JP2005164056A - 冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮機内の油量を過不足なく調整可能とすることにより、装置の信頼性を確保するとともに圧縮機の機械ロスをなくして圧縮機効率を向上させることのできる冷凍空調装置が求められている。
【解決手段】 冷凍空調装置は、圧縮機１、熱源側熱交換器２、冷媒絞り手段３、および負荷側熱交換器４を直列環状に接続してなる冷媒回路を備え、圧縮機１内の駆動モータ２７の下方に、駆動モータ潤滑用の油Ｍを収容する油貯留部２８が配置された冷凍空調装置において、圧縮機１の油貯留部２８内における最低必要油面Ｌを上回り、かつ、駆動モータ２７の下端２７Ａを下回る高さ位置と、油貯留部２８内の圧力よりも低い圧力になる冷媒回路の構成要素（吸引部５）とを吸引管９で配管接続したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮機内の油を適正にするための圧縮機への返油技術および均油技術を備えた冷凍空調装置に関するものである。

図９は後述の特許文献１に記載された従来の冷凍空調装置の冷媒回路図である。図９において、１，１１は並列に配備された２台の圧縮機、１５は圧縮機１の吐出側に配備された油分離器、１６は圧縮機１１の吐出側に配備された油分離器、２は凝縮器となる熱源側熱交換器、２３はレシーバ、３は冷媒絞り手段、４は蒸発器となる負荷側熱交換器、６はアキュムレータであり、これらを直列環状に順次配管接続してメインの冷媒回路を構成している。圧縮機１内の油貯留部と圧縮機１１内の油貯留部とは均油管１２を介して接続されており、油分離器１５，１６で分離された油は毛細管１７，１８を経て、互いに異なる圧縮機１１，１の吸込側へ戻るようになっている。

前記構成の冷凍空調装置において、例えば冷媒吐出容量の異なる圧縮機１，１１が同時に運転された場合、大容量の圧縮機に小容量の圧縮機の戻り油が流れ込み、小容量の圧縮機に大容量の圧縮機の戻り油が流れ込むので、油面が低くなりやすい小容量の圧縮機に十分な量の油が供給されるようになる。また、一方の圧縮機が停止した場合、圧縮機内の圧力は運転中のものが低くなるので、停止中の圧縮機に流れ込んだ戻り油は、均油管１２を通って運転中の圧縮機に流れるようになっている。

実開平５−８３６６７号公報

ところで、上記した従来の冷凍空調装置において、冷媒回路が、室外機と、室内機と、これらをつなぐ長い配管長の冷媒配管とから構成されている場合、室外機に搭載されている圧縮機の油がいったん室外機から持ち出されると、圧縮機内の油量が減少して潤滑に必要な油の確保が困難になる。

他方で、室外機内の油量が過多の場合には、圧縮機の駆動モータが油に浸かり駆動モータのロータが油を攪拌して機械ロスが発生し、それに伴い消費電力量が増加して圧縮機効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、１台もしくは複数の圧縮機を備えた冷凍空調装置において、圧縮機内の油量を過不足なく調整可能とすることにより、装置の信頼性を確保するとともに圧縮機の機械ロスをなくして圧縮機効率を向上させることを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る冷凍空調装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒絞り手段、および負荷側熱交換器を直列環状に接続してなる冷媒回路を備え、圧縮機内の駆動モータの下方に、駆動モータ潤滑用の油を収容する油貯留部が配置された冷凍空調装置において、圧縮機の油貯留部内における最低必要油面を上回り、かつ、駆動モータの下端を下回る高さ位置と、油貯留部内の圧力よりも低い圧力になる冷媒回路の構成要素とを配管接続したものである。

また、圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒絞り手段、および負荷側熱交換器を直列環状に接続してなる冷媒回路を備え、圧縮機内の駆動モータの下方に、駆動モータ潤滑用の油を収容する油貯留部が配置された冷凍空調装置において、圧縮機の油貯留部内における最低必要油面を上回り、かつ、駆動モータの下端を下回る高さ位置と油溜めとを配管接続し、さらに油溜めと当該油溜め内の圧力よりも低い圧力になる冷媒回路の構成要素とを配管接続したものである。

そして、請求項１または請求項２の構成において、油貯留部内の圧力よりも低い圧力になる冷媒回路の構成要素として、管内流体流速が毎秒１ｍ以上となる流路断面積で形成された圧縮機吸込側の配管を採用したものである。

さらに、請求項１から請求項３のいずれかの構成において、冷媒回路は並列する複数の圧縮機を備えてなり、複数の圧縮機の油貯留部間が均油管で接続されているものである。

また、請求項４の構成において、複数の圧縮機の吐出側にそれぞれ油分離器を接続し、或る圧縮機に対応する油分離器と別の圧縮機の吸込側とを返油管を介して接続したことにより、或る油分離器で分離した油を返油管により別の圧縮機の吸込側に流入させるものである。

そして、請求項５の構成において、或る圧縮機に対応する油分離器に接続された返油管と別の圧縮機の吸込管との接続位置が、当該別の圧縮機の吸込口よりも高い位置に配置されているものである。

さらに、請求項１から請求項６のいずれかの構成において、所定時間の経過ごとに圧縮機の冷媒吐出容量を変更する制御部を備えているものである。

請求項１に記載の冷凍空調装置によれば、圧縮機の油貯留部内における最低必要油面を上回り、かつ、駆動モータの下端を下回る高さ位置と、油貯留部内の圧力よりも低い圧力になる冷媒回路の構成要素とを配管接続したので、例えば油が室外機から機外に持ち出されることを想定して圧縮機の許容油量よりも多くの油を冷媒回路に封入したとしても、油貯留部内の油面は、最低必要油面高さ位置から駆動モータが油に浸からない高さ位置までの間でバランスする。従って、圧縮機の適正な潤滑性能を確保することができる。また、圧縮機の駆動モータが油に接して油を攪拌するといった機械ロスも無くすことができるため、圧縮機効率の向上化につながる。さらには、圧縮機を備えた室外機の機外に油が多少持ち出されても、圧縮機の油が枯渇することがない。

請求項２に記載の冷凍空調装置によれば、圧縮機の油貯留部内における最低必要油面を上回り、かつ、駆動モータの下端を下回る高さ位置と油溜めとを配管接続し、油溜めと、この油溜め内の圧力よりも低い圧力になる冷媒回路の構成要素とを配管接続したので、油貯留部内で余剰となった油はいったん油溜めに溜められる。これにより、油溜めとつながれた冷媒回路構成要素に一度に大量の油が流入することを防止でき、その冷媒回路構成要素で冷媒ガスと油が混合する際に生じる圧力損失を極力低減することができる。その結果、圧縮機吸込圧力の低下を抑えて圧縮機効率を向上化することができる。

請求項３に記載の冷凍空調装置によれば、請求項１，２における圧縮機の油貯留部内または油溜め内の圧力よりも低い圧力になる冷媒回路の構成要素として、圧縮機吸込側の所定流路断面積の配管を用いてあるので、請求項１，２の発明による作用、効果を、簡易な構成で安価に実現することができる。

請求項４に記載の冷凍空調装置によれば、請求項１〜３の構成における冷媒回路が、並列する複数の圧縮機を備えてなり、複数の圧縮機の油貯留部間が均油管で接続されているので、圧縮機が複数の場合であっても、各圧縮機において請求項１〜３の発明による作用、効果を奏することができる。加えて、或る圧縮機の停止時などには均油管を通じて油が流れるため、或る圧縮機内と別の圧縮機内の油面高さが同じ高さとなり、各圧縮機における油量の偏りを無くすことができる。

請求項５に記載の冷凍空調装置によれば、請求項４の構成における複数の圧縮機の吐出側にそれぞれ油分離器を接続し、或る圧縮機に対応する油分離器と別の圧縮機の吸込側とを返油管を介して接続したことにより、或る油分離器で分離した油は返油管により別の圧縮機の吸込側に流入するので、複数の圧縮機で保有される油量のバラツキが抑えられるとともに、油が室外機外に持ち出されることによる圧縮機の油枯渇を防止できる。

請求項６に記載の冷凍空調装置によれば、請求項５の構成において、或る圧縮機に対応する油分離器に接続された返油管と別の圧縮機の吸込管との接続位置が、別の圧縮機の吸込口よりも高い位置に配置されているので、油分離器で分離された油をその自重により駆動中の圧縮機の吸込口に自動的に送ることができる。加えて、圧縮機の吸込口における油のよどみを防止することも可能となる。

請求項７に記載の冷凍空調装置によれば、所定時間の経過ごとに圧縮機の冷媒吐出容量を変更する制御部を採用したことにより、圧縮機内の油面が低下した場合でも、制御部が所定時間ごとに圧縮機の冷媒吐出容量を低下させることにより油面を回復させるので、圧縮機の油枯渇を防止できる。

実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の冷媒回路を示す。図１において、１は圧縮機、２は熱源側熱交換器、３は膨張弁などの冷媒絞り手段、４は負荷側熱交換器、６はアキュムレータであり、これらを直列環状に順次配管接続してメインの冷媒回路を構成している。圧縮機１内には、駆動モータ２７が配備されており、この駆動モータ２７の下方にモータ潤滑用の油Ｍを収容する油貯留部２８が配置されている。駆動モータ２７の上部には、冷媒を圧縮する圧縮室３５があり、駆動モータの回転動力は、軸３６を介して圧縮室３５に伝えられる。さらに、軸３６は軸受け３７によりささえられ、軸内部に切った穴を流れて油貯留部２８に溜まっている油が、軸受け３７に供給される。アキュムレータ６内には、Ｕ字状に曲げられたＵ字管７が内蔵されており、Ｕ字管７の最下端付近には、アキュムレータ６内に溜まった油ＭをＵ字管７内に吸引するための孔８が穿けられている。５はＴ字管などに代表される接続配管で構成された吸引部、９は吸引管であり、圧縮機１と吸引部５は吸引管９を介して接続されている。吸引管９の一端９Ａは、圧縮機１の油貯留部２８内における最低必要油面高さＬを上回り、かつ、駆動モータ２７が油Ｍに浸からない高さ位置（ロータ下端２７Ａを下回る位置）までの間の油貯留部２８内に開口している。

吸引部５は圧縮機１の油貯留部２８内の圧力よりも低い圧力となる冷媒回路の位置（冷媒配管、熱交換器その他の構成要素の位置でよく、この例では負荷側熱交換器４とアキュムレータ６の間の冷媒配管３０）に設置される。圧縮機１が高圧シェルタイプの場合、吸引部５は冷媒回路のどの位置であってもその位置の圧力が圧縮機１の油貯留部２８内よりも低くなるので、特に配設位置の制約は受けない。但し、圧縮機１と吸引部５を接続する吸引管９の途中にバルブや絞りを設けることにより、ホットガス冷媒が過剰にバイパスするのを防ぐことが望ましい。一方、圧縮機１が低圧シェルタイプの場合、負荷側熱交換器４から圧縮機１の吸込口までの位置に吸引部５を設置することが望ましい。また、吸引部５は、例えばエジェクタ形状とするか、もしくは、管内径Ｄを絞るか、または、配管を曲げるなどの形状とすることにより、吸引部５内の静圧を下げることができる。これにより、吸引部５の内圧を圧縮機１の内圧よりも下げることが可能となる。なお、配管を曲げた場合には、曲げの内側の静圧が外側よりも下がることから、曲げの内側に吸引管９を接続する。さらに、冷媒回路内に封入する油は、室外機の機外に油が持ち出されることを想定して、圧縮機１の許容油量よりも多く封入する。ここで、許容油量とは、圧縮機１が適正な性能を発揮することのできる油量であり、例えば圧縮機１の駆動モータ２７のロータ下端２７Ａが油Ｍに浸かりロータの回転で油Ｍが攪拌されて動力をロスするといったことのない油量である。

なお、圧縮機１に高圧シェルタイプを選定した場合、圧縮機１に吸入される冷媒は、直接、圧縮機１内の圧縮室３５に入るため、駆動モータ２７によるプレヒートロスがなく効率的である。一方、低圧シェルタイプを選定した場合は、冷媒が液バックしたときでも、一旦、駆動モータ２７の熱で冷媒を蒸発させたのちに圧縮室に吸引するため、液圧縮の心配がなく、液バックに対する信頼性を高くすることができる。つまり、冷媒回路システムの特徴に応じて、高圧シェルタイプの圧縮機または低圧シェルタイプの圧縮機を使い分けすると有効である。

上記した構成の冷凍空調装置が駆動すると、圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、熱源側熱交換器２で凝縮・液化し、冷媒絞り手段３で低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒が負荷側熱交換器４で蒸発・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は吸引部５とアキュムレータ６を経て圧縮機１に戻る。ここで、圧縮機１の油貯留部２８内に開口した吸引管９の一端９Ａよりも高い位置に油面高さがある場合、油貯留部２８内の油Ｍは吸引管９を経て吸引部５に流れ、冷媒配管３０を流れるガス冷媒と共にアキュムレータ６に流入する。アキュムレータ６内に流入した油Ｍは、一旦、ガス冷媒から分離してアキュムレータ６の下部に溜まり、Ｕ字管７下部の孔８から一定量がＵ字管７内に流れ込み、冷媒ガスと共に圧縮機１に戻る。

以上の構成と動作から、この実施形態の冷凍空調装置は、油Ｍが室外機外に持ち出されることを想定して、圧縮機１の許容油量よりも多くの油Ｍが冷媒回路に封入されたとしても、圧縮機１の油貯留部２８内における油面の高さは、最低必要油面高さ位置Ｌから駆動モータ２７のロータ下端２７Ａが油Ｍに浸からない位置までの間でバランスする。従って、圧縮機１の適正な潤滑性能が確保されるとともに、駆動モータ２７のロータ下端２７Ａが油Ｍを攪拌するといった機械ロスをなくすことができ、圧縮機効率を向上させることができる。また、室外機外に油Ｍが多少持ち出されても、圧縮機１内の油Ｍは枯渇しない。また、吸引部５（本発明における配管）は構成が簡素であり安価に入手できる。

実施の形態２．
図２に本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の冷媒回路を示す。図２において、１，１１は並列に配置された２台の圧縮機、２は熱源側熱交換器、３は冷媒絞り手段、４は負荷側熱交換器、６はアキュムレータであり、これらを直列環状に順次配管接続してメインの冷媒回路を構成している。アキュムレータ６内には、Ｕ字状に曲げられたＵ字管７ａ，７ｂが内蔵されている。Ｕ字管７ａ，７ｂの最下端付近には、アキュムレータ６内に溜まった油をＵ字管７ａ，７ｂ内に吸引するための孔８ａ，８ｂが穿けられている。圧縮機１内の油貯留部と圧縮機１１内の油貯留部は均油管１２を介して接続されている。５は吸引部、９は吸引管であり、均油管１２と吸引部５は吸引管９を介して接続されている。均油管１２の両端は、圧縮機１，１１の各油貯留部内においてそれぞれの最低必要油面高さ位置を上回り、かつ、各駆動モータのロータ下端が油で浸からない高さ位置までの間で、圧縮機１，１１の各油貯留部内に開口している。

吸引部５は圧縮機１もしくは圧縮機１１の油貯留部内の圧力よりも低い圧力となる冷媒回路の位置（ここでは、負荷側熱交換器４とアキュムレータ６の間の冷媒配管）に設置される。圧縮機１および圧縮機１１が高圧シェルタイプの場合には、吸引部５は冷媒回路のどの位置であってもその位置の圧力が圧縮機１内および圧縮機１１内よりも低くなるので、特に位置の制約を受けない。一方、圧縮機１および圧縮機１１が低圧シェルタイプの場合には、負荷側熱交換器４から圧縮機１または圧縮機１１の各吸込口までの位置に設置することが望ましい。また、吸引部５は、エジェクタ形状とするか、もしくは、管内径を絞るなどの形状とすることにより、吸引部５内の静圧を下げることができる。これにより、圧縮機１および圧縮機１１の内圧よりも吸引部５の内圧を下げることが可能となる。一般に、配管内の冷媒流速を上げて配管内の静圧を下げる目安となる動圧を、０．５×（冷媒密度）×（冷媒速度）^２の式で計算できる。これにより、吸引部５での動圧（言い換えると、静圧の低下）が、吸引部５から圧縮機１までの圧力損失よりも大きくなるような冷媒速度とするように、吸引部５の流路断面積（円管の場合、管内径Ｄで決まる）を選定する。この時の冷媒流速は毎秒１メートル以上とする。

そこで、この冷凍空調装置が駆動すると、圧縮機１および圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、熱源側熱交換器２で凝縮・液化し、冷媒絞り手段３で低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒が負荷側熱交換器４で蒸発・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は吸引部５とアキュムレータ６を経て圧縮機１および圧縮機１１に戻る。ここで、圧縮機１内もしくは圧縮機１１内に開口した均油管１２の端部よりも高い位置に油面高さがある場合、圧縮機１内もしくは圧縮機１１内の油は均油管１２および吸引管９を経て吸引部５に流れ、ガス冷媒と共にアキュムレータ６に流入する。アキュムレータ６内に流入した油は、一旦、ガス冷媒から分離されてアキュムレータ６の下部に溜まり、Ｕ字管７ａ，７ｂ下部の孔８ａ，８ｂから一定量がＵ字管７ａ，７ｂ内に流れ込み、冷媒ガスと共に圧縮機１および圧縮機１１に戻る。

以上の構成と動作から、この実施形態の冷凍空調装置は、圧縮機を複数台備えていて、かつ、室外機外に油が持ち出されることを想定して圧縮機の許容油量以上の油を冷媒回路に封入している場合でも、圧縮機内の油の高さは、最低必要油面高さ位置から駆動モータが油で浸からない高さ位置までの間でバランスする。従って、圧縮機の潤滑性能を適正に確保することができ、駆動モータのロータが油を攪拌するといった機械ロスをなくして圧縮機効率を向上させることができる。また、停止時等においては、均油管１２の存在により、圧縮機１内と圧縮機１１内の油面高さは同じ高さとなり、圧縮機１，１１間の油量の偏りをなくすことができる。なお、本実施の形態では圧縮機２台の場合を例示したが、３台以上の圧縮機（図１５、図１６参照）を並設した場合でも同様の効果を奏する。また、吸引管９は各圧縮機を接続する均油管のどの位置に接続してもよい。また、各圧縮機を接続する均油管は、図１５に示した均油管１２ａ，１２ｂのように分岐したものを用いることもできる。このように分岐した均油管１２ａ，１２ｂで各圧縮機１，１１，２５を接続する場合は、各圧縮機１，１１，２５における均油管１２ａ，１２ｂの取り出し口が１箇所となるため、圧縮機の標準化を図ることができる。あるいは、図１６に示すように、圧縮機１，１１間を均油管１２ａで接続し、圧縮機１１，２５間を均油管１２ｂで接続するといったように、直列に接続してもよい。

実施の形態３．
図３に本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置の冷媒回路を示す。図３において、図２と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。図３において、１は小容量の圧縮機、１１は大容量の圧縮機である。９は大容量の圧縮機１１と接続された吸引管である。吸引管９はその一端が圧縮機１１の油貯留部内に開口しており、他端が吸引部５に接続されている。圧縮機１１での吸引管９の開口位置は油貯留部内における最低必要油面高さ位置を上回り、かつ、その駆動モータのロータ下端を下回る高さ位置までの間である。また、均油管１２の両端は、圧縮機１，１１の各油貯留部内における最低必要油面高さ位置を上回り、かつ、各駆動モータのロータ下端を下回る高さ位置までの間で、その一端が圧縮機１の油貯留部内に開口し、他端が圧縮機１１の油貯留部内に開口している。

そこで、この冷凍空調装置が駆動すると、圧縮機１および圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、熱源側熱交換器２で凝縮・液化し、冷媒絞り手段３で低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒が負荷側熱交換器４で蒸発・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は吸引部５とアキュムレータ６を経て圧縮機１および圧縮機１１に戻る。ここで、圧縮機１１の油面高さがその油貯留部内に開口した吸引管９の一端よりも高い位置にある場合、圧縮機１１内の油は吸引管９を経て吸引部５に流れ、ガス冷媒と共にアキュムレータ６に流入する。同様に、圧縮機１の油面高さがその油貯留部内に開口した均油管１２の端部よりも高い位置にある場合、圧縮機１内の油は均油管１２を経て圧縮機１１内に流入する。
そうして、前記のようにアキュムレータ６内に流入した油は、一旦、ガス冷媒から分離されてアキュムレータ６の下部にたまり、Ｕ字管７ａ，７ｂ下部の孔８ａ，８ｂから一定量がＵ字管７ａ，７ｂ内に流れ込み、冷媒ガスと共に圧縮機１および圧縮機１１に戻る。この場合、圧縮機１へ戻る油の量が圧縮機１から吐出冷媒とともに持ち出される油の量よりも多くなるように、孔８ａの大きさ・形状が設計されている。これにより、圧縮機１にアキュムレータ６からの油が潤沢に返油されるとともに、圧縮機１内で余剰になった油が均油管１２を経て圧縮機１１に流れるようにされている。

以上の構成と動作から、この実施形態の冷凍空調装置は、圧縮機を複数台備え、かつ、圧縮機の吐出容量が異なる場合でも、各圧縮機の油貯留部内における油面が、それぞれの最低必要油面高さ位置から各駆動モータが油で浸からない高さ位置までの間でバランスする。従って、圧縮機の適正な潤滑性能を確保することができ、圧縮機の駆動モータが油を攪拌するといった機械ロスをなくして圧縮機効率を向上させることができる。また、室外機外に油が多少持ち出されても、圧縮機の油は枯渇しない。

実施の形態４．
図４に本発明の実施の形態４に係る冷凍空調装置の冷媒回路を示す。図４において、図１と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。図４において、圧縮機１と油溜め１３とは均油管１２を介して接続され、吸引部５と油溜め１３は吸引管９を介して接続されている。吸引部５は圧縮機１吸込側の吸込管に配備されている。均油管１２は、圧縮機１の油貯留部内における最低必要油面高さ位置を上回り、かつ、駆動モータのロータ下端を下回る高さ位置の間で、その一端が圧縮機１の油貯留部内に開口し、他端が油溜め１３の下部に接続されている。また、吸引管９は一端が油溜め１３の上部と接続され、他端が吸引部５と接続されている。

そこで、この冷凍空調装置が駆動すると、圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、熱源側熱交換器２で凝縮・液化し、冷媒絞り手段３で低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒が負荷側熱交換器４で蒸発・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は吸引部５とアキュムレータ６を経て圧縮機１に戻る。ここで、圧縮機１の油面高さがその油貯留部内に開口した均油管１２の端部よりも高い位置にある場合、圧縮機１内の油は均油管１２を経て油溜め１３へ流れる。そのうち、圧縮機１の油貯留部内の油面が下がって均油管１２の開口高さ位置まで来たときに、均油管１２から油溜め１３へガス冷媒が吸われるようになり、圧縮機１の油貯留部内の油面は均油管１２の開口高さ位置でバランスする。

以上の構成と動作から、この実施形態の冷凍空調装置では、圧縮機１に余剰の油がある場合、余剰分の油は油溜め１３に溜められるので、圧縮機１吸込側の吸引部５において冷媒ガスと油が混合する際に生じる、混合による圧力損失をなくすことができる。従って、圧縮機１の吸込圧力の低下を抑え、圧縮機効率を向上させることができる。

なお、この実施形態では、アキュムレータ６を圧縮機１の吸込側に接続した例を示したが、図１０に示すように、アキュムレータ６をなくし、高圧レシーバ２４を熱源側熱交換器２と冷媒絞り手段３の間に挿入しても同様の効果が得られる。

実施の形態５．
図５に本発明の実施の形態５に係る冷凍空調装置の冷媒回路を示す。図５において、図４と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。図５において、１，１１は並列に配備された２台の圧縮機であり、圧縮機１の油貯留部内と圧縮機１１の油貯留部内とは均油管１２ａを介して接続されている。また、均油管１２ａの途中に均油管１２ｂが分岐して接続され、均油管１２ｂの端部は油溜め１３と接続されている。さらに、吸引部５と油溜め１３は吸引管９で接続されている。均油管１２ａは、圧縮機１，１１の各油貯留部内における最低必要油面高さ位置を上回り、かつ、駆動モータのロータ下端を下回る高さ位置の間で、一端が圧縮機１の油貯留部内に開口し、他端が圧縮機１１の油貯留部内に開口している。また、吸引管９は一端が油溜め１３の上部と接続され、他端が圧縮機１吸込側の吸引部５と接続されている。

そこで、この冷凍空調装置が駆動すると、圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、熱源側熱交換器２で凝縮・液化し、冷媒絞り手段３で低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒が負荷側熱交換器４で蒸発・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒はアキュムレータ６と吸引部５を経て圧縮機１に戻る。ここで、圧縮機１もしくは圧縮機１１の油面高さがそれぞれの油貯留部内に開口した均油管１２ａの端部よりも高い位置にある場合、圧縮機１もしくは圧縮機１１の各油貯留部内の油は均油管１２ａ，１２ｂを経て油溜め１３へ流入する。そのうち、圧縮機１および圧縮機１１の各油貯留部内の油面高さが低下して均油管１２ａの端部の高さ位置まで来たとき、均油管１２ａからガス冷媒が吸われて油溜め１３に流入するようになり、圧縮機１および圧縮機１１の各油貯留部内の油面高さは均油管１２ａの開口高さでバランスする。

以上の構成と動作から、この実施形態の冷凍空調装置は、複数の圧縮機を備える場合でも、圧縮機吸込側の吸引部５で冷媒ガスと油が混合する際に生じる、混合による圧力損失をなくすことができる。これにより、圧縮機１の吸込圧力の低下を抑え、圧縮機効率を向上させることができる。

なお、この実施形態では、アキュムレータ６を圧縮機１および圧縮機１１の吸込側に接続した例を示したが、図１１に示すように、アキュムレータ６をなくし、高圧レシーバ２４を熱源側熱交換器２と冷媒絞り手段３の間に挿入しても同様の効果が得られる。

実施の形態６．
図６に本発明の実施の形態６に係る冷凍空調装置の冷媒回路を示す。図６において、図４と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。図６において、１，１１は並列に配備された２台の圧縮機であり、圧縮機１内と圧縮機１１内とは均油管１２ａを介して接続されている。また、圧縮機１１は均油管１２ｂを介して油溜め１３と接続されている。さらに、圧縮機１１吸込側の吸引部５と油溜め１３とは吸引管９で接続されている。均油管１２ａは、圧縮機１，１１の各油貯留部内における最低必要油面高さ位置を上回り、かつ、各駆動モータのロータ下端を下回る高さ位置の間で、その一端が圧縮機１の油貯留部内に開口し、他端が圧縮機１１の油貯留部内に開口している。また、吸引管９は一端が油溜め１３の上部と接続され、他端が圧縮機１１吸込側の吸引部５と接続されている。

この実施形態のように複数台の圧縮機（図６では１，１１）を備える冷媒回路では、吸引部５をより吐出容量の大きな圧縮機の吸込管に配備する方がよい。これは、吐出容量が大きいほど吸込管内の冷媒流速が増加し、吸引部５内の静圧が低下して吸引力が増すため、より多くの油を油溜め１３に取り込むことが可能なためである。つまり、油溜め１３内に油が溜まって液ヘッド分の圧力が発生したとしても、吸引部５でより静圧を下げることで油溜め１３に吸引される油の量が増加する。
他方、吸引部５を冷媒吐出容量制御可能な圧縮機の吸込管に配備するのもよい。この実施形態では、圧縮機１および圧縮機１１の駆動モータ２７をインバータ制御する制御部２９を備えている。すなわち、制御部２９は、運転している圧縮機の運転時間が所定時間経過すると、その圧縮機の運転周波数を低下させるようになっている。これにより、圧縮機の吐出容量が下がって吸引部５の静圧が下がり、いったん油溜め１３に溜めた油を圧縮機に戻すことが可能となって、圧縮機の油貯留部内の油面を適宜に調整することができる。制御部２９により圧縮機の吐出容量を変更するタイミングとしては、冷媒回路各部の圧力や温度および圧縮機の運転容量を考慮してそのタイミングを図ってもよいし、予め複数の圧縮機内の油量に偏りが生じる所定時間を測定しておき、その所定時間が経過したときに圧縮機の吐出容量を下げるようにしてもよい。

そこで、この冷凍空調装置が駆動すると、圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、熱源側熱交換器２で凝縮・液化し、冷媒絞り手段３で低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒が負荷側熱交換器４で蒸発・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒はアキュムレータ６と吸引部５を経て圧縮機１に戻る。そして、圧縮機１１の油面高さがその油貯留部内に開口した均油管１２ｂの端部よりも高い位置にある場合、圧縮機１１内の油は均油管１２ｂを経て油溜め１３に流れる。また、圧縮機１の油面高さがその油貯留部内に開口した均油管１２ａの端部よりも高い位置にある場合、圧縮機１内の油は均油管１２ａを経て圧縮機１１に流れる。

以上の構成と動作から、この実施形態の冷凍空調装置は、圧縮機を複数台備える場合でも、圧縮機吸込側の吸引部５で冷媒ガスと油が混合する際に生じる、混合による圧力損失をなくすことができる。これにより、圧縮機１１の吸込圧力の低下を抑え、圧縮機効率を向上させることができる。

なお、この実施形態では、アキュムレータ６を圧縮機１および圧縮機１１の吸込側に接続した例を示したが、図１２に示すように、アキュムレータ６をなくし、高圧レシーバ２４を熱源側熱交換器２と冷媒絞り手段３の間に挿入しても同様の効果を奏する。

実施の形態７．
図７に本発明の実施の形態７に係る冷凍空調装置の冷媒回路を示す。図７において、図６と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。図７において、１５，１６は油分離器であり、油分離器１５は圧縮機１の吐出側に接続され、油分離器１６は圧縮機１１の吐出側に接続されている。油分離器１６の下部と圧縮機１の吸込管３１は、途中に毛細管１８を有する返油管２０を介して接続されている。油分離器１５の下部と圧縮機１１の吸込管３３は、途中に毛細管１７を有する返油管１９を介して接続されている。油分離器１５で分離された油は返油管１９を流れ、毛細管１７で低圧まで絞られて圧縮機１１の吸込側に戻される。また、油分離器１６で分離した油は、返油管２０を流れ、毛細管１８で低圧まで絞られて圧縮機１の吸込側に戻される。

なお、圧縮機１，１１の吸込管３１，３３は、圧縮機１，１１の吸込口３２，３４に向けて下りの傾斜がつけられており、圧縮機１，１１の吸込口３２，３４よりも高い位置に返油管１９，２０が接続されて油分離器１５，１６で分離した油を返油する。このことにより、一方の圧縮機が停止した場合でも、停止した圧縮機に油がよどみなく流れ込み、停止した圧縮機から均油管１２ａを経て、駆動中の圧縮機に油が戻される。

ここで、圧縮機から冷媒に随伴して持ち出される油の量は圧縮機内の油面高さが高くなるほど多くなるうえバラツキもある。従って、圧縮機１または圧縮機１１において油量が増えた場合は油の持ち出し量が多くなり、必然的に油量の少ない圧縮機へ返油することができる。

さらに、既述した制御部２９（図６）を利用することにより、所定時間以上圧縮機を運転したのちに圧縮機の運転周波数を低下させると、吸引部５での吸引力が低下して、油溜め１３、圧縮機１、および圧縮機１１内の各油面がほぼ同じ高さにバランスするようになる。従って、万が一、特定の圧縮機で油面が低下した場合でも、低下した油面は所定時間ごとに回復するため、油が枯渇することはない。また、油分離器１５，１６を設けたことにより、室外機外に油が持ち出されにくくなり、圧縮機の油枯渇を防止できる。

なお、図８に示すように、高圧側ガス配管３５と熱源側熱交換器２の間、および、低圧側ガス配管３０と負荷側熱交換器４の間に四方切替弁２２を設置したことにより、運転モードを冷房運転と暖房運転とに切り替えることができる。この際、冷房運転と暖房運転のいずれにおいても、図７の回路にて説明した内容と同様の動作により、圧縮機内の油を適正量に維持することができる。なお、この実施の形態では圧縮機２台の例を示したが、圧縮機が３台以上の場合でも、同様の効果が得られる。

また、この実施形態では、アキュムレータ６を圧縮機１および圧縮機１１の吸込側に接続した例を示したが、図１３に示すように、アキュムレータ６をなくし、高圧レシーバ２４を熱源側熱交換器２と冷媒絞り手段３の間に挿入しても、同様の効果が得られる。

実施の形態８．
図１４に本発明の実施の形態８に係る冷凍空調装置の冷媒回路を示す。図１４において、図３と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。図１４において、１は小容量の圧縮機、１１は大容量の圧縮機である。吸引管９は大容量の圧縮機１１と接続されている。この吸引管９は、圧縮機１１内における最低必要油面高さ位置を上回り、かつ、その駆動モータのロータ下端を下回る高さ位置の間で、その一端が圧縮機１１の内部に開口し、他端が吸引部５に接続されている。また、均油管１２の両端は、圧縮機１，１１内におけるそれぞれの最低必要油面高さ位置を上回り、かつ、それぞれの駆動モータのロータ下端を下回る高さ位置の間で、その一端が圧縮機１の油貯留部内に、他端が圧縮機１１の油貯留部内にそれぞれ開口している。また、アキュムレータ６から圧縮機１および圧縮機１１をつなぐ吸引管は、１本の冷媒配管を途中で分岐したものが使用される。さらに、アキュムレータ６の底には、アキュムレータ６内に溜まった油を圧縮機１の吸込口へ戻す返油管２６が接続されている。

そこで、この冷凍空調装置が駆動すると、圧縮機１および圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、熱源側熱交換器２で凝縮・液化し、冷媒絞り手段３で低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒が負荷側熱交換器４で蒸発・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は吸引部５とアキュムレータ６を経て圧縮機１および圧縮機１１に戻る。ここで、圧縮機１１の油面高さがその油貯留部内に開口した吸引管９の端部よりも高い位置にある場合、圧縮機１１内の油は吸引管９を経て吸引部５に流れ、ガス冷媒と共にアキュムレータ６に流入する。同様に、圧縮機１の油面高さがその油貯留部内に開口した均油管１２の端部よりも高い位置にある場合、圧縮機１内の油は均油管１２を経て圧縮機１１の油貯留部内に流入する。そうして、前記のようにアキュムレータ６内に流入した油は、一旦、ガス冷媒から分離されてアキュムレータ６の下部に溜まり、返油管２６を経て冷媒ガスと共に圧縮機１に戻る。このようにして、圧縮機１内で余剰になった油を、均油管１２から圧縮機１１に流すのである。

以上の構成と動作から、この実施形態の冷凍空調装置では、圧縮機を複数台備え、かつ、圧縮機の吐出容量が異なる場合でも、圧縮機内の油は流れが一定となり、最低必要油面高さ位置から駆動モータが油で浸からない高さ位置までの間でバランスする。従って、圧縮機の潤滑性能を適正に確保することができ、圧縮機の駆動モータが油を攪拌するといった機械ロスをなくして圧縮機効率を向上させることができる。また、室外機外に油が多少持ち出されても、圧縮機の油は枯渇することがない。

本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態５に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態６に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態７に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態７に係る冷凍空調装置の他の冷媒回路図である。 従来の冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍空調装置の他の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態５に係る冷凍空調装置の他の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態６に係る冷凍空調装置の他の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態７に係る冷凍空調装置の他の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態８に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の他の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の他の冷媒回路図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 熱源側熱交換器、３ 冷媒絞り手段、４ 負荷側熱交換器、５ 吸引部、９ 吸引管、１１ 圧縮機、１２ 均油管、１２ａ 均油管、１２ｂ 均油管、１３ 油溜め、１５ 油分離器、１６ 油分離器、１９ 返油管、２０ 返油管、２５ 圧縮機、２８ 油貯留部、２９ 制御部、３０ 冷媒配管、３１ 吸込管、３２ 吸込口、３３ 吸込管、３４ 吸込口、Ｄ 内径、Ｌ 最低必要油面、Ｍ 油。

Claims (7)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒絞り手段、および負荷側熱交換器を直列環状に接続してなる冷媒回路を備え、前記圧縮機内の駆動モータの下方に、駆動モータ潤滑用の油を収容する油貯留部が配置された冷凍空調装置において、前記圧縮機の油貯留部内における最低必要油面を上回り、かつ、前記駆動モータの下端を下回る高さ位置と、前記油貯留部内の圧力よりも低い圧力になる前記冷媒回路の構成要素とを配管接続したことを特徴とする冷凍空調装置。
2. 圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒絞り手段、および負荷側熱交換器を直列環状に接続してなる冷媒回路を備え、前記圧縮機内の駆動モータの下方に、駆動モータ潤滑用の油を収容する油貯留部が配置された冷凍空調装置において、前記圧縮機の油貯留部内における最低必要油面を上回り、かつ、前記駆動モータの下端を下回る高さ位置と油溜めとを配管接続し、さらに前記油溜めと当該油溜め内の圧力よりも低い圧力になる前記冷媒回路の構成要素とを配管接続したことを特徴とする冷凍空調装置。
3. 油貯留部内の圧力よりも低い圧力になる冷媒回路の構成要素は、管内流体流速が毎秒１ｍ以上となる流路断面積で形成された圧縮機吸込側の配管であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍空調装置。
4. 冷媒回路は並列する複数の圧縮機を備えてなり、前記複数の圧縮機の油貯留部間が均油管で接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
5. 複数の圧縮機の吐出側にそれぞれ油分離器を接続し、或る圧縮機に対応する油分離器と別の圧縮機の吸込側とを返油管を介して接続したことにより、前記或る油分離器で分離した油を前記返油管により前記別の圧縮機の吸込側に流入させることを特徴とする請求項４に記載の冷凍空調装置。
6. 或る圧縮機に対応する油分離器に接続された返油管と別の圧縮機の吸込管との接続位置が、当該別の圧縮機の吸込口よりも高い位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の冷凍空調装置。
7. 所定時間の経過ごとに圧縮機の冷媒吐出容量を変更する制御部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。

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