(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液冷媒より比重量が小さく凝縮圧力及び凝縮温度条件下における液冷媒への溶解性が低い冷凍機油を用い、気体冷媒若しくは一部に液冷媒を含む気体冷媒を吸引して高圧化気体冷媒として吐出する圧縮機と、前記圧縮機より吐出される高圧気体冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された液冷媒若しくは一部に気体冷媒を含む液冷媒を減圧する絞り機構と、前記凝縮器の中央付近と前記凝縮器の出口付近との温度を検出する温度センサーの検出結果に基づき、前記凝縮器の出口付近の温度が前記凝縮器の中央付近の温度より低くなった場合、絞り機構の開度を大きくするよう制御する制御部と、前記絞り機構からの液冷媒若しくは気液二相冷媒を蒸発させ前記圧縮機へと至る蒸発器とを備え、前記凝縮器と前記蒸発器との間に下降流れが形成される流路を連結して構成されることを特徴とする冷媒循環システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記制御を冷媒循環システム起動後所定時間だけ行うことを特徴とする請求項１記載の冷媒循環システム。
【請求項３】
凝縮器より構成される室内機と、蒸発器と圧縮機と四方弁と絞り機構とより構成される室外機とに分離し、前記室内機と前記室外機とをガス側接続配管と液側接続配管にて連結してセパレート型ヒートポンプエアコンを成すことを特徴とする請求項１記載の冷媒循環システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍機油として液冷媒より比重量が小さく、凝縮圧力および凝縮温度条件下における液冷媒への溶解性が低いものを用いた冷媒循環システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍機油として液冷媒より比重量が小さく、凝縮圧力および凝縮温度条件下における液冷媒への溶解性が低いものを用い、気体冷媒もしくは一部に液冷媒を含む気体冷媒を吸引し、高圧化気体冷媒として吐出する圧縮機と、液冷媒もしくは一部に気体冷媒を含む液冷媒を減圧する絞り機構と、前記圧縮機より吐出される高圧気体冷媒を含む液冷媒を減圧する絞り機構と、前記圧縮機より吐出される高圧気体冷媒を凝縮する凝縮器と、絞り機構から出た液冷媒もしくは気液二相冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷媒循環システムに関する発明は、例えば特開平５−１５７３７９号公報又は特開平７−２０８８１９号公報に開示されている。
【０００３】
以下、従来の技術を図６に基いて説明する。図６は例えば店舗用などの中規模の建築物の空調に用いられるセパレート型ヒートポンプ式エアコンに適用される冷媒循環システムの一例である。図６において、１は室内の空気と熱交換するための室内熱交換器３を備えた室内機、２は室外の空気と熱交換するための室外熱交換器４、冷媒を圧縮するための圧縮機６、冷媒の循環方向を切り替えるための四方弁８および冷媒の循環量を調整するための室外側絞り機構５を備えた室外機である。
【０００４】
また室内機１と室外機２とは各々へ冷媒を循環させるために、ガス側接続配管１１および液側接続配管１２により連結された冷媒循環システムを構成している。ここで圧縮機６底部には、圧縮機６の摺動部の潤滑や、圧縮機６内部の圧縮室や四方弁８のシール性を確保するために冷凍機油７が貯留されている。また冷媒としてはオゾン層破壊係数がゼロであるハイドロフルオロカーボンを用い、冷凍機油７としては化学安定性、潤滑性に優れているが、一方で液冷媒と溶解性の低いアルキルベンゼンを用いている。
【０００５】
次に上記従来例において、一般に広く行われるシステム配置である、室内機１が室外機２に対し相対的に上方に設置された場合の暖房運転モード立ち上げ時における冷媒および冷凍機油の挙動について説明する。システムが停止した状態で長期間放置された場合、微弱ながらも溶解性をもつ冷凍機油７が貯留されている圧縮機６内に冷媒が液化した状態でたまり込む。そして、液冷媒に対して比重量の小さい冷凍機油７は、溜まり込んだ液冷媒の上部に浮遊する。
【０００６】
ここで圧縮機６の内容量を超えた液冷媒が溜まり込んだ場合には、浮遊した冷凍機油７は圧縮機６から冷媒回路中に流出することとなる。このような状態でシステムが起動された場合、回路中に流出した冷凍機油７は圧縮されたガス冷媒とともにガス側接続配管１１を経由して室内側熱交換器３に吐出される。室内側熱交換器３内部では冷媒が凝縮し、室内側熱交換器３出口では冷媒は完全に液化し管内流速は著しく低下するため、液冷媒への溶解量を超えた冷凍機油７は、液側接続配管１２内に滞留する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、冷媒循環システムの立ち上げ時など、冷媒と冷凍機油の溶解量を超える冷凍機油が、圧縮機から冷媒回路中に流出した場合、冷媒が液状態で流れる凝縮器出口付近から絞り機構の間では、溶解量を超えた分の冷凍機油は、液冷媒中の油滴粒子となって流動する。ここで凝縮器と絞り機構との間に下降流れが形成される流路がある場合、冷凍機油の比重量が液冷媒の比重量よりも小さいため、図７の液冷媒、冷凍機油流動状態模式図に示すように、油滴には流動方向に対抗する浮力が発生する。
【０００８】
液冷媒の流動速度が速い状態では、油滴は浮力に打ち勝って液冷媒とともに流動することになるが、液冷媒の流動速度が遅い状態では、油滴は浮力により下降流れが形成される流路の上流部に滞留する。このような状態でも、液冷媒に溶解している分の冷凍機油は、冷媒とともに冷媒回路を循環し圧縮機へ戻ることとなるが、流出した冷凍機油がすべて圧縮機に戻るためには時間がかかる。したがって、圧縮機へ冷凍機油が完全に戻るまでの間は、圧縮機は冷凍機油の少ない状態で運転されることとなり、圧縮機内の軸受けなどの摺動部の信頼性低下やオイルシール部のシール性低下による性能の低下が起こる可能性があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、室内機が室外機に対し相対的に上方に設置されたような場合でも、圧縮機の冷凍機油不足が長期化することなく、性能を高く維持できる冷媒循環システムを得ることを目的とする。
【００１０】
この発明に係る冷媒循環システムは、液冷媒より比重量が小さく凝縮圧力及び凝縮温度条件下における液冷媒への溶解性が低い冷凍機油を用い、気体冷媒若しくは一部に液冷媒を含む気体冷媒を吸引して高圧化気体冷媒として吐出する圧縮機と、前記圧縮機より吐出される高圧気体冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された液冷媒若しくは一部に気体冷媒を含む液冷媒を減圧する室内側絞り機構、及び室外側絞り機構と、前記室外側絞り機構からの液冷媒若しくは気液二相冷媒を蒸発させ前記圧縮機へと至る蒸発器とを備え、前記凝縮器と前記蒸発器との間に下降流れが形成される流路を連結して冷媒循環システムを構成し、前記室内側絞り機構を下降流れが形成される流路の手前に設けたものである。
【００１１】
また、前記冷媒システムを、凝縮器と室内側絞り機構とより構成される室内機と、蒸発器と圧縮機と四方弁と室外側絞り機構とより構成される室外機とに分離し、前記室内機と前記室外機とをガス側接続配管と液側接続配管にて連結してセパレート型ヒートポンプエアコンとして構成したものである。
【００１２】
また、液冷媒より比重量が小さく凝縮圧力及び凝縮温度条件下における液冷媒への溶解性が低い冷凍機油を用い、気体冷媒若しくは一部に液冷媒を含む気体冷媒を吸引して高圧化気体冷媒として吐出する圧縮機と、前記圧縮機より吐出される高圧気体冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された液冷媒若しくは一部に気体冷媒を含む液冷媒を減圧する絞り機構と、前記凝縮器の中央付近と前記凝縮器の出口付近との温度を検出する温度センサーの検出結果に基づき、前記凝縮器の出口付近の温度が前記凝縮器の中央付近の温度より低くなった場合、絞り機構の開度を大きくするよう制御する制御部と、前記絞り機構からの液冷媒若しくは気液二相冷媒を蒸発させ前記圧縮機へと至る蒸発器とを備え、前記凝縮器と前記蒸発器との間に下降流れが形成される流路を連結して構成したものである。
【００１３】
また、前記制御部が、前記制御を冷媒循環システム起動後所定時間だけ行うものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は例えばビルなどの大型建築物の空調用に用いられるセパレート形エアコンに適用される冷媒循環システムの１例であり、図１において、１は室内の空気と熱交換するための室内熱交換器３と冷媒の循環量を調整するための室内側絞り機構１３を備えた室内機であり、２は室外の空気と熱交換するための室外熱交換器４と冷媒を圧縮するための圧縮機６、冷媒の循環方向を切り替えるための四方弁８および冷媒の循環量を調整するための室外側絞り機構５を備えた室外機である。
【００１７】
また前記室内機１と前記室外機２は各々へ冷媒を循環させるために、ガス側接続配管１１と液側接続配管１２により連結され冷媒循環システムを構成している。ここで前記圧縮機６底部には、圧縮機６の摺動部の潤滑や、圧縮機６内部の圧縮室や四方弁８のシール性を確保するために冷凍機油７が貯留されている。また冷媒としてはオゾン層破壊係数がゼロであるハイドロフルオロカーボンを用い、冷凍機油７としては化学的安定性、潤滑性に優れているが、一方で液冷媒と溶解性の低いアルキルベンゼンを用いている。
【００１８】
次に、本実施の形態において、室内機１が室外機２に対して相対的に上方に設置された場合の、暖房運転モード立ち上げ時における冷媒および冷凍機油の挙動について説明する。システムが停止した状態で長期間放置された場合、微弱ながらも溶解性をもつ冷凍機油７が貯留されている圧縮機６内に冷媒が液化した状態でたまり込む。ここで液冷媒に対して比重量の小さい冷凍機油７は、溜まり込んだ液冷媒の上部に浮遊する。圧縮機６の内容量を超えた液冷媒が溜まり込んだ場合には、浮遊した冷凍機油７は圧縮機６から冷媒回路中に流出する。
【００１９】
このような状態でシステムが起動された場合、回路中に流出した冷凍機油７は圧縮されたガス冷媒とともにガス側接続配管１１を経由して室内側熱交換器３に吐出される。室内側熱交換器３内部では冷媒が凝縮し、室内側熱交換器３出口では冷媒は完全に液化し管内流速は著しく低下するが、図２に示すように、室内側絞り機構１３により下降流となる手前で液冷媒の一部がガス化することにより、下降流となる液側接続配管１２では管内流速が増加し、液側接続配管１２内に冷凍機油７が滞留することがない。
【００２０】
従って、室内機が室外機に対し相対的に上方に設置された場合でも、冷媒循環システム起動時に圧縮機の冷凍機油不足が長期化することなく、圧縮機内の軸受けなどの摺動部の信頼性低下やオイルシール部のシール性低下による性能の低下を有効に防止でき、性能を高く維持できる。
【００２１】
尚、上記実施の形態では、室内機が室外機に対して相対的に上方に設置された場合の、暖房運転モード立ち上げ時について説明したが、一般にヒートポンプ式エアコンの場合、冷房運転時には暖房運転と逆の冷媒循環となるので、室外機が室内機に対して相対的に上方に設置された場合の、冷房運転モード立ち上げ時において、図１の室外側絞り機構にて室内側絞り機構と同様の機能を担わせれば同様の効果が得られる。特に本実施の形態のように液側接続配管の両側に絞り機構が存在する構成とすれば、ユーザの要望に応じたシステムの配置に本発明を対応させることができるようになる。
【００２２】
発明の実施の形態２．
以下、本発明の他の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３は家庭用のセパレート形エアコンに適用されるシステムの１例であり、図３において１は、室内の空気と熱交換するための室内熱交換器３を備えた室内機であり、前記室内熱交換器３には、室内熱交換器中央部温度センサー９と室内熱交換器出口部温度センサー１０が取り付けられている。
【００２３】
２は室外の空気と熱交換するための室外熱交換器４と冷媒を圧縮するための圧縮機６、冷媒の循環方向を切り替えるための四方弁８、冷媒の循環量を調整するための室外側絞り機構５となる電子制御膨張弁、および室内熱交換器中央部温度センサー９と室内熱交換器出口部温度センサー１０の検出結果を入力し、これらの検出結果に基いて室外側絞り機構５の開度を制御する制御部１４を備えた室外機である。
【００２４】
また前記室内機１と前記室外機２は各々へ冷媒を循環させるために、ガス側接続配管１１と液側接続配管１２により連結され冷媒循環システムを構成している。ここで前記圧縮機６底部には、圧縮機６の摺動部の潤滑や、圧縮機６内部の圧縮室や四方弁８の
シール性を確保するために冷凍機油７が貯留されている。また冷媒としてはオゾン層破壊係数がゼロであるハイドロフルオロカーボンを用い、冷凍機油７としては化学的安定性、潤滑性に優れているが、一方で液冷媒と溶解性の低いアルキルベンゼンを用いている。
【００２５】
次に、本実施例において、室内機１が室外機２に対して相対的に上方に設置された場合の、暖房運転モード立ち上げ時における冷媒および冷凍機油の挙動および本発明による絞り機構５の開度制御手法について説明する。システムが停止した状態で長期間放置された場合、微弱ながらも溶解性をもつ冷凍機油７が貯留されている圧縮機６内に冷媒が液化した状態でたまり込む。ここで液冷媒に対して比重量の小さい冷凍機油７は、溜まり込んだ液冷媒の上部に浮遊する。
【００２６】
ここで圧縮機６の内容量を超えた液冷媒が溜まり込んだ場合には、浮遊した冷凍機油７は圧縮機６から冷媒回路中に流出する。このような状態でシステムが起動された場合、回路中に流出した冷凍機油７は圧縮されたガス冷媒とともにガス側接続配管１１を経由して室内側熱交換器３に吐出される。室内側熱交換器３内部では冷媒が凝縮し、室内側熱交換器３出口では冷媒は完全に液化し管内流速は著しく低下する。
【００２７】
本発明の室外絞り機構５の制御法では、このようにシステムの立ち上げ直後の圧縮機６からの冷凍機油７流出が多い場合に、制御部１４が所定時間、室内側熱交換器中間温度センサー９で検出される温度と、室内側熱交換器出口温度センサー１０で検出される温度との差が一定値以下となるよう絞り機構の開度を開くよう制御する。そして、一通り冷凍機油が圧縮機に戻った頃にこのような制御を終了し、制御部１４は通常運転時の流動状態で液側冷媒配管１２を移動するよう室外絞り機構５の開度を制御する。
【００２８】
尚、このような制御をする所定時間は、例えば冷媒循環システムが停止していた時間を計測し、その停止時間に応じて停止時間が一定の下限時間を越える場合には上述のような流動制御による冷媒移動時間を設定し、停止時間が長ければこの冷媒移動時間を長くするか、または、停止時間が一定の下限時間を越える場合には上述の冷媒移動時間を一定時間設定するようにすればよい。前者の構成によれば、流動制御による冷媒移動時間を必用時間だけ行うので無駄がなく、後者の場合には制御が簡単なため、安価なものとすることができる。
【００２９】
図４により上記の電子制御膨張弁の開度制御時の冷媒の状態を説明する。ここで室内熱交換器中央部温度センサー９で検知された温度をＴ２、室内熱交換器出口部温度センサー１０で検知された温度をＴ１とすると、システムの立ち上げ直後は室内の空気温度が低いため、室内熱交換器３での熱交換量は増加し、室内熱交換器３出口部付近の冷媒は過冷却の液状態になり、Ｔ１＜Ｔ２となる。
【００３０】
このままの状態では液側接続配管１２内の冷媒は液状態となり、流速は著しく低下してしまうため、制御部１４はＴ１≒Ｔ２すなわち気液２相状態となる温度Ｔ１’まで電子膨張弁５の開度を大きくするよう制御することにより、液側接続配管１２内の流速を上昇させ、冷凍機油の滞留現象を防止できる。このような方法を用いれば、実施の形態１のように液側接続配管１２の上流側に絞り機構を設けるような冷媒循環システムの構成を複雑とすることなく実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００３１】
図５は本発明と従来例での、長期放置後のシステム立ち上げ時における圧縮機内部の冷凍機油量の時間推移を示した図である。従来例においても、冷凍機油７が微弱な溶解性を持つため、一旦冷媒回路中へ持ち出された冷凍機油７も、循環している冷媒に溶解した分だけ、時間とともに圧縮機６内に戻ることとなるが、定常的に貯留されるべき冷凍機油量まで回復するためには長い時間を要する。一方、本発明の構成および制御によれば、液側接続配管１２内に冷凍機油７が滞留することがなく、短時間に冷凍機油量が回復する。
【００３２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、液冷媒より比重量が小さく凝縮圧力及び凝縮温度条件下における液冷媒への溶解性が低い冷凍機油を用い、気体冷媒若しくは一部に液冷媒を含む気体冷媒を吸引して高圧化気体冷媒として吐出する圧縮機と、前記圧縮機より吐出される高圧気体冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された液冷媒若しくは一部に気体冷媒を含む液冷媒を減圧する室内側絞り機構、及び室外側絞り機構と、前記室外側絞り機構からの液冷媒若しくは気液二相冷媒を蒸発させ前記圧縮機へと至る蒸発器とを備え、前記凝縮器と前記蒸発器との間に下降流れが形成される流路を連結して冷媒循環システムを構成し、前記室内側絞り機構を下降流れが形成される流路の手前に設けたので、冷媒循環システムの立ち上げ時など、冷媒と冷凍機油の溶解量を越える冷凍機油が、圧縮機から冷媒回路中に流出した場合でも、圧縮機への返油が短時間に行われ、圧縮機内の軸受けなどの摺動部の信頼性が高く、オイルシール部のシール性低下による性能の低下のないシステムが得られるという効果を奏する。
【００３３】
また、凝縮器と室内側絞り機構とより構成される室内機と、蒸発器と圧縮機と四方弁と室外側絞り機構とより構成される室外機とに分離し、前記室内機と前記室外機とをガス側接続配管と液側接続配管にて連結してセパレート型ヒートポンプエアコンを成したので、冷媒が冷媒循環システム内を速い流速で移動するから、冷媒循環システムの立ち上げ時など、冷媒と冷凍機油の溶解量を越える冷凍機油が、圧縮機から冷媒回路中に流出した場合でも、圧縮機への返油が短時間に行われ、圧縮機内の軸受けなどの摺動部の信頼性が高く、オイルシール部のシール性低下による性能の低下のないシステムが得られるという効果を奏する。
【００３４】
また、液冷媒より比重量が小さく凝縮圧力及び凝縮温度条件下における液冷媒への溶解性が低い冷凍機油を用い、気体冷媒若しくは一部に液冷媒を含む気体冷媒を吸引して高圧化気体冷媒として吐出する圧縮機と、前記圧縮機より吐出される高圧気体冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された液冷媒若しくは一部に気体冷媒を含む液冷媒を減圧する絞り機構と、前記凝縮器の中央付近と前記凝縮器の出口付近との温度を検出する温度センサーの検出結果に基づき、前記凝縮器の出口付近の温度が前記凝縮器の中央付近の温度より低くなった場合、絞り機構の開度を大きくするよう制御する制御部と、前記絞り機構からの液冷媒若しくは気液二相冷媒を蒸発させ前記圧縮機へと至る蒸発器とを備え、前記凝縮器と前記蒸発器との間に下降流れが形成される流路を連結して構成したので、冷媒循環システムの構造を複雑で大型にすることなく、また、絞り機構の開度を不必要なまでに大きくしてシステムの性能を無駄に低下させるようなことなく冷媒循環システムの立ち上げ時など、冷媒と冷凍機油の溶解量を越える冷凍機油が、圧縮機から冷媒回路中に流出した場合でも、圧縮機への返油が短時間に行われ、圧縮機内の軸受けなどの摺動部の信頼性が高く、オイルシール部のシール性低下による性能の低下のないシステムが得られるという効果を奏する。
【００３５】
また、前記制御部は、前記絞り機構の開度の制御を冷媒循環システム起動後所定時間だけ行うので、起動時に循環していった冷凍機油の返油が短時間になされた後は、通場の冷凍循環システムとして動作するから、システムの性能を充分に引き出すことができるようになるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における冷媒循環システムの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における冷媒循環システムの循環冷媒の状態図である。
【図３】この発明の実施の形態２における冷媒循環システムの構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２における冷媒循環システムの循環冷媒の状態図である。
【図５】従来例および本発明の実施の形態による圧縮機内部の冷凍機油量の時間推移特性図である。
【図６】従来の冷媒循環システムの構成図である。
【図７】従来の冷媒循環システムにおける液側接続配管（下降流）内の液冷媒、冷凍機油の流動状態模式図である。
【符号の説明】
１  室内機、  ２  室外機、  ３  室内熱交換器、  ４  室外熱交換器、  ５  室外側絞り機構（電子式膨張弁）、  ６  圧縮機、  ７  冷凍機油、  ８  四方弁、  ９  室内熱交換器中央部温度センサー、  １０  室内熱交換器出口部温度センサー、  １１  ガス側接続配管、  １２  液側接続配管、  １３  室内側絞り機構、  １４  制御部
【図１】
0003873317.tif 000002
【図２】
0003873317.tif 000003
【図３】
0003873317.tif 000004
【図４】
0003873317.tif 000005
【図５】
0003873317.tif 000006
【図６】
0003873317.tif 000007
【図７】
0003873317.tif 000008