专利名称：制冷循环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制冷循环，特别地，涉及一种在使用新的制冷剂的情况下能最佳 地分离制冷剂与油并能以较高的效率运转的制冷循环。
背景技术：
例如使用于车用空调装置等的制冷循环具有图7所示的基本结构。在图7中，制 冷循环101包括对制冷剂进行压缩的压缩机102 ；对经压缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝 器103 ；作为使经冷凝后的制冷剂减压、膨胀的减压/膨胀装置的膨胀阀104 ；以及使经减 压、膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器105，使制冷剂一边改变其状态一边在该制冷循环101中 循环。在上述制冷循环101中，为了提高压缩机102等的耐久性等，有时在使用的制冷剂中 含有润滑油(例如，由PAG(聚亚烷基二醇)构成的油)。另外，在使用制冷剂及油的情况 下，为了抑制因油附着在循环中的热交换器(例如，蒸发器105)中而产生的导热阻碍，已知 有一种将油分离器设于循环中的适当的位置、以极力使与制冷剂分离后的油不进入热交换 器中而使该油朝需要润滑的压缩机返回的方法。但是，作为当前代表性的制冷剂能列举出 R134a，由于该制冷剂与PAG油的相溶性较好，所以，实际情况是，在几乎所有的情况 下未设置油分离器。以全球变暖潜势(GWP :global warming potential)等的进一步改善为目的，对上 述作为当前代表性的制冷剂等进行新制冷剂的研究、开发(例如非专利文献1)。作 为以上述改善为目的的新制冷剂，最近公开了 R1234yf，例如，对于使用于车用空调装置等 的制冷循环中的应用，其试验、研究也处于可能的状况。现有技术文献非专利文献非专利文献1 制冷2008年3月刊第83卷第965号
发明内容
发明所要解决的技术问题然而，在使用新制冷剂R1234yf的情况下，R1234yf与R134a比较，其与PAG油的 相溶性较差，尤其在制冷循环中的高压侧，存在液态制冷剂与油分离这样的问题。即，在将 新制冷剂R1234yf使用于如图7所示的制冷循环的情况下，例如，如图6中表示的在比较 高负载时的某一运转条件下的一例那样，在低温低压侧，R1234yf能与PAG油相溶(相溶区 域)，但在高温高压侧容易形成制冷剂与油分离的两相分离区域，特别地，存在该区域中制 冷剂与油分离这样的问题。当油在制冷剂循环通路的中途与制冷剂分离时，有时也存在尤 其是油不返回压缩机的情况，从而对压缩机的耐久性存在担心。另外，在使用制冷剂的车用空调装置中，通常，在制冷循环中的液态路中安 装有观测镜，能根据通过观测镜所观察到的制冷剂状态来判断制冷剂的过量或不足。然而， 在使用新制冷剂R1234yf的情况下，存在上述在制冷剂循环通路的中途，液态制冷剂与油分离这样的问题，观测镜可能会因分离的油而污浊或模糊，从而不能利用观测镜判断几乎 所有情况下的制冷剂的过量或不足。因此，本发明的技术问题着眼于上述使用新制冷剂R1234yf的情况下的问题，即 使在将制冷剂改变为新制冷剂R1234yf的情况下，也能在适当的位置恰当地将制冷剂与油 强制分离，使分离后的油优先返回到压缩机等的需要润滑的部位并极力使该油不供给至不 希望油供给的热交换器等，从而作为制冷循环整体能以较高的效率运转。另外，本发明的其他技术问题在于，在将观测镜设于制冷循环中的液态路的情况 下，即使在使用新制冷剂R1234yf的情况下，也能经由该观测镜可靠地判断制冷剂的过量 或不足。解决技术问题所采用的技术方案为解决上述技术问题，本发明所涉及的制冷循环沿制冷剂的流动方向依次包括 对制冷剂进行压缩的压缩机；对压缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝器；使冷凝后的制冷剂减 压、膨胀的减压/膨胀装置；以及使减压、膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器，其特征是，使用 R1234yf作为制冷剂，并在从上述压缩机出口侧到上述减压、膨胀装置的区域中、制冷剂与 油不相溶地以分离的状态并存的两相分离区域内，设置将制冷剂与油强制分离的油分离装 置。在此，本发明的冷凝器是指所谓的过冷冷凝器，该过冷冷凝器除了通常的冷凝器以外， 还具有使制冷剂在冷凝器内冷凝至过冷状态的液态制冷剂的过冷区域。S卩，在使用作为制冷剂的情况下，在几乎所有的情况下无需设置油分离器， 但在使用新制冷剂R1234yf的本发明中，将油分离装置设于制冷循环中的特定的区域、即 上述两相分离区域内，从而使制冷剂与油强制分离。作为对油进行分离的部位，该两相分离 区域是有效的。换言之，两相分离区域是指无需特别的操作就能使制冷剂与油分离的区域， 在本发明中相反地利用该区域。如上所述，最好尽可能使油不在热交换器中流通，在制冷剂 为气体状态的情况下，即使是现有制冷剂，其与油的相溶也是微小的，但在冷凝器入口侧的 气体状态区域中同样会受到油的影响。因此，在本发明中，即使在上述两相分离区域内之 中，尤其在上述冷凝器与减压/膨胀装置之间(从冷凝器气体区域出口到减压/膨胀装置 入口之间)进行油分离是较好的，在该区域内设有油分离装置是更理想的。利用如后所述 的各种方法在两相分离区域中恰当地强制分离制冷剂与油，从而能使分离后的油不通过下 游侧的热交换器而返回到需要润滑的压缩机等。其结果是，可降低因热交换器中油的附着 而导致的导热阻碍的可能性，能提高制冷循环的制冷能力及性能系数，并能在始终良好的 状态下进行压缩机等的润滑，从而能消除关于耐久性的担心。在使油返回至压缩机的情况下，只要将使被油分离装置分离后的油返回至压缩机 的油返回路设于上述油分离装置与上述压缩机之间即可。对于油返回路，例如使用毛细管， 使毛细管与压缩机的曲轴箱连接，从而能使油直接返回至该曲轴箱内。另外，若将观测镜设于上述油分离装置的设置位置的制冷剂循环方向下游侧的适 当的液态路位置，则由于已经从通过观测镜设置部位的制冷剂中分离除去了大部分的油， 所以，尤其能防止以从制冷剂分离的状态与制冷剂并存的油使观测镜模糊不清，从而能通 过观测镜清楚地观察制冷剂的状态，并能通过该观察准确地判断制冷剂的过量或不足。例如，如上所述，能使用由聚亚烷基二醇构成的PAG油作为上述油。在设有油分离 装置的两相分离区域中，尤其在从冷凝器出口到减压/膨胀装置入口之间的区域中，通常，制冷剂的状态为液体状态，例如下述表1所示，R1234yf制冷剂的比重比PAG油的比重小。 即，在被强制分离的状态下，油在制冷剂的下侧形成层。因此，分离后的油从垂直方向下侧 流出，若上述油分离装置配置于比上述压缩机靠垂直方向高位，则容易使分离后的油返回 至压缩机。在油的比重比R1234yf制冷剂的比重大的情况下，上述油分离装置与压缩机的 垂直方向上的位置关系是有效的，在油为PAG油的情况下，该位置关系是特别有效的。表 1
比重R1234yf0. 97R134a1. 08PAG1. 00作为上述油分离装置自身的结构，能采用各种结构。例如，油分离装置能采用以下 结构等具有通过离心分离制冷剂与油来对制冷剂与油进行分离的离心分离装置，或具有 通过使制冷剂与油碰撞来对制冷剂与油进行分离的碰撞分离装置，或者具有通过捕捉制冷 剂及油中的油来对制冷剂与油进行分离的捕捉分离装置。此外，也能采用组合上述结构的结构。例如，油分离装置能采用以下结构等具有 通过离心分离制冷剂与油来对制冷剂与油进行分离的离心分离装置及通过捕捉制冷剂及 油中的油来对制冷剂与油进行分离的捕捉分离装置，或者具有通过使制冷剂与油碰撞来对 制冷剂与油进行分离的碰撞分离装置及通过捕捉制冷剂及油中的油来对制冷剂与油进行 分离的捕捉分离装置。尤其若将捕捉分离装置设于油分离装置的最低位部，以该捕捉分离装置部来捕捉 油，则能防止分离后的油流入例如位于上方的液态制冷剂吸上管等。另外，在上述油分离装置内的垂直方向下部设有分离后的油的临时收容部也是较 为理想的实施方式。若设有上述临时收容部，则可使分离后的油从具有积存某一程度的油 量的临时积存状态朝期望的目的地返回，从而能实现稳定的油返回，并能以临时收容部内 的油封闭该油返回路，因此，也能防止制冷剂朝油返回路的不期望的流入。另外，在上述油分离装置的垂直方向下端部设有分离后的油的出口也是较为理想 的实施方式。尤其在存在如上所述的油的比重与R1234yf制冷剂的比重的大小关系的情况 下，上述油出口的配置是有效的。上述本发明所涉及的制冷循环基本上能适用于欲使用新制冷剂R1234yf的所有 制冷循环，尤其适用于在要求效率较高的运转、压缩机等的长时间较高的耐久性的车用空 调装置中使用的制冷循环。发明效果根据本发明所涉及的制冷循环，能提高使用新制冷剂R1234yf的制冷循环的压缩 机的耐久性、可靠性。另外，基本上不使油朝油分离装置配置部以后的制冷循环循环，可降 低因在该油分离装置配置部下游侧的热交换器中附着油而导致的导热阻碍的可能性，从而能提高制冷循环的制冷能力及性能系数。此外，能利用设于液态路的观测镜来可靠地观察 制冷剂的状态，藉此，能可靠地判定制冷剂的过量或不足。
图1是本发明一实施方式的制冷循环的设备系统图。图2是表示本发明的油分离装置的一例的概略结构图。图3是表示本发明的油分离装置的另一例的概略结构图。图4是表示本发明的油分离装置的又一例的概略结构图。图5是表示本发明的油分离装置的其他又一例的概略结构图。图6是表示新制冷剂R1234yf的相状态的一例的特性图。图7是现有的制冷循环的设备系统图。
具体实施例方式以下，参照优选的实施方式和附图对本发明进行说明。图1表示本发明一实施方 式的制冷循环的设备配置，在图示例中，图的上下方向为垂直方向X，越靠图的上部表示位 于垂直方向上的高位，越靠图的下部表示位于垂直方向上的低位。该制冷循环1与图7所示 的基本结构相同，沿制冷剂的流动方向(箭头方向)依次包括对制冷剂进行压缩的压缩机 2 ；对压缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝器3 ；作为使冷凝后的制冷剂减压、膨胀的减压/膨胀 装置的膨胀阀4 ；以及使减压、膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器5，但此外，还使用R1234yf作 为制冷剂，并在从压缩机2的出口侧到膨胀阀4的入口的区域中、制冷剂与油不相溶地以分 离的状态并存的两相分离区域(例如，如图6所示的两相分离区域)内，设有作为使制冷剂 和油强制分离的油分离装置的油分离器6。在本实施方式中，在两相分离区域中，尤其在冷 凝器3与膨胀阀4之间设有油分离器6。油分离器6与压缩机2之间被油返回路7连接， 该油返回线7使被油分离器6强制分离后的油返回到压缩机2。对于油返回路7，例如使用 有毛细管(capillary tube)，毛细管的一端侧例如与压缩机2的曲轴箱(crank case)直 接连接，从而能使油直接返回到曲轴箱内。对于油，例如使用有上述PAG油(PolyAlkylene Glycol oil)。油分离器6与压缩机2的垂直方向上的位置关系被配置成油分离器6比压缩机2 更高位(压缩机2比油分离器6更低位)，以使被油分离器6分离后的油因自重而顺利地返 回到压缩机2中。通常，从配置有上述油分离器6的部位到膨胀阀4的制冷循环中的部位为液态路， 在该液态路中的恰当部位设有能观察内部的制冷剂的状态的观测镜(Sight Glass)80由于被油分离器6强制分离后的油经由油返回路7返回到压缩机2，所以，压缩机 2的润滑状态被维持在足够良好的状态，从而能确保长时间的耐久性。另外，由于在油分离 器6以后的制冷循环通路中没有供给被油分离器6强制分离后的油，所以，可降低设于下游 侧的热交换机、上述图示例中的蒸发器5因油附着而导致的导热阻碍的可能性，从而能提 高制冷循环1的制冷能力及性能系数。此外，由于被油分离器6强制分离后的油也不被供 给到设于液态路的观测镜8，因此，可防止因油而产生的观测镜8的模糊等，从而能可靠地 观察内部的制冷剂的状态，并能通过观察制冷剂状态来可靠地判定制冷剂的过量或不足。
上述油分离器6能构成为各种结构。图2 图4表示例如即使在上述两相分离区 域中，也能在压缩机2与冷凝器3之间配置油分离器的情况下的结构例，图5表示将油分离 器6配置于图1所示的最佳位置的情况下的优选结构例。上述结构例只是例示，例如，也能 将如上所述任一个例子的结构彼此组合。在图2所示的例子中，利用设于油分离器6a内的作为离心分离装置的管状的离心 分离部11使来自压缩机2的制冷剂及油离心分离，来将上述来自压缩机2的制冷剂及油强 制分离成制冷剂相12和暂时收容于下部侧的油的临时收容部的油相13，并使被分离的油 经由油返回路7朝压缩机2返回，使被分离的制冷剂朝冷凝器3输送。在图3所示的例子中，来自压缩机2的制冷剂及油被设于油分离器6b内的、作为 使制冷剂与油通过碰撞来对制冷剂和油进行分离的碰撞分离装置的碰撞分离部21强制分 离成制冷剂相22和暂时收容于下部侧的油的临时收容部的油相23，被分离的油经由油返 回路7朝压缩机2返回，被分离的制冷剂朝冷凝器3输送。在图4所示的例子中，来自压缩机2的制冷剂及油被设于油分离器6c内的、作为 捕捉制冷剂及油中的油来对制冷剂和油进行分离的捕捉分离装置的捕捉分离部31强制分 离成制冷剂相32和暂时收容于下部侧的油的临时收容部的油相33，被分离的油经由油返 回路7朝压缩机2返回，被分离的制冷剂朝冷凝器3输送。在图5所示的例子中，来自冷凝器3的制冷剂及油被设于油分离器6d (相当于图1 所示的油分离器6)内的作为离心分离装置的管状的离心分离部兼吸上管41离心分离，从 而被强制分离成液态制冷剂相42和暂时收容于下部侧的油的临时收容部的油相43，但在 油的临时收容部中还设有油捕捉分离部44，对于被离心分离部兼吸上管41吸上来的制冷 剂，进一步进行油的捕捉、保持，来使制冷剂与油强制分离，以使油不与制冷剂流一起流出。 被分离的油经由油返回路7朝压缩机2返回，被分离后的制冷剂朝膨胀阀4或冷凝器3为 上述过冷冷凝器(subcool condenser)的情况下的冷凝器3内的过冷区域(液态制冷剂) 输送。这样，油分离装置自身能根据两相分离区域内的设置部位采用各种结构。工业上的可利用性本发明所涉及的制冷循环能适用于欲使用新制冷剂R1234yf的所有的制冷循环， 尤其作为使用于车用空调装置的制冷循环是优选的。(符号说明)1制冷循环2压缩机3冷凝器4作为减压/膨胀装置的膨胀阀5蒸发器6、6a、6b、6c、6d作为油分离装置的油分离器7油返回路8观测镜11作为离心分离装置的离心分离部12、22、32 制冷剂相
13、23、33、43 油相21作为碰撞分离装置的碰撞分离部31作为捕捉分离装置的捕捉分离部41离心分离部兼吸上管44油捕捉分离部
权利要求
1.一种制冷循环，沿制冷剂的流动方向依次包括对制冷剂进行压缩的压缩机；对压 缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝器；使冷凝后的制冷剂减压、膨胀的减压/膨胀装置；以及使 减压、膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器，其特征在于，使用R1234yf作为制冷剂，并在从所述压缩机出口侧到所述减压/膨胀装置的区域中、 制冷剂与油不相溶地以分离状态并存的两相分离区域内，设置将制冷剂和油强制分离的油 分1 装直。
2.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述油分离装置设于所述冷凝器与所述减压/膨胀装置之间。
3.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，在所述油分离装置与所述压缩机之间，设有使被油分离装置分离后的油返回到压缩机 的油返回路。
4.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，在所述油分离装置的制冷剂循环方向下游侧，设有能观察内部的制冷剂的状态的观测镜。
5.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于， 所述油由聚亚烷基二醇构成。
6.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述油分离装置配置于比所述压缩机靠垂直方向高位。
7.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述油分离装置具有通过离心分离制冷剂与油来对制冷剂与油进行分离的离心分离装置。
8.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述油分离装置具有通过使制冷剂与油碰撞来对制冷剂与油进行分离的碰撞分离装置。
9.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述油分离装置具有通过捕捉制冷剂及油中的油来对制冷剂与油进行分离的捕捉分1 装直ο
10.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述油分离装置具有通过离心分离制冷剂与油来对制冷剂与油进行分离的离心分离 装置及通过捕捉制冷剂及油中的油来对制冷剂与油进行分离的捕捉分离装置。
11.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述油分离装置具有通过使制冷剂与油碰撞来对制冷剂与油进行分离的碰撞分离装 置及通过捕捉制冷剂及油中的油来对制冷剂与油进行分离的捕捉分离装置。
12.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，在所述油分离装置内的垂直方向下部设有被分离的油的临时收容部。
13.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，在所述油分离装置的垂直方向下端部设有被分离的油的出口。
14.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于， 能使用于车用空调装置。
全文摘要
一种制冷循环，包括压缩机、冷凝器、减压/膨胀装置及蒸发器，其特征是，使用R1234yf作为制冷剂，并在制冷剂与油不相溶地以分离状态并存的两相分离区域内，设置将制冷剂与油强制分离的分离装置。即使在将制冷剂改变为新制冷剂R1234yf的情况下，也能在适当的位置恰当地将制冷剂与油强制分离，从而作为制冷循环整体能以较高的效率运转。
文档编号F25B1/00GK102077037SQ200980124789
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月9日 优先权日2008年6月27日
发明者松元雄一 申请人:三电有限公司