(57)【要約】【課題】従来の冷凍サイクル装置においては、アキュムレータの容量を十分大きく取ることで信頼性を確保しているため、装置自体が大きくなるという課題がある。【解決手段】本発明では、圧縮機１０１と、四方弁１０２と、室外熱交換器１０３と、減圧膨張手段である膨張弁１０５およびエジェクタ１０６と、逆止弁１０４ＨＣ、１０４ＬＣ、１０４ＨＥ、１０４ＬＥと、室内熱交換器１０７と、液冷媒分離手段であるアキュムレータ１０８と、アキュムレータ１０８からエジェクタ１０６へ流れる冷媒の流量を調整する流量調整弁１１１とで冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成している。アキュムレータ１０８の貯留液冷媒１１３をエジェクタ１０６の副流入部１０６Ｓへ戻し、貯留液冷媒１１３の液面上昇を抑え、小容量のアキュムレータでも圧縮機への液戻りを防止することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、減圧膨張手段と、蒸発器と、液冷媒分離手段とを順次接続し、前記液冷媒分離手段に貯留した液冷媒を前記減圧膨張手段あるいは前記蒸発器入口へ戻すことを特徴する冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記減圧膨張手段にエジェクタを使用し、前記エジェクタの混合部に前記液冷媒分離手段に貯留した前記液冷媒を導入することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
圧縮機と、凝縮器と、減圧膨張手段と、蒸発器と、液冷媒分離手段とを順次接続し、前記液冷媒分離手段に貯留した液冷媒を前記減圧膨張手段あるいは前記蒸発器入口へ戻すことを特徴する冷凍サイクル装置であって、前記液冷媒分離手段に前記液冷媒の貯留量を検出する液冷媒量検出手段を設け、前記液冷媒の貯留量が予め設定した量に達した時、前記液冷媒を前記減圧膨張手段あるいは前記蒸発器入口へ戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項４】
前記液冷媒分離手段に設けられた液冷媒戻し口の位置に対し、貯留する前記液冷媒の液面の位置が予め設定した高さ以上に高くなったとき、前記液冷媒分離手段に貯留した前記液冷媒を前記減圧膨張手段あるいは前記蒸発器入口へ戻すことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項５】
前記液冷媒戻し口を、前記液冷媒分離手段に設けられた油戻し口よりも高い位置に設けるとともに、前記液冷媒戻し口の位置に対し、貯留する前記液冷媒の液面の位置が予め設定した高さ以下に低くなったとき、冷媒蒸気を間欠的に前記減圧膨張手段あるいは前記蒸発器入口へ戻すことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和や給湯を行う蒸気圧縮式の冷凍サイクルやヒートポンプサイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蒸気圧縮式の空気調和機においては、圧縮機を保護する目的で圧縮機の吸入口の前にアキュムレータを設け、冷媒の気液を分離し冷媒蒸気を圧縮機が吸込むようにするのが一般的である（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
信頼性を確保する上においては、経験的にアキュムレータの容量は装置に封入されている冷媒量の７０％程度の液冷媒を貯留できれば、所定の目的を確実に果たすことができる。
【０００４】
特に圧縮機への液戻りが生じる可能性が高いのは、空気調和機を長時間停止した状態から起動させる場合や、除霜運転時などで、アキュムレータへは多量の液冷媒が戻り、貯留する。一定量の液冷媒を常に貯留している特別な装置をを除けば、運転状態が、通常の運転となり安定してくるとアキュムレータ内の液冷媒は徐々になくなっていく。
【０００５】
【非特許文献１】
日本冷凍空調学会、「初級標準テキスト冷凍空調技術」、平成９年７月２０日第２刷発行、Ｐ６６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の空気調和機においては、アキュムレータの容量を十分大きく取ることで信頼性を確保しているため、アキュムレータは大きくならざるを得ず、特に長配管や多室といった空気調和機では装置への冷媒封入量が増大し、アキュムレータが大きくなって装置自体が大きくなるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、アキュムレータに溜まった液冷媒を蒸発器に戻すことにより、小容量のアキュムレータでも圧縮機への液戻りを確実に防止し、小型で信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するため、本発明の請求項１記載の冷凍サイクル装置は、圧縮機と凝縮器と減圧膨張手段と蒸発器と液冷媒分離手段とを順次接続して冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成するとともに、液冷媒分離手段に貯留した液冷媒を減圧膨張手段あるいは蒸発器入口へ戻すものである。これにより、液冷媒分離手段に貯留する液冷媒を所定の量以下に抑え、圧縮機への液戻りを防止することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２記載の冷凍サイクル装置は、減圧膨張手段にエジェクタを使用し、エジェクタの混合部に液冷媒分離手段に貯留した液冷媒を導入するものである。これにより、動力を使用することなく、液冷媒分離手段に貯留した液冷媒を減圧膨張手段あるいは蒸発器入口へ戻すことができる。
【００１０】
また、本発明の請求項３記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、液冷媒分離手段に液冷媒の貯留量を検出する液冷媒量検出手段を設け、液冷媒の貯留量が予め設定した量に達した時、液冷媒を減圧膨張手段あるいは蒸発器入口へ戻すものである。これにより、液冷媒を確実に戻し、冷媒蒸気を戻す避け、冷媒流量の無意味な増加を抑え、蒸発器前後での圧力損失を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項４記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、貯留する液冷媒の液面が液冷媒戻し口よりも予め設定した値よりも高くなったとき、貯留した液冷媒を減圧膨張手段あるいは蒸発器入口へ戻すものである。これにより、液冷媒よりも軽い油を吸込むのを抑え、油が蒸発器に滞留したり、油膜による蒸発器の性能が低下するのを抑えることができる。
【００１２】
また、本発明の請求項５記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、液冷媒戻し口を液冷媒分離手段に設けられた油戻し口よりも高い位置に設けるとともに、貯留する液冷媒の液面が液冷媒戻し口よりも予め設定した高さ以下に低くなったとき、冷媒蒸気を間欠的に前記減圧膨張手段あるいは前記蒸発器入口へ戻すものである。これにより、蒸発器内を流れる冷媒の流速を一時的に高め、蒸発器内に滞留した油の回収を促進することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１に示す様に本発明の実施の形態１は、圧縮機１０１と、冷房暖房のモードに応じて冷媒の流れを切り替える四方弁１０２と、凝縮器あるいは蒸発器となる室外熱交換器１０３と、減圧膨張手段である膨張弁１０５およびエジェクタ１０６と、膨張弁１０５およびエジェクタ１０６に流れる冷媒の向きを常に同一方向とするための逆止弁１０４ＨＣ、１０４ＬＣ、１０４ＨＥ、１０４ＬＥと、蒸発器あるいは凝縮器となる室内熱交換器１０７と、液冷媒分離手段であるアキュムレータ１０８と、アキュムレータ１０８からエジェクタ１０６へ流れる冷媒の流量を調整する流量調整弁１１１とで冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成している。
【００１５】
図１は、冷房運転時の状態を示しており、圧縮機１０１から吐出された高圧の冷媒蒸気は矢印１１２Ａの方向に流れ、四方弁１０２を経て矢印１１２Ｂのように室外熱交換器１０３へ流入し、凝縮して液冷媒となる。その後、逆止弁１０４ＨＣを経、膨張弁１０５を矢印１１２Ｃの向きに流れ、エジェクタ１０６を通り、矢印１１２Ｄの方向に流れて逆止弁１０４ＨＣを経、室内熱交換器１０７に流入する。膨張弁１０５およびエジェクタ１０６を通過する過程で液冷媒は減圧膨張し、気液二相状態となる。そして、室内熱交換器１０７で蒸発して矢印１１２Ｅの方向に流れ、四方弁１０２を通ってアキュムレータ入口１０８Ｉからアキュムレータ１０８に流入する。アキュムレータ１０８では蒸発しきれなかった液冷媒があれば冷媒蒸気と分離され液冷媒は貯留液冷媒１１３となって貯留される。冷媒蒸気は吸入口１０８Ｓから吸込まれオイル戻し穴１０８Ｈからオイルを回収して矢印１１２Ｆの方向に流れ、圧縮機１０１へと戻る。
【００１６】
エジェクタ１０６は、ノズル１０６Ｎと混合部１０６Ｍとディフューザ１０６Ｄと副流入部１０６Ｓで構成されており、ノズル１０６Ｎで冷媒は減圧加速され、混合部１０６Ｍで圧力を回復させながら、ディフューザ１０６Ｄで減速し所定の静圧まで圧力を回復する。副流入部１０６Ｓは、減圧加速された冷媒の流れと連通するよう構成されており、副流入部１０６Ｓからはアキュムレータ１０８からの冷媒が、主のノズル１０６Ｎから混合部１０６Ｍへ流れる冷媒流に吸込まれていく。
【００１７】
従って、起動時やディアイス運転、圧縮機運転周波数の急激な変化などにより、アキュムレータ１０８に液冷媒が貯留し、貯留液冷媒１１３の液面が冷媒戻し口１０８Ｅよりも高くなれば液冷媒がエジェクタ１０６の副流入部１０６Ｓへ戻される。その結果、貯留液冷媒１１３の液面上昇は抑えられ、小容量のアキュムレータでも圧縮機への液戻りを防止することが可能となる。
【００１８】
液冷媒を蒸発器の入口等へ戻すには、冷媒ポンプなどを使用しても同様の効果を得ることができるが、エジェクタを使用することにより動力を使用せずに目的を達成することができる。
【００１９】
しかし、アキュムレータ１０８において液冷媒が存在しない場合に、エジェクタ１０６からアキュムレータ１０８の冷媒蒸気を蒸発器である室内熱交換器１０７の入口に戻すと、能力に寄与しない冷媒が増えるだけで、能力が増すどころか不要な圧力損失を増加させることにもなりかねない。そこで、冷媒液面うを検知し、貯留液冷媒１１３の液面が冷媒戻し口１０８Ｅよりも高くなった場合のみ冷媒を戻すよう流量調整弁１１１を制御してやると、貯留液冷媒１１３の液面上昇抑制制御を合理的に行うことができ、冷媒蒸気を蒸発器入口に戻してしまうことによる不要な圧力損失が増加するのを防止できる。
【００２０】
また、通常冷凍機油として使用されるオイルは比重が１．０弱であるが、液冷媒は温度によって大きく比重が変化し、低温になるほど比重が大きくなり、冷媒の溶解限度を超えた冷凍機油が液冷媒の上に浮かぶ状態となる。この冷凍機油を蒸発器入口へ戻してしまうと、蒸発器の性能を低下させてしまうことになる。
【００２１】
そこで、実施の形態１では図１に示すように、液面検知センサ１０９を冷媒戻し口１０８Ｅよりも所定の高さだけ高い位置に設け、流量調整弁１１１を制御してやることで、液面検知センサ１０９の出力に応じて冷媒の上に浮かぶ冷凍機油を極力戻さないようにしている。これにより、冷凍機油が蒸発器に戻り蒸発器の性能が低下するのを防止することができる。
【００２２】
また、サイクル中に流れ出た冷凍機油は冷媒とともに流れ、アキュムレータ１０８において気液分離され、油戻し穴１０８Ｈから圧縮機１０１に戻される。しかし、圧縮機１０１の運転周波数が低い状態では、冷媒流速が遅くなって冷凍機油の搬送力が低下し、冷凍機油がアキュムレータ１０８まで戻らず、蒸発器である室内熱交換器１０７に滞留してしまうことがある。冷凍機油が圧縮機１０１に戻らなくなると、潤滑不足になって圧縮機１０１の故障を招く可能性も高くなる。
【００２３】
そこで、実施の形態１では、圧縮機１０１の運転時間が一定の時間に達したとき、所定の時間だけ流量調整弁１１１を開いて蒸発器である室内熱交換器１０７の冷媒循環量を増加させ、冷媒の流速を上げて冷凍機油の回収を促進させる運転を行う。このとき、冷凍機油を戻してしまうのは望ましくないので、冷媒戻し口１０８Ｅを油戻し穴１０８Ｈよりも高い位置に設け、冷媒戻し口１０８Ｅよりも所定の高さだけ低い位置に液面検知センサ１１０を設けて、確実に冷媒だけを室内熱交換器１０７に戻すよう設計されている。
【００２４】
蒸発器における冷媒循環量を増加させ、冷媒の流速を上げて冷凍機油の回収を促進させる方法としては、圧縮機の運転周波数を一時的に上げる方法もあるが、本発明のようにエジェクタを用いる方が、動力増加をまねかない点において優れている。
【００２５】
なお、冷媒を二酸化炭素にする場合、圧縮機への液戻りが多いため、本実施例はより有効となる。
【００２６】
【発明の効果】
上記から明らかなように、液冷媒分離手段に貯留した液冷媒を減圧膨張手段あるいは蒸発器入口へ戻すもので、液冷媒分離手段に貯留する液冷媒を所定の量以下に抑え、圧縮機への液戻りを防止することができる。この構成によれば、小容量のアキュムレータでも高い信頼性を得ることができ、室外機を小型化できるという効果を奏する。
【００２７】
また、減圧膨張手段にエジェクタを使用し、エジェクタの混合部に液冷媒分離手段に貯留した液冷媒を導入するものである。これにより、動力を使用することなく、液冷媒分離手段に貯留した液冷媒を減圧膨張手段あるいは蒸発器入口へ戻すことができる。この構成によれば、電力を消費せず高い信頼性を確保でき、経済的で小型の室外機を提供できるという効果を奏する。
【００２８】
また、液冷媒分離手段に液冷媒の貯留量を検出する液冷媒量検出手段を設け、液冷媒の貯留量が予め設定した量に達した時、液冷媒を減圧膨張手段あるいは蒸発器入口へ戻すものである。これにより、液冷媒を確実に戻し、冷媒蒸気を戻す避け、冷媒流量の無意味な増加を抑え、蒸発器前後での圧力損失を抑えることができる。この構成によれば、液戻りの必要のないときにのロスが少なく、小型の室外機を提供できるという効果を奏する。
【００２９】
また、貯留する液冷媒の液面が液冷媒戻し口よりも予め設定した値よりも高くなったとき、貯留した液冷媒を減圧膨張手段あるいは蒸発器入口へ戻すものである。これにより、液冷媒よりも軽い油を吸込むのを抑え、油が蒸発器に滞留したり、油膜による蒸発器の性能が低下するのを抑えることができる。この構成によれば、蒸発器における熱ロスが少なく、小型の室外機を提供できるという効果を奏する。
【００３０】
また、液冷媒戻し口を液冷媒分離手段に設けられた油戻し口よりも高い位置に設けるとともに、貯留する液冷媒の液面が液冷媒戻し口よりも予め設定した高さ以下に低くなったとき、冷媒蒸気を間欠的に前記減圧膨張手段あるいは前記蒸発器入口へ戻すものである。これにより、蒸発器内を流れる冷媒の流速を一時的に高め、蒸発器内に滞留した油の回収を促進することができる。この構成によれば、冷凍機油の回収性能がよく信頼性が高く、小型の室外機を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明、一実施例を示す空気調和機の説明図
【符号の説明】
１０１  圧縮機
１０２  四方弁
１０３  室外熱交換器
１０４ＨＣ，１０４ＨＥ，１０４ＬＣ，１０４ＬＥ  逆止弁
１０５  膨張弁
１０６  エジェクタ
１０７  室内熱交換器
１０８  アキュムレータ
１０９，１１０  液面検知センサ
１１１  流量調整弁
【図１】
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