DE68907634T2

DE68907634T2 - Klimatisierungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE68907634T2
Application number: DE89105250T
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Mitsubishi Igarashi; Kouji Mitsubishi Denk Ishikawa; Takashi Mitsubishi De Nakamura; Hidekazu Mitsubishi Denki Tani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-04-25
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2009-03-24
Also published as: DE68907634D1; ES2043925T3; US4912937A; KR890016351A; EP0339267B1; KR930005182B1; EP0339267A3; EP0339267A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (GB-A-2 145 209). In der aus der GB-A-2 145 209 bekannten Klimatisierungsvorrichtung sind nur ein Bypass-Kanal und nur ein Speicher vorgesehen, was es nicht ermöglicht, einen kontinuierlichen Fluß Kältemaschinenöl in einer Menge zu erzeugen, die durch das normalerweise vom Kompressor abgegebene Kältemaschinenöl ausgeglichen wird. Eine andere vorgeschlagene Kältevorrichtung ist in Fig. 10 dargestellt.
Beim Kühlen fließt während des Kühlzyklus ein Kältemittel, wie durch die mit durchgezogenen Linien gezeichneten Pfeile angegeben ist. Im einzelnen gelangen das Kältemittel, das unter hoher Temperatur und hohem Druck steht, und ein Kältemaschinenöl, das von einem Kompressor 1 abgegeben wird, über ein Umschaltventil 2 zu einem Außen-Wärmetauscher 3. Das Kältemittel tauscht Wärme aus und wird dadurch zu einer Flüssigkeit hoher Temperatur und hohem Druck. Das flüssige Kältemittel durchströmt einen Verteiler 4, wird in einem Expansionsventil 5 druckreduziert, und fließt über ein Verbindungsrohr 6 in einen Innenraum-Wärmetauscher 7. Im Innenraum-Wärmetauscher 7 wird das flüssige Kältemittel verdampft. Das verdampfte Kältemittel wird über ein Verbindungsrohr 8, das Umschaltventil 2 und einen Speicher 9 in den Kompressor 1 angesaugt. Somit ist der Kreislauf geschlossen.
Bei der herkömmlichen Klimatisierungsvorrichtung geschieht beim Einschalten des Kompressors eine Aufschäumung des Kältemittels, das sich im Kältemaschinenöl gelöst hat, was bewirkt, daß der Kompressor eine große Menge Kältemaschinenöl abgibt. Außerdem wird eine kleine Menge des Kältemaschinenöls vom Kompressor kontinuierlich abgegeben, solange er in Betrieb ist. Das abgegebene Kältemaschinenöl wird schließlich entsprechend dem Kreislauf an die Einlaßöffnung des Kompressors 1 zurückgeleitet. Wenn jedoch die Verbindungsrohre 6 und 8 extrem lang sind, benötigt das abgegebene Kältemaschinenöl für die Rückleitung zum Kompressor viel Zeit. Dadurch verringert sich die Menge des Kältemaschinenöls im Kompressor 1, was zu einer schlechten Schmierung des Kompressors führt, derart, daß Fressen an einem Schiebeteil entsteht. Wenn das Volumen im Kompressor gesteuert wird oder der Kompressor unter geringer Last betrieben wird, nimmt außerdem die umgewälzte Menge des Kältemittels ab, derart, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in den Rohren abnimmt. Folglich wird eine gleichmäßige Rückleitung des Öls zum Kompressor zerstört, woraus sich ebenfalls eine schlechte Schmierung des Kompressors 1 ergibt.
Wenn das Kältemittel in übermäßiger Menge im Speicher angesammelt wird, löst sich das aus der Kühlanlage in den Speicher gekommene Kältemaschinenöl im im Speicher befindlichen Kältemittel. Dies verschlechtert die Rückleitung des Kältemaschinenöls zum Koinpressor, woraus sich eine schlechte Schmierung des Kompressors 1 ergibt. Derartige Schwierigkeiten treten auch im Heizbetrieb auf, bei dem das Umschaltventil in eine Stellung geschaltet wird, die von der im Kühlbetrieb verschieden ist, derart, daß eine Strömung des Kältemittels entsprechend den mit gestrichelten Linien gezeichneten Pfeilen möglich ist.
Beim Abtauen des Außen-Wärmetauschers im Heizbetrieb fließt das Kältemittel wie durch die mit durchgezogenen Strichen gezeichneten Pfeile angegeben ist. Im einzelnen gelangt das Kältemittel, das vom Kompressor 1 abgegeben wurde und unter hoher Temperatur und hohem Druck steht, über das Umschaltventil 2 zum Außen-Wärmetauscher 3. Das Kältemittel führt im Außen-Wärmetauscher zum Abtauen desselben einen Wärmeaustausch durch, und das Kältemittel wird zu einer unter hoher Temperatur und hohem Druck stehenden Flüssigkeit. Das flüssige Kältemittel durchströmt den Verteiler 4 und wird im Expansionsventil 5 druckreduziert. Danach wird das Kältemittel über das Verbindungsrohr 6, den Innenraum-Wärmetauscher 7, das Verbindungsrohr 8, das Umschaltventil 2 und den Speicher 9 in den Kompressor 1 angesaugt. Auf diese Weise schließt sich der Kühlkreis. Im Abtaubetrieb ist der (nicht dargestellte) Ventilator für den Innenraum-Wärmetauscher 7 abgeschaltet, um das Beblasen mit Kühlluft zu verhindern. Folglich führt das Kältemittel, das im Expansionsventil 5 druckreduziert wurde und unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck steht, keinen Wärmeaustausch im Innenraum-Wärmetauscher 7 durch. Dies bewirkt eine weitere Druckverminderung des unter niedrigem Druck stehenden Gases. Das Kältemittel gelangt bei auf niedrigem Niveau gehaltenem Gasdruck in den Speicher 9, und das flüssige Kältemittel wird im Speicher zurückgehalten. Dadurch wird die umgewälzte Menge des Kältemittels geringer, was zu einer Schwierigkeit durch die Verlängerung der Abtauzeit führt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Nachteil der herkömmlichen Klimatisierungsvorrichtung zu beseitigen und eine neue und verbesserte Klimatisierungsvorrichtung zu schaffen, bei der eine Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Innenraum-Wärmetauscher und dem Außen-Wärmetauscher ohne Schwierigkeiten möglich ist und die Rückleitung des Kältemaschinenöls zum Kompressor selbst dann einfach ist, wenn das Volumen im Kompressor verändert wird, derart, daß die abgegebene Menge Kältemittel in großem Maße verringerbar ist.
Die vorstehende und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die Schaffung einer Klimatisierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der zweite Bypass-Kanal gemäß der vorliegenden Erfindung kann so angeordnet werden, daß er mit der Einlaßöffnung des Kompressors über den zweiten Speicher verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Abstand zwischen dem Innenraum-Wärmetauscher und dem Außen-Wärmetauscher vergrößert werden. Außerdem kann auch bei starker Verringerung der von einem volumenveränderbaren Kompressor abgegebenen Kältemittelmenge das Kältemaschinenöl auf einfache Weise zum Kompressor zurückgeleitet werden.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Kühlanlage für eine erste Ausführungsform der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Kühlanlage für eine zweite Ausführungsform der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine Kühlanlage für eine dritte Ausführungsform der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine Kühlanlage für eine vierte Ausführungsform der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine Kühlanlage für eine fünfte Ausführungsform der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine Kühlanlage für eine sechste Ausführungsform der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine Kühlanlage für eine siebente Ausführungsform der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine Kühlanlage für eine achte Ausführungsform der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 einen elektrischen Schaltplan für die wesentlichen Teile einer Ausführungsform der Steuervorrichtung, die für die Kühlanlage der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und
Fig. 10 den Plan der Kühlanlage für die herkömmliche Klimatisierungsvorrichtung.
Unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen wird nunmehr die Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten beschrieben.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Ähnlich der herkömmlichen, in Fig. 10 dargestellten Kühlanlage umfaßt die Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung ein Umschaltventil 2 zum Umschalten der Strömungsrichtung eines von einem Kompressor 1 abgegebenen Kältemittels auf die Ausführung eines Kühlbetriebes, eines Heizbetriebes oder eines Abtaubetriebes, einen Außen-Wärmetauscher 3 zum Empfangen des vom Kompressor 1 über das Umschaltventil 2 gelieferten Kältemittels für den Wärmeaustausch des Kältemittels mit Luft, einem Innenraum-Wärmetauscher 7 für den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und einem Fluid, einem Verteiler 4 und einem Expansionsventil 5, die in einem den Außen-Wärmetauscher 3 mit dem Innenraum-Wärmetauscher 7 verbindenden Verbindungsrohr in Serie angeordnet sind, und einem (ersten) Speicher 9, der in einem das Umschaltventil 2 mit der Einlaßöffnung des Kompressors 1 verbindenden Verbindungsrohr angeordnet ist. Die Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner einen Ölabscheider 10, einen ersten Bypass-Kanal 11, ein Solenoidventil 12, einen zweiten Speicher 13, einen zweiten Bypass-Kanal 14, eine Zumeßvorrichtung 15 (bei der Ausführungsform ein Kapillarrohr), ein den ersten Speicher 9 mit dem zweiten Speicher 13 verbindendes Verbindungsrohr 16 und eine einlaßseitige Kältemittelrohrleitung 17f die den zweiten Speicher 13 mit der Einlaßöffnung des Kompressors 1 verbindet.
Im einzelnen ist entsprechend Fig. 1 der Ölabscheider 10 zwischen der Auslaßöffnung des Kompressors 1 und dem Umschaltventil 2 angeordnet. Der erste Bypass-Kanal 11 ist so angeordnet, daß er sich vom Ölabscheider 10 über das Solenoidventil 12 zum zweiten Speicher 13 erstreckt. Ferner ist der zweite Bypass-Kanal 14 so angeordnet, daß er sich vom Ölabscheider 10 über die Zumeßvorrichtung, z.B. ein Kapillarrohr 15, zur Einlaßöffnung des Kompressors 1 erstreckt.
Es wird die Arbeitsweise der Kühlanlage der ersten Ausführungsform erläutert.
In Fig. 1 geben mit durchgezogenen Linien gezeichnete Pfeile die Strömung des Kältemittels im Kühlbetrieb und Abtaubetrieb an, wogegen mit gestrichelten Linien gezeichnete Pfeile den Kältemittelfluß im Heizbetrieb anzeigen. Mit abwechselnd lang- und kurzgestrichelten Linien gezeichnete Pfeile zeigen die Strömung des Kältemittels und des Kältemaschinenöls in den Bypass-Kanälen an.
Im Kühlbetrieb gelangen das Kältemittel und das Kältemaschinenö1, die vom Kompressor 1 abgegeben wurden und unter hoher Temperatur und hohem Druck stehen, von oben in den Ölabscheider 10; das Kältemaschinenöl wird vom Kältemittel getrennt und im Boden innerhalb des Ölabscheiders 10 aufgefangen. Das gasförmige Kältemittel, das vom Kältemaschinenöl getrennt worden ist, verläßt den Ölabscheider 10 oben und gelangt über das Umschaltventil 2 zum Außen-Wärmetauscher 3. Im Außen-Wärmetauscher führt das Kältemittel einen Wärmeaustausch durch, derart, daß es zur Flüssigkeit von hoher Temperatur und hohem Druck wird. Das flüssige Kältemittel strömt durch den Verteiler 4 und wird im Expansionsventil 5 druckreduziert. Über ein Verbindungsrohr 6, welches das Expansionsventil 5 mit dem Innenraum-Wärmetauscher 7 verbindet, gelangt das Kältemittel zum Innenraum-Wärmetauscher 7. Im Innenraum-Wärmetauscher 7 wird das Kältemittel verdampft. Das Kältemittel durchströmt ein Verbindungsrohr 8, welches den Innenraum-Wärmetauscher 7 mit dem Umschaltventil 2 verbindet, und fließt über das Umschaltventil 2, den ersten Speicher 9 und den zweiten Speicher 13 zum Kompressor 1 zurück.
Während des Kühlbetriebs ermöglicht die Zumeßvorrichtung, z.B. das Kapillarrohr 15, das im zweiten Bypass-Kanal 14 angeordnet ist, daß das Kältemaschinenöl kontinuierlich mit einer Menge strömt, die mit der Abgabemenge des Kältemaschinenöls, die normalerweise vom Kompressor 1 abgegeben wird, im Gleichgewicht steht. Auf diese Weise wird das Kältemaschinenöl über den zweiten Bypass-Kanal 14 kontinuierlich zum Kompressor 1 zurückgeleitet. Außerdem, wenn die Menge des vom Kompressor 1 abgegebenen Kältemaschinenöls größer ist als die Menge des den zweiten Bypass-Kanal 14 durchströmenden Kältemaschinenöls, und folglich eine große Menge Kältemaschinenöl im Ölabscheider 10 angesammelt wird, empfängt das Solenoidventil 12 im ersten Bypass-Kanal 11 ein Signal und öffnet sich zum Rückleiten des Kältemaschinenöls zum zweiten Speicher 13 auch über den ersten Bypass-Kanal 11, wenngleich das Solenoidventil 12 normalerweise geschlossen ist.
Das Kältemaschinenöl, welches im Boden im Ölabscheider 10 angesammelt worden ist, fließt auf diese Weise in den zweiten Speicher 13. Das Kältemaschinenöl im zweiten Speicher fließt zum Kompressor 1 zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel zurück, das vom Innenraum-Wärmetauscher 7 gekommen ist und unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck steht, was eine große Verkürzung des Umwälzkreises des Kältemaschinenöls ermöglicht.
Das vom ersten Bypass-Kanal kommende Kältemaschinenöl fließt nicht direkt zum Kompressor zurück, sondern gelangt in den zweiten Speicher 13 und fließt dann allmählich zum Kompressor 1 zurück. Dies verhindert das Entstehen von Ölschlag im Kompressor 1, durch den Ventile usw. zerstört werden. Außerdem fließt überschüssiges flüssiges Kältemittel in der Kühlanlage allmählich in den zweiten Speicher 13 ein, nachdem es in den ersten Speicher 9 gelangt ist. Folglich ist die Menge des flüssigen Kältemittels im zweiten Speicher 13 bemerkenswert klein im Vergleich zum ersten Speicher. Das vom Ölabscheider 10 über den ersten Bypass-Kanal 11 und den zweiten Bypass-Kanal 14 zurückströmende Kältemaschinenöl fließt rasch zum Kompressor zurück, ohne durch das überschüssige flüssige Kältemittel verdünnt zu werden. Dies verhindert, daß Lagerteile wegen Mangels an Kältemaschinenöl fressen.
Andererseits wird im Heizbetrieb das Umschaltventil 2 so geschaltet, daß der durch gestrichelte Linien angezeigte Kreis gebildet wird. Das Kältemittel und das Kältemaschinenöl, die vom Kompressor 1 abgegeben wurden und unter hoher Temperatur und hohem Druck stehen, werden im Ölabscheider 10 getrennt. Das gasförmige Kältemittel gelangt über das Umschaltventil 2 und das Verbindungsrohr 8 zum Innenraum-Wärmetauscher 7. Im Innenraum-Wärmetauscher 7 wird das gasförmige Kältemittel zu dem flüssigen Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck. Das flüssige Kältemittel durchströmt das Verbindungsrohr 6 und wird im Expansionsventil 5 druckreduziert. Über den Verteiler 4 fließt das flüssige Kältemittel in den Außen- Wärmetauscher 3. Im Außen-Wärmetauscher 3 wird das flüssige Kältemittel zu dem gasförmigen Kältemittel von niedrigem Druck. Sodann strömt das gasförmige Kältemittel über das Umschaltventil 2, den ersten Speicher 9 und den zweiten Speicher 13 zum Kompressor 1 zurück. Die Zumeßvorrichtung 15, die im zweiten Bypass-Kanal 14 angeordnet ist, ermöglicht das kontinuierliche Zurückströmen des vom Kompressor 1 abgegebenen Kältemaschinenöls zum Kompressor 1.
Selbst wenn die Entfernung zwischen einer Innenraum-Wärmetau- -scher-Einheit und einer Außen-Wärmetauscher-Einheit mit dem Kompressor 1, dem Umschaltventil 2 und anderen darin angeordneten Teilen groß ist, d.h. wenn die Verbindungsrohre 6 und 8 lang sind, verhindert folglich der kurze Bypass-Kanal, der den Umwälzkreis für das Kältemaschinenöl bildet, daß es im Kompressor 1 zu einem Mangel an Kältemaschinenöl kommt. Selbst wenn abhängig von den Betriebsbedingungen eine große Menge Kältemaschinenöl abgegeben wird, ermöglicht der erste Bypass-Kanal 11 von kurzer Länge eine rasche Rückströmung des Kältemaschinenöls zum Kompressor 1 über das Solenoidventil 12, wodurch ein Mangel an Kältemaschinenöl im Kompressor 1 verhindert wird.
Selbst wenn bei einem Kompressor-Typ mit Volumensteuerung die umgewälzte Menge des vom Kompressor abgegebenen Kältemittels stark auf einen kleinen Wert verringert wird, d.h. wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in den Kältemittelrohren klein wird, tritt eine ungenügende Rückströmung von Kältemaschinenöl nicht ein, weil die Länge des Kreises, in dem das Kältemaschinenöl umgewälzt wird, nicht verändert wird und kurz bleibt.
Das Kältemittel, das sich bei abgeschaltetem Kompressor 1 im Kältemaschinenöl gelöst hat, verursacht Schaumbildung beim Einschalten des Kompressors. Dies führt zu erhöhter Abgabe von Kältemaschinenöl und flüssigem Kältemittel vom Kompressor 1 im Vergleich zu jener bei normalem sukzessivem Betrieb. Das Kältemaschinenöl und das flüssige Kältemittel, die in größerer Menge abgegeben wurden, werden im Ölabscheider getrennt.
Wird nach dem Einschalten des Kompressors das Solenoidventil 12 während einer vorbestimmten Zeit (z.B. 1 Minute) geöffnet gehalten, strömt das Kältemaschinenöl zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel von niedrigem Druck zum Kompressor 1 zurück, und zwar durch den zweiten Bypass-Kanal 14 mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit, und durch den ersten Bypass-Kanal 11 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit und den zweiten Speicher 13, ohne im Kältemittelkreis umgewälzt zu werden, wodurch es möglich ist, einen Mangel an Kältemaschinenöl in kurzer Zeit auszugleichen. Von dem im Ölabscheider angesammelten flüssigen Kältemittel strömt eine große Menge zusammen mit dem Kältemaschinenöl aus dem ersten Bypass-Kanal 11 und dem zweiten Bypass-Kanal 14 aus. Das flüssige Kältemittel und das Kältemaschinenöl, die aus dem ersten Bypass-Kanal 11 in dieser großen Menge ausströmen, kommen in den zweiten Speicher 13, ohne zum Kompressor 1 direkt zurückzuströmen. Sodann fließen das flüssige Kältemittel und das Kältemaschinenöl allmählich zum Kompressor 1 zurück. Dies verhindert das Auftreten von Flüssigkeitsschlag im Kompressor, durch den das Ventil usw. zerstört werden kann. Außerdem verhindert diese Anordnung, daß das flüssige Kältemittel das Kältemaschinenöl verdünnt, wodurch es möglich ist, Fressen an den Lagerteilen usw. zu vermeiden.
Beim Umschalten vom Heizbetrieb auf Abtaubetrieb wird das Umschaltventil 2 so umgelegt, daß das gasförmige Kältemittel, welches im Kompressor 1 komprimiert wurde und unter hoher Temperatur und hohem Druck steht, über den Ölabscheider 10 und das Umschaltventil 2 zum Außen-Wärmetauscher 3 geleitet wird. Das Kältemittel läßt im Außen-Wärmetauscher 3 abtauen, durchströmt den Verteiler 4 und wird im Expansionsventil 5 entspannt. Sodann strömt das Kältemittel durch das Verbindungsrohr 6, den Innenraum-Wärmetauscher 7, das Verbindungsrohr 8 und das Umschaltventil 2 und fließt zum zweiten Speicher 13 zurück. Das gasförmige Kältemittel, das vom Kompressor 1 abgegeben wurde und unter hoher Temperatur und hohem Druck steht, wird ebenfalls aus dem Unterteil des Ölabscheiders 10 über den ersten Bypass-Kanal 11 zum zweiten Speicher 13 zurückgeleitet. Im zweiten Speicher 13 werden das gasförmige Kältemittel, das den Innenraum-Wärmetauscher 7 durchströmt hat und niedrige Temperatur und niedrigen Druck hat, und das gasförmige Kältemittel, das den ersten Bypass-Kanal 11 durchströmt hat und unter hoher Temperatur und hohem Druck steht, so vermischt, daß der Druck des unter niedrigem Druck stehenden Gases erhöht wird. Das vermischte gasförmige Kältemittel wird zum Kompressor 1 zurückgeleitet. Es kann folglich ein Betriebszustand erreicht werden, in dem das spezifische Volumen klein und die Umwälzmenge groß ist, derart, daß am Außen-Wärmetauscher 3 gebildetes Eis in kurzer Zeit abgetaut wird.
Weil im Heizbetrieb, bei niedriger Temperatur der Außenluft, die Möglichkeit einer raschen Eisbildung besteht, wird das Solenoidventil 12 erneut geöffnet, um durch den ersten Bypass-Kanal 11 strömen zu lassen. Auf diese Weise wird ein Teil des abgegebenen Gases von hoher Temperatur zum Vermischen zum zweiten Speicher 13 umgeleitet, wodurch bei solch niedriger Außenlufttemperatur die Heizleistung erhöht wird.
Im Falle eines volumenveränderbaren Kompressors wird während des Abtauens oder Heizens bei niedriger Außenlufttemperatur eine maximale Leistung des Kompressors erreicht, wenn das Solenoidventil 12 geöffnet wird. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Abtau- oder Heizleistung.
Wenn das Kältemaschinenöl vom Kompressor 1 in einer Menge abgegeben wird, die größer ist als die des Kältemaschinenöls, welches vom Ölabscheider 10 über die Zumeßvorrichtung, z.B. des Kapillarrohres 15, und den zweiten Bypass-Kanal 14 zum Kompressor 1 zurückgeleitet wird, wird das Solenoidventil 12 in einer vorbestimmten Zeit (z.B. 60 Minuten) nach dem Einschalten des Kompressors 1 geöffnet. Folglich wird das Kälte- -maschinenöl, das abgeschieden und im Ölabscheider 10 aufgefangen wurde, ebenfalls über den ersten Bypass-Kanal 11 zum zweiten Speicher 13 zurückgeleitet. Das Kältemaschinenöl wird dem Kompressor 1 zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel zurückgeleitet, das vom Innenraum-Wärmetauscher 7 kam und unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck steht, wodurch ein Mangel an Kältemaschinenöl im Kompressor 1 vermieden wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine zweite Ausführungsform der Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß der erste Bypass-Kanal 11 mit dem zweiten Speicher 13 über das Verbindungsrohr l6 verbunden ist, welches des ersten Speicher 9 mit dem zweiten Speicher 13 verbindet. Wenn bei der zweiten Ausführungsform das Kältemaschinenöl im Ölabscheider 10 in einer Menge angesammelt wird, die größer ist als die Menge Kältemaschinenöl, die durch den zweiten Bypass-Kanal 14 fließt, wird, wie bei der ersten Ausführungsform, das Solenoidventil 12 aufgrund eines Signals geöffnet. Folglich wird das Kältemaschinenöl aus dem Ölabscheider 10 über den ersten Bypass-Kanal 11 und das Verbindungsrohr 16 zum zweiten Speicher 13 zurückgeleitet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird eine dritte Ausführungsform der Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß der zweite Bypass-Kanal 14 mit der einlaßseitigen Kältemittelrohrleitung 17 verbunden ist, die den zweiten Speicher 13 mit dem Kompressor 1 verbindet, und somit steht der zweite Bypass-Kanal über die einlaßseitige Kältemittelrohrleitung 17 mit der Einlaßöffnung des Kompressors 1 in Verbindung. Wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ermöglicht bei der dritten Ausführungsform die Zumeßvorrichtung 15 im zweiten Bypass-Kanal 14 eine Strömungsmenge des Kältemaschinenöls, die mit der abgegebenen Menge Kältemaschinenöl, welche normalerweise vom Kompressor 1 abgegeben wird, im Gleichgewicht steht. Auf diese Weise wird das Kältemaschinenöl über die einlaßseitige Kältemittelrohrleitung 17 kontinuierlich zum Kompressor 1 zurückgefördert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird eine vierte Ausführungsform der Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß der erste Bypass-Kanal 11 mit dem zweiten Speicher 13 über das Verbindungsrohr 16 verbunden ist, welches den ersten Speicher 9 mit dem zweiten Speicher 13 verbindet, und daß der zweite Bypass-Kanal 14 mit der einlaßseitigen Kältemittelrohrleitung 17 verbunden ist, die den zweiten Speicher 13 und die Einlaßöffnung des Kompressors 1 verbindet, und der zweite Bypass-Kanal auf diese Weise über die einlaßseitige Kältemittelrohrleitung 17 mit der Einlaßöffnung des Kompressors 1 in Verbindung steht. Bei der vierten Ausführungsform sind die Strömungswege für das Kältemaschinenöl vom ersten Bypass-Kanal 11 zum Kompressor 1 und des Kältemaschinenöls vom zweiten Bypass-Kanal 14 zum Kompressor 1 denen bei der zweiten bzw. dritten Ausführungsform ähnlich.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird eine fünfte Ausführungsform der Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Asuführungsform dadurch, daß der zweite Bypass-Kanal 14 den Ölabscheider 10 und den zweiten Speicher 13 miteinander verbindet.
Wie bei der ersten bis vierten Ausführungsform ermöglicht bei der fünften Ausführungsform die Zumeßvorrichtung 15 im zweiten Bypass-Kanal 14 eine kontinuierliche Strömung des Kältemaschinenöls in einer Menge, die mit der Abgabemenge des Kältemaschinenöls, die normalerweise vom Kompressor 1 abgegeben wird, im Gleichgewicht steht. Auf diese Weise wird das Kältemaschinenöl über den zweiten Speicher 13 und die einlaßseitige Kältemittelrohrleitung 17 kontinuierlich an den Kompressor 1 zurückgefördert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird eine sechste Ausführungsform der Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der fünften Ausführungsform dadurch, daß der erste Bypass-Kanal 11 mit dem zweiten Speicher 13 über das Verbindungsrohr 16 verbunden ist, das den ersten Speicher 9 mit dem zweiten Speicher 13 verbindet. Wenn bei der sechsten Ausführungsform das Kältemaschinenöl im Ölabscheider 10 in einer Menge angesammelt wird, die größer ist als die Menge Kältemaschinenöl, welche durch den zweiten Bypass-Kanal 14 strömt, wird, wie bei der ersten bis fünften Ausführungsform, das Solenoidventil 12 aufgrund eines Signals geöffnet. Folglich wird das Kältemaschinenöl vom Ölabscheider 10 zum zweiten Speicher 13 außer durch den zweiten Bypass-Kanal 14 auch durch den ersten Bypass-Kanal 11 und das Verbindungsrohr 16 zurückgeleitet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird eine siebente Ausführungsform der Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Die siebente Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß der zweite Bypass-Kanal 14 mit dem zweiten Speicher 13 über das Verbindungsrohr 16 verbunden ist, das den ersten Speicher 9 mit dem zweiten Speicher 13 verbindet. Wie bei der ersten bis sechsten Ausführungsform ermöglicht bei der siebenten Ausführungsform die Zumeßvorrichtung 15 im zweiten Bypass-Kanal 14 eine kontinuierliche Strömung des Kältemaschinenöls in einer Menge, die mit der Abgabemenge des Kältemaschinenöls, die normalerweise vom Kompressor 1 abgegeben wird, im Gleichgewicht steht. Auf diese Weise wird das Kältemaschinenöl zum Kompressor 1 über das Verbindungsrohr 16, den zweiten Speicher 13 und die einlaßseitige Kältemittelrohrleitung 17 kontinuierlich zurückgefördert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird eine achte Ausführungsform der Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die achte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß der erste Bypass-Kanal 11 mit dem zweiten Speicher 13 über das Verbindungsrohr 16 verbunden ist, das den ersten Speicher 9 mit dem zweiten Speicher 13 verbindet, und daß der zweite Bypass-Kanal 11 mit dem zweiten Speicher 13 über dasselbe Verbindungsrohr 16 verbunden ist, welches den ersten Speicher 9 mit dem zweiten Speicher 13 verbindet.
Bei der achten Ausführungsform sind die Strömungswege des Kältemaschinenöls vom ersten Bypass-Kanal 11 zum Kompressor 1 und vom zweiten Bypass-Kanal 14 zum Kompressor 1 denen in der sechsten bzw. siebenten Ausführungsform ähnlich.
Die erste bis achte Ausführungsform wurde anhand einer Klimatisierungsvorrichtung des Alkohol-Typs erläutert, bei welcher der Kompressor 1 außerhalb eines Raums angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Klimatisierungsvorrichtung des entfernt angeordneten Typs anwendbar, bei dem der Kompressor 1 in einem Raum steht. Ferner verwenden die erste bis achte Ausführungsform das Expansionsventil als das Drosselorgan. Das Drosselorgan kann in Form eines Kapillarrohres, als elektrisches Expansionsventil oder als Drosselöffnung vorgesehen sein. Das Drosselorgan kann an beliebiger Stelle in einem Rohr zwischen dem Innenraum-Wärmetauscher und dem Außen-Wärmetauscher angeordnet sein.
Wie erläutert, weist die Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung viele Vorteile wie folgt auf:
Die Länge der Verbindungsrohre 6 und 8, d.h. die Entfernung zwischen dem Innenraum-Wärmetauscher und dem Außen-Wärmetauscher kann ohne Schwierigkeiten beträchtlich vergrößert werden. Selbst bei starker Verringerung der vom volumenveränderbaren Kompressor abgegebenen Menge Kältemittel, kann das Kältemaschinenöl auf einfache Weise zum Kompressor zurückgefördert werden. Wenn die Abgabemenge des Kältemaschinenöls erhöht wird, wird das Solenoidventil 12 geöffnet, um eine rasche Rückleitung des Kältemaschinenöls zum Kompressor 1, außer über den zweiten Speicher 13, über den ersten Bypass-Kanal 11 zu ermöglichen. Folglich kann die Strömungsrate im zweiten Bypass-Kanal, welcher kontinuierlich über die Zumeßvorrichtung, z.B. das Kapillarrohr, durchströmt wird, so gering wie möglich gehalten werden, was eine Leistungsverringerung des Kompressors verhindert und eine kontinuierliche Rückförderung des Kältemaschinenöls direkt zum Kompressor ermöglicht. Diese Anordnung läßt eine gleichzeitige Rückförderung zum Kompressor von großen Mengen Kältemaschinenöl und flüssigem Kältemittel nicht zu, wodurch Beschädigungen des Kompressors vermieden werden. Durch die Verbindung des ersten und des zweiten Speichers in Serie kann sich in dem dem zweiten Speicher vorgeschalteten ersten Speicher ein Überschuß an flüssigem Kältemittel ansammeln, das je nach Betriebsbedingungen entsteht. Folglich fällt in dem dem ersten Speicher nachgeschalteten zweiten Speicher wenig überschüssiges Kältemittel an. Auf diese Weise kann das Kältemaschinenöl, welches in den zweiten Speicher aus dem ersten und/oder dem zwe-iten Bypass-Kanal gelangt, rasch zum Kompressor zurückfließen, ohne durch das flüssige Kältemittel verdünnt zu werden, wodurch eine Beschädigung des Kompressors vermieden wird. Somit kann die vorliegende Erfindung auf einfache und wirtschaftliche Weise eine Klimatisierungsvorrichtung schaffen, deren Betriebssicherheit selbst dann nicht herabgesetzt wird, wenn das Verbindungsrohr 8 oder eine andere Rohrleitung verlängert ist.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 eine bevorzugte Ausführungsform der Steuervorrichtung im einzelnen beschrieben, die für die Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 19 eine Steuereinrichtung zum Ein- und Ausschalten des Solenoidventils 12. An die Stromleitungen L&sub1; und L&sub2; einer Wechselstromquelle E sind ein Kompressor-Ein/Ausschalter 20 zum Ein- und Ausschalten des Kompressors 1 und ein elektromagnetisches Schütz 23 für den Kompressor 1 angeschlossen. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet ein Verzögerungszeitwerk, der zum elektromagnetischen Schütz 23 parallelgeschaltet ist und normalerweise geschlossene Verzögerungskontakte 26b aufweist. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Kühl- und Heizschalter, der im Heizbetrieb geschlossen und im Kühlbetrieb geöffnet ist. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet Abtau-Ausgangskontakte, die bei normalem Heizbetrieb eine Serienschaltung mit dem Schalter 21 zur Erregung einer Umschaltventil-Spule 24 bilden, und bei Abtaubetrieb eine Serienschaltung mit dem Schalter 21 zur Erregung einer Solenoidventil-Spule 25 bilden. Wenn bei dieser Anordnung der Kompressor-Ein/Ausschalter 20 im Kühlbetrieb bei geöffnetem Kühl- und Heizschalter 21 geschlossen wird, wird das Verzögerungszeitwerk eingeschaltet, um die Zählung der vorbestimmten Zeitdauer (z.B. 1 Minute) zu beginnen. Während der Zählung des Verzögerungszeitwerks 26, wird die Solenoidventil-Spule 25 durch den Kompressor-Ein/Ausschalter 20 und die normalerweise geschlossenen Verzögerungskontakte 26b erregt, um das Solenoidventil 12 zu öffnen. Wenn das Verzögerungszeitwerk 26 die Zählung dar vorbestimmten Zeitdauer beendet hat, werden die normalerweise geschlossenen Verzögerungskontakte 26b geöffnet, um die Solenoidventil-Spule 25 zu entregen, dadurch das Solenoidventil 12 zu schließen. Sodann wird der Kompressor 1 bei geschlossenem Solenoidventil 12 kontinuierlich betrieben.
Wenn im Heizbetrieb der Kühl- und Heizschalter 21 und der Kompressor-Ein/Ausschalter 20 geschlossen sind, wird die Umschaltventil-Spule 24 über die Schalter 20 und 21 und die Kontakte 22 erregt, derart, daß das Umschaltventil 2 auf den Heizbetriebzyklus umgeschaltet wird. In diesem Falle wird das Solenoidventil 12 nur während der vorbestimmten Zeit beim Einschalten der Vorrichtung geöffnet, weil die Solenoid-Spule 25 nur während der eingestellten Zeit am Verzögerungszeitwerk 26 erregt wird, wie beim Kühlbetrieb, nachdem das elektromagnetische Schütz 23 des Kompressors 1 erregt worden ist. Wenn sich im Heizbetrieb am Außen-Wärmetauscher 3 viel Eis bildet, werden die Abtau-Ausgangskontakte 22 so betätigt, daß die Umschaltventil-Spule 24 entregt wird, wodurch die Kühlanlage auf den Kühlbetriebszyklus geschaltet wird. Außerdem wird die Solenoidventil-Spule 25 über die Schalter 20 und 21 und die Abtau-Ausgangskontakte 22 erregt, derart, daß sich das Solenoidventil 12 öffnet. Bei Beendigung des Abtaubetriebs werden die Abtau-Ausgangskontakte 22 so zurückgeschaltet, daß die Umschaltventil-Spule 24 erregt und die Solenoidventil- Spule 25 entregt wird, wodurch die Kühlanlage wieder in den normalen Heizbetriebzyklus zurückgeschaltet wird.
Auf diese Weise wird das Solenoidventil 12 während der vorbestimmten Zeit beim Einschalten des Kompressors 1 geöffnet. Auch wenn durch das Schäumen des Kältemittels, das sich während des Halts des Kompressors im Kältemaschinenöl gelöst hat, eine Abgabe des Kältemaschinenöls in großer Menge verursacht wird, fließt das Kältemaschinenöl, welches sich im Ölabscheider 10 angesammelt hat, auch über den ersten Bypass-Kanal 11 in den zweiten Speicher 13 und wird zum Kompressor 1 in kurzer Zeit zurückgefördert. Das flüssige Kältemittel, das zusammen mit dem Kältemaschinenöl im Ölabscheider 10 aufgefangen wird, strömt ebenfalls über den ersten Bypass-Kanal 11 zum zweiten Speicher 13, ohne zum Kompressor 1 direkt zurückgefördert zu werden. Auf diese Weise wird das flüssige Kältemittel allmählich zum Kompressor zurückgeleitet, wodurch ein Ausfall des Kompressors 1 infolge Flüssigkeitsschlag usw. verhindert wird.
Außerdem wird während eines Normalbetriebs das vom Kompressor 1 abgegebene Kältemaschinenöl zur Einlaßöffnung des Kompressors 1 über den zweiten Bypass-Kanal 14 zurückgeleitet, wodurch ein Mangel an Kältemaschinenöl im Kompressor 1 auch dann verhindert wird, wenn die Verbindungsrohre 6 und 8 lang sind. Das überschüssige Kältemittel im Kühlkreis strömt in den ersten Speicher 9 und fließt dann in den zweiten Speicher 13. Diese Anordnung verringert die sich im zweiten Speicher 13 ansammelnde Menge im Vergleich zu der im ersten Speicher 9. Folglich wird das Kältemaschinenöl, welches in großer Menge vom Ölabscheider 10 über den ersten Bypass-Kanal 11 in den zweiten Speicher 13 strömt, zum Kompressor 1 zurückgefördert, ohne daß es durch das flüssige Kältemittel verdünnt wird, wodurch Fressen an Lagerteilen usw., hervorgerufen durch Mangel an Kältemaschinenöl, ausgeschaltet wird.
Wird ferner während der Zeit des Heizbetriebs der Abtaubetrieb durchgeführt, wird das Umschaltventil 2 umgelegt, was bewirkt, daß das Kältemittel von hohem Druck im Innenraum-Wärmetauscher 7 sofort in den ersten Speicher 9 strömt, und das flüssige Kältemittel kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen direkt in den ersten Speicher 9 strömen.
Selbst in diesem Falle nimmt der zweite Speicher 13 das flüssige Kältemittel auf, ohne es direkt an den Kompressor 1 zurückzuleiten, Modurch Beschädigungen des Kompressors 1 verhindert werden. Die Schaumbildung des im Kältemaschinenöl gelösten Kältemittels tritt ein unmittelbar nach Beginn der Abtauoperation, weil der Druck im Kompressor 1 zu diesem Zeitpunkt rasch herabgesetzt wird. Folglich strömt das Kältemaschinenöl in großen Mengen in den Ölabscheider 10. Jedoch ist das Solenoidventil 12 geöffnet, so daß das Kältemaschinenöl größtenteils über den ersten Bypass-Kanal 11 zum zweiten Speicher 13 zurückströmt, wodurch das Eintreten von Ölmangel verhindert wird. Außerdem wird während des Abtaubetriebs das unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel zusammen mit dem Kältemaschinenöl über das Solenoidventil 12 zum zweiten Speicher 13 gefördert, derart, daß der Druck im zweiten Speicher ansteigt, wodurch das spezifische Volumen des in den Kompressor 1 angesaugten gasförmigen Kältemittels verringert wird. Folglich nimmt die vom Kompressor 1 geleistete Arbeit zu, was zur kurzfristigen Beendigung des Abtaubetriebs führt.
Wie erläutert, öffnet die für die Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Steuervorrichtung das Solenoidventil im ersten Bypass-Kanal während einer vorbestimmten Zeit beim Einschalten des Kompressors. Selbst wenn die Schaumbildung des Kältemittels, die beim Einschalten des Kornpressors hervorgerufen wird, bewirkt, daß das Kältemaschinenöl in großer Menge abgegeben wird, kann das Öl folglich rasch zurückgewonnen werden. Außerdem werden das wiedergewonnene Kältemaschinenöl und das wiedergewonnene Kältemittel einmal in den zweiten Speicher geleitet, ohne das Kältemaschinenöl und das flüssige Kältemittel rasch zum Kompressor zurückzufördern, wodurch eine Beschädigung des Kompressors infolge Öl- oder Flüssigkeitsschlag verhindert wird. Dadurch wird eine hohe Betriebssicherheit der Klimatisierungsvorrichtung erreicht.
Das Solenoidventil im ersten Bypass-Kanal wird während des Abtaubetriebs geöffnet, um während des Abtaubetriebs ein rasches Absinken des Druckes auf ein niedriges Niveau zu mildern, wodurch die Abtauleistung verbessert wird. Somit kann die Abtauzeit verkürzt, Energie gespart werden. Außerdem kann das Kältemaschinenöl, das vom Kompressor infolge einer Druckverringerung im Kompressor rasch abgegeben wird, in wirkungsvoller Weise wiedergewonnen werden, um einen Mangel an Kältemaschinenöl im Kompressor zu verhindern. Selbst bei einem Über laufen des ersten Speichers infolge einer raschen Rück-Strömung der Flüssigkeit, kann der zweite Speicher das flüssige Kältemittel auffangen, um eine direkte Rückförderung des flüssigen Kältemittels zum Kompressor zu verhindern.

Claims

1. Klimatisierungsvorrichtung mit

einem Schaltventil zum Umschalten der strömungsrichtung eines von einem Kompressor (1) abgegebenen Kältemittels zum Kühlen, Heizen oder Abtauen;

einem Außen-Wärmetauscher (3) zum Aufnehmen des vom Kompressor (1) über das Umschaltventil (2) gespeisen Kältemittels, um wärmeaustausch des Kältemittels mit der Außenluft zu bewerkstelligen;

einem Innenraum-Wärmetauscher (7) zum Wärmeaustausch des Kältemittels mit einem Fluid;

einem Ölabscheider (10), welcher in einer abgabeseitigen Kältemittel-Rohrleitung zum Verbinden des Umschaltventils (2) mit dem Auslaßt des Kompressors (1) angeordnet ist, um das Kältemittel von einem Kältemaschinenöl zu trennen, die beide von dem Kompressor (1) abgegeben werden;

einem ersten Speicher (9), der an ein einlaßseitiges Kältemittelrohr angeschlossen ist, welches das Umschaltventil (2) mit dem Einlaßt des Kompressors (1) verbindet; und

einem ersten Bypass-Kanal (11) zum Verbinden des Ölab scheiders (10) mit dem ersten Speicher (9) über ein Solenoidventil (12), dadurch gekennzeichnet, dar die Vorrichtung ferner aufweist:

einen zweiten Speicher (13), der mit dem ersten Speicher (9) in Reihe geschaltet ist und mit dem der erste Bypass-Kanal (11) verbunden ist, und

einen zweiten Bypass-Kanal (14) zum Verbinden des Ölabscheiders und des Einlasses des Kompressors (1) über eine Zumeßvorrichtung (15)

2. Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der erste Bypass-Kanal (11) mit dem zweiten Speicher (13) über ein Verbindungsrohr (16) verbunden ist, welches die ersten und zweiten Speicher (9, 13) verbindet.

3. Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der zweite Bypass-Kanal (14) mit dem Einlaß des Kompressors (1) über eine einlaßseitige Kältemittelrohrleitung (17) verbunden ist, welche den zweiten Speicher (13) mit dem Einlaß des Kompressors (1) verbindet.

4. Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der zweite Bypass-Kanal (14) mit dem Einlaß des Kompressors (1) über den zweiten Speicher (13) verbunden ist und die einlaßseitige Kältemittelrohrleitung (17) den zweiten Speicher (13) mit dem Einlaß des Kompressors (1) verbindet.

5. Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der zweite Bypass-Kanal (14) mit dem Einlaß des Kompressors (1) über eine Rohrleitung (16) verbunden ist, welche die ersten und zweiten Speicher (9, 13) verbindet, und der zweite Speicher (13) und der Einlaß des Kompressors (1) über die einlaßseitige Kältemittelrohrleitung (17) verbunden sind.

6. Klimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Strömungsgeschwindigkeit in dem ersten Bypass-Kanal 811) größer als in dem zweiten Bypass-Kanal (14) eingestellt ist.

7. Klimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher eine Steuervorrichtung (19) zum Öffnen des Solenoidventiles (12) für eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des Kompressors (1) vorgesehen ist.

8. Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Steuervorrichtung (19) so ausgebildet ist, daß sie während des Abtauens das Solenoidventil (12) im ersten Bypass-Kanal (11) kontinuierlich offenhält.