクル装置１０２０を示す。
図１０は、実施の形態２の冷媒貯留容器１０５の構造を示す。図１０の（ａ）は冷媒貯留容器１０５の平面図である。図１０の（ｂ）は、冷媒貯留容器１０５の縦断面図である。実施の形態２では、第二蒸発器１１０と四方弁１０２、圧縮機１０１の吸入口４０２を接続する冷媒配管３１０が、冷媒貯留容器１０５の内部を通った構造となっている。なお実施の形態１を示す図１においても、図９と同様に、冷媒配管３１０が冷媒貯留容器１０５の内部を通過する構成にしてもよい。

また、冷媒貯留容器１０５と第二流量制御弁１０６との間に、内部熱交換器１１２が接続されている。冷凍サイクル装置１０２０は、内部熱交換器１１２と冷媒貯留容器１０５とを接続する冷媒配管の途中から分岐し、第四流量制御弁１１１、内部熱交換器１１２の低圧側流路１１２ａ、圧縮機１０１の吸入口が、順に配管で接続されたバイパス回路１２１を有する。

第二蒸発器１１０と圧縮機１０１とを接続する冷媒配管３１０が、冷媒貯留容器１０５の内部を通している。このため、冷媒貯留容器１０５に滞留する冷媒と、冷媒配管３１０を通過する冷媒とが熱交換する。この熱交換により、冷媒貯留容器１０５の冷媒のエンタルピが低くなり、一方、圧縮機１０１へ吸入される冷媒のエンタルピは高くなる。

図１１は実施の形態２における冷凍サイクル装置１０２０のモリエル線図を示す。図中のＡ等は、図９の冷媒配管における冷媒の状態を示す。凝縮器１０３から流出した状態Ｃの冷媒は第一流量制御弁１０４で減圧されたのち、冷媒貯留容器１０５へ流入する。冷媒貯留容器１０５で低圧低温の冷媒と熱交換器し、状態Ｄ’となる。冷媒貯留容器１０５から流出した状態Ｄ’の飽和液冷媒は、バイパス回路１２１へ流れる冷媒と第一蒸発器１０７へ流れる主冷媒に分流される。バイパス回路１２１へ流れる冷媒は、第四流量制御弁１１１で減圧されて状態Ｌとなり、内部熱交換器１１２へ流入する。内部熱交換器１１２では、高圧の主冷媒により加熱されて状態Ｍとなる。状態Ｍの冷媒は冷媒貯留容器１０５内の冷媒配管３１０から流出した状態Ｉ’の冷媒と混合して状態Ａとなって圧縮機１０１へ吸入される。

バイパス回路１２１により第一蒸発器１０７への冷媒流量が減少するため、第一蒸発器１０７での圧力損失が低減し、吸引冷媒流入口１０９２（エジェクタ吸引部）の圧力が上昇する。この結果、圧縮機の吸入圧力を更に高くすることが可能である。内部熱交換器１１２で過冷却液にし、冷媒流量の減少分を蒸発潜熱の拡大で補うことで、冷媒をバイパスさせない場合と同様の蒸発能力を維持できる。

バイパス回路１２１を流れる冷媒は主冷媒と同様に冷凍機油が混ざった状態で流れているため、冷凍機油は必ず圧縮機へと戻り、油枯渇を回避できる。

実施の形態３．
図１２、図１３を参照して実施の形態３の冷凍サイクル装置１０３０を説明する。実施の形態３では、冷凍機油の枯渇を回避すると共に、低外気温度において圧縮機１０１の吸入密度が小さくり、暖房能力が低下するような環境において、インジェクションポート付きの圧縮機を利用することで暖房能力を向上する。

図１２は、実施の形態３における冷凍サイクル装置１０３０の冷媒回路図である。実施の形態２の冷凍サイクル装置１０２０のバイパス回路１２１は圧縮機１０１の吸入配管に接続したが、この実施の形態３の冷凍サイクル装置１０３０のバイパス回路１２２は、圧縮機１０１のインジェクションポート１０１−１に接続する点が異なる。

実施の形態３では、冷媒貯留容器１０５と第二流量制御弁１０６との間に内部熱交換器１１２が接続されている。内部熱交換器１１２と冷媒貯留容器１０５を接続する冷媒配管から分岐し、第四流量制御弁１１１、内部熱交換器の低圧側流路１１２ａ、インジェクションポート付き圧縮機１０１の中間圧力部１０１−１と順次配管接続されている。インジェクションポート付き圧縮機１０１は、一体構造の二段圧縮機、若しくは、圧縮機２機を直列配置してもよい。

図１３は実施の形態３における冷凍サイクル装置１０３０のモリエル線図を示し、図中のＡ等は図１０の冷媒配管における冷媒の状態を示す。冷媒貯留容器１０５から流出した液冷媒（状態Ｅ）は、バイパス回路１２２へ流れる冷媒と第一蒸発器１０７へ流れる主冷媒に分流される。バイパス回路１２２へ流れる冷媒は、第四流量制御弁１１１で減圧されて状態Ｌとなり、内部熱交換器１１２へ流入する。内部熱交換器１１２では、高圧の主冷媒により加熱されて状態Ｍとなる。状態Ｍの冷媒は圧縮機１０１の中間圧力まで昇圧された状態Ｂ’の冷媒と混合し、状態Ａ’となり、再び圧縮される。

バイパス側の冷媒を圧縮機の中間圧にインジェクションすることで、凝縮器１０３の冷媒循環量が増大し、暖房能力を向上できる。

バイパス回路１２２を流れる冷媒は、主冷媒と同様に冷凍機油が混ざった状態で流れているため、冷凍機油は必ず圧縮機へと戻り、油枯渇を回避できる。

以上の実施の形態１〜３における冷凍サイクル装置は、空調装置に限定せず、凝縮器に水熱交換器を利用した空気熱源の給湯装置、蒸発器に水熱交換器を利用した空気熱源のチラーやブラインクーラー、さらに、蒸発器と凝縮器に水熱交換器を利用したヒートポンプチラーに利用してもよい。

以上の実施の形態１〜３の冷凍サイクル装置は、エジェクタを用いた冷凍サイクル装置において、圧縮機の冷凍機油の枯渇に起因する焼付けによる故障を回避できるため、信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供できると共に、油戻し機構が不要なため、低コストの冷凍サイクル装置を提供できる。

１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 凝縮器、１０４ 第一流量制御弁、１０５ 冷媒貯留容器、１０６ 第二流量制御弁、１０７ 第一蒸発器、１０８ 第三流量制御弁、１０９ エジェクタ、１０９１ 駆動冷媒流入口、１０９２ 吸引冷媒流入口、１０９３ 混合冷媒流出口、１１０ 第二蒸発器、１１１ 第四流量制御弁、１２ 内部熱交換器、１２１，１２２ バイパス回路、２０１ ノズル部、２０１ａ 減圧部、２０１ｂ 喉部、２０１ｃ 末広部、２０２ 混合部、２０３ ディフューザー部、２０４ 吸引部、２０５ ニードル弁、２０５ａ コイル部、２０５ｂ ローター部、２０５ｃ ニードル部、２０５ｄ 信号ケーブル、３０１，３０２，３１０ 冷媒配管、３０１−１，３０２−１，３０１−２，３０２−２ 油戻し穴、３０１−３，３０２−３ 冷媒流出口、１０１０，１０２０，１０３０ 冷凍サイクル装置。

Claims (6)

1. 駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口とを有するエジェクタを備え、冷媒及び当該冷媒の液相状態の密度より大きく、非相溶性である冷凍機油を循環させる冷凍サイクル装置において、
   圧縮機、放熱器、第一流量制御弁、冷媒貯留容器、第二流量制御弁、第一蒸発器の順に配管で接続され、前記第一蒸発器の冷媒出口が前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と配管で接続される第一冷媒経路と、
   前記圧縮機、第二蒸発器の順に配管で接続され、前記第二蒸発器の冷媒入口が前記エジェクタの前記混合冷媒流出口と配管で接続される第二冷媒経路と、
   前記放熱器の冷媒出口と前記第一流量制御弁とを接続する配管の途中から分岐し、第三流量制御弁、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口の順に配管で接続される第三冷媒経路と、
   前記冷媒貯留容器と前記第二流量制御弁との間に配置され、前記冷媒貯留容器と前記第二流量制御弁とに配管で接続された内部熱交換器と、
   一端側が前記冷媒貯留容器と前記内部熱交換器とを接続する配管から分岐するように接続され、他端側が圧縮機の吸入側に接続され、第四流量制御弁及び前記内部熱交換器がこの順で接続されるバイパス回路と、
   を有し、
   前記圧縮機と前記第二蒸発器を接続する配管は、
   前記冷媒貯留容器の内部を通過し、
   当該通過した部分から前記圧縮機の吸入側までの間の部分が、前記バイパス回路の他端側に接続され、
   前記冷媒貯留容器は、
   容器上部から挿入され、配管径に対応した径である第１開口を有する端部が容器底部の付近に位置する冷媒流出管を備え、
   前記冷媒流出管は、
   前記冷媒流出管の前記端部に形成された前記第１開口が封止され、
   この封止された部分に、前記容器底部に溜まった冷凍機油を吸引するための前記第１開口の径よりも小さい油吸引穴が形成され、
   前記第１開口の上側に、前記冷媒貯留容器に溜まった冷媒を、前記冷媒流出管を介して前記冷媒貯留容器外に流出させる第２開口が形成された
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記冷媒貯留容器は、
   前記容器上部から挿入され、油戻し穴である端部が前記容器底部の付近に位置し、前記油戻し穴から前記冷媒貯留容器に冷凍機油を流入させる冷媒流入管を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記冷媒貯留容器の前記冷媒流入管は、
   前記容器底部の付近の前記端部から前記容器上部までの途中に、少なくとも一つの開口が側面に形成され、当該開口から前記冷媒貯留容器に冷媒を流入させる
   ことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記エジェクタは、
   前記駆動冷媒流入口にニードル弁を備えることにより、前記第三流量制御弁を兼用する
   ことを請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記冷凍サイクル装置は、
   前記冷媒として、炭化水素系冷媒と、ハイドロフルオロオレフィン系冷媒とのいずれかの冷媒を使用する
   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. 駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口とを有するエジェクタを備え、冷媒及び当該冷媒の液相状態の密度より大きく、非相溶性である冷凍機油を循環させる冷凍サイクル装置において、
   圧縮機、放熱器、第一流量制御弁、冷媒貯留容器、第二流量制御弁、第一蒸発器の順に配管で接続され、前記第一蒸発器の冷媒出口が前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と配管で接続される第一冷媒経路と、
   前記圧縮機、第二蒸発器の順に配管で接続され、前記第二蒸発器の冷媒入口が前記エジェクタの前記混合冷媒流出口と配管で接続される第二冷媒経路と、
   前記放熱器の冷媒出口と前記第一流量制御弁とを接続する配管の途中から分岐し、第三流量制御弁、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口の順に配管で接続される第三冷媒経路と、
   前記冷媒貯留容器と前記第二流量制御弁との間に配置され、前記冷媒貯留容器と前記第二流量制御弁とに配管で接続された内部熱交換器と、
   一端側が前記冷媒貯留容器と前記内部熱交換器とを接続する配管から分岐するように接続され、他端側が圧縮機のインジェクションポートに接続され、第四流量制御弁及び前記内部熱交換器がこの順で接続されるバイパス回路と、
   を有し、
   前記圧縮機と前記第二蒸発器を接続する配管は、
   前記冷媒貯留容器の内部を通過し、
   前記冷媒貯留容器は、
   容器上部から挿入され、配管径に対応した径である第１開口を有する端部が容器底部の付近に位置する冷媒流出管を備え、
   前記冷媒流出管は、
   前記冷媒流出管の前記端部に形成された前記第１開口が封止され、
   この封止された部分に、前記容器底部に溜まった冷凍機油を吸引するための前記第１開口の径よりも小さい油吸引穴が形成され、
   前記第１開口の上側に、前記冷媒貯留容器に溜まった冷媒を、前記冷媒流出管を介して前記冷媒貯留容器外に流出させる第２開口が形成された
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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