WO2020137231A1

WO2020137231A1 - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: WO2020137231A1
Application number: PCT/JP2019/044813
Authority: WO
Inventors: 竹尾　友宏
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-07-02
Also published as: JP2020106174A

Abstract

冷媒を凝縮する室外熱交換器（１１）と、冷媒を圧縮して室外熱交換器（１１）に向かって吐出する圧縮機（１０）とを含む複数の構成機器（１０～１３）が配管（１４）によって環状に接続され、圧縮機（１０）が作動することで冷媒が所定の冷媒流れ方向に循環する冷凍サイクル装置において、圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）よりも冷媒流れ方向の上流側に位置する上流側構成機器１３とを接続する配管に傾斜部（１４ａ）を設ける。傾斜部（１４ａ）は、冷媒流れ方向の下流側に向かって高くなるように傾斜している。

Description

冷凍サイクル装置

　本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１８年１２月２６日に出願された日本特許出願２０１８－２４３３９３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器等が配管で環状に接続された冷凍サイクル装置では、サイクル内を冷媒が循環する。冷媒には、圧縮機を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクル内を循環する。このような冷凍サイクル装置を長時間停止すると、外気温の変動によって圧縮機内から冷凍機油が流出し、圧縮機の起動時に圧縮機内の冷凍機油が不足するおそれがある。

　これに対し、特許文献１では、圧縮機と凝縮器との間に、圧縮機から流出した冷凍機油を回収する貯留タンクを設け、貯留タンクで回収された冷凍機油を自重によって圧縮機に戻すことが提案されている。

特開２０１７－４８９２８号公報

　しかしながら、特許文献１のように、冷凍サイクル装置に冷凍機油を回収する貯留タンクを設ける場合には、装置全体の体格が大きくなる。このため、冷凍サイクル装置の設置スペースが大きくなり、周辺部品と両立させることが困難になる。また、重量物である貯留タンクを設ける場合には、振動耐久性を満足させるために、取り付けブラケットが必要となる。

　本開示は上記点に鑑み、簡易な構成で、長時間停止後の起動時に圧縮機で冷凍機油が不足することを回避することを目的とする。

　本開示は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。

　本開示では、室外熱交換器と、圧縮機とを含む複数の構成機器が配管によって環状に接続され、圧縮機が作動することで冷媒が所定の冷媒流れ方向に循環する冷凍サイクル装置であって、圧縮機と、圧縮機よりも冷媒流れ方向の上流側に位置する構成機器である上流側構成機器とを接続する配管に傾斜部が設けられている。傾斜部は、冷媒流れ方向の下流側に向かって高くなるように傾斜している。

　この傾斜部により、圧縮機の作動停止時に圧縮機の冷媒流れ方向上流側に存在する冷凍機油を、圧縮機が起動するまで、外気温の変動による影響を受けることなく、圧縮機と上流側構成機器を接続する配管の内部に保持することができる。

　圧縮機と上流側構成機器を接続する配管に保持された冷凍機油は、冷媒流れ方向において、圧縮機に近い位置に存在している。このため、圧縮機を長時間停止後に起動した場合に、速やかに圧縮機に冷凍機油が供給され、圧縮機で冷凍機油が不足することを回避できる。

本開示の実施形態に係る冷凍サイクル装置の全体構成図である。圧縮機からの冷凍機油の流出を説明するための図である。圧縮機、蒸発器及びこれらを接続する配管を示す図である。

　以下、本開示の一実施形態を図面を用いて説明する。本実施形態は、本開示の冷凍サイクル装置１を車両用空調装置に適用している。本実施形態の冷凍サイクル装置１は、車両用空調装置において、空調対象空間である車室内の空調を行うために、車室内へ送風される送風空気を冷却する。

　図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、圧縮機１０、凝縮器１１、膨張弁１２、蒸発器１３を含んだ構成機器を備えている。各構成機器１０～１３は配管１４で環状に接続されており、圧縮機１０が作動することで冷媒が所定の冷媒流れ方向に循環する。具体的には、圧縮機１０の作動によって、冷媒は圧縮機１０→凝縮器１１→膨張弁１２→蒸発器１３の順に循環する。本明細書における冷媒流れ方向は、圧縮機１０の作動中における冷媒流れ方向を示している。

　冷媒としては、例えばＲ１３４ａといったＨＦＣ系冷媒やＲ１２３４ｙｆといったＨＦＯ系冷媒を用いることができる。冷媒には、圧縮機１０を潤滑するための冷凍機油が混入されている。冷凍機油としては、例えばＰＡＧオイル（ポリアルキレングリコールオイル）を用いることができる。ＰＡＧオイルは、液相冷媒に相溶性を有している。冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクル内を循環する。

　圧縮機１０は、吸入口から吸入した冷媒を圧縮し、高圧冷媒として吐出口から吐出する。圧縮機１０の吸入側は蒸発器１３に接続され、圧縮機１０の吸入側は凝縮器１１に接続されている。圧縮機１０の作動中は、冷媒に含まれる冷凍機油によって圧縮機１０の摺動部分が潤滑される。

　圧縮機１０は、エンジン２０とともにエンジンルーム内に配置されている。本実施形態の圧縮機１０は、プーリ、ベルト等を介してエンジン２０から出力される回転駆動力によって駆動される。

　凝縮器１１は、圧縮機１０で圧縮された高温の高圧冷媒と、冷却ファン１１ａにより送風される外気とを熱交換させることで、高圧冷媒を放熱させて冷却する。凝縮器１１は、エンジンルーム内の車両の前方側において、図示しないラジエータの前面側に配置される室外熱交換器である。凝縮器１１は、圧縮機１０よりも車両外部に近い位置に配置される。

　膨張弁１２は、凝縮器１１から流出した冷媒を減圧させる。膨張弁１２は、温度式膨張弁を用いることができる。温度式膨張弁は、蒸発器１３出口側冷媒の温度および圧力に基づいて蒸発器１３出口側冷媒の過熱度を検知する感温部を有し、蒸発器１３出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準範囲内となるように機械的機構によって絞り開度を調整する。

　蒸発器１３は、膨張弁１２にて減圧された低圧冷媒と送風空気とを熱交換させ、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる。なお、蒸発器１３が本開示の上流側構成機器に相当している。

　蒸発器１３は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内に配置された室内熱交換器である。ケーシング３１内には、空気流れ上流側から送風ファン３２、蒸発器１３、ヒータコア２１の順に配置されている。送風ファン３２で送風された空調風は、蒸発器１３及びヒータコア２１で温度調整され、車室内に供給される。

　ここで、冷凍サイクル装置１を長時間作動停止させた場合における圧縮機１０からの冷凍機油の流出について図２を用いて説明する。

　圧縮機１０の作動停止によって、サイクル内の冷媒は循環を停止する。気相冷媒は冷却されて凝縮し、液相冷媒となる。冷凍機油と液相冷媒は、相溶した状態となっている。圧縮機１０が停止した状態で、例えば夜間に外気温が低下すると、凝縮器１１側は圧縮機１０側よりも雰囲気温度が低くなり、凝縮器１１側の冷媒圧力は圧縮機１０側の冷媒圧力より低くなる。この冷媒圧力差によって、図２（ａ）に示すように、圧縮機１０内の液相冷媒が冷凍機油とともに凝縮器１１側に流出する。

　続いて、例えば日中に外気温が上昇すると、凝縮器１１、蒸発器１３側は圧縮機１０側よりも雰囲気温度が高くなり、凝縮器１１、蒸発器１３側の冷媒圧力は圧縮機１０側の冷媒圧力より高くなる。この冷媒圧力差によって、図２（ｂ）に示すように、気相冷媒が圧縮機１０に流入する。気相冷媒は冷凍機油と分離しているため、気相冷媒のみが圧縮機１０に流入する。

　その後、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すように、外気温の低下及び上昇が繰り返されることで、圧縮機１０からの液相冷媒及び冷凍機油の流出と、圧縮機１０への気相冷媒の流入が繰り返される。このため、圧縮機１０の停止時間が長くなるほど、圧縮機１０内の冷凍機油が少なくなる。

　上述したように、外気温の変動によって、圧縮機１０内の冷凍機油は凝縮器１１側に流出する。圧縮機１０から流出した冷凍機油は、冷媒流れ方向において、圧縮機１０から最も遠い位置に存在する。このため、圧縮機１０から流出した冷凍機油は、圧縮機１０を起動した後に圧縮機１０に循環するまでに時間がかかる。

　次に、圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４について説明する。図３に示すように、圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４には、冷媒流れ方向下流側に向かって高くなるように傾斜した第１傾斜部１４ａが設けられている。第１傾斜部１４ａは、圧縮機１０よりも冷媒流れ方向上流側に設けられている。なお、第１傾斜部１４ａが本開示の傾斜部に相当している。

　配管１４における第１傾斜部１４ａの冷媒流れ方向下流側の端部には、鉛直方向上方に向かって突出した第１上端部１４ｂが設けられている。配管１４における第１傾斜部１４ａの冷媒流れ方向上流側の端部には、鉛直方向下方に向かって突出した下端部１４ｃが設けられている。第１上端部１４ｂは、下端部１４ｃよりも高い位置に設けられている。本実施形態の圧縮機１０は、第１上端部１４ｂよりも下方に位置している。

　配管１４における下端部１４ｃの冷媒流れ方向上流側には、冷媒流れ方向上流側に向かって高くなるように傾斜した第２傾斜部１４ｄが設けられている。下端部１４ｃを挟んだ第１傾斜部１４ａと第２傾斜部１４ｄは、鉛直方向下方に突出するＶ字状に形成されている。なお、第２傾斜部１４ｄが本開示の上流側傾斜部に相当している。

　配管１４における第２傾斜部１４ｄの冷媒流れ方向上流側には、鉛直方向上方に向かって突出する第２上端部１４ｅが設けられている。第２上端部１４ｅは、下端部１４ｃよりも上方に位置している。本実施形態の蒸発器１３は、第２上端部１４ｅよりも下方に位置している。

　圧縮機１０の作動中は、冷凍サイクル装置１の全体に冷媒及び冷凍機油が循環している。圧縮機１０の作動停止時に圧縮機１０の冷媒流れ方向上流側に存在する冷凍機油は、配管１４の第１傾斜部１４ａによって、圧縮機１０側への移動が妨げられる。このため、圧縮機１０の作動停止時に圧縮機１０の冷媒流れ方向上流側に存在する冷凍機油は、圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４の内部に貯留される。

　第１傾斜部１４ａの鉛直方向高さＨが高いほど、圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４の内部に貯留できる冷凍機油の量を多くすることができる。また、第１傾斜部１４ａの鉛直方向高さＨが高いほど、冷凍機油の圧縮機１０側への移動が妨げられる。第１傾斜部１４ａの鉛直方向高さＨは、下端部１４ｃから第１上端部１４ｂまでの鉛直方向高さである。

　第１傾斜部１４ａの鉛直方向高さＨは、圧縮機１０の作動時に圧縮機１０で必要とされる冷凍機油の量に応じて任意に設定することができる。本実施形態では、第１傾斜部１４ａの鉛直方向高さＨを８０ｍｍとしている。また、水平方向に対する第１傾斜部１４ａの傾斜角度は、第１傾斜部１４ａができるだけ長くなるように設定すればよい。

　以上説明した本実施形態では、圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４において、冷媒流れ下流側に向かって高くなるように傾斜する第１傾斜部１４ａを設けている。これにより、圧縮機１０の停止後に、圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４に冷凍機油を貯留することができる。圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４に貯留された冷凍機油は、圧縮機１０が起動するまで、外気温の変動による影響を受けることなく、配管１４内に保持される。

　圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４に保持された冷凍機油は、冷媒流れ方向において、圧縮機１０に近い位置に存在している。このため、圧縮機１０を長時間停止後に起動した場合に、速やかに圧縮機１０に冷凍機油が供給されるため、圧縮機１０で冷凍機油が不足することを回避できる。これにより、第１傾斜部１４ａを設けるという簡易な構成で、起動直後に圧縮機１０で冷凍機油が不足することを回避できる。

　また、本実施形態では、下端部１４ｃよりも冷媒流れ上流側において、冷媒流れ上流側に向かって高くなるように傾斜する第２傾斜部１４ｄが設けられている。このため、圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４に存在する冷凍機油が蒸発器１３に流入することを防ぐことができ、冷凍機油を配管１４内に保持することができる。これにより、圧縮機１０の起動直後に圧縮機１０に冷凍機油をより速やかに供給することができる。

　また、本実施形態では、下端部１４ｃを挟んだ第１傾斜部１４ａと第２傾斜部１４ｄとがＶ字状になっているので、圧縮機１０と蒸発器１３を接続する配管１４に貯留できる冷凍機油の量を多くすることができる。

　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　例えば、上記実施形態では、圧縮機１０の冷媒流れ方向上流側に位置する上流側構成機器が蒸発器１３である例について説明したが、これに限らず、上流側構成機器が蒸発器１３とは異なる構成機器であってもよい。この場合には、圧縮機１０と、蒸発器１３とは異なる上流側構成機器とを接続する配管１４に傾斜部１４ａ、１４ｄ等を設ければよい。

　また、上記実施形態では、第１上端部１４ｂよりも圧縮機１０が低い位置に設けられているが、第１上端部１４ｂと圧縮機１０を同じ高さとしてもよく、第１上端部１４ｂよりも圧縮機１０が高くなるようにしてもよい。

　また、上記実施形態では、第２上端部１４ｅよりも蒸発器１３が低い位置に設けられているが、第２上端部１４ｅと蒸発器１３を同じ高さとしてもよく、第２上端部１４ｅよりも蒸発器１３が高くなるようにしてもよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　冷媒を凝縮する室外熱交換器（１１）と、前記冷媒を圧縮して前記室外熱交換器に向かって吐出する圧縮機（１０）とを含む複数の構成機器（１０～１３）が配管（１４）によって環状に接続され、前記圧縮機が作動することで冷媒が所定の冷媒流れ方向に循環する冷凍サイクル装置であって、
　前記圧縮機と、前記圧縮機よりも前記冷媒流れ方向の上流側に位置する前記構成機器である上流側構成機器（１３）とを接続する前記配管に、前記冷媒流れ方向の下流側に向かって高くなるように傾斜した傾斜部（１４ａ）が設けられている冷凍サイクル装置。
　前記圧縮機と前記上流側構成機器とを接続する前記配管において、前記傾斜部の前記冷媒流れ方向の上流側に、鉛直方向下方に向かって突出する下端部（１４ｃ）が設けられている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記圧縮機と前記上流側構成機器とを接続する前記配管において、前記下端部の前記冷媒流れ方向の上流側に、前記冷媒流れ方向上流側に向かって高くなるように傾斜した上流側傾斜部（１４ｄ）が設けられている請求項２に記載の冷凍サイクル装置。