(57)【要約】【課題】放熱器５側からオイルセパレータ１３を介して圧縮機４に液状化した冷媒が逆流しないようにする。【解決手段】放熱器５より下段位置に圧縮機４、オイルセパレータ１３、レシーバタンク１４が配設されると共に、放熱器５とオイルセパレータ１３とを接続する冷媒配管５５に、液状化した冷媒が当該オイルセパレータ１３に戻るのを阻止する冷媒トラップ５３を設ける。その際、冷媒トラップ５３の頂点位置Ｐ１は放熱器５の冷媒入口５４の高さ位置より高くする。これにより、放熱器５側からオイルセパレータ１３側に液状化した冷媒が逆流するのを防止する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機からの冷媒に含まれる潤滑油を分離して前記圧縮機に戻すオイルセパレータ、該オイルセパレータで潤滑油が分離されて供給された冷媒を放熱させる放熱器、該放熱器で放熱して液状化した冷媒を一旦貯留して供給するレシーバタンクを備えた冷凍装置において、
前記放熱器より下段位置に前記圧縮機、オイルセパレータ、レシーバタンクが配設されると共に、前記放熱器と前記オイルセパレータとを接続する冷媒配管に、液状化した冷媒が当該オイルセパレータに戻るのを阻止するための逆Ｕ字状の冷媒トラップを設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記冷媒トラップが、前記放熱器の冷媒入口の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記冷媒トラップが、前記オイルセパレータの冷媒出口の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記冷媒トラップの頂点位置が、前記放熱器における冷媒入口の高さ位置より高い位置になるように設けられたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱器で放熱して液状化した冷媒等が圧縮機に戻らないようにした冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷凍装置では、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を放熱させる放熱器等を備えて、冷媒を冷凍回路中を循環させるようにしている。
【０００３】
例えば、ショーケース等では、室内側に配設されて商品等を冷却して陳列する室内ユニットと、室外側に設置されて室内ユニットと冷媒配管により接続された室外ユニットとを備えて、室外ユニットには、アキュムレータ、圧縮機、オイルセパレータ、放熱器、レシーバタンク等が設けられ、室内ユニットには膨張弁、蒸発器等が設けられている。
【０００４】
そして、圧縮機で圧縮された冷媒は、放熱器で放熱して液状化する。このとき、圧縮機の摺動部を潤滑するために潤滑油が用いられているが、この潤滑油が冷媒と共に当該圧縮機から吐出されるので、オイルセパレータにより潤滑油を分離して圧縮機に戻している。
【０００５】
放熱器で放熱して液状化した冷媒は、レシーバタンクに貯留され、当該レシーバタンクから室内ユニットに供給される。
【０００６】
室内ユニットでは、膨張弁により冷媒を膨張させ、蒸発器で蒸発させることにより冷熱を発生して、商品等の冷却を行う。
【０００７】
その後、冷媒は室外ユニットに戻り、アキュムレータで気液分離されて、気体の冷媒のみが圧縮機に戻る。
【０００８】
図６は、このような構成における室外ユニット１００の概略構成を立体的に示した模式図で、アキュムレータ１０１、圧縮機１０２、オイルセパレータ１０３、レシーバタンク１０４は、下段側の機械室１０５に収納され、放熱器１０６は上段側の放熱室１０７に収納されている（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特許２９６７５２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した構成では、放熱器１０６で液状化した冷媒等がオイルセパレータ１０３を介して圧縮機１０２に逆流してしまう問題があった。
【００１１】
即ち、図６に示すように、圧縮機１０２、オイルセパレータ１０３、レシーバタンク１０４等は、下段側の機械室１０５に収納され、放熱器１０６は上段側の放熱室１０７に収納されている。
【００１２】
このとき、オイルセパレータ１０３からの冷媒は、放熱器１０６の上部側に設けられた冷媒入口１０８から当該放熱器１０６に流入し、該放熱器１０６の下部側に設けられた冷媒出口１０９から流出して、レシーバタンク１０４に貯留される。
【００１３】
従って、このような冷凍装置の運転中は、液状化した冷媒は放熱器１０６側からオイルセパレータ１０３側に逆流することはないが、運転停止中においてはかかる液状化した冷媒がオイルセパレータ１０３側に逆流することがある。
【００１４】
この原因については、明確に解明されていないが、以下のような現象が要因として考えられる。
【００１５】
例えば、冷凍装置が運転停止しているような状態で、レシーバタンク１０４と室内ユニットとを接続している冷媒配管が太陽の光で加熱されたり放熱器が加熱されたりして、放熱器１０６側の圧力がオイルセパレータ１０３側の圧力より高くなるようなことが起きる。
【００１６】
なお、冷媒配管は、断熱材や配管ケース等により外部との熱接触を抑えるようになっているが、物理的に完全に熱断熱を行うことができない。また、使用状況は千差万別であるため、部分的に断熱特性が劣化してしまっているところもあり得る。
【００１７】
この圧力変化に対応して、冷媒が流れるようになる。レシーバタンク１０４は、放熱器１０６より下方位置に位置しているので、レシーバタンク１０４側から放熱器１０６側に流れる冷媒は気体の冷媒となる。
【００１８】
一方、放熱器１０６は、蛇行した銅管に多数のフィンが嵌合して形成されているため、当該放熱器１０６の設置状況により銅管の水平部分が水平線に対して傾いて設置されることがあり、かかる場合には蛇行部分に液状化した冷媒が溜ることがある。
【００１９】
このように溜った冷媒が、レシーバタンク１０４側からの冷媒の流れによりオイルセパレータ１０３側に流動してしまうことが考えられる。
【００２０】
また、この冷媒の流れにより、放熱器１０６の冷媒入口１０８側に付着していた液状化した冷媒や、溶接箇所の窪み等に溜っていた液状化した冷媒がオイルセパレータ１０３側に流動してしまうことも考えられる。
【００２１】
このような種々の要因により、結果としてオイルセパレータ１０３に液状化した冷媒が逆流し、圧縮機１０２に流入してしまう現象が発生することがある。
【００２２】
そこで、本発明は、圧縮機に液状化した冷媒が逆流しないようにした冷凍装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機からの冷媒に含まれる潤滑油を分離して圧縮機に戻すオイルセパレータ、該オイルセパレータで潤滑油が分離されて供給された冷媒を放熱させる放熱器、該放熱器で放熱して液状化した冷媒を一旦貯留して供給するレシーバタンクを備えた冷凍装置において、放熱器より下段位置に圧縮機、オイルセパレータ、レシーバタンクが配設されると共に、放熱器とオイルセパレータとを接続する冷媒配管に、液状化した冷媒が当該オイルセパレータに戻るのを阻止するための逆Ｕ字状の冷媒トラップを設けて、圧縮機に液状化した冷媒が逆流しないようにしたことを特徴とする。
【００２４】
請求項２にかかる発明は、冷媒トラップが、放熱器の冷媒入口の近傍に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
請求項３にかかる発明は、冷媒トラップが、オイルセパレータの冷媒出口の近傍に設けられていることを特徴とする。
【００２６】
請求項４にかかる発明は、冷媒トラップの頂点位置が、放熱器における冷媒入口の高さ位置より高い位置になるように設けられたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明に適用される冷凍装置の概略構成を示す図で、当該冷凍装置１は圧縮機４や放熱器５等を備えて室外等に配設される室外ユニット２と、膨張弁６や蒸発器７等を備えて熱利用空間側に配設される室内ユニット３とを主要構成としている。
【００２８】
なお、本実施の形態では冷凍装置１により冷熱を利用する場合について説明するが、温熱を利用する場合も適用可能であることは言うまでもない。また、冷媒として従来から用いられているＨＦＣ冷媒等を例に説明するが二酸化炭素冷媒を用いても良い。
【００２９】
そして、室外ユニット２における圧縮機４で圧縮された冷媒は、放熱器５で放熱して液状化する。液状化した冷媒は、冷媒配管により室内ユニット３に送られ、膨張弁６で膨張されて蒸発器７で蒸発することにより冷熱を発生する。その後冷媒は冷媒配管により室外ユニット２に戻り圧縮機４で圧縮される。
【００３０】
図２は、このような室外ユニット２の構成を詳細に示した図である。また、図３はこのような室外ユニット２の模式図であり、図４は図３を簡略化した図である。
【００３１】
当該室外ユニット２は、上段側の放熱室５２と該放熱室５２の下方に設けられた機械室５１とを備え、放熱室５２には放熱器５及び逆Ｕ字状の冷媒トラップ５３が設置され、機械室５１にはストレーナ１１、アキュムレータ１２、圧縮機４、オイルセパレータ１３、レシーバタンク１４、フィルタドライヤ１５、冷媒注入装置２０等を備えている。
【００３２】
そして、室内ユニット３から戻ってきた冷媒は、ストレーナ１１、アキュムレータ１２、圧縮機４、オイルセパレータ１３へと流動して放熱器５に流入し、その後レシーバタンク１４、フィルタドライヤ１５等を経て室内ユニット３に供給される。
【００３３】
ストレーナ１１は、室内ユニット３から室外ユニット２に戻った冷媒に含まれる不純物（摩耗粉等のゴミ）を除去するものである。アキュムレータ１２は、ストレーナ１１からの冷媒を気液分離して、圧縮機４で液圧縮が起きないように、気体の冷媒のみを当該圧縮機４に供給できるようにするものである。
【００３４】
圧縮機４は、図示しない圧縮室やモータを備えて、当該モータの動力により圧縮室の空間容積を拡大してアキュムレータ１２から供給される気体の冷媒を吸気し、その後当該圧縮室の空間容積を縮小して冷媒を圧縮するものである。
【００３５】
この圧縮機４には、ケース内の圧力を検出する高圧センサ２１、低圧センサ２２及び高圧圧力計２３が設けられると共に、高圧センサ２１や低圧センサ２２に制御回路２４が接続されている。
【００３６】
そして、制御回路２４は低圧センサ２２からの信号に基づき当該圧縮機４の運転停止の制御を行い、また高圧センサ２１からの信号が所定レベルを超えたときに圧縮機４を強制停止させて予め設定された異常圧力以上にならないようにしている。このときの圧力は、高圧圧力計２３により視認可能になっている。
【００３７】
オイルセパレータ１３は、圧縮機４内における各種の摺動部（例えば、モータの回転軸や圧縮室を形成する複数の部材間の当接部）を潤滑した潤滑油のうち冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するもので、分離された潤滑油は潤滑油戻管２５を介して圧縮機４に戻るようになっている。
【００３８】
放熱器５は、圧縮されて高温高圧になった冷媒と外気とを熱交換させて、当該冷媒を放熱させるもので、外気は送風機２６により送風されている。
【００３９】
なお、冷媒としてＨＦＣ冷媒等が用いられている場合には、冷媒はこの放熱器５で放熱することにより凝縮して液化するが、二酸化炭素の場合には液相と気相との混合状態（超臨界状態）となる。
【００４０】
しかしながら、先にも述べたように、本発明は、冷媒としてＨＦＣ冷媒等に限らず二酸化炭素も利用可能であるので、二酸化炭素を用いた場合も含めて、冷媒は当該放熱器５で「液状化」すると記載する。
【００４１】
レシーバタンク１４は、放熱器５で液状化した冷媒を貯留するもので、室内ユニット３側での熱負荷の変動に対して過不足無く冷媒が供給できるようにしている。
【００４２】
このレシーバタンク１４には、可溶栓２７が設けられて、例えば室外ユニット２を収納する家屋が火災を起したような場合に、その熱で冷凍装置１中の冷媒が加熱されて膨爆しないように、所定の温度（可溶栓２７の融点）になると溶融して冷凍装置１内の冷媒を大気に放出することで膨爆を防止している。
【００４３】
冷媒トラップ５３は、放熱器５側からオイルセパレータ１３を介して圧縮機４に液状化した冷媒が戻らないようにするためのもので、冷媒トラップ５３の頂点位置Ｐ１は、放熱器５の冷媒入口５４の高さより高い位置となっている。
【００４４】
そして、オイルセパレータ１３からの冷媒は、冷媒配管５５及び冷媒トラップ５３を介して冷媒入口５４から放熱器５に流入し、当該放熱器５で液状化した冷媒がこの放熱器５の冷媒出口５６からレシーバタンク１４に流入する。
【００４５】
フィルタドライヤ１５は、冷媒に水分が含まれていると室内ユニット３における蒸発器７で蒸発した際に、この水分が凍り、冷媒回路を詰らせたりしないように、当該水分を除去するものあり、モイスチャーインジケータ２８は循環する冷媒を視認して、冷媒量やフィルタドライヤ１５に用いられているフィルタの交換時期を判断するため等に用いられるものである。
【００４６】
また、冷媒注入装置２０は、抽出管２９、ストレーナ３０、サーモバルブ３１、キャピラリーチューブ３２、感温筒３４、注入制御弁３７等を有して、先に述べたようにレシーバタンク１４に貯留されている液状化冷媒の一部を圧縮機４に注入している。
【００４７】
抽出管２９は、レシーバタンク１４に接続されて、当該レシーバタンク１４に貯留されている液状化した冷媒を抽出するものであり、ストレーナ３０は抽出した冷媒に含まれるゴミを除去するものである。
【００４８】
なお、抽出管２９は液状化した冷媒の一部を抽出して圧縮機４に注入できるようにするためのものであるため、レシーバタンク１４に接続するばかりでなく放熱器５より室内ユニット３側の冷媒配管に接続しても良い。
【００４９】
このように、放熱器５より室内ユニット３側の冷媒配管に接続する構成にすると、レシーバタンク１４を持たない冷凍装置においても本発明が適用可能になり、利用範囲が広まる利点がある。
【００５０】
感温筒３４は、圧縮機４の吐出管３８に密着して取付けられており、サーモバルブ３１は感温筒３４の温度二王子手、その弁開度が調整されるものである。そして、圧縮機４に注入する冷媒量が制御される。
【００５１】
キャピラリーチューブ３２は、圧縮機４の起動時等におけるように感温筒３４によるサーモバルブ３１の制御の遅れを補う目的で、サーモバルブ３１に並列に接続されたものである。
【００５２】
ところで、このような冷凍装置に適用される圧縮機４、スクロール圧縮機、ロータリ圧縮機、ピストン圧縮機等の種々の構成の圧縮機４の適用が可能であるが、後述するようにスクロール圧縮機が特に好ましい。加えて、複数の圧縮室を備えて多段圧縮する圧縮機４にも適用できることを付言する。
【００５３】
このスクロール圧縮機は、螺旋状の歯が鏡板に立設された固定歯及び揺動歯とを備えて、これら固定歯及び揺動歯が当接して圧縮室を形成すると共に、当該固定歯に対して揺動歯が揺動して圧縮室の空間容積を変化させることで、当該圧縮室内の冷媒を圧縮する。
【００５４】
このように揺動歯や固定歯の歯先が互いに当接摺動して、圧縮室の機密性を保ちながら圧縮室の空間容積を変化させる構成であるため、圧縮や摺動等により発生した熱は鏡板を伝達してケースに拡散し、そこから大気に放熱され、他の構成の圧縮機４より長い特徴がある。このため揺動歯や固定歯の冷却を効率的に行う必要がある。
【００５５】
加えて、冷媒として二酸化炭素を用いる場合には、冷媒の温度はＨＦＣ冷媒等より非常に高くなるため、揺動歯や固定歯の冷却が必要不可欠となり、冷凍効率の低下を抑制しながら効率的に冷却が行う必要がある。
【００５６】
このような構成で、冷凍装置の運転が開始されると、冷媒は圧縮機４で圧縮されてオイルセパレータ１３に供給される。
【００５７】
この冷媒には圧縮機４内の摺動部を潤滑した潤滑油が含まれるので、当該オイルセパレータ１３で冷媒と潤滑油との比重差を利用して分離が行われ、分離された潤滑油は潤滑油戻管２５を介して圧縮機４に戻り、当該圧縮機４で潤滑油が不足しないようにしている。
【００５８】
一方、潤滑油が離された冷媒は、冷媒トラップ５３を介して放熱器５に送られ、ここで送風機２６で送風される外気と熱交換することにより放熱して液状化する。
【００５９】
液状化した冷媒は、フィルタドライヤ１５を介して室内ユニット３に送られ、当該室内ユニット３で膨張、蒸発して室外ユニット２に戻り、アキュムレータ１２で気液分離されて気体の冷媒が圧縮機４に戻る。
【００６０】
このような冷凍装置が運転を停止している際に、放熱器５等で液状化した冷媒がオイルセパレータ１３に逆流する場合がある。
【００６１】
そこで、本発明では、かかる液状化した冷媒の逆流を防止するために放熱器５の冷媒入口５４近傍の冷媒配管５５に冷媒トラップ５３を設けている。
【００６２】
冷媒トラップ５３により、何らかの原因で液状冷媒が放熱器５からオイルセパレータ１３に逆流しようとしても、当該冷媒トラップ５３の頂点位置Ｐ１が当該冷媒入口５４の位置より適宜高いため逆流を阻止することができる。
【００６３】
なお、冷凍装置の運転停止中に、放熱器５の冷媒入口５４とオイルセパレータ１３とを接続する冷媒配管５５内の気体冷媒が放熱して液状化し、オイルセパレータ１３に逆流してしまうことが考えられる。
【００６４】
特に、大型の室外ユニット２の場合には、この冷媒配管５５は長くなるので、オイルセパレータ１３に逆流する液状化した冷媒量が多くなる。
【００６５】
このような場合には、図５に示すように、オイルセパレータ１３の冷媒出口側に冷媒トラップ５３を設けることが好ましい。
【００６６】
なお、図５は、冷媒トラップ５３の頂点位置Ｐ１を放熱器５の冷媒入口５４の高さ位置より高い位置になるようにした場合を示している。
【００６７】
しかし、オイルセパレータ１３に戻る液状化した冷媒の大部分が、オイルセパレータ１３と放熱器５とを接続する冷媒配管５５内で液状化した冷媒である場合には、冷媒トラップ５３の頂点位置Ｐ１を放熱器５の冷媒入口５４の高さ位置より高い位置にする必要はなく、少なくとも冷媒配管５５内で液状化した冷媒が当該冷媒トラップ５３を乗越えない高さであればよいことは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放熱器より下段位置に圧縮機、オイルセパレータ、レシーバタンクが配設されると共に、放熱器とオイルセパレータとを接続する冷媒配管に、液状化した冷媒が当該オイルセパレータに戻るのを阻止する冷媒トラップを設けたので、圧縮機に液状化した冷媒が逆流するのを防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される冷凍装置の概略構成図である。
【図２】室外ユニットの詳細構成を示す図である。
【図３】図２に示す室外ユニットの模式図である。
【図４】図３を簡略化して示した図である。
【図５】図３に代る構成の室外ユニットを簡略化して示した図である。
【図６】従来の技術の説明に適用される室外ユニットを簡略化して示した図である。
【符号の説明】
１  冷凍装置
２  室外ユニット
３  室内ユニット
４  圧縮機
５  放熱器
１３  オイルセパレータ
１４  レシーバタンク
２５  潤滑油戻管
５１  機械室
５２  放熱室
５３  冷媒トラップ
５４  冷媒入口
５５  冷媒配管
５６  冷媒出口
【図１】
2004301393.tif 000003
【図２】
2004301393.tif 000004
【図３】
2004301393.tif 000005
【図４】
2004301393.tif 000006
【図５】
2004301393.tif 000007
【図６】
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