JP2004232986A

JP2004232986A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2004232986A
Application number: JP2003023501A
Authority: JP
Inventors: Kunimori Sekigami; 邦衛関上; Hideo Maeda; 秀雄前田; Hajime Mutsukawa; 元六川; Ichiro Kamimura; 一朗上村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】圧縮機への液バックを抑制し、この圧縮機内でのオイル挙動等を安定化させ、且つ、信頼性を向上させることができる冷凍装置を提供する。
【解決手段】圧縮機２と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器７とを備えた冷凍装置において、蒸発器の熱交換部が、メイン熱交換部７Ａと、このメイン熱交換部７Ａの下流に配置されるサブ熱交換部７Ｂとに分割され、このサブ熱交換部７Ｂの冷媒管９Ｄが鉛直方向に延びるように形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機への液バックを抑制した冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を、閉ループの冷媒配管で接続してなる冷凍装置が知られている。
【０００３】
この種のものでは、圧縮機への液バックを抑制するため、圧縮機の吸込管にアキュムレータを接続するのが一般的である（特許文献１参照）。本明細書において、冷凍装置は、ヒートポンプを含むものとする。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１６５５１９号公報、図１。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の構成では、液バックの液冷媒が、アキュムレータに一時的に保有されるにしても、その一部は、吸込管下部のオイル戻し孔等から液状態のまま圧縮機に吸い込まれる構成となっているため、液冷媒は蒸発熱として有効利用されることなく圧縮機に吸い込まれ、また、オイル挙動等が不安定となり、信頼性が損なわれるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、液冷媒を有効に蒸発させることができると共に、アキュムレータを不要にし、しかも、圧縮機内でのオイル挙動等を安定化させ、且つ、信頼性を向上させることができる冷凍装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器とを備えた冷凍装置において、前記蒸発器の熱交換部が、メイン熱交換部と、このメイン熱交換部の下流に配置されるサブ熱交換部とに分割され、このサブ熱交換部の冷媒管が鉛直方向に延びるように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記サブ熱交換部が、上部ヘッダと、下部ヘッダとを備え、各ヘッダ間には、鉛直方向に延びる複数の冷媒管が接続されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のものにおいて、前記サブ熱交換部における各冷媒管の断面積の総和が、前記メイン熱交換部における各冷媒管の断面積の総和よりも大きいことを特徴とする
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項記載のものにおいて、前記蒸発器に送風機が付設され、この送風機の風路内に、前記各熱交換部が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項記載のものにおいて、前記冷凍装置の冷凍サイクル内に、高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒が封入されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。この冷凍装置３０は、圧縮機２、熱交換器（凝縮器）３、減圧装置５、及び蒸発器７を閉ループの冷媒配管で接続して構成されている。
【００１３】
凝縮器３は、例えば、フィン・アンド・チューブ式の熱交換器であり、減圧装置５は、いわゆる電子制御弁である。
【００１４】
蒸発器７の熱交換部は、メイン熱交換部７Ａと、このメイン熱交換部７Ａの下流に配置されるサブ熱交換部７Ｂとに分割されている。メイン熱交換部７Ａは、フィン・アンド・チューブ式であり、冷媒管９Ａ，９Ｂは、２系統に分かれ、いわゆる２パスの構成である。冷媒管９Ａ，９Ｂは、メイン熱交換部７Ａの出口７Ｃで合流し、合流後の冷媒は、メイン熱交換部７Ａの下流に配置されるサブ熱交換部７Ｂに流入する。
【００１５】
このサブ熱交換部７Ｂは、上部ヘッダ１１と、この上部ヘッダ１１に対し、ほぼ平行に配置された下部ヘッダ１３とを備え、各ヘッダ１１，１３間には、鉛直方向に延びる複数本の冷媒管９Ｄが、冷媒を下から上に向けて流すことができるように、接続されている。
【００１６】
下部ヘッダ１３と圧縮機２の吸込管との間には、オイル戻し用のキャピラリーチューブ３３が接続されている。
【００１７】
また、上記構成においては、サブ熱交換部７Ｂにおける各冷媒管９Ｄの断面積の総和が、メイン熱交換部７Ａにおける各冷媒管９Ａ，９Ｂの断面積の総和よりも大きく設定されている。
【００１８】
図２は、メイン熱交換部７Ａ、並びにサブ熱交換部７Ｂの配置関係を示す図である。この蒸発器７は、冷凍装置３０のケーシング１４内に配置され、このケーシング１４内には送風機１５が付設され、この送風機１５の風路内１７には、風路の上流側からメイン熱交換部７Ａ、及びサブ熱交換部７Ｂがその順に配置されている。１６はファンガードである。
【００１９】
サブ熱交換部７Ｂは、各ヘッダ１１，１３間に、それとほぼ平行に延びる複数枚のアルミニウム製のフィン２１を備え、冷媒管９Ｄが、このフィン２１の板面を貫通して構成されている。
【００２０】
各フィン２１は、風路の上流側が上を向き、冷媒管９Ｄの貫通部がほぼ水平となり、風路の下流側が下を向くように、傾斜して構成されている。この構成では、サブ熱交換部７Ｂでの結露水は、各フィン２１の傾斜に沿って下に流れやすくなり、ファンガード１６を通じて浸入する雨水は、各フィン２１の傾斜によって遮断され、さらなる内側への浸入が阻止される。
【００２１】
本実施形態では、冷凍装置３０の冷凍サイクル内に二酸化炭素冷媒が封入されている。この二酸化炭素冷媒が封入された場合、図３のエンタルピ・圧力線図に示すように、ガス管３１内は運転中に超臨界圧力で運転される。ガス管３１内が、超臨界圧力で運転される冷媒には、二酸化炭素冷媒のほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。図３では、圧縮機出口は状態ａで示される。冷媒は、熱交換器を通って循環し、そこで状態ｂまで冷却され、熱を冷却空気に放出する。冷媒は、所望により、状態ｃまで冷却される。ついで、冷媒は、減圧装置での圧力低下により、状態ｄに至り、ここではガス／液体の２相混合体が形成される。冷媒は、蒸発器において、液相の蒸発により熱を吸収する。状態ｅは、蒸発器出口の状態であり、ガス相の冷媒は、熱交換器で状態ｆまで加熱されてから圧縮機２の吸込管に向かう。
【００２２】
上記超臨界サイクルにおいて、圧縮機２から吐出される高圧単相ガス冷媒は、凝縮されないが、熱交換器において温度低下が起こる。熱交換器（状態ｂ）における冷媒の最終温度は、冷却空気の温度よりも数度高い。そして、高圧ガスは熱交換器において、数度低い状態ｃまで冷却される。
【００２３】
つぎに、冷凍装置３０の動作を説明する。
【００２４】
圧縮機２の吐出冷媒は、ガス管３１を通じて凝縮器３に導かれ、この凝縮器３で熱交換し、冷却熱媒（例えば空気）に放熱した後、減圧装置５を経て蒸発器７に流入し、メイン熱交換部７Ａ、及びサブ熱交換部７Ｂで順に蒸発して、ガス化した後、圧縮機２の吸込管に戻される。なお、超臨界ガスが使用された場合、当該超臨界ガスは、凝縮器３で凝縮しない。しかし、本明細書では、説明の便宜上、当該熱交換器３を凝縮器と呼称することにする。
【００２５】
ところで、本実施形態では、メイン熱交換部７Ａで蒸発しきれずに液バックした冷媒は、サブ熱交換部７Ｂの下部ヘッダ１３に流入し、そこから複数本の冷媒管９Ｄにほぼ均等に分かれて流入し、この冷媒管９Ｄ内を下から上に流れる。そして、この間で、重力により液とガスとに分離され、下部ヘッダ１３並びに冷媒管９Ｄの下部が液冷媒で満たされる。一方、サブ熱交換部７Ｂの上部では、乾き状態となり、或いは過熱ガス状態となり、この上部を通過した冷媒は、ほぼ完全に気化して圧縮機２に戻され、液冷媒は有効に利用される。
【００２６】
本実施形態では、蒸発器７を通過した冷媒が、ほぼ完全に気化して圧縮機２に戻されるため、従来必要であったアキュムレータが不要になる。
【００２７】
また、サブ熱交換部７Ｂを通過した冷媒は、ほぼ完全に気化して圧縮機２に戻されるため、従来のように、吸込管下部のオイル戻し孔等から液状態のまま冷媒が圧縮機に吸い込まれることがなくなり、オイル挙動等が安定化し、信頼性を向上させることができる。
【００２８】
サブ熱交換部７Ｂの上部は、乾き状態となり、或いは過熱ガス状態となるため、当該部位への着霜が少なくなる。また、除霜運転時に、メイン熱交換部７Ａで液バックが発生しても、サブ熱交換部７Ｂの上部で気化するため、圧縮機２への液バックを、ほぼ完全に抑えることができる。
【００２９】
液バックの状態は、蒸発器７に対し、過剰に冷媒を供給しすぎた結果である。従って、減圧装置５を絞れば、液バックを抑制できる。減圧装置５の性能は、弁出入口の圧力差と、口径との関数となる。また、圧縮機２の圧縮効率は圧縮比の関数であり、高圧圧力が高いほど圧縮効率がよくなる。しかし、高圧圧力が低すぎると、減圧装置５の通過冷媒量が減少して、ガス欠状態となる。減圧装置５の弁口径を大きくすることにより、高圧圧力を低くすることが可能であるが、自動式の減圧装置５の場合、通過冷媒量が不安定となり、ハンチング現象を引き起こす。本実施形態では、液バック時に、減圧装置５の弁開度を大きく広げた状態（理論的にはほぼ全開の状態。）で、冷媒供給可能な範囲まで、圧縮機２の高圧圧力を上げて圧縮効率を向上させることができる。
【００３０】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、液冷媒を有効に蒸発させることができると共に、アキュムレータを不要にし、しかも、圧縮機内でのオイル挙動等を安定化させ、且つ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図２】メイン熱交換部、並びにサブ熱交換部の配置関係を示す図である。
【図３】超臨界サイクルのエンタルピ・圧力線図である。
【符号の説明】
２圧縮機
３熱交換器（凝縮器）
５減圧装置
７蒸発器
７Ａメイン熱交換部
７Ｂサブ熱交換部
９Ａ，９Ｂ，９Ｄ冷媒管
１１上部ヘッダ
１３下部ヘッダ
１５送風機
１７風路
３０冷凍装置

Claims

圧縮機と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器とを備えた冷凍装置において、
前記蒸発器の熱交換部が、メイン熱交換部と、このメイン熱交換部の下流に配置されるサブ熱交換部とに分割され、
このサブ熱交換部の冷媒管が鉛直方向に延びるように形成されていることを特徴とする冷凍装置。
前記サブ熱交換部が、上部ヘッダと、下部ヘッダとを備え、各ヘッダ間には、鉛直方向に延びる複数の冷媒管が接続されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
前記サブ熱交換部における各冷媒管の断面積の総和が、前記メイン熱交換部における各冷媒管の断面積の総和よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
前記蒸発器に送風機が付設され、この送風機の風路内に、前記各熱交換部が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の冷凍装置。
前記冷凍装置の冷凍サイクル内に、高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒が封入されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の冷凍装置。