JP4465860B2

JP4465860B2 - 空気調和機の冷凍装置

Info

Publication number: JP4465860B2
Application number: JP2000352862A
Authority: JP
Inventors: 和也船田
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP2002162120A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機の冷凍装置に係わり、特に非共沸混合冷媒を使用したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気調和機の冷凍装置は、図４に示すように、吸込側にアキュムレータ１ａを備える圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁４でなる減圧装置と、室内熱交換器５とを順次配管接続して冷凍サイクルを構成している。
図４に示す空気調和機の冷凍装置に非共沸混合冷媒を循環させた場合、混合冷媒がそのまま循環するため、外気温度が高い場合のように高負荷運転時には入力が増大してＣＯＰが低下するため、空気調和機の性能が大きく低下してしまい、また、逆に低負荷運転時には圧力が低下するため冷凍能力が大幅に低下してしまうという問題がある。
また、通常運転時においてもインバータタイプのように圧縮機の能力を可変しても冷凍能力を効率的に可変することが出来ない。
そこで、特開平７−９８１６１に開示されているように、前記冷凍サイクル内に、混合冷媒の溶け込みが可能な冷凍機油を封入した冷媒貯蔵容器を設けた冷凍装置が知られている。
この冷凍装置は、冷媒貯蔵容器に圧力または温度変化を与える手段を設け、所定の圧力、温度に設定することにより、冷凍機油内に所定の比率で混合冷媒がとけ込み、循環する冷媒の組成比率を変えることを目的としているものである。
しかし、この冷凍装置は、その実施例において、膨張弁４と並列に冷媒貯蔵容器１３を設け、さらに、同冷媒貯蔵容器１３の両側に第２開閉弁１７、第１開閉弁１９を設け、同第２開閉弁１７、第１開閉弁１９の開度を制御することにより冷媒貯蔵容器１３内の圧力または温度に変化を与えるようにしているため、冷媒貯蔵容器１３内を高圧にするには、高温高温冷媒を流入させなければならず、高圧、低温にすることができないという問題がある。
また、起動時やモード切換の過渡期には圧縮機に封入した冷凍機油が冷媒と共に冷凍サイクル内に循環してしまい、圧縮機に必要な冷凍機油の量が確保できず、摺動部が磨耗し、圧縮機の寿命を短くする可能性がある。
そこで、圧縮機にベルトヒータを設けて圧縮機のシェルを加熱することにより冷凍機油が冷媒と共に冷凍サイクル内に循環しないようにしていた。
しかし、圧縮機のシェルが温まるまでに時間を要するため、充分温まる前に起動するとやはり、冷凍機油が冷媒と共に冷凍サイクル内に循環してしまい、また、温まったとしても、動作モードによって圧縮機内の冷凍機油量が多少変化してしまうという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上述べた問題点を解決し、第１に、効果的に冷媒の組成を可変して高負荷時には効率的な運転を可能とし、低負荷時には冷凍能力を低下した運転を可能とする空気調和機の冷凍装置を提供すること、第２に、圧縮機の冷凍機油量を制御することにより圧縮機の寿命の問題を解決した空気調和機の冷凍装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するため、冷媒に非共沸混合冷媒を使用し、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器とを順次配管接続して冷凍サイクルを構成してなる空気調和機の冷凍装置において、前記四方弁と前記圧縮機の吸込側との間の配管に、第１開閉弁を有する導入管を介して冷媒タンクが接続され、同冷媒タンクは、内部を上下に可動可能な仕切板により上下に仕切られ、上部に前記非共沸混合冷媒のうちの一種類の冷媒を吸収可能な冷凍機油を封入した冷媒貯留室が、下部に加熱室が形成されており、前記冷媒タンクの加熱室と前記圧縮機の高圧シェルとは第２開閉弁を有する第1高圧冷媒管により接続され、前記冷媒タンクの冷媒貯留室と前記圧縮機の高圧シェルとは前記第1高圧冷媒管より分岐された第３開閉弁を有する第２高圧冷媒管により接続された構成となっている。
【００１１】
前記第1高圧冷媒管が、前記圧縮機の高圧シェル冷凍機油必要レベル位置より上方に接続された構成となっている。
【００１５】
前記第1開閉弁、第２開閉弁および第3開閉弁が、膨張弁でなる構成となっている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明による空気調和機の冷凍装置を詳細に説明する。
図１は本発明による空気調和機の冷凍装置の一実施例の冷凍サイクルを示す冷媒回路図、図２は冷媒タンクを示す概略説明図、図３は圧縮機の高圧シェル部を示す概略説明図である。
図１に示すように、アキュムレータ１ａを吸込側に接続した圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁４と、室内熱交換器５とを順次配管接続して冷凍サイクルを構成している。
そして、圧縮機１で圧縮された高温高圧冷媒は四方弁２で切換えられ冷房時は室外熱交換器３に流入して外気と熱交換して凝縮熱を奪われて液化する。
この液体冷媒は膨張弁４から霧状となって吹出され、室内熱交換器５で室内空気と熱交換して蒸発熱を奪うことにより室内空気を冷やして気化される。
この低圧低温のガス冷媒はアキュムレータ１ａで気化されなかった液体冷媒が気化され、このガス冷媒が前記圧縮機１に循環される。
暖房時は、四方弁２で切換えられた高温高圧冷媒は室内熱交換器５に流入され室内空気と熱交換して凝縮熱を奪われて室内空気を冷却して液化する。
この場合、室外熱交換器３は蒸発器として働く。
【００１９】
そして、前記アキュムレータ１ａと四方弁２とを結ぶ回路に第１開閉弁２２ａを有する導入管２２を介して冷媒タンク２０を接続している。
この冷媒タンク２０は、図２に示すように、内部を上下に可動可能な仕切板２０ｃにより上下に仕切られており、上部を冷凍機油Ａを封入した冷媒貯留室２０ａ、下部を加熱室２０ｂとしている。
この仕切板２０ｃは、例えばアルミ合金や銅等の熱伝導性のよい材料で形成され、図示しない油圧ポンプにより上下に可動される。
前記導入管２２は前記冷媒貯留室２０ａの天面に接続される。
また、前記圧縮機１は前記冷凍機油Ａを封入した高圧シェル型を使用し、図３に示すように、この高圧シェル１ｃに第２開閉弁２１ａを有する第１高圧冷媒管２１の一側を接続し、他側を前記加熱室２０ｂに接続している。
図３に示すように、前記高圧シェル１ｃには冷凍機油の過不足を検出するオイルレベルセンサ３０が設けられており、このオイルレベルセンサ３０の検出レベルに対応する位置に第１高圧冷媒管２１の一側を接続するようにしている。
また、前記第１高圧冷媒管２１の圧縮機側から第３開閉弁２３ａを有する第２高圧冷媒管２３を分岐し、同第２高圧冷媒管２３の他側を前記冷媒タンク２０の冷媒貯留室２０ａの側面に接続している。
【００２０】
前記冷凍サイクルに使用される冷媒はＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａの混合冷媒であるＲ４０７Ｃの非共沸混合冷媒を使用している。
そして、前記冷媒貯留室２０ａに封入される冷凍機油Ａには、Ｒ１３４ａを低温で吸収するＰＯＥ（ポリオールエステル）または、ＰＶＤ（ポリビニールエーテル）を使用している。
また、上記実施例において使用した開閉弁（第１、第２、第３）に電子膨張弁を使用してもよい。
【００２１】
以上の構成において、つぎにその動作を説明するが、まず、高負荷時、及び低負荷時の動作を説明する。
低負荷時、例えば外気温度の低い場合には冷凍サイクル内の圧力が低下し、空気調和機の冷凍能力が著しく低下する。
このような場合は、前記第２開閉弁２１ａ及び第３開閉弁２３ａを閉じ、前記第１開閉弁２２ａを開放すると共に、前記仕切板２０ｃを下げて冷凍サイクル内を循環する低温低圧側冷媒を冷媒タンク２０の冷媒貯留室２０ａ内に導入し、前記低温低圧側冷媒により同冷媒貯留室２０ａ内に封入されている前記冷凍機油Ａを冷やして同冷凍機油ＡにＲ１３４ａを吸収させる。
なお、図２に示すように、冷媒タンク２０の周囲に低圧冷媒管４１を配置し、同低圧冷媒管４１に低圧冷媒を流通することにより冷媒タンク２０内の冷凍機油Ａを冷やすようにしてもよい。
これにより、圧力の低いＲ１３４ａの組成割合が減り、高圧のＲ３２，Ｒ１２５がリッチとなって冷凍サイクル内の圧力を上昇させ冷凍能力を上げることができる。
また、高負荷時には、冷凍サイクル内の圧力が上昇し、空気調和機の効率が著しく低下する。
このような場合は、前記第２開閉弁２１ａを開放して圧縮機１から高温ガス冷媒を加熱室２０ｂに導入して仕切板２０ｃを介して前記冷凍機油Ａを加熱し、同冷凍機油Ａ内に吸収されている圧力の低いＲ１３４ａを冷凍サイクル内に循環させる。
これにより、圧力の低いＲ１３４ａの組成割合が増えてリッチになり、冷凍サイクル内の圧力を低下させ、効率を向上することができる。
なお、図２に示すように、冷媒タンク２０の周囲に電熱ヒータまたは高圧冷媒管４０を配置し、同電熱ヒータに電流を流すかまたは高圧冷媒管４０に高圧冷媒を流通することにより冷媒タンク２０内の冷凍機油Ａを加熱するようにしてもよい。
【００２２】
また、上記実施例において使用した開閉弁（第１、第２、第３）に電子膨張弁を使用した場合は上述の他、インバータを使用しなくとも通常運転時の空気調和機の能力可変運転を可能とする。
即ち、室内機からの要求能力に応じて前記第２膨張弁（２２ａ）の開度を調節することにより、同第２膨張弁（２２ａ）を介して冷媒タンク２０の冷媒貯留室２０ａ内に導入される低温低圧冷媒の量が制限されるので、前記冷凍機油Ａが吸収するＲ１３４ａの量が制限され、Ｒ１３４ａの組成割合を自由に制御することができる。
例えば、負荷が同じで、室内機からの要求能力が大きい場合は、これに対応して前記第２膨張弁（２２ａ）の開度を大きくすると共に、仕切板２０ｃを下げて冷凍機油Ａの温度を下げ、同冷凍機油Ａに多くのＲ１３４ａ冷媒を吸収させ圧力の低いＲ１３４ａの組成割合を減らして、高圧のＲ３２，Ｒ１２５をリッチとして冷凍サイクル内の圧力を上昇させることにより、冷凍能力を上げることができる。
また、負荷が同じで、室内機からの要求能力が中程度の場合は、これに対応して前記第２膨張弁（２２ａ）の開度を調節し、同冷凍機油Ａに吸収させるＲ１３４ａ冷媒の量を制限して圧力の低いＲ１３４ａの組成割合を調節して、冷凍サイクル内の圧力を調節することにより冷凍能力を細かく制御することができる。
また、負荷が同じで、室内機からの要求能力が小さい場合は、前記第２開閉弁２１ａを開放して圧縮機１から高温ガス冷媒を加熱室２０ｂに導入して仕切板２０ｃを介して前記冷凍機油Ａを加熱し、同冷凍機油Ａ内に吸収されている圧力の低いＲ１３４ａを冷凍サイクル内に循環させる。
これにより、圧力の低いＲ１３４ａの組成割合が増えてリッチになり、冷凍サイクル内の圧力を低下させ、冷凍能力が小さく、効率の高い運転をすることができる。
【００２３】
以上、空気調和機の冷凍能力および効率について説明したが、つぎに、圧縮機１に必要な冷凍機油Ａの補充について説明する。
従来例の項で説明したが、圧縮機の起動時には圧縮機１に封入されている前記冷凍機油Ａは冷凍サイクル内に飛び出し、潤滑油として必要な量を確保出来なくなる。
そこで、このような場合、前記冷媒タンク２０の冷媒貯留室２０ａに封入されている前記冷凍機油Ａを圧縮機１に補充するようにしている。
即ち、圧縮機１の高圧シェル１ｃに備える前記オイルレベルセンサ３０が冷凍機油の不足を検出すると、前記第３開閉弁（または膨張弁）２３ａを閉じて、前記第１開閉弁（または膨張弁）２２ａを開放し、前記仕切板２０ｃを上方に移動することにより、前記冷媒タンク２０の冷媒貯留室２０ａに封入されている前記冷凍機油Ａを前記導入管、アキュムレータ１ａを介して圧縮機１の吸込側に供給するようにしている。
また、前記オイルレベルセンサ３０が冷凍機油が過剰になったことを検出すると、前記第３開閉弁（または膨張弁）２３ａを開放して、前記第１開閉弁（または膨張弁）２２ａを閉塞し、前記仕切板２０ｃを下げることにより圧縮機１の高圧シェル１ｃに溜まった余分な冷凍機油Ａを冷媒貯留室２０ａに戻すようにしている。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による空気調和機の冷凍装置によれば、冷媒に非共沸混合冷媒を使用し、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器とを順次配管接続して冷凍サイクルを構成してなる空気調和機の冷凍装置において、前記四方弁と前記圧縮機の吸込側との間の配管に第１開閉弁を有する導入管を接続し、同導入管に冷媒タンクを接続し、同冷媒タンク内に上下の室に仕切る上下可動可能な仕切板を設け、同冷媒タンクの上側の室に混合冷媒のうちの一種類の冷媒を吸収可能な冷凍機油を封入したので、冷凍サイクル内を循環する混合冷媒の組成を調節して、冷凍装置の能力や空気調和機の効率を制御することができる。
また、圧縮機の潤滑油に前記冷凍機油を封入し、前記冷媒タンクに封入される冷凍機油を圧縮機に補充する冷凍機油制御手段を設けたので、圧縮機の寿命の問題を解決した空気調和機の冷凍装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気調和機の冷凍装置の一実施例の冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。
【図２】本発明による空気調和機の冷凍装置の冷媒タンクを示す概略説明図である。
【図３】本発明による空気調和機の冷凍装置の圧縮機の高圧シェル部を示す概略説明図である。
【図４】従来の空気調和機の冷凍装置の冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
１圧縮機
１ａアキュムレータ
１ｃ高圧シェル
２四方弁
３室外熱交換器
４膨張弁
５室内熱交換器
２０冷媒タンク
２０ａ冷媒貯留室
２０ｂ加熱室
２０ｃ仕切板
２１第１高圧冷媒管
２１ａ第２開閉弁（電子膨張弁）
２２導入管
２２ａ第１開閉弁（電子膨張弁）
２３第２高圧冷媒管
２３ａ第３開閉弁（電子膨張弁）
３０オイルレベルセンサ
４０電熱ヒータまたは高圧冷媒管（加熱手段）
４１低圧冷媒管（冷却器）

Claims

冷媒に非共沸混合冷媒を使用し、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器とを順次配管接続して冷凍サイクルを構成してなる空気調和機の冷凍装置において、前記四方弁と前記圧縮機の吸込側との間の配管に、第１開閉弁を有する導入管を介して冷媒タンクが接続され、同冷媒タンクは、内部を上下に可動可能な仕切板により上下に仕切られ、上部に前記非共沸混合冷媒のうちの一種類の冷媒を吸収可能な冷凍機油を封入した冷媒貯留室が、下部に加熱室が夫々形成されており、前記冷媒タンクの加熱室と前記圧縮機の高圧シェルとは第２開閉弁を有する第1高圧冷媒管により接続され、前記冷媒タンクの冷媒貯留室と前記圧縮機の高圧シェルとは前記第1高圧冷媒管より分岐された第３開閉弁を有する第２高圧冷媒管により接続されていることを特徴とする空気調和機の冷凍装置。
前記第１高圧冷媒管が、前記高圧シェルの冷凍機油必要レベル位置より上方に接続されていることを特徴とする請求項1記載の空気調和機の冷凍装置。
前記第1開閉弁、第2開閉弁および第3開閉弁が膨張弁でなることを特徴とする請求項1記載の空気調和機の冷凍装置。