JPWO2016047506A1 - 気液分離器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

気液分離器(9)は、蒸発器で蒸発された気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する分離室(19)を有する容器(13)と、気相冷媒を圧縮機(2, 3)に導く流出管(14)とを備えている。流出管(14)は、気相冷媒を吸入する吸入口(32)と、分離室(19)の底部から容器(13)の上蓋(18)を貫通して容器(13)の外に突出された直管部(29)と、吸入口(32)と直管部(29)との間を結ぶＵ字状に湾曲された湾曲部(30)と、を含む。流出管(14)の直管部(29)を取り囲むように外管(41)が配置されている。外管(41)は、上蓋(18)を貫通して容器(13)の外に突出された上端部(47ａ)と、分離室(19)内に位置された下端部(47b)と、を有するとともに、直管部(29)と外管(41)との間に凝縮器で凝縮された液状冷媒が流通する通路(43)が形成されている。通路(43)に液状冷媒を導く導入管(50)が外管(41)の上端部(47a)に接続されている。通路(43)を流れた液状冷媒を分離室(19)の外に導く排出管(53)が外管(41)の下端部(47b)に接続されている。

Description

本発明の実施形態は、気液分離器および気液分離器を搭載した冷凍サイクル装置に関する。

冷媒が循環する循環回路に、蒸発器を通過した気液二相状態の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器を設けた冷凍サイクル装置が知られている。

従来の冷凍サイクル装置によると、気液分離器から吐出された低温の気相冷媒は、圧縮機に吸い込まれて圧縮された後、高圧・高圧の気相冷媒となって凝縮器に導かれるようになっている。

特許第５４０１５６３号公報

冷凍サイクル装置では、圧縮機に吸い込まれる気相冷媒の過熱度を大きくして、冷却運転時のエネルギー効率を高めることが望ましい。しかしながら、気相冷媒の過熱度を大きくするための専用の要素を設けると、冷凍サイクル装置の回路構成が複雑化したり、部品点数の増加に伴うコストアップを避けられない。

本発明の目的は、圧縮機に吸い込まれる低温の気相冷媒を高温の液状冷媒で効率よく加熱することができ、シンプルな構成で気相冷媒の過熱度を大きくできる気液分離器および冷凍サイクル装置を得ることにある。

実施形態によれば、気液分離器は、蒸発器で蒸発された気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する分離室を有する容器と、前記気相冷媒を圧縮機に導く流出管と、を備えている。前記流出管は、前記分離室内の前記気相冷媒を吸入する吸入口と、前記分離室の底部から立ち上がるとともに前記容器の上蓋を貫通して前記容器の外に突出された直管部と、前記吸入口と前記直管部との間を結ぶように前記分離室の底部でＵ字状に湾曲された湾曲部と、を含んでいる。

前記流出管の前記直管部を取り囲むように外管が配置されている。前記外管は、前記容器の前記上蓋を貫通して前記容器の外に突出された上端部と、前記分離室内に位置された下端部と、を有するとともに、前記直管部と前記外管との間に凝縮器で凝縮された液状冷媒が流通する通路が形成されている。前記外管の上端部には、前記通路に前記液状冷媒を導く導入管が接続されている。前記外管の下端部には、前記通路を流れた前記液状冷媒を前記分離室の外に導く排出管が接続されている。

図１は、第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置の回路図である。 図２は、図１の冷凍サイクル装置で用いる気液分離器の断面図である。 図３は、図２と異なる位置で容器を破断した気液分離器の断面図である。 図４は、図３のＦ４−Ｆ４線に沿う断面図である。 図５は、第１の実施形態において、気液分離器の組み立て手順を示す断面図である。 図６は、第１の実施形態に係る気液分離器の変形例を示す断面図である。 図７は、第２の実施形態に係る冷凍サイクル装置の回路図である。 図８は、第３の実施形態に係る冷凍サイクル装置の回路図である。 図９は、第４の実施形態に係る冷凍サイクル装置の回路図である。 図１０は、図９の冷凍サイクル装置で用いる気液分離器の断面図である。 図１１は、図１０のＦ１１−Ｆ１１線に沿う断面図である。 図１２は、図１１のＦ１２−Ｆ１２線に沿う断面図である。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。

図１は、例えば冷水もしくは温水を生成するチリングユニットに用いられる冷凍サイクル装置１の回路図である。本実施形態の冷凍サイクル装置１は、冷却モードおよび加熱モードで運転が可能である。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、第１の圧縮機２、第２の圧縮機３、四方弁４、空気熱交換器５、膨張弁６、レシーバ７、水熱交換器８および気液分離器９を主要な要素として備えている。前記複数の要素は、冷媒が循環する循環回路１０を介して接続されている。

具体的に述べると、第１の圧縮機２の吐出口および第２の圧縮機３の吐出口は、四方弁４の第１ポート４ａに接続されている。四方弁４の第２ポート４ｂは、空気熱交換器５に接続されている。空気熱交換器５は、膨張弁６およびレシーバ７を介して水熱交換器８の冷媒流路８ａの上流端に接続されている。

水熱交換器８は、冷媒流路８ａとの間で熱交換を行なう水流路８ｂを有している。水配管１２が水熱交換器８の水流路８ｂに接続されている。水配管１２の上流端は、給水源に接続されている。水配管１２の下流端は、例えば貯湯タンク、給湯栓あるいは空調用機器に接続されている。

水熱交換器８の冷媒流路８ａの下流端は、四方弁４の第３ポート４ｃに接続されている。四方弁４の第４ポート４ｄは、気液分離器９を介して第１の圧縮機２の吸入口および第２の圧縮機３の吸入口に並列に接続されている。

図２ないし図４に示すように、気液分離器９は、容器１３、流入管１４および流出管１５を備えている。容器１３は、円筒状の容器本体１６と、容器本体１６の下端開口部を閉塞する底板１７と、容器本体１６の上端開口部を閉塞する上蓋１８と、で構成されている。

本実施形態によると、底板１７および上蓋１８は、夫々球面状に湾曲された形状を有するとともに、例えば溶接等の手段により容器本体１６に固定されている。このため、容器本体１６、底板１７および上蓋１８は、互いに協働して密閉された分離室１９を規定している。さらに、容器１３は、水平な設置面Ｇの上に起立した姿勢で据え付けられている。

図３に示すように、流入管１４は、容器１３の上蓋１８を貫通して分離室１９に導入されている。具体的に述べると、流入管１４は、容器１３の中心を通る鉛直線Ｏ１に沿うように起立された直立部２１を有している。直立部２１の軸方向に沿う中間部に円筒状のブシュ２２がロウ付け等の手段により接合されている。ブシュ２２は、上蓋１８に開けた第１の通孔２３を貫通するとともに、当該ブシュ２２の外周面が上蓋１８に溶接等の手段により固定されている。したがって、流入管１４は、ブシュ２２を介して上蓋１８に保持されている。

直立部２１の上端部は、容器１３の外に突出されている。直立部２１の上端部に口径が拡張された継手部２４が形成されている。継手部２４は、容器１３の上方に向けて開口されている。直立部２１の下端部は、分離室１９の高さ方向に沿う中間部に位置されている。

さらに、直立部２１の下端部は、容器本体１６の内周面に向けて略直角に曲げられている。そのため、直立部２１は、分離室１９内で横方向に延びた先端部２５を有している。冷媒出口２６が流入管１４の先端部２５に開口されている。冷媒出口２６は、分離室１９内で容器本体１６の内周面と向かい合っている。

流入管１４は、冷媒供給管２７を介して四方弁４の第４ポート４ｄに接続されている。冷媒供給管２７は、循環回路１０の一部を構成する要素である。図３に二点鎖線で示すように、冷媒供給管２７の下流端は、容器１３の上方から直立部２１の上端に位置された継手部２４に嵌め込まれるとともに、例えばロウ付けにより継手部２４に固定されている。

図２に示すように、流出管１５は、Ｕ字状に折れ曲がった形状を有するとともに、容器１３の分離室１９に収容されている。詳しく述べると、流出管１５は、第１の直管部２８、第２の直管部２９および湾曲部３０を一体に備えている。第１の直管部２８および第２の直管部２９は、分離室１９内で容器１３の中心を通る鉛直線Ｏ１に沿うように起立されているとともに、鉛直線Ｏ１を間に挟んで容器本体１６の径方向に互いに離れている。

そのため、第１の直管部２８および第２の直管部２９は、夫々分離室１９の底から分離室１９の上部に向けて真っ直ぐに立ち上げられている。本実施形態では、流入管１４の先端部２５が第１の直管部２８と第２の直管部２９との間を横切っている。

第１の直管部２８は、分離室１９の上部に開口された吸入口３２を有している。吸入口３２は、第１の直管部２８の上端に位置されている。第１の直管部２８の上端は、吸入口３２の開口面積を十分に確保し得るように、第１の直管部２８の軸線に対し斜めにカットされている。

第２の直管部２９は、容器１３の上蓋１８を貫通して容器１３の外に突出された突出部３３を有している。突出部３３の上端部に口径が拡張された継手部３４が形成されている。継手部３４は、容器１３の上方に向けて開口されている。

湾曲部３０は、第１の直管部２８の下端と第２の直管部２９の下端との間を結ぶように分離室１９の底でＵ字状に湾曲されている。湾曲部３０の頂部の下面には、分離室１９の底に開口する油戻し孔３５が形成されている。

流出管１５の第２の直管部２９は、冷媒戻し管３６を介して第１の圧縮機２の吸入口および第２の圧縮機３の吸入口に並列に接続されている。冷媒戻し管３６は、循環回路１０の一部を構成する要素である。図２に二点鎖線で示すように、冷媒戻し管３６の上流端は、容器１３の上方から第２の直管部２９の上端に位置された継手部３４に嵌め込まれるとともに、例えばロウ付けにより継手部３４に固定されている。

図１、図２および図４に示すように、気液分離器９は、気液熱交換器４０を内蔵している。気液熱交換器４０は、流出管１５の第２の直管部２９に一体的に組み込まれている。

具体的に述べると、気液熱交換器４０は、外管４１を備えている。外管４１は、第２の直管部２９を同軸状に取り囲んでいる。さらに、外管４１は、上端部４７ａおよび下端部４７ｂを有している。外管４１の上端部４７ａは、容器１３の上蓋１８を貫通して容器１３の外に突出されているとともに、第２の直管部２９の突出部３３を連続して同軸状に取り囲んでいる。外管４１の下端部４７ｂは、分離室１９内に位置されている。

外管４１の上端部４７ａに、径が縮小された第１の絞り部４２ａが形成されている。第１の絞り部４２ａの内周面は、第２の直管部２９の突出部３３の外周面に例えばロウ付け等の手段により固定されている。

同様に、外管４１の下端部４７ｂに、径が縮小された第２の絞り部４２ｂが形成されている。第２の絞り部４２ｂの内周面は、第２の直管部２９の下端部の外周面に例えばロウ付け等の手段により固定されている。

この結果、突出部３３を含む第２の直管部２９の外周面と外管４１の内周面との間に密閉された通路４３が形成されている。通路４３は、突出部３３を含む第２の直管部２９を略全長に亘って包囲している。

図２に示すように、容器１３の外に突出された外管４１の上端部４７ａに円筒状の第１の接続口４４ａが形成されている。第１の接続口４４ａは、外管４１の外周面から突出されている。さらに、分離室１９内に位置された外管４１の下端部４７ｂに円筒状の第２の接続口４４ｂが形成されている。第２の接続口４４ｂは、外管４１の外周面から突出されている。

外管４１の軸方向に沿う中間部に円筒状のブシュ４５が取り付けられている。ブシュ４５は、肉厚部４５ａおよび薄肉部４５ｂを有している。肉厚部４５ａおよび薄肉部４５ｂは、同軸状に並んでいるとともに、肉厚部４５ａの全長が薄肉部４５ｂの全長を上回っている。そのため、肉厚部４５ａは、薄肉部４５ｂよりも大きな熱容量を有している。

ブシュ４５の肉厚部４５ａおよび薄肉部４５ｂは、外管４１の外側に嵌め込まれている。薄肉部４５ｂは、外管４１の外周面にロウ付けにより接合されている。ブシュ４５の肉厚部４５ａは、上蓋１８に開けた第２の通孔４６を貫通するとともに、当該肉厚部４５ａの外周面が上蓋１８に溶接等の手段により固定されている。したがって、流出管１５と一体化された外管４１は、ブシュ４５を介して上蓋１８に保持されている。

図５に矢印で示すように、流出管１５の第２の直管部２９に接合された外管４１は、上蓋１８の下方から第２の通孔４６に挿入される。そのため、ブシュ４５の肉厚部４５ａが貫通する第２の通孔４６の直径Ｌ１は、第１の接続口４４ａの突出長を含む外管４１の直径Ｌ２よりも大きな値に設定されている。

図２および図５に示すように、外管４１の第１の接続口４４ａに導入管５０が接続されている。導入管５０の端部は、第１の接続口４４ａに挿入されるとともに、例えばロウ付けにより第１の接続口４４ａに接合されている。導入管５０は、容器１３の上方に向けて略直角に折り曲げられている。導入管５０の上端部に口径が拡張された継手部５１が形成されている。継手部５１は、容器１３の上方に向けて開口されている。

導入管５０は、第１の配管５２を介して空気熱交換器５に接続されている。第１の配管５２は、循環回路１０の一部を構成する要素である。図２に二点鎖線で示すように、第１の配管５２の端部は、容器１３の上方から導入管５０の上端に位置された継手部５１に嵌め込まれるとともに、例えばロウ付けにより継手部５１に接合されている。

外管４１の第２の接続口４４ｂに排出管５３が接続されている。排出管５３の端部は、第２の接続口４４ｂに挿入されるとともに、例えばロウ付けにより第２の接続口４４ｂに接合されている。

さらに、排出管５３は、分離室１９内で容器１３の上方に向けて略直角に折り曲げられた起立部５４を有している。起立部５４は、外管４１と隣り合うように分離室１９の高さ方向に沿う中間部から立ち上がっている。

それとともに、図４に最もよく示されるように、排出管５３の起立部５４は、分離室１９内で流入管１４の冷媒出口２６の直前を横切っている。言い換えると、流入管１４の冷媒出口２６は、分離室１９内で排出管５３の起立部５４に向けて開口されている。

起立部５４の軸方向に沿う中間部に円筒状のブシュ５５がロウ付け等の手段により接合されている。ブシュ５５は、上蓋１８に開けた第３の通孔５６を貫通するとともに、当該ブシュ５５の外周面が上蓋１８に溶接等の手段により固定されている。したがって、排出管５３は、ブシュ５５を介して上蓋１８に保持されている。

起立部５４の上端部は、容器１３の外に突出されている。起立部５４の上端部に口径が拡張された継手部５７が形成されている。継手部５７は、容器１３の上方に向けて開口されている。

排出管５３は、第２の配管５８を介して膨張弁６に接続されている。第２の配管５８は、循環回路１０の一部を構成する要素である。図２に二点鎖線で示すように、第２の配管５８の端部は、容器１３の上方から排出管５３の上端に位置された継手部５７に嵌め込まれるとともに、例えばロウ付けにより継手部５７に接合されている。このため、図１に示すように、気液熱交換器４０の通路４３は、空気熱交換器５と膨張弁６との間に介在されている。

本実施形態によると、バイパス配管６０が空気熱交換器５と膨張弁６との間に設けられている。バイパス配管６０は、気液熱交換器４０を迂回して空気熱交換器５と膨張弁６との間を結ぶ回路であって、一端が第１の配管５２に接続され、他端が第２の配管５８に接続されている。バイパス管６０の全長は、通路４３、導入管５０、第１の配管５２、排出管５３および第２の配管５８を含む経路の全長よりも格段に短くなっている。

常閉形の開閉弁６１がバイパス配管６０の途中に設けられている。開閉弁６１は、例えば冷凍サイクル装置１が加熱モードで運転する時に開操作されるようになっている。

次に、気液熱交換器４０を内蔵した気液分離器９を組み立てる手順について説明する。

最初に流入管１４の直立部２１の外側にブシュ２２を通し、当該ブシュ２２を直立部２１にロウ付けにより接合する。引き続き、流入管１４の直立部２１を容器１３の上蓋１８の下から第１の通孔２３に挿入し、ブシュ２２を第１の通孔２３に嵌め込んで上蓋１８に溶接する。これにより、流入管１４が上蓋１８に固定される。

この後、外管４１の外側にブシュ４５を通し、当該ブシュ４５の薄肉部４５ｂを外管４１にロウ付けにより接合する。ブシュ４５は、外管４１に第１および第２の接続口４４ａ，４４ｂを形成する以前に外管４１に接合しておくことが必要である。

この後、流出管１５の第２の直管部２９の外側に外管４１を通し、当該外管４１の第１および第２の絞り部４２ａ，４２ｂを第２の直管部２９にロウ付けにより接合する。この接合により、第２の直管部２９と外管４１との間に通路４３が形成される。

引き続いて、排出管５３の起立部５４にブシュ５５をロウ付けにより接合する。さらに、外管４１の第２の接続口４４ｂに排出管５３の端部をロウ付けにより接合する。この結果、流出管１５、外管４１および排出管５３の三つの要素が、事前にサブアッセンブリ配管部品として組み立てられる。

この後、サブアッセンブリ配管部品を容器１３の上蓋１８に組み付ける。具体的には、サブアッセンブリ配管部品の外管４１を上蓋１８の下から第２の通孔４６に挿入し、ブッシュ４５の肉厚部４５ａを第２の通孔４６に嵌め込む。それとともに、サブアッセンブリ配管部品の排出管５３の起立部５４を上蓋１８の下から第３の通孔５６に挿入し、ブシュ５５を第３の通孔５６に嵌め込む。

この状態で、ブシュ４５の肉厚部４５ａおよびブシュ５５を上蓋１８に溶接する。このことにより、サブアッセンブリ配管部品が上蓋１８に固定される。この後、外管４１の第１の接続口４４ａに導入管５０の端部をロウ付けにより接合する。ここまでの工程により、気液熱交換器４０を構成する全ての要素が流出管１５と共に上蓋１８に固定される。

最後に、容器本体１６の下端に底板１７を溶接するとともに、流入管１４、流出管１５および気液熱交換器４０が固定された上蓋１８を容器本体１６の上端に溶接する。これにより、流入管１４および気液熱交換器４０を組み込んだ流出管１５が容器１３の分離室１９に収容され、気液分離器９の組み立てが完了する。

本実施形態によると、上蓋１８に溶接されるブシュ４５の肉厚部４５ａは、外管４１にロウ付けされるブシュ４５の薄肉部４５ｂよりも大きな熱容量を有している。このため、外管４１がロウ付けされたブシュ４５を上蓋１８に溶接する際に、溶接時に発生する熱を肉厚部４５ａで吸収することができる。

言い換えると、溶接時の熱影響がブシュ４５の薄肉部４５ｂと外管４１との接合部分に極力及ばないようにして、薄肉部４５ｂと外管４１との間を接合したロウ材が溶け出すのを防止することができる。

さらに、外管４１にロウ付けされるブシュ４５の薄肉部４５ｂは、肉厚部４５ａよりも熱容量が少ない。そのため、例えば銀ロウのようなロウ材を用いてロウ付けを実行する際に、ブシュ４５を短時間のうちにロウ付けに最適な温度にまで加熱することができる。よって、ロウ付けに要する作業時間を短縮することができる。

次に、冷凍サイクル装置１を冷却モードで運転した時の動作について説明する。

冷凍サイクル装置１が冷却モードで運転を行う場合、四方弁４は、図１に実線で示すように第１ポート４ａが第２ポート４ｂに連通し、第３ポート４ｃが第４ポート４ｄに連通するように切り替えられている。

冷却モードで冷凍サイクル装置１の運転が開始されると、低温・低圧の気相冷媒が第１の圧縮機２および第２の圧縮機３で圧縮され、高圧・高圧の気相冷媒となって循環回路１０に吐出される。第１の圧縮機２および第２の圧縮機３から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁４を経由して凝縮器として機能する空気熱交換器５に導かれる。空気熱交換器５に導かれた気相冷媒は、空気と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。

冷却モードでは、バイパス配管６０の開閉弁６１が閉じているので、空気熱交換器５を通過した液相冷媒は、第１の配管５２および導入管５０を通じて気液熱交換器４０の通路４３の上端に導かれる。通路４３の上端に導かれた液相冷媒は、通路４３内を下向きに流れた後、排出管５３および第２の配管５８を通じて膨張弁６に導かれる。

高圧の液相冷媒は、膨張弁６を通過する過程で減圧されて、中間圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、レシーバ７を経由して水熱交換器８の冷媒流路８ａに導かれ、当該冷媒流路８ａを通過する過程で水流路８ｂを流れる水と熱交換する。すなわち、水熱交換器８が蒸発器として機能する。

この結果、冷媒流路８ａを流れる気液二相冷媒は、蒸発して水流路８ｂ内の水から熱を受け入れ、蒸発潜熱によって低温・低圧の気液二相冷媒に変化する。水流路８ｂ内の水は、潜熱を奪われることにより冷やされ、冷水となって例えば空調用機器に送られる。

水熱交換器８を通過した低温・低圧の気液二相冷媒は、四方弁４を経由して冷媒供給管２７から気液分離器９に導かれる。具体的に述べると、低温・低圧の気液二相冷媒は、冷媒供給管２７および流入管１４を介して気液分離器９の分離室１９に流入する。この際、流入管１４の冷媒出口２６は、分離室１９内で容器本体１６の内周面に向けて開口されているので、冷媒出口２６から分離室１９に吐き出された気液二相冷媒は、容器本体１６の内周面に沿うように旋回する旋回流となる。

この結果、気液二相冷媒に遠心力が作用し、気液二相冷媒が液相冷媒と気相冷媒とに分離される。気相冷媒は、液相冷媒よりも密度が低いために、分離室１９の上部に溜まる。分離室１９の上部に溜まった低温・低圧の気相冷媒は、流出管１５の吸入口３２に吸い込まれ、当該流出管１５から冷媒戻し管３６を経て第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に戻される。第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に戻された低温・低圧の気相冷媒は、再び高温・高圧の気相冷媒となって第１の圧縮機２および第２の圧縮機３から循環回路１０に吐出される。

本実施形態によると、低温・低圧の気相冷媒が流れる気液分離器９の流出管１５は、分離室１９の底から上蓋１８を貫通して容器１３の外に突出するまで立ち上げられた第２の直管部２９を有している。第２の直管部２９は、空気熱交換器５を通過した直後の高温の液相冷媒が流れる通路４３で包囲されている。

このため、気液分離器９から第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に戻る低温・低圧の気相冷媒は、第２の直管部２９を通過する過程で通路４３を流れる高温の液相冷媒と熱交換する。この結果、第２の直管部２９を流れる気相冷媒は、通路４３内の液相冷媒から熱を受け入れ、乾き度が向上された過熱蒸気となって第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に導かれる。

したがって、第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に吸い込まれる気相冷媒の過熱度が増大し、冷凍サイクル装置１を冷却モードで運転した時のエネルギー効率を高めることができる。

しかも、気液熱交換器４０は、気液分離器９の流出管１５を取り囲んだ通路４３に気液熱交換器５を通過した高圧の液相冷媒を導くだけのシンプルな構成となっている。このため、既存の気液分離器９に容易に組み込むことができるとともに、冷凍サイクル装置１の回路構成が煩雑化することもない。

さらに、本実施形態によれば、液相冷媒が流れる通路４３および通路４３によって包囲される第２の直管部２９は、分離室１９の底から上蓋１８を貫通して容器１３の外に突出されている。このため、容器１３を大型化することなく気相冷媒と液相冷媒との間で熱交換を行なう領域を十分に確保することができ、液相冷媒の熱を気相冷媒に効率よく伝えることができる。

それとともに、分離室１９に導かれた気相冷媒は、分離室１９を規定する容器３２よりも細い流出管１５に吸い込まれるので、流出管１５内を流れる気相冷媒の流速を十分に確保できる。言い換えると、分離室１９内で液相冷媒から分離された気相冷媒は、流速が十分に確保された状態で通路４３内を流通する液相冷媒と熱交換を行うので、効率よく気相冷媒を加熱できる。それとともに、加熱された気相冷媒が第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に吸い込まれるまでの期間中の気相冷媒からの放熱が少なくなり、乾き度が高い気相冷媒を第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に導くことができる。

加えて、本実施形態の気液分離器９では、高温の液状冷媒が流通する排出管５３が分離室１９内に配置されているので、当該排出管５３を通じて気液二相冷媒と高温の液状冷媒との間で熱交換を行なうことができる。

さらに、流入管１４の冷媒出口２６は、分離室１９内で排出管５３の起立部５４に向けて開口されているので、冷媒出口２６から吹き出す低温・低圧の気液二相冷媒が高温の液状冷媒が流通する起立部５４に接触する。この結果、高温の液状冷媒の熱を起立部５６から分離室１９内の気液二相冷媒に直に伝えることができ、排出管５３の起立部５４を伝熱部として積極的に利用することができる。

よって、分離室１９内で分離された気相冷媒が流出管１５に吸い込まれる以前の段階で気液二相冷媒を予備的に加熱することが可能となり、気相冷媒の乾き度を高める上で有利な構成となる。

本実施形態の気液分離器９によると、排出管５３が接続される外管４１の第２の接続口４３ｂが外管４１の下端部に位置されている。このため、第２の接続口４４ｂから容器１３の上蓋１８までの距離を十分に確保でき、第２の接続口４４ｂに接続された排出管５３を分離室１９内に配管する上での自由度が増大する。

具体的に述べると、排出管５３の上端部を上蓋１８の第３の通孔５６に導く際に、例えば排出管５３を撓ませることで排出管５３と第３の通孔５６との間に生じた寸法公差を吸収することができる。したがって、排出管５３の配管作業が容易となる。

第１の実施形態において、分離室１９内の冷媒の流れ経路は、気液熱交換器４０を有しない一般的な気液分離器と同一である。そのため、第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に吸い込まれる気相冷媒に対して圧力損失が増加する要因はない。

一方、冷凍サイクル装置１が冷却モードで運転されている時に、冷凍サイクル装置１の運転条件あるいは運転状況によっては、水熱交換器８から気液分離器９の分離室１９に流入する気液二相冷媒の温度が規定値よりも高い場合があり得る。

このような運転状態の時に、気液分離器９で分離された気相冷媒と通路４３を流れる液相冷媒との間で熱交換が実行されると、第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に吸い込まれる気相冷媒の温度が上限値を上回るのを否めない。

そこで、気液分離器９に流入する気液二相冷媒の温度が高過ぎる場合は、バイパス配管６０の開閉弁６１を開操作する。開閉弁６１が開かれると、空気熱交換器５を通過した高圧の液相冷媒は、その多くが経路長の短いバイパス配管６０を通じて膨張弁６に導かれる。この結果、第１の配管５２から気液熱交換器４０の通路４３に向かう高圧の液相冷媒の流量が減少し、液相冷媒から気相冷媒に伝わる熱量が減少する。

したがって、気液分離器９から第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に吸い込まれる気相冷媒の温度が上限値を上回るのを防止できる。

次に、冷凍サイクル装置１を加熱モードで運転した時の動作について説明する。

冷凍サイクル装置１が加熱モードで運転を行う場合、四方弁４は、図１に破線で示すように第１ポート４ａが第３ポート４ｃに連通し、第２ポート４ｂが第４ポート４ｄに連通するように切り替えられている。さらに、開閉弁６１が開操作されてバイパス通路６０が開放されている。

加熱モードで運転が開始されると、低温・低圧の気相冷媒が第１の圧縮機２および第２の圧縮機３で加熱され、高温・高圧の気相冷媒となって循環回路１０に吐出される。第１の圧縮機２および第２の圧縮機３から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁４を経由して水熱交換器８の冷媒流路８ａに導かれ、当該冷媒流路８ａを流れる過程で水流路８ｂを流れる水と熱交換する。すなわち、水熱交換器８が凝縮器として機能する。

この結果、冷媒流路８ａを流れる気相冷媒は、水流路８ｂを流れる水と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。水流路８ｂ内の水は、気相冷媒の熱を受けることにより加熱され、温水となって例えば空調用機器に送られる。

水熱交換器８を通過した高圧の液相冷媒は、レシーバ７を経由して膨張弁６に導かれるとともに、膨張弁６を通過する過程で減圧されて、中間圧の気液二相冷媒に変化する。加熱モードでは、バイパス配管６０が開放されているので、膨張弁６を通過した中間圧の気液二相冷媒の多くは、経路長が短いバイパス配管６０を通じて蒸発器として機能する空気熱交換器５に導かれる。

膨張弁６を通過した気液二相冷媒の残りは、第２の配管５８から気液熱交換器４０の排出管５３、通路４３および導入管５０を経由して第１の配管５２に導かれた後、バイパス配管６０を流れる気液二相冷媒の主流と合流して空気熱交換器５に導かれる。

気液二相冷媒は、空気熱交換器５で空気と熱交換することにより蒸発し、低温・低圧の気液二相冷媒に変化する。空気熱交換器５を通過した低温・低圧の気液二相冷媒は、四方弁４を経由して冷媒供給管２７から気液分離器９に導かれる。

低温・低圧の気液二相冷媒は、前記冷却モードの時と同様に、気液分離器９の分離室１９内で気相冷媒と液相冷媒とに分離される。分離室１９の上部に溜まった低温・低圧の気相冷媒は、流出管１５の吸入口３２に吸い込まれ、当該流出管１５から冷媒戻し管３６を経て第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に戻される。第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に戻された冷媒は、再び高温・高圧の気相冷媒となって第１の圧縮機２および第２の圧縮機３から循環回路１０に吐出される。

冷凍サイクル装置１を加熱モードで運転した場合、気液分離器９の流出管１５を流通する気相冷媒と気液熱交換器４０の通路４３を流通する気液二相冷媒との間の温度差が少なくなる。さらに、膨張弁６を通過した気液二相冷媒の主流は、バイパス配管６０を通じて空気熱交換器５に導かれるので、通路４３を通過する気液二相冷媒の流量が減少する。このため、気液二相冷媒から気相冷媒に伝わる熱量は微々たるものとなり、気液熱交換器４０はほとんど機能しないことになる。

一方、加熱モードの時にバイパス配管６０の開閉弁６１が閉じられていると仮定すると、膨張弁６を通過した気液二相冷媒の全てが気液熱交換４０の通路４３を通過する。しかしながら、既に述べたように加熱モードでは、気液熱交換器４０がほとんど機能しないにも拘らず、気液二相冷媒が通路４３、導入管５０、第１の配管５２、排出管５３および第２の配管５８を含むバイパス配管６０よりも長い経路を通過するので、気液二相冷媒に大きな圧力損失が生じる。この結果、例えば膨張弁６で空気熱交換器５を通過した冷媒の過熱度を制御する場合に、膨張弁６の制御性が悪化することがあり得る。

しかるに、本実施形態によると、加熱モードでは気液二相冷媒の主流がバイパス配管６０を通過するので、気液二相冷媒に大きな圧力損失が生じるのを回避できる。よって、膨張弁６の制御性が悪化するのを防止できる。

さらに、開閉弁６１を有するバイパス配管６０を循環回路１０に付加するだけのシンプルな構成で、気液二相冷媒に圧力損失が生じるのを回避できる。そのため、冷凍サイクル装置１の回路構成が煩雑化するのを防止でき、コストアップを抑制できるといった利点がある。

［第１の実施形態の変形例］
図６は、第１の実施形態の変形例を開示している。

当該変形例は、流入管１４の冷媒出口２６を分離室１９内で気液熱交換器４０の外管４１に向けて開口させた点が第１の実施形態と相違している。それ以外の気液分離器９および冷凍サイクル装置１の構成は第１の実施形態と同様である。

このような構成によれば、冷凍サイクル装置１が冷却モードで運転している時に、冷媒出口２６から分離室１９内に吹き出す低温・低圧の気液二相冷媒が、高温の液状冷媒が流通する外管４１に接触する。この結果、高温の液状冷媒の熱を外管４１から分離室１９内の気液二相冷媒に直に伝えることができ、通路４３を規定する外管４１を伝熱部として積極的に利用することができる。

よって、分離室１９に導かれた気液二相冷媒を予備的に加熱することができ、気相冷媒の乾き度を高めることができる。

［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態に係る冷凍サイクル装置１を開示している。

第２の実施形態は、空気熱交換器５から膨張弁６に向かう高圧の液相冷媒、又は膨張弁６から空気熱交換器５に向かう中間圧の液相冷媒を、気液熱交換器４０をバイパスさせるための構成が第１の実施形態と相違している。それ以外の気液分離器９および冷凍サイクル装置１の構成は第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図７に示すように、バイパス配管６０は、常閉形の第１の開閉弁７１を有している。さらに、第２の配管５８は、常開形の第２の開閉弁７２を有している。第１の開閉弁７１の駆動部および第２の開閉弁７２の駆動部は、例えば電気回路のような連携回路７３を介して互いに連携されている。

冷凍サイクル装置１が冷却モードで運転されると、第１の開閉弁７１が閉操作されるとともに、第２の開閉弁７２が開操作される。逆に冷凍サイクル装置１が加熱モードで運転されると、第１の開閉弁７１が開操作されるとともに、第２の開閉弁７２が閉操作される。

第２の実施形態によると、冷凍サイクル装置１が冷却モードで運転されている時、凝縮器としての空気熱交換器５を通過した高圧の液状冷媒は、第１の配管５２から導入管５０、通路４３、排出管５３、第２の配管５８および開操作された第２の開閉弁７２を経由して膨張弁６に導かれる。

そのため、通路４３を流通する液状冷媒と気液分離器９の流出管１５を流通する気相冷媒との間で熱交換が実行される。

さらに、冷却モードの時に気液分離器９に流入する気液二相冷媒の温度が高過ぎる場合は、第１の開閉弁７１が開操作されるとともに、第２の開閉弁７２が閉操作される。そのため、空気熱交換器５を通過した高圧の液相冷媒の全てがバイパス配管６０を通じて膨張弁６に導かれる。この結果、高圧の液相冷媒が気液熱交換器４０の通路４３を流れなくなり、気液熱交換器４０の実質的な機能が停止する。したがって、気液分離器９から第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に吸い込まれる気相冷媒の温度が上限値を上回ることはない。

冷凍サイクル装置１が加熱モードで運転されている時は、膨張弁６を通過した気液二相冷媒の全てがバイパス配管６０を通じて空気熱交換器５に導かれる。言い換えると、全ての気液二相冷媒が気液熱交換器４０を迂回して流れので、気液二相冷媒に大きな圧力損失が生じるのを回避できる。

［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態に係る冷凍サイクル装置１を開示している。

第３の実施形態は、空気熱交換器５から膨張弁６に向かう高圧の液相冷媒、又は膨張弁６から空気熱交換器５に向かう中間圧の液相冷媒を、気液熱交換器４０をバイパスさせるための構成が第２の実施形態と相違している。それ以外の気液分離器９および冷凍サイクル装置１の構成は第２の実施形態と同様である。そのため、第３の実施形態において、第２の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図８に示すように、三方切換弁８１がバイパス配管６０と第２の配管５８との合流部に設けられている。三方切換弁８１は、膨張弁６に接続された第１のポート８１ａと、第２の配管５８に接続された第２のポート８１ｂと、バイパス配管６０に接続された第３のポート８１ｃとを有している。

さらに、三方切換弁８１は、第１のポート８１ａと第２のポート８１ｂとの間を連通させる第１の切り換え位置と、第１のポート８１ａと第３のポート８１ｃとの間を連通させる第２の切り換え位置との間で選択的に切り換え動作が可能となっている。

冷凍サイクル装置１が冷却モードで運転される時は、三方切換弁８１が基本的に第１の切り換え位置に切り換わる。冷凍サイクル装置１が加熱モードで運転される時は、三方切換弁８１が第２の切り換え位置に切り換わる。

第３の実施形態によると、冷凍サイクル装置１が冷却モードで運転されている時、バイパス配管６０が三方切換弁８１によって閉止されている。そのため、凝縮器としての空気熱交換器５を通過した高圧の液状冷媒は、第１の配管５２から導入管５０、通路４３、排出管５３、第２の配管５８および三方切換弁８１の第２のポート８１ｂから第１のポート８１ａを経由して膨張弁６に導かれる。

そのため、通路４３を流通する液状冷媒と気液分離器９の流出管１５を流通する気相冷媒との間で熱交換が実行される。

冷却モードの時に気液分離器９に流入する気液二相冷媒の温度が高過ぎる場合は、三方切換弁８１が第１の切り換え位置から第２の切り換え位置に切り換わる。これにより、膨張弁６と第２の配管５８との連通が遮断され、空気熱交換器５を通過した高圧の液相冷媒の全てがバイパス配管６０、三方切換弁８１の第３のポート８１ｃおよび第１のポート８１ａを通じて膨張弁６に導かれる。

この結果、高圧の液相冷媒が気液熱交換器４０の通路４３を流れなくなり、気液熱交換器４０の実質的な機能が停止する。したがって、気液分離器９から第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に吸い込まれる気相冷媒の温度が上限値を上回ることはない。

冷凍サイクル装置１が加熱モードで運転されている時は、膨張弁６と第２の配管５８との連通が遮断されている。そのため、膨張弁６を通過した気液二相冷媒の全てがバイパス配管６０を通じて空気熱交換器５に導かれる。言い換えると、全ての気液二相冷媒が気液熱交換器４０を迂回して流れので、気液二相冷媒に大きな圧力損失が生じるのを回避することができる。

［第４の実施形態］
図９ないし図１２は、第４の実施形態に係る冷凍サイクル装置１を開示している。

第４の実施形態では、循環回路１０に二つの空気熱交換器５ａ，５ｂが並列に接続されている。さらに、気液分離器９の分離室１９に、第１の流出管１５ａおよび第２の流出管１５ｂと、第１の気液熱交換器４０ａおよび第２の気液熱交換器４０ｂと、が収容されている。これ以外の冷凍サイクル装置１および気液分離器９の構成は、基本的に第１の実施形態と同様である。そのため、第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図９に示すように、二つの空気熱交換器５ａ，５ｂは、夫々膨張弁６ａ，６ｂを介して共通のレシーバ７に接続されている。さらに、図１１に示すように、気液分離器９の第１の流出管１５ａおよび第２の流出管１５ｂは、分離室１９内で容器１３の径方向に互いに間隔を存して平行に配置されている。

具体的に述べると、第１の流出管１５ａの第１の直管部２８ａおよび第２の流出管１５ｂの第１の直管部２８ｂは、分離室１９内で互いに間隔を存して並ぶように分離室１９の底から立ち上がっている。第１の直管部２８ａ，２８ｂの上端に位置する吸入口３２ａ，３２ｂは、夫々分離室１９の上部に開口されている。

第１の流出管１５ａの第２の直管部２９ａおよび第２の流出管１５ｂの第２の直管部２９ｂは、分離室１９内で互いに間隔を存して並ぶように分離室１９の底から立ち上がっている。さらに、第２の直管部２９ａ，２９ｂは、夫々容器１３の上蓋１８を貫通して容器１３の外に突出された突出部３３ａ，３３ｂを有している。

第１の流出管１５ａの湾曲部３０ａは、第１の直管部２８ａの下端と第２の直管部２９ａの下端との間を結ぶように分離室１９の底でＵ字状に湾曲されている。同様に、第２の流出管１５ｂの湾曲部３０ｂは、第１の直管部２８ｂの下端と第２の直管部２９ｂの下端との間を結ぶように分離室１９の底でＵ字状に湾曲されている。

第２の直管部２９ａの突出部３３ａは、第１の冷媒戻し管９１ａを介して第１の圧縮機２の吸入口に接続されている。第２の直管部２９ｂの突出部３３ｂは、第２の冷媒戻し管９１ｂを介して第２の圧縮機３の吸入口に接続されている。第１の冷媒戻し管９１ａおよび第２の冷媒戻し管９１ｂは、二つの圧縮機２，３から伝わる振動を吸収するため、蛇行状に屈曲されている。

図１１および図１２に示すように、気液分離器９の流入管１４の直立部２１は、分離室１９内で第１の流出管１５ａの第１の直管部２８ａと第２の流出管１５ｂの第１の直管部２８ｂとの間に生じたスペースに収められている。流入管１４の先端部２５の冷媒出口２６は、第２の直管部２９ａ，２９ｂの間に向けて開口されている。

一方、第１の気液熱交換器４０ａの第１の外管４１ａは、第１の流出管１５ａの第２の直管部２９ａを全長に亘って取り囲むように第２の直管部２９ａに同軸状に接合されている。第２の気液熱交換器４０ｂの第２の外管４１ｂは、第２の流出管１５ｂの第２の直管部２９ｂを全長に亘って取り囲むように第２の直管部２９ｂに同軸状に接合されている。

そのため、突出部３３ａを含む第２の直管部２９ａの外周面と第１の外管４１ａの内周面との間には、密閉された第１の通路４３ａが形成されている。同様に、突出部３３ｂを含む第２の直管部２９ｂの外周面と第２の外管４１ｂの内周面との間には、密閉された第２の通路４３ｂが形成されている。

図１０に示すように、第１の外管４１ａの上端部に位置された第１の接続口４４ａに第１の導入管５０ａが接合されている。第１の導入管５０ａは、第１の配管９２ａを介して一方の空気熱交換器５ａに接続されている。

図１２に示すように、第２の外管４１ｂの上端部に位置された第１の接続口４４ａに第２の導入管５０ｂが接合されている。第２の導入管５０ｂは、第１の配管９２ｂを介して第２の空気熱交換器５ｂに接続されている。

第１の外管４１ａの下端部に位置された第２の接続口４４ｂに第１の排出管５３ａが接続されている。第１の排出管５３ａは、その起立部５４ａが第１の外管４１ａと、当該第１の外管４１ａに対応する第１の流出管１５ａの第１の直管部２８ａとの間を通して立ち上げられている。

第２の外管４１ｂの下端部に位置された第２の接続口４４ｂに第２の排出管５３ｂが接続されている。第２の排出管５３ｂは、その起立部５４ｂが第２の外管４１ｂと、当該第２の外管４１ｂに対応する第２の流出管１５ｂの第１の直管部２８ｂとの間を通して立ち上げられている。

第１の外管４１ａに連なる第１の排出管５３ａは、第２の配管９３ａを介して一方の空気熱交換器５ａに対応する一方の膨張弁６ａに接続されている。第２の外管４１ｂに連なる第２の排出管５３ｂは、第２の配管９３ｂを介して他方の空気熱交換器５ｂに対応する他方の膨張弁６ｂに接続されている。

このため、図９に示すように、第１の気液熱交換器４０ａの第１の通路４３ａは、一方の空気熱交換器５ａと一方の膨張弁６ａとの間に介在されている。同様に、第２の気液熱交換器４０ｂの第２の通路４３ｂは、他方の空気熱交換器５ｂと他方の膨張弁６ｂとの間に介在されている。

本実施形態によると、一方の空気熱交換器５ａと一方の膨張弁６ａとの間が第１のバイパス配管９５を介して直接的に接続されている。第１のバイパス配管９５は、第１の気液熱交換器４０ａを迂回して一方の空気熱交換器５ａと一方の膨張弁６ａとの間を結ぶ回路であって、一端が第１の配管９２ａに接続され、他端が第２の配管９３ａに接続されている。第１のバイパス管９５の全長は、第１の通路４３ａ、第１の導入管５０ａ、第１の配管９２ａ、第１の排出管５３ａおよび第２の配管９３ａを含む経路の全長よりも格段に短くなっている。

常閉形の第１の開閉弁９６が第１のバイパス配管９５の途中に設けられている。第１の開閉弁９６は、例えば冷凍サイクル装置１が加熱モードで運転する時に開操作されるようになっている。

さらに、他方の空気熱交換器５ｂと他方の膨張弁６ｂとの間が第２のバイパス配管９７を介して直接的に接続されている。第２のバイパス配管９７は、第２の気液熱交換器４０ｂを迂回して他方の空気熱交換器５ｂと他方の膨張弁６ｂとの間を結ぶ回路であって、一端が第１の配管９２ｂに接続され、他端が第２の配管９３ｂに接続されている。第２のバイパス管９７の全長は、通路４３ｂ、第２の導入管５０ｂ、第１の配管９２ｂ、第２の排出管５３ｂおよび第２の配管９３ｂを含む経路の全長よりも格段に短くなっている。

常閉形の第２の開閉弁９８が第２のバイパス配管９７の途中に設けられている。第２の開閉弁９８は、例えば冷凍サイクル装置１が加熱モードで運転する時に開操作されるようになっている。

本実施形態において、冷却モードで冷凍サイクル装置１の運転が開始されると、低温・低圧の気相冷媒が第１の圧縮機２および第２の圧縮機３で圧縮され、高温・高圧の気相冷媒となって循環回路１０に吐出される。第１の圧縮機２および第２の圧縮機３から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁４を経由して凝縮器として機能する二つの空気熱交換器５ａ，５ｂに導かれる。空気熱交換器５ａ，５ｂに導かれた気相冷媒は、空気と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。

冷却モードでは、第１のバイパス配管９５の第１の開閉弁９６および第２のバイパス配管９７の第２の開閉弁９８が夫々閉じている。このため、一方の空気熱交換器５ａを通過した液相冷媒は、第１の配管９２ａおよび第１の導入管５０ａを通じて第１の気液熱交換器４０ａの第１の通路４３ａに導かれる。第１の通路４３ａを流通した液相冷媒は、第１の排出管５３ａおよび第２の配管９３ａを通じて一方の膨張弁６ａに導かれる。

同様に、他方の空気熱交換器５ｂを通過した液相冷媒は、第１の配管９２ｂおよび第２の導入管５０ｂを通じて第２の気液熱交換器４０ｂの第２の通路４３ｂに導かれる。第２の通路４３ｂを流通した液相冷媒は、第２の排出管５３ｂおよび第２の配管９３ｂを通じて他方の膨張弁６ｂに導かれる。

高圧の液相冷媒は、膨張弁６ａ，６ｂを通過する過程で減圧されて、中間圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、互いに合流した後、レシーバ７を経由して水熱交換器８の冷媒流路８ａに導かれ、当該冷媒流路８ａを通過する過程で水流路８ｂを流れる水と熱交換する。すなわち、水熱交換器８が蒸発器として機能する。

この結果、冷媒流路８ａを流れる気液二相冷媒は蒸発して水流路８ｂ内の水から熱を受け入れ、蒸発潜熱によって低温・低圧の気液二相冷媒に変化する。水熱交換器８を通過した低温・低圧の気液二相冷媒は、四方弁４を経由して冷媒供給管２７から気液分離器９に導かれる。

具体的に述べると、低温・低圧の気液二相冷媒は、冷媒供給管２７および流入管１４を介して気液分離器９の分離室１９に流入する。分離室１９に流入した気液二相冷媒は、液相冷媒と気相冷媒とに分離される。分離室１９の上部に溜まった低温・低圧の気相冷媒は、第１および第２の流出管１５ａ，１５ｂから第１および第２の冷媒戻し管９１ａ，９１ｂを経て第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に個々に戻される。第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に戻された低温・低圧の気相冷媒は、再び高温・高圧の気相冷媒となって第１の圧縮機２および第２の圧縮機３から循環回路１０に吐出される。

気液分離器９から第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に戻る低温・低圧の気相冷媒は、第１および第２の流出管１５ａ，１５ｂの第２の直管部２９ａ，２９ｂを通過する過程で第１および第２の通路４３ａ，４３ｂを流れる高温の液相冷媒と熱交換する。この結果、第２の直管部２９ａ，２９ｂを流れる気相冷媒は、第１および第２の通路４３ａ，４３ｂ内の液相冷媒から熱を受け入れ、乾き度が向上された過熱蒸気となって第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に導かれる。

したがって、第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に吸い込まれる気相冷媒の過熱度が増大し、冷凍サイクル装置１を冷却モードで運転した時のエネルギー効率を高めることができる。

一方、加熱モードで冷凍サイクル装置１の運転が開始されると、第１の圧縮機２および第２の圧縮機３から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁４を経由して水熱交換器８の冷媒流路８ａに導かれ、当該冷媒流路８ａを流れる過程で水流路８ｂを流れる水と熱交換する。すなわち、水熱交換器８が凝縮器として機能するので、冷媒流路８ａを流れる気相冷媒は、水流路８ｂを流れる水と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。

水熱交換器８を通過した高圧の液相冷媒は、レシーバ７を経由して膨張弁６ａ，６ｂに導かれるとともに、膨張弁６ａ，６ｂを通過する過程で減圧されて、中間圧の気液二相冷媒に変化する。加熱モードでは、第１のバイパス配管９５および第２のバイパス配管９７が開放されているので、膨張弁６ａ，６ｂを通過した中間圧の気液二相冷媒の多くは、経路長が短い第１のバイパス配管９５および第２のバイパス配管９７を通じて蒸発器として機能する二つの空気熱交換器５ａ，５ｂに個々に導かれる。

膨張弁６ａ，６ｂを通過した気液二相冷媒の残りは、第２の配管９３ａ，９３ｂから第１および第２の気液熱交換器４０ａ，４０ｂの第１および第２の排出管５３ａ，５３ｂ、第１および第２の通路４３ａ，４３ｂ、第１および第２の導入管５０ａ，５０ｂを経由して第１の配管９２ａ，９２ｂに導かれる。さらに、気液二相冷媒の残りは、第１のバイパス配管９５および第２のバイパス配管９７を流れる気液二相冷媒の主流と合流して空気熱交換器５ａ，５ｂに導かれる。

気液二相冷媒は、空気熱交換器５ａ，５ｂで空気と熱交換することにより蒸発し、低温・低圧の気液二相冷媒に変化する。空気熱交換器５ａ，５ｂを通過した低温・低圧の気液二相冷媒は、互いに合流した後、四方弁４を経由して冷媒供給管２７から気液分離器９に導かれる。

低温・低圧の気液二相冷媒は、気液分離器９の分離室１９内で気相冷媒と液相冷媒とに分離される。分離室１９の上部に溜まった低温・低圧の気相冷媒は、第１および流出管１５ａ，１５ｂから第１および第２の冷媒戻し管９１ａ，９１ｂを経て第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に個々に戻される。第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に戻された冷媒は、再び高温・高圧の気相冷媒となって第１の圧縮機２および第２の圧縮機３から循環回路１０に吐出される。

冷凍サイクル装置１を加熱モードで運転した場合、気液分離器９の第１および第２の流出管１５ａ，１５ｂを流通する気相冷媒と、第１および第２の気液熱交換器４０ａ，４０ｂの第１および第２の通路４３ａ，４３ｂを流通する気液二相冷媒との間の温度差が少なくなる。

さらに、膨張弁６ａ，６ｂを通過した気液二相冷媒の主流は、第１のバイパス配管９５および第２のバイパス配管９７を通じて空気熱交換器５ａ，５ｂに導かれるので、第１および第２の通路４３ａ，４３ｂを通過する気液二相冷媒の流量が減少する。このため、気液二相冷媒から気相冷媒に伝わる熱量は微々たるものとなり、第１および第２の気液熱交換器４０ａ，４０ｂはほとんど機能しないことになる。

第４の実施形態によると、気液分離器９の分離室１９に、第１の圧縮機２に対応した第１の流出管１５ａと、第２の圧縮機３に対応した第２の流出管１５ｂとが収容されている。第１の流出管１５ａは、第１の冷媒戻し管９１ａを介して第１の圧縮機２に吐出口に接続され、第２の流出管１５ｂは、第２の冷媒戻し管９１ｂを介して第２の圧縮機３の吐出口に接続されている。

このため、第１の圧縮機２および第２の圧縮器３の夫々において、気相冷媒を吸い込むための経路を気液分離器９から個別に配管することができる。したがって、圧縮機２，３の振動を吸収するために蛇行状に屈曲された第１の冷媒戻し管９１ａおよび第２の冷媒戻し管９１ｂの配管長を短縮できる。

具体的に述べると、例えば図１および図２に開示された第１の実施形態の気液分離器９のように、一つの流出管１５に接続された一本の冷媒戻し管３６を途中で二つに分岐して第１の圧縮機２の吐出口および第２の圧縮器３の吐出口に接続する場合、冷媒戻し管３６は、気液分離器９から分岐端までの領域、および分岐端から第１の圧縮機２および第２の圧縮器３に至る二つの領域を振動吸収のために蛇行させる必要がある。

しかるに、本実施形態では、第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に気相冷媒を導く経路が独立した二系統となるので、蛇行させる必要がある第１の冷媒戻し管９１ａおよび第２の冷媒戻し管９１ｂの全長を短くできる。

すなわち、前記のような気液分離器９から冷媒戻し管３６の分岐端までの配管が不要となるので、配管スペースを少なく抑えることができる。したがって、冷凍サイクル装置１のコンパクト化が可能となるとともに、第１の圧縮機２および第２の圧縮機３に向かう気相冷媒の圧力損失を低減することができる。

さらに、気液分離器９の分離室１９に、第１の圧縮機２に対応した第１の流出管１５ａと、第２の圧縮機３に対応した第２の流出管１５ｂとを収容することで、図２に開示された第１の実施形態の流出管１５と比較して、第１および第２の流出管１５ａ，１５ｂの口径を細くすることができる。この結果、Ｕ字形に曲げられた第１および第２の流出管１５ａ，１５ｂの曲率半径を小さくすることができる。

この結果、例えば容器１３の高さ寸法を第１の実施形態と同一とした場合に、第２の直管部２９ａ，２９ｂひいては第２および第２の通路４３ａ，４３ｂの全長が増大し、気相冷媒と液相冷媒との間の熱交換性能が向上するといった利点がある。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…冷凍サイクル装置、５…空気熱交換器、８…水熱交換器、９…気液分離器、１０…循環回路、１３…容器、１４…流出管、１８…上蓋、１９…分離室、２９…直管部（第２の直管部）、３０…湾曲部、３２…吸入口、４１…外管、４３…通路、４７ａ…上端部、４７ｂ…下端部、５０…導入管、５３…排出管。

Claims (8)

1. 蒸発器で蒸発された気液二相冷媒が流入するとともに、当該気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する分離室を有する容器と、
   前記分離室内の前記気相冷媒を吸入する吸入口と、前記分離室の底部から立ち上がるとともに前記容器の上蓋を貫通して前記容器の外に突出された直管部と、前記吸入口と前記直管部との間を結ぶように前記分離室の底部でＵ字状に湾曲された湾曲部と、を含み、前記気相冷媒を圧縮機に導く流出管と、
   前記流出管の前記直管部を取り囲むように配置され、前記容器の前記上蓋を貫通して前記容器の外に突出された上端部と、前記分離室内に位置された下端部と、を有する外管と、
   前記流出管の前記直管部と前記外管との間に形成され、凝縮器で凝縮された液状冷媒が流通する通路と、
   前記外管の前記上端部に接続され、前記通路に前記液状冷媒を導く導入管と、
   前記外管の前記下端部に接続され、前記通路を流れた前記液状冷媒を前記分離室の外に導く排出管と、
   を具備した気液分離器。
2. 前記分離室に前記気液二相冷媒を導く流入管をさらに備え、当該流入管は、前記分離室内で前記排出管に向けて開口された冷媒出口を有する請求項１に記載の気液分離器。
3. 前記分離室に前記気液二相冷媒を導く流入管をさらに備え、当該流入管は、前記分離室内で前記外管に向けて開口された冷媒出口を有する請求項１に記載の気液分離器。
4. 前記排出管は、前記容器の前記上蓋を貫通して前記容器の外に突出された請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の気液分離器。
5. 前記容器に、複数の前記流出管と、複数の前記外管と、複数の前記通路と、複数の前記導入管と、複数の前記排出管と、を具備した請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の気液分離器。
6. 前記複数の流出管は、前記分離室内で互いに間隔を存して配置された請求項５に記載の気液分離器。
7. 前記分離室に前記気液二相冷媒を導く流入管をさらに備え、当該流入管は、前記分離室内で前記複数の流出管の間のスペースに配置された請求項６に記載の気液分離器。
8. 冷媒が循環する循環回路と、
   前記循環回路に設けられた請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の気液分離器と、
   を備えた冷凍サイクル装置。

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