JP2014185811A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レシーバタンクに溜まったオイルを充分に冷却した状態で圧縮機に戻すことができ、これにより、圧縮機の故障を回避させた冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】 冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器５と、放熱器５で放熱された冷媒と該冷媒と共に圧縮機から流出したオイルとを貯留するレシーバタンク７と、レシーバタンク７から流出した冷媒を減圧する膨張弁１１と、膨張弁１１で減圧された冷媒に吸熱させる蒸発器１３と、圧縮機２と放熱器５とレシーバタンク７と膨張弁１１と蒸発器１３とを順次接続する冷媒配管と、レシーバタンク７に貯留される前記オイルを圧縮機２に戻すオイル戻し管１５と、蒸発器１３で吸熱した冷媒を圧縮機２に戻す低圧配管１４とイル戻し管１５との間で熱交換される内部熱交換器１６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍サイクル装置に係り、特に、レシーバタンクを備える冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置は、冷媒の圧縮機、凝縮器、レシーバタンク、膨張弁、および蒸発器等によって構成される。

このような冷凍サイクル装置において、圧縮機で加圧された高温の冷媒ガスは、凝縮器で外気との間で熱交換されて液化し、レシーバタンクに貯留されるようになっている。このレシーバタンクには、運転負荷が軽いなどの場合に余剰となる冷媒が貯留される。そして、レシーバタンクから流出した冷媒は、膨張弁で減圧され、蒸発器へ送られ該蒸発器の周辺の空気を熱交換によって冷却するようになっている（下記特許文献１参照）。

ここで、特に冷媒が二酸化炭素（ＣＯ２）の場合、二酸化炭素（ＣＯ２）と非相溶性のオイルを用いることから冷媒とオイルが混ざらないため、レシーバタンク内に冷媒を貯留すると、オイルも同時にレシーバタンクに溜まってしまう。このため、レシーバタンクに溜まったオイルをオイル戻し管に通して圧縮機まで戻すように構成している（下記特許文献２参照）。

しかし、レシーバタンク内のオイルは高温であるため、この高温の状態でオイルを圧縮機に戻すと、圧縮機の内部温度が上昇して故障する恐れがある。なお、レシーバタンク内に低温冷媒が流れる冷媒配管を設けることによって、高温冷媒を冷却するようにしたものが知られている（下記特許文献３参照）。

特開平９−８９４２０号公報 特開２００８−１９０７９０号公報 特開平９−８９４２０号公報

しかし、特許文献３に開示されているレシーバタンクを有する冷凍サイクル装置の場合、低温冷媒は、レシーバタンク内のオイルだけでなく冷媒からも熱を授受するため、オイルを充分に冷却できないという問題を有する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、レシーバタンクに溜まったオイルを充分に冷却した状態で圧縮機に戻すことができ、これにより、圧縮機の故障を回避させる冷凍サイクル装置を提供することにある。

本発明は、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒と同冷媒と共に圧縮機から流出したオイルとを貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから流出した冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁で減圧された冷媒に吸熱させる蒸発器と、前記圧縮機と前記放熱器と前記レシーバタンクと前記膨張弁と前記蒸発器とを順次接続する冷媒配管と、前記レシーバタンクに貯留される前記オイルを前記圧縮機に戻すオイル戻し管と、前記蒸発器で吸熱した冷媒を前記圧縮機に戻す低圧配管と前記オイル戻し管との間で熱交換される内部熱交換器と、を有することを特徴とする。
（２）本発明の冷凍サイクル装置は、（１）の構成において、前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする。

このように構成された冷凍サイクル装置によれば、レシーバタンクに溜まったオイルを充分に冷却した状態で圧縮機に戻すことができ、圧縮機の内部温度の上昇を回避させることができるようになる。

（ａ）は本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１を示す構成図で、（ｂ）は（ａ）に示すレシーバタンクの詳細図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
（実施形態１）
図１（ａ）は、本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１を示す構成図である。図１（ａ）に示す冷凍サイクル装置１は、冷房運転がなされている場合を示している。

本発明の冷凍サイクル装置は、図１（ａ）に示すように、圧縮機２と、四方弁４と、室外熱交換器５と、逆止弁６と、レシーバタンク７と、電子膨張弁１１と、室内熱交換器１３とが冷媒配管によって順に接続されて構成されている。

図１（ａ）において、まず、たとえば二酸化炭素（ＣＯ_２）からなる冷媒を圧縮する圧縮機２がある。なお、冷媒にはオイル（潤滑油）が含まれている。圧縮機２はたとえば２段圧縮がなされるようになっている。圧縮機２によって１段目の圧縮がなされた冷媒は中間熱交換器３を介することによって冷やされ、圧縮機２によって２段目の圧縮がなされるようになっている。

圧縮機２から吐出された冷媒は、たとえば約６０℃以上の温度となって、四方弁４を介した後に、室外熱交換器５に供給されるようになっている。四方弁４は、冷房運転と暖房運転を切換える弁であり、図１の場合、冷房運転がなされるように切り換えられている。これにより、室外熱交換器５は放熱器として機能するようになっている。また、四方弁４の通過後において室外熱交換器５に供給される冷媒は上記温度よりも若干低くなっている。

室外熱交換器５では、冷媒は外気と熱交換されることで放熱され、該室外熱交換器５から排出される冷媒はたとえば外気温度〜外気温度＋１０Ｋ程度の温度となっている。

室外熱交換器５で放熱した冷媒は、逆止弁６を介してレシーバタンク７に導かれるようになっている。レシーバタンク７は、図１（ｂ）に示すように、室外熱交換器５で放熱した冷媒とこの冷媒と共に圧縮機から流出したオイルが貯留されるようになっている。この場合、冷媒とオイルは非相溶のため、オイル８は下層に溜まり、二酸化炭素からなる冷媒９は上層に溜まるようになっている。

また、図１（ｂ）に示すように、レシーバタンク７には、高圧配管１０Ａ、１０Ｂが接続され、高圧配管１０Ａは室外熱交換器５からの冷媒が供給される冷媒配管となっており、高圧配管１０Ｂはレシーバタンク７内の冷媒を次に述べる電子膨張弁１１に導く冷媒配管となっている。

電子膨張弁１１では、冷媒は、減圧され、温度がたとえば約１５℃以下にまで下がるようになっている。電子膨張弁１１を通過した冷媒は、逆止弁１２を介して室内熱交換器１３に供給されるようになっている。室内熱交換器１３は、冷房運転時において、蒸発器として機能するようになっている。

室内熱交換器１３では、冷媒は室内の空気と熱交換して吸熱し、該室内熱交換器１３から排出される冷媒は約５℃以上の温度となっている。

室内熱交換器１３で吸熱した冷媒は、前記四方弁４を介してレシーバタンク７の内部を通過する低圧配管１４を通して圧縮機２に戻されるようになっている。

レシーバタンク７内に配設される熱交換用低圧配管１４Ａは、図１（ｂ）に示すように、レシーバタンク７の底面あるいは該底面に近接する部分に設けられ、これにより、冷媒９よりも下層に貯留されるオイル８に浸漬されるようになっている。ここで、レシーバタンク７内の冷媒９およびオイル８は、熱交換用低圧配管１４Ａにより冷却されるため、レシーバタンク７内に流入した時の温度から３〜１０Ｋ低くなっている。なお、レシーバタンク７内の熱交換用低圧配管１４Ａは、図１（ａ）、（ｂ）において、それぞれ、図中Ａの部分を入口、図中Ｂの部分を出口として示している。ここで、熱交換用低圧配管１４Ａに入口Ａにおける冷媒の温度は約５℃以上であり、出口Ｂにおける冷媒の温度は入口Ａにおける冷媒の温度よりも数Ｋ高くなっている。

レシーバタンク７内の熱交換用低圧配管１４Ａには、蒸発器として機能する室内熱交換器１３で冷却された冷媒が通過するため、熱交換用低圧配管１４Ａを浸漬させるレシーバタンク７内のオイル８は熱交換用低圧配管１４Ａを通過する冷媒によって冷やされるようになる。

また、レシーバタンク７には、その底面にオイル戻し管１５が接続され、このオイル戻し管１５はレシーバタンク７に貯留されたオイル８を圧縮機２に戻すようになっている。ここで、レシーバタンク７の底面の近傍のオイル戻し管１５内のオイルの温度は流入時の温度から３〜１０Ｋ低い温度となっている。

オイル戻し管１５は、出口Ｂの近傍に減圧手段であるキャピラリー１９を有し、このキャピラリー１９で内部を流れるオイルを減圧している。そして、キャピラリー１９から圧縮機２との間のオイル戻し管１５には、出口Ｂからレシーバタンク７の外側へ延在する低圧配管１４とある程度の長さで接触する部分を有し、この部分において、内部熱交換器１６（図中楕円の点線内）を構成するようになっている。すなわち、この内部熱交換器１６において、オイル戻し管１５を通過するオイル８は、低温低圧の冷媒が通過する低圧配管１４によってさらに冷却されるようになっている。

ここで、内部熱交換器１６に至る前のオイル戻し管１５内のオイルの温度が低圧配管１４内の冷媒の温度（約１０℃以上）よりも高温であっても、オイル戻し管１５内を流れるオイルの量が低圧配管１４内を流れる冷媒の量よりも少ないため、内部熱交換器１６を通過したオイル戻し管１５内のオイルの温度は、低圧配管１４を流れる冷媒の温度（約１０℃以上）とほぼ等しくなるようになっている。

このため、圧縮機２には、レシーバタンク７に溜まったオイル８が充分に冷却された状態で戻されることができ、これにより、圧縮機２の内部温度の上昇を防止し、故障を回避させることができる。

上述した説明では、冷房運転がなされている冷凍サイクル装置１について示したものであるが、暖房運転時においても同様の効果を奏するようになる。

すなわち、図１に示すように、四方弁４の切換え（図中点線）によって、圧縮機２からの冷媒は、室内熱交換器１３、逆止弁１７、レシーバタンク７、電子膨張弁１１、逆止弁１７、さらには室外熱交換器５を経て循環される。この場合、室内熱交換器１３は放熱器として、室外熱交換器５は蒸発器として機能することになる。

また、レシーバタンク７内に設置された低圧配管１４には、蒸発器として機能する室外熱交換器５で低温低圧の冷媒が通過するようになり、冷房運転時と同様に、レシーバタンク７内のオイル８は冷やされ、オイル戻し管１５を通して低温のオイル８が圧縮機２に戻されるようになる。

なお、本実施例のように、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒に用いた場合、圧縮機２から吐出される冷媒の温度は一般に用いられるＲ４１０などの冷媒よりも高温となり、レシーバタンク７に溜まった高温のオイルが圧縮機２に戻ることで、圧縮機２から吐出される冷媒の温度が上昇するため、本発明のオイルを冷却する効果がより顕著となる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、本実施例で示した冷媒の温度は、特定条件下で成立するものであり、本発明はこの温度に限定したものではない。

１……冷凍サイクル装置、
２……圧縮機、
３……中間熱交換器、
４……四方弁、
５……室外熱交換器（放熱器、蒸発器）、
６、１２、１７、１８……逆止弁、
７……レシーバタンク、
８……オイル、
９……冷媒、
１０Ａ、１０Ｂ……高圧配管、
１１……電子膨張弁、
１３……室内熱交換器（蒸発器、放熱器）、
１４……低圧配管、
１４Ａ……熱交換用低圧配管（レシーバタンク内に配設される低圧配管）、
１５……オイル戻し管、
１６……内部熱交換器
１９……キャピラリー。

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を放熱させる放熱器と、
   前記放熱器で放熱された冷媒と同冷媒と共に前記圧縮機から流出したオイルとを貯留するレシーバタンクと、
   前記レシーバタンクから流出した冷媒を減圧する膨張弁と、
   前記膨張弁で減圧された冷媒に吸熱させる蒸発器と、
   前記圧縮機と前記放熱器と前記レシーバタンクと前記膨張弁と前記蒸発器とを順次接続する冷媒配管と、
   前記レシーバタンクに貯留される前記オイルを前記圧縮機に戻すオイル戻し管と、
   前記蒸発器で吸熱した冷媒を前記圧縮機に戻す低圧配管と前記オイル戻し管との間で熱交換される内部熱交換器と、
   を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 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に記載の冷凍サイクル装置。
   

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