JP7341340B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。
凝縮器にて凝縮された冷媒を過冷却するための過冷却器を備える冷凍サイクル装置が知られている(例えば、特開2018-091502号公報(特許文献1)参照)。過冷却器は、冷媒が流れる複数の冷媒流路を備える。過冷却器では、複数の冷媒流路の内部を流れる冷媒が、複数の冷媒流路の外部を流れる熱媒体(冷熱源)との熱交換によって過冷却される。
特開2018-091502号公報
冷媒が過冷却器を流れる過程で、冷媒の飽和温度は、冷媒の圧力損失が生じることにより、低下する。そのため、過冷却器に流入する冷媒の過冷却度が小さい場合、冷媒は過冷却器を流れる過程で気液二相化してしまう。
気液二相冷媒の圧力損失は液相冷媒の圧力損失よりも大きいため、気液二相冷媒の飽和温度は、液相冷媒の飽和温度よりも低下しやすい。そのため、冷媒が過冷却器を流れる過程で気液二相化した場合、気液二相冷媒と熱媒体(冷熱源)との温度差は、複数の冷媒流路の下流側に向かうにつれて小さくなる。この場合、過冷却器は冷媒を過冷却できず、気液二相冷媒が過冷却器から流出することになる。この場合には、過冷却度を有する液相冷媒が膨張弁に流れる場合と比べて、膨張弁にて膨張される冷媒の流量が少なくなるため、冷凍サイクル装置の能力が低下する。
本開示の主たる目的は、過冷却器において冷媒が気液二相化することに伴う能力低下が抑制された冷凍サイクル装置を提供することにある。
本開示に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却器、膨張弁、および蒸発器を含み、冷媒が圧縮機、凝縮器、過冷却器、膨張弁、および蒸発器の順に循環する冷媒回路を備える。過冷却器は、冷媒が内部を流れる複数の冷媒流路を含む。複数の冷媒流路は、冷媒回路において複数の冷媒流路の中で最も上流側に配置された複数の第1冷媒流路と、複数の第1冷媒流路の各々を流れた冷媒が流れる複数の第2冷媒流路とを含む。複数の第1冷媒流路の流路断面積の合計値は、複数の第2冷媒流路の流路断面積の合計値よりも大きい。
本開示によれば、過冷却器において冷媒が気液二相化することに伴う能力低下が抑制された冷凍サイクル装置を提供できる。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置を示すブロック図である。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の過冷却器の一例を説明するための図である。 実施の形態1の過冷却器において、冷媒流入部から冷媒流出部に流れる冷媒の温度の変化、および冷媒の飽和温度の変化を説明するためのグラフである。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の変形例を示すブロック図である。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の他の変形例を示すブロック図である。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置のさらに他の変形例を示すブロック図である。 実施の形態1に係る過冷却器の変形例を示すブロック図である。 実施の形態2に係る冷凍サイクル装置を示すブロック図である。 実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の変形例を示すブロック図である。 比較例の過冷却器において、冷媒流入部から冷媒流出部に流れる冷媒の温度の変化、および冷媒の飽和温度の変化を説明するためのグラフである。
以下、図面を参照して、本実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
実施の形態1.
<冷凍サイクル装置の構成>
図1に示されるように、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100は、圧縮機1、凝縮器2、レシーバ3、過冷却器4、膨張弁5、および蒸発器6を含み、冷媒が循環する冷媒回路を備える。冷媒は、上記冷媒回路を、圧縮機1、凝縮器2、レシーバ3、過冷却器4、膨張弁5、および蒸発器6の順に流れる。
圧縮機1は、蒸発器6にて蒸発した冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。圧縮機1は、例えば、運転周波数を変更することで容量を変えることが可能なインバータ式圧縮機である。
凝縮器2では、圧縮機1から吐出された冷媒が、空気などの熱媒体と熱交換して凝縮する。凝縮器2にて凝縮された冷媒は、飽和液として、レシーバ3に一時的に貯留される。過冷却度を有する液相冷媒が凝縮器2からレシーバ3に流入した場合にも、液相冷媒がレシーバ3内の気相冷媒を冷却することにより上記過冷却度は失われる。レシーバ3は、冷媒が流出する冷媒流出口30を有している。レシーバ3の冷媒流出口30から流出して過冷却器4に流入する冷媒は、過冷却度を有さない飽和液となっている。
過冷却器4では、レシーバ3から流出した冷媒が、空気などの熱媒体(以下、冷熱源とよぶ)と熱交換して過冷却される。過冷却器4は、冷媒が流入する冷媒流入部41と、冷媒が流出する冷媒流出部42と、冷媒流入部41と冷媒流出部42との間に配置されており、冷媒が内部を流れる複数の冷媒流路とを含む。複数の冷媒流路は、それらを流れる冷媒がそれらの外部を流れる冷熱源と熱交換するように設けられている。過冷却器4から膨張弁5に流入する冷媒は、過冷却度を有する液相冷媒となっている。過冷却器4の詳細な構成は、後述する。
膨張弁5では、過冷却器4から流出した過冷却度を有する液相冷媒が減圧されて、気液二相化する。膨張弁5は、例えばキャピラリチューブなどの冷媒を減圧できる任意の減圧装置に代替され得る。
蒸発器6では、膨張弁5にて減圧された冷媒が空気などの熱媒体と熱交換して蒸発する。
<過冷却器の構成>
図2に示されるように、過冷却器4は、例えば1つの熱交換器により構成されている。過冷却器4は、例えばパラレルフロー型(PFC)熱交換器として構成されている。過冷却器4は、冷媒流入部41、冷媒流出部42、複数の伝熱管43、第1ヘッダ44、および第2ヘッダ45を含む。
複数の伝熱管43の各々は、互いに並列に配置されている。複数の伝熱管43は、複数の第1伝熱管43Aと、複数の第2伝熱管43Bとを含む。複数の第1伝熱管43Aの各々の管内流路断面積は、例えば互いに等しい。複数の第2伝熱管43Bの各々の管内流路断面積は、例えば互いに等しい。複数の第1伝熱管43Aの各々の管内流路断面積は、例えば複数の第2伝熱管43Bの各々の管内流路断面積と等しい。
複数の第1伝熱管43Aおよび複数の第2伝熱管43Bの各々の一端は、第1ヘッダ44に接続されている。複数の第2伝熱管43Bの各々の他端は、第2ヘッダ45に接続されている。複数の第1伝熱管43Aの各々の延在方向の長さは、例えば互いに等しい。複数の第2伝熱管43Bの各々の延在方向の長さは、例えば互いに等しい。複数の第1伝熱管43Aの各々の延在方向の長さは、例えば複数の第2伝熱管43Bの各々の延在方向の長さと等しい。
複数の伝熱管43の各々は、例えば、水平方向に沿って延びており、かつ上下方向において互いに間隔を隔てて配置されている。複数の第1伝熱管43Aの各々は、上下方向において互いに間隔を隔てて配置されている。複数の第2伝熱管43Bの各々は、上下方向において互いに間隔を隔てて配置されている。複数の第1伝熱管43Aは、例えば複数の第2伝熱管43Bよりも上方に配置されている。複数の第1伝熱管43Aのうち最も下方に配置された第1伝熱管43Aは、複数の第2伝熱管43Bのうち最も上方に配置された第2伝熱管43Bよりも上方に配置されている。
複数の冷媒流路の各々は、複数の伝熱管43の各々の内部に形成されている。冷熱源としての空気は、複数の伝熱管43の外部を流れる。複数の冷媒流路は、複数の伝熱管43の内部を流れる冷媒が複数の伝熱管43の外部を流れる冷熱源と熱交換するように設けられている。
複数の冷媒流路は、複数の第1伝熱管43Aの各々の内部に形成されている複数の第1冷媒流路P1と、複数の第2伝熱管43Bの各々の内部に形成されている複数の第2冷媒流路P2とを含む。
異なる観点から言えば、複数の冷媒流路は、上記冷媒回路において複数の冷媒流路の中で最も上流側に配置された複数の第1冷媒流路P1と、複数の第1冷媒流路P1の各々を流れた冷媒が流れる複数の第2冷媒流路P2とを含む。複数の第1冷媒流路P1の各々の流路断面積は、複数の第2冷媒流路P2の各々の流路断面積と等しい。
複数の第1冷媒流路P1の各々の上流側に位置する端部は、第1ヘッダ44に接続されている。複数の第1冷媒流路P1の各々の下流側に位置する端部は、第2ヘッダ45に接続されている。複数の第1冷媒流路P1の各々は、第1ヘッダ44および第2ヘッダ45に対し、互いに並列に接続されている。
複数の第2冷媒流路P2の各々の上流側に位置する端部は、第2ヘッダ45に接続されている。複数の第2冷媒流路P2の各々の下流側に位置する端部は、第1ヘッダ44に接続されている。複数の第2冷媒流路P2の各々は、第1ヘッダ44および第2ヘッダ45に対し、互いに並列に接続されている。複数の第2冷媒流路P2の各々は、複数の第1冷媒流路P1の各々と直列に接続されている。
複数の第1伝熱管43Aの各管内流路断面積の合計値は、複数の第2伝熱管43Bの各管内流路断面積の合計値よりも大きい。複数の第1伝熱管43Aの数は、複数の第2伝熱管43Bの数よりも多い。言い換えると、複数の第1冷媒流路P1の流路断面積の合計値は、複数の第2冷媒流路P2の流路断面積の合計値よりも大きい。複数の第1冷媒流路P1の数は、複数の第2冷媒流路P2の数よりも多い。好ましくは、複数の第1冷媒流路P1の流路断面積の合計値は、複数の第2冷媒流路P2の流路断面積の合計値の1.4倍以上2倍以下である。好ましくは、複数の第1冷媒流路P1の数は、複数の第2冷媒流路P2の数の1.4倍以上2倍以下である。
第1ヘッダ44は、複数の第1冷媒流路P1の各々の上流側に位置する端部と連なる第1空間44Aと、複数の第2冷媒流路P2の各々の下流側に位置する端部と連なる第2空間44Bと、第1空間44Aと第2空間44Bとを区画する区画部46とを有している。
第1空間44Aは、冷媒流入部41と連なっている。第2空間44Bは、冷媒流出部42と連なっている。第1空間44Aおよび第2空間44Bは、第1ヘッダ44の内部に形成されている。区画部46は、第1ヘッダ44の内部に固定されている。
第2ヘッダ45は、複数の第1冷媒流路P1の各々の下流側に位置する端部と連なるとともに、複数の第2冷媒流路P2の各々の上流側に位置する端部と連なる内部空間を有している。
冷媒流入部41から第1ヘッダ44の第1空間44Aに流入した冷媒は、複数の第1冷媒流路P1の各々に分配される。複数の第1冷媒流路P1の各々を流れた冷媒は、第2ヘッダ45の上記内部空間にて合流した後、複数の第2冷媒流路P2の各々に分配される。複数の第2冷媒流路P2の各々を流れた冷媒は、第1ヘッダ44の第2空間44Bにて合流した後、冷媒流出部42から流出する。
過冷却器4は、複数のフィン47をさらに含む。複数のフィン47の各々は、コルゲートフィンである。複数のフィン47の各々は、複数の伝熱管43の各々の外周面と接続されている。複数のフィン47の各々は、冷熱源の流路に面している。冷熱源が流れる方向は、複数の伝熱管43の延在方向と交差している。複数のフィン47の各々は、例えば上下方向において隣り合う2つの第1伝熱管43A間、上下方向において隣り合う2つの第2伝熱管43B間、および複数の第1伝熱管43Aのうち最も下方に配置された第1伝熱管43Aと、複数の第2伝熱管43Bのうち最も上方に配置された第2伝熱管43Bとの間のいずれかに配置されている。
過冷却器4は、複数の第1伝熱管43Aの内部を流れる冷媒と、複数の第1伝熱管43Aの外部を流れる空気等の冷熱源とが熱交換する第1熱交換部4Aと、複数の第2伝熱管43Bの内部を流れる冷媒と、複数の第2伝熱管43Bの外部を流れる空気等の冷熱源とが熱交換する第2熱交換部4Bとを含んでいる。冷媒回路において、第1熱交換部4Aは、第2熱交換部4Bよりも上流側に配置されており、かつ第2熱交換部4Bと直列に接続されている。第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bの各々は、1つの熱交換器の一部分として構成されている。
<作用効果>
冷凍サイクル装置100の作用効果を、比較例1,2との対比に基づいて説明する。比較例1,2に係る冷凍サイクル装置は、上流側に位置する冷媒流路(以下、上流側冷媒流路とよぶ)の流路断面積の合計値が下流側に位置する冷媒流路(以下、下流側冷媒流路とよぶ)の流路断面積の合計値と等しい過冷却器を備える点でのみ、冷凍サイクル装置100とは異なる。
比較例1の過冷却器では、上流側冷媒流路の流路断面積の合計値が、下流側冷媒流路の流路断面積の合計値と等しい。比較例1の過冷却器の下流側冷媒流路の流路断面積の合計値は、過冷却器4の複数の第2冷媒流路P2の流路断面積の合計値と同等である。比較例1の過冷却器の上流側冷媒流路の流路断面積の合計値は、過冷却器4の複数の第1冷媒流路P1の流路断面積の合計値よりも小さい。つまり、過冷却器4の複数の第1冷媒流路P1にて生じる冷媒の圧力損失は、比較例1の過冷却器の上流側冷媒流路にて生じる冷媒の圧力損失よりも小さい。
比較例2の過冷却器では、上流側冷媒流路の流路断面積の合計値が下流側冷媒流路の流路断面積の合計値と等しい。比較例2の過冷却器の上流側冷媒流路の流路断面積の合計値は、過冷却器4の複数の第1冷媒流路P1の流路断面積の合計値と同等である。比較例2の過冷却器の下流側冷媒流路の流路断面積の合計値は、過冷却器4の複数の第2冷媒流路P2の流路断面積の合計値よりも大きい。つまり、過冷却器4の複数の第2冷媒流路P2を流れる冷媒の流速は、比較例2の過冷却器の下流側冷媒流路を流れる冷媒の流速よりも速い。
まず、過冷却器4と比較例1の過冷却器とを対比する。過冷却器4および比較例1の過冷却器の各々に流れる冷媒の種類、流量、および流入時の飽和温度は、互いに等しいとする。過冷却器4および比較例1の過冷却器の各々では、過冷却度を有さない飽和液となっている冷媒が、冷媒流入部から、複数の第1冷媒流路または上流側冷媒流路に流入する。過冷却器4および比較例1の過冷却器の各々では、冷媒は、複数の第1冷媒流路または上流側冷媒流路を流れることにより、熱媒体(冷熱源)と熱交換する。同時に、冷媒が複数の第1冷媒流路または上流側冷媒流路を流れることにより、冷媒には圧力損失が生じる。冷媒の飽和温度は冷媒の圧力に対応するため、冷媒の圧力損失が大きくなるほど、冷媒の飽和温度は低くなる。
図3は、過冷却器4において、冷媒流入部41から冷媒流出部42に流れる冷媒の温度の変化、および冷媒の飽和温度の変化を説明するためのグラフである。図10は、比較例1の過冷却器において、冷媒流入部から冷媒流出部に流れる冷媒の温度の変化、および冷媒の飽和温度の変化を説明するためのグラフである。図3および図10において、実線が冷媒の温度の変化を示し、点線が冷媒の飽和温度の変化を示す。
図10に示されるように、冷媒が比較例1の過冷却器の上流側冷媒流路を流れる過程での冷媒の圧力損失が比較的大きいため、当該過程において冷媒は気液二相化しやすい。つまり、比較例1の過冷却器の下流側冷媒流路には、気液二相冷媒が流れやすい。
冷媒の圧力損失は、その乾き度が高いほど、大きくなる。そのため、気液二相化後の冷媒が下流側冷媒流路を流れる過程での冷媒の圧力損失は、気液二相化前の冷媒が上流側冷媒流路を流れる過程での冷媒の圧力損失よりも大きくなる。これにより、気液二相化後の冷媒が下流側冷媒流路を流れる過程では、気液二相化前の冷媒が上流側冷媒流路を流れる過程と比べて、冷媒の飽和温度が低下しやすい。そのため、下流側冷媒流路を流れる冷媒と熱媒体(冷熱源)との温度差は、上流側冷媒流路を流れる冷媒と熱媒体との温度差よりも小さくなり、かつ冷媒流出部に近づくにつれて小さくなる。そのため、比較例1の過冷却器では、気液二相化した冷媒は過冷却されることなく、冷媒流出部から流出することになる。
つまり、比較例1の過冷却器では、冷媒が気液二相化しやすく、かつ気液二相化した冷媒が過冷却されることなく流出する。比較例1に係る冷凍サイクル装置では、過冷却器から流出した気液二相冷媒が膨張弁に流入するため、過冷却度を有する液相冷媒が膨張弁に流れる場合と比べて膨張弁にて膨張される冷媒の流量が少なくなり、冷凍サイクル装置の能力が低下する。
これに対し、過冷却器4の複数の第1冷媒流路P1の流路断面積の合計値は、比較例1の過冷却器の上流側冷媒流路の流路断面積の合計値よりも大きい。そのため、図3に示されるように、冷媒が過冷却器4の各第1冷媒流路P1を流れる過程での冷媒の圧力損失は、冷媒が比較例1の過冷却器の上流側冷媒流路を流れる過程での冷媒の圧力損失よりも小さくなる。図3および図10に示されるように、冷媒が各第1冷媒流路P1を流れる過程での冷媒の飽和温度の低下量は、冷媒が上流側冷媒流路を流れる過程での冷媒の飽和温度の低下量よりも少なくなる。
これにより、冷媒が各第1冷媒流路P1を流れる過程では、冷媒が比較例1の上流側冷媒流路を流れる過程と比べて、冷媒は気液二相化しにくく、冷媒の圧力損失は小さくなり、冷媒の飽和温度の低下量は少なくなる。そのため、冷媒が各第1冷媒流路P1を流れる過程では、冷媒が比較例1の上流側冷媒流路を流れる過程と比べて、冷媒は十分に過冷却される。その結果、過冷却器4では、過冷却度を有する液相冷媒が各第1冷媒流路P1から各第2冷媒流路P2に流入する。図10に示されるように、例えば、各第2冷媒流路P2に流入する冷媒の温度は、冷媒流出部42から流出する冷媒の飽和温度よりも低くなり得る。
過冷却器4の複数の第2冷媒流路P2の流路断面積の合計値は、比較例1の過冷却器の下流側冷媒流路の流路断面積の合計値と同等である。しかし、上述のように、液相冷媒の圧力損失は、気液二相冷媒の圧力損失よりも小さいため、液相冷媒が複数の第2冷媒流路P2を流れる過程では、気液二相冷媒が比較例1の下流側冷媒流路を流れる過程と比べて、冷媒の飽和温度が低下しにくい。そのため、過冷却器4では、複数の第2冷媒流路P2に流入した液相冷媒は気液二相化されることなく、過冷却度を有したまま、冷媒流出部42から流出することになる。
つまり、過冷却器4では、冷媒が複数の第1冷媒流路P1の各々を流れる過程、および冷媒が複数の第2冷媒流路P2の各々を流れる過程の双方で、冷媒の気液二相化が抑制されており、過冷却度を有する冷媒が冷媒流出部42から流出する。過冷却器4を備える冷凍サイクル装置100では、過冷却器4から流出した液相冷媒が膨張弁5に流入するため、比較例1に係る冷凍サイクル装置と比べて、能力が向上する。
なお、複数の第2冷媒流路P2の流路断面積の合計値が複数の第1冷媒流路P1の流路断面積の合計値よりも小さいため、冷媒が各第2冷媒流路P2を流れる過程での冷媒の圧力損失は冷媒が各第1冷媒流路P1を流れる過程での冷媒の圧力損失よりも大きくなる。そのため、過冷却器4においても、冷媒が各第2冷媒流路P2を流れる過程では、冷媒が各第1冷媒流路P1を流れる過程と比べて、冷媒の飽和温度は低下しやすい。しかし、過冷却器4では、各第2冷媒流路P2に流入する冷媒の過冷却度が十分に大きくなり得るため、冷媒流出部42から流出する冷媒の過冷却度が確保され得る。その結果、過冷却器4を備える冷凍サイクル装置100では、過冷却器4から流出した液相冷媒が膨張弁5に流入するため、気液二相冷媒が膨張弁に流れることに伴う冷凍サイクル装置の能力の低下が抑制される。
次に、過冷却器4と比較例2の過冷却器とを対比する。過冷却器4および比較例2の過冷却器の各々に流れる冷媒の種類、流量、および流入時の飽和温度は、互いに等しいとする。冷媒が比較例2の過冷却器の上流側冷媒流路を流れる過程では、冷媒が過冷却器4の複数の第1冷媒流路P1を流れる過程と同様に、冷媒は十分に過冷却され、過冷却度を有する液相冷媒が下流側冷媒流路に流入し得る。しかし、比較例2の下流側冷媒流路の流路断面積の合計値は比較例1の下流側冷媒流路の流路断面積の合計値よりも大きいため、比較例2の下流側冷媒流路を流れる液相冷媒の流速は、比較例1の下流側冷媒流路を流れる気液二相冷媒の流速よりも遅くなる。そのため、比較例2の下流側冷媒流路での伝熱性能は低いため、冷媒流出部から流出する冷媒の過冷却度を確保することは困難である。
これに対し、過冷却器4では、複数の第2冷媒流路P2の数が、複数の第1冷媒流路P1の数よりも少なく、かつ比較例2の下流側冷媒流路の数よりも少ない。そのため、複数の第2冷媒流路P2を流れる冷媒の流速は、複数の第1冷媒流路P1を流れる冷媒の流速よりも速く、かつ比較例2の下流側冷媒流路を流れる冷媒の流速よりも速くなる。その結果、過冷却器4では、各第2冷媒流路P2での伝熱性能が十分に高いため、冷媒流出部42から流出する冷媒の過冷却度が確保され得る。その結果、過冷却器4を備える冷凍サイクル装置100では、過冷却器4から流出した液相冷媒が膨張弁5に流入するため、気液二相冷媒が膨張弁に流れることに伴う冷凍サイクル装置の能力の低下が抑制される。
<変形例>
図4~図6は、冷凍サイクル装置100の変形例を示すブロック図である。
図4に示されるように、過冷却器4は、2以上の熱交換器により構成されていてもよい。第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bの各々が、1つの熱交換器により構成されていてもよい。図4に示される冷凍サイクル装置101は、冷凍サイクル装置100と基本的に同様の構成を備えるため、冷凍サイクル装置100と同様の効果を奏することができる。
なお、第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bの各々は、PFC型熱交換器に限られず、任意の熱交換器として構成されていればよい。第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bの各々は、例えば複数の伝熱管43および複数のプレートフィンとを備える熱交換器であってもよい。
また、第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bの各々は、複数の伝熱管43に代えて互いに積層された複数の伝熱プレートを備えるプレート式熱交換器であってもよい。この場合、複数の第1冷媒流路P1は、複数の伝熱プレートが積層する方向において隣り合う2つの伝熱プレート間に形成され、かつ上記積層する方向において複数の冷熱源の流路と交互に配置される。同様に、複数の第2冷媒流路P2は、複数の伝熱プレートが積層する方向において隣り合う2つの伝熱プレート間に形成され、かつ上記積層する方向において複数の冷熱源の流路と交互に配置される。
図5に示されるように、冷凍サイクル装置102は、インジェクション流路11をさらに備えていてもよい。インジェクション流路11は、インジェクション膨張弁7を含む。インジェクション流路11の一端は、冷媒回路10において過冷却器4と膨張弁5との間に位置する冷媒流路に接続されている。インジェクション流路11の他端は、圧縮機1の中間圧ポートに接続されている。
図5に示されるように、過冷却器4は、レシーバ3と膨張弁5との間を流れる冷媒と、インジェクション流路11においてインジェクション膨張弁7と圧縮機1との間を流れる冷媒との熱交換が行われる内部熱交換器として構成されていてもよい。この場合、複数の第1冷媒流路P1および複数の第2冷媒流路P2の各々は、冷媒回路10においてレシーバ3よりも下流側であってインジェクション流路11の上記一端よりも上流側に配置されている。インジェクション流路11においてインジェクション膨張弁7と圧縮機1との間を流れる冷媒が、冷熱源となる。
図5に示される過冷却器4は、例えば第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bを含む。第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bの各々は、例えば上記のようなプレート式熱交換器である。
図5に示される冷凍サイクル装置102も、冷凍サイクル装置100と基本的に同様の構成を備えるため、冷凍サイクル装置100と同様の効果を奏することができる。
図6に示されるように、冷凍サイクル装置103は、第2冷媒回路12をさらに備えていてもよい。第2冷媒回路12には、冷媒回路10とは異なる冷媒が循環する。第2冷媒回路12は、第2圧縮機13,第2凝縮器14,第2膨張弁15、および第2冷媒回路12において蒸発器として作用する過冷却器4を含む。第2冷媒回路12において第2膨張弁15にて減圧された冷媒が、過冷却器4の冷熱源となる。
図6に示される過冷却器4は、例えば第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bを含む。第1熱交換部4Aおよび第2熱交換部4Bの各々は、例えば上記のようなプレート式熱交換器である。
図6に示される冷凍サイクル装置103も、冷凍サイクル装置100と基本的に同様の構成を備えるため、冷凍サイクル装置100と同様の効果を奏することができる。
図7は、過冷却器4の変形例を説明するための図である。図7に示される過冷却器4は、2つの第1冷媒流路P1の各々の下流側に位置する端部と、1つの第2冷媒流路P2の上流側に位置する端部とを接続する複数の接続部50をさらに含む。異なる観点から言えば、図7に示される過冷却器4では、複数の第1冷媒流路P1の各々と、複数の第2冷媒流路P2の各々とが、図2に示される第2ヘッダ45に代えて、複数の接続部50を介して直列に接続されている。
各接続部50は、例えば分岐管として構成されている。各接続部50は、少なくとも2つの第1冷媒流路P1の各々の下流側に位置する端部と、少なくとも1つの第2冷媒流路P2の上流側に位置する端部とを接続するように、設けられていればよい。また、過冷却器4は、少なくとも1つの接続部50を含んでいればよい。
実施の形態2.
図8に示されるように、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置104は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100と基本的に同様の構成を備えるが、冷媒回路10がレシーバ3の冷媒流出口30から過冷却器4の冷媒流入部41に流れる冷媒を昇圧する昇圧部をさらに含む点で、冷凍サイクル装置100とは異なる。
図8に示される冷凍サイクル装置104の冷媒回路10は、昇圧部として、下降管路10Aを含む。下降管路10Aは、冷媒回路10において上流側に位置する一端と、下流側に位置する他端とを有している。下降管路10Aの上記一端は、下降管路10Aの上記他端よりも上方に配置されている。
異なる観点から言えば、冷凍サイクル装置104は、レシーバ3の冷媒流出口30が過冷却器4の冷媒流入部41よりも上方に配置されている点で、冷凍サイクル装置100とは異なる。
冷凍サイクル装置104は、冷凍サイクル装置100と基本的に同様の構成を備えるため、冷凍サイクル装置100と同様の効果を奏することができる。さらに、冷凍サイクル装置104では、レシーバ3の冷媒流出口30から流出した冷媒は、下降管路10Aを通って昇圧された後、過冷却器4の冷媒流入部41に流入する。そのため、冷凍サイクル装置104では、冷凍サイクル装置100と比べて、複数の第1冷媒流路P1を流れる冷媒の飽和温度が高くなる。その結果、冷凍サイクル装置104では、冷凍サイクル装置100と比べて、冷媒流出部42から流出する冷媒の過冷却度がさらに高くなる。そのため、冷凍サイクル装置104では、過冷却器4において冷媒が気液二相化することに伴う能力低下がより確実に抑制されている。
実施の形態2に係る冷凍サイクル装置において、昇圧部は、レシーバ3の冷媒流出口30から過冷却器4の冷媒流入部41に流れる冷媒を昇圧し得る限りにおいて、任意の構成を備えていればよい。
図9に示される冷凍サイクル装置105の冷媒回路10は、昇圧部として、昇圧ポンプ8を含んでいる。昇圧ポンプ8は、下降管路10Aと同様に、レシーバ3の冷媒流出口30から過冷却器4の冷媒流入部41に流れる冷媒を昇圧する。昇圧ポンプ8は、レシーバ3の冷媒流出口30から流出した過冷却器度を有さない飽和液としての冷媒を昇圧し得る限りにおいて任意の構成を備えていればよいが、例えばシリンダとシリンダに対して往復動するピストンとを備える往復動式ポンプである。
このように、冷凍サイクル装置105は、冷凍サイクル装置104と基本的に同様の構成を備えるため、冷凍サイクル装置104と同様の効果を奏することができる。
なお、冷凍サイクル装置105の冷媒回路10は、昇圧部として、下降管路10Aをさらに含んでいてもよい。昇圧ポンプ8および下降管路10Aは、冷媒回路10において直列に接続されている。昇圧ポンプ8は、例えば下降管路10Aよりも上流側に配置されている。なお、昇圧ポンプ8は、例えば下降管路10Aよりも下流側に配置されていてもよい。
実施の形態2に係る冷凍サイクル装置104,105の過冷却器4は、図4~図7に示される過冷却器4と同様の構成を備えていてもよい。また、実施の形態1または実施の形態2に係る冷凍サイクル装置100~105の冷媒回路10は、レシーバ3を含んでいなくてもよい。この場合、過冷却度を有する液相冷媒が凝縮器2から過冷却器4に流入し得るため、上述した冷凍サイクル装置100~105よりも、過冷却器4において冷媒が気液二相化することに伴う能力低下がより確実に抑制され得る。
また、実施の形態1または実施の形態2に係る冷凍サイクル装置100~105の過冷却器4は、少なくとも1つの第2冷媒流路P2を含んでいればよい。
以上のように本開示の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本開示の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本開示の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
1 圧縮機、2 凝縮器、3 レシーバ、4 過冷却器、4A 第1熱交換部、4B 第2熱交換部、5 膨張弁、6 蒸発器、7 インジェクション膨張弁、8 昇圧ポンプ、10 冷媒回路、10A 下降管路、11 インジェクション流路、12 第2冷媒回路、13 第2圧縮機、14 第2凝縮器、15 第2膨張弁、30 冷媒流出口、41 冷媒流入部、42 冷媒流出部、43 伝熱管、43A 第1伝熱管、43B 第2伝熱管、44 第1ヘッダ、44A 第1空間、44B 第2空間、45 第2ヘッダ、46 区画部、47 フィン、50 接続部、100,101,102,103,104,105 冷凍サイクル装置。

Claims (6)

  1. 圧縮機、凝縮器、過冷却器、膨張弁、および蒸発器を含み、冷媒が前記圧縮機、前記凝縮器、前記過冷却器、前記膨張弁、および前記蒸発器の順に循環する冷媒回路を備え、
    前記過冷却器は、前記冷媒が内部を流れる複数の冷媒流路を含み、
    前記複数の冷媒流路は、前記冷媒回路において前記複数の冷媒流路の中で最も上流側に配置された複数の第1冷媒流路と、前記複数の第1冷媒流路の各々を流れた前記冷媒が流れる少なくとも1つの第2冷媒流路とを含み、
    前記複数の第1冷媒流路の流路断面積の合計値は、前記少なくとも1つの第2冷媒流路の流路断面積の合計値よりも多く、
    前記冷媒回路は、前記凝縮器と前記過冷却器との間に配置されており、前記凝縮器にて凝縮された前記冷媒を貯留するレシーバをさらに含み、
    前記レシーバは、前記冷媒が流出する冷媒流出口を含み、
    前記複数の第1冷媒流路の各々は、前記レシーバの前記冷媒流出口よりも下方に配置されている、冷凍サイクル装置。
  2. 前記冷媒回路は、前記レシーバと前記過冷却器との間に配置されており、かつ前記レシーバから流出した前記冷媒を昇圧する昇圧部をさらに含み、
    前記複数の第1冷媒流路の各々には前記昇圧部にて昇圧された前記冷媒が流入する、請求項に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記少なくとも1つの第2冷媒流路は、複数の第2冷媒流路を含み、
    前記過冷却器は、
    前記複数の第1冷媒流路の各々の上流側に位置する端部および前記複数の第2冷媒流路の各々の下流側に位置する端部が接続されている第1ヘッダと、
    前記複数の第1冷媒流路の各々の下流側に位置する端部および前記複数の第2冷媒流路の各々の上流側に位置する端部が接続されている第2ヘッダとをさらに含み、
    前記第1ヘッダは、前記複数の第1冷媒流路の各々の上流側に位置する端部と連なる第1空間と、前記複数の第2冷媒流路の各々の下流側に位置する端部と連なる第2空間と、前記第1空間と前記第2空間とを区画する区画部とを有している、請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記過冷却器は、前記複数の第1冷媒流路の各々の下流側に位置する端部と、前記少なくとも1つの第2冷媒流路の上流側に位置する端部とを接続する少なくとも1つの接続部をさらに含み、
    前記少なくとも1つの接続部に接続された前記複数の第1冷媒流路の流路断面積の合計値は、前記少なくとも1つの接続部に接続された前記少なくとも1つの第2冷媒流路の流路断面積の合計値よりも大きい、請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記過冷却器は、前記複数の第1冷媒流路を含む第1過冷却部と、前記少なくとも1つの第2冷媒流路を含む第2過冷却部とを含み、
    前記第1過冷却部は、前記第2過冷却部とは別体として構成されている、請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記複数の第1冷媒流路の数は、前記少なくとも1つの第2冷媒流路の数よりも多い、請求項1~のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
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