(57)【要約】【課題】蒸発器に溜まったオイルを円滑に排出して、熱交換能力の改善を図ると共に、当該蒸発器を備えた冷媒サイクル装置のコンプレッサのオイル不足を解消する。【解決手段】コンプレッサ１０、放熱器１５４、膨張弁１５６（減圧装置）、蒸発器１５７などから冷媒サイクルが構成された冷媒サイクル装置１において、蒸発器１５７の上部から冷媒を流入させ、当該蒸発器１５７の下部から冷媒を流出させる。これにより、蒸発器１５７内に流入したオイルを上から下に流すことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ、放熱器、減圧装置、蒸発器などから冷媒サイクルが構成された冷媒サイクル装置において、
前記蒸発器の上部から冷媒を流入させ、当該蒸発器の下部から冷媒を流出させることを特徴とする冷媒サイクル装置。
【請求項２】
冷媒として二酸化炭素を所定量封入したことを特徴とする請求項１に記載の冷媒サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサ、放熱器、減圧装置、蒸発器などから冷媒サイクルが構成される冷媒サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、放熱器、膨張弁やキャピラリチューブなどの減圧装置、蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクルが構成されている。そして、コンプレッサにて圧縮された冷媒ガスが放熱器にて放熱し、減圧装置にて減圧された後、蒸発器にて周囲と熱交換して蒸発する。このとき、冷媒は周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特公平７−１８６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような冷媒サイクル装置では、コンプレッサから吐出されたオイルが放熱器や蒸発器などの熱交換器の冷媒経路中に溜まり、当該オイルが熱交換器における熱交換性能を変化させてしまう不都合が生じていた。特に、従来の蒸発器は、蒸発器の下部に冷媒入口を形成し、上部に冷媒出口を形成して、蒸発器内に流入した冷媒及びオイルを下から上に流す仕様とされていたため、オイルが非常に流れ難くかった。これによって、蒸発器の冷媒通路を流れる冷媒の流速が遅くなり、熱交換性能が低下する問題が生じていた。更に、蒸発器に溜まったオイルはコンプレッサに戻らないので、コンプレッサ内のオイル量が不足して摺動性能の悪化を招いていた。
【０００４】
また、近年この種冷媒サイクル装置では、冷媒として自然冷媒である二酸化炭素を使用する試みがなされているが、係る二酸化炭素冷媒は他の冷媒と比べて冷媒の流速が遅いため、他の冷媒を使用した冷媒サイクル装置よりも上述した蒸発器のオイル溜まりにより熱交換性能の悪化はより深刻な問題となっていた。
【０００５】
本発明は、係る従来の技術的問題を解決するために成されたものであり、蒸発器に溜まったオイルを円滑に排出して、熱交換能力の改善を図ると共に、当該蒸発器を備えた冷媒サイクル装置のコンプレッサのオイル不足を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、放熱器、減圧装置、蒸発器などから冷媒サイクルが構成されたものであって、蒸発器の上部から冷媒を流入させ、当該蒸発器の下部から冷媒を流出させることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明の冷媒サイクル装置は、上記発明において冷媒として二酸化炭素を所定量封入したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コンプレッサ、放熱器、減圧装置、蒸発器などから冷媒サイクルが構成された冷媒サイクル装置において、蒸発器の上部から冷媒を流入させ、蒸発器の下部から冷媒を流出させるので、当該蒸発器内に流入したオイルを上から下に流すことができるようになる。これにより、オイルを重力で流下させて、蒸発器内に溜まろうとするオイルを流れ易くすることができる。
【０００９】
これにより、オイルを蒸発器から円滑に排出させることが可能となるので、蒸発器の熱交換能力の改善を図ることができる。また、蒸発器から排出されたオイルはコンプレッサに帰還するため、コンプレッサのオイル不足も解消することができる。
【００１０】
特に、上記各発明を請求項２の発明の如く高低圧差の大きい二酸化炭素冷媒が所定量封入された冷媒サイクル装置に適用することで、蒸発器における熱交換性能が著しく悪化する不都合を解消することが可能となり、二酸化炭素冷媒を用いた冷媒サイクル装置の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、コンプレッサから流出したオイルが蒸発器内に溜まり、当該蒸発器内における冷媒の円滑な熱交換を阻害する不都合を改善し、且つ、コンプレッサのオイル不足による摺動性の低下を解消するために成されたものである。冷媒サイクル装置の蒸発器におけるオイルの停滞と、コンプレッサのオイル不足を解消するという目的を、蒸発器の上部から冷媒を流入させ、当該蒸発器の下部から冷媒を流出させることにより実現した。
【００１２】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の一実施例の冷媒サイクル装置の冷媒回路図を示している。図１の冷媒サイクル装置１は、コンプレッサ１０、放熱器１５４、減圧装置としての膨張弁１５６、及び蒸発器１５７等を順次環状に配管接続して所定の冷媒回路が構成されている。当該冷媒回路内には冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）が所定量封入されている。実施例のコンプレッサ１０は、密閉容器１２内に駆動要素としての電動要素１４と、この電動要素１４の回転軸１６にて駆動される第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４とを備えた内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサである。そして、冷媒導入管９４から吸い込んだ冷媒（ＣＯ2）を第１の回転圧縮要素３２で圧縮し、この圧縮した中間圧の冷媒ガスを密閉容器１２内に吐出した後、冷媒導入管９２を介して第２の回転圧縮要素３４に吸い込んで圧縮し、冷媒導入管９６に吐出する構成とされている。
【００１３】
前記冷媒導入管９４はコンプレッサの第１の回転圧縮要素３２に冷媒を導入するための冷媒配管であり、当該冷媒導入管９４の一端は当該第１の回転圧縮要素３２の吸込側に接続され、他端は蒸発器１５７の冷媒出口１５７Ｂに接続されている。
【００１４】
前記冷媒吐出管９６は第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒を放熱器１５４に吐出させるための冷媒配管であり、この冷媒吐出管９６の一端は第２の回転圧縮要素３４の吐出側に接続され、他端は放熱器１５４の入口に接続されている。
【００１５】
また、冷媒導入管９２は密閉容器１２内と第２の回転圧縮要素３４の吸込側とを接続する冷媒配管であり、この冷媒導入管９２は、コンプレッサ１０の外部の放熱器１５４を通過するように配設されている。即ち、コンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２にて圧縮され、密閉容器１２内に吐出された中間圧の冷媒は、冷媒導入管９２に流入し、放熱器１５４を通過する過程で、ファン１１１の通風を受けて放熱した後、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれるものとされている。
【００１６】
そして、当該コンプレッサ１０の密閉容器１２内底部には、オイル溜めが構成されており、当該オイル溜め内に収納されたオイルが回転軸１６の下端に取り付けられた図示しないオイルポンプにより第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４の摺動部等に供給されて潤滑とシールを行っている。尚、本実施例では冷媒として高低圧差の大きい二酸化炭素を使用する関係上、オイルは耐久性を考慮して従来のＨＦＣ系冷媒で使用するオイルよりも高粘度のものを使用する。例えば、本実施例では、粘度が＋４０℃で６０ｃｓｔ以上のＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）を使用するものとする。尚、実施例の冷媒サイクル装置１に使用するオイルは、上記ＰＡＧに限らず、その他の高粘度のオイルであっても構わない。また、ここで使用される高粘度のオイルとは、流動点がー４０℃以上、粘度が＋４０℃で４０乃至１２０ｃｓｔを満たすものであり、好ましくは、＋４０℃で６０乃至８０ｃｓｔの粘度のオイルを使用こととする。
【００１７】
一方、前記放熱器１５４の出口は、減圧装置として膨張弁１５６に至る冷媒配管と接続されている。尚、本実施例の冷媒サイクル装置１では、減圧装置として膨張弁を用いるものとしたが、これ以外に、キャピラリチューブやその他、冷媒を減圧することができるものであればどのような装置を用いても構わない。
【００１８】
他方、膨張弁１５６の出口に接続された配管１５６Ａは蒸発器１５７の冷媒入口１５７Ａに接続され、蒸発器１５７の冷媒出口１５７Ｂは前記冷媒導入管９４と接続されている。
【００１９】
ここで、上記蒸発器１５７について図２に示す蒸発器１５７の正面図を用いて説明する。本実施例の蒸発器１５７は、所謂フィンアンドチューブ型の熱交換器であり、一対の管板１２１、１２１と、両管板１２１、１２１間に所定間隔を存して複数配設されたアルミ薄板から成る熱交換用のフィン１２２・・と、これら管板１２１、１２１及びフィン１２２・・をそれぞれ貫通する冷媒配管１０１から構成されている。当該冷媒配管１０１は、蒸発器１５７一端の上部に形成された冷媒入口１５７Ａから蒸発器１５７他端の下部に形成された冷媒出口１５７Ｂに渡って、前記両管板１２１、１２１間に蛇行状に配設されている。これにより、当該蒸発器１５７において、冷媒は上部に形成された冷媒入口１５７Ａから流入し、管板１２１、１２１間に形成された蛇行状の通路を通過した後、下部に形成された冷媒出口１５７Ｂから当該蒸発器１５７を流出することになる。
【００２０】
このように蒸発器１５７の上部から冷媒を流入させ、当該蒸発器１５７の下部から冷媒を流出させることで、冷媒配管１０１は蒸発器１５７内に上方から下方に渡って配置されるので、当該蒸発器１５７の冷媒配管１０１内に流入したオイルを上から下に流すことができるようになる。これにより、冷媒配管１０１内に溜まろうとするオイルが蒸発器１５７から流出し易くなる。
【００２１】
以上の構成で、次に本発明の冷媒サイクル装置１の動作を説明する。図示しない制御装置からコンプレッサ１０の電動要素１４に通電されると、当該電動要素１４が起動する。これにより、コンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２に低温低圧の冷媒ガスが吸い込まれて圧縮され、中間圧となり、密閉容器１２内に吐出される。密閉容器１２内に吐出された中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２に入り、当該冷媒導入管９２が放熱器１５４を通過する過程で放熱器１５４のファン１１１により空冷方式で放熱する。
【００２２】
そして、空気と熱交換して冷却された中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２から第２の回転圧縮要素３４に吸入され、２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管９６よりコンプレッサ１０の外部に吐出される。このとき、後述するように当該冷媒ガスと共に第２の回転圧縮要素３４の摺動部に供給されたオイルも吐出される。コンプレッサ１０から吐出された冷媒ガス及びオイルは冷媒吐出管９６から放熱器１５４内に流入し、そこでファン１１１により空冷方式で放熱した後、放熱器１５４から出て膨張弁１５６にて減圧された後、配管１５６Ａを経て蒸発器１５７一端の上部に形成された冷媒入口１５７Ａから当該蒸発器１５７の冷媒配管１０１内に流入する。
【００２３】
そして、蒸発器１５７に流入した冷媒は冷媒配管１０１内の冷媒経路を下方に向かって蛇行状に流れる過程で蒸発し、空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。このように蒸発器１５７の冷媒配管１０１を通過する過程で蒸発した冷媒は、その後、蒸発器１５７他端の下部に形成された冷媒出口１５７Ｂから出て冷媒導入管９４に入り、コンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００２４】
ここで、コンプレッサ１０の第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４の摺動部にはオイルが供給され、潤滑とシールを行う関係上、当該各回転圧縮要素３２、３４に供給されたオイルは、コンプレッサ１０外部に吐出されることとなるが、当該オイルが冷媒経路中の放熱器１５４や蒸発器１５７等の熱交換器内に溜まる場合がある。特に、温度が低くなる蒸発器１５７では、冷媒配管１０１内のオイルは低粘度となり、オイルが溜まり易い状況となる。
【００２５】
更に、蒸発器では通常冷媒を蒸発させながら流すため、従来の蒸発器は、蒸発器の下部に冷媒入口を形成し、上部に冷媒出口を形成していた。即ち、冷媒配管は蒸発器内に下方から上方に渡って配設されることとなる。これによって、蒸発器内に流入した冷媒及びオイルを下から上に流す仕様とされていたため、オイルが非常に流れ難くかった。このように、蒸発器の冷媒配管内にオイルが溜まると当該オイルにより冷媒配管内の冷媒通路を流れる冷媒の流速が落ち、熱伝達率も悪化してしまう。
【００２６】
特に、冷媒として二酸化炭素を使用した場合には、当該二酸化炭素が高低圧差の大きい冷媒であり、高圧側の圧力が他の冷媒と比較して著しく高く成る関係上、耐久性を考慮して、高粘度のオイルが使用されることと、二酸化炭素冷媒は他の冷媒と比べて冷媒密度が高いため、流速が遅いことから、他の冷媒を使用した冷媒サイクル装置より熱交換器のオイル溜まりによる熱交換性能の悪化はより深刻であった。
【００２７】
これに対して、本発明では蒸発器１５７の冷媒入口１５７Ａを蒸発器１５７の一端上部に形成し、冷媒出口１５７Ｂを他端下部に形成することにより、蒸発器１５７の上部から冷媒を流入させ、蒸発器１５７の下部から冷媒を流出させるので、当該蒸発器１５７内に流入したオイルを上から下に流すことができるようになる。これにより、冷媒配管１０１内のオイルを重力で流下させて、蒸発器１５７内に溜まろうとするオイルを流れ易くすることができる。従って、冷媒配管１０１内にオイルが溜まり難くなり、蒸発器１５７から円滑に排出させることができるようになる。
【００２８】
このように、蒸発器１５７の上部から冷媒を流入させ、蒸発器１５７の下部から冷媒を流出させることで、オイルを蒸発器１５７から円滑に排出させることができるようになるので、冷媒配管１０１内を流れる冷媒がオイルにより熱交換を阻害される不都合を回避することができる。これにより、蒸発器１５７の熱交換性能が改善され、良好な熱交換を行うことができるようになる。
【００２９】
更に、蒸発器１５７からオイルを排出させることにより、当該排出されたオイルは冷媒と共に冷媒出口１５７Ｂから出て冷媒導入管９４からコンプレッサ１０内に円滑に帰還するようになるので、コンプレッサ１０がオイル不足に陥る不都合も解消することができる。
【００３０】
以上に詳述した如く、本発明により蒸発器１５７内に溜まったオイルを円滑に排出して熱交換能力の改善を図ることが可能となると共に、コンプレッサ１０のオイル不足を解消することができるようになる。従って、本発明により冷媒サイクル装置１の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００３１】
尚、本実施例では蒸発器１５７としてフィンアンドチューブ型の熱交換器を用いて説明したが、他の熱交換器、例えば、マイクロチューブ型の熱交換器に本発明を適用しても構わない。
【００３２】
また、本実施例では、冷媒サイクル装置１の冷媒として二酸化炭素を使用するものとしたが、請求項１の発明はこれに限定されるものでなく、他の冷媒を用いた冷媒サイクル装置にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用した実施例の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２】図１の蒸発器の正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    冷媒サイクル装置
１０  コンプレッサ
１２  密閉容器
１４  電動要素
３２  第１の回転圧縮要素
３４  第２の回転圧縮要素
９２、９４  冷媒導入管
９６  冷媒吐出管
１０１  冷媒配管
１２１  管板
１２２  フィン
１５４  放熱器
１５６  膨張弁
１５７  蒸発器
【図１】
2007263432.tif 000003
【図２】
2007263432.tif 000004