JP2006226590A - Refrigeration cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に冷媒が膨張する際の膨張エネルギを回収するエネルギ回収手段を備えた冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a refrigeration cycle apparatus provided with energy recovery means for recovering expansion energy when a refrigerant expands.
冷凍サイクル装置は圧縮機と放熱器と蒸発器とを順に接続して冷媒を封入し、放熱器と蒸発器との間に膨張機構を配置して冷媒を膨張させている。膨張機構としては膨張弁やキャピラリチューブなどが使用されている。一方、冷凍サイクル中の高圧圧力と低圧圧力の差が大きい場合には、上記膨張機構に換えて膨張機を用いて、膨張機における冷媒の膨張エネルギを回転エネルギに変換して電力または動力のかたちで回収し、冷凍サイクル装置の高効率化を図る例が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In the refrigeration cycle apparatus, a compressor, a radiator, and an evaporator are connected in order to enclose a refrigerant, and an expansion mechanism is disposed between the radiator and the evaporator to expand the refrigerant. An expansion valve, a capillary tube, or the like is used as the expansion mechanism. On the other hand, when the difference between the high pressure and the low pressure in the refrigeration cycle is large, an expansion machine is used instead of the expansion mechanism, and the expansion energy of the refrigerant in the expansion machine is converted into rotational energy to generate power or power. In this example, the efficiency of the refrigeration cycle apparatus is improved (see, for example, Patent Document 1).
このような膨張機では軸受などの摺動部を有するため、それらの潤滑が必要となり冷凍サイクル内を循環する冷凍機油を膨張機に供給している。一方、膨張機から吐出された冷凍機油は冷媒とともに蒸発器に流入し、蒸発器での蒸発能力を低下させる。そこで、膨張機から吐出された冷媒と冷凍機油とを油分離器で分離して、冷媒を蒸発器に、冷凍器油を圧縮機に供給する例が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、従来例のように膨張機の出口に油分離器を別途設ける構成では、冷凍サイクル装置が大型化する。また、油分離器に油が貯留されない場合には、油分離器から圧縮機側にバイパスして設けたバイパス管に大部分の冷媒が流れるため、蒸発器の蒸発性能が著しく低下するといった課題がある。 However, in the configuration in which an oil separator is separately provided at the outlet of the expander as in the conventional example, the refrigeration cycle apparatus is increased in size. In addition, when oil is not stored in the oil separator, most of the refrigerant flows through a bypass pipe provided by bypassing from the oil separator to the compressor side, so that the evaporation performance of the evaporator is significantly reduced. is there.
本発明は、簡単な構成で蒸発器に冷凍機油の流入を防止し、蒸発性能を低下させることがない冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the refrigerating-cycle apparatus which prevents inflow of refrigerating machine oil to an evaporator with a simple structure, and does not reduce evaporation performance.
上記の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器とを順に接続した回路に冷媒と冷凍機油とを封入して冷凍サイクルを構成し、蒸発器には冷媒流路を複数に分割するとともに冷凍機油を分離する入口ヘッダーを設けている。 In order to solve the above-described problems, the refrigeration cycle apparatus of the present invention includes a refrigerant, refrigeration oil, and a refrigeration cycle enclosed in a circuit in which a compressor, a radiator, an expander, and an evaporator are connected in order. In the evaporator, the refrigerant flow path is divided into a plurality and an inlet header for separating the refrigerating machine oil is provided.
このような構成によれば、冷媒を分流するための入口ヘッダーと油分離器を共用した簡単な構成で、蒸発器への冷凍機油の流入を抑制することができ、蒸発器の性能を向上させることができる。特に、冷媒の膨張エネルギを回収するための摺動部などを有する膨張機の冷凍機油による確実な潤滑と高い蒸発器の性能確保とを両立させることができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress the inflow of refrigerating machine oil to the evaporator with a simple configuration that shares the inlet header and the oil separator for diverting the refrigerant, thereby improving the performance of the evaporator. be able to. In particular, reliable lubrication with refrigerating machine oil for an expander having a sliding portion for recovering the expansion energy of the refrigerant and ensuring the performance of a high evaporator can be achieved at the same time.
さらに、蒸発器に出口ヘッダーを設けるとともに入口ヘッダーの下部に送油管を設け、送油管を出口ヘッダーに連通させることが望ましい。このような構成によれば、蒸発器の性能を阻害することなく冷凍機油を圧縮機に供給し、さらに冷凍サイクル内を循環させることができる。 Furthermore, it is desirable to provide an outlet header in the evaporator and an oil feeding pipe below the inlet header so that the oil feeding pipe communicates with the outlet header. According to such a configuration, the refrigerating machine oil can be supplied to the compressor without interfering with the performance of the evaporator and further circulated in the refrigerating cycle.
さらに、入口ヘッダーに設けた冷凍機油の液面を検知する液面検知手段と、液面検知手
段により検知された冷凍機油の液面によって送油管の連通を開閉制御する送油管開閉手段とを有することが望ましい。このような構成によれば、冷凍機油の量が少ないときに、大部分の冷媒が送油管に流れてしまうのを防止することができ、蒸発性能の低下を防止することができる。
Furthermore, it has a liquid level detection means for detecting the liquid level of the refrigerating machine oil provided in the inlet header, and an oil supply pipe opening / closing means for controlling the opening and closing of the communication of the oil supply pipe by the liquid level of the refrigerating machine oil detected by the liquid level detection means. It is desirable. According to such a configuration, when the amount of refrigerating machine oil is small, it is possible to prevent most of the refrigerant from flowing into the oil feeding pipe, and it is possible to prevent a decrease in evaporation performance.
さらに、液面検知手段は冷凍機油の比重よりも小さく、液冷媒の比重よりも大きい比重の材料で構成されたフロートであることが望ましい。このような構成によれば、簡単な構成で冷凍機油の液面検知を実現することができる。 Further, it is desirable that the liquid level detecting means is a float made of a material having a specific gravity smaller than the specific gravity of the refrigerating machine oil and larger than the specific gravity of the liquid refrigerant. According to such a configuration, the liquid level detection of the refrigeration oil can be realized with a simple configuration.
さらに、送油管開閉手段がフロートであり、入口ヘッダーにおける冷凍機油の液面が所定液面以下の場合に、フロートにより送油管を閉止することが望ましい。このような構成によれば、簡単な構成でなおかつ確実に冷凍機油の送油管への流入制御が可能となる。 Furthermore, when the oil feed pipe opening / closing means is a float and the liquid level of the refrigerating machine oil at the inlet header is below a predetermined liquid level, it is desirable to close the oil feed pipe with the float. According to such a configuration, the flow control of the refrigerating machine oil to the oil feeding pipe can be reliably performed with a simple configuration.
さらに、冷媒が二酸化炭素であることが望ましい。このような構成によれば、環境に優しく、冷凍機油での潤滑が必要な膨張機での冷媒の膨張エネルギを回収する高効率の冷凍サイクル装置を実現することができる。 Furthermore, it is desirable that the refrigerant is carbon dioxide. According to such a configuration, it is possible to realize a highly efficient refrigeration cycle apparatus that is friendly to the environment and collects the expansion energy of the refrigerant in the expander that requires lubrication with refrigeration oil.
本発明によれば、簡単な構成で蒸発器への冷凍機油の流入を防止でき、蒸発性能を低下させることがない冷凍サイクル装置とすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can be set as the refrigerating-cycle apparatus which can prevent the inflow of the refrigerating machine oil to an evaporator with simple structure, and does not reduce evaporation performance.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図2は本発明の第1の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成図である。冷凍サイクル装置10は、圧縮機12、放熱器14、膨張機16および蒸発器18を順次直列に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル20を形成している。本発明の実施の形態では冷媒としては二酸化炭素が充填され、さらに、圧縮機12や膨張機16の軸受部やその他の機構部を潤滑する目的の冷凍機油としてはポリアルキレングルコール(以下、PAGと記載)を充填している。
(First embodiment)
FIG. 2 is a configuration diagram of the refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment of the present invention. The
冷凍サイクル装置10において冷媒は矢印Aに示す方向に循環する。圧縮機12において冷媒の二酸化炭素をその臨界点を超える高温、高圧の超臨界状態にまで圧縮し、放熱器14において圧力を保ったまま放熱させることで、その温度が低下する。膨張機16では高圧の冷媒の膨張エネルギを機械エネルギに変換する。具体的には、膨張による容積変化を回転エネルギに変換し、膨張機16に駆動軸22で接続された発電機24によって電力を発生させている。膨張機16の具体例としては、スクロール型やベーンロータリ型などが考えられる。発電機24で発生した電力は図2の破線で示す電力線28を介して圧縮機12や蒸発器18のファン26などの駆動電力として使用することができる。さらに、蒸発器18では膨張機16を通過して低温・低圧となった冷媒が周囲より熱を奪い蒸発して気相となり、圧縮機12に戻る。また、冷凍サイクル20に封入した冷凍機油は冷媒とともに、冷凍サイクル20を循環し、圧縮機12や膨張機16などの機構部を潤滑あるいは冷却する。
In the
次に、蒸発器18についてさらに詳しく説明する。図1は本発明の第1の実施の形態における冷凍サイクル装置の蒸発器の構成を示す断面図である。蒸発器本体30は、膨張機16で膨張した気液二相の冷媒が入る入口ヘッダー31と、蒸発器熱交換部32と、入口ヘッダー31の冷媒流路に対向して設けられた出口ヘッダー33とにより構成され、いわゆる1パス回路の蒸発器を構成している。入口ヘッダー31の下部には仕切り部42を介
してオイル貯留部34が設けられ、さらに、オイル貯留部34と出口ヘッダー33とを連通する送油管35が設けられている。また、蒸発器熱交換部32は内部を冷媒が通過する例えば銅管などよりなる複数の冷媒管36と、その冷媒管36の外周部に設けられた拡大伝熱面としてのフィン37より構成され、フィン37の間に外気を流通させ、外気と冷媒との間で熱交換するように構成している。
Next, the
膨張機16で膨張し、気液二相の状態となった冷媒が入口ヘッダー31に設けられた冷媒入口管38から入口ヘッダー31内に吐出される。冷凍機油のPAGと冷媒の二酸化炭素とは、−50℃以上で二相分離し、−10℃以上ではPAGの方が二酸化炭素より比重が大である。したがって、入口ヘッダー31には気体状態と液体状態の冷媒と、それらの冷媒中に分散した液状態の冷凍機油とが吐出され、冷凍機油40が入口ヘッダー31のオイル貯留部34に貯留される。また、冷媒中の液冷媒のうちの一部がガス冷媒と分離されて冷凍機油40の上部に貯留される。なお、冷媒から冷凍機油を積極的に分離させる方法として、入口ヘッダー31内で比重差を利用して遠心分離させるように、冷媒入口管38の配置や形状、あるいは入り口ヘッダー31の形状などを変えることも可能である。
The refrigerant expanded in the
入口ヘッダー31に吐出されて冷凍機油と分離された冷媒は、複数の冷媒管36に分流して、圧力差によって出口ヘッダー33に流れる。冷媒管36を通過する間に、冷媒は外気と熱交換して蒸発し、出口ヘッダー33では気体状態のみの冷媒が再度合流する。合流した冷媒は、出口ヘッダー33の下部に設けられた冷媒出口管41より圧縮機12に吸い込まれる。ここで、冷媒出口管41には送油管35からの冷凍機油40と出口ヘッダー33内の冷媒とが合流して圧縮機12に吸い込まれる。
The refrigerant discharged to the
このように本発明の第1の実施の形態によれば、冷媒を分流するための入口ヘッダー31と油分離器であるオイル貯留部34を共用しているため、簡単な構成で蒸発器本体30の冷媒管36への冷凍機油の流入を抑制することができる。そのため、冷媒管36の内壁に冷凍機油の油膜などが形成されることがない。そのため、冷媒管36の伝熱性能を阻害することなく、蒸発器本体30での蒸発性能を向上させることができる。したがって、冷媒として二酸化炭素などを用いて、冷媒の膨張エネルギを回収するための摺動部などを有する膨張機を用いた冷凍サイクル装置でも、圧縮機と膨張機との冷凍機油による確実な潤滑を行い、さらに蒸発器の高い性能を確保することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the
(第2の実施の形態)
図3(a)(b)は本発明の第2の実施の形態における冷凍サイクル装置の蒸発器の要部の構成を示す断面図であり、特に入口ヘッダー31のオイル貯留部34近傍を拡大して示す部分断面図である。
(Second Embodiment)
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing the configuration of the main part of the evaporator of the refrigeration cycle apparatus according to the second embodiment of the present invention. In particular, the vicinity of the
図3(a)(b)に示すように、蒸発器本体30の入口ヘッダー31にはオイル貯留部34が設けられ、オイル貯留部34に開口して送油管35が設けられている。また、オイル貯留部34内には冷凍機油40の液面を検知する液面検知手段としてのフロート43が設けられている。フロート43は、冷凍機油40の比重よりも小さく、液冷媒の比重よりも大きい比重の材料で構成されている。また、フロート43は送油管開閉手段としてのフロート支持板44に取り付けられ、フロート支持板44がオイル貯留部34に設けられた案内筒45内を上下移動可能なように構成されている。さらにフロート43の上部にはストッパー46を設け、フロート43の上部位置を規制している。また、案内筒45には送油管35に開口する開口部47が設けられ、フロート支持板44によって開口部47と送油管35との連通が制御できるようにしている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, an
図3(a)は冷凍機油40の貯留レベルすなわち冷凍機油40が多い場合、図3(b)は貯留レベルが下がって冷凍機油40が少なくなった場合の状態を示す図である。図3(
a)に示すように、冷凍機油40の貯留量が多い場合には、フロート43が上昇するとともにフロート支持板44も上昇し、開口部47と送油管35とが連通して出口ヘッダー33に冷凍機油40が吐出される。一方、図3(b)に示すように、冷凍機油40の貯留量が少なくなるとフロート43とフロート支持板44とが下降して、開口部47と送油管35との連通を閉止し、送油管35からの冷凍機油40の吐出を閉止する。
FIG. 3A is a diagram illustrating a state where the storage level of the refrigerating
As shown in a), when the storage amount of the refrigerating
このように、フロート43を冷凍機油40の比重よりも小さく、液冷媒の比重よりも大きい比重の材料で構成して冷凍機油40の液面検知手段とすることによって、入口ヘッダー31に貯留された液冷媒に影響されずに、冷凍機油40の液面を確実に検知することができる。そのため、冷凍機油40の量が少ないときに冷媒が送油管35に流れてしまうのを防止することができ、蒸発性能の低下を防止することができる。
In this way, the
なお、本発明の第2の実施の形態では、フロート43の上昇下降によってフロート43に取り付けたフロート支持板44を上下させて、送油管35への連通を制御する送油管開閉手段としているが、フロート43の位置を電磁気的に検知して送油管35の経路に別途設けた電磁弁などの流路開閉弁を制御してもよい。さらに、液面検知手段としては、光学的な受発信器を設けて検知手段とすることなども可能である。
In the second embodiment of the present invention, the
(第3の実施の形態)
図4は本発明の第3の実施の形態における冷凍サイクル装置の蒸発器の構成を示す断面図である。蒸発器本体50の基本の構成は、図1に示す本発明の第1の実施の形態と同様である。本発明の第1の実施の形態では、冷媒が入口ヘッダーで分流して熱交換した後に、出口ヘッダーで再度合流して蒸発器に流入する、いわゆる1パス回路の蒸発器について述べた。本発明の第3の実施の形態は、冷媒がヘッダー間で往還する、いわゆるマルチパス回路の蒸発器に関する。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of the evaporator of the refrigeration cycle apparatus in the third embodiment of the present invention. The basic configuration of the
図4に示すように、蒸発器本体50は第1蒸発器51と第2蒸発器52とにより構成されている。第1蒸発器51は第1蒸発器入口ヘッダー53と第1蒸発器出口ヘッダー54と第1蒸発器熱交換部55とにより構成されている。また、第1蒸発器熱交換部55は複数の冷媒管56とその周囲に設けられたフィン57により構成されている。一方、第2蒸発器52は第2蒸発器入口ヘッダー58と第2蒸発器出口ヘッダー59と第2蒸発器熱交換部60とにより構成され、第2蒸発器熱交換部60は複数の冷媒管56とその周囲に設けられたフィン57とにより構成されている。
As shown in FIG. 4, the
したがって、膨張機からの冷媒は冷媒入口管61から第1蒸発器入口ヘッダー53に入り、第1蒸発器熱交換部55、第1蒸発器出口ヘッダー54、第2蒸発器入口ヘッダー58、第2蒸発器熱交換部60、第2蒸発器出口ヘッダー59の順に経由して、冷媒出口管63から圧縮機に吸い込まれる。したがって、蒸発器本体50の入口ヘッダーは第1蒸発器入口ヘッダー53であり、出口ヘッダーが第2蒸発器出口ヘッダー59となる。なお、第1蒸発器出口ヘッダー54と第2蒸発器入口ヘッダー58とはお互いが仕切られ冷媒連通部62によって連通されている。また、第1蒸発器入口ヘッダー53と第2蒸発器出口ヘッダー59とはお互いが仕切られ、油連通部64によって連通されている。
Therefore, the refrigerant from the expander enters the first
第1蒸発器入口ヘッダー53には、第1の実施の形態と同様に、オイル貯留部65が仕切り部67によって形成され、そのオイル貯留部65の底部に油連通部64が設けられている。第1の実施の形態で述べたのと同様に、第1蒸発器入口ヘッダー53に流入した冷凍機油が混在した冷媒は、第1蒸発器入口ヘッダー53内で冷媒と冷凍機油とに分離され、オイル貯留部65に冷凍機油66が貯留される。オイル貯留部65に貯留された冷凍機油66は、油連通部64から第2蒸発器出口ヘッダー59に落下し、第2蒸発器出口ヘッダー59に設けた冷媒出口管63で冷媒と合流して圧縮機に吸入される。
In the first
したがって、このようにマルチパス回路の蒸発器であっても、蒸発器に流入する冷凍機油と冷媒を分離することで、冷凍機油66が蒸発器本体50の冷媒管56に流入することがないため、冷媒管56の伝熱性能を阻害することなく、蒸発器本体50での蒸発性能を向上させることができる。
Therefore, even in the evaporator of the multipath circuit in this way, the refrigerating
本発明の冷凍サイクル装置は、簡単な構成で蒸発器への冷凍機油の流入を防止でき、蒸発性能を低下させることがないため、空気調和装置、給湯機、冷蔵庫などの用途に適用できる。 The refrigeration cycle apparatus of the present invention can prevent the inflow of refrigeration oil into the evaporator with a simple configuration and does not deteriorate the evaporation performance, so that the refrigeration cycle apparatus can be applied to uses such as an air conditioner, a water heater, and a refrigerator.
10 冷凍サイクル装置
12 圧縮機
14 放熱器
16 膨張機
18 蒸発器
20 冷凍サイクル
22 駆動軸
24 発電機
26 ファン
28 電力線
30,50 蒸発器本体
31 入口ヘッダー
32 蒸発器熱交換部
33 出口ヘッダー
34,65 オイル貯留部
35 送油管
36,56 冷媒管
37,57 フィン
38,61 冷媒入口管
40,66 冷凍機油
41,63 冷媒出口管
42,67 仕切り部
43 フロート
44 フロート支持板
45 案内筒
46 ストッパー
47 開口部
51 第1蒸発器
52 第2蒸発器
53 第1蒸発器入口ヘッダー
54 第1蒸発器出口ヘッダー
55 第1蒸発器熱交換部
58 第2蒸発器入口ヘッダー
59 第2蒸発器出口ヘッダー
60 第2蒸発器熱交換部
62 冷媒連通部
64 油連通部
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Claims (6)
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ID=36988115
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- 2005-02-17 JP JP2005040143A patent/JP2006226590A/en active Pending
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