JP2000320916A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷媒として非共沸混合冷媒を用いた場合でも広
い運転範囲で高圧圧力を適正な範囲に制御でき、冷凍サ
イクルの運転効率を向上でき、また凝縮器の過冷却度を
小さくし、液配管内の冷媒を二相流状態とすることによ
って必要冷媒量を低減できる冷凍サイクルの提供。 【解決手段】室外機に電子膨張弁を備えた分離形冷凍サ
イクルにおいて、余剰冷媒を保有する受液器内の導入出
管の上部に受液器上部のガス冷媒と連通する開孔部を設
けるとともに、受液器の上部からガス冷媒を受液器の導
入出管にバイパスする回路を設けることによって、かわ
き度が小さい状態で受液器内にの保有冷媒量を制御でき
る構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調用冷凍サイク
ルに係り、省電力化，代替冷媒化などの地球環境保護に
好適な冷凍サイクル構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】空調用冷凍サイクルの施工性及び信頼性
を向上させるために接続配管の最大配管長分の冷媒を予
め封入した冷凍サイクルシステムが広く用いられるよう
になってきている。このような冷凍サイクルでは必要冷
媒量の低減が課題であり、もう一つの重要課題として、
最大配管長以下で使用する場合に生じる余剰冷媒の貯留
がある。

【０００３】このような従来技術として特開昭62−1589
59号に示されているように冷房運転時は室外機内に設け
られたキャピラリチューブで減圧し、暖房運転時は室内
機内に設けられたキャピラリチューブで減圧し、室内外
機間の液接続配管内の冷媒流動状態を気液二相流状態と
して、低圧容器であるアキュームレータ内の導入出管
径、導入出管に設けられる油戻し穴径などのアキューム
レータ諸元を余剰冷媒が貯留するように構成した冷凍サ
イクルが知られている。

【０００４】また、特開平6−137690 号に示されている
ように、室内機の運転範囲の拡大および他機種との共用
化を図るために室内機に電子膨張弁を設けた冷凍サイク
ルがある。この冷凍サイクルでは冷房運転時は室外機の
キャピラリチューブと室内機の電子膨張弁の二段で減圧
し、暖房運転時は室内機の電子膨張弁で減圧し、接続配
管を気液二相流状態として、余剰冷媒をアキュームレー
タに貯留するように構成されている。

【０００５】また特開平1−58964号に示されている非共
沸混合冷媒を用いたヒートポンプシステムによれば、熱
源側熱交換器と利用側熱交換器との間に気液分離器を設
け吸入ガス管と熱交換関係に設けた冷媒タンクを第１接
続管で気液分離器の上部に接続するとともに、冷媒タン
クを開閉弁が途中に設けられた第２接続管で気液分離機
の下部に接続して、冷房運転時に気液分離器の上部から
抽出した低沸点冷媒を冷媒タンクで液冷媒として貯留す
ることによって冷凍サイクル内を高沸点冷媒が循環する
ように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術で
は以下のような問題点があった。

【０００７】まず、アキュームレータに冷媒を貯留する
ように構成されている冷凍サイクルでは、運転中の圧縮
機の吸入状態は常に少量の液冷媒が含まれ、吸入状態の
エンタルピの上限は飽和蒸気エンタルピである。圧縮機
から冷媒と共に吐出される冷凍機油の流量が多い場合に
は、圧縮機へ適正な返油を行うためにアキュームレータ
内の油戻し穴径を大きくすることが必要となる。この場
合、液冷媒も同時に圧縮機へ吸入される状態となり、吸
入冷媒は液冷媒の混入量も増加するため、吸入エンタル
ピは飽和蒸気エンタルピよりかなり小さくなる。このた
め能力を確保するために蒸発器入口冷媒エンタルピを小
さくして、蒸発器での冷媒エンタルピ変化量を大きくす
ることが必要となり、凝縮器での冷媒過冷却度を大きく
設定することになる。

【０００８】一定の大きさを有する凝縮器で過冷却度を
大きくすることは、凝縮器の一部に伝熱性能が良好でな
い液冷媒を貯留するため、冷媒が凝縮する面積が減少
し、冷凍サイクルの高圧側圧力が高い運転点となり、圧
縮機入力増加して冷凍サイクルの運転効率が低下すると
いう問題点があった。

【０００９】また、「代替冷媒R407C を用いたパッケー
ジエアコンの特性」（平成７年度日本冷凍協会学術講演
会講演論文集 p.13〜p.16）に記載されているように、R
22の代替冷媒としてR407C のような非共沸混合冷媒(HFC
32/125/134a:23/25/53wt%)を使用する場合には、アキュ
ームレータのようにかわき度が大きい状態で余剰冷媒を
貯留する構成では封入冷媒の組成と冷凍サイクル内を循
環する冷媒の差異が大きくなる問題点がある。すなわ
ち、貯留される冷媒はHFC134a のような低圧冷媒（高沸
点冷媒）の比率が大きくなり、冷凍サイクル内を循環す
る冷媒の組成はHFC32,125の高圧冷媒（低沸点冷媒）の
比率が大きくなる。この結果、R22の場合に比べて、冷
凍サイクルの高圧圧力が高い運転状態となり、圧縮機入
力が上昇し冷凍サイクルの運転効率が低下するという問
題点があった。

【００１０】また、非共沸混合冷媒を用いた従来例では
必要とする冷媒容器の数が増えることによるコストアッ
プの問題、また冷媒は２つの容器に分散して貯留される
ので冷凍サイクルの安定性に問題が有る。また冷房運転
時は高沸点冷媒が主として冷凍サイクル内を循環する
が、暖房運転時には冷媒タンクでガス化する低圧冷媒も
循環するので運転モードによって冷媒組成が大きく変化
するという問題点があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明ではアキュームレータの場合に比べて冷媒
かわき度が小さい受液器を余剰冷媒貯留容器となるよう
に構成し、受液器内の利用側熱交換器に連なる導入出管
の上部に受液器上部のガス冷媒と連通する開孔部を設け
るとともに、受液器の上部からガス冷媒を受液器の導入
出管にバイパスする回路を設けることによって、受液器
出口の冷媒かわき度を制御し、簡素化された構成で広い
運転範囲に対応できる冷凍サイクルを提供する。室外機
に設けた抵抗可変の電子膨張弁と上記の受液器内導入出
管に設けた開孔部およびバイパス管とにより運転範囲の
拡大を図る構成とした。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５に基づいて具体
的な実施例を説明する。

【００１３】図１は第１の実施例を示す。図１におい
て、Ａは室外機、Ｂは室内機、１は圧縮機、２は冷暖房
運転に応じて冷媒の流れ方向を切り替える四方弁、３は
熱源側熱交換器、４は電子膨張弁、５は受液器、５―
１，５―２は受液器内の導入出管、５―３は導入出管５
―２の上部に設けられた開孔部、５―４は受液器上部か
らのガス冷媒取出し口、６はバイパス管、７はバイパス
管に設けられた開閉弁、８は受液器の導入出管に設けら
れたパス接続口、９は室外機Ａと室内機Ｂとを接続する
液側接続管、１０は利用側熱交換器、１１は室外機Ａと
室内機Ｂとを接続するガス側接続管を示す。

【００１４】冷房運転時には、実線で示すように冷媒は
圧縮機１，四方弁２，熱源側熱交換器３，電子膨張弁
４，受液器５，液側接続配管９，利用側熱交換器１０，
ガス側接続管１１，四方弁２，圧縮機１の順に循環す
る。受液器に冷媒は電子膨張弁４で減圧された二相状態
冷媒が導入管５―１から流入し、導出管５―２から流出
する。この際、受液器に導入管５―１から流入する二相
冷媒は受液器内で気液分離され、液冷媒は導出管５―２
の下部から、またガス冷媒は導出管５−２の上部に設け
られた開孔部５―３から受液器５を流出し、液側接続管
９は二相状態となる。

【００１５】冷媒は最大配管長の場合を考慮して冷凍サ
イクル内にあらかじめ封入されており、最大配管長より
短い場合には余剰冷媒は受液器内にかわき度が小さい配
管途中の状態として貯留される。また、室外側空気温度
も室内側空気温度も高い過負荷運転条件で冷房運転を行
う場合に高圧圧力が過剰に上昇する場合がある。このよ
うな場合には、開閉弁７を開いて受液器の上部口５―４
から受液器上部のガス冷媒をバイパス管６によって受液
器５と液側接続配管９との間のバイパス接続口８に導
く。

【００１６】バイパス管６によって受液器上部のガス冷
媒を取り出すことによって、受液器出口の冷媒かわき度
が大きく、すなわち受液器から流出するガス冷媒比率が
大きくなるように設定されたことになり、受液器への液
冷媒の流入流出のバランスから液冷媒が強制的に受液器
に貯留され、冷凍サイクル内の有効冷媒量を減少するる
ので、高圧側圧力の上昇を防止できる。幅広い運転状態
への対応は上記のバイパス管６による制御に加えて利用
側熱交換器の冷媒過熱度または圧縮機の吐出冷媒過熱度
を制御対象として電子膨張弁４の開度を制御することに
よって行える。

【００１７】受液器４はかわき度が小さい配管途中の余
剰冷媒を保有するのでR22 の代替冷媒として知られてい
る非共沸混合冷媒R407C を用いた場合でも循環する冷媒
組成と封入された冷媒組成とはほぼ同じとなり、高圧圧
力が異常に上昇することはない。また液側接続管９には
二相状態の冷媒が流れるため、配管内の冷媒保有量が減
少し必要冷媒量を低減できる。またアキュームレータに
余剰冷媒を保有する冷凍サイクルに較べて、圧縮機の入
口部（蒸発器出口部）の冷媒エンタルピを大きくできる
ので、熱源側熱交換器３で冷媒過冷却度を大きく取る必
要がないため、高圧圧力を低くでき、圧縮機入力の低減
が図れ、冷凍サイクルの成績係数（COP）が向上する。
また熱源側熱交換器３出口で冷媒過冷却度が小さくて良
いため、利用側熱交換器３内の冷媒保有量を低減でき、
さらに必要冷媒量を低減できる効果がある。

【００１８】暖房運転時には破線で示すように冷媒は圧
縮機１，四方弁２，ガス側接続管１１，利用側熱交換器
１０，液側接続配管９，受液器５，電子膨張弁４，熱源
側熱交換器３，四方弁２，圧縮機１の順に循環する。液
側接続配管９は液冷媒で満たされる。通常、利用側熱交
換器１０に較べて２倍程度の大きさの熱源側熱交換器３
が凝縮器となる冷房運転時に較べて、暖房運転時では余
剰となる冷媒を液側接続配管９内に保有される。このた
め、受液器の容積を小さくでき、受液器のコンパクト化
を図れる効果がある。種々の運転状態への対応は冷房運
転時と同様に電子膨張弁４の開度を制御することによっ
て行う。

【００１９】暖房運転の場合も、冷房運転時の説明で述
べたようにアキュームレータに冷媒を貯留する冷凍サイ
クルに比べて、圧縮機入口部（蒸発器出口）の冷媒エン
タルピを大きくできるため、利用側熱交換器１０での冷
媒過冷却度を小さくでき、冷凍サイクルの高圧圧力が低
下し冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が向上する効果
がある。

【００２０】図２に第２の実施例を示す。１〜１１まで
の記号の意味は第１の実施例と同じである。図２では液
側接続配管９と受液器５の導入出管に設けられたバイパ
ス接続口８の途中に第２の減圧機構１２が設けられてい
る点が図１の実施例と異なっている。冷房運転時の冷媒
の流れを図中に実線で示す。熱源側熱交換器３を流出し
た冷媒は電子膨張弁４で減圧され、二相状態となって受
液器５に入り、二相状態で受液器から流出し、第２の減
圧機構１２で絞られ、液側接続配管９，利用側熱交換器
１０をとおって圧縮機１に戻る。この絞り１２は冷房運
転時には電子膨張弁の開度に影響するのみで、第１の実
施例と運転点に差異はない。開閉弁７を開放場合の効果
も第１の実施例と同様である。

【００２１】暖房運転時の冷媒の流れは破線で示すよう
に、利用側熱交換１０，液側接続配管９，第２の減圧機
構，受液器５，電子膨張弁４の順に流れる。この際、本
実施例では利用側熱交換器１０の出口では第２の減圧機
構１２の絞りの効果のために、第１の実施例に較べて冷
媒過冷却度が大きくなり、暖房能力が増加する効果があ
る。

【００２２】図３に第３の実施例を示す。１〜１２まで
の記号の意味は第２の実施例と同じである。図３では第
２の減圧機構１２が利用側熱交換器１０と液側接続配管
９の間の室内機Ｂ内に設けられている点が図２の実施例
と異なっている。本実施例では第２の実施例と同様、第
１の実施例に較べて冷媒過冷却度が大きくなり、暖房能
力が増加する効果がある。

【００２３】図４に第４の実施例を示す。１〜１２の記
号の意味は第３の実施例と同じである。図４では第２の
減圧機構１２がバイパス接続口８と受液器５の導入管５
−２との間に設けられている点が第２の実施例と異なっ
ている。本実施例では実線で冷媒の流れをしめす冷房運
転時にバイパスを行った場合、バイパス接続口８が第２
の減圧機構１２の後流側に取り付けられているため、バ
イパス前後の差圧が大きいためバイパスされるガス流量
が大きくなるので、受液器５内に保有する液冷媒量が増
加し、実施例１〜３に較べて過負荷条件時に高圧圧力低
下にさらに効果がある。

【００２４】第５の実施例は第１〜４の実施例において
開閉弁７を抵抗可変弁１３に置き換えた構成である。図
５はその一例であり、図１に示す第１の実施例の開閉弁
７を抵抗可変弁１３に置き換えたものである。抵抗可変
弁は１３は連続的に抵抗が変化する弁でもよいし、段階
的に抵抗が変化する弁でもよい。この実施例では以上に
示した実施例より冷房運転時の圧力をよりきめ細かく制
御でき、運転の安定化を図れる効果がある。

【００２５】以上の第１〜５の実施例では冷媒の種類に
ついては言及しなかったが、従来の技術の項で述べたよ
うに、余剰冷媒は冷媒かわき度の小さい受液器に貯留さ
れるので非共沸混合冷媒を用いた場合でも封入組成と循
環組成とがほぼ同一となり冷凍サイクルの運転安定化が
図れる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば室外機に電子膨張弁を有
する冷凍サイクル構成において、冷媒かわき度が小さい
状態で冷凍サイクル内の余剰冷媒を受液器に保有するよ
うに構成し、受液器に保有できる冷媒量を制御できる構
成としたことによって、冷媒として非共沸混合冷媒を用
いた場合でも広い運転範囲で高圧圧力を適正な範囲に制
御でき、冷凍サイクルの運転効率を向上させる効果があ
る。また凝縮器での過冷却度を小さくでき、冷房運転時
の液側接続管内の冷媒状態を二相流とできるため、大幅
に必要冷媒量を低減できる効果がある。また、暖房時の
液接続管内が液冷媒で満たされるため、冷房運転時と暖
房運転時の余剰冷媒差が小さくなり、受液器を小形にで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す図。

【図３】本発明の第３の実施例を示す図。

【図４】本発明の第４の実施例を示す図。

【図５】本発明の第５の実施例を示す図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…熱源側熱交換器、４…電
子膨張弁、５…受液器、５―１…受液器内の導入出管、
５―２…受液器内の導入出管、５―３…導入出管５―２
の上部に設けられた開孔部、５―４…受液器上部からの
ガス冷媒取出し口、６…バイパス管、７…バイパス管に
設けられた開閉弁、８…受液器の導入出管に設けられた
バイパス接続口、９…室外機Ａと室内機Ｂとを接続する
液側接続管、１０…利用側熱交換器、１１…室外機Ａと
室内機Ｂとを接続するガス側接続管、１２…第２の減圧
機構、１３…抵抗可変弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦田 和幹 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム内 (72)発明者 竹中 寛 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム内 (72)発明者 伊藤 将弘 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム内 (72)発明者 田中 慶治 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム内 Ｆターム(参考） 3L092 AA02 BA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室外機内に収納された圧縮機，四方弁，熱
   源側熱交換器，（第１の）抵抗可変減圧機構，受液器，
   室内機に収納された利用側熱交換器およびこれら室外機
   と室内機とを接続する接続配管を順次接続してなる冷凍
   サイクルにおいて、受液器内に設けられている液側接続
   配管および利用側熱交換器に繋がる導入出管の上部に受
   液器内のガス冷媒と連通する開孔部を設けるとともに、
   液側接続配管と受液器との間のバイパス接続口へ受液器
   の上部取出し口から開閉弁を途中に設けたバイパス通路
   を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。
2. 【請求項２】請求項１の冷凍サイクルにおいて、前記の
   バイパス接続口と液側接続配管との間に第２の減圧機構
   を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。
3. 【請求項３】請求項１の冷凍サイクルにおいて、第２の
   減圧機構を液側配管と利用側熱交換器との間に設けたこ
   とを特徴とする冷凍サイクル。
4. 【請求項４】請求項２の冷凍サイクルにおいて、第２の
   減圧機構を前記のバイパス接続口と受液器との間に設け
   たことを特徴とする冷凍サイクル。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍
   サイクルにおいて、受液器からバイパス接続口へのバイ
   パス通路途中の開閉弁が抵抗可変弁であることを特徴と
   する冷凍サイクル。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍
   サイクルにおいて、冷凍サイクル内の冷媒は単一冷媒ま
   たは、沸点の異なる２種類以上の冷媒であることを特徴
   とする冷凍サイクル。