(57)【要約】【課題】蒸発器に冷媒と共に流入する潤滑油の量を低減することにより、蒸発器における熱交換効率を向上させることのできる冷熱システムを提供する。【解決手段】膨張弁３によって減圧された冷媒中の潤滑油を分離するとともに、気体の冷媒と液体の冷媒を分離して液体の冷媒を蒸発器４に流通させる油気液分離器６と、油気液分離器６によって分離された潤滑油を含む冷媒を圧縮機１の吸入側に流通させる配管１９と、配管１９を流通する潤滑油を含む冷媒の流量を調整可能な流量調整弁１９ａを備えたので、蒸発器４に流入する潤滑油の流量を減少させることができ、蒸発器４における熱交換効率の向上を図ることが可能となる。【選択図】図１
2007240054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器において放熱した冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張手段によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷熱システムにおいて、
膨張手段によって減圧された冷媒中の潤滑油を分離するとともに、気体の冷媒と液体の冷媒を分離して液体の冷媒を蒸発器に流通させる油気液分離器と、
油気液分離器によって分離された潤滑油が含まれる冷媒を圧縮機の吸入側に流通させる油冷媒流路と、
油冷媒流路を流通する潤滑油が含まれる冷媒の流量を調整可能な流量調整手段とを備えた
ことを特徴とする冷熱システム。
【請求項２】
前記蒸発器から流出する冷媒の温度を検出する第１の温度検出器と、
圧縮機に吸入される冷媒の温度を検出する第２の温度検出器と、
油冷媒流路を流通する潤滑油が含まれた冷媒の流量を、第１の温度検出器の検出温度と第２の温度検出器の検出温度との温度差が所定の設定温度差となるように制御する流量制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の冷熱システム。
【請求項３】
前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する温度検出器と、
油冷媒流路を流通する潤滑油が含まれた冷媒の流量を、温度検出器の検出温度が所定の温度範囲となるように制御する流量制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の冷熱システム。
【請求項４】
前記蒸発器から流出する低圧冷媒と放熱器から流出する高圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
内部熱交換器の低圧冷媒の流出側の流路に設けられ、圧縮機への液体の冷媒の流入を防止する液冷媒流入防止手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の冷熱システム。
【請求項５】
前記油気液分離器を、膨張手段によって減圧された冷媒が流入する分離器本体と、分離器本体内を仕切るように設けられ、分離器本体内に流入した潤滑油を含む冷媒から潤滑油を分離して冷媒を通過させる油分離部材とから構成した
ことを特徴とする請求項１記載の冷熱システム。
【請求項６】
前記油分離部材を、分離器本体内に流入した潤滑油を含む冷媒から潤滑油を分離して冷媒を下方に通過させるように配置し、
油分離部材の上方に、分離器本体内に流入した冷媒を整流して下方に流通させる整流部材を設け、
整流部材と油分離部材との間に形成された空間の下部に油冷媒流路の流入口を配置した
ことを特徴とする請求項５記載の冷熱システム。
【請求項７】
前記整流部材と油分離部材との間に形成された空間に溜められた潤滑油を含む冷媒のうち液面側の冷媒を蒸発器に流通させる冷媒流路を備えた
ことを特徴とする請求項６記載の冷熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気調和装置、給湯器、冷蔵庫等の冷熱システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷熱システムとしては、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器において放熱した冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張手段によって膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、冷媒として自然系冷媒の一つである二酸化炭素を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１９３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の冷熱システムにおいて、冷媒として二酸化炭素を用いる場合には、高圧側を二酸化炭素が超臨界圧まで圧縮する必要があり、圧縮機の駆動動力が大きくなるため、蒸発器における熱交換効率が悪くなる。また、圧縮機から吐出される冷媒中には、圧縮機駆動用の潤滑油が含まれているため、蒸発器に冷媒と共に流入する潤滑油の量が多くなると、蒸発器における熱交換効率が更に低下するという問題点があった。
【０００４】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蒸発器に冷媒と共に流入する潤滑油の量を低減することにより、蒸発器における熱交換効率を向上させることのできる冷熱システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記目的を達成するために、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器において放熱した冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張手段によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷熱システムにおいて、膨張手段によって減圧された冷媒中の潤滑油を分離するとともに、気体の冷媒と液体の冷媒を分離して液体の冷媒を蒸発器に流通させる油気液分離器と、油気液分離器によって分離された潤滑油が含まれる冷媒を圧縮機の吸入側に流通させる油冷媒流路と、油冷媒流路を流通する潤滑油が含まれる冷媒の流量を調整可能な流量調整手段とを備えている。
【０００６】
これにより、膨張手段によって減圧された冷媒中の潤滑油が分離され、液体の冷媒が蒸発器に流入し、潤滑油が蒸発器を流通することなく圧縮機に吸入されることから、蒸発器に流入する潤滑油の流量が低減される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、蒸発器に流入する潤滑油の流量を低減することができるので、蒸発器における熱交換効率の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１乃至図３は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は冷熱システムの概略構成図、図２は油気液分離器の側面断面図、図３は流量調整弁の弁開度制御に関するフローチャートである。
【０００９】
この冷熱システムは、冷媒を圧縮するための圧縮機１と、圧縮機１から吐出された冷媒を放熱させるための放熱器２と、放熱器２において放熱した冷媒を減圧する膨張手段としての膨張弁３と、膨張弁３によって減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器４と、放熱器２において放熱した冷媒と蒸発器４において吸熱した冷媒を熱交換するための内部熱交換器５と、膨張弁３によって膨張した冷媒中の潤滑油を分離するためのオイルセパレータとしての機能と、気体の冷媒と液体の冷媒を分離するため気液分離器としての機能を有する油気液分離器６とを備えている。即ち、圧縮機１の吐出側には、配管１１によって放熱器２の流入側が接続されている。放熱器２の流出側には、配管１２によって内部熱交換器５の高圧冷媒流入側が接続されている。内部熱交換器５の高圧冷媒流入側には、配管１３によって膨張弁３の流入側が接続されている。膨張弁３の流出側には、配管１４によって油気液分離器６の流入側が接続されている。油気液分離器６の液冷媒流出側には、配管１５によって蒸発器４の流入側が接続されている。蒸発器４の流出側には、配管１６によって内部熱交換器５の低圧冷媒流入側が接続されている。内部熱交換器５の低圧冷媒流出側には、配管１７によって圧縮機１の吸入側の配管１８に接続されている。油気液分離器６の潤滑油の流出側は、油冷媒流路としての配管１９によって内部熱交換器５の低圧冷媒流出側と並列に圧縮機１の吸入側の配管１８に接続され、配管１９には、流通する潤滑油の流量を調整可能な開度可変の電動弁からなる流量調整弁１９ａが設けられている。また、配管１６には、蒸発器４から流出する冷媒の温度を検出するための第１の温度検出器１６ａが設けられ、配管１８には、圧縮機１に吸入される冷媒の温度を検出するための第２の温度検出器１８ａが設けられている。更に、配管１７には、配管を立ち下げた後に立ち上げることにより液冷媒流入防止手段としてのトラップ１７ａが形成されており、内部熱交換器５から流出する液体の冷媒をトラップ１７ａによって捕集することにより気体の冷媒のみが圧縮機１に吸入されるようになっている。
【００１０】
油気液分離器６は、縦長に形成された中空の分離器本体６ａと、分離器本体６ａ内の上部を上下に仕切るように設けられた整流部材としての整流板６ｂと、分離器本体６ａ内の下部を上下に仕切るように設けられた油分離部材６ｃとからなる。分離器本体６ａには、配管１４，１５，１９が接続されている。配管１４は、端部が整流板６ｂの上方の空間６ｄの上面に向くようにして分離器本体６ａに接続されている。また、配管１９は、端部が整流板６ｂと油分離部材６ｃとの間の空間６ｅの下部に位置するように分離器本体６ａに接続されている。更に、配管１５は、端部が油分離部材６ｃの下方の空間６ｆに位置するように分離器本体６ａに接続されている。整流板６ｂは、複数の孔が全面に亘って設けられた板状部材からなり、空間６ｄに流入した冷媒を複数の連通孔を介して空間６ｅに流通させるようになっている。油分離部材６ｃは、焼結フィルタや多孔質セラミックフィルタ等の板状部材からなり、空間６ｅ内の潤滑油を含んだ冷媒を潤滑油と分離して、冷媒のみを空間６ｆに流通させるようになっている。
【００１１】
また、この冷熱システムは、流量調整弁１９ａの弁開度を制御するための制御部２０を備えている。制御部２０は、マイクロコンピュータによって構成され、流量制御弁１９ａの弁開度の動作制御に関するプログラムが記憶されている。また、制御部２０には、第１の温度検出器１６ａ、第２の温度検出器１８ａ及び流量調整弁１９ａが接続されている。
【００１２】
以上のように構成された冷熱システムにおいて、圧縮機１から吐出された冷媒は、放熱器２において放熱し、内部熱交換器５において蒸発器４から流出した冷媒と熱交換することにより更に放熱する。内部熱交換器５から流出した冷媒は、膨張弁３によって減圧され、油気液分離器６に流入して液体の冷媒、気体の冷媒及び潤滑油に分離される。油気液分離器６において分離された液体の冷媒は、蒸発器４において蒸発して吸熱し、内部熱交換器５において放熱器２から流出した冷媒と熱交換することにより加熱されて圧縮機１に吸入される。また、油気液分離器６において分離された潤滑油は、少量の冷媒と共に配管１９及び配管１８を流通して圧縮機１に吸入される。
【００１３】
前記のように冷媒が循環する際、油気液分離器６では、配管１４から空間６ｄに流入した冷媒が整流板６ｂを介して空間６ｅに流入し、空間６ｅにおいて気体の冷媒と液体の冷媒とがそれぞれ分離された状態となる。このとき、空間６ｄ内の冷媒は、整流板６ｂを介して空間６ｅに流入するため、配管１４から流出する冷媒によって空間６ｅ内の液体の冷媒が撹拌されることはない。これにより、空間６ｅ内の液体の冷媒中に含まれる潤滑油の濃度は、上部側よりも下部側の液体の冷媒の方が高濃度となる。また、空間６ｅ内の液体の冷媒は、油分離部材６ｃを通過することにより潤滑油と分離されて空間６ｆに流入し、配管１５を介して蒸発器４に流入する。更に、空間６ｅの下部に位置する潤滑油を多く含む冷媒は、配管１９及び配管１８を介して圧縮機１に流入する。
【００１４】
また、このときの制御部２０は、第１の温度検出器１６ａの検出温度Ｔ１と第２の温度検出器１８ａの検出温度Ｔ２との温度差（Ｔ２−Ｔ１）が所定の設定温度差Ｔｓ１以上になると（図３のＳ１）、流量調整弁１９ａの弁開度を大きくする（図３のＳ２）。また、第１の温度検出器１６ａの検出温度Ｔ１と第２の温度検出器１８ａの検出温度Ｔ２との温度差（Ｔ２−Ｔ１）が所定の設定温度差Ｔｓ１よりも小さくなると（図３のＳ１）、流量調整弁１９ａの弁開度を小さくする（図３のＳ３）。
【００１５】
このように、本実施形態の冷熱システムによれば、膨張弁３によって減圧された冷媒中の潤滑油を分離するとともに、気体の冷媒と液体の冷媒を分離して液体の冷媒を蒸発器４に流通させる油気液分離器６と、油気液分離器６によって分離された潤滑油が含まれる冷媒を圧縮機１の吸入側に流通させる配管１９と、配管１９を流通する潤滑油が含まれる冷媒の流量を調整可能な流量調整弁１９ａを備えたので、蒸発器４に流入する潤滑油の流量を減少させることができ、蒸発器４における熱交換効率の向上を図ることが可能となる。
【００１６】
また、第１の温度検出器１６ａの検出温度Ｔ１と第２の温度検出器１８ａの検出温度Ｔ２との温度差（Ｔ２−Ｔ１）を所定の設定温度差Ｔｓ１となるように流量調整弁１９ａの開度を制御するようにしたので、圧縮機１に吸入される冷媒を適正な過熱度とすることができ、圧縮機１の不具合の発生を防止するとともに、エネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
また、内部熱交換器５の低圧冷媒の流出側の配管１７にトラップ１７ａを設けたので、内部熱交換器５の低圧冷媒流出側から液体の冷媒が流出した場合においても、液体の冷媒が圧縮機１に吸入されることはなく、圧縮機１の破損を防止することが可能となる。
【００１８】
また、油気液分離器６は、膨張弁３によって減圧された冷媒が流入する分離器本体６ａと、分離器本体６ａ内を仕切るように設けられ、分離器本体６ａ内に流入した潤滑油を含む冷媒から潤滑油を分離して冷媒を通過させる油分離部材６ｃを有しているので、油分離部材６ｃによって潤滑油を含む冷媒を潤滑油と冷媒とに分離して冷媒を蒸発器４に流通させることができ、オイルセパレータとしての性能を向上させることが可能となる。
【００１９】
また、分離器本体６ａ内に流入した潤滑油を含む冷媒中から潤滑油を分離して冷媒を下方に通過させるように油分離部材６ｃを配置し、分離器本体６ａ内に流入した冷媒を整流して下方に流通させる整流板６ｂを油分離部材６ｃの上方に設け、整流板６ｂと油分離部材６ｃとの間の空間６ｅの下部を配管１９によって圧縮機１の吸入側と連通するようにしたので、空間６ｅに溜まる液体の冷媒は、分離器本体６ａに流入する冷媒によって撹拌されることなく、液体の冷媒中に含まれる潤滑油の濃度を上部側よりも下部側の液体の冷媒の方を高濃度となるように分布させ、潤滑油の濃度が高濃度となる冷媒を圧縮機１の吸入側に流通させることができ、油気液分離器６によって分離した潤滑油を確実に圧縮機１に流通させることが可能となる。
【００２０】
図４乃至図５は本発明の第２の実施形態を示すもので、図４は冷熱システムの概略構成図、図５は流量調整弁の弁開度制御に関するフローチャートである。尚、前記第１の実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００２１】
この冷熱システムは、制御部２０に、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出するための第３の温度検出器１１ａと、流量調整弁１９ａとが接続されている。
【００２２】
以上のように構成された冷熱システムにおいて、制御部２０は、第３の温度検出器１１ａの検出温度Ｔ３が所定の設定温度Ｔｓ２以上となると（図５のＳ１１）、流量調整弁１９ａの弁開度を大きくする（図５のＳ１２）。また、第３の温度検出器１１ａの検出温度Ｔ３が所定の設定温度Ｔｓ２よりも小さくなると（図５のＳ１１）、流量調整弁１９ａの弁開度を小さくする（図５のＳ１３）。
【００２３】
このように、本実施形態の冷熱システムによれば、第３の温度検出器１１ａの検出温度Ｔ３を所定の設定温度Ｔｓ２となるように流量調整弁１９ａの弁開度を制御するようにしたので、圧縮機１から吐出される冷媒を適正な温度とすることができ、圧縮機１の不具合を防止するとともに、エネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【００２４】
図６は本発明の第３の実施形態を示すもので、油気液分離器６の側面断面図である。尚、前記第１の実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００２５】
この冷熱システムは、油気液分離器６の空間６ｅの上部と配管１５とを連通する冷媒流路としての配管１５ａを備えている。
【００２６】
以上のように構成された冷熱システムにおいて、油気液分離器６では、配管１４から空間６ｄに流入した冷媒が整流板６ｂを介して空間６ｅに流入し、空間６ｅにおいて気体の冷媒と液体の冷媒とがそれぞれ分離された状態となる。このとき、空間６ｄ内の冷媒は、整流板６ｂを介して空間６ｅに流入するため、配管１４から流出する冷媒によって空間６ｅ内の液体の冷媒が撹拌されることはない。これにより、空間６ｅ内の液体の冷媒中に含まれる潤滑油の濃度は、上部側よりも下部側の液体の冷媒の方が高濃度となる。また、空間６ｅ内の液体の冷媒は、油分離部材６ｃを通過することにより潤滑油と分離されて空間６ｆに流入し、配管１５を介して蒸発器４に流入する。更に、空間６ｅの下部に位置する潤滑油を多く含む冷媒は、配管１９及び配管１８を介して圧縮機１に流入する。空間６ｅの液体の冷媒のうち液面側に位置する冷媒は、配管１５ａを介して配管１５に流入し、配管１５を介して蒸発器４に流入する。このとき、配管１５ａを流通して蒸発器４に流入する冷媒は、潤滑油の濃度が低濃度であるため、蒸発器４に流通させても必要な熱交換効率は確保される。
【００２７】
このように、本実施形態の冷熱システムによれば、空間６ｅに溜められた潤滑油を含む液体の冷媒のうち液面側の冷媒を蒸発器４に流通させるようにしたので、油分離部材６ｃを通過した空間６ｆの液体の冷媒だけでなく、空間６ｅの液面側の潤滑油の濃度が低濃度となる液体の冷媒を蒸発器４に流通させることができ、油分離部材６ｃを通過する冷媒の流通抵抗が増加することによる冷媒の流量不足を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す冷熱システムの概略構成図
【図２】油気液分離器の側面断面図
【図３】流量調整弁の弁開度制御に関するフローチャート
【図４】本発明の第２の実施形態を示す冷熱システムの概略構成図
【図５】流量調整弁の弁開度制御に関するフローチャート
【図６】本発明の第３の実施形態を示す油気液分離器の側面断面図
【符号の説明】
【００２９】
１…圧縮機、２…放熱器、３…膨張弁、４…蒸発器、５…内部熱交換器、６…油気液分離器、６ａ…分離器本体、６ｂ…整流板、６ｃ…油分離部材、１１ａ…第３の温度検出器、１５ａ…配管、１６ａ…第１の温度検出器、１８ａ…第２の温度検出器、１９…配管、１９ａ…流量調整弁、２０…制御部。
【図１】
2007240054.tif 000003
【図２】
2007240054.tif 000004
【図３】
2007240054.tif 000005
【図４】
2007240054.tif 000006
【図５】
2007240054.tif 000007
【図６】
2007240054.tif 000008