JP2015048988A - アキュムレータ及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱に多大な熱量を必要とすることなく冷凍機油を圧縮機に戻すことができるとともに、圧縮機の体積効率が低下することを防止し、圧縮機の信頼性を向上させること。
【解決手段】アキュムレータ８は、下部に冷凍機油が溶け込んだ冷媒を貯留する貯留領域を有する密閉容器１８と、貯留領域を少なくとも第１の領域２２および第２の領域２３に仕切る仕切部材２１と、密閉容器１８に開口する冷媒入口管１９と、密閉容器１８に開口する冷媒出口管２０と、第１の領域２２に開口する返油管１１と、第１の領域２２内を通過し、または、第１の領域２２に面する密閉容器１８の外壁面に接し、第１の領域２２内の冷凍機油が溶け込んだ液冷媒を加熱して液冷媒と冷凍機油とを分離させる加熱用の熱交換器１７と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍機油が溶け込んだ冷媒から冷凍機油を回収するために用いられるアキュムレータおよび冷凍装置に関する。

冷凍装置で用いられる圧縮機の潤滑には冷凍機油が用いられるが、圧縮機から吐出される冷媒には、冷凍機油が溶け込んでいることが多い。このため、冷凍装置では、圧縮機の吐出側配管に油分離器を設け、冷媒に溶け込んだ冷凍機油を冷媒から分離して圧縮機へ戻すとともに、冷媒のみを凝縮器や蒸発器に導く構成としている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、油分離器を用いたとしても、完全に冷凍機油を分離することは難しい。そのため、分離しきれなかった冷凍機油が溶け込んだ冷媒が凝縮器等に導かれ、それらの機器や冷媒配管の内面に付着すると、圧縮機に戻る冷凍機油の量が不足してしまう。特に、室内熱交換器が内蔵された室内ユニットと室外熱交換器が内蔵された室外ユニットとを、長い冷媒配管で接続する業務用空調装置では、冷凍機油の回収不足が問題になる。

そこで、圧縮機の吸入側にアキュムレータを設け、アキュムレータ内で冷凍機油と冷媒とを分離する構成を有する空気調和機がある。また、アキュムレータ内に液状の冷媒が溜まらないように加熱して、冷凍機油の円滑な回収を可能とする空気調和機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−２５７９９４号公報 特開平６−１４７６５８号公報

しかしながら、特許文献２の空気調和装置のように、アキュムレータに液冷媒が溜まらないように加熱する構成では、加熱に多大な熱量が必要となる。そのため、アキュムレータで回収された冷凍機油が熱により劣化し、圧縮機の耐久性に問題が生じる。また、アキュムレータの内部を高温にする過程で冷媒ガスの温度が上昇し、圧縮機の体積効率が低下してしまう。

本発明は、加熱に多大な熱量を必要とすることなく冷凍機油を圧縮機に戻すことができるとともに、圧縮機の体積効率が低下することを防止し、圧縮機の信頼性を向上させることができるアキュムレータ及び冷凍装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアキュムレータは、下部に冷凍機油が溶け込んだ冷媒を貯留する貯留領域を有する密閉容器と、貯留領域を少なくとも第１の領域および第２の領域に仕切る仕切部材と、密閉容器に開口する冷媒入口管と、密閉容器に開口する冷媒出口管と、第１の領域に開口する返油管と、第１の領域内を通過し、または、第１の領域に面する密閉容器の外壁面に接し、第１の領域内の冷凍機油が溶け込んだ液冷媒を加熱して液冷媒と冷凍機油とを分離させる加熱用の熱交換器と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の冷凍装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器、アキュムレータを順次環状に接続した冷凍回路を備え、アキュムレータは、下部に冷凍機油が溶け込んだ冷媒を貯留する貯留領域を有する密閉容器と、貯留領域を少なくとも第１の領域および第２の領域に仕切る仕切部材と、アキュムレータに接続され、密閉容器に開口する冷媒入口管と、圧縮機に接続され、密閉容器に開口する冷媒出口管と、圧縮機に接続され、第１の領域に開口する返油管と、冷媒が循環する循環経路と並列に設けられ、圧縮機の吐出側で循環経路を分岐し、圧縮機の吸入側で循環経路に接続されるバイパス管と、を具備し、バイパス管の一部が、第１の領域内を通過し、または、第１の領域に面する密閉容器の外壁面に接し、第１の領域内の冷凍機油が溶け込んだ液冷媒を加熱して液冷媒と冷凍機油とを分離させる加熱用の熱交換器を構成することを特徴とする。

本発明によれば、下部に冷凍機油が溶け込んだ冷媒を貯留する貯留領域を第１の領域および第２の領域に仕切り、第１の領域内の冷凍機油が溶け込んだ液冷媒を加熱して液冷媒と冷凍機油を分離させ、第１の領域に開口する返油管から冷凍機油を圧縮機に戻すため、加熱に多大な熱量を必要とすることなく冷凍機油を圧縮機に戻すことができるとともに、圧縮機の体積効率が低下することを防止し、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成の一例を示す図 本発明の実施の形態１に係るアキュムレータの構成の一例を示す図 冷媒に対する冷凍機油の臨界溶解度曲線の一例を示す図 冷媒および冷凍機油の密度と温度との関係の一例を示す図 冷媒流制御弁および油流制御弁の開閉制御処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態１に係るアキュムレータの構成の第２の例を示す図 本発明の実施の形態１に係るアキュムレータの構成の第３の例を示す図 本発明の実施の形態１に係るアキュムレータの構成の第４の例を示す図 冷媒流制御弁および油流制御弁の開閉制御処理の第２の例を示すフローチャート 第１の領域に貯留された冷媒の測定温度と時間と間の関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成の一例を示す図 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成の別の一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の構成の一例を示す図である。この冷凍装置１は、圧縮機２、室外熱交換器３、電子膨張弁４、室内熱交換器５、四方弁６、油分離器７、アキュムレータ８、バイパス管９、キャピラリー管１０、返油管１１、冷媒流制御弁１２、油流制御弁１３、温度センサ１４、圧力センサ１５、および、制御部１６を備える。

四方弁６は、冷房運転時と暖房運転時とで、冷媒の流れる方向を切り替える。具体的には、冷房運転時に、四方弁６は、圧縮機２により圧縮された冷媒の流れる方向を、油分離器７、室外熱交換器３、電子膨張弁４、室内熱交換器５、アキュムレータ８、圧縮機２の順に循環するように切り替える。暖房運転時には、四方弁６は、圧縮機２により圧縮された冷媒の流れる方向を、油分離器７、室内熱交換器５、電子膨張弁４、室外熱交換器３、アキュムレータ８、圧縮機２の順に循環するように切り替える。

油分離器７は、圧縮機２から吐出された冷媒中に含まれる冷凍機油を冷媒から分離する。分離された冷媒機油は、返油管（図示せず）を介して圧縮機２に戻される。アキュムレータ８は、圧縮機２の吸入側に設けられ、液冷媒と冷媒ガスとを分離し、冷媒ガスのみ圧縮機２に送る。このアキュムレータ８の構成については後に詳しく説明する。

圧縮機２から吐出された高温の冷媒流は、冷媒流制御弁１２が開状態となることにより、バイパス管９に分岐される。また、バイパス管９を通る冷媒流は、キャピラリー管１０により減圧され、これにより生じた冷媒ガスの流れは、圧縮機２の吸入側でアキュムレータ８から流出した冷媒ガスの流れと合流する。

なお、ここではキャピラリー管１０を用いることとしたが、減圧弁などの他の減圧手段を用いることとしてもよい。あるいは、熱交換器１７から下流のバイパス管９の径を小さくすることにより、減圧手段と同様の減圧効果を生じさせることとしてもよい。

ここで、バイパス管９の一部は、熱交換器１７を構成する。この熱交換器１７は、アキュムレータ８内に貯留された冷凍機油が溶け込んだ液冷媒と交熱的に配置されている。また、熱交換器１７を流れる冷媒は、アキュムレータ８内に貯留された液冷媒を加熱した後、キャピラリー管１０に流入する。この加熱により、冷凍機油が溶け込んだ液冷媒から冷凍機油を分離することができる。

その後、分離された冷凍機油がアキュムレータ８内にある程度溜まると、油流制御弁１３が開状態となる。そして、冷凍機油は、アキュムレータ８から返油管１１を通って流出し、圧縮機２に戻される。

なお、冷媒流制御弁１２、油流制御弁１３の開閉のタイミングは、温度センサ１４や圧力センサ１５による圧力・温度の測定結果に基づいて、制御部１６により制御される。制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御デバイスである。この制御部１６は、メモリ（図示せず）に記憶された温度や圧力の測定データ等にアクセスしつつ、冷媒流制御弁１２、油流制御弁１３の開閉のタイミングを制御する。この制御の方法については、後に詳しく説明する。

つぎに、本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ８の構成について詳しく説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ８の構成の一例を示す図である。このアキュムレータ８は、密閉容器１８、冷媒入口管１９、冷媒出口管２０、仕切部材２１を備える。

密閉容器１８は、その下部に冷凍機油が溶け込んだ冷媒を貯留する貯留領域を有する。冷媒入口管１９、および、冷媒出口管２０は、密閉容器１８の上部に開口している。また、貯留領域は、仕切部材２１により、第１の領域２２および第２の領域２３に仕切られる。

図２の例では、第１の領域２２は、貯留領域の外周部分であり、第２の領域２３は、貯留領域の内周部分である。このように各領域を区切ることにより、第１の領域２２に貯留される冷媒と、熱交換器１７との接触面積を大きくすることが可能となる。

また、アキュムレータ８に冷媒が吸引されると、アキュムレータ８内に旋回流が形成される。この旋回流により遠心力が発生し、冷凍機油の油滴がアキュムレータ８壁面に移動する。そのため、第１の領域２２に冷凍機油を集めることができる。

ここで、高温冷媒が流れる熱交換器１７は、第１の領域２２内を通過する。そして、熱交換器１７は、第１の領域２２内の冷凍機油が溶け込んだ液冷媒を加熱して、液冷媒と冷凍機油とを分離させる。なお、第２の領域２３内に貯留される液冷媒は、仕切部材２１により囲われているため、加熱が抑制される。

図３は、冷媒に対する冷凍機油の臨界溶解度曲線の一例を示す図である。図３の例における冷媒は、空調機器に用いられる代表的な冷媒であるＲ４１０Ａである。冷媒と冷凍機油は常温に近い状態では非常に良く溶け合うが、高温（図３の例では４５℃以上）になると相溶せずに分離する。

図４は、冷媒および冷凍機油の密度と温度との関係の一例を示す図である。図４の例における冷媒はＲ４１０Ａ、冷凍機油はポリアルキレングリコール、ポリビニルエーテルである。

図４に示した冷媒と冷凍機油の組合せの例では、温度が高い領域において冷凍機油の密度は冷媒の密度より大きくなるため、熱交換器１７により冷媒が加熱される第１の領域２２では、冷媒と冷凍機油とが分離し、冷凍機油は第１の領域２２の底部に溜まる。そして、第１の領域２２の下部には返油管１１が設けられているため、油流制御弁１３が開状態となると、冷凍機油が返油管１１を介して圧縮機２の吸入管側に戻される。

なお、図３には示していないが、低温領域においても冷媒と冷凍機油とが分離される。この場合、図４に示したように、冷凍機油の密度が冷媒の密度より小さくなるため、分離された冷凍機油は上部に集まる。

そのため、寒冷地などにおいて、第２の領域２３に低温の液冷媒が多量に流入した場合、仕切部材２１の上部から第１の領域２２に冷凍機油がオーバーフローし、第１の領域２２の冷凍機油の濃度が高くなる。そのため、このような現象が生じた場合、さらに効率よく冷凍機油を圧縮機２に戻すことができる。

以上のように、熱交換器１７は、冷媒を貯留する貯留領域のうち、第１の領域２２を選択的に加熱するので、加熱に多大な熱量を必要とせず、冷凍機油の劣化も防止できる。また、冷媒ガスの温度の上昇を抑制でき、圧縮機の体積効率が低下することを防止できる。これにより、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

つぎに、冷媒流制御弁１２および油流制御弁１３の開閉制御処理について説明する。図５は、冷媒流制御弁１２および油流制御弁１３の開閉制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、この開閉制御処理は、制御部１６により行われる。

まず、制御部１６は、温度センサ１４、圧力センサ１５を用いて、第１の領域２２に貯留されている冷媒の温度・圧力の測定を開始する（ステップＳ１０）。そして、制御部１６は、圧力センサ１５による圧力の測定値が、加熱開始圧力以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ここで、加熱開始圧力とは、第１の領域２２に貯留されている液体（冷凍機油が溶け込んだ冷媒）の加熱を開始する圧力である。この加熱は、熱交換器１７を用いて行われる。第１の領域２２に多くの液体が貯留すると、圧力センサ１５による圧力の測定値が大きくなる。これを利用して、制御部１６は、第１の領域２２に一定量以上の液体が貯留したことを検知する。

圧力の測定値が加熱開始圧力以上でない場合（ステップＳ１１においてＮＯの場合）、ステップＳ１１に戻って、制御部１６は、所定時間後に再度ステップＳ１１の判定処理を行う。

圧力の測定値が加熱開始圧力以上である場合（ステップＳ１１においてＹＥＳの場合）、制御部１６は、冷媒流制御弁１２を制御して、冷媒流制御弁１２を開状態とする（ステップＳ１２）。これにより、第１の領域２２に貯留された液体の加熱が開始される。

その後、制御部１６は、温度センサ１４による温度の測定値が、冷媒から冷凍機油が分離する二層分離温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。温度の測定値が二層分離温度以上でない場合（ステップＳ１３においてＮＯの場合）、ステップＳ１３に戻って、制御部１６は、所定時間後に再度ステップＳ１３の判定処理を行う。

温度の測定値が二層分離温度以上である場合（ステップＳ１３においてＹＥＳの場合）、制御部１６は、所定の時間経過後、油流制御弁１３を制御して、油流制御弁１３を開状態とする（ステップＳ１４）。これにより、冷凍機油から分離され、第１の領域２２に貯留された冷凍機油が圧縮機２に戻される。

さらに、制御部１６は、圧力センサ１５による圧力の測定値が、返油終了圧力以下であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。ここで、返油終了圧力とは、第１の領域２２に貯留された冷凍機油を圧縮機２に戻す処理を終了する圧力である。

冷凍機油が圧縮機２に戻されると、第１の領域２２に貯留されている液量が少なくなる。制御部１６は、圧力センサ１５による圧力の測定値が小さくなったことを検知することにより、第１の領域２２に貯留されている液量が少なくなったと判定する。

圧力の測定値が返油終了圧力以下でない場合（ステップＳ１５においてＮＯの場合）、ステップＳ１５に戻って、制御部１６は、所定時間後に再度ステップＳ１５の判定処理を行う。

圧力の測定値が返油終了圧力以下である場合（ステップＳ１５においてＹＥＳの場合）、制御部１６は、油流制御弁１３を制御して、油流制御弁１３を閉状態とする（ステップＳ１６）。さらに、制御部１６は、冷媒流制御弁１２を制御して、冷媒流制御弁１２を閉状態とする（ステップＳ１７）。なお、制御部１６は、ステップＳ１６、ステップＳ１７の処理を同時に行うこととしてもよい。

その後、制御部１６は、冷媒流制御弁１２および油流制御弁１３の開閉制御処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１８）。例えば、制御部１６は、冷凍装置１のスイッチがオフにされたか否かを検知することにより、開閉制御処理を終了するか否かを判定する。

開閉制御処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ１８においてＮＯの場合）、ステップＳ１１に戻って、制御部１６は、ステップＳ１１以降の処理を継続する。開閉制御処理を終了すると判定した場合（ステップＳ１８においてＹＥＳの場合）、制御部１６は、温度センサ１４、圧力センサ１５を用いた温度・圧力の測定処理を終了する（ステップＳ１９）。その後、この開閉制御処理は終了する。

このように、冷媒流制御弁１２および油流制御弁１３の開閉制御を温度センサ１４、圧力センサ１５を用いて行うことにより、適切なタイミングで第１の領域２２に貯留される液体の加熱、および、第１の領域２２からの冷凍機油の回収を行うことができる。

なお、図２に示したアキュムレータ８では、熱交換器１７が第１の領域２２内を通過することとしたが、熱交換器１７が第１の領域２２に面する密閉容器１８の外壁面に接するように設けられ、密閉容器１８を介して第１の領域２２に貯留された冷媒を加熱することとしてもよい。

図６は、本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ８の構成の第２の例を示す図である。図６に示したアキュムレータ８は、図２に示したアキュムレータ８と異なり、熱交換器１７が、第１の領域２２に面する密閉容器１８の外壁面に接するように設けられる。これにより、アキュムレータ８を容易に製造することができ、また、メインテナンスも容易となる。

また、図２に示したアキュムレータ８では、第１の領域２２が、貯留領域の外周部分であり、第２の領域２３が、貯留領域の内周部分であることとしたが、貯留領域の区切り方はこれに限定されるものではない。すなわち、アキュムレータ８は、少なくとも２以上の領域に区切られ、そのうちの少なくとも１つの領域に貯留される冷媒が、熱交換器１７により加熱されればよい。

図７は、本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ８の構成の第３の例を示す図である。図７に示したアキュムレータ８は、図２に示したアキュムレータ８と異なり、平板状の仕切部材２１が、密閉容器１８を左側の第１の領域２２と、右側の第２の領域２３とに区切っている。そして、熱交換器１７は、第１の領域２２内を通過している。これにより、アキュムレータ８の設計の柔軟性を増すことができる。

また、図８は、本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ８の構成の第４の例を示す図である。図８に示したアキュムレータ８は、図７に示したアキュムレータ８と異なり、熱交換器１７が、第１の領域２２に面する密閉容器１８の外壁面に接するように設けられる。これにより、アキュムレータ８を容易に製造することができ、また、メインテナンスも容易となる。

また、図５を用いて説明した冷媒流制御弁１２および油流制御弁１３の開閉制御処理では、温度センサ１４と圧力センサ１５を用いることとしたが、圧力センサ１５を用いることなく、温度センサ１４と時間を計測するタイマー（図示せず）のみで開閉制御処理を行うこととしてもよい。

図９は、冷媒流制御弁１２および油流制御弁１３の開閉制御処理の第２の例を示すフローチャートである。なお、この開閉制御処理も、制御部１６により行われる。ここで、図３に示した二層分離温度よりも温度が低い領域では、液冷媒と冷凍機油とは互いに溶け合っており、比熱は一定と考えてよい。また、液冷媒に対する冷凍機油の混合比（油分比率）は小さく、液冷媒の比熱を冷凍機油が溶け込んだ液冷媒の比熱とみなしてもよい。

まず、制御部１６は、バイパス管９を流れる液体（冷凍機油が溶け込んだ冷媒）が運ぶ単位時間当たりの熱量を予測する（ステップＳ２０）。この熱量は、圧縮機２の回転数、吸入温度、吸入圧力などの運転条件から予測される。

具体的には、圧縮機２の回転数、吸入温度、吸入圧力などの運転条件と上記熱量との間の関係を予め実験等により求めておく。そして、その情報をメモリなどに記憶しておき、制御部１６が、各時点における運転条件に対応する熱量の値をメモリから読み出して、上記熱量を予測する。

続いて、制御部１６は、冷媒流制御弁１２を制御して、冷媒流制御弁１２を開状態とする（ステップＳ２１）。これにより、第１の領域２２に貯留された冷媒の加熱が開始される。そして、制御部１６は、温度センサ１４を用いて、所定の時間ｔ_ｍの間、第１の領域２２に貯留されている液体の温度を測定する（ステップＳ２２）。

その後、制御部１６は、所定の時間ｔ_ｍにおける温度勾配を算出する（ステップＳ２３）。温度勾配とは、第１の領域２２に貯留された冷媒の単位時間当たりの温度変化量である。さらに、制御部１６は、算出した温度勾配を液量に換算する（ステップＳ２４）。

具体的には、制御部１６は、バイパス管９を流れる液体が運ぶ単位時間当たりの熱量、温度勾配、冷凍機油が溶け込んだ液冷媒の比熱および密度を用いて、温度勾配を液量に換算する。なお、液冷媒に溶け込んだ冷凍機油の量は微量なので、液冷媒の比熱および密度で代用してもよい。

図１０は、第１の領域２２に貯留された液体の測定温度と時間と間の関係を示す図である。図１０には、時間ｔ_ｍにおける温度上昇の様子が示されている。図の実線は、温度勾配が小さい場合を示しており、図の破線は、温度勾配が大きい場合を示している。

ここで、温度勾配が小さいということは、第１の領域２２に貯留されている液量が多いことを意味し、温度勾配が大きいということは、第１の領域２２に貯留されている液量が少ないことを意味する。これにより、第１の領域２２に貯留されている液量を判定することができる。

図９の説明に戻ると、ステップＳ２４の処理の後、制御部１６は、ステップＳ２４で求めた液量が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。液量が所定値以上でない場合（ステップＳ２５においてＮＯの場合）、制御部１６は、冷媒流制御弁１２を制御して、冷媒流制御弁１２を閉状態とする（ステップＳ２６）。

そして、制御部１６は、所定の時間ｔ_ｗだけ待機する（ステップＳ２７）。その後、ステップＳ２１以降の処理が継続される。

ステップＳ２５において、液量が所定値以上である場合（ステップＳ２５においてＹＥＳの場合）、制御部１６は、ステップＳ２２で測定した温度が二層分離温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。

温度の測定値が二層分離温度以上でない場合（ステップＳ２８においてＮＯの場合）、制御部１６は、所定時間後に再度ステップＳ２８の判定処理を行う。この間、第１の領域２２に貯留されている液体の加熱が継続され、その液体の温度が上昇し続ける。図１０には、液体の温度が二層分離温度まで上昇し続ける様子が示されている。

温度の測定値が二層分離温度以上である場合（ステップＳ２８においてＹＥＳの場合）、制御部１６は、油流制御弁１３を制御して、油流制御弁１３を開状態とする（ステップＳ２９）。これにより、冷媒から分離された冷凍機油が圧縮機２に戻される。この処理では、圧力センサ１５が不要となるので、冷凍装置１０の製造コストを削減することができる。

なお、冷媒流制御弁１２を開くタイミングを、冷凍装置１の運転開始からの経過時間が所定の時間を超えたか否かを判定することによって決定することとしてもよい。この時間は、例えば、第１の領域２２に液体が一定量以上貯留される時間とする。そして、この時間は、冷凍装置１の運転条件に応じて予め設定されているものとする。

また、油流制御弁１３を開閉するタイミング、冷媒流制御弁１２を閉じるタイミングも、冷媒流制御弁１２が開状態となってからの経過時間が所定の時間を超えたか否かを判定することによって決定することとしてもよい。この時間も、冷凍装置１の運転条件に応じて予め設定されているものとする。このような処理では、温度センサ１４や圧力センサ１５が不要となるので、冷凍装置１の製造コストをさらに削減することができる。

（実施の形態２）
上記実施の形態１では、バイパス管９の一方の端が、圧縮機２とアキュムレータ８との間の配管に接続されていたが、室外熱交換器３と室内熱交換器５の間の配管に接続されることとしてもよい。本実施の形態２では、このような冷凍装置１の構成について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の構成の一例を示す図である。この冷凍装置１は、圧縮機２、室外熱交換器３、電子膨張弁４、室内熱交換器５、四方弁６、油分離器７、アキュムレータ８、バイパス管９、返油管１１、冷媒流制御弁１２、油流制御弁１３、温度センサ１４、圧力センサ１５、制御部１６、二方弁２４、および、二方弁２５を備える。

ここで、バイパス管９の一部は、熱交換器１７を構成する。また、図１の冷凍装置１の構成要素と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。

図１に示した冷凍装置１との違いは、バイパス管９の一方の端が、室外熱交換器３と室内熱交換器５の間の配管に接続されることである。具体的には、バイパス管９が分岐し、一方が室外熱交換器３と電子膨張弁４との間の配管に、他方が電子膨張弁４と室内熱交換器との間の配管に接続される。

そして、冷房運転時には、二方弁２４が開状態、二方弁２５が閉状態となるよう制御され、アキュムレータ８において熱交換を行った冷媒が室外交換機３から流出する冷媒と合流する。図１１に示した冷凍装置１には、図１に示した冷凍装置１のように、キャピラリー管１０が設けられていないが、熱交換を行った冷媒は電子膨張弁４により減圧される。

一方、暖房運転時には、二方弁２４が閉状態、二方弁２５が開状態となるよう制御され、アキュムレータ８において熱交換を行った冷媒が室内交換機５から流出する冷媒と合流する。そして、アキュムレータ８において熱交換を行った冷媒は電子膨張弁４により減圧される。

このような冷凍装置１でも、図１に示した冷凍装置１と同様に、熱交換器１７は、冷媒を貯留する貯留領域のうち、第１の領域２２を選択的に加熱する。そのため、加熱に多大な熱量を必要とせず、冷凍機油の劣化も防止できる。また、冷媒ガスの温度の上昇を抑制でき、圧縮機の体積効率が低下することを防止できる。これにより、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

また、圧縮機２から吐出された高温の冷媒流が分岐される位置は、図１１に示した位置に限定されない。図１２は、本発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の構成の別の一例を示す図である。図１２に示す冷凍装置１の構成において、図１１と同様の構成には同一の符号が付されている。

例えば、図１２に示したように、油分離器７と四方弁６の間でバイパス管９の一方の端に上記冷媒流を分岐し、バイパス管９の他方の端を、室外熱交換器３と室内熱交換器５の間の配管に接続する構成としてもよい。

バイパス管９をこのような接続形態とすることで、油分離器７により冷凍機油を分離した後の冷媒をバイパス管９内に流すことができる。そのため、室内熱交換器３、室外熱交換器５、電子膨張弁４の内部に冷凍機油が付着することを抑制することができる。

本発明は、圧縮機を潤滑するための冷凍機油が溶け込んだ液冷媒から冷凍機油を分離するアキュムレータ及び冷凍装置に好適に適用される。

１ 冷凍装置
２ 圧縮機
３ 室外熱交換器
４ 電子膨張弁
５ 室内熱交換器
６ 四方弁
７ 油分離器
８ アキュムレータ
９ バイパス管
１０ キャピラリー管
１１ 返油管
１２ 冷媒流制御弁
１３ 油流制御弁
１４ 温度センサ
１５ 圧力センサ
１６ 制御部
１７ 熱交換器
１８ 密閉容器
１９ 冷媒入口管
２０ 冷媒出口管
２１ 仕切部材
２２ 第１の領域
２３ 第２の領域
２４，２５ 二方弁

Claims (11)

1. 下部に冷凍機油が溶け込んだ冷媒を貯留する貯留領域を有する密閉容器と、
   前記貯留領域を少なくとも第１の領域および第２の領域に仕切る仕切部材と、
   前記密閉容器に開口する冷媒入口管と、
   前記密閉容器に開口する冷媒出口管と、
   前記第１の領域に開口する返油管と、
   前記第１の領域内を通過し、または、前記第１の領域に面する前記密閉容器の外壁面に接し、前記第１の領域内の冷凍機油が溶け込んだ液冷媒を加熱して液冷媒と冷凍機油とを分離させる加熱用の熱交換器と、
   を具備するアキュムレータ。
2. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器、アキュムレータを順次環状に接続した冷凍回路を備えた冷凍装置であって、
   前記アキュムレータは、
   下部に冷凍機油が溶け込んだ冷媒を貯留する貯留領域を有する密閉容器と、
   前記貯留領域を少なくとも第１の領域および第２の領域に仕切る仕切部材と、
   前記アキュムレータに接続され、前記密閉容器に開口する冷媒入口管と、
   前記圧縮機に接続され、前記密閉容器に開口する冷媒出口管と、
   前記圧縮機に接続され、前記第１の領域に開口する返油管と、
   前記冷媒が循環する循環経路と並列に設けられ、前記圧縮機の吐出側で前記循環経路を分岐し、前記圧縮機の吸入側で前記循環経路に接続されるバイパス管と、を具備し、
   前記バイパス管の一部が、前記第１の領域内を通過し、または、前記第１の領域に面する前記密閉容器の外壁面に接し、前記第１の領域内の冷凍機油が溶け込んだ液冷媒を加熱して液冷媒と冷凍機油とを分離させる加熱用の熱交換器を構成することを特徴とする冷凍装置。
3. 前記バイパス管は、前記圧縮機と前記四方弁との間で前記循環経路を分岐し、前記圧縮機と前記アキュムレータとの間で前記循環経路に合流する請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記バイパス管の前記熱交換器の下流側出口と、前記圧縮機と前記アキュムレータの間の合流点とを接続する流路に減圧手段を設けた請求項３に記載の冷凍装置。
5. 前記バイパス管は、前記圧縮機と前記四方弁との間で前記循環経路を分岐し、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間で前記循環経路に合流する請求項２に記載の冷凍装置。
6. 前記圧縮機と前記四方弁との間に油分離器をさらに備え、前記バイパス管は、前記油分離器と前記四方弁との間で前記循環経路を分岐する請求項５に記載の冷凍装置。
7. 前記バイパス管への前記冷媒の流入を制御する冷媒流制御弁と、前記圧縮機の起動後に前記冷媒流制御弁を開制御し、所定時間経過後に前記冷媒流制御弁を閉制御する制御部と、をさらに備えた請求項２〜６のいずれか１項に記載の冷凍装置。
8. 前記バイパス管への前記冷媒の流入を制御する冷媒流制御弁と、前記第１の領域に貯留された液体の温度または圧力の少なくとも一方の測定結果に基づいて、前記冷媒流制御弁の開閉を制御する冷媒流制御部と、をさらに備えた請求項２〜６のいずれか１項に記載の冷凍装置。
9. 前記アキュムレータから前記圧縮機への前記返油管を介した前記冷凍機油の流れを制御する油流制御弁をさらに備えた請求項２〜８のいずれか１項に記載の冷凍装置。
10. 前記第１の領域に貯留された液体の温度または圧力の少なくとも一方の測定結果に基づいて、前記油流制御弁の開閉を制御する油流制御部をさらに備えた請求項９に記載の冷凍装置。
11. 前記第１の領域は、前記貯留領域の外周部分であり、前記第２の領域は、前記貯留領域の内周部分である請求項２〜１０のいずれか１項に記載の冷凍装置。
    

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