JPWO2019021431A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

小型化が可能な気液油分離器を備える冷凍サイクル装置を提供する。冷凍サイクル装置は、気液油分離器（５）を含み、冷媒が循環する冷媒回路を備える。圧縮機に配置される冷凍機油の密度は冷媒の液体状態での密度より大きい。気液油分離器（５）は、筐体と、気体冷媒分離部（６２）とを含む。気体冷媒分離部（６２）は、筐体の内部に配置される。気液油分離器（５）の筐体には、冷媒流入出管（５ｄ）と、液体冷媒管（５ａ）と、気体冷媒管（５ｂ）と、第１返油管（５ｃ）とが接続される。気体冷媒管（５ｂ）は、筐体の内部において気体冷媒分離部（６２）が配置された領域に位置する開口端部を含む。

Description

本発明は、圧縮機に用いられる冷凍機油の密度が液体冷媒の密度より大きい冷凍サイクル装置に関する。

従来、環境に与える影響が小さいＨＣ系の自然冷媒を用いるとともに、圧縮機に封入される冷凍機油の密度が液体状態での上記冷媒の密度より高くなっている冷凍サイクル装置が提案されている（特開平１１−２５７８０５号公報（特許文献１）参照）。特開平１１−２５７８０５号公報に開示された冷凍サイクル装置では、圧縮機内での冷凍機油不足の問題の解消と冷凍サイクル中に封入する冷媒量を少なくすることを目的とし、冷凍サイクル中に吐出された冷凍機油を回収して圧縮機内に戻すためのオイル戻し口を有する気液分離器が設置されている。気液油分離器として作用する当該気液分離器の内部には、オイル戻し口から確実に冷凍機油を回収するため、気液分離器の内部に冷凍機油と液体冷媒との界面に位置して液体冷媒と冷凍機油とを分離するフロートが配置されている。

特開平１１−２５７８０５号公報

特開平１１−２５７８０５号公報に開示された冷凍サイクル装置では、気液油分離器の内部に配置されたフロートが冷凍機油と液体冷媒との界面の変動に追従可能な浮力を得るため、当該フロートはある程度のサイズが必要である。また、特開平１１−２５７８０５号公報に開示された冷凍サイクル装置の気液油分離器では、気体冷媒を排出するための配管が気液油分離器の上側に接続されており、フロートより上側の分離器内部空間で気体冷媒から液体冷媒が分離されている。このため、分離器内部の空間についてもある程度の体積が必要である。このため、気液分離器のサイズを小さくすることが難しい。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、小型化が可能な気液油分離器を備える冷凍サイクル装置を提供することである。

本開示に従った冷凍サイクル装置は、圧縮機および気液油分離器を含み、冷媒が循環する冷媒回路を備える。圧縮機に配置される冷凍機油の密度は冷媒の液体状態での密度より大きい。気液油分離器は、筐体と、気体冷媒分離部とを含む。気体冷媒分離部は、筐体の内部に配置される。気液油分離器の筐体には、冷媒流入出管と、液体冷媒管と、気体冷媒管と、返油管とが接続される。気体冷媒管は、筐体の内部において気体冷媒分離部が配置された領域に位置する開口端部を含む。

上記によれば、気体冷媒分離部により液体冷媒および冷凍機油から気体冷媒を分離でき、さらに分離された気体冷媒を速やかに開口端部から気体冷媒管に取り込むことができるので、気体冷媒分離部を用いず気液油分離器の内部空間において液体冷媒から気体冷媒を分離する場合、および気体冷媒分離部から気体冷媒が筐体内部を流通してから気体冷媒管へ取り込まれる場合より気液油分離器の筐体のサイズを小さくできる。このため、小型化が可能な気液油分離器を備える冷凍サイクル装置を提供できる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成例を示す模式図である。 図１に示した空気調和装置の気液油分離アセンブリの構成例を示す模式図である。 図２の線分Ａ−Ａ’における断面模式図である。 図２に示した気液油分離器の第１変形例を示す断面模式図である。 図２に示した気液油分離器の第２変形例を示す断面模式図である。 図２に示した気液油分離器の第３変形例を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の構成例を示す模式図である。 図９に示した空気調和装置の気液油分離器を示す模式図である。 本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成例を示す模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の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。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
＜空気調和装置の構成＞
図１は本実施形態の冷凍サイクル装置としての空気調和装置の構成図を示している。図２は、図１に示した空気調和装置における気液油分離アセンブリの構成例を示す模式図である。以下、図１および図２を参照しながら、本実施形態の空気調和装置の構成を説明する。

空気調和装置は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。冷媒回路は、少なくとも圧縮機１および気液油分離器５を含む。より具体的には、冷媒回路は、圧縮機１、第１熱交換器としての室外熱交換器３、膨張弁４、気液油分離器５、第２熱交換器としての室内熱交換器６、および流路切替装置としての四方弁２を主に含む。冷媒は、たとえば冷房運転時に、実線の矢印３１に示すように上記冷媒回路を、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、気液油分離器５、室内熱交換器６、四方弁２の順に流れる。また、たとえば暖房運転時には、冷媒は上記冷媒回路を、点線の矢印３２に示すように圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器６、気液油分離器５、膨張弁４、室外熱交換器３、四方弁２の順に流れる。

圧縮機１は、吸入部および吐出部を含む。四方弁２は、第１ポート５１、第２ポート５２、第３ポート５３、および第４ポート５４を含む。第１ポート５１は、圧縮機１の吐出部と接続される。第２ポート５２は、室外熱交換器３と接続される。第３ポート５３は、圧縮機１の吸入部と接続される。第４ポート５４は、室内熱交換器６と配管２ａ、６ｂを介して接続されている。配管２ａ、６ｂは本開示における第１管路の一例である。四方弁２において、第１ポート５１は、第２ポート５２と第４ポート５４との間で接続状態が変更可能に構成されている。第３ポート５３は、第２ポート５２と第４ポート５４との間で接続状態が変更可能に構成されている。

配管１ａは圧縮機１の吐出部と第１ポート５１とを接続する。配管３ａは第２ポート５２と室外熱交換器３とを接続する。配管２ｂ、１ｂは、第３ポート５３と圧縮機１の吸入部とを接続する。配管２ａ、６ｂは第４ポート５４と室内熱交換器６とを接続する。

室外熱交換器３は、配管３ｂを介して膨張弁４と接続される。膨張弁４は、配管４ａおよび冷媒流入出管５ｄを介して気液油分離器５と接続される。気液油分離器５には、上記冷媒流入出管５ｄと、液体冷媒管５ａと、気体冷媒管５ｂと、返油管としての第１返油管５ｃとが接続される。室内熱交換器６は、液体冷媒管５ａおよび配管６ａを介して気液油分離器５と接続される。なお、気液油分離器５の具体的な構成例については後述する。

気体冷媒管５ｂは、気液油分離器５と配管２ａ、６ｂにおける接続部２２とを接続する。気体冷媒管５ｂには逆止弁７が設置されている。第１返油管５ｃは、圧縮機１の吸入部と配管１ｂを介して接続されている。異なる観点から言えば、第１返油管５ｃは、気液油分離器５と配管１ｂ、２ｂにおける接続部２３とを接続する。

空気調和装置は、室内熱交換器を少なくとも含む室内機２００と、圧縮機１および室外熱交換器３を少なくとも含む室外機１００とにより構成される。室外機１００は、気液油分離器５を少なくとも有する気液油分離アセンブリ５０を含む。

圧縮機１内に封入される冷凍機油の密度が液体状態の冷媒の密度より常時大きくなるように、冷媒としてＨＣ冷媒(たとえば、Ｒ２９０［プロパン］、Ｒ６００［ブタン］など）を用い、冷凍機油としてとＰＡＧ油を用いることが好ましい。

なお、ＰＡＧ油において、下記一般式（１）
Ｒ１ − Ａ − Ｏ Ｒ２ （１）
（なお、上記式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、Ａはｍ個のオキシエチレン基とｎ個のオキシプロピレン基からなる重合鎖を示す。)で表されるエーテル化合物を主成分とし、油粘度をＶＧ１０以上ＶＧ４６以下(粘度グレードＩＳＯ３４４８）とし、ｍ／（ｍ＋ｎ）≧１０％とすることが好ましい。さらに、ｍ／（ｍ＋ｎ）という式で示される比率が増加することで冷媒に対する冷凍機油の非相溶性が増加し、封入冷媒量を削減できるため、当該比率（ｍ／（ｍ＋ｎ））は５０％以上とすることが好ましい。

＜気液油分離器の構成＞
気液油分離アセンブリ５０（図１参照）に含まれる気液油分離器５は、図２に示すように、筐体と、当該筐体の内部に配置されたカバー部材６１と、気体冷媒分離部６２とを主に備える。筐体の上部に冷媒流入出管５ｄが接続される。筐体の下部に第１返油管５ｃおよび気体冷媒管５ｂが接続される。筐体において第１返油管５ｃが接続された位置より上方に液体冷媒管５ａが接続される。筐体内部では、鉛直方向における位置が上方から冷媒流入出管５ｄの開口端部、気体冷媒管５ｂの開口端部、液体冷媒管５ａの開口端部、第１返油管５ｃの開口端部、という順番になるように、気液油分離器５は構成されている。液体冷媒管５ａの開口端部の位置は、図２に示すように気体冷媒分離部６２の下端より下側とすることが好ましい。

液体冷媒管５ａから筐体内部に流入出する冷媒により筐体の下方に位置する冷凍機油が巻上げられることを抑制するため、第１返油管５ｃは気体冷媒管５ｂから見て液体冷媒管５ａと反対側に配置される。このように、第１返油管５ｃは液体冷媒管５ａから極力離れた位置に配置することが好ましい。

第１返油管５ｃの内径は、冷媒流入出管５ｄの内径、液体冷媒管５ａの内径、および気体冷媒管５ｂの内径のうち最も小さい内径の２０％以下である。これは、冷媒の流量に比べて冷凍機油の循環流量が少ないためである。

気体冷媒分離部６２は、図３に示すように内部に空隙６４を含む。ここで図３は図２の線分Ａ−Ａ’断面における断面模式図である。気体冷媒管５ｂの開口端部は当該空隙６４に位置する。

気体冷媒分離部６２は、気液油分離器５の筐体側から内周側に向けて伸びる複数の突出部６３を含む。複数の突出部６３に囲まれた領域であって、気体冷媒分離部６２の平面視における中央部には上述した空隙６４が形成されている。突出部６３の断面形状は図３に示すように三角形状となっている。突出部６３は、筐体側から内周側に向かうにつれてその幅が狭くなっている。異なる観点から言えば、隣接する突出部６３の間の隙間の幅は、気体冷媒分離部６２の中央部に向かうにつれて広くなっている。気体冷媒分離部６２では、複数の突出部６３が形成されているため、その表面積が大きくなっている。このように、気液油分離器５における気体冷媒の分離方式は、いわゆる表面張力分離方式を用いることができる。このように、気液油分離器５の筐体内にフィン状の構造体としての突出部６３が配置された、表面張力分離方式の気体冷媒分離部６２を利用することで、気液油分離器５の筐体内部の体積、すなわち筐体の内容積を削減できる。

カバー部材６１は気体冷媒分離部６２から冷媒流入出管５ｄに向けて凸形状となっている。カバー部材６１はたとえば円錐形状であってもよい。カバー部材６１の外周端部は気体冷媒分離部６２における複数の突出部６３の間の隙間と重なる位置に配置されてもよい。

気体冷媒分離部６２の構成は、上述した構成以外の任意の構成を採用し得る。図４〜図６は、図２および図３に示した気液油分離器５の第１〜第３変形例を示す断面模式図である。図４〜図６は図３に対応する。図４〜図６を参照しながら、気液油分離器５の変形例を説明する。

図４に示すように、気液油分離器５の第１の変形例は、基本的には図２および図３に示した気液油分離器５と同様の構成を備えるが、気体冷媒分離部６２の構造が図２および図３に示した気液油分離器５と異なっている。すなわち、図４に示した気液油分離器では、気体冷媒分離部６２の内周側に位置し空隙６４に面するフィン状の構造体としての複数の突出部６３が、三角形状の断面形状ではなく、先端部６３ａが平坦になっている台形状の断面形状を有する。図４に示した気体冷媒分離部６２において、隣接する突出部６３の間の隙間は、図３に示した突出部６３の場合と同様に、気体冷媒分離部６２の内周側から外周側に近づくにつれて幅が狭くなっている。このような隙間においては、冷凍機油および液体冷媒が突出部６３の表面に付着した後、気体冷媒分離部６２の外周側に誘導され得る。

このような構造の気体冷媒分離部６２を有する気液油分離器５によっても、図２および図３に示した気液油分離器５と同様の効果を得ることができる。

図５に示す気液油分離器５の第２の変形例は、基本的には図２および図３に示した気液油分離器５と同様の構成を備えるが、気体冷媒分離部６２の構造が図２および図３に示した気液油分離器５と異なっている。すなわち、図５に示した気液油分離器では、気体冷媒分離部６２の内周側に位置し空隙６４に面するフィン状の構造体としての複数の板状の突出部６５が形成されている。図５に示すように突出部６５の断面形状四角形状である。なお、突出部６５は図５の紙面に垂直方向である鉛直方向に延びるように形成されてもよい。

図６に示す気液油分離器５の第３の変形例は、基本的には図５に示した気液油分離器５と同様の構成を備えるが、気体冷媒分離部６２の構造が図５に示した気液油分離器５と異なっている。すなわち、図６に示した気液油分離器では、気体冷媒分離部６２の内周側に位置し空隙６４に面するフィン状の構造体として、表面に複数の突起部６６が形成された複数の突出部６５が形成されている。突出部６５は、気液油分離器の筐体の外周側から内周側に延びる板状部と、筐体の内壁に沿った周方向において板状部から突出する突起部６６とを含む。空隙６４に面する突出部６５の先端部は断面が三角形状である角部になっている。突起部６６の断面形状も三角形状になっている。なお、突起部６６の断面形状は三角形状以外の任意の形状であってもよい。

図４〜図６に示すような構造の気体冷媒分離部６２を有する気液油分離器５によっても、図２および図３に示した気液油分離器５と同様の効果を得ることができる。

＜空気調和装置の動作＞
図１に示した空気調和装置機の動作を以下説明する。

冷房運転時：
冷房運転の場合、冷媒は図１の実線矢印３１に示すように冷媒回路を循環する。具体的には、冷媒は圧縮機１より四方弁２へと流入し、当該四方弁２から室外熱交換器３へと流入する。室外熱交換器３では冷媒が凝縮液化する。液化した冷媒は室外熱交換器３から膨張弁４に流入する。なお、四方弁２における第１ポート５１〜第４ポート５４の接続状態は実線で示された状態となっている。冷媒は膨張弁４にて気液二相化する。当該冷媒は膨張弁４から冷媒流入出管５ｄを経由して気液油分離器５へ流入する。

気液油分離器５では、図２に示す気体冷媒分離部６２において液体冷媒から気体冷媒が分離される。分離された気体冷媒は気体冷媒管５ｂの開口端部から気体冷媒管５ｂ内へ流入する。気体冷媒分離部６２において気体冷媒が分離された液体冷媒は、気液油分離器５の筐体の下部に流れて蓄積される。ここで、液体冷媒には冷凍機油が混入された状態になっているが、筐体の下部において冷凍機油と液体冷媒との密度の差により液体冷媒から冷凍機油が分離する。冷凍機油の密度は液体冷媒の密度より大きいため、気液油分離器５の筐体の最下部に冷凍機油が溜まる。冷凍機油は筐体の下部に接続された第１返油管５ｃへ流入する。

気液油分離器５の筐体の下部において冷凍機油上に配置された分離後の液体冷媒は、液体冷媒管５ａへ流入する。液体冷媒は液体冷媒管５ａおよび配管６ａを経由し、室内熱交換器６に流入する。室内熱交換器６において液体冷媒は蒸発し、気体冷媒となる。気体冷媒は室内熱交換器６から配管６ｂ、２ａを介して四方弁へ流入する。また、気液油分離器５からも気体冷媒が気体冷媒管５ｂおよび配管２ａを介して四方弁へ流入する。四方弁２に流入した気体冷媒は、四方弁２から配管２ｂ、１ｂを介して圧縮機１に戻る。一方、気液油分離器５において分離・回収された冷凍機油は、第１返油管５ｃおよび配管１ｂを介して圧縮機１の吸入部に送られる。このようにして、冷房運転が実施される。

暖房運転時：
暖房運転の場合、冷媒は図１の点線矢印３２に示すように冷媒回路を循環する。具体的には、冷媒は圧縮機１より四方弁２へと流入し、当該四方弁２から室内熱交換器６へと流入する。四方弁２における第１ポート５１〜第４ポート５４の接続状態は点線で示された状態となっている。室内熱交換器６において冷媒は凝縮液化する。液化した冷媒は室内熱交換器６から配管６ａ、液体冷媒管５ａを介して気液油分離器５に流入する。冷媒は気液油分離器５から冷媒流入出管５ｄを介して膨張弁４へ流入する。なお、気体冷媒管５ｂにおいては、液体冷媒が気液油分離器５から接続部２２に向けて流れないようにするため、図示しない開閉弁などの開閉機構が設置されている。膨張弁４において冷媒は気液二相化する。当該冷媒は膨張弁４から室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３では液体冷媒が蒸発し、気体冷媒となる。当該冷媒は室外熱交換器３から四方弁２へ流入する。四方弁２から配管２ｂ、１ｂを介して冷媒は圧縮機１に戻る。また、気液油分離器５にて分離された冷凍機油は、第一返油管５ｃおよび圧縮機吸入管としての配管１ｂを経由し、圧縮機に戻る。

＜作用効果＞
本開示に従った冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置は、圧縮機１および気液油分離器５を含み、冷媒が循環する冷媒回路を備える。圧縮機１に配置される冷凍機油の密度は冷媒の液体状態での密度より大きい。気液油分離器５は、筐体と、気体冷媒分離部６２とを含む。気体冷媒分離部６２は、筐体の内部に配置される。気液油分離器５の筐体には、冷媒流入出管５ｄと、液体冷媒管５ａと、気体冷媒管５ｂと、返油管の一例である第１返油管５ｃとが接続される。気体冷媒管５ｂは、筐体の内部において気体冷媒分離部６２が配置された領域に位置する開口端部を含む。

このようにすれば、気液油分離器５の筐体内部に配置された気体冷媒分離部６２により液体冷媒および冷凍機油から気体冷媒を分離できるので、当該気体冷媒分離部６２を用いず気液油分離器５の内部空間において液体冷媒から気体冷媒を分離する場合、および気体冷媒分離部６２から気体冷媒が筐体内部を流通してから気体冷媒管５ｂへ取り込む場合より気液油分離器５の筐体のサイズを小さくできる。このため、小型化が可能な気液油分離器５を備える空気調和装置を提供できる。

また、気液分離器と油分分離器とが一体となった気液油分離器５を用いるので、気液分離器と油分離器それぞれを用いる場合より当該分離器の合計内容積を削減できる。この結果、冷媒回路内に封入される冷媒量を削減できる。

また、気液油分離器５に第１返油管５ｃが接続されているので、蒸発器としての室外熱交換器３または室内熱交換器６へ流入する冷凍機油の量を減少させることができる。この結果、冷凍機油が熱交換器へ流入し、当該熱交換器の伝熱管壁面を冷凍機油が覆うことによる伝熱性能の低下を低減できる。また、熱交換器での伝熱性能の低下を抑制することで、凝縮圧力の上昇を低減することができる。このため、二相冷媒が通過する配管の圧損を低減して圧縮機入力を低減することができるため、空気調和装置の成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

上記空気調和装置において、冷媒回路は、流路切替装置の一例である四方弁２、第１熱交換器の一例である室外熱交換器３、膨張弁４、第２熱交換器の一例である室内熱交換器６をさらに含む。圧縮機１は、吸入部および吐出部を含む。吸入部、吐出部、室外熱交換器３はそれぞれ四方弁２と接続される。室外熱交換器３は膨張弁４に接続される。室外熱交換器６は第１管路の一例である配管６ｂ、２ａを介して四方弁２と接続される。冷媒流入出管５ｄは膨張弁４と接続される。液体冷媒管５ａは室内熱交換器６と接続される。第１返油管５ｃは吸入部に接続される。気体冷媒管５ｂは配管６ｂ、２ａと接続される。

この場合、気液油分離器５において分離された冷凍機油を、第１返油管５ｃを介して圧縮機１に返送できるので、当該圧縮機１における冷凍機油量の低減を効果的に抑制できる。また、上述した構成では、たとえば冷房運転時において、膨張弁４の冷媒流出側と、室外機１００と室内機２００とを接続する液接続配管として機能する配管６ａの流入との間に気液油分離器５が設置されている。また、気体冷媒管５ｂが四方弁２と室外熱交換器６とを接続する配管６ｂ、２ａに接続されることで、差圧により気体冷媒を圧縮機１の吸入側へ排出できる。このため、液体冷媒管５ａへ流入する冷媒における液体冷媒量の割合を増加させることができる。この結果、配管６ａと、蒸発器として作用する室内熱交換器６とにおける配管内の圧力損失を低減できる。なお、このような作用効果は暖房運転時にも得ることができる。

上記空気調和装置において、四方弁２は、第１〜第４ポート５１〜５４を含む。第１ポート５１は、圧縮機１の吐出部と接続される。第２ポート５２は、室外熱交換器３と接続される。第３ポート５３は、圧縮機１の吸入部と接続される。第４ポート５４は、室内熱交換器６と上記第１管路の一例である配管６ｂ、２ａを介して接続される。四方弁２において、第１ポート５１は、第２ポート５２と第４ポート５４との間で接続状態が変更可能に構成されている。第３ポート５３は、第２ポート５２と第４ポート５４との間で接続状態が変更可能に構成されている。

この場合、四方弁２における接続状態を切替えることにより、空気調和装置の運転状態を冷房状態と暖房状態との間で変更できる。

上記空気調和装置は、気体冷媒管５ｂに設置された逆止弁７を備える。この場合、気体冷媒管５ｂにおいて気体冷媒が気液油分離器５側へ逆流することを逆止弁７により防止できる。

上記空気調和装置は、室外熱交換器３および圧縮機１を少なくとも含む室外機１００と、室内熱交換器６を少なくとも含む室内機２００とを備える。気液油分離器５は、室外機１００に含まれる。この場合、気液油分離器５を圧縮機１と同じ室外機１００に設置するので、当該気液油分離器５を室内機２００に配置する場合より第１返油管５ｃの長さを短くできる。この結果、気液油分離器５を室内機２００に配置する場合より、空気調和装置において用いられる冷凍機油の量を低減できる。異なる観点から言えば、気液油分離器５を含む気液油分離アセンブリ５０を室外機１００内またはその近傍に配置することで、現行の室外機１００の構成を大きく変更せずに、冷媒量の増加を抑制しつつ圧力損失を低減できる。また室外熱交換器３および室内熱交換器６の性能低下を抑制できる。

上記空気調和装置において、冷媒は炭化水素系冷媒である。冷凍機油はポリアルキレングリコール油（ＰＡＧ油）である。この場合、冷媒に対する冷凍機油の溶解性を低くできるので、空気調和装置内に封入される冷媒量の増加を抑制できる。

上記空気調和装置では、冷凍機油において、オキシエチレン基とオキシプロピレン基との和に対し当該オキシプロピレン基の割合が１０％以上である。この場合、冷媒に対する冷凍機油の溶解性を低減できる。また異なる観点から言えば、冷媒に対する冷凍機油の非相溶性を増加させることができる。このため、空気調和装置内部に封入される冷媒量を削減できる。

上記空気調和装置において、第１返油管５ｃの内径は、冷媒流入出管５ｄの内径、液体冷媒管５ａの内径、および気体冷媒管５ｂの内径のうち最も小さい内径の２０％以下である。ここで、冷媒の流量に比べて冷凍機油の循環流量は小さいため、上記のように第１返油管５ｃの内径を相対的に他の管の内径より小さくすることができる。

上記空気調和装置において、気液油分離器５では、筐体の上部に冷媒流入出管５ｄが接続される。筐体の下部に第１返油管５ｃおよび気体冷媒管５ｂが接続される。筐体において第１返油管５ｃが接続された位置より上方に液体冷媒管５ａが接続される。気体冷媒分離部６２は、内部に空隙６４を含む。気体冷媒管５ｂの開口端部は空隙６４に位置する。

この場合、気体冷媒分離部６２において分離された気体冷媒を開口端部からすぐに気体冷媒管５ｂへ取り込むことができるので、気体冷媒分離部６２以外の筐体内部を介して開口端部に気体冷媒を流入させる構成よりも、気液油分離器５をより小型化できる。

実施の形態２．
＜空気調和装置の構成＞
図７は、本実施形態の冷凍サイクル装置としての空気調和装置の構成図を示している。図７に示した空気調和装置は、基本的には図１に示した空気調和装置と同様の構成を備えるが、第１返油管５ｃに第１バルブ１５が設置されている点が図１に示した空気調和装置と異なっている。第１バルブ１５は、第１返油管５ｃを流通する冷凍機油の流量を制御する。

＜空気調和装置の動作＞
図７に示した空気調和装置の冷房運転および暖房運転での動作は、基本的に図１に示した空気調和装置と同様である。ただし、第１バルブ１５の開度を変更することにより、第１返油管５ｃを介して気液油分離器５から圧縮機１へ戻される冷凍機油の流量（返油量）を調整することが可能である。

＜作用効果＞
上記空気調和装置は、基本的に図１に示した空気調和装置と同様の効果を得ることができる。さらに、第１返油管５ｃに設置された第１バルブ１５により、圧縮機１への返油量を調整できるので、圧縮機１の性能を確保することができる。

実施の形態３．
＜空気調和装置の構成＞
図８は、本実施形態の冷凍サイクル装置としての空気調和装置の構成図を示している。図８に示した空気調和装置は、基本的には図７に示した空気調和装置と同様の構成を備えるが、液体冷媒管５ａに第２バルブ１１が設置されている点が図７に示した空気調和装置と異なっている。第２バルブ１１は、液体冷媒管５ａを流通する冷媒の流量を制御する。

＜空気調和装置の動作＞
図８に示した空気調和装置の冷房運転および暖房運転での動作は、基本的に図７に示した空気調和装置と同様である。ただし、冷房運転時、第２バルブ１１の開度を全開にする。一方、暖房運転時、第２バルブ１１の開度を冷房運転時よりも小さくする。

＜作用効果＞
上記空気調和装置は、液体冷媒管５ａに設置された第２バルブ１１を備える。第２バルブ１１は、冷房時の開度を全開とし、暖房時の開度を冷房時の開度より小さくするように構成されている。この場合、暖房時に気液油分離器５へ液体冷媒管５ａから流入する液体冷媒量を第２バルブ１１の開度を変更することで調整できる。

図８に示した空気調和装置では、基本的に図７に示した空気調和装置と同様の効果を得ることができる。さらに、第２バルブ１１の開度を変化させることで、気液油分離器５に流出入する冷媒量を調整できる。このため、液体冷媒管５ａから気液油分離器５へ流入する液体冷媒の流量が多すぎて気液油分離器５内部で液体冷媒の流れにより冷凍機油が液体冷媒中に巻き上げられるといった問題の発生を抑制できる。したがって、冷凍機油が熱交換器へ流入することを抑制し、熱交換器の伝熱管壁面を冷凍機油が覆うことによる伝熱性能の低下を低減できる。

実施の形態４．
＜空気調和装置の構成＞
図９は、本実施形態の冷凍サイクル装置としての空気調和装置の構成図を示している。図１０は、図９に示した空気調和装置における気液油分離器５を示す模式図である。なお、図９は図２に対応し、気液油分離アセンブリの構成を示している。図９および図１０に示した空気調和装置は、基本的には図８に示した空気調和装置と同様の構成を備えるが、バイパス回路としての配管１２ａ、１２ｂと第３バルブ１２とが設置されている点が図８に示した空気調和装置と異なっている。配管１２ａは配管４ａと接続部２４において接続される。配管１２ｂは配管６ａと接続部２１において接続される。第３バルブ１２は配管１２ａと配管１２ｂとの接続部に配置される。第３バルブ１２は、バイパス管路としての配管１２ａ、１２ｂを流通する冷媒の流量を制御する。

なお、図１０に示すように、逆止弁７、第２バルブ１１、第３バルブ１２は、気液油分離器５が含まれる室外機１００の内部、より具体的には気液油分離アセンブリ５０の内部に配置される。また、バイパス管路としての配管１２ａ、１２ｂは、液体冷媒管５ａに対して鉛直方向での上方に位置することが好ましい。

＜空気調和装置の動作＞
図９および図１０に示した空気調和装置の冷房運転および暖房運転での動作は、基本的に図７に示した空気調和装置と同様である。ただし、冷房運転時、第３バルブ１２の開度を全閉にする。一方、暖房運転時、第３バルブ１２の開度を冷房運転時よりも大きくする。

暖房運転時、室内熱交換器６から配管６ａを介して流出した冷媒は、液体冷媒管５ａおよびバイパス回路としての配管１２ａ，１２ｂに分岐する。液体冷媒管５ａには冷凍機油および液体冷媒を多く含む二相冷媒が流入する。一方、液体冷媒管５ａの上方に配置された配管１２ａ、１２ｂにはガス相を多く含む二相冷媒が流入する。気液油分離器５へ流入する冷媒量を第２バルブ１１および第３バルブ１２の開度を変化させることで調整し、気液油分離器５内で冷媒と冷凍機油の分離をする。

＜作用効果＞
上記空気調和装置は、バイパス管路としての配管１２ａ、１２ｂと第３バルブ１２とを備える。配管１２ａ、１２ｂは、気液油分離器５を迂回して膨張弁４と室内熱交換器６とをつなぐ。第３バルブ１２は、配管１２ａ、１２ｂに設置され、当該配管１２ａ、１２ｂにおける冷媒量を制御する。第３バルブ１２は、冷房時の開度を全閉とし、暖房時の開度を冷房時の開度より大きくするように構成されている。

図９および図１０に示した空気調和装置では、基本的に図８に示した空気調和装置と同様の効果を得ることができる。さらに、冷房時には膨張弁４から気液油分離器５を経由してすべての冷媒を室内熱交換器６へ送ることができる。また、暖房時には、第３バルブ１２の開度を変更することで、室内熱交換器６から気液油分離器５およびバイパス管路としての配管１２ａ、１２ｂに流れる冷媒の流量バランスを調整できる。

異なる観点から言えば、本実施形態における空気調和装置では、第３バルブ１２の開度を変化させることで、気液油分離器５に流入出する冷媒量を調整し、実施の形態３よりもさらに気液油分離器５の底部における冷凍機油の巻き上げを抑制できる。冷凍機油の巻き上げを抑制することで、気液油分離器５での冷媒と冷凍機油との分離を促進できる。また、冷凍機油が熱交換器へ流入することを抑制し、熱交換器の伝熱管壁面を冷凍機油が覆うことによる伝熱性能の低下を低減できる。この結果、熱交換器における凝縮圧力の上昇を低減することができる。

実施の形態５．
＜空気調和装置の構成＞
図１１は、本実施形態の冷凍サイクル装置としての空気調和装置の構成図を示している。図１１に示した空気調和装置は、基本的には図９および図１１に示した空気調和装置と同様の構成を備えるが、油分離器８をさらに備えている点が図９および図１０に示した空気調和装置と異なっている。油分離器８は、圧縮機１の吐出部と四方弁２との間の配管経路上に設置されている。具体的には、油分離器８は配管８ａを介して四方弁２と接続されている。また、油分離器８は配管１ａを介して圧縮機１の吐出部と接続されている。油分離器８には、第２返油管８ｃが接続されている。第２返油管８ｃは、第４バルブ１８に接続されている。第４バルブ１８は配管１８ａを介して圧縮機１の吸入部と接続されている。具体的には、第４バルブ１８は配管１８ａを介して配管１ｂの接続部２５と接続されている。油分離器８は、圧縮機１から流入した冷媒から冷凍機油を分離する。油分離器８の構成は任意の構成を採用できる。

＜空気調和装置の動作＞
図１１に示した空気調和装置の冷房運転および暖房運転での動作は、基本的に図９および図１０に示した空気調和装置と同様である。ただし、油分離器８では冷房運転および暖房運転のいずれにおいても冷媒から冷凍機油を分離し、配管８ｃ、１８ａを介して圧縮機１へ冷凍機油を戻すことができる。なお、第４バルブ１８は油分離器８から圧縮機１への冷凍機油の流量を調整する。

＜作用効果＞
図１１に示した空気調和装置は、圧縮機１と四方弁２との間に配置された油分離器８を備える。図１１に示した空気調和装置は、図９および図１０に示した空気調和装置と同様の効果を得られるとともに、圧縮機１から吐出された冷媒より油分離器８を用いて冷凍機油を分離できる。このため、熱交換器に流入する冷凍機油の量を低減できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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が含まれることが意図される。

１ 圧縮機、１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，６ａ，６ｂ，８ａ，８ｃ，１２ａ，１２ｂ，１８ａ 配管、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 膨張弁、５ 気液油分離器、５ａ 液体冷媒管、５ｂ 気体冷媒管、５ｃ 第１返油管、５ｄ 冷媒流入出管、６ 室内熱交換器、７ 逆止弁、８ 油分離器、８ｃ 第２返油管、１１ 第２バルブ、１２ 第３バルブ、１５ 第１バルブ、１８ 第４バルブ、２１，２２，２３，２４，２５ 接続部、３１ 実線矢印、３２ 点線矢印、５０ 気液油分離アセンブリ、５１ 第１ポート、５２ 第２ポート、５３ 第３ポート、５４ 第４ポート、６１ カバー部材、６２ 気体冷媒分離部、６３，６５ 突出部、６３ａ 先端部、６４ 空隙、６６ 突起部、１００ 室外機、２００ 室内機。

Claims (11)

1. 圧縮機および気液油分離器を含み、冷媒が循環する冷媒回路を備え、
   前記圧縮機に配置される冷凍機油の密度は前記冷媒の液体状態での密度より大きく、
   前記気液油分離器は、
   筐体と、
   前記筐体の内部に配置された気体冷媒分離部とを含み、
   前記気液油分離器の前記筐体には、冷媒流入出管と、液体冷媒管と、気体冷媒管と、返油管とが接続され、
   前記気体冷媒管は、前記筐体の内部において前記気体冷媒分離部が配置された領域に位置する開口端部を含む、冷凍サイクル装置。
2. 前記気体冷媒管に設置された逆止弁を備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記返油管に設置された第１バルブを備える、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷媒は炭化水素系冷媒であり、
   前記冷凍機油はポリアルキレングリコール油である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記冷凍機油において、オキシエチレン基とオキシプロピレン基との和に対し前記オキシプロピレン基の割合が１０％以上である、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記液体冷媒管に設置された第２バルブを備え、
   前記２バルブでは、冷房時の開度を全開とし、暖房時の開度を冷房時の開度より小さくする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記冷媒回路は、流路切替装置、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器をさらに含み、
   前記圧縮機は、吸入部および吐出部を含み、
   前記吸入部、前記吐出部、前記第１熱交換器はそれぞれ前記流路切替装置と接続され、
   前記第１熱交換器は前記膨張弁と接続され、
   前記第２熱交換器は第１管路を介して前記流路切替装置と接続され、
   前記冷媒流入出管は前記膨張弁と接続され、
   前記液体冷媒管は前記第２熱交換器と接続され、
   前記返油管は前記吸入部に接続され、
   前記気体冷媒管は前記第１管路と接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記第１熱交換器および前記圧縮機を少なくとも含む室外機と、
   前記第２熱交換器を少なくとも含む室内機とを備え、
   前記気液油分離器は、前記室外機に含まれる、請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記気液油分離器を迂回して前記膨張弁と前記第２熱交換器とをつなぐバイパス管路と、
   前記バイパス管路に設置され、前記バイパス管路における冷媒量を制御するための第３バルブとを備え、
   前記第３バルブでは、冷房時の開度を全閉とし、暖房時の開度を冷房時の開度より大きくする、請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記返油管の内径は、前記冷媒流入出管の内径、前記液体冷媒管の内径、および前記気体冷媒管の内径のうち最も小さい内径の２０％以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記気液油分離器では、
    前記筐体の上部に前記冷媒流入出管が接続され、
    前記筐体の下部に前記返油管および前記気体冷媒管が接続され、
    前記筐体において前記返油管が接続された位置より上方に前記液体冷媒管が接続され、
    前記気体冷媒分離部は、内部に空隙を含み、
    前記開口端部は前記空隙に位置する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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