JPH02150668A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明は、低沸点冷媒と高沸点冷媒との非共沸混合冷媒
を封入した冷凍サイクルに関する。

［従来の技術］ 一般に、車両用あるいは家庭用の冷凍サイクルでは、Ｒ
１２冷媒が使用されているが、過渡時の冷房能力を向上
させるために、例えば、Ｒ１２冷媒に低沸点のＲ１３Ｂ
１冷媒を混入して使用する場合がある。

このように、低沸点冷媒と高沸点冷媒との非共沸混合冷
媒を使用する場合には、冷房能力のロスや冷媒圧縮機の
動力増加を防止するために、非共沸混合冷媒の成分調整
を行う必要がある。

そこで、例えば、特開昭６１−６６０５４号公報では、
第７図に示すように、非共沸混合冷媒の成分調整を行う
ための分留器１００が開示されている。

この分留器１００は、中央内部に充填材１０１を充填し
、その中央内部に、冷媒凝縮器１０２と冷媒蒸発器１０
３との間に直列に設けられた第１絞り装置１０４および
第２絞り装置１０５の接続点より、配管１０６を介して
一部冷媒が分岐導入されるように設けられている。

また、分留器１００内の下部（第７図下側）には、冷媒
凝縮器１０２から第１絞り装置１０４に至る高圧配管１
０７が熱交換的に配置されるとともに、上部には、第２
絞り装置１０５から冷媒蒸発器１０３に至る低圧配管１
０８が熱交換的に配置されている。

さらに、分留器１００の」一部と冷媒圧縮機１０９とを
第１流量制御弁１１０を有する配管１１１によ−）て接
続するとともに、分留器１００の下部と冷媒蒸発器１０
３上流の低圧配管１０８とを第２流量制御弁１１２を有
する配管１１３によって接続している。

この分留器１００では、配管１０６より分留器１００内
に導入される非共沸混合成分のうち、低沸点成分を多く
含むガス成分が、分留器１００内の上部で低圧配管１０
８によって冷却され、ガス成分中の高沸点成分が凝縮滴
下するとともに、高沸点成分を多く含む液成分が、高圧
配管１０７によって加熱され、液成分中の低沸点成分が
沸騰上昇する。

従って、第１流量制御弁１１０を開口して第２流量制御
弁１１２を閉じた場合には、分留器１００より配管１１
１を通ってガス成分が冷媒圧縮機１０９に圧入されると
ともに、分留器１００内の下部に高沸点成分が多く貯留
されるため、冷凍サイクルを循環する冷媒は、低沸点成
分の割合が多くなる。

丈な、第２流量制御弁１１２を開口して第１流量制御弁
１１０を閉じた場合には、分留器１００内の下部より、
高沸点成分が配管１１３を介して導出されるため、冷凍
ザイクルを循環する冷媒は、高沸点成分の割合が多くな
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、上記したような従来の分留器１００は、冷凍
サイクルへの分留器１００の配管接続が複雑であるとと
もに、分留時に流量制御弁１１０．１１２の切り替え制
御を必要とするため、冷凍サイクルのコストが高くなる
課題を有していた。

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
は、分留器の４１Ｉ造を簡単にするとともに、配管接続
を容易にすることで、コストの低い冷凍サイクルを提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、低沸点冷媒と高沸
点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を封入し、該非共沸混
合冷媒を分留するための分留器を備えた冷凍サイクルに
おいて、前記分留器は、−端がサイクル内の高圧ガス中
に開口するとともに、他端が前記一端より上方位置に設
けられた連通管と、内部に前記連通管の他端が開口して
設けられ、冷却されることにより、前記連通管を介して
流入したガス冷媒を凝縮液化して貯留することのできる
寄留室とからなり、前記貯留室より溢れ出た液冷媒が、
前記連通管の他端より一端に向かって流れ、前記サイク
ル内に戻ることを技術的手段とする。

［作用］ 上記構成よりなる本発明の冷凍サイクルは以下の作用を
有する。

例えば、冷房運転において、サイクル起動時（冷房負荷
の高い時）では、高沸点冷媒に、蒸発しやすい低沸点冷
媒が混入されていることにより、高沸点冷媒のみを使用
した冷凍サイクルの場合と比較して、急速な冷却速度で
冷房が行われる。

このとき分留器では、貯留室が冷却されることにより、
連通管を介して貯留室内に流入したガス冷媒が凝縮液化
して貯留室内に貯留される。

その後、貯留室内で凝縮液化された液冷媒が、連通管の
開口端部（他端）を越えて流出する際に、連通管を通っ
て上昇するガス冷媒と、貯留室より連通管の内壁を伝わ
って滴下する液冷媒とが熱交換される。

これにより、連通管内を滴下する液冷媒中に含まれる低
沸点冷媒が加熱されて蒸発するとともに、連通管内を上
昇する気相冷媒中に含まれる高沸点冷媒が冷却されて凝
縮液化するため、冷房運転の進行とともに、貯留室内に
は低沸点冷媒が高濃度で寄留される。

この結果、冷凍サイクルを循環する冷媒は、はぼ高沸点
冷媒のみとなり、非共沸混合冷媒の分留が完了するとと
もに、急速冷房運転から定常冷房運転へ移行する。

暖房運転においても、冷房運転の場合と同様に、分留器
の作用は同じであるため、冷媒凝縮器を室内機として用
いることにより、急速暖房を行うことができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、分留器の構造が簡単で、分留器自体の
コストを低下させることができるとともに、冷凍サイク
ルへの分留器の配管接続が容易で、且つ、従来のような
流量制御弁を設ける必要がないため、分留器を使用する
冷凍サイクルのコストを低下させることができる。

［実施例コ 次に、本発明の冷凍サイクルを図面に示す一実施例に基
づき説明する。

第１図はレシーバを含む分留器の断面図、第２図は第１
図に示す分留器を使用した車両用冷凍サイクルである。

本実施例の冷凍サイクル１は、第２図に示すように、冷
媒圧縮機２、冷媒凝縮器３、レシーバ４、膨脹弁５、お
よび冷媒蒸発器６の各機能部品を冷媒配管７によって環
状に接続するとともに、レシーバ４の上部に分留器８を
取り付けて構成されている。なお、冷媒圧縮機２は、電
磁クラッチ９を介して、図示しない走行用エンジンによ
って駆動される。

冷凍サイクル１内には、Ｒ１２冷媒に対して、低沸点の
Ｒ１３Ｂ１冷媒を１３　ｍｏ１％混合したＲ１２冷媒と
Ｒ１３Ｂ１冷媒との非共沸混合冷媒が封入されている。

分留器８は、冷房運転の進行とともにＲ１２冷媒とＲ１
３Ｂ１冷媒とを分留するもので、第１図に示すように、
一端１０ａがレシーバ４の土壁に接続されてレシーバ４
内に開口するとともに、他端１０ｂが一端ＩＱａより上
方に位置するように設けられた連通管１０と、該連通管
１０を介してレシーバ４と連通して設番つられた貯留室
１１とからなる。

貯留室１１は、円筒状の容器で、下端面の中央部を連通
管１０が貫通するようにして連通管１０と接続されてお
り、連通管１０の他端１０ｂが、室内中央まで突出して
設けられている。

従って、この貯留室１１は、冷却されることによって、
レシーバ４内より連通管１０を介して流入したガス冷媒
を凝縮液化して、連通管１０の他端１０ｂ部まで貯留す
ることができ、連通管１０の他端１０ｂより溢れ出た冷
媒は、連通管１０の内壁を伝わってレシーバ４内へ滴下
する。

なお、この分留器８は、車両の前部に配置された冷媒凝
縮器３の近傍に配置され、冷媒凝縮器３への送風を行う
クーリングファン（図示しない）の送風を受けて冷却さ
れる。本実施例では、レシーバ４に流入した冷媒の液温
を約６０℃とした場合に、貯留室１１に流入したガス冷
媒は、冷却されて約４０℃の液冷媒として貯留される。

上記した分留器８では、連通管１０の他端１０ｂ部まで
液冷媒が貯留された後、連通管１０の他端１０ｂより溢
れ出て滴下する液冷媒と、レシーバ４より連通管１０を
通って」−昇するガス冷媒との間で熱交換が行われ、滴
下する液冷媒中の低沸点成分であるＲ１３Ｂ１冷媒が蒸
発して貯留室１１に流入するとともに、上昇するガス冷
媒中の高沸点成分であるＲ１２冷媒が凝縮液化してレシ
ーバ４内に滴下する。

この結果、冷房運転の進行とともに、貯留室１１内には
、Ｒ１３Ｂ１冷媒が高濃度（液中のＲ１３Ｂ１冷媒：　
４３　ｍｏ１％、ガス中のＲ１３Ｂ１冷媒二６５１Ｉｌ
θ％）で貯留され、冷凍サイクル１を循環する冷媒の成
分は、Ｒ１２冷媒がほぼ１００％となる（第３図参照）
。

第３図は、温度に対するＲ１２冷媒とＲ，１３Ｂ　１冷
媒との成分割合を示したもので、図中において、破線は
液冷媒の成分割合を示し、実線はガス冷媒の成分割合を
示す。

従って、冷凍サイクル１の起動時には、液冷媒の割合が
Ｉ、０、ガス冷媒の割合が■０で示されるように、貯留
室１１には、Ｒ１２冷媒が高濃度で貯留され、貯留室１
１内の液温か約４０℃まで冷却された時点では、液冷媒
の割合がＬｌ、ガス冷媒の割合が■１で示されるように
、貯留室１１には、上述したようにＲ１３Ｂ１冷媒が高
濃度で貯留される。

なお、分留器８での分留速度は、貯留室１１の表面積が
大きくなるほど速くなる。また、連通管１０の長さＬ、
があまり短いと分留精度が著しく低下し、連通管１０の
管径りが小さすぎると、冷凍サイクル１の運転開始と同
時に貯留室１１に液冷媒が充満して落下しなくなり、分
留不能となる。

これらのことから、本実施例では、貯留室１１の表面積
を約１８０ｃＪ　（レシーバ４の約半分）、連通管１０
ｆ７）長さ１．を約１００ｍｍ、連通管１０の管径りを
、３ｍ１ｌｌ＜　Ｄ　＜　１５１１１１１１と設定する
ことにより、冷凍サイクル１の起動後、約２０分でＲ１
２冷媒とＲ１３Ｂ１冷媒との分留を完了することができ
る。

次に、本実施例の冷凍サイクル１の作動について説明す
る。

まず、冷凍サイクル１の起動により冷房運転が行われる
が、Ｒ１２冷媒に対して蒸発しやすい低沸点冷媒のＲ１
３Ｂ１冷媒を混入したことにより、Ｒ１２冷媒単一の冷
凍サイクルの場合と比較して、急速な冷却速度で車室内
の冷房が行われる。

分留器８では、レシーバ４で気液公開された後、連通管
１０を通って貯留室１１に流入したガス冷媒が、クーリ
ングファンの送風を受けて冷却され、凝縮液化して貯留
室１１に貯留される。

液冷媒が連通管１０の他端１０ｂ部まで貯留された後、
連通管１０の他端１０ｂより溢れ出た液冷媒が、連通管
１０の内壁を伝わってレシーバ４内へ滴下する際に、レ
シーバ４より連通管１０を通って」、昇するガス冷媒と
熱交換され、冷房運転の進行とともに、貯留室１１内に
は、Ｒ１３Ｂ１冷媒が高濃度で貯留される。

冷凍サイクル１起動後、約２０分でＲ１２冷媒とＲ１３
Ｂ１冷媒との分留が完了し、冷凍サイクル１を循環する
冷媒の成分は、はぼＲ，１２冷媒１００％となる。

分留完了とともに車室内の急速冷房が終了し、定常冷房
運転に移行するが、この時点では、はぼＲ１２冷媒だけ
が冷凍サイクル１内を循環するため、冷媒圧縮機２の動
力を小さくすることができる。

なお、定常冷房運転時では、冷房負荷変動が少ないので
、電磁クラッチ９の０ト叶「制御で冷房能力を制御する
ことができるため、冷媒の分留を行う必要はない。

また、冷凍サイクル１の運転を停止した場合には、貯留
室１１に貯留された低沸点成分であるＲ１３Ｂ１冷媒が
蒸発して、冷凍サイクル１内が−様な混合状態となるた
め、次のサイクル起動時における急速冷房を可能とする
ことができる。

なお、本実施例のように、電磁クラッチ９を０Ｎ−ＯＦ
Ｆ制御することで冷媒圧縮機２の能力制御を行う冷凍サ
イクル１では、電磁クラッチ９のＯＦＦ時に、貯留室１
１の冷媒が少量蒸発して、冷凍サイクル１を循環するＲ
１３Ｂ１冷媒の成分割合をやや上昇させるが、電磁クラ
ッチ９のＯＮ時に、再度貯留室１１へ分留されるため、
電磁クラッチ９のＯＮ時の時間割合が短縮される。

この結果、電磁クラッチ９のＯＮ−叶「サイクルがわず
かながら頻繁となり、冷媒圧縮機２の省動力化に寄与す
ることができる。

上述したように、本発明の分留器８は、連通管１０と貯
留室１１とだけで構成され、構造が簡単であることから
、分留器８のコストを低下させることができるとともに
、連通管１０をレシーバ４に接続するのみでよいため、
冷凍サイクル１への分留器８の配管接続が容易である。

また、従来のような流量制御弁を設ける必要がないこと
などから、分留器８を使用する冷凍サイクル１のコスト
を低下させることができる 第４図に本発明の第２実施例を示す。

本実施例の分留器８は、レシーバ４と貯留室１１とを、
連通管１０の他に、絞り１２を有する配管１３によって
連通させたものである。なお、絞り１２の代わりにバル
ブを設けてもよい。

この絞り１２は、冷媒圧縮機２のオイルがサイクル内を
循環して貯留室１１内に流入した際に、貯留室１１内よ
りサイクル内へ戻すためのものである。

なお、絞り１２を設けたことにより、貯留室１１内の液
冷媒も絞り１２から落下するが、急速冷房時には、絞り
１２からの落下量に対して、貯留室１１内での凝縮量の
方がはるかに」−回るため、絞り１２を設けても分留を
行うことができる。

第５図に本発明の第３実施例を示す。

本実施例の分留器８は、貯留室−１１の外周部に放熱フ
ィン１４を設けたものである。

このような放熱フィン１４を設けることによって、貯留
室１１の放熱面積が拡大するため、高沸点冷媒に組み合
わせる低沸点冷媒の種類や成分割合によって貯留室１１
で凝縮液化させる冷媒量を増加させる必要が生じた際に
も、不必要に貯留室１１の内容積を増加させなくてもよ
い。

第６図に本発明の第４実施例を示す。

本実施例では、分留器８を冷暖房兼用のヒートポンプ式
冷凍サイクル１５に適用したものである。

ヒートポンプ式冷凍サイクル１５は、四方弁１６によっ
て冷媒の流通経路を切り替える周知の構造を有するもの
である。なお、冷房運転時には、冷媒圧縮機２から吐出
された冷媒が、図中実線矢印で示すように、四方弁１６
を介して室外機１７に供給され、室外機１７より、逆止
弁１８、レシーバ４および分留器８、膨脹弁５、逆止弁
１９、室内機２０を順に経て、再び四方弁１６を介して
冷媒圧縮機２に吸入される。

また、暖房運転時には、冷媒圧縮機２から吐出された冷
媒が、図中破線矢印で示すように、四方弁１６を介して
室内機２０に供給され、室内機２０より、逆止弁２１、
レシーバ４および分留器８、膨脹弁５、逆止弁２２、室
外機１７を順に経て、再び四方弁１６を介して冷媒圧縮
機２に吸入される。

分留器８の作動は、暖房運転時でも冷房運転時と同様で
あり、ヒートポンプ式冷凍サイクル１５に非共沸混合冷
媒を封入することにより、サイクル機動時の急速暖房が
可能となる。

（変形例） 上記実施例では、非共沸混合冷媒として、Ｒ１２冷媒と
Ｒ１３Ｂ１冷媒との組み合わせを示したが、これに限定
する必要はなく、他の低沸点冷媒と高沸点冷媒との組み
合わせ（例えば、Ｒ１２冷媒とＲ１３冷媒、Ｒ１２冷媒
とＲ１４冷媒、あるいはＲ２２冷媒とＲ１３Ｂ１冷媒な
ど）でもよい。

分留器８を車両用冷凍サイクル１に適用したが、家庭用
や工場用などの空気調和装置の冷凍サイクルに適用して
もよい。

分留器８をレシーバ４の上部に取り付けたが、高圧ガス
が通過する冷媒配管（例えば、冷媒圧縮機２と冷媒”ａ
ｍ器３との間）に取り付けてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示すもので
、第１図は分留器の断面図、第２図は第１図に示す分留
器を採用した冷凍サイクル、第３図はＲ１２冷媒とＲ１
３Ｂ１冷媒との成分割合を示す図であり、第４図は本発
明の第２実施例を示す分留器の断面図、第５図は本発明
の第３実施例を示す分留器の断面図、第６図は本発明の
第４実施例を示すヒートポンプ式の冷凍サイクル図、第
７図は従来技術の一例を示す冷凍サイクル図である。 図中 １・・・冷凍サイクル １０ａ・・・一端 １０・・・連通管 ８・・・分留器 １０ｂ・・・他端 １１・・・貯留室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　低沸点冷媒と高沸点冷媒とからなる非共沸混合冷
   媒を封入し、該非共沸混合冷媒を分留するための分留器
   を備えた冷凍サイクルにおいて、前記分留器は、 一端がサイクル内の高圧ガス中に開口するとともに、他
   端が前記一端より上方位置に設けられた連通管と、 内部に前記連通管の他端が開口して設けられ、冷却され
   ることにより、前記連通管を介して流入したガス冷媒を
   凝縮液化して貯留することのできる貯留室とからなり、 前記貯留室より溢れ出た液冷媒が、前記連通管の他端よ
   り一端に向かって流れ、前記サイクル内に戻ることを特
   徴とする冷凍サイクル。