JP2010019457A - 冷凍回路 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒を使用し、圧縮機内の温度により冷媒のπ結合が破壊されることなどによって冷媒が変性する可能性がある場合に対し、冷媒の分解を防止または抑制して、冷媒の重合を防止し、このような冷媒を用いた場合の目標とする性能を実現可能な冷凍回路を提供する。
【解決手段】圧縮機と、凝縮器と、減圧・膨張手段と、蒸発器とを備えた冷凍回路において、圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒を使用し、凝縮器出口から排出される冷媒の一部を分岐して、前記圧縮機の内部に供給することを特徴とする冷凍回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒、とくに二重結合を有する化学物質からなるＲ１２３４ｙｆなどの新冷媒が使用される冷凍回路に関する。

例えば車両用空調装置等に用いられる冷凍回路は、図４に示すような基本構成を有している。図４において、冷凍回路１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器３と、凝縮した冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段としての膨張弁４と、減圧・膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器５とを備えており、この冷凍回路１中を冷媒がその状態を変化させながら循環される。このような冷凍回路１においては、現状、代表的な冷媒としてＲ１３４ａ等が使用されている。

この現状の代表的な冷媒Ｒ１３４ａ等に対し、地球温暖化係数（ＧＷＰ）等のさらなる改善を目指して、新冷媒の研究、開発が行われている（例えば、非特許文献１）。このような改善を目指した新冷媒として、最近、Ｒ１２３４ｙｆなどが公表され、例えば、車両用空調装置等に用いられる冷凍サイクルへの適用についても、試験、研究を行うことが可能な状況となってきた。
「冷凍２００８年３月号」、日本冷凍空調学会、第８３巻、第９６５号

今までの冷媒は、二重結合を含まないので、二重結合に起因する問題を考慮する必要がない。ところが、上記新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの分子構造はＣＦ3 −ＣＦ＝ＣＨ2 であり、二重結合を含んでいる。二重結合はσ結合とπ結合から成立するが、π結合は一般に外部からの攻撃や高温に脆弱である。もし、π結合が破壊された場合、二重結合が開き連鎖反応により−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ・・・・Ｃ−の高分子を形成する可能性があり、高分子が形成されてしまうと、冷媒特性が大きく変化し、冷凍回路の性能が大幅に低下するおそれがある。

したがって、圧縮機の内部において過度に高温の部分が発生した場合には、上記新冷媒Ｒ１２３４ｙｆのπ結合が破壊されて二重結合が開かれ、−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ・・・・Ｃ−の高分子を形成する可能性がある。

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、新冷媒Ｒ１２３４ｙｆに代表されるような、圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒を使用し、圧縮機内の温度により冷媒のπ結合が破壊されることなどによって冷媒が変性する可能性がある場合に対し、冷媒の分解を防止または抑制して、冷媒の重合を防止し、このような冷媒を用いた場合の目標とする性能を実現可能な冷凍回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮した冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段と、減圧・膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍回路において、圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒を使用し、凝縮器出口から排出される冷媒の一部を分岐して、前記圧縮機の内部に供給することを特徴とするものからなる。すなわち、従来は蒸発器に全量送られていた冷媒の一部について、圧縮機内部に直接供給して圧縮機内部を冷却することにより、冷媒の高温分解を防止または抑制して冷媒の重合を未然に防ぐようにしたものである。

本発明に係る冷凍回路において、上記分岐の割合は、圧縮機の内部温度が冷媒の分解を防止し得る温度範囲となるような割合に設定されていることが好ましい。かかる設定値は、あらかじめ定められた固定値とすることもできるが、冷凍回路の運転状態とリンクさせた変動値としてもよい。たとえば、分岐の割合が圧縮機出口の冷媒温度に基づいて制御されている構成を採ることができる。本発明の冷凍サイクルをモリエル線図に示すと図２のように表現されるが（図２において、Ｉはエンタルピー、Ｐは圧力をそれぞれ示している。）、このサイクルは上記分岐の割合によって変動するほか、圧縮機出口の冷媒温度によっても変動する。そこで、上記制御を行なうことによって、圧縮機出口の冷媒温度が変動した場合にも冷媒の分解を防止することが可能となる。

本発明に係る冷凍回路においては、凝縮器出口から分岐して圧縮機の内部に至る冷媒流路に、冷媒の流通を制御する制御弁が設けられている構成を採ることができる。かかる構成のもとで上記分岐の割合を制御することによって、図２に示される本発明の冷凍サイクルを常に最適な状態に保持することが可能となる。また、上記分岐のラインを冷媒が逆流すると、冷凍サイクルが不安定になるおそれがあるため、凝縮器出口から分岐して圧縮機の内部に至る冷媒流路には、冷媒の逆流を防止する絞りが設けられていることが好ましい。

本発明に係る冷凍回路において、圧縮機がピストン圧縮機である場合には、分岐させた冷媒の一部を圧縮機内部の胴体部分またはシリンダーヘッド部分に供給することもできるが、好ましくは圧縮機のクランク室に供給することが好ましい。また、圧縮機がスクロール式圧縮機である場合には、分岐させた冷媒の一部を圧縮過程の途中段階にあるスクロール機構の内部に供給することが好ましい。

このような本発明に係る冷凍回路は、基本的には圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒を使用する圧縮機を用いたあらゆる冷凍回路に適用可能であるが、とくに効率の良い運転や、長期間にわたって安定した運転が求められる車両用空調装置の冷凍回路として好適なものである。

本発明に係る冷凍回路によれば、新冷媒Ｒ１２３４ｙｆに代表されるような、圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒を使用し、圧縮機内の温度により冷媒のπ結合が破壊されることなどによって冷媒が変性する可能性がある場合に対し、冷媒の分解を防止または抑制して、冷媒の重合を防止し、冷媒の安定した使用を可能として目標とする冷凍回路性能を発揮させることができ、このような冷媒を用いる意図としての地球温暖化係数（ＧＷＰ）等の改善を確実に推進することが可能になる。

以下に、本発明の具体例について説明する。
図１は本発明の一実施態様を示すフロー図であり、凝縮器３を出た冷媒が膨張弁４の手前で分岐され、ピストン式圧縮機２の内部クランク室内に供給されるための分岐ライン１１が設けられている。この分岐ライン１１を通過して圧縮機２の内部に供給された冷媒の一部と、蒸発器５を通過して圧縮機２の入口に供給された冷媒とが、圧縮機２の内部で合流して圧縮機２の出口から排出される。すると、図２のモリエル線図に示されるように、分岐ライン１１が設けられていない従来の形態に比べて圧縮機内部が冷却され、圧縮機の内部温度は低く抑えられる。そして、上記分岐の割合を適切に制御することによって、冷媒の高温分解を防止または抑制することができる。このように、本発明を冷凍回路に適用することにより、冷媒の重合を未然に防ぐことが可能になる。

図１に示される冷凍回路においては、冷媒の流通を制御する制御弁１２と、圧縮機２の出口部分で冷媒温度を測定する手段としての温度センサ１３が設けられている。分岐ライン１１上には第二の膨張弁１５が設けられ、圧縮機２の内部に液相の冷媒が極力導入されず圧縮機２で液圧縮されないようになっている。

温度センサ１３の出力信号は信号ケーブル１４を通して制御弁１２に入力されており、あらかじめ定められた制御特性にしたがって制御弁１２の開度が決定される。このようにして、循環している冷媒のうち分岐ライン１１に分岐される割合を設定する制御を行なっている。

図３は、制御弁１２と温度測定手段を兼ねることのできる特殊な膨張弁の一例を示す図である。この弁には２つの内部流路２１、２２が設けられており、内部流路２１には圧縮機２の吐出口側および凝縮器３の入口側が接続され、内部流路２２には凝縮器３の出口側およびピストン式圧縮機２のクランク室側が接続される。この膨張弁は、内部流路２１において冷媒温度を直接的または間接的に測定し、その温度情報を内部流路２２の開度調整機構へ機械的に伝達することによって（例えば、内部流路２１の温度に対応する圧力に応じてダイアフラム弁２３を作動させ、ダイアフラム弁２３の作動を、伝達ロッド２４を介して弁体２５の開閉作動として機械的に伝達することによって）、内部流路２２の開度を調整する。すなわち、この膨張弁単独で図１の制御弁１２、温度センサ１３、信号ケーブル１４および第二の膨張弁１５の機能のすべてを実現することができる。

なお、図の分岐ライン１１には冷媒の逆流防止手段としての絞り１６が設けられている。分岐ライン１１上で冷媒の逆流が生じると、冷凍サイクルが不安定となるが、この絞り１６を設けることにより冷凍サイクルの安定化が図られる。

本発明に係る冷凍回路は、基本的に圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒を使用する、圧縮機を用いたあらゆる冷凍回路に適用可能であり、とくに車両用空調装置に用いられる冷凍回路として好適なものである。

本発明の一実施態様に係る冷凍回路のフローを示した概略構成図である。 本発明適用の効果を従来例との対比でモリエル線図上に示した説明図である。 本発明に適用可能な膨張弁の一例を示す図である。 従来の冷凍回路のフローを示した概略構成図である。

符号の説明

１ 冷凍回路
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 減圧・膨張手段としての膨張弁
５ 蒸発器
１１ 分岐ライン
１２ 制御弁
１３ 温度センサ
１４ 信号ケーブル
１５ 第二の膨張弁
１６ 絞り
２１、２２ 内部流路
２３ ダイアフラム弁
２４ 伝達ロッド
２５ 弁体

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮した冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段と、減圧・膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍回路において、圧縮機内の温度により変性の可能性を有する冷媒を使用し、凝縮器出口から排出される冷媒の一部を分岐して、前記圧縮機の内部に供給することを特徴とする冷凍回路。
2. 前記分岐の割合は、前記圧縮機の内部温度が冷媒の分解を防止し得る温度範囲となるような割合に設定されている、請求項１に記載の冷凍回路。
3. 前記分岐の割合が圧縮機出口の冷媒温度に基づいて制御されている、請求項２に記載の冷凍回路。
4. 凝縮器出口から分岐して圧縮機の内部に至る冷媒流路に、冷媒の流通を制御する制御弁が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍回路。
5. 圧縮機出口から分岐して圧縮機の内部に至る冷媒流路に、冷媒の逆流を防止する絞りが設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍回路。
6. 前記圧縮機はピストン式圧縮機であって、分岐された冷媒の一部が圧縮機のクランク室内部に供給される、請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍回路。
7. 前記圧縮機はスクロール式圧縮機であって、分岐された冷媒の一部が圧縮過程の途中段階にあるスクロール機構の内部に供給される、請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍回路。
8. 前記冷媒が二重結合を有する化学物質からなる、請求項１〜７のいずれかに記載の冷凍回路。
9. 前記冷媒がＲ１２３４ｙｆからなる、請求項８に記載の冷凍回路。
   

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