JP5433158B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機，四方弁，室外側熱交換器，膨張弁，室内側熱交換器，アキュムレータを順次環状に接続した冷凍サイクル装置に関し、特に圧縮機の油上がりを抑えるようにしたものである。

従来この種の冷凍サイクル装置としては、特許文献１に記載のものがある。この従来技術のものは、圧縮機の吐出側と四方弁の間に、逆止弁，油分離器の順に各々配置し、該油分離器より電磁弁を介してアキュムレータに至るバイパス路を設けると共に、圧縮機の吐出側と上記油分離器の間に配置した逆止弁は、前後の圧力が同じときは閉動作となるように配置することで、冷凍サイクル装置を構成したものがある。冷房運転時は、圧縮機より吐出された高温，高圧の冷媒と冷凍機油は逆止弁を経て油分離器に流入し、冷凍機油の一部は分離され油分離器の底部に溜まる。油分離器で分離しきれない冷凍機油と冷媒は油分離器より流出して四方弁，室外側熱交換器に到達し熱交換して高温，高圧の液となり、膨張弁で減圧され接続配管を経て、室内側熱交換器で蒸発し、接続配管を経て四方弁，アキュムレータを経て再び圧縮機に帰る。なお、この運転中バイパス路の途中にある電磁弁は閉じられているが、油が溜まると信号により電磁弁が開けられ、油分離器の下部に溜まった冷凍機油は、バイパス路を経由して電磁弁を介してアキュムレータに返され、室内側熱交換器より帰ってきた低温，低圧のガス冷媒と共に圧縮機に帰ることになる。暖房運転時においても冷房運転時と同様である。このような冷凍サイクル装置では、圧縮機から吐出された冷凍機油の一部は、油分離器により分離され熱交換器を通らないため、接続配管や熱交換器等での圧力損失が軽減され、且つ熱交換器の配管内に油膜が形成されないため熱交換効率も高くなり、冷凍サイクルの効率が向上することが知られている。

特公平４−８７０２号公報

上記特許文献１のものでは、接続配管長が長くなる場合を想定して最大接続配管長さで接続された場合に必要な冷凍機油を予め冷凍サイクル装置に封入しておく必要があるが、接続配管が短い場合は、余剰の冷凍機油が発生する。圧縮機内に前記余剰の冷凍機油を貯留するためには、圧縮機チャンバーを大きなものにしなければならず、圧縮機の製造コストが増加する。また、圧縮機チャンバーを大きくしない場合は、余剰の冷凍機油は油分離器内に溜まることになるが、油分離器内を通過するガス冷媒の流速により冷凍機油がガス冷媒と一緒に流出し、接続配管や熱交換器側を通過することになり、各部位での圧力損失が増大し、且つ熱交換器の配管内に油膜が形成されるため熱交換効率が低下し、冷凍サイクルの効率も低下する。

本発明の目的は、冷凍サイクル装置中の油上がり率を抑え、冷暖房運転時の冷凍サイクルの効率及び圧縮機の信頼性を向上することのできる冷凍サイクル装置を得ることにある。

上記目的を達成するため本発明は、圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器と、膨張弁と、室内側熱交換器と、アキュムレータとを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側と前記四方弁との間に設けられた油分離器と、前記アキュムレータと前記油分離器とを接続するバイパス回路と、該バイパス回路にはバイパス回路を流れる油循環量が前記アキュムレータから前記圧縮機の吸入側に戻る油循環量よりも多くなるように調整する油循環量調整手段とを設けたことを特徴とする。

また、上記のものにおいて、前記油循環量調整手段はキャピラリチューブであることが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記油循環量調整手段が油循環量調整用膨張弁で構成され、更に前記圧縮機の吐出側と吸入側の圧力差を検出する圧力差検出手段と、該圧力差検出手段からの信号を基に前記油循環量調整用膨張弁の開度を調整する開度調整手段とを備えることが望ましい。

本発明によれば、圧縮機の吐出側と四方弁との間に設けられた油分離器と、アキュムレータと油分離器とを接続するバイパス回路と、そのバイパス回路にはバイパス回路を流れる油循環量が前記アキュムレータから前記圧縮機の吸入側に戻る油循環量よりも多くなるように調整する油循環量調整手段とを設けたので以下のような効果がある。
（１）油分離器内には余剰の冷凍機油が貯留されにくく、油分離器本来の分離効率を発揮することができ、冷凍サイクル装置を循環する冷凍機油の量を極端に減らすことができる。このため、接続配管や熱交換器等での圧力損失が軽減され、且つ熱交換器の配管内に油膜が形成されにくいため熱交換効率も高くなり、冷凍サイクルの効率向上が可能となる。
（２）また、余剰の冷凍機油は、低温，低圧のアキュムレータ内に貯留され、圧縮機に吸入される冷凍機油の粘度を高くすることができる。このため、起動時等での粘度低下を抑制することが可能となり、圧縮機の信頼性を向上できる。

以下、本発明の実施例を図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１における冷凍サイクル系統図である。図１に示す冷凍サイクルは、圧縮機１，四方弁２，室外側熱交換器３，膨張弁４，室内側熱交換器５，アキュムレータ６を環状に配管接続した構成と成っている。圧縮機１の吐出側と四方弁２の間には、油分離器７が設けられており、前記油分離器７と四方弁２の間に逆止弁８が設けられている。また、油分離器７の下部からアキュムレータ６に対して接続するバイパス回路９が設けられ、前記バイパス回路９の途中にバイパス回路を流れる冷凍機油の循環量を調整するキャピラリチューブ（油循環量調整手段）１０が設けられている。

次に、本実施例の冷凍サイクルの運転モードについて説明する。

本図に示す実線矢印は暖房運転時における冷媒の流れを示し、破線矢印は冷房運転時における冷媒の流れを示している。暖房運転時は、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒と冷凍機油は、油分離器７に流入しガス冷媒と冷凍機油に分離され、ガス冷媒は油分離器７の登頂部から流出して四方弁２を通過して室内側熱交換器５に流入し、室内側熱交換器５を通過する空気と熱交換して凝縮液化して膨張弁４に流入する。膨張弁４に送られた冷媒は室外側熱交換器３で蒸発できる圧力まで減圧され室外側熱交換器３に流入し、室外側熱交換器３を通過する空気と熱交換して蒸発ガス化して流出し、四方弁２を通過してアキュムレータ６内に流入する。また、油分離器７の下部より流出する冷凍機油は、バイパス回路９を通過しキャピラリチューブ１０で所定の循環量に調整され、アキュムレータ６内に流入する。そして、アキュムレータ６内で合流した低圧低温のガス冷媒と冷凍機油は、アキュムレータ６から所定のかわき度で流出し圧縮機１に戻ることで冷凍サイクルが形成される。

また、冷房運転時は、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒と冷凍機油は、油分離器７に流入しガス冷媒と冷凍機油に分離され、ガス冷媒は油分離器７の登頂部から流出して四方弁２を通過し室外側熱交換器３に流入し、室外側熱交換器３を通過する空気と熱交換して凝縮液化して膨張弁４に流入する。膨張弁４に送られた冷媒は室内側熱交換器５で蒸発できる圧力まで減圧され室内側熱交換器５に流入し、室内側熱交換器５を通過する空気と熱交換して蒸発ガス化して流出し、四方弁２を通過してアキュムレータ６内に流入する。また、油分離器７の下部より流出する冷凍機油は、バイパス回路９を通過しキャピラリチューブ１０で所定の循環量に調整され、アキュムレータ６内に流入する。そして、アキュムレータ６内で合流した低圧低温のガス冷媒と冷凍機油は、アキュムレータ６から所定のかわき度で流出し圧縮機１に戻ることで冷凍サイクルが形成される。

ここで、バイパス回路９を流れる冷凍機油の循環量Ｇoil１は、油分離器７内の圧力とアキュムレータ６内の圧力の圧力差とキャピラリチューブ１０の抵抗により決定されるものである。また、アキュムレータ６内から圧縮機１に戻る流体のかわき度は、図３に示すアキュムレータ６の導出管に設けられた油戻し穴１８の径と均圧穴１９の径により決定されるものであり、そのかわき度の値Ｘは圧縮機１の最大油上がり率ηoilとアキュムレータ６内の冷媒溶解度Ｃｒを用いて、以下に示す式が成立つように決定されている。

ηoil＜（１−Ｘ）×（１−Ｃｒ）・・・（数１）
すなわち、圧縮機１の最大油上がり率に対してアキュムレータ６からもどる油単体でのかわき度が大きくなるように決定されているものである。そして、アキュムレータ６から圧縮機１に戻る油単体の循環量Ｇoil２は、冷凍サイクルを流れる冷媒循環量Ｇｒと上記アキュムレータ６の特性から、以下に示す式で示される。

Ｇoil２＝Ｇｒ×（１−Ｘ）×（１−Ｃｒ）・・・（数２）
本実施例では、冷凍サイクル装置の運転範囲全域において、バイパス回路９を流れる冷凍機油の循環量Ｇoil１とアキュムレータ６から圧縮機１に戻る油単体の循環量Ｇoil２がＧoil１＞Ｇoil２となるようにバイパス回路９に付設するキャピラリチューブ１０の抵抗を決定しているため、冷凍サイクル装置で必要としない余剰の冷凍機油は、アキュムレータ６内に貯留することができ、油分離器７内には冷凍機油が溜まらないため、冷凍機油とガス冷媒を分離する空間を常に最大にすることができ、油分離器７の分離効率を最大に引き出すことが可能となり、冷凍サイクル中に流出する冷凍機油を最小に抑えることができる。従って、接続配管や熱交換器等での圧力損失が軽減されると共に、熱交換器の配管内に油膜が形成されないため熱交換効率も高くなり、冷凍サイクルの効率が向上する。また、余剰の冷凍機油は、低温，低圧のアキュムレータ６内に貯留されているため、圧縮機１に吸込まれる冷凍機油の粘度を高くすることができ、起動時等での粘度低下を抑制することが可能となり、圧縮機１の信頼性を向上できる。

図２は、本発明の実施例２における冷凍サイクル系統図である。図中において、図１と同符号のものは、同一又は相当する部分を示す。本実施例の冷凍サイクル装置は、図１に示す油分離器７からアキュムレータ６に冷凍機油を流すバイパス回路９に付設するキャピラリチューブ１０の代わりに油循環量調整用膨張弁（油循環量調整手段）１１を設け、圧縮機１の吐出側と吸入側にそれぞれ吐出圧力検出手段１２と吸入圧力検出手段１３を設け、前記それぞれの圧力検出手段の信号を基に圧縮機１の吐出側と吸入側の圧力差を演算する圧力差検出手段１４を設け、前記圧力差検出手段１４の信号を基に前記油循環量調整用膨張弁１１の開度を制御する膨張弁開度調整手段１５を設けた構成となっている。それ以外は、図１と同様であり、説明は省略する。

実施例１では、冷凍サイクル装置の運転範囲全域において、バイパス回路９を流れる冷凍機油の循環量Ｇoil１とアキュムレータ６から圧縮機１に戻る油単体の循環量Ｇoil２がＧoil１＞Ｇoil２となるようにバイパス回路９に付設するキャピラリチューブ１０の抵抗で決定されている。すなわち、キャピラリチューブ１０の抵抗を決定するとバイパス回路９を流れる流体の循環量は、吐出側と吸入側の圧力差が大きい場合は多く流れるようになり、吐出側と吸入側の圧力差が小さい場合は、少なく流れるようになるため、実際には吐出側と吸入側の圧力差が小さい場合を想定してキャピラリチューブ１０の抵抗が決定されることになる。ところが、吐出側と吸入側の圧力差が大きくなる場合は、このキャピラリチューブ１０の抵抗を用いるとバイパス回路９を流れる流体の循環量が多くなりすぎるため、冷凍機油以外に冷媒ガスも大量にバイパス回路９側に流れることになり、冷凍サイクル装置を循環する冷媒の循環量が低減されて冷凍サイクルの能力が低下することがある。

本実施例では、圧縮機１の吐出側と吸入側にそれぞれ吐出圧力検出手段１２と吸入圧力検出手段１３を設け、前記それぞれの圧力検出手段の信号を元に圧縮機１の吐出側と吸入側の圧力差を演算する圧力差検出手段１４を設け、前記圧力差検出手段１４の信号を基に前記油循環量調整用膨張弁１１の開度を制御する膨張弁開度調整手段１５を設けているため、吐出側と吸入側の圧力差に応じて油循環量調整用膨張弁１１の開度を調整できる。従って、常にバイパス回路９を流れる冷凍機油の循環量Ｇoil１とアキュムレータ６から圧縮機１に戻る油単体の循環量Ｇoil２がＧoil１＞Ｇoil２をぎりぎり満足する状態に保つことができるため、冷凍サイクルの能力も低下することなく冷凍サイクルの効率を常に最大にすることが可能となる。

本発明の実施例１における冷凍サイクル系統図。 本発明の実施例２における冷凍サイクル系統図。 本発明の冷凍サイクルに用いられるアキュムレータの内部構造図。

符号の説明

１ 圧縮機
３ 室外側熱交換器
４ 膨張弁
５ 室内側熱交換器
６ アキュムレータ
７ 油分離器
８ 逆止弁
９ バイパス回路
１０ キャピラリチューブ（油循環量調整手段）
１１ 油循環量調整用膨張弁（油循環量調整手段）
１２ 吐出圧力検出手段
１３ 吸入圧力検出手段
１４ 圧力差検出手段
１５ 膨張弁開度調整手段
１６ 導入管
１７ 導出管
１８ 油戻し穴
１９ 均圧穴

Claims (2)

1. 圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器と、膨張弁と、室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置において、
   前記圧縮機の吐出側と前記四方弁との間に設けられた油分離器と、
   ガス冷媒とともに所定の循環量の油が前記圧縮機に戻るように設定されたアキュムレータと、
   前記アキュムレータと前記油分離器とを接続するバイパス回路と、
   該バイパス回路に設けられ、前記油分離器で分離された油を所定の循環量に調整して前記アキュムレータに流れるように設定された油循環量調整手段と、を備え、
   前記冷凍サイクル装置の運転範囲全域において、前記アキュムレータから前記圧縮機に戻る油の循環量よりも前記油循環量調整手段から前記アキュムレータに多くの循環量の油が戻せるように前記アキュムレータ及び前記油循環量調整手段が設定されることにより、前記油分離器からの油が前記アキュムレータに送られて前記アキュムレータに余剰油が貯留されるとともに前記油分離器内に余剰油が溜まらないようにすることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、
   前記油循環量調整手段はキャピラリチューブであることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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