JPH11337195A

JPH11337195A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH11337195A
Application number: JP14704598A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ikeda; 隆池田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮機から吐出された冷媒カ゛スの流速を遅く
して、油分離器での油分離効率を向上させる冷凍装置を
提供する。【解決手段】圧縮機１、凝縮器２、膨張機構３、蒸発
器４、油分離器５からなる冷媒回路を有する冷凍装置に
おいて、油分離器での油分離効率を向上させるため、圧
縮機１によって吐出された冷媒ガスの温度を下げて流速
を遅くするための熱交換器６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷凍装置（空気
調和装置含む）における油分離機の油分離効率向上に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、例えば社団法人日本冷凍空調学
会発行（平成９年７月２０日第２刷発行）の「初級標準
テキスト冷凍空調技術」の９５頁の図１３．１に示され
た従来の冷凍装置の冷媒回路図を簡略化したものであ
る。図において１は圧縮機、２は凝縮器、３は膨張機
構、４は蒸発器、５は圧縮機１と凝縮器２の間に設けら
れた油分離器、２４は返油管である。図８の冷凍装置の
冷媒回路の一般的の動作についてはよく知られているの
で説明を省略する。

【０００３】上記のような従来の冷凍装置では、圧縮機
１より吐出される冷媒ガス中に圧縮機１各部の潤滑を行
っている油が微細になって混入する。この圧縮機１から
吐出される油の量を少なくするために、圧縮機１と凝縮
器２の間に油分離器５を設けて、吐出ガスから油を分離
させ分離した油を返油管２４により圧縮機へ戻してい
る。一般的な油分離器５の取り付け位置をモリエル線図
上で表すと、図９に明示の位置となり冷媒が圧縮機１の
吐出ガス状態の位置となる。これは、冷媒が液状態とな
ると、圧縮機１より持ち出される油は相溶油では液体状
の冷媒には溶け込んでしまい油分離器５では液冷媒と油
は分離できない、また非相溶油では油と冷媒液が相分離
するが、冷媒液と油の分離がしにくいため、冷媒がガス
の状態にある圧縮機１と凝縮器２の間で、圧縮機１から
直後の位置に取り付けられる。油分離器５の内部構造の
一例を図１０に示す。図において、２１は油分離器５の
容器、２２は冷媒吸入管、２３は冷媒吐出管、２４は返
油管、２５は冷媒の吸入側と吐出側とを分ける隔板、２
６は冷媒ガスと油を分離するメッシュである。圧縮機１
から吐出されたガス冷媒は油分離器５内に冷媒吸入管２
２より吸入されると、メッシュ２６と容器２１の内面に
冷媒ガス中の油が付着し、冷媒ガスと油が分離される。
冷媒ガスは冷媒吐出管２３より冷媒回路に送られ、分離
された油は自重により下部へ落下し、容器２１の下部に
溜まる。溜まった油は、油分離器５の下部に取り付けら
れた返油管２４を通じ、圧縮機１に返される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】油の吐出量の多い圧縮
機１では、冷媒回路中に多量の油が混入してしまい、凝
縮器２や蒸発器４の伝熱作用が悪くなる。また、冷媒が
不足したり、吸入配管の形状や寸法などにより、冷媒回
路から圧縮機１への油戻りの悪い装置では、圧縮機１内
に保有している油がなくなり、圧縮機焼付の原因になる
という問題があった。そのため、圧縮機１と凝縮器２の
間に設けられる油分離器５によって、油を冷媒より分離
し、返油管２４より圧縮機１に戻す事により圧縮機１内
の油量を確保しているが、油分離器５の油分離効率が悪
い場合、上記のような問題が起こってしまう。そのため
に、油分離器５の構造を複雑化させ、油の分離効率を良
くする方法が取られるが、コストアップとなってしま
う。また、圧縮機１から吐出される油は油劣化物（スラ
ッジ）の発生原因となり易く、そのために発生したスラ
ッジによって膨張機構３の細部を詰まらせてしまう恐れ
があるため、特にスラッジの発生しやすいＨＦＣ（ハイ
ドロフルオロカ−ボン）系の冷媒を使用する機器におい
ては、圧縮機１から吐出された冷媒ガスに含まれる油の
凝縮器２側に持ち出される量をできる限り少なくしなけ
ればならない。

【０００５】この発明は、上記の問題点を解決するため
になされたもので圧縮機から吐出される冷媒ガスに含ま
れる油を一般的な油分離器で効率良く分離することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
係わる冷凍装置は、圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張機
構、蒸発器からなる冷媒回路を有する冷凍装置におい
て、圧縮機から吐出された冷媒ガスがモリエル線図上
で、湿り蒸気に近い過熱蒸気の状態となる位置に対応す
る前記冷媒回路の位置に油分離器を設置するものであ
る。

【０００７】この発明の第２の発明に係わる冷凍装置
は、第１の発明において、冷媒回路の圧縮機と油分離器
との間に冷却装置を設け、この冷却装置により、圧縮機
から吐出された冷媒ガスを湿り蒸気に近い過熱蒸気の状
態とするものである。

【０００８】この発明の第３の発明に係わる冷凍装置
は、第２の発明において、前記冷却装置による冷媒の冷
却温度を調節する冷媒温度調節手段と、凝縮器による冷
媒凝縮状態を検知する第１の冷媒検知手段とを備え、前
記第１の冷媒検知手段の検出値に基づき前記冷媒温度調
節手段により前記冷却装置による冷媒の冷却温度を所定
の値とするものである。

【０００９】この発明の第４の発明に係わる冷凍装置
は、第２の発明または第３の発明において、前記冷却装
置が熱交換器とするものである。

【００１０】この発明の第５の発明に係わる冷凍装置
は、第４の発明において、前記熱交換器が凝縮器の熱交
換器の一部であるものである。

【００１１】この発明の第６の発明に係わる冷凍装置
は、第４の発明において、前記熱交換器が圧縮機の吐出
ガス冷媒と凝縮器で凝縮後の冷媒との熱交換によるもの
である。

【００１２】この発明の第７の発明に係わる冷凍装置
は、第４の発明において、前記熱交換器が圧縮機の吐出
ガス冷媒と蒸発器で蒸発後の冷媒との熱交換によるもの
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１、図２、図
３、図４によりこの発明の実施の形態１を説明する。図
１は、本実施の形態の冷凍装置の冷媒回路を示す。図２
は、本実施の形態の油分離器の設置位置の冷媒の状態を
説明するためのモリエル線図であり、図３、図４は、そ
れぞれ油分離器における冷媒の流速と油の分離効率の関
係を示す図、冷媒の流速と温度との関係を示す図であ
る。図１において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は膨張
機構である膨張弁、４は蒸発器、５は油分離機、６は冷
却装置であり、圧縮機から吐出された冷媒ガスを冷却す
る熱交換器、７は冷媒温度調節手段であり、熱交換器６
の冷却ファン、８は第１の冷媒検知手段であり、凝縮器
２の凝縮温度を検出する温度検出器、１０は第２の冷媒
検知手段であり、油分離器５に吸入される冷媒温度を検
出する温度検出器である。

【００１４】図１において、冷凍装置の冷媒回路の一般
的な動作はよく知られているので説明を省略する。ま
た、圧縮機１から冷媒とともに流出した油は、油分離器
５で分離され返油管２４より圧縮機１に戻されるのは、
従来の技術で示した図８、図１０と同様である。本実施
の形態では、従来の技術で示した図８の冷媒回路に比べ
て、熱交換器６、冷却ファン７及び温度検出器８、１０
を設けている点が相違する。本実施の形態では、温度検
出器８によって検出された冷媒の凝縮温度と温度検出器
１０によって検出された油分離器５の入口の冷媒温度に
応じて冷却ファン７の回転数を変化させ、熱交換器６で
の熱交換量を調整することにより、冷媒の凝縮温度と油
分離器５の入口の冷媒ガス温度との差を常に一定の温度
差になるようにする。そこで、圧縮機１から吐出された
例えば１００℃の冷媒ガスが、凝縮温度例えば４５℃よ
りも常に一定の温度差例えば５℃を保って、冷媒温度例
えば５０℃まで冷却され、油分離器５に吸入される。

【００１５】熱交換器６により圧縮機１からの吐出冷媒
を冷却し、油分離器５に吸入させることにより油の分離
効率を向上できる理由を次に説明する。冷媒ガスの流速
と油分離器での油の分離効率の関係を示す図３の通り、
一般に冷媒ガスの流速が遅いほど油の分離効率が良いこ
とがわかる。即ち、圧縮機から吐出される冷媒ガスに含
まれる油を油分離器で効率良く分離するためには冷媒ガ
スの流速を遅くして、油分離器５内のメッシュ等との接
触時間を長くする必要がある。よって、出来る限り冷媒
のガス流速の遅い場所に油分離器を設置すれば油分離の
効率が良くなることになる。また、図２の領域１におけ
る冷媒ガスの流速と温度の関係を示す図４によると、冷
媒ガス温度が低い方がガス流速が遅くなるのがわかり
（単位時間当たりの一定重量の冷媒ガスが流れている場
合、冷媒ガス温度が低下すると冷媒ガス密度が増加し
て、単位時間当り流れる冷媒ガス体積（冷媒ガス流速）
は低下する）、吐出する冷媒ガスを冷却し冷媒ガスの温
度を低くすれば、冷媒ガスの流速が遅くなることにな
る。そこでこの状態の冷媒ガスを油分離器に吸入させる
と、油分離の効率が良くなることになる。しかし、あま
り冷媒ガスを冷却しすぎると、冷媒ガスが湿り蒸気の状
態となる。この状態の位置に油分離器を設置してしまう
と、油分離器の中に液冷媒が溜まってしまい、油と分離
できず油と共に液冷媒を圧縮機に返してしまうため、能
力低下や、圧縮機の故障に至るため注意が必要である。

【００１６】前記の如く、本実施の形態では、圧縮機１
によって吐出された冷媒ガスは熱交換器６によって熱交
換され、冷却され、油分離器５に吸入される。よって、
冷媒ガスの流速が遅い状態で油分離器５に吸入されるの
で油分離器５での油分離効率が良くなる。

【００１７】また、温度検出器８によって検出された冷
媒の凝縮温度に応じて冷却ファン７の回転数を変化さ
せ、熱交換器６での熱交換量を調整することにより、圧
縮機１から吐出された例えば１００℃の冷媒ガスが凝縮
温度例えば４５℃よりも多少高い温度まで冷却され、油
分離器５に吸入される。よって、冷媒ガスの流速が遅い
状態で油分離器５に冷媒ガスが吸入されるので油分離器
５での油分離効率が良くなる。

【００１８】さらに、温度検出器８によって検出された
冷媒の凝縮温度と温度検出器１０によって検出された油
分離器の入口の冷媒温度に応じて冷却ファン７の回転数
を変化させ、熱交換器６での熱交換量を調整することに
より、冷媒の凝縮温度と油分離器の入口の冷媒ガス温度
との差を常に一定の温度差になるようにする。そのこと
により、圧縮機１から吐出された例えば１００℃の冷媒
ガスが、凝縮温度例えば４５℃よりも常に一定の温度差
例えば５℃を保って、温度例えば５０℃まで冷却され、
油分離器５に吸入される。よって、油分離器５に吸入さ
れる冷媒は冷却されるとともに確実に過冷却状態（湿り
状態とはならず）を保つことができ、油分離器５での油
分離効率が確実に良くなる。

【００１９】本実施の形態によると、冷凍装置の冷媒回
路において冷却装置である熱交換器６を圧縮機１と油分
離器５との間に設置し、熱交換器６で圧縮機１から吐出
された吐出状態の冷媒を冷却し、図２のモリエル線図に
示すように、ＢＣ線上で、半分よりＣ側寄り（Ｃ点は除
く）の状態の冷媒、即ち冷媒が湿り蒸気に近い過熱蒸気
の状態となる位置である冷媒を油分離器５に流入させる
ことにより図９に示した従来の技術の圧縮機から吐出さ
れるほぼ吐出状態の冷媒を油分離器５に流入させるのに
比べて冷媒温度の低下及びそれに伴う冷媒流速の低下に
より明らかに分離効率の向上が得られる。さらにＢＣ線
上で、Ｂ（圧縮機の吐出状態）から１／４、１／２、３
／４とＣ（Ｃ点は除く）に近い状態の冷媒ほど分離効率
が向上できる。

【００２０】なお、本実施の形態では、第１の冷媒検知
手段として温度検出器８を用いて凝縮温度を検出した
が、この代わりに圧力検出器を用いて冷媒の凝縮圧力を
検出して、これに基づいて冷却ファン７の回転数を制御
するようにしても同様である。

【００２１】実施の形態２．図５は、本実施の形態２の
冷凍装置の冷媒回路を示す。図１と同様の部分は同一記
号を付し、その説明は省略する。実施の形態１との相違
は冷却装置である熱交換器６として凝縮器２の熱交換器
の一部を使用する点である。たとえば、凝縮器２がプレ
−トフィンチュ−ブ゛式の熱交換器とすると、図で矢印
で示すように圧縮機１から吐出された冷媒ガスをプレ−
トフィンチュ−ブ゛式の凝縮器２の数パス（図５で６と
表示し、熱交換器６の作用をする）を通した後、油分離
器５を通過させ、またプレ−トフィンチュ−ブ゛式の凝
縮器２の残りのパスに通す。本実施の形態により熱交換
器６で冷媒を冷却し、油分離器５での分離効率の向上が
得られ、かつ凝縮器２の容量アップを行う必要もないの
で、サイズ・コストのアップも防ぐことができる。ま
た、図５には記載してないが、実施の形態１の図１と同
じく熱交換器６の冷却ファン７、凝縮温度を検出する温
度検出器８、油分離器５に吸入される冷媒の温度を検出
する温度検出器１０を設けて熱交換器６での熱交換量を
調整するようにして実施の形態１と同様の効果が得られ
る。

【００２２】実施の形態３．図６は、本実施の形態３の
冷凍装置の冷媒回路を示す。図１と同様の部分は同一記
号を付し、その説明は省略する。実施の形態１との相違
は冷却装置である熱交換器１２として圧縮機１の吐出ガ
ス冷媒と凝縮器２で凝縮後の冷媒との熱交換をする熱交
換器を使用する点である。図６において、矢印は冷媒の
流れ（油の流れは矢印に油の流れと明示）を示し、１１
は高圧側液冷媒を低圧側へ流す第１のバイパス回路、１
２は圧縮機１から吐出された冷媒ガスと第１のバイパス
回路１１に流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器であ
る。

【００２３】第１のバイパス回路１１によって凝縮器２
で凝縮された高温の液冷媒を熱交換器１２に流し、圧縮
機１から吐出された冷媒ガスと熱交換させることによっ
て、自身は蒸発し、圧縮機１から吐出された例えば１０
０℃の冷媒ガスが、凝縮温度である例えば４５℃よりも
多少高い温度例えば５０℃まで冷却され、油分離器５に
吸入される。よって、冷媒ガスの流速が遅い状態で油分
離器に冷媒ガスが吸入されるので油分離器での油分離効
率が良くなる。また、図６には記載してないが、第１の
バイパス回路１１に冷媒温度調節手段である流量調節装
置（例えば流量調節弁）を設け、また、実施の形態１の
図１と同じく、凝縮温度を検出する温度検出器８、油分
離器５に吸入される冷媒の温度を検出する温度検出器１
０を設けて熱交換器１２での熱交換量を調整するように
して実施の形態１と同様の効果が得られる。

【００２４】実施の形態４．図７は、本実施の形態４の
冷凍装置の冷媒回路を示す。図１と同様の部分は同一記
号を付し、その説明は省略する。実施の形態１との相違
は冷却装置である熱交換器１４として圧縮機１の吐出ガ
ス冷媒と蒸発器４で蒸発後の冷媒との熱交換をする熱交
換器を使用する点である。図７において、矢印は冷媒の
流れ（油の流れは矢印に油の流れと明示）を示し、１３
は低圧側冷媒を流す第２のバイパス回路、１４は圧縮機
１から吐出された冷媒ガスと第２のバイパス回路１３に
流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器である。

【００２５】第２のバイパス回路１３によって低圧冷媒
を熱交換器１４に流し、圧縮機１から吐出された冷媒ガ
スと熱交換させることによって、圧縮機１から吐出され
た冷媒ガスが、凝縮温度である例えば４５℃よりも多少
高い温度例えば５０℃まで冷却され、油分離器５に吸入
される。よって、冷媒ガスの流速が遅い状態で油分離器
に冷媒ガスが吸入されるので油分離器での油分離効率が
良くなる。また、図７には記載してないが、第２のバイ
パス回路１３に冷媒温度調節手段である流量調節装置
（例えば流量調節弁）を設け、また、実施の形態１の図
１と同じく、凝縮温度を検出する温度検出器８、油分離
器５に吸入される冷媒の温度を検出する温度検出器１０
を設けて熱交換器１４での熱交換量を調整するようにし
て実施の形態１と同様の効果が得られる。

【００２６】以上前記の各実施の形態において、冷媒と
して、ＨＦＣ系の冷媒（ハイドロフルオロカ−ボン系の
冷媒）を使用した冷凍装置では、油分離器５での油の分
離がよくなり、以降の冷媒回路への油の流出が少なくな
り、スラッジの発生が少なくなり、膨張機構の細部を詰
まらせる等の不具合を防ぐことができるので、前記の各
実施の形態に記載のものは特に有効である。ＨＦＣ系冷
媒としては、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ
５０７Ａ等があり、これらと組合わせる冷凍機油として
は、エステル油、エ−テル油、アルキルベンゼン油等が
ある。

【００２７】

【発明の効果】第１の発明に係わる冷凍装置によれば、
圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張機構、蒸発器からなる
冷媒回路を有する冷凍装置において、圧縮機から吐出さ
れた冷媒ガスがモリエル線図上で、湿り蒸気に近い過熱
蒸気の状態となる位置に対応する前記冷媒回路の位置に
油分離器を設置するので、油分離器に流入する冷媒ガス
が圧縮機から吐出した吐出状態より温度が低下し、流速
が低下することより、油分離器での油分離効率が向上す
る。

【００２８】第２の発明に係わる冷凍装置によれば、第
１の発明において、冷媒回路の圧縮機と油分離器との間
に冷却装置を設け、この冷却装置により、圧縮機から吐
出された冷媒ガスを湿り蒸気に近い過熱蒸気の状態とす
るので、圧縮機から吐出された吐出状態の冷媒を冷却装
置により容易に低温化でき、冷媒流速の低下により油分
離器での油分離効率が向上する。

【００２９】第３の発明に係わる冷凍装置によれば、第
２の発明において、前記冷却装置による冷媒の冷却温度
を調節する冷媒温度調節手段と、凝縮器による冷媒凝縮
状態を検知する第１の冷媒検知手段とを備え、前記第１
の冷媒検知手段の検出値に基づき前記冷媒温度調節手段
により前記冷却装置による冷媒の冷却温度を所定の値と
するので、第１の冷媒検知手段による冷媒の凝縮状態の
検知に基づき、冷媒温度調節手段により冷却装置による
冷媒の冷却温度を調節できるので、油分離器に流入する
冷媒を湿り蒸気に近い過熱状態まで確実に冷却でき、油
分離器での油分離効率の向上が確実に行われる。

【００３０】第４の発明に係わる冷凍装置によれば、第
２の発明または第３の発明において、前記冷却装置が熱
交換器とするので、冷却装置を熱交換器とすることによ
り、冷凍、空調技術で使われる熱交換器が広く利用でき
る。

【００３１】第５の発明に係わる冷凍装置によれば、第
４の発明において、前記熱交換器が凝縮器の熱交換器の
一部としたので、凝縮器の熱交換器の容量アップを行わ
ずに油分離効率の向上と凝縮作用との両者を満足でき、
小型化、コスト低減が可能となる。

【００３２】第６の発明に係わる冷凍装置によれば、第
４の発明において、熱交換器が圧縮機の吐出ガス冷媒と
凝縮器で凝縮後の冷媒との熱交換によるものとしたの
で、熱交換器で空冷するのに比べて、外気の影響が少な
く、安定した冷却ができる。

【００３３】第７の発明に係わる冷凍装置によれば、第
４の発明において、熱交換器が圧縮機の吐出ガス冷媒と
蒸発器で蒸発後の冷媒との熱交換によるものとしたの
で、熱交換器で空冷するのに比べて、外気の影響が少な
く、安定した冷却ができるとともに、蒸発器を出た後の
冷媒を使うので、冷凍機のシステム効率がよくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の冷凍装置の冷媒回
路を示す図。

【図２】この発明の実施の形態１の油分離器設置位置
の冷媒状態を説明するモリエル線図。

【図３】この発明の実施の形態１の油分離器の冷媒流
速と油の分離効率の関係を示す図。

【図４】冷媒の流速と温度との関係を示す図。

【図５】この発明の実施の形態２の冷凍装置の冷媒回
路をを示す図。

【図６】この発明の実施の形態３の冷凍装置の冷媒回
路を示す図。

【図７】この発明の実施の形態４の冷凍装置の冷媒回
路を示す図。

【図８】従来の冷凍装置の冷媒回路。

【図９】従来の油分離器設置位置の冷媒状態を説明す
るモリエル線図。

【図１０】油分離器の構造の一例を示す図。

【符号の説明】

１圧縮機、２凝縮機、３膨張機構、４蒸発器、
５油分離器、６熱交換器（冷却装置）、７ファン
（冷媒温度調節手段）、８温度検出器（第１の冷媒検
知手段）、１２熱交換器（冷却装置）、１４熱交換
器（冷却装置）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張機構、
蒸発器からなる冷媒回路を有する冷凍装置において、圧
縮機から吐出された冷媒ガスがモリエル線図上で、湿り
蒸気に近い過熱蒸気の状態となる位置に対応する前記冷
媒回路の位置に油分離器を設置することを特徴とする冷
凍装置。
【請求項２】冷媒回路の圧縮機と油分離器との間に冷
却装置を設け、この冷却装置により、圧縮機から吐出さ
れた冷媒ガスを湿り蒸気に近い過熱蒸気の状態とするこ
とを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】前記冷却装置による冷媒の冷却温度を調
節する冷媒温度調節手段と、凝縮器による冷媒凝縮状態
を検知する第１の冷媒検知手段とを備え、前記第１の冷
媒検知手段の検出値に基づき前記冷媒温度調節手段によ
り前記冷却装置による冷媒の冷却温度を所定の値とする
ことを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
【請求項４】前記冷却装置が熱交換器であることを特
徴とする請求項２または請求項３記載の冷凍装置。
【請求項５】前記熱交換器が凝縮器の熱交換器の一部
であることを特徴とする請求項４記載の冷凍装置。
【請求項６】前記熱交換器が圧縮機の吐出ガス冷媒と
凝縮器で凝縮後の冷媒との熱交換によるものであること
を特徴とする請求項４記載の冷凍装置。
【請求項７】前記熱交換器が圧縮機の吐出ガス冷媒と
蒸発器で蒸発後の冷媒との熱交換によるものであること
を特徴とする請求項４記載の冷凍装置。