JP2008202810A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機により油戻し孔を通して吸入される高オイル濃度液の量を安定化させる。
【解決手段】圧縮機１００が、気相冷媒を吸入圧縮すると、冷却器１１０は、圧縮機１００からの吐出気相冷媒を外気により冷却する。膨張弁１２０は、冷却器１１０からの冷媒を減圧膨張させる。蒸発器１３０は、車室内空気から吸熱して、膨張弁１２０により減圧された冷媒を蒸発させる。アキュムレータ１４０には、蒸発器１３０からの気液二相冷媒が流入する。冷媒吸入管２２０を通して気相冷媒が圧縮機１００により吸入される。これに伴い、圧縮機１００により油戻し孔２２０ｂを通して高オイル濃度液を吸入させることができる。ここで、高オイル濃度液と低オイル濃度液との間の分離境界面Ｐａが油戻し孔２２０ｂよりも上側になる程度に潤滑オイルの封入量が設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、圧縮機、冷媒放熱器、エジェクタおよびアキュムレータを冷媒配管で環状に連結するとともに、アキュムレータの液相冷媒側とエジェクタの吸引部とをバイパス配管で連結し、そのバイパス流路の途中に蒸発器を介在させて成る冷凍サイクル装置がある（例えば、特許文献１参照）。

このものにおいて、アキュムレータには、エジェクタからの気液混合の冷媒が流入する吸入配管と、圧縮機の吸入口側へ気相冷媒を吐出する気相冷媒出口配管と、蒸発器の吸入側へ液相冷媒を吐出する液相冷媒出口配管と、アキュムレータ内の潤滑オイルを圧縮機の吸入側へ戻すオイル戻り回路とが設けられている。
特開２００２−１３０８７４号公報

上述の冷凍サイクル装置では、冷媒と潤滑オイルとの間に半相溶性の特性を有するものの場合、冷凍サイクル装置内の潤滑オイルの封入量が少ないと、冷媒と潤滑オイルとは相溶状態になる。

ここで、アキュムレータ内の冷媒量は圧縮機の運転状態に応じて変化するので、冷媒と潤滑オイルとが相溶状態になっている場合には、アキュムレータ内の潤滑オイルの量が圧縮機の運転状態に応じて変化することになる。したがって、圧縮機の運転状態に応じて、圧縮機に戻される潤滑オイルの量が変化し、安定して潤滑オイルを圧縮機に循環させることができないことがあった。

本発明は、上記点に鑑み、圧縮機に対して潤滑オイルを安定して供給させるようにした冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、潤滑オイルが溶けた冷媒を圧縮する圧縮機（１００）と、圧縮機から吐出される冷媒を冷却する冷却器（１１０）と、冷却器により冷却された冷媒を減圧する減圧器（１２０）と、減圧器により減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１３０）と、蒸発器の下流側冷媒のうち気相冷媒と液相冷媒とに分離するアキュムレータ（１４０）と、を備え、圧縮機は前記アキュムレータから気相冷媒を吸入して圧縮するものであり、アキュムレータには、冷媒から分離した潤滑オイルを圧縮機の冷媒入口側に戻すために油戻し孔（２２０ｂ）が設けられている冷凍サイクル装置であって、アキュムレータ内で、冷媒に対して高濃度で潤滑オイルが溶けている高オイル濃度液が、冷媒に対して低濃度で潤滑オイルが溶けている低オイル濃度液の下側になり、高オイル濃度液と低オイル濃度液との分離境界面（Ｐａ）が油戻し孔よりも上側になる程度に、潤滑オイルが、当該冷凍サイクル装置に封入されていることを特徴とする。

したがって、圧縮機の運転状態に関わらず、高オイル濃度液が低オイル濃度液の下側になり、高オイル濃度液が油戻し孔を通して圧縮機に戻されるので、圧縮機に対して潤滑オイルを安定して供給させることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

図１は、本発明に係る車両空調装置用の冷凍サイクル装置の一実施形態の構成を示す。

まず、本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１に示すように、圧縮機１００、冷却器１１０、膨張弁１２０、蒸発器１３０、およびアキュムレータ１４０を備えている。

圧縮機１００は、エンジンの駆動力により気相冷媒を吸入圧縮する。冷却器１１０は、圧縮機１００からの吐出気相冷媒を外気により冷却する。膨張弁１２０は、冷却器１１０からの冷媒を減圧膨張させる。蒸発器１３０は、車室内空気から吸熱して、膨張弁１２０により減圧された冷媒を蒸発させる。アキュムレータ１４０は、蒸発器１３０からの気液二相冷媒を気液分離し、気相冷媒を圧縮機１００により吸入させる。

本実施形態では、冷媒としては、二酸化炭素が用いられており、潤滑オイルとしては、クーラ冷房運転（クーラ運転）で使用する０℃以上の環境では、冷媒（二酸化炭素）の液密度より大きい液密度を有するポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）が用いられている。

次に、本実施形態のアキュムレータ１４０の具体的構造について図２を参照して説明する。

アキュムレータ１４０は、円筒状ケース２００を備えており、円筒状ケース２００にはその上面２０１から内部に冷媒流入管２１０が挿入されている。冷媒流入管２１０は、蒸発器１３０の冷媒出口に接続され、蒸発器１３０からの気液二相冷媒を円筒状ケース２００の内部に流入させるものである。

円筒状ケース２００にはその上面２０１から内部に冷媒吸入管２２０が挿入されている。冷媒吸入管２２０は、円筒状ケース２００内でＵ字状に曲がられており、冷媒吸入管２２０の冷媒吸入口２２０ａが上側に向けて開口している。冷媒吸入口２２０ａの上側には、円盤状遮蔽部２３０が配置されており、円盤状遮蔽部２３０は、冷媒流入管２１０の排出口２１０ａから流入される冷媒が冷媒吸入口２２０ａに対して直接入らないように遮蔽する。円盤状遮蔽部２３０は、冷媒吸入管２２０により支持されている。冷媒吸入管２２０の最下部には、オイル戻し孔２２０ｂが設けられている。

なお、本実施形態の円筒状ケース２００は、５０００番台、６０００番台、もしくは７０００番台のアルミニウム材により形成されており、円筒状ケース２００の肉厚寸法は３ｍｍ〜８ｍｍ、外径は６０ｍｍ〜９０ｍｍである。冷媒吸入管２２０および冷媒流入管２１０の配管直径は、φ６ｍｍ〜１５ｍｍである。オイル戻し孔２２０ｂの直径は、φ０．８ｍｍ〜１．６ｍｍである。

ここで、本実施形態の冷凍サイクル装置の作動の説明に先立って、冷媒と潤滑オイルとの関係について説明する。

本実施形態の潤滑オイル（ポリアルキレングリコール）と冷媒（二酸化炭素）とは、互いに半相溶性の特性を持っているものが用いられている。このため、冷媒に対する潤滑オイルの油分率の上昇に伴い、図３のグラフに示すように、「潤滑オイルが溶けた冷媒」は、相溶状態→分離状態→相溶状態に変化する。

図３において縦軸は温度（℃）、横軸は油分率（ｗｔ％）である。油分率（ｗｔ％）は、（潤滑オイルの重量）／（二酸化炭素の重量＋潤滑オイルの重量）｝である。

本実施形態では、冷媒温度が零度で、アキュムレータ１４０の円筒状ケース２００の内部で、潤滑オイルと冷媒とが分離状態になるように油分率が設定されている。

例えば、冷媒温度が零度のとき油分率２０％で二酸化炭素（冷媒）とポリグリコール（潤滑オイル）とが混合されている場合、図４に示すように、アキュムレータ１４０内で、オイル濃度５５％の高オイル濃度液がオイル濃度３％の低オイル濃度液の下側に溜まる。この分離状態（分離域）では、潤滑オイルの濃度を増加させても高オイル濃度液の割合が増加するだけである。

本実施形態では、例えば、アキュムレータ１４０内の冷媒量が０グラム〜１６０グラムで、アキュムレータ１４０内の潤滑オイル量は５グラム〜２００グラムになるように設定されている。

より好ましくは、アキュムレータ１４０内の冷媒量が０グラム〜１６０グラムで、アキュムレータ１４０内の潤滑オイル量は５グラム〜６０グラムになるように設定されている。

なお、冷凍サイクル装置全体において潤滑オイルの封入量は５０ｇ〜２５０ｇである。より好ましくは、冷凍サイクル装置全体において潤滑オイルの封入量は１００ｇ〜２００ｇである。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置の作動について説明する。

まず、圧縮機１００が、気相冷媒を吸入圧縮すると、冷却器１１０は、圧縮機１００からの吐出気相冷媒を外気により冷却する。その後、膨張弁１２０は、冷却器１１０からの冷媒を減圧膨張させる。蒸発器１３０は、車室内空気から吸熱して、膨張弁１２０により減圧された冷媒を蒸発させる。

ここで、アキュムレータ１４０の円筒状ケース２００には、冷媒流入管２１０を通して蒸発器１３０からの気液二相冷媒が流入する。上側から下側にかけて、気相冷媒、低オイル濃度液、および高オイル濃度液の順に溜まる。そして、冷媒吸入管２２０を通して気相冷媒が圧縮機１００により吸入される。これに伴い、圧縮機１００により油戻し孔２２０ｂを通して高オイル濃度液を吸入させることができる。

一方、高オイル濃度液と低オイル濃度液との間の分離境界面Ｐａが油戻し孔２２０ｂよりも上側になる程度に、冷凍サイクル装置に対する潤滑オイルの封入量が設定されている。

ここで、圧縮機１００の運転状態（例えば、回転数の変化）が変化すると、高オイル濃度液の量が変化するものの、分離境界面Ｐａが油戻し孔２２０ｂよりも上側になる状態は維持される。したがって、圧縮機１００の運転状態に関わらず、油戻し孔２２０ｂを通して高オイル濃度液を圧縮機１００により吸入させることができる。

すなわち、圧縮機１００により吸入される高オイル濃度液（すなわち、循環オイル）の量を安定化させることができる。これにより、オイル循環率を安定域（図５参照）に入るように設定することができる。オイル循環率とは、冷凍サイクル装置の全体の潤滑オイルの封入量のうち、圧縮機１００に循環される潤滑オイルの量の比率のことである。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いて、潤滑オイルとしてポリアルキレングリコールを用いた例について説明したが、これに限らず、冷媒と潤滑オイルとしては半相溶性を有するものならば、二酸化炭素以外の冷媒を用いてよく、また潤滑オイルとしてポリアルキレングリコール以外のものを用いても良い。

上述の実施形態では、圧縮機１００としてはエンジンの駆動力により回転駆動されるものについて説明したが、これに代えて、圧縮機１００としては電動モータの駆動力により回転駆動されるものを用いても良い。

上述の実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置を車両空調装置に適用した例について説明したが、これに限らず、本発明に係る冷凍サイクル装置を給湯機、設置型空調装置などに適用しても良い。

本発明にかかる冷凍サイクル装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１のアキュムレータの内部を示す図である。 本実施形態の冷媒温度と油分率の関係を示すグラフである。 本実施形態の冷媒と潤滑オイルの状態を示す図である。 本実施形態のオイル循環率の安定化を示すグラフである。

符号の説明

１００…圧縮機、１１０…冷却器、１２０…膨張弁、１３０…蒸発器、
１４０…アキュムレータ、２００…円筒状ケース、
２０１…円筒状ケースの上面、２１０…冷媒流入管、２２０…冷媒吸入管、
２２０ｂ…オイル戻し孔、２３０…円盤状遮蔽部。

Claims (5)

1. 潤滑オイルが溶けた冷媒を圧縮する圧縮機（１００）と、
   前記圧縮機から吐出される冷媒を冷却する冷却器（１１０）と、
   前記冷却器により冷却された冷媒を減圧する減圧器（１２０）と、
   前記減圧器により減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１３０）と、
   前記蒸発器の下流側冷媒のうち気相冷媒と液相冷媒とに分離するアキュムレータ（１４０）と、を備え、
   前記圧縮機は前記アキュムレータから気相冷媒を吸入して圧縮するものであり、
   前記アキュムレータには、前記冷媒から分離した前記潤滑オイルを前記圧縮機の冷媒入口側に戻すために油戻し孔（２２０ｂ）が設けられている冷凍サイクル装置であって、
   前記アキュムレータ内で、前記冷媒に対して高濃度で潤滑オイルが溶けている高オイル濃度液が、前記冷媒に対して低濃度で潤滑オイルが溶けている低オイル濃度液の下側になり、前記高オイル濃度液と前記低オイル濃度液との分離境界面（Ｐａ）が前記油戻し孔よりも上側になる程度に、前記潤滑オイルが、当該冷凍サイクル装置に封入されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記アキュムレータ内の冷媒量が０グラム〜１６０グラムである場合に、前記アキュムレータ内の前記潤滑オイルの量が５グラム〜２００グラムになるように前記潤滑オイルが封入されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記アキュムレータ内の冷媒量が０グラム〜１６０グラムである場合に、前記アキュムレータ内の前記潤滑オイルの量が５グラム〜６０グラムになるように前記潤滑オイルが封入されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記潤滑オイルは、ポリアルキレングリコールであることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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