JPH07190515A

JPH07190515A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH07190515A
Application number: JP15730994A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Shimura; 一廣志村; Ichiro Kamimura; 一朗上村; Koji Inoue; 幸治井上; Naoto Sakamoto; 直人坂本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置において、
液戻りによる油フォーミングや液圧縮を防止し、この冷
媒のガス・液成分比率を一定に保って所定の冷凍能力を
確保することである。【構成】非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置において、
アキュムレータ６内の液冷媒の量が所定値以上になる
と、このアキュムレータに流入される冷媒あるいは液冷
媒を加熱するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高沸点冷媒と低沸点冷
媒とからなる非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置の改良に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
沸混合冷媒を用いた冷凍装置（空気調和機）が示された
ものとして、実公平３−３８５９２号公報がある。この
公報で示された冷凍装置は、蒸発器を複数に分割し、そ
れらの蒸発器の間に冷媒の圧力を調整する圧力調整弁を
配設するというものである。

【０００３】このような構成とすることによって、低沸
点の冷媒は主として圧力調整弁の手前の第１の蒸発器
で、高沸点の冷媒は主として圧力調整弁の後の第２の蒸
発器で夫々蒸発させるようにしている。ここで例えば、
室内熱交換器が蒸発器として作用する冷房運転時は、室
内温度が高い（一般的に２４℃以上）ので、非共沸混合
冷媒は、この室内熱交換器で完全にガス化することは可
能である。しかしながら、室外熱交換器が蒸発器として
作用する暖房運転時は室外温度が低い（一般的に０℃前
後）ので、非共沸混合冷媒をこの室外熱交換器で完全に
ガス化させることはむずかしい。このため、減圧器の絞
り度を大きくして非共沸混合冷媒の低圧圧力を下げて、
非共沸混合冷媒をこの室外熱交換器で完全にガス化させ
ることも考えられる。しかし、低圧圧力の低下によって
室外温度が高くても、室外熱交換器に着霜が生じて暖房
能力が低下したり安定した暖房能力が得られない場合が
ある。

【０００４】一方、室外熱交換器の着霜を防止するため
に、非共沸混合冷媒の低圧圧力を上昇させると、未蒸発
の高沸点冷媒の比率が多い液冷媒がアキュムレータにた
まり、その量が多い場合には圧縮機への液戻りによる油
フォーミングや液圧縮の原因となる。更に、この圧縮機
に吸い込まれる非共沸混合冷媒のガス比率が変化して、
所定の冷媒（空調）能力が得られない状態が生ずる。

【０００５】このことを、図１を用いて説明すれば次の
ようになる。図１で示すように、蒸発温度（４Ｋｇ／ｃ
ｍ²Ｇ時）が各々異なる成分系の非共沸混合冷媒を用い
た場合、低沸点冷媒（ＨＦＣ−３２，ＨＦＣ−１２５）
は高沸点冷媒（ＨＦＣ−１３４ａ）よりも蒸発しやす
い。従って蒸発器の周囲温度が低い暖房運転時等では高
沸点成分比率の多い液冷媒がアキュムレータに溜まりや
すい。

【０００６】アキュムレータに液冷媒が大量にたまると
圧縮機への液戻りが生じ、油フォーミングや液圧縮によ
る圧縮機故障の原因となる。又高沸点冷媒は冷媒圧力を
全般的に低下させる作用があるが、低沸点成分比率の多
い冷媒が冷凍装置内を循環することにより冷媒圧力が異
常に上昇して、圧縮機の運転効率が低下する。一方前述
の高沸点成分の冷媒（ＨＦＣ−１３４ａ）をガス化させ
るためには例えば蒸発温度を０℃とすると蒸発圧力は約
２Ｋｇ／ｃｍ²まで低下させなければならない。しかし
ながら、このように蒸発圧力を低下させると能力は減少
し、さらに低沸点冷媒、例えばＨＦＣ−３２の飽和温度
は−３２℃となり比較的外気温度が高くても蒸発器が着
霜し、安定した運転も不可能となる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、非共沸混合冷媒
を用いた冷凍装置において、アキュムレータ内に高沸点
成分比率の多い液冷媒がたまり、その液戻りによる油フ
ォーミングや液圧縮を防止し、なおかつ暖房時の能力を
確保することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、第１の発明は、非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置の
アキュムレータ内に流入される冷媒を加熱させるように
したものである。第２の発明は、非共沸混合冷媒を用い
た冷凍装置のアキュムレータの入口管には、圧縮機から
吐出された高温ガス冷媒でこのアキュムレータに流入さ
れる冷媒を加熱するための加熱器を備えるようにしたも
のである。

【０００９】第３の発明は、そのアキュムレータの入口
管には、冷凍サイクルの高圧液冷媒でこのアキュムレー
タに流入される冷媒を加熱するための加熱器を備えるよ
うにしたものである。第４の発明は、その加熱器の入口
端と出口端をいずれも冷凍サイクルの高圧液冷媒が流れ
る管路につないだものである。

【００１０】第５の発明は、そのアキュムレータの入口
管には、このアキュムレータに流入される冷媒を加熱す
るための加熱器を備え、且つこの加熱器と並列状態とな
る補助凝縮器を、この冷凍サイクルの凝縮器と減圧器と
の間に設け、この補助凝縮器を蒸発器と熱交換関係に配
置したものである。第６の発明は、そのアキュムレータ
自身に、アキュムレータ内の液冷媒を加熱してガス化さ
せるための加熱器を備えるようにしたものである。

【００１１】第７の発明によれば、高沸点成分比率の多
い液冷媒がアキュムレータに溜まりやすい暖房運転時の
み、アキュムレータに流入される冷媒および／又はこの
アキュムレータ内の冷媒を加熱してガス化させるための
加熱器を備えるようにしたものである。

【００１２】

【作用】第１の発明によれば、アキュムレータ内の液冷
媒の量が所定値以上になると、このアキュムレータに流
入される冷媒は加熱され過熱ガスとなり、これによって
アキュムレータ内の液冷媒がガス化し、圧縮機へ吸込ま
れる。第２の発明によれば、アキュムレータに流入され
る冷媒は、圧縮機から吐出された高温ガス冷媒で加熱さ
れてガスとなる。

【００１３】第３の発明によれば、アキュムレータに流
入される冷媒は凝縮器から流出された高圧液冷媒で加熱
されてガスとなる。第４の発明によれば、アキュムレー
タに流入される冷媒を加熱する高圧液冷媒は、凝縮器か
ら流出された高圧冷媒を用いると共に、熱交換後のこの
高圧液冷媒は減圧器の手前の配管に導びかれる。

【００１４】第５の発明によれば、加熱器と並列に配置
された補助凝縮器が蒸発器の凍結防止用として作用し、
この蒸発器での混合冷媒のガス化を確実にする。第６の
発明によれば、アキュムレータ内の液冷媒の量が所定値
以上になると、この液冷媒は加熱器によって加熱ガス化
され、圧縮機へ吸込まれる。第７の発明によれば、ヒー
トポンプ式の冷凍装置において、暖房運転時のみアキュ
ムレータに流入される冷媒および／又はこのアキュムレ
ータ内の冷媒を加熱してアキュムレータに液冷媒が溜ま
りにくくしている。

【００１５】

【実施例】図２において、１は圧縮機、２は四方弁で、
冷房時に実線状態に、暖房時に破線状態に夫々設定され
る。そして圧縮機１から吐出された冷媒を冷房時は実線
矢印のように、暖房時は破線矢印のように循環させる。
３は室外熱交換器で、冷房時に凝縮器として、暖房時に
蒸発器として夫々作用させる。４は膨張弁、５は室内熱
交換器で、冷房時に蒸発器として、暖房時に凝縮器とし
て夫々作用させる。６は圧縮機１の吸込管７に設けられ
たアキュムレータである。８は二重管式の加熱器で、こ
のアキュムレータ６と四方弁２とをつなぐ冷媒管９が内
管となっている。そして、この加熱器８の外管１０は、
その入口端１３が開閉弁１１を介して圧縮機１の吐出管
１２に、その出口端１４がキャピラリチューブ１５を介
して膨張弁４と室内熱交換器５とをつなぐ配管１６に夫
々つながれている。１７はアキュムレータの横に取り付
けられたフロートスイッチで、その構造は図３に示すと
おりである。１８は制御器で、このフロートスイッチ１
７からの信号が入力されると、開閉弁１１を開放させる
信号を出力するものである。

【００１６】フロートスイッチ１７は図３に示すよう
に、本体１９と、下管２０と、上管２１と、フロート２
２が挿通された支持杆２３と、この支持杆２３から制御
器１８につながるリード線２４とから構成されている。
下管２０はアキュムレータ６の下部に、上部２１はアキ
ュムレータ６の上部に夫々つながれている。支持杆２３
には接片（図示せず）が内蔵されており、一方、フロー
ト２２には磁石（図示せず）が内蔵されている。従っ
て、アキュムレータ６内の液冷媒の量が増加してフロー
トスイッチ１７内の液面２４が上昇すると、この上昇に
併なってフロート２２も上昇する。そして、支持杆２３
の接片のある位置にフロート２２が達すると磁力によっ
て接片が作動して信号がリード線２４を介して制御器１
８に入力される。

【００１７】ここで、このような構成を有する冷凍装置
（空気調和機）には図１で示すような３成分系の非共沸
混合冷媒が封入されている。次に、このような冷凍装置
の運転開始時や外気温度が７℃程度の暖房運転時等にア
キュムレータ６にこの非共沸混合冷媒が液状態で溜まる
ことがある。ここで、その溜まる量が所定値以下であれ
ば、液戻りによる油フォーミングや液圧縮は生じない
し、この非共沸混合冷媒のガスあるいは液成分比率の変
化は小さいため冷凍（空調）能力に大きな差は生じな
い。

【００１８】しかしながら、このアキュムレータ６内に
溜まる液冷媒の量が増加すると、液戻りによる油フォー
ミングや液圧縮の原因となり、且つ高沸点成分比率の多
い冷媒（ＨＦＣ−１３４ａ）が液状で残るような場合
は、この冷凍装置内を循環する非共沸混合冷媒のガスあ
るいは液成分比率が変化する。このため本発明では、図
２を参照してフロートスイッチ１７でアキュムレータ６
内の液冷媒の量を検出し、その量が所定値以上となった
場合には、開閉弁１１を開放して、一点鎖線矢印のよう
に圧縮機１から吐出された冷媒（この場合の冷媒は低沸
点成分のものが主となる）を加熱器８に送り込む。これ
によってアキュムレータ６に吸込まれる冷媒が加熱さ
れ、このアキュムレータ６内の温度が上昇し、これにと
もなって液状態だった高沸点成分比率の多い冷媒（ＨＦ
Ｃ−１３４ａ）はガス化し、このガス化した高沸点成分
比率の多い冷媒は低沸点成分比率の多い冷媒（ＨＦＣ−
３２，ＨＦＣ−１２５）と共に圧縮機１に吸込まれ冷凍
装置内を循環する。このような動作を行うことによって
冷媒圧力の低下が図れる。すなわち、アキュムレータ６
内の液冷媒が高沸点成分比率の多いもの（ＨＦＣ−１３
４ａ）となると、循環している冷媒は低沸点成分比率の
多いもの（ＨＦＣ−３２，ＨＦＣ−１２５）が中心とな
る。このような成分のものだけでは前述したように冷媒
の圧力が異常に上昇することがあるが、この動作によっ
て高圧冷媒の一部を加熱器８を介して配管１６へ流すこ
とにより、この冷媒の圧力の異常上昇を防止できる。
又、液戻りによるフォーミングや圧縮機における液圧縮
を防止できる。

【００１９】そして、アキュムレータ６内の液冷媒の量
が所定値以下となった場合は、フロートスイッチ１７が
オフし開閉弁１１が閉じてこの動作を中止する。図４は
第３ないし第５の発明並びに第７の発明を示すもので、
図２の実施例（第１並びに第２の発明）との相違点は次
のとおりである。尚、図２で示した部品と同一部品には
同一符号を付してその説明は省略した。

【００２０】４０は冷房用膨張弁（減圧器）で、冷房運
転時には空調（冷凍）負荷に応じてその弁の開度が調整
される。一方、暖房運転時においては、その弁の開度が
ほぼ全開状態に設定される。４１は暖房用膨張弁（減圧
器）で暖房運転時に空調（冷凍）負荷に応じてその弁の
開度が調整される。一方、冷房運転時においては、その
弁の開度がほぼ全開状態に設定される。従って、２つの
膨張弁４０，４１につながれた管路４２は、冷房時並び
に暖房時いずれも高圧液冷媒が流れる部分となってい
る。

【００２１】４３は上述の管路に配置された補助凝縮器
で、この補助凝縮器４３は図示はしてないが室外熱交換
器３の下方でこの熱交換器３と熱交換関係に配置されて
いる。これによって冷房時は蒸発器として作用している
室外熱交換器３を補助凝縮器４３で下方から加熱して室
外熱交換器３に霜が付着しにくくしている。一般的に
は、この補助凝縮器４３のことを「凍結防止コイル」と
呼んでいる。

【００２２】４４は加熱器で、その入口端４５並びに出
口端４６は補助凝縮器４３を挾んでいずれも高圧液冷媒
が流れる管路４２につながれている。このため、見方を
変えれば加熱器４４と補助凝縮器４３とは並列状態とな
っている。このような構成を備えた冷凍装置（空気調和
機）において四方弁は暖房時に破線状態に冷房時に実線
状態に夫々設定され破線矢印並びに実線矢印のように冷
媒は流れる。

【００２３】ここで、暖房時にアキュムレータ６内の液
冷媒の量が所定量以上となった場合は、フロートスイッ
チ１７が作動して開閉弁１１が開放される。そして、高
圧液冷媒が一点鎖線矢印のように加熱器４４に流入さ
れ、アキュムレータ６に流れ込む冷媒を加熱してガス化
を促進させる。これによってアキュムレータ６内の液冷
媒は除々に減少し、液冷媒が所定量以下になると、フロ
ートスイッチ１７がオフする。

【００２４】特に、この実施例においては、加熱器４４
に流入される冷媒を高圧液冷媒としたことに第１の特徴
がある。すなわち、室内熱交換器５から流入された高圧
液冷媒で加熱するようにしたので、図２で示すような暖
房時に室内熱交換器５へ流入される（圧縮機１から吐出
された）ガス冷媒の一部で加熱する場合よりも、室内熱
交換器５の凝縮（暖房）能力の低下を小さく抑え、運転
効率の向上を図ることができる。

【００２５】第２の特徴は、この加熱器４４の入口端４
５と出口端４６がいずれも高圧液冷媒が流れる管路につ
ながれるようにした点であり、これによって冷凍サイク
ルの高圧冷媒を使用して低圧圧力の低下を小さく抑え運
転効率の向上を図ることができる。第３の特徴は、加熱
器４４と並列に補助凝縮器４３を設けたので、開閉弁１
１を開放して加熱器４４を作用させる時は、この補助凝
縮器４３が流路抵抗となって高圧液冷媒は速やかに一点
鎖線矢印のように加熱器４４に導びかれ、アキュムレー
タ６に流入される冷媒の加熱ガス化を促進する。更に、
この補助凝縮器４３を室外熱交換器３（蒸発器）と熱交
換関係に配置したことにより、加熱器４４が作用してい
ない時は、室外熱交換器３の着霜を未然に防止して、こ
の室外熱交換器３での非共沸混合冷媒の完全ガス化を図
ることができる。

【００２６】図５、図６は第６の発明を示すもので、図
５において、図２の実施例との相違点は、アキュムレー
タ５０内に圧縮機１の吐出パイプ５１を直接導びくよう
にしたものである。従って、フロートスイッチ１７が作
動すると、開閉弁１１が開放され圧縮機１から吐出され
た冷媒が加熱管５２に導びかれる。そして、この加熱管
（加熱器）５２でアキュムレータ５０内の液冷媒を直接
加熱させ、これによって液冷媒をガス化させるものであ
る。ここで加熱管５３は一点鎖線で示すように、高圧液
冷媒が流れる（暖房時）管路４２から導びいても良い。

【００２７】図６においてはアキュムレータ６０のまわ
りに加熱ヒータ（加熱器）６１を巻くようにしたもので
ある。従ってフロートスイッチ１７が作動すると制御器
１８を介してスイッチ６２がオンし加熱ヒータ６１に通
電が開始される。そして、この加熱ヒータ６１でアキュ
ムレータ６０が加熱され、これによってアキュムレータ
６０内の液冷媒は加熱されガス化する。尚、図２で示し
た部品と同一部品には同一符号を付してその説明は省略
した。

【００２８】これら図２、図４、図５、図６において、
加熱器１０，４４，５１，６１を作動させる（図２、図
４、図５においてはフロートスイッチ１７の作動によっ
て開閉弁１１が開放される。図６においては加熱ヒータ
６１のオン動作を行なわせる）時は、暖房運転時のみと
し、冷房運転時はこの作動を停止するようにしても良い
（第７の発明）。

【００２９】これは、非共沸混合冷媒を蒸発させるため
の冷房運転時の室内温度は一般的に２４℃以上であるの
に対し、暖房運転時の室外温度は一般的に０℃前後と高
い。従って冷房時は暖房時よりもアキュムレータに液冷
媒が溜まりにくくなるので、暖房時のような加熱制御を
行う必要がないと考えられる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、第１並びに第２の発
明は、非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置のアキュムレー
タに流入される冷媒を加熱させるようにしたので、この
アキュムレータ内の液冷媒のガス化が図れ、これによっ
て非共沸混合冷媒のガス比率の変動を小さく抑えて、所
定の冷凍能力を発揮させることができる。又、液戻りに
よる油フォーミングや液圧縮を防止することができる。

【００３１】第３の発明によれば、凝縮器から流出され
た高圧液冷媒で、アキュムレータに流入される非共沸混
合冷媒を加熱するようにしたので、凝縮（暖房）能力を
小さく抑えることができる。第４の発明によれば、加熱
器の出入口端はいずれも高圧冷媒が流れる管路に設けた
ので、冷凍サイクルの低圧圧力の低下を小さく抑え運転
効率の向上を図ることができる。

【００３２】第５の発明によれば、加熱器と補助凝縮器
とを並列に設けたので、加熱器を作用させる場合は、ス
ムーズに冷媒がこの加熱器に導びかれ確実に加熱を行
う。一方加熱器が作用していない場合は、補助凝縮器の
作用で蒸発器の着霜を未然に防止して非共沸混合冷媒の
ガス化を図ることができる。第６の発明によれば、非共
沸混合冷媒を用いた冷凍装置のアキュムレータ内の液冷
媒を加熱するようにしたので、速やかに液冷媒のガス化
が図れ、これによって非共沸混合冷媒のガス比率の変動
を速やかに所定の値に戻すことができる。

【００３３】第７の発明によれば、高沸点成分比率の多
い液冷媒がアキュムレータに溜まりやすい暖房運転時の
み冷媒をガス化させることにより冷房運転時の制御の簡
略化を図り、必要最低限の制御とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍装置に封入された非共沸混合冷媒
の特性を示す図である。

【図２】第１ないし第２の発明の冷凍装置の冷媒回路図
である。

【図３】図２に示したフロートスイッチの要部断面図で
ある。

【図４】第３ないし第５の発明の冷凍装置の冷媒回路図
である。

【図５】第６ないし第７の発明の一実施例を示す要部冷
媒回路図である。

【図６】同じく第６ないし第７の発明の他の実施例を示
す要部冷媒回路図である。

【符号の説明】

１圧縮機３室外熱交換器５室内熱交換器６，５０，６０アキュムレータ１０，４４，５２，６１加熱器（加熱管、加熱ヒー
タ）１４，４０，４１膨張弁（減圧器）４２管路４３補助凝縮器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本直人大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
沸混合冷媒を用い、圧縮機の吸込側にアキュムレータを
配置し、このアキュムレータに流入される冷媒を加熱さ
せる加熱器を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
沸混合冷媒を用い、圧縮機の吸込側にアキュムレータを
配置した冷凍装置において、このアキュムレータの入口
管には、前記圧縮機から吐出された高温ガス冷媒でこの
アキュムレータに流入される冷媒を加熱するための加熱
器を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
沸混合冷媒を用いて冷凍サイクルを形成し、この冷凍サ
イクルを形成する圧縮機の吸込側にアキュムレータを配
置した冷凍装置において、このアキュムレータの入口管
には、前記冷凍サイクルの高圧液冷媒でこのアキュムレ
ータに流入される冷媒を加熱するための加熱器を備えた
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
沸混合冷媒を用いて冷凍サイクルを形成し、この冷凍サ
イクルを形成する圧縮機の吸込側にアキュムレータを配
置した冷凍装置において、このアキュムレータの入口管
には、このアキュムレータに流入される冷媒を加熱する
ための加熱器を配置し、この加熱器の入口端と出口端を
いずれも前記冷凍サイクルの高圧液冷媒が流れる管路に
つないだことを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
沸混合冷媒を用いて冷凍サイクルを形成し、この冷凍サ
イクルを形成する圧縮機の吸込側にアキュムレータを配
置した冷凍装置において、このアキュムレータの入口管
には、このアキュムレータに流入される冷媒を加熱する
ための加熱器を備え、且つこの加熱器と並列状態となる
補助凝縮器を、この冷凍サイクルの凝縮器との間に設
け、この補助凝縮器を蒸発器と熱交換関係に配置したこ
とを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
沸混合冷媒を用い、圧縮機の吸込側にアキュムレータを
配置し、このアキュムレータ内の液冷媒を加熱してガス
化させるための加熱器を備えたことを特徴とする冷凍装
置。
【請求項７】高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
沸混合冷媒を用い、圧縮機の吸込側にアキュムレータを
配置し、冷房運転と暖房運転とが行えるヒートポンプ式
の冷凍装置において、前記暖房運転時のみアキュムレー
タに流入される冷媒および／又はこのアキュムレータ内
の冷媒を加熱してガス化させるための加熱器を備えたこ
とを特徴とする冷凍装置。