(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨張弁と、液側接続配管と、室内熱交換器と、ガス側接続配管とを冷媒配管で接続した空気調和装置において、
前記室内熱交換器と前記ガス側接続配管との間に油分離器を設け、
前記油分離器の油戻し配管を前記ガス側接続配管と前記四方弁との間の冷媒配管に接続し、
冷房運転時、冷凍機油及び冷媒を前記油分離器の前記油戻し配管から前記ガス側接続配管と前記四方弁との間の前記冷媒配管へ流通させ、
暖房運転時、冷凍機油及び冷媒を前記ガス側接続配管と前記四方弁との間の前記冷媒配管から前記油分離器の前記油戻し配管へ流通させることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記油分離器の前記油戻し配管の内径断面積を前記ガス側接続配管の内径断面積の略１５％以上とした請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記油分離器を二重管構造とし、
前記油分離器の前記油戻し配管は二重管構造の外管であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス側接続配管の圧力損失を低減し、エネルギー効率の向上を図ると共に、ガス側接続配管の細径化を図る空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、蒸発器と圧縮機との間に、冷媒中に含有されて冷凍装置内を循環する潤滑油を分離すると共に、この分離された潤滑油を圧縮機側に戻す潤滑油分離器を配設した冷凍装置が記載されている。分離した潤滑油を圧縮機に戻しているため、蒸発器から圧縮機までの間における冷媒配管の潤滑油が減少するため、蒸発器から圧縮機までの間における圧力損失を低減することができる。
【０００３】
また、特許文献２には、流路拡大部を有するびん形のオイルセパレータ本体と、オイルセパレータ本体内壁と環状の隙間を保って配置されたガス排出管と、オイルセパレータ本体の底部近傍に開口した油排出管とを備えたオイルセパレータが記載されている。管内を油分を含むガスが流れる場合、ガスは管の中央部を早く流れ、油は管壁に沿ってゆっくり流れる性質を示す。油は上流から下流に行くに従い、環状部でガスから分離されオイルセパレータ本体の内壁に沿って流下し底部に溜り、油排出管により排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１７４７９号公報
【特許文献２】実開平１−８２４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、冷房運転と暖房運転とで冷媒の流れが逆方向となる冷暖房空気調和装置に関する構成について、何ら開示していない。つまり、特許文献１に記載のサイクル構成に四方切換弁を取り付けて冷暖房空気調和装置にすると、凝縮器入口の高温高圧冷媒が低圧である圧縮機入口に流れる短絡流れが形成され、効率が大幅に低下する。
【０００６】
また、特許文献２のオイルセパレータの油排出管は、オイルセパレータ本体の底部に溜った油のみを排出し、ガス冷媒を流通させることは想定していない。
【０００７】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、冷房時及び暖房時におけるガス側接続配管の圧力損失を低減する空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の特徴は、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨張弁と、液側接続配管と、室内熱交換器と、ガス側接続配管とを冷媒配管で接続した空気調和装置において、室内熱交換器とガス側接続配管との間に油分離器を設け、油分離器の油戻し配管をガス側接続配管と四方弁との間の冷媒配管に接続し、冷房運転時、冷凍機油及び冷媒を前記油分離器の前記油戻し配管から前記ガス側接続配管と前記四方弁との間の前記冷媒配管へ流通させ、暖房運転時、冷凍機油及び冷媒を前記ガス側接続配管と前記四方弁との間の前記冷媒配管から前記油分離器の前記油戻し配管へ流通させることである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷房時及び暖房時におけるガス側接続配管の圧力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例に係る空気調和装置の系統図である。
【図２】図１の油分離器の構造図である。
【図３】図２の油分離器の断面構造図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る空気調和装置の系統図である。
【図５】第２のガス側接続配管の管径に対する圧力損失低減率である。
【図６】第２のガス側接続配管の管径に対する管摩擦係数である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明に係る空気調和装置の一実施例を、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、空気調和装置１００の系統図である。空気調和装置１００は熱源側で室外に設置される室外ユニット１と、利用側で室内に設置される室内ユニット２と、２本のガス側接続配管（第１のガス側接続配管２３、第２のガス側接続配管２４）と、１本の液側接続配管１５とを備える。
【００１３】
冷媒としてＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ等が使用される。また、冷凍機油として相溶性のある油が使用される。
【００１４】
冷媒を圧縮する圧縮機１１は、冷房運転と暖房運転で冷媒の流れの方向を切替える四方弁１２に接続される。室外ファン１３ａにより送られてくる室外空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器１３は一方を四方弁１２に接続され、他方を、開度が調整可能な冷媒を減圧する膨張弁１４を介して、室外液側接続口１５ａに接続される。液側接続配管１５は室外液側接続口１５ａと室内液側接続口１５ｂに接続される。
【００１５】
室内液側配管１６の一方は室内液側接続口１５ｂに接続され、他方は室内熱交換器１７に接続される。室内熱交換器１７は室内ファン１７ｂにより送られてくる室内空気と冷媒との熱交換を行う。
【００１６】
冷媒から冷凍機油を分離する油分離器１９は二重管構造で、外管３０側は、第１の室内ガス側配管１８を介して室内熱交換器１７に接続され、内管３１側は、第２の室内ガス側配管２０、第１の室内ガス側接続口２３ｂ、第１のガス側接続配管２３、第１の室外ガス側接続口２３ａの順に接続される。また、油分離器１９の油戻し口３２は、室内油戻し配管２１、第２の室内ガス側接続口２４ｂ、第２のガス側接続配管２４、第２の室外ガス側接続口２４ａの順に接続される。
【００１７】
第１の室外ガス側接続口２３ａは室外ガス側配管２５を介して四方弁１２に接続され、第２の室外ガス側接続口２４ａは室外油戻し配管２６を介して室外ガス側配管２５のＹ字部２５ａで接続される。Ｙ字部２５ａで、冷房時に合流、暖房時に分岐する際、流路がＹ字形になっているため、流路損失の低減を図ることができる。
【００１８】
次に図２及び図３を用いて、油分離器１９の構造及び作用を説明する。図２は油分離器１９の構造図、図３は図２のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示す。油分離器１９は絞り加工を施した外管３０と内管３１とからなる二重管構造で、外管３０の拡大部３０ａと内管３１の縮小部３１ｂとで嵌め合うとともに、油戻し口用拡大部３０ｂと油戻し口３２とで嵌め合い、ロウ付け接合したものである。油分離器１９の外管３０側から流入したガス冷媒及び冷凍機油のうち、液体である冷凍機油は外管３０の内壁面に沿って流れ、気体であるガス冷媒は外管３０の中心を流れる。外管３０の内壁面に沿って流れる冷凍機油は、外管３０と内管３１との間隙に流れ込み、油戻し口３２より流出する。一方、ガス冷媒は主に内管３１の内側に流入し、他端より流出する。
【００１９】
また、二重管構造である油分離器１９の配管の長さ方向が室内ガス側配管１８の長さ方向と同じであり、油分離器１９の外径形状がガス側配管１８の外径形状から大きく変わらないので、コンパクトに配置することができる。
【００２０】
また、油分離器を水平に設置した場合、外管３０の内壁面に沿って流れる冷凍機油は、重力の影響により、下側が厚い分布となる。したがって、より冷凍機油が流入しやすいように、油戻し口３２を内管３１よりも重力方向において、下側に位置させる。
【００２１】
以上の構成における冷房運転及び暖房運転の動作について説明する。まず、冷房運転時の動作を、図１を用いて説明する。図において、実線矢印が冷房運転時の冷媒流れ方向を示す。
【００２２】
冷房運転時、圧縮機１１で圧縮され、冷凍機油を含んだ高温高圧となったガス冷媒は、四方弁１２を通って、室外熱交換器１３に流入する。この高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器１３において、室外ファン１３ａにより送られてくる室外空気により冷却され、凝縮する。この高圧の凝縮した冷媒は、膨張弁１４で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、液側接続配管１５、室内液側配管１６を通って、室内熱交換器１７に流入する。室内熱交換器１７を流れる気液二相冷媒は、室内熱交換器１７ｂにより送られてくる室内空気により加熱され蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この時、室内空気を冷却することにより室内の冷房を行う。
【００２３】
室内熱交換器１７の出口側の室内ガス側配管１８の冷媒は冷凍機油を含み、冷凍機油は配管の壁面に沿って流れ、ガス冷媒は配管の中心を流れている。これらのガス冷媒と冷凍機油からなる冷媒は、二重管構造の油分離器１９内で油分離され、油分離されたガス冷媒は室内ガス側配管２０に流入し、第１のガス側接続配管２３、室外ガス側配管２５、四方弁１２を通って再び圧縮機１１に戻る。また、分離された冷凍機油は室内油戻し配管２１に流入し、第２のガス側接続配管２４、室外油戻し配管２６を通って、室外ガス側配管２５のＹ字部２５ａでガス冷媒と合流する。なお、第２のガス側接続配管２４には、第１のガス側接続配管２３側流路と第２のガス側接続配管２４側流路との圧力損失がバランスするように、冷凍機油だけでなくガス冷媒も流れる。
【００２４】
この時、第１のガス側接続配管２３には油分離されたガス冷媒が流れるので、圧力損失の低減を図ることができる。すなわち、ガス冷媒に冷凍機油が混入した場合、圧力損失は純冷媒の数倍になるため、冷凍機油の混入したガス冷媒を１本の配管で流すより、ガス冷媒と冷凍機油を分離し、２本の配管を用いてそれぞれ流すほうが、圧力損失を大幅に低減することができる。これにより、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００２５】
次に暖房運転時の動作について説明する。図１において、破線矢印が暖房運転時の冷媒流れ方向を示す。
【００２６】
暖房運転時、圧縮機１１で圧縮され、高温高圧となったガス冷媒は、四方弁１２を通って、室外ガス側配管２５のＹ字部２５ａで分流し、片方は第１のガス側接続配管２３、室内ガス側配管２０、油分離器１９に流入し、他方は室外油戻し配管２６、第２のガス側接続配管２４、室内油戻し配管２１、油分離器１９に流入する。第１のガス側接続配管２３側流路と第２のガス側接続配管２４側流路とのガス冷媒の流量割合は、圧力損失がバランスする流量割合となる。なお、この時、油分離器１９では油分離作用は行われない。
【００２７】
油分離器１９で合流した高温高圧のガス冷媒は、室内ガス側配管１８を通って、室内熱交換器１７に流入し、室内ファン１７ｂにより送られてくる室内空気により冷却され、凝縮する。この時、室内空気を加熱することにより室内の暖房を行う。高圧の凝縮冷媒は、室内液側配管１６、液側接続配管１５を通り、膨張弁１４で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３を流れる気液二相冷媒は、室外ファン１３ａにより送られてくる室外空気により加熱され蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、四方弁１２を通って再び圧縮機１１に戻る。
【００２８】
この時、冷房運転時に油戻し流路として使用した第２のガス側接続配管２４側流路にも、ガス冷媒を流通させたため、第１のガス側接続配管２３側流路だけに流通させた場合より、圧力損失を低減することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。また、本発明は、ガス側接続配管の圧力損失低減分を、ガス側接続配管の細径化に当てることができる。
【００２９】
空気調和装置１００の定格冷房能力は８ｋＷで、第１のガス側接続配管２３の管径は１２.７mm、第２のガス側接続配管２４の管径は６.３５mm、液側接続配管１５の管径は９.５２mmである。従来の定格冷房能力８ｋＷの冷凍空調装置のガス側接続配管は１本で管径は１５.８８mm（配管肉厚が１mm）であり、その内径断面積は１５１mm2に対して、本実施例の管径１２.７mmのガス側接続配管２３（配管肉厚が０.８mm）の内径断面積は９７mm2、管径６.３５mmのガス側接続配管２４（配管肉厚が０.８mm）の内径断面積は１８mm2で、合計の内径断面積は１１５mm2で、冷媒の流路断面積を小さくでき、配管の外径断面積も小さくなるので、配管スペースを小さくできる。また、配管径が小さいため、施工性の向上を図ることができる。
【００３０】
なお、従来の油分離器は油戻し配管に冷凍機油のみ流すため、油戻し配管に径が小さい。例えば、管径３.１８mm（肉厚０.８mm）を用いており、その内径断面積は２mm2で、第１のガス側接続配管２３の管径１２.７mm（内径断面積９７mm2）との内径断面積の比率は約２％である。
【００３１】
この時、第１のガス側接続配管と油戻し配管にガス冷媒のみ流れると仮定し、冷媒の物性（冷媒：Ｒ４１０Ａ、密度：４０.２２kg／ｍ3、動粘度：３.０７×１０-7ｍ2／ｓ）とニクラウゼの式（後述）を用いて、流量と圧力損失の関係（全流量：０.０４８３kg／ｓ）を求めると、例えば管径３.１８mmの油戻し配管に流れる冷媒は全体の１％未満である。そして、油戻し配管にガス冷媒がバイパスする効果として、第１のガス側接続配管の圧力損失低減率は１％未満である。
【００３２】
圧力損失Δｐは（式１）で表せる。
【００３３】
Δｐ＝λ×ｌ／ｄ×ρｖ2／２  ………（式１）
また、管摩擦係数λは、（式２）のニクラウゼの式で表せる。
【００３４】
λ＝０.００３２＋０.２２１／Ｒｅ0.237  ………（式２）
なお、特許文献１には、冷媒配管が約１６mm程度、油戻し配管が４〜５mm程度の例が述べられており、内径断面積の比率は３〜６％程度であり、２％より若干大きいが、ガス冷媒をバイパスする効果として、同様に小さい。
【００３５】
一方、本実施例の油戻し流路となる第２のガス側接続配管２４の管径６.３５mm（内径断面積１８mm2）の第１のガス側接続配管２３との内径断面積の比率は１９％である。
【００３６】
この時、第２のガス側接続配管２４に流れる冷媒は全体の約１０％で、第２のガス側接続配管２４にガス冷媒がバイパスする効果として、第１のガス側接続配管の圧力損失低減率は１６％となり、効果が大きい。圧力損失低減１０％の時の、第２のガス側接続配管２４と第１のガス側接続配管２３との内径断面積は１２％であり、ガス冷媒の圧力損失低減の効果を得られる。第２のガス側接続配管２４にガス冷媒も流すことで、第１のガス側接続配管２３に流れるガス冷媒の量を減らして圧力損失を低減することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。なお、圧力損失がバランスするように、第１のガス側接続配管２３側流路と第２のガス側接続配管２４側流路にガス冷媒が分配される。
【００３７】
図５に第１のガス側接続配管の管径が１２.７mm（肉厚０.８mm）である場合における第２のガス側接続配管の管径に対する圧力損失低減率を示す。図６に第２のガス側接続配管の管径に対する管摩擦係数を示す。図５に示すように、第２のガス側接続配管２４の管径が６mm（肉厚０.８mm）以下では圧力損失低減率が低く、管径が６mmを超えると圧力損失低減率が大きく向上する。これは、図６に示すように、第２のガス側接続配管２４の管径が６mm以下では第２のガス側接続配管２４の管摩擦係数が大きいからである。従って、油戻し流路に冷凍機油だけでなく、ガス冷媒も流して、圧力損失低減の効果を得るためには、第２のガス側接続配管２４の内径断面積は、第１のガス側接続配管２３の内径断面積の略１５％以上にすることが望ましい。
【実施例２】
【００３８】
本発明の他の実施例を図４を用いて説明する。図４に示す空気調和装置１０１は、油分離器１９を室内ユニット２と別体にしたものである。同等部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
図４は、空気調和装置１０１の系統図である。油分離器１９の外管３０は室内ユニット２の室内ガス側接続口４０ｂに接続され、内管３１は第１の油分離器ガス側接続口４１ａを介して、第１のガス側接続配管２３に接続され、油戻し口３２は第２の油分離器ガス側接続口４１ｂを介して、第２のガス側接続配管２４に接続される。また、Ｙ字管４３は、第１のＹ字管ガス側接続口４２ａを介して、第１のガス側接続配管２３に接続され、第２のＹ字管ガス側接続口４２ｂを介して、第２のガス側接続配管２４に接続され、室外ガス側接続口４０ａを介して、室外ガス側配管２５に接続される。
【００４０】
冷房運転時、室内熱交換器１７の出口側の室内ガス側配管１８の冷媒は冷凍機油を含み、冷凍機油は配管の壁面に沿って流れ、ガス冷媒は配管の中心を流れている。これらのガス冷媒と冷凍機油からなる冷媒は、室内ユニットの外に配置された二重管構造の油分離器１９内で油分離され、油分離されたガス冷媒は、第１のガス側接続配管２３、Ｙ字管４３、室外ガス側配管２５、四方弁１２を通って再び圧縮機１１に戻る。また、分離された冷凍機油は第２のガス側接続配管２４を通って、Ｙ字管４３でガス冷媒と合流する。なお、第２のガス側接続配管２４には、第１のガス側接続配管２３側流路と第２のガス側接続配管２４側流路との圧力損失がバランスするように、冷凍機油だけでなくガス冷媒も流れる。
【００４１】
暖房運転時、圧縮機１１で圧縮され、高温高圧となったガス冷媒は、四方弁１２を通って、Ｙ字管４３で分流し、片方は第１のガス側接続配管２３、油分離器１９に流入し、他方は第２のガス側接続配管２４、油分離器１９に流入する。第１のガス側接続配管２３側流路と第２のガス側接続配管２４側流路とのガス冷媒の流量割合は、圧力損失がバランスする流量割合となる。なお、この時、油分離器１９では油分離作用は行われない。
【００４２】
この時、油分離器１９を室内ユニット２と別体に設けたので、従来のユニットに、油分離器、Ｙ字管を追加し、２本の接続配管を用いることにより、圧力損失を低減し、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００４３】
また、ガス側接続配管の圧力損失低減分を、ガス側接続配管の細径化に当てることにより、配管スペースを小さくできるとともに、配管径が小さいため、施工性の向上を図ることができる。
【００４４】
なお、本実施例では、二重管構造の油分離器について述べたが、本構造に限定されるものではない。
【００４５】
本発明の空気調和装置は、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨張弁と、液側接続配管と、室内熱交換器と、ガス側接続配管とを冷媒配管で接続した空気調和装置において、室内熱交換器とガス側接続配管との間に油分離器を設け、油分離器の油戻し配管をガス側接続配管と四方弁との間の冷媒配管に接続した。
【００４６】
また、油分離器の油戻し配管の内径断面積をガス側接続配管の内径断面積の略１５％以上とした。
【００４７】
また、冷房運転時、冷凍機油及び冷媒を油分離器の油戻し配管からガス側接続配管と四方弁との間の冷媒配管へ流通させ、暖房運転時、冷凍機油及び冷媒をガス側接続配管と四方弁との間の冷媒配管から油分離器の油戻し配管へ流通させる。
【００４８】
また、油分離器を二重管構造とし、油分離器の前記油戻し配管は二重管構造の外管である。
【符号の説明】
【００４９】
１  室外ユニット
２  室内ユニット
１１  圧縮機
１２  四方弁
１３  室外熱交換器
１４  膨張弁
１５  液側接続配管
１７  室内熱交換器
１９  油分離器
２３、２４  ガス側接続配管
４３  Ｙ字管
１００、１０１  空気調和装置
λ  管摩擦係数
ｌ  長さ
ｄ  管内径
ρ  密度
ｖ  速度
Ｒｅ  レイノルズ数
【図１】
0005686753.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005686753.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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