JP2010084954A - Refrigerating cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置、特に、圧縮機構、駆動機構が同じ容器内に密閉された圧縮機を備え、さらにその容器内に潤滑油を貯留して摺動部の潤滑を行う冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention includes a vapor compression refrigeration cycle apparatus, in particular, a compressor in which a compression mechanism and a drive mechanism are sealed in the same container, and further stores lubricating oil in the container to lubricate the sliding portion. The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus.
一般に、この種の冷凍サイクル装置では、圧縮機内に貯留する潤滑油の一部が常に冷媒とともに圧縮機外に吐出され、冷凍サイクル内を循環している。このとき、冷凍サイクル内に潤滑油が滞留して圧縮機に戻りにくくなると、圧縮機内の潤滑油面が低下して故障の原因となる場合がある。これを予防するため、比較的多量の潤滑油が冷凍サイクル装置内に封入されている。 In general, in this type of refrigeration cycle apparatus, part of the lubricating oil stored in the compressor is always discharged out of the compressor together with the refrigerant, and circulates in the refrigeration cycle. At this time, if the lubricating oil stays in the refrigeration cycle and it becomes difficult to return to the compressor, the lubricating oil surface in the compressor may be lowered and cause a failure. In order to prevent this, a relatively large amount of lubricating oil is enclosed in the refrigeration cycle apparatus.
圧縮機構と駆動機構が同じ容器(以降、「シェル」という)内にある密閉型圧縮機では、そのシェル底に潤滑油面が形成され、それを圧縮機構に供給する給油機構を備えることで潤滑を行っているが、あまりにも多量の潤滑油がシェル内に存在すると、駆動機構の回転部分に潤滑油が接触し、回転抵抗を増加させ、また、潤滑油攪拌によって油吐出量が増大してしまうことがあった。 In a hermetic compressor in which the compression mechanism and the drive mechanism are in the same container (hereinafter referred to as “shell”), a lubricating oil surface is formed on the bottom of the shell, and lubrication is provided by providing an oil supply mechanism that supplies the lubricant to the compression mechanism. However, if too much lubricating oil is present in the shell, it will come into contact with the rotating part of the drive mechanism, increasing the rotational resistance, and the oil discharge rate will increase due to the stirring of the lubricating oil. There was a case.
このような不具合を回避するため、圧縮機シェルの所定高さの位置に油流出穴を設けて回転部分に油面が接触しないようにするとともに、吐出冷媒に合流した余剰油を、油分離器を介して圧縮機吸入側に戻すようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In order to avoid such a problem, an oil outflow hole is provided at a predetermined height position of the compressor shell so that the oil surface does not come into contact with the rotating portion, and excess oil merged with the discharged refrigerant is removed from the oil separator. There is known one that is returned to the compressor suction side via (see, for example, Patent Document 1).
このように、密閉型の圧縮機ではシェル外に排出された多量の潤滑油を冷凍サイクル側に循環させないようにするための油分離器が必要となる。そして、従来はこの油分離器を圧縮機の高圧配管に接続し、吐出冷媒に混じった油を重力や遠心力を利用して分離するようにしていた。このため、少なからぬ圧力損失を生じ、圧縮機の負担を増大させるという難点があった。 Thus, the hermetic compressor requires an oil separator for preventing a large amount of lubricating oil discharged outside the shell from being circulated to the refrigeration cycle side. Conventionally, this oil separator is connected to a high-pressure pipe of a compressor, and oil mixed in the discharged refrigerant is separated using gravity or centrifugal force. For this reason, there was a problem that a considerable pressure loss was caused and the burden on the compressor was increased.
また、シェル内の潤滑油が最も少なくなる運転モードとなったとき、吐出配管(高圧配管)、油分離器、吸入配管(低圧配管)に広く分布して循環している余剰な潤滑油を必要に応じてシェルに早急に戻すことが容易でないという問題があった。 In addition, when the operation mode in which the lubricating oil in the shell is minimized, the excess lubricating oil that is widely distributed and circulated in the discharge pipe (high-pressure pipe), oil separator, and suction pipe (low-pressure pipe) is required. There is a problem that it is not easy to quickly return to the shell according to the situation.
本発明の技術的課題は、油分離器の存在による高圧側圧力損失の増大を回避でき、かつ必要に応じて余剰な潤滑油を圧縮機シェルに速やかに供給できるようにすることにある。 The technical problem of the present invention is to avoid an increase in high-pressure pressure loss due to the presence of an oil separator, and to allow surplus lubricating oil to be quickly supplied to the compressor shell as necessary.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、下記の構成からなるものである。すなわち、同一シェルの内部に圧縮機構と駆動機構を備えた密閉型の圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器と、を冷媒配管で順次接続して閉回路を形成し、この閉回路内を冷媒とともに潤滑油が循環する冷凍サイクル装置であって、前記潤滑油を貯留可能な油貯留容器を備え、この油貯留容器は、鉛直方向頂部と底部にそれぞれ接続ポートを有し、頂部の接続ポートは、蒸発器と圧縮機との間の低圧配管に接続され、底部の接続ポートは、開閉手段を介して圧縮機の高圧配管に接続されているものである。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention has the following configuration. That is, a closed type compressor provided with a compression mechanism and a drive mechanism in the same shell, a condenser, a decompression means, and an evaporator are connected in series by a refrigerant pipe to form a closed circuit. A refrigeration cycle apparatus in which lubricating oil circulates in a circuit together with a refrigerant, comprising an oil storage container capable of storing the lubricating oil, the oil storage container having a connection port at each of a vertical top part and a bottom part, and a top part The connection port is connected to a low-pressure pipe between the evaporator and the compressor, and the connection port at the bottom is connected to the high-pressure pipe of the compressor through an opening / closing means.
本発明の冷凍サイクル装置によれば、冷房あるいは暖房運転中に、圧縮機シェル内に滞留して運転効率を悪化させる余剰な潤滑油を、低圧側吸入配管に頂部の接続ポートが接続された油貯留容器に貯留するようにしたので、従来の油分離器を圧縮機の高圧配管に接続したときのような油分離に要する圧力損失や、油戻しとともに生じる冷媒バイパスなどの効率低下要因を発生させることなく、高効率な運転を行うことができる。 According to the refrigeration cycle apparatus of the present invention, during cooling or heating operation, surplus lubricating oil that stays in the compressor shell and deteriorates the operation efficiency is removed, and oil whose top connection port is connected to the low-pressure side intake pipe. Since it is stored in the storage container, it causes the efficiency loss such as the pressure loss required for oil separation when connecting a conventional oil separator to the high-pressure piping of the compressor and the refrigerant bypass that occurs with oil return. Therefore, highly efficient operation can be performed.
また、暖房起動など圧縮機シェル内の潤滑油が不足するようなモードにおいて、開閉手段を開けることで、底部の接続ポートより油貯留容器内に高圧を導入して、頂部の接続ポートより吸入配管(低圧配管)に油を放出することができる。このため、シェル内油量を速やかに回復させることができる。 Also, in modes where there is a shortage of lubricating oil in the compressor shell, such as when heating is started, high pressure is introduced into the oil storage container from the connection port at the bottom by opening the opening and closing means, and the suction pipe from the connection port at the top Oil can be discharged into (low pressure piping). For this reason, the amount of oil in the shell can be quickly recovered.
図1は本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図、図2はその密閉型圧縮機の内部構造を示す縦断面図、図3はその油貯留容器接続部における油分離の原理の説明図、図4はその油貯留容器からの油放出の原理の説明図である。 FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of the hermetic compressor, and FIG. 3 is a diagram of oil separation at an oil storage container connecting portion. FIG. 4 is an explanatory diagram of the principle of oil discharge from the oil storage container.
本実施形態の冷凍サイクル装置は、室内の冷房もしくは暖房を行う空気調和装置に適用されたもので、図1のように基本的には圧縮機5、四方弁6、室外熱交換器7、液管4、電動膨張弁8、室内熱交換器9、及びガス管3を備えてなり、これらを冷媒配管で順次接続して閉回路に結合し、この閉回路内を冷媒とともに潤滑油が循環する冷媒回路を構成している。すなわち、室外ユニット1と室内ユニット2がガス管3と液管4で接続されて閉回路を形成し、冷媒としてR410Aが封入され、潤滑油としては冷媒(R410A)と相溶性のあるエーテル系の油が封入されている。また、潤滑油を貯留可能な油貯留容器10を備えている。
The refrigeration cycle apparatus of the present embodiment is applied to an air conditioner that performs indoor cooling or heating. Basically, as shown in FIG. 1, the
これを更に詳述すると、室外ユニット1には、回転数調節可能な密閉型の圧縮機5と、冷房と暖房で流路を切り替える(図1では冷房運転となっている)四方弁6と、室外熱交換器7と、油貯留容器10と、開閉手段すなわち電磁弁11と、圧力導入管12とが備えられている。
More specifically, the
室内ユニット2には、電動膨張弁8、室内熱交換器9が備えられている。また、図示は省略しているが、室外熱交換器7と室内熱交換器9にはそれぞれ送風機が備えられ、それぞれ室内外の空気との熱交換を促進、調整している。
The
圧縮機5は、ここではスクロール圧縮機を用いている。このスクロール圧縮機は、図2のように同一の密閉シェル51の内部に圧縮機構54と駆動機構となるステータ57及びロータ58とを備えている。圧縮機構54は、インボリュート曲線によって形成される板状渦巻歯54a,54bを有する固定スクロ−ル54c及び揺動スクロ−ル54dを、互いの板状渦巻歯54a,54b間に圧縮室が形成されるように噛み合わされて設置されている。また、揺動スクロ−ル54dは、密閉シェル51内にて、駆動機構の主軸56に偏心状態でかつ相対回動自在に取り付けられ、さらに固定スクロ−ル54cと揺動スクロ−ル54dの両方とすべり対偶をなす爪を有するオルダムリング(図示せず)によって自転は阻止されているが、主軸径方向への揺動(偏心に伴う円運動であり、以下これを「偏心旋回運動」という)は許容されて構成されている。そして、揺動スクロ−ル54dが偏心旋回運動するに従って、固定スクロ−ル54cと揺動スクロ−ル54dの間に吸込管52より冷媒ガスが吸い込まれ、中心へ向かうほど容積が小さくなり、冷媒ガスは高圧状態で吐出管53より押し出されるようになっている。つまり、1回の偏心旋回運動(360°の偏芯旋回運動)の中で冷媒の吸い込み→圧縮→吐き出しの3つの作業が周期的かつ連続的に行われるようになっている。
Here, a scroll compressor is used as the
油貯留容器10は、潤滑油を貯留可能なもので、図1及び図3のように鉛直方向頂部と底部にそれぞれ接続ポート10a,10bを有し、頂部の接続ポート10aは、蒸発器と圧縮機5との間の低圧配管に接続され、底部の接続ポート10bは、電磁弁11を介して圧縮機5の高圧配管に接続されている。図1の四方弁6の切替位置においては、室内熱交換器9が蒸発器、室外熱交換器7が凝縮器となっている。
The
本実施形態の冷凍サイクル装置において、冷房運転時に圧縮機5から吐出された高温高圧のガス冷媒は、図1のように四方弁6を経由して室外熱交換器7へ流入し、室外に放熱して凝縮する。この高圧液冷媒は液管4を通って室内ユニット2に流入し、電動膨張弁8によって低圧まで減圧される。そして、室内熱交換器9で室内を冷却しながら蒸発して低圧ガス冷媒となって、ガス管3、四方弁6を経由して再び圧縮機5に吸引される。このとき、電磁弁11は閉止されている。
In the refrigeration cycle apparatus of this embodiment, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
次に、圧縮機5内部の潤滑油の流れについて図2に基づき説明する。軸受部への給油は、圧縮部で発生する吸入圧力と吐出圧力との間の差圧を利用した差圧給油にて行っている。すなわち、密閉シェル51下部の油貯め内の潤滑油59を、主軸56に設けられた中空空間60へ前記差圧の作用により、つまり主軸56の中空空間60を圧縮部の吸入側と連通させるとともに、油貯め内の潤滑油59の液面上部空間を圧縮部の吐出側と連通させることにより発生する差圧の作用により吸い上げ、中空空間60から主軸56の外周へ連通する給油連通口を通し、図示しない軸受部に給油する。このとき、潤滑油59の一部が高圧ガス冷媒といっしょに吐出管53から冷凍サイクル側に流出する。
Next, the flow of the lubricating oil inside the
この状況で、この冷凍サイクル装置内に多量の潤滑油が封入されていると、潤滑油59の油面がロータ58の下端以上となり、ロータ58が潤滑油を攪拌することで回転抵抗が増えてモータ入力が増大し、運転効率を悪化させることとなる。このため、潤滑油を密閉シェル外へ隔離する必要が生じる。本実施形態ではその潤滑油隔離機能を室外ユニット2に設けた油貯留容器10に与えている。
In this situation, if a large amount of lubricating oil is enclosed in the refrigeration cycle apparatus, the oil level of the lubricating
油貯留容器10は、図3のように鉛直方向上方から吸入冷媒が油貯留容器10に向かい、その直前でガス冷媒が圧縮機5の吸入側に連なる分岐配管に吸入されて進行方向を変化させられ、ガス冷媒流101(図3中に実線で示す)となり、圧縮機5に吸入される。しかし、ガス冷媒より重く、粘度が大きい潤滑油流102(図3中に波線で示す)は、液滴あるいは管壁に沿った液膜の形態で流れており、慣性力および重力によって油貯留容器10内に流入する(図3の左図の状態)。
As shown in FIG. 3, in the
ただし、この潤滑油貯留モードは過渡的なもので、通常時、油貯留容器10は潤滑油で満液状態である。この状態では、ガス冷媒流101も潤滑油流102も圧縮機5の吸入側に向かって流れる(図3の右図の状態)。また、これらのモード、すなわち潤滑油を圧縮機すなわち密閉シェル外に隔離したい状況では電磁弁11は常に閉止され、油貯留容器10は入口のみとなる言わば盲腸管である。
However, this lubricating oil storage mode is transitional, and normally, the
このような油貯留容器10の配置によれば、高圧側に油分離器を配置する必要がなく、油分離時に生じる圧力損失によって本冷凍サイクル装置の運転効率を低下させることがなくなる。また、従来の高圧側配置の油分離器では、分離した油を吸入側に戻す際にわずかに冷媒もバイパスしてしまっていたが、本実施形態によれば、この冷媒バイパスによる損失も回避できる。
According to such an arrangement of the
次に、油貯留容器10ら潤滑油を供給する場合の動作について図4に基づき図2を参照しながら説明する。密閉シェル51の底部の潤滑油59が不足すると圧縮機構54に潤滑油を送ることができなくなり、異常磨耗や焼付きなどの不具合が生じる。このような密閉シェル内潤滑油が少なくなる運転モードでは、油貯留容器10の余剰油を圧縮機5に戻してやることが必要となる。
Next, the operation when lubricating oil is supplied from the
特に、低外気での暖房モードにおいては、蒸発器となる室外熱交換器7に液冷媒が溜りこんだ状態からの起動となるため、運転開始時に多量の液冷媒が圧縮機5に流入し、密閉シェル内潤滑油59を希釈する一方、一時的に密閉シェル内の潤滑油59の液面が上昇するため、吐出ガスにも多量の液冷媒が混じることとなり、潤滑油59も一緒に密閉シェル外に排出されてしまい、潤滑油が密閉シェル内にほとんど存在しなくなる。
In particular, in the heating mode with low outside air, since it starts from the state where the liquid refrigerant has accumulated in the outdoor heat exchanger 7 serving as an evaporator, a large amount of liquid refrigerant flows into the
このようなとき、本実施形態では電磁弁11を開放する。これにより、図4のように油貯留容器10の底部の接続ポート10bから高圧の吐出ガス冷媒103が流入し、それまで貯留されていた潤滑油は油貯留容器10を溢れて圧縮機5の吸入管側に放出される。吸入管に放出された潤滑油は、速やかに圧縮機5に向かう流れ102を形成し、圧縮機5の密閉シェル内油面を上昇させる。
In such a case, the
本実施形態では、圧縮機5のロータ58の下端に油面が接触するほど多量に潤滑油が封入された状態であることが前提であり、また油貯留容器10が満液となっても必要最低油量が密閉シェル内に確保されている必要があるので、必然的にこの油貯留容器10の容量は必要最低油量とロータ下端に油面が接触する油量との油量差より小さいことになる。
In the present embodiment, it is a premise that the lubricating oil is filled in such a large amount that the oil level comes into contact with the lower end of the
また、本実施形態においては、潤滑油を冷媒R410Aと相溶性のあるエーテル油を用いるものとしたが、この場合、冷凍サイクル装置の圧縮機吸入側で冷媒が二相状態となる、いわゆる液バック運転となったときに低圧側を流通する潤滑油が希釈状態となり、十分な油分離・貯留機能を発揮できないことが考えられる。したがって、アルキルベンゼン油のような弱相溶性の潤滑油を用いた方が望ましく、これによって油分離の高効率化の効果が得られやすくなる。 In this embodiment, the lubricating oil is ether oil that is compatible with the refrigerant R410A. In this case, the so-called liquid back in which the refrigerant is in a two-phase state on the compressor suction side of the refrigeration cycle apparatus. It is conceivable that the lubricating oil that circulates on the low-pressure side becomes diluted when in operation, and the oil separation / storage function cannot be exhibited sufficiently. Therefore, it is desirable to use a weakly compatible lubricating oil such as an alkylbenzene oil, which makes it easier to obtain the effect of improving the efficiency of oil separation.
以上のように、本実施形態によれば、冷房あるいは暖房運転中に、密閉シェル内に滞留して運転効率を悪化させる余剰な潤滑油59を、低圧側吸入配管に頂部の接続ポート10aが接続された油貯留容器10に貯留するようにしたので、油分離に要する圧力損失や、油戻しとともに生じる冷媒バイパスなどの効率低下要因を発生させることなく、高効率な運転を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, during the cooling or heating operation, the
また、暖房起動など密閉シェル内の潤滑油が不足するようなモードにおいて、油貯留容器10の底部の接続ポート10bから高圧の吐出ガス冷媒103を導入して、それまで貯留されていた潤滑油を吸入管に放出することにより、密閉シェル内油量を速やかに回復させることができる。
Further, in a mode where the lubricating oil in the hermetic shell is insufficient, such as when heating is started, the high-pressure
なお、ここでは圧縮機としてスクロール圧縮機を例に挙げて説明したが、これに限るものでなく、ロータリ型圧縮機やピストン型圧縮機の採用も可能である。 Here, the scroll compressor has been described as an example of the compressor. However, the present invention is not limited to this, and a rotary compressor or a piston compressor may be employed.
5 圧縮機、7 室外熱交換器、8 電動膨張弁(減圧手段)、9 室内熱交換器、10 油貯留容器、10a 頂部の接続ポート、10b 底部の接続ポート、11 電磁弁(開閉手段)、51 密閉シェル(シェル)、54 圧縮機構、57 ステータ(駆動機構)、58 ロータ(駆動機構)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記潤滑油を貯留可能な油貯留容器を備え、
前記油貯留容器は、鉛直方向頂部と底部にそれぞれ接続ポートを有し、
前記頂部の接続ポートは、前記蒸発器と前記圧縮機との間の低圧配管に接続され、
前記底部の接続ポートは、開閉手段を介して前記圧縮機の高圧配管に接続されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。 A closed circuit having a compression mechanism and a drive mechanism in the same shell, a condenser, a pressure reducing means, and an evaporator are connected in order by a refrigerant pipe to form a closed circuit. A refrigeration cycle device in which lubricating oil circulates with refrigerant,
An oil storage container capable of storing the lubricating oil;
The oil storage container has a connection port at the top and bottom in the vertical direction,
The top connection port is connected to a low pressure line between the evaporator and the compressor;
The refrigeration cycle apparatus, wherein the bottom connection port is connected to a high-pressure pipe of the compressor through an opening / closing means.
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