JP2008151405A - Refrigeration cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮性流体を膨張させることによって動力エネルギーを回収する膨張機を備えた冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus including an expander that recovers power energy by expanding a compressive fluid.
従来の膨張機を有する冷凍サイクル装置は、例えば非特許文献1に開示されており、その構成を図8を用いて以下に説明する。
A conventional refrigeration cycle apparatus having an expander is disclosed in Non-Patent
図8は、従来の均圧管と均油管を有する冷凍サイクル装置の構成図である。図8に示すように、従来の冷凍サイクル装置900は、圧縮機901、放熱器902、膨張機903、および蒸発器904が、配管905を介して順に接続されることで構成されたものである。圧縮機901は、圧縮機構908と電動機909とそれらを収納する密閉容器910により構成され、膨張機903は、膨張機構912と発電機913とそれらを収納する密閉容器914により構成されている。また、圧縮機901と膨張機903は、均圧管906と均油管907とによって接続されている。
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional refrigeration cycle apparatus having a pressure equalizing pipe and an oil equalizing pipe. As shown in FIG. 8, a conventional
以下、従来の冷凍サイクル装置900における冷媒の流れを説明する。
Hereinafter, the flow of the refrigerant in the conventional
図8に示すように、冷媒は、圧縮機構908に吸入され、昇温昇圧される。そして、圧縮機901内の空間に蓄えられた後、圧縮機901から吐出される。圧縮機901から吐出された高圧の冷媒は、放熱器902に流入し、外部へ熱を移動させることによって放熱する。放熱器902で放熱した高圧の冷媒は、放熱器902から流出した後、膨張機903の膨張機構912に直接吸入されて膨張し、低温低圧になる。この低温低圧の冷媒は、膨張機構912から直接吐出された後、蒸発器904に流入し、外部からの熱を吸収して蒸発器904から流出した後、再び圧縮機901に吸入される。このように、従来の冷凍サイクル装置900では、上記冷媒循環が繰り返し行われている。
As shown in FIG. 8, the refrigerant is sucked into the
次に、従来の冷凍サイクル装置900における潤滑油の流れを説明する。
Next, the flow of lubricating oil in the conventional
まず、圧縮機901内での潤滑油の流れを説明する。圧縮機901内において、潤滑油溜り911から潤滑油ポンプ(図示せず)によって汲み上げられた潤滑油は、シャフト内に設けられた経路を通って、圧縮機構908へ導入される。圧縮機構908へ導入された潤滑油は、冷媒と共に圧縮機901内の空間へ吐出される。この時、大部分の潤滑油は、冷媒流から分離され、潤滑油溜り911へ戻る。
First, the flow of lubricating oil in the compressor 901 will be described. In the compressor 901, the lubricating oil pumped up from the lubricating oil reservoir 911 by a lubricating oil pump (not shown) is introduced into the
続いて、膨張機903内での潤滑油の流れを説明する。膨張機903内において、潤滑油溜り915から潤滑油ポンプ(図示せず)によって汲み上げられた潤滑油は、シャフト内に設けられた経路を通って、膨張機構912へ導入される。膨張機構912へ導入された潤滑油は、冷媒と共に膨張機903から吐出される。この時、潤滑油溜り915の潤滑油も冷媒と共に吐出され、潤滑油溜り915の潤滑油は、冷凍サイクル装置900の運転時間の経過と共に徐々に減少する。
Next, the flow of lubricating oil in the
これを防止するために、従来の冷凍サイクル装置900には、圧縮機901の下部に位置する潤滑油溜り911と、膨張機903の下部に位置する潤滑油溜り915を連結する均油管907を設置している。また、膨張機903の内部の潤滑油量と冷媒量のバランスをとるために、従来の冷凍サイクル装置900には、圧縮機901の上部と膨張機903の上部を結ぶ均圧管906を設置している。
従来の冷凍サイクル装置900においては、圧縮機901および膨張機903の各潤滑油溜り911、915、および各冷媒空間を、それぞれ独立した均圧管906および均油管907を用いて連絡している。ここで、圧縮機901内は、圧縮機構908から吐出される冷媒で満たされているため、高温である。一方、膨張機903内には、放熱器902を通過した後の低温冷媒を吸入して膨張させる膨張機構912が収められているため、低温である。したがって、圧縮機901内と膨張機903内では、冷媒温度が異なるため、冷媒密度もそれぞれ異なる。
In the conventional
図9は、一定圧力(10MPa)下における、二酸化炭素の温度に対する密度変化を示したものである。冷凍サイクル装置900の冷媒として二酸化炭素を用いた場合、図9に示すように、温度に対する密度の変化が大きい。
FIG. 9 shows changes in density with respect to the temperature of carbon dioxide under a constant pressure (10 MPa). When carbon dioxide is used as the refrigerant of the
圧縮機901内および膨張機903内における均油管907との各接続位置には、均圧管906との各接続位置より下方に存在する冷媒によるヘッド圧が作用するのだが、上述したように、冷媒の密度差があるため、圧縮機901内の潤滑油溜り911の潤滑油面に作用するヘッド圧と、膨張機903内の潤滑油溜り915の潤滑油面に作用するヘッド圧とは異なる。
The head pressure due to the refrigerant existing below each connection position with the
例えば、圧縮機901内の冷媒温度・冷媒圧力を100℃・10MPaとし、膨張機903内の冷媒温度・冷媒圧力を20℃・10MPaとする。この場合、圧縮機901内の冷媒密度は、188.56kg/m3、膨張機903内の冷媒密度は、856.31kg/m3となる。
For example, the refrigerant temperature / refrigerant pressure in the compressor 901 is 100 ° C. · 10 MPa, and the refrigerant temperature / refrigerant pressure in the
ここで、図8に示すように、圧縮機901における均圧管906の接続位置から均油管907の接続位置の間の距離をHとし、膨張機903における均圧管906の接続位置から均油管907の接続位置の間の距離をhとする。
Here, as shown in FIG. 8, the distance between the connection position of the
均油管907の各接続位置に作用する冷媒によるヘッド圧は、「冷媒密度×均油位置から均圧位置までの間の距離」で計算できる。上記例の場合、圧縮機901側の均油管907の接続位置に作用するヘッド圧は、188.56×Hkg/m2、膨張機903側の均油管907の接続位置に作用するヘッド圧は、856.31×hkg/m2となる。
The head pressure due to the refrigerant acting on each connection position of the
上記のように、ヘッド圧に差がある時、ヘッド圧の大きい側の密閉容器内の潤滑油は、ヘッド圧の小さい側の密閉容器内へ移動する。これにより、ヘッド圧の大きい側の密閉容器内の潤滑油溜りの潤滑油が減少することで、駆動機構へ供給される潤滑油も減少し、信頼性の低下を招く恐れがある。 As described above, when there is a difference in the head pressure, the lubricating oil in the sealed container on the side with the larger head pressure moves into the sealed container on the side with the smaller head pressure. As a result, the lubricating oil in the lubricating oil pool in the closed container on the side with the larger head pressure is reduced, so that the lubricating oil supplied to the drive mechanism is also reduced, which may lead to a decrease in reliability.
上記潤滑油の移動を抑えるためには、密閉容器910、914内における均油管907の接続位置に作用する各ヘッド圧を等しくし、圧縮機901側の接続位置間距離Hと、膨張機903側の接続位置間距離hとを、H/h=856.31/188.56を満たす値に設定しなければならない。
In order to suppress the movement of the lubricating oil, the head pressures acting on the connection positions of the
したがって、接続位置間距離Hと接続位置間距離hとを、ヘッド圧が等しくなるようにそれぞれ設定すれば、ある1つの条件(上記例では、圧縮機901内の冷媒温度・冷媒圧力は100℃・10MPa、膨張機903内の冷媒温度・冷媒圧力は20℃・10MPa)下においては、ヘッド圧差がなくなり、潤滑油溜り911、915の各潤滑油面の均衡が取れて、潤滑油溜り911、915が安定する。
Accordingly, if the distance H between the connection positions and the distance h between the connection positions are set so that the head pressures are equal to each other, one condition (in the above example, the refrigerant temperature / refrigerant pressure in the compressor 901 is 100 ° C. Under the pressure of 10 MPa and the refrigerant temperature / refrigerant pressure in the
しかしながら、冷凍サイクル装置900は複数の運転条件下で運転されるので、常に潤滑油溜り911、915の各潤滑油面が均衡を保ち続けることはできず、結局、ヘッド圧差の発生により、圧縮機901内と膨張機903内の潤滑油溜り911、915の各潤滑油面に不均衡が生じてしまう。
However, since the
本発明は、このような課題を解決するものであり、適切な潤滑油管理を可能にし、信頼性の高い高効率な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable and highly efficient refrigeration cycle apparatus that enables appropriate lubricating oil management.
本発明の膨張機は、冷媒を圧縮させる圧縮機構を密閉容器に収納した圧縮機と、前記圧縮機で圧縮した冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構を密閉容器に収納した膨張機と、前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを順に配管で接続することで構成された冷媒回路において、前記膨張機と前記圧縮機が、一本の連絡配管により接続され、前記連絡配管の前記膨張機側の接続端部および前記圧縮機側の接続端部の鉛直方向における位置が同一で、前記膨張機内の潤滑油溜りと前記圧縮機内の潤滑油溜りの潤滑油面を前記連絡配管の下縁と上縁との間に位置させたものである。 The expander of the present invention includes a compressor in which a compression mechanism for compressing a refrigerant is housed in an airtight container, a radiator for radiating the refrigerant compressed by the compressor, and an expansion mechanism for expanding the refrigerant radiated by the radiator. In a refrigerant circuit configured by sequentially connecting an expander housed in an airtight container and an evaporator for evaporating the refrigerant expanded in the expander with a pipe, the expander and the compressor are connected to each other. Connected by piping, the connecting end on the expander side and the connecting end on the compressor side of the connecting pipe have the same position in the vertical direction, and the lubricating oil reservoir in the expander and the lubricating oil reservoir in the compressor The lubricating oil surface is positioned between the lower edge and the upper edge of the connecting pipe.
これにより、圧縮機内および膨張機内の各潤滑油溜りの潤滑油面に対して、同じ高さで均圧することができ、各潤滑油溜りの潤滑油が冷媒によるヘッド圧の影響を受けなくなる。このため、圧縮機内および膨張機内の各潤滑油溜りの潤滑油面は、常に同一面で均衡を保つことができ、適切な潤滑油管理が可能になる。また、従来よりも使用する配管を削減できるので、冷凍サイクル装置を作製する時のコスト削減も可能となる。 As a result, pressure can be equalized at the same height with respect to the lubricating oil surface of each lubricating oil reservoir in the compressor and expander, and the lubricating oil in each lubricating oil reservoir is not affected by the head pressure due to the refrigerant. For this reason, the lubricating oil surfaces of the respective lubricating oil reservoirs in the compressor and the expander can always be balanced on the same surface, and appropriate lubricating oil management becomes possible. In addition, since the number of pipes to be used can be reduced as compared with the prior art, the cost for producing the refrigeration cycle apparatus can be reduced.
本発明の膨張機は、前記連絡配管の一端が前記膨張機の発電機部以下から潤滑油ポンプ以上の位置に接続され、他端が前記圧縮機の電動機部以下から潤滑油ポンプ以上の位置に接続されたものである。 In the expander of the present invention, one end of the communication pipe is connected to a position above the generator pump of the expander and above the lubricating oil pump, and the other end is located below the electric motor section of the compressor and above the lubricating oil pump. It is connected.
これにより、各潤滑油ポンプの吸い口より上部に各潤滑油溜りの潤滑油面を確保することができる。また、膨張機内の潤滑油溜りの潤滑油が、発電機部のシャフトの回転による旋回流の影響を受けて冷媒と潤滑油が攪拌されることにより、冷媒を巻き込んだ泡状になることを防ぎ、潤滑油溜りの潤滑油面を安定して保つことができる。同様に、圧縮機内の潤滑油溜りの潤滑油も、電動機部のシャフトの回転による旋回流の影響を受けずに、潤滑油溜りの潤滑油面を安定して保つことができる。したがって、連絡配管内の流体を冷媒と潤滑油の安定した二層に維持することで、各潤滑油ポンプの吸い口に、確実に潤滑油のみを導入することができる。 Thereby, the lubricating oil surface of each lubricating oil pool can be ensured above the suction port of each lubricating oil pump. In addition, the lubricant in the lubricating oil reservoir in the expander is prevented from becoming foamed with the refrigerant by stirring the refrigerant and the lubricating oil under the influence of the swirling flow caused by the rotation of the shaft of the generator unit. The lubricating oil surface of the lubricating oil reservoir can be kept stable. Similarly, the lubricating oil in the lubricating oil pool in the compressor can also stably maintain the lubricating oil surface of the lubricating oil pool without being affected by the swirling flow caused by the rotation of the shaft of the motor unit. Therefore, by maintaining the fluid in the communication pipe in two stable layers of the refrigerant and the lubricating oil, only the lubricating oil can be reliably introduced into the suction port of each lubricating oil pump.
本発明の膨張機は、前記連絡配管が、前記膨張機側の接続端部と前記圧縮機側の接続端部との間に水平に設けられたものである。 In the expander of the present invention, the connecting pipe is provided horizontally between the connection end on the expander side and the connection end on the compressor side.
これにより、連絡配管の中で潤滑油が停滞することなく、膨張機と圧縮機との間での潤滑油の移動を良好にし、膨張機内の潤滑油溜りの潤滑油が、潤滑に必要な量を下回ることなく、高い信頼性を確保することができる。 As a result, the lubricating oil does not stagnate in the connecting pipe, and the lubricating oil moves between the expander and the compressor. The amount of lubricating oil in the lubricating oil pool in the expander is the amount required for lubrication. High reliability can be ensured without falling below.
本発明の膨張機は、前記連絡配管に少なくとも1つ以上の弁を設けたものである。 In the expander of the present invention, at least one valve is provided in the communication pipe.
これにより、冷凍サイクル起動時等、圧縮機からの潤滑油の吐出が多い運転状態において、連絡配管に設けられた弁を閉じることで、膨張機内の潤滑油溜りから圧縮機へ潤滑油が移動することを防ぐことができる。 As a result, when the refrigeration cycle is started or the like, in an operation state where the discharge of the lubricating oil from the compressor is large, the lubricating oil moves from the lubricating oil reservoir in the expander to the compressor by closing the valve provided in the communication pipe. Can be prevented.
本発明の膨張機は、前記連絡配管の断面形状において、鉛直方向の寸法が水平方向の寸法より大きいものである。 In the expander of the present invention, in the cross-sectional shape of the communication pipe, the vertical dimension is larger than the horizontal dimension.
これにより、冷凍サイクル装置の運転条件の変化によって、圧縮機内および膨張機内の潤滑油吐出量が増加し、各潤滑油溜りの潤滑油面が低下しても、連絡配管および各潤滑油溜りに潤滑油を十分確保することができ、各潤滑油溜りの潤滑油面の均衡を保つことができる。また、圧縮機から吐出された潤滑油が、冷凍サイクル装置の配管や熱交換器に付着することで、圧縮機内および膨張機内の各潤滑油溜りの潤滑油面が低下しても、上記と同様の効果を得ることができる。 As a result, even if the amount of lubricating oil discharged in the compressor and expander increases due to changes in the operating conditions of the refrigeration cycle device, and the lubricating oil level of each lubricating oil reservoir decreases, the connecting pipe and each lubricating oil reservoir are lubricated. Sufficient oil can be secured, and the balance of the lubricating oil surface of each lubricating oil reservoir can be maintained. In addition, even if the lubricating oil discharged from the compressor adheres to the piping and heat exchanger of the refrigeration cycle device and the lubricating oil level of each lubricating oil pool in the compressor and expander decreases, the same as above The effect of can be obtained.
本発明の膨張機は、前記連絡配管の断面形状において、水平方向の寸法が最大となる断面鉛直方向の位置と断面下縁下限との距離が、前記断面鉛直方向の位置と断面上縁上限との距離よりも小さいものである。 In the expander of the present invention, in the cross-sectional shape of the connecting pipe, the distance between the position in the vertical direction of the cross section where the dimension in the horizontal direction is maximum and the lower limit of the lower edge of the cross section It is smaller than the distance.
これにより、二層の流動域を持つ連絡配管の下部、すなわち、連絡配管内の潤滑油流動域の断面積を大きくすることができ、連絡配管内を移動する潤滑油の粘性による抵抗を緩和し、自由な潤滑油の移動を実現することができる。また、上記連絡配管の上部、すなわち、連絡配管内の冷媒流動域の断面積を小さくすることができ、圧力の伝達に最低限必要な冷媒流路を確保するとともに、必要以上の冷媒移動に伴う熱移動を低減することができる。 As a result, the cross-sectional area of the lower part of the connecting pipe having a two-layer flow area, that is, the lubricating oil flow area in the connecting pipe can be increased, and the resistance due to the viscosity of the lubricating oil moving in the connecting pipe can be reduced. , Free movement of lubricating oil can be realized. In addition, the cross-sectional area of the upper part of the communication pipe, that is, the refrigerant flow area in the communication pipe can be reduced, and a refrigerant flow path necessary for pressure transmission is ensured at the minimum, and the refrigerant moves more than necessary. Heat transfer can be reduced.
本発明の膨張機は、前記圧縮機に設けられた連絡配管との接続口の内壁に冷媒と潤滑油とを分離する手段を有するものである。 The expander of this invention has a means to isolate | separate a refrigerant | coolant and lubricating oil in the inner wall of the connection port with the connection piping provided in the said compressor.
これにより、圧縮機内で冷媒中に飛散している高温の潤滑油滴が、連絡配管や膨張機へ移動することなく、圧縮機内に留まることができ、高温の潤滑油滴の移動による圧縮機の熱損失を抑えることができる。 As a result, the high-temperature lubricating oil droplets scattered in the refrigerant in the compressor can remain in the compressor without moving to the communication pipe or the expander, and the compressor Heat loss can be suppressed.
本発明の膨張機は、前記連絡配管に断熱手段を設けたものである。 In the expander of the present invention, the connecting pipe is provided with a heat insulating means.
これにより、冷凍サイクル運転中は高温になる圧縮機と、圧縮機に比べて低温になる膨張機とを連結している連絡配管を介した熱移動による圧縮機内の温度低下、およびそれに伴う圧縮機から吐出される冷媒の温度低下を防ぐことができる。 As a result, a temperature drop in the compressor due to heat transfer through a connecting pipe connecting a compressor that becomes high temperature during the refrigeration cycle operation and an expander that becomes low temperature compared to the compressor, and the compressor accompanying it The temperature drop of the refrigerant discharged from the can be prevented.
以上のように、本発明によれば、圧縮機内および膨張機内の各潤滑油溜りの潤滑油面に対して、同じ高さで均圧することができ、各潤滑油溜りの潤滑油が冷媒によるヘッド圧の影響を受けなくなる。このため、圧縮機内および膨張機内の各潤滑油溜りの潤滑油面は、常に同一面で均衡を保つことができ、適切な潤滑油管理が可能になり、高い信頼性を実現しつつ、高効率な冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, pressure can be equalized at the same height with respect to the lubricating oil surface of each lubricating oil reservoir in the compressor and the expander, and the lubricating oil in each lubricating oil reservoir is a head made of a refrigerant. It is not affected by pressure. For this reason, the lubricating oil surfaces of the lubricating oil reservoirs in the compressor and the expander can always be balanced on the same surface, enabling appropriate management of the lubricating oil, achieving high reliability and high efficiency. It is possible to provide a simple refrigeration cycle apparatus.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置100の構成図である。図1に示すように、本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置100は、圧縮機101、放熱器102、膨張機103、および蒸発器104が、配管105を介して順に接続されることで構成されたものである。また、圧縮機101と膨張機103は、弁107が設けられた連絡配管106によって接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a
連絡配管106の設置範囲としては、連絡配管106の一端を、圧縮機101の電動機108の底面以下から潤滑油ポンプ109の上面以上の位置、他端を膨張機103の発電機110の底面以下から潤滑油ポンプ111の上面以上の位置としている。また、連絡配管106に弁107を設けることで、冷媒流量および潤滑油流量を調節している。
As for the installation range of the connecting
図2は、本発明の実施の形態1における連絡配管106の断面図である。図1、図2に示すように、本発明の実施の形態1における連絡配管106は、1本の直線形状であって、左右の面が縦方向の直線によって構成される長辺と、上下の面が円弧によって構成される短辺とからなる。また、連絡配管106内には、上部が冷媒流動域106a、下部が潤滑油流動域106bという二層の流動域が存在しており、従来の冷凍サイクル装置900における均圧管906と均油管907とを一体化させた形となっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of
図3は、本発明の実施の形態1における連絡配管106の位置関係を示す図である。図3に示すように、連絡配管106は、その一方の接続口上縁上限106cが、他方の接続口下縁下限106dより上部にあるという位置関係を満たすよう、圧縮機101および膨張機103に接続されている。なお、上記接続口上縁上限106cおよび上記接続口下縁下限106dが、圧縮機101側、あるいは、膨張機103側のいずれであっても、上記位置関係を満たすように接続されていれば、どちらでも同等の効果を得ることができる。また、連絡配管106が傾斜しても、上記位置関係を満たす範囲であれば、構成上、問題はない。
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship of the
圧縮機101内および膨張機103内の初期潤滑油量は、冷凍サイクル装置100の停止状態において、各潤滑油面が連絡配管106の一方の接続口上縁上限106cと他方の接続口下縁下限106dとの間に位置するように封入されている。
The initial amount of lubricating oil in the
以下、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置100における冷媒の流れを説明する。
Hereinafter, the flow of the refrigerant in the
図1に示すように、冷媒は、圧縮機構113に吸入され、昇温昇圧される。そして、圧縮機101内の空間に蓄えられた後、圧縮機101から吐出される。圧縮機101から吐出された高圧の冷媒は、放熱器102に流入し、外部へ熱を移動させることによって放熱する。放熱器102で放熱した高圧の冷媒は、放熱器102から流出した後、膨張機103の膨張機構116に直接吸入されて膨張し、低温低圧になる。この低温低圧の冷媒は、膨張機構116から直接吐出された後、蒸発器104に流入し、外部からの熱を吸収して蒸発器104から流出した後、再び圧縮機101に吸入される。このように、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置100では、上記冷媒循環が繰り返し行われている。
As shown in FIG. 1, the refrigerant is sucked into the compression mechanism 113 and the temperature is increased. Then, after being stored in the space in the
次に、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置100における潤滑油の流れを説明する。
Next, the flow of the lubricating oil in the
まず、圧縮機101内での潤滑油の流れを説明する。圧縮機101内において、潤滑油溜り112から潤滑油ポンプ109によって汲み上げられた潤滑油は、シャフト内に設けられた経路を通って、圧縮機構113へ導入される。圧縮機構113へ導入された潤滑油は、冷媒と共に圧縮機101内の空間114へ吐出される。この時、大部分の潤滑油は、冷媒流から分離され、潤滑油溜り112へ戻る。
First, the flow of lubricating oil in the
続いて、膨張機103内での潤滑油の流れを説明する。膨張機103内において、潤滑油溜り115から潤滑油ポンプ111によって汲み上げられた潤滑油は、シャフト内に設けられた経路を通って、膨張機構116へ導入される。膨張機構116へ導入された潤滑油は、冷媒と共に膨張機103から吐出される。この時、潤滑油溜り115の潤滑油も冷媒と共に吐出され、潤滑油溜り115の潤滑油は、冷凍サイクル装置100の運転時間の経過と共に徐々に減少する。
Next, the flow of lubricating oil in the
しかしながら、本発明の実施の形態1では、連絡配管106を用いることにより、上記潤滑油溜り115の潤滑油の減少を抑えることができる。
However, in the first embodiment of the present invention, the use of the
上述したように、本発明の実施の形態1における連絡配管106内は、上部が冷媒流動域106a、下部が潤滑油流動域106bとなっており、連絡配管106内に二層の流動域が存在している。このように、一本の連絡配管106内に冷媒と潤滑油の二層が存在することで、圧縮機101内と膨張機103内の冷媒によって均圧される高さと、潤滑油溜り112、115の各潤滑油面の高さとが等しくなる。つまり、冷媒によるヘッド圧を求める式「冷媒密度×均油位置から均圧位置までの間の距離」における均油位置から均圧位置までの間の距離が0となり、圧縮機101内および膨張機103内の各冷媒密度が異なっていても、潤滑油溜り112、115の各潤滑油に作用するヘッド圧の差がなくなる。
As described above, in the
これにより、圧縮機101内および膨張機103内の潤滑油溜り112、115における潤滑油面には、不均衡が生じなくなり、圧縮機101内および膨張機103内に安定して潤滑油を確保することができ、良好な潤滑状態を保つことができる。
As a result, there is no imbalance in the lubricating oil surfaces in the lubricating oil reservoirs 112 and 115 in the
また、本発明の実施の形態1における連絡配管106の一端は、圧縮機101の電動機108の底面以下から潤滑油ポンプ109の上面以上の位置に接続され、他端は、膨張機103の発電機110の底面以下から潤滑油ポンプ111の上面以上の位置に接続されている。
In addition, one end of the connecting
これにより、圧縮機101内および膨張機103内において、潤滑油ポンプ109、111の各吸い口より上部に潤滑油溜り112、115の各潤滑油面を確保することができる。また、膨張機103内の潤滑油溜り115の潤滑油が、発電機110のシャフトの回転による旋回流の影響を受けて冷媒と攪拌されることにより、冷媒を巻き込んだ泡状になることを防ぎ、潤滑油溜り115の潤滑油面を安定して保つことができる。同様に、圧縮機101内の潤滑油溜り112の潤滑油も、電動機108のシャフトの回転による旋回流の影響を受けずに、潤滑油溜り112の潤滑油面を安定して保つことができる。したがって、連絡配管106内の流体を冷媒と潤滑油の安定した二層に維持することで、圧縮機101内および膨張機103内の潤滑油ポンプ109、111の各吸い口に、確実に潤滑油のみを導入することができる。
Thereby, in the
また、本発明の実施の形態1では、連絡配管106を1本の直線形状とし、連絡配管106の一方の接続口上縁上限106cを、他方の接続口下縁下限106dより上部に配置することで、連絡配管106内で潤滑油が常に連続した油面を保ち、連絡配管106内で潤滑油が停滞することを防ぐことができる。
Further, in the first embodiment of the present invention, the connecting
一般に、冷凍サイクル装置は、複数の運転条件下で運転されるものである。ある運転条件から、異なる運転条件に変化した場合、圧縮機、膨張機のそれぞれのシャフト回転数も変化する。そのため、圧縮機内の潤滑油溜りから汲み上げられる潤滑油量、および膨張機内の潤滑油溜りから汲み上げられる潤滑油量が変化し、各潤滑油溜りの潤滑油面が均衡を保つ位置も変化する。 Generally, the refrigeration cycle apparatus is operated under a plurality of operating conditions. When changing from a certain operating condition to a different operating condition, the shaft rotation speeds of the compressor and the expander also change. For this reason, the amount of lubricating oil pumped up from the lubricating oil reservoir in the compressor and the amount of lubricating oil pumped up from the lubricating oil reservoir in the expander change, and the position where the lubricating oil surface of each lubricating oil reservoir keeps balance also changes.
このような場合でも、本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置100は、図3に示すように、連絡配管106の左右の面を縦方向の直線によって構成される長辺とすることで、潤滑油溜り112、115の各潤滑油面の高さが変化しても、連絡配管106および潤滑油溜り112、115内に潤滑油を十分確保することができ、潤滑油溜り112、115の各潤滑油面の均衡を保つことができる。
Even in such a case, as shown in FIG. 3, the
また、一般に、冷凍サイクル装置の起動時には、圧縮機および膨張機の起動による急激な潤滑油の汲み上げにより、静止していた各潤滑油溜りの潤滑油面が大きく低下する。冷凍サイクル装置において、圧縮機の方が膨張機に比べて大型であるため、圧縮機内の潤滑油ポンプの汲み上げ容量も大きい。そのため、起動時に圧縮機内の潤滑油溜りの潤滑油の減りが速く、場合によっては、圧縮機内の潤滑油ポンプが膨張機内の潤滑油溜りの潤滑油まで汲み上げる可能性がある。圧縮機内の潤滑油ポンプによる過剰な潤滑油汲み上げにより、膨張機内の潤滑油溜りの潤滑油が減少し、膨張機の潤滑に必要な潤滑油量が維持できない恐れがある。 In general, when the refrigeration cycle apparatus is started, the lubricating oil level of each of the remaining lubricating oil pools is greatly lowered due to sudden pumping of the lubricating oil caused by starting the compressor and the expander. In the refrigeration cycle apparatus, since the compressor is larger than the expander, the pumping capacity of the lubricating oil pump in the compressor is large. Therefore, at the time of start-up, the lubricating oil in the lubricating oil reservoir in the compressor is quickly reduced, and in some cases, the lubricating oil pump in the compressor may pump up to the lubricating oil in the lubricating oil reservoir in the expander. Excessive pumping of the lubricating oil by the lubricating oil pump in the compressor may reduce the lubricating oil in the lubricating oil pool in the expander and may not maintain the amount of lubricating oil necessary for lubricating the expander.
このような場合でも、本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置100は、図1に示すように、連絡配管106に弁107を設けることで、冷凍サイクル装置100の起動時には弁107を閉じて、圧縮機101内の潤滑油ポンプ109が膨張機103内の潤滑油溜り115の潤滑油を汲み上げることを防ぎ、膨張機103内の潤滑油を十分確保することができる。
Even in such a case, the
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2における冷凍サイクル装置200の構成図である。図4に示すように、本発明の実施の形態2における冷凍サイクル装置200は、圧縮機201、放熱器202、膨張機203、および蒸発器204が、配管205を介して順に接続されることで構成されたものである。また、圧縮機201と膨張機203は、弁207と断熱手段217とが設けられた連絡配管206によって接続されている。圧縮機201に設けられた連絡配管206との接続口の内壁には、潤滑油分離手段218を有している。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a configuration diagram of the
なお、本発明の実施の形態2の冷凍サイクル装置200における連絡配管206の設置範囲、弁207の役割、冷媒および潤滑油の流れは、実施の形態1の冷凍サイクル装置と同様であるので、説明を省略する。
Note that the installation range of the connecting
図5は、本発明の実施の形態2における連絡配管206の断面図である。図4、図5に示すように、本発明の実施の形態2における連絡配管206は、1本の直線形状であって、左右の面が縦方向の直線によって構成される長辺と、上下の面が円弧によって構成される短辺とからなる。さらに、連絡配管206の上円弧面は、下円弧面より小径で、その断面形状は略滴型となっている。また、連絡配管206内には、上部が冷媒流動域206a、下部が潤滑油流動域206bという二層の流動域が存在しており、従来の冷凍サイクル装置900における均圧管906と均油管907とを一体化させた形となっている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the connecting
圧縮機内と膨張機内とを均圧するには、それぞれの冷媒空間を連通させる必要があるが、連通する冷媒空間を大きくすると、圧縮機内の高温冷媒と膨張機内の低温冷媒との混合による影響、あるいは、圧縮機内の高温冷媒から膨張機内の低温冷媒への熱伝導による影響が大きくなり、圧縮機内の高温冷媒が熱を失って、圧縮機から吐出される冷媒温度が低下してしまう。 In order to equalize the pressure in the compressor and in the expander, it is necessary to connect each refrigerant space, but if the refrigerant space to be communicated is enlarged, the influence of mixing of the high-temperature refrigerant in the compressor and the low-temperature refrigerant in the expander, or The influence of heat conduction from the high-temperature refrigerant in the compressor to the low-temperature refrigerant in the expander increases, and the high-temperature refrigerant in the compressor loses heat, and the refrigerant temperature discharged from the compressor decreases.
しかしながら、本発明の実施の形態2における連絡配管206は、上円弧面を下円弧面より小径とすることで、連絡配管206内の冷媒流動域206aを狭くすることができる。すなわち、冷媒の連通空間を狭くすることで、圧縮機201から膨張機203への熱の移動を抑え、圧縮機201から吐出される冷媒の温度低下を低減することができる。
However, the
また、本発明の実施の形態2における連絡配管206は、下円弧面を上円弧面より大径とすることで、連絡配管206内の潤滑油流動域206bを広くすることができる。すなわち、連絡配管206内の潤滑油流動域206bを広くすることで、圧縮機201と膨張機203との間の潤滑油の移動を滑らかにし、潤滑油面の均衡を素早く行うことができる。したがって、圧縮機201内と膨張機203内とを均油する場合、連絡配管206が広いほど、潤滑油の連絡配管206の内壁との摩擦による影響が小さくなるため、潤滑油は大きな抵抗を受けることなく滑らかに連絡配管206内を移動することができる。
In addition, the connecting
なお、本発明の実施の形態2における連絡配管206の断面形状は、上記に限られることなく、連絡配管206内の冷媒流動域206aが狭く、潤滑油流動域206bが広い構造であれば、例えば図6(a)、(b)のような、不連続に断面積が変化する形状でも、同様の効果を得ることができる。図6(a)では、本発明の実施の形態2における連絡配管206の、ある位置で段になるような凸型の断面形状を示しており、図6(b)では、本発明の実施の形態2における連絡配管206の、大小の円を重ねたような断面形状を示している。
Note that the cross-sectional shape of the connecting
図4に示すように、本発明の実施の形態2における連絡配管206には、断熱手段217が設けられている。上記断熱手段217には、熱伝導率の低い材により構成される配管連結部を設けている。
As shown in FIG. 4, the connecting
これにより、高温の圧縮機201から低温の膨張機203へと、連絡通路206を介した熱伝導による熱の移動を妨げることで、圧縮機201内の冷媒の温度低下、および圧縮機201から吐出される冷媒の温度低下を防ぐことができる。
Accordingly, the heat transfer from the high-
圧縮機201に設けられた連絡配管206との接続口の内壁近傍には、高温の冷媒が存在し、上記冷媒中には潤滑油溜り212に戻りきれていない潤滑油滴が浮遊している。この高温の冷媒が連絡配管206へ移動すると、油滴も冷媒の流れにのって連絡配管206へ移動することがある。また、それと同時に、高温の油滴が持つ熱が、連絡配管206、あるいは連通する膨張機203内の冷媒および潤滑油へと移動することで、圧縮機201内の熱を放出し、圧縮機201から吐出される冷媒の温度が低下することがある。
A high-temperature refrigerant exists in the vicinity of the inner wall of the connection port with the
しかしながら、本発明の実施の形態2では、圧縮機201に設けられた連絡配管206との接続口の内壁に、潤滑油分離手段218を有することで、圧縮機201内から連絡配管206へと高温冷媒が移動する時に、上記冷媒中に浮遊する潤滑油滴を圧縮機201内に留め、圧縮機201の熱損失を抑えることができる。図7(a)は、本発明の実施の形態2における潤滑油分離手段218の斜視図、図7(b)は、上記(a)の正面図である。図7(a)、(b)に示すように、本発明の実施の形態2における潤滑油分離手段218は、多数の細孔を有する薄板218aを、間隙を空けて複数並べたもので構成されている。
However, in
なお、本発明の実施の形態2における潤滑油分離手段218は、上記に限られることなく、例えば金属メッシュを用いることでも、同様の効果を得ることができる。
The lubricating oil separating means 218 in
なお、本発明の実施の形態1、2における冷凍サイクル装置は、冷媒の流通方向が一定の装置であるとして説明したが、上記に限定されるものではなく、例えば冷媒の流通方向を変更できる可逆運転が可能な冷凍サイクル装置等であってもよく、給湯機、空気調和装置等として利用することができる。
Note that the refrigeration cycle apparatus according to
また、本発明の実施の形態1、2における膨張機は、上記に限定されるものではなく、他に種々の構成が可能である。 Further, the expander according to the first and second embodiments of the present invention is not limited to the above, and various other configurations are possible.
本発明は、圧縮性流体を膨張させることによって動力エネルギーを回収する膨張機を備えた冷凍サイクル装置について有用である。 The present invention is useful for a refrigeration cycle apparatus including an expander that recovers power energy by expanding a compressive fluid.
100,200,900 冷凍サイクル装置
101,201,901 圧縮機
102,202,902 放熱器
103,203,903 膨張機
104,204,904 蒸発器
105,205,905 配管
106,206 連絡配管
106a,206a 冷媒流動域
106b,206b 潤滑油流動域
106c 接続口上縁上限
106d 接続口下縁下限
107,207 弁
108,208,909 電動機
109,209 圧縮機の潤滑油ポンプ
110,210,913 発電機
111,211 膨張機の潤滑油ポンプ
112,212,911 圧縮機の潤滑油溜り
113,213,908 圧縮機構
114,214 空間
115,215,915 膨張機の潤滑油溜り
116,216,912 膨張機構
117,118,219,220,910,914 密閉容器
217 断熱手段
218 潤滑油分離手段
218a 多数の細孔を有する薄板
906 均圧管
907 均油管
100, 200, 900
Claims (8)
前記膨張機と前記圧縮機が、一本の連絡配管により接続され、
前記連絡配管の前記膨張機側の接続端部および前記圧縮機側の接続端部の鉛直方向における位置が同一で、
前記圧縮機の運転停止時に、前記膨張機内の潤滑油溜りの潤滑油面と前記圧縮機内の潤滑油溜りの潤滑油面とを、前記連絡配管の下縁と上縁との間に位置させた、冷凍サイクル装置。 A compressor in which a compression mechanism for compressing refrigerant is housed in a sealed container, a radiator for dissipating heat from the refrigerant compressed by the compressor, and an expansion machine in which an expansion mechanism for expanding the refrigerant radiated by the heat radiator is housed in a sealed container. And an evaporator that evaporates the refrigerant expanded in the expander in order by a pipe,
The expander and the compressor are connected by a single connection pipe,
The position in the vertical direction of the connecting end on the expander side and the connecting end on the compressor side of the communication pipe are the same,
When the operation of the compressor was stopped, the lubricating oil surface of the lubricating oil reservoir in the expander and the lubricating oil surface of the lubricating oil reservoir in the compressor were positioned between the lower edge and the upper edge of the communication pipe. , Refrigeration cycle equipment.
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 One end of the connecting pipe is connected to a position above the lubricating oil pump from the generator section of the expander, and the other end is connected to a position above the lubricating oil pump from the motor section of the compressor.
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1.
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The connecting pipe is provided horizontally between the connecting end on the expander side and the connecting end on the compressor side,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1.
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 At least one valve is provided in the communication pipe;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1.
請求項1〜4のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 In the cross-sectional shape of the connecting pipe, the vertical dimension is larger than the horizontal dimension.
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜4のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 In the cross-sectional shape of the connecting pipe, the distance between the position in the vertical direction of the cross section where the dimension in the horizontal direction is maximum and the lower limit of the lower edge of the cross section is smaller than the distance between the position in the vertical direction of the cross section and the upper limit of the upper edge of the cross section.
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜4のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 Means for separating the refrigerant and the lubricating oil on the inner wall of the connection port with the connecting pipe provided in the compressor;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜4のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 Insulating means was provided in the connecting pipe,
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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US11137180B1 (en) * | 2020-04-30 | 2021-10-05 | Trane Air Conditioning Systems (China) Co., Ltd. | System and method for OCR control in paralleled compressors |
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2006
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US11137180B1 (en) * | 2020-04-30 | 2021-10-05 | Trane Air Conditioning Systems (China) Co., Ltd. | System and method for OCR control in paralleled compressors |
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