JP2002162120A

JP2002162120A - 空気調和機の冷凍装置

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Publication number: JP2002162120A
Application number: JP2000352862A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Funada; 和也船田
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP4465860B2

Abstract

(57)【要約】【課題】効果的に冷媒の組成を可変して高負荷時には
効率的な運転を可能とし、低負荷時には冷凍能力を低下
した運転を可能とする。また圧縮機の冷凍機油量を制御
することにより圧縮機の寿命の問題を解決した空気調和
機の冷凍装置を提供する。【解決手段】四方弁２と圧縮機１の吸込側との間の配
管に、混合冷媒のうちの一種類の冷媒を吸収可能な冷凍
機油Ａを封入し、加熱手段を有する冷媒タンク２０を第
１開閉弁２２ａを有する導入管２２により接続したの
で、冷凍サイクル内を循環する混合冷媒の組成を調節し
て、冷凍装置の能力や空気調和機の効率を制御すること
ができる。また、圧縮機の潤滑油に前記冷凍機油を封入
し、前記冷媒タンクに封入される冷凍機油を圧縮機に補
充する冷凍機油制御手段を設けたので、圧縮機の寿命の
問題を解決した空気調和機の冷凍装置を提供することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機の冷凍
装置に係わり、特に非共沸混合冷媒を使用したものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和機の冷凍装置は、図４に
示すように、吸込側にアキュムレータ１ａを備える圧縮
機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁４でな
る減圧装置と、室内熱交換器５とを順次配管接続して冷
凍サイクルを構成している。図４に示す空気調和機の冷
凍装置に非共沸混合冷媒を循環させた場合、混合冷媒が
そのまま循環するため、外気温度が高い場合のように高
負荷運転時には入力が増大してＣＯＰが低下するため、
空気調和機の性能が大きく低下してしまい、また、逆に
低負荷運転時には圧力が低下するため冷凍能力が大幅に
低下してしまうという問題がある。また、通常運転時に
おいてもインバータタイプのように圧縮機の能力を可変
しても冷凍能力を効率的に可変することが出来ない。そ
こで、特開平７−９８１６１に開示されているように、
前記冷凍サイクル内に、混合冷媒の溶け込みが可能な冷
凍機油を封入した冷媒貯蔵容器を設けた冷凍装置が知ら
れている。この冷凍装置は、冷媒貯蔵容器に圧力または
温度変化を与える手段を設け、所定の圧力、温度に設定
することにより、冷凍機油内に所定の比率で混合冷媒が
とけ込み、循環する冷媒の組成比率を変えることを目的
としているものである。しかし、この冷凍装置は、その
実施例において、膨張弁４と並列に冷媒貯蔵容器１３を
設け、さらに、同冷媒貯蔵容器１３の両側に第２開閉弁
１７、第１開閉弁１９を設け、同第２開閉弁１７、第１
開閉弁１９の開度を制御することにより冷媒貯蔵容器１
３内の圧力または温度に変化を与えるようにしているた
め、冷媒貯蔵容器１３内を高圧にするには、高温高温冷
媒を流入させなければならず、高圧、低温にすることが
できないという問題がある。また、起動時やモード切換
の過渡期には圧縮機に封入した冷凍機油が冷媒と共に冷
凍サイクル内に循環してしまい、圧縮機に必要な冷凍機
油の量が確保できず、摺動部が磨耗し、圧縮機の寿命を
短くする可能性がある。そこで、圧縮機にベルトヒータ
を設けて圧縮機のシェルを加熱することにより冷凍機油
が冷媒と共に冷凍サイクル内に循環しないようにしてい
た。しかし、圧縮機のシェルが温まるまでに時間を要す
るため、充分温まる前に起動するとやはり、冷凍機油が
冷媒と共に冷凍サイクル内に循環してしまい、また、温
まったとしても、動作モードによって圧縮機内の冷凍機
油量が多少変化してしまうという問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上述べた問
題点を解決し、第１に、効果的に冷媒の組成を可変して
高負荷時には効率的な運転を可能とし、低負荷時には冷
凍能力を低下した運転を可能とする空気調和機の冷凍装
置を提供すること、第２に、圧縮機の冷凍機油量を制御
することにより圧縮機の寿命の問題を解決した空気調和
機の冷凍装置を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するため、冷媒に非共沸混合冷媒を使用し、圧縮機、
四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器とを順
次配管接続して冷凍サイクルを構成してなる空気調和機
の冷凍装置において、前記四方弁と前記圧縮機の吸込側
との間の配管に第１開閉弁を有する導入管を接続し、同
導入管に冷媒タンクを接続し、同冷媒タンク内に上下の
室に仕切る上下可動可能な仕切板を設け、同冷媒タンク
の上側の室に混合冷媒のうちの一種類の冷媒を吸収可能
な冷凍機油を封入した空気調和機の冷凍装置としてい
る。

【０００５】前記冷媒タンクに、冷凍機油を加熱する加
熱手段を設けた空気調和機の冷凍装置としている。

【０００６】前記加熱手段が、前記冷媒タンクの周囲に
配置される電熱ヒータまたは前記冷凍サイクルの高圧側
の高温ガス冷媒を流通する高圧冷媒管でなる空気調和機
の冷凍装置としている。

【０００７】前記加熱手段が、前記冷凍サイクルの高圧
側の高温ガス冷媒と、同高温ガス冷媒を前記冷媒タンク
の下側の室に導入する第１高圧冷媒管とでなる空気調和
機の冷凍装置としている。

【０００８】前記第１高圧冷媒管に、前記冷媒タンクの
下側の室に導入する高温ガス冷媒の流量を制御する第２
開閉弁を設けた空気調和機の冷凍装置としている。

【０００９】前記仕切板が熱伝導率の高い材料でなる空
気調和機の冷凍装置としている。

【００１０】前記圧縮機が前記冷凍機油を封入した高圧
シェル型でなり、同圧縮機の高圧シェルに前記第１高圧
冷媒管を接続した空気調和機の冷凍装置としている。

【００１１】前記第１高圧冷媒管が、前記高圧シェルの
冷凍機油必要レベル位置より上方に接続されてなる空気
調和機の冷凍装置としている。

【００１２】前記圧縮機に、前記高圧シェル内に封入さ
れた冷凍機油の量を調節する冷凍機油制御手段を設けた
空気調和機の冷凍装置としている。

【００１３】前記冷凍機油制御手段が、前記高圧シェル
の冷凍機油必要レベル位置に設けたオイルレベルセンサ
と、前記第１高圧冷媒管の圧縮機側から分岐して前記冷
媒タンクの上側の室に接続される第２高圧冷媒管と、同
第２高圧冷媒管に介装し、前記オイルレベルセンサの検
出信号に連動して作動する第３開閉弁と前記可動可能な
仕切板とでなる空気調和機の冷凍装置としている。

【００１４】前記冷凍機油がＰＯＥ（ポリオールエステ
ル）または、ＰＶＥ（ポリビニールエーテル）でなる空
気調和機の冷凍装置としている。

【００１５】前記開閉弁が膨張弁でなる空気調和機の冷
凍装置としている。

【００１６】前記冷媒タンクの周囲に、冷凍機油を冷却
する冷却手段を設けた空気調和機の冷凍装置としてい
る。

【００１７】前記冷却手段が、前記冷凍サイクルの低圧
側の冷媒を流通させる低圧冷媒管でなる空気調和機の冷
凍装置としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明によ
る空気調和機の冷凍装置を詳細に説明する。図１は本発
明による空気調和機の冷凍装置の一実施例の冷凍サイク
ルを示す冷媒回路図、図２は冷媒タンクを示す概略説明
図、図３は圧縮機の高圧シェル部を示す概略説明図であ
る。図１に示すように、アキュムレータ１ａを吸込側に
接続した圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、
膨張弁４と、室内熱交換器５とを順次配管接続して冷凍
サイクルを構成している。そして、圧縮機１で圧縮され
た高温高圧冷媒は四方弁２で切換えられ冷房時は室外熱
交換器３に流入して外気と熱交換して凝縮熱を奪われて
液化する。この液体冷媒は膨張弁４から霧状となって吹
出され、室内熱交換器５で室内空気と熱交換して蒸発熱
を奪うことにより室内空気を冷やして気化される。この
低圧低温のガス冷媒はアキュムレータ１ａで気化されな
かった液体冷媒が気化され、このガス冷媒が前記圧縮機
１に循環される。暖房時は、四方弁２で切換えられた高
温高圧冷媒は室内熱交換器５に流入され室内空気と熱交
換して凝縮熱を奪われて室内空気を冷却して液化する。
この場合、室外熱交換器３は蒸発器として働く。

【００１９】そして、前記アキュムレータ１ａと四方弁
２とを結ぶ回路に第１開閉弁２２ａを有する導入管２２
を介して冷媒タンク２０を接続している。この冷媒タン
ク２０は、図２に示すように、内部を上下に可動可能な
仕切板２０ｃにより上下に仕切られており、上部を冷凍
機油Ａを封入した冷媒貯留室２０ａ、下部を加熱室２０
ｂとしている。この仕切板２０ｃは、例えばアルミ合金
や銅等の熱伝導性のよい材料で形成され、図示しない油
圧ポンプにより上下に可動される。前記導入管２２は前
記冷媒貯留室２０ａの天面に接続される。また、前記圧
縮機１は前記冷凍機油Ａを封入した高圧シェル型を使用
し、図３に示すように、この高圧シェル１ｃに第２開閉
弁２１ａを有する第１高圧冷媒管２１の一側を接続し、
他側を前記加熱室２０ｂに接続している。図３に示すよ
うに、前記高圧シェル１ｃには冷凍機油の過不足を検出
するオイルレベルセンサ３０が設けられており、このオ
イルレベルセンサ３０の検出レベルに対応する位置に第
１高圧冷媒管２１の一側を接続するようにしている。ま
た、前記第１高圧冷媒管２１の圧縮機側から第３開閉弁
２３ａを有する第２高圧冷媒管２３を分岐し、同第２高
圧冷媒管２３の他側を前記冷媒タンク２０の冷媒貯留室
２０ａの側面に接続している。

【００２０】前記冷凍サイクルに使用される冷媒はＲ３
２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａの混合冷媒であるＲ４０７Ｃ
の非共沸混合冷媒を使用している。そして、前記冷媒貯
留室２０ａに封入される冷凍機油Ａには、Ｒ１３４ａを
低温で吸収するＰＯＥ（ポリオールエステル）または、
ＰＶＤ（ポリビニールエーテル）を使用している。ま
た、上記実施例において使用した開閉弁（第１、第２、
第３）に電子膨張弁を使用してもよい。

【００２１】以上の構成において、つぎにその動作を説
明するが、まず、高負荷時、及び低負荷時の動作を説明
する。低負荷時、例えば外気温度の低い場合には冷凍サ
イクル内の圧力が低下し、空気調和機の冷凍能力が著し
く低下する。このような場合は、前記第２開閉弁２１ａ
及び第３開閉弁２３ａを閉じ、前記第１開閉弁２２ａを
開放すると共に、前記仕切板２０ｃを下げて冷凍サイク
ル内を循環する低温低圧側冷媒を冷媒タンク２０の冷媒
貯留室２０ａ内に導入し、前記低温低圧側冷媒により同
冷媒貯留室２０ａ内に封入されている前記冷凍機油Ａを
冷やして同冷凍機油ＡにＲ１３４ａを吸収させる。な
お、図２に示すように、冷媒タンク２０の周囲に低圧冷
媒管４１を配置し、同低圧冷媒管４１に低圧冷媒を流通
することにより冷媒タンク２０内の冷凍機油Ａを冷やす
ようにしてもよい。これにより、圧力の低いＲ１３４ａ
の組成割合が減り、高圧のＲ３２，Ｒ１２５がリッチと
なって冷凍サイクル内の圧力を上昇させ冷凍能力を上げ
ることができる。また、高負荷時には、冷凍サイクル内
の圧力が上昇し、空気調和機の効率が著しく低下する。
このような場合は、前記第２開閉弁２１ａを開放して圧
縮機１から高温ガス冷媒を加熱室２０ｂに導入して仕切
板２０ｃを介して前記冷凍機油Ａを加熱し、同冷凍機油
Ａ内に吸収されている圧力の低いＲ１３４ａを冷凍サイ
クル内に循環させる。これにより、圧力の低いＲ１３４
ａの組成割合が増えてリッチになり、冷凍サイクル内の
圧力を低下させ、効率を向上することができる。なお、
図２に示すように、冷媒タンク２０の周囲に電熱ヒータ
または高圧冷媒管４０を配置し、同電熱ヒータに電流を
流すかまたは高圧冷媒管４０に高圧冷媒を流通すること
により冷媒タンク２０内の冷凍機油Ａを加熱するように
してもよい。

【００２２】また、上記実施例において使用した開閉弁
（第１、第２、第３）に電子膨張弁を使用した場合は上
述の他、インバータを使用しなくとも通常運転時の空気
調和機の能力可変運転を可能とする。即ち、室内機から
の要求能力に応じて前記第２膨張弁（２２ａ）の開度を
調節することにより、同第２膨張弁（２２ａ）を介して
冷媒タンク２０の冷媒貯留室２０ａ内に導入される低温
低圧冷媒の量が制限されるので、前記冷凍機油Ａが吸収
するＲ１３４ａの量が制限され、Ｒ１３４ａの組成割合
を自由に制御することができる。例えば、負荷が同じ
で、室内機からの要求能力が大きい場合は、これに対応
して前記第２膨張弁（２２ａ）の開度を大きくすると共
に、仕切板２０ｃを下げて冷凍機油Ａの温度を下げ、同
冷凍機油Ａに多くのＲ１３４ａ冷媒を吸収させ圧力の低
いＲ１３４ａの組成割合を減らして、高圧のＲ３２，Ｒ
１２５をリッチとして冷凍サイクル内の圧力を上昇させ
ることにより、冷凍能力を上げることができる。また、
負荷が同じで、室内機からの要求能力が中程度の場合
は、これに対応して前記第２膨張弁（２２ａ）の開度を
調節し、同冷凍機油Ａに吸収させるＲ１３４ａ冷媒の量
を制限して圧力の低いＲ１３４ａの組成割合を調節し
て、冷凍サイクル内の圧力を調節することにより冷凍能
力を細かく制御することができる。また、負荷が同じ
で、室内機からの要求能力が小さい場合は、前記第２開
閉弁２１ａを開放して圧縮機１から高温ガス冷媒を加熱
室２０ｂに導入して仕切板２０ｃを介して前記冷凍機油
Ａを加熱し、同冷凍機油Ａ内に吸収されている圧力の低
いＲ１３４ａを冷凍サイクル内に循環させる。これによ
り、圧力の低いＲ１３４ａの組成割合が増えてリッチに
なり、冷凍サイクル内の圧力を低下させ、冷凍能力が小
さく、効率の高い運転をすることができる。

【００２３】以上、空気調和機の冷凍能力および効率に
ついて説明したが、つぎに、圧縮機１に必要な冷凍機油
Ａの補充について説明する。従来例の項で説明したが、
圧縮機の起動時には圧縮機１に封入されている前記冷凍
機油Ａは冷凍サイクル内に飛び出し、潤滑油として必要
な量を確保出来なくなる。そこで、このような場合、前
記冷媒タンク２０の冷媒貯留室２０ａに封入されている
前記冷凍機油Ａを圧縮機１に補充するようにしている。
即ち、圧縮機１の高圧シェル１ｃに備える前記オイルレ
ベルセンサ３０が冷凍機油の不足を検出すると、前記第
３開閉弁（または膨張弁）２３ａを閉じて、前記第１開
閉弁（または膨張弁）２２ａを開放し、前記仕切板２０
ｃを上方に移動することにより、前記冷媒タンク２０の
冷媒貯留室２０ａに封入されている前記冷凍機油Ａを前
記導入管、アキュムレータ１ａを介して圧縮機１の吸込
側に供給するようにしている。また、前記オイルレベル
センサ３０が冷凍機油が過剰になったことを検出する
と、前記第３開閉弁（または膨張弁）２３ａを開放し
て、前記第１開閉弁（または膨張弁）２２ａを閉塞し、
前記仕切板２０ｃを下げることにより圧縮機１の高圧シ
ェル１ｃに溜まった余分な冷凍機油Ａを冷媒貯留室２０
ａに戻すようにしている。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による空気
調和機の冷凍装置によれば、冷媒に非共沸混合冷媒を使
用し、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内
熱交換器とを順次配管接続して冷凍サイクルを構成して
なる空気調和機の冷凍装置において、前記四方弁と前記
圧縮機の吸込側との間の配管に第１開閉弁を有する導入
管を接続し、同導入管に冷媒タンクを接続し、同冷媒タ
ンク内に上下の室に仕切る上下可動可能な仕切板を設
け、同冷媒タンクの上側の室に混合冷媒のうちの一種類
の冷媒を吸収可能な冷凍機油を封入したので、冷凍サイ
クル内を循環する混合冷媒の組成を調節して、冷凍装置
の能力や空気調和機の効率を制御することができる。ま
た、圧縮機の潤滑油に前記冷凍機油を封入し、前記冷媒
タンクに封入される冷凍機油を圧縮機に補充する冷凍機
油制御手段を設けたので、圧縮機の寿命の問題を解決し
た空気調和機の冷凍装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気調和機の冷凍装置の一実施例
の冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。

【図２】本発明による空気調和機の冷凍装置の冷媒タン
クを示す概略説明図である。

【図３】本発明による空気調和機の冷凍装置の圧縮機の
高圧シェル部を示す概略説明図である。

【図４】従来の空気調和機の冷凍装置の冷凍サイクルを
示す冷媒回路図である。

【符号の説明】

１圧縮機１ａアキュムレータ１ｃ高圧シェル２四方弁３室外熱交換器４膨張弁５室内熱交換器２０冷媒タンク２０ａ冷媒貯留室２０ｂ加熱室２０ｃ仕切板２１第１高圧冷媒管２１ａ第２開閉弁（電子膨張弁）２２導入管２２ａ第１開閉弁（電子膨張弁）２３第２高圧冷媒管２３ａ第３開閉弁（電子膨張弁）３０オイルレベルセンサ４０電熱ヒータまたは高圧冷媒管（加熱手段）４１低圧冷媒管（冷却器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒に非共沸混合冷媒を使用し、圧縮
機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器と
を順次配管接続して冷凍サイクルを構成してなる空気調
和機の冷凍装置において、前記四方弁と前記圧縮機の吸
込側との間の配管に第１開閉弁を有する導入管を接続
し、同導入管に冷媒タンクを接続し、同冷媒タンク内に
上下の室に仕切る上下可動可能な仕切板を設け、同冷媒
タンクの上側の室に混合冷媒のうちの一種類の冷媒を吸
収可能な冷凍機油を封入したことを特徴とする空気調和
機の冷凍装置。
【請求項２】前記冷媒タンクに、冷凍機油を加熱する
加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の空気
調和機の冷凍装置。
【請求項３】前記加熱手段が、前記冷媒タンクの周囲
に配置される電熱ヒータまたは前記冷凍サイクルの高圧
側の高温ガス冷媒を流通する高圧冷媒管でなることを特
徴とする請求項２記載の空気調和機の冷凍装置。
【請求項４】前記加熱手段が、前記冷凍サイクルの高
圧側の高温ガス冷媒と、同高温ガス冷媒を前記冷媒タン
クの下側の室に導入する第１高圧冷媒管とでなることを
特徴とする請求項３または請求項４記載の空気調和機の
冷凍装置。
【請求項５】前記第１高圧冷媒管に、前記冷媒タンク
の下側の室に導入する高温ガス冷媒の流量を制御する第
２開閉弁を設けたことを特徴とする請求項４記載の空気
調和機の冷凍装置。
【請求項６】前記仕切板が熱伝導率の高い材料でなる
ことを特徴とする請求項５記載の空気調和機の冷凍装
置。
【請求項７】前記圧縮機が前記冷凍機油を封入した高
圧シェル型でなり、同圧縮機の高圧シェルに前記第１高
圧冷媒管を接続したことを特徴とする請求項５記載の空
気調和機の冷凍装置。
【請求項８】前記第１高圧冷媒管が、前記高圧シェル
の冷凍機油必要レベル位置より上方に接続されてなるこ
とを特徴とする請求項７記載の空気調和機の冷凍装置。
【請求項９】前記圧縮機に、前記高圧シェル内に封入
された冷凍機油の量を調節する冷凍機油制御手段を設け
たことを特徴とする請求項７または請求項８記載の空気
調和機の冷凍装置。
【請求項１０】前記冷凍機油制御手段が、前記高圧シ
ェルの冷凍機油必要レベル位置に設けたオイルレベルセ
ンサと、前記第１高圧冷媒管の圧縮機側から分岐して前
記冷媒タンクの上側の室に接続される第２高圧冷媒管
と、同第２高圧冷媒管に介装し、前記オイルレベルセン
サの検出信号に連動して作動する第３開閉弁と前記可動
可能な仕切板とでなることを特徴とする請求項９記載の
空気調和機の冷凍装置。
【請求項１１】前記冷凍機油がＰＯＥ（ポリオールエ
ステル）または、ＰＶＥ（ポリビニールエーテル）でな
ることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の冷凍装
置。
【請求項１２】前記開閉弁が膨張弁でなることを特徴
とする請求項１、請求項５または請求項１０記載の空気
調和機の冷凍装置。
【請求項１３】前記冷媒タンクの周囲に、冷凍機油を
冷却する冷却手段を設けたことことを特徴とする請求項
１記載の空気調和機の冷凍装置。
【請求項１４】前記冷却手段が、前記冷凍サイクルの
低圧側の冷媒を流通させる低圧冷媒管でなることを特徴
とする請求項１３記載の空気調和機の冷凍装置。