JPH0311388B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置であ
つて、冷房又は暖房運転を可能にした冷凍装置に
関する。

（従来技術） 従来、非共沸混合冷媒を用い、この混合冷媒の
混合比率を変えることにより能力の調整を行うよ
うにしたものは、例えば特開昭57−198968号公報
に示されている通りすでに知られている。

この従来装置は、第５図に示した如く、圧縮機
１Ａと四路切換弁２Ａと熱源側熱交換器３Ａと利
用側熱交換器４Ａとを備えた冷媒回路に非共沸混
合冷媒を封入すると共に、前記熱交換器３Ａ，４
Ａ間を結ぶ液管イに、第１及び第２膨張機構５
Ａ，６Ａと、これら各膨張機構５Ａ，６Ａ間に気
液分離器７Ａとを介装し、かつ、前記利用側熱交
換器４Ａと四路切換弁２Ａとの間に冷媒タンク８
Ａを介装し、このタンク８Ａを、前記気液分離器
７Ａのガス域と連通させたものである。

所で、この従来装置は、前記四路切換弁２Ａの
切換えにより冷暖房可能にしたヒートポンプ式冷
暖房装置であつて、冷房時に前記冷媒タンク８Ａ
に高沸点冷媒を多く含む液冷媒を貯溜すると共に
暖房時には前記冷媒タンク８Ａに液冷媒が貯溜さ
れないようにして、冷房時には、低沸点冷媒を多
く含む冷媒を循環させて高能力で運転し、また、
暖房時には低沸点冷媒に対する高沸点冷媒の混合
比率が大となる混合冷媒を循環させて低能力で運
転するようにしているのである。

（発明が解決しようとする課題） 所が、前記した従来装置によると冷暖房運転時
に、前記高沸点冷媒と低沸点冷媒との混合比率を
変えて、冷房時及び暖房時における能力の調整を
行うことができるが、冷房又は暖房時の各運転
時、たとえ外気温度の変化などによる負荷変動が
生じても、この負荷変動に対応して能力調整を行
うことができなかつたのである。

本発明は、蒸発器を通過した後の冷媒が湿り気
味となる如く制御した場合、この冷媒の気液を分
離して得られた液冷媒の組成が、高沸点冷媒を多
く含んでいることに着目して発明したもので、そ
の目的は、蒸発器通過後の冷媒の乾湿度を制御す
ることにより、低沸点冷媒を多く含む冷媒による
高能力運転と、高沸点冷媒に対する低沸点冷媒の
混合比率の少ない冷媒による低能力運転とが行え
るようにし、冷房時又は暖房時など同一運転内に
おいても、混合冷媒の組成比を利用した能力運転
が行えるようにできながら、簡単な構成により圧
縮機の冷却も可能としたものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、圧縮機１、凝縮器３又は４及び蒸発
器４又は３を備えた冷媒回路に、非共沸混合冷媒
を封入し、冷房又は暖房運転可能とした冷凍装置
において、前記蒸発器４又は３を通過した後の冷
媒が湿り気味となるごとく制御する乾湿度制御手
段と、受液器７と前記蒸発器４又は３の出口側と
前記圧縮機１の吸入側とを結ぶ低圧配管ロに介装
され、湿り気味冷媒の気液を分離して高沸点冷媒
を多く含む液冷媒を貯溜する気液分離器８と、こ
の気液分離器８と圧縮機１の吸入側とを結ぶ前記
低圧配管ロに介装するアキユムレータ９とを備
え、前記受液器７の液域に開閉弁４２をもつたイ
ンジエクシヨンチユーブ４０を接続し、このイン
ジエクシヨンチユーブ４０を、前記気液分離器８
とアキユムレータ９とを結ぶ低圧配管ロに接続す
ると共に、前記アキユムレータ９における出口管
９１に設ける油戻し孔９２を高沸点冷媒を多く含
む液冷媒の圧縮機冷却必要量の流れを可能にする
大きさとしたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明の作用は、前記乾湿度制御手段により前
記蒸発器４又は３を通過した後の冷媒を湿り気味
に制御して、この冷媒を前記気液分離器８で気液
分離することにより、前記気液分離器８に、高沸
点冷媒を多く含む液冷媒を貯溜し、前記冷媒回路
を循環する冷媒の組成を低沸点冷媒を多く含むよ
うにして冷房又は暖房の能力を高能力に調整で
き、また、前記蒸発器４又は３を通過した冷媒の
乾き度を増大することにより、前記気液分離器８
に貯溜していた高沸点冷媒を多く含む液冷媒の貯
溜量を減少し、前記冷媒回路を循環する冷媒の組
成を変えて、換言すると低沸点冷媒に対する高沸
点冷媒の混合比を増大して冷房又は暖房の能力を
低能力に調整できるようにすると共に、前記気液
分離器８で分離できなかつた気液混合冷媒を前記
アキユムレータ９で再分離して前記圧縮機１への
液冷媒の液戻りを防止できながら、前記圧縮機１
へ液冷媒を前記インジエクシヨンチユーブ４０よ
りインジエクシヨンして、該圧縮機１の冷却を可
能にでき、吐出ガス冷媒の温度上昇を抑制できる
のであり、しかも、前記インジエクシヨンチユー
ブ４０を前記気液分離器８とアキユムレータ９と
を結ぶ低圧配管ロに接続するので、その接続構造
を簡単にでき、前記圧縮機１の構造が複雑になつ
たり、大型化することなく、全体として構造を簡
単にでき前記圧縮機１の冷却ができるのであり、
しかも、前記アキユムレータ９における出口管９
１に設ける油戻し孔９２を高沸点冷媒を多く含む
液冷媒の圧縮機冷却必要量の流れを可能にする大
きさとしているので、低沸点冷媒が蒸発しても、
前記高沸点冷媒を多く含む液冷媒により前記圧縮
機１の十分な冷却を行うことができるのである。

（実施例） 第１図に示した実施例は、冷暖房可能としたヒ
ートポンプ式冷凍装置であつて、圧縮機１、四路
切換弁２、熱源側熱交換器３、利用側熱交換器４
を備えた冷媒回路に、高沸点冷媒（例えばフロン
R22）と低沸点冷媒（例えばフロンR13B₁）とか
ら成る非共沸混合冷媒を封入し、前記四路切換弁
２の切換えにより冷暖房運転が行えるようにした
ものである。そして、この実施例では、前記各熱
交換器３，４を結ぶ液管イには、電気的に弁開度
の調整を可能とした電動弁から成る第１膨張弁５
と第２膨張弁６とを介装すると共に、これら各膨
張弁５，６の間には受液器７を介装すると共に、
前記四路切換弁２の低圧ポートと前記圧縮機１の
吸入側とを結ぶ低圧配管ロに気液分離器８を介装
するのである。

前記第１及び第２膨張弁５，６は、乾湿度制御
手段を構成するもので、例えば外気温度などの負
荷の変動を検出する温度センサーなどの検出手段
を用い、この検出手段からの出力で前記各膨張弁
５，６の開度を調節し、蒸発器として働く前記熱
交換器３又は４を通過した冷媒の湿り度又は乾き
度を制御するのである。

尚、実施例において前記第１膨張弁５は冷房時
全開し、この冷房時前記第２膨張弁６の開度によ
り適正過熱度にしたり、湿り気味になるように制
御するものであり、また、第２膨張弁６は暖房時
全開し、この暖房時前記第１膨張弁５の開度によ
り適正過熱度にしたり、湿り気味になるように制
御するものである。

また、前記気液分離器８は、蒸発器となる前記
熱交換器３又は４を通過した冷媒が湿り気味に制
御されたとき、その液分を分離して貯溜するもの
であつて、第２図の如く、前記圧縮機１の吸入側
に接続する出口管８１を容器８０内にＵ字状に配
設して、最大貯溜量に相当する液面高さより高い
位置に開口させると共に、前記液面高さ位置に、
油戻し孔８２より開口面積の大きい液面制御孔８
３を設けて、オーバーフロー可能とし、かつ、前
記容器８０の上部に、前記四路切換弁２の低圧ポ
ートに接続する入口管８４を設けたものである。

しかして、以上の構成において、前記四路切換
弁２を第１図実線の如く位置させて冷房運転を行
うとき、前記第１膨張弁５は全開させるのであつ
て、冷房負荷が小さい場合には、前記第２膨張弁
６を、蒸発器となる前記利用側熱交換器４を通過
した冷媒の過熱度が適正となるように制御するの
である。

このとき、前記気液分離器８には液冷媒が貯溜
されることなく混合冷媒が循環して冷房運転を行
うのである。

また、この状態から冷房負荷が増大した場合、
前記第２膨張弁６の開度を開き、前記利用側熱交
換器４を通過した冷媒を湿り気味に制御するので
ある。

この制御により、前記気液分離器８に流入する
湿り気味冷媒のガス冷媒と液冷媒とが分離され、
液冷媒が貯溜されるのである。

即ち、圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、前
記熱源側熱交換器３で凝縮して第３図に示した点
A₁上の液冷媒となり、第２膨張弁６で減圧され、
第３図に示した点A₂の低圧冷媒となり、更に前
記利用側熱交換器４で蒸発して、第３図に示した
点A₃の湿り気味冷媒となる。

この湿り気味冷媒における液冷媒の組成は、第
３図から明らかな通り高沸点冷媒を多量に含むこ
とになり、前記気液分離器８で分離されて貯溜さ
れる液冷媒は高沸点冷媒を多く含むことになる。

従つて、冷媒回路を循環する冷媒は低沸点冷媒
を多く含むことになり、冷房能力はそれだけ増大
するのである。

また、前記気液分離器８に貯溜した液冷媒の貯
溜量は、前記第２膨張弁６の開度を調節し、前記
利用側熱交換器４を通過した冷媒の乾き度を増大
するように制御することにより調整できるのであ
る。

つまり、前記冷媒の乾き度を増大することによ
り、前記気液分離器８内の液冷媒が蒸発し、その
貯溜量を減少させられるのである。

従つて、低沸点冷媒に対する高沸点冷媒の混合
比が増大し、冷房能力を抑制できるのである。

このようにして、冷房運転時において、冷媒回
路を循環する冷媒の組成比を制御でき、この組成
比の変更により能力の調整が可能となるのであ
る。

尚、暖房運転時においても同様で、相違するの
は、冷房時前記第２膨張弁６により乾湿度制御を
行つているのに対し暖房時では第２膨張弁６を全
開し、第１膨張弁５により乾湿度制御を行うので
ある。

又、実施例において、前記各膨張弁５，６は電
動弁を用いるものであるから、前記気液分離器８
に貯溜する液冷媒の貯溜量は、前記膨張弁５，６
の開度調整により制御できる。

この場合、前記気液分離器８に第２図の如く複
数段に亘つて液センサーS₁〜S₅を設け、これら液
センサーS₁〜S₅を、コンピユータ内蔵のコントロ
ーラに接続して、外気温度などの負荷検出センサ
ーからの指令で選択し、選択した前記液センサー
からの出力で前記膨張弁５又は６の開度調節を行
うことにより行える。

また、前記膨張弁５又は６の開度調節により前
記気液分離器８に高沸点冷媒を多く含む液冷媒を
貯溜する場合、前記気液分離器８に最大限貯溜さ
れた液冷媒は、前記液面制御孔８３から出口管８
１内へオーバーフローすることになる。

このオーバーフローは、前記液面制御孔８３か
ら徐々に行われるので、圧縮機１における液圧縮
の問題はないが、第４図の如くオーバーフローす
る液冷媒を例えば吐出ガス、高温液冷媒又は電気
ヒータなどの他の加熱手段１０により加熱気化さ
せて液戻りしないようにするのが好ましい。

また、その他、前記液センサーS₁，S₂を用いる
か、或いは、前記気液分離器８の出口管８１又
は、この出口側に接続される前記低圧配管ロの圧
縮機吸入側に、第４図に示した如く液とガスとで
電気伝導率が変化することを利用した湿りセンサ
ーS₆を設けて、該湿りセンサーS₆からの出力で前
記加熱手段１０を制御したり、或いは前記膨張弁
５又は６の開度調節をしてもよいし、また、圧力
を検出する圧力センサーを用いてこの圧力センサ
ーをコンピユータに接続すると共に、圧縮機１に
吸入される吸入ガスの圧力を検出し、この圧力に
対応する飽和蒸気温度を算出し、前記加熱手段又
は前記膨張弁５又は６の開度調節をして、適正な
吸入ガス温度にコントロールしてもよい。尚、以
上説明した実施例の前記膨張弁５，６は無段階制
御可能な電動弁を用いたが、その他ステツピング
モータを用いた電動弁でもよいし、或いは電気ヒ
ータを併用した膨張弁を用いてもよいし、キヤピ
ラリーチユーブなどの固定形膨張機構を用いて構
成することもできる。

更に、以上説明した構成において、前記気液分
離器８と圧縮機１の吸入側とを結ぶ前記低圧配管
ロにアキユムレータ９を介装するのであり、さら
に前記受液器７の液域に、キヤピラリーチユーブ
４１及び開閉弁４２をもつたインジエクシヨンチ
ユーブ４０を接続し、このインジエクシヨンチユ
ーブ４０を、前記気液分離器８とアキユムレータ
９とを結ぶ前記低圧配管ロに接続すると共に、前
記アキユムレータ９における出口管９１に設ける
油戻し孔９２を高沸点冷媒を多く含む液冷媒の圧
縮機冷却必要量の流れを可能にする大きさ、本実
施例では、前記アキユムレータ９に設ける油戻し
孔９２を、前記気液分離器８の出口管８１に設け
る油戻し孔８２より大きくするのである。

斯くすることにより、前記アキユムレータ９を
用いて、前記気液分離器８で分離し得なかつた液
冷媒を、再分離でき、それだけ圧縮機１への液戻
りを防止できながら、前記インジエクシヨンチユ
ーブ４０は前記低圧配管ロに接続するのであるか
ら、その接続構造を簡単にでき、圧縮機１を複雑
にしたり、大形にしたりすることなく液冷媒を前
記圧縮機１へインジエクシヨンして、前記圧縮機
１の冷却が可能となるのであり、しかも、以上の
ごとくインジエクシヨンを行う場合、インジエク
シヨンされた液冷媒のうち、低沸点冷媒の多くは
蒸発し、粘度が高く、単位容積当たりの潜熱の小
さい高沸点冷媒を多く含んだ液冷媒が前記アキユ
ムレータ９を経て圧縮機１にインジエクシヨンさ
れるのであるが、前記アキユムレータ９の出口管
９１に設ける油戻し孔９２の孔の大きさを前記気
液分離器８の出口管８１に設ける油戻し孔８２よ
り大きくして、高沸点冷媒を多く含む液冷媒の圧
縮機冷却必要量の流れを可能にするので、前記し
たように、粘度が高く、単位容積当たりの潜熱の
小さい高沸点冷媒を多く含んだ液冷媒を、前記圧
縮機１の冷却を行うのに必要な液冷媒量のインジ
エクシヨンが可能となり、前記圧縮機１の充分な
冷却効果を発揮することができるのである。

尚、圧縮機１の停止時における高低圧の均圧の
際、圧縮機１の潤滑油がアキユムレータ９に流入
することになるが、前記油戻し孔９２が大きくな
つているので、均圧後前記潤滑油を圧縮機１に戻
すことができ、従つて、潤滑油不足を生ずること
はない。

又、他の実施例として図面に示していないが、
本発明は冷房専用機又は暖房専用機にも適用でき
ることは云うまでもない。

（発明の効果） 本発明は、前記蒸発器４又は３を通過した冷媒
を湿り気味に制御することにより、気液分離器８
に高沸点冷媒を多く含む液冷媒を貯溜して、冷媒
回路を循環する冷媒を、低沸点冷媒を多く含む冷
媒に制御は、また、乾き気味に制御することによ
り、前記気液分離器８に貯溜する高沸点冷媒を引
出して冷媒回路を循環する冷媒を、高沸点冷媒に
対する低沸点冷媒の混合比率を少なくした冷媒に
制御するごとく成したから、冷房運転又は暖房運
転など同一運転内においても混合冷媒を利用した
能力の調節が可能となり、負荷に応じた能力での
運転を可能となすのであり、それと共に前記気液
分離器８で分離できなかつた気液混合冷媒を前記
アキユムレータ９で再分離して前記圧縮機１への
液冷媒の液戻りを防止できながら、前記気液分離
器８とアキユムレータ９とを結ぶ低圧配管ロにイ
ンジエクシヨンチユーブ４０を接続したから、該
インジエクシヨンチユーブ４０により液冷媒を前
記圧縮機１にインジエクシヨンして、該圧縮機１
の冷却を可能にでき、吐出ガス冷媒の温度上昇を
抑制できるのである。しかも、前記インジエクシ
ヨンチユーブ４０を前記低圧配管ロに接続したか
ら、その接続構造を簡単にでき、前記圧縮機１を
複雑にしたり、大形化したりすることなく、イン
ジエクシヨンによる圧縮機の冷却ができながら、
インジエクシヨンされた液冷媒のうち、低沸点冷
媒の多くは蒸発し、粘度が高く、単位容積当たり
の潜熱の小さい高沸点冷媒を多く含んだ液冷媒が
前記アキユムレータ９を経て圧縮機１にインジエ
クシヨンされるのであるが、前記アキユムレータ
９の出口管９１に設ける油戻し孔９２の孔の大き
さを、高沸点冷媒を多く含む液冷媒の圧縮機冷却
必要量の流れを可能にする大きさとしているの
で、前記したように、粘度が高く、単位容積当た
りの潜熱の小さい高沸点冷媒を多く含んだ液冷媒
を、前記圧縮機１の冷却を行うのに必要な液冷媒
量のインジエクシヨンが可能となり、前記圧縮機
１の充分な冷却効果を発揮することができるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す冷媒配管系統
図、第２図は気液分離器の拡大断面図、第３図は
混合冷媒の状態を説明する説明図、第４図は気液
分離器に加熱手段を設けた例を示す断面図、第５
図は従来例を示す冷媒配管系統図である。 １……圧縮機、３……熱源側熱交換器、４……
利用側熱交換器、５……第１膨張弁、６……第２
膨張弁、７……受液器、８……気液分離器、３２
……給湯用熱交換器、４０……インジエクシヨン
チユーブ、４２……開閉弁、９……アキユムレー
タ、９１……出口管、９２……油戻し孔、ロ……
低圧配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機１、凝縮器３又は４及び蒸発器４又は
   ３を備えた冷媒回路に、非共沸混合冷媒を封入
   し、冷房又は暖房運転可能とした冷凍装置におい
   て、前記蒸発器４又は３を通過した後の冷媒が湿
   り気味となるごとく制御する乾湿度制御手段と、
   受液器７と前記蒸発器４又は３の出口側と前記圧
   縮機１の吸入側とを結ぶ低圧配管ロに介装され、
   湿り気味冷媒の気液を分離して高沸点冷媒を多く
   含む液冷媒を貯溜する気液分離器８と、この気液
   分離器８と圧縮機１の吸入側とを結ぶ前記低圧配
   管ロに介装するアキユムレータ９とを備え、前記
   受液器７の液域に開閉弁４２をもつたインジエク
   シヨンチユーブ４０を接続し、このインジエクシ
   ヨンチユーブ４０を、前記気液分離器８とアキユ
   ムレータ９とを結ぶ低圧配管ロに接続すると共
   に、前記アキユムレータ９における出口管９１に
   設ける油戻し孔９２を高沸点冷媒を多く含む液冷
   媒の圧縮機冷却必要量の流れを可能にする大きさ
   としたことを特徴とする混合冷媒を用いた冷凍装
   置。