JPH11294873A

JPH11294873A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JPH11294873A
Application number: JP10670598A
Authority: JP
Inventors: Shozo Funakura; 正三船倉; Noriho Okaza; 典穂岡座; Mitsuharu Matsuo; 光晴松尾; Yuji Yoshida; 雄二吉田; Tetsuji Kawakami; 哲司川上; Keizo Nakajima; 啓造中島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油とし
て使用する冷凍サイクル装置において、オイルリターン
を確保できる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】油分離器１０は、絞り装置３と蒸発器４
を結ぶ配管中に設けられ筒状の容器本体１０ａと、冷媒
および冷媒よりも比重が大きい冷凍機油の混合流体を流
入する導入管１０ｂと、分離されたガス冷媒を上部より
導出するガス導出管１０ｆと、分離された液冷媒を中部
より導出する液導出管１０ｇと、分離された冷凍機油を
下部より導出する返油管１０ｄとから構成され、ガス導
出管１０ｆと返油管１０ｄは圧縮機１の吸入側に接続さ
れている。油分離器１０で分離された油は返油管１０ｄ
で圧縮機１の吸入側に戻されるので、圧縮機１の潤滑を
確保でき、凝縮器２や蒸発器４での熱交換も良好とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒と相互溶解し
ない化合物を冷凍機油として使用する冷凍サイクル装
置、特に、ハロゲン原子を含まない炭化水素を冷媒と
し、冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油として用い
る冷凍サイクル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器等を
主要構成要素とする電気（冷凍）冷蔵庫、空調機、カー
エアコン、冷蔵または冷凍倉庫、ショーケース等の冷凍
サイクル装置（特に冷媒圧縮式の冷凍サイクル装置）に
おいては、従来フッ素原子を含有する炭化水素が冷媒と
して用いられてきた。

【０００３】特にフッ素原子と塩素原子をともに含有す
る炭化水素類は不燃性かつ性能がよい冷媒として長年用
いられてきたが、このＣＦＣ（クロロフルオロカーボ
ン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）類
は塩素原子を有しているがゆえに、大気に放出されて成
層圏に達してしまった場合にオゾン層を破壊してしまう
ことが明らかになったため、近年その使用が世界的に禁
止または制限されている。

【０００４】これらに代わって塩素原子を含まないＨＦ
Ｃ（ハイドロフルオロカーボン）が使用されつつある
が、オゾン層を破壊する性質は有しないものの大気中で
の寿命が長いために温室効果が大きく、近年問題になっ
ている地球温暖化を防止する上では必ずしも満足な冷媒
とはいえない。

【０００５】上記ハロゲン原子を含有する炭化水素類の
代わりに、強燃性ではあるがオゾン破壊係数がゼロであ
りかつ地球温暖化係数もハロゲン原子を含有する炭化水
素類に比べれば格段に小さいハロゲン原子を含まない炭
化水素を冷媒として用いる冷凍サイクル装置は、冷蔵庫
として一部実用化され、さらに大型の機器開発の可能性
が検討されつつある。特に電気（冷凍）冷蔵庫にはイソ
ブタン、空調機にはプロパンが、炭化水素冷媒として実
用化されつつある。

【０００６】一方、冷媒と共に作動媒体成分として用い
られる冷凍機油に関しては、冷媒がオゾン層非破壊性の
Ｒ１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン）
のようなＨＦＣに変更されるに伴い、従来、冷凍機油と
して使用されてきた鉱物油やアルキルベンゼン類化合物
は、ＨＦＣ冷媒との相溶性がないため使用できなくな
り、ＨＦＣを冷媒として使用する冷凍サイクル装置向け
冷凍機油としてグリコールエーテル系油やポリオールエ
ステル油が主に使用されている。極一部の機器では、特
開平５−１５７３７９号公報のようにＨＦＣ冷媒と相溶
しないアルキルベンゼン油などが使用されている。

【０００７】エタン、プロパン、ブタン、イソブタンな
どのハロゲン原子を含まない炭素数２から４の炭化水素
を冷媒として用いる場合には、塩素原子を含有する（ハ
イドロ）フルオロカーボンとともに用いられてきた極性
が小さい鉱物油やアルキルベンゼン油はもちろんのこ
と、塩素原子を含まないハイドロフルオロカーボンとと
もに用いられる極性が大きいグリコールエーテル系油や
ポリオールエステル油もハロゲン原子を含まない炭化水
素冷媒との相溶性が高く、冷凍機油の選定に何等問題は
ないと考えられてきた。

【０００８】しかし、上記の冷凍機油を用いた場合には
冷媒との相溶性が非常に高く、寧ろ冷凍機油に溶解する
冷媒量が過大になり、冷凍空調機器に十分な能力を発揮
させるためには余剰の炭化水素冷媒を充填する必要があ
った。余剰の冷媒を冷凍空調機器内に封入することは、
イニシャルコストおよびメンテナンスコストの増大につ
ながるとともに、炭化水素冷媒は、強燃性であるので、
万一漏洩が発生したとしても、その漏洩量を少しでも低
減する必要があるという課題がある。

【０００９】本発明の発明者らの一部は、既に、冷凍空
調機器へのエタン、プロパン、ブタン、イソブタンなど
のハロゲン原子を含まない炭化水素である冷媒の充填量
が少なくても良好な性能を発揮し得る作動媒体と、これ
を用いることによって必要冷媒の量を低減できる冷凍空
調機器を提供することを目的として、ハロゲン原子を含
まない炭素数２から４の炭化水素を冷媒とし、前記冷媒
と相互溶解しない冷凍機油を含む組成物を冷媒圧縮式冷
凍空調用の作動媒体とすることを提案した。

【００１０】上記のような炭素数２から４のハロゲン原
子を含まない炭化水素冷媒と、前記冷媒と相互溶解しな
い冷凍機油を含む冷媒圧縮式冷凍空調用作動媒体を用い
る冷凍サイクル装置では、同一冷凍能力を発揮させるた
めに必要な冷媒量は、前記冷媒が大量に溶解する鉱物油
やアルキルベンゼン油を冷凍機油として含有する作動媒
体を用いる冷凍空調機器に比べて少なくて済む。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素数
２から４のハロゲン原子を含まない炭化水素冷媒と相互
溶解しない冷凍機油は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸
発器等を主要構成要素とする冷凍サイクル装置に用いる
とき、以下のような課題をもつ。

【００１２】従来から冷媒と相溶する冷凍機油が用いら
れていたが、極一部の機器に用いられているＨＦＣ冷媒
とこれと相溶しないアルキルベンゼン油を冷凍機油とし
て使用する冷凍空調装置では、液相のＨＦＣ冷媒と冷凍
機油ではＨＦＣ冷媒の方が比重が大きいが、一方、炭素
数２から４のハロゲン原子を含まない炭化水素の液冷媒
は比重が小さいので、圧縮機内で冷凍機油に相溶せずに
相分離した冷媒は冷凍機油の上層に存在する。これは、
ＨＦＣ冷媒とアルキルベンゼン油との組合わせの時とは
逆の挙動であり、冷媒圧縮機摺動部分への給油や冷凍サ
イクルを巡回する冷凍機油成分の油戻し（オイルリター
ン）に不具合を生じるという課題がある。

【００１３】また、炭素数２から４のハロゲン原子を含
まない炭化水素冷媒と相互溶解しない冷凍機油を用いる
とき、その動粘度を４０℃において４０ｃＳｔ前後とす
ることが、圧縮機の高効率化と摺動部信頼性向上のため
に望ましいものであるが、厳しい低温での冷凍機油の流
動性を保持することが困難となる。これは冷凍機油の性
質として、低温になるほど動粘度が飛躍的に上昇するも
のであり、従来は冷媒と相溶性のある冷凍機油を用いる
ことにより冷凍機油への冷媒の溶け込みによる動粘度低
下作用が得られたが、冷媒として用いられる炭素数２か
ら４のハロゲン原子を含まない炭化水素冷媒が溶解しな
いため、冷媒の溶け込みによる動粘度低下作用は得られ
ず、しかも冷媒の比重がＨＦＣ冷媒よりも小さいので冷
凍機油を押し流す作用も小さいため、圧縮機から飛沫と
して吐出された冷凍機油は、低温の蒸発器から圧縮機に
再び帰還する（オイルリターンを確保する）ことが困難
となるものである。

【００１４】さらに、炭素数２から４のハロゲン原子を
含まない炭化水素冷媒と相互溶解しない冷凍機油を用い
ることにより、冷凍サイクル装置への必要冷媒量を減ら
すことができるが、イニシャルコストおよびメンテナン
スコストを低減するとともに、万一、装置から漏洩が発
生した場合に漏洩量を最小限にするためにも、更なる必
要冷媒量の削減が望ましいという課題がある。

【００１５】本発明は、上述したこのような冷凍サイク
ル装置用圧縮機および冷凍サイクル装置が有する課題を
考慮して、冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油とし
て使用する冷凍サイクル装置において、必要冷媒量を低
減できる冷凍サイクル装置、および／または、オイルリ
ターンを確保できる冷凍サイクル装置を提供することを
目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、請求項１の本発明は、冷媒と相互溶解しない化合
物を冷凍機油として使用する圧縮機と、凝縮器と、絞り
装置と、蒸発器とを少なくとも備え、前記凝縮器および
前記蒸発器は、前記圧縮機の上方に配置され、前記凝縮
器および前記蒸発器それぞれの入口はそれぞれの上部
に、それぞれの出口はそれぞれの下部に配置されている
ことを特徴とする冷凍サイクル装置である。

【００１７】請求項２の本発明は、冷媒と相互溶解せ
ず、比重が前記冷媒より大きい化合物を冷凍機油として
使用する圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器と、
アキュムレータとを少なくとも備え、前記蒸発器の出口
配管は前記アキュムレータの上部に接続され、前記アキ
ュムレータの圧縮機側配管は、前記アキュムレータ本体
の底部を貫通して装着され、その上端には開口を有し、
前記アキュムレータ本体内の底部付近には油戻し穴を有
することを特徴とする冷凍サイクル装置である。

【００１８】なお、請求項２の本発明において、前記ア
キュムレータ本体の、前記圧縮機側配管の前記開口まで
の内容積は、冷凍サイクル中に封入されている前記冷凍
機油の容積以下であることを特徴とする冷凍サイクル装
置としてもよい。

【００１９】請求項３の本発明は、冷媒と相互溶解しな
い化合物を冷凍機油として使用する圧縮機と、凝縮器
と、絞り装置と、蒸発器と、前記圧縮機から前記蒸発器
への経路中に配置された逆流防止手段とを少なくとも備
えることを特徴とする冷凍サイクル装置である。

【００２０】なお、請求項３の本発明において、前記逆
流防止手段は、開閉弁と、前記圧縮機停止時に前記開閉
弁を閉じさせる逆流防止制御手段とを有することを特徴
とする冷凍サイクル装置としてもよい。

【００２１】請求項４の本発明は、冷媒と相互溶解しな
い化合物を冷凍機油として使用する圧縮機と、凝縮器
と、絞り装置と、蒸発器とを少なくとも備え、下方から
上方に向かう冷媒配管の内径は、上方から下方に向かう
冷媒配管の内径より細いことを特徴とする冷凍サイクル
装置である。

【００２２】請求項５の本発明は、冷媒と相互溶解しな
い化合物を冷凍機油として使用する圧縮機と、凝縮器
と、絞り装置と、蒸発器とを少なくとも備え、下方から
上方に向かう冷媒配管の内径は、配管内壁に付着する前
記冷凍機油を上昇させる内径以下であることを特徴とす
る冷凍サイクル装置である。

【００２３】請求項６の本発明は、冷媒と相互溶解しな
い化合物を冷凍機油として使用する圧縮機と、凝縮器
と、絞り装置と、蒸発器と、前記冷媒から前記冷凍機油
を分離する油分離器と、前記油分離器から前記圧縮機に
前記分離された冷凍機油を戻す返油管とを少なくとも備
えることを特徴とする冷凍サイクル装置である。

【００２４】請求項７の本発明は、前記冷凍機油の比重
は、前記冷媒の比重より大きく、前記油分離器は、筒状
の容器本体と、前記冷媒および前記冷凍機油の混合流体
を導入する導入管と、前記容器本体の上部より前記冷凍
機油が分離された前記冷媒を導出する導出管とを有し、
前記返油管は、前記容器本体の下部より前記分離された
冷凍機油を前記圧縮機に導出することを特徴とする請求
項６に記載の冷凍サイクル装置である。

【００２５】請求項８の本発明は、前記冷凍機油の比重
は、前記冷媒の比重より大きく、前記油分離器は、前記
絞り装置から前記蒸発器への経路中に配置された筒状の
容器本体と、前記冷媒および前記冷凍機油の混合流体を
導入する導入管と、前記冷凍機油が分離されたガス状お
よび液状の前記冷媒を導出する導出管とを有し、前記返
油管は、前記容器本体の下部より前記分離された冷凍機
油を前記圧縮機に導出することを特徴とする請求項６に
記載の冷凍サイクル装置である。

【００２６】請求項９の本発明は、前記冷凍機油の比重
は、前記冷媒の比重より大きく、前記油分離器は、前記
絞り装置から前記蒸発器への経路中に配置された筒状の
容器本体と、前記冷媒および前記冷凍機油の混合流体を
導入する導入管と、前記冷凍機油が分離されたガス状の
前記冷媒を上部より導出するガス導出管と、前記容器本
体の中部より前記冷凍機油が分離された液状の前記冷媒
を導出する液導出管とを有し、前記返油管は、前記容器
本体の下部より前記分離された冷凍機油を導出し、前記
ガス導出管と前記返油管は前記圧縮機の吸入側配管に接
続されていることを特徴とする請求項６に記載の冷凍サ
イクル装置である。

【００２７】請求項１０の本発明は、前記冷凍機油の比
重は、前記冷媒の比重より大きく、前記油分離器は、前
記容器本体の中に、比重が前記冷媒よりも大きく前記冷
凍機油よりも小さいフロートを収容して有することを特
徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の冷凍サイクル
装置である。

【００２８】なお、請求項６〜１０のいずれかの本発明
において、前記返油管は、前記圧縮機の吐出側配管、ま
たは、前記凝縮器から前記絞り装置への経路の配管と熱
交換を行うことを特徴とする冷凍サイクル装置、および
／または、前記返油管は、前記圧縮機の吸入側配管に接
続し、前記吸入側配管は、前記返油管との接続部にオリ
フィスを有することを特徴とする冷凍サイクル装置とし
てもよい。また、後者の場合、さらに、前記接続部をバ
イパスするバイパス回路と、前記バイパス回路中に配置
されたバイパス開閉弁と、前記バイパス開閉弁を前記圧
縮機の運転状態をもとに制御するバイパス制御手段とを
備えることを特徴とする冷凍サイクル装置としてもよ
い。

【００２９】請求項１１の本発明は、前記冷媒は、ハロ
ゲン原子を含まない炭素数２から４の炭化水素を主成分
とすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記
載の冷凍サイクル装置である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００３１】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
である。圧縮機１、凝縮器２、キャピラリーチューブあ
るいは膨張弁等の絞り装置３、蒸発器４を配管５で連結
することにより構成されており、ハロゲン原子を含まな
い炭素数２から４の炭化水素、たとえば空調用としてプ
ロパンが冷媒として封入され、圧縮機１には前記冷媒と
相互溶解しない化合物を冷凍機油として封入している。
さらに蒸発器４と圧縮機１の間にアキュムレータ６を、
凝縮器２と絞り装置３の間に、ドライヤ７を備えるもの
である。ここで、凝縮器２と蒸発器４は圧縮機１の上方
に配置され、それぞれの上部を入口、下部を出口として
いる。

【００３２】また、蒸発器４の出口配管５ａはアキュム
レータの上方に接続され、アキュムレータ６には圧縮機
１の吸入側に接続された配管５ｂが下方から挿入され、
その配管５ｂにはアキュムレータ６内部の下方に位置す
る部分に油戻し穴（図示せず）が設けられている。さら
にアキュムレータ６内部に挿入した配管５ｂの上端面か
ら底部までのアキュムレータ６内容積は、封入冷凍機油
容積以下あるいは封入冷凍機油容積と所定油量容積との
差（例えば初期封入量と圧縮機１摺動部分への給油に必
要な最小量との差を考慮して設定された容積）以下とさ
れている。

【００３３】また、圧縮機１から蒸発器４への逆流を防
ぐための逆流防止装置として開閉弁８と、その開閉弁８
を制御する開閉弁制御器９を備えている。

【００３４】また、配管５のうち、下方から上方に向か
う配管の全部または一部の内径を細く、上方から下方に
向かう配管の全部または一部の内径を太く構成されてい
る。さらに、下方から上方に向かう配管の全部または一
部の内径は、配管内壁に付着した冷凍機油を上昇させる
内径以下に構成されている。

【００３５】本実施の形態における冷凍サイクル装置の
冷媒の流れは、以下のようになる。圧縮機１によって圧
縮された冷媒が、凝縮器２において放熱して液化状態と
なり、ドライヤ７を経て絞り装置３を通過することによ
り低温の気液混合冷媒となり、蒸発器４において吸熱気
化し、アキュムレータ６、開閉弁８を経て再度圧縮機１
に吸い込まれるといったサイクルをとる。また、圧縮機
１中に封入された冷凍機油は、冷媒と相互溶解しない冷
凍機油であっても飛沫となって冷媒とともに圧縮機１か
ら吐出される。

【００３６】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００３７】圧縮機１から吐出された冷凍機油と冷媒
は、凝縮器２へ導入されるが、凝縮器２の上部から入
り、冷媒は凝縮して液冷媒となり下部から排出されるの
で、冷凍機油も液冷媒によって押し出される作用に加え
て重力で下方へ移動させられる作用も働くので凝縮器２
から排出されやすくなる。すなわち、凝縮器２内でのオ
イルリターンが確保できるとともに、凝縮器２内での冷
凍機油の滞留により熱交換が妨げられることも防止でき
る。また、蒸発器４でも同様に、冷媒と冷凍機油はとも
に蒸発器４の上部から入り、冷媒は蒸発してガス冷媒と
なり下部から排出されるので、冷凍機油もガス冷媒によ
って押し出される作用に加えて重力で下方へ移動させら
れる作用も働くので蒸発器４から排出されやすくなる。
すなわち、蒸発器４内でのオイルリターンが確保できる
とともに、蒸発器４内での冷凍機油の滞留により熱交換
が妨げられることも防止できる。

【００３８】また、蒸発器４を経たガス冷媒あるいは一
部未蒸発の液冷媒を含む冷媒と冷凍機油は、アキュムレ
ータ６内に上方から導入されるが、ハロゲン原子を含ま
ない炭素数２から４の炭化水素液冷媒比重は小さいため
にアキュムレータ６内では、仮に液冷媒が存在して２相
分離状態となっても常に冷凍機油がアキュムレータ６の
底部に位置することとなり、アキュムレータ６内部に挿
入された配管５ｂのアキュムレータ６内部の下方に位置
する部分に油戻し穴（図示せず）を設けることにより、
その油戻し穴（図示せず）を経て冷凍機油は圧縮機１に
徐々に戻される。すなわち、ハロゲン原子を含まない炭
素数２から４の炭化水素液冷媒比重が小さいので、液冷
媒の上に冷凍機油が浮かぶことなく、配管５ｂの上下方
向に複数のオイル戻し穴を設ける必要はなくなる。

【００３９】さらにアキュムレータ６内部に挿入した配
管５ｂの上端面から底部までのアキュムレータ６内の容
積は、底にたまる冷凍機油量が所定油量以下とされてい
るため、蒸発器４からアキュムレータ６に大量に冷凍機
油が流れ込んだ時には、圧縮機１内で摺動部分への給油
に必要な油量が不足するまでに油戻し穴（図示せず）に
加えて配管５ｂの上面からも冷凍機油が圧縮機１に戻さ
れるため、前記所定油量を封入冷凍機油容積と所定油量
容積との差（例えば初期封入量と圧縮機１摺動部分への
給油に必要な最小量との差を考慮して設定された容積）
以下とすることによって、圧縮機１内の摺動部分への給
油に必要な油量を確保できる。

【００４０】また、圧縮機１が停止状態の時には、圧縮
機１内には炭化水素冷媒と冷凍機油が存在するが、互い
に相溶しないため炭化水素冷媒は冷凍機油には溶け込め
ず、圧縮機構の隙間などから徐々に配管５ａ、５ｂなど
を経て運転中には低温となっていた蒸発器４に移動する
場合がある。ここで例えば、本冷凍サイクル装置が冷房
空調機として適用されている時には蒸発器４は室内熱交
換器に相当し、室内側に強燃性の炭化水素冷媒が移動す
ることとなり、また本冷凍サイクル装置が冷蔵庫として
適用されているときには蒸発器４は庫内に設置されてい
る場合が多く、いずれも万一冷凍サイクル装置から炭化
水素冷媒が漏れだしたときには、閉空間に充満すること
となり好ましくない。また、同時に炭化水素冷媒の移動
に伴って運転中には比較的高温であった圧縮機１内の熱
が低温であった蒸発器４に持ち込まれることとなりエネ
ルギー消費の面からも好ましくない。しかし、圧縮機１
が停止したときに開閉弁制御器９により開閉弁８が閉止
されて、圧縮機１から蒸発器４への逆流が防止されるの
でこれらの不都合が改善されるものである。

【００４１】また、配管５のうち、下方から上方に向か
う配管の全部または一部の内径を細くしているので、管
内の炭化水素冷媒の流速が増し、したがって内壁に付着
した冷凍機油を押し上げる作用も強くなり、オイルリタ
ーン性が向上する。さらに、内容積が減少するので、炭
化水素冷媒の封入量を減少することもできる。また、下
方から上方に向かう配管の全部または一部の内径を内壁
に付着した冷凍機油を上昇させることができる内径の上
限値以下とし、さらにその上限値と近い内径とすること
により、管内圧力損失増大による冷凍サイクル装置性能
低下、消費エネルギー量増大を抑えつつ、オイルリター
ン性を向上できる。

【００４２】さらに、配管５のうち、上方から下方に向
かう配管の全部または一部の内径を太くしているので、
管内では、重力により冷凍機油を下方へ移動させる際の
流路抵抗が小さくなるので、オイルリターン性が向上す
る。さらに、上方から下方に向かう配管のうち、炭化水
素冷媒がガス状態で流れる配管、さらに望ましくは低温
低圧のガス冷媒が流れる配管を主に太くすることによ
り、低温低圧のガス冷媒は高圧のガス冷媒や液冷媒より
も比重がさらに小さいので内容積の増大に伴う炭化水素
冷媒の封入量を増加を最小限に抑えつつ、オイルリター
ン性を向上できる。

【００４３】なお、本実施の形態においては、必要冷媒
量を低減する目的として、請求項３の本発明の構成をと
り、オイルリターンを確保する目的として、請求項１、
２、４および５の本発明の構成をとっているが、上記い
ずれかの目的のみを達成するためには、それに対応する
本発明の構成のみをとってもよい。また、オイルリター
ンを確保する目的としては、上記請求項に対応する本発
明全ての構成をとる必要はなく、上記請求項のうちの一
部の請求項（ひとつもしくは複数）に対応する本発明の
構成をとっても、全ての構成をとる場合に比べて、定量
的には差があるものの、オイルリターンを確保するとい
う効果は得られる。

【００４４】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を図面を参照して説明する。

【００４５】図２は、本発明の第２の実施の形態におけ
る冷凍サイクル装置を示す構成図である。本実施の形態
における冷凍サイクル装置は、オイルリターンを確保す
る手段に関する点および本発明の逆流防止手段を備えて
いないことに関する点以外は、上述した第１の実施の形
態における冷凍サイクル装置と同様である。したがっ
て、本実施の形態において、第１の実施の形態と基本的
に同様のものについては、同一符号を付与し、説明を省
略する。また、特に説明のないものについては、第１の
実施の形態と同じとする。

【００４６】本実施の形態における冷凍サイクル装置に
使用される冷媒は、炭素数２から４のハロゲン原子を含
まない炭化水素、例えば、空調用としてプロパンであ
る。圧縮機１の冷凍機油としては、前記冷媒と相互溶解
しない化合物が用いられている。

【００４７】図２においては、冷凍サイクル内に油分離
器１０（図２においては圧縮機１から凝縮器２入口に至
る配管５ｄに設けているが、これにこだわるものではな
い）を備えており、この油分離器１０は、筒状の容器本
体１０ａと、炭化水素冷媒より比重が大きい冷凍機油と
炭化水素冷媒との混合流体を流入する導入管１０ｂと、
分離された炭化水素冷媒を上部より導出する導出管１０
ｃと、分離された冷凍機油を下部より導出する返油管１
０ｄで構成されており、さらに内部には、炭化水素冷媒
の比重よりも大きくかつ冷凍機油の比重よりも小さい比
重をもつフロート１０ｅを備えている。さらに、返油管
１０ｄと圧縮機１から凝縮器２入口に至る配管５ｄとで
熱交換を行う補助熱交換器１１を備えている。

【００４８】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００４９】圧縮機１から飛沫として吐出された冷凍機
油は、炭化水素冷媒とともに油分離器１０に導入管１０
ｂより導入される。ここで、炭化水素冷媒と冷凍機油は
比重の違いによって分離され、比重の小さい炭化水素冷
媒は筒上の容器本体１０ａ内部の頂部付近に、比重の大
きな冷凍機油は底部付近に位置する。油分離器１０の上
部には導出管１０ｃが、下部には返油管１０ｄが接続さ
れているので、炭化水素冷媒は導出管１０ｃを経て次の
構成要素（図２の場合には凝縮器２）へ導かれ、冷凍機
油は返油管１０ｄを経て圧縮機１に戻されるので、圧縮
機１内の摺動部分の潤滑性が確保され、凝縮器２と蒸発
器４での熱交換が冷凍機油に阻害されることも抑えられ
る。

【００５０】さらに、炭化水素冷媒の比重よりも大きく
かつ冷凍機油の比重よりも小さい比重をもつフロート１
０ｅを備えることにより、容器本体１０ａ内の炭化水素
冷媒の容積を小さくすることができ、すなわち炭化水素
冷媒の封入量を抑えることができるとともに、導入管１
０ｂより導入される炭化水素冷媒と冷凍機油の混合流体
がフロート１０ｅに接触することにより、炭化水素冷媒
よりも粘性の大きい冷凍機油の流速が小さくなり、比重
の大きな冷凍機油への重力作用によって炭化水素冷媒か
らの冷凍機油の分離が促進される効果も得られる。さら
に、油分離器１０内の冷凍機油量が少ない場合には、返
油管１０ｄを経て冷凍機油とともに炭化水素冷媒も圧縮
機１に戻されることとなり、圧縮機１で圧縮された炭化
水素冷媒を有効に加熱あるいは冷却に用いることができ
ないが、本実施の形態では、油分離器１０内の冷凍機油
量が少ない場合にはフロート１０ｅが油分離器内の底部
に位置することにより、冷凍機油および炭化水素冷媒の
返油管１０ｅへの流入を妨げることとなり、返油管１０
ｄを経て炭化水素冷媒が圧縮機１に戻されることを抑え
ることができる。

【００５１】また、補助熱交換器１１では、返油管１０
ｄを経て圧縮機１に戻される冷凍機油が圧縮機１から吐
出された高温の炭化水素冷媒と冷凍機油によって加熱さ
れるので、温度上昇により動粘度が低下して流動性が向
上して、オイルリターン性が向上する。またこのとき、
油分離器１０が圧縮機１から凝縮器２に至る配管５ｄに
設けられている場合（図２の場合）には、圧縮機１から
吐出された高温の炭化水素冷媒と冷凍機油は返油管１０
ｄを経て圧縮機１に戻される冷凍機油によって若干冷却
され、特に導入管１０ｂより油分離器１０に導入される
冷凍機油は温度低下により動粘度が上昇して、油分離器
１０内での分離が促進されるという効果も得られる。

【００５２】また、圧縮機１の吸入側の配管５ｂの返油
管１０ｄを接続する部分に、図３に示すようにオリフィ
ス部５ｆを設けることにより、返油管１０ｄ内の冷凍機
油の配管５ｂへの吸引作用が働き、冷凍機油の流動性が
悪い場合にも確実に圧縮機１に戻すことができるもので
ある。さらに、配管５ｂのオリフィス部５ｆをバイパス
する回路５ｇと開閉弁１２、開閉弁制御器１３を設け、
例えば圧縮機１の運転時間に応じて開閉弁制御器１３が
起動時あるいは所定運転時間経過後の一定時間には開閉
弁１２を閉止してオリフィス部５ｆ内の流量を増大させ
ることによって、冷凍機油を効率よく圧縮機１内に回収
できるので、圧縮機１の信頼性が向上し、かつ通常運転
時には開閉弁１２を開放してバイパス回路５ｇ内流量を
増大させることによって、オリフィス部５ｆでの流路抵
抗による損失を抑えて、消費エネルギー量を減少させる
ことができる。

【００５３】なお、本実施の形態においては、オイルリ
ターンを確保する目的として、請求項１、２、４、５お
よび６（従属請求項として請求項７、１０）の本発明の
構成をとっているが、上記請求項に対応する本発明全て
の構成をとる必要はなく、上記請求項のうちの一部の請
求項（ひとつもしくは複数）に対応する本発明の構成を
とっても、全ての構成をとる場合に比べて、定量的には
差があるものの、オイルリターンを確保するという効果
は得られる。

【００５４】また、本実施の形態においては、油分離器
が本発明のフロートを有しているとして説明したが、フ
ロートを有していない場合でも、定量的には差があるも
のの、オイルリターンを確保するという効果は得られ
る。

【００５５】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態を図面を参照して説明する。

【００５６】図４は、本発明の第３の実施の形態におけ
る冷凍サイクル装置を示す構成図である。本実施の形態
における冷凍サイクル装置は、本発明の油分離器に関す
る点以外は、上述した第２の実施の形態における冷凍サ
イクル装置と同様である。したがって、本実施の形態に
おいて、第２の実施の形態と基本的に同様のものについ
ては、同一符号を付与し、説明を省略する。また、特に
説明のないものについては、第２の実施の形態と同じと
する。

【００５７】本実施の形態における冷凍サイクル装置に
使用される冷媒は、炭素数２から４のハロゲン原子を含
まない炭化水素、例えば、空調用としてプロパンであ
る。圧縮機１の冷凍機油としては、前記冷媒と相互溶解
しない化合物が用いられている。

【００５８】図４においては、冷凍サイクル内に油分離
器１０を絞り装置３出口から蒸発器４入口に至る配管中
に備えており、また、油分離器１０下部と圧縮機１吸入
側を接続する返油管１０ｄと、凝縮器２出口から絞り装
置３入口に至る配管あるいは絞り装置３とで熱交換を行
う補助熱交換器１４を備えている。また、導出管１０ｃ
は、例えば油分離器容器本体１０ａの上部から内部に突
き出すように接続され、かつ少なくとも一つのガス冷媒
導出穴（図示せず）を設けるなど、気液混合冷媒を導出
できる構成となっている。

【００５９】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００６０】圧縮機１から飛沫として吐出された冷凍機
油は、炭化水素冷媒とともに凝縮器２を経て絞り装置３
で減圧されて低温低圧となると同時に炭化水素冷媒は気
液混合冷媒となり、油分離器１０に導入管１０ｂから導
入される。ここで、炭化水素冷媒のガス冷媒と液冷媒と
冷凍機油は比重の違いによって分離され、比重の大きい
順に下から冷凍機油、炭化水素液冷媒、炭化水素ガス冷
媒の位置関係となって油分離器１０内部に位置する。炭
化水素液冷媒は導出管１０ｃから吸い上げられると同時
に、炭化水素ガス冷媒は導出管１０ｃのガス冷媒導出穴
（図示せず）から導出管１０ｃに吸い込まれ、ともに蒸
発器４へ導かれる。一方、冷凍機油は油分離器１０下部
に接続された返油管１０ｄを経て圧縮機１に戻される。
また、冷凍機油は低温となっているので流動性が悪く、
圧縮機１に戻りにくい場合があるが、補助熱交換器１４
では、返油管１０ｄを経て圧縮機１に戻される冷凍機油
が凝縮器２出口から絞り装置３入口に至る配管あるいは
絞り装置３によって加熱されるので、温度上昇により動
粘度が低下して流動性が向上して、さらにオイルリター
ン性が向上する。また、凝縮器２出口から絞り装置３入
口に至る配管あるいは絞り装置３内の冷媒は補助熱交換
器１４で返油管１０ｄを経て圧縮機１に戻される低温の
冷媒によって過冷却されるので、蒸発器４入口でのエン
タルピーが減少して、効率よく熱交換が行われるために
省エネルギー化もできるものである。

【００６１】なお、上述した第２の実施の形態と同様
に、圧縮機１の吸入側の配管５ｂと返油管１０ｄとの接
続部に、図３に示すようなオリフィス部を設けてもオイ
ルリターン性を向上できる。

【００６２】また、本実施の形態においては、オイルリ
ターンを確保する目的として、請求項１、２、４、５お
よび６（従属請求項として請求項８、１０）の本発明の
構成をとっているが、上記請求項に対応する本発明全て
の構成をとる必要はなく、上記請求項のうちの一部の請
求項（ひとつもしくは複数）に対応する本発明の構成を
とっても、全ての構成をとる場合に比べて、定量的には
差があるものの、オイルリターンを確保するという効果
は得られる。

【００６３】（第４の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態を図面を参照して説明する。

【００６４】図５は、本発明の第４の実施の形態におけ
る冷凍サイクル装置を示す構成図である。本実施の形態
における冷凍サイクル装置は、本発明の油分離器に関す
る点以外は、上述した第３の実施の形態における冷凍サ
イクル装置と同様である。したがって、本実施の形態に
おいて、第３の実施の形態と基本的に同様のものについ
ては、同一符号を付与し、説明を省略する。また、特に
説明のないものについては、第３の実施の形態と同じと
する。

【００６５】本実施の形態における冷凍サイクル装置に
使用される冷媒は、炭素数２から４のハロゲン原子を含
まない炭化水素、例えば、空調用としてプロパンであ
る。圧縮機１の冷凍機油としては、前記冷媒と相互溶解
しない化合物が用いられている。

【００６６】図５においては、冷凍サイクル内に油分離
器１０を絞り装置３出口から蒸発器４入口に至る配管中
に備えており、また、油分離器１０下部と圧縮機１吸入
側を接続する返油管１０ｄと、凝縮器２出口から絞り装
置３入口に至る配管あるいは絞り装置とで熱交換を行う
補助熱交換器１４を備えている。また油分離器１０内で
分離された炭化水素ガス冷媒を圧縮機１吸入側に導くガ
ス導出管１０ｆを油分離器１０上部に接続し、炭化水素
液冷媒を蒸発器４に導く液冷媒導出管１０ｇを油分離器
１０の中部に接続している。

【００６７】以下、本実施の形態の動作について、上述
した第３の実施の形態との相違点を説明する。

【００６８】圧縮機１から飛沫として吐出された冷凍機
油は、炭化水素冷媒とともに凝縮器２を経て絞り装置３
で減圧されて低温低圧となると同時に炭化水素冷媒は気
液混合冷媒となり、油分離器１０に導入管１０ｂから導
入される。ここで、炭化水素冷媒のガス冷媒と液冷媒と
冷凍機油は比重の違いによって分離され、比重の大きい
順に下から冷凍機油、炭化水素液冷媒、炭化水素ガス冷
媒の位置関係となって油分離器１０内部に位置する。炭
化水素液冷媒は液導出管１０ｇから蒸発器４へ導かれ、
蒸発に必要な熱量（潜熱）分の冷却作用を行う。一方、
炭化水素ガス冷媒は、ガス導出管１０ｆから、蒸発器４
をバイパスして圧縮機１吸入側に導かれ、冷凍機油も返
油管１０ｄから圧縮機１吸入側に戻されることによっ
て、蒸発器４には冷却に有効に作用する炭化水素液冷媒
のみが導入されるので、炭化水素ガス冷媒や冷凍機油混
入による圧力損失増加や熱交換効率低下が防止できる。

【００６９】すなわち、上述した第３の実施の形態で説
明したオイルリターン性の向上に加えて、蒸発器４での
熱交換効率の向上による省エネルギー化、あるいは蒸発
器４の小型化による冷媒量削減も実現できるものであ
る。

【００７０】なお、上述した第２の実施の形態と同様
に、圧縮機１の吸入側の配管５ｂと返油管１０ｄとの接
続部に、図３に示すようなオリフィス部を設けてもオイ
ルリターン性を向上できる。

【００７１】また、本実施の形態においては、オイルリ
ターンを確保する目的として、請求項１、２、４、５お
よび６（従属請求項として請求項９、１０）の本発明の
構成をとっているが、上記請求項に対応する本発明全て
の構成をとる必要はなく、上記請求項のうちの一部の請
求項（ひとつもしくは複数）に対応する本発明の構成を
とっても、全ての構成をとる場合に比べて、定量的には
差があるものの、オイルリターンを確保するという効果
は得られる。

【００７２】なお、本発明の冷凍サイクル装置は、上述
した第１〜第４の実施の形態において説明したものに限
らず、例えば、四方弁による熱交換器の機能交換を持つ
加熱および冷却の動作を行える冷凍サイクル装置であっ
てもよい。また、炭化水素冷媒の漏洩検出装置などを設
けてあってもよい。

【００７３】また、上述した第１〜第４の実施の形態に
おいては、本発明の冷凍サイクル装置に用いられる冷媒
は、炭素数２から４のハロゲン原子を含まない炭化水素
であるとして説明したが、これに限るものではなく、請
求項１、３、４、５の本発明に対応する構成をとる場合
には、用いられる冷凍機油と相互溶解しない冷媒であれ
ばよいし、請求項２、６〜９の本発明に対応する構成を
とる場合には、用いられる冷凍機油と相互溶解せず、比
重が前記冷凍機油より小さい冷媒であればよい。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油
として使用する冷凍サイクル装置において、必要冷媒量
を低減できる冷凍サイクル装置、および／または、オイ
ルリターンを確保できる冷凍サイクル装置を提供するこ
とができる。すなわち、請求項１の本発明は、冷凍機油
は冷媒によって凝縮器および蒸発器から押し出される作
用に加えて重力で下方へ移動させられる作用も働くので
凝縮器および蒸発器から排出されやすくなるとともに、
凝縮器や蒸発器内での冷凍機油の滞留により熱交換が妨
げられることも防止できる。

【００７５】請求項２の本発明は、アキュムレータ内に
滞留する冷凍機油を油戻し穴から圧縮機にもどすことが
できる。

【００７６】請求項３の本発明は、停止中の可燃性冷媒
の蒸発器への逆流を防止することによって、必要冷媒量
を低減でき、エネルギー消費を低減できる。

【００７７】請求項４の本発明は、内壁に付着した冷凍
機油を押し上げる作用も強くなり、上方から下方に向か
う冷媒配管の内径は太くしたことにより流路抵抗が小さ
くなるので、オイルリターン性が向上する。

【００７８】請求項５の本発明は、管内圧力損失増大に
よる冷凍サイクル装置性能低下、消費エネルギー量増大
を抑えつつ、オイルリターン性を向上できる。

【００７９】請求項６、７、８の本発明は、冷凍機油は
返油管１０ｄを経て圧縮機１に戻されるので、圧縮機１
内の摺動部分の潤滑性が確保され、凝縮器２や蒸発器４
での熱交換が冷凍機油に阻害されることも抑えられる。

【００８０】請求項９の本発明は、オイルリターン性の
向上に加えて、蒸発器での熱交換効率の向上による省エ
ネルギー化、あるいは蒸発器の小型化による冷媒量削減
も実現できる。

【００８１】請求項１０の本発明は、油分離器容器本体
内の炭化水素冷媒の容積を小さくすることができ、かつ
比重の大きな冷凍機油への重力作用によって炭化水素冷
媒からの冷凍機油の分離が促進される効果も得られる。

【００８２】請求項１１の本発明は、ハロゲン原子を含
まない炭素数２から４の炭化水素を主成分とする冷媒を
用いる冷凍サイクル装置において、必要冷媒量を低減で
きる冷凍サイクル装置、および／または、オイルリター
ンを確保できる冷凍サイクル装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における冷凍サイク
ル装置を示す構成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態における冷凍サイク
ル装置を示す構成図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態におけるオリフィス
部を示す断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態における冷凍サイク
ル装置を示す構成図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態における冷凍サイク
ル装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１圧縮機２凝縮器３絞り装置４蒸発器５配管６アキュムレータ７ドライヤ８開閉弁９開閉弁制御器１０油分離器１１補助熱交換器１２開閉弁１３開閉弁制御器１４補助熱交換器

フロントページの続き (72)発明者吉田雄二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者川上哲司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者中島啓造大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油
として使用する圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発
器とを少なくとも備え、前記凝縮器および前記蒸発器
は、前記圧縮機の上方に配置され、前記凝縮器および前
記蒸発器それぞれの入口はそれぞれの上部に、それぞれ
の出口はそれぞれの下部に配置されていることを特徴と
する冷凍サイクル装置。
【請求項２】冷媒と相互溶解せず、比重が前記冷媒よ
り大きい化合物を冷凍機油として使用する圧縮機と、凝
縮器と、絞り装置と、蒸発器と、アキュムレータとを少
なくとも備え、前記蒸発器の出口配管は前記アキュムレ
ータの上部に接続され、前記アキュムレータの圧縮機側
配管は、前記アキュムレータ本体の底部を貫通して装着
され、その上端には開口を有し、前記アキュムレータ本
体内の底部付近には油戻し穴を有することを特徴とする
冷凍サイクル装置。
【請求項３】冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油
として使用する圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発
器と、前記圧縮機から前記蒸発器への経路中に配置され
た逆流防止手段とを少なくとも備えることを特徴とする
冷凍サイクル装置。
【請求項４】冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油
として使用する圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発
器とを少なくとも備え、下方から上方に向かう冷媒配管
の内径は、上方から下方に向かう冷媒配管の内径より細
いことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油
として使用する圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発
器とを少なくとも備え、下方から上方に向かう冷媒配管
の内径は、配管内壁に付着する前記冷凍機油を上昇させ
る内径以下であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項６】冷媒と相互溶解しない化合物を冷凍機油
として使用する圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発
器と、前記冷媒から前記冷凍機油を分離する油分離器
と、前記油分離器から前記圧縮機に前記分離された冷凍
機油を戻す返油管とを少なくとも備えることを特徴とす
る冷凍サイクル装置。
【請求項７】前記冷凍機油の比重は、前記冷媒の比重
より大きく、前記油分離器は、筒状の容器本体と、前記
冷媒および前記冷凍機油の混合流体を導入する導入管
と、前記容器本体の上部より前記冷凍機油が分離された
前記冷媒を導出する導出管とを有し、前記返油管は、前
記容器本体の下部より前記分離された冷凍機油を前記圧
縮機に導出することを特徴とする請求項６に記載の冷凍
サイクル装置。
【請求項８】前記冷凍機油の比重は、前記冷媒の比重
より大きく、前記油分離器は、前記絞り装置から前記蒸
発器への経路中に配置された筒状の容器本体と、前記冷
媒および前記冷凍機油の混合流体を導入する導入管と、
前記冷凍機油が分離されたガス状および液状の前記冷媒
を導出する導出管とを有し、前記返油管は、前記容器本
体の下部より前記分離された冷凍機油を前記圧縮機に導
出することを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル
装置。
【請求項９】前記冷凍機油の比重は、前記冷媒の比重
より大きく、前記油分離器は、前記絞り装置から前記蒸
発器への経路中に配置された筒状の容器本体と、前記冷
媒および前記冷凍機油の混合流体を導入する導入管と、
前記冷凍機油が分離されたガス状の前記冷媒を上部より
導出するガス導出管と、前記容器本体の中部より前記冷
凍機油が分離された液状の前記冷媒を導出する液導出管
とを有し、前記返油管は、前記容器本体の下部より前記
分離された冷凍機油を導出し、前記ガス導出管と前記返
油管は前記圧縮機の吸入側配管に接続されていることを
特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】前記冷凍機油の比重は、前記冷媒の比
重より大きく、前記油分離器は、前記容器本体の中に、
比重が前記冷媒よりも大きく前記冷凍機油よりも小さい
フロートを収容して有することを特徴とする請求項６〜
９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】前記冷媒は、ハロゲン原子を含まない
炭素数２から４の炭化水素を主成分とすることを特徴と
する請求項１〜１０のいずれかに記載の冷凍サイクル装
置。