JP2009300022A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮機1、室外熱交換器5、絞り装置4、室内熱交換器3、アキュームレータ6を環状に接続した冷媒回路を有し、冷媒としてテトラフルオロプロペンと該テトラフルオロプロペンよりも沸点の低いHFC系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用い、冷凍機油としてアルキルベンゼン油を用いたものである。
【選択図】図1
Description
図1はこの発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
図1に示すように、本実施の形態1に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器5、絞り装置4、室内熱交換器3、アキュームレータ6を環状に接続した冷媒回路を有する。尚、図1は冷房運転時の状態を示す。
四方弁2は、室内熱交換器3及び室外熱交換器5と管を介して接続されている。
アキュームレータ6は、一方が四方弁2に、他方が圧縮機1の吸入側にそれぞれ管を介して接続されている。
絞り装置4は、室外熱交換器5と室内熱交換器3との間の管に設けられている。
HFC−32は、沸点−52℃の低沸点冷媒である。
HFC−32は、HFC−1234yfと比較して、吐出温度が上がりやすい特徴を有する。
HFC−32は、GWPが550と高く、大気への漏洩が発生すると、地球環境に与える影響が大きい特徴を有する。
アルキルベンゼン油20は、HFO−1234yfと相溶性であるが、HFC−32とは非相溶性であるという特性を有している。
圧縮機1の起動後、圧縮機1は高温高圧のガス冷媒を吐出する。このとき圧縮機1内部で攪拌された冷凍機油は冷媒と共に吐出する。
この冷媒は、四方弁2を通って室外熱交換器5に入る。
室外熱交換器5は、凝縮器として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い凝縮して液冷媒となり、絞り装置4に入る。
絞り装置4では冷媒は減圧され、乾き度0.2〜0.3の低温低圧の二相冷媒となって室内熱交換器3に入る。
室内熱交換器3は蒸発器として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い蒸発して乾き度0.9〜1.0の低温低圧の二相冷媒となり、四方弁2を経由してアキュームレータ6に入る。
アキュームレータ6に入った冷媒は気液分離され、ガス冷媒は圧縮機1に吸入される。
そして、アキュームレータ6の内部には、余剰の液冷媒30とアルキルベンゼン油20とが貯留される。
アキュームレータ6の内部に存在するアルキルベンゼン油20には、HFO−1234yfが選択的に多く溶解している。
特に、冷凍サイクル装置の運転が停止中の場合、アキュームレータ6内の圧力が上昇するため、アルキルベンゼン油20の溶解度は増加している。
アキュームレータ6内の圧力が低下すると、アキュームレータ6の内部に存在するアルキルベンゼン油20の溶解度が低下する。
尚、圧力低下に伴い、アルキルベンゼン油20の温度が低下するが、運転開始時におけるアキュームレータ6内の圧力変化は大きいため、圧力変化が溶解度に与える影響が大きく、アルキルベンゼン油20の溶解度は低下することとなる。
このため、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒は、HFO−1234yfの組成比が増加し、相対的にHFC−32の組成比は低下する。
アキュームレータ6の内部に存在するアルキルベンゼン油20には、HFO−1234yfが選択的に多く溶解している。
定常運転中において、アルキルベンゼン油20の溶解度は、アキュームレータ6内の圧力変化、及びアルキルベンゼン油20の温度変化により増減する。
上述したように、圧縮機1を起動すると、圧縮機1はアキュームレータ6内の低圧のガス冷媒を吸入し、高圧のガス冷媒を吐出する。
例えば、制御回路100は、吐出温度センサー12により検出された圧縮機1の吐出温度(Td)を取り込む。
制御回路100は、吐出温度(Td)と所定の基準値とを比較する。
この基準値は、例えば、HFO−1234yfの分解を抑制できる吐出温度とする。
制御回路100は、検出した吐出温度(Td)が基準値より小さいとき、圧縮機1の回転数を増速させる。
圧縮機1に吸入されるガス冷媒量が増加し、アキュームレータ6の内部の圧力が低下する。
アキュームレータ6内の圧力が低下すると、アキュームレータ6の内部に滞留するアルキルベンゼン油20の温度が低下する。
アルキルベンゼン油20の温度が低下すると、アキュームレータ6の内部に存在するアルキルベンゼン油20の溶解度が増加する。
尚、定常運転中におけるアキュームレータ6内の圧力変化は小さいので、温度変化が溶解度に与える影響が大きく、アルキルベンゼン油20の溶解度が増加することとなる。
このため、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒は、HFO−1234yfの組成比が低下し、相対的にHFC−32の組成比は増加し、吐出温度は上昇する。
また、制御回路100は、検出した吐出温度(Td)が基準値より大きいとき、圧縮機1の回転数を減速させる。
圧縮機1に吸入されるガス冷媒量が減少し、アキュームレータ6の内部の圧力が上昇する。
アキュームレータ6内の圧力が上昇すると、アキュームレータ6の内部に滞留するアルキルベンゼン油20の温度が上昇する。
アルキルベンゼン油20の温度が上昇すると、アキュームレータ6の内部に存在するアルキルベンゼン油20の溶解度が低下する。
このため、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒は、HFO−1234yfの組成比が上昇し、相対的にHFC−32の組成比は減少し、吐出温度は低下する。
なお、ここで説明した基準値は、運転状態などにより異なっていてもよいし、制御の安定性を確保するため、ある幅を持っていてもよい。
このため、アルキルベンゼン油20の選択溶解性を利用して、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒のHFO−1234yfとHFC−32との組成比を変化させることができる。
これにより、信頼性の高い冷凍サイクル装置を実現できる。
これにより、冷凍サイクル装置の能力を制御することができる。
図4はこの発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
図5はこの発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の起動前の状態を示す冷媒回路図である。
尚、図1と同一部分は同一符号で示す。
また、第1のバイパス路13a、第1の二方弁14a、毛細管15、高低圧熱交換器16、レシーバ7、第2のバイパス路13b、第2の二方弁14bを備える。
尚、図4は冷房運転時の状態を示す。また、図5は運転開始前の状態を示す。
第1の二方弁14aは、第1のバイパス路13aを開閉する。
毛細管15は、第1のバイパス路13aの冷媒流量を調整する。
高低圧熱交換器16は、アキュームレータ6から圧縮機1に吸入される低圧の非共沸混合冷媒と、第1のバイパス路13a内を通る高圧の非共沸混合冷媒とを熱交換する。
レシーバ7は、上部が第1のバイパス路13aに、下部が第2のバイパス路13bに接続される。
第2のバイパス路13bは、アキュームレータ6と四方弁2とを接続する管と、レシーバ7とを接続する。
第2の二方弁14bは、第2のバイパス路13bを開閉する。
尚、制御手段は、圧縮機1の運転状態に応じて、第1の二方弁14a、及び第2の二方弁14bの開閉を制御するようにしても良い。
図5に示すように、冷凍サイクル装置の運転開始前(起動前)において、アキュームレータ6の内部には、余剰の液冷媒30が貯留されている。
尚、上記実施の形態1と同様に、アキュームレータ6には冷凍機油が貯留されるが図示しない。
尚、図示しない制御手段により、圧縮機1を起動する際に、弁の開閉制御を行うようにしても良い。
アキュームレータ6内の圧力が低下すると、アキュームレータ6に貯留された液冷媒30は、まず、低沸点冷媒であるHFC−32が蒸発する。
このため、HFO−1234yfよりHFC−32の比率が高い冷媒ガスが、圧縮機1に吸入される。
このHFC−32リッチの冷媒は、四方弁2を通って室外熱交換器5に入る。
第1のバイパス路13aに入った高温高圧のガス冷媒は、毛細管15を通り、さらに高低圧熱交換器16を通る。
高低圧熱交換器16では、高温高圧のガス冷媒は、圧縮機1に吸入される低圧の冷媒と熱交換され、高圧でHFC−32リッチの凝縮液冷媒となってレシーバ7に貯蓄される。
圧縮機1は高温高圧でHFO−1234yfリッチのガス冷媒を吐出する。
このHFO−1234yfの冷媒は、四方弁2を通って室外熱交換器5に入る。
室外熱交換器5は、凝縮器として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い凝縮して液冷媒となり、絞り装置4に入る。
絞り装置4では冷媒は減圧され、乾き度0.2〜0.3の低温低圧の二相冷媒となって室内熱交換器3に入る。
室内熱交換器3は蒸発器として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い蒸発して乾き度0.9〜1.0の低温低圧の二相冷媒となり、四方弁2を経由してアキュームレータ6に入る。
アキュームレータ6に入った冷媒は気液分離され、ガス冷媒は圧縮機1に吸入される。
このため、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の冷媒組成を、HFO−1234yfリッチで運転することができ、圧縮機1の吐出温度を低下させることができる。よって、2重結合を持つHFO−1234yfの分解を抑制することができる。
これにより、信頼性の高い冷凍サイクル装置を実現できる。
上記実施の形態2では、HFO−1234yfリッチで運転することにより、圧縮機1の吐出温度を低下させ、HFO−1234yfの分解を抑制した。
一方、HFC−32リッチで運転することにより、冷媒回路内で発生する冷媒の圧力損失を低減することができる利点もある。
本実施の形態3では、HFO−1234yfの分解を抑制するとともに、冷媒回路内で発生する冷媒の圧力損失を低減する。
尚、図4と同一部分は同一符号で示す。
制御回路100は、吐出温度センサー12の検知温度に基づき、第1の二方弁14a、及び第2の二方弁14bの開閉を制御する。
上述した実施の形態2と同様に、圧縮機1を起動すると、アキュームレータ6内の圧力は低下し、まず、低沸点冷媒であるHFC−32が蒸発し、遅れて、高沸点冷媒であるHFO−1234yfが蒸発する。
制御回路100は、吐出温度センサー12により検出された圧縮機1の吐出温度(Td)を取り込む。
制御回路100は、吐出温度(Td)と所定の基準値とを比較する。
この基準値は、例えば、HFO−1234yfの分解を抑制できる吐出温度とする。
制御回路100は、検出した吐出温度(Td)が基準値より大きいとき、第1の二方弁14aを開状態、第2の二方弁14bを閉状態にする。そして、上述した実施の形態2と同様に、HFC−32リッチの冷媒をレシーバ7に貯留する。
これにより、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の冷媒組成は、HFC−1234yfがリッチの状態で循環する。
制御回路100は、検出した吐出温度(Td)が基準値より小さいとき、第1の二方弁14aを閉状態、第2の二方弁14bを開状態にする。そして、レシーバ7に貯留されたHFC−32リッチの液冷媒を、第2のバイパス路13bを経て、冷媒回路内へ放出する。
これにより、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の、HFC−32の冷媒組成を増加させる。
このため、吐出温度が高いとき、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の冷媒組成を、HFO−1234yfリッチで運転することができる。よって、吐出温度を低減させることができ、2重結合を持つHFO−1234yfの分解を抑制することができる。これにより、信頼性優先の運転を実施することが可能となる。
このため、吐出温度が低いとき、冷媒回路を循環するHFC−32の冷媒組成を増加させることができる。よって、冷媒回路内で発生する冷媒の圧力損失を低減することができる。これにより、効率優先の運転を実施することができる。
図8はこの発明の実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
尚、図8は冷房運転時の状態を示す。また、図1と同一部分は同一符号で示す。
また、油貯留容器8、第3の二方弁14c、第4の二方弁14d、第5の二方弁14e、第6の二方弁14fを備える。
さらに、吐出温度センサー12、及び図示しない制御回路100を備える。
尚、制御回路100は、本発明における制御手段である。
また、油貯留容器8は、高圧側バイパス路、及び低圧側バイパス路により、冷媒回路に接続される。
制御回路100は、吐出温度センサー12の検知温度に基づき、第3の二方弁14c、第4の二方弁14d、第5の二方弁14e、及び第6の二方弁14fの開閉を制御する。
上述した実施の形態1と同様に、圧縮機1を起動すると、圧縮機1はアキュームレータ6内の低圧のガス冷媒を吸入し、高圧のガス冷媒を吐出する。
制御回路100は、吐出温度センサー12により検出された圧縮機1の吐出温度(Td)を取り込む。
制御回路100は、吐出温度(Td)と所定の基準値とを比較する。
この基準値は、例えば、HFO−1234yfの分解を抑制できる吐出温度とする。
制御回路100は、検出した吐出温度(Td)が基準値より大きいとき、第3の二方弁14c、及び第4の二方弁14dを閉状態にし、第5の二方弁14e、及び第6の二方弁14fを開状態にして、油貯留容器8を低圧側バイパス路に接続する。
アキュームレータ6内の圧力が低下すると、アキュームレータ6の内部に存在するアルキルベンゼン油20の溶解度が低下する。
尚、油貯留容器8は、冷媒回路とは独立して設けられているため、油貯留容器8内の温度変化は少ない。このため、圧力変化が溶解度に与える影響が大きく、アルキルベンゼン油20の溶解度は低下することとなる。
このため、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒は、HFO−1234yfの組成比が増加し、相対的にHFC−32の組成比は低下する。
制御回路100は、検出した吐出温度(Td)が基準値より小さいとき、第3の二方弁14c、及び第4の二方弁14dを開状態にし、第5の二方弁14e、及び第6の二方弁14fを閉状態にして、油貯留容器8を高圧側バイパス路に接続する。
アキュームレータ6内の圧力が高くなると、アキュームレータ6の内部に存在するアルキルベンゼン油20の溶解度が増加する。
尚、油貯留容器8は、冷媒回路とは独立して設けられているため、油貯留容器8内の温度変化は少ない。このため、圧力変化が溶解度に与える影響が大きく、アルキルベンゼン油20の溶解度は増加することとなる。
このため、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒は、HFO−1234yfの組成比が低下し、相対的にHFC−32の組成比は増加する。
このため、アルキルベンゼン油20の選択溶解性を利用して、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒のHFO−1234yfとHFC−32との組成比を変化させることができる。
このため、吐出温度が高いとき、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の冷媒組成を、HFO−1234yfリッチで運転することができる。よって、吐出温度を低減させることができ、2重結合を持つHFO−1234yfの分解を抑制することができる。これにより、信頼性優先の運転を実施することが可能となる。
このため、吐出温度が低いとき、冷媒回路を循環するHFC−32の冷媒組成を増加させることができる。よって、冷媒回路内で発生する冷媒の圧力損失を低減することができる。これにより、効率優先の運転を実施することができる。
図10はこの発明の実施の形態5に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
尚、図10は冷房運転時の状態を示す。また、図1と同一部分は同一符号で示す。
また、圧縮機1は、図示しないモータを内蔵している。
このため、ACモータやフェライト磁石で構成されたモータを内蔵した圧縮機と比べて効率が高く、モータ発熱量を小さくすることができる。よって、圧縮機1が吐出する冷媒の吐出温度の上昇を抑制することができ、2重結合を持つHFO−1234yfの分解を抑制することができる。
これにより、圧縮機1が吐出する冷媒の吐出温度の上昇を抑制することができ、2重結合を持つHFO−1234yfの分解を抑制することができる。
Claims (11)
- 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、アキュームレータを環状に接続した冷媒回路を有し、
冷媒としてテトラフルオロプロペンと該テトラフルオロプロペンよりも沸点の低いHFC系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用い、
冷凍機油としてアルキルベンゼン油を用いたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記アキュームレータに滞留した前記アルキルベンゼン油の温度を変化させ、該アルキルベンゼン油への前記テトラフルオロプロペンの溶解度を変化させて前記非共沸混合冷媒の冷媒密度又は冷媒循環量を制御することを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の運転を制御する制御手段を更に備え、
前記制御手段は、前記圧縮機の回転数を制御し、前記アキュームレータ内の圧力を変化させることにより、前記アルキルベンゼン油の温度を変化させることを特徴とする請求項2記載の冷凍サイクル装置。 - 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、アキュームレータを環状に接続した冷媒回路と、
レシーバと、
前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する管と前記レシーバとを接続する第1のバイパス路と、
該第1のバイパス路を開閉する第1の二方弁と、
前記第1のバイパス路の冷媒流量を調整する毛細管と、
前記アキュームレータから前記圧縮機に吸入される低圧の前記非共沸混合冷媒と前記第1のバイパス路内を通る高圧の前記非共沸混合冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器と、
前記アキュームレータと前記蒸発器とを接続する管と前記レシーバとを接続する第2のバイパス路と、
該第2のバイパス路を開閉する第2の二方弁と
を備え、
冷媒としてテトラフルオロプロペンと該テトラフルオロプロペンよりも沸点の低いHFC系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用いることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機の吐出側に設置された吐出温度センサーと、
前記吐出温度センサーの検知温度に基づき、前記第1の二方弁及び前記第2の二方弁の開閉を制御する制御手段と
を更に備えたことを特徴とする請求項4記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御手段は、
前記検知温度が所定の基準値より大きいとき、前記第1の二方弁を開、前記第2の二方弁を閉状態にし、
前記検知温度が所定の基準値より小さいとき、前記第1の二方弁を閉、前記第2の二方弁を開状態にすることを特徴とする請求項5記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1の二方弁及び前記第2の二方弁の開閉、並びに前記圧縮機の運転を制御する制御手段を更に備え、
前記制御部は、前記第1の二方弁を開、前記第2の二方弁を閉状態にして、前記圧縮機の運転を開始させ、
前記HFC系冷媒の比率が高い前記非共沸混合冷媒を、前記レシーバに貯留させることを特徴とする請求項4記載の冷凍サイクル装置。 - 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、アキュームレータを環状に接続した冷媒回路と、
アルキルベンゼン油が貯留される油貯留容器と、
前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する管から第3の二方弁を介して前記油貯留容器へ至り、該油貯留容器から第4の二方弁を介して前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する管に戻る高圧側バイパス路と、
前記アキュームレータと前記圧縮機とを接続する管から第5の二方弁を介して前記油貯留容器へ至り、該油貯留容器から第6の二方弁を介して前記アキュームレータと前記圧縮機とを接続する管に戻る低圧側バイパス路と
を備え、
冷媒としてテトラフルオロプロペンと該テトラフルオロプロペンよりも沸点の低いHFC系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用いたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機の吐出側に設置された吐出温度センサーと、
前記吐出温度センサーの検知温度に基づき、前記第3の二方弁、前記第4の二方弁、前記第5の二方弁、及び前記第6の二方弁の開閉を制御する制御手段と
を更に備えたことを特徴とする請求項8記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御手段は、
前記検知温度が所定の基準値より大きいとき、前記第3及び第4の二方弁を閉状態、前記第5及び第6の二方弁を開状態にし、
前記検知温度が所定の基準値より小さいとき、前記第3及び第4の二方弁を開状態、前記第5及び第6の二方弁を閉状態にすることを特徴とする請求項9記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機は、永久磁石を希土類磁石で構成したDCモータを有することを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の冷凍サイクル装置。
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