JPWO2011064813A1 - アキュムレータ及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

回路構成を複雑化することなく、また、エネルギーを消費することなく返油を行うことができるアキュムレータ等を得る。冷凍サイクル装置の圧縮機１に気相の冷媒を供給するために気液分離を行い、液体を溜めるアキュムレータ６において、液体を溜めるための容器Ａと、冷媒回路を循環する冷媒を容器Ａ内に流入するための流入管Ｂと、流入管Ｂに流入した冷媒を複数に分配するための分配継手Ｇと、分配された冷媒を容器Ａの下部に導いて、冷媒により容器Ａ内に滞留する液体を攪拌させるための分岐配管Ｉと、容器Ａ内に滞留する液体中の冷凍機油を、冷媒と共に流出させるための油戻し穴Ｄを有する流出管Ｃとを備えるものである。

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に用いるアキュムレータ等に関するものである。特に冷媒と非相溶性を有する冷凍機油を使用した場合でも返油可能なアキュムレータに関するものである。

従来、ビル用マルチエアコンとして、フロン系冷媒を使用する空気調和装置が広く使用されているが、近年においては、例えば二酸化炭素（ＣＯ₂ ）冷媒のような超臨界流体を用いる超臨界冷凍サイクル装置をビル用マルチエアコンへ搭載することが考えられている。

ここで、現在、ＣＯ₂ 冷媒を用いる冷凍サイクル装置で使用されている冷凍機油は、ＣＯ₂ 冷媒とは非相溶性の冷凍機油である。そして、フロン系冷媒のように、冷凍サイクル装置で使用されている全ての運転温度範囲でＣＯ₂ 冷媒と相溶性を有する冷凍機油は現存しない。なお、ここでいう非相溶性とは、冷媒と冷凍機油が完全には溶け合わないものを意味しており、全く溶け合わない完全非相溶性もの、および、少しは溶け合うが溶け合う量が少ない難溶性のものの両方を含んでいる。例えばビル用マルチエアコンのように冷房または暖房運転時に冷媒量を調整するためのアキュムレータを要し、システムの配管長が長くなる冷凍サイクル装置において、非相溶性の冷凍機油を使用すると、配管、熱交換器、アキュムレータ等に多くの冷凍機油が滞留する可能性がある。特に冷媒温度が低温領域（例えば冷媒温度−１５℃以下）において、冷凍機油の密度が冷媒の密度よりも小さくなると、アキュムレータに滞留している冷凍機油の返油が困難となる。その結果、返油不足となり圧縮機内の冷凍機油が枯渇し、圧縮機が破損する可能性が高くなっていた。

ここで、圧縮機吐出側よりホットガスをバイパスし、アキュムレータ下部にホットガスを流入させ、アキュムレータ下部に分離した状態で滞留した冷媒と冷凍機油を撹拌させ、混合させることにより、アキュムレータからの返油を可能とする方式も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２６３９９５号公報（請求項１、図１等）

特許文献１に記載されているようなシステムでは、アキュムレータへのバイパス配管とバイパス用開閉弁の設置が必要となり、システムの回路構成が複雑化し、製造コストが増加する等の問題があった。また、圧縮機の吐出冷媒を圧縮機の吸入側に設置されているアキュムレータ内に導入ことになるため、エネルギーを無駄に消費することとなり、省エネルギー化を図ることができないという問題点があった。

そこで、回路構成を複雑化することなく、また、エネルギーを消費することなく返油を行うことができるアキュムレータ等を得ることを目的とする。

この発明に係わるアキュムレータは、冷凍サイクル装置の圧縮機に気相の冷媒を供給するために気液分離を行い、液体を溜めるアキュムレータにおいて、液体を溜めるための容器と、冷媒回路を循環する冷凍機油を含む冷媒を容器内に流入させるための流入管と、流入管に流入した冷媒を複数に分配するための分配継手と、分配された冷媒を容器の下部に導き、冷媒により容器内に滞留する液体を攪拌させるための分岐配管と、容器内に滞留する液体中の冷凍機油を、冷媒と共に流出させるための油戻し穴を有する流出管とを備えるものである。

本発明によれば、流入管に分配継手、分岐配管を配管接続し、冷媒を容器の下部に導いて、滞留する液体を攪拌させるようにしたので、冷媒等の温度に関係なく、油戻し穴に冷凍機油を運んで流出管から冷媒と共に圧縮機へ返油することができる。このとき、複雑な回路を要することなく、弁類等を追加することなく確実な返油を行うことができるので、エネルギーを無駄に消費することなく、低コストのアキュムレータを得ることができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す図である。 ＣＯ₂ 冷媒とＰＡＧ油の二層分離曲線を示す図である。 ＣＯ₂ 冷媒とＰＡＧ油の温度変化による密度比較を示す図である。 通常のアキュムレータ６０の構成を表す図である。 実施の形態１に係るアキュムレータ６の構成を表す図である。 実施の形態２に係るアキュムレータ６の構成を表す図である。 実施の形態３に係るアキュムレータ６の構成を表す図である。 実施の形態４に係るアキュムレータ６の構成を表す図である。

以下、本発明の実施の形態による冷凍サイクル装置について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置となる空気調和装置の構成を表す図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置の代表として空気調和装置について説明する。図１において、本実施の形態に係る空気調和装置は、室外ユニット１００と室内ユニット２００ａ、２００ｂとをガス配管５１および液配管５２で接続し、冷媒が循環する冷媒回路を構成する。そして、この冷媒回路の内部に、冷媒として例えば臨界温度（約３１℃）以上で超臨界状態となる二酸化炭素と、冷凍機油として二酸化炭素と非相溶性を有するＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）油を封入している。

室外ユニット１００は基本的に室外に設置され、圧縮機１、流路切替弁２、熱源側熱交換器３、アキュムレータ６、送風機７および制御装置８を収容している。圧縮機１はガス冷媒を圧縮する。例えば四方弁等の流路切替弁２は、室内ユニット２００ａ、２００ｂの運転モードに応じて冷媒が流れる方向を切換える冷媒流路切替手段である。熱源側熱交換器３は、運転モードに応じて放熱器または蒸発器として機能し、室外の空気（以下、外気という）と冷媒との熱交換を行う。アキュムレータ６は、運転モードに応じて冷媒回路内を循環する冷媒量を調整するために余剰冷媒等を溜めておくことができる。送風機７は、外気を強制的に熱源側熱交換器３の外表面に送風して外気と冷媒との熱交換を促進させる。制御装置８は、圧縮機１、送風機７の駆動、流路切替弁２の切り替え等、例えば室内ユニット２００ａ、２００ｂの動作を制御する制御装置（図示せず）と連携して冷媒回路の制御等を行う。ここでは室外ユニット１００に収容しているが、外部に設けるようにしてもよい。

室内ユニット２００ａ、２００ｂは、それぞれ電子膨張弁４ａ、４ｂ、負荷側熱交換器５ａ、５ｂおよび送風機９ａ、９ｂを収容している。電子膨張弁４ａ、４ｂは減圧手段となり、それぞれ負荷側熱交換器５ａ、５ｂを流れる冷媒の量を開度変更により調節し、負荷側熱交換器５ａ、５ｂにおける冷媒の圧力、温度等を調整する。負荷側熱交換器５ａ、５ｂは、一端がガス配管５１に接続され、他端は電子膨張弁４ａ、４ｂを介して液配管５２に接続されている。負荷側熱交換器５ａ、５ｂについても、運転モードに応じて放熱器または蒸発器として機能し、空調対象空間の空気と冷媒との熱交換を行う。熱源側熱交換器３が放熱器として機能すれば、負荷側熱交換器５ａ、５ｂは蒸発器として機能し、熱源側熱交換器３が蒸発器として機能すれば、負荷側熱交換器５ａ、５ｂは放熱器として機能する。送風機９ａ、９ｂは、負荷側熱交換器５ａ、５ｂにおける空調対象空間の空気と冷媒との熱交換を促進し、また、冷媒との熱交換に係る空気を空調対象空間に送り込む。ここで、本実施の形態では、室内ユニット２００ａ、２００ｂを２台としているが、１台または３台以上の室内ユニット２００を配管接続してもよい。

図２は二酸化炭素とＰＡＧ油の二層分離曲線を示す図である。図２から、油分率が約４０％以下の場合には、全ての温度域において、二酸化炭素とＰＡＧ油とが二層分離することが分かる。本実施の形態のような冷媒回路における油分率は約１０％〜２０％程度であるため、冷媒回路における冷媒の温度となる全温度領域で二酸化炭素とＰＡＧ油は二層分離することとなる。

図３は温度と二酸化炭素液の密度、ＰＡＧ油の密度との関係を表す図である。図３より、液状の二酸化炭素（以下、二酸化炭素液という）とＰＡＧ油の温度が約−１５℃以下になると、二酸化炭素液の密度がＰＡＧ油の密度よりも大きくなる。このため、二酸化炭素液の方がＰＡＧ油よりも重くなり、ＰＡＧ油が二酸化炭素液の上部に滞留することになる。逆に約−１５℃より高い温度では、二酸化炭素液よりも下部にＰＡＧ油が滞留することになる。

図４は通常のアキュムレータ６０の構造を表すための図である。ここでは、本実施の形態のアキュムレータ６との比較のために、通常のアキュムレータ６０について説明する。矢印は冷媒と冷凍機油の流れを表している（以下、同様）。アキュムレータ６０は、密閉される容器Ａと、容器Ａに冷媒（液冷媒およびガス冷媒）と冷凍機油との混合物を流入させる流入管Ｂと、容器Ａ内から冷媒と冷凍機油の混合物を流出させる、Ｕ字状の流出管Ｃとで構成する。流出管Ｃは、冷凍機油を返油させるための油戻し穴（返油穴）Ｄを下部に有している。排出口Ｅは、流入した冷媒を排出するための配管の開口部分であり、ここでは流入管Ｂの一端の開口部分であるものとする。また、取込口Ｆは流出させる冷媒を取り込むための流出管Ｃの一端の開口部分である。ここで、位置の上下関係については、例えば鉛直方向に対して上側、下側として定めるものとする。

そして、容器Ａに衝突して飛散する液冷媒が流出管Ｃを流れないようにするため、流入管Ｂの一端で開口する排出口Ｅは、流出管Ｃの一端で開口する取込口Ｆよりも下側に位置している。また、容器Ａ下部まで液冷媒および冷凍機油を旋回させながら運ぶようにするため、流入管Ｂにある排出口Ｅは容器Ａ内壁に対して垂直方向を向いて対向しているか、または下向きになっている。そして、衝突によるガス冷媒と液冷媒および冷凍機油の混合物との分離を促進させるため、流入管Ｂにある排出口Ｅと容器Ａ内壁との間は、一定以上（例えば流入管Ｂの内径の２倍以上）の距離を有するようにする。油戻し穴Ｄと容器Ａ底部との距離は、容器Ａ底部に滞留する冷凍機油の量を少なくするために可能な限り短くなるようにする（例えば製造上管理可能な距離となるようにする）。

流入管Ｂより容器Ａ内に流入した冷媒と冷凍機油の混合物は、容器Ａ内壁に衝突することで大半は、ガス冷媒と液冷媒および冷凍機油の混合物とに分離（気液分離）される。分離出来なかったガス冷媒と液冷媒および冷凍機油の混合物についても容器Ａの内壁を沿って旋回しながら容器Ａ下部まで流れること（旋回流）によりほぼ気液分離される。そして、容器Ａ下部には液冷媒と冷凍機油とがそれぞれ層を形成して分離して滞留し、それより上部にはガス冷媒が滞留する。容器Ａ上部に滞留したガス冷媒は流出管Ｃより容器Ａ外に流出する。容器Ａ下部に滞留した液冷媒と冷凍機油とは、流出管Ｃの取込口Ｆと油戻し穴Ｄとの間で生じるガス冷媒の動圧と容器Ａ内の液面の高さにより生じるヘッド差により、油戻し穴Ｄより吸込まれてガス冷媒と共に容器Ａ外に流出する。

つぎにアキュムレータ６０内の液量について説明する。例えば冷房運転において、量が適正化された冷媒が、圧縮機１により高温高圧に圧縮され流路切替弁２を通り、熱源側熱交換器３にて放熱され、液配管５２を出る。そして、電子膨張弁４ａ、４ｂにて減圧され、負荷側熱交換器５ａ、５ｂ出口にて設定過熱度（例えば１〜５℃）を得たガス冷媒が、ガス配管５１を通り、アキュムレータ６０に流入し、再び圧縮機１に吸い込まれる。

このとき、前述したように、アキュムレータ６０内には液冷媒と濃度が高い冷凍機油とがそれぞれ層を形成して容器Ａ内の下部に滞留する。温度が−１５℃よりも高い場合は、冷凍機油の方が冷媒よりも重くなる。このため、容器Ａ内において、冷凍機油は冷媒よりも下側に位置し、図４（ａ）に示すように、冷凍機油が、アキュムレータ６０下部に設置された油戻し穴Ｄから吸い込まれて、圧縮機１に返油される。

一方、暖房運転においては、ガス冷媒が圧縮機１により高温高圧に圧縮され流路切替弁２を通り、ガス配管５１を出た後、負荷側熱交換器５ａ、５ｂにて放熱される。そして、電子膨張弁４ａ、４ｂにて減圧された後、液配管５２を通り、熱源側熱交換器出口にて蒸発したガスもしくは二相冷媒が、アキュムレータ６０に流入する。このとき、容器Ａ内には余剰冷媒（液冷媒）と冷凍機油とがそれぞれ層を形成して分離して滞留する。余剰冷媒の密度が冷凍機油よりも小さい場合（例えば冷媒温度−１５℃以上）には、冷凍機油が冷媒よりも重くなるため、冷房運転と同様に、冷凍機油がアキュムレータ６０（流出管Ｃ）下部に設けた油戻し穴Ｄから圧縮機１へ返油される。

しかし、余剰冷媒の密度が冷凍機油よりも大きい場合（例えば冷媒温度が−１５℃以下）には、冷凍機油が液冷媒よりも軽くなるため、冷凍機油が液冷媒の上部に滞留する。このとき、図４（ｂ）に示すように、アキュムレータ６０（流出管Ｃ）下部に設けた油戻し穴Ｄの位置に液冷媒が存在すると、油戻し穴Ｄから圧縮機１へ冷凍機油を返油することは困難となる。

図５は実施の形態１のアキュムレータ６の構造を表す図である。本実施の形態のアキュムレータ６では、容器Ａ内下部に滞留する液冷媒と、冷媒と非相溶性を有する冷凍機油とを攪拌して層が形成されないようにし、冷媒の密度が冷凍機油の密度よりも大きな環境下でも返油を可能とする。

容器Ａ、流入管Ｂ、流出管Ｃ、油戻し穴Ｄ並びに排出口Ｅおよび取込口Ｆについては、前述した図４のアキュムレータと同様である。ただし、排出口Ｅは流入分岐管Ｈの一端の開口部分に位置する。例えばＹ字継手、Ｔ字継手等の分配継手Ｇは、流入管Ｂから流入した冷媒と冷凍機油の混合物を、流入分岐管Ｈと分岐配管Ｉとに分配するための継手である。流入分岐管Ｈは、ガス冷媒と液冷媒および冷凍機油の混合物とに気液分離する（図４における流入管Ｂと同様の役割を果たすことになる）。

また、分岐配管Ｉは、容器Ａ内下部に滞留する液冷媒と冷凍機油とを撹拌させるために分配継手Ｇにより分配された冷媒と冷凍機油の混合物を、容器Ａ下部に直接送り込むための配管である。攪拌用排出口Ｊは液冷媒と冷凍機油とを撹拌させるための冷媒と冷凍機油の混合物を排出するための配管の開口部分であり、ここでは分岐配管Ｉの一端の開口部分であるものとする。そして攪拌用排出口Ｊを容器Ａ底部の内壁に対向するように向けている。

ここで、流入分岐管Ｈの内断面積を分岐配管Ｉの内断面積よりも大きくするようにする。例えば、本実施の形態では、流入管Ｂの入口内断面積Ａ_inに対し、流入分岐管Ｈの内断面積＞Ａ_in／２、分岐配管Ｉの内断面積＜Ａ_in／２となるような管径にする。このため、冷媒と冷凍機油との混合物を、分岐配管Ｉ側に過剰に流さないようにし、流入分岐管Ｈ側に流れるようにして気液分離効率が低下してしまうことを抑制することができる。また、流入管Ｂの入口側と同等以上の内断面積を保持することにより、圧力損失の増加を抑制することが可能になる。

また、流入分岐管Ｈの排出口Ｅについては、アキュムレータ６の上部（垂直方向において上半分部分）に位置する方が、旋回に係る時間が長くなるため、気液分離効率が高くなる。ただし、気液分離効率が多少低くなるが、排出口Ｅがアキュムレータ６の下部にあってもよい。さらに、分岐配管Ｉは細い配管であり、振動等で折れてしまう危険がある。そこで、例えば、分岐配管Ｉを流出管Ｃの鉛直方向に向いている部分に近接させて設置し、固定具で流出管Ｃに固定させる。そして、分岐配管Ｉと流出管Ｃとが振動に対して一体になって揺れるようにすることで、分岐配管Ｉの強度を保つことができる。

以上のように、実施の形態１の空気調和装置におけるアキュムレータでは、アキュムレータ６内の流入管Ｂに分配継手Ｇ、流入分岐管Ｈおよび分岐配管Ｉを配管し、流入管Ｂから流入する冷媒と冷凍機油との混合物を送り込んで、容器Ａ内下部に滞留する液冷媒と、冷媒と非相溶性を有する冷凍機油とを攪拌し、冷凍機油を容器Ａ内上部に滞留させないようにしたので、冷媒等の温度に関係なく、油戻し穴Ｄに冷凍機油を運ぶことができ、圧縮機１へ返油することができる。さらに、攪拌用排出口Ｊから噴出する冷媒には、液冷媒にガス冷媒も混合しており、このガス冷媒を容器Ａ内に送り込むことにより、容器Ａ内の液冷媒と送り込んだガス冷媒とが混合し、液とガスの混合物である冷媒の密度を低下させるため、冷凍機油が容器Ａ内下部に滞留し易くなり、冷凍機油を油戻し穴Ｄから戻し易くなる効果もある。冷媒等の温度に関係なく、油戻し穴Ｄに冷凍機油を運ぶことができ、圧縮機１へ返油することができる。このとき、流入管Ｂに分配継手Ｇ、流入分岐管Ｈおよび分岐配管Ｉを配管して圧縮機１への返油を実現しているので、例えば圧縮機１の吐出側との間の配管接続、外部と接続する配管を少なくすることができる。このため、回路構成を複雑化することなく、また弁類の追加等もなく、さらにエネルギーを無駄に消費することがない、低コストのアキュムレータ６を製造することができる。また、温度に関係なく確実に返油することができるので、圧縮機１における油枯渇を防ぎ、安全性、信頼性を向上させることができる冷凍サイクル装置を得ることができる。

実施の形態２．
図６は実施の形態２のアキュムレータ６の構造を表す図である。図６において、図５と同じ番号を付したものは、実施の形態１において説明したことと同様の機能を果たすものである。本実施の形態は、分岐配管Ｉに、さらに分配継手Ｋ、分岐管Ｌおよび分岐枝管Ｍを配管接続したものである。

分配継手Ｋは、分配継手Ｇと同様に、分岐配管Ｉから流入した冷媒と冷凍機油の混合物を、分岐管Ｌと分岐枝管Ｍとに分配するための継手である。分岐管Ｌは一端に排出口Ｎを有している。滞留する液冷媒と冷凍機油の量が多く、排出口Ｎが液面よりも下側に位置する場合には、液冷媒と冷凍機油とを撹拌させる冷媒と冷凍機油の混合物を送り込んで攪拌させるための配管となる。また、排出口Ｎが液面よりも下側に位置する場合には、流入分岐管Ｈと同様に、ガス冷媒と液冷媒および冷凍機油の混合物とに気液分離する。このため、排出口Ｎも排出口Ｅと同様に、容器Ａ内壁に対して垂直方向を向いて対向しているか、または下向きになっている。分岐枝管Ｍは、冷媒と冷凍機油の混合物を送り込んで容器Ａに滞留する液冷媒と冷凍機油とを撹拌させる配管である。本実施の形態では、分岐枝管Ｍ一端に攪拌用排出口Ｊを有しているものとする。

ここで、圧力損失の増加と気液分離効率低下を抑制するために、最下部の分岐管Ｌと分岐枝管Ｍの内断面積の合計と、分岐配管Ｉの内断面積とを同等にする。かつ、流入分岐管Ｈと分岐配管Ｉの内断面積の合計と、流入管Ｂの内断面積とは同等にする。さらに、分岐管Ｌの内断面積は分岐枝管Ｊの内断面積よりも大きく、流入分岐管Ｈの内断面積は分岐配管Ｉの内断面積よりも大きくする。具体例として、流入管Ｂの内断面積Ａ_inに対し、流入分岐管Ｈの内断面積＞Ａ_in／２、分岐配管Ｉの内断面積＜Ａ_in／２とする。また、分岐管Ｌの内断面積＞Ａ_in／４、分岐配管Ｊの内断面積＜Ａ_in／４とする。

以上のように、実施の形態２の空気調和装置におけるアキュムレータ６では、分配継手Ｇにより分配して分岐配管Ｉを通過した冷媒を、さらに分配継手Ｋにより分岐管Ｌと分岐枝管Ｍとに分配して多段の分岐をさせるようにしたので、例えば、アキュムレータ６（容器Ａ）内に滞留する液冷媒等の量が少ない場合には、分岐枝管Ｍを通過した冷媒と冷凍機油の混合物により撹拌させるようにし、液冷媒等の量が多い場合には、分岐管Ｌを通過した冷媒と冷凍機油の混合物により撹拌させるようにすることができ、冷凍機油の滞留位置が変化した場合もアキュムレータ下部に設置された油戻し穴Ｄに冷凍機油を運ぶことが可能となる。また、流入分岐管Ｈの排出口Ｅと分岐管Ｌの排出口Ｎとから冷媒と冷凍機油の混合物を排出し、衝突による気液分離と旋回流を発生させることによる気液分離ができるため、気液分離効率をほとんど低下させることなく、液冷媒および冷凍機油とをガス冷媒と分離することができる。ここで、本実施の形態では、分岐配管Ｉに分岐管Ｌと分岐枝管Ｍのみを接続した２段の分岐について説明したが、３段以上の分岐を行うようにしてもよい。

実施の形態３．
図７は実施の形態３のアキュムレータ６の構造を表す図である。図７において、図５と同じ番号を付したものは、実施の形態１において説明したことと同様の機能を果たすものである。液吸入穴Ｏは分岐配管Ｉの一端Ｊと他端の間に一定の間隔（例えば２０ｍｍ間隔）を有して空けてある穴である。本実施の形態では３穴空けているが、さらに少数もしくは多数の液吸入穴Ｏを設置してもよい。

また、分岐配管Ｉの内断面積は流入管Ｂの内断面積よりも小さくなるようにし、縮管するようにしている（例えば流入管Ｂの内断面積Ａ_inに対し、分岐配管Ｉの内断面積＜Ａ_in／４とする）。分岐配管Ｉを縮管することで、冷媒と冷凍機油との混合物が流入管Ｂから分岐配管Ｉに流入した時に減圧され、流速が上昇する。液吸入穴Ｏにおいて生じる動圧と縮管による減圧とにより、液吸入穴Ｏの外部（容器Ａ内）と内部（分岐配管Ｉ内）との間で差圧（容器Ａ内の圧力―分岐配管Ｉ内の圧力）が生じる。

このとき、容器Ａに滞留した冷凍機油が液吸入穴Ｏ部を覆っていれば、液吸入穴Ｏより分岐配管Ｉ内に吸込まれ、分岐配管Ｉの攪拌排出口Ｊから排出される。このため、容器Ａ下部に冷凍機油を運び、油戻し穴Ｄから圧縮機１へ冷凍機油を返油することができる。

ここで、流入分岐管Ｈの内断面積を分岐配管Ｉの内断面積よりも大きくする。例えば、本実施の形態では、流入管Ｂの入口内断面積Ａ_inに対し、流入分岐管Ｈの内断面積≧Ａ_in、分岐配管Ｉの内断面積＜Ａ_in／４となるような管径にする。このような管径とすることで、冷媒と冷凍機油との混合物を、分岐配管Ｉ側に過剰に流さないように、流入分岐管Ｈ側に流れるようにして気液分離効率が低下してしまうことを抑制する。また、流入管Ｂの入口と同等以上の断面積を保持可能となり、圧力損失の増加を抑制することが可能になる。

以上のように、実施の形態３の空気調和装置のアキュムレータ６では、容器Ａ内に滞留する液冷媒と冷凍機油に、冷媒と冷凍機油との混合物を送り込むための分岐配管Ｉに液吸入穴Ｏを空けるようにしたので、例えば、冷凍機油が液冷媒より上側に多く位置するような場合でも、液吸入穴Ｏから冷凍機油を吸い込んで容器Ａ内下部に送り込むことができるので、油戻し穴Ｄからの返油を促進することができる。

実施の形態４．
図８は実施の形態４のアキュムレータ６の構造を表す図である。図８において、図５と同じ番号を付したものは、実施の形態１において説明したことと同様の機能を果たすものである。ここで、構造的には、本実施の形態の分配継手Ｇは、容器Ａ外で流入管Ｂ、流入分岐管Ｈおよび分岐配管Ｉと接続している点では上述の実施の形態とは異なる。

電磁弁Ｐは、分岐配管Ｉへ冷媒等の通過させるまたはさせないようにするための開閉動作を行う。温度検出器Ｑは流出管Ｃから流出する冷媒等の温度を検出する。そして、例えば上述した制御装置８が、温度検出器Ｑの検出に係る温度に基づいて、電磁弁Ｐに動作を行わせるようにする。なお、温度検出器Ｑは、アキュムレータに流入する冷媒の温度を検出できる位置、例えば流入管Ｂ、に設置されていてもよい。

上述したように、低温環境下である約−１５℃を境に冷媒の密度と冷凍機油の密度との大小関係が変わる。そこで、制御装置８は、例えば温度検出器Ｑの検出に係る温度が約−１５℃に到達する少し前の温度（例えば−１４℃）より低いと判断すると、電磁弁Ｐを開放させて、冷媒および冷凍機油の混合物が分岐配管Ｉを通過させるようにし、滞留する液冷媒と冷凍機油とを攪拌させるようにする。

一方、温度検出器Ｑの検出に係る温度が−１４℃以上であると判断すると、制御装置８は、電磁弁Ｐを閉止させて、冷媒および冷凍機油の混合物が分岐配管Ｉを通過させないようにする。これにより、冷媒および冷凍機油の混合物はすべて流入分岐管Ｈ側に流れるため、通常のアキュムレータと気液分離効率を同等にすることができる。

ここで、流入分岐管Ｈの内断面積を流入管Ｂの入口内断面積と同等とする。また、分岐配管Ｉの内断面積を流入分岐管Ｈよりも小さくする。例えば、本実施の形態では、流入管Ｂの入口内断面積Ａ_inに対し、流入分岐管Ｈの内断面積をＡ_in、分岐配管Ｉの内断面積＜Ａ_inとなるような管径にする。このような管径とすることで、冷媒と冷凍機油との混合物を、分岐配管Ｉ側に過剰に流さないようにし、圧力損失の増加を抑制することが可能になる。

以上のように、実施の形態４の空気調和装置によれば、冷媒等の温度を検出するための温度検出器Ｑと、温度検出器Ｑの検出に係る温度に基づいて、分岐配管Ｉへ冷媒等の通過させるまたはさせないようにするための電磁弁Ｐを設けるようにしたので、例えば、容器Ａ内下部において、冷凍機油が液冷媒よりも下側に位置し、攪拌しなくても油戻し穴Ｄから圧縮機１へ冷凍機油を返油することができる場合には、電磁弁Ｐを閉じるようにすることができる。このため、液冷媒を含まない返油を行うことができ、返油の効率を高めることができる。また、電磁弁Ｐをアキュムレータ６本体に設置することで、回路構成を複雑にすることがない。

実施の形態５．
上述した実施の形態では、冷媒回路内の冷媒が二酸化炭素、冷凍機油がＰＡＧ油である場合を例に説明したが、その他の冷媒と冷凍機油との組合せにするようにしてもよい。例えば、冷媒については、二酸化炭素とジメチルエーテル、ハイドロフルオロエーテル等のエーテルから構成される混合冷媒等の冷媒としてもよい。また、超臨界状態になる冷媒に限らず、通常の二相状態で熱交換を行う冷媒であるＨＦＣ４１０Ａ、ＨＦＣ４０７Ｃ等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ等の従来のフロン系の冷媒、炭化水素等の自然冷媒系の冷媒としてもよい。冷凍機油については、これらの各冷媒と非相溶性を有する冷凍機油とすればよい。

上述した実施の形態では、空気調和装置への適用について説明した。本発明は、これらの装置に限定することなく、他にアキュムレータを有して冷媒回路を構成している他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。

１ 圧縮機、２ 流路切替弁、３ 熱源側熱交換器、４ａ，４ｂ 電子膨張弁、５ａ，５ｂ 負荷側熱交換器、６，６０ アキュムレータ、７ 送風機、８ 制御装置、９ａ，９ｂ 送風機、５１ ガス配管、５２ 液配管、１００ 室外ユニット、２００ａ，２００ｂ 室内ユニット、Ａ 容器、Ｂ 流入管、Ｃ 流出管、Ｄ 油戻し穴、Ｅ 排出口、Ｆ 取込口、Ｇ 分配継手、Ｈ 流入分岐管、Ｉ 分岐配管、Ｊ 攪拌用排出口、Ｋ 分配継手、Ｌ 分岐管、Ｍ 分岐枝管、Ｎ 排出口、Ｏ 液吸入穴、Ｐ 電磁弁、Ｑ 温度検出器。

この発明に係るアキュムレータは、冷凍サイクル装置の圧縮機に気相の冷媒を供給するために気液分離を行い、液体を溜めるアキュムレータにおいて、前記液体を溜めるための容器と、冷媒回路を循環する冷凍機油を含む冷媒を前記容器内に流入させるための流入管と、該流入管に流入した冷媒を複数に分配するための分配継手と、分配された冷媒を前記容器の下部に導き、前記冷媒により前記容器内に滞留する液体を攪拌させるための分岐配管と、前記容器内に滞留する液体中の冷凍機油を、冷媒と共に流出させるための油戻し穴を有する流出管とを備え、前記分岐配管に分配継手と配管とを多段に接続して多段構成としたものである。

Claims (10)

1. 冷凍サイクル装置の圧縮機に気相の冷媒を供給するために気液分離を行い、液体を溜めるアキュムレータにおいて、
   前記液体を溜めるための容器と、
   冷媒回路を循環する冷凍機油を含む冷媒を前記容器内に流入させるための流入管と、
   該流入管に流入した冷媒を複数に分配するための分配継手と、
   分配された冷媒を前記容器の下部に導き、前記冷媒により前記容器内に滞留する液体を攪拌させるための分岐配管と、
   前記容器内に滞留する液体中の冷凍機油を、冷媒と共に流出させるための油戻し穴を有する流出管と
   を備えることを特徴とするアキュムレータ。
2. 前記分岐配管を流れる冷媒とは別の分配された冷媒を前記容器内に排出するための配管を有し、該配管の一端にある冷媒の排出口を、前記容器内の空間の上半分側に位置させることを特徴とする請求項１に記載のアキュムレータ。
3. 前記分岐配管を流れる冷媒をさらに分配するための１又は複数の分配継手と配管とを多段に接続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアキュムレータ。
4. 前記冷媒の流れに対して前記分岐配管より下流側にある配管に、管壁を貫通させた複数の貫通穴を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のアキュムレータ。
5. 前記分配継手と前記分岐配管とを前記容器内で接続していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアキュムレータ。
6. 前記分岐配管の冷媒通過を制御するための開閉装置をさらに備え、
   前記容器外部で接続した前記分配継手と前記分岐配管との間に前記開閉装置を設置することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアキュムレータ。
7. 前記容器内に滞留する液体の温度、前記容器に流入する液体の温度または前記容器から流出する液体の温度の少なくとも１の温度を検出するための温度検出器をさらに備え、
   前記温度検出器の検出に係る温度に基づいて、前記容器下部の液冷媒の密度が前記冷凍機油の密度よりも小さくなる温度では前記開閉装置を閉じ、前記容器下部の液冷媒の密度が前記冷凍機油の密度よりも大きくなる温度では前記開閉装置を開くように制御することを特徴とする請求項６に記載のアキュムレータ。
8. 前記分岐配管を、前記流出管に固定することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のアキュムレータ。
9. 吸入した冷媒を圧縮する圧縮機と、熱交換により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ための膨張手段と、減圧された前記冷媒を熱交換により蒸発させる蒸発器と、
   該蒸発器と前記圧縮機の冷媒吸入側との間に設置される請求項１〜請求項８のいずれかに記載のアキュムレータと
   を配管接続して前記冷媒を循環させる冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置。
10. 前記冷媒は二酸化炭素であり、前記冷凍機油は前記冷媒と非相溶性または難溶性を有する油であることを特徴とする請求項９に記載の冷凍サイクル装置。

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