JP6095426B2

JP6095426B2 - アキュムレータ及び空気調和機

Info

Publication number: JP6095426B2
Application number: JP2013050512A
Authority: JP
Inventors: 央眞下; 青木　正則; 正則青木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: CN203758113U; JP2014178045A

Description

本発明は、アキュムレータ及び空気調和機に関する。

従来、流出管の下部の液冷媒領域に第１の油戻し孔が形成され、流出管の上部のガス冷媒領域に第２の油戻し孔が形成された冷凍サイクル用アキュムレータがあった（例えば、特許文献１参照）。

また従来、流出管の下部の液冷媒領域に液戻し管が設けられ、流出管の上部のガス冷媒領域にバランス孔が形成されている空気調和機もあった（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１２５３０８号公報（［００１０］、図１）特開平０７−１２４３１号公報（［００１５］、図１）

特許文献１に記載の冷凍サイクル用アキュムレータでは、第２の油戻し孔に、一端が液冷媒領域に達する配管を連通させ、圧縮機に戻る冷凍機油の量を制御することが考えられている。しかしながら、圧縮機の運転周波数として幅広い運転範囲を必要とする場合には、特許文献１記載の第１の油戻し孔及び第２の油戻し孔だけでは、圧縮機に戻す冷凍機油の量を適切に制御できないという課題があった。

特許文献２に記載の空気調和機では、液戻し管を設け、さらに流出管の上部のガス冷媒領域にバランス孔を形成することで、圧縮機の乾き度を制御することが考えられている。しかしながら、圧縮機の運転周波数として幅広い運転範囲を必要とする場合には、特許文献２記載の液戻し管及びバランス孔だけでは、圧縮機の乾き度を適切に制御できないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を背景としてなされたものであり、圧縮機の運転周波数として幅広い運転範囲を必要とする場合でも、圧縮機に戻す冷凍機油の量を適切に制御し、圧縮機の乾き度を適切に制御するアキュムレータ及び空気調和機を得ることを目的とする。

本発明に係るアキュムレータは、冷凍サイクル装置の蒸発器と圧縮機の冷媒吸入側との間に設置されるアキュムレータであって、密閉容器と、前記蒸発器から出た冷媒を前記密閉容器内に導入する流入管と、前記密閉容器内の冷媒を前記圧縮機へ供給するＵ字型の流出管とを備え、前記流出管の液冷媒領域には、下部油戻し孔が形成され、前記流出管のガス冷媒領域には、複数の上部油戻し孔が形成され、前記複数の上部油戻し孔は、それぞれ異なる高さ位置に形成され、前記複数の上部油戻し孔には、一端が前記液冷媒領域に達して開口するストロー管がそれぞれ接続され、前記流出管の内部と前記ストロー管の内部とが連通し、前記ストロー管の長さが、前記上部油戻し孔の位置に応じて異なるものである。

本発明に係る空気調和機は、本発明のアキュムレータを備える。

本発明によれば、複数の上部油戻し孔は、それぞれ異なる高さ位置に形成され、複数の上部油戻し孔には、一端が液冷媒領域に達して開口するストロー管がそれぞれ接続され、流出管の内部とストロー管の内部とが連通する。このため、圧縮機の運転周波数として幅広い運転範囲を必要とする場合でも、圧縮機の運転周波数に応じた冷凍機油及び液冷媒を流出管に流入させることができる。したがって、圧縮機に戻す冷凍機油の量を適切に制御し、圧縮機の乾き度を適切に制御することができる。

本発明の実施の形態１に係るアキュムレータを備えた空気調和機の冷凍サイクル図である。本発明の実施の形態１に係るアキュムレータの断面図である。本発明の実施の形態１に係るアキュムレータの流出管の内部を流れるガス冷媒の流量と流出管の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量との関係を示す図である。本発明の実施の形態２に係るアキュムレータの断面図である。本発明の実施の形態２に係るアキュムレータの流出管の内部を流れるガス冷媒の流量と流出管の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量との関係を示す図である。本発明の実施の形態３に係るアキュムレータの断面図である。本発明の実施の形態３に係るアキュムレータの油戻し孔の孔径と乾き度との関係を示す図である。本発明の実施の形態３に係るアキュムレータの油戻し孔の直径及び油戻し孔の高さ並びにストロー管の内径を示す表である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ１０を備えた空気調和機１００の冷凍サイクル図であり、図２は本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ１０の断面図である。

図１に示されるように、空気調和機１００は、アキュムレータ１０と、圧縮機２０と、四方弁３０と、凝縮器４０と、膨張弁５０と、液配管６０と、蒸発器７０と、ガス配管８０とを備える。例えば、冷房運転時には、圧縮機２０から吐出された冷媒は、四方弁３０を通って、凝縮器４０に入って冷却され、膨張弁５０で減圧され、液配管６０を通って、蒸発器７０で蒸発され、ガス配管８０、四方弁３０、アキュムレータ１０を順に通って、圧縮機２０に戻る。

図２に示されるように、アキュムレータ１０は、密閉容器１と、蒸発器７０から出た冷媒を密閉容器内に導入する流入管１１と、密閉容器１内の冷媒を圧縮機２０へ供給するＵ字型の流出管１２とを備える。流出管１２には、高さの低い順に、油戻し孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されている。

油戻し孔１３ａは、液冷媒及び冷凍機油が満たされる液冷媒領域に位置し、油戻し孔１３ｂ，１３ｃは、ガス冷媒が満たされるガス冷媒領域に位置している。油戻し孔１３ｂの孔径は、油戻し孔１３ｃの孔径と同一である。油戻し孔１３ｂ，１３ｃの孔径は、油戻し孔１３ａの孔径よりも大きい。油戻し孔１３ｂ，１３ｃには、一端が液冷媒領域に達して開口するストロー管１４ｂ，１４ｃがそれぞれ接続されている。ストロー管１４ｂ，１４ｃの下端の高さ位置は、例えば油戻し孔１３ａの高さと同じである。図２では、油戻し孔１３ｂ及び油戻し孔１３ｃの形状を示すように図示しているが、実際には上述したように、油戻し孔１３ｂ，１３ｃにストロー管１４ｂ，１４ｃがそれぞれ接続されている。

なお、以後の説明において、流出管１２に形成される油戻し孔を油戻し孔１３と総称することがある。また、以後の説明において、流出管１２に接続されるストロー管をストロー管１４と総称することがある。

次に、本実施の形態１のアキュムレータ１０の動作について説明する。
流入管１１から密閉容器１内に導入された冷媒は、冷凍機油を含む液冷媒とガス冷媒とに分離され、冷凍機油を含む液冷媒は密閉容器１の底部に貯留され、ガス冷媒は密閉容器１の上部に貯留される。

このように、冷凍機油を含む液冷媒とガス冷媒とが密閉容器１の内部に貯留された状態で、圧縮機２０の運転周波数が高くなって、流出管１２内を循環する冷媒循環量が増加すると、流出管１２内の動圧が増加して静圧が減少する。このため、ストロー管１４から流出管１２内への油戻り量（液冷媒戻り量）が増加する。

一方、冷凍機油を含む液冷媒とガス冷媒とが密閉容器１の内部に貯留された状態で、圧縮機２０の運転周波数が低くなって、流出管１２内を循環する冷媒循環量が減少すると、流出管１２内の静圧の減少量が少なくなる。このため、液冷媒（冷凍機油）は、ストロー管１４内を流通するのに必要な位置エネルギーと管摩擦エネルギーを確保しきれず、流出管１２の内部に流入し難い。

図３は、本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ１０の流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量と流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量との関係を示す図である。
図３の横軸は、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量を示し、図３の縦軸は、流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量を示す。

図３の（Ａ）は、流出管１２にストロー管が接続されない場合を示し、図３の（Ｂ）は、流出管１２に接続されるストロー管が１本である場合を示し、図３の（Ｃ）は、流出管１２に接続されるストロー管が２本である場合を示す。図３から分かるように、流出管１２に接続されるストロー管の本数によって、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量に対する、流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量が異なる場合がある。

流出管１２にストロー管が設けられていない場合には、ガス冷媒の流量が増加すると、図３の（Ａ）に示されるように、液冷媒（冷凍機油）の流入量が増加していく。

流出管１２に接続されるストロー管が１本である場合、例えばストロー管１４ｂのみが設けられているような場合には（図２）、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量が増加すると、図３の（Ｂ）に示されるように、流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量が増加していく。

ここで、ガス冷媒の流量が図３の（ｉ）未満においては、油戻し孔１３ａを介してのみ流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入するため、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量と流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量との関係は、ストロー管が設けられていない（Ａ）の場合と同様となる。これに対して、ガス冷媒の流量が（ｉ）以上では、油戻し孔１３ａ，１３ｂを介して流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入するようになる。すなわち、ガス冷媒の流量が（ｉ）以上になると、流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入する経路が増える。このため、図３の（Ｂ）に示されるように、ガス冷媒の流量が（ｉ）を境にして、液冷媒（冷凍機油）の流入量が顕著に変化する。

流出管１２に接続されるストロー管が２本である場合、例えばストロー管１４ｂ，１４ｃが設けられているような場合には（図２）、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量が増加すると、図３の（Ｃ）に示されるように、流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量が増加していく。

ここで、ガス冷媒の流量が図３の（ｉｉ）未満においては、油戻し孔１３ａ，１３ｂを介してのみ流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入するため、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量と流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量との関係は、ストロー管が１本である（Ｂ）の場合と同様となる。これに対して、ガス冷媒の流量が（ｉｉ）以上では、油戻し孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介して流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入するようになる。すなわち、ガス冷媒の流量が（ｉｉ）以上になると、流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入する経路が増える。このため、図３の（Ｃ）に示されるように、ガス冷媒の流量が（ｉｉ）を境にして、液冷媒（冷凍機油）の流入量が顕著に変化する。

以上のように、本実施の形態１に係るアキュムレータ１０は、油戻し孔１３ｂ，１３ｃは、それぞれ異なる高さ位置に形成され、油戻し孔１３ｂ，１３ｃには、一端が液冷媒領域に達して開口するストロー管１４ｂ，１４ｃがそれぞれ接続され、流出管１２の内部とストロー管１４の内部とが連通する。このため、圧縮機２０の運転周波数として幅広い運転範囲を必要とする場合でも、圧縮機２０の運転周波数に応じた冷凍機油及び液冷媒を流出管１２に流入させることができる。したがって、圧縮機２０に戻す冷凍機油の量を適切に制御し、圧縮機２０の乾き度を適切に制御することができる。

また、上記構成を備えたことで、従来よりも油戻し孔１３ａの孔径が小さく形成される。また、上記構成を備えたことで、冷媒循環量が少なくなると液冷媒がストロー管１４及び油戻し孔１３ｂ，１３ｃを介して流出管内に流入し難くなる。このため、冷媒循環量が少なくなると、流出管１２内に流入する液冷媒の量を少なくでき、圧縮機２０の性能低下を抑制することができ、特に、冷媒／暖房中間のように冷媒循環量の少ない場合に特に有効である。

実施の形態２．
次に、図４，図５を用いて実施の形態２について説明する。
図４は、本発明の実施の形態２に係るアキュムレータ１０の断面図である。

図４に示されるように、本実施の形態２では、流出管１２に形成される油戻し孔の数及び流出管１２に設けられるストロー管の数を、実施の形態１よりも増加させている。具体的には、実施の形態２では、油戻し孔１３ｄ及びストロー管１４ｄが追加されている。

図４に示されるように、流出管１２には、高さの低い順に、油戻し孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが形成されている。油戻し孔１３ｄは、油戻し孔１３ｂ，１３ｃと同様に、ガス冷媒が満たされるガス冷媒領域に位置している。油戻し孔１３ｄの孔径は、油戻し孔１３ｂ，１３ｃの孔径と同一であり、油戻し孔１３ａの孔径よりも大きい。油戻し孔１３ｄには、一端が液冷媒領域に達して開口するストロー管１４ｄが接続されている。ストロー管１４ｄの下端の高さ位置は、例えば油戻し孔１３ａの高さと同じである。

図５は、本発明の実施の形態２に係るアキュムレータ１０の流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量と流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量との関係を示す図である。図５の横軸は、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量を示し、図５の縦軸は、流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量を示す。

流出管１２に接続されるストロー管が３本である場合、例えばストロー管１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが設けられているような場合には、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量が増加すると、図５の（Ｄ）に示されるように、流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量が増加していく。

ここで、ガス冷媒の流量が（ｉｉｉ）未満においては、油戻し孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介してのみ流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入するため、流出管１２の内部を流れるガス冷媒の流量と流出管１２の内部に流入する液冷媒（冷凍機油）の量との関係は、ストロー管が２本である（Ｃ）の場合と同様となる。これに対して、ガス冷媒の流量が（ｉｉｉ）以上では、油戻し孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを介して流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入するようになる。すなわち、ガス冷媒の流量が（ｉｉｉ）以上になると、流出管１２内に液冷媒（冷凍機油）が流入する経路が増える。このため、図５の（Ｄ）に示されるように、ガス冷媒の流量が（ｉｉｉ）を境にして、液冷媒（冷凍機油）の流入量が顕著に変化する。

したがって、本実施の形態２（図５）では、実施の形態１（図３）よりも更に圧縮機２０の運転周波数として幅広い運転範囲を必要とする場合でも、圧縮機２０の運転周波数に応じた冷凍機油及び液冷媒を流出管１２に流入させることができる。したがって、圧縮機２０に戻す冷凍機油の量をより適切に制御し、圧縮機２０の乾き度をより適切に制御することができる。

なお、図３及び図５の（ｉ）は、油戻し孔１３ｂ及びストロー管１４ｂを介して流出管１２に液冷媒（冷凍機油）が流入し始める分岐点を説明し、図３及び図５の（ｉｉ）は、油戻し孔１３ｃ及びストロー管１４ｃを介して流出管１２に液冷媒（冷凍機油）が流入し始める分岐点を説明し、図５の（ｉｉｉ）は、油戻し孔１３ｄ及びストロー管１４ｄを介して流出管１２に液冷媒（冷凍機油）が流入し始める分岐点を説明するために記載したものであり、ガス冷媒の流量を特に限定するものではない。

実施の形態３．
次に、図６，図７，図８を用いて実施の形態３について説明する。
図６は、本発明の実施の形態３に係るアキュムレータ１０の断面図である。

本実施の形態３では、本実施の形態１，２とは異なり、ガス冷媒領域に形成される油戻し孔の孔径が全て同一とはならないようにしている。図６は、油戻し孔１３ｄの孔径を、油戻し孔１３ｂ，１３ｃの孔径よりも大きく形成した例である。なお、油戻し孔１３ｂ〜１３ｄの孔径の大小関係は上述した例に限定されるものではなく、油戻し孔１３ｂ〜１３ｄの孔径が、２種類以上の異なる大きさとなっていればよい。例えば、油戻し孔１３ｂの孔径を、油戻し孔１３ｃ，１３ｄの孔径よりも大きく形成してもよい。また、実施の形態３は、実施の形態１のように油戻し孔１３が油戻し孔１３ａ〜１３ｃで構成されるような場合にも適用できる。

図７は、本発明の実施の形態３に係るアキュムレータ１０の油戻し孔１３の孔径と乾き度との関係を示す図である。図７の横軸は、油戻し孔１３の孔径を示し、図７の縦軸は、乾き度を示している。

図７の（ａ）は、油戻し孔１３ａの孔径を変化させた場合の乾き度の変化を示し、図７の（ｂ）は、油戻し孔１３ｂ〜１３ｄの孔径を変化させた場合の乾き度の変化を示している。図７の（ａ）、図７の（ｂ）の何れも、油戻し孔１３の孔径を大きくすると、ストロー管１４を介して流出管１２に流入する液冷媒の量が増加するため、乾き度は小さくなる。なお、油戻し孔１３ａの孔径を大きくするときの乾き度の変化量は（図７の（ａ））、油戻し孔１３ｂ〜１３ｄを大きくするときの乾き度の変化量（図７の（ｂ））よりも大きい。

図８は、本発明の実施の形態３に係るアキュムレータ１０の油戻し孔１３ａ〜１３ｄの直径Ｄ１〜Ｄ４、油戻し孔１３ｂ〜１３ｄの高さＬ１〜Ｌ３、及びストロー管１４ｂ〜１４ｄの内径ＳＤ１〜ＳＤ３を示す表である。

油戻し孔１３ａ〜１３ｄの直径Ｄ１〜Ｄ４は、例えば０．１ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲内である。また、油戻し孔１３ｂ〜１３ｄの高さＬ１〜Ｌ３は、例えば１０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲内である。また、ストロー管１４ｂ〜１４ｄの内径ＳＤ１〜ＳＤ３は、例えば０．５ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲内である。

なお、油戻し孔１３ｂ〜１３ｄの位置は、実施の形態１〜実施の形態３で説明したような位置に限定されず、油戻し孔１３ｂ〜１３ｄが、油戻し孔１３ａよりも高く位置していればよく、油戻し孔１３ａよりも、冷媒流れの上流側に設けられていてもよい。
また、油戻し孔１３は３つよりも多く形成されていてもよく、この場合には、油戻し孔１３の数に合わせてストロー管１４がより多く設けられる。
また、本発明はＨＦＣのみならずＨＣ、ＣＯ_２などの自然冷媒にも適用できることはいうまでもない。

また、油戻し孔１３ａが、本発明における「下部油戻し孔」に相当する。
また、油戻し孔１３ｂ及び油戻し孔１３ｃ、あるいは、油戻し孔１３ｂ、油戻し孔１３ｃ、及び油戻し孔１３ｄが、本発明における「上部油戻し孔」に相当する。

１密閉容器、１０アキュムレータ、１１流入管、１２流出管、１３，１３ａ〜１３ｄ油戻し孔、１４，１４ｂ〜１４ｄストロー管、２０圧縮機、３０四方弁、４０凝縮器、５０膨張弁、６０液配管、７０蒸発器、８０ガス配管、１００空気調和機、Ｄ１〜Ｄ４直径、Ｌ１〜Ｌ３高さ、ＳＤ１〜ＳＤ３内径。

Claims

冷凍サイクル装置の蒸発器と圧縮機の冷媒吸入側との間に設置されるアキュムレータであって、
密閉容器と、
前記蒸発器から出た冷媒を前記密閉容器内に導入する流入管と、
前記密閉容器内の冷媒を前記圧縮機へ供給するＵ字型の流出管とを備え、
前記流出管の液冷媒領域には、下部油戻し孔が形成され、
前記流出管のガス冷媒領域には、複数の上部油戻し孔が形成され、
前記複数の上部油戻し孔は、それぞれ異なる高さ位置に形成され、
前記複数の上部油戻し孔には、一端が前記液冷媒領域に達して開口するストロー管がそれぞれ接続され、前記流出管の内部と前記ストロー管の内部とが連通し、
前記ストロー管の長さが、前記上部油戻し孔の位置に応じて異なる
ことを特徴とするアキュムレータ。
前記ストロー管は、それぞれの下端部の高さ位置が同じである
ことを特徴とする請求項１記載のアキュムレータ。
前記複数の上部油戻し孔の孔径は、２種類以上の異なる大きさである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアキュムレータ。
前記複数の上部油戻し孔の孔径は、前記下部油戻し孔の孔径よりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のアキュムレータ。
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のアキュムレータを備えた
ことを特徴とする空気調和機。