| 【発明の名称】 |
冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】渡部 岳志
【氏名】田村 清
【氏名】田島 保男
【氏名】志村 一廣
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| 【要約】 |
【課題】非共沸冷媒を用いた場合であっても、効率的に除霜運転が行えるようにすると共に、コストパフォーマンスの高い冷凍装置を提供する。
【解決手段】流入した冷媒を貯留するタンク２４と、該タンク２４内に設けられて、当該タンク２４内の冷媒のうち液状態の冷媒のみを流出させる受液部２１と、タンク２４内に設けられて、ガス状態の冷媒のみを流出させる気液分離部２２と、冷暖房定常運転時には、受液部２１のみを機能させ、冷暖房起動運転時及び除霜運転時には気液分離部２２のみを機能させる制御弁２３とを備えた冷媒調整器２０を設ける。これにより、非共沸冷媒を用いた場合であっても、気液分離部２２が機能することにより効率的に除霜運転が行えるようになると共に、従来のように受液器及び気液分離器をそれぞれ独立に設けなくてもよくなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒を蒸発させる蒸発器とが環状に接続されて冷凍回路を形成し、当該冷凍回路を沸点の異なる複数の冷媒が混合されてなる非共沸混合冷媒が循環して冷暖房運転及び暖房運転時における除霜運転を行う冷凍装置において、冷凍回路を循環する冷媒を一時貯留するタンクと、該タンクの上板に挿通して設けられて、当該タンクに貯留された冷媒のうち液状態の冷媒のみを前記冷凍回路に戻す受液部と、前記タンクの底板に挿通して設けられて、当該タンクに貯留された冷媒のうちガス状態の冷媒のみを前記冷凍回路に戻す気液分離部と、冷暖房定常運転時には、前記受液部のみを機能させ、冷暖房起動運転時及び除霜運転時には前記気液分離部のみを機能させる制御弁とを備えた冷媒調整器を有することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】 前記蒸発器の温度を検出する温度検出器が設けられて、該温度検出器からの信号に基づき前記制御弁が冷暖房運転起動状態と定常運転状態とにおける冷媒の流路を切換えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、沸点の異なる冷媒が混合されてなる非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、種々の技術分野において冷凍装置が用いられている。図２は、この冷凍装置を空気調和装置等に用いた場合の冷凍回路図で、冷媒を圧縮する圧縮機１１０、該圧縮機１１０にガス状態の冷媒のみが供給されるようにする気液分離器１１１、冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器１１２、冷媒を減圧又は絞る室外減圧器１１３及び室内減圧器１１７、液冷媒を一時貯留する受液器１１４、冷媒の循環路を切替える四方弁１１５、冷媒と室内空気とを熱交換する室内熱交換器１１６等により構成されている。
【０００３】そして、冷房運転時には、冷媒が圧縮機１１０、室外熱交換器１１２、室外減圧器１１３、受液器１１４、室内減圧器１１７，室内熱交換器１１６、気液分離器１１１を順次循環するように四方弁１１５を切替えて冷凍サイクルを形成する。
【０００４】これにより、圧縮機１１０で圧縮されて高温高圧となったホットガスの冷媒は室外熱交換器１１２に供給され、該室外熱交換器１１２で室外空気と熱交換することにより凝縮した後、室外減圧器１１３を通過して受液器１１４に貯留され、そのうち液状態の冷媒のみが室内減圧器１１７で減圧又は絞られて室内熱交換器１１６に供給される。
【０００５】これにより、冷媒は室内熱交換器１１６で室内空気と熱交換して、室内空気から蒸発熱を受けて蒸発し、室内空気は冷媒に蒸発熱を与えることにより冷却されて、室内が冷房される。
【０００６】室内熱交換器１１６で蒸発した冷媒は、気液分離器１１１で気液分離されてガス状態の冷媒のみが圧縮機１１０に供給される。
【０００７】一方、暖房運転時には、冷媒が圧縮機１１０、室内熱交換器１１６、室内減圧器１１７、受液器１１４、室外減圧器１１３、室外熱交換器１１２、気液分離器１１１を順次循環するように四方弁１１５を切替えてヒートポンプサイクルを形成する。
【０００８】これにより、圧縮機１１０で高温高圧のホットガスとなった冷媒は、室内熱交換器１１６で室内空気と熱交換し、この室内空気に凝縮熱を供給することにより凝縮する。室内空気は、この凝縮熱を受取り温度上昇して室内が暖房される。
【０００９】室内熱交換器１１６で凝縮した冷媒は、室内減圧器１１７を通過して受液器１１４に貯留され、この受液器１１４から液状態の冷媒のみが室外減圧器１１３に供給されて減圧又は絞られる。
【００１０】室外減圧器１１３からの冷媒は、室外熱交換器１１２で室外空気と熱交換して蒸発し、気液分離器１１１で気液分離されてガス状態の冷媒のみが圧縮機１１０に供給される。
【００１１】なお、冷暖房運転が定常運転状態の場合には、気液分離器１１１に流入する冷媒の殆どがガス状態の冷媒であるので、実質的に気液分離器１１１は作用していない。
【００１２】この気液分離器１１１が重要な作用を行うのは、冷暖房運転の起動時や暖房運転における除霜運転時のように圧縮機１１０に液状態の冷媒が流入する危険があるときである。
【００１３】圧縮機１１０に液状態の冷媒が流入すると、該圧縮機１１０が液圧縮を起して故障等の原因になる。
【００１４】即ち、冷暖房運転の起動時には、蒸発器（冷房運転にあっては室内熱交換器１１６、暖房運転にあっては室外熱交換器１１２）で冷媒が激しく沸騰するため、未蒸発の液冷媒が圧縮機１１０に供給される場合が生じる。
【００１５】また、暖房運転は、一般に冬季のように室外空気の温度が低い場合に運転され、かつ、室外熱交換器１１２が蒸発器として作用するため、室外空気の水分が室外熱交換器１１２に付着して着霜したり着氷したりする。
【００１６】このように室外熱交換器１１２に霜や氷が付くと熱交換効率が低下するので、かかる場合には所定時間だけ冷房運転を行い、圧縮機１１０からの高温高圧の冷媒を室外熱交換器１１２に供給し、これにより室外熱交換器１１２を暖めることで霜や氷等を溶かしている。
【００１７】このとき室内を冷房してしまうと、折角暖房した室内の温度が下がるので、室内熱交換器１１６に送風される室内空気を停止等している。従って、室内熱交換器１１６で完全に冷媒が蒸発せず液状態の冷媒が圧縮機１１０に戻るようになる。
【００１８】従来、かかる冷凍装置に例えばＲ−２２等の冷媒が用いられてきたが、このＲ−２２等は塩素を含み、これがオゾン層破壊の原因となることが判明し規制対象となった。
【００１９】そこで、オゾン層を破壊しない新冷媒が検討され、例えば、Ｒ−４１０ＡやＲ４０７Ｃ等が提案されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｒ４０７Ｃ冷媒を用いると圧縮機１１０に供給される冷媒は必ず気液分離器１１１を経るようになるため、冷暖房定常運転時に冷媒の組成比が徐々に変化してしまう問題があった。
【００２１】即ち、Ｒ４０７Ｃ冷媒は、Ｒ３２（沸点：−５７．７℃）を３２％、Ｒ１２５（沸点：−４８．１℃）を２５％、Ｒ１３４ａ（沸点：−２６．３℃）を５２％の割合で混合した非共沸混合冷媒である。
【００２２】このため、冷暖房定常運転時に気液分離器１１１に流入する冷媒の殆どがガス状態の冷媒であっても完全にガス状態の冷媒のみでないため、そのうちの液冷媒が気液分離器１１１に貯留され、沸点の低い冷媒が先に蒸発することにより冷凍回路を循環する冷媒の組成比が変化して、冷凍効率を低下させてしまう。
【００２３】このため、かかる非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置においては気液分離器１１１を設けない構成が提案されているが、かかる構成にすると除霜運転時における圧縮機１１０からの冷媒量を少なくしなければ、液圧縮を起してしまうので効率的な除霜運転を行うことができない問題があった。
【００２４】また、上述したように、受液器と気液分離器とは基本的に同時に機能することが無く、特にＲ４０７Ｃ冷媒を用いる場合には同時利用を避けなければならないので、受液器と気液分離器とをそれぞれ設けることはコストパフォーマンスの低下を招くようになる。
【００２５】そこで、本発明は、非共沸冷媒を用いた場合であっても、効率的に除霜運転が行えるようにすると共に、コストパフォーマンスの高い冷凍装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒を蒸発させる蒸発器とが環状に接続されて冷凍回路を形成し、当該冷凍回路を沸点の異なる複数の冷媒が混合されてなる非共沸混合冷媒が循環して冷暖房運転及び暖房運転時における除霜運転を行う冷凍装置において、冷凍回路を循環する冷媒を一時貯留するタンクと、該タンクの上板に挿通して設けられて、当該タンクに貯留された冷媒のうち液状態の冷媒のみを冷凍回路に戻す受液部と、タンクの底板に挿通して設けられて、当該タンクに貯留された冷媒のうちガス状態の冷媒のみを冷凍回路に戻す気液分離部と、冷暖房定常運転時には、受液部のみを機能させ、冷暖房起動運転時及び除霜運転時には気液分離部のみを機能させる制御弁とを備えた冷媒調整器を有して、非共沸冷媒を用いた場合であっても、効率的に除霜運転が行えるようにすると共に、コストパフォーマンスの高めたことを特徴とする。
【００２７】請求項３にかかる発明は、蒸発器の温度を検出する温度検出器が設けられて、該温度検出器からの信号に基づき制御弁が冷暖房運転起動状態と定常運転状態とにおける冷媒の流路を切換えるようにしたことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明にかかる冷凍装置を空気調和機に適用したときの冷凍回路図で、冷媒を圧縮する圧縮機１０、冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器１２、冷媒を減圧又は絞る減圧器である室外減圧器１３及び室内減圧器１７、冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器１６、冷凍回路を循環する冷媒を調整する冷媒調整器２０、冷媒の循環路を切替える四方弁１５等を有している。
【００２９】そして、冷房運転及び除霜運転時には、室外熱交換器１２が凝縮器として作用し、室内熱交換器１６が蒸発器として作用するように四方弁１５を切換え、また暖房運転時には、室外熱交換器１２が蒸発器として作用し、室内熱交換器１６が凝縮器として作用するように四方弁１５を切換える。
【００３０】冷媒調整器２０は、凝縮器から流入した冷媒を貯留し、その冷媒のうち液状態の冷媒のみを蒸発器に供給する受液部２１、蒸発器から流入した冷媒を貯留し、その冷媒のうちガス状態の冷媒のみを圧縮機１０に供給する気液分離部２２、暖房運転時及び除霜運転時において受液部２１や気液分離部２２を機能させるか否かを制御する三方弁２３ａ〜２３ｄからなる制御弁２３、冷媒を貯留する密閉されたタンク２４等により構成されている。
【００３１】なお、図１からもわかるように、受液部２１はタンク２４の底板を貫通して設けられた２つのパイプ２１ａ，２１ｂにより形成され、気液分離部２２はタンク２４の上板に設けられた２つのパイプ２２ａ，２２ｂにより形成されている。
【００３２】そして、三方弁２３ａは、室外減圧器１３とパイプ２１ａとを接続するように設けられ、三方弁２３ｂはパイプ２１ｂと室内減圧器１７とを接続するように設けられ、かつ、三方弁２３ａと三方弁２３ｂとは連結管２５ａにより接続されている。
【００３３】また、三方弁２３ｃは、蒸発器として作用する室内熱交換器１６又は室外熱交換器１２のいずれか一方とパイプ２２ａとを接続するように設けられ、三方弁２３ｄはパイプ２２ｂと圧縮機１０とを接続するように設けられ、かつ、三方弁２３ｃと三方弁２３ｄとは連結管２５ｂにより接続されている。
【００３４】そして、冷房運転及び暖房運転における定常運転時には、受液部２１が機能するように制御弁２３が動作して図１に示す実線矢印の方向に冷媒を循環させ、また運転起動時や除霜運転時には、気液分離部２２が機能するように制御弁２３が動作して図１に示す点線矢印の方向に冷媒を循環させる。
【００３５】なお、起動運転から定常運転への制御弁２３の切換は、蒸発器の冷媒入口及び出口に図示しない温度検出器を設けて、その検出信号に基づき行う。
【００３６】即ち、起動時には冷媒は蒸発器で激しく蒸発するため、当該蒸発器の冷媒入口及び出口の温度差は定常運転時における温度差より大きい。そこで、この温度差が所定の温度差の範囲内になると定常運転状態に達したと判断して三方弁２３ａ〜２３ｄの制御を行う。
【００３７】このような構成で、冷房運転時には、圧縮機１０で圧縮されて高温高圧となったホットガスの冷媒は室外熱交換器１２に供給され、該室外熱交換器１２で室外空気と熱交換することにより凝縮する。
【００３８】その後、冷媒は室外減圧器１３及び冷媒調整器２０を介して室内減圧器１７で減圧又は絞られて室内熱交換器１６に供給され、当該室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して蒸発し、再度冷媒調整器２０を介して圧縮機１０に戻る。
【００３９】冷媒の蒸発熱は室内空気により与えられるので室内空気は、冷却されて室内が冷房される。
【００４０】このとき、冷房運転起動時には、制御弁２３により気液分離部２２のみが作用するように流路が切換えられ、室外減圧器１３からの冷媒はタンク２４に流入することなく冷媒調整器２０を通過して室内熱交換器１６に供給される。
【００４１】また、室内熱交換器１６からの冷媒は、タンク２４に流入して気液分離部２２で気液分離されて圧縮機１０にガス状態の冷媒のみが供給されるようになる。
【００４２】一方、冷房運転が定常運転状態になると、制御弁２３により受液部２１が作用するように流路が切換えられ、室外減圧器１３からの冷媒はタンク２４に流入して受液部２１で液冷媒のみが室内熱交換器１６に供給されるようになる。
【００４３】また、室内熱交換器１６からの冷媒は、タンク２４に流入することなく冷媒調整器２０を通過して圧縮機１０にガス状態の冷媒が供給されるようになる。
【００４４】暖房運転時には、圧縮機１０で圧縮されて高温高圧となったホットガスの冷媒は室内熱交換器１６に供給され、該室内熱交換器１６で室内空気と熱交換することにより凝縮して室内減圧器１７を通過して冷媒調整器２０に供給される。室内空気は冷媒から凝縮熱を受けることにより加熱されて、これにより室内が暖房される。
【００４５】その後、冷媒は、冷媒調整器２０を介して室外減圧器１３に供給され、該室外減圧器１３で減圧又は絞られて室外熱交換器１２に供給される。当該室外熱交換器１２では、冷媒は室内空気と熱交換して蒸発し、再度冷媒調整器２０を介して圧縮機１０に戻る。
【００４６】このとき、暖房運転起動時には、制御弁２３により気液分離部２２が作用するように流路を切換えているので、室内減圧器１７からの冷媒はタンク２４に流入することなく冷媒調整器２０を通過して室外減圧器１３に供給され、また室外熱交換器１２からの冷媒は気液分離部２２で気液分離されて圧縮機１０に供給されるようになる。
【００４７】また、暖房運転が定常運転状態になると、制御弁２３により受液部２１が作用するように流路が切換えられ、室内減圧器１７からの冷媒はタンク２４に流入して受液部２１により液冷媒のみが室外減圧器１３に供給され、また室外熱交換器１２からの冷媒はタンク２４に流入することなく冷媒調整器２０を通過して圧縮機１０に供給されるようになる。
【００４８】一方、暖房運転における除霜運転時には、圧縮機１０で圧縮されて高温高圧となったホットガスの冷媒は室外熱交換器１２に供給され、該室外熱交換器１２で室外空気と熱交換することにより凝縮する。
【００４９】その後、冷媒は冷媒調整器２０及び室内減圧器１７を介して室内熱交換器１６に供給され、当該室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して一部が蒸発し、再度冷媒調整器２０を介して圧縮機１０に戻る。
【００５０】このとき、制御弁２３により気液分離部２２が作用するように流路を切換えているので、室外減圧器１３からの冷媒はタンク２４に流入することなく冷媒調整器２０を通過して室内減圧器１７に供給される。
【００５１】また、室内熱交換器１６からの冷媒は、タンク２４に流入して気液分離部２２で気液分離されて圧縮機１０にガス状態の冷媒のみが供給されるようになる。
【００５２】以上説明したように、冷暖房定常運転時には、気液分離が行われないので、冷媒としてＲ４０７Ｃを用いた場合であっても、当該冷媒の混合比率が変化することが無くなり、冷凍効率の低下を防止することができる。
【００５３】また、１つの冷媒調整器２０で従来の受液器及び気液分離器の作用を行わせることができるので、装置のコストパフォーマンスが向上すると共に部品点数が減少することによるコストダウンが図られる。
【００５４】さらに、冷媒調整器２０を受液器として作用させるか、気液分離器として作用させるかを４つの三方弁２３ａ〜２３ｄにより切換えるようにしたので、簡単な構成で信頼性の高い冷凍装置の提供が可能になる。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように請求項１にかかる発明によれば、冷凍回路を循環する冷媒を一時貯留するタンクと、該タンクの上板に挿通して設けられて、当該タンクに貯留された冷媒のうち液状態の冷媒のみを冷凍回路に戻す受液部と、タンクの底板に挿通して設けられて、当該タンクに貯留された冷媒のうちガス状態の冷媒のみを冷凍回路に戻す気液分離部と、冷暖房定常運転時には、受液部のみを機能させ、冷暖房起動運転時及び除霜運転時には気液分離部のみを機能させる制御弁とを備えた冷媒調整器を設けたので、非共沸冷媒を用いた場合であっても、効率的に除霜運転が行えるようになると共に、１つの冷媒調整器で従来の受液器及び気液分離器の作用を行わせることができるようになりコストパフォーマンスを向上させて装置の低コスト化が可能になる。
【００５６】請求項２にかかる発明は、蒸発器の温度を検出する温度検出器が設けられて、該温度検出器からの信号に基づき制御弁が冷暖房運転起動状態と定常運転状態とにおける冷媒の流路を切換えるようにしたので、確実に気液分離部及び受液部の切換が行えるようになり信頼性が向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月３日（１９９９．３．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１３８３
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９６６（Ｐ２０００−２５７９６６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５５８８２ |
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