JPH085204A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、冷媒と冷凍機油とが非相溶性の関係
になっても、良好に冷凍機油を圧縮機へ戻せる冷凍サイ
クル装置を提供することにある。 【構成】本発明は、アキュムレ−タ６の集溜部１０ａ内
で上下方向に延びている吸込管１１に、複数個の油戻し
管２１を上下方向に沿って設けた。これにより、非相溶
性の関係となって、冷暖房運転中、アキュムレ−タ６内
に冷媒Ａと冷凍機油Ｂとが分離して溜まっても、同液冷
媒Ａと冷凍機油Ｂは、同冷媒層，油層に臨んでいる各油
戻し孔２１から吸い込まれて、混じり合いながら圧縮機
１へ戻るようにした。つまり、たとえ冷凍機油Ｂが冷媒
Ａに対して非相溶性の関係になっても、アキュムレ−タ
６内に溜まる冷凍機油Ｂを圧縮機１へ供給し続けられる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクル内に非相
溶性の関係にある冷媒と冷凍機油とが封入されてなる冷
凍サイクル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷暖房運転可能な空気調和機（冷凍サイ
クル装置）では、図５に示されるように圧縮機１の吐出
側に、冷暖切換えの四方弁２、室外側熱交換器３、例え
ば暖房用の絞り回路４ａと冷房用の絞り回路４ｂとを組
合わせてなる絞り装置４、室内側熱交換器５、アキュム
レ−タ６を順次、冷媒循環路７を介し連結して、ヒ−ト
ポンプ式の冷凍サイクルを構成することが行われてい
る。

【０００３】なお、絞り回路４ａは、例えばキャピラリ
−チュ−ブ８ａと逆止弁９ａとを並列に接続してなり、
暖房運転のときには冷媒がキャピラリ−チュ−ブ８ａを
通過するようにしてある。絞り回路４ａｂは、同様なキ
ャピラリ−チュ−ブ８と逆止弁９ｂとの並列回路により
構成されていて、暖房運転のときには冷媒がキャピラリ
−チュ−ブ８ｂを通過するようにしてある。

【０００４】こうした空気調和機は、四方弁２を冷房側
に切換えて、圧縮機１を作動させると、同圧縮機１から
吐出した冷媒が、実線の矢印で示されるように四方弁
２、室外側熱交換器３、絞り回路４ａの逆止弁９ａ、絞
り回路４ｂのキャピラリ−チュ−ブ８ｂ、室内側熱交換
器５、四方弁２、アキュムレ−タ６を順に経て、圧縮機
１の吸込部へ戻る。

【０００５】これにより、室外側熱交換器３を凝縮器と
し、室内側熱交換器５を蒸発器とした冷房サイクルが構
成される。また四方弁２を暖房側に切換えて、圧縮機１
を作動させれば、破線の矢印で示されるように四方弁
２、室内側熱交換器５、絞り回路４ｂの逆止弁９ａ、絞
り回路４ａのキャピラリ−チュ−ブ８ａ、室外側熱交換
器３、四方弁２、アキュムレ−タ６を順に経て、圧縮機
１の吸込部に戻る。

【０００６】これにより、室内側熱交換器５を凝縮器と
し、室外側熱交換器３を蒸発器とした暖房サイクルが構
成される。こうした冷・暖房サイクルにより、室内等は
冷暖房される。

【０００７】ところで、空気調和機は、こうした運転
中、蒸発器から未蒸発の液冷媒が出るような現象が起き
ることがある。これは、蒸発器における過熱度が変化し
て、液冷媒が蒸発器において蒸発しきれなくなるときに
生じる。

【０００８】この液冷媒が多いと、圧縮機１では液圧縮
が起きてしまう。そこで、通常、圧縮機１に負担を与え
ないよう（液圧縮が起きないよう）、図５にあるように
圧縮機１の吸込側にアキュムレ−タ６を設け、同アキュ
ムレ−タ６にて未蒸発の液冷媒を分離して、圧縮機１へ
ガスを吸い込ませるようにしている。

【０００９】具体的には、例えばアキュムレ−タ６に
は、一般に密閉容器からなる本体１０から液冷媒を溜め
るタンクを構成し、同本体１０の集溜部１０ａ内にＵ字
管で構成される吸込管１１を上下方向に沿って配設し、
同本体１０の上部に同本体１０内へ冷媒を導入させる導
入管１２を接続した構造が用いてある。

【００１０】このアキュムレ−タ６は、導入管１２から
導入された蒸発器（冷房運転のときは室内側熱交換器、
暖房運転のときは室外側熱交換器）からの冷媒を本体内
部で気液分離させて、液を集溜部１０ａに溜め込み、ガ
スを吸込管１１の端部開口から、圧縮機１の吸込部へ吸
込ませるようにしている。

【００１１】またこのアキュムレ−タ６は、液冷媒に溶
け込んでいる冷凍機油（冷媒と共に圧縮機から冷凍サイ
クル内に循環されたもの）を圧縮機１へ戻している。通
常は、図５に示されるように吸込管１１の最も低い位置
に設けた油戻し孔１３から、集溜部１０ａに溜った液冷
媒の一部を、圧縮機１に影響を与えない範囲で、吸込ま
せることにより、この液冷媒に溶け込んでいる冷凍機油
を圧縮機１に戻し油不足とならないようにして、圧縮機
１の摺動部、例えば軸受部などを十分に潤滑するように
している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、空気調和機に
おいては、冷媒として主にＲ１２，Ｒ２２といった単一
冷媒が封入されている。これらの単一冷媒は、効率の
点、さらには冷凍機油との相性が良い（冷媒に溶け込
む）などといった長所があるために使用されている。

【００１３】ところで、近時、フロン規制の問題があ
り、Ｒ１２，Ｒ２２はその対象となっているところか
ら、これらの単一冷媒に代わる代替冷媒が使用される方
向にある。

【００１４】代替冷媒には、沸点の異なる数種類の冷媒
を混合した非共沸点混合冷媒を用いることが考えられて
いる。このような代替冷媒が使用されると、Ｒ１２，Ｒ
２２を用いたときとは違い、冷凍機油との関係は非相溶
性となる。

【００１５】この非相溶性の関係は、図６に示されるよ
うにアキュムレ−タ６内においては、冷媒Ａと冷凍機油
Ｂとが分離して溜まるという現象で現れる。通常は、液
冷媒Ａに比べ冷凍機油Ｂの方が密度が小さいため、油層
が冷媒層の直上に形成される（冷媒上に油が浮く）。

【００１６】ところが、先に述べたようなアキュムレ−
タ６を用いた冷凍サイクルであると、吸込管１１の最下
位となる部位にある油戻し孔１３からは、冷媒しか通ら
ず、圧縮機１には冷凍機油Ｂが戻らなくなることがあ
る。

【００１７】こうした油戻り不良が起きると、圧縮機１
内で油不足が生じ、圧縮機１の摺動部などには冷凍機油
Ｂが供給されなくなり、圧縮機１の負担増（焼付きな
ど）から、円滑な冷凍サイクル運転（冷房運転，暖房運
転等）が損なわれることがある。

【００１８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、冷媒と冷凍機油とが
非相溶性の関係になっても、良好に冷凍機油を圧縮機へ
戻せる冷凍サイクル装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１に記載の発明は、アキュムレ−タの集溜部内
で上下方向に延びている吸込管に、複数個の油戻し管を
上下方向に沿って設けたことにある。

【００２０】請求項２に記載の発明は、さらに上記目的
に加えて、戻る冷媒、冷凍機油による圧縮機の負担を回
避すると同時に蒸発器の冷凍効果を増加させるために、
前記請求項１の記載のアキュムレ−タの吸込管から圧縮
機の吸込部に至る冷媒循環路部分に、凝縮器からの冷媒
と熱交換するための熱交換手段を設けたことにある。

【００２１】

【作用】請求項１に記載の発明によると、非相溶性の関
係となる冷媒と冷凍機油とを用いた冷凍サイクル運転に
より、アキュムレ−タ内に、液冷媒と冷凍機油が分離さ
れて溜まったとする。

【００２２】このとき、アキュムレ−タの吸込管には複
数個の油戻し孔が上下方向に沿って設けてあるから、同
アキュムレ−タ内の液冷媒と冷凍機油は、同冷媒層，油
層に臨んでいる各油戻し孔から吸い込まれる。

【００２３】そして、吸込まれた冷媒と冷凍機油は、混
じり合いながら、圧縮機へ戻る。これにより、たとえ冷
凍機油が冷媒に対して非相溶性の関係になっても、アキ
ュムレ−タ内に溜まる冷凍機油は、圧縮機に供給し続け
られる。

【００２４】つまり、油戻り不良は改善され、同油戻し
不良を要因とした圧縮機の焼付けなど、油戻し不良によ
る圧縮機における負担は回避され、常に円滑な冷凍サイ
クル運転が約束される。

【００２５】請求項２の発明によると、アキュムレ−タ
から圧縮機へ戻る冷媒と冷凍機油とは、熱交換手段にお
いて凝縮器から出た高温の凝縮冷媒と熱交換される。こ
れにより、アキュムレ−タからの冷媒と冷凍機油は、熱
交換により加熱されて気化する。

【００２６】この冷媒および冷凍機油の気化した成分が
圧縮機に戻される。つまり、戻るのは気化した成分なの
で、圧縮機の負担は軽減される。また凝縮冷媒は、上記
熱交換によって冷却される。このことは、蒸発器に供給
される冷媒の過冷却度が増すこととなり、その分、蒸発
器の冷凍効果が増し、冷凍サイクルの能力を高めること
になる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を図１ないし図２に示す第１の
実施例にもとづいて説明する。なお、図面において、先
の「従来の技術」の項で述べた空気調和機（冷凍サイク
ル装置）と同じ部分には同一符号を付してその説明を省
略し、この項では異なる部分（発明の要部）について説
明することにする。

【００２８】本実施例は、冷凍サイクル内に、Ｒ１２，
Ｒ２２といった単一冷媒に代わる代替冷媒Ｂを冷凍機油
Ａと共に封入した点、アキュムレ−タ６の構造を変更し
た点、圧縮機１の吸込側に熱交換手段としての熱交換器
２０を設けた点で異なる。

【００２９】アキュムレ−タ６について説明すれば、こ
れは例えばＵ字管で構成される吸込管１１の上下方向に
延びる基部側の管部分１１ａに、集溜部１０ａに臨む最
下位の部分から最上位の部分にかけて、複数個の油戻し
孔２１を所定間隔で設けた点で異なる。

【００３０】これにより、たとえアキュムレ−タ６内に
おいて冷凍機油Ａと冷媒Ｂとが分離されて溜まったとし
ても、油戻し孔２１を通じて、双方を吸込めるようにし
てある。

【００３１】また熱交換器２０は、例えば図２（ａ），
（ｂ）に示されるように吸込管１１と圧縮機１の吸込部
との間に在る冷媒管２２（同区間の冷媒循環路部分を構
成するもの）と、膨張回路３ａと膨張回路３ｂとの間に
在る冷媒管２３（同区間の冷媒循環路部分を構成するも
の）の高圧側部分（冷・暖房運転時の双方において高圧
の冷媒が流れる部分）とを、両者が密接するように並行
に配置し、これらを固着、例えばロ−付け、半田付けに
よって取着した構造となっている。

【００３２】これにより、アキュムレ−タ６から出た冷
媒Ｂ，冷凍機油Ａと、凝縮器（冷房運転時：室外側熱交
換器、暖房運転時：室内側熱交換器）から出た高温の凝
縮冷媒との両者間で、冷媒管２２，２３および固着した
部分を通じて、熱交換が行われるようにしている。

【００３３】つぎに、このように構成された空気調和機
の作用について説明する。冷房運転を行うときは、四方
弁２を冷房側に切換えて、圧縮機１を作動させる。

【００３４】すると、圧縮機１から吐出した冷媒は、実
線の矢印で示されるように四方弁２、室外側熱交換器
３、絞り回路４ａの逆止弁９ａ、熱交換器２０、絞り回
路４ｂのキャピラリ−チュ−ブ８ｂ、室内側熱交換器
５、四方弁２、アキュムレ−タ６を順に経て、圧縮機１
の吸込部へ戻る。

【００３５】これにより、室外側熱交換器３を凝縮器と
し、室内側熱交換器５を蒸発器とした冷房サイクルが構
成され、例えば室内が冷房される。また暖房運転をする
ときは、四方弁２を暖房側に切換えればよい。

【００３６】すなわち、四方弁２の切換えによって、圧
縮機１から吐出した冷媒は、破線の矢印で示されるよう
に四方弁２、室内側熱交換器５、絞り回路４ｂの逆止弁
９ａ、熱交換器２０、絞り回路４ａのキャピラリ−チュ
−ブ８ａ、室外側熱交換器３、四方弁２、アキュムレ−
タ６、熱交換器２０をを順に経て、圧縮機１の吸込部に
戻る。

【００３７】これにより、室内側熱交換器５を凝縮器と
し、室外側熱交換器３を蒸発器とした暖房サイクルが構
成され、例えば室内が暖房される。この運転中、室内側
熱交換器５（蒸発器）から未蒸発の冷媒が発生したよう
なとき、同冷媒はアキュムレ−タ６においてガスと液に
分離（気液分離）される。

【００３８】ここで、冷媒には、今までの冷凍機油Ｂと
は非相溶性の関係となる代替冷媒Ａが使用されているか
ら、同冷媒は図１に示されるように冷媒Ａと冷凍機油Ｂ
（液）とに分離して、アキュムレ−タ６の集溜部１０ａ
に溜り込んでいく。具体的には、冷媒Ａに比べ冷凍機油
Ｂの方が密度が小さいので、油層が冷媒層の直上に形成
された状態で溜まる。

【００３９】このとき、アキュムレ−タ６の上下方向に
延びる管部分１１ａ（吸込管１１）には、複数個の油戻
し孔２１が上下方向に沿って設けてあるから、アキュム
レ−タ６内の冷媒Ａ（液）と冷凍機油Ｂ（液）は、同冷
媒層，油層に臨んでいる各油戻し孔２１から吸い込まれ
る。

【００４０】これら吸込まれた冷媒Ａと冷凍機油Ｂは、
混じり合いながら、熱交換器２０を通じて、圧縮機１へ
戻る。しかるに、たとえ冷凍機油Ｂが冷媒Ａに対して非
相溶性の関係になっても、アキュムレ−タ６内に溜まる
冷凍機油Ｂは、圧縮機１に供給し続けられる。

【００４１】したがって、油戻り不良を改善でき、同油
戻し不良を要因とした圧縮機１の焼付けなど、油戻し不
良による圧縮機１における負担を回避することができ
る。この結果、円滑な冷凍サイクル運転が約束できる、
代替冷媒に対応可能な空気調和機を提供できる。

【００４２】しかも、圧縮機１へ戻る冷媒Ａ，冷凍機油
Ｂと凝縮冷媒とを熱交換させる構造を採用したことで、
併せて空気調和機の全体の能力を高めることができる。
詳しくは、アキュムレ−タ６から圧縮機１へ戻る冷媒
Ａ，冷凍機油Ｂは、熱交換器２０を通過するときに凝縮
器（冷房運転時は室外側熱交換器３、暖房運転時は室内
側熱交換器５が相当）から出た高温の凝縮冷媒と熱交換
されると、加熱されて気化する。

【００４３】この気化した冷媒Ａおよび冷凍機油Ｂの成
分が圧縮機１に吸込まれる。このことは、圧縮機１に戻
るのは液（冷媒および冷凍機油共）でなく、冷媒Ａおよ
び冷凍機油Ｂの気化した成分となり、圧縮機１の負担を
軽減できる。

【００４４】しかも、凝縮冷媒は、熱交換器２０を通過
するときに圧縮機１へ戻る冷媒Ａおよび冷凍機油Ｂと熱
交換して冷却される。このことは、蒸発器（冷房運転時
は室内側熱交換器５、暖房運転時は室外側熱交換器３が
相当）に供給される冷媒の過冷却度が増すことになるか
ら、その分、蒸発器の冷凍効果が増し、冷・暖房能力
（冷凍サイクルの能力）を増大できる。

【００４５】それ故、空気調和機の全体の能力が向上す
ることとなる。なお、本発明は第１の実施例に限定され
るものではなく、図３に示される第２の実施例、図４に
示される第３の実施例のようにしてもよい。

【００４６】すなわち、図３に示す第２の実施例は、Ｕ
字管を用いたアキュムレ−タでなく、略逆Ｌ字状の管を
吸込管３１に用いたアキュムレ−タ３０に、本発明を適
用したものである。

【００４７】詳しくは、図３に示されるアキュムレ−タ
３０の吸込管３１は、基端側が本体１０ａの径方向に延
び、先端側が本体１０の軸方向（上下方向）に延びた略
逆Ｌ字状をなしている。この吸込管３１の基端が、本体
１０の周壁を貫通して圧縮機１の吸込部に接続してあ
る。また吸込管３１の先端は、本体１０内の上部分に開
口している。

【００４８】そして、この吸込管３１の上下方向に延び
る先端側の管部分３１ａには、第１の実施例と同様、集
溜部１０ａに臨む最下位の部分から最上位の部分にかけ
て、複数個の油戻し孔２１が所定間隔で設けてある。

【００４９】これにより、たとえアキュムレ−タ６内に
おいて冷凍機油Ａと冷媒Ｂとが分離されて溜まったとし
ても、油戻し孔２１を通じて、双方を吸込むことがで
き、上記第１の実施例と同様の効果をもたらすことがで
きる。

【００５０】むろん、上下方向に延びる吸込管を有する
気液分離構造であれば、これ以外のアキュムレ−タに、
本発明を適用できることはいうまでもない。図４に示す
第３の実施例は、管同志を固着した構造の熱交換器２０
でなく、室構造の熱交換器４０を用いたものである。

【００５１】詳しくは、熱交換器４０には、例えば吸込
管１１と圧縮機１の吸込部との間に在る冷媒管２２の途
中に、大きな内部空間を有するタンク状の熱交換室４１
を設け、この熱交換室４１内に、外周面に多数のフィン
４２を有する熱交換パイプ４３を配設した構造が用いて
ある。

【００５２】そして、熱交換パイプ４３の各端部は、膨
張回路３ａと膨張回路３ｂとの間に在る高圧側部分に接
続され、熱交換室４１を流れるアキュムレ−タからの冷
媒Ａ，冷凍機油Ｂと、熱交換パイプ４３を流れる凝縮器
（冷房運転時：室外側熱交換器、暖房運転時：室内側熱
交換器）からの高温の凝縮冷媒との間で、熱交換が行わ
れるようにしている。

【００５３】このような熱交換器２０を用いても、上記
第１の実施例と同様の効果をもたらすことができる。む
ろん、これ以外の熱交換手段にも、本発明を適用できる
ことはいうまでもない。

【００５４】但し、各第２，第３の実施例において、第
１の実施例と同じ部分には同一符号を付してその説明を
省略した。なお、本発明を空気調和機に適用したが、こ
れに限らず、冷凍装置など、他の冷凍アイクルを用いた
冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよいことはいう
までもない。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、冷媒と冷凍機油とが非相溶性の関係になっ
ても、良好に冷凍機油を圧縮機へ戻すことができる。こ
の結果、油戻し不良を要因とした圧縮機の焼付けなどを
回避することができ、常に円滑な冷凍サイクル運転を約
束することができる。

【００５６】請求項２に記載の発明によれば、熱交換手
段による熱交換により、気化した冷媒、冷凍機油の成分
を圧縮機に戻せるとともに、蒸発器に供給される冷媒の
過冷却度を増すことができる。

【００５７】この結果、請求項２に記載の発明は、請求
項１の効果に加え、戻る冷媒、冷凍機油による圧縮機の
負担を回避すると同時に蒸発器の冷凍効果を増加させる
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の冷凍サイクル装置の回
路構成を示す図。

【図２】（ａ）は、同実施例の熱交換器の構造を説明す
るための正断面図。（ｂ）は、同じく側断面図。

【図３】本発明の第２の実施例の要部となるアキュムレ
−タの構造を示す断面図。

【図４】本発明の第３の実施例の要部となる熱交換器の
構造を示す断面図。

【図５】空気調和機の冷凍サイクルの岐路構成を示す
図。

【図６】単一冷媒に代えて代替冷媒を使用したときアキ
ュムレ−タ内に溜まる、非相溶性の関係にある冷媒と冷
凍機油の状態を説明するための断面図。

【符号の説明】

１…圧縮機 ２…四方弁 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−タ ７…冷媒循環路 １０…本体 １０ａ…集溜
部 １１…吸込管 １２…導入管 ２０…熱
交換器（熱交換手段） ２１…油戻し孔 Ａ…冷媒 Ｂ…冷
凍機油。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも圧縮機に、凝縮器、絞り装
   置、蒸発器、アキュムレ−タを冷媒循環路を介して順次
   接続して冷凍サイクルを構成するとともに、同冷凍サイ
   クル内には非相溶性の関係にある冷媒と冷凍機油が封入
   されてなり、かつ前記アキュムレ−タは液冷媒が溜まる
   集溜部を有するとともに同集溜部内には前記圧縮機の吸
   込部につながる吸込管が上下方向に配設されてなる冷凍
   サイクル装置において、 前記吸込管に上下方向に沿って複数個の油戻し管を設け
   たことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記アキュムレ−タの吸込管から前記圧
   縮機の吸込部に至る冷媒循環路部分には、前記凝縮器か
   らの冷媒と熱交換するための熱交換手段が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装
   置。