JP2010085067A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二層分離温度が低い冷媒でもサイトグラスによる充填量判定を可能とする。
【解決手段】冷凍サイクル装置１は、高圧ガス通路にオイルセパレータ８を備える。オイルセパレータ８は、高圧液冷媒におけるオイル含有率を３％以下に抑える。さらに、凝縮器３とサイトグラス６との間には、内部熱交換器７を有する。内部熱交換器７は、高圧液冷媒の温度を１０°Ｃ程度下げることができる。冷媒とオイルとは、オイル含有率ＯＣＲ３％において、４５°Ｃ以上５５°Ｃ以下の第１範囲ＴＲ１内の二層分離温度Ｔｓを示し、オイル含有率ＯＣＲ６％において、３５°Ｃ以上４５°Ｃ以下の第２範囲ＴＲ２内の二層分離温度Ｔｓを示す組み合わせが選定されている。この結果、比較的低い二層分離温度Ｔｓを示す冷媒とオイルとの組み合わせにおいても、二層分離によって白濁した状態がサイトグラス６から観測されることが回避される。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。

従来から冷凍サイクル装置においては、サイトグラスから観測される冷媒の状態に基づいて冷媒の充填量を判定する充填量判定方法が用いられている。かかる手法は、冷凍サイクル装置に最初に冷媒を充填する際、冷凍サイクル装置の修理、調整後に再度冷媒を充填する際、あるいは所定期間運転された冷凍サイクル装置の充填量を点検する際に用いられる。充填量が適正であるとき、サイトグラスからは、液冷媒だけが観測される。一方、充填量が不足であるとき、サイトグラスからは、液冷媒に気泡が混入した状態、言い換えると気液混合状態が観測される。

一方、特許文献１の冷凍サイクル装置が知られている。かかる冷凍サイクル装置は、環境への影響が比較的少ない冷媒を使用することを提案している。このような環境への影響が比較的少ない冷媒として、種々の冷媒が知られ、提案されている。例えば、特許文献２および特許文献３に開示の冷媒が知られている。これら新冷媒を用いた冷凍サイクル装置においても、サイトグラスを用いた判定方法が適用できることが望ましい。

ところが、サイトグラスを用いた判定方法には、冷媒が白濁した場合に、気液混合状態との識別が困難であるため、充填量を誤判定するおそれがあるという問題点がある。このような白濁状態は、冷媒とオイルとが分離することによって発生することが知られており、二層分離状態と呼ばれる。例えば、特許文献４は、種々の冷媒とオイルとの組み合わせごとに、二層分離状態が発生する条件、特に温度が、異なることを開示している。

このような白濁により生じる問題点を改善するために、例えば、特許文献５に記載の冷凍サイクル装置が知られている。そこには、サイトグラス部分に低圧配管を併設することによって、サイトグラス部分における冷媒温度を低下させ、白濁を防止することが提案されている。また、サイトグラスの上流にオイルセパレータを設け、サイトグラス部分におけるオイルの含有率を減少させることも提案されている。

また、特許文献６に記載の冷凍サイクル装置が知られている。そこには、冷媒温度が二層分離温度以下になるようにファンまたは電磁弁を制御することが提案されている。
特開２００７−３１５６６３号公報 特表２００８−５２４４３３号公報 特表２００８−５０６７９３号公報 特開平９−２０８９８号公報 特開平５−２２３４１５号公報 特開平５−８７４２９号公報

特許文献５が提案するサイトグラスに低圧配管を併設する構成では、サイトグラスを通過する冷媒の温度をほとんど下げることができない。また、サイトグラスより上流側においても高圧配管に低圧配管を併設しているが、そのような構成でも冷媒温度を十分に低下させることが困難である。

特許文献５が提案するサイトグラスの上流にオイルセパレータを設ける構成では、オイルを分離することができず、サイトグラス部分における白濁を回避できない。凝縮器の下流では、液冷媒とオイルとが溶けあっているためである。

さらに、特許文献６が提案する構成は、冷凍サイクル装置の構成を複雑化させる。また、充填量判定の作業を複雑にするという問題点もある。さらには、装置のコストアップを招くという問題点もある。

本発明は、上記問題点に鑑み、サイトグラスの設置位置における冷媒とオイルとの二層分離を回避することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記問題点に鑑み、サイトグラスの設置位置における冷媒とオイルとの二層分離を、簡単な構成で、確実に回避することができる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に、下記の技術的手段を採用することができる。

請求項１に記載の発明では、圧縮機（２）、凝縮器（３）、膨張弁（４）、および蒸発器（５）を備える冷凍サイクル装置において、オイル含有率（ＯＣＲ）３％において４５°Ｃ以上５５°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示し、オイル含有率（ＯＣＲ）６％において３５°Ｃ以上４５°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示す冷媒とオイルとが凝縮器と膨張弁との間の高圧液通路を流れるように構成されており、圧縮機（２）と凝縮器（３）との間の高圧ガス通路に設けられたオイルセパレータ（８）と、凝縮器（３）と膨張弁（４）との間に設けられたサイトグラス（６）とを備えることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、オイルセパレータによって高圧液通路におけるオイル含有率を低下させることができる。このため、比較的低い二層分離温度を示す冷媒とオイルとの組み合わせにおいても、サイトグラスの設置位置において、二層分離による白濁状態を生じることが回避される。この結果、サイトグラスを用いて充填量の適否を判定することができる。

請求項２に記載の発明では、さらに、凝縮器（３）とサイトグラス（６）との間の高圧冷媒と、蒸発器（５）と圧縮機（２、２０２）との間の低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（７）を備えることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、内部熱交換器によって、サイトグラスの設置位置における冷媒温度を下げることができる。このため、比較的低い二層分離温度を示す冷媒とオイルとの組み合わせにおいても、サイトグラスの設置位置において、二層分離による白濁状態を生じることが回避される。この結果、サイトグラスを用いて充填量の適否を判定することができる。

請求項３に記載の発明では、圧縮機（２、２０２）、凝縮器（３）、膨張弁（４）、および蒸発器（５）を備える冷凍サイクル装置において、オイル含有率（ＯＣＲ）３％において４５°Ｃ以上５５°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示し、オイル含有率（ＯＣＲ）６％において３５°Ｃ以上４５°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示す冷媒とオイルとが凝縮器と膨張弁との間の高圧液通路を流れるように構成されており、凝縮器（３）と膨張弁（４）との間の高圧冷媒と、蒸発器（５）と圧縮機（２、２０２）との間の低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（７）と、内部熱交換器（７）と膨張弁（４）との間に設けられたサイトグラス（６）とを備えることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、内部熱交換器によって、サイトグラスの設置位置における冷媒温度を下げることができる。このため、比較的低い二層分離温度を示す冷媒とオイルとの組み合わせにおいても、サイトグラスの設置位置において、二層分離による白濁状態を生じることが回避される。この結果、サイトグラスを用いて充填量の適否を判定することができる。

請求項４に記載の発明では、内部熱交換器（７）は、高圧液冷媒の温度を約１０°Ｃ低下させる熱交換能力を備えることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、外気温度が高い場合であっても、サイトグラスの設置位置において、二層分離による白濁状態を生じることが回避される。

請求項５に記載の発明では、内部熱交換器（７）は、二重管であって、圧縮機（２）と凝縮器（３）との設置位置と、膨張弁（４）と蒸発器（５）との設置位置との間の冷媒通路を提供する配管でもあることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、冷凍サイクル装置の構成部品が占める容積を抑えることができる。

請求項６に記載の発明では、内部熱交換器（７）の高圧出口管（７ｄ）は、内部熱交換器（７）の低圧入口管（７ｅ）に沿って延びる並行部分（７ｄ１）と、低圧入口管（７ｅ）から離れて延び、再び戻る延長部分（７ｄ２）とを有し、サイトグラス（６）は、高圧出口管（７ｄ）の延長部分（７ｄ２）に設けられていることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、内部熱交換器を出た後の管を利用してサイトグラスを適切な位置に設置することができる。

請求項７に記載の発明では、オイルセパレータ（８）は、圧縮機（２）に内蔵されていることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、冷凍サイクル装置の構成部品が占める容積を抑えることができる。

請求項８に記載の発明では、オイルセパレータ（８）は、遠心分離型であることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、オイルセパレータを小型に構成でき、オイルの分離率を高めることができる。

請求項９に記載の発明では、サイトグラス（６）は、膨張弁（４）の直上流に配置されていることを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、サイトグラスからの冷媒観察によって充填量を適切に判定することができる。

請求項１０に記載の発明では、冷媒とオイルとは、オイル含有率（ＯＣＲ）３％において、４６°Ｃ以上５０°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示し、オイル含有率（ＯＣＲ）６％において、３５°Ｃ以上３９°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示すことを特徴とするという技術的手段が採用される。この構成によると、低い二層分離温度を示す冷媒を使用することができる。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として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。

（第１実施形態）
以下、本発明を車両用空調装置の冷凍サイクル装置１に適用した第１実施形態を説明する。図１は、冷凍サイクル装置１の構成を示すブロック図である。図２は、圧縮機とオイルセパレータとを示す部分断面図である。図３は、内部熱交換器を示す斜視図であって、一部に部分拡大図を含んでいる。図４は、オイル含有率ＯＣＲと二層分離温度Ｔｓとの関係を示すグラフである。

図１において、冷凍サイクル装置１は、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４、および蒸発器５を備える。これらの部品は、複数の配管によって順次接続されて閉回路を形成している。圧縮機２から凝縮器３を経由して膨張弁４に至る通路は、高圧通路と呼ばれる。圧縮機２と凝縮器３との間の通路は、高圧ガス通路と呼ばれる。凝縮器３と膨張弁４との間の通路は、高圧液通路と呼ばれる。蒸発器５と圧縮機２との間の通路は、低圧通路と呼ばれる。

圧縮機２は、循環冷媒を高温高圧に圧縮する。圧縮機２は、内燃機関により駆動されるか、あるいは電動機によって駆動される。圧縮機２は、固定容量型または可変容量型とすることができる。圧縮機２の潤滑部を潤滑するために、オイルが使用されている。オイルは、冷凍機油とも呼ばれる。オイルは、圧縮機２の回転部、摺動部などの潤滑部を潤滑するための潤滑用オイルである。オイルは、ＰＡＧ系のオイルである。例えば、株式会社デンソーのＮＤ−ＯＩＬ８を使用することができる。オイルの大部分は圧縮機２内に保持されるが、一部は冷媒とともに圧縮機２から吐出され、サイクル内を一巡して、圧縮機２に戻ってくる。圧縮機２の外部における冷媒とオイルとの割合は、蒸発器５などの構成部品が所定の機能を発揮するためには、低いほど望ましい。しかし、圧縮機２の外部における冷媒とオイルとの割合が低すぎると、圧縮機２の吸入部分における潤滑が不足することがある。このため、所定量の冷媒がサイクル内を循環することが望ましい。

凝縮器３は高圧側熱交換器である。凝縮器３は、圧縮機２吐出側に接続され、外気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する。膨張弁４は、減圧器である。膨張弁４は、凝縮器３から流出した液相冷媒を等エンタルピ的に減圧し、膨張させる。膨張弁４は、蒸発器５の出口における冷媒状態が、所定の状態となるように絞り開度を制御する。膨張弁４は、上記冷媒状態を温度によって感知する感温式膨張弁である。蒸発器５は低圧側熱交換器であって、冷却器あるいは吸熱器とも呼ばれる。蒸発器５は、冷媒が内部で蒸発することにより、冷却対象である空調用空気を冷却する。

凝縮器３と膨張弁４との間には、サイトグラス６が設けられている。サイトグラス６は、そこを通過する冷媒を観察することを可能とする窓を有している。

サイトグラス６の上流側であって、サイトグラス６と凝縮器３との間には、内部熱交換器７が設けられている。内部熱交換器７は、凝縮器３とサイトグラス６との間の高圧冷媒と、蒸発器５と圧縮機２との間の低圧冷媒とを熱交換させる。内部熱交換器７は、その高圧冷媒の出口における冷媒温度を、高圧冷媒の入り口における冷媒温度よりも約１０°Ｃ低下させる熱交換能力を有している。

圧縮機２の下流側であって、圧縮機２と凝縮器３との間には、オイルセパレータ８が設けられている。オイルセパレータ８は、圧縮機２に一体的に設けられており、圧縮機２に内蔵されている。オイルセパレータ８は、高圧ガス通路におけるガス冷媒とオイルの油滴とを分離する。オイルセパレータ８は、ガス冷媒の出口と、オイルの出口とを有している。ガス冷媒の出口が凝縮器３へ連通している。オイルは、圧縮機２の回転部、摺動部などの潤滑部に、専用のオイル通路を通して、あるいは吸入冷媒に混合されて供給される。

圧縮機２、凝縮器３、サイトグラス６、内部熱交換器７、およびオイルセパレータ８は、例えば、車載補機を収容した収容室であるエンジンルーム９に設けられている。圧縮機２は、動力源である内燃機関に併設して設けられている。凝縮器３は、外気との熱交換のために車両の外部からの通風経路上に設けられる。内部熱交換器７は、エンジンルーム９内の壁に沿って敷設されている。内部熱交換器７は、圧縮機２と凝縮器３との設置位置の近傍から、車室１０への接続開口の近傍にまで延びている。内部熱交換器７は、典型的な自動車においては、エンジンルーム９の前方から、エンジンムール９の後方にかけて延在している。

冷凍サイクル装置１は、二層分離温度Ｔｓとオイル含有率ＯＣＲとが図４に図示されるような特性を示す冷媒を備える。冷媒とオイルは、オイル含有率３％において、約４８°Ｃ以上になると二層分離状態となる。また、冷媒とオイルは、オイル含有率６％において、約３７°Ｃ以上になると二層分離状態となる。この冷媒は、市場に広く流通しているＨＦＣ−Ｒ１３４ａに比べて、低い二層分離温度Ｔｓを有しているといえる。従って、ＨＦＣ−Ｒ１３４ａと置き換えるだけでは、二層分離による白濁状態を生じやすいため、充填量判定を適切に実施できないおそれがある。

図２において、圧縮機２は、吸入口２ａと、吐出口２ｂとを有する。圧縮機２は、例えば、複数の気筒をもつ斜板型圧縮機である。吸入口２ａから供給された低圧ガス冷媒は、複数の気筒で圧縮され、高圧ガス冷媒となって共通の吐出ギャラリへ吐出される。吐出ギャラリから吐出口２ｂへ延びる吐出通路２ｃは、高圧ガス通路の一部でもある。

オイルセパレータ８は、吐出通路２ｃに設けられている。オイルセパレータ８は、遠心分離型である。オイルセパレータ８は、旋回室８ａを区画する部材と、ガス冷媒の出口通路８ｂを提供する筒状部材とを有する。旋回室８ａは、圧縮機２のハウジングによって区画されている。オイルセパレータ８の旋回室８ａは、その接線方向に開口した連通通路によって吐出ギャラリに連通している。一方、出口通路８ｂは、圧縮機２の吐出口２ｂに連通している。さらに、オイルセパレータ８は、分離されたオイルの出口を有している。圧縮機２は、その潤滑部にオイルを供給するためのオイル通路２ｄを有している。オイルセパレータ８のオイル出口は、オイル通路２ｄに連通している。オイル通路２ｄは、圧縮機２のハウジング内に形成されている。オイル通路２ｄは、圧縮機２の潤滑部と、吸入空間とに連通している。オイルは、オイル通路２ｄを通して、圧縮機２の潤滑部に直接に供給される。また、オイルは、オイル通路２ｄを通して、低圧ガス冷媒に混ぜられ、低圧ガス冷媒とともに圧縮機２に吸入されて、間接的に潤滑部に供給される。

吐出ギャラリから旋回室８ａに高圧ガス冷媒とオイルとの混合物が流入すると、旋回室８ａ内を旋回して流れる。この結果、旋回室８ａの内面にオイルが付着し、旋回室８ａの中心軸上から出口通路８ｂを通ってガス冷媒が流出する。オイルセパレータ８は、すべての運転状態において、高圧液通路における冷媒とオイルとの割合を３％以下に抑える能力を有している。

図３において、内部熱交換器７は、二重管型熱交換器として構成されている。内部熱交換器７は、熱交換器としての機能を有しながら、配管として冷媒を運搬するように敷設されている。内部熱交換器７は、エンジンルーム９内の形状に沿って、曲げられている。内部熱交換器７は、圧縮機２と凝縮器３との設置位置と、膨張弁４と蒸発器５との設置位置との間の冷媒通路を提供する配管でもある。

内部熱交換器７は、外管７ａと内管７ｂとを有する。外管７ａは、円形断面の管である。内管７ｂは、壁に複数の螺旋溝をもつ管である。外管７ａと内管７ｂとは、その端部において接合されている。外管７ａと内管７ｂとの間に外通路が区画されている。内管７ｂ内には、内通路を有する。外通路は、図３拡大部分に図示されるように、内管７ｂの螺旋溝に対応した複数の螺旋通路と、外管７ａの内面と内管７ｂの峰との間の隙間とを含む。この結果、外通路は、複雑な流れを生じ、熱交換を促進する。内通路は、内管７ｂの螺旋溝によって凹凸に富んだ形状を有する。この結果、内通路も、複雑な流れを生じ、熱交換を促進する。

外管７ａの一端には、高圧入口管７ｃが接続されている。高圧入口管７ｃの一端は、外通路に連通している。高圧入口管７ｃの他端は、凝縮器３に連通している。外管７ａの他端には、高圧出口管７ｄが接続されている。高圧出口管７ｄの一端は、外通路に連通している。高圧出口管７ｄの他端は、膨張弁４に連通している。高圧出口管７ｄには、サイトグラス６が設けられている。内管７ｂの他端には、低圧入口管７ｅが接続されている。低圧入口管７ｅの一端は、内管７ｂ内に連通している。低圧入口管７ｅの他端は、蒸発器５の出口側に連通している。内管７ｂの一端には、低圧出口管７ｆが接続されている。低圧出口管７ｆの一端は、内管７ｂ内に連通している。低圧出口管７ｆの他端は、ホースを介して圧縮機２の吸入口２ａに連通している。

サイトグラス６は、膨張弁４の直上流と呼びうる位置に設けられている。膨張弁４において冷媒が減圧される直前の冷媒状態を観測するためである。さらに、サイトグラス６は、作業者が見やすい位置に設置されている。サイトグラス６の窓は、エンジンルーム９内の作業者から見やすい方向へ向けられている。高圧出口管７ｄは、作業者が見やすい位置にサイトグラス６を配置するために、その位置を経由するように、ほぼＵ字状に敷設されている。高圧出口管７ｄは、低圧入口管７ｅの近傍を、この低圧入口管７ｅに沿って延びる並行部分７ｄ１と、低圧入口管７ｅから離れるように延び出し、再び低圧入口管７ｅに近づくように延びる延長部分７ｄ２とを有している。並行部分７ｄ１は、延長部分７ｄ２の両側に設けられている。サイトグラス６は、延長部分に設けられている。例えば、サイトグラス６をエンジンルーム９内の上部に位置づけるために、高圧出口管７ｄは、エンジンルーム９の下部から上部を経由して再び下部に戻るように敷設されている。サイトグラス６は、エンジンルーム９のうち、車室１０寄りの角部に設けられている。サイトグラス６のサイクル上における位置は、高圧液冷媒が減圧される直前であるため、正確な充填量の判定を可能とする。また、サイトグラス６のエンジンルーム９内における位置は、充填量を判定する作業の能率を向上させる。また、充填量を判定しながら、冷媒を充填する際の作業の能率を向上させる。

次に、この実施形態の作動を説明する。乗員からの空調要求、例えば冷房要求があると、圧縮機２の電磁クラッチが接続され、冷凍サイクル装置１が運転をはじめる。圧縮機２から吐出されたガス冷媒は、凝縮器３によって冷却され、凝縮する。凝縮器３から流出する液冷媒は、凝縮器３を冷却する外気の温度よりも高温である。凝縮器３から流出した液冷媒は、内部熱交換器７によって冷却される。内部熱交換器７を出た液冷媒は、サイトグラス６を通り、膨張弁４に供給される。膨張弁４は、液冷媒を減圧膨張させ、気液二相状態として蒸発器５に供給する。冷媒は、蒸発器５において蒸発し、蒸発器５の温度が低下する。一方、空調装置の送風機から送風される空気は、蒸発器５によって冷却され、温度調節されて車室内に供給される。蒸発器５を出たガス冷媒は、依然として低温である。この低温冷媒は、内部熱交換器７に供給され、高温の液冷媒を冷却する。内部熱交換器７を出たガス冷媒は、再び圧縮機２に吸入され、圧縮される。

冷媒の充填量が適正量か不足かの判定は、以下に述べる手順によって実施される。まず、車両を比較的安定した環境に置く。例えば、サービス工場の屋内などが想定される。冷凍サイクル装置１が使用されやすい夏季を想定すると、サービス工場内の温度は３５°Ｃ程度に到達することがあると見込まれる。この状態で、サイトグラス６による冷媒観察に適した運転モードで冷凍サイクル装置を運転する。例えば、十分な冷媒流量が得られるように、圧縮機２を最大容量とし、蒸発器５を通る風量を最大とする。外気温度が３５°Ｃという比較的高い温度であっても、凝縮器３の出口における冷媒温度は、４５°Ｃ以下になる。さらに、内部熱交換器７は、高圧冷媒の温度を約１０°Ｃ下げる熱交換能力をもっているから、内部熱交換器７の出口においては、高圧液冷媒の温度は、３５°Ｃ以下となる。さらに、オイルセパレータ８は、高圧通路におけるオイル含有率ＯＣＲを約３％以下に維持する分離能力を有している。このため、サイトグラス６が設置された位置における冷媒温度とオイル含有率ＯＣＲは、図４のハッチングで示された範囲内となる。

従って、冷媒とオイルとの混合物が、二層分離温度Ｔｓを越えることが防止される。このため、サイトグラス６から、冷媒とオイルとが二層分離して白濁した状態が観察されることが回避される。この結果、誤判定を生じることなく、サイトグラス６を用いて充填量の適否を判定することができる。

さらに、屋外での充填量の判定作業を想定したとしても、外気温度が４５°Ｃを越えるときに充填量を判定するとは考えがたい。そのような異常な使用を想定した場合でも、冷媒温度が４８°Ｃに到達することは極めて稀であると考えられる。よって、この実施形態の構成によると、冷媒とオイルとの混合物が、二層分離温度Ｔｓを越えることが確実に防止される。

この実施形態では、車両の壁に沿って敷設される二重管型の内部熱交換器７の下流にサイトグラス６を設けている。このため、車両のエンジンルーム９の周辺部の比較的見つけやすく、見やすい位置にサイトグラス６を配置することができる。また、内部熱交換器７と膨張弁４との間にサイトグラス６を配置しているので、減圧直前の冷媒の状態を観察することができ、適切な充填量適否判定を実施できる。

（第２実施形態）
本発明を適用した第２実施形態を説明する。図５は、第２実施形態に係る冷凍サイクル装置２０１の構成を示すブロック図である。図６は、オイル含有率ＯＣＲと二層分離温度Ｔｓとの関係を示すグラフである。

図５において、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付したので、先行する説明を参照することができる。この実施形態の冷凍サイクル装置２０１は、オイルセパレータ８を備えない圧縮機２０２を採用する。かかる構成では、高圧液通路におけるオイル含有率ＯＣＲは、６％に到達することがある。一般的に、オイル含有率ＯＣＲが６％を大幅に超えると、蒸発器５を通るオイル量が過剰となって十分な熱交換性能を発揮することができない。よって、冷凍サイクル装置２０１では、オイルセパレータ８を備えないが、高圧液通路におけるオイル含有率ＯＣＲは６％以下に抑えられる。この実施形態でも、内部熱交換器７を備えている。このため、内部熱交換器７の出口における高圧液冷媒の温度は、比較的高い外気温度条件においても、３５°Ｃ以下となる。

図６において、この実施形態では、サイトグラス６の設置位置における冷媒とオイルの状態は、ハッチングの範囲内となる。この結果、比較的低い二層分離温度Ｔｓを示す冷媒を用いても、サイトグラス６から二層分離により白濁した状態が観察されることが回避される。

（第３実施形態）
本発明を適用した第３実施形態を説明する。図７は、第３実施形態に係る冷凍サイクル装置３０１の構成を示すブロック図である。図８は、オイル含有率ＯＣＲと二層分離温度Ｔｓとの関係を示すグラフである。

図７において、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付したので、先行する説明を参照することができる。この実施形態の冷凍サイクル装置３０１は、内部熱交換器７を備えていない。かかる構成では、オイルセパレータ８によって高圧液通路におけるオイル含有量ＯＣＲは、３％以下に抑制される。その一方で、サイトグラス６の設置位置における高圧液冷媒の温度は、比較的高い外気温度条件においては、４５°Ｃ程度にまで到達する。

図８において、この実施形態では、サイトグラス６の設置位置における冷媒とオイルの状態は、ハッチングの範囲内となる。この結果、比較的低い二層分離温度Ｔｓを示す冷媒を用いても、サイトグラス６から二層分離により白濁した状態が観察されることが回避される。

（他の実施形態）
上記実施形態で使用した図４、図６、図８に示す特性をもった冷媒に代えて、種々の冷媒を利用することができる。例えば、オイル含有率ＯＣＲ３％において、４５°Ｃ以上５５°Ｃ以下の第１範囲ＴＲ１内の二層分離温度Ｔｓを示し、オイル含有率ＯＣＲ６％において、３５°Ｃ以上４５°Ｃ以下の第２範囲ＴＲ２内の二層分離温度Ｔｓを示す冷媒を用いることができる。内部熱交換器７とオイルセパレータ８との両方、またはいずれかひとつを採用することで、上記のような比較的低い二層分離温度Ｔｓを示す冷媒を用いても、サイトグラス６から二層分離により白濁した状態が観察されることが回避される。特に、高圧液通路における冷媒温度が高くなりやすい比較的高い外気温度において充填量の適否を判定した場合でも、サイトグラス６から二層分離により白濁した状態が観察されることが回避される。

さらに、冷媒は、オイル含有率ＯＣＲ３％において、４６°Ｃ以上５０°Ｃ以下の第３範囲ＴＲ３内の二層分離温度Ｔｓを示し、オイル含有率ＯＣＲ６％において、３５°Ｃ以上３９°Ｃ以下の第４範囲ＴＲ４内の二層分離温度Ｔｓを示す冷媒としてもよい。このような低い二層分離温度を示す冷媒を用いても、サイトグラス６から二層分離により白濁した状態が観察されることを回避することができる。

また、上記実施形態で使用したオイルに代えて、冷媒との組み合わせにおいて上記特性を示す種々のオイルを使用することができる。

上記実施形態で採用した二重管型の内部熱交換器に代えて、種々の形態の内部熱交換器を採用することができる。例えば、内管と外管とを一体化した押出管を二重管として用いてもよい。また、扁平な多穴管を並行に接合し、一方の多穴管に高圧液冷媒を流し、他方の多穴管に低圧ガス冷媒を流す構成を採用することができる。また、プレート型熱交換器を内部熱交換器としてもよい。

上記実施形態で採用したオイルセパレータに代えて、種々の形態のオイルセパレータを採用することができる。例えば、圧縮機２とは別体として構成されたオイルセパレータを高圧ガス通路に配置してもよい。また、遠心分離型オイルセパレータに代えて、衝突型、濾過型などのオイルセパレータを採用することができる。

本発明は、冷凍用、暖房用、給湯用といった冷凍サイクル装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、エジェクタを備える冷凍サイクル装置に適用されてもよい。

この明細書に記載された技術的要素の説明として、従来技術として列挙された特許文献の記載内容を参照によって導入ないし援用することができる。

本発明の技術的範囲は、上述した実施形態にのみ限定されるものではない。上述した実施形態は、本発明の技術的範囲内で、多様な変形、改良、または拡張を伴うことができる。

本発明を適用した第１実施形態の冷凍サイクル装置を示すブロック図である。 圧縮機とオイルセパレータとを示す部分断面図である。 内部熱交換器を示す斜視図である。 オイル含有率ＯＣＲと二層分離温度Ｔｓとの関係を示すグラフである。 本発明を適用した第２実施形態の冷凍サイクル装置を示すブロック図である。 オイル含有率ＯＣＲと二層分離温度Ｔｓとの関係を示すグラフである。 本発明を適用した第３実施形態の冷凍サイクル装置を示すブロック図である。 オイル含有率ＯＣＲと二層分離温度Ｔｓとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１、２０１、３０１ 冷凍サイクル装置、２ 圧縮機、３ 凝縮器、４ 膨張弁、５ 蒸発器、６ サイトグラス、７ 内部熱交換器、８ オイルセパレータ。

Claims (10)

1. 圧縮機（２）、凝縮器（３）、膨張弁（４）、および蒸発器（５）を備える冷凍サイクル装置において、
   オイル含有率（ＯＣＲ）３％において４５°Ｃ以上５５°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示し、オイル含有率（ＯＣＲ）６％において３５°Ｃ以上４５°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示す冷媒とオイルとが前記凝縮器と前記膨張弁との間の高圧液通路を流れるように構成されており、
   前記圧縮機（２）と前記凝縮器（３）との間の高圧ガス通路に設けられたオイルセパレータ（８）と、
   前記凝縮器（３）と前記膨張弁（４）との間に設けられたサイトグラス（６）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. さらに、前記凝縮器（３）と前記サイトグラス（４）との間の高圧冷媒と、前記蒸発器（５）と前記圧縮機（２、２０２）との間の低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（７）を備え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. 圧縮機（２、２０２）、凝縮器（３）、膨張弁（４）、および蒸発器（５）を備える冷凍サイクル装置において、
   オイル含有率（ＯＣＲ）３％において４５°Ｃ以上５５°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示し、オイル含有率（ＯＣＲ）６％において３５°Ｃ以上４５°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示す冷媒とオイルとが前記凝縮器と前記膨張弁との間の高圧液通路を流れるように構成されており、
   前記凝縮器（３）と前記膨張弁（４）との間の高圧冷媒と、前記蒸発器（５）と前記圧縮機（２、２０２）との間の低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（７）と、
   前記内部熱交換器（７）と前記膨張弁（４）との間に設けられたサイトグラス（６）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 前記内部熱交換器（７）は、高圧液冷媒の温度を約１０°Ｃ低下させる熱交換能力を備えることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記内部熱交換器（７）は、二重管であって、前記圧縮機（２）と前記凝縮器（３）との設置位置と、前記膨張弁（４）と前記蒸発器（５）との設置位置との間の冷媒通路を提供する配管でもあることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記内部熱交換器（７）の高圧出口管（７ｄ）は、
   前記内部熱交換器（７）の低圧入口管（７ｅ）に沿って延びる並行部分（７ｄ１）と、
   前記低圧入口管（７ｅ）から離れて延び、再び戻る延長部分（７ｄ２）とを有し、
   前記サイトグラス（６）は、
   前記高圧出口管（７ｄ）の前記延長部分（７ｄ２）に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記オイルセパレータ（８）は、前記圧縮機（２）に内蔵されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記オイルセパレータ（８）は、遠心分離型であることを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記サイトグラス（６）は、前記膨張弁（４）の直上流に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記冷媒と前記オイルとは、
    オイル含有率（ＯＣＲ）３％において、４６°Ｃ以上５０°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示し、オイル含有率（ＯＣＲ）６％において、３５°Ｃ以上３９°Ｃ以下の二層分離温度（Ｔｓ）を示すことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。

Images