JP2011141104A - 冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アキュムレータに液冷媒が溜まった状態であっても、圧縮機に対する安定的な給油を可能とし、信頼性の高い冷凍空調装置を得る。
【解決手段】圧縮機３、凝縮器４、膨張弁５、蒸発器６及びアキュムレータ７が冷媒配管１１を介して環状に接続された冷媒回路を備え、相溶性を示す冷凍機油と冷媒が導入される冷凍空調装置において、圧縮機３の容量を制御する制御装置８とを備える。制御装置８は、冷媒の蒸発温度が、冷凍機油と冷媒が分離する臨界温度を超えた温度になるように、圧縮機３の容量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍空調装置に関し、特に、圧縮機への給油に関するものである。

蒸気圧縮式の冷凍空調装置においては、蒸発器と圧縮機との間の吸入管に、蒸発器内で気化しきれなかった液冷媒を溜めるアキュムレータを設けたものがある。このアキュムレータは、液冷媒を溜めることにより、液冷媒がそのまま圧縮機に流れ込むことにより生じるいわゆる液バックによって圧縮機が損傷するのを防止している。

このアキュムレータは、圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器が冷媒配管を介して環状に接続されてなる冷凍空調装置において、圧縮機の吸入側に設置され、冷媒の気液分離及び余剰冷媒の貯蔵を行う。

アキュムレータは、その本体容器に液冷媒が溜まっているときには（例えば、空調機では外気温度の低い暖房運転時）、液冷媒と油が二層分離することがある。この現象は、冷媒と非相溶性の油を使用したときだけでなく、相溶性の油を使用したときにも起きる。例えば、Ｒ４１０Ａに、相溶性のポリオールエステル油を使用したときでも、−３７℃以下の温度においては二層分離が発生する。この場合、液冷媒の比重が油の比重より大きいため、液冷媒層が下層に存在し、油戻し穴がアキュムレータの底部に設置されていると、圧縮機に給油できなくなる。

このような課題を解決するために、例えば「…貯留室内に貯まった冷凍機油の油面を検出する油面検出手段と、油面検出手段と貯留室の底部近くに位置する導出管とを接続する接続手段と、油面検出手段の近くに位置する接続手段に設けた補助油戻し穴とを備えた構成であり、油面検出手段は冷凍機油より密度が小さいフロートを用い、接続手段はフレキシブルチューブを用いる。」（例えば特許文献１参照）というものが提案されている。このアキュムレータにおいては、貯留室内に液冷媒が溜まり、冷凍機油が二層分離した場合には、液冷媒層が下層に存在しても油面検出手段（浮子体）が冷凍機油の上面に浮き、補助油戻し穴から冷凍機油を油戻し管内部に吸い込んで圧縮機へ給油する。

特開平１１−１４２００号公報（段落００２２、図１参照）

しかしながら、冷凍空調装置の運転中には、冷媒がアキュムレータ内に勢いよく流入するため、貯留油表面は激しく波打ち、冷凍機油上の浮子体が安定しない。このような状態では、圧縮機への給油を安定して行うことができない、という課題がある。
また、浮子体に接続されたフレキシブルチューブには、その耐久性、補助油戻し穴の詰まり等の課題があり、更に、油面検出手段（浮子体）等を必要とすることから、アキュムレータの製造費が増加する等の課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、アキュムレータに液冷媒が溜まった状態であっても、圧縮機に対する安定的な給油を可能とし、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、減圧手段、蒸発器及びアキュムレータが冷媒配管を介して環状に接続された冷媒回路を備え、相溶性を示す冷凍機油と冷媒が導入される冷凍空調装置において、前記圧縮機の容量を制御する制御装置と、前記制御装置は、前記冷媒の蒸発温度が、冷凍機油と冷媒が分離する臨界温度を超えた温度になるように、前記圧縮機の容量を制御する。

本発明に係る冷凍空調装置によれば、アキュムレータに液冷媒が溜まる状態であっても、冷媒の蒸発温度が冷凍機油と冷媒が分離する臨界温度を超えた温度になっているので、冷凍機油と冷媒とが分離して二層分離することがなく、圧縮機に対する安定的な給油が可能となり、信頼性の高い冷凍空調装置が得られる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の冷媒回路である。 図１の冷凍空調装置のアキュムレータの断面図である。 図１の冷凍空調装置のアキュムレータの他の例の断面図である。

以下、本発明に係る冷凍空調装置の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。
図１において、本実施の形態１に係る冷凍空調装置は、室外機１及び室内機２を備えている。室外機１は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機３と、圧縮機３から吐出される冷媒を凝縮する凝縮器４と、液冷媒及び冷凍機油を貯留するアキュムレータ７とを備えている。室内機２は、凝縮器４から流出される冷媒を減圧する減圧手段として膨張弁５と、膨張弁５で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器６と、蒸発器６に風を送る送風ファン６ａとを備えている。これらの圧縮機３、凝縮器４、膨張弁５、蒸発器６及びアキュムレータ７は、冷媒配管１１により環状に接続されて冷凍サイクル（冷媒回路）を構成している。

また、本実施の形態１に係る冷凍空調装置は、圧縮機３の容量、膨張弁５の開度、送風ファン６ａの回転速度を制御する制御装置８を備えており、この制御装置８は例えばマイコンピュータ等により構成される。アキュムレータ７の入側の冷媒配管１１には、温度センサ９及び圧力センサ１０が取り付けられており、温度センサ９及び圧力センサ１０の測定出力により吸入過熱度が求められ、この吸入過熱度により液バックが検知される。

次に、本実施の形態１における冷凍空調装置での冷媒の流れについて説明する。
圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器４で凝縮液化された後、膨張弁５で減圧され二相冷媒となり、蒸発器６で蒸発ガス化された後、アキュムレータ７を経て圧縮機３に吸入されて循環する冷凍サイクルを形成し、冷媒が循環する。

次に、本実施の形態１における冷凍空調装置での冷凍機油の流れについて説明する。
圧縮機３からガス冷媒とともに吐出される冷凍機油は凝縮器４、膨張弁５及び蒸発器６を介して、アキュムレータ７に流入する。アキュムレータ７では、冷凍機油とガス冷媒とは分離され、分離された油はアキュムレータ７の底部に滞留する。

図２及び図３は、アキュムレータ７の構成例である。
図２に示された例においては、アキュムレータ７内に挿入されている導出管１２の底部には油戻し穴１３が設けられている。
図３に示された例においては、アキュムレータ７の底部に油戻し穴１３が設けられている。
図２及び図３のアキュムレータ７は、それに滞留する冷凍機油は油戻し穴１３を介して全て圧縮機３に返油される。

ところで、アキュムレータ７に液冷媒が溜まる運転には、例えば、膨張弁５が閉じない不良による液バック運転時、空調機では外気温度の低い暖房運転時に余剰冷媒が生じる場合、又は、冷凍機では除霜運転終了後の蒸発器の予冷のために蒸発器６の送風ファン６ａを一定時間停止する運転モード等がある。

上記のように、アキュムレータ７に液冷媒が溜まった場合には、冷媒が冷凍機油に非相溶であると、液冷媒と冷凍機油が二層分離するが、冷媒が冷凍機油に相溶であっても、例えば冷媒にＲ４１０Ａ、冷凍機油にポリオールエステル油を使用しても、−３７℃の低温では二層分離する。この場合には、Ｒ４１０Ａ冷媒の密度が約１２００ｋｇ／ｍ³、ポリオールエステル油の密度が約１０００ｋｇ／ｍ³であり、冷媒は冷凍機油よりも比重が大きいので、二層分離すると冷凍機油の層が液冷媒の上に形成されることになる。

液冷媒と冷凍機油とが二層分離し冷凍機油の層が液冷媒の上に形成された場合には、アキュムレータ７内の底部に設置された油戻し穴１３から圧縮機３へ給油不可能となり、圧縮機３の油枯渇による潤滑不良が生じ、破損の原因となる。

本実施の形態１に係る冷凍空調装置においては、相溶性を示す冷凍機油と冷媒が導入され、制御装置８は、温度センサ９及び圧力センサ１０の測定出力により液バックを検知した場合には、圧縮機３の容量を制御し、蒸発温度すなわち温度センサ９で測定される温度、又は圧力センサ１０で測定される圧力の飽和温度が、冷凍機油と冷媒が分離する臨界温度を超えた温度になるように制御する。このため、アキュムレータ７内に貯留された冷凍機油と冷媒とは分離されていない状態にあり、油戻し穴１３から圧縮機３へ給油が可能になる。ところで、このとき、冷媒も油戻し穴１３を介して圧縮機３側に供給されることになるが、その量は少なく液バックは起きない。

なお、圧縮機３の吸入管における液戻りを検知する（液バックを検知する）本発明の液戻り検知手段として、制御装置８、温度センサ９及び圧力センサ１０により構成される例について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えばアキュムレータ７内の液面を検知する液面センサやフロートを用いてもよい。
また、蒸発温度の制御は、圧縮機３の容量の制御とともに、或いは圧縮機３の容量に代えて、膨張弁５の開度及び送風ファン６ａの風量（回転数）の少なくとも何れかを制御し、冷媒の蒸発温度が冷凍機油と冷媒とが分離する臨界温度を超えた温度になるようにしてもよい。

以上のように本実施の形態１においては、アキュムレータ７内に液冷媒が溜まった場合であっても、液冷媒と冷凍機油が二層分離する臨界温度を超えて運転されるため、液冷媒と冷凍機油は二層分離することがなく、常に冷凍機油を圧縮機３へ安定的に給油し、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。

１ 室外機、２ 室内機、３ 圧縮機、４ 凝縮器、５ 膨張弁、６ 蒸発器、６ａ 送風ファン、７ アキュムレータ、８ 制御装置、９ 温度センサ、１０ 圧力センサ、１１ 冷媒配管、１２ 導出管、１３ 油戻し穴。

Claims (5)

1. 圧縮機、凝縮器、減圧手段、蒸発器及びアキュムレータが冷媒配管を介して環状に接続された冷媒回路を備え、相溶性を示す冷凍機油と冷媒とが導入される冷凍空調装置において、
   前記圧縮機の容量を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記冷媒の蒸発温度が、前記冷凍機油と前記冷媒とが分離する臨界温度を超えた温度になるように、前記圧縮機の容量を制御することを特徴とする冷凍空調装置。
2. 前記圧縮機の吸入管における液戻りを検知する液戻り検知手段を備え、
   前記制御装置は、前記液戻り検知手段が液戻りを検知すると、前記冷媒の蒸発温度が、前記臨界温度を超えた温度になるように、前記圧縮機の容量を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍空調装置。
3. 前記蒸発器に送風する送風ファンを備え、
   前記減圧手段は、膨張弁から構成され、
   前記制御装置は、
   前記圧縮機の容量の制御とともに、或いは前記圧縮機の容量に代えて、
   前記膨張弁の開度及び前記送風ファンの風量の少なくとも何れかを制御し、前記冷媒の蒸発温度が、前記臨界温度を超えた温度になるようにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍空調装置。
4. 前記冷媒は、前記冷凍機油よりも比重の大きいものが用いられることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の冷凍空調装置。
5. 前記アキュムレータは、その下部に前記冷凍機油を前記圧縮機へ供給するための油戻し穴を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の冷凍空調装置。

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