JPWO2020049660A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置（１００）は、第１冷媒経路（１０）と、第２冷媒経路（２０）とを備えている。第１冷媒経路（１０）は、圧縮機（１）、第１熱交換器（５１）、第１配管（４）、第２熱交換器（５）、低圧受液器（６）、圧縮機（１）の順に冷媒が流れる。第２冷媒経路（２０）は、第１冷媒経路（１０）において第１熱交換器（５１）と第２熱交換器（５）とに接続された第１配管（４）と、低圧受液器（６）とに接続されている。第２冷媒経路（２０）は、電動ポンプ（２１）を含んでいる。電動ポンプ（２１）は、低圧受液器（６）から第１配管（４）に冷媒を流すように構成されている。

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。

暖房運転起動時等、アキュムレータに液冷媒が多く滞留する場合がある。たとえば、実開昭６３−１０４９５９号公報（特許文献１）には、従来の冷凍機用アキュムレータとして、アキュムレータ内部に挿入された出口管に油戻し穴が設けられたアキュムレータが記載されている。この従来の冷凍機用アキュムレータでは、圧縮機潤滑油と共に液冷媒が出口管を通って圧縮機に吸入されることによりアキュムレータから液冷媒が排出される。

実開昭６３−１０４９５９号公報

しかし、上記公報に記載された従来の冷凍機用アキュムレータでは、液冷媒の排出速度が遅いという問題がある。液冷媒の排出速度が遅いと、凝縮器では冷媒が不足するため、凝縮器での冷媒の圧力上昇が遅れる。これにより、所望の暖房能力への到達が遅れる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アキュムレータ（低圧受液器）に滞留した液冷媒を迅速に排出することができる冷凍サイクル装置を提供することである。

本発明の冷凍サイクル装置は、第１冷媒経路と、第２冷媒経路とを備えている。第１冷媒経路は、圧縮機、第１熱交換器、第１配管、第２熱交換器、低圧受液器、圧縮機の順に冷媒が流れる。第２冷媒経路は、第１冷媒経路において第１熱交換器と第２熱交換器とに接続された第１配管と、低圧受液器とに接続されている。第２冷媒経路は、電動ポンプを含んでいる。電動ポンプは、低圧受液器から第１配管に冷媒を流すように構成されている。

本発明の冷凍サイクル装置によれば、第２冷媒経路に含まれる電動ポンプは、低圧受液器から第１配管に冷媒を流すように構成されている。このため、電動ポンプが低圧受液器から第１配管に冷媒を流すことで、低圧受液器に滞留した液冷媒を迅速に排出することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における暖房運転時の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るアキュムレータの概略断面図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における冷房運転時の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置における暖房運転時の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置における開閉弁が閉じた状態を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置における減圧装置が閉じた状態を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係るアキュムレータの概略断面図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態４に係るアキュムレータ内において液冷媒が液面検知装置の接触した状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置における暖房運転時および冷房運転時の冷媒回路図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下において、同一または相当する部材および部位に同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。また、以下の各図面では、冷媒の流れを示す矢印が記載されている。

実施の形態１．
図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成について説明する。本実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、たとえば空気調和機である。図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置１００は、室外機４０と、複数の室内機５０とを主に有している。室外機４０は室外に設置され、複数の室内機５０は室内に設置される。室外機４０と複数の室内機５０とは、ガス側接続配管３および液側接続配管４によって接続されている。

室外機４０は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器５と、アキュムレータ６と、室外送風機７と、電動ポンプ２１と、逆止弁２２と、制御装置６０とを主に有している。

室内機５０は、室内熱交換器５１と、減圧装置５２と、室内送風機５３とを主に有している。本実施の形態では、冷凍サイクル装置１００は、２台の室内機５０ａ，５０ｂを有している。室内機５０ａは、室内熱交換器５１ａと、減圧装置５２ａと、室内送風機５３ａとを有している。室内機５０ｂは、室内熱交換器５１ｂと、減圧装置５２ｂと、室内送風機５３ｂとを有している。

２台の室内機５０ａ、５０ｂは、冷媒回路において室外機４０に並列に接続されている。本実施の形態では、冷凍サイクル装置１００は、２台の室内機５０ａ，５０ｂを有しているが、３台以上の室内機５０を有していてもよい。なお、室内熱交換器５１、室外機４０の台数、各要素の個数は、単数でも複数でも構わない。

本実施の形態における室外機４０の構成について詳しく説明する。圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。圧縮機１は容量可変に構成されていてもよい。本実施の形態では、圧縮機１は、制御装置６０からの指示に基づいて圧縮機１の回転数が調整されることにより容量が変化するように構成されている。

四方弁２は、暖房運転時と、冷房運転時および除霜運転時とによって、冷媒回路を流れる冷媒の流れを切り替えるように構成されている。本実施の形態では、四方弁２は、制御装置６０からの指示に基づいて圧縮機１の吐出側を室内熱交換器５１ｂ，５１ｂおよび室外熱交換器５のいずれかと接続するように切り替えるように構成されている。

室外熱交換器５は、冷媒と室外の空気との間で熱交換を行うためのものである。室外熱交換器５は、たとえばパイプとフィンとで構成されている。室外熱交換器５は、暖房運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、冷房運転時および除霜運転時には冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。

室外熱交換器５には室外送風機７が併設されている。室外送風機７は、室外熱交換器５の周囲を流れる空気を供給するように構成されている。本実施の形態では、室外送風機７は、制御装置６０からの指示に基づいて室外送風機７の回転数が調整されることにより室外熱交換器５の周囲を流れる空気量を調整することで空気と冷媒との間の熱交換量を調整するように構成されている。

アキュムレータ６は、内部に冷媒を貯留可能な容器である。アキュムレータ６は、圧縮機１の吸入側に接続されている。アキュムレータ６内において冷媒は気液分離される。アキュムレータ６は、蒸発器の出口側に配置されている。つまり、アキュムレータ６は、冷媒回路において低圧側に配置されている。

電動ポンプ２１は、電動式のポンプである。電動ポンプ２１は、電動ポンプ２１にかかる電圧によって動作するように構成されている。本実施の形態では、電動ポンプ２１は、制御装置６０からの指示に基づいて電動ポンプ２１にかかる電圧が調整されることにより電動ポンプ２１の排出量が調整されるように構成されている。

逆止弁２２は、電動ポンプ２１と液側接続配管４とに接続されている。逆止弁２２は、電動ポンプ２１から液側接続配管４に冷媒を流し、液側接続配管４から電動ポンプ２１に冷媒を流さないように構成されている。

制御装置６０は、演算、指示等を行って冷凍サイクル装置１００の各手段、機器等を制御するように構成されている。制御装置６０は、特に、圧縮機１、四方弁２、室外送風機７、電動ポンプ２１、減圧装置５２ａ，５２ｂ、室内送風機５３ａ，５３ｂに電気的に接続されており、これらの動作を制御するように構成されている。なお、図１などでは、見やすくするため、室外熱交換器５内での制御装置６０と各機器との電気的接続は一点鎖線で示されているが、室内熱交換器５０内での制御装置６０と各機器との電気的接続は示されていない。

本実施の形態における室内機５０の構成について詳しく説明する。室内熱交換器５１ａ，５１ｂは、冷媒と室内の空気との間で熱交換を行うためのものである。室内熱交換器５１ａ，５１ｂは、たとえばパイプとフィンとで構成されている。室内熱交換器５１ａ，５１ｂは、暖房運転時には冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、冷房運転時および除霜運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。

減圧装置５２ａ，５２ｂは、凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させることにより減圧するように構成されている。本実施の形態では、減圧装置５２ａ，５２ｂは、電子制御弁である。

室内熱交換器５１ａ，５１ｂには室内送風機５３ａ，５３ｂが併設されている。本実施の形態では、室内送風機５３ａ，５３ｂは、制御装置６０からの指示に基づいて室内送風機５３ａ，５３ｂの回転数が調整されることにより室内熱交換器５１ａ，５１ｂの周囲を流れる空気量を調整することで空気と冷媒との間の熱交換量を調整するように構成されている。

図１および図２を参照して、制御装置６０について詳しく説明する。制御装置６０は、制御部６１と、タイマー６２と、圧縮機駆動部６３と、四方弁駆動部６４と、室外送風機駆動部６５と、電動ポンプ駆動部６６と、減圧装置駆動部６７と、室内送風機駆動部６８とを主に有している。

制御部６１は、タイマー６２、圧力測定装置および温度測定装置（図示せず）などからの信号に基づいて、圧縮機駆動部６３、四方弁駆動部６４、室外送風機駆動部６５、電動ポンプ駆動部６６、減圧装置駆動部６７および室内送風機駆動部６８などを制御するためのものである。

タイマー６２は、時間を測定し、時間に基づく信号を制御部６１に送信するためのものである。圧力測定装置（図示せず）は、冷媒回路に取り付けられており、冷媒の圧力を測定し圧力に基づく信号を制御部６１に送信するためのものである。温度測定装置（図示せず）は、冷媒回路に取り付けられており、冷媒および空気の温度を測定し、温度に基づく信号を制御部６１に送信するためのものである。

圧縮機駆動部６３は、制御部６１からの指示に基づいて圧縮機１を駆動させるためのものである。具体的には、圧縮機駆動部６３は、圧縮機１のモータ（図示せず）に流す交流電流の周波数を制御することにより圧縮機１のモータの回転数を制御する。

四方弁駆動部６４は、制御部６１からの指示に基づいて四方弁２を駆動させるためのものである。具体的には、四方弁２に取り付けられたモータ（図示せず）などの駆動源を制御することにより四方弁２の切り替えを制御する。

室外送風機駆動部６５は、制御部６１からの指示に基づいて室外送風機７を駆動させるためのものである。具体的には、室外送風機７に取り付けられたモータ（図示せず）などの駆動源を制御することにより室外送風機７の回転数を制御する。

電動ポンプ駆動部６６は、制御部６１からの指示に基づいて、電動ポンプ２１を駆動させるためのものである。具体的には、電動ポンプ２１のモータ（図示せず）に流す電圧を制御することにより排出量を制御する。

減圧装置駆動部６７は、制御部６１からの指示に基づいて減圧装置５２ａ，５２ｂを駆動させるためのものである。具体的には、減圧装置駆動部６７は、減圧装置５２ａ，５２ｂに取り付けられたモータ（図示せず）などの駆動源を制御することにより減圧装置５２ａ，５２ｂの開度を制御する。

室内送風機駆動部６８は、制御部６１からの指示に基づいて室内送風機５３ａ，５３ｂを駆動させるためのものである。具体的には、室内送風機５３ａ，５３ｂに取り付けられたモータ（図示せず）などの駆動源を制御することにより室内送風機５３ａ，５３ｂの回転数を制御する。

図１に示される冷媒回路図は、暖房運転時の冷媒回路を示している。冷凍サイクル装置１００は、第１冷媒経路１０と、第２冷媒経路２０とを有している。第１冷媒経路１０は、圧縮機１、室内熱交換器（第１熱交換器）５１、液側接続配管（第１配管）４、室外熱交換器（第２熱交換器）５、アキュムレータ（低圧受液器）６、圧縮機１の順に冷媒が流れる。

本実施の形態では、第１冷媒経路１０は、圧縮機１、四方弁２、ガス側接続配管３、室内熱交換器５１ａ，５１ｂ、減圧装置５２ａ，５２ｂ、液側接続配管４、室外熱交換器５、アキュムレータ６を有している。冷媒は、圧縮機１、四方弁２、ガス側接続配管３、室内熱交換器５１ａ，５１ｂ、減圧装置５２ａ，５２ｂ、液側接続配管４、室外熱交換器５、四方弁２を通過し、アキュムレータ６を経由し、圧縮機１へと至る。

図１に示される冷凍サイクル装置１００は、先述の第１冷媒経路１０とは別に、アキュムレータ６内部から、液冷媒を排出するための第２冷媒経路２０を有している。第２冷媒経路２０は、液側接続配管４と、アキュムレータ６とに接続されている。液側接続配管４は、第１冷媒経路１０において室内熱交換器５１と室外熱交換器５とに接続されている。第２冷媒経路２０は、電動ポンプ２１と、逆止弁２２とを含んでいる。第２冷媒経路２０は、アキュムレータ６内部から電動ポンプ２１と逆止弁２２とを経由して、液側接続配管４に接続されている。

電動ポンプ２１は、アキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒を流すように構成されている。本実施の形態では、電動ポンプ２１は、アキュムレータ６の外側に配置されている。なお、電動ポンプ２１の位置は、アキュムレータ６の内外を問わない。つまり、電動ポンプ２１は、アキュムレータ６の内側に配置されていてもよく、アキュムレータ６の外側に配置されていてもよい。逆止弁２２は、第２冷媒経路２０において、電動ポンプ２１の上流に配置されていてもよく、電動ポンプ２１の下流に配置されていてもよい。また、電動ポンプ２１が逆方向流れを封止する機能を有していれば、冷凍サイクル装置１００は逆止弁２２を有していなくてもよい。

図３を参照して、アキュムレータ６の構成をさらに詳しく説明する。図３は、アキュムレータ６の内部構造を示す概略図である。アキュムレータ６は、一般に円筒形状である。図３に示されるように、本実施の形態では、アキュムレータ６は、横向き円筒のアキュムレータである。なお、アキュムレータ６は、縦向き円筒のアキュムレータでもよい。

第１冷媒経路１０は、流入管１１と、流出管１２とを有している。第２冷媒経路２０は、液抜き配管１３を有している。アキュムレータ６には、第１冷媒経路１０の流入管１１および流出管１２と、第２冷媒経路２０の液抜き配管１３とが接続されている。流入管１１、流出管１２および液抜き配管１３はアキュムレータ６の外部から内部に挿入されている。

流入管１１は四方弁２に接続されている。流入管１１は、流入口１１ａを有している。流入口１１ａは、アキュムレータ６内に位置している。流入口１１ａは、アキュムレータ６内に冷媒を流入させるように構成されている。四方弁２から流入管１１に流れた冷媒は、流入口１１ａからアキュムレータ６に流入する。

流入管１１の流入口１１ａは、アキュムレータ６内に貯留された冷媒の液面と水平になる方向に向けられている。これにより、流入管１１の流入口１１ａからアキュムレータ６内に流入した冷媒が、アキュムレータ６内部に貯留された冷媒の液面に直接衝突することで冷媒の液面を乱して液冷媒の飛沫が生成されることが抑制される。このため、アキュムレータ６の気液分離効果を損ねないようにすることができる。

流出管１２は圧縮機１の吸入口に接続されている。流出管１２は、流出口１２ａを有している。流出口（第１冷媒経路流出口）１２ａは、アキュムレータ６内に位置している。流出口１２ａは、アキュムレータ６から圧縮機１に冷媒を流出させるように構成されている。アキュムレータ６から流出管１２に流れた冷媒は、圧縮機１の吸入側から吸入される。

流出管１２は、Ｕ字状に構成されている。流出管１２はその形状からＵ字管と呼ばれることもある。流出口１２ａは、流出管１２のアキュムレータ６内に位置する先端に設けられている。流出管１２の流出口１２ａは、アキュムレータ６内において上方に向けられている。

アキュムレータ６内部に貯留された冷媒の液面が流出管１２の流出口１２ａよりも低くなるように、制御装置６０からの指示に基づいて冷凍サイクル装置１００は制御される。このため、流出口１２ａは、一般に蒸気冷媒のみを吸入する。冷媒回路には冷媒のみならず、圧縮機内潤滑用の潤滑油の一部も圧縮機１から流出して、冷媒と共に循環している。冷媒回路を循環する潤滑油は少量である。常時液体である潤滑油は、アキュムレータ６にて気液分離され、アキュムレータ６内部の下部に溜まる。アキュムレータ６内部に潤滑油が過剰に蓄積すると、圧縮機１内の潤滑油が不足する。このため、潤滑不良によって圧縮機１の軸受等が損傷することにより圧縮機１が故障する。

流出管１２は、油戻し穴１２ｂを有している。油戻し穴１２ｂは、アキュムレータ６内に位置している。油戻し穴１２ｂはアキュムレータ６から圧縮機１に圧縮機１の潤滑油を戻すように構成されている。

一般に流出管１２には、少なくともひとつの油戻し穴１２ｂが開けられている。油戻し穴１２ｂのうち少なくともひとつは、流出管１２がＵ字型に曲げられている最下部付近に開けられている。つまり、油戻し穴１２ｂは、流出管１２の直線部同士を繋ぐ湾曲部に設けられている。油戻し穴１２ｂの直径は数ミリメートル前後である。圧縮機１の運転中は、流出管１２の流出口１２ａから蒸気冷媒が吸入されると同時に、油戻し穴１２ｂからアキュムレータ６内部に溜まった液冷媒と潤滑油の混合物が吸入される。

油戻し穴１２ｂの寸法（サイズ）を大きくすると、より多くの潤滑油を圧縮機１に戻すことができるが、同時に多くの液冷媒も圧縮機１に供給される。液冷媒は、潤滑油を希釈することで潤滑油の粘度を低下させるため、圧縮機１の潤滑不良を招くことがある。このように、油戻し穴１２ｂの寸法は、大きすぎても小さすぎても圧縮機１の故障につながるため、適切な寸法に設計する必要がある。

液抜き配管１３は電動ポンプ２１に接続されている。液抜き配管１３は、流出口１３ａを有している。流出口（第２冷媒経路流出口）１３ａは、アキュムレータ６内に位置している。流出口１３ａは、アキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒を流出させるように構成されている。流出口１３ａは、油戻し穴１２ｂよりも上方に配置されている。液抜き配管１３の流出口１３ａは、アキュムレータ６内において下方に向けられている。

液抜き配管１３は、アキュムレータ６底部に滞留する液冷媒を排出する目的を有するため、アキュムレータ６の内部下端近くにまで挿入されていることが望ましい。一方で、液抜き配管１３の下端に設けられた流出口１３ａは、少なくとも１つの油戻し穴１２ｂよりも高い位置でなければ、油戻し穴１２ｂを介した圧縮機１への返油が不可能となる。したがって、液抜き配管１３の流出口１３ａは、最も下方に配置された油戻し穴１２ｂよりも上方に配置されている。

電動ポンプ２１が運転されると、アキュムレータ６底部に滞留する、液冷媒と潤滑油との混合物は、第２冷媒経路２０を経由して、液側接続配管４へと流出する。液側接続配管４よりも、アキュムレータ６の方が、冷媒回路上で圧縮機１吸入口に近い。つまり、液側接続配管４はアキュムレータ６よりも冷媒回路において上流側に配置されている。このため、圧縮機１の運転中では、液側接続配管４の方がアキュムレータ６よりも冷媒圧力が高い。電動ポンプ２１は常時運転するとは限らないため、第２冷媒経路２０内での冷媒の逆流を防止するために、第２冷媒経路２０は逆止弁２２を含んでいる。

次に、本実施の形態における冷凍サイクル装置１００の各運転について説明する。
まず、図４を参照して、冷凍サイクル装置１００の冷房運転について説明する。

圧縮機１にて圧縮された高温高圧の蒸気冷媒は、四方弁２を経由し、室外熱交換器５に至り、室外空気に対して放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、液側接続配管４を経由し、減圧装置５２ａ，５２ｂにて膨張することで減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。

低温低圧の気液二相冷媒は、室内熱交換器５１ａ，５１ｂに至り、室内空気から吸熱することで蒸発し、低圧の蒸気冷媒となる。この低圧の蒸気冷媒は、ガス側接続配管３、四方弁２、アキュムレータ６を経由し、圧縮機１に戻り、圧縮機１にて圧縮されることにより、冷媒回路を循環する。

続いて、図１を参照して、冷凍サイクル装置１００の暖房運転について説明する。
圧縮機１にて圧縮された高温高圧の蒸気冷媒は、四方弁２、ガス側接続配管３を経由し、室内熱交換器５１ａ、５１ｂに至り、室内空気に対して放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、減圧装置５２ａ、５２ｂにて、膨張することで減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。

この低温低圧の気液二相冷媒は、液側接続配管４を経由して室外熱交換器５に至り、室外熱交換器５にて、室外空気から吸熱することで蒸発し、低圧の蒸気冷媒となる。低圧の蒸気冷媒は、四方弁２、アキュムレータ６を経由し、圧縮機１に戻り、圧縮機１にて圧縮されることにより、冷媒回路を循環する。

暖房運転中に外気温度が低いとき（例えば７℃未満のとき）、室外熱交換器５の温度は、０℃を下回るため、外気中の水蒸気が室外熱交換器５によって冷却され、霜となって室外熱交換器５に付着する。この霜は、暖房運転の継続と共に増加し、室外熱交換器５の風路を閉塞する。この霜が室外熱交換器５の風路を閉塞すると、熱交換性能の低下および室外送風機７動力の増加の原因となる。このため、暖房運転中は定期的に（例えば数十分に一度）、室外熱交換器５の霜を融解させる、除霜運転の実施が必要である。

続いて、除霜運転について、詳しく説明する。暖房運転中に、室外熱交換器５にて計測された配管温度および冷媒圧力が一定値以下となった場合、室外送風機７動力が一定値以上となった場合、または暖房運転がある一定時間以上継続した場合、制御装置（マイクロコンピュータ）６０は室外熱交換器５の着霜が多いと判断する。この制御装置６０の判断に基づいて、冷凍サイクル装置１００では除霜運転が実施される。

暖房運転から除霜運転への切り替えは、四方弁２が暖房運転の位置（図１）から冷房運転の位置（図４）に切替えられることで実施される。冷媒の流動方向、気液相変化、伝熱様式は、除霜運転と冷房運転とで同じである。室外熱交換器５に高温高圧の蒸気冷媒を供給することで、室外熱交換器５に付着した霜を融解することができる。このとき、室外熱交換器５の熱量が外気に逃げないよう、除霜運転中は室外送風機７を停止することが望ましい。

また、室内熱交換器５１ａ，５１ｂには、低温低圧の気液二相冷媒が流れる。室内空間への冷風吹出しを防止するために、除霜運転中は室内送風機５３ａ，５３ｂを停止することが望ましい。

除霜運転中に、室外熱交換器５にて計測された配管温度および冷媒圧力が一定値以上となった場合、または除霜運転がある一定時間以上継続した場合、制御装置（マイクロコンピュータ）６０は、室外熱交換器５の除霜が完了したと判断する。この制御装置６０の判断に基づいて、冷凍サイクル装置１００では、四方弁２が暖房位置に切替えられ、暖房運転が再開される。

室外熱交換器５は、除霜運転時には凝縮器として作用するため、室外熱交換器５内部には凝縮した多くの液冷媒が存在する。暖房運転開始時に、四方弁２が暖房位置に切替えられると、室外熱交換器５内部の冷媒流動方向は逆転し、室外熱交換器５内部の液冷媒は、四方弁２を経由し、アキュムレータ６に流入し、アキュムレータ６の下方に溜まる。

アキュムレータ６に溜まった液冷媒を、油戻し穴１２ｂのみを用いて流出させるには時間がかかる。その間、室内熱交換器５１ａ，５１ｂでは液冷媒不足により圧力上昇が遅れるため、暖房能力の発揮が遅延する。したがって、所望の暖房能力への到達が遅れる。本実施の形態では、このとき電動ポンプ２１を運転させることにより、アキュムレータ６内部に溜まった液冷媒を第２冷媒経路２０を経由して液側接続配管４に流出させることができる。

第２冷媒経路２０から流れてきた液冷媒は、減圧装置５２ａ，５２ｂを流れてきた低圧の気液二相冷媒と液側接続配管４で合流し、室外熱交換器５に流入する。この気液二相冷媒は、室外熱交換器５にて、室外空気から吸熱することで蒸発し、低圧の蒸気冷媒となり、冷媒回路を流れる。したがって、暖房能力の発揮を早めることができる。

本実施の形態では、圧縮機１から室外熱交換器５に冷媒が流される除霜運転が終了した後に、圧縮機１から室内熱交換器５１に冷媒が流される暖房運転が開始した時に電動ポンプ２１が駆動される。電動ポンプ２１によるアキュムレータ６内部の液冷媒の排出は、除霜運転終了から暖房運転復帰時の暖房能力の発揮を早めることができる。

また、冬季停止中の冷凍サイクル装置１００の暖房運転起動時にも、同様に暖房能力の発揮を早めることができる。本実施の形態では、電動ポンプ２１は、圧縮機１の起動時に駆動され、電動ポンプ２１によりアキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒が流された後に、停止する。冷凍サイクル装置１００の停止中、冷媒回路内の冷媒は、温度の低いところに液化凝縮して溜まり込む。このため、特に冬季に冷凍サイクル装置１００が長期間停止している場合、外気に触れている室外熱交換器５内部に液冷媒が溜まり込む。この液冷媒は、暖房運転開始時にアキュムレータ６に流入し溜まり込むため、冷凍サイクル装置１００の長期間運転停止後の暖房運転開始時に、電動ポンプ２１を運転することが好ましい。

次に、本実施の形態における冷凍サイクル装置１００の作用効果について説明する。
本実施の形態における冷凍サイクル装置１００によれば、第２冷媒経路２０に含まれる電動ポンプ２１は、アキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒を流すように構成されている。このため、電動ポンプ２１がアキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒を流すことで、アキュムレータ６に滞留した液冷媒を迅速に排出することができる。

電動ポンプ２１は、電動ポンプ２１に電圧をかけるだけで自在に液冷媒の排出量を調整できるため、冷凍サイクル装置１００の起動直後から迅速に液冷媒を排出可能である。このため、冷凍サイクル装置１００の起動後の迅速な立ち上がりを実現可能である。したがって、冷凍サイクル装置１００の起動直後に十分な液排出量が得られる。

また、電動ポンプ２１は、電動ポンプ２１にかける電圧を調整することで自在に液冷媒の排出量を調整可能である。したがって、能動的にアキュムレータ６内部の液冷媒を排出することができる。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００によれば、液抜き配管１３の流出口１３ａは、油戻し穴１２ｂよりも上方に配置されている。このため、油戻し穴１２ｂを介した圧縮機１への返油が可能となる。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００によれば、電動ポンプ２１は、圧縮機１の起動時に駆動され、電動ポンプ２１によりアキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒が流された後に、停止する。圧縮機１の停止時には冷媒がアキュムレータ６に溜まりやすいため、圧縮機１の起動時に電動ポンプ２１で液冷媒を排出することで、早期の暖房能力の発揮を実現可能である。また、圧縮機１の起動後にアキュムレータ６から液冷媒が排出された後には電動ポンプ２１が停止されることで電動ポンプ２１動力の増加を抑制することができる。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００によれば、除霜運転が終了した後に、暖房運転が開始した時に電動ポンプ２１が駆動される。このため、除霜運転終了後の暖房運転開始時に早期の暖房能力発揮を実現可能である。

実施の形態２．
図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００は、第１冷媒経路１０に開閉弁３１が設けられている点で本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と異なっている。図６では、開閉弁３１が閉じた状態を示すために、開閉弁３１は黒く塗りつぶされている。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００では、第１冷媒経路１０は、開閉弁３１を含んでいる。開閉弁３１は、第１冷媒経路１０において室内熱交換器５１と室外熱交換器５との間で第１冷媒経路１０を開閉するように構成されている。開閉弁３１は、たとえば電磁弁である。第２冷媒経路２０は、開閉弁３１と室外熱交換器５との間で液側接続配管４に接続されている。

図７を参照して、本実施の形態では、制御装置６０は、開閉弁駆動部６９を有している。開閉弁駆動部６９は、制御部６１からの指示に基づいて開閉弁３１を駆動させるためのものである。具体的には、開閉弁駆動部６９は、開閉弁３１に取り付けられたモータ（図示せず）などの駆動源を制御することにより開閉弁３１の開閉を制御する。

図６を参照して、冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１の起動時に開閉弁３１が第１冷媒経路１０を閉じた状態で電動ポンプ２１が駆動される。そして、図５を参照して、電動ポンプ２１によりアキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒が流された後に開閉弁３１が第１冷媒経路１０を開く。

暖房運転開始時に開閉弁３１が閉じられると共に、電動ポンプ２１が運転されると、室内熱交換器５１ａ，５１ｂ内部への液冷媒の溜まり込み、および、アキュムレータ６内部の液冷媒排出を促進できるため、より暖房能力の発揮を早めることができる。

開閉弁３１が閉じられることで室内熱交換器５１ａ，５１ｂで凝縮した液冷媒が圧縮機１に戻ってこない。電動ポンプ２１によってアキュムレータ６から排出された液冷媒は、室外熱交換器５において外気と熱交換することにより蒸発し圧縮機１を通って室内機５０に供給される。このため、アキュムレータ６内の冷媒は速やかに排出される。

なお、開閉弁３１が開かれると、室内熱交換器５１ａ，５１ｂおよび液側接続配管４に溜まった液冷媒が圧縮機１に戻ってくるため、室外熱交換器５に供給される液冷媒量が室外熱交換器５の蒸発性能を過度に超えないように減圧装置５２ａ，５２ｂの開度が調整される。

暖房を行うためには、室内熱交換器５１に冷媒を流通させて冷媒と空気とを熱交換させることが必要である。また、アキュムレータ６内の液冷媒を早期に排出するためには、開閉弁３１を開くよりも閉じる方がよい。したがって、信頼性向上のためには開閉弁３１を閉じる方がよいが、一方で開閉弁３１を閉じたままでは室内熱交換器５１に冷媒が流通しない。このため、開閉弁３１が閉じられた状態でアキュムレータ６内の液冷媒が排出されることで信頼性が確保できたら、開閉弁３１が開かれることが好ましい。これにより、信頼性確保と早期の暖房能力発揮とを両立することができる。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００によれば、圧縮機１の起動時に開閉弁３１が第１冷媒経路１０を閉じた状態で電動ポンプ２１が駆動され、電動ポンプ２１によりアキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒が流された後に開閉弁３１が第１冷媒経路１０を開くため、信頼性確保と早期の暖房能力発揮とを両立することができる。

また、開閉弁３１が閉じられることにより、室内熱交換器５１だけでなく室内熱交換器５１から開閉弁３１までの液側接続配管４にも液冷媒を溜められるので、さらに暖房能力の発揮を早めることができる。

実施の形態３．
図８を参照して、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００について説明する。本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、上記の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同様の構成を備えている。上記の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００では、第１冷媒経路１０に開閉弁３１が設けられている。しかしながら、第１冷媒経路１０に開閉弁３１が設置されていなくても、単に減圧装置５２ａ，５２ｂが第１冷媒経路１０を開閉することで上記の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００と同様の効果を奏することができる。図８では、減圧装置５２ａ，５２ｂが閉じた状態を示すために、減圧装置５２ａ，５２ｂは黒く塗りつぶされている。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００では、第１冷媒経路１０は、減圧装置５２ａ，５２ｂを含んでいる。減圧装置５２ａ，５２ｂは、第１冷媒経路１０において室内熱交換器５１と室外熱交換器５との間で第１冷媒経路１０を開閉するように構成されている。

図８を参照して、冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１の起動時に減圧装置５２ａ，５２ｂが第１冷媒経路１０を閉じた状態で電動ポンプ２１が駆動される。そして、電動ポンプ２１によりアキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒が流された後に減圧装置５２ａ，５２ｂが第１冷媒経路１０を開く。

暖房運転開始時に減圧装置５２ａ，５２ｂが閉じられると共に、電動ポンプ２１が運転されると、室内熱交換器５１ａ，５１ｂ内部への液冷媒の溜まり込み、および、アキュムレータ６内部の液冷媒排出を促進できるため、より暖房能力の発揮を早めることができる。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００によれば、圧縮機１の起動時に減圧装置５２ａ，５２ｂが第１冷媒経路１０を閉じた状態で電動ポンプ２１が駆動され、電動ポンプ２１によりアキュムレータ６から液側接続配管４に冷媒が流された後に減圧装置５２ａ，５２ｂが第１冷媒経路１０を開くため、信頼性確保と早期の暖房能力発揮とを両立することができる。

実施の形態４．
図９を参照して、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００は、液面検知装置３２を備えている点で本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と異なっている。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００は、液面検知装置３２を備えている。液面検知装置３２は、アキュムレータ６内での冷媒の液面を検知するように構成されている。液面検知装置３２はアキュムレータ６内部に設けられている。液面検知装置３２は制御装置６０に電気的に接続されている。

液面検知装置３２は、たとえば液面検知計である。液面検知計の方式は、たとえば静電容量方式、ヒータ方式、浮子方式のいずれであってもよい。静電容量方式では、電極間の液と蒸気との誘電率の差が検出される。ヒータ方式では、液と蒸気との放熱量の差が検出される。浮子方式では、浮子の位置が検出される。

図１０を参照して、本実施の形態では制御装置６０は、液面測定部７０を有している。液面測定部７０は、液面検知装置３２からの信号に基づいて冷媒の液面の高さを測定し、液面に基づく信号を制御部６１に送信するためのものである。

図１１を参照して、液面検知装置３２は、流出管１２の流出口１２ａよりも下方に配置されている。つまり、液面検知装置３２は、流出口１２ａよりも鉛直方向で下方に位置している。液面検知装置３２が流出口１２ａよりも下方で冷媒の液面を検知することにより電動ポンプ２１が駆動される。液面検知装置３２が冷媒の液面を検知している間、電動ポンプ２１が駆動される。そして、液面検知装置３２が冷媒の液面を検知しなくなると電動ポンプ２１が停止される。

流出管１２の流出口１２ａよりも冷媒の液面が上方に位置すると、流出口１２ａから流出した液冷媒を圧縮機１が吸い込むことで圧縮機１が故障する。そのため、冷媒の液面が上昇して流出口１２ａに到達する前に、液面の上昇を検知する必要がある。液面検知装置３２は流出口１２ａよりも鉛直方向で下方に設置されているため、冷媒の液面が上昇して流出口１２ａに到達する前に、液面の上昇を検知することが可能となる。そして、液面検知装置３２が冷媒の液面を検知している間、電動ポンプ２１が駆動されるため、冷媒の液面が上昇して流出口１２ａに到達することを抑制することができる。

アキュムレータ６内部での冷媒の液面が流出口１２ａに到達する前に一定以上の高さとなった場合に、液面検知装置３２が冷媒の液面を検知する。液面検知装置３２からの冷媒の液面を検知した信号に基づいて制御装置６０は電動ポンプ２１を駆動させる。電動ポンプ２１が運転されることにより、アキュムレータ６内部の冷媒が排出される。液面検知装置３２が冷媒の液面を検知しなくなるまで電動ポンプ２１は駆動される。このため、アキュムレータ６内部の液面が流出管１２の流出口１２ａを越えて圧縮機１が液冷媒を吸込むことを抑制することができる。したがって、圧縮機１が液冷媒を吸い込むことにより故障することを抑制することができる。さらに、液面検知装置３２が冷媒の液面を検知しなくなると電動ポンプ２１が停止される。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００では、液面検知装置３２が流出口１２ａよりも下方で冷媒の液面を検知することにより電動ポンプ２１が駆動される。このため、液面検知装置３２がアキュムレータ６内の冷媒の液面上昇を直接的に検知することによって電動ポンプ２１が駆動されるため、液冷媒の排出の信頼性が向上する。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００では、液面検知装置３２が冷媒の液面を検知している間、電動ポンプ２１が駆動され、液面検知装置３２が冷媒の液面を検知しなくなると電動ポンプ２１が停止される。このため、冷媒の液面が流出口１２ａに到達することを抑制することができる。また、アキュムレータ６内の冷媒が排出された後に電動ポンプ２１が停止されるため、電動ポンプ２１動力の増加を抑制することができる。

実施の形態５．
図１２を参照して、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置１００は、上記の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同様の冷媒回路を備えている。図１２では、暖房運転時の冷媒の流れは実線矢印で示されており、冷房運転時の冷媒の流れは破線矢印で示されている。

暖房運転でも冷房運転でも、運転開始からの経過時間に関わらず、圧縮機１の運転中は常時、電動ポンプ２１が運転されていてもよい。本実施の形態の冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１が駆動されている間、電動ポンプ２１が常時駆動される。アキュムレータ６からは液抜き配管１３を経由して常時一定量の液冷媒が流出するので、同量の液冷媒が流入管１１から流入する状態で冷凍サイクル装置１００の運転が安定する。

一般に蒸発器の伝熱性能は、内部を流れる冷媒が、蒸気単相状態よりも、気液二相状態の方がよい。一般にはアキュムレータ６内部の液冷媒のオーバーフローと圧縮機１の液冷媒吸入とを防止するために、蒸発器出口の冷媒は蒸気単相状態となるように制御される。本実施の形態では、電動ポンプ２１を常時運転することにより、蒸発器内部の冷媒状態を蒸発器全域において気液二相状態となるように制御できる。これにより、蒸発器の性能が高まるため、高効率運転が可能となる。

本実施の形態における冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１が駆動されている間、電動ポンプ２１が常時駆動されるため、冷凍サイクル装置１００の運転が安定する。また、蒸発器の性能が高まるため、高効率運転が可能となる。

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、 ２ 四方弁、 ３ ガス側接続配管、 ４ 液側接続配管、５ 室外熱交換器、 ６ アキュムレータ、 ７ 室外送風機、１０ 第１冷媒経路、 １１ 流入管、１１ａ 流入口、１２ 流出管、１２ａ 流出口、１２ｂ 油戻し穴 １３ 液抜き配管、１３ａ 流出口、２０ 第２冷媒経路、 ２１ 電動ポンプ、２２ 逆止弁、 ３１ 開閉弁、 ３２ 液面検知装置、 ４０ 室外機、５０ 室内機、 ５１ 室内熱交換器、 ５２ 減圧装置、 ５３ 室内送風機、６０ 制御装置、 １００ 冷凍サイクル装置。

本発明の冷凍サイクル装置は、第１冷媒経路と、第２冷媒経路とを備えている。第１冷媒経路は、圧縮機、第１熱交換器、第１配管、第２熱交換器、低圧受液器、圧縮機の順に冷媒が流れる。第２冷媒経路は、第１冷媒経路において第１熱交換器と第２熱交換器とに接続された第１配管と、低圧受液器とに接続されている。第２冷媒経路は、電動ポンプを含んでいる。電動ポンプは、低圧受液器から第１配管に冷媒を流すように構成されている。第１冷媒経路は、第１冷媒経路において第１熱交換器と第２熱交換器との間で第１冷媒経路を開閉する減圧装置を含んでいる。圧縮機の起動時に減圧装置が第１冷媒経路を閉じた状態で電動ポンプが駆動され、電動ポンプにより低圧受液器から第１配管に冷媒が流された後に減圧装置が第１冷媒経路を開く。

四方弁２は、暖房運転時と、冷房運転時および除霜運転時とによって、冷媒回路を流れる冷媒の流れを切り替えるように構成されている。本実施の形態では、四方弁２は、制御装置６０からの指示に基づいて圧縮機１の吐出側を室内熱交換器５１ａ，５１ｂおよび室外熱交換器５のいずれかと接続するように切り替えるように構成されている。

制御装置６０は、演算、指示等を行って冷凍サイクル装置１００の各手段、機器等を制御するように構成されている。制御装置６０は、特に、圧縮機１、四方弁２、室外送風機７、電動ポンプ２１、減圧装置５２ａ，５２ｂ、室内送風機５３ａ，５３ｂに電気的に接続されており、これらの動作を制御するように構成されている。なお、図１などでは、見やすくするため、室外機４０内での制御装置６０と各機器との電気的接続は一点鎖線で示されているが、室内機５０内での制御装置６０と各機器との電気的接続は示されていない。

Claims (9)

1. 圧縮機、第１熱交換器、第１配管、第２熱交換器、低圧受液器、前記圧縮機の順に冷媒が流れる第１冷媒経路と、
   前記第１冷媒経路において前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに接続された前記第１配管と、前記低圧受液器とに接続された第２冷媒経路とを備え、
   前記第２冷媒経路は、電動ポンプを含み、
   前記電動ポンプは、前記低圧受液器から前記第１配管に前記冷媒を流すように構成されている、冷凍サイクル装置。
2. 前記第１冷媒経路は、前記低圧受液器内に位置し、かつ前記低圧受液器から前記圧縮機に前記圧縮機の潤滑油を戻す油戻し穴を有し、
   前記第２冷媒経路は、前記低圧受液器内に位置し、かつ前記低圧受液器から前記第１配管に前記冷媒を流出させる第２冷媒経路流出口を有し、
   前記第２冷媒経路流出口は、前記油戻し穴よりも上方に配置されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記低圧受液器内での前記冷媒の液面を検知する液面検知装置を備え、
   前記第１冷媒経路は、前記低圧受液器内に位置し、かつ前記低圧受液器から前記圧縮機に前記冷媒を流出させる第１冷媒経路流出口を有し、
   前記液面検知装置は、前記第１冷媒経路流出口よりも下方に配置されており、
   前記液面検知装置が前記第１冷媒経路流出口よりも下方で前記冷媒の前記液面を検知することにより前記電動ポンプが駆動される、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記液面検知装置が前記冷媒の前記液面を検知している間、前記電動ポンプが駆動され、
   前記液面検知装置が前記冷媒の前記液面を検知しなくなると前記電動ポンプが停止される、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第１冷媒経路は、前記第１冷媒経路において前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第１冷媒経路を開閉する減圧装置を含み、
   前記圧縮機の起動時に前記減圧装置が前記第１冷媒経路を閉じた状態で前記電動ポンプが駆動され、前記電動ポンプにより前記低圧受液器から前記第１配管に前記冷媒が流された後に前記減圧装置が前記第１冷媒経路を開く、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記第１冷媒経路は、前記第１冷媒経路において前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第１冷媒経路を開閉する開閉弁を含み、
   前記第２冷媒経路は、前記開閉弁と前記第２熱交換器との間で前記第１配管に接続されており、
   前記圧縮機の起動時に前記開閉弁が前記第１冷媒経路を閉じた状態で前記電動ポンプが駆動され、前記電動ポンプにより前記低圧受液器から前記第１配管に前記冷媒が流された後に前記開閉弁が前記第１冷媒経路を開く、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記電動ポンプは、前記圧縮機の起動時に駆動され、前記電動ポンプにより前記低圧受液器から前記第１配管に前記冷媒が流された後に、停止する、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. 前記圧縮機から前記第２熱交換器に前記冷媒が流される除霜運転が終了した後に、前記圧縮機から前記第１熱交換器に前記冷媒が流される暖房運転が開始した時に前記電動ポンプが駆動される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記圧縮機が駆動されている間、前記電動ポンプが常時駆動される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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