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

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１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１～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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