JP2004271079A

JP2004271079A - 可逆式冷媒サイクル装置

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Publication number: JP2004271079A
Application number: JP2003063431A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ebara; 俊行江原; Hiroyuki Matsumori; 裕之松森; Takashi Sato; 孝佐藤; Masaru Matsuura; 大松浦; Takayasu Saito; 隆泰斎藤; Aritomo Yoshida; 有智吉田; Shigeo Takakusaki; 茂夫高草木; Hiroshi Takazawa; 浩高沢; Naoki Kousen; 直紀江泉; Toshiaki Takei; 利晃武井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】冷媒の流れを可逆とされた冷媒サイクル装置において、熱交換器内におけるオイルの寝込み現象を解消する。
【解決手段】ロータリコンプレッサ１０、室外熱交換器１１０、膨張弁１１１及び室内熱交換器１１４を備えて構成され、ロータリコンプレッサ１０から吐出された冷媒を室外熱交換器１１０−膨張弁１１１−室内熱交換器１１４へと流す冷却サイクルと、ロータリコンプレッサ１０から吐出された冷媒を室内熱交換器１１４−膨張弁１１１−室外熱交換器１１０へと流す加熱サイクルとを構成する。冷却サイクルと加熱サイクルの双方において、室外熱交換器１１０及び室内熱交換器１１４に流れる冷媒の方向が同一となるように冷媒流路を切り換える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の流れを可逆として冷却と加熱の両サイクルを構成すると共に、高圧側が超臨界圧力となる可逆式冷媒サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より空気調和機などは、コンプレッサ、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器などから冷媒回路が構成されており、コンプレッサから吐出された冷媒を室外熱交換器−減圧装置−室内熱交換器の順で流すことで冷却サイクルを構成し、室内熱交換器で冷媒を蒸発させて冷房すると共に、コンプレッサから吐出された冷媒を室内熱交換器−減圧装置−室外熱交換器の順で流すことで加熱サイクルを構成し、室外熱交換器で冷媒を蒸発させて外気から吸熱し、室内熱交換器で放熱させることでヒートポンプによる暖房を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１４０６１号公報
【０００４】
図３に従来の係る空気調和機の冷媒回路の一例を示す。１０はロータリコンプレッサ、１１０は室外に設置される室外熱交換器、１１２は高圧側と低圧側の冷媒を熱交換させるための内部熱交換器、１１４は室内に設置される室内熱交換器、１１５はレシーバータンクである。ロータリコンプレッサ１０の吐出側は電磁弁２１３を介して室外熱交換器１１０に接続され、この室外熱交換器１１０は冷房用膨張弁（減圧装置）２１１に接続されている。この冷房用膨張弁２１１は内部熱交換器１１２を経て暖房用膨張弁（減圧装置）２１２に接続され、この暖房用膨張弁２１２は室内熱交換器１１４に接続されている。そして、室内熱交換器１１４は電磁弁２１６を介してレシーバータンク１１５の入口に接続され、レシーバータンク１１５の出口は、内部熱交換器１１２を経てロータリコンプレッサ１０の吸込側に接続されている。尚、内部熱交換器１１２は図では離れて二箇所示しているが、実際には高圧側の冷媒通路と低圧側の冷媒通路を備えてそれらを相互に熱交換させる単体のものである。
【０００５】
ロータリコンプレッサ１０と電磁弁２１３の間は、電磁弁２１４を介して室内熱交換器１１４と電磁弁２１６との間に配管接続されている。また、電磁弁２１３と室外熱交換器１１０の間は、電磁弁２１５を介して電磁弁２１６とレシーバータンク１１５の間に接続されている。
【０００６】
そして、冷房運転時には電磁弁２１３と電磁弁２１６が開放され、電磁弁２１４と電磁弁２１５が閉じられる。また、暖房用膨張弁２１２は全開とされる。この状態でロータリコンプレッサ１０が運転されると、ロータリコンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒ガスは図中黒矢印の如く電磁弁２１３を経て室外熱交換器１１０に入り、そこで放熱する。室外熱交換器１１０で放熱して温度低下した冷媒は冷房用膨張弁２１１にて絞られ、内部熱交換器１１２にて低圧側の冷媒により冷却された後、暖房用膨張弁２１２を通過して室内熱交換器１１４に入り、蒸発する。このときの吸熱作用で室内の冷房を行う。
【０００７】
室内熱交換器１１４を出た低温の冷媒は電磁弁２１６を経てレシーバータンク１１５に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が内部熱交換器１１２に入る。そこで、高圧側の冷媒から熱を奪って過熱状態となり、ロータリコンプレッサ１０に吸い込まれる。
【０００８】
次に、暖房運転時には電磁弁２１４と電磁弁２１５が開放され、電磁弁２１３と電磁弁２１６が閉じられる。また、冷房用膨張弁２１１は全開とされる。この状態でロータリコンプレッサ１０が運転されると、ロータリコンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒ガスは図中破線矢印の如く電磁弁２１４を経て室内熱交換器１１４に入り、そこで放熱することで室内の暖房を行う。室内熱交換器１１４で放熱して温度低下した冷媒は暖房用膨張弁２１２にて絞られ、内部熱交換器１１２にて低圧側の冷媒により冷却された後、冷房用膨張弁２１１を経て室外熱交換器１１０に入り、蒸発する。このときに外気から吸熱する。
【０００９】
室外熱交換器１１０を出た冷媒は電磁弁２１５を経てレシーバータンク１１５に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が内部熱交換器１１２に入る。そこで、高圧側の冷媒から熱を奪って過熱状態となり、ロータリコンプレッサ１０に吸い込まれるものであった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来では冷媒回路内の冷媒の流れを逆にすることで、冷房と暖房を行うものであったが、室外熱交換器１１０と室内熱交換器１１４の双方において、冷房時の冷媒の流れと暖房時の冷媒の流れは逆方向となる。このように熱交換器内の冷媒の流れが逆方向となると、何れかの流れのときに冷媒に溶け込んでロータリコンプレッサ１０から吐出されたオイルが内部に寝込んでしまい、ロータリコンプレッサ１０に戻らなくなる問題が生じていた。また、高圧側が超臨界圧力となる超臨界サイクルでは空気条件、熱交特性により、超臨界条件に達しない場合にまだオイル単独状態の場合もあり、オイルが高圧側となる熱交換器等に対流する問題が生じる。
【００１１】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、冷媒の流れを可逆とされた冷媒サイクル装置において、熱交換器内におけるオイルの寝込み現象、滞留現象を解消することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の可逆式冷媒サイクル装置では、コンプレッサ、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器を備えて構成され、コンプレッサから吐出された冷媒を室外熱交換器−減圧装置−室内熱交換器へと流す冷却サイクルと、コンプレッサから吐出された冷媒を室内熱交換器−減圧装置−室外熱交換器へと流す加熱サイクルとを構成する流路制御装置を備えており、流路制御装置は、冷却サイクルと加熱サイクルの双方において、室外熱交換器及び室内熱交換器に流れる冷媒の方向が同一となるように冷媒流路を切り換えるので、請求項２の如きオイル吐出が多くなる二段圧縮式のコンプレッサを使用する場合に、室外熱交換器及び室内熱交換器内にオイル戻りが悪いと云う不都合を抑制若しくは解消することができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の可逆式冷媒サイクル装置の一例としての空気調和機ＡＣの冷媒回路図、図２は空気調和機ＡＣで使用する第１及び第２の回転圧縮要素を備えた内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図である。
【００１４】
先ず図２において、１０は二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒として使用する縦型の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多段圧縮式のロータリコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素１４及びこの駆動要素１４の下側に配置され、駆動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１５】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、駆動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されている。エンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには駆動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１６】
駆動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。
【００１７】
ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部（図示せず）に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００１８】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けた上下偏心部４２、４４にて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００１９】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上カバー６６、下カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００２０】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する図示しない連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒が密閉容器１２内に吐出される。
【００２１】
また、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞する上部カバー６６は、密閉容器１２内を吐出消音室６２と駆動要素１４側とに仕切る。
【００２２】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（駆動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上に位置している。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００２３】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２４】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。この冷媒導入管９４の他端は図１に示すレシーバータンク１１５の下側に接続される。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２５】
前記レシーバータンク１１５は吸込冷媒の気液分離を行うタンクである。該レシーバータンク１１５は、密閉容器１２の容器本体１２Ａの上部側面に溶接固定されたブラケット１４７に、図示しないブラケットにて取り付けられる。
【００２６】
そして、ロータリコンプレッサ１０の密閉容器１２内には冷媒として地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ_２）が所定量封入される。また、密閉容器１２内には、オイル（潤滑油）として、例えばＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）が所定量封入される。
【００２７】
次に、図１において１１０はマイクロチューブから構成され、室外に設置される室外熱交換器、１１２は高圧側と低圧側の冷媒を熱交換させるための内部熱交換器、１１１は膨張弁（減圧装置）、１１４は同じくマイクロチューブから構成され、室内に設置される室内熱交換器、１１５は前記レシーバータンクである。ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６は電磁弁１２３を介して室外熱交換器１１０に接続され、この室外熱交換器１１０は電磁弁１１３を介して内部熱交換器１１２に接続されている。内部熱交換器１１２は膨張弁１１１に接続され、この膨張弁１１１は電磁弁１１７を介して室内熱交換器１１４に接続されている。
【００２８】
そして、室内熱交換器１１４は電磁弁１２５を介してレシーバータンク１１５の入口に接続され、レシーバータンク１１５の出口は、内部熱交換器１１２を経てロータリコンプレッサ１０の冷媒導入管９４に接続されている。尚、内部熱交換器１１２は図１では離れて二箇所示しているが、実際には高圧側の冷媒通路と低圧側の冷媒通路を備えてそれらを相互に熱交換させる単体のものである。
【００２９】
ロータリコンプレッサ１０と電磁弁１２３の間は、電磁弁１２４を介して電磁弁１１７と室内熱交換器１１４との間に配管接続されている。また、電磁弁１２３と室外熱交換器１１０の間は、電磁弁１２０を介して膨張弁１１１と電磁弁１１７の間に接続されている。また、室外熱交換器１１０と電磁弁１１３の間は、電磁弁１１９を介して電磁弁１２５とレシーバータンク１１５との間に配管接続されている。また、電磁弁１１３と内部熱交換器１１２の間は、電磁弁１１８を介して室内熱交換器１１４と電磁弁１２５との間に配管接続されている。尚、これら電磁弁１２３、電磁弁１１３、電磁弁１１７、電磁弁１２５、電磁弁１１８、電磁弁１１９、電磁弁１２０及び電磁弁１２４により本発明における流路制御装置が構成される。
【００３０】
以上の構成で、次に動作を説明する。先ず、冷房運転時には電磁弁１２３、電磁弁１１３、電磁弁１１７及び電磁弁１２５が開放され、電磁弁１２０、電磁弁１２４、電磁弁１１８及び電磁弁１１９は閉じられる。そして、ロータリコンプレッサ１０のターミナル２０及び図示しない配線を介して駆動要素１４のステータコイル２８に通電されると、駆動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３１】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒は、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３２】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て冷媒導入管９２に流出する。冷媒導入管９２に流入した冷媒はスリーブ１４１に至り、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。
【００３３】
上シリンダ３８の低圧室側に吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２、冷媒吐出管９６を経由して吐出される。冷媒はこの時点で超臨界圧力まで達している。ロータリコンプレッサ１０から吐出された高温のガス冷媒は図中黒矢印の如く電磁弁１２３を経て室外熱交換器１１０に入り、そこで放熱する。ＣＯ_２など超臨界サイクルでは、前述の如く室外熱交換器１１０にマイクロチューブを採用しているため、ヘッダー部（連通部）が大きくなりガス流速を下げている。このため、ここにオイルが滞留し易い構造となっている。室外熱交換器１１０で放熱して温度低下した冷媒は電磁弁１１３を経て内部熱交換器１１２に入り、そこで低圧側の冷媒により冷却された後、膨張弁１１１で絞られ、電磁弁１１７を経て室内熱交換器１１４に入り、蒸発する。このときの吸熱作用で室内の冷房を行う。
【００３４】
室内熱交換器１１４を出た低温の冷媒は電磁弁１２５を経てレシーバータンク１１５に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が内部熱交換器１１２に入る。そこで、高圧側の冷媒から熱を奪って過熱状態となり、冷媒導入管９４からロータリコンプレッサ１０に吸い込まれる（冷却サイクル）。
【００３５】
次に、暖房運転時には電磁弁１２３、電磁弁１１３、電磁弁１１７及び電磁弁１２５が閉じられ、電磁弁１２０、電磁弁１２４、電磁弁１１８及び電磁弁１１９が開放される。この状態でロータリコンプレッサ１０が運転されると、ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６から吐出された高温の冷媒ガスは図中破線矢印の如く電磁弁１２４を経て室内熱交換器１１４に入り、そこで放熱することで室内の暖房を行う。ＣＯ_２など超臨界サイクルでは、前述の如く室内熱交換器１１４にマイクロチューブを採用しているため、ヘッダー部（連通部）が大きくなりガス流速を下げている。このため、ここにオイルが滞留し易い構造となっている。室内熱交換器１１４で放熱して温度低下した冷媒は電磁弁１１８を経て内部熱交換器１１２に入り、そこで低圧側の冷媒により冷却された後、膨張弁１１１で絞られ、電磁弁１２０を経て室外熱交換器１１０に入り、蒸発する。このときに外気から吸熱する。
【００３６】
室外熱交換器１１０を出た冷媒は電磁弁１１９を経てレシーバータンク１１５に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が内部熱交換器１１２に入る。そこで、高圧側の冷媒から熱を奪って過熱状態となり、ロータリコンプレッサ１０の冷媒導入管９４に吸い込まれる（加熱サイクル）。
【００３７】
ここで、実施例のロータリコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４からは冷媒と共に吐出されるオイル量が多くなるが、図１に矢印で示したように、本発明では室外熱交換器１１０、室内熱交換器１１４及び内部熱交換器１１２の全てにおいて、冷房運転時の冷媒の流れの方向（黒矢印）と暖房運転時の冷媒の流れの方向（破線矢印）は同一となる。従って、各熱交換器内にオイルが寝込み難い方向をこの矢印の方向とすることで、ロータリコンプレッサ１０から冷媒と共に吐出されたオイルが各熱交換器１１０、１１４、１１２内に溜まり難くなる。これにより、ロータリコンプレッサ１０へのオイル戻りが良くなり、オイル枯渇によるロータリコンプレッサ１０の焼き付きやシール性の悪化、冷媒回路内の冷房・暖房能力の低下を防ぐことができるようになる。
【００３８】
尚、実施例で示した冷媒回路はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、コンプレッサ、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器を備えて構成され、コンプレッサから吐出された冷媒を室外熱交換器−減圧装置−室内熱交換器へと流す冷却サイクルと、コンプレッサから吐出された冷媒を室内熱交換器−減圧装置−室外熱交換器へと流す加熱サイクルとを構成する流路制御装置を備え、高圧側が超臨界圧力となる冷媒サイクル装置において、流路制御装置は、冷却サイクルと加熱サイクルの双方において、室外熱交換器及び室内熱交換器に流れる冷媒の方向が同一となるように冷媒流路を切り換えるので、請求項２の如きオイル吐出が多くなる二段圧縮式のコンプレッサを使用する場合に、室外熱交換器及び室内熱交換器内にオイルが寝込む不都合を抑制若しくは解消することができるようになる。
【００４０】
特に、実施例の如く上記熱交換器をマイクロチューブから構成した場合には、ヘッダー部は流速が遅くなり易く、オイルが滞留し易い。本発明の如く一定の流れとすることでオイルの滞留を抑制若しくは解消することができるようになる。これにより、オイルが熱交換器に滞留しなくなるため、熱交換器の特性を充分に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した冷媒サイクル装置の実施例の空気調和機の冷媒回路図である。
【図２】図１のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図３】従来の空気調和機の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１０多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１４駆動要素
１８回転圧縮機構部
３２第１の回転圧縮要素
３４第２の回転圧縮要素
９２、９４冷媒導入管
９６冷媒吐出管
１１０室外熱交換器
１１１膨張弁（減圧装置）
１１２内部熱交換器
１１３、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２４、１２５電磁弁
１１４室内熱交換器

Claims

コンプレッサ、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器を備えて構成され、コンプレッサから吐出された冷媒を前記室外熱交換器−減圧装置−室内熱交換器へと流す冷却サイクルと、前記コンプレッサから吐出された冷媒を前記室内熱交換器−減圧装置−室外熱交換器へと流す加熱サイクルとを構成する流路制御装置を備え、高圧側が超臨界圧力となる可逆式冷媒サイクル装置において、
前記流路制御装置は、前記冷却サイクルと加熱サイクルの双方において、前記室外熱交換器及び室内熱交換器に流れる冷媒の方向が同一となるように冷媒流路を切り換えることを特徴とする可逆式冷媒サイクル装置。
前記コンプレッサは、密閉容器内に駆動要素及び該駆動要素により駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、前記第１の圧縮要素にて圧縮された冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、吐出することを特徴とする請求項１の可逆式冷媒サイクル装置。