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技術 冷凍装置

出願人 ダイキン工業株式会社
発明者 高柳誠藤田千織竹内知久小谷拓也
出願日 2015年3月20日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2015-058218
公開日 2016年10月6日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2016-176664
状態 特許登録済
技術分野 不可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械 気液分離装置、除霜装置、制御または安全装置
主要キーワード 余剰量 内部冷媒 流量差 液側冷媒連絡配管 マルチタイプ 回転数毎 冷媒配管長 水熱源
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

圧縮機内に適正量の冷凍機油貯留し、冷媒回路中への流出を抑制して性能の向上を図ることができる冷凍装置を提供する。

解決手段

圧縮機11と、この圧縮機11の吐出側に接続される油分離器21と、圧縮機11の吸入側と油分離器21との間に設けられ、油分離器21内の冷凍機油を圧縮機11に戻すための第1の油戻し配管33と、を有し、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う冷凍装置であって、第1の油戻し配管33には、油を貯留可能な油調容器23と、油調整容器23から圧縮機11へ戻る冷凍機油の流量を一定量に制限することによって、圧縮機11内の冷凍機油の量を所定量に安定させる絞り部材24と、が設けられている。

概要

背景

蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う空気調和装置等の冷凍装置においては、冷媒圧縮する圧縮機の駆動部品潤滑にするために冷凍機油封入されている。この冷凍機油の一部は、圧縮機から吐出される冷媒とともに、冷媒回路中に流出する。流出した冷凍機油の大部分は、油分離器により分離されて圧縮機に戻されるが、一部の冷凍機油は、冷媒とともに冷媒回路内循環してから圧縮機に戻されるようになっている(例えば、特許文献1参照)。

概要

圧縮機内に適正量の冷凍機油を貯留し、冷媒回路中への流出を抑制して性能の向上をることができる冷凍装置を提供する。圧縮機11と、この圧縮機11の吐出側に接続される油分離器21と、圧縮機11の吸入側と油分離器21との間に設けられ、油分離器21内の冷凍機油を圧縮機11に戻すための第1の油戻し配管33と、を有し、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う冷凍装置であって、第1の油戻し配管33には、油を貯留可能な油調容器23と、油調整容器23から圧縮機11へ戻る冷凍機油の流量を一定量に制限することによって、圧縮機11内の冷凍機油の量を所定量に安定させる絞り部材24と、が設けられている。

目的

本発明は、圧縮機内に保有された冷凍機油の冷媒回路中への流出を抑制して性能の向上を図ることができる冷凍装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

圧縮機(11)と、この圧縮機(11)の吐出側に接続される油分離器(21)と、前記圧縮機(11)の吸入側と前記油分離器(21)との間に設けられ、前記油分離器(21)内の冷凍機油を前記圧縮機(11)に戻すための第1の油戻し配管(33)と、を有し、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う冷凍装置であって、前記第1の油戻し配管(33)には、油を貯留可能な油調容器(23)と、前記油調整容器(23)から前記圧縮機(11)へ戻る冷凍機油の流量を一定量に制限することによって、前記圧縮機(11)内の冷凍機油の量を所定量に安定させる絞り部材(24)と、が設けられている、冷凍装置。

請求項2

前記油調整容器(23)と前記圧縮機(11)との間には、前記第1の油戻し配管(33)と並列に第2の油戻し配管(34)が設けられ、この第2の油戻し配管(34)に流量を調整する調整弁(26)が設けられている、請求項1に記載の冷凍装置。

請求項3

前記絞り部材(24)の上流側と下流側との差圧所定値以下の場合に、前記調整弁(26)を開くように制御する制御部(40)を備えている、請求項2に記載の冷凍装置。

請求項4

前記制御部(40)は、前記圧縮機(11)へ冷凍機油を戻す油戻し運転を行う際に前記調整弁(26)を開くように制御する、請求項2に記載の冷凍装置。

技術分野

0001

本発明は、空気調和装置等の冷凍装置に関する。

背景技術

0002

蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う空気調和装置等の冷凍装置においては、冷媒圧縮する圧縮機の駆動部品潤滑にするために冷凍機油封入されている。この冷凍機油の一部は、圧縮機から吐出される冷媒とともに、冷媒回路中に流出する。流出した冷凍機油の大部分は、油分離器により分離されて圧縮機に戻されるが、一部の冷凍機油は、冷媒とともに冷媒回路内循環してから圧縮機に戻されるようになっている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開平11−316058号公報

発明が解決しようとする課題

0004

圧縮機内の冷凍機油は、冷媒回路中に流出したとしても不足が生じないように、実際の冷媒配管長に関係なく最大配管長を想定して多めに封入されている。そのため、圧縮機内には、適正量よりも多い冷凍機油が貯留される場合がある。
しかし、圧縮機内の冷凍機油は、その量が多いほど冷媒と共に吐出されやすくなり、冷媒回路中に多くの冷凍機油が流出する。冷媒回路中に流出した冷凍機油は熱交換器等における熱交換の妨げとなるため、冷凍装置の性能が低下する可能性がある。

0005

本発明は、圧縮機内に保有された冷凍機油の冷媒回路中への流出を抑制して性能の向上を図ることができる冷凍装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

(1)本発明の冷凍装置は、圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される油分離器と、前記圧縮機の吸入側と前記油分離器との間に設けられ、前記油分離器内の冷凍機油を前記圧縮機に戻すための第1の油戻し配管と、を有し、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う冷凍装置であって、
前記第1の油戻し配管には、
冷凍機油を貯留可能な油調容器と、
前記油調整容器から前記圧縮機へ戻る冷凍機油の流量を一定量に制限することによって、前記圧縮機内の冷凍機油の量を所定量に安定させる絞り部材と、が設けられている。

0007

上記の構成によれば、油調整容器が第1の油戻し配管に設けられているので、油分離器から圧縮機に戻る途中の余剰の冷凍機油を油調整容器に貯留することができる。したがって、圧縮機内の冷凍機油の余剰量を少なくすることができ、圧縮機から冷媒とともに吐出される冷凍機油量を可及的に少なくし、熱交換効率の低下等を抑制することができる。
一方、絞り部材は、油調整容器から圧縮機へ戻る冷凍機油の流量を一定量に制限し、圧縮機内の冷凍機油の量を所定量に安定させる。例えば、圧縮機内の適正な量の冷凍機油が保有させているときは、絞り部材によって、圧縮機から吐出される冷凍機油とほぼ同量の冷凍機油を油調整容器から圧縮機に戻し、圧縮機内の冷凍機油を適正量に安定させることができる。圧縮機内に保有された冷凍機油が適正量よりも多い場合は、圧縮機から吐出される冷凍機油の流量が多くなるが、キャピラリによって制限された流量で油調整容器から圧縮機に冷凍機油を戻し、余剰分は油調整容器に貯留することによって、圧縮機内の冷凍機油を適正量に安定させることができる。逆に、圧縮機内に保有された冷凍機油が適正量よりも少ない場合は、圧縮機から吐出される冷凍機油の流量が少なくなるが、圧縮機から吐出される冷凍機油に加えて油調整容器内に貯留された冷凍機油もキャピラリを介して圧縮機に戻すことができるので、次第に圧縮機内の冷凍機油を適正量に安定させることができる。したがって、本発明においては、第1の油戻し配管に絞り部材を設けることによって、開閉弁等の電気部品を用いなくても圧縮機内の冷凍機油の量を安価に制御することができる。また、絞り部材として、故障等の少ない部品を用いることができるので信頼性を高めることができる。
なお、冷凍機油を安定させる所定量とは、特定の1つの値であってもよいし、一定幅を有する範囲であってもよい。また、圧縮機が容量可変型(運転回転数可変型)である場合には、その容量(運転回転数)に応じて所定量は変化する。

0008

(2)前記油調整容器と、前記圧縮機との間には、前記第1の油戻し配管と並列に第2の油戻し配管が設けられ、この第2の油戻し配管に流量を調整する調整弁が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、例えば、絞り部材の上流側と下流側の差圧が小さく、絞り部材を一定の流量の冷凍機油が流れない場合や、複数の圧縮機の間で冷凍機油の偏りを解消するために油調整容器を空にしたい場合には、必要に応じて調整弁を開くことによって油調整容器内の冷凍機油を全て排出し、圧縮機に戻すことができる。
なお、ここでいう調整弁は、流量を無段階又は多段階に調整できるものに限らず、単に第2の油戻し配管を開閉するだけのもの(冷凍機油の流れをオンオフする開閉弁)も含む。

0009

(3)上記冷凍装置は、前記絞り部材の上流側と下流側との差圧が所定値以下の場合に、前記調整弁を開くように制御する制御部を備えていてもよい。
絞り部材の上流側と下流側との差圧が所定値以下の場合には、圧縮機内の冷凍機油を所定量に安定させるために必要な冷凍機油の量を圧縮機に戻すことができない可能性がある。したがって、このような場合には、必要量の冷凍機油が圧縮機に戻るように調整弁を制御することができる。

0010

(4)前記制御部は、前記圧縮機へ冷凍機油を戻す油戻し運転を行う際に前記調整弁を開くように制御することが好ましい。
このような構成によって、冷媒回路内に存在する冷凍機油を圧縮機に戻す油戻し運転を行う際に、絞り部材による流量の制限に影響されることなく、油調整容器内の冷凍機油を第2の油戻し配管を介して圧縮機に戻すことができる。

発明の効果

0011

本発明によれば、圧縮機内に保有された冷凍機油の冷媒回路中への流出を抑制し、性能の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の一実施の形態における空気調和装置の概略構成図である。
空気調和装置の要部(圧縮機回り)を詳細に示す概略構成図である。
圧縮機内の冷凍機油の油面高さ油上がり率との関係を説明するグラフである。
圧縮機の回転数と油上がり率とキャピラリの抵抗との関係を説明するグラフである。
圧縮機の回転数と、圧縮機内、油調整容器内、及び冷媒回路の配管内における冷凍機油量との関係を説明するグラフである。

実施例

0013

図1は、本発明の一実施の形態に係る冷凍装置としての空気調和装置を示す模式図である。
空気調和装置1は、例えばビル用のマルチタイプの空気調和装置であり、複数の室外機2に対して複数の室内機3が並列に接続され、冷媒が流通できるように、冷媒回路10が形成されている。

0014

室外機2には、圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、室外膨張弁14、アキュムレータ20、油分離器21等が設けられている。これらは冷媒配管によって接続されている。また、室外機2には、送風ファン22が設けられている。室内機3には、室内膨張弁15及び室内熱交換器16等が設けられている。

0015

四路切換弁12と室内熱交換器16とはガス冷媒連絡配管17aにより接続されている。室外膨張弁14と室内膨張弁15とは液側冷媒連絡配管17bにより接続されている。室外機2の内部冷媒回路端末部には、ガス側閉鎖弁18と液側閉鎖弁19とが設けられている。ガス側閉鎖弁18は四路切換弁12側に配置されており、液側閉鎖弁19は室外膨張弁14側に配置されている。ガス側閉鎖弁18にはガス側冷媒連絡配管17aが接続され、液側閉鎖弁19には液側冷媒連絡配管17bが接続される。

0016

図2にも示すように、油分離器21は、圧縮機11の吐出側と四路切換弁12との間の吐出配管31に設けられている。また、油分離器21は、四路切換弁12と圧縮機11の吸入側とを接続する吸入配管32に、第1の油戻し配管33を介して接続されている。

0017

上記構成の空気調和装置1において、冷房運転を行う場合には、四路切換弁12が図1において実線で示す状態に保持される。圧縮機11から吐出された高温高圧ガス状冷媒は、油分離器21及び四路切換弁12を経て室外熱交換器13に流入し、送風ファン22の作動により室外空気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は、全開状態の室外膨張弁14を通過し、液側冷媒連絡配管17bを通って各室内機3に流入する。室内機3において、冷媒は、室内膨張弁15で所定の低圧減圧され、さらに室内熱交換器16で室内空気と熱交換して蒸発する。そして、冷媒の蒸発によって冷却された室内空気は、図示しない室内ファンによって室内に吹き出され、当該室内を冷房する。また、室内熱交換器16で蒸発して気化した冷媒は、ガス側冷媒連絡配管17aを通って室外機2に戻り、四路切換弁12及びアキュムレータ20を経て圧縮機11に吸い込まれる。

0018

他方、暖房運転を行う場合には、四路切換弁12が図1において破線で示す状態に保持される。圧縮機11から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、油分離器21及び四路切換弁12を経て各室内機3の室内熱交換器16に流入し、室内空気と熱交換して凝縮・液化する。冷媒の凝縮によって加熱された室内空気は、室内ファンによって室内に吹き出され、当該室内を暖房する。室内熱交換器16において液化した冷媒は、目標過冷却度となるように開度調節された室内膨張弁15から液側冷媒連絡配管17bを通って室外機2に戻る。室外機2に戻った冷媒は、室外膨張弁14で所定の低圧に減圧され、さらに室外熱交換器13で室外空気と熱交換して蒸発する。そして、室外熱交換器13で蒸発して気化した冷媒は、四路切換弁12及びアキュムレータ20を経て圧縮機11に吸い込まれる。

0019

圧縮機11は、容量可変型であり、インバータ制御によってモータの回転数が調整される。また、圧縮機11の内部には、駆動部品を潤滑するための冷凍機油が貯留されており、この冷凍機油は、冷媒とともに僅かな量が圧縮機11から吐出される。吐出された冷凍機油は、油分離器21において冷媒から分離され、第1の油戻し配管33を介して圧縮機11の吸入側に戻される。
また、第1の油戻し配管33には、油調整容器23と、キャピラリチューブ(絞り部材)24とが設けられている。油調整容器23は、内部に冷凍機油を貯留可能に構成されている。キャピラリチューブ24は、第1の油戻し配管33を流れる冷凍機油に抵抗を与え、内部を流れる冷凍機油の流量を略一定に制限する。さらに、油調整容器23と吸入配管32との間には、第1の油戻し配管33と並列に第2の油戻し配管34が設けられている。そして、第2の油戻し配管34には、電磁弁(開閉弁)26が設けられている。

0020

油分離器21によって分離された冷凍機油は、そのまま油調整容器23に流入し、キャピラリチューブ24によって制限された流量で圧縮機11に戻される。油分離器21から油調整容器23に流入する冷凍機油の流量が、キャピラリチューブ24を流れる冷凍機油の流量よりも多い場合は、流量差に相当する量の冷凍機油が油調整容器23内に貯留される。逆に油分離器21から油調整容器23に流入する冷凍機油の流量が、キャピラリチューブ24を流れる冷凍機油の流量よりも少ない場合は、油分離器21から油調整容器23に流入する冷凍機油の全量が圧縮機11に戻され、さらに元々油分離器21内に貯留されていた冷凍機油も圧縮機11に戻される。油分離器21から油調整容器23に流入する冷凍機油の量は、圧縮機11から吐出される冷凍機油の量に依存する。

0021

図3は、圧縮機内の冷凍機油の油面高さと油上がり率との関係を説明するグラフである。油上がり率とは、圧縮機11から吐出される冷媒に含まれる冷凍機油の割合であり、その値が高いほど圧縮機11から吐出される冷凍機油の量が多くなる。図3によると、油上がり率は、圧縮機11内の冷凍機油の油面高さが高いほど、つまり冷凍機油の量が多いほど、高くなることが分かる。また、図3には、複数の回転数毎に冷凍機油の量と油上がり率との関係が示されている。これによると、回転数が高いほど油上がり率が高くなる傾向にあることが分かる。

0022

本実施の形態において、キャピラリチューブ24によって制限される冷凍機油の流量(抵抗)は、例えば以下のように設定することができる。
図4は、圧縮機の回転数と油上がり率とキャピラリチューブの抵抗との関係を説明するグラフである。キャピラリチューブ24の抵抗を設定するにあたって、まず、圧縮機11が定格回転数で運転されているときに、圧縮機11内の潤滑が適切に行われる油面高さを「規定油面高さ」に設定する。例えば、図2に示すように、定格回転数を140rpsとしたとき、油上がり率が3%となる油面高さを「規定油面高さ」に設定する。

0023

そして、図4に示すように、圧縮機11を定格回転数で運転しているときに圧縮機11から吐出される冷凍機油の量、すなわち油上がり率3%で吐出される冷凍機油の量(規定の吐出油量)が、そのまま油調整容器23から圧縮機11に戻されるようにキャピラリチューブ24の抵抗を選定する。したがって、圧縮機11内に規定油面高さの冷凍機油が保有されている場合、定格回転数による運転中は、圧縮機11内の冷凍機油は規定の油面高さで維持されることになる。

0024

圧縮機11内に保有される冷凍機油が規定油面高さを超えている場合(図4の「油面(高)」参照)、定格回転数で圧縮機11を駆動すると3%を超える油上がり率で冷凍機油が吐出されて油調整容器23に流入する。しかし、圧縮機11には、キャピラリチューブ24によって油上がり率3%相当の冷凍機油しか戻らないので、図3に矢印aで示すように、圧縮機11内に保有される冷凍機油が次第に減り、規定油面高さで安定する。そして、圧縮機11に戻されなかった冷凍機油は油調整容器23に貯留される。

0025

したがって、圧縮機11から吐出される冷凍機油の量が規定よりも多い場合であっても、余剰分を油調整容器23内に貯留することができる。そのため、圧縮機11に戻されなかった冷凍機油が冷媒回路10内に排出されるのを防止し、冷凍装置1の性能の低下を抑制することができる。

0026

逆に、圧縮機11内に保有される冷凍機油が規定油面高さに満たない場合(図3の「油面(低)」参照)、定格回転数で運転すると3%未満の油上がり率で冷凍機油が吐出され、油調整容器23に流入する。しかし、油調整容器23から圧縮機11には、キャピラリチューブ24により、油調整容器23に元々貯留されていた冷凍機油も含めて油上がり率3%相当の冷凍機油が戻される。すなわち、油調整容器23に流入する冷凍機油よりも流出する冷凍機油の方が多くなる。そのため、図3に矢印bで示すように、圧縮機11内に保有される冷凍機油が次第に増え、規定油面高さで安定する。

0027

したがって、圧縮機11内の冷凍機油が規定よりも少ない場合であっても、油調整容器23内の冷凍機油に用いて規定油面高さまで冷凍機油を増量することができる。そのため、定格運転時油切れを防止し、圧縮機11の信頼性を高め、安定した冷凍サイクル運転を行うことができる。

0028

一方、圧縮機11が定格回転数よりも低い回転数で運転される場合、例えば、図4における回転数Aで圧縮機11が運転される場合について説明する。圧縮機11内に保有される冷凍機油の量が規定油面高さである場合、圧縮機11からは3%に満たない冷凍機油の量が吐出されるが、キャピラリチューブ24によって、油調整容器23に貯留されていた冷凍機油も含めて油上がり率3%の相当の冷凍機油が圧縮機11に戻される。したがって、圧縮機11内に保有される冷凍機油が次第に増え、規定油面高さよりも高い油面(図3における油面(高))で安定する。この場合、定格運転時の規定油面高さよりも多い冷凍機油が圧縮機11内に保有されることになるが、圧縮機11から吐出される冷凍機油の量は定格運転時からは増えないため、冷媒回路10内に排出される冷媒の量が増えることもない。

0029

なお、キャピラリチューブ24の抵抗は、冷凍装置1の定常運転(冷房運転及び暖房運転)で、キャピラリチューブ24の上流側と下流側の差圧も考慮して設定される。具体的には、定常運転における最低差圧の条件で、油調整容器23から圧縮機11に戻される冷凍機油の流量が圧縮機11から吐出される冷凍機油の流量よりも大きくなるように設定される。

0030

図5は、圧縮機の回転数と、圧縮機内、油調整容器内、及び冷媒回路の配管内における冷凍機油量との関係を説明するグラフである。
図5によると、回転数が低い領域αでは、圧縮機11に保有される冷凍機油の量が多くなり、逆に油調整容器23内の冷凍機油の貯留量や配管に保持される冷凍機油量は少ない。また、領域βのように回転数が上昇すると、圧縮機11から吐出される冷凍機油量が増大するため、圧縮機11の保有量は減少するが、その分油調整容器23に貯留される冷凍機油量が増え、冷媒回路10の配管に排出される冷凍機油量はそれほど増加しない。そして、回転数が高い領域γでは、圧縮機11、油調整容器23、及び配管で保持される冷凍機油量が安定する。

0031

図2に示すように、第2の油戻し配管34に設けられた電磁弁26は、冷凍装置1の定常運転の際は閉じた状態とされ、特定の運転状態のときに開いた状態とされることによって油調整容器23内の冷凍機油を圧縮機11に戻すように構成されている。
例えば、キャピラリチューブ24の上流側と下流側の差圧が所定値以下であり、キャピラリチューブ24を介して油調整容器23内の冷凍機油を圧縮機11に戻せない場合には、電磁弁26を開き、第2の油戻し配管34を経由して冷凍機油を圧縮機11に戻すことができる。

0032

また、冷凍装置1の起動時、デフロスト運転時、又は油戻し運転時等の定常運転以外の運転状態の場合にも、圧縮機11内の油切れが生じないように電磁弁26を開き、油調整容器23内の冷凍機油を第2の油戻し配管34を介して圧縮機11に戻すことができる。
なお、油戻し運転とは、例えば、複数台室外ユニット間で圧縮機11に保有される冷凍機油の偏り(偏油)を解消するために定期的に行われる運転であり、電磁弁26を開くことによって油調整容器23内の冷凍機油を全て排出し、各圧縮機11に均等に冷凍機油が保有されるようにする運転である。

0033

電磁弁26は、制御部40によって動作制御される。特に、キャピラリチューブ24の上流側と下流側の差圧に応じて電磁弁26を開閉する場合には、制御部40は、キャピラリチューブ24の上流側圧力(圧縮機11の吐出圧力)と下流側圧力(圧縮機11の吸入圧力)とを測定する圧力センサ28,29(図2参照)の検出値に基づいて電磁弁26を制御することができる。

0034

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態において説明した定格運転の回転数や、規定油面の基準となる油上がり率等は、冷凍装置1の種類や設置状況等に応じて適宜変更することができるものである。

0035

第2の油戻し配管34に設けられた電磁弁26は、冷凍機油の流量を調整可能な調整弁とされていてもよい。
冷媒回路の構成も上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、冷媒回路中に他の付属機器が含まれていてもよい。

0036

上記実施形態では、キャピラリチューブ24の上流側圧力と下流側圧力とを測定するために圧力センサ28,29が用いられていたが、凝縮器における凝縮温度又は蒸発器における蒸発温度温度センサによって測定し、その温度を圧力に換算してもよい。

0037

上記実施形態の室外熱交換器13は、空気と熱交換を行う空気熱源式とされていたが、水と熱交換を行う水熱源式とされていてもよい。

0038

1 :空気調和装置(冷凍装置)
10 :冷媒回路
11 :圧縮機
21 :油分離器
23 :油調整容器
24 :キャピラリチューブ(絞り部材)
26 :電磁弁(調整弁)
33 :第1の油戻し配管
34 :第2の油戻し配管
40 :制御部

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