JPH07139825A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍サイクル中の冷媒循環量の変化に対して
冷凍機油の貯油量の応答を早くし、冷媒圧縮機の起動直
後の潤滑性の低下を防止する。 【構成】 冷媒蒸発器６の出口側と冷媒圧縮機２の吸入
側とを連結するサクション配管７の下側部を凹ませて第
１貯油部１２を設け、この第１貯油部１２より上方に、
絞り部１４に連通する連結管１８と第１貯油部１２内に
連通する吸上げ管１９とが接続された第２貯油部１３を
設けた。そして、冷凍サイクル８中の冷媒循環量が増加
すればする程、第１貯油部１２内の圧力と絞り部１４で
の圧力との圧力差が大きくなり、第１貯油部１２内より
吸上げ管１９を介して第２貯油部１３内に吸い上げられ
る冷凍機油の量が変わる。また、常に第１貯油部１２内
に冷凍機油が貯まっているので、冷媒圧縮機２の起動直
後でも十分な量の冷凍機油が冷媒圧縮機２に吸引され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷凍サイクル中を冷
媒と共に冷凍機油が循環する冷凍装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷凍装置の冷凍サイクル中を流
れる冷凍機油は、冷房能力の低下の原因となるため必要
最小限に抑えるのが望ましいが、現状では冷媒の流量が
多くなる程冷凍機油の流量も多くなるので、冷房能力の
低下が問題となっている。これに対して、特開平２−３
７２６４号公報には、簡単な構造にて冷媒流量に応じて
冷凍機油の流量を制御するようにした技術が示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
においては、サクション配管内を流れる冷凍機油の大部
分が、貯油部に冷凍機油を吸入させるための穴に入ら
ず、素通りしてしまうため、貯油部へ冷凍機油が貯まる
のが遅く、冷媒流量の変化に対して冷凍機油の貯油量の
変化の応答性が悪く、冷房能力の低下を阻止する効果が
十分発揮できないという問題点があった。

【０００４】また、その従来の技術においては、冷媒圧
縮機の作動停止時にサクション配管中に冷凍機油を貯め
る部分が存在しないため、冷媒圧縮機の起動時に十分な
冷凍機油が冷媒圧縮機に戻らず、冷媒圧縮機の起動直後
の潤滑性が低下するという問題点があった。

【０００５】この発明は、冷媒流量の変化に対する応答
の早い冷凍機油の貯油量の制御をすることが可能で、且
つ冷媒圧縮機の起動直後の潤滑性の低下を防止すること
が可能な冷凍装置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、内部を、冷
媒蒸発器の出口側から冷媒圧縮機の吸入側へ向けて冷媒
と共に冷凍機油が流れるサクション配管と、このサクシ
ョン配管の下側部に形成され、内部に冷凍機油が貯まる
第１貯油部と、この第１貯油部より上方に設けられ、上
側部に前記サクション配管のうちの前記第１貯油部より
圧力の低い低圧部分に連通する第１連通管が接続され、
下側部に前記第１貯油部に連通する第２連通管が接続さ
れ、内部に冷凍機油が貯まる第２貯油部とを備えた技術
手段を採用した。

【０００７】

【作用】この発明によれば、冷媒圧縮機が起動すると、
冷媒蒸発器の出口側の冷媒と冷凍機油がサクション配管
を介して冷媒圧縮機の吸入側に吸引される。このとき、
サクション配管内を流れる冷凍機油は、重力により冷媒
ガスと分離して第１貯油部に入る。また、サクション配
管内を冷媒が流れることにより、サクション配管の低圧
部分に発生した圧力が、第１連通管を介して第２貯油部
に伝えられると、サクション配管の低圧部分内の圧力と
第１貯油部内の圧力との圧力差により第１貯油部内に貯
まった冷凍機油が第２連通管を介して第２貯油部内に吸
上げられる。

【０００８】なお、冷媒流量が増加すれば増加する程、
サクション配管の低圧部分内の圧力と第１貯油部内の圧
力との圧力差が大きくなるため、その分第１貯油部から
吸い上げられる冷凍機油の量が多くなる。このため、第
２貯油部内の貯油量も多くなり、冷媒流量の変化に応じ
た冷凍機油の流量の制御がなされる。

【０００９】また、冷媒圧縮機の作動停止時には常に第
１貯油部内に冷凍機油が貯まっているため、冷媒圧縮機
の起動時には、その第１貯油部内に貯まっている冷凍機
油が冷媒圧縮機に吸引されてサクション配管を通って冷
媒圧縮機内に入る。このため、冷媒圧縮機の起動直後で
も潤滑性を低下させることのない十分な冷凍機油が確保
される。

【００１０】

【実施例】次に、この発明の冷凍装置を車両用冷凍装置
に適用した実施例に基づいて説明する。

【００１１】〔第１実施例の構成〕図１ないし図３はこ
の発明の第１実施例を示したもので、図１は車両用冷凍
装置を示した図である。

【００１２】車両用冷凍装置１は、冷媒圧縮機２、冷媒
凝縮器３、レシーバ４、膨張弁５、冷媒蒸発器６、サク
ション配管７等により構成される冷凍サイクル８中を冷
媒と共に冷凍機油が循環することにより、車室、冷凍
庫、冷蔵庫等の被空調空間を空調するものである。

【００１３】冷媒圧縮機２は、車両に搭載されたエンジ
ンまたは電動モータ等の駆動装置（図示せず）によって
回転駆動され、冷媒蒸発器６からサクション配管７を介
して吸引した冷媒を圧縮して高温、高圧の冷媒ガスを吐
出する。なお、この冷媒圧縮機２は、駆動装置の回転速
度の上昇にしたがって冷凍サイクル８中の冷媒循環量
（冷媒の流量）を増加させるものである。また、冷媒圧
縮機として駆動装置の回転速度が変化しなくても、冷凍
負荷に基づいて冷媒の流量を変更する可変容量式のもの
を用いても良い。

【００１４】冷媒凝縮器３は、冷媒圧縮機２の吐出側か
ら吐出された冷媒ガスをクーリングファン９の送風を受
けて凝縮させて液冷媒にする熱交換器である。レシーバ
４は、冷媒凝縮器３から流入した冷媒を一時的に蓄えて
おき、冷凍負荷に基づいて液冷媒のみを膨張弁５へ流出
する。なお、気液分離器としてのレシーバ４の代わり
に、冷媒蒸発器６の出口側と冷媒圧縮機２の吸入側との
間にアキュームレータを配置しても良い。膨張弁５は、
レシーバ４の出口から流入した液冷媒を断熱膨張させて
低温、低圧の気液二相状態の冷媒にする。なお、減圧装
置としての膨張弁５の代わりにキャピラリチューブやオ
リフィス等の固定絞りを用いても良い。

【００１５】冷媒蒸発器６は、ファン１０の送風を受け
て、膨張弁５の出口から流入した気液二相状態の冷媒を
蒸発させて冷媒ガスにする熱交換器である。なお、冷媒
との熱交換器によって冷却された空気はファン１０によ
って車両の被空調空間を冷やす。また、冷媒蒸発器６の
出口側と冷媒圧縮機２の吸入側との間に蒸発圧力調整弁
を配しても良い。

【００１６】次に、この実施例のサクション配管７の構
造を詳しく説明する。このサクション配管７は、内部
に、冷媒蒸発器６の出口側から冷媒圧縮機２の吸入側へ
向けて冷媒と共に冷凍機油が流れる冷媒通路１１を形成
するゴムまたは金属等の配管（この実施例では内径がφ
１３．５mm）である。そして、このサクション配管７の
下側部には第１貯油部１２が設けられ、サクション配管
７および第１貯油部１２より上方には第２貯油部１３が
設けられている。また、サクション配管７の第１貯油部
１２より下流側には、絞り部１４が設けられている。

【００１７】第１貯油部１２は、サクション配管７の所
定の場所の下側部を部分的に凹ませて一体的に形成さ
れ、上端部にサクション配管７内の冷媒通路１１に連通
する比較的に大きな連通口１５を有している。この第１
貯油部１２の内部には、常に冷凍機油が貯まるように所
定の内容量（この実施例では約２０cm³ ）を有する第１
貯油室１６が形成されている。なお、サクション配管７
の下側部に連通口１５を形成して、別体の容器をサクシ
ョン配管７の下側部に取り付け、その容器により第１貯
油部１２を構成しても良い。

【００１８】第２貯油部１３は、金属または樹脂等の部
材により箱体状に一体形成されている。この第２貯油部
１３は、第１貯油部１２の上端部（連通口１５の位
置）、つまりサクション配管７の下側部より下端部が高
さＨA 分だけ上方に位置するように設置されている。そ
して、第２貯油部１３の内部には、冷凍機油が貯まるよ
うに第１貯油室１６より大きい内容量（この実施例では
約１２０cm³ ）を有する第２貯油室１７が形成されてい
る。また、第２貯油部１３の上端部には連結管１８が一
体的に形成され、下側部には吸上げ管１９が一体的に形
成されている。なお、第２貯油部１３は、サクション配
管７に一体的に形成されていても良い。

【００１９】絞り部１４は、本発明の低圧部分であっ
て、サクション配管７の冷媒通路１１の通路断面積を絞
るように形成され、サクション配管７の冷媒通路１１の
うちの第１貯油部１２より圧力の低い部位で、冷媒圧縮
機２の作動時に負圧が発生する部位である。また、絞り
部１４は、内径がサクション配管７の絞り部１４を除く
冷媒通路１１の内径の９０％前後の太さを有している。
ここで、実施例としてサクション配管７の内径がφ１
３．５mmに対し絞り部１４の内径はφ１２．５mmであ
る。

【００２０】連結管１８は、本発明の第１連通管であっ
て、第１貯油部１２の上端部（連通口１５の位置）、つ
まりサクション配管７の下側部より下端部が高さＨB 分
だけ上方に位置するように設置されている。そして、連
結管１８は、第１貯油部１２および第２貯油部１３より
非常に細い内径を有し、一端部が第２貯油部１３の上端
部に連通し、他端部が絞り部１４の上側部に連通してい
る。ここで、連結管１８の内径の太さは自由であるが、
実施例として連結管１８の内径がφ０．５mmのものを使
用している。なお、連結管１８は、サクション配管７ま
たは第２貯油部１３と別体で構成されていても良い。

【００２１】吸上げ管１９は、本発明の第２連通管であ
って、第１貯油部１２および第２貯油部１３より非常に
細い内径を有し、サクション配管７の冷媒通路１１を貫
通するように設けられている。そして、吸上げ管１９
は、一端部が第１貯油室１６に連通し、他端部が第２貯
油部１３の下端部に連通している。ここで、吸上げ管１
９の内径の太さは自由であるが、実施例として吸上げ管
１９の内径がφ１１．５mmのものを使用している。な
お、吸上げ管１９は、第２貯油部１３と別体で構成され
ていても良く、第１貯油部１２に一体的に形成されてい
ても良い。

【００２２】〔第１実施例の作用〕次に、この実施例の
車両用冷凍装置１の作用を図１ないし図３に基づいて簡
単に説明する。

【００２３】冷媒圧縮機２が起動すると、冷媒圧縮機２
の吐出側より高温、高圧の冷媒ガスが吐出され、冷媒凝
縮器３内に流入する。冷媒凝縮器３内に流入した冷媒ガ
スは、クーリングファン９により吹き付けられる空気と
熱交換して凝縮して液冷媒となる。そして、その液冷媒
は、レシーバ４に一旦流入した後に膨張弁５内に流入
し、膨張弁５を通過する際に断熱膨張されて低温、低圧
の二相状態の冷媒となり、冷媒蒸発器６内に流入する。

【００２４】そして、冷媒蒸発器６内に流入した冷媒
は、ファン１０により吹き付けられる空気と熱交換して
蒸発して冷媒ガスとなり、サクション配管７の冷媒通路
１１内を冷媒圧縮機２の吸入側へ向けて流れる。このと
き、冷媒ガスと共にサクション配管７の冷媒通路１１内
を冷凍機油が流れているが、冷媒ガスは気体であり、冷
凍機油は比較的に比重の大きい液体であるため、サクシ
ョン配管７の冷媒通路１１の下側部の内壁を伝わって冷
凍機油が流れている。そして、サクション配管７の冷媒
通路１１内を流れている冷凍機油の大部分は、重力によ
り連通口１５から第１貯油部１２の第１貯油室１６内に
流入する。

【００２５】また、サクション配管７の冷媒通路１１内
の冷媒ガスの流れにより、第１貯油部１２の連通口１５
付近の圧力に比べて絞り部１４での圧力低下が大きくな
り、絞り部１４では負圧が発生する。この圧力が連結管
１８を介して第２貯油部１３の第２貯油室１７内に伝え
られる。その負圧により第１貯油部１２の第１貯油室１
６内に流入していた冷凍機油は、吸上げ管１９を介して
第２貯油部１３の第２貯油室１７内に吸上げられて、そ
の第２貯油室１７内に貯まる。

【００２６】なお、第１貯油部１２の第１貯油室１６内
の冷凍機油は、第２貯油部１３の第２貯油室１７内の冷
凍機油の油面高さＨによる位置ヘッドと、絞り部１４で
発生した負圧とが釣り合うまで第２貯油部１３の第２貯
油室１７内に貯まることになる。

【００２７】そして、絞り部１４の負圧は冷凍サイクル
８中の冷媒循環量が増加すればする程大きくなる。すな
わち、第１貯油部１２の第１貯油室１６内の圧力と絞り
部１４内の圧力との差圧が大きくなるので、第１貯油部
１２の第１貯油室１６から吸上げられる冷凍機油の量が
多くなり、第２貯油部１３内の貯油量が多くなる。

【００２８】ここで、図２は冷凍サイクル８中の冷媒循
環量と冷凍機油の流量との応答性を示したグラフであ
る。冷凍サイクル８中の冷媒循環量がＡ点以下の場合は
絞り部１４で発生する負圧が小さい。すなわち、第１貯
油部１２の第１貯油室１６内の圧力と絞り部１４内の圧
力との差圧が小さいため、油面高さＨは吸上げ管１９内
にとどまっている。そして、吸上げ管１９の内容積は微
小のため従来の技術（図示破線）と同じである。

【００２９】そして、冷凍サイクル８中の冷媒循環量が
増加してＡ点に到達すると油面高さＨはＨA となり、さ
らに増加してＢ点に到達すると油面高さＨはＨB とな
り、第２貯油部１３の第２貯油室１７内は冷凍機油で満
杯となる。したがって、冷凍サイクル８中の冷媒循環量
の変化に対する冷凍機油の流量は、Ｏ−Ａ−Ｂ−Ｃのよ
うになり、従来の技術と比較して冷凍機油の流量を適正
化することができる。

【００３０】しかも、サクション配管７の下側部を凹ま
せることにより第１貯油部１２を形成しているので、小
さな連通穴を介してサクション配管７と第１貯油部１２
が連通しているものと比較してサクション配管７の冷媒
通路１１内から第１貯油部１２の第１貯油室１６内へ素
早く冷凍機油が流入するため、図３のタイムチャートの
実線で示したように、冷凍サイクル８中の冷媒循環量の
変化に対する第２貯油部１３の第２貯油室１７内の貯油
量の応答性が良好となる。

【００３１】ここで、図３のタイムチャートの中で一点
鎖線は第１、第２貯油部１２、１３を有しない従来の技
術Ａの場合の冷凍サイクル８中の冷媒循環量の変化に対
する冷凍機油の流量変化を示す。図３のタイムチャート
の中で破線は第１貯油部１２を有しない従来の技術（特
開平２−３７２６４号公報に開示された技術）Ｂの場合
の冷凍サイクル８中の冷媒循環量の変化に対する冷凍機
油の流量変化を示す。

【００３２】また、前述のように、サクション配管７の
下側部を凹ませることにより第１貯油部１２を形成して
いるので、冷媒圧縮機２の作動を停止した時、つまり冷
凍サイクル８の停止時には常に第１貯油部１２の第１貯
油室１６内に冷凍機油が貯まるようになっている。した
がって、冷媒圧縮機２を起動した時、つまり冷凍サイク
ル８の起動時には、その第１貯油部１２の第１貯油室１
６内に貯まっていた冷凍機油が冷媒圧縮機２に吸引され
てサクション配管７の冷媒通路１１へ戻されて吸入側よ
り冷媒圧縮機２内に吸引されることになる。このため、
冷媒圧縮機２を起動した直後、つまり冷凍サイクル８の
起動直後でも冷媒圧縮機２の潤滑に必要な量の冷凍機油
が得られる。

【００３３】〔第１実施例の効果〕以上のように、車両
用冷凍装置１は、図２のグラフおよび図３のタイムチャ
ートにも示したように、冷凍サイクル８中の冷媒循環量
が増加した場合は第２貯油部１３の第２貯油室１７内の
冷凍機油の貯油量が多くなり、逆に冷媒循環量が減少し
た場合は第２貯油部１３の第２貯油室１７内の冷凍機油
の貯油量が少なくなる。また、冷凍サイクル８中の冷媒
循環量の急激な変化に対する第２貯油部１３の第２貯油
室１７内の貯油量の応答性が非常に早い。

【００３４】したがって、冷凍サイクル８中の冷媒循環
量が増加した場合に冷媒圧縮機２の潤滑に不要な冷凍機
油を冷凍サイクル８中に循環させないようにすることに
より、車両用冷凍装置１の冷房能力、冷蔵能力または冷
凍能力等の性能を向上させることができる。

【００３５】また、車両用冷凍装置１は、冷媒圧縮機２
が焼き付きを起こし易い冷媒圧縮機２の起動直後または
再起動直後でも冷媒圧縮機２の潤滑に必要な量の冷凍機
油を冷媒圧縮機２内に流入させることができる。このた
め、冷媒圧縮機２の起動直後または再起動直後の焼き付
きを防止することができるので、車両用冷凍装置１の長
寿命化および信頼性の向上を達成することができる。

【００３６】〔第２実施例〕図４はこの発明の第２実施
例を示したもので、車両用冷凍装置を示した図である。
この実施例の吸上げ管２０は、サクション配管７の外側
から第１貯油部１２の第１貯油室１６内の冷凍機油を吸
い上げるように、他端部が第１貯油部１２の下端部に連
通している。このため、吸上げ管２０の他端部は第１貯
油部１２の第１貯油室１６としても働くことになる。

【００３７】また、第１実施例の絞り部１４は連結管１
８の一端部（接続部）にて第１貯油部１２より圧力が低
下していれば良いので、第１貯油部１２の中心より連結
管１８の一端部の中心まで距離Ｌを確保することができ
れば絞り部１４を廃止することができる。ここで、距離
Ｌを例えば約３００mm確保すれば、サクション配管７の
内径がφ１３．５mmに対し絞り部１４の内径をφ１２．
５mmにした第１実施例と同様な作用効果を奏することが
できる。

【００３８】〔第３実施例〕図５はこの発明の第３実施
例を示したもので、車両用冷凍装置を示した図である。
この実施例では、絞り部１４と同様な作用効果を奏する
ものとしてサクション配管７の内壁より内側に突出した
略円環状の突起部２１を設けている。この突起部２１は
周方向に分割されていても良い。

【００３９】〔変形例〕第１貯油部１２の第１貯油室１
６および第２貯油部１３の第２貯油室１７の内部形状
は、直方体形状、立方体形状、円柱形状、多角柱等のよ
うに自由に変更しても良い。この実施例では、本発明を
車両用冷凍装置１に適用したが、本発明を家庭用や工場
用等の冷凍装置に適用しても良い。

【００４０】

【発明の効果】この発明は、サクション配管内の冷媒流
量の変化に対する応答の早い冷凍機油の貯油量の制御を
することができるので、冷凍装置の冷凍能力の低下を阻
止する効果を十分発揮することができる。また、冷媒圧
縮機の起動直後に潤滑に必要な十分な量の冷凍機油を冷
媒圧縮機に吸引させることができるので、冷媒圧縮機の
起動直後の潤滑性の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に用いた車両用冷凍装置
を示した断面図である。

【図２】冷凍サイクル中の冷媒循環量と冷凍機油の流量
との関係を示したグラフである。

【図３】冷凍サイクル中の冷媒循環量と冷凍機油の流量
のタイムチャートである。

【図４】この発明の第２実施例に用いた車両用冷凍装置
を示した断面図である。

【図５】この発明の第３実施例に用いた車両用冷凍装置
を示した断面図である。

【符号の説明】

１ 車両用冷凍装置 ２ 冷媒圧縮機 ６ 冷媒蒸発器 ７ サクション配管 ８ 冷凍サイクル １２ 第１貯油部 １３ 第２貯油部 １４ 絞り部（低圧部分） １８ 連結管（第１連通管） １９ 吸上げ管（第２連通管） ２０ 吸上げ管（第２連通管） ２１ 突起部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）内部を、冷媒蒸発器の出口側から冷
   媒圧縮機の吸入側へ向けて冷媒と共に冷凍機油が流れる
   サクション配管と、 （ｂ）このサクション配管の下側部に形成され、内部に
   冷凍機油が貯まる第１貯油部と、 （ｃ）この第１貯油部より上方に設けられ、上側部に前
   記サクション配管のうちの前記第１貯油部より圧力の低
   い低圧部分に連通する第１連通管が接続され、下側部に
   前記第１貯油部に連通する第２連通管が接続され、内部
   に冷凍機油が貯まる第２貯油部とを備えた冷凍装置。