JP2017190943A - 冷凍サイクル装置及び熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】よりコンパクトなオイル戻し機構を実現することが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器２は、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離し液相冷媒を溜める貯液器５と、貯液器から液相冷媒を流出させる液相流路と、貯液器５から気相冷媒を流出させる気相流路と、液相流路と気相流路とが合流する合流部１３ｂと、を備え、合流部１３ｂは、コンプレッサの上流側に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置及び熱交換器に関する。

従来、この種の冷凍サイクル装置として、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載れた冷凍サイクル装置は、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器と、冷媒が循環する冷媒回路を第１モードの冷媒回路と第２モードの冷媒回路との一方に切り替える切替手段とを有している。具体的には、その気液分離器は、室外熱交換器から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒を気相冷媒出口から流出させ、液相冷媒を液相冷媒出口から流出させることが可能な構成となっている。また、第１モードの冷媒回路は、気液分離器の液相冷媒出口から液相冷媒を流出させて第２減圧手段及び蒸発器に流入させ、更に圧縮機に吸入させる冷媒回路である。第２モードの冷媒回路は、気液分離器の気相冷媒出口から気相冷媒を流出させて圧縮機に吸入させる冷媒回路である。

また、冷凍サイクル装置では、圧縮機を潤滑するために一般的に、オイルが冷媒に混入されており、そのオイルの多くは液相冷媒に混入している。従って、上記第２モードの冷媒回路で冷媒が循環する場合には、気相冷媒が圧縮機へ戻る際に、気液分離器に溜まった液相冷媒の一部を気相冷媒へ混入させることでオイルが圧縮機へ戻される。これにより、圧縮機のオイル不足が起こらないようになっている。

特開２０１４−１４９１２３号公報

上記従来技術に開示されているオイル戻し機構は、大径の２重管や曲げ配管を気液分離器の内部に入れることで対応せざるをえないため、気液分離器の内部容積の大半をオイル戻し管が占めてしまう。このため、気液分離器を更に大型化しなければ、貯液に必要な空間を確保できないと共に、乾燥剤等の機能部品を内部に配置することもできない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、よりコンパクトなオイル戻し機構を実現することが可能な冷凍サイクル装置及び熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル装置であって、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離し液相冷媒を溜める貯液器（５）と、前記貯液器から液相冷媒を流出させる液相流路（１２，４，１４）と、前記貯液器から気相冷媒を流出させる気相流路（１３ａ）と、前記液相流路と前記気相流路とが合流する合流部（１３ｂ）と、を備え、前記合流部は、コンプレッサの上流側に設けられている。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、内部を通過する冷媒と空気とを熱交換させる上流側熱交換部（３）と、前記上流側熱交換部から流出した気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離し液相冷媒を溜める貯液器（５）と、前記貯液器から液相冷媒を流出させる液相流路（１２，４，１４）と、前記貯液器から気相冷媒を流出させる気相流路（１３ａ）と、前記液相流路と前記気相流路とが合流する合流部（１３ｂ）と、を備える。

本発明によれば、合流部においてオイルを含有した液相冷媒と気相冷媒とを合流させ、コンプレッサに供給することができる。合流部は、貯液器から流出した液相冷媒と気相冷媒とを合流させるように設けられているので、貯液器内に従来の２重管構造のような追加部品を設ける必要がない。このように合流部を設けることでオイル戻し機構を実現できるので、貯液器を大型化することなく暖房運転時のオイル供給を行うことができる。

尚、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載の発明が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。

本発明によれば、よりコンパクトなオイル戻し機構を実現することが可能な冷凍サイクル装置及び熱交換器を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る熱交換器であって、冷房運転の状態を示す図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る熱交換器であって、暖房運転の状態を示す図である。 図３は、図１のIII−III断面を示す図である。 図４は、図１に示される熱交換器のコアを説明するための図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る熱交換器を示す図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る熱交換器を示す図である。 図７は、本発明の第４実施形態に係る熱交換器を示す図である。 図８は、本発明の第５実施形態に係る熱交換器を示す図である。 図９は、本発明の第６実施形態に係る熱交換器を示す図である。 図１０は、本発明の第７実施形態に係る熱交換器を示す図である。 図１１は、図１に示される熱交換器において、冷媒と含有オイルとの関係を説明するための図である。 図１２は、本発明の第８実施形態に係る熱交換器を示す図である。 図１３は、図１２に示される熱交換器をより具体的に示す図である。 図１４は、図１３のXIIII−XIIII断面を示す図である。 図１５は、図１３のXV−XV断面を示す図である。 図１６は、図１３のXVI−XVI断面を示す図である。 図１７は、図１３のXVII−XVII断面を示す図である。 図１８は、図１３のXVIII−XVIII断面を示す図である。 図１９は、本発明の実施形態に係る熱交換器が適用される冷凍サイクルの一例を説明するための図である。 図２０は、本発明の実施形態に係る熱交換器が適用される冷凍サイクルの一例を説明するための図である。 図２１は、本発明の実施形態に係る熱交換器が適用される冷凍サイクルの一例を説明するための図である。 図２２は、本発明の実施形態に係る熱交換器が適用される冷凍サイクルの一例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、第１実施形態に係る熱交換器２について説明する。尚、本実施形態では、コアなどの熱交換に直接寄与する部分と、気液分離器といった部分とを一体的なものとし、熱交換器としているが、本発明の実施の態様はこれに限られるものではない。各機能ごとに装置を分けて、全体を冷凍サイクルシステム又は冷凍サイクルシステムの一部として構成することもできる。熱交換器２は、室外器として用いられる。

熱交換器２は、上流側熱交換部３と、下流側熱交換部４と、貯液器５と、を備えている。上流側熱交換部３は、２つの上流側コア３２，３４と、ヘッダタンク３１，３３，３５と、を有している。本実施形態では一例として２つの上流側コア３２，３４を有するものを示したが、コアは単一でも３つ以上でも構わない。上流側コア３２，３４は、内部を流れる冷媒と外部を流れる空気との間で熱交換をする部分であって、冷媒が通るチューブと、チューブ間に設けられたフィンとを有する。

上流側コア３２の上流側端には、ヘッダタンク３１が取り付けられている。上流側コア３４の下流側端には、ヘッダタンク３５が取り付けられている。上流側コア３２の下流側端及び上流側コア３４の上流側端には、双方に跨って配置されるヘッダタンク３３が取り付けられている。

ヘッダタンク３１には流入流路１５が設けられている。ヘッダタンク３５には接続流路１１が設けられている。流入流路１５から流入した冷媒は、ヘッダタンク３１から上流側コア３２に流入する。上流側コア３２を流れた冷媒は、ヘッダタンク３３に流入する。ヘッダタンク３３内を流れた冷媒は、上流側コア３４に流入する。上流側コア３４を流れた冷媒は、ヘッダタンク３５に流入する。ヘッダタンク３５に流入した冷媒は、接続流路１１に流出する。接続流路１１は貯液器５に繋がれている。接続流路１１に流出した冷媒は、貯液器５の貯留部５１内部に流入する。

貯液器５は、貯留部５１と、接続流路１１と、接続流路１２と、流出流路１３ａと、を有している。貯留部５１は、接続流路１１から流入する気液二相冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、液相冷媒を溜める部分である。

貯留部５１には、接続流路１１と、接続流路１２と、流出流路１３ａと、が繋がれている。接続流路１１は、上流側熱交換部３と貯液器５とを繋ぐ流路である。接続流路１２は、貯液器５と下流側熱交換部４とを繋ぐ流路である。接続流路１２から流出した液相冷媒は、下流側熱交換部４に流入する。流出流路１３ａは、貯液器５から気相冷媒を流出させる流路である。

下流側熱交換部４は、ヘッダタンク４１と、下流側コア４２と、ヘッダタンク４３と、バイパス流路４４と、を有している。ヘッダタンク４１には、流出流路１４が繋がれている。ヘッダタンク４１は、下流側コア４２の下流側端に設けられている。下流側コア４２の上流側端には、ヘッダタンク４３が設けられている。ヘッダタンク４３には、バイパス流路４４の一端が繋がれている。バイパス流路４４の他端には、接続流路１２が繋がれている。

接続流路１２からバイパス流路４４に流入する液相冷媒は、下流側コア４２と並行して流れてヘッダタンク４３に至る。

ヘッダタンク４３から下流側コア４２に液相冷媒が流入する。下流側コア４２は、内部を流れる冷媒と外部を流れる空気との間で熱交換をする部分であって、冷媒が通るチューブと、チューブ間に設けられたフィンとを有する。従って、下流側コア４２に流れこんだ液相冷媒は、過冷却されながらヘッダタンク４１に向かう。

下流側コア４２からヘッダタンク４１に流れ込んだ液相冷媒は、流出流路１４に流出する。流出流路１４は、その途中に繋がれた合流部１３ｂにおいて、流出流路１３ａと繋がっている。合流部１３ｂには、流出流路１３ｃも繋がれている。

流出流路１４は、冷凍サイクル装置を構成する膨張弁に繋がっており、膨張弁より先にはエバポレータが繋がれている。流出流路１４には、流出先切替部２１が設けられている。図１に示した例は冷房運転の例なので、流出先切替部２１は、流出流路１４を流れる液相冷媒がそのまま膨張弁に向けて流れるように切り替えている。

流出流路１４と合流部１３ｂとの間には、液相冷媒調整部２２が設けられている。液相冷媒調整部２２は、弁体と弁座との間隔を調整して、液相冷媒の合流部１３ｂ側への流出量を調整する。

流出流路１３ａの合流部１３ｂの上流側には、気相冷媒調整部２３が設けられている。気相冷媒調整部２３は、弁体と弁座との間隔を調整して、気相冷媒の合流部１３ｂ側への流出量を調整する。

合流部１３ｂには、流出流路１３ｃが繋がれている。流出流路１３ｃは、冷凍サイクル装置のコンプレッサに繋がっている。

図１は熱交換器２を模式的に示した図であるが、III−III断面を具体的に示すと図３のようになる。図３に示されるように、貯液器５は、貯留部５１と流出流路１４とを一体的に構成している。

熱交換器２を暖房運転する場合の冷媒の流れを図２に示す。流出先切替部２１は、暖房運転にあたっては閉止される。流入流路１５からは低圧の冷媒が流入する。低圧の冷媒は上流側熱交換部３を流れて熱交換し、貯液器５の内部に流れ込む。貯留部５１内で冷媒は気液分離される。気相冷媒調整部２３は気相冷媒を合流部１３ｂに送り込むように開かれている。貯液器５から流出した液相冷媒は、下流側熱交換部４を流れて更に熱交換され、流出流路１４を流れる。流出流路１４を流れる液相冷媒はオイルを含有している。液相冷媒調整部２２は、オイルを含有した液相冷媒が合流部１３ｂにおいて気相冷媒に引き込まれるように調整される。合流部１３ｂにおいて合流した気相冷媒とオイル含有液相冷媒は、流出流路１３ｃを通ってコンプレッサに向かってながれる。

上記したように本実施形態に係る熱交換器２を冷凍サイクル装置に適用すれば、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離し液相冷媒を溜める貯液器５と、貯液器５から液相冷媒を流出させる液相流路としての接続流路１２、下流側熱交換部４、及び流出流路１４と、貯液器５から気相冷媒を流出させる気相流路としての流出流路１３ａと、液相流路と気相流路とが合流する合流部１３ｂと、を備え、合流部１３ｂは、コンプレッサの上流側に設けられている、冷凍サイクル装置を提供することができる。上記したように各部を一体的に構成すれば、同様の構成を有する熱交換器２を提供することができる。

本実施形態によれば、合流部１３ｂにおいてオイルを含有した液相冷媒と気相冷媒とを合流させ、コンプレッサに供給することができる。合流部１３ｂは、貯液器５から流出した液相冷媒と気相冷媒とを合流させるように設けられているので、貯液器５内に従来の２重管構造のような追加部品を設ける必要がない。このように合流部１３ｂを設けることでオイル戻し機構を実現できるので、貯液器５を大型化することなく暖房運転時のオイル供給を行うことができる。

また本実施形態に係る冷凍サイクル装置及び熱交換器２では、貯液器５から流出した液相冷媒が流れ込み、空気と熱交換させる下流側熱交換部４を備え、液相流路は下流側熱交換部４を経由してから合流部１３ｂに至るように構成している。図１１に示されるように、下流側熱交換部４において液相冷媒を熱交換すると、図１１（Ｃ）のように液相冷媒５１にオイル５２が点在している状態から、徐々に気相冷媒５３に状態遷移し、図１１（Ｂ）を経て図１１（Ｃ）に至るように、液相冷媒５１に対するオイル５２の含有率が上昇する。このようにすると、合流部１３ｂにおける液相冷媒の戻りを少なくすることができ、冷凍サイクルとしての性能低下を低減することができる。

また本実施形態に係る冷凍サイクル装置及び熱交換器２では、更に、流れこんだ冷媒を空気と熱交換させ前記貯液器に送り出す上流側熱交換部３を備えている。上流側熱交換部３及び下流側熱交換部４を備え、暖房時においても双方に冷媒を流すことができるので、蒸発器としての性能を向上させることができる。

また本実施形態に係る冷凍サイクル装置及び熱交換器２では、同一の冷媒密度及び同一の冷媒流量の冷媒を流した時に、貯液器５から合流部１３ｂまでの流路の圧力損失よりも、貯液器５から合流部１３ｂまでの流路の圧力損失を小さくするように構成している。より具体的には、貯液器５から合流部１３ｂまでの液相流路の平均流路面積を、貯液器５から合流部１３ｂまでの気相流路の平均流路面積よりも小さくしている。このように構成することで、冷媒の帰り量を確保し、オイル戻り量の不足を回避することができる。

また本実施形態に係る冷凍サイクル装置及び熱交換器２では、更に、流出先切替部２１を液相流路に備え、流出先切替部２１は、図１に示されるような冷房運転時には液相流路の接続先を冷凍サイクルの減圧弁にし、図２に示されるような暖房運転時には液相流路の接続先を気相流路にしている。流出先切替部２１を切り替えることで、冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる。

また本実施形態に係る冷凍サイクル装置及び熱交換器２では、更に、液相冷媒調整部２２を合流部１３ｂよりも上流側の液相流路に備えている。液相冷媒調整部２２は、液相流路を流れる冷媒の流量を調整している。特に、図２に示されるような暖房運転時に、オイルを含有した液相冷媒が合流部１３ｂ側に引き込まれるように調整することができる。

また本実施形態に係る冷凍サイクル装置及び熱交換器２では、更に、気相冷媒調整部２３を合流部１３ｂよりも上流側の気相流路に備えている。気相冷媒調整部２３は、気相流路を流れる冷媒の流量を調整している。特に、図２に示されるような暖房運転時に、オイルを含有した液相冷媒が合流部１３ｂ側に引き込まれるように調整することができる。

また本実施形態に係る冷凍サイクル装置及び熱交換器２では、内部を通過する冷媒と空気とを熱交換させる上流側熱交換部３と、上流側熱交換部３から流出した気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離し液相冷媒を溜める貯液器５と、貯液器５から液相冷媒を流出させる液相流路としての接続流路１２、下流側熱交換部４、流出流路１４と、貯液器５から気相冷媒を流出させる気相流路としての流出流路１３ａと、液相流路と気相流路とが合流する合流部１３ｂと、を備えている。

また本実施形態に係る冷凍サイクル装置及び熱交換器２では、液相流路は下流側熱交換部４を経由してから合流部１３ｂに至るように構成されている。

本実施形態に係る熱交換器２は、貯液器５及び合流部１３ｂは、上流側熱交換部３に対して同じ側に設けられている。貯液器５及び合流部１３ｂを同じ側に設けることで、配管を集約することができる。

本実施形態に係る熱交換器２は、貯液器５から液相冷媒が流出する液冷媒流出口５１１と、下流側熱交換部４から液相冷媒が流出する流出口４１１とが、下流側熱交換部４に対して同じ側に設けられている。液冷媒流出口５１１と流出口４１１とを同じ側に設けることで、配管を集約することができる。更に、上流側熱交換部３から冷媒が流入する冷媒流入口５１２も同じ側に設けることで、更に配管を集約することができる。

本実施形態に係る冷凍サイクル及び熱交換器２では、下流側熱交換部４は、下流側コア４２と、バイパス流路４４と、を有しており、下流側コア４２を構成するチューブの流路断面積と、バイパス流路４４の流路断面積とは異なるように構成されている。貯液器５から流出した液冷媒は、バイパス流路４４を通って、下流側熱交換部４の反対側に搬送される。従って、下流側コア４２の反対側に液相冷媒が供給され、熱交換しながら貯液器５側に戻ることができる。

本実施形態に係る冷凍サイクル及び熱交換器２では、図４に示されるように、上流側熱交換部３が有する上流側フィン３２２と、下流側熱交換部４が有する下流側フィン４２２との形状が互いに異なるように構成されている。図４（Ａ）に示されるように、上流側コア３２は、複数のチューブ３２１の間に、フィンピッチＰ１の上流側フィン３２２が設けられている。図４（Ｂ）に示されるように、下流側コア４２は、複数のチューブ４２１の間に、フィンピッチＰ２の下流側フィン４２２が設けられている。フィンピッチＰ１＜フィンピッチＰ２となっているので、形状は互いに異なるように構成されており、下流側フィン４２２の熱伝達率が上流側フィン３２２の熱伝達率よりも小さくなっている。

図５を参照しながら、第２実施形態に係る熱交換器２Ａについて説明する。熱交換器２Ａでは、ヘッダタンク４３に冷房側の流出流路１４Ａが接続されている。貯液器５からは、下流側熱交換部４Ａに向かう接続流路１２Ａｂと、合流部１３ｂに向かう接続流路１２Ａａとが延出している。暖房時に流出先切替部２１を閉じると、貯液器５内部の液相冷媒は下流側熱交換部４Ａを流れずに、接続流路１２Ａａを経由して合流部１３ｂに流れる。

図６を参照しながら、第３実施形態に係る熱交換器２Ｂについて説明する。熱交換器２Ｂでは、ヘッダタンク４３に流出流路１４Ｂが繋がれている。流出流路１４Ｂは膨張弁に繋がる流路であり、流出先切替部２１が設けられている。流出流路１４Ｂは、流出先切替部２１よりも上流側で分岐し、合流部１３ｂに繋がっている。合流部１３ｂにおいて、流出流路１３ａと流出流路１４Ｂとが合流している。流出流路１４Ｂの合流部１３ｂよりも上流側には、液相冷媒調整部２２が設けられている。流出流路１３ａには、気相冷媒調整部２３が設けられている。貯液器５とヘッダタンク４１とは接続流路１２Ａｂによって繋がれている。

図７を参照しながら、第４実施形態に係る熱交換器２Ｃについて説明する。熱交換器２Ｃでは、ヘッダタンク４３に繋がる流出流路１４Ｃは、合流部１３ｂに繋がっているものの、流出先切替部２１はヘッダタンク４３の近傍に設けられている。

図８を参照しながら、第５実施形態に係る熱交換器２Ｄについて説明する。熱交換器２Ｄは、上流側熱交換部３Ｄと、下流側熱交換部４Ｄと、貯液器５と、を備えている。上流側熱交換部３Ｄは、ヘッダタンク３１Ｄと、上流側コア３２Ｄと、ヘッダタンク３３Ｄと、を有している。下流側熱交換部４Ｄは、ヘッダタンク４１Ｄと、下流側コア４２Ｄと、ヘッダタンク４３Ｄと、を有している。貯液器５は、上流側熱交換部３Ｄと下流側熱交換部４Ｄとの間に配置されている。ヘッダタンク３１Ｄと貯液器５とは、接続流路１１で繋がれている。貯液器５とヘッダタンク４１Ｄとは、接続流路１２Ｄａで繋がれている。ヘッダタンク４３Ｄと合流部１３ｂとは流出流路１２Ｄｂで繋がれている。流出流路１２Ｄｂは膨張弁に繋がる流路が分岐しており、流出先切替部２１が設けられている。

図９を参照しながら、第６実施形態に係る熱交換器２Ｅについて説明する。熱交換器２Ｅは、上流側熱交換部３Ｅと、下流側熱交換部４Ｅと、貯液器５と、を備えている。上流側熱交換部３Ｅは、ヘッダタンク３１Ｅと、上流側コア３２Ｅと、ヘッダタンク３３Ｅと、を有している。下流側熱交換部４Ｅは、ヘッダタンク４１Ｅと、下流側コア４２Ｅと、ヘッダタンク４３Ｅと、を有している。

ヘッダタンク３１Ｅ及びヘッダタンク４１Ｅは、貯液器５の一端側に並べて配置されている。ヘッダタンク３３Ｅ及びヘッダタンク４３Ｅは、貯液器５の他端側に並べて配置されている。ヘッダタンク３１Ｅに流れこんだ冷媒は、貯液器５の長手方向に沿ってヘッダタンク３３Ｅに流れる。ヘッダタンク３３Ｅは、貯液器５上方に設けられる流出流路１３ａＥに対して合流部１３ｂＥで合流している。貯液器５下方から流出した液相冷媒は、ヘッダタンク４１Ｅに直接流れ込む。ヘッダタンク４１Ｅに流れこんだ冷媒は、貯液器５の長手方向に沿ってヘッダタンク４３Ｅに向かって流れる。

図１０を参照しながら第７実施形態に係る熱交換器２Ｆについて説明する。熱交換器２Ｆは、上流側熱交換部３Ｆと、下流側熱交換部４Ｆと、貯液器５Ｆと、を備えている。上流側熱交換部３Ｆは、ヘッダタンク３１Ｆと、上流側コア３２Ｆと、ヘッダタンク３３Ｆと、を有している。下流側熱交換部４Ｆは、ヘッダタンク４１Ｆと、下流側コア４２Ｆと、ヘッダタンク４３Ｆと、を有している。貯液器５Ｆは、上流側熱交換部３Ｆ及び下流側熱交換部４Ｆの上方において跨るように配置されている。

続いて、図１２を参照しながら、第８実施形態に係る熱交換器について説明する。第８実施形態に係る熱交換器は、上流側熱交換部３Ｇと、下流側熱交換部４Ｇと、貯液器５Ｇと、を備えている。貯液器５Ｇの内部上方には、切替弁を含む冷媒調整部６Ｇが配置されている。コンプレッサから流出した冷媒は、冷媒調整部６Ｇを通り、流入流路１５Ｇを通って上流側熱交換部３Ｇに流入する。上流側熱交換部３Ｇを通って冷却された冷媒は、接続流路１１Ｇを通って貯留部５１Ｇに流入する。貯留部５１Ｇにおいて液相となった冷媒は、接続流路１２Ｇを通って下流側熱交換部４Ｇに流出する。下流側熱交換部４Ｇを通った液相冷媒は、液冷媒流路１４Ｇを通って冷媒調整部６Ｇに流れ込み、冷凍サイクルへ還流する。

本実施形態では、冷媒調整部６Ｇに加えて液冷媒流路１４Ｇも、貯液器５Ｇと一体的に構成されている。図１３から図１８を参照しながら説明を加える。図１３の（Ａ）は、第８実施形態に係る熱交換器２Ｇの平面図であり、図１３の（Ｂ）は、熱交換器２Ｇの正面図である。

上記したように、コンプレッサから流出した冷媒は、冷媒調整部６Ｇを通り、流入流路１５Ｇを通って上流側熱交換部３Ｇに流入する。流入流路１５Ｇ部分の断面XIIII-XIIIIを図１４に示す。

上流側熱交換部３Ｇを通って冷却された冷媒は、接続流路１１Ｇを通って貯留部５１Ｇに流入する。接続流路１１Ｇ部分の断面XV-XVを図１５に示す。図１５に示されるように、接続流路１１Ｇに繋がるように、補助貯液部５１Ｇａが設けられている。

貯留部５１Ｇにおいて液相となった冷媒は、接続流路１２Ｇを通って下流側熱交換部４Ｇに流出する。接続流路１２Ｇ部分の断面XVI-XVIを図１６に示す。

下流側熱交換部４Ｇを通った液相冷媒は、液冷媒流路１４Ｇを通って冷媒調整部６Ｇに流れ込む。下流側熱交換部４Ｇから液冷媒流路１４Ｇに至る部分の断面XVII-XVIIを図１７に示す。液冷媒流路１４Ｇと接続流路１２Ｇとを仕切るように、仕切り板１４Ｇｂが設けられている。液冷媒流路１４Ｇから冷媒調整部６Ｇに至る部分の断面XVIII-XVIIIを図１８に示す液冷媒流路１４Ｇと流入流路１５Ｇとを仕切るように、仕切り板１４Ｇａが設けられている。

図１９を参照しながら、本実施形態の貯液器５が適用される冷凍サイクルの一例について説明する。図１９に示されるように、冷凍サイクル装置７１は、車両用空調装置７に適用されている。車両用空調装置７は、空調対象空間である車室内に送風される送風空気の温度を調整することにより、車室内の温度を調整する装置である。車両用空調装置７は、冷凍サイクル装置７１と、冷却水循環回路７２と、空調ユニット７３とを備えている。

冷凍サイクル装置７１は、送風空気を冷却することにより車室内を冷房する冷房モードと、送風空気を加熱することにより車室内を暖房する暖房モードとに選択的に切り替え可能となっている。冷凍サイクル装置７１は、冷媒の循環するヒートポンプ回路からなる蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置である。

冷凍サイクル装置７１は、圧縮機７１１、水冷コンデンサ７１２、圧力調整部６０、熱交換器２、流量調整弁６０７ａ、流量調整弁６０４ａ、減圧器７１３、及び蒸発器７１４を備えている。冷凍サイクル装置７１を循環する冷媒としては、例えばＨＦＣ系冷媒やＨＦＯ系冷媒を用いることができる。冷媒には圧縮機７１１を潤滑するためのオイル、すなわち冷凍機油が混入されている。よって、冷凍機油の一部は冷媒とともに冷凍サイクル装置７１を循環する。

圧縮機７１１は、冷凍サイクル装置７１において吸入口から冷媒を吸入して圧縮するとともに、圧縮されることにより過熱状態となった冷媒を吐出口から吐出する。圧縮機７１１は電動式圧縮機である。吐出口から吐出された冷媒は、水冷コンデンサ７１２へと流れる。

水冷コンデンサ７１２は、周知の水冷媒熱交換器である。水冷コンデンサ７１２は、第１熱交換部７１２ａと、第２熱交換部７１２ｂとを有している。

第１熱交換部７１２ａは、圧縮機７１１の吐出口と圧力調整部６０との間に設けられている。すなわち、第１熱交換部７１２ａには、圧縮機７１１から吐出される冷媒が流れている。

第２熱交換部７１２ｂは、エンジン冷却水が流れる冷却水循環回路７２の途中に設けられている。冷却水循環回路７２では、冷却ポンプ８１により冷却水が循環している。冷却水は、第２熱交換部７１２ｂ、ヒータコア８０、冷却ポンプ８１、エンジン８２の順で循環する。

水冷コンデンサ７１２では、第１熱交換部７１２ａ内を流れる冷媒と、第２熱交換部７１２ｂを流れる冷却水との間で熱交換を行うことにより、冷媒の熱で冷却水を加熱するとともに、冷媒を冷却する。第１熱交換部７１２ａから流出した冷媒は、圧力調整部６０へと流れる。

冷却水循環回路７２では、エンジン８２及び第２熱交換部７１２ｂにおいて加熱された冷媒がヒータコア８０を流れることにより、ヒータコア８０が加熱される。ヒータコア８０は、空調ユニット７３のケーシング７３１内に配置されている。ヒータコア８０は、その内部を流れる冷却水と、ケーシング７３１内を流れる送風空気との間で熱交換を行うことにより、送風空気を加熱する。水冷コンデンサ７１２は、圧縮機７１１から吐出されて第１熱交換部７１２ａに流入する冷媒が有する熱を冷却水とヒータコア８０を介して間接的に送風空気に放熱させる放熱器として機能している。

圧力調整部６０は、固定絞り６０１と、バイパス流路６０２と、開閉弁６０３とを有している。圧力調整部６０は、熱交換器２の上流側熱交換部３において冷媒が外気から吸熱する暖房モードと、冷媒が外気へと放熱する冷房モードとを切替可能にすべく、上流側熱交換部３に流入する冷媒の圧力を調整する圧力調整部に相当する。

固定絞り６０１は、水冷コンデンサ７１２の第１熱交換部７１２ａから流出した冷媒を減圧して吐出する。固定絞り６０１としては、絞り開度が固定されたノズルやオリフィス等を用いることができる。固定絞り６０１から吐出される冷媒は、熱交換器２へと流れる。

バイパス流路６０２は、第１熱交換部７１２ａから流出した冷媒を固定絞り６０１を迂回させて熱交換器２に導く冷媒流路である。開閉弁６０３は、バイパス流路６０２を開閉する電磁弁である。

圧力調整部６０では、暖房モード時に開閉弁６０３が閉状態になる。これにより、暖房モード時には、水冷コンデンサ７１２の第１熱交換部７１２ａから流出した冷媒が固定絞り６０１を流れることで減圧され、熱交換器２へと流れる。一方、冷房モード時には開閉弁６０３が全開状態になる。これにより、冷房モード時には、水冷コンデンサ７１２の第１熱交換部７１２ａから流出した冷媒が固定絞り６０１を迂回してバイパス流路６０２を流れる。すなわち、水冷コンデンサ７１２の第１熱交換部７１２ａから流出した冷媒は、減圧されることなく、熱交換器２へと流れる。

熱交換器２は、エンジンルーム内の車両前方側に配置されている室外熱交換器である。熱交換器２は、上流側熱交換部３と、貯液器５と、下流側熱交換部４とを有している。

上流側熱交換部３には、圧力調整部６０から流出した冷媒が流入する。上流側熱交換部３は、流入する冷媒と、図示しない送風ファンにより送風される車室外の空気である外気との間で熱交換を行う部分である。上流側熱交換部３は、暖房モード時には、流入する冷媒と外気との間で熱交換を行うことにより、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。また、上流側熱交換部３は、冷房モード時には、流入する冷媒と外気との間で熱交換を行うことにより、冷媒を冷却する凝縮器として機能する。

貯液器５は、上流側熱交換部３から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒と液相冷媒とを別々に流出させること及び液相冷媒を貯留することが可能である。貯液器５は、分離された気相冷媒をコンプレッサ行き流路１６に向けて吐出するとともに、分離された液相冷媒を接続流路１２に向けて吐出する。

コンプレッサ行き流路１６は、冷媒流路７１５の途中部分に接続されている。冷媒流路７１５は、減圧器７１３から流出した冷媒を圧縮機７１１の吸入口へと導く流路である。コンプレッサ行き流路１６は、貯液器５から吐出される気相冷媒を、減圧器７１３を迂回させて圧縮機７１１に導く流路である。

下流側熱交換部４には、貯液器５の液相冷媒出口から吐出される液相冷媒が流入する。下流側熱交換部４は、流入する液相冷媒と外気との間で熱交換を行うことにより、熱交換器２における冷媒の熱交換効率を更に高める部分である。具体的には、下流側熱交換部４は、暖房モード時には、流入する液相冷媒と外気との間で熱交換を行うことにより、液相冷媒を蒸発させる。これにより、上流側熱交換部３において蒸発しきれずに残った液相冷媒を蒸発させることができるため、熱交換器２における蒸発器としての機能が高められている。また、下流側熱交換部４は、冷房モード時には、流入する液相冷媒と外気との間で熱交換を行うことにより、液相冷媒を更に冷却する過冷却器として機能する。これにより、熱交換器２における凝縮器としての機能が高められている。

下流側熱交換部４は、流出流路１４を介して流量調整弁６０７ａに接続されている。下流側熱交換部４から流出した冷媒は、流出流路１４を介して流量調整弁６０７ａに流入する。

流量調整弁６０７ａは、流出流路１４を介して減圧器７１３に接続されている。流量調整弁６０７ａは、下流側熱交換部４から流出流路１４を介して流入する冷媒が、減圧器７１３に流れる量を調整している。

減圧器７１３には、下流側熱交換部４から流出した冷媒が流出流路１４を介して流入する。減圧器７１３は、流入した冷媒を減圧して吐出する。減圧器７１３により減圧された冷媒は、蒸発器７１４に流入する。また、減圧器７１３には、蒸発器７１４から吐出された冷媒が流入する。減圧器７１３は、蒸発器７１４から吐出される冷媒の過熱度が予め定められた所定範囲となるように、蒸発器７１４に流入する冷媒を機械的機構により減圧膨張させる温度感応型の機械式膨張弁である。

蒸発器７１４には、減圧器７１３から吐出される冷媒が流入する。蒸発器７１４は、冷房モード時に、内部を流れる冷媒と、空調ユニット７３のケーシング７３１内を流れる送風空気との間で熱交換を行うことにより送風空気を冷却する熱交換器である。蒸発器７１４では、送風空気と冷媒との間で熱交換が行われることにより冷媒が蒸発する。蒸発した冷媒は、蒸発器７１４から吐出され、減圧器７１３及び冷媒流路７１５を介して圧縮機７１１の吸入口に流入する。

流量調整弁６０４ａは、コンプレッサ行き流路１６の途中部分に設けられている。流量調整弁６０４ａは、その開度の調整により、コンプレッサ行き流路１６の流路断面積を変更可能な電磁弁からなる。流量調整弁６０４ａの開度の調整により、コンプレッサ行き流路１６を流れる冷媒の流量を調整することができる。

冷凍サイクル装置７１では、圧力調整部６０、流量調整弁６０７ａ、及び流量調整弁６０４ａが１つのアクチュエータ装置として一体的に構成され、冷媒調整部６となっている。

空調ユニット７３は、ケーシング７３１と、送風通路切替ドア７３２とを備えている。ケーシング７３１内には、送風空気が流れている。ケーシング７３１内には、送風空気の流れ方向の上流側から下流側に向かって、蒸発器７１４と、ヒータコア８０とが順に配置されている。蒸発器７１４は、内部を流れる冷媒と、送風空気との間で熱交換を行うことにより、送風空気を冷却する。ケーシング７３１における蒸発器７１４の下流側には、ヒータコア８０が配置される温風通路と、ヒータコア８０が配置されていない冷風通路とが設けられている。

送風通路切替ドア７３２は、冷風通路を塞ぐ一方で温風通路を開放する図中に実線で示される第１ドア位置と、温風通路を塞ぐ一方で冷風通路を開放する図中に破線で示される第２ドア位置とに変位可能に構成されている。ケーシング７３１における温風通路及び冷風通路の空気流れ方向の下流側には、車室内に開口する図示しない複数の開口部が形成されている。

空調ユニット７３では、暖房モード時に、送風通路切替ドア７３２が実線の第１ドア位置に位置する。これにより、蒸発器７１４を通過した送風空気が温風通路を通過するため、ヒータコア８０により送風空気が加熱されて下流側に流れる。一方、冷房モード時には、送風通路切替ドア７３２が破線の第２ドア位置に位置する。これにより、蒸発器７１４を通過した送風空気が冷風通路を通過するため、蒸発器７１４で冷却された送風空気がそのまま下流側に流れる。

続いて、図２０を参照しながら、本実施形態の貯液器５が適用される冷凍サイクルの別例について説明する。図２０に示されるように、冷凍サイクル装置７１Ａは、車両用空調装置７Ａに適用されている。車両用空調装置７Ａは、冷凍サイクル装置７１Ａと、冷却水循環回路７２と、空調ユニット７３とを備えている。冷却水循環回路７２及び空調ユニット７３は、車両用空調装置７と同様であるので説明を省略する。

冷凍サイクル装置７１Ａは、冷凍サイクル装置７１の冷媒調整部６に変えて、冷媒調整部６Ａを備えている。

冷凍サイクル装置７１Ａは、圧縮機７１１、水冷コンデンサ７１２、圧力調整部６０、熱交換器２、三方弁６０７ｂ、流量調整弁６０４ｂ、減圧器７１３、及び蒸発器７１４を備えている。

コンプレッサ行き流路１６は、冷媒流路７１５の途中部分に接続されている。冷媒流路７１５は、減圧器７１３から流出した冷媒を圧縮機７１１の吸入口へと導く流路である。コンプレッサ行き流路１６は、貯液器５から吐出される気相冷媒を、三方弁６０７ｂ及び減圧器７１３を迂回させて圧縮機７１１に導く流路である。

下流側熱交換部４は、流出流路１４を介して三方弁６０７ｂに接続されている。下流側熱交換部４から流出した冷媒は、流出流路１４を介して三方弁６０７ｂに流入する。

三方弁６０７ｂは、流出流路１４を介して減圧器７１３に接続されるとともに、バイパス流路６０６を介してコンプレッサ行き流路１６の途中部分に接続されている。三方弁６０７ｂは、下流側熱交換部４から流出流路１４を介して流入する冷媒を減圧器７１３及びバイパス流路６０６のいずれに流すかを選択的に切り替える。

流量調整弁６０４ｂは、コンプレッサ行き流路１６の途中部分に設けられている。流量調整弁６０４ｂは、コンプレッサ行き流路１６とバイパス流路６０６との接続部分よりも上流側に設けられている。流量調整弁６０４ｂは、その開度の調整により、コンプレッサ行き流路１６の流路断面積を変更可能な電磁弁からなる。流量調整弁６０４ｂの開度の調整により、コンプレッサ行き流路１６を流れる冷媒の流量を調整することができる。

冷凍サイクル装置７１では、圧力調整部６０、三方弁６０７ｂ、及び流量調整弁６０４ｂが１つのアクチュエータ装置として一体的に構成され、冷媒調整部６となっている。

続いて、図２１を参照しながら、本実施形態の貯液器５が適用される冷凍サイクルの別例について説明する。図２１に示されるように、冷凍サイクル装置７１Ｂは、車両用空調装置７Ｂに適用されている。車両用空調装置７Ｂは、冷凍サイクル装置７１Ｂと、冷却水循環回路７２と、空調ユニット７３とを備えている。冷却水循環回路７２及び空調ユニット７３は、車両用空調装置７と同様であるので説明を省略する。

冷凍サイクル装置７１Ｂにおいては、冷媒流路７１５の圧縮機７１１の上流側にアキュムレータ７１６が設けられている。このように、貯液器５に加えて、２つ目の液溜機構としてアキュムレータ７１６を設けてもよい。

続いて、図２２を参照しながら、本実施形態の貯液器５が適用される冷凍サイクルの別例について説明する。図２２に示されるように、冷凍サイクル装置７１Ｃは、車両用空調装置７Ｃに適用されている。車両用空調装置７Ｃは、冷凍サイクル装置７１Ｃと、冷却水循環回路７２と、空調ユニット７３とを備えている。冷却水循環回路７２及び空調ユニット７３は、車両用空調装置７と同様であるので説明を省略する。

冷凍サイクル装置７１Ｃにおいては、水冷コンデンサ７１２の下流側にレシーバ７１７が設けられている。このように、貯液器５に加えて、２つ目の液溜機構としてレシーバ７１７を設けてもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

５：貯液器
１２：接続流路
１４：流出流路
１３ａ：流出流路
１３ｂ：合流部

Claims (13)

1. 冷凍サイクル装置であって、
   気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離し液相冷媒を溜める貯液器（５）と、
   前記貯液器から液相冷媒を流出させる液相流路（１２，４，１４）と、
   前記貯液器から気相冷媒を流出させる気相流路（１３ａ）と、
   前記液相流路と前記気相流路とが合流する合流部（１３ｂ）と、を備え、
   前記合流部は、コンプレッサの上流側に設けられている、冷凍サイクル装置。
2. 請求項１記載の冷凍サイクル装置であって、
   更に、前記貯液器から流出した液相冷媒が流れ込み、空気と熱交換させる下流側熱交換部（４）を備え、
   前記液相流路は前記下流側熱交換部を経由してから前記合流部に至る、冷凍サイクル装置。
3. 請求項２記載の冷凍サイクル装置であって、
   更に、流れこんだ冷媒を空気と熱交換させ前記貯液器に送り出す上流側熱交換部（３）を備える、冷凍サイクル装置。
4. 請求項１記載の冷凍サイクル装置であって、
   前記貯液器から前記合流部までの前記液相流路の平均流路面積を、前記貯液器から前記合流部までの前記気相流路の平均流路面積よりも小さくする、請求項１記載の冷凍サイクル装置。
5. 請求項１記載の冷凍サイクル装置であって、
   更に、流出先切替部を前記液相流路に備え、
   前記流出先切替部は、冷房運転時には前記液相流路の接続先を減圧弁にし、暖房運転時には前記液相流路の接続先を前記合流部にする、冷凍サイクル装置。
6. 請求項１記載の冷凍サイクル装置であって、
   更に、液相冷媒調整部（２２）を前記合流部よりも上流側の前記液相流路に備え、
   前記液相冷媒調整部は、前記液相流路を流れる冷媒の流量を調整する、冷凍サイクル装置。
7. 請求項１記載の冷凍サイクル装置であって、
   更に、気相冷媒調整部（２３）を前記合流部よりも上流側の前記気相流路に備え、
   前記気相冷媒調整部は、前記気相流路を流れる冷媒の流量を調整する、冷凍サイクル装置。
8. 熱交換器であって、
   内部を通過する冷媒と空気とを熱交換させる上流側熱交換部（３）と、
   前記上流側熱交換部から流出した気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離し液相冷媒を溜める貯液器（５）と、
   前記貯液器から液相冷媒を流出させる液相流路（１２，４，１４）と、
   前記貯液器から気相冷媒を流出させる気相流路（１３ａ）と、
   前記液相流路と前記気相流路とが合流する合流部（１３ｂ）と、を備える熱交換器。
9. 請求項８記載の熱交換器であって、
   更に、前記貯液器から流出した液相冷媒が流れ込み、空気と熱交換させる下流側熱交換部（４）を備え、
   前記液相流路は前記下流側熱交換部を経由してから前記合流部に至る、熱交換器。
10. 請求項８記載の熱交換器であって、
    前記貯液器及び前記合流部は、前記上流側熱交換部に対して同じ側に設けられている、熱交換器。
11. 請求項９記載の熱交換器であって、
    前記貯液器から液相冷媒が流出する液冷媒流出口と、前記下流側熱交換部から液相冷媒が流出する流出口とが、前記下流側熱交換部に対して同じ側に設けられている、熱交換器。
12. 請求項１１記載の熱交換器であって、
    前記下流側熱交換部は、下流側コア（４２）と、バイパス流路（４４）と、を有しており、
    前記下流側コアを構成するチューブの流路断面積と、前記バイパス流路の流路断面積とは異なるように構成され、
    前記貯液器から流出した液冷媒が前記バイパス流路を通って、前記下流側熱交換部の反対側に搬送される、熱交換器。
13. 請求項９記載の熱交換器であって、
    前記上流側熱交換部が有する上流側フィンと、前記下流側熱交換部が有する下流側フィンとの形状が互いに異なる、熱交換器。

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