(57)【要約】【課題】一定速圧縮機とキャピラリーチューブを用た冷凍サイクルで、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、低コストで過負荷時の圧縮機の吐出温度の上昇を抑制して圧縮機の信頼性を確保可能な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】一定速圧縮機１とキャピラリーチューブ５，７を用い、キャピラリーチューブの高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換する熱交換機構８を設置した構成としてある。これにより、環境温度の変化などにより一定速圧縮機１の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、電磁弁を用いることなく圧縮機の吐出温度の上昇を抑制することが可能となるので、低コストで信頼性の高い冷凍サイクル装置とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接した冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置をキャピラリーチューブとし、前記キャピラリーチューブの高圧側冷媒と低圧側冷媒との間で互いに熱交換する熱交換機構を設置したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
冷媒としてＲ３２またはＲ３２を主成分とする混合冷媒を用いたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
Ｒ３２を主成分とする混合冷媒は、Ｒ３２とＨＦＯ１２３４ｙｆの混合冷媒であることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
キャピラリーチューブは冷房用キャピラリーと暖房用キャピラリーを設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
キャピラリーチューブの高圧側配管と低圧側配管を相互に密着させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮機式の冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置を含む冷凍装置が冷凍サイクル稼動時に環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合、圧縮機の絶縁や冷凍機油の変質など信頼性面に問題があり、この問題を解決するために絞り機構として絞り量可変の電動膨張弁、能力可変圧縮機を使用して吐出温度を調整してきた（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
また、絞り機構前の液冷媒を圧縮機吸入口に導入する液バイパス機構により吐出温度の上昇を抑えて圧縮機の信頼性を確保してきた。
【０００４】
この様な背景の中にあって最近、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒の採用が検討され始めている。このＨＦＣ系冷媒は、オゾン層の保護に加え、地球温暖化の防止に効果を発揮する。すなわち、従来のＨＣＦＣ系冷媒（Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなど）に比較して低ＧＷＰである。よって、ＨＦＣ系冷媒での一種であるＲ３２やＲ３２を含む混合冷媒の適用が叫ばれている。
【０００５】
上記Ｒ３２を空調装置に用いた場合、従来冷媒であるＲ２２、Ｒ４０７Ｃ及びＲ４１０Ａに比べて理論ＣＯＰや熱伝達率が高く、圧力損失が小さいため、実際のサイクル効率が高くなるという効果がある。しかしながら、従来冷媒と比べて冷媒の熱物性である断熱指数が大きいため、圧縮機の吐出温度が約１０〜２０℃程度高いという特性がある。特に、過負荷の外気温度条件時にはさらに吐出温度が上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４６５６５４号公報
【特許文献２】実公平２−３３１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、一定速圧縮機と固定絞りであるキャピラリーチューブを用いた冷凍サイクル装置では過負荷時に吐出温度を調整できない。また、液バイパス機構は吐出温度が一定以上となった時に開成する電磁弁が必要となるため、コストアップの要因となっていた。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、一定速圧縮機とキャピラリーチューブを用い、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、低コストで過負荷時における圧縮機の吐出温度の上昇を抑制して圧縮機の信頼性を確保可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接した冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置をキャピラリーチューブとし、前記キャピラリーチューブの高圧側冷媒と低圧側冷媒で熱交換する構成としたものである。
【００１０】
これにより、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、電磁弁を用いることなく圧縮機の吐出温度の上昇を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、電磁弁を用いることなく圧縮機の吐出温度上昇を抑制することが可能となるので、低コストで信頼性の高い冷凍サイクルとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクル図
【図２】従来の冷凍サイクルにおけるＰＨ線図
【図３】本発明の実施の形態１の冷凍サイクルにおける過負荷運転時のＰＨ線図
【図４】キャピラリーを流れる冷媒量と過冷却度の関係図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接した冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置をキャピラリーチューブとし、前記キャピラリーチューブの高圧側冷媒と低圧側冷媒の間で互いに熱交換する熱交換機構を設置した構成としてあり、電磁弁を用いることなく低コストで過負荷時の圧縮機の吐出温度の上昇を抑制でき圧縮機の信頼性を確保可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、冷媒としてＲ３２またはＲ３２を主成分とする混合冷媒を用いたものであり、オゾン層の保護に加え、従来冷媒（Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなど）に比較して低ＧＷＰであるから、地球温暖化の防止に大きく貢献しつつ、Ｒ３２やＲ３２を主成分とする混合冷媒の問題点である過負荷時の圧縮機の吐出温度上昇を抑制でき、圧縮機の信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明におけるＲ３２を主成分とする混合冷媒は、Ｒ３２とＨＦＯ１２３４ｙｆの混合冷媒としたものである。
【００１６】
これにより、第２の発明と同様、地球温暖化の防止に大きく貢献しつつ、Ｒ３２を主成分とする混合冷媒の問題点である過負荷時の圧縮機の吐出温度上昇を抑制でき、圧縮機の信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００１７】
第４の発明は、第１〜３の発明において、キャピラリーチューブは冷房運転用と暖房運転用を設置した構成としてあり、冷房、暖房でそれぞれの最適な絞り量とすることができ、効率を向上できる。
【００１８】
第５の発明は、第１〜４の発明において、キャピラリーチューブの高圧側配管と低圧側配管を相互に密着させて熱交換させる構成としてあり、過負荷時の圧縮機の吐出温度上昇を効率よく抑制できる。
【００１９】
以下に、本発明の冷凍サイクル装置について説明する。なお、この実施の形態よって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明の冷凍サイクル装置を空気調和機に用いた時の冷凍サイクル図である。尚、冷房運転と暖房運転では凝縮器１２と蒸発器１４が入れ替わるため、暖房運転時には符
号に（）を付して併記した。
【００２１】
本発明の空気調和機はＲ３２またはＲ３２を主成分とする混合冷媒を用いたもので、混合冷媒はＲ３２とＨＦＯ１２３４ｙｆとの混合冷媒である。よって、地球温暖化防止に効果を発揮するが、過負荷の外気温度条件時には従来冷媒に比べ更に吐出温度が高くなる問題点がある。この問題点を以下に述べる構成によって、解消している。
【００２２】
すなわち、本実施の形態による空気調和機は、室外機側に、冷媒を圧縮する一定速圧縮機１、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁２、冷房運転時には凝縮器１２となり暖房運転時には蒸発器１４となり冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３、室外熱交換器３内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン１１を備えている。
【００２３】
そして、上記冷媒の吐出温度上昇問題を解決する熱交換機構８が設けてある。この熱交換機構は、冷房運転時には開成し暖房運転時に閉止する冷房時逆止弁４、暖房時に絞り装置となる暖房用キャピラリー５、暖房運転時には開成し冷房運転時に閉止する暖房時逆止弁６、冷房時に絞り装置であるキャピラリー１３となる冷房用キャピラリー７、冷房用キャピラリー７または暖房時に絞り装置であるキャピラリー１３となる暖房用キャピラリー５近傍の高圧側冷媒配管と低圧側冷媒配管相互を密着させて熱交換を行なうように構成してある。
【００２４】
さらに、室内機側には、冷房運転時には蒸発器１４となり暖房運転時には凝縮器１２となり冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器９、室内熱交換器９内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内ファン１０を備えている。
【００２５】
そして、上記室外機２２は屋外に、室内機２１は屋内に設置されており、室外機２２と室内機２１は液側接続管２３とガス側接続管２４で接続されている。
【００２６】
このように構成された、空気調和機について動作を説明する。
【００２７】
先ず、冷房運転時には、一定速圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通る。そして、室外ファン１１によって外気と熱交換を促進して放熱し高圧の液冷媒となり熱交換機構８に送られ、冷房運転時に開成する冷房時逆止弁４を通って、冷房用キャピラリー７に送られる。この時暖房時逆止弁６は閉止している。
【００２８】
冷房用キャピラリー７では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり熱交換機構８で高圧側冷媒と相互に熱交換して、液接続管２３を通って、室内熱交換器９に送られる。
【００２９】
室内ファン１０によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器９を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は温度湿度が低下して、室内ファン１０により室内に吹き出され室内を冷房する。また、ガス冷媒は、ガス側接続管２４を通過して四方弁２に入り一定速圧縮機１に戻る。
【００３０】
また、暖房運転時には、一定速圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り、ガス接続管２４に送られる。室内ファン１０によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器９を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で室内ファン１０によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管２３を通って熱交換機構８に送られ、暖房運転時に開成する暖房時逆止弁６を通って暖房用キャピラリー５に送られる。この時冷房時逆止弁４は閉止している。
【００３１】
暖房用キャピラリー５において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、熱交換機構８で高圧側冷媒と相互に熱交換して、室外熱交換器３に送られて、室外ファン１１によって外気と熱交換を促進して蒸発気化し、四方弁２を経由して一定速圧縮機１へ戻される。
【００３２】
このようにして冷暖房運転がなされる。
【００３３】
次に図２を用いて従来技術の冷凍サイクルについて説明する。図２は従来技術の冷凍サイクルのＰＨ線図である。図２において実線は通常運転時の冷凍サイクルであり、Ａ点は圧縮機吸入、Ｂ点は圧縮機吐出、Ｃ点は凝縮器出口、Ｄ点は蒸発器入口を示している。
【００３４】
また、破線は過負荷時の冷凍サイクルでありＡ’点は圧縮機吸入、Ｂ’点は圧縮機吐出、Ｃ’点は凝縮器出口、Ｄ’点は蒸発器入口を示している。Ｔ１はＢ’点を通る等温線の温度を示し、Ｔ２はＢ点を通る等温線の温度であり、Ｔ１＞Ｔ２の関係にある。
【００３５】
図２に示す様に、環境温度の変化などにより通常運転が過負荷運転となった場合には高圧圧力、低圧圧力が上昇するとともに、圧縮機吐出温度も上昇することになり、環境温度が想定以上に上昇した場合など条件によっては圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越える場合がある。
【００３６】
しかしながら、本発明の熱交換機構８を用いた場合は、これを抑制することができる。その熱交換機構８の動作について図３を用いて詳細に説明する。図３は過負荷運転時のＰＨ線図を示しており、実線は本発明の冷凍サイクルを示し、破線は従来技術の冷凍サイクルを示している。
【００３７】
Ａ’点、Ｂ’点、Ｃ’点及びＤ’点は従来技術の冷凍サイクルの各ポイントを示している。Ａ’点は圧縮機吸入、Ｂ’点は圧縮機吐出、Ｃ’点は凝縮器出口、Ｄ’点は蒸発器入口を示している。
【００３８】
また、Ａ点，Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点及びＦ点は本発明の冷凍サイクルの各ポイントを示している。Ａ点は圧縮機吸入、Ｂ点は圧縮機吐出、Ｃ点は凝縮器出口、Ｄ点は蒸発器入口を示しており、Ｅ点はキャピラリー入口、Ｆ点はキャピラリー出口を示している。
【００３９】
冷房運転時には凝縮器である室外熱交換器３出口がＣ点、冷房用キャピラリー７入口がＥ点、出口がＦ点となり、蒸発器である室内熱交換器９の入口がＤ点となる。
【００４０】
室外熱交換器３を通った高温高圧の液冷媒は、熱交換機構８に入る。一方、低温低圧の二相となった冷媒が熱交換機構８を通るため互いに熱交換を行なうことになる。従って、室外熱交換器３を通った高温高圧の液冷媒は熱交換機構８で熱交換して放熱するため、Ｃ点からＥ点に変化する。Ｅ点の冷媒は冷房用キャピラリー７に入って断熱膨張してＦ点となり低温低圧の二相冷媒となり、熱交換機構８で熱交換して吸熱するためＦ点からＤ点に変化する。この様にして熱交換機構８での熱交換が行なわれる。
【００４１】
この時、冷房用キャピラリー７に入る冷媒の過冷却度は従来技術の冷凍サイクルに比べて大きくなることになる。冷房用キャピラリー７を通る冷媒循環量は高圧圧力と低圧圧力の圧力差とはほぼ比例の関係にある。
【００４２】
また、図４にキャピラリーチューブ１３を流れる冷媒量と過冷却度の関係を示す。図４に示す様に一定圧力差の元では過冷却度の小さな領域では冷媒循環量の変化が大きく、一定の過冷却度以上となった場合には冷媒循環量はほぼ一定となる。従来技術の冷凍サイク
ルではキャピラリーチューブ１３入口での過冷却度は小さいため、本発明の冷凍サイクルにより過冷却度を大きくすることで、キャピラリーチューブ１３を流れる冷媒循環量は増加しその割合は大きいことになる。
【００４３】
従って、一定速圧縮機１の循環量を増加させるため一定速圧縮機１の吸入密度を大きくするために低圧圧力がやや上昇するため一定速圧縮機１の吐出温度は低下することになる。また、このとき低圧圧力が上昇するため、圧縮機の入力が低下して冷凍サイクルの効率が向上する。
【００４４】
図３に示すＴ１はＢ’点を通る等温線の温度を示し、Ｔ３はＢ点を通る等温線の温度であり、Ｔ１＞Ｔ３の関係にある。
【００４５】
さらにまた、従来技術の冷凍サイクルにおいて通常運転ではキャピラリー入口での過冷却度は大きいため、本発明の冷凍サイクルとした場合においても、キャピラリーを流れる冷媒量はやや増加する傾向にあるが、過負荷運転時に比べて大きな差は生じない。
【００４６】
暖房運転時にも同様の動作により過負荷運転時にキャピラリーを流れる冷媒量が増加して一定速圧縮機１の吐出温度は低下することになるが、詳細な説明は割愛する。
【００４７】
このようにして一定速圧縮機１、凝縮器１２、絞り装置、蒸発器１４を環状に連接した冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置をキャピラリーチューブ１３とし、前記キャピラリーチューブ１３の高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換する構成とすることで、電磁弁を用いることなく低コストで環境温度の変化などにより一定速圧縮機１の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、圧縮機の吐出温度の上昇を抑制して一定速圧縮機１の信頼性を確保可能となる。む。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、電磁弁を用いることなく圧縮機の吐出温度の上昇を抑制することが可能となるので、低コストで信頼性の高い冷凍サイクルとすることができ、家庭用はもちろん産業用の冷凍サイクルにも広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１  一定速圧縮機
８  熱交換機構
５  暖房用キャピラリー
７  冷房用キャピラリー
１２  凝縮器
１３  キャピラリーチューブ
１４  蒸発器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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