(57)【要約】【課題】従来の受液器においては、冷凍機油を分離回収する機能はなく、蒸発器での伝熱阻害や圧縮機の潤滑不良を起こす可能性が高くなるという課題があった。【解決手段】本発明では、冷媒容器１０１と、冷媒入口である冷媒入口配管１０３が冷媒容器１０１の上部に設けられ、分子レベルで濾過が可能な微細孔を持つ濾過手段であるオイルフィルター１０２は冷媒入口配管１０３と連結する上部ハウジング１１１と、下部ハウジング１１２とで冷媒容器１０１内に保持されている。さらに、冷媒容器１０１の底部には下部冷媒出口である液冷媒出口配管１０４が、上部には上部冷媒出口であるガス冷媒出口配管１０５が設けられ、下部ハウジング１１２の液溜りを保持する部分から冷媒容器１０１を貫通して残留液出口であるオイル出口配管１０６が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒容器と、冷媒および冷凍機油の混合流体を導入する冷媒入口と、前記冷凍機油を濾過する濾過手段と、前記冷媒容器の下部から前記冷凍機油を濾過した前記冷媒のうち液冷媒を取り出す下部冷媒出口と、前記冷媒容器の上部から前記冷凍機油を濾過した前記冷媒のうち冷媒ガスを取り出す上部冷媒出口と、前記濾過手段で生じた前記冷凍機油濃度の高い残留液を取り出す残留液出口とを備え、前記冷媒および冷凍機油の混合流体から、前記液冷媒と前記冷媒ガスを分離し、さらには前記冷凍機油も分離し取り出すことを特徴とする受液器。
【請求項２】
前記残留液出口からの前記残留液を前記冷媒ガスと混合して取り出すことを特徴とする請求項１に記載の受液器。
【請求項３】
前記残留液を混合する前の前記冷媒ガス、あるいは前記冷媒ガスと前記残留液の混合流体を、減圧膨張させた後、前記冷媒容器の内部で熱交換を行い、前記冷媒容器から取り出すことを特徴とする請求項１または２に記載の受液器。
【請求項４】
前記濾過手段の分離粒子径が０．５ｎｍから１．０ｎｍであることを特徴とした請求項１から３に記載の受液器。
【請求項５】
圧縮機、凝縮器、減圧手段、蒸発器が順次接続された冷凍サイクルまたはヒートポンプサイクルであって、前記冷媒入口が前記凝縮器出口もしくは中間圧力部に接続され、前記下部冷媒出口が前記蒸発器に、前記上部冷媒出口および残留液出口が前記圧縮機吸入口あるいは前記圧縮機の前に配したアキュムレータに接続されることを特徴とする請求項１から４に記載の受液器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルやヒートポンプなどに使用され、液冷媒と冷媒ガスを分離し液冷媒を貯留するとともに、冷凍機油を分離回収することのできる受液器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蒸気圧縮式の冷凍サイクルやヒートポンプなどに使用される受液器は、凝縮器の下流側に連結して用いられる高圧受液器、および蒸発器に連結して用いられ低圧受液器とが一般的である（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
高圧受液器は、横型または立形円筒状の圧力容器である。そして、圧力容器の上部から凝縮器で凝縮した液冷媒が導入され、圧力容器の液溜りから液冷媒を取り出す構造となっており、付属機器として液面計や安全弁、均圧弁、油抜弁などが取り付けられる。
【０００４】
冷凍サイクルやヒートポンプの運転時における高圧受液器の役割は、冷媒系統内に空間的余裕をつくり、運転状態の変動によって液化冷媒が凝縮器に滞留する分を吸収することである。
【０００５】
低圧受液器は、冷媒液循環方式の冷凍サイクルやヒートポンプにおいて、蒸発器へ冷媒液を送り、かつ、蒸発器から戻る冷媒液の一時的な液だめとする役割を持つ。
【０００６】
【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、Ｐ６３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の受液器においては、冷凍機油を分離回収する機能はなく、冷媒とともに圧縮機から吐出された冷凍機油は回収されずに循環し、圧縮機の吸入口から圧縮機へ戻る。冷媒中の冷凍機油は凝縮器や蒸発器の配管内面に油膜をつくり伝熱を阻害する。とりわけ、温度の低くなる蒸発器では冷凍機油の粘度が上昇し、滞留しやすため伝熱阻害が増しやすいうえ、冷凍機油の油量不足となり圧縮機の潤滑不良を起こす可能性も高くなるという課題がある。
【０００８】
これを防止する方法として、油分離器を圧縮機の吐出口と凝縮器の間に設け、冷凍機油を分離する方法があるが、装置の大型化や部品点数の増加を招くという課題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、液冷媒と冷媒ガスを分離し液冷媒を貯留するとともに、冷凍機油を分離回収することで、冷凍サイクルあるいはヒートポンプの性能向上と、油分離器を使用せずとも圧縮機の潤滑不良を防止できる受液器を提供する。
【００１０】
【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、本発明の受液器は、前記冷凍機油を濾過する濾過手段と、前記液冷媒を取り出す前記下部冷媒出口と、前記冷媒ガスを取り出す前記上部冷媒出口と前記濾過手段で生じた前記冷凍機油濃度の高い残留液を取り出す前記残留液出口とを備え、前記冷媒中の前記冷凍機油を分離回収し、冷凍機油による蒸発器の性能低下を防ぐとともに圧縮機の冷凍機油不足の発生を防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明の受液器は、残留液を冷媒ガスと混合して取り出すことにより配管の取り出し数を減らし、冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルの構成の簡略化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の受液器は、減圧膨張させた冷媒ガス、あるいは冷媒ガスと残留液の混合流体を、冷媒容器の内部で熱交換し加熱して取り出すことにより、冷媒ガスと残留液の混合流体中の液冷媒量を減らし、圧縮機への液戻りを防ぐことができる。
【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、冷媒容器１０１と、冷媒入口である冷媒入口配管１０３が冷媒容器１０１の上部に設けられ、濾過手段であるオイルフィルター１０２は冷媒入口配管１０３と連結する上部ハウジング１１１と、下部ハウジング１１２とで冷媒容器１０１内に保持されている。さらに、冷媒容器１０１の底部には下部冷媒出口である液冷媒出口配管１０４が、上部には上部冷媒出口であるガス冷媒出口配管１０５が設けられ、下部ハウジング１１２の液溜りを保持する部分から冷媒容器１０１を貫通して残留液出口であるオイル出口配管１０６が設けられている。
【００１５】
オイルフィルター１０２は、ナノ濾過膜に分類される、分子レベルで濾過が可能な微細孔を持った濾過膜を用いたフィルターで、冷媒と冷凍機油を高精度で分離する。こうした膜は、通常ある程度圧力を加える必要があり、膜を通過するのにともなって圧力損失が発生する。また、単位膜表面積あたりの流体通過量も少ないため、膜表面積を大きく採るために中空糸状の膜にし、束ねて使用されることが多い。
【００１６】
分子の大きさは分子量と相関があり、分子量の大きなものほど分子の大きさは大きくなる。冷媒の分子量はＲ２２が８６．５、Ｒ３２が５２、Ｒ１２５が１２０、Ｒ１３４ａが１０２であり、冷凍機油の分子量は油の種類や粘度グレードによってばらつきがあるが、通常合成油であれば３００以上、鉱油では分布が広く、分子量１００くらいの分子から数百以上の分子量の分子が含まれ３００以上にピークを持つものが一般的である。
【００１７】
従って、分子量２００から３００以上の分子を分離するようにすれば、冷媒と冷凍機油を分離することが可能である。分子量２００の、分子の大きさの目安は０．５〜１ｎｍであり、これに対応する膜を使用する。このような膜を使用すると、冷媒が液状態であっても冷凍機油と冷媒を分離することができるので、オイルセパレータの機能を持つ受液器を実現することができる。
【００１８】
冷媒入口配管１０３から導入される導入流体１０７は、液冷媒とガス冷媒と冷凍機油の混合流体である。導入流体１０７は、オイルフィルター１０２により濾過され冷媒は通過し冷凍機油のみが残留し冷媒を含んだオイル１１０となって下部ハウジング１１２に滞留した後、オイル出口配管１０６から冷媒容器１０１の外に取り出される。オイルフィルター１０２を通過した冷媒は液冷媒１０８とガス冷媒１０９に分離し、液冷媒１０８は液冷媒出口配管１０４から、ガス冷媒１０９はガス冷媒出口配管１０５から冷媒容器１０１の外に取り出される。
【００１９】
従って、液冷媒出口配管１０４から供給される液冷媒は冷凍機油をほとんど含まないため、蒸発器などに供給されても内壁を汚染することがなく、ガス冷媒出口配管１０５からは、冷却や吸熱に寄与の小さく、循環質量あたりの流動抵抗が大きいガス冷媒が回収されるため蒸発器における圧力損失を低減することができ、高い冷却能力あるいは吸熱能力を効率よく得ることができる。また、オイル出口配管１０６から冷凍機油が回収されるので、蒸発器に冷凍機油が溜まりこみ冷凍機油不足による圧縮機のトラブルも防止できる。
【００２０】
（実施の形態２）
図２に示す様に、本発明の実施の形態２は、冷媒容器１０１と、冷媒入口である冷媒入口配管１０３が冷媒容器１０１の上部に設けられ、濾過手段であるオイルフィルター１０２は冷媒入口配管１０３と連結する上部ハウジング１１１と、下部ハウジング１１２とで冷媒容器１０１内に保持されている。さらに、冷媒容器１０１の底部には下部冷媒出口である液冷媒出口配管１０４が、上部には上部冷媒出口であるガス冷媒出口配管１０５が設けられ、下ハウジング１１２の液溜りを保持する部分から残留液出口であるオイル出口配管１１３が設けられている。オイル出口配管１１３は、ガス冷媒出口配管１０５に接続されており、冷媒と冷凍機油の混合流体１１５がオイルガス冷媒取出管１１４から取り出される。
【００２１】
実施の形態２においては、実施の形態１と同様の作用効果に加え、オイル出口配管１１３がガス冷媒出口配管１０５に合流した後、オイルガス冷媒取出管１１４として冷媒容器１０１から取り出されるので接続すべき配管が減り、冷凍サイクルあるいは冷凍サイクルのシステムを組むのが容易となる。
【００２２】
（実施の形態３）
図３に示す様に、本発明の実施の形態３は、冷媒容器１０１と、冷媒入口である冷媒入口配管１０３が冷媒容器１０１の上部に設けられ、濾過手段であるオイルフィルター１０２は冷媒入口配管１０３と連結する上部ハウジング１１１と、下部ハウジング１１２とで冷媒容器１０１内に保持されている。さらに、冷媒容器１０１の底部には下部冷媒出口である液冷媒出口配管１０４が、上部には上部冷媒出口であるガス冷媒出口配管１０５、絞り１１７が設けられ、下ハウジング１１２の液溜りを保持する部分から残留液出口であるオイル出口配管１１３が設けられている。オイル出口配管１１３は、ガス冷媒出口配管１０５、絞り１１７のに接続されており、熱交換器１１６で吸熱し、冷媒と冷凍機油の混合流体１１５がオイルガス冷媒取出管１１４から取り出される。
【００２３】
実施の形態３においては、実施の形態２と同様の作用効果に加え、冷媒と冷凍機油の混合流体１１５が冷媒容器１０１内部で膨張の後吸熱してから取り出されるので、オイル１１０に含まれる液冷媒をガス化させることができ、冷凍サイクルやヒートポンプの圧縮機吸入への液戻りを防ぎ信頼性を向上させることができる。
【００２４】
図４に示す様に、本発明の実施の形態４は、圧縮機２０１、四方弁２０２、室外熱交換器２０３、絞り２０４、逆止弁２０５ＨＣ、２０５ＬＣ、２０５ＨＥ、２０５ＬＥからなる逆止弁ブリッジと、本発明の受液器２０６、膨張弁２０７、室内熱交換器２０８、アキュムレータ２０９で構成される空気調和機である。受液器２０６は逆止弁ブリッジの高圧側に接続された冷媒入口配管２１０から冷媒を導入し、冷凍機湯を取り除いた後の液冷媒を液冷媒出口配管２１１から逆止弁ブリッジの低圧側へ排出し、ガス冷媒と濾過後の残留液を混合したオイルガス冷媒取出配管２１２からアキュムレータ２０９へ戻す。
【００２５】
図４は冷房状態の図を示しており、圧縮機２０１を出た冷媒は矢印２１３Ａ、２１３Ｂ、２１３Ｃと流れ、受液器２０６からは、２１３ＤＬ、２１３Ｅと流れアキュムレータ２０９にたどり着く冷媒の流れと、２１３ＤＧのように流れる冷凍機油と冷媒の混合流体の流れがある。アキュムレータ２０９からは、２１３Ｆのように圧縮機２０１へ戻る。このとき室外熱交換器２０３は凝縮器、室内熱交換器２０８は蒸発器となっている。暖房の場合には、四方弁２０２が切り替わり逆の流れとなるが受液器２０６は冷房の場合と同様の働きをする。
【００２６】
本発明の受液器で使用したナノ濾過膜は、いくらかの圧力損失を生じるが、元来圧力が発生する室外熱交換器２０３と室内熱交換器２０８の間に取り付けているので空気調和機の性能を損なうことがない。
【００２７】
また、冷凍機油を分離除去した後の液冷媒を室内熱交換器２０８、つまり蒸発器側へ流すので蒸発器内壁を汚染して熱交換性能を落とすことがなく、ガス冷媒と濾過後の残留冷凍機油はアキュムレータ２０９へ戻されるので、冷凍機油が蒸発器に溜まりこむことがなく、ガス冷媒を返すことになるので、圧縮機の潤滑不足や液戻りを防止し高い信頼性を得ることができる。
【００２８】
図４に示した受液器２０６は実施の形態２あるいは実施の形態３に示した受液器に相当するが、実施の形態３に示す受液器の方が液戻りの発生を抑える効果は高く信頼性の点では優れている。また、実施の形態１の受液器についても、図１に示すガス冷媒出口配管１０５とオイル出口配管１０６をアキュムレータに戻す構造、あるいはガス冷媒出口配管１０５とオイル出口配管１０６を合流した後減圧膨張させ吸熱させる構造とすれば同様の効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
上記から明らかなように、本発明の受液器は、前記冷凍機油を濾過する濾過手段と、前記液冷媒を取り出す前記下部冷媒出口と、前記冷媒ガスを取り出す前記上部冷媒出口と前記濾過手段で生じた前記冷凍機油濃度の高い残留液を取り出す前記残留液出口とを備え、前記冷媒中の前記冷凍機油を分離回収するもので、この構成によれば、冷凍機油による蒸発器の性能低下を防ぐとともに圧縮機の冷凍機油不足の発生を防ぐという効果を奏する。
【００３０】
また、本発明は、残留液を冷媒ガスと混合して取り出すことにより配管の取り出し数を減らすものであり、この構成によれば、本発明の受液器を用いた冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルの構成の簡略化するという効果を奏する。
【００３１】
また、本発明は、減圧膨張させた冷媒ガス、あるいは冷媒ガスと残留液の混合流体を、冷媒容器の内部で熱交換し加熱して取り出すものであり、この構成によれば、冷媒ガスと残留液の混合流体中の液冷媒量を減らし、圧縮機への液戻りを防ぐという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明、一実施例を示す受液器の断面図
【図２】本発明、一実施例を示す受液器の断面図
【図３】本発明、一実施例を示す受液器の断面図
【図４】本発明、一実施例を示す空気調和機の概念図
【符号の説明】
１０１  冷媒容器
１０２  オイルフィルター
１０３  冷媒入口配管
１０４  液冷媒出口配管
１０５  ガス冷媒出口配管
１０６  オイル出口配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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