JP2003240366A - 冷凍空調装置 - Google Patents
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- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
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- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来、炭酸ガス冷媒を使用する冷凍空調装置
では、減圧装置として、膨張機を使用する場合、膨張機
への給油を確保しながら、蒸発器への油の流入を抑止す
ることはできなかった。 【解決手段】 本発明においては、圧縮機、放熱機、減
圧装置、蒸発器を順次接続した冷凍サイクルにおいて、
冷媒として炭酸ガスを使用し、減圧装置として膨張機を
使用し、減圧装置と蒸発器の間に油分離器を設けるよう
にしたので、蒸発器での伝熱性能低下を抑制し、運転効
率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
では、減圧装置として、膨張機を使用する場合、膨張機
への給油を確保しながら、蒸発器への油の流入を抑止す
ることはできなかった。 【解決手段】 本発明においては、圧縮機、放熱機、減
圧装置、蒸発器を順次接続した冷凍サイクルにおいて、
冷媒として炭酸ガスを使用し、減圧装置として膨張機を
使用し、減圧装置と蒸発器の間に油分離器を設けるよう
にしたので、蒸発器での伝熱性能低下を抑制し、運転効
率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍空調装置に関す
るものであり、特に冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍
空調装置に関するものである。
るものであり、特に冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍
空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍空調
装置として、特開２０００−５５４８８号公報記載の冷
凍空調装置がある。図９はこの特許に記載の冷凍サイク
ルであり、図において、１は圧縮機、４は油分離器、２
は放熱器、１５は膨張弁、５は蒸発器であり、冷媒とし
て二酸化炭素（ＣＯ2）が用いられる。この冷凍空調装
置の冷媒の流れは以下のようになる。まず、圧縮機１に
おいて高温高圧のガスに圧縮され吐出された冷媒は、超
臨界状態で放熱器２にて冷却され温度が低下する。この
冷媒を膨張弁１５により減圧し、冷媒は低圧の二相状態
となり、蒸発器５に流入し、ここで蒸発ガス化し、圧縮
機１に吸入される。圧縮機１から冷媒とともに吐出され
た冷凍機油は油分離器４で分離され、圧縮機１に返油さ
れる。このような構造とすることで、二酸化炭素冷媒の
ようにガス密度が大きく、流速の遅い冷媒を用いても、
熱交換器や配管への冷凍機油の滞留を防止し、冷凍機油
の滞留による圧力損失の増加を抑制し、機器の小型化を
可能としていた。
装置として、特開２０００−５５４８８号公報記載の冷
凍空調装置がある。図９はこの特許に記載の冷凍サイク
ルであり、図において、１は圧縮機、４は油分離器、２
は放熱器、１５は膨張弁、５は蒸発器であり、冷媒とし
て二酸化炭素（ＣＯ2）が用いられる。この冷凍空調装
置の冷媒の流れは以下のようになる。まず、圧縮機１に
おいて高温高圧のガスに圧縮され吐出された冷媒は、超
臨界状態で放熱器２にて冷却され温度が低下する。この
冷媒を膨張弁１５により減圧し、冷媒は低圧の二相状態
となり、蒸発器５に流入し、ここで蒸発ガス化し、圧縮
機１に吸入される。圧縮機１から冷媒とともに吐出され
た冷凍機油は油分離器４で分離され、圧縮機１に返油さ
れる。このような構造とすることで、二酸化炭素冷媒の
ようにガス密度が大きく、流速の遅い冷媒を用いても、
熱交換器や配管への冷凍機油の滞留を防止し、冷凍機油
の滞留による圧力損失の増加を抑制し、機器の小型化を
可能としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例には以
下のような問題があった。二酸化炭素を用いた冷凍サイ
クルでは、冷媒の特性により膨張するときに回収できる
動力が大きくなるので、その動力を回収する膨張機が膨
張弁の代わりに、あるいは膨張弁と併用して用いられ
る。膨張機には摺動部分があるので、その潤滑のために
は冷凍機油の供給が不可欠となる。しかし、従来例で
は、圧縮機１出口に油分離器４を設けたため、圧縮機１
から吐出された冷凍機油のほとんどが圧縮機１に返油さ
れてしまい、膨張機には冷凍機油が供給されなくなり、
膨張機運転の信頼性を低下させるという問題があった。
下のような問題があった。二酸化炭素を用いた冷凍サイ
クルでは、冷媒の特性により膨張するときに回収できる
動力が大きくなるので、その動力を回収する膨張機が膨
張弁の代わりに、あるいは膨張弁と併用して用いられ
る。膨張機には摺動部分があるので、その潤滑のために
は冷凍機油の供給が不可欠となる。しかし、従来例で
は、圧縮機１出口に油分離器４を設けたため、圧縮機１
から吐出された冷凍機油のほとんどが圧縮機１に返油さ
れてしまい、膨張機には冷凍機油が供給されなくなり、
膨張機運転の信頼性を低下させるという問題があった。
【０００４】また膨張機に冷凍機油を給油するために、
圧縮機１出口に油分離器４を設けなかった場合、膨張機
に冷凍機油は供給されるものの、冷媒回路全体に冷凍機
油が循環することとなるので、蒸発器４にも冷凍機油が
流入する。二酸化炭素のように従来の冷媒よりも運転圧
力の高い冷媒を用いるとガス密度が大きくなり、蒸発器
４内での冷媒流速も低下する。すると蒸発器４内での伝
熱の形態は、冷媒の流動により生じる対流効果により伝
熱性能向上をもたらす対流伝熱よりも、冷媒が沸騰する
ことによって伝熱性能向上をもたらす沸騰伝熱の方が支
配的となる。沸騰伝熱は、伝熱管表面の微細なキャビテ
ィ（孔）において、冷媒が沸騰し気泡が発生することに
よって伝熱が行われる。このとき、蒸発器４に流入する
冷凍機の油量が多いと、冷媒が沸騰し気泡が発生しよう
とするときに、伝熱管表面に油膜がつくことにより抵抗
となり、気泡の発生を抑制する。従って、油分離器４を
設けず、蒸発器４での油流入量が多くなった場合、蒸発
器４での伝熱性能が低下し、引いては冷凍空調装の運転
効率が低下するという問題があった。
圧縮機１出口に油分離器４を設けなかった場合、膨張機
に冷凍機油は供給されるものの、冷媒回路全体に冷凍機
油が循環することとなるので、蒸発器４にも冷凍機油が
流入する。二酸化炭素のように従来の冷媒よりも運転圧
力の高い冷媒を用いるとガス密度が大きくなり、蒸発器
４内での冷媒流速も低下する。すると蒸発器４内での伝
熱の形態は、冷媒の流動により生じる対流効果により伝
熱性能向上をもたらす対流伝熱よりも、冷媒が沸騰する
ことによって伝熱性能向上をもたらす沸騰伝熱の方が支
配的となる。沸騰伝熱は、伝熱管表面の微細なキャビテ
ィ（孔）において、冷媒が沸騰し気泡が発生することに
よって伝熱が行われる。このとき、蒸発器４に流入する
冷凍機の油量が多いと、冷媒が沸騰し気泡が発生しよう
とするときに、伝熱管表面に油膜がつくことにより抵抗
となり、気泡の発生を抑制する。従って、油分離器４を
設けず、蒸発器４での油流入量が多くなった場合、蒸発
器４での伝熱性能が低下し、引いては冷凍空調装の運転
効率が低下するという問題があった。
【０００５】本発明は以上の課題に鑑みなされたもの
で、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることを目的とす
る。また、蒸発器の冷凍機油による伝熱性能低下を抑制
し、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることを目的とす
る。また、冷媒として二酸化炭素を使用する運転効率の
高い冷凍空調装置を得ることを目的とする。また、減圧
装置として膨張機を使用する運転効率の高い冷凍空調装
置を得ることを目的とする。
で、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることを目的とす
る。また、蒸発器の冷凍機油による伝熱性能低下を抑制
し、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることを目的とす
る。また、冷媒として二酸化炭素を使用する運転効率の
高い冷凍空調装置を得ることを目的とする。また、減圧
装置として膨張機を使用する運転効率の高い冷凍空調装
置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の冷凍
空調装置は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次
接続した冷凍空調装置であって、減圧装置と蒸発器の間
に油分離器を設けたものである。
空調装置は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次
接続した冷凍空調装置であって、減圧装置と蒸発器の間
に油分離器を設けたものである。
【０００７】また、請求項２の冷凍空調装置は、請求項
１の冷凍空調装置において、分離した冷凍機油の冷熱を
回収する熱交換器を設けたものである。
１の冷凍空調装置において、分離した冷凍機油の冷熱を
回収する熱交換器を設けたものである。
【０００８】また、請求項３冷凍空調装置は、請求項１
または請求項２の冷凍空調装置において、油分離器で冷
凍機油とともに冷媒ガスを分離し、蒸発器を介さずに圧
縮機へ戻すものである。
または請求項２の冷凍空調装置において、油分離器で冷
凍機油とともに冷媒ガスを分離し、蒸発器を介さずに圧
縮機へ戻すものである。
【０００９】また、請求項４の冷凍空調装置は、圧縮
機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷凍空調
装置であって、蒸発器内の流路を複数の流路に分岐する
分配器を備えるとともに、分配器で分配された流路の中
で、冷凍機油の油量の多くなる流路を熱交換器内の熱流
束の大きい箇所に多く配置したものである。
機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷凍空調
装置であって、蒸発器内の流路を複数の流路に分岐する
分配器を備えるとともに、分配器で分配された流路の中
で、冷凍機油の油量の多くなる流路を熱交換器内の熱流
束の大きい箇所に多く配置したものである。
【００１０】また、請求項５の冷凍空調装置は、請求項
４の冷凍空調装置において、冷凍機油の油量の多くなる
流路を蒸発器下部に流入する流路とするものであう。
４の冷凍空調装置において、冷凍機油の油量の多くなる
流路を蒸発器下部に流入する流路とするものであう。
【００１１】また、請求項６の冷凍空調装置は、請求項
４又は請求項５の冷凍空調装置において、熱流束の大き
い箇所は、冷媒の温度と熱交換器の熱交換媒体の温度差
が大きくなる箇所であるものである。
４又は請求項５の冷凍空調装置において、熱流束の大き
い箇所は、冷媒の温度と熱交換器の熱交換媒体の温度差
が大きくなる箇所であるものである。
【００１２】また、請求項７の冷凍空調装置は、請求項
１から請求項６のいずれかの冷凍空調装置において、減
圧装置として膨張機を設けたものである。
１から請求項６のいずれかの冷凍空調装置において、減
圧装置として膨張機を設けたものである。
【００１３】また、請求項８の冷凍空調装置は、請求項
１から請求項７のいずれかの冷凍空調装置において、冷
媒として二酸化炭素を用いるものである。
１から請求項７のいずれかの冷凍空調装置において、冷
媒として二酸化炭素を用いるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下本発明の実施
の形態１の冷凍空調装置の冷媒回路を図１に示す。図１
において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置とし
て用いられる膨張機、４は油分離器、５は蒸発器であ
る。圧縮機１はモータで駆動される圧縮機であり、モー
ター６の駆動軸７が膨張機３の駆動軸７と接続されてい
る。膨張機３では、冷媒が膨張するときに発生する動力
を回収し、圧縮機１と接続されている駆動軸７に動力を
伝達する。圧縮機１では、膨張動力により圧縮機１での
圧縮仕事が一部まかなわれるので、膨張動力回収をしな
い場合に比べ、圧縮機１で必要となる電気入力が低減さ
れ、冷凍空調装置運転の際の効率を高めている。また８
は油分離器４で分離された冷凍機油を圧縮機１吸入部へ
返油する返油配管である。また冷凍空調装置では、冷媒
として二酸化炭素が用いられ、冷凍機油として二酸化炭
素に対して溶解性が低く、密度の大きいＰＡＧ油が用い
られる。
の形態１の冷凍空調装置の冷媒回路を図１に示す。図１
において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置とし
て用いられる膨張機、４は油分離器、５は蒸発器であ
る。圧縮機１はモータで駆動される圧縮機であり、モー
ター６の駆動軸７が膨張機３の駆動軸７と接続されてい
る。膨張機３では、冷媒が膨張するときに発生する動力
を回収し、圧縮機１と接続されている駆動軸７に動力を
伝達する。圧縮機１では、膨張動力により圧縮機１での
圧縮仕事が一部まかなわれるので、膨張動力回収をしな
い場合に比べ、圧縮機１で必要となる電気入力が低減さ
れ、冷凍空調装置運転の際の効率を高めている。また８
は油分離器４で分離された冷凍機油を圧縮機１吸入部へ
返油する返油配管である。また冷凍空調装置では、冷媒
として二酸化炭素が用いられ、冷凍機油として二酸化炭
素に対して溶解性が低く、密度の大きいＰＡＧ油が用い
られる。
【００１５】次にこの冷凍空調装置での冷媒の流れにつ
いて説明する。圧縮機１で圧縮され、吐出された高温・
高圧のガス冷媒は、放熱器２で放熱しながら温度低下す
る。このとき高圧が臨界圧以上であれば、冷媒は超臨界
状態のまま温度低下し放熱する。また高圧が臨界圧以下
であれば、冷媒は液化しながら放熱する。放熱器２を出
た冷媒は膨張機３で膨張しながら、膨張動力を駆動軸７
に伝達する。膨張機３で膨張することにより冷媒は低圧
の二相状態となり、蒸発器５に流入する。蒸発器５で冷
媒は蒸発ガス化され圧縮機１に吸入される。
いて説明する。圧縮機１で圧縮され、吐出された高温・
高圧のガス冷媒は、放熱器２で放熱しながら温度低下す
る。このとき高圧が臨界圧以上であれば、冷媒は超臨界
状態のまま温度低下し放熱する。また高圧が臨界圧以下
であれば、冷媒は液化しながら放熱する。放熱器２を出
た冷媒は膨張機３で膨張しながら、膨張動力を駆動軸７
に伝達する。膨張機３で膨張することにより冷媒は低圧
の二相状態となり、蒸発器５に流入する。蒸発器５で冷
媒は蒸発ガス化され圧縮機１に吸入される。
【００１６】次にこの冷凍空調装置での冷凍機油の流れ
について説明する。圧縮機１で冷媒とともに吐出された
冷凍機油は、放熱器２を経て、膨張機３に流入し、膨張
機３内の軸受けなど摺動部分を潤滑したあと、油分離器
４に流入する。ここで冷凍機油は冷媒と分離され、分離
された冷凍機油は返油配管８を通って圧縮機１吸入部に
返油される。
について説明する。圧縮機１で冷媒とともに吐出された
冷凍機油は、放熱器２を経て、膨張機３に流入し、膨張
機３内の軸受けなど摺動部分を潤滑したあと、油分離器
４に流入する。ここで冷凍機油は冷媒と分離され、分離
された冷凍機油は返油配管８を通って圧縮機１吸入部に
返油される。
【００１７】油分離器４の構造は図２に示す構造をと
る。油分離器４においては、冷媒は気液二相状態であ
り、これに冷凍機油が加わって、飽和ガス、飽和液、冷
凍機油が存在する。この冷凍空調装置では、前述したよ
うに冷媒として二酸化炭素、冷凍機油としてＰＡＧ油が
用いられ、冷媒と冷凍機油は前述した特性を持つので、
重力により、油分離器４内で、ガス冷媒、液冷媒、冷凍
機油の３相に分離される。返油配管８は油分離器４の底
部に接続されており、油分離器４の底部に滞留する冷凍
機油は返油配管８に流入し、返油配管８を通って圧縮機
１吸入部へ流入する。またガス冷媒、液冷媒は蒸発器５
へ至る配管に設けられた、ガス戻し穴９ａ、液戻し穴９
ｂを通って蒸発器４に流入していく。
る。油分離器４においては、冷媒は気液二相状態であ
り、これに冷凍機油が加わって、飽和ガス、飽和液、冷
凍機油が存在する。この冷凍空調装置では、前述したよ
うに冷媒として二酸化炭素、冷凍機油としてＰＡＧ油が
用いられ、冷媒と冷凍機油は前述した特性を持つので、
重力により、油分離器４内で、ガス冷媒、液冷媒、冷凍
機油の３相に分離される。返油配管８は油分離器４の底
部に接続されており、油分離器４の底部に滞留する冷凍
機油は返油配管８に流入し、返油配管８を通って圧縮機
１吸入部へ流入する。またガス冷媒、液冷媒は蒸発器５
へ至る配管に設けられた、ガス戻し穴９ａ、液戻し穴９
ｂを通って蒸発器４に流入していく。
【００１８】このように、膨張機３と蒸発器５の間に油
分離器４を設け、油分離器４にて冷凍機油を分離し、圧
縮機１へ返油する事により、圧縮機１から吐出された冷
凍機油を膨張機３へ供給し、膨張機３摺動部分の潤滑を
行うことで、膨張機３運転の信頼性を高め、信頼性の高
い冷凍空調装置が得られるとともに、蒸発器５への冷凍
機油の流入を抑制し、蒸発器５での伝熱性能の低下を抑
制することで、冷凍空調装置の運転効率を高めることが
できる。
分離器４を設け、油分離器４にて冷凍機油を分離し、圧
縮機１へ返油する事により、圧縮機１から吐出された冷
凍機油を膨張機３へ供給し、膨張機３摺動部分の潤滑を
行うことで、膨張機３運転の信頼性を高め、信頼性の高
い冷凍空調装置が得られるとともに、蒸発器５への冷凍
機油の流入を抑制し、蒸発器５での伝熱性能の低下を抑
制することで、冷凍空調装置の運転効率を高めることが
できる。
【００１９】また油分離器４の構造を図３に示す構造と
してもよい。図３では、油分離器４内で３相に分離され
た冷媒、冷凍機油の中で、ガス冷媒を油分離器４頂部に
接続された配管１６を介して、冷凍機油とともに圧縮機
１の吸入部へ戻る返油配管８に流入する構造としてい
る。このようにすることで、蒸発することによる冷却能
力を持たないガス冷媒が蒸発器４へ流入せず、直接圧縮
機１の吸入部へ流入する構造とすることができる。従っ
て、蒸発器４を流れる冷媒流量を低下させることがで
き、蒸発器４での圧力損失を低減できるので、より運転
効率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
してもよい。図３では、油分離器４内で３相に分離され
た冷媒、冷凍機油の中で、ガス冷媒を油分離器４頂部に
接続された配管１６を介して、冷凍機油とともに圧縮機
１の吸入部へ戻る返油配管８に流入する構造としてい
る。このようにすることで、蒸発することによる冷却能
力を持たないガス冷媒が蒸発器４へ流入せず、直接圧縮
機１の吸入部へ流入する構造とすることができる。従っ
て、蒸発器４を流れる冷媒流量を低下させることがで
き、蒸発器４での圧力損失を低減できるので、より運転
効率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００２０】また油分離器４の構造を図４に示す構造と
してもよい。図４に示される油分離器４はサイクロン型
の油分離器であり、冷媒、冷凍機油を油分離器４の周方
向に旋回させ、遠心分離により、最も密度の重い冷凍機
油を油分離器４の底部に導き、それ以外の冷媒ガス、冷
媒液は油分離器４中心部の管を通して、蒸発器５へ流入
させる構造としている。油分離器４の底部には返油配管
８が接続されており、分離された冷凍機油は圧縮機１吸
入部へ返油される。
してもよい。図４に示される油分離器４はサイクロン型
の油分離器であり、冷媒、冷凍機油を油分離器４の周方
向に旋回させ、遠心分離により、最も密度の重い冷凍機
油を油分離器４の底部に導き、それ以外の冷媒ガス、冷
媒液は油分離器４中心部の管を通して、蒸発器５へ流入
させる構造としている。油分離器４の底部には返油配管
８が接続されており、分離された冷凍機油は圧縮機１吸
入部へ返油される。
【００２１】また油分離器４の構造を図５に示す構造と
してもよい。図５に示される油分離器４では内部に有機
物質と無機物質を分離する多孔質膜１０が設けられてお
り、この膜１０は無機物質である二酸化炭素冷媒は透過
せず、有機物質であるＰＡＧ油は透過する構造となって
いる。膜１０を透過する冷凍機油は油分離器４の底部に
滞留し、底部の返油配管８を介して圧縮機１吸入部へ返
油される。膜１０を透過しない二酸化炭素冷媒は油分離
器４上部へ滞留し、油分離器４から蒸発器５へ流出す
る。
してもよい。図５に示される油分離器４では内部に有機
物質と無機物質を分離する多孔質膜１０が設けられてお
り、この膜１０は無機物質である二酸化炭素冷媒は透過
せず、有機物質であるＰＡＧ油は透過する構造となって
いる。膜１０を透過する冷凍機油は油分離器４の底部に
滞留し、底部の返油配管８を介して圧縮機１吸入部へ返
油される。膜１０を透過しない二酸化炭素冷媒は油分離
器４上部へ滞留し、油分離器４から蒸発器５へ流出す
る。
【００２２】油分離器４の構造として前記のいずれの構
造としても、膨張機３へ冷凍機油を供給できると供に、
蒸発器５への冷凍機油の流入を抑制できるので、信頼性
が高く、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることができ
る。なお、放熱器２では、伝熱の形態が対流伝熱支配で
あることから、冷凍機油の影響は蒸発器に比べて小さ
い。
造としても、膨張機３へ冷凍機油を供給できると供に、
蒸発器５への冷凍機油の流入を抑制できるので、信頼性
が高く、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることができ
る。なお、放熱器２では、伝熱の形態が対流伝熱支配で
あることから、冷凍機油の影響は蒸発器に比べて小さ
い。
【００２３】なお、本実施の形態では油分離器４下流に
蒸発器５が接続されていれば、油分離器４と蒸発器５の
間に別の膨張弁など減圧装置が設けられていても、同様
の効果を得ることができる。また、冷凍空調装置に膨張
機３が用いられず、減圧装置として膨張弁などの弁が用
いられる場合であっても、本実施の形態に示すように膨
張弁と蒸発器５の間に油分離器４を設けることで、蒸発
器５への冷凍機油の流入を抑制し、運転効率の高い冷凍
空調装置を得ることができる。
蒸発器５が接続されていれば、油分離器４と蒸発器５の
間に別の膨張弁など減圧装置が設けられていても、同様
の効果を得ることができる。また、冷凍空調装置に膨張
機３が用いられず、減圧装置として膨張弁などの弁が用
いられる場合であっても、本実施の形態に示すように膨
張弁と蒸発器５の間に油分離器４を設けることで、蒸発
器５への冷凍機油の流入を抑制し、運転効率の高い冷凍
空調装置を得ることができる。
【００２４】また冷媒としては二酸化炭素に限定される
ものではなくＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、水、空気、ア
ンモニア（ＮＨ3）などの自然冷媒いずれを用いた場合
にも同様な冷凍空調装置の構成とすることで、同様の効
果を得ることができる。また冷凍機油についてもＰＡＧ
油に限定されるものではなく、エステル油、エーテル
油、アルキルベンゼン油、鉱油など各冷凍機油を用いた
場合にも同様な冷凍空調装置の構成とすることで、同様
の効果を得ることができる。
ものではなくＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、水、空気、ア
ンモニア（ＮＨ3）などの自然冷媒いずれを用いた場合
にも同様な冷凍空調装置の構成とすることで、同様の効
果を得ることができる。また冷凍機油についてもＰＡＧ
油に限定されるものではなく、エステル油、エーテル
油、アルキルベンゼン油、鉱油など各冷凍機油を用いた
場合にも同様な冷凍空調装置の構成とすることで、同様
の効果を得ることができる。
【００２５】実施の形態２．以下、本発明の実施の形態
２の冷凍空調装置の冷媒回路図を図６に示す。図６にお
いて、１１は返油配管８の途中に設けられた高低圧熱交
換器である。図６のその他の符号については図１と同様
であるので説明を省略する。高低圧熱交換器１１は油分
離器４で分離された冷凍機油と放熱器２出口の冷媒と熱
交換する構造となっており、例えば二重管などを用いて
構成される。放熱器２出口の冷媒温度は、冷凍機油の温
度より高くなるので、熱交換を行うことで、放熱器３出
口の冷媒温度は低下し、返油される冷凍機油の温度は上
昇する。
２の冷凍空調装置の冷媒回路図を図６に示す。図６にお
いて、１１は返油配管８の途中に設けられた高低圧熱交
換器である。図６のその他の符号については図１と同様
であるので説明を省略する。高低圧熱交換器１１は油分
離器４で分離された冷凍機油と放熱器２出口の冷媒と熱
交換する構造となっており、例えば二重管などを用いて
構成される。放熱器２出口の冷媒温度は、冷凍機油の温
度より高くなるので、熱交換を行うことで、放熱器３出
口の冷媒温度は低下し、返油される冷凍機油の温度は上
昇する。
【００２６】この油分離器４で分離される冷凍機油に
は、冷媒と冷凍機油の溶解性が低くても、少量の液冷媒
が溶解している。油分離器４で分離された冷凍機油をそ
のまま圧縮機１へ戻すと、冷凍機油に溶解している液冷
媒もそのまま圧縮機１へ吸入されることになり、液冷媒
のもつ冷却能力が蒸発器にて生かされず、冷凍空調装置
運転の効率が低下する。そこで、冷凍機油を放熱器２出
口の冷媒と熱交換する事により、冷凍機油とともに冷凍
機油に溶解している液冷媒のもつ冷却能力を熱回収し、
放熱器２出口の冷媒に与える。このように冷凍機油とと
もに圧縮機１吸入部へ戻される液冷媒の冷却能力を回収
することで、油分離による冷凍空調装置運転の効率低下
を抑制し、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることがで
きる。
は、冷媒と冷凍機油の溶解性が低くても、少量の液冷媒
が溶解している。油分離器４で分離された冷凍機油をそ
のまま圧縮機１へ戻すと、冷凍機油に溶解している液冷
媒もそのまま圧縮機１へ吸入されることになり、液冷媒
のもつ冷却能力が蒸発器にて生かされず、冷凍空調装置
運転の効率が低下する。そこで、冷凍機油を放熱器２出
口の冷媒と熱交換する事により、冷凍機油とともに冷凍
機油に溶解している液冷媒のもつ冷却能力を熱回収し、
放熱器２出口の冷媒に与える。このように冷凍機油とと
もに圧縮機１吸入部へ戻される液冷媒の冷却能力を回収
することで、油分離による冷凍空調装置運転の効率低下
を抑制し、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることがで
きる。
【００２７】なお、高低圧熱交換器１１の構造について
は二重管に限るものではなく、シェルアンドチューブ
型、プレート熱交、配管と配管をロウ付けした構造な
ど、どのような構造をとってもよく、同様の効果を得る
ことができる。
は二重管に限るものではなく、シェルアンドチューブ
型、プレート熱交、配管と配管をロウ付けした構造な
ど、どのような構造をとってもよく、同様の効果を得る
ことができる。
【００２８】実施の形態３．以下、本発明の実施の形態
３の冷凍空調装置の冷媒回路を図７に示す。図８は蒸発
器５の構造を示す断面図である。図７において、各符号
については図１と同様であるので説明を省略する。これ
らの図において、蒸発器５はプレートフィンチューブ型
の熱交換器であり、１２は蒸発器５内に複数存在する流
路に冷媒を分配する分配器であり、１３は伝熱管、１４
はフィンである。また蒸発器５では空気と熱交換を行
い、空気の流れ方向が矢印で示されている。蒸発器５の
流路は図８にあるように上下方向に複数存在する。分配
器１２を出た冷媒の流れは蒸発器５上部の流路は上向き
の流れ、蒸発器５下部の流路は下向きの流れとなる。蒸
発器５に冷凍機油が流入した場合、冷凍機油の多くは、
配管壁面に沿って流れるので、重力の影響により、上方
には流れにくく、下方に流れやすくなる。従って、蒸発
器５の各流路の中では下部の流路に多く冷凍機油が流れ
る。冷凍機油が多く流れると、二酸化炭素など流速が遅
くなり、沸騰伝熱が支配的である蒸発器においては伝熱
性能が低下する。従って図８の蒸発器の場合、下部の流
路が最も伝熱性能が低くなる。
３の冷凍空調装置の冷媒回路を図７に示す。図８は蒸発
器５の構造を示す断面図である。図７において、各符号
については図１と同様であるので説明を省略する。これ
らの図において、蒸発器５はプレートフィンチューブ型
の熱交換器であり、１２は蒸発器５内に複数存在する流
路に冷媒を分配する分配器であり、１３は伝熱管、１４
はフィンである。また蒸発器５では空気と熱交換を行
い、空気の流れ方向が矢印で示されている。蒸発器５の
流路は図８にあるように上下方向に複数存在する。分配
器１２を出た冷媒の流れは蒸発器５上部の流路は上向き
の流れ、蒸発器５下部の流路は下向きの流れとなる。蒸
発器５に冷凍機油が流入した場合、冷凍機油の多くは、
配管壁面に沿って流れるので、重力の影響により、上方
には流れにくく、下方に流れやすくなる。従って、蒸発
器５の各流路の中では下部の流路に多く冷凍機油が流れ
る。冷凍機油が多く流れると、二酸化炭素など流速が遅
くなり、沸騰伝熱が支配的である蒸発器においては伝熱
性能が低下する。従って図８の蒸発器の場合、下部の流
路が最も伝熱性能が低くなる。
【００２９】一方沸騰伝熱の場合、熱流束が高く、伝熱
量が多くなり、より沸騰が起きやすい状態になると、気
泡の発生が頻繁になり伝熱性能が良くなる。図８の蒸発
器の場合、空気が左から右方向へ流れるので、空気は左
側の列の空気温度が高く、右側の列の空気温度は低くな
る。従って、冷媒と空気の温度差は左側の列が大きくな
り、その分伝熱量も左側の列の方が多くなり、伝熱性能
も良くなる。
量が多くなり、より沸騰が起きやすい状態になると、気
泡の発生が頻繁になり伝熱性能が良くなる。図８の蒸発
器の場合、空気が左から右方向へ流れるので、空気は左
側の列の空気温度が高く、右側の列の空気温度は低くな
る。従って、冷媒と空気の温度差は左側の列が大きくな
り、その分伝熱量も左側の列の方が多くなり、伝熱性能
も良くなる。
【００３０】一般に熱交換器においては、伝熱性能の極
端に低い箇所があると、その部分の影響により熱交換器
全体の伝熱性能が低下する。これは冷媒が空気など温度
変化する媒体と熱交換する場合に特有であり、伝熱性能
を良くして、伝熱量を増加させようとしてもそれに伴い
媒体の温度変化が生じ、冷媒と媒体の温度が近接してく
るため、伝熱性能を良くしてもその分だけ熱交換量が増
えることはなく、逆に伝熱性能を悪くすると、その影響
はそのまま熱交換量に表れる。従って熱交換器において
は、一部伝熱性能が良く、一部悪いという状態よりは、
全体的に均一な伝熱性能を持たせる方が、全体としては
熱交換量が増加し、好ましい形態となる。
端に低い箇所があると、その部分の影響により熱交換器
全体の伝熱性能が低下する。これは冷媒が空気など温度
変化する媒体と熱交換する場合に特有であり、伝熱性能
を良くして、伝熱量を増加させようとしてもそれに伴い
媒体の温度変化が生じ、冷媒と媒体の温度が近接してく
るため、伝熱性能を良くしてもその分だけ熱交換量が増
えることはなく、逆に伝熱性能を悪くすると、その影響
はそのまま熱交換量に表れる。従って熱交換器において
は、一部伝熱性能が良く、一部悪いという状態よりは、
全体的に均一な伝熱性能を持たせる方が、全体としては
熱交換量が増加し、好ましい形態となる。
【００３１】図８に示される蒸発器の場合、下部の流路
の伝熱性能が低いので、この伝熱性能の低下を抑制すべ
く、下部の流路を熱交換量の多くなる左側の列に多く配
置する。このような配置とすることで、各流路を左右各
列に均等に配置した場合に比べ、蒸発器５全体的に均一
な伝熱性能を持たせることができ、蒸発器５全体として
の伝熱性能がよくなり、冷凍空調装置の運転効率を高め
ることができる。即ち、図８の場合、分配器１２で３系
統の流路に分配し、それぞれがフィン１４に直交する８
本の流路を有するようにしているが、一番下の系統の流
路は、フィン１４に直交する流路に関し、冷凍機油が多
く流れる伝熱性能が低い流路を、左右列とも下から４本
ずつとせずに、熱流束の大きな左列を６本と多くし、熱
流束の小さな右列を２本と少なく有するようにし、本系
統の流路の伝熱性能をよくする。このように、分配した
３系統の流路の伝熱性能を均一化の方向に持っていくこ
とにより、蒸発器５に冷凍機油が流入しても、蒸発器５
全体としての伝熱性能をよくする。
の伝熱性能が低いので、この伝熱性能の低下を抑制すべ
く、下部の流路を熱交換量の多くなる左側の列に多く配
置する。このような配置とすることで、各流路を左右各
列に均等に配置した場合に比べ、蒸発器５全体的に均一
な伝熱性能を持たせることができ、蒸発器５全体として
の伝熱性能がよくなり、冷凍空調装置の運転効率を高め
ることができる。即ち、図８の場合、分配器１２で３系
統の流路に分配し、それぞれがフィン１４に直交する８
本の流路を有するようにしているが、一番下の系統の流
路は、フィン１４に直交する流路に関し、冷凍機油が多
く流れる伝熱性能が低い流路を、左右列とも下から４本
ずつとせずに、熱流束の大きな左列を６本と多くし、熱
流束の小さな右列を２本と少なく有するようにし、本系
統の流路の伝熱性能をよくする。このように、分配した
３系統の流路の伝熱性能を均一化の方向に持っていくこ
とにより、蒸発器５に冷凍機油が流入しても、蒸発器５
全体としての伝熱性能をよくする。
【００３２】なお、蒸発器５の構造としては、流路、列
数が増減しても、下部の流路を、冷媒と空気の温度差が
大きくなる列に多く配置することにより、蒸発器５全体
としての伝熱性能がよくなり、冷凍空調装置の運転効率
を高めることができる。また冷媒流路の分配器１２とし
ては、２分岐に多く用いられるＹ字管、Ｕ字管、やヘッ
ダータイプの分配器を用いても同様の効果を得ることが
できる。また伝熱管として扁平管を用いた場合において
も、同様の配置とすることで、同様の効果を得ることが
できる。本実施の形態の冷凍空調装置は、油分離機を備
えていないが、実施の形態１のように油分離機４を備え
るようにしてもよく、本実施の形態の蒸発器５によれ
ば、冷媒に冷凍機油が混入しても蒸発器５の伝熱性能を
向上きる。
数が増減しても、下部の流路を、冷媒と空気の温度差が
大きくなる列に多く配置することにより、蒸発器５全体
としての伝熱性能がよくなり、冷凍空調装置の運転効率
を高めることができる。また冷媒流路の分配器１２とし
ては、２分岐に多く用いられるＹ字管、Ｕ字管、やヘッ
ダータイプの分配器を用いても同様の効果を得ることが
できる。また伝熱管として扁平管を用いた場合において
も、同様の配置とすることで、同様の効果を得ることが
できる。本実施の形態の冷凍空調装置は、油分離機を備
えていないが、実施の形態１のように油分離機４を備え
るようにしてもよく、本実施の形態の蒸発器５によれ
ば、冷媒に冷凍機油が混入しても蒸発器５の伝熱性能を
向上きる。
【００３３】
【発明の効果】本発明の請求項１に関わる冷凍空調装置
は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次接続した
冷凍空調装置であって、減圧装置と蒸発器の間に油分離
器を設けることで、蒸発器での伝熱性能低下を抑制し、
運転効率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次接続した
冷凍空調装置であって、減圧装置と蒸発器の間に油分離
器を設けることで、蒸発器での伝熱性能低下を抑制し、
運転効率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００３４】また、請求項２に関わる冷凍空調装置は、
請求項１の冷凍空調装置において、分離した冷凍機油の
冷熱を回収する熱交換器を設けることで、蒸発器での伝
熱性能低下を抑制するとともに、分離された冷凍機油に
溶解する液冷媒の冷却能力を回収できるので、運転効率
の高い冷凍空調装置を得ることができる。
請求項１の冷凍空調装置において、分離した冷凍機油の
冷熱を回収する熱交換器を設けることで、蒸発器での伝
熱性能低下を抑制するとともに、分離された冷凍機油に
溶解する液冷媒の冷却能力を回収できるので、運転効率
の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００３５】また、請求項３冷凍空調装置は、請求項１
または請求項２の冷凍空調装置において、油分離器で冷
凍機油とともに冷媒ガスを分離し、蒸発器を介さずに圧
縮機へ戻すので、蒸発器での圧力損失を低減でき、より
運転効率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
または請求項２の冷凍空調装置において、油分離器で冷
凍機油とともに冷媒ガスを分離し、蒸発器を介さずに圧
縮機へ戻すので、蒸発器での圧力損失を低減でき、より
運転効率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００３６】また、請求項４に関わる冷凍空調装置は、
圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷凍
空調装置であって、蒸発器内の流路を複数の流路に分岐
する分配器を備えるとともに、分配器で分配された流路
の中で、冷凍機油の油量の多くなる流路を熱交換器内の
熱流束の大きい箇所に多く配置することで、冷凍機油が
流入しても、蒸発器全体の伝熱性能を良くすることがで
き、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷凍
空調装置であって、蒸発器内の流路を複数の流路に分岐
する分配器を備えるとともに、分配器で分配された流路
の中で、冷凍機油の油量の多くなる流路を熱交換器内の
熱流束の大きい箇所に多く配置することで、冷凍機油が
流入しても、蒸発器全体の伝熱性能を良くすることがで
き、運転効率の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００３７】また、請求項５の冷凍空調装置は、請求項
４の冷凍空調装置において、冷凍機油の油量の多くなる
流路を蒸発器下部に流入する流路とするので、蒸発器全
体の伝熱性能を良くすることができ、運転効率の高い冷
凍空調装置を得ることができる。
４の冷凍空調装置において、冷凍機油の油量の多くなる
流路を蒸発器下部に流入する流路とするので、蒸発器全
体の伝熱性能を良くすることができ、運転効率の高い冷
凍空調装置を得ることができる。
【００３８】本発明の請求項６に関わる冷凍空調装置
は、請求項４又は請求項５の冷凍空調装置において、熱
流束の大きい箇所は、冷媒の温度と熱交換器の熱交換媒
体の温度差が大きくなる箇所であるとすることで、蒸発
器全体の伝熱性能を良くすることができ、運転効率の高
い冷凍空調装置を得ることができる。
は、請求項４又は請求項５の冷凍空調装置において、熱
流束の大きい箇所は、冷媒の温度と熱交換器の熱交換媒
体の温度差が大きくなる箇所であるとすることで、蒸発
器全体の伝熱性能を良くすることができ、運転効率の高
い冷凍空調装置を得ることができる。
【００３９】また、請求項７の冷凍空調装置は、請求項
１から請求項６のいずれかの冷凍空調装置において、減
圧装置として膨張機を設けることで、使用冷媒の特性に
よっては、例えば二酸化炭素冷媒のように膨張時の動力
を回収し、圧縮仕事の一部をまかなうようにでき、圧縮
機の電気入力を節減できる運転効率の高い冷凍空調装置
を得ることができる。
１から請求項６のいずれかの冷凍空調装置において、減
圧装置として膨張機を設けることで、使用冷媒の特性に
よっては、例えば二酸化炭素冷媒のように膨張時の動力
を回収し、圧縮仕事の一部をまかなうようにでき、圧縮
機の電気入力を節減できる運転効率の高い冷凍空調装置
を得ることができる。
【００４０】また、請求項８の冷凍空調装置は、請求項
１から請求項７のいずれかの冷凍空調装置において、冷
媒として二酸化炭素を用いるので、脱フロンの運転効率
の高い冷凍空調装置を得ることができる。
１から請求項７のいずれかの冷凍空調装置において、冷
媒として二酸化炭素を用いるので、脱フロンの運転効率
の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【図１】 本発明における冷凍空調装置の実施の形態１
での冷媒回路を示す図である。
での冷媒回路を示す図である。
【図２】 本発明における冷凍空調装置の実施の形態１
での油分離器の構造を示す図である。
での油分離器の構造を示す図である。
【図３】 本発明における冷凍空調装置の実施の形態１
での別の油分離器の構造を示す図である。
での別の油分離器の構造を示す図である。
【図４】 本発明における冷凍空調装置の実施の形態１
での別の油分離器の構造を示す図である。
での別の油分離器の構造を示す図である。
【図５】 本発明における冷凍空調装置の実施の形態１
での別の油分離器の構造を示す図である。
での別の油分離器の構造を示す図である。
【図６】 本発明における冷凍空調装置の実施の形態２
での冷媒回路を示す図である。
での冷媒回路を示す図である。
【図７】 本発明における冷凍空調装置の実施の形態３
での冷媒回路を示す図である。
での冷媒回路を示す図である。
【図８】 本発明における冷凍空調装置の実施の形態３
での蒸発器の構造を示す断面図である。
での蒸発器の構造を示す断面図である。
【図９】 従来の冷凍空調装置の冷媒回路を示す図であ
る。 １ 圧縮機、２ 放熱器、３ 減圧装置（膨張機）、４
油分離器、５ 蒸発器、１１ 熱交換器、１２ 分配
器。
る。 １ 圧縮機、２ 放熱器、３ 減圧装置（膨張機）、４
油分離器、５ 蒸発器、１１ 熱交換器、１２ 分配
器。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ２５Ｂ 39/02 Ｆ２５Ｂ 39/02 Ｇ
43/02 43/02 Ｄ
(72)発明者 角田 昌之
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
(72)発明者 野本 宗
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
(72)発明者 榎本 寿彦
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
(72)発明者 木藤良 善久
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順
次接続した冷凍空調装置において、減圧装置と蒸発器の
間に油分離器を設けたことを特徴とする冷凍空調装置。 - 【請求項２】 請求項１において、分離した冷凍機油の
冷熱を回収する熱交換器を設けたことを特徴とする冷凍
空調装置。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、油分離
器においては冷凍機油とともに冷媒ガスを分離し、蒸発
器を介さずに、圧縮機へ戻したことを特徴とする冷凍空
調装置。 - 【請求項４】 圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順
次接続した冷凍空調装置において、蒸発器内の流路を複
数の流路に分岐する分配器を備えるとともに、分配器で
分配された流路の中で、冷凍機油の油量の多くなる流路
を熱交換器内の熱流束の大きい箇所に多く配置したこと
を特徴とする冷凍空調装置。 - 【請求項５】 請求項４において、冷凍機油の油量の多
くなる流路を蒸発器下部に流入する流路とすることを特
徴とする冷凍空調装置。 - 【請求項６】 請求項４又は請求項５において、熱流束
の大きい箇所は、冷媒の温度と熱交換器の熱交換媒体の
温度差が大きくなる箇所であることを特徴とする冷凍空
調装置。 - 【請求項７】 請求項１から請求項６のいずれかの請求
項において、減圧装置として膨張機を設けたことを特徴
とする冷凍空調装置。 - 【請求項８】 請求項１から請求項７のいずれかの請求
項において、冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴
とする冷凍空調装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002045015A JP2003240366A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 冷凍空調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002045015A JP2003240366A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 冷凍空調装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003240366A true JP2003240366A (ja) | 2003-08-27 |
Family
ID=27784162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002045015A Pending JP2003240366A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 冷凍空調装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003240366A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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