JPH10246521A - 冷凍・空調装置、及び冷媒回路組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、冷媒としてＨＦＣ（ハイドロフルオロ
カーボン）系冷媒、冷凍機油としてアルキルベンゼン系
の油を使用する冷凍空調サイクル装置では、アキュムレ
ータ内で冷凍機油が液冷媒と二層分離して溜まってしま
い、圧縮機内の冷凍機油が枯渇して潤滑不良を起こすお
それがあった。 【解決手段】 圧縮機、四方弁、凝縮器、前段減圧装
置、レシーバー、後段減圧装置、蒸発器を冷媒配管で順
次接続した冷媒回路において、圧縮機から冷媒と共に流
出する冷凍機油の油循環率に対して、液冷媒への冷凍機
油の溶解率が上回るようにレシーバー内の温度、及び圧
力を、レシーバー前後の減圧装置によって設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】冷媒として例えばＨＦＣ（ハ
イドロフルオロカーボン）系冷媒、冷凍機油としてアル
キルベンゼン系などを使用する様な冷媒と冷凍機油が溶
解しにくい冷媒回路を有する冷凍・空調サイクル装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍空調サイクル装置の一例を図
１３に示す。従来例えば、特開平７−２０８８１９号公
報に示されるように、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボ
ン）系冷媒に対してアルキルベンゼンなど弱相溶性の冷
凍機油を用いた場合、液冷媒への冷凍機油の溶解性が低
下する低圧側に設けたアキュムレータからの油戻りが、
圧縮機の信頼性上重要な課題であった。図１３は、冷媒
としてＨＦＣ系冷媒、冷凍機油として弱相溶性の油を使
用する冷凍空調サイクル装置を示し、１は冷媒ガスを圧
縮する圧縮機、２は圧縮機１から吐出された高圧冷媒ガ
スを凝縮させる凝縮器、３は減圧装置、５は蒸発器、６
は冷媒の流れ方向を逆転させる機能を有する四方弁、７
は余剰冷媒を貯留するアキュムレータであり、８は圧縮
機１内に貯留し圧縮機１の摺動部の潤滑及び圧縮室のシ
ールを行う冷凍機油である。この冷凍空調サイクル装置
で使用する弱相溶性の冷凍機油、例えばアルキルベンゼ
ンはＨＦＣ系冷媒に対して、凝縮圧力及び凝縮温度条件
下における液冷媒への溶解率が０．５〜７ｗｔ％、また
蒸発圧力及び蒸発温度条件下における液冷媒への溶解率
が０〜２．０ｗｔ％の非溶解性もしくは微弱な溶解性を
有するとともに、その比重量が−２０℃〜＋６０℃の温
度域において、同一温度とその飽和蒸気圧下における液
冷媒の比重量よりも、小さな値となる。

【０００３】次に、冷凍機油の挙動について説明する。
圧縮機１により圧縮された高圧冷媒ガスは、凝縮器２に
吐出される。圧縮機の潤滑及び圧縮室のシールに用いら
れた冷凍機油８は大部分が密閉容器底部に戻るが、油循
環率で０．３〜２．０ｗｔ％程度の冷凍機油は冷媒と共
に圧縮機１から吐出される。冷媒ガスの流れる凝縮器２
の管径は、冷媒ガス流速が冷凍機油を下流へ搬送するの
に十分な流速を確保するよう設定されている。凝縮器２
の出口付近では大部分の冷媒は液化し管内流速は著しく
低下するが、冷凍機油は凝縮液冷媒に対し弱い相溶性を
有するので、液冷媒に溶解して減圧装置３へ搬送され
る。減圧装置３の下流域では冷媒の温度と圧力は著しく
低下し、冷凍機油は液冷媒に対し非相溶性もしくは微弱
な溶解性に転じる。しかし、減圧装置３の下流域で生じ
る液冷媒の一部のガス化により冷媒流速は急激に増加
し、続く蒸発器５の管径は冷媒ガス流速が冷凍機油を下
流へ搬送するのに十分な流速を確保するよう設定されて
いるため、冷凍機油はアキュムレータ７へ搬送される。
冷凍機油は蒸発圧力及び蒸発温度条件下において、液冷
媒への溶解性が無いかもしくは微弱なため、アキュムレ
ータ７内で冷凍機油８１は液冷媒９の上方に分離層を形
成する。このためアキュムレータ内にあって冷媒を外部
へ導く導出管７１に、アキュムレータ下端７ａからの高
さが異なる複数の油戻し穴７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７
２ｄを設けることにより、圧縮機１への油戻りを促進す
る構造となっている。

【０００４】一方、従来の冷凍空調サイクル装置の他の
一例として、公開特許公報、昭６４−１９２５３号に示
される冷凍空調サイクル装置を図１４に示す。１は冷媒
ガスを圧縮する圧縮機、２は圧縮機１から吐出された高
圧冷媒ガスを凝縮させる凝縮器、３１は前段減圧装置、
４は余剰冷媒を貯留するレシーバー、３２は後段減圧装
置、５は蒸発器、６は冷媒の流れを逆転させる機能を有
する四方弁である。

【０００５】次に、この冷凍空調サイクル装置の動作に
ついて説明する。圧縮機１により圧縮された高圧冷媒ガ
スは凝縮器２を液化しながら通過し、前段減圧装置３１
により減圧されてレシーバー４へ入る。ここで、レシー
バー４の前後の減圧装置を制御することにより装置の負
荷状況に応じて余剰冷媒を溜めて、性能、効率の最適
化、及び圧縮機の信頼性の確保を行う。レシーバー４か
ら出た液冷媒は、後段減圧装置３２でさらに必要な蒸発
圧力まで減圧されて、続く蒸発器４を通過して、圧縮機
１に吸入される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の例として挙げ
た、図１３の冷媒としてＨＦＣ（ハイドロフルオロカー
ボン）系冷媒、冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油
を使用する冷凍空調サイクル装置では、アキュムレータ
７内に多量の余剰冷媒が貯留され液面が高くなった場合
において、以下のような問題があった。まず、液冷媒に
溶解しきれない冷凍機油８１は液冷媒９と二層分離して
上方に溜まるが、アキュムレータ７内の導出管７１の油
戻し穴７２では下端に設けられた穴７２ａと比較して上
方の穴７２ｃ、７２ｄからの吸引力が低下するため、下
方の液冷媒９のみが導出管７１内に流入して上方の冷凍
機油８１はほとんど流入しなくなる。したがって、冷凍
機油８１はアキュムレータ７内に多量に溜まってしま
い、圧縮機１内の冷凍機油８が枯渇して潤滑不良を起こ
すおそれがあった。次に、液冷媒層の液面が高くなると
導出管７１の複数個の油戻し穴から液冷媒が吸い込まれ
るため、圧縮機１に多量の液冷媒が戻り、圧縮室内に非
圧縮性の液冷媒が供給されることによる圧縮室内の急激
な圧力上昇を引き起こしたり、また圧縮室から吐出され
た液冷媒が圧縮機密閉容器内に溜まることにより、冷凍
機油８に代わって液冷媒が潤滑要素部へ供給されて圧縮
機１の軸受、圧縮要素摺動部の焼き付き等、信頼性の低
下を招くおそれがあった。また、圧縮機１に多量の液冷
媒が戻らないよう油戻し穴７２の径を小さく設定する
と、冷凍機油８１の戻りがさらに悪化する上、回路内の
ゴミ、不純物等が油戻し穴７２につまりやすくなるおそ
れがあった。

【０００７】従来の例として挙げた図１４の冷凍空調サ
イクル装置では、冷媒に対して相溶性を持つ冷凍機油を
使用する場合においては問題なく運転できるが、非相溶
性もしくは弱相溶性の冷凍機油を使用した場合、油循環
率が大きい運転条件ではレシーバー４内において液冷媒
に溶解不能な冷凍機油が上方に分離して溜まってしま
い、圧縮機１内の冷凍機油が枯渇して潤滑不良を起こす
おそれがあった。

【０００８】従来、冷媒としてＲ２２を使用する圧縮機
の製造工程中に気密試験を行う際には、吐出管と吸入管
を治具で塞いで２８ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇの圧力で行ってい
る。しかし、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷
媒としてＲ４１０Ａなどの高圧冷媒を使用する場合、従
来冷媒に相当する圧力はＲ４１０Ａでは４５ｋｇｆ／ｃ
ｍ２Ｇとかなり高圧になるため、気密試験を行う際に治
具が外れやすくなるおそれがあった。

【０００９】この発明は上記の問題点を解決するために
なされたもので、冷媒と冷凍機油が溶解しにくい冷媒回
路を有する場合でも冷凍機油を確実に圧縮機に戻し、か
つ多量の液冷媒が圧縮機に戻ることのないよう余剰液冷
媒を貯留できる、信頼性の高い冷凍空調装置を提供す
る。さらに、冷媒回路に流出した冷凍機油を確実に回収
できる信頼性の高い製品と安全性を確保することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍空調装置
は、冷媒回路に冷媒を貯留する液だめ手段を設け、圧縮
機から冷媒回路に運転時に流出する冷凍機油の油循環率
に対し、液だめ手段内の液冷媒への冷凍機油の溶解率が
同程度もしくは上回るように冷媒の温度及び圧力の少な
くとも一方を設定する油溶解率設定手段と、を備えたも
のである。

【００１１】本発明の冷凍空調装置は、冷媒回路に冷媒
を貯留する液だめ手段を設け、圧縮機から冷媒回路に運
転時に流出する冷凍機油の油循環率が、液だめ手段内の
液冷媒が前記冷凍機油を溶解する溶解率に対し同程度も
しくは下回るように、圧縮機の内部又は圧縮機の吐出側
に油の循環率を下げる油回収手段を備えたものである。

【００１２】本発明は、冷媒回路に設けられ冷媒を貯留
する液だめ手段の前後に減圧装置を設け、この減圧装置
によって、圧縮機から冷媒回路に運転時に流出する冷凍
機油の油循環率に対し液だめ手段内の液冷媒への冷凍機
油の溶解率が同程度もしくは上回るように冷媒の温度及
び圧力を設定するものである。

【００１３】本発明は、液だめ手段の前後の減圧装置の
うち、少なくとも前段の減圧装置として油微細化手段を
使用したものである。

【００１４】本発明は、冷媒回路から液だめ手段へ冷媒
が流入する流入管及び液だめ手段から冷媒回路へ冷媒が
流出する流出管のそれぞれの管の開口部を液だめ手段下
部に設けるとともに、流入管から直接流出管に冷媒が流
れる構成にしたものである。

【００１５】本発明は、圧縮機の吐出側配管に設けられ
配管外径寸法を変化させた係合部と、を備えたものであ
る。またこの発明の冷凍機油は、冷媒に対して凝縮圧力
及び凝縮温度条件にて液冷媒への重量溶解率が０．５−
７．０％、かつ蒸発圧力及び蒸発温度条件にて液冷媒へ
の重量溶解率が０−２．０％の非溶解性もしくは微弱な
溶解性を有する

【００１６】本発明の冷媒回路組立方法は、圧縮機、凝
縮器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で順次接続した冷媒
回路に循環する冷媒を貯留する液だめ手段を、冷媒回路
に設け、液冷媒に対し凝縮圧力及び凝縮温度条件及び蒸
発圧力及び蒸発温度条件にて非溶解性もしくは微弱な溶
解性を有する冷凍機油を冷媒回路に封入し、液だめ手段
内の液冷媒への冷凍機油の溶解率が、圧縮機から前記冷
媒回路に運転時に流出する冷凍機油の油循環率に対し、
同程度もしくは上回るように液だめ手段内の冷媒の温度
又は圧力を設定するものである。

【００１７】本発明の冷媒回路組立方法は、圧縮機、凝
縮器、減圧装置、蒸発器及び冷媒を貯留する液だめ手段
を冷媒配管で接続した冷媒回路にたいし、循環する冷媒
の種類を封入された冷媒から別の冷媒へ変更するステッ
プと、圧縮機に封入された冷凍機油を冷媒を変更しても
そのまま封入続けるステップと変更された冷媒に対する
冷凍機油の溶解率が、圧縮機から冷媒回路に運転時に流
出する冷凍機油の油循環率より下回る場合、同程度もし
くは上回るように、液だめ手段内の冷媒の温度又は圧力
を設定するステップと、を備えたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、本発明に対応する実施の形態１を
図１、図２、図３にて説明する。図１は冷凍空調装置の
冷媒を循環させる冷媒回路の構成を示したもので、１は
圧縮機、２は凝縮器、４が余剰冷媒を貯留するレシーバ
ー（液だめ容器）、５は蒸発器、３２は高圧側の冷媒を
減圧する減圧装置である開閉弁、１００は飽和状態であ
るレシーバー４内の温度を検出するサーミスタ、１０１
は冷媒の流れを遅くする圧縮機１の一部であるマフラ
ー、１０２は凝縮器用ファンである。

【００１９】図１において、冷媒回路を図２の如く空調
装置であるエアコンとすると、図２において、１２１は
凝縮器である熱交換器５と電気品１２５と圧縮機１とレ
シーバー４を内蔵した室外機、１２２は蒸発器である熱
交換器５と電気品１２６と吹出口１２３を有する室内
機、１２４は室外機１２１と室内機１２２の間の冷媒を
循環させる延長配管である。図２において（ａ）は室外
機１２１が１台に対し、室内機１２２が１台の普通のル
ームエアコンに対応するもので。図２（ｂ）は室外機１
台に対し、室内機が複数設けられたマルチ式空調機の例
を示す。

【００２０】圧縮機１で圧縮された冷媒は凝縮器で凝縮
され膨張開閉弁３２で減圧され蒸発器５で蒸発して圧縮
機１に戻される。圧縮機１内には圧縮機の摺動部の潤滑
油として冷凍機油が貯留されている。冷媒と一緒にわず
かの冷凍機油が圧縮機から冷媒回路に流出するが、ハイ
ドロフルオロカーボンを使用した冷媒にほとんど溶解し
ない冷凍機油、例えばＨＦＣ系冷媒に対して凝縮圧力及
び凝縮温度条件下における液冷媒への重量溶解率が０．
５〜７．０％、また蒸発圧力及び蒸発温度条件下におけ
る液冷媒への重量溶解率が０〜２．０％の非溶解性もし
くは微弱な溶解性を有する冷凍機油、アルキルベンゼ
ン、鉱油、エステル油、エーテル油、等を使用すると、
冷媒の移動速度が遅くなる液だめ部、すなわち余剰冷媒
を貯留するためのレシーバーを有する冷媒回路におい
て、このレシーバーに冷媒と一緒に混合してきた冷凍機
油が貯留することになる。

【００２１】上記で説明した液冷媒への冷凍機油の重量
溶解率は、冷媒と冷凍機油の種類によって変化する。Ｈ
ＦＣ系冷媒全般と、上記に列記したような数種の冷凍機
油について、様々な組み合わせを考えて上記の重量溶解
率が得られる。図３は本実施の形態のＨＦＣ系冷媒であ
る液冷媒Ｒ４０７Ｃへの冷凍機油アルキルベンゼン（粘
度グレード：ＶＧ＝８〜３２）の溶解率、及び油循環率
と圧縮機周波数の関係を示したものである。図３（ａ）
の如く冷凍機油は、凝縮温度範囲＋２０℃〜＋７０℃の
液冷媒に対し１．０〜４．０ｗｔ％の溶解率を示すが、
蒸発温度範囲−２０℃〜＋１５℃の液冷媒に対しては
０．２〜１．８ｗｔ％の微少な溶解率となる。また、冷
凍機油の粘度が低いほど液冷媒への溶解率は大きくな
る。図３（ｂ）の如く、一般的には圧縮機から冷媒と共
に流出する冷凍機油の冷媒との重量比である油循環率は
０．３〜２．０ｗｔ％程度の値となり、圧縮機周波数の
上昇と共に増加する傾向にある。

【００２２】このように、冷媒回路内では油循環率で示
される量の冷凍機油が循環しており、レシーバー４内の
液冷媒中にはその温度における溶解率の範囲内で冷凍機
油が溶解している。しかし、ある運転条件において油循
環率が液冷媒への冷凍機油の溶解率を上回った場合、循
環する冷凍機油の量はレシーバー内の液冷媒への許容溶
解量を超えてしまうため、冷凍機油は液冷媒と分離し油
滴あるいは油層の状態となる。するとレシーバー内では
配管内に比べ冷媒流速が著しく低いため、冷凍機油が搬
送されずに大量に溜まってしまい圧縮機に戻らなくな
る。したがって、レシーバー内の冷凍機油を確実に戻す
ためには、冷凍機油を液冷媒中に溶解させることが必要
となる。

【００２３】例えば、図１のような回路においてレシー
バー４内の液冷媒の温度をサーミスタ１００により検知
し、液冷媒の温度が冷凍機油の溶解に必要な温度より低
くなった場合には、電磁膨張弁３２を閉じる方向、また
は凝縮器２ファン１０２の回転数を低下することでレシ
ーバー内液冷媒の温度が上昇して、冷凍機油を溶解させ
ることができる。あるいは、レシーバー４内の液冷媒温
度を下げるためには、膨張弁３２を開く方向か、また
は、凝縮器２のファン１０２の回転数を高くするかのい
ずれか一方または両方を行えばよく、これらの制御は図
２の室外機１２１内の電気品１２５にて行われることに
なる。なお、上記説明ではレシーバ内の冷媒温度を検知
することにより制御を行う例を示したが、レシーバ内の
冷媒がガスと液の２相状態の場合、圧力に対して温度が
一義的に決まるので、圧力センサーなどによって圧力を
検知することにより同様の制御を行っても良い。

【００２４】本発明の冷凍サイクル装置は、図３に示し
たような液冷媒への冷凍機油の溶解率、及び油循環率と
圧縮機周波数の関係を踏まえたうえで、運転中常に冷凍
機油が液冷媒中に溶解した状態を保つよう、レシーバー
内の液冷媒の温度、圧力、及び冷凍機油の粘度グレード
を設定する。例えば、凝縮器と減圧装置の間にレシーバ
ーを配した冷凍サイクル装置において、粘度グレードＶ
Ｇ３２の冷凍機油を適用した場合、図３に示すように、
圧縮機周波数が１２０Ｈｚの時にはレシーバー内液冷媒
の温度を矢印で示される領域の範囲内に制御するので、
冷凍機油は液冷媒中に溶解される。したがって、冷凍機
油はレシーバーに滞留することなく、液冷媒中に溶解し
た状態で確実に搬送される。また、この冷凍サイクル装
置に粘度グレードＶＧ８の冷凍機油を適用した場合に
は、点線で示されるように冷凍機油の溶解範囲が拡大
し、前記の油戻しの制御範囲に余裕が生じてより油戻り
が確実となる上、装置の負荷状況に応じてサブクール
（過冷却度）を制御でき冷凍空調装置の効率、性能が向
上する。サブクールを小とするためには膨張弁を開方向
にするかファン回転数を低くするのどちらか、または両
方を行えばよい。一方サブクールを大にするにはこの反
対を行えばよい。

【００２５】すなわち、本発明の冷凍空調装置は、冷媒
にＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒、圧縮機
内に封入する冷凍機油として、ＨＦＣ系冷媒に対して弱
相溶性を持つアルキルベンゼン等の油を使用し、余剰冷
媒を貯留するレシーバーを有する冷媒回路において、圧
縮機から冷媒と共に流出する冷凍機油の油循環率に対し
て、液冷媒への冷凍機油の溶解度が上回るようにレシー
バー内の温度又は圧力、及び冷凍機油の粘度グレードを
設定する。これにより、冷凍機油がレシーバー内に大量
に溜まり込むことはなく、液冷媒中に溶解した状態で確
実に搬送される。

【００２６】実施の形態２．以下本発明に対応する実施
の形態２を図４及び図５にて説明する。図４は冷凍空調
装置の冷媒を循環させる冷媒回路の構成を示したもの
で、１は圧縮機、２は凝縮器、４が余剰冷媒を貯留する
レシーバー、５は蒸発器、３２は高圧側の冷媒を減圧す
る減圧装置である開閉弁、１００は温度を検出するサー
ミスタであり、１００（ａ）は凝縮器中間、１００
（ｂ）は凝縮器出口とレシーバー４の間、１００（ｃ）
はレシーバー４、１００（ｄ）はレシーバー４と減圧装
置３２の間、に設けられている。１０２は凝縮器用ファ
ンである。１０３は圧力を検出するセンサーであり、１
０３（ａ）は圧縮機吐出管と凝縮器２の間、１０３
（ｂ）は凝縮器２と減圧装置３２の間、に設けられてい
る。１０４はレシーバー４内の冷媒を加熱するためのヒ
ーターである。また、図５は液冷媒Ｒ４０７Ｃへの冷凍
機油アルキルベンゼン（粘度グレード２２）の溶解率
（ａ）、及び油循環率と圧縮機周波数の関係（ｂ）、凝
縮温度とレシーバー内温度の関係（ｃ）を示したもので
ある。

【００２７】前述のようにレシーバー内の液冷媒に冷凍
機油を溶解させるためには、冷凍機油の油循環率に対し
て、液冷媒への冷凍機油の溶解率が上回るようにレシー
バー内の温度を設定する。そのためにはレシーバー内の
温度を検知し、それを制御する手段が必要となる。レシ
ーバー内の温度を検知するためには、図４に示したサー
ミスタ１００（ａ）〜１００（ｄ）、及び圧力センサー
１０３（ａ）、１０３（ｂ）の内少なくとも一つを設け
ればよい。サーミスタ１００（ｂ）〜１００（ｄ）を設
けた場合、凝縮器出口から減圧装置まで冷媒の温度は変
わらないので、レシーバー内の温度を直接的に検知する
ことができる。また、サーミスタ１００（ａ）及び圧力
センサー１０３を設けた場合、冷媒の凝縮温度を検知で
きるためレシーバー内の温度を推定できる。例えば図５
（ｂ）に示すように圧縮機周波数が１２０Ｈｚの時に
は、図５（ａ）よりレシーバー内液冷媒の温度を矢印で
示される範囲内に制御すればよく、そのためには図５
（ｃ）より凝縮温度を矢印で示される範囲内に制御すれ
ばよい。またレシーバー内の液冷媒の温度を制御するに
は、前述の減圧装置や凝縮器ファンを用いるほかに図４
に示すようなヒーター１０４にて直接加熱する方法とし
てもよい。

【００２８】実施の形態３．以下本発明に対応する実施
の形態３を図５及び図６にて説明する。図６は例えば空
調機に適用される冷凍空調装置の他の一例であり、図６
において１は冷媒ガスを圧縮する圧縮機、２は圧縮機１
から吐出された高圧冷媒ガスを凝縮させる凝縮器、３１
は前段減圧装置、４は余剰冷媒を貯留するレシーバー、
３２は後段減圧装置、５は蒸発器、６は冷媒の流れ方向
を逆転させる機能を有する四方弁であり、８は圧縮機１
内に貯留し圧縮機１の摺動部の潤滑及び圧縮室のシール
を行う冷凍機油、９はレシーバー４に貯留された余剰液
冷媒である。また、図５は本実施の形態の液冷媒Ｒ４０
７Ｃへの冷凍機油アルキルベンゼン（粘度グレードＶＧ
２２）の溶解率（ａ）、及び油循環率と圧縮機周波数の
関係（ｂ）を示したものである。冷凍機油は、凝縮温度
範囲＋２０℃〜＋７０℃の液冷媒に対し１．３〜２．８
ｗｔ％の溶解率を示すが、蒸発温度範囲−２０℃〜＋１
５℃の液冷媒に対しては０．２〜１．２ｗｔ％の微少な
溶解率となる。また、圧縮機から冷媒と共に流出する冷
凍機油の冷媒との重量比である油循環率は０．３〜２．
０ｗｔ％程度の値となり、圧縮機周波数の上昇と共に増
加する傾向にある。

【００２９】次に冷媒及び冷凍機油の挙動について説明
する。圧縮機１により圧縮された高圧冷媒ガスは、凝縮
器２に吐出される。圧縮機の潤滑及び圧縮室のシールに
用いられた冷凍機油８は大部分が密閉容器底部に戻る
が、油循環率で０．３〜２．０ｗｔ％程度の冷凍機油は
冷媒と共に圧縮機１から吐出され凝縮器２へ入る。冷凍
機油は十分な流速を持った冷媒ガスによって搬送され、
凝縮器２の出口付近では液化した液冷媒中に溶解して前
段減圧装置３１へ搬送される。前段減圧装置３１により
いわば中間圧に減圧された液冷媒はレシーバー（液だめ
容器）４へ入る。ここで、レシーバー４の前後の減圧装
置を制御することにより装置の負荷状況に応じて余剰冷
媒を溜めることができる。また、油循環率に対して、レ
シーバー４内の液冷媒９中への冷凍機油の溶解率が上回
るよう、減圧装置で中間圧を制御しレシーバー４内の温
度を設定する。例えば、図５（ａ）より圧縮機周波数が
１２０Ｈｚの場合、図５（ｂ）より点線で示されるよう
にレシーバー４内の液冷媒９の温度を矢印で示される領
域の範囲内で制御するので、冷凍機油は液冷媒９中に溶
解される。したがって、冷凍機油がレシーバー４内に大
量に溜まり込むことはなく、液冷媒９中に溶解した状態
で確実に搬送される。レシーバー４から出た液冷媒は、
後段減圧装置３２でさらに必要な蒸発圧力まで減圧され
て温度は急激に低下するため、冷凍機油は液冷媒に対し
非相溶性もしくは微弱な溶解性に転じ、液冷媒中に溶解
しきれない冷凍機油は分離して油滴となる。しかし、後
段減圧装置３２で生じる液冷媒の一部のガス化により冷
媒流速は急激に増加し、例えば続く蒸発器５の管径は冷
媒ガス流速が冷凍機油を下流へ搬送するのに十分な流速
を確保するよう設定されているため、冷凍機油は蒸発器
５内を搬送される。そして、圧縮機１に吸入された冷凍
機油は密閉容器底部に戻る。

【００３０】上述の前段及び後段の減圧装置として、図
６では絞り弁である膨張弁の代わりにキャピラリーチュ
ーブを用いた例で示してある。減圧装置としてキャピラ
リーチューブを用いる場合には、どのような運転条件に
おいてもレシーバー内の液冷媒中に冷凍機油が溶解され
るようキャピラリーチューブの内径と長さを設定する。
内径が小さいほど、また長いほど減圧効果が大きいの
で、弁を閉めるのと同様の効果が得られる。毛細管によ
る減圧膨張はある温度範囲にわたって自己調整の能力を
有するので、所定の冷媒と所定の冷凍機油に応じてあら
かじめ選択し設定した領域で運転を行うことができ、確
実に冷凍機油を圧縮機に戻すことが可能となる。このよ
うにして設定されたキャピラリーチューブを冷媒回路に
適用して、所定の冷凍機油と冷媒を封入することによ
り、この冷媒回路を内蔵した冷蔵庫やエアコンのような
冷凍空調装置が組み立てられる。

【００３１】図６のような本発明の冷凍空調装置は、圧
縮機、冷媒の流れ方向を逆転させる機能を有する四方
弁、凝縮器、前段減圧装置、余剰冷媒を貯留するレシー
バー、後段減圧装置、蒸発器を冷媒配管で順次接続した
構成として、圧縮機から冷媒と共に流出する冷凍機油の
油循環率に対して、液冷媒への冷凍機油の溶解率が上回
るように、レシーバー内の液冷媒の温度、及び圧力をレ
シーバー前後の減圧装置によって設定する。したがっ
て、冷凍機油がレシーバー内に大量に溜まり込むことが
なく、液冷媒中に溶解した状態で確実に搬送される。

【００３２】実施の形態４．以下、本発明に対応する実
施の形態４を図７、図８により説明する。図７は例えば
空調機に適用される冷凍空調装置の一例であり、１０は
油分離器、１１は油分離網、１２は油戻し用細管であ
る。圧縮機１から吐出された冷媒ガスは、油分離器１０
の頂上部から入り油分離網１１を通過して、油分離器の
中程まで差し込まれた導出管を通って凝縮器２へ向か
う。この際、冷媒ガスに含まれる冷凍機油は油分離網１
１に付着、落下し油分離器底部に溜まる。分離された冷
凍機油８１は油戻し用細管１２により低圧側の圧縮機吸
入管へ戻される。図８に示すように、油分離器１０の効
果により油循環率は低減されるため、レシーバー４内で
冷凍機油を液冷媒９に溶解させるために行う中間圧の制
御許容範囲が広がり余裕が出る。よって、冷凍機油は液
冷媒９に容易に溶解し確実に圧縮機１に戻る上、装置の
負荷状況に応じてサブクールを制御でき冷凍空調サイク
ル装置の効率、性能が向上する。

【００３３】図７では減圧装置３１、３２に電気式膨張
弁を使用している。レシーバー内の液冷媒温度を下げる
場合には前段の弁３１を閉方向、後段の弁３２を開方向
にするか、凝縮器ファンの回転数を上げるとよい。もし
液冷媒温度を上げる設定をしたい場合には、前段減圧装
置を開方向、後段減圧装置を閉方向に開度を変えるか、
あるいは凝縮器ファンの回転数を下げるとよい。もし、
単一又はＲ４１０Ａ、４０７Ｃの様な混合ＨＦＣやＨＣ
など各種冷媒とアルキルベンゼンや鉱油など各種冷凍機
油の種類の関係から液冷媒への冷凍機油の溶解率の条件
が変わったり、あるいは圧縮機の種類（レシプロ、ロー
タリ、スクロール）や構造の変更等により油循環率が溶
解率より大きくなる場合には、先ず膨張弁と凝縮器ファ
ンの制御方法の変更にて調整を行う。しかしながら、さ
らにヒーターを入れても油循環率が液冷媒への冷凍機油
の溶解率を上回るようであれば、回収に必要な特性を有
する油分離器を冷媒回路組立時に設けるとよい。但し冷
媒と冷凍機油の種類によっては、油循環率に対し、事前
に油回収手段を選択し必要に応じて膨張弁等の調整を行
う。油分離器としての種類を増やさないために、油循環
率の低下が必要範囲に到達しない場合は、油分離器を複
数、直列に配置するとよい。上記のような仕様決定のプ
ロセスは次のような手順によって計算、検討を行うこと
で事前に事前に決定することもできる。先ずあらかじめ
定められた仕様、運転条件、回路条件などにより冷媒の
種類と冷凍機油の種類を選択する。次に各条件における
レシーバー内の冷媒液の温度や冷媒圧力を演算し、液冷
媒への冷凍機油の溶解率が予想される油循環率より大き
いか小さいかを検討し、油分離器の必要数、ヒーターの
有無などの仕様を決めればよい。これらの設定はあらか
じめデータをインプットしてあるプログラムにて求めて
も良い。

【００３４】元来油の選定には、冷媒との溶解性、潤滑
性能、電気絶縁性、対スラッジ性、水分や酸素や温度や
寿命などに対する安定性、低温流動性、環境への影響、
コストなど多くの考慮すべき要素が存在する。上記のよ
うに組立の手順として、制御における調整と油分離器を
追加することにより、冷凍機油の選択の幅が広がるため
上記にあげた各性能において優れた冷凍機油の適用が可
能となる。また環境対策等の理由により使用中の機器に
対する冷媒の種類の変更が生じた場合、新たに挿入する
冷媒と冷凍機油の相溶性が失われたり或いは油戻りに問
題が生ずるようなことがあるとしても油を交換すること
なく制御の変更によって対応が可能となる。また、圧縮
機、凝縮器、減圧装置、蒸発器及び冷媒を貯留可能な液
だめ手段を配管で接続した冷媒回路内の冷媒を途中で種
類を変える場合、冷凍機油の冷媒へ溶解する率も変化す
る。さらに例えば冷媒の密度が高くなると圧縮機から回
路へ流れ出す油の量も多くなる。すなわち油循環率が大
きくなるので冷凍機油が圧縮機に戻らなくなり問題が起
こるため、本発明のように液だめ手段内の冷媒の温度や
圧力を液だめ手段内で液冷媒へ冷凍機油が溶解するよう
に設定値を変えるように制御内容を変えればよい。な
お、このような冷媒種類の変更時には、過去のデータか
ら溶解率は簡単に知ることが出来る。一方冷媒と冷凍機
油の新しい組み合わせに基づきモデル機で実験して見れ
ばどの程度油が多く流れるようになるかを推測できる。
或いは運転させ回路内へ流出する油の量が多いことや、
圧縮機内の油量をチェックして確認し、判断して制御を
決めても良い。この問題はあらかじめ十分に仕様を検討
できる新設の場合と異なり、例えば単一冷媒を複数の種
類の冷媒に変えようとするケースもあり、今まで説明し
てきたような弱相溶の数字レベルを超えるような溶解度
を有する冷媒と冷凍機油との関係によっても発生する。
本発明はどのようなケースに対しても、油を交換するこ
となく制御によって対応できるため、環境対策などに対
し簡単に、かつ、フレキシブルに対応できる。油分離器
は圧縮機吐出口近傍に設けられるが、圧縮機の構造によ
っては内部に設けることもできる。この冷凍空調装置で
は、圧縮機内の冷凍機油の凝縮器、レシーバー及び蒸発
器への流出が抑制されるので、レシーバー内の液冷媒に
冷凍機油を溶解させるために行う制御の許容範囲が広が
り、レシーバー内の冷凍機油は確実に圧縮機に戻され
る。また、凝縮器及び蒸発器の管壁に付着する冷凍機油
が減少するため、熱交換効率が低下しない。

【００３５】実施の形態５．以下、本発明に対応する実
施の形態５を図９に基づいて説明する。図９は例えば空
調機に適用される冷凍空調装置の一例であり、３１はオ
リフィスにより構成された前段減圧装置である。寝込み
起動時など過渡的に圧縮機１から多量の冷凍機油が吐出
された場合、凝縮器２の出口付近では液冷媒と液冷媒中
に溶解しきれない多量の冷凍機油が流動する。しかし、
配管内で不溶解な冷凍機油は前段減圧装置３１のオリフ
ィス部を通過する際に微細なミスト状となってレシーバ
ー４へ流入する。このため、冷媒より比重の小さい冷凍
機油を使用した場合においても、レシーバー４内では冷
凍機油がすぐには分離層を形成せず液冷媒中に浮遊した
状態となり、液冷媒の流れとともに冷凍機油も流出す
る。よってレシーバー４に流入してきた多量の冷凍機油
がそのまま溜まり込むことはなく、速やかに圧縮機へ戻
される。なお、油滴を微細化させるためには狭い部分を
急速に通過させればよく、例えばスラッジフィルターの
ような構造品を代用させてもよい。

【００３６】実施の形態６．以下、本発明に対応する実
施の形態６を図９、図１０、図１１に基づいて説明す
る。図１０、図１１は本発明に適用される図９のレシー
バー４の構造の一例であり、４１はレシーバー４への冷
媒流入管、４２は冷媒流出管、４３各管からレシーバー
への導通の開口である。寝込み起動時など過渡的に圧縮
機１から多量の冷凍機油が吐出された場合、液冷媒と液
冷媒中に溶解しきれない多量の冷凍機油が流動し、前段
減圧装置３１を通過してレシーバー４に流入する。しか
し、図１０に示す通り流入管４１と流出管４２が対抗す
る形状としたため、大部分の冷凍機油はレシーバー４に
溜まることなく流出し速やかに圧縮機へと戻る。また、
図１１に示す例では配管とレシーバー４の間の液冷媒の
出入りは導通穴４３で行われるため、冷凍機油はレシー
バー４に入ることなく配管内を流れて速やかに圧縮機へ
と戻る。液冷媒に対して比重が大きい冷凍機油を使用す
る場合は導通穴４３は横向きあるいは上向き、逆に液冷
媒に対して比重が小さい冷凍機油を使用する場合は導通
穴４３を横向きあるいは下向きに設ければよい。本発明
の冷凍空調装置は、レシーバー内底部で流入管開口部と
流出管開口部を対抗させる構造とし、液冷媒中に不溶解
な冷凍機油のレシーバー内への流入を抑制するので、過
渡的にレシーバー内に多量の冷凍機油が流入した場合に
おいても、流入管と流出管が対抗する形状によって大部
分の冷凍機油はレシーバーに溜まることなく流出し速や
かに圧縮機へと戻る。

【００３７】実施の形態７．以下、本発明に対応する実
施の形態７を図９、図１２に基づいて説明する。圧縮機
１の吐出管を密閉容器外で縮管部１３を持つ構造とし
て、圧縮機の製造工程中の気密試験において吐出管を塞
ぐ治具１１３の爪１１１を縮管部１３にバネ１１２で押
し込んで引っかける方式とした。ＨＦＣ系冷媒としてＲ
４１０Ａなどの高圧冷媒を使用する場合、従来Ｒ２２を
使用する圧縮機においては２８ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇの圧力
で行っていた気密試験を、Ｒ４１０Ａ使用時には４５ｋ
ｇｆ／ｃｍ２Ｇとかなり高圧で行う必要があったが、こ
れにより高圧がかかっても治具が外れにくく安全、かつ
確実に気密試験を行うことができる。

【００３８】従来は、圧縮機内を高圧にした場合、吐出
管を塞いだ治具は圧力差によって外れようとするので、
従来使用している治具は吐出管に爪を押しあて、その摩
擦力で固定されるようになっていた。一方、本発明では
図９のように圧縮機の吐出管に凹凸を設けた。吐出管に
縮管部（くびれ）があれば治具の爪が引っかかって、従
来以上に外れにくくなる。これにより、圧縮機の気密試
験を安全、かつ、確実に行える。

【００３９】以上までの実施の形態の説明において、レ
シーバー４を中間圧部に設けたが、油の回収ができれば
どの位置でもよく、結局レシーバーの内部の液冷媒の圧
力・温度を、圧縮機から冷媒回路に運転時に流出する冷
凍機油の油循環率に対し、液冷媒への冷凍機油の溶解率
が上回るように設定しておけば、例え大量に一時的に油
が流出しても確実に油が戻ることになる。なお、図４の
ごとく吸入マフラー１０１を圧縮機の吸入側に設けて非
相溶油を採用したとしても、この内部の油は従来知られ
ている回収構造で確実に回収できる。すなわち、本発明
は望ましくは回路の上流側で油を冷媒に溶かして流すこ
とにより、例えばエアコンの室内機等へ油の固まりが流
れ、冷暖房の能力を低下させることがないし、かつ、キ
ャピラリーチューブ等での詰まりを発生させない信頼性
の高い装置が得られることになる。また、上述の液だめ
部として大形の冷凍空調装置を対象としたが、冷蔵庫の
ような小規模な回路では配管に接続するドライヤやフィ
ルター装置のように液冷媒が滞留する箇所であっても良
いことは当然である。

【００４０】以上の通りの各実施の形態の構成により、
例えば本発明は装置の負荷状況に応じて行うサブクール
の制御範囲を拡大できるため、冷凍空調装置の効率・性
能を向上させる。また、装置の負荷状況に応じて余剰冷
媒を溜めることができ圧縮機に多量の液冷媒を戻さない
ため、圧縮機の信頼性を向上させる。しかも、四方弁の
切替などによる冷媒サイクルの逆転にも対応できる上、
構造が簡単で生産性、コストパフォーマンスに優れ、ゴ
ミの詰まりなどによる性能低下も起こさない。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明の冷凍空調装置
は、液だめ手段内に多量の冷凍機油を溜めることなく確
実に圧縮機へ戻すことができるため、圧縮機の圧縮要素
部の正常な潤滑及びシール機能が維持され、信頼性の高
い製品が得られる。

【００４２】また、圧縮機の潤滑、シール等に使われる
冷凍機油の凝縮器、液だめ手段及び蒸発器への流出を抑
制させるため、流出した冷凍機油を確実に圧縮機に戻す
ことができるうえ、凝縮器及び蒸発器の熱交換効率を低
下させない。

【００４３】また、この発明は熱交換器の効率を低下さ
せないだけでなく、制御範囲を拡大でき、効率の良い装
置が得られる。

【００４４】また、この発明は油を微細化して溶解させ
るので、油を確実に回収できる。

【００４５】また、過渡的に圧縮機より多量の冷凍機油
が吐出された場合においても、レシーバーに冷凍機油を
溜めることなく確実に圧縮機へ戻すことができる。

【００４６】また、圧縮機の製造において、気密試験を
安全、かつ確実に行うことができる。

【００４７】また、この発明は冷媒の種類と冷凍機油の
種類に応じた信頼性の高い製品を得ることが出来る。

【００４８】また、この発明は液だめ手段内の液冷媒へ
の冷凍機油の溶解率が、圧縮機から冷媒回路に運転時に
流出する冷凍機油の油循環率に対し、同程度もしくは上
回るように液だめ手段内の冷媒の温度又は圧力を設定す
るので、油回収が確実な冷媒回路を簡単に組立ることが
出来る。

【００４９】また、この発明は、エアコンや冷蔵庫など
のフロン対策として、冷媒だけを取り替える作業を行
い、冷凍機油を変えないで、制御装置の設定値を変える
だけで対応でき、簡単に処理することが可能な為、環境
保護へ有効な対策とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の冷凍空調装置の構成
図である。

【図２】 本発明の冷凍空調装置の構成図である。

【図３】 本発明の液冷媒への冷凍機油の溶解率、及び
油循環率と圧縮機周波数の関係等を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態２の冷凍空調装置の構成
図である。

【図５】 本発明の実施の形態２、３による液冷媒への
冷凍機油の溶解率、及び油循環率と圧縮機周波数の関
係、及び凝縮温度とレシーバー内温度の関係を示す図で
ある。

【図６】 本発明の実施の形態３の冷凍空調装置の構成
図である。

【図７】 本発明の実施の形態４の冷凍空調装置の構成
図である。

【図８】 本発明の実施の形態４よる液冷媒への冷凍機
油の溶解率、及び油循環率と圧縮機周波数の関係を示す
図である。

【図９】 本発明の実施の形態５、６、７の冷凍空調装
置の構成図である。

【図１０】 本発明の実施の形態６によるレシーバーの
構造の一例を示す図である。

【図１１】 本発明の実施の形態６によるレシーバーの
構造の一例を示す図である。

【図１２】 本発明の実施の形態７による装置の部分説
明図である。

【図１３】 従来の冷凍空調サイクル装置の構成図であ
る。

【図１４】 従来の他の例による冷凍空調サイクル装置
の構成図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 減圧装置、４ レシーバ
ー、５ 蒸発器、６四方弁、７ アキュムレータ、８
冷凍機油、９ 冷媒、１０ 油分離器、１１油分離網、
１２ 油戻し用細管、１３ 圧縮機吐出管の縮管部、３
１ 前段減圧装置、３２ 後段減圧装置、４１ レシー
バー流入管、４２ レシーバー流出管、４３ レシーバ
ー導通穴、７１ アキュムレータ導出管、７２ アキュ
ムレータ導出管の油戻し穴、８１ 冷凍機油、１００
サーミスタ、１０１ マフラー、１０２ 凝縮器用ファ
ン、１０３ 圧力センサー、１０４ ヒーター、１１０
シール用Ｏリング、１１１ 爪、１１２ バネ、１１
３ 治具、１２１ 室外機、１２２ 室内機、１２３
吹き出し口、１２４ 延長配管、１２５ 室外機電気
品、１２６ 室内機電気品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 浩招 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を冷
   媒配管で順次接続した冷媒回路と、前記冷媒回路に循環
   する冷媒に対して凝縮圧力及び凝縮温度条件及び蒸発圧
   力及び蒸発温度条件にて液冷媒へ非溶解性もしくは微弱
   な溶解性を有する冷凍機油と、前記冷媒回路に設けられ
   前記冷媒を貯留する液だめ手段と、 前記圧縮機から前記冷媒回路に運転時に流出する冷凍機
   油の油循環率に対し、前記液だめ手段内の液冷媒への前
   記冷凍機油の溶解率が同程度もしくは上回るように前記
   液だめ手段内の冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方を
   設定する油溶解率設定手段と、を備えたことを特徴とす
   る冷凍・空調装置。
2. 【請求項２】 圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を冷
   媒配管で順次接続した冷媒回路と、前記冷媒回路に循環
   する冷媒に対して凝縮圧力及び凝縮温度条件及び蒸発圧
   力及び蒸発温度条件にて液冷媒へ非溶解性もしくは微弱
   な溶解性を有する冷凍機油と、前記冷媒回路に設けられ
   前記冷媒を貯留する液だめ手段と、 前記圧縮機から前記冷媒回路に運転時に流出する冷凍機
   油の油循環率が、前記液だめ手段内の液冷媒が前記冷凍
   機油を溶解する溶解率に対し同程度もしくは下回るよう
   に圧縮機の内部又は圧縮機の吐出側に設けられ油の循環
   率を下げる油回収手段と、を備えたことを特徴とする冷
   凍・空調装置。
3. 【請求項３】 冷媒回路に設けられ冷媒を貯留する液だ
   め手段の前後に減圧装置を設け、この減圧装置によっ
   て、圧縮機から前記冷媒回路に運転時に流出する冷凍機
   油の油循環率に対し前記液だめ手段内の液冷媒への前記
   冷凍機油の溶解率が同程度もしくは上回るように冷媒の
   温度及び圧力を設定することを特徴とする請求項１記載
   の冷凍・空調装置。
4. 【請求項４】 液だめ手段の前後の減圧装置のうち、少
   なくとも前段の減圧装置として油微細化手段を使用した
   ことを特徴とする請求項３記載の冷凍・空調装置。
5. 【請求項５】 冷媒回路から液だめ手段へ冷媒が流入す
   る流入管及び液だめ手段から冷媒回路へ冷媒が流出する
   流出管のそれぞれの管の開口部を液だめ手段下部に設け
   るとともに、流入管から直接流出管に冷媒が流れる構成
   にしたことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記
   載の冷凍・空調装置。
6. 【請求項６】 圧縮機の吐出側配管に設けられ配管外径
   寸法を変化させた係合部と、を備えたことを特徴とする
   請求項１又は２又は５記載の冷凍・空調装置。
7. 【請求項７】 冷凍機油は、冷媒に対して凝縮圧力及び
   凝縮温度条件にて液冷媒への重量溶解率が０．５−７．
   ０％、かつ蒸発圧力及び蒸発温度条件にて液冷媒への重
   量溶解率が０−２．０％の非溶解性もしくは微弱な溶解
   性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍
   ・空調装置。
8. 【請求項８】 圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を冷
   媒配管で順次接続した冷媒回路に循環する冷媒を貯留す
   る液だめ手段を、前記冷媒回路に設けるステップと、 液冷媒に対し凝縮圧力及び凝縮温度条件及び蒸発圧力及
   び蒸発温度条件にて非溶解性もしくは微弱な溶解性を有
   する冷凍機油を前記冷媒回路に封入するステップと、 前記液だめ手段内の液冷媒への前記冷凍機油の溶解率
   が、前記圧縮機から前記冷媒回路に運転時に流出する冷
   凍機油の油循環率に対し、同程度もしくは上回るように
   前記液だめ手段内の冷媒の温度又は圧力を設定するステ
   ップと、を備えたことを特徴とする冷媒回路組立方法。
9. 【請求項９】 圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器及び
   冷媒を貯留する液だめ手段を冷媒配管で接続した冷媒回
   路にたいし、循環する冷媒の種類を封入された冷媒から
   別の冷媒へ変更するステップと、前記圧縮機に封入され
   た冷凍機油を冷媒を変更してもそのまま封入続けるステ
   ップと前記変更された冷媒に対する前記冷凍機油の溶解
   率が、前記圧縮機から前記冷媒回路に運転時に流出する
   冷凍機油の油循環率より下回る場合、同程度もしくは上
   回るように、前記液だめ手段内の冷媒の温度又は圧力を
   設定するステップと、を備えたことを特徴とする冷媒回
   路組立方法。