JP5842733B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置、特に、冷媒としてＲ３２を使いアキュムレータを備える冷凍装置に関する。

従来から、空気調和装置などの冷凍装置として、冷媒としてＲ３２を使用したものがある。Ｒ３２などの冷媒を使う空気調和装置が、例えば特許文献１（特開２００４−２６３９９５号公報）に記載されている。この空気調和装置では、アキュムレータにおいて冷凍機油と液冷媒との二層分離が発生した場合の対策として、圧縮機から吐出されるホットガスの一部を分流してアキュムレータに導入するホットガスバイパス回路および自動開閉弁を具備している。そして、ホットガスの温度などの条件に応じて、自動開閉弁を開けてホットガスをアキュムレータの底部に導き、二層分離している液冷媒と冷凍機油とを攪拌し、冷凍機油をアキュムレータから圧縮機へと戻している。

上述のように特許文献１（特開２００４−２６３９９５号公報）の空気調和装置では、アキュムレータの底部にホットガスを導くためのホットガスバイパス回路および自動開閉弁を設けているが、暖房運転時などに一部のホットガスをアキュムレータにバイパスさせるため、凝縮器に流れるホットガスの量が減って能力が大きく落ちることがある。

本発明の課題は、冷媒としてＲ３２を使いアキュムレータを備える冷凍装置において、ホットガスを使わずに、アキュムレータ内における液冷媒と冷凍機油との二層分離状態の解消を適切に行うことにある。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、冷媒としてＲ３２を使う冷凍装置であって、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器と、アキュムレータと、分岐流路と、開度調整弁と、インジェクション用熱交換器と、第１インジェクション流路とを備えている。圧縮機は、吸入流路から冷媒を吸入し、冷媒の圧縮を行う。凝縮器は、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる。膨張機構は、凝縮器を出た冷媒を膨張させる。蒸発器は、膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる。アキュムレータは、吸入流路に設けられ、蒸発器を出た冷媒を気液分離するとともに余剰冷媒を貯留するための内部空間が形成されており、分離したガス冷媒を圧縮機に送る。分岐流路は、凝縮器と蒸発器とを結ぶメイン冷媒流路から分岐している。開度調整弁は、分岐流路に設けられ、開度調整が可能である。インジェクション用熱交換器は、メイン冷媒流路を流れる冷媒と、分岐流路の開度調整弁を通過した冷媒とを熱交換させる。第１インジェクション流路は、分岐流路を流れインジェクション用熱交換器を出た冷媒を、アキュムレータの内部空間に導く流路である。第１インジェクション流路の先端は、アキュムレータの内部空間の底から、アキュムレータの内部空間の高さ寸法の０〜０．３倍の寸法だけ離れた高さ位置にある。

このＲ３２を冷媒として使う冷凍装置では、吸入流路に余剰冷媒の貯留機能を持つアキュムレータを配しているため、低温条件のときにはアキュムレータの内部空間で液冷媒と冷凍機油とが二層に分離することが想定される。しかし、メイン冷媒流路から分岐する分岐流路を流れる冷媒を、インジェクション用熱交換器を介して、第１インジェクション流路からアキュムレータの内部空間に導くように冷凍装置を構成し、第１インジェクション流路の先端をアキュムレータの内部空間の底に近い高さ位置に配しているため、第１インジェクション流路からアキュムレータに入る冷媒によって、アキュムレータの内部空間に溜まる液冷媒および冷凍機油を攪拌することができる。これにより、アキュムレータの内部空間で液冷媒と冷凍機油とが二層に分離するようなときにも、攪拌によって分離現象を抑えることができる。

また、本発明の第１観点に係る冷凍装置は、第２インジェクション流路と、切替機構とをさらに備えている。第２インジェクション流路は、分岐流路を流れインジェクション用熱交換器を出た冷媒を、アキュムレータと圧縮機との間に位置する吸入流路へと導く。切替機構は、第１状態と第２状態とを切り替える。第１状態は、分岐流路を流れインジェクション用熱交換器を出た冷媒が、アキュムレータの内部空間に流れ込む状態である。第２状態は、分岐流路を流れインジェクション用熱交換器を出た冷媒が、アキュムレータと圧縮機との間に位置する吸入流路に流れ込む状態である。

ここでは、第１インジェクション流路に加えて第２インジェクション流路を設け、どちらのインジェクション流路を使ってインジェクション用熱交換器を出た冷媒を圧縮機の吸入側の吸入流路に戻すのかを、切替機構で切り替えている。このため、アキュムレータの内部空間で液冷媒と冷凍機油とが二層に分離するようなときには、第１インジェクション流路を使ってアキュムレータおよび吸入流路を経て冷媒を圧縮機に戻し、そうではないときには、第２インジェクション流路を使って吸入流路を介して冷媒を圧縮機に戻すことでアキュムレータの内部空間におけるフォーミング（泡立ち現象）を抑制することが可能になる。また、圧縮機の吐出温度が上限値を超えて高温になっているといった状況のときに、第１インジェクション流路ではなく第２インジェクション流路を使って圧縮機に近い吸入流路にインジェクション用熱交換器から直接冷媒を流すことによって、圧縮機の冷却効果を早期に得ることも可能となる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、制御部をさらに備えている。制御部は、外気温が閾値以下のときには、切替機構を第１状態にする第１制御を行う。また、制御部は、外気温が閾値を超える場合には、切替機構を第２状態にする第２制御を行う。

ここでは、外気温が閾値以下のときには、アキュムレータの内部空間で液冷媒と冷凍機油とが二層に分離する可能性が高いため、切替機構を第１状態にする第１制御を行って、アキュムレータの内部空間に溜まる液冷媒および冷凍機油を攪拌する。一方、外気温が閾値を超える場合には、アキュムレータの内部空間を攪拌する必要がなく、フォーミングの発生を防いだりインジェクション用熱交換器でメイン冷媒流路を流れる冷媒を冷却したりすることが望ましいため、切替機構を第２状態にする第２制御を行う。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１又は第２観点に係る冷凍装置であって、第１インジェクション流路は、その先端の冷媒出口が、アキュムレータの内側面に沿った方向を向いている。

ここでは、第１インジェクション流路からアキュムレータの内部空間に入る冷媒が、アキュムレータの内側面に沿って流れるようになるため、アキュムレータの内部空間におけるフォーミング（泡立ち現象）が生じても比較的小さく抑えられる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１〜第３観点のいずれかに係る冷凍装置であって、第１インジェクション流路は、その先端の冷媒出口が、上向き或いは斜め上向きである。

ここでは、第１インジェクション流路からアキュムレータの内部空間に入る冷媒が、上向きのベクトルを持つため、上下二層に分離しようとするアキュムレータの内部空間の液冷媒と冷凍機油とが、分離し難くなる。すなわち、アキュムレータの内部空間に入る冷媒が、アキュムレータの内部空間に上下の流れを作るため、低温のときにも液冷媒と冷凍機油との二層分離がさらに起こり難くなる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１〜第４観点のいずれかに係る冷凍装置であって、アキュムレータは、内部空間を形成するケーシングと、蒸発器で蒸発した冷媒を内部空間に入れるための入口管と、分離したガス冷媒を圧縮機に向かわせるための出口管と、を有している。ケーシングは、上下が開口する筒状本体と、筒状本体の上の開口を塞ぐ上部蓋体と、筒状本体の下の開口を塞ぐ下部蓋体と、を含んでいる。そして、第１インジェクション流路の先端の高さ位置は、下部蓋体の上端の高さ位置よりも低い。

ここでは、ケーシングを構成する部品のうち下部蓋体の上端高さ位置よりも低いところに第１インジェクション流路の先端を位置させているため、アキュムレータの内部空間に溜まる液冷媒と冷凍機油との攪拌を効果的に行うことができる。

本発明の第１観点に係る冷凍装置によれば、第１インジェクション流路の先端をアキュムレータの内部空間の底に近い高さ位置に配しているため、第１インジェクション流路からアキュムレータに入る冷媒によって、アキュムレータの内部空間に溜まる液冷媒および冷凍機油を攪拌することができる。

また、本発明の第１観点に係る冷凍装置によれば、アキュムレータの内部空間で液冷媒と冷凍機油とが二層に分離するようなときには、第１インジェクション流路を使ってアキュムレータおよび吸入流路を経て冷媒を圧縮機に戻し、そうではないときには、第２インジェクション流路を使って吸入流路を介して冷媒を圧縮機に戻すことでアキュムレータの内部空間におけるフォーミングを抑制することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置によれば、アキュムレータ内で液冷媒と冷凍機油とが二層に分離する可能性が高いときに第１制御を行って、アキュムレータ内を攪拌することができ、その攪拌の必要がないときには第２制御を行って、フォーミングの発生防止やインジェクション用熱交換器によるメイン冷媒流路を流れる冷媒の冷却をすることができる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置によれば、アキュムレータ内のフォーミングが小さく抑えられる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置によれば、アキュムレータの内部空間に入る冷媒が、アキュムレータの内部空間に上下の流れを作るため、低温のときにも液冷媒と冷凍機油との二層分離がさらに起こり難くなる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置によれば、アキュムレータの内部空間に溜まる液冷媒と冷凍機油との攪拌を効果的に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒配管系統を示す図。 アキュムレータの概略構成図。 内部空間で液冷媒と冷凍機油とが二層分離しているアキュムレータを示す図。 第１インジェクション流路からの冷媒によって内部空間が攪拌されているアキュムレータを示す図。 変形例に係るアキュムレータの概略構成図。

（１）空気調和装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置１０の冷媒配管系統を示す図である。空気調和装置１０は、冷媒配管方式の分散型の空気調和装置であって、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって建物内の各室を冷暖房する。空気調和装置１０は、熱源ユニットとしての室外ユニット１１と、多数の利用ユニットとしての室内ユニット１２と、室外ユニット１１と室内ユニット１２とを接続する冷媒連絡管としての液冷媒連絡管１３およびガス冷媒連絡管１４とを備えている。すなわち、図１に示す空気調和装置１０の冷媒回路は、室外ユニット１１と、室内ユニット１２と、冷媒連絡管１３，１４とが接続されることによって構成されている。そして、図１に示す冷媒回路内には、冷媒が封入されており、後述のように、冷媒が圧縮され、冷却・凝縮され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、Ｒ３２が用いられる。Ｒ３２は、温暖化係数が小さい低ＧＷＰ冷媒であって、ＨＦＣ系冷媒の一種である。また、冷凍機油として、Ｒ３２に対していくらかの相溶性を有するエーテル系合成油が用いられる。この空気調和装置１０では、冷媒としてＲ３２を使用しているため、油分比率にもよるが、低温条件（例えば０℃以下）においては、圧縮機２０の潤滑のために冷媒とともに封入されている冷凍機油の溶解度が非常に小さくなる傾向がある。

（２）空気調和装置の詳細構成
（２−１）室内ユニット
室内ユニット１２は、各室の天井あるいは側壁に設置されており、冷媒連絡管１３，１４を介して室外ユニット１１に接続されている。室内ユニット１２は、主として、減圧器である室内膨張弁４２と、利用側熱交換器としての室内熱交換器５０とを有している。

室内膨張弁４２は、冷媒を減圧するための膨張機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室内膨張弁４２は、その一端が液冷媒連絡管１３に接続され、その他端が室内熱交換器５０に接続されている。

室内熱交換器５０は、冷媒の蒸発器又は凝縮器として機能する熱交換器である。室内熱交換器５０は、その一端が室内膨張弁４２に接続され、その他端がガス冷媒連絡管１４に接続されている。

室内ユニット１２は、ユニット内に室内空気を吸入して、再び室内に供給するための室内ファン５５を備えており、室内空気と室内熱交換器５０を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。

また、室内ユニット１２は、各種のセンサや、室内ユニット１２を構成する各部の動作を制御する室内制御部９２を有している。室内制御部９２は、室内ユニット１２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット１２を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、後述する室外ユニット１１の室外制御部９１との間で伝送線９０ａを介して制御信号等のやりとりを行ったりする。

（２−２）室外ユニット
室外ユニット１１は、室内ユニット１２が配備される各室が存在する建物の外あるいは建物の地下室などに設置され、冷媒連絡管１３，１４を介して室内ユニット１２に接続されている。室外ユニット１１は、主として、圧縮機２０と、四路切換弁１５と、室外熱交換器３０と、室外膨張弁４１と、インジェクション用電動弁６３と、インジェクション用熱交換器６４と、液側閉鎖弁１７と、ガス側閉鎖弁１８と、アキュムレータ７０とを有している。

圧縮機２０は、圧縮機用モータによって駆動される密閉式圧縮機である。圧縮機２０は、本実施形態において１台のみであるが、これに限定されず、室内ユニット１２の接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されていてもよい。圧縮機２０は、圧縮機付属容器２８を介してガス冷媒を吸入する。

四路切換弁１５は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、室外熱交換器３０を圧縮機２０によって圧縮される冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器５０を室外熱交換器３０において冷却された冷媒の蒸発器として機能させるために、四路切換弁１５は、圧縮機２０の吐出側の冷媒配管２９と室外熱交換器３０の一端とを接続するとともに、圧縮機２０の吸入側の吸入流路２７（アキュムレータ７０を含む）とガス側閉鎖弁１８とを接続する（図１の四路切換弁１５の実線を参照）。また、暖房運転時には、室内熱交換器５０を圧縮機２０によって圧縮される冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室外熱交換器３０を室内熱交換器５０において冷却された冷媒の蒸発器として機能させるために、四路切換弁１５は、圧縮機２０の吐出側の冷媒配管２９とガス側閉鎖弁１８とを接続するとともに、吸入流路２７と室外熱交換器３０の一端とを接続する（図１の四路切換弁１５の破線を参照）。本実施形態において、四路切換弁１５は、吸入流路２７、圧縮機２０の吐出側の冷媒配管２９、室外熱交換器３０およびガス側閉鎖弁１８に接続された四路切換弁である。

室外熱交換器３０は、冷媒の凝縮器又は蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器３０は、その一端が四路切換弁１５に接続されており、その他端が室外膨張弁４１に接続されている。

室外ユニット１１は、ユニット内に室外空気を吸入して、再び室外に排出するための室外ファン３５を有している。室外ファン３５は、室外空気と室外熱交換器３０を流れる冷媒との間で熱交換をさせもので、室外ファン用モータによって回転駆動される。なお、室外熱交換器３０の熱源は、室外空気に限定されるものではなく、水などの別の熱媒体であってもよい。

室外膨張弁４１は、冷媒を減圧するための膨張機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外膨張弁４１は、その一端が室外熱交換器３０に接続され、その他端がインジェクション用熱交換器６４に接続されている。室外膨張弁４１とインジェクション用熱交換器６４とを結ぶメイン冷媒流路１１ａの一部分からは、分岐管６２が分岐している。メイン冷媒流路１１ａは、室外熱交換器３０と室内熱交換器５０とを結ぶ液冷媒の主流路である。

分岐管６２には、開度調整可能なインジェクション用電動弁６３が設けられている。また、分岐管６２は、インジェクション用熱交換器６４の第２流路６４ｂに接続されている。すなわち、メイン冷媒流路１１ａから分岐管６２へと分岐した冷媒は、インジェクション用電動弁６３で減圧され、インジェクション用熱交換器６４の第２流路６４ｂに流れる。

インジェクション用電動弁６３で減圧されてインジェクション用熱交換器６４の第２流路６４ｂに流れた冷媒は、インジェクション用熱交換器６４の第１流路６４ａを流れる冷媒と熱交換する。インジェクション用熱交換器６４の第１流路６４ａは、メイン冷媒流路１１ａの一部を構成している。このインジェクション用熱交換器６４での熱交換の後、分岐管６２および第２流路６４ｂを流れてきた冷媒は、第１インジェクション流路６５によってアキュムレータ７０に向かって送られる。

インジェクション用熱交換器６４は、二重管構造を採る内部熱交換器であり、上述のように、主流路であるメイン冷媒流路１１ａを流れる冷媒と、インジェクションのためのメイン冷媒流路１１ａから分岐した冷媒との間で熱交換を行わせる。インジェクション用熱交換器６４の第１流路６４ａの一端は室外膨張弁４１に接続されており、他端は液側閉鎖弁１７に接続されている。

液側閉鎖弁１７は、室外ユニット１１と室内ユニット１２との間で冷媒をやりとりするための液冷媒連絡管１３が接続される弁である。ガス側閉鎖弁１８は、室外ユニット１１と室内ユニット１２との間で冷媒をやりとりするためのガス冷媒連絡管１４が接続される弁であり、四路切換弁１５に接続されている。ここで、液側閉鎖弁１７およびガス側閉鎖弁１８は、サービスポートを備えた三方弁である。

アキュムレータ７０は、四路切換弁１５と圧縮機２０との間の吸入流路２７に配置されており、蒸発器として機能する室内熱交換器５０あるいは室外熱交換器３０から四路切換弁１５に接続された吸入流路２７の第１配管２７ａを通って戻ってきた冷媒を、気液分離する。気液分離された冷媒のうち、ガス冷媒が圧縮機２０へと送られる。アキュムレータ７０は、図１および図２に示すように、内部空間ＩＳを形成するケーシング７１と、入口管７２と、出口管７３とを有している。ケーシング７１は、主として、上下が開口する円筒状の本体７１ａと、本体７１ａの上の開口を塞ぐ椀状の上部蓋体７１ｂと、本体７１ａの下の開口を塞ぐ椀状の下部蓋体７１ｃとから構成されている。入口管７２は、吸入流路２７の第１配管２７ａを通ってきた冷媒を、内部空間ＩＳに導き入れる。入口管７２は、上部蓋体７１ｂを貫通し、その下端（先端）の流入口７２ａの高さ位置が内部空間ＩＳの上部に位置する。出口管７３は、内部空間ＩＳで分離したガス冷媒を、圧縮機付属容器２８に接続された吸入流路２７の第２配管２７ｂへと出す。出口管７３は、Ｊ字状の管であり、上部蓋体７１ｂを貫通し、内部空間ＩＳの下部においてＵターンし、その上端（先端）の流出口７３ａの高さ位置が内部空間ＩＳの上部に位置する。出口管７３の内部空間ＩＳの下部におけるＵターン部分には、油戻し穴７３ｂが形成されている。油戻し穴７３ｂは、ケーシング７１の内部空間ＩＳの下部に液冷媒とともに溜まっている冷凍機油を圧縮機２０へと戻すための穴である。

また、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳは、第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａを介して、第１インジェクション流路６５と連通している。すなわち、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳには、第１インジェクション流路６５から冷媒が入ってくる。第１インジェクション流路６５は、上述のように、メイン冷媒流路１１ａから分岐しインジェクション用熱交換器６４を通った冷媒を、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳに供給する流路である。第１インジェクション流路６５の先端部分は、アキュムレータ７０の下部蓋体７１ｃを下から上へと貫通し、その先端開口６５ａがアキュムレータ７０の内部空間ＩＳの下部に位置している。第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａの高さ位置は、下部蓋体７１ｃの上端７１ｄの高さ位置よりも低くなっている（図２参照）。また、第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａは、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳの底から高さ寸法Ｈ１だけ離れた位置にある。この高さ寸法Ｈ１は、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳの高さ寸法Ｈの、０〜０．３倍である。図２に示すものでは、高さ寸法Ｈ１は、高さ寸法Ｈの５分の１以下である。第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａは、概ね上を向いているが、詳細には斜め上向きになっている。第１インジェクション流路６５の先端部分は、アキュムレータ７０の下部蓋体７１ｃの周縁部を貫通しており、第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａが、アキュムレータ７０の内側面７１ｅに沿った方向を向いている。

アキュムレータ７０の出口管７３と圧縮機付属容器２８とは、吸入流路２７の第２配管２７ｂで結ばれており、圧縮機付属容器２８と圧縮機２０とは、吸入流路２７の第３配管２７ｃで結ばれている。

吸入流路２７の第３配管２７ｃには、図１に示すように、第２インジェクション流路６７が接続されている。第２インジェクション流路６７は、メイン冷媒流路１１ａから分岐しインジェクション用熱交換器６４を通った冷媒を、圧縮機２０の吸入部に接続される第３配管２７ｃへと供給するための流路である。また、第２インジェクション流路６７は、インジェクション用熱交換器６４から延びる第１インジェクション流路６５の途中から分岐した流路である。その分岐点とアキュムレータ７０との間において、第１インジェクション流路６５には第１開閉弁６６が設けられている。また、第２インジェクション流路６７には、第２開閉弁６８が設けられている。これらの第１開閉弁６６および第２開閉弁６８は、後述するように、第１インジェクション流路６５により冷媒をアキュムレータ７０へと供給する第１状態と、第２インジェクション流路６７により冷媒を圧縮機２０の吸入部に接続される第３配管２７ｃへと供給する第２状態とを切り替える切替機構として機能する。

なお、第１インジェクション流路６５の第１開閉弁６６および第２インジェクション流路６７の第２開閉弁６８を設ける代わりに、第１インジェクション流路６５と第２インジェクション流路６７との分岐点に三方弁を設けてもよい。この三方弁でも、第１状態と第２状態との切り替えを行うことが可能である。

また、室外ユニット１１は、外気温を検出する外気温センサ９５を含む各種のセンサや、室外制御部９１を有している。室外制御部９１は、室外ユニット１１の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット１２の室内制御部９２との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行う。これらの室外制御部９１および室内制御部９２によって、空気調和装置１０の制御部９０が構成されている。

（２−３）冷媒連絡管
冷媒連絡管１３，１４は、室外ユニット１１および室内ユニット１２を設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。

（２−４）制御部
空気調和装置１０の各種運転制御を行う制御手段としての制御部９０は、図１に示すように伝送線９０ａを介して結ばれる室外制御部９１および室内制御部９２によって構成されている。制御部９０は、各種センサの検出信号を受け、これらの検出信号等に基づいて各種機器を制御する。

制御部９０には、機能部として、試運転のための試運転制御部や、冷房運転などの通常の運転を制御するための通常運転制御部を有しており、各運転制御においてインジェクションの制御も行う。

（３）空気調和装置の動作
次に、本実施形態に係る空気調和装置１０の動作について説明する。なお、以下に説明する各種運転における制御は、運転制御手段として機能する制御部９０によって行われる。

（３−１）冷房運転の基本動作
冷房運転時は、四路切換弁１５が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機２０からの吐出ガス冷媒が室外熱交換器３０に流れ、かつ、吸入流路２７がガス側閉鎖弁１８に接続された状態となる。室外膨張弁４１は全開状態に、室内膨張弁４２は、開度調節されるようになっている。なお、閉鎖弁１７，１８は開状態である。

この冷媒回路の状態において、圧縮機２０から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁１５を経由して、冷媒の凝縮器として機能する室外熱交換器３０に送られ、室外ファン３５によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却される。室外熱交換器３０において冷却されて液化した高圧の冷媒は、インジェクション用熱交換器６４で過冷却状態となり、液冷媒連絡管１３を経由して各室内ユニット１２に送られる。各室内ユニット１２に送られた冷媒は、室内膨張弁４２によってそれぞれ減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器５０において室内空気と熱交換をし、蒸発して低圧のガス冷媒となる。そして、室内熱交換器５０において加熱された低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管１４を経由して室外ユニット１１に送られ、四路切換弁１５を経由し、アキュムレータ７０を通って再び圧縮機２０に吸入される。このようにして、室内の冷房が行われる。

室内ユニット１２のうち一部の室内ユニットだけが運転されている場合は、停止している室内ユニットについては、その室内膨張弁４２が停止開度（例えば、全閉）にされる。この場合、運転停止中の室内ユニット１２内を冷媒が殆ど通過しないようになり、運転中の室内ユニット１２のみについて冷房運転が行われることになる。

（３−２）暖房運転の基本動作
暖房運転時は、四路切換弁１５が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機２０の吐出側の冷媒配管２９がガス側閉鎖弁１８に接続され、かつ、吸入流路２７が室外熱交換器３０に接続された状態となっている。室外膨張弁４１および室内膨張弁４２は、開度調節されるようになっている。なお、閉鎖弁１７，１８は開状態である。

この冷媒回路の状態において、圧縮機２０から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁１５およびガス冷媒連絡管１４を経由して、各室内ユニット１２に送られる。そして、各室内ユニット１２に送られた高圧のガス冷媒は、冷媒の凝縮器として機能する室内熱交換器５０において、それぞれ室内空気と熱交換を行って冷却された後、室内膨張弁４２を通過し、液冷媒連絡管１３を経由して室外ユニット１１に送られる。冷媒が室内空気と熱交換を行って冷却される際に、室内空気は加熱される。室外ユニット１１に送られた高圧の冷媒は、インジェクション用熱交換器６４で過冷却状態となり、室外膨張弁４１によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって、冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器３０に流入する。室外熱交換器３０に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン３５によって供給される室外空気と熱交換を行って加熱され、蒸発して低圧の冷媒となる。室外熱交換器３０を出た低圧のガス冷媒は、四路切換弁１５を経由して、アキュムレータ７０を通って再び圧縮機２０に吸入される。このようにして、室内の暖房が行われる。

なお、アキュムレータ７０には、特に暖房運転時に余剰冷媒が溜められる。

（３−３）各運転におけるインジェクション制御
上述のように、この空気調和装置１０では、冷媒としてＲ３２を使用しているため、低温条件（例えば冷媒温度が０℃以下）においては、圧縮機２０の潤滑のために冷媒とともに封入されている冷凍機油の溶解度が、非常に小さくなる。このため、冷凍サイクルにおける低圧になると、冷媒温度の低下によって、冷凍機油の溶解度が大きく低下することになり、冷凍サイクルにおいて低圧になるアキュムレータ７０内で冷媒であるＲ３２と冷凍機油が二層分離し、圧縮機２０に冷凍機油が戻りにくくなる。特に、余剰冷媒が多く溜まる傾向がある暖房運転や暖房運転開始時においては、図３に示すように、ケーシング７１の内部空間ＩＳの下部が液冷媒で満たされ、液冷媒から分離した冷凍機油が内部空間ＩＳの上部に集まってしまう傾向がある。このような二層分離が生じると、アキュムレータ７０の出口管７３の油戻し穴７３ｂと冷凍機油とが離れてしまい、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳに溜まっている冷凍機油を圧縮機２０へと戻すことが出来なくなってしまう。

これに鑑み、空気調和装置１０では、制御部９０が、冷媒温度が低下する条件のときに、具体的には外気温が閾値かそれ以下であるときに、第１インジェクション流路６５を用いた第１制御を行う。この第１制御では、第１インジェクション流路６５の第１開閉弁６６を開け、第２インジェクション流路６７の第２開閉弁６８を閉め、インジェクション用電動弁６３の開度調整を行いながら、メイン冷媒流路１１ａから分岐しインジェクション用熱交換器６４を通った冷媒を、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳに噴き出す。これにより、図４に示すように、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳに貯留されている液冷媒および冷凍機油が、上下の流れができるように攪拌され（図４の太線の矢印を参照）、アキュムレータ７０内の二層分離現象が解消あるいは抑制される。

一方、空気調和装置１０の制御部９０は、外気温センサ９５が検出する外気温が閾値を上回っているときには、第２インジェクション流路６７を用いた第２制御を行う。この第２制御では、第２インジェクション流路６７の第２開閉弁６８を開け、第１インジェクション流路６５の第１開閉弁６６を閉め、インジェクション用電動弁６３の開度調整を行いながら、メイン冷媒流路１１ａから分岐しインジェクション用熱交換器６４を通った冷媒を、圧縮機２０の吸入部に接続される第３配管２７ｃに噴き出す。このときには、インジェクション用熱交換器６４がメイン冷媒流路１１ａを通る冷媒に過冷却をつける役割を果たすとともに、メイン冷媒流路１１ａから分岐した冷媒がアキュムレータ７０ではなく吸入流路２７の第３配管２７ｃに流れ込むため、アキュムレータ７０内でフォーミングが生じることが抑えられる。なお、外気温が閾値を上回っているため、アキュムレータ７０内で二層分離現象が起こることはない。

また、空気調和装置１０の制御部９０は、圧縮機２０の吐出温度が上限値を超え、直ちに停止させる必要はないが吐出温度を抑制する必要があるときには、第１インジェクション流路６５を用いた第１制御を行っている状態であっても、第２インジェクション流路６７を用いた第２制御に切り替える。このときには、インジェクション用電動弁６３の開度調整によって、湿り状態の冷媒がインジェクション用熱交換器６４から第３配管２７ｃを経て圧縮機２０に流れ込むようにインジェクション制御を行い、圧縮機２０の吐出温度を下げる。

（４）空気調和装置の特徴
（４−１）
本実施形態に係る空気調和装置１０では、Ｒ３２を冷媒として使い、吸入流路２７に余剰冷媒の貯留機能を持つアキュムレータ７０を配しているため、低温条件のときにはアキュムレータ７０の内部空間ＩＳで液冷媒と冷凍機油とが二層に分離することが想定される。しかし、ここでは、メイン冷媒流路１１ａから分岐する分岐管６２を流れる冷媒を、インジェクション用熱交換器６４を介して、第１インジェクション流路６５からアキュムレータ７０の内部空間ＩＳに導くように空気調和装置１０を構成し、第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａをアキュムレータ７０の内部空間ＩＳの底に近い高さ位置に配している。このため、第１インジェクション流路６５からアキュムレータ７０に入る冷媒によって、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳに溜まる液冷媒および冷凍機油を攪拌することができている。これにより、図３に示すようにアキュムレータ７０の内部空間ＩＳで液冷媒と冷凍機油とが二層に分離するような低温条件のときにも、攪拌によって分離現象を抑えることができている。

（４−２）
本実施形態に係る空気調和装置１０では、第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａを、アキュムレータ７０のケーシング７１を構成する部品のうち下部蓋体７１ｃの上端７１ｄの高さ位置よりも低いところに位置させている。このため、図４に示すように、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳに溜まる液冷媒と冷凍機油との攪拌を効果的に行うことができている。

（４−３）
本実施形態に係る空気調和装置１０では、第１インジェクション流路６５に加えて第２インジェクション流路６７を設け、どちらのインジェクション流路６５，６７を使ってインジェクション用熱交換器６４を出た冷媒を吸入流路２７に戻すのかを、切替機構（第１開閉弁６６および第２開閉弁６８）で切り替えている。このため、図３に示すようにアキュムレータ７０の内部空間ＩＳで液冷媒と冷凍機油とが二層に分離するようなときには、第１インジェクション流路６５を使ってアキュムレータ７０および吸入流路２７の第２，第３配管２７ｂ，２７ｃを経て冷媒を圧縮機２０に戻し、そうではないときには、第２インジェクション流路６７を使って吸入流路２７の第３配管２７ｃを介して冷媒を圧縮機２０に戻すことでアキュムレータ７０の内部空間ＩＳにおけるフォーミング（泡立ち現象）を抑制することができるようになっている。具体的には、制御部９０が、冷媒温度が低下する条件である、外気温が閾値かそれ以下であるときに、第１インジェクション流路６５を用いた第１制御を行い、外気温センサ９５が検出する外気温が閾値を上回っているときに、第２インジェクション流路６７を用いた第２制御を行っている。

また、圧縮機２０の吐出温度が上限値を超えて高温になっているといった状況のときに、第１インジェクション流路６５ではなく第２インジェクション流路６７を使って、圧縮機２０に近い吸入流路２７の第３配管２７ｃにインジェクション用熱交換器６４から直接冷媒を流すことによって、圧縮機２０の冷却効果を早期に得ることができている。

（４−４）
本実施形態に係る空気調和装置１０では、第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａが、アキュムレータ７０の内側面７１ｅに沿った方向を向いている。このため、第１インジェクション流路６５からアキュムレータ７０の内部空間ＩＳに入る冷媒が、アキュムレータ７０の内側面７１ｅに沿って流れるようになり、フォーミング（泡立ち現象）が比較的小さく抑えられる。

また、空気調和装置１０では、第１インジェクション流路６５の先端開口６５ａが、斜め上向きになっている。このため、第１インジェクション流路６５からアキュムレータ７０の内部空間ＩＳに入る冷媒が、上向きのベクトルを持ち、上下二層に分離しようとするアキュムレータ７０の内部空間ＩＳの液冷媒と冷凍機油とが、分離し難くなる。すなわち、インジェクション用熱交換器６４からアキュムレータ７０の内部空間ＩＳに入る冷媒が、図４に示すようにアキュムレータ７０の内部空間ＩＳに上下の流れを作るため、低温のときにも液冷媒と冷凍機油との二層分離が起こり難くなっている。

（５）変形例
上記実施形態では、図２に示すように、第１インジェクション流路６５の先端部分がアキュムレータ７０の下部蓋体７１ｃを下から上へと貫通しているが、図５に示すような構成を採ってもよい。図５では、第１インジェクション流路６５の先端部分１６５が、アキュムレータ７０の円筒状の本体７１ａを外側方から内側方に貫通している。そして、第１インジェクション流路６５の先端部分１６５の先端開口１６５ａが、アキュムレータ７０の内側面７１ｅに沿って斜め上を向いている。先端開口１６５ａは、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳの底から高さ寸法Ｈ２だけ離れた位置にある。この高さ寸法Ｈ２は、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳの高さ寸法Ｈの、０〜０．３倍である。図５に示すものでは、高さ寸法Ｈ２は、高さ寸法Ｈの４分の１以下である。

このような高さ位置で斜め上を向いて冷媒を噴き出す先端開口１６５ａが形成された第１インジェクション流路６５も、上記実施形態と同様に、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳに溜まる液冷媒および冷凍機油を効果的に攪拌し、アキュムレータ７０の内部空間ＩＳで液冷媒と冷凍機油とが二層に分離するような低温条件のときにも、攪拌によって分離現象を抑制することができる。

１０ 空気調和装置（冷凍装置）
１１ａ メイン冷媒流路
２０ 圧縮機
２７ 吸入流路
２７ｃ 吸入流路の第３配管（アキュムレータと圧縮機との間に位置する吸入流路）
３０ 室外熱交換器（凝縮器，蒸発器）
４１ 室外膨張弁（膨張機構）
４２ 室内膨張弁（膨張機構）
５０ 室内熱交換器（蒸発器，凝縮器）
６２ 分岐管（分岐流路）
６３ インジェクション用電動弁（開度調整弁）
６４ インジェクション用熱交換器
６５ 第１インジェクション流路
６５ａ 第１インジェクション流路の先端開口（先端の冷媒出口）
６６ 第１インジェクション流路の第１開閉弁（切替機構）
６７ 第２インジェクション流路
６８ 第２インジェクション流路の第２開閉弁（切替機構）
７０ アキュムレータ
７１ ケーシング
７１ａ 本体（筒状本体）
７１ｂ 上部蓋体
７１ｃ 下部蓋体
７１ｄ 下部蓋体の上端
７１ｅ アキュムレータの内側面
７２ 入口管
７３ 出口管
９０ 制御部

特開２００４−２６３９９５号公報

Claims (5)

1. 冷媒としてＲ３２を使う冷凍装置において、
   吸入流路（２７）から冷媒を吸入し、冷媒の圧縮を行う、圧縮機（２０）と、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる、凝縮器（３０，５０）と、
   前記凝縮器を出た冷媒を膨張させる、膨張機構（４２，４１）と、
   前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる、蒸発器（５０，３０）と、
   前記吸入流路に設けられ、前記蒸発器を出た冷媒を気液分離するとともに余剰冷媒を貯留するための内部空間が形成されており、分離したガス冷媒を前記圧縮機に送る、アキュムレータ（７０）と、
   前記凝縮器と前記蒸発器とを結ぶメイン冷媒流路（１１ａ）から分岐する分岐流路（６２）と、
   前記分岐流路に設けられ、開度調整が可能な、開度調整弁（６３）と、
   前記メイン冷媒流路を流れる冷媒と、前記分岐流路の前記開度調整弁を通過した冷媒とを熱交換させる、インジェクション用熱交換器（６４）と、
   前記分岐流路を流れ前記インジェクション用熱交換器を出た冷媒を、前記アキュムレータの前記内部空間に導く流路であって、その先端が、前記内部空間の底から、前記内部空間の高さ寸法の０〜０．３倍の寸法だけ離れた高さ位置にある、第１インジェクション流路（６５）と、
   前記分岐流路を流れ前記インジェクション用熱交換器を出た冷媒を、前記アキュムレータと前記圧縮機との間に位置する前記吸入流路（２７ｃ）へと導く、第２インジェクション流路（６７）と、
   前記分岐流路を流れ前記インジェクション用熱交換器を出た冷媒が前記アキュムレータ（７０）の前記内部空間に流れ込む第１状態と、前記分岐流路を流れ前記インジェクション用熱交換器を出た冷媒が前記アキュムレータと前記圧縮機との間に位置する前記吸入流路（２７ｃ）に流れ込む第２状態とを切り替える切替機構（６６，６８）と、
   を備えた冷凍装置（１０）。
2. 外気温が閾値以下のときには、前記切替機構を前記第１状態にする第１制御を行い、外気温が前記閾値を超える場合には、前記切替機構を前記第２状態にする第２制御を行う制御部（９０）、
   をさらに備えた、請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記第１インジェクション流路（６５）は、その前記先端の冷媒出口（６５ａ）が、前記アキュムレータ（７０）の内側面（７１ｅ）に沿った方向を向いている、
   請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記第１インジェクション流路（６５）は、その前記先端の冷媒出口（６５ａ）が、上向き或いは斜め上向きである、
   請求項１から３のいずれかに記載の冷凍装置。
5. 前記アキュムレータ（７０）は、前記内部空間を形成するケーシング（７１）と、前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記内部空間に入れるための入口管（７２）と、分離したガス冷媒を前記圧縮機に向かわせるための出口管（７３）と、を有し、
   前記ケーシングは、上下が開口する筒状本体と、前記筒状本体の上の開口を塞ぐ上部蓋体と、前記筒状本体の下の開口を塞ぐ下部蓋体と、を含み、
   前記第１インジェクション流路（６５）の前記先端の高さ位置が、前記下部蓋体の上端の高さ位置よりも低い、
   請求項１から４のいずれかに記載の冷凍装置。

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