JP6481824B2 - ヒートポンプ式空調装置 - Google Patents

Description

この発明は、暖房運転時にヒートポンプサイクルを利用するヒートポンプ式空調装置に関するものである。

電気自動車等のエンジンを具備しない車両等においては、ヒートポンプサイクルを利用して暖房運転を行う空調装置が用いられることがある。

車両等で用いられるヒートポンプ式空調装置の多くは、暖房用冷媒回路と冷房用冷媒回路を有し、両冷媒回路でコンプレッサや室外熱交換器が共用されている。また、コンプレッサの上流側（吸入側）には、暖房用冷媒回路と冷房用冷媒回路で共用される気液分離器が設けられることがある。この気液分離器は、コンプレッサに吸い込まれる低圧の冷媒を気体分と液体分とに分離し、気体分を優先してコンプレッサに流入させる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のヒートポンプ式空調装置で用いられる気液分離器は、液体分が滞留する滞留室の上方にコンプレッサの吸入通路が接続されている。

特開２００６−３０２２号公報

上述のようなヒートポンプ式空調装置においては、暖房運転時や冷房運転時に気液分離器の滞留室内に冷媒の液体分が適切に滞留することにより、冷媒回路内を循環する冷媒の流量が調整される。暖房運転時には、比較的多くの冷媒の液体分が貯留室内に滞留して冷媒回路内を循環する冷媒量が減少し、冷房運転時には、冷媒の液体分が殆ど貯留室内に滞留せずに冷媒回路内を循環する冷媒量が増大する。

ところで、冷媒回路内を循環する冷媒には、通常、コンプレッサ等の冷媒回路内の機器の摺動部を潤滑するために潤滑油が混入されている。そして、冷媒に混入されている潤滑油は、冷媒とともに冷媒回路内を循環し、気液分離器内において、冷媒の液体分とともに貯留室内に一部滞留する。

ヒートポンプ式空調装置では、暖房運転時に、室外熱交換器が低温環境下で外気と熱交換を行わなければならないため、冷媒をコンプレッサで高圧に圧縮し、その高圧に圧縮した冷媒を室外熱交換器の入り口側で急激に膨張させなければならない。このため、ヒートポンプ式空調装置においては、暖房運転時にコンプレッサを高回転で運転するときに、その高回転に充分に耐え得るように冷媒回路内を循環する潤滑油の流量を増大させなければならない。

しかしながら、ヒートポンプ式空調装置において、冷媒中に混入する潤滑油の量を増大させると、冷房運転中に冷媒流路内を循環する潤滑油の流量も増大するため、冷房運転時における熱交換効率が低下してしまう。即ち、冷房運転時に冷媒回路内を循環する潤滑油の流量が必要以上に増大すると、室内熱交換器や室外熱交換器の内壁に潤滑油が大量に付着し、その付着した潤滑油が室内熱交換器や室外交換器の伝熱効率を低下させる原因となり易いうえ、潤滑油の混入量の増大によってコンプレッサに送り込まれる冷媒量が実質的に減少してしまう。冷房運転時における熱交換効率は、これらの原因によって低下してしまう。

そこでこの発明は、暖房運転時には充分な流量の潤滑油を冷媒回路内に循環させることができ、しかも、冷房運転時には熱交換効率を高く維持することができるヒートポンプ式空調装置を提供しようとするものである。

この発明に係るヒートポンプ式空調装置は、上記課題を解決するために、コンプレッサ（例えば、実施形態のコンプレッサ２１）によって圧縮した冷媒を暖房用室内熱交換器（例えば、実施形態の暖房用室内熱交換器５５）で室内空気と熱交換した後に暖房用膨張弁（例えば、実施形態の暖房用膨張弁２２）で減圧し、その冷媒を室外熱交換器（例えば、実施形態の室外熱交換器２４）で外気と熱交換した後に気液分離器（例えば、実施形態の気液分離器３３）を経由して前記コンプレッサに戻す暖房用冷媒回路と、コンプレッサによって圧縮した冷媒を室外熱交換器で外気と熱交換した後に冷房用膨張弁（例えば、実施形態の冷房用膨張弁２９）で減圧し、その冷媒を冷房用室内熱交換器（例えば、実施形態のエバポレータ５３）で室内空気と熱交換した後に気液分離器を経由して前記コンプレッサに戻す冷房用冷媒回路と、を備え、前記暖房用冷媒回路と前記冷房用冷媒回路とが前記コンプレッサと前記気液分離器を共用するヒートポンプ式空調装置であって、前記気液分離器は、分離された液体分が滞留する滞留室（例えば、実施形態の滞留室７１）と、前記滞留室内に上下方向に略沿うように配置され、冷媒の気体分が上部から内部に流入するようにガイドするガイドパイプ（例えば、実施形態のガイドパイプ７２）と、前記ガイドパイプの内側に配置されて気体分を主に前記コンプレッサに戻す導出孔（例えば、実施形態の導出孔７０ａ）と、を有し、前記滞留室内には、前記ガイドパイプ及び前記導出孔の配置されない第１室（例えば、実施形態の第１室７５）と前記ガイドパイプ及び前記導出孔の配置される第２室（例えば、実施形態の第２室７６）とに隔成する仕切壁（例えば、実施形態の仕切壁７４）と、冷房運転時に、冷媒に混入している前記潤滑油を前記気液分離器内で前記第１室に流入させる潤滑油導入部（例えば、実施形態の内周面６５ａ）と、が設けられ、前記仕切壁の高さは、前記導出孔の高さよりも高く設定されるようにした。

これにより、暖房運転時には、コンプレッサで圧縮されて高温高圧になった冷媒が暖房用室内熱交換器で熱交換して室内空気を暖め、その冷媒が暖房用膨張弁で減圧される。暖房用膨張弁を通過して低温低圧になった冷媒は室外熱交換器で外気の熱を取り入れて一部気化し、その後に気液分離器に流入する。気液分離器に流入した冷媒は、冷媒に混入している潤滑油とともに液体分が滞留室内の第１室と第２室とに滞留する。そして、気液分離器内の冷媒の気体分は、滞留室内に滞留している冷媒の液体分と潤滑油とともに導出孔を通してコンプレッサに吸い込まれる。暖房用冷媒回路には、導出孔から吸い上げられた潤滑油が循環する。
また、冷房運転時には、コンプレッサで圧縮されて高温高圧になった冷媒が室外熱交換器で外気と熱交換し、その後に冷房用膨張弁で減圧される。冷房用膨張弁を通過して低温低圧になった冷媒は、冷房用室内熱交換器で室内空気の熱を取り込んで一部が気化し、そのとき室内空気を冷却する。冷房用室内熱交換器を通過した冷媒は気液分離器に流入する。このとき冷媒とともに気液分離器内に流入した潤滑油は、潤滑油導入部を通して第１室内に滞留し、第１室内を満たした後に仕切壁を乗り越えて第２室内に流入し、第２室内にも滞留する。そして、気液分離器内の冷媒の気体分は、第２室内に滞留している潤滑油の一部とともに導出孔を通してコンプレッサに吸い込まれる。冷房用冷媒回路には、導出孔から吸い上げられた潤滑油が循環するが、このとき循環する潤滑油の流量は、気液分離器の第１室内に潤滑油が滞留する分だけ制限される。

前記仕切壁は、暖房運転時に、前記滞留室に流入した冷媒と潤滑油の混合液内に没する高さに設定されることが望ましい。

この場合、暖房運転時に、気液分離器に流入した冷媒と潤滑油の液分とは、滞留室内の広いスペースで混合される。このため、暖房運転時には、冷媒と潤滑油が充分に混合した状態でコンプレッサに吸い込まれる。したがって、暖房運転時に冷媒回路内を流れる潤滑油の流量が安定する。

前記潤滑油導入部は、前記滞留室の内周面によって構成され、前記仕切壁は、前記滞留室内の底部側を径方向内外で仕切る筒体によって構成され、前記仕切壁によって仕切られた前記滞留室内の外側部分が前記第１室とされるとともに、内側部分が前記第２室とされるようにしても良い。

この場合、冷房運転時に冷媒とともに気液分離器内に流入した潤滑油は、滞留室の内周面を伝って筒体の外側の第１室内に滞留し、第１室内を満たした後に筒体の上端部を乗り越えて内側の第２室内に流入する。コンプレッサには、筒体の内側の第２室に滞留している潤滑油のみが吸い込まれるようになる。
この構成
においては、極めて簡単な構造でありながら、冷房運転時に、潤滑油を第１室内に確実に滞留させておくことができる。

前記暖房用冷媒回路と前記冷房用冷媒回路は、前記コンプレッサと前記室外熱交換器と前記気液分離器とを共用し、前記室外熱交換器の下流部には、前記冷房用膨張弁と前記冷房用室内熱交換器を経由して前記気液分離器に接続される冷房用主通路（例えば、実施形態の冷房用主通路４３）と、前記冷房用膨張弁と前記冷房用室内熱交換器を迂回して前記気液分離器に接続される暖房用バイパス通路（例えば、実施形態の暖房用バイパス通路４４）と、が切り換え可能に接続され、前記コンプレッサの吐出部には、前記暖房用室内交換器と前記暖房用膨張弁を経由して前記室外熱交換器の上流部に接続される暖房用主通路（例えば、実施形態の暖房用主通路９４）と、前記暖房用室内交換器と前記暖房用膨張弁を迂回して前記室外熱交換器の上流部に接続される冷房用バイパス通路（例えば、実施形態の冷房用バイパス通路９６）と、が切り換え可能に接続されるようにしても良い。

この場合、冷房運転時には、コンプレッサの吐出部から吐出された冷媒が、冷房用バイパス通路と冷房用主通路を通って気液分離器に流入し、暖房運転時には、コンプレッサの吐出部から吐出された冷媒が、暖房用主通路と暖房用バイパス通路を通って気液分離器に流入する。冷房運転時には、冷媒が冷房用バイパス通路を通って暖房用室内熱交換器を迂回するため、冷房運転時に暖房用室内熱交換器で不要な熱損失を招くことがなくなる。また、冷房運転時に暖房用室内熱交換器内に冷媒が流れないため、冷房運転時に暖房用室内熱交換器で放熱が行われて、内部に液化した冷媒及び潤滑油が滞留するのを防止することができる。また、冷房運転時には、冷媒が冷房用バイパス通路を通って暖房用室内熱交換器を迂回するため、冷媒の通過する配管が短くなる。このため、冷房用冷媒回路内における圧力損失を少なくすることができる。

前記コンプレッサの吐出部には、前記暖房用主通路と前記冷房用バイパス通路を選択的に切り換える三方弁（例えば、実施形態の三方弁９５）が設けられるようにしても良い。

この発明によれば、暖房用冷媒回路と冷房用冷媒回路で共用する気液分離器に、冷房運転時に、滞留室内の第１室内に潤滑油を滞留させて、コンプレッサに吸い込まれる潤滑油の流量を制限する仕切壁が設けられている。このため、暖房運転時には充分な流量の潤滑油を冷媒回路内に循環させ、かつ、冷房運転時には冷媒回路内を循環する潤滑油の流量を制限して熱交換効率を高く維持することができる。

この発明の一実施形態に係るヒートポンプ式空調装置の構成図である。 この発明の一実施形態に係るヒートポンプ式空調装置の作動説明図である。 この発明の一実施形態に係るヒートポンプ式空調装置の作動説明図である。 この発明の一実施形態に係る気液分離器の縦断面図である。 この発明の一実施形態に係る気液分離器の縦断面図である。 この発明の他の実施形態に係るヒートポンプ式空調装置の構成図である。

以下、この発明の一実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、この実施形態に係るヒートポンプ式空調装置１０の構成図である。
この実施形態に係るヒートポンプ式空調装置１０（以下、「空調装置１０」と呼ぶ。）は、例えば車両駆動源としてのエンジン（内燃機関）を具備していない電気自動車等に搭載される。具体的には、空調装置１０は、空調ユニット１１と、冷媒が循環可能なヒートポンプサイクル１２と、制御装置１３と、を主に備えている。

空調ユニット１１は、空調空気が流通するダクト５１と、このダクト５１内に収容されたブロワ５２、エバポレータ５３（冷房用室内熱交換器）、エアミックスドア５４、暖房用室内熱交換器５５、及びヒータコア５６と、を備えている。
ダクト５１は、空調空気の流通方向における上流側に位置する空気取込口５７、及び下流側に位置する空気吹き出し口５８を有している。そして、上述したブロワ５２、エバポレータ５３、エアミックスドア５４、暖房用室内熱交換器５５、及びヒータコア５６は、流通方向の上流側から下流側に向けてこの順で配置されている。

ブロワ５２は、例えば制御装置１３の制御により印加される駆動電圧に応じて駆動し、空気取込口５７を通してダクト５１内に取り込まれた空調空気（内気及び外気の少なくとも一方）を、下流側に向けて送出する。

エバポレータ５３は、内部に流入した低圧の冷媒と車室内雰囲気（ダクト５１内）との間で熱交換を行い、例えば冷媒が蒸発する際の吸熱によって、エバポレータ５３を通過する空調空気を冷却する。

暖房用室内熱交換器５５は、内部に流入した高温かつ高圧の冷媒によって放熱可能であって、例えば暖房用室内熱交換器５５を通過する空調空気を加熱する。

ヒータコア５６は、ダクト５１内における暖房用室内熱交換器５５よりも下流側に配置されている。ヒータコア５６は、配管６１を通して水加熱電気ヒータ６２、及びウォータポンプ６３に接続されている。ヒータコア５６は、ウォータポンプ６３の動作により、水加熱電気ヒータ６２との間で水が循環するようになっている。そして、水加熱電気ヒータ６２により加熱された水がヒータコア５６に供給されることで、ヒータコア５６を通過する空調空気を加熱する。

エアミックスドア５４は、例えば制御装置１３の制御により駆動する駆動手段（不図示）によって回動可能とされている。具体的に、エアミックスドア５４は、ダクト５１内のうち、暖房用室内熱交換器５５及びヒータコア５６に向かう通風経路（加熱経路）を開放する加熱位置（図２参照）と、加熱経路を迂回する通風経路（冷却経路）を開放する冷却位置（図３参照）と、の間で回動する。

ヒートポンプサイクル１２は、例えば、上述したエバポレータ５３及び暖房用室内熱交換器５５と、コンプレッサ２１、暖房用膨張弁２２、バイパス弁２３、室外熱交換器２４、冷房弁２６、レシーバタンク２５、サブコンデンサ２７、逆止弁２８、冷房用膨張弁２９、冷房用補助熱交換器３１、暖房弁３２、気液分離器３３、除湿弁３４、及び蒸発能力制御弁３５と、を備え、これら各構成部材が冷媒流路を介して接続されている。

コンプレッサ２１は、気液分離器３３と暖房用室内熱交換器５５との間に接続されている。コンプレッサ２１は、例えば制御装置１３の制御により駆動する駆動手段の駆動力によって駆動され、気液分離器３３から冷媒の主に気体分を吸入するとともに、この冷媒を圧縮した後、高温かつ高圧の冷媒として上述した暖房用室内熱交換器５５に吐出する。

暖房用膨張弁２２は、いわゆる絞り弁であって、暖房用室内熱交換器５５から吐出された冷媒を、膨張させた後、低温かつ低圧で気液２相（液相リッチ）の噴霧状の冷媒として室外熱交換器２４に吐出する。
なお、コンプレッサ２１の突出部から暖房用室内熱交換器５５を経由して暖房用膨張弁２２に至る通路は、高圧側主通路４１とされている。

バイパス弁２３は、暖房用室内熱交換器５５の下流部において、高圧側主通路４１の暖房用膨張弁２２を迂回して室外熱交換器２４に接続されるバイパス通路４２上に設けられ、例えば制御装置１３により開閉制御される。なお、バイパス弁２３は、暖房運転の実行時には閉状態とされ、冷房運転の実行時には開状態とされる。
これにより、例えば、暖房運転の実行時には、暖房用室内熱交換器５５から流出した冷媒は暖房用膨張弁２２を通過して低温かつ低圧の状態で室外熱交換器２４に流入する。
一方、冷房運転の実行時には、暖房用室内熱交換器５５から流出した冷媒はバイパス弁２３を通過して高温の状態で室外熱交換器２４に流入する。

室外熱交換器２４は、内部に流入した冷媒と室外雰囲気との熱交換を行なう。また、室外熱交換器２４の前方には、室外熱交換器２４に向けて送風可能なファン２４ａが配設されている。なお、ファン２４ａは、例えば制御装置１３の制御により駆動される。

室外熱交換器２４は、暖房運転の実行時には、内部に流入する低温かつ低圧の冷媒によって室外雰囲気から吸熱可能であって、例えば室外雰囲気からの吸熱によって冷媒を気化させる。
一方、冷房運転の実行時には、室外熱交換器２４は、内部に流入する高温の冷媒によって室外雰囲気へと放熱可能であって、例えば室外雰囲気への放熱及びファン２４ａの送風によって冷媒を冷却する。

冷房弁２６は、冷媒流路のうち、室外熱交換器２４の下流部に接続された冷房用主通路４３上に設置され、例えば制御装置１３により開閉制御される。冷房弁２６は、冷房運転の実行時には開状態とされ、暖房運転の実行時には閉状態とされる。

レシーバタンク２５は、冷房用主通路４３のうち、冷房弁２６の下流側に設置されている。レシーバタンク２５は、室外熱交換器２４を通過して冷房用主通路４３内に流入した冷媒のうち、気相の冷媒（冷媒の気体分）を回収する。すなわち、レシーバタンク２５は、冷房用主通路４３内に流入した冷媒のうち、液相の冷媒（冷媒の液体分）のみを冷房用主通路４３の下流側へ流通させるようになっている。

サブコンデンサ２７は、冷房用主通路４３のうち、レシーバタンク２５よりも下流側に設置され、内部に流入した冷媒と室外雰囲気との間で熱交換を行う。

逆止弁２８は、冷房用主通路４３のうち、サブコンデンサ２７よりも下流側に設置されている。逆止弁２８は、冷房運転の実行時において、サブコンデンサ２７を通過した冷媒を下流側に向けて流通させ、除湿運転の実行時において、冷房用主通路４３のうち、逆止弁２８よりも上流側（サブコンデンサ２７側）への冷媒の逆流を防止する。

冷房用膨張弁２９は、いわゆる絞り弁であって、冷房用主通路４３のうちの、逆止弁２８とエバポレータ５３の流入口との間に接続されている。冷房用膨張弁２９は、例えば制御装置１３によって制御される弁開度に応じて逆止弁２８を通過した冷媒を、膨張させた後、低温かつ低圧で気液２相（気相リッチ）の噴霧状の冷媒としてエバポレータ５３に吐出する。

冷房用補助熱交換器３１は、冷房用主通路４３のうち、冷房用膨張弁２９よりも上流側に位置する上流部分と、エバポレータ５３よりも下流側に位置する下流部分と、の間を跨るように配置されている。冷房用補助熱交換器３１は、冷房運転の実行時において、上述した上流部分及び下流部分の間で熱交換を行い、上流部分の冷媒をエバポレータ５３内に流入する前に冷却する。
なお、この実施形態における冷房用主通路４３は、室外熱交換器２４の下流部から冷房弁２６、レシーバタンク２５、サブコンデンサ２７、逆止弁２８、冷房用補助熱交換器３１、冷房用膨張弁２９、エバポレータ５３、蒸発能力制御弁３５を経由して気液分離器３３に接続される通路である。

暖房弁３２は、冷房用主通路４３を迂回して室外熱交換器２４の下流部と気液分離器３３を接続する暖房用バイパス通路４４上に設置されている。暖房弁３２は、例えば制御装置１３により開閉制御される。暖房弁３２は、暖房運転の実行時には開状態とされ、冷房運転の実行時には閉状態とされる。

気液分離器３３は、冷房用主通路４３の下流端と暖房用バイパス通路４４の下流端を接続する合流部４６と、上述したコンプレッサ２１と、の間に接続されている。気液分離器３３は、合流部４６から流出した冷媒の気液を分離し、主に気相の冷媒をコンプレッサ２１に吸入させる。

除湿弁３４は、冷房用主通路４３における逆止弁２８よりも下流側に位置する部分と、高圧側主通路４１における暖房用室内熱交換器５５よりも下流側に位置する部分と、を接続する除湿流路４８上に設置され、例えば制御装置１３により開閉制御される。除湿弁３４は、除湿運転の実行時に開状態とされ、それ以外の運転（冷房運転及び暖房運転）の実行時には閉状態とされる。

蒸発能力制御弁３５は、冷房用主通路４３のうち、エバポレータ５３と冷房用補助熱交換器３１との間に設置され、例えば制御装置１３により開閉制御される。蒸発能力制御弁３５は、除湿運転の実行時において、冷房運転の実行時に比べて開度が小さくなるように制御される。

ここで、この実施形態においては、暖房運転時に冷媒が内部を循環する暖房用冷媒回路と、冷房運転時に冷媒が内部を循環する冷房用冷媒回路と、を備え、両冷媒回路が、コンプレッサ２１と室外熱交換器２４と気液分離器３３を共用している。
暖房用冷媒回路は、暖房用室内熱交換器５５と暖房用膨張弁２２を経由して、コンプレッサ２１の吐出部と室外熱交換器２４の上流部を接続する高圧側主通路４１と、冷房用主通路４３を迂回して室外熱交換器２４の下流部と気液分離器３３を接続する暖房用バイパス通路４４と、を有している。また、冷房用冷媒回路は、冷房用膨張弁２９やエバポレータ５３を経由して室外熱交換器２４の下流部と気液分離器３３を接続する冷房用主通路４３と、暖房用室内熱交換器５５を経由する高圧側主通路４１の一部とバイパス通路４２とから成り暖房用膨張弁２２を迂回してコンプレッサ２１の吐出部と室外熱交換器２４の上流部を接続する通路と、を有している。

また、暖房用冷媒回路と冷房用冷媒回路を含む冷媒回路内には、内部を循環する冷媒が充填されているが、その冷媒には、コンプレッサ２１等の回路内の機器の摺動部を潤滑するための潤滑油が混入されている。潤滑油は、コンプレッサ２１を高回転で作動する必要のある暖房運転時を想定し、暖房運転時にコンプレッサ２１を充分に潤滑し得る量が冷媒に混入されている。

また、制御装置１３は、例えば車室内に配設された図示しないスイッチ等を介して操作者により入力された指令信号等に基づいて、空調装置１０の運転を制御する。さらに、制御装置１３は、空調装置１０の運転を暖房運転や冷房運転、除湿運転等に切り替え制御する。

次に、上述した空調装置１０の動作について説明する。図２は、暖房運転時における空調装置１０の動作を示す説明図であり、図３は、冷房運転時における空調装置１０の動作を示す説明図である。なお、図中において、鎖線は冷媒の高圧状態、実線は冷媒の低圧状態を示し、破線は冷媒の流通しない部分を示している。

（暖房運転）
暖房運転時には、図２に示すように、エアミックスドア５４は加熱経路を開放する加熱位置とされ、暖房弁３２は開状態とされる。なお、暖房運転時において、バイパス弁２３、冷房弁２６、除湿弁３４、及び蒸発能力制御弁３５は閉状態とされる。

この場合、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒は、暖房用室内熱交換器５５における放熱によってダクト５１内の空調空気を加熱する。
そして、暖房用室内熱交換器５５を通過した冷媒は、暖房用膨張弁２２によって膨張させられて液相リッチの気液２相の噴霧状とされ、その後、室外熱交換器２４において室外雰囲気から吸熱して気相リッチの気液２相の噴霧状となる。室外熱交換器２４を通過した冷媒は、暖房用バイパス通路４４と合流部４６を通って気液分離器３３に流入する。気液分離器３３に流入した冷媒は、その内部において気液分離され、主に気相の冷媒（冷媒の液体分）がコンプレッサ２１に吸入される。

このとき、空調ユニット１１のダクト５１内を流れる空調空気は、エバポレータ５３を通過した後、加熱経路内で暖房用室内熱交換器５５及びヒータコア５６を通過する。そして、空調空気は、暖房用室内熱交換器５５及びヒータコア５６を通過する際に加熱された後、吹き出し口５８を通って車室内に暖房として供給される。

（冷房運転）
冷房運転時には、図３に示すように、エアミックスドア５４はエバポレータ５３を通過した空調空気が冷却経路を通過する冷却位置とされるとともに、バイパス弁２３、冷房弁２６、及び蒸発能力制御弁３５は開状態とされる。なお、暖房用膨張弁２２、暖房弁３２及び除湿弁３４は閉状態とされる。

この場合、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒は、暖房用室内熱交換器５５とバイパス弁２３とを通過して、室外熱交換器２４において室外雰囲気へと放熱された後、冷房用主通路４３内に流入する。そして、冷媒は、レシーバタンク２５で気相の冷媒が回収された後、サブコンデンサ２７において室外雰囲気へと再び放熱される。その後、冷媒は冷房用膨張弁２９によって膨張させられて液相リッチの気液２相の噴霧状とされ、次に、エバポレータ５３における吸熱によってダクト５１内の空調空気を冷却する。
そして、エバポレータ５３を通過した気相リッチの気液２相の冷媒は、冷房用補助熱交換器３１において熱交換された後、気液分離器３３内に流入する。気液分離器３３に流入した気相リッチの冷媒は、その内部において気液分離され、主に気相の冷媒（冷媒の気体分）がコンプレッサ２１に吸入される。

このとき、空調ユニット１１のダクト５１内を流れる空調空気は、エバポレータ５３を通過する際に冷却された後、暖房用室内熱交換器５５を迂回して吹き出し口５８から車室内に冷房として供給される。

つづいて、この実施形態の空調装置１０で用いられる気液分離器３３について説明する。
図４，図５は、気液分離器３３の縦断面図であり、図４は、冷房運転時における気液分離器３３の内部の様子を示し、図５は、暖房運転時における気液分離器３３の内部の様子を示している。
気液分離器３３は、円柱状の筒状容器によってハウジング６５が構成され、そのハウジング６５の上壁に、冷房用主通路４３や暖房用バイパス通路４４に接続される導入側接続口６６と、コンプレッサ２１の吸入部に接続される導出側接続口６７とが設けられている。

ハウジング６５内の上部には、導入側接続口６６を通して内部に流入した冷媒をハウジング６５の内周面６５ａに向かって誘導するガイド壁６８が設置されている。ガイド壁６８は、上面視が略円形状に形成されるとともに、外周縁部に下方に向かって屈曲するガイドフランジ６８ａが設けられている。ガイドフランジ６８ａは、ハウジング６５の内周面６５ａに対して隙間をもって対峙しており、その隙間を冷媒と潤滑油が通過する際に、潤滑油がハウジング６５の内周面６５ａに付着し易いように設定されている。なお、この実施形態においては、ハウジング６５の内周面６５ａが潤滑油導入部を構成している。

また、ガイド壁６８には、上端部が導出側接続口６７に接続され下端側がハウジング６５内の底壁の近傍部まで延出する導出パイプ６９が取り付けられている。導出パイプ６９の下端には、導出パイプ６９の内外を連通する複数の導出孔７０ａを有する端部部品７０が取り付けられている。また、導出パイプ６９の径方向外側には、導出パイプ６９よりも径の大きいガイドパイプ７２が導出パイプ６９と同軸に配置されている。ガイドパイプ７２は、下端部がハウジング６５内の底面に固定されるとともに、上端部がガイド壁６８のガイドフランジ６８ａの径方向内側の空間部に開口している。ハウジング６５内に導入された冷媒の気体分は、ガイドパイプ７２の上端部からガイドパイプ７２と導出パイプ６９の間の隙間を通り、端部部品７０の導出孔７０ａとガイドパイプ７２の内部を通過してコンプレッサ２１の吸入部に吸入される。
なお、ガイドパイプ７２の下端近傍の周壁部には後述する連通孔７３が形成されている。

ハウジング６５内の底部側は、導入側接続口６６から導入された冷媒の液体分とその冷媒に混入している潤滑油が滞留する滞留室７１とされている。また、ハウジング６５内の底部には、ガイドパイプ７２の外側を取り囲む仕切壁７４が突設されている。この実施形態の場合、仕切壁７４は円形の筒体によって構成されている。仕切壁７４は、滞留室７１内を径方向外側の円環状の第１室７５と、径方向内側の円形の第２室７６とに隔成する。第１室７５の外側の周面は、潤滑油導入部であるハウジング６５の内周面６５ａによって構成されており、第２室７６内には、ガイドパイプ７２と導出パイプ６９の下端が配置されている。また、仕切壁７４の高さは、導出パイプ６９の下端の導出孔７０ａの高さよりも高く設定されている。
なお、第２室７６内に流入した冷媒の液体分や潤滑油は、ガイドパイプ７２の下端近傍の連通孔７３を通してガイドパイプ７２の内側領域に流入する。そして、ガイドパイプ７２内の冷媒の液体分や潤滑油の液面は、第２室７６内の液面高さと同高さとなる。

ハウジング６５内で気液分離された冷媒の液体分や潤滑油は、ハウジング６５の内周面６５ａに沿って滞留室７１内の第１室７５に流入し、第１室７５を満たした後に仕切壁７４を乗り越えて第２室７６内に流入する。そして、ハウジング６５内で気液分離される液体分がさらに増大すると、仕切壁７４の上端部が気液分離された液体内に没する。
この実施形態の場合、冷媒の液体分が大量に分離されて滞留室７１内に滞留する暖房運転時には、仕切壁７４の上端部が気液分離された液体内に没するように設定されている。また、冷媒の液体分が滞留室７１内に殆ど滞留せず、主に冷媒中の潤滑油が滞留室７１内に滞留する冷房運転時には、第２室７６内の液面が第１室７５内の液面よりも低くなり、その液面の低い第２室７６から導出孔７０ａを通して潤滑油がコンプレッサ２１に吸い込まれる。
なお、図４，図５中の符号９０は、気液分離器３３のハウジング６５内に設置されて冷媒中に混入した水分を乾燥させるための乾燥剤である。また、図４中の符号Ｌ１は、第１室７５と第２室７６とに滞留した潤滑油であり、図５中の符号Ｌ２は、滞留室７１内に滞留した冷媒と潤滑油の混合液である。

つづいて、冷房運転時と暖房運転時における気液分離器３３の機能について説明する。
冷房運転時には、冷房用主通路４３内のエバポレータ５３を通過した冷媒が気液分離器３３の導入側接続口６６を通ってハウジング６５内に流入する。導入側接続口６６からハウジング６５内に流入した冷媒は、ガイド壁６８に誘導されてハウジング６５の内周面６５ａに沿って滞留室７１方向に進み、この間に気液が分離される。

気液分離された冷媒中の液体分と潤滑油とは、図４に示すように、潤滑油導入部であるハウジング６５の内周面６５ａを伝って滞留室７１の第１室７５内に流入し、第１室７５内を満たした後に仕切壁７４を乗り越えて第２室７６内に流入する。これにより、冷媒中の液体分と潤滑油とが第１室７５と第２室７６とに滞留する。ただし、冷房運転時には、冷媒が液体分として滞留室７１内に多量に滞留せず、滞留室７１には主として潤滑油が滞留する。

一方、気液分離された冷媒中の気体分は、滞留室７１の上方においてガイドパイプ７２と導出パイプ６９の上部側の隙間を通ってガイドパイプ７２の下方に進み、導出パイプ６９の下端の導出孔７０ａを通り、導出パイプ６９と導出側接続口６７を経てコンプレッサ２１の吸入部に吸い込まれる。また、このとき導出パイプ６９の下端の導出孔７０ａは第２室７６内の潤滑油を主とする液面下に位置しているため、冷媒の気体分が導出孔７０ａを通ってコンプレッサ２１に吸い込まれるときに、第２室７６内の潤滑油が冷媒の気体分と合わせてコンプレッサ２１に吸い込まれる。

このように冷房運転時には、気液分離器３３からコンプレッサ２１の吸入部には第２室７６内に滞留されている潤滑油のみが吸い込まれ、第１室７５内には一定量の潤滑油が滞留されたままとなる。このため、気液分離器３３からコンプレッサ２１に吸い込まれて冷媒回路内を循環する潤滑油の流量は第１室７５による滞留によって制限される。したがって、冷房運転時には、冷媒回路内を循環する潤滑油の流量が適切に調整され、多量の潤滑油がエバポレータ５３や室外熱交換器２４の内壁に付着してこれらの伝熱効率が低下するのを抑制することができる。また、過剰な潤滑油がコンプレッサ２１に送り込まれることがないため、冷媒回路中を循環する冷媒量が実質的に減少することもない。

一方、暖房運転時には、室外熱交換器２４を通過した冷媒が暖房用バイパス通路４４と気液分離器３３の導入側接続口６６を通ってハウジング６５内に流入する。導入側接続口６６からハウジング６５内に流入した冷媒は、混入している潤滑油とともにガイド壁６８に誘導されて、ハウジング６５の内周面６５ａに沿って滞留室７１方向に進み、この間に気液が分離される。
暖房運転時には、気液分離器３３内で冷媒の液体分が大量に分離されるため、図５に示すように、大量の冷媒の液体分と潤滑油とが混合した状態で滞留室７１内に滞留する。特に、図５に示すように、冷媒と潤滑油の混合液の液面が仕切壁７４の上端部よりも上昇すると、冷媒と潤滑油が充分に混ざった状態で滞留室７１に滞留する。また、気液分離器３３内の冷媒の気体分は、滞留室７１内に滞留している冷媒と潤滑油の混合液とともに導出孔７０ａを通してコンプレッサ２１の吸入部に吸い込まれる。これにより、気液分離器３３からコンプレッサ２１には、冷媒と混合している潤滑油が大量に吸い入れられる。この結果、暖房運転時には、大量の潤滑油が冷媒回路内を循環することになり、コンプレッサ２１等の機器の摺動部に充分な量の潤滑油が供給されるようになる。

以上のように、この実施形態に係る空調装置１０においては、冷房運転時に滞留室７１内の第１室７５に潤滑油を滞留させて、コンプレッサ２１に吸い込まれる潤滑油の流量を制限する仕切壁７４が気液分離器３３に設けられている。このため、暖房運転時には、コンプレッサ２１に充分な流量の潤滑油を供給してコンプレッサ２１の摺動部を充分に潤滑することができるとともに、冷房運転時には、冷媒回路内を循環する潤滑油の流量を制限して熱交換効率を高く維持することができる。

特に、この実施形態に係る空調装置１０の場合、気液分離器３３内の仕切壁７４の上端部の高さが、暖房運転時に、滞留室７１に流入した冷媒と潤滑油の混合液内に没する高さに設定されているため、暖房運転には、滞留室７１内の広いスペースで冷媒と潤滑油が充分に混合されることになる。したがって、この空調装置１０では、冷媒と潤滑油が充分に混合した状態でコンプレッサ２１に吸い込まれることになるため、暖房運転時に冷媒回路内を流れる潤滑油の流量を安定させることができる。

また、この実施形態に係る空調装置１０は、気液分離器３３の潤滑油導入部が滞留室７１を含むハウジング６５の内周面６５ａによって構成されるとともに、気液分離器３３の仕切壁７４が滞留室７１の底部側を径方向内外で仕切る筒体によって構成され、仕切壁７４の径方向外側部分が第１室７５とされ、仕切壁７４の径方向内側部分が第２室７６とされている。このため、製造の容易な極めて簡単な構造でありながら、冷房運転時に、潤滑油を第１室７５内に確実に滞留させることができる。

次に、図６に示す他の実施形態について説明する。
この他の実施形態は、冷媒回路の構成だけが異なり、気液分離器３３等の回路内の機器の基本構成はほぼ同様とされている。図６においては、上記の実施形態と共通部分に同一符号を付してある。

この実施形態の空調装置１０の冷媒回路は、上記の実施形態と同様に暖房用冷媒回路と冷房用冷媒回路で、コンプレッサ２１と室外熱交換器２４と気液分離器３３とを共用している。

室外熱交換器の下流部には、冷房用膨張弁２９とエバポレータ５３を経由して気液分離器３３に接続される冷房用主通路４３と、冷房用膨張弁２９とエバポレータ５３を迂回して気液分離器３３に接続される暖房用バイパス通路４４とが、冷房弁２６と暖房弁３２によって切り換え可能に接続されている。

また、コンプレッサ２１の吐出部には、暖房用室内熱交換器５５と暖房用膨張弁２２を経由して室外熱交換器２４の上流部に接続される暖房用主通路９４と、暖房用室内熱交換器５５と暖房用膨張弁２２を迂回して室外熱交換器２４の上流部に接続される冷房用バイパス通路９６とが、コンプレッサ２１の吐出部に設けられた三方弁９５を介して切り換え可能に接続されている。

この実施形態では、冷房運転時には、三方弁９５がコンプレッサ２１の吐出部を冷房用バイパス通路９６側に接続し、暖房弁３２が閉じ冷房弁２６が開くことにより、室外熱交換器２４の下流部を冷房用主通路４３側に接続する。これにより、冷房運転時には、コンプレッサ２１の吐出部から吐出された冷媒が、冷房用バイパス通路９６と冷房用主通路４３を通って気液分離器３３に流入する。
また、暖房運転時には、三方弁９５がコンプレッサ２１の吐出部を暖房用主通路９４側に接続し、冷房弁２６が閉じ暖房弁３２が開くことにより、室外熱交換器２４の下流部を暖房用バイパス通路４４側に接続する。これにより、暖房運転時には、コンプレッサ２１の吐出部から吐出された冷媒が、暖房用主通路９４と暖房用バイパス通路４４を通って気液分離器３３に流入する。

この実施形態の場合、上記の実施形態と異なり、冷房運転時には、三方弁９５による通路の切り換えによってコンプレッサ２１から吐出された冷媒が暖房用室内熱交換器５５の内部を通過することなく直接室外熱交換器２４の上流部に流入する。このため、冷房運転時に暖房用室内熱交換器５５で不要な熱損失を生じないため、冷房効率をより高めることができる。
さらに、実施形態では、冷房運転時に暖房用室内熱交換器５５内に冷媒が流れないことから、冷房運転時に暖房用室内熱交換器５５での放熱によって暖房用室内熱交換器５５の内部に液化した冷媒や潤滑油が滞留するのを防ぐことができる。また、この実施形態の場合、冷房運転時には、冷媒が通路長の短い冷房用バイパス通路９６を通過するため、通路長の長い通路を冷媒が流通することによる不要な圧力損失を低減することができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１０…空調装置（ヒートポンプ式空調装置）
２１…コンプレッサ
２２…暖房用膨張弁
２４…室外熱交換器
２９…冷房用膨張弁
３３…気液分離器
４３…冷房用主通路
４４…暖房用バイパス通路
５３…エバポレータ（冷房用室内熱交換器）
５５…暖房用室内熱交換器
６５ａ…内周面（潤滑油導入部）
７０ａ…導出孔
７１…滞留室
７２…ガイドパイプ
７４…仕切壁
７５…第1室
７６…第２室
９４…暖房用主通路
９５…三方弁
９６…冷房用バイパス通路

Claims (5)

1. コンプレッサによって圧縮した冷媒を暖房用室内熱交換器で室内空気と熱交換した後に暖房用膨張弁で減圧し、その冷媒を室外熱交換器で外気と熱交換した後に気液分離器を経由して前記コンプレッサに戻す暖房用冷媒回路と、
   コンプレッサによって圧縮した冷媒を室外熱交換器で外気と熱交換した後に冷房用膨張弁で減圧し、その冷媒を冷房用室内熱交換器で室内空気と熱交換した後に気液分離器を経由して前記コンプレッサに戻す冷房用冷媒回路と、
   を備え、
   前記暖房用冷媒回路と前記冷房用冷媒回路とが前記コンプレッサと前記気液分離器を共用するヒートポンプ式空調装置であって、
   前記気液分離器は、
   分離された液体分が滞留する滞留室と、
   前記滞留室内に上下方向に略沿うように配置され、冷媒の気体分が上部から内部に流入するようにガイドするガイドパイプと、
   前記ガイドパイプの内側に配置されて気体分を主に前記コンプレッサに戻す導出孔と、を有し、
   前記滞留室内には、
   前記ガイドパイプ及び前記導出孔の配置されない第１室と前記ガイドパイプ及び前記導出孔の配置される第２室とに隔成する仕切壁と、
   冷房運転時に、冷媒に混入している前記潤滑油を前記気液分離器内で前記第１室に流入させる潤滑油導入部と、が設けられ、
   前記仕切壁の高さは、前記導出孔の高さよりも高く設定されていることを特徴とするヒートポンプ式空調装置。
2. 前記仕切壁は、暖房運転時に、前記滞留室に流入した冷媒と潤滑油の混合液内に没する高さに設定されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式空調装置。
3. 前記潤滑油導入部は、前記滞留室の内周面によって構成され、
   前記仕切壁は、前記滞留室内の底部側を径方向内外で仕切る筒体によって構成され、
   前記仕切壁によって仕切られた前記滞留室内の外側部分が前記第１室とされるとともに、内側部分が前記第２室とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式空調装置。
4. 前記暖房用冷媒回路と前記冷房用冷媒回路は、前記コンプレッサと前記室外熱交換器と前記気液分離器とを共用し、
   前記室外熱交換器の下流部には、前記冷房用膨張弁と前記冷房用室内熱交換器を経由して前記気液分離器に接続される冷房用主通路と、前記冷房用膨張弁と前記冷房用室内熱交換器を迂回して前記気液分離器に接続される暖房用バイパス通路と、が切り換え可能に接続され、
   前記コンプレッサの吐出部には、前記暖房用室内交換器と前記暖房用膨張弁を経由して前記室外熱交換器の上流部に接続される暖房用主通路と、前記暖房用室内交換器と前記暖房用膨張弁を迂回して前記室外熱交換器の上流部に接続される冷房用バイパス通路と、が切り換え可能に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式空調装置。
5. 前記コンプレッサの吐出部には、前記暖房用主通路と前記冷房用バイパス通路を選択的に切り換える三方弁が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式空調装置。

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