(57)【要約】  【課題】  相溶性潤滑油（以下オイルという）の混入量に対応して、廉価な構成によって、オイルを混入した冷媒の熱伝達率および圧力損失を正確に測定できるようにした熱伝達率試験装置を提供する。  【解決手段】  圧縮機２から吐出され一方に分岐された冷媒からオイルを分離する第一オイルセパレータ６を備えた第一冷凍サイクルＡと、他方に分岐された冷媒の熱伝達率を測定するテストセクション21を備えた第二冷凍サイクルＢと、第一オイルタンク６から前記圧縮機２の吸入側に至るオイル戻し流路Ｃと、第二オイルタンク15から、分離された前記オイルをポンプ13、オイル質量流量計12、前記第二電子膨張弁4'を経て前記テストセクション21に循環するオイル循環流路Ｄとを含み、前記第二オイルタンク15と、前記ポンプ13の吐出側との間に、同ポンプ13から吐出されるオイル量を調整するオイル量調整手段を設けた。【選択図】  図１
2006207939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の吐出側から吐出された冷媒が、同冷媒に混入した潤滑油を分離する第一オイルセパレータを経て凝縮器を流通し、第一減圧手段、蒸発器を経て前記圧縮機に至る第一冷凍サイクルと、
前記凝縮器を出た冷媒が、冷媒質量流量計、第二減圧手段、熱伝達率を測定するテストセクションを経て前記圧縮機の吸入側に至る第一流路と、前記テストセクションを流通し、第二オイルセパレータを経て前記圧縮機の吸入側に至る第二流路とを有する第二冷凍サイクルと、
前記第一オイルセパレータに接続され、分離された前記潤滑油を貯留する第一オイルタンクから前記圧縮機の吸入側に至るオイル戻し流路と、
前記第二オイルセパレータに接続された第二オイルタンクから、分離された前記潤滑油をポンプ、オイル質量流量計、前記第二減圧手段を経て前記テストセクションに循環するオイル循環流路とを含み、
前記第二オイルタンクと、前記ポンプの吐出側との間に、同ポンプから吐出されるオイル量を調整するオイル量調整手段を設けてなることを特徴とする熱伝達率試験装置。
【請求項２】
前記第二オイルタンクと、前記圧縮機の吸入側との間に、同圧縮機の吸入側に向けて開となる逆止弁を備えたガス抜き流路が接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の熱伝達率試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝達率試験装置に関わり、より詳細には、相溶性潤滑油の混入量に対応して、廉価な構成によって、相溶性潤滑油を混入した冷媒の熱伝達率および圧力損失を正確に計測できるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
「Ｃ２１９  ＨＦＣ４１０Ａの水平溝付管内蒸発における伝熱特性／非相溶性冷凍機油（非相溶性潤滑油）混入時の場合」を計測する従来の実験装置として、図４に示すように「圧縮機駆動の冷凍サイクルで、供試伝熱管には試験長５００ｍｍのＶ字溝付管（内径６．３８ｍｍ）、多重Ｖ字管（内径６．４０ｍｍ）の２種類の水平内面溝付管を使用した装置が紹介されており、「圧縮機１を出た冷媒は、圧縮機油分離器２、凝縮器３を通過後、流量計７、電磁膨張弁９を経て、試験油混合部で合流し、試験蒸発部11で所定の計測を行なう。さらに分離機16で試験油を分離した後、再び圧縮機に戻る。試験油は別回路においてポンプ14で加圧され、流量調節弁で一定流量に設定され、試験部直前で冷媒と合流し、濃度を保持する。なお、流量計には冷媒、油ともにコリオリ式質量流量計を用いた。」構成でなるものが開示されていた（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、上記構成でなる実験装置は、非相溶性冷凍機油（非相溶性潤滑油）混入時の場合には好適であるが、例えば相溶性潤滑油が混入している冷媒においては、溶け込んだ相溶性潤滑油を充分に分離することができなかった。
そのため、溶け込んだ相溶性潤滑油に加えて、新たに注入される相溶性潤滑油を含む総合混入量を設定した上で、この相溶性潤滑油の正確な混入量に対応する熱伝達率および圧力損失を正確に計測することが困難であった。
【０００４】
例えば Mineral VG32 、Ester VG32などの相溶性潤滑油が、例えば R22、R407C 、R410A などの冷媒に混入しているような場合、同相溶性潤滑油（例えばMineral VG32、Ester VG32など）の中に冷媒（例えばR22 、R407C 、R410A など）が溶け込んだ状態になっていることから、同冷媒（例えばR22 、R407C 、R410A など）に対する相溶性潤滑油（例えばMineral VG32、Ester VG32など）の混入量がどれだけあるのかを明確にできないという問題点を有していた。
【０００５】
そのため、冷媒（例えばR22 、R407C 、R410A など）に対する相溶性潤滑油（例えばMineral VG32、Ester VG32など）の混入量を調整可能にし、且つ確認できるようにすることで、望ましい熱伝達率や圧力損失を実現できるようにするには、相溶性潤滑油（例えばMineral VG32、Ester VG32など）をどれだけ混入すればよいのかを計測できるようにする必要があった。
【０００６】
また、上記実験装置は、前記凝縮器３に対し、コスト高なものとして冷却装置４やポンプ５が接続された構成であることから、高価な実験装置になってしまうという問題点を有していた。
【０００７】
【非特許文献１】平成１４年度日本冷凍空調学会学術講演会講演論文集（１４／１１−１８〜２１，岡山）（第５５５頁〜第５５８頁、第１図〜第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み、相溶性潤滑油の混入量に対応して、廉価な構成によって、相溶性潤滑油を混入した冷媒の熱伝達率および圧力損失を正確に計測できるようにした熱伝達率試験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】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、圧縮機の吐出側から吐出された冷媒が、同冷媒に混入した潤滑油を分離する第一オイルセパレータを経て凝縮器を流通し、第一減圧手段、蒸発器を経て前記圧縮機に至る第一冷凍サイクルと、
前記凝縮器を出た冷媒が、冷媒質量流量計、第二減圧手段、熱伝達率を測定するテストセクションを経て前記圧縮機の吸入側に至る第一流路と、前記テストセクションを流通し、第二オイルセパレータを経て前記圧縮機の吸入側に至る第二流路とを有する第二冷凍サイクルと、
前記第一オイルセパレータに接続され、分離された前記潤滑油を貯留する第一オイルタンクから前記圧縮機の吸入側に至るオイル戻し流路と、
前記第二オイルセパレータに接続された第二オイルタンクから、分離された前記潤滑油をポンプ、オイル質量流量計、前記第二減圧手段を経て前記テストセクションに循環するオイル循環流路とを含み、
前記第二オイルタンクと、前記ポンプの吐出側との間に、同ポンプから吐出されるオイル量を調整するオイル量調整手段を設けてなる構成となっている。
【００１０】
また、前記第二オイルタンクと、前記圧縮機の吸入側との間に、同圧縮機の吸入側に向けて開となる逆止弁を備えたガス抜き流路が接続されてなる構成となっている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、相溶性潤滑油と冷媒とを分離する分離手段と、冷媒に混入するオイル量を調整するオイル量調整手段とを備え、相溶性潤滑油の混入量に対応して、廉価な構成によって、相溶性潤滑油を混入した冷媒の熱伝達率および圧力損失を正確に計測できるようになる。
これによって、冷媒に対する相溶性潤滑油の混入量をどの程度にすれば、混入による影響を最小限にできるかを正確に知ることができるようになり、冷凍サイクルの合理的な設計に役立てることができる熱伝達率試験装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
図１は本発明による熱伝達率試験装置の冷凍サイクルを示す図であり、図２は本発明による熱伝達率試験装置の冷凍サイクルの要部説明図であり、図３は質量流量計から計算されるオイル濃度を示す図である。
【実施例１】
【００１３】
本発明による熱伝達率試験装置は、実施例１として図１に示すように、室外熱交換器からなる凝縮器３、第一オイルセパレータ５および室内熱交換器８等を接続してなる第一冷凍サイクルＡと、前記凝縮器３、前置加熱ヒータ19、テストセクション21および後置加熱ヒータ22等を接続してなる第二冷凍サイクルＢと、前記第一オイルセパレータ５に接続された第一オイルタンク６から前記圧縮機２の吸入側に循環するオイル戻し流路Ｃと、前記後置加熱ヒータ22から出た冷媒（例えばR22 、R407C 、R410A など）から、相溶性潤滑油（以下オイルと呼称する＝例えばMineral VG32、Ester VG32など）を分離する分離手段と、高圧ポンプ13から出てオイル質量流量計12に向かうオイルの量を調整し、前記高圧ポンプ13の出口と前記第二オイルタンク15とを接続するように設けられたオイル量調整手段とを含むオイル循環流路Ｄとを備えた構成になっている。
【００１４】
前記第一冷凍サイクルＡは、空気調和機の室外機１に備えた圧縮機２から出た冷媒が、同冷媒に含まれたオイルを分離するための第一オイルタンク６を接続した第一オイルセパレータ５を経て前記凝縮器３に到り、同凝縮器３を流通したのち分岐部Ｆによって分岐し、一方の分岐路により第一減圧手段（膨張弁）４、前記室内熱交換器からなる蒸発器８および室内機用の後置加熱ヒータ９を経て前記圧縮機２に循環するように構成されており、前記第一オイルタンク６には、前記圧縮機２の吸入側に連なるキャピラリチューブ７が接続されている。
なお、前記第一オイルセパレータ５は、冷媒に含まれたオイルを充分に分離できるようにするため、複数のオイルセパレータ5a〜5cが並列接続方式で接続された構成になっている。
【００１５】
前記第二冷凍サイクルＢは、前記凝縮器３を流通したのち前記分岐部Ｆによって分岐した冷媒を、他方の分岐路により冷媒質量流量計10に通して第二減圧手段（膨張弁）4'により膨張させ、前置加熱ヒータ19で加熱し、可視化シリンダ20を通してテストセクション21および圧力計21a により沸騰熱伝達率および圧力損失を測定したのち、可視化シリンダ20を通して後置加熱ヒータ22により加熱し、サイトグラス23および開放された第一開閉弁24a を経て前記圧縮機２に至る第一流路と、前記テストセクション21を流通し、複数のオイルセパレータ16a 〜16c からなる第二オイルセパレータ16を経て前記圧縮機２の吸入側に至る第二流路とを有している。
【００１６】
前記オイル戻し流路Ｃは、キャピラリチューブ７を備えて、冷媒を前記第一オイルタンク６から前記圧縮機２の吸入側に還流するように接続されている。
前記オイル循環流路Ｄは、前記後置加熱ヒータ22および前記圧縮機２の間と、前記凝縮器３および前記第二減圧手段（膨張弁）4'の間に接続され、冷媒からオイルを分離する前記第二オイルセパレータ16と第二オイルタンク15とで構成される前記分離手段と、高圧ポンプ13から出てオイル質量流量計12に向かうオイルの量を調整するためのスケール付のオイル流量調整弁14を有してなる前記オイル量調整手段と、逆止弁11とを備えている。
【００１７】
前記第二オイルセパレータ16は、冷媒からオイルを充分に分離できるようにするために、前記オイルセパレータ16a 〜16c を並列的な接続方式によって接続された構成になっており、これによって、オイルが分離された冷媒は、前記圧縮機２の吸入側に連続的に戻りやすくなって、同圧縮機２の吸入側における過剰な圧力低下を避けることができるようになっている。
【００１８】
これにより、前記第一冷凍サイクルＡによって、上記説明のとおり、前記圧縮機２から吐出した冷媒に含まれるオイルは、前記複数のオイルセパレータ5a〜5cからなる前記第一オイルセパレータ５によって充分に分離され、前記第一オイルタンク６に溜められるようになるため、前記凝縮器３に向けてオイルが混入していない冷媒が循環することになり、オイルが充分に分離されて前記凝縮器３を出たのちに分岐した冷媒は、前記蒸発器８、前記後置加熱ヒータ９を経て前記圧縮機２に循環する。
【００１９】
また、前記第二冷凍サイクルＢによって、上記説明のとおり、オイルが充分に分離され前記凝縮器３を出たのちに分岐した冷媒は、前記冷媒質量流量計10に到って質量流量を測定し、前記テストセクション21および前記圧力計21a により沸騰熱伝達率および圧力損失を測定したのち、開放された前記第一開閉弁24a を経て前記圧縮機２に循環する。
【００２０】
そして、前記オイル戻し流路Ｃにより、前記圧縮機２の吸入側からオイルが供給されることになって、同圧縮機２の運転時における焼き付きがなくなり、また、前記オイル循環流路Ｄによって、上記説明のとおり、前記分離手段で冷媒からオイルを分離したのち、前記オイル量調整手段でオイルの量を調整して、前記オイル質量流量計12でオイルの質量流量を測定したのち、前記第二冷凍サイクルＢにより前記冷媒質量流量計10で質量流量を測定した冷媒と混合器17で混合し、前記第二減圧手段4'に至る。
【００２１】
これにより、前記冷媒質量流量計10では、オイルが充分に分離された冷媒の質量流量を測定し、前記オイル質量流量計12では、冷媒に混入されるオイルの質量流量を調節しながら測定したのち、前記混合器17で混合した冷媒が前記第二減圧手段4'に至るようになる。
【００２２】
すなわち、前記分離手段によって冷媒からオイルを分離する一方、前記オイル量調整手段によってオイル量を調整しながら、正確に、且つ連続的に冷媒に混入されることができるようになる。
【００２３】
例えば、前記冷媒質量流量計10および前記オイル質量流量計12によって、冷媒に対するオイル量を０wt％に設定して、その時の沸騰熱伝達率および圧力損失を前記テストセクション21および前記圧力計21a によって測定することで、オイルの混入量が０wt％である場合の沸騰熱伝達率および圧力損失を知ることができるようになる。
【００２４】
その際、前記第二冷凍サイクルＢの前記後置加熱ヒータ22および前記サイトグラス23を流通したオイル量０wt％の冷媒は、開放された前記第一開閉弁24a を通して前記圧縮機２に循環されるようになり、その時、第二開閉弁24b および第三開閉弁24c は閉塞されている。
【００２５】
なお、前記圧縮機２にはオイル量０wt％の冷媒が循環され、同圧縮機２内にあったオイルは、冷媒に混入して吐出されたとき、上記説明のとおり、前記複数のオイルセパレータ5a〜5cからなる前記第一オイルセパレータ５によって除去されることになる。
【００２６】
次に、前記オイル量調整手段によってオイル量を調整しながら、前記冷媒質量流量計10および前記オイル質量流量計12によって冷媒量に対する所定のオイル供給量を設定することにより、設定されたオイル供給量における沸騰熱伝達率および圧力損失を前記テストセクション21および前記圧力計21a によって測定できるようになる。
【００２７】
そのため、前記テストセクション21および前記圧力計21a により沸騰熱伝達率および圧力損失を正確に測定する上で、冷媒に対するオイル供給量を特定することにより、正確なオイルの混入量を設定できるようにする。
【００２８】
ここで、図３（Ａ）に基づいて、オイル供給量の計測例について説明する。
例えば、目標オイル濃度が０wt％である場合、
オイル質量流量計の読み取り値（ｍ１）を０（kg/h）に設定し、
冷媒質量流量計の読み取り値（ｍ２）が４５．４（kg/h) となって、
質量流量計から計算されるオイル濃度（wt％）は、
１００×０／（０+ ４５．４）＝０（wt％）となる。
なお、この質量流量計から計算されたオイル濃度（wt％）は、後述する「ASHR        AE STANDARD 」に基づいて、図１に示すサンプル採集タンク18に採集して検証        した検証値（サンプル検証）＝０．０６（wt％）とは許容誤差範囲内の小差で        あることから、信頼できる計測結果であるといえる。
【００２９】
また、目標オイル濃度が１wt％である場合、
オイル質量流量計の読み取り値（ｍ１）を０．４６（kg/h）に設定し、
冷媒質量流量計の読み取り値（ｍ２）が４５．８（kg/h) となって、
質量流量計から計算されるオイル濃度（wt％）は、
１００×０．４６／（０．４６+ ４５．８）＝１．００３（wt％）となる。
なお、この質量流量計から計算されたオイル濃度（wt％）は、後述する「ASHR        AE STANDARD 」に基づいて、前記採集タンク18に採集して検証した検証値（サ        ンプル検証）＝１．０４（wt％）とは許容誤差範囲内の小差であることから、        信頼できる計測結果であるといえる。
【００３０】
また、目標オイル濃度が３wt％である場合、
オイル質量流量計の読み取り値（ｍ１）を１．３８（kg/h）に設定し、
冷媒質量流量計の読み取り値（ｍ２）が４５．２（kg/h) となって、
質量流量計から計算されるオイル濃度（wt％）は、
１００×１．３８／（１．３８+ ４５．２）＝２．９６２（wt％）となる。
なお、この質量流量計から計算されたオイル濃度（wt％）は、後述する「ASHR        AE STANDARD 」に基づいて、前記採集タンク18に採集して検証した検証値（サ        ンプル検証）＝３．３２（wt％）とは許容誤差範囲内の小差であることから、        信頼できる計測結果であるといえる。
【００３１】
また、目標オイル濃度が５wt％である場合、
オイル質量流量計の読み取り値（ｍ１）を２．４８（kg/h）に設定し、
冷媒質量流量計の読み取り値（ｍ２）が４６．１（kg/h) となって、
質量流量計から計算されるオイル濃度（wt％）は、
１００×２．４８／（２．４８+ ４６．１）＝５．１０５（wt％）となる。
なお、この質量流量計から計算されたオイル濃度（wt％）は、後述する「ASHR        AE STANDARD 」に基づいて、前記採集タンク18に採集して検証した検証値（サ        ンプル検証）＝５．４９（wt％）とは許容誤差範囲内の小差であることから、        信頼できる計測結果であるといえる。
「ASHRAE STANDARD 」については次の通りである。
（ASHRAE STANDARD = ANSI/ASHRAE 41.4-1996  ASHRAE STANDARD  AN AMERICAN         NATIONAL STANDARD  Standard Method for Measurementof Proportion of Lu          bricant in Liquid Refrigerant) 
【００３２】
前記オイル量調整手段によってオイル量を調整しながら、前記冷媒質量流量計10および前記オイル質量流量計12によって冷媒量に対する所定のオイル供給量を設定した際、オイルを混入させた冷媒は、前記第二冷凍サイクルＢの前記後置加熱ヒータ22および前記サイトグラス23を流通したのち、開放された前記第二開閉弁24b により前記第二オイルセパレータ16に導かれてオイルが除去されることになる。
その時、前記第一開閉弁24a は閉塞される一方、前記第三開閉弁24c は開放されて、前記第二オイルセパレータ16から僅かな気相冷媒（ガス）が前記圧縮機２に向けて循環する。
【００３３】
除去されたオイルは、前記第二オイルタンク15に溜められたのち、前記高圧ポンプ13によって、上記説明のように前記オイル質量流量計12に向かうようになる。
【００３４】
これにより、期待する沸騰熱伝達率および圧力損失を実現できるようにするため、冷媒に対する望ましいオイル量（wt％）を正確に測定することができるようになる。
【００３５】
また、前記第一冷凍サイクルＡには前記室内熱交換器８や前記室内機後置加熱ヒータ９等を備えたことによって、上記背景技術で説明したように、コスト高な冷却装置４およびポンプ５が接続されていないことから、廉価な構成でなる熱伝達率試験装置を提供できることになる。
【実施例２】
【００３６】
次に、実施例２として示す図１および図２に基づいて、前記第二オイルタンク15と、前記圧縮機２の吸入側との間に接続されたガス抜き流路Ｅについて説明する。
【００３７】
前記第二オイルセパレータ16によって冷媒から分離されたオイルが前記第二オイルタンク15に溜められた際、同第二オイルタンク15内の僅かな気相冷媒（ガス）が、前記圧縮機２の吸入側に向けて開となる逆止弁11を有する前記ガス抜き流路Ｅによってガス抜きされるようになっている。
【００３８】
これにより、前記第二オイルタンク15に溜められたのち、前記高圧ポンプ13から出て前記オイル質量流量計12に向かうオイルの量を、前記スケール付のオイル流量調整弁14からなるオイル量調整手段によって更に正確に調整できるようになる。
【００３９】
また、前記ガス抜き流路Ｅが設けられたことにより、前記複数のオイルセパレータ16a 〜16c からなる前記第二オイルセパレータ16によって充分に分離されたオイルが、前記第二オイルタンク15に入りやすいようにした構成になっている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による熱伝達率試験装置の冷凍サイクルを示す図である。
【図２】本発明による熱伝達率試験装置の冷凍サイクルの要部説明図である。
【図３】質量流量計から計算されるオイル濃度を示す図である。
【図４】従来技術による熱伝達率試験装置の冷凍サイクルを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ  第一冷凍サイクル
Ｂ  第二冷凍サイクル
Ｃ  オイル戻し流路
Ｄ  オイル循環流路
Ｅ  ガス抜き流路
Ｆ  分岐部
１  空気調和機の室外機
２  圧縮機
３  凝縮器（室外熱交換器）
４  第一減圧手段（膨張弁）
4'  第二減圧手段（膨張弁）
５、5a、5b、5c  第一オイルセパレータ
６  第一オイルタンク
７  キャピラリチューブ
８  蒸発器（室内熱交換器）
９  後置加熱ヒータ
10  冷媒質量流量計
11  逆止弁
12  オイル質量流量計
13  高圧ポンプ
14  スケール付のオイル流量調整弁
15  第二オイルタンク
16、16a 、16b 、16c 第二オイルセパレータ
17  混合器
18  採集タンク
19  前置加熱ヒータ
20  可視化シリンダ
21  テストセクション
21a 圧力計
22  後置加熱ヒータ
23  サイトグラス
24a 第一開閉弁
24b 第二開閉弁
24c 第三開閉弁
【図１】
2006207939.tif 000003
【図２】
2006207939.tif 000004
【図３】
2006207939.tif 000005
【図４】
2006207939.tif 000006