(57)【要約】【課題】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、過負荷時の圧縮機の吐出温度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を提供する。【解決手段】絞り装置としてキャピラリーチューブ３とキャピラリーチューブに並列接続した制御弁４を用い、制御弁は形状記憶合金バネで駆動するように構成するとともに、一定速圧縮機１を用いて冷凍サイクルを構成したもので、高価な絞り量可変型の電動膨張弁、能力可変圧縮機等を用いることなく低コスト構成で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、標準的な運転時にはサイクル効率の高い運転が可能な冷凍装置を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒としてＲ３２単一冷媒またはＲ３２を主成分とする混合冷媒を用い、一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接して構成した冷凍サイクルであって、前記絞り装置をキャピラリーチューブと該キャピラリーチューブと並列に配置した制御弁とで構成し、かつ、前記制御弁は形状記憶合金バネによって制御される構成としたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
冷媒としてＲ３２単一冷媒またはＲ３２を主成分とする混合冷媒を用い、一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接して構成した冷凍サイクルであって、前記絞り装置をキャピラリーチューブと該キャピラリーチューブと直列に接続した制御弁とで構成し、かつ、前記制御弁は形状記憶合金バネによって開閉制御される流路と常開型の流路とを並列に備えた構成としたことを特徴とする冷凍装置。
【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１または２記載の冷凍装置。
【請求項４】
Ｒ３２を主成分とする混合冷媒は、Ｒ３２とＨＦＯ１２３４ｚｅの混合冷媒であることを特徴とする請求項１または２記載の冷凍装置。
【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、運転時に、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、圧縮機の絶縁材料の劣化や冷凍機油の変質など信頼性面に問題が発生する。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】
例えば、絞り量可変の電動膨張弁を用いれば、圧縮機吸入冷媒のスーパーヒートや圧縮機吐出温度を制御することができ、冷凍サイクルを最適な状態で運転することができて、サイクル効率の高い運転ができるという特徴がある。
【０００４】
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を採用することにより吐出温度の上昇を抑えて圧縮機の信頼性を確保することができる。
【０００５】
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。
【０００６】
上記Ｒ３２を空調装置に用いた場合には、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℃以上高くなるという特性がある。特に、外気温度の高い過負荷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】
【０００７】
【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】
【０００８】
上記吐出温度の上昇防止はすでに述べたように絞り量可変の電動膨張弁、能力可変圧縮機を使用すれば可能であるが、大幅なコスト高を招くため、グローバル市場においては、価格を低く抑えるべく、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る場合が多い。
【０００９】
このような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場合、標準的な運転条件や過負荷運転条件等の時に、圧縮機吸入冷媒のスーパーヒートや圧縮機吐出温度等を制御して、冷凍サイクルを、それぞれの条件の最適な状態に調整できない。そのため、Ｒ３２単一冷媒やＲ３２を主成分とする混合冷媒を用いる場合、過負荷運転時に許容吐出温度以下になるようにキャピラリーチューブの流量を設定すると、従来の冷媒と比べて、標準的な運転条件では、キャピラリーチューブの流量が大きすぎるため、冷凍サイク
ルを最適な状態に調整できず、冷凍能力やサイクル効率が低下するという課題がある。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であり、室外機に電磁弁を動作させる電気回路などが必要となり、コストアップの要因となってしまう。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、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上昇を抑制して圧縮機の信頼性を確保し、標準的な運転時にはサイクル効率の高い運転が可能な冷凍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】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するため、冷媒としてＲ３２単一冷媒またはＲ３２を主成分とする混合冷媒を用い一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接して構成した冷凍サイクルであって、前記絞り装置をキャピラリーチューブと該キャピラリーチューブと並列に配置した制御弁とで構成し、かつ、前記制御弁は形状記憶合金バネによって制御される構成、或いは前記絞り装置をキャピラリーチューブと該キャピラリーチューブと直列に接続した制御弁とで構成し、かつ、前記制御弁は形状記憶合金バネによって開閉制御される流路と常開型の流路とを並列に備えた構成としたものである。
【００１２】
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、高価な絞り量可変型の電動膨張弁、能力可変圧縮機等を用いることなくキャピラリーチューブと形状記憶合金バネによって駆動される制御弁を用いるだけで圧縮機の吐出温度上昇を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
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、低コストで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し、標準的な運転時にはサイクル効率の高い運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍装置を適用した空気調和機の冷凍サイクル図
【図２】同空気調和機に用いた制御弁の断面図
【図３】同制御弁に用いた形状記憶合金バネの温度−ひずみ曲線（ヒステリシス曲線）図
【図４】同制御弁の動作を説明する断面図
【図５】本発明の実施の形態２における冷凍装置を適用した空気調和機の冷凍サイクル図
【図６】同空気調和機に用いた第２の制御弁の断面図
【図７】同第２の制御弁の動作を説明する断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、冷媒としてＲ３２またはＲ３２を主成分とする混合冷媒を用い、一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接して構成した冷凍サイクルであって、前記絞り装置をキャピラリーチューブと該キャピラリーチューブと並列に配置した制御弁とで構成し、かつ、前記制御弁は形状記憶合金バネによって制御される構成としてある。
【００１６】
これにより、高価な絞り量可変型の電動膨張弁、能力可変圧縮機等を用いることなくキャピラリーチューブと形状記憶合金バネによって駆動される制御弁を用いるだけの低コスト構成で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、標準的
な運転時にはサイクル効率の高い運転が可能な冷凍装置を提供することができる。
【００１７】
第２の発明は、冷媒としてＲ３２またはＲ３２を主成分とする混合冷媒を用い、一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接して構成した冷凍サイクルであって、前記絞り装置をキャピラリーチューブと該キャピラリーチューブと直列に接続した制御弁とで構成し、かつ、前記制御弁は形状記憶合金バネによって開閉制御される流路と常開型の流路とを並列に備えた構成としたものである。
【００１８】
これにより、前記第１の発明と同様、高価な絞り量可変型の電動膨張弁、能力可変圧縮機等を用いることなくキャピラリーチューブと形状記憶合金バネによって駆動される制御弁を用いるだけの低コスト構成で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、標準的な運転時にはサイクル効率の高い運転が可能な冷凍装置を提供することができる。
【００１９】
第３の発明は、第１、第２の発明において、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。
【００２０】
これにより、Ｒ３２とＨＦＯ１２３４ｙｆの混合冷媒を使用した場合においても、低コストで過負荷時の圧縮機の吐出温度の上昇を抑制でき、縮機の信頼性を確保し、標準的な運転時にはサイクル効率の高い運転が可能であるとともに、さらに冷媒の温暖化係数を低減でき、サイクル効率が高く温暖化影響を低減可能な冷凍装置を提供することができる。
【００２１】
第４の発明は、第１、第２の発明において、Ｒ３２を主成分とする混合冷媒は、Ｒ３２とＨＦＯ１２３４ｚｅの混合冷媒としたものである。
【００２２】
これにより、第３の発明と同様、Ｒ３２とＨＦＯ１２３４ｚｅの混合冷媒を使用した場合においても、低コストで過負荷時の圧縮機の吐出温度の上昇を抑制でき縮機の信頼性を確保し、標準的な運転時にはサイクル効率の高い運転が可能であるとともに、さらに冷媒の温暖化係数を低減でき、サイクル効率が高く温暖化影響を低減可能な冷凍装置を提供することができる。
【００２３】
以下に、本発明の冷凍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。
【００２４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の冷凍装置を空気調和機に適用した場合を例にして説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施の形態における空気調和機の冷凍サイクル図である。
【００２６】
本発明の空気調和機はＲ３２単一冷媒または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、またはＲ３２とＨＦＯ１２３４ｚｅ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。
【００２７】
すなわち、本実施の形態における空気調和機は、室外機側に、冷媒を圧縮する一定速圧縮機１、凝縮器となり冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器２、室外熱交換器２内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン６と、上記冷媒の吐出温度上昇問題を解決する絞り装置を備えている。
【００２８】
この絞り装置は、キャピラリーチューブ３と、該キャピラリーチューブ３と並列に接続され、通常の室外気温（例えば４０℃以下）の冷房運転時には閉止し、室外気温が高い冷房運転時に閉止する制御弁４とで構成してある。
【００２９】
一方、室内機側には、蒸発器となり冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５、室内熱交換器５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７を備えている。
【００３０】
そして、上記室外機８は屋外に、室内機９は屋内に設置されており、室外機８と室内機９は液側接続管２１とガス側接続管２２で接続されている。
【００３１】
図２は、上記絞り装置を構成する制御弁４の断面図である。図２において、１０は弁体、１１は弁座、１２はバイアスバネ、１３は形状記憶合金バネ、１４は第１流路である。
【００３２】
図３は形状記憶合金バネ１３の温度−ひずみ曲線（ヒステリシス曲線）である。加熱時と冷却時の動作温度には温度差、すなわち温度ヒステリシスがあり、形状記憶合金バネ１３は加熱時の変態温度Ｔ１（例えば５２℃）に、冷却時の変態温度Ｔ２（例えば−５０℃）に調節している。
【００３３】
上記構成において、制御弁４の動作を説明する。
【００３４】
形状記憶合金バネ１３は設定した変態温度Ｔ１以上になると図２に示すように伸長し、バイアスバネ１２のバネ力に抗して弁体１０を押動し第１流路１４は開状態となり、冷媒は第１流路１４を流れ、キャピラリーチューブ３を流れる冷媒は減少する。一方、形状記憶合金バネ１３は設定変態温度Ｔ２より低くなると、図４に示すようにバイアスバネ１２に押動され弁体１０は弁座１１に当たり、第１流路１４は閉状態となる。そのため、冷媒はキャピラリーチューブ３しか流れることができない。
【００３５】
このような制御弁４を用いた空気調和機について動作を説明する。
【００３６】
制御弁４が動作していない場合の冷房運転時には、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り、室外熱交換器２に流入し、室外ファン６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、キャピラリーチューブ３に送られる。この時、制御弁４は閉止している。
【００３７】
よって上記液冷媒はキャピラリーチューブ３をとおり、ここで液冷媒は減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液側接続管２１を通って、室内熱交換器５に送られる。
【００３８】
室内熱交換器５に送られた低温低圧の二相冷媒は室内ファン７によって吸い込まれた室内空気と熱交換し、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。一方、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７によって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２２を通過して一定速圧縮機１に戻る。
【００３９】
ここで、上記冷房運転時、室外気温が高く、制御弁４を流れる冷媒の温度が設定変態温度Ｔ２より高い時は、制御弁４の形状記憶合金バネ１３はバイアスバネ１２のバネ力に抗して弁体１０を押動しバイアスバネ１２を圧縮するため、第１流路１４は開状態となり、キャピラリーチューブ３を流れる冷媒は減少するが、冷媒流路が第１流路１４とキャピラリーチューブ３の両方に増加するため、絞り装置での減圧が減少し、吐出温度が低下する。
【００４０】
一方、室外気温が低くなり、制御弁４を流れる冷媒の温度が形状記憶合金バネ１３の設定変態温度Ｔ２より低くなると、図４のように形状記憶合金バネ１３はバイアスバネ１２に押動され弁体１０を弁座１１に押し当て、第１流路１４は閉状態となる。よって、冷媒はキャピラリーチューブ３しか流れることができず、絞り装置前後で圧力差が大きくなり、最適な冷凍サイクルを実現し、サイクル効率が向上する。
【００４１】
このように、室外気温が非常に高く、圧縮機吐出温度が高くなる場合は、絞り装置の冷媒流量が増加し、吐出温度を低減し、外気温度が通常の温度の場合は、通常の絞り装置の流量に制御でき、サイクル効率の良い冷房運転が可能となる。
【００４２】
また、このような運転はキャピラリーチューブ３と形状記憶合金バネ１３によって駆動される制御弁４を用いるだけで実現することができ、新たに追加する制御弁４は形状記憶合金バネ１３によって駆動されるものであるから、従来の絞り量可変型の電動膨張弁に比べ安価であり、低コストで実現することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における冷凍装置の冷凍サイクル図である。
【００４４】
この実施の形態２では、絞り装置を、キャピラリーチューブ３と、このキャピラリーチューブ３とを直列に接続した第２の制御弁１９とで構成し、かつ、上記第２の制御弁１９は以下に述べるような構成としてある点で前記実施の形態１と異なる。その他の点は実施の形態１と同様であり、同一部分には同一番号を付記して説明は省略する。
【００４５】
図６は上記第２の制御弁１９を示す断面図であり、１０は弁体、１１は弁座、１２はバイアスバネ、１３は形状記憶合金バネ、１４は第１流路、２０は弁体１０に設けた常開型の第２流路で、前記第１流路１４とは並列関係になっている。
【００４６】
なお、上記第２の制御弁１９の形状記憶合金バネ１３の温度−ひずみ曲線（ヒステリシス曲線）は、図３の第２の実施の形態のものと同一である。
【００４７】
上記構成において、第２の制御弁１９の動作を説明する。
【００４８】
形状記憶合金バネ１３は設定した変態温度Ｔ１以上になると図６に示すように伸長し、バイアスバネ１２のバネ力に抗して弁体１０を押動し第１流路１４は開状態となり、冷媒は第１流路１４と常開型の第２流路２０を流れる。
【００４９】
一方、形状記憶合金バネ１３は設定変態温度Ｔ２より低くなると、図７に示すようにバイアスバネ１２に押動され弁体１０は弁座１１に当たり、第１流路１４は閉状態となる。そのため、冷媒は第２流路２０しか流れることができず流路が狭められるため、減圧される。
【００５０】
次にこの様な第２の制御弁１９を備えた冷凍装置の運転時の動作を説明する。
【００５１】
冷房運転時、室外気温が高く、第２の制御弁１９を流れる冷媒の温度が設定変態温度Ｔ２より高い時は、図６のように形状記憶合金バネ１３はバイアスバネ１２のバネ力に抗して弁体１０を押動しバイアスバネ１２を圧縮するため、第１流路１４は開状態となる。よって、冷媒は第２の制御弁１９により減圧されず、第２の制御弁１９前後で冷媒温度の差は生じない。
【００５２】
しかし室外気温が低くなり、第２の制御弁１９を流れる冷媒の温度が形状記憶合金バネ１３の設定変態温度Ｔ２より低くなると、図７のように形状記憶合金バネ１３は、バイアスバネ１２に押動され弁体１０を弁座１１に押し当て、第１流路１４は閉状態となる。したがって、冷媒は第２流路２０しか流れることができず流路が狭められるため、第２の制御弁１９前後で圧力差が生じる。
【００５３】
また、第２の制御弁１９が動作している状態で、室外気温が上昇する等して、第２の制御弁１９の冷媒温度が形状記憶合金バネ１３の設定変態温度Ｔ１より高くなると、図６のように形状記憶合金バネ１３は変態し伸び、バイアスバネ１２を圧縮し、弁体１０を弁座１１から離して、第１流路１４は開状態となる。その結果、冷媒は減圧されないため、第２の制御弁１９前後で冷媒温度の差は生じない。
【００５４】
このように、減圧機構を持つ第２の制御弁１９を用いることで、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の信頼性を確保し、サイクル効率の高い運転が可能となる。
【００５５】
また、第２の制御弁１９は実施の形態１の制御弁と同様、形状記憶合金バネ１３によって駆動されるので、従来の絞り量可変型の電動膨張弁に比べ安価であり、低コストで実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
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、低コストで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し、標準的な運転時にはサイクル効率の高い運転が可能となり、一般用はもちろん産業用の幅広い冷凍装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  一定速圧縮機
２  室外熱交換器
３  キャピラリーチューブ
４  制御弁
５  室内熱交換器
１０  弁体
１３  形状記憶合金バネ
１４  第１流路
１９  第２の制御弁
２０  常開型の第２流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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