JP2010169337A - Refrigerating cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus.
近年、冷凍サイクル装置の高効率化を図る手段として、膨張弁に代えて容積式の膨張機を用いた冷凍サイクル装置が提案されている。作動流体(冷媒)が膨張する過程でその圧力エネルギーを膨張機によって動力の形で回収し、その回収した動力を圧縮機の駆動に使用することで消費電力が低減する。そのような冷凍サイクル装置には、圧縮機構、電動機および膨張機構がシャフトで連結された構造の圧縮機(膨張機一体型圧縮機)が用いられる。 In recent years, a refrigeration cycle apparatus using a positive displacement expander instead of an expansion valve has been proposed as means for improving the efficiency of the refrigeration cycle apparatus. In the process of expanding the working fluid (refrigerant), the pressure energy is recovered in the form of power by the expander, and the recovered power is used to drive the compressor, thereby reducing power consumption. In such a refrigeration cycle apparatus, a compressor (an expander-integrated compressor) having a structure in which a compression mechanism, an electric motor, and an expansion mechanism are connected by a shaft is used.
そのような圧縮機によると、圧縮機構と膨張機構とがシャフトで連結されているので、膨張機構の入口における冷媒の密度ρeと圧縮機構の入口における冷媒の密度ρcとの比(ρe/ρc)が常に一定となる(密度比一定の制約)。そのため、設計上の理想条件から外れた条件では効率のよい運転を行えない。 According to such a compressor, since the compression mechanism and the expansion mechanism are connected by the shaft, the ratio of the refrigerant density ρ e at the inlet of the expansion mechanism to the refrigerant density ρ c at the inlet of the compression mechanism (ρ e / Ρ c ) is always constant (constant of constant density ratio). Therefore, efficient operation cannot be performed under conditions deviating from ideal design conditions.
この問題を受けて、図10に示すように、第1圧縮機230および第2圧縮機240を備えた冷凍サイクル装置が提案されている(特許文献1)。第1圧縮機230は、シャフトで互いに連結された第1圧縮機構210、電動機211および膨張機構212を備えている。第2圧縮機240は、電動機220および第2圧縮機構221を備えている。冷媒回路において、第1圧縮機構210と第2圧縮機構221とが並列に配置されている。この冷凍サイクル装置によると、各圧縮機の回転数を制御することによって密度比一定の制約を回避できるため、COP(coefficient of performance)を常時高く維持できる。
In response to this problem, as shown in FIG. 10, a refrigeration cycle apparatus including a
一方、冷凍サイクル装置の高出力化のために、圧縮機を複数台用いた冷凍サイクル装置が知られている。例えば、特許文献2には、図11に示す冷凍サイクル装置が開示されている。この冷凍サイクル装置では、2台の圧縮機320,330が並列に配置されている。圧縮機320,330の内部には、各圧縮機の摺動部分の潤滑およびシールに使用されるオイルが溜められている。圧縮機320,330のオイル保持量の均衡が崩れると、信頼性および効率の面で問題となるので、圧縮機320,330のオイル保持量を均衡させる構造が採用されている。
On the other hand, in order to increase the output of the refrigeration cycle apparatus, a refrigeration cycle apparatus using a plurality of compressors is known. For example,
すなわち、圧縮機320の吐出側にオイルセパレータ311が設けられ、そのオイルセパレータ311と圧縮機320の吸込管とを接続するオイルバイパス管312が設けられている。圧縮機330側にも同様のオイルセパレータ311とオイルバイパス管312が設けられている。また、図12に示すように、圧縮機320,330の下部には均油管350が設けられており、均油管350を通じて圧縮機320,330同士の間のオイルの流通が可能となっている。
That is, an
さらに、圧縮機320,330の2台運転時、均油運転として以下の運転が行われる。
Further, when the two
一方の圧縮機320の運転周波数をまず一定値だけステップアップし、設定時間taが経過するまでの間、圧力センサ315の検出圧力Pdが変化しないように、他方の圧縮機330の運転周波数を下げる。設定時間taが経過したら、一方の圧縮機320の運転周波数を一定値だけステップダウンし、同じく設定時間taが経過するまでの間、圧力センサ315の検出圧力Pdが変化しないように他方の圧縮機330の運転周波数を上げる。こうして、再び設定時間taが経過したら、圧縮機320,330の運転周波数を元に戻す。そして、設定時間tbが経過する毎に、上記ステップアップ、ステップダウンの均油運転を繰り返す。
The operating frequency of one
このように、圧縮機320,330同士を均油管350で接続するとともに、圧縮機320,330の2台運転時、圧縮機320,330の運転周波数を交互に上下させることにより、圧縮機320,330のオイルが均油管350を通じて効率よく流通し、双方の圧縮機320,330のオイル保持量の均衡が保たれる。
オイル保持量の均衡が崩れる問題は、図10に示す冷凍サイクル装置にもある。しかし、第1圧縮機230と第2圧縮機240とを連通する均油管を設けたとしても、十分な均油効果が得られるとは限らない。なぜなら、第1圧縮機230の内部圧力と第2圧縮機240の内部圧力とが常に一致するとは限らず、その場合には、内部圧力の差がオイルレベルに影響を及ぼすからである。
The problem that the balance of the oil retention amount is lost also exists in the refrigeration cycle apparatus shown in FIG. However, even if an oil equalizing pipe that connects the
上述した均油運転を図10の冷凍サイクル装置に適用することも考えられるが、それも難しい。なぜなら、第1圧縮機230には圧縮機構210だけでなく膨張機構212が設けられており、第1圧縮機230でのオイル利用量と第2圧縮機240でのオイル利用量とが一致するとは限らないからである。また、運転周波数の上げ下げを伴う均油運転と、COPが最大になるように第1圧縮機230および第2圧縮機240の運転周波数を制御する高効率運転との両立が困難という問題もある。
Although the above-described oil leveling operation may be applied to the refrigeration cycle apparatus of FIG. 10, it is also difficult. This is because the
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、効率を犠牲にすることなく、互いに異なる構造の第1圧縮機と第2圧縮機とを備えた冷凍サイクル装置の信頼性を高めることを目的とする。 This invention is made | formed in view of this point, and it aims at improving the reliability of the refrigerating-cycle apparatus provided with the 1st compressor and 2nd compressor of a mutually different structure, without sacrificing efficiency. And
すなわち、本発明は、
第1圧縮機構と、膨張機構と、前記第1圧縮機構と前記膨張機構とを連結しているシャフトと、前記第1圧縮機構、前記膨張機構および前記シャフトを収容するとともに前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒によって内部空間が満たされる第1密閉容器とを有する第1圧縮機と、
冷媒回路において前記第1圧縮機構に対して並列に配置された第2圧縮機構と、前記第2圧縮機構を収容する第2密閉容器とを有する第2圧縮機と、
前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒を前記放熱器に導く経路であって、前記第1密閉容器と前記放熱器とを接続する共通経路と、前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒が前記第1密閉容器の内部空間を経由して前記放熱器へと導かれるように前記第2密閉容器と前記第1密閉容器とを連通する連通経路とを有する高圧冷媒経路と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
That is, the present invention
A first compression mechanism, an expansion mechanism, a shaft connecting the first compression mechanism and the expansion mechanism, the first compression mechanism, the expansion mechanism, and the shaft; A first compressor having a first sealed container whose internal space is filled with a compressed refrigerant;
A second compressor having a second compression mechanism disposed in parallel with the first compression mechanism in the refrigerant circuit; and a second hermetic container for housing the second compression mechanism;
A radiator that cools the refrigerant compressed by the first compression mechanism and the refrigerant compressed by the second compression mechanism;
An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expansion mechanism;
A path for guiding the refrigerant compressed by the first compression mechanism and the refrigerant compressed by the second compression mechanism to the radiator, a common path connecting the first sealed container and the radiator, A communication path that connects the second sealed container and the first sealed container so that the refrigerant compressed by the second compression mechanism is guided to the radiator via the internal space of the first sealed container. Having a high pressure refrigerant path;
A refrigeration cycle apparatus is provided.
第1圧縮機構および第2圧縮機構で冷媒に混ざったオイルは、圧縮冷媒とともに第1密閉容器や第2密閉容器の内部空間に吐出され、それら内部空間において冷媒から分離される。分離されたオイルは、第1密閉容器や第2密閉容器の底部のオイル溜りに戻る。一方、膨張機構で冷媒に混ざったオイルは、冷媒とともに冷媒回路にそのまま流出する。つまり、第1圧縮機(膨張機一体型圧縮機)および第2圧縮機を備えた冷凍サイクル装置では、通常、第1圧縮機から冷媒回路に流出するオイルの量が、第2圧縮機から冷媒回路に流出するオイルの量よりも多い。したがって、第1圧縮機のオイル保持量が次第に減少し、第2圧縮機のオイル保持量が次第に増大する。 The oil mixed with the refrigerant in the first compression mechanism and the second compression mechanism is discharged together with the compressed refrigerant into the internal spaces of the first closed container and the second closed container, and is separated from the refrigerant in the internal spaces. The separated oil returns to the oil reservoir at the bottom of the first sealed container or the second sealed container. On the other hand, the oil mixed with the refrigerant by the expansion mechanism flows out into the refrigerant circuit together with the refrigerant. That is, in the refrigeration cycle apparatus including the first compressor (expander-integrated compressor) and the second compressor, the amount of oil that normally flows from the first compressor to the refrigerant circuit is reduced from the second compressor to the refrigerant. More than the amount of oil that flows into the circuit. Accordingly, the oil retention amount of the first compressor gradually decreases, and the oil retention amount of the second compressor gradually increases.
上記本発明の冷凍サイクル装置によれば、第2圧縮機構で圧縮された冷媒が連通経路を通じて第1密閉容器に導かれ、第1密閉容器の内部空間を経由して放熱器へと流れる。つまり、第2圧縮機構で圧縮された冷媒を放熱器に導くための主要な経路(流量が最も多い経路)が第1密閉容器の内部空間で形成されている。第1圧縮機構で圧縮された冷媒も第1密閉容器の内部空間を経由して放熱器へと流れる。第1密閉容器では、第1圧縮機構で圧縮された冷媒と第2圧縮機構で圧縮された冷媒との両方からオイルが分離されうる。これにより、第1圧縮機のオイル保持量の減少および第2圧縮機のオイル保持量の増加が防止される。オイル不足による第1圧縮機での潤滑不良やオイル過多による第2圧縮機での負荷増大を防止でき、高効率で信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供できる。 According to the refrigeration cycle apparatus of the present invention, the refrigerant compressed by the second compression mechanism is guided to the first sealed container through the communication path, and flows to the radiator via the internal space of the first sealed container. That is, a main path (path with the highest flow rate) for guiding the refrigerant compressed by the second compression mechanism to the radiator is formed in the internal space of the first sealed container. The refrigerant compressed by the first compression mechanism also flows to the radiator via the internal space of the first sealed container. In the first sealed container, oil can be separated from both the refrigerant compressed by the first compression mechanism and the refrigerant compressed by the second compression mechanism. This prevents a decrease in the oil retention amount of the first compressor and an increase in the oil retention amount of the second compressor. Lubrication failure in the first compressor due to oil shortage and load increase in the second compressor due to excessive oil can be prevented, and a highly efficient and reliable refrigeration cycle apparatus can be provided.
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置100は、第1圧縮機101(膨張機一体型圧縮機)、第2圧縮機102、放熱器4、蒸発器6、およびこれらの機器を相互に接続して冷媒回路を形成している複数の配管3a〜3dを備えている。冷媒回路において、第1圧縮機構1と第2圧縮機構2とは、互いに並列に配置されている。冷媒回路には、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボン等の冷媒が充填されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
第1圧縮機101は、冷媒を圧縮する第1圧縮機構1、冷媒を膨張させる膨張機構5、第1圧縮機構1と膨張機構5とを連結しているシャフト23、シャフト23を駆動する第1電動機11、第1圧縮機構1にオイルを供給するオイルポンプ15、およびこれらを収容している第1密閉容器9を備えている。第1密閉容器9には、第1吸入管7、第1吐出管19、膨張側吸入管21、膨張側吐出管22および導入管49が取り付けられている。第1密閉容器9の底部には第1オイル溜り13が形成されている。
The
第2圧縮機102は、冷媒を圧縮する第2圧縮機構2、第2圧縮機構2に接続されたシャフト24、シャフト24を駆動する第2電動機12、第2圧縮機構2にオイルを供給するオイルポンプ16、およびこれらを収容している第2密閉容器10を備えている。第2密閉容器10には、第2吸入管8および第2吐出管20が取り付けられている。第2密閉容器10の底部には第2オイル溜り14が形成されている。
The
第1吐出管19は、第1配管3aを介して放熱器4に接続されている。放熱器4は、第2配管3bを介して膨張側吸入管21に接続されている。膨張側吐出管22は、第3配管3cを介して蒸発器6に接続されている。蒸発器6は、第4配管3dを介して第1吸入管7および第2吸入管8に接続されている。第4配管3dは、蒸発器6に接続されている側とは反対側の端部が二股に分かれており、分かれた部分が第1吸入管7および第2吸入管8のそれぞれに接続されている。
The
冷凍サイクル装置100は、さらに、第2圧縮機102の第2吐出管20と第1圧縮機101の導入管49とを接続している連通管48を備えている。第2圧縮機構2で圧縮された冷媒は、第2密閉容器10の内部空間、第2吐出管20、連通管48、導入管49、第1密閉容器9の内部空間、第1吐出管19および第1配管3aを放熱器4に向かってこの順に流れる。このように、冷凍サイクル装置100は、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒および第2圧縮機構2で圧縮された冷媒を放熱器4に導く高圧冷媒経路50を備えており、その高圧冷媒経路50が、第1密閉容器9と放熱器4とを接続する共通経路52と、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒が第1密閉容器9の内部空間を経由して放熱器4へと導かれるように第2密閉容器10と第1密閉容器9とを連通する連通経路54とを有している。詳細には、共通経路52が第1吐出管19および第1配管3aで形成され、連通経路54が第2吐出管20、連通管48および導入管49で形成されている。
The
第2圧縮機構2で圧縮された冷媒とともに第1密閉容器9に流入したオイルは、第1密閉容器9の内部空間において冷媒から分離されうる。第1圧縮機101は、第1圧縮機構1に加えて膨張機構5を備えているので、第1圧縮機101におけるオイルの利用量は第2圧縮機102におけるそれよりも多いが、第1圧縮機101に戻されるオイルの量も多いので、第1圧縮機101および第2圧縮機102のオイル保持量の均衡は保たれる。したがって、第1圧縮機101でのオイル不足や第2圧縮機102でのオイル過多の発生を防止できる。
Oil that has flowed into the first sealed
第1圧縮機構1で圧縮された冷媒および第2圧縮機構2で圧縮された冷媒は、第1密閉容器9の内部空間で合流する。圧縮冷媒は、第1吐出管19および第1配管3aを流れ、放熱器4で放熱した後、膨張機構5に導かれる。膨張機構5において冷媒は膨張し、膨張機構5は膨張する冷媒から動力を回収する。その後、冷媒は蒸発器6で吸熱し、第4配管3dを通じて第1圧縮機構1および第2圧縮機構2のそれぞれに導かれる。
The refrigerant compressed by the
冷凍サイクル装置100の運転時において、連通経路54の入口における圧力は連通経路54の出口における圧力よりも高い。詳細には、第2吐出管20における冷媒の圧力が導入管49における冷媒の圧力よりも高い。なぜなら、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒が連通経路54を第2密閉容器10から第1密閉容器9へと向う方向に流れるからである。入口と出口の間の圧力差は連通経路54における圧力損失に等しい。
During operation of the
冷凍サイクル装置100の運転時において、第1密閉容器9の内部空間は、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒および第2圧縮機構2で圧縮された冷媒によって満たされる。第2密閉容器10の内部空間も第2圧縮機構2で圧縮された冷媒によって満たされる。つまり、第1圧縮機101および第2圧縮機102は、いわゆる高圧シェル型である。高圧シェル型によると、電動機の熱を冷媒に加えることによるCOPの改善効果がある。また、第1圧縮機101および第2圧縮機102が高圧シェル型なので、連通経路54によって第2密閉容器10の内部空間と第1密閉容器9の内部空間とを連通するだけで、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒を第1密閉容器9の内部空間に導ける。ただし、第2圧縮機構2から第1密閉容器9の内部空間に圧縮冷媒が直接流入する構成も考えられる。
During the operation of the
また、本実施形態では、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒の全量を連通経路54に流して放熱器4へと導くことが可能である。第2圧縮機構2で圧縮された冷媒の全量が第1密閉容器9に流入することは、第2密閉容器10の内部空間において冷媒から分離されなかったオイルの全部が第1密閉容器9の内部空間に流入することを意味する。したがって、第2圧縮機102から第1圧縮機101に適量のオイルが移動しうる。
In the present embodiment, the entire amount of the refrigerant compressed by the
第2密閉容器10には、第2吐出管20以外に圧縮冷媒の出口が設けられていない。そのため、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒が連通経路54を第2密閉容器10から第1密閉容器9へと向う方向にのみ流れる。これにより、第1圧縮機101から第2圧縮機102へのオイルの移動を防げる。なお、連通経路54に逆流防止用の弁が設けられていてもよい。
The second sealed
共通経路52の流路面積と連通経路54の流路面積とは等しくてもよいし異なっていてもよい。例えば、第2吐出管20、連通管48、導入管49、第1吐出管19および配管3a〜3dに同じ冷媒管を使用すれば、コストを節約できる。
The flow path area of the
<<第1圧縮機>>
次に、図2を参照して、第1圧縮機101について詳細に説明する。
<< First compressor >>
Next, the
第1密閉容器9は、上端部および下端部が塞がれた円筒状の形状を有している。第1密閉容器9の底部には、オイルが溜まることにより第1オイル溜り13が形成されている。第1密閉容器9の第1オイル溜り13よりも上側の内部空間は、圧縮冷媒で満たされている。膨張機構5は、第1密閉容器9内の下側位置に配置されていて第1オイル溜り13中に浸されている。第1圧縮機構1は、第1密閉容器9内の上側位置に配置されている。第1シャフト23の軸方向は鉛直方向に平行である。第1密閉容器9内において、第1圧縮機構1、第1電動機11、第1抑制板(第1抑制部材)17、第1オイルポンプ15、断熱部材37および膨張機構5が上からこの順で並んでいる。
The first sealed
第1シャフト23の内部には、第1オイル溜り13よりも上側に延びて、第1オイルポンプ15からのオイルを第1圧縮機構1に導く第1オイル供給路23cが形成されている。より詳しくは、第1シャフト23は、上側シャフト23aと下側シャフト23bで構成されており、これらのシャフト23a,23bは第1抑制板17よりも少し下側位置で連結部材26によって互いに連結されている。そして、第1オイル供給路23cは、上側シャフト23aを軸方向に貫通するとともに下側シャフト23bの上端面から下方に延び、下側シャフト23bの側面に開口している。また、下側シャフト23bの内部には、当該下部シャフト23bの下端面から膨張機構5の各摺動部分にオイルを導く膨張機構側オイル供給路23eが形成されている。
Inside the
第1圧縮機構1は、第1密閉容器9の内周面に溶接等により固定されている。本実施形態では、第1圧縮機構1はスクロール式のものである。ただし、第1圧縮機構1の形式等に限定はなく、例えばロータリ式圧縮機を用いることも可能である。
The
より詳しくは、第1圧縮機構1は、固定スクロール51と、固定スクロール51と軸方向に対向する可動スクロール52と、上側シャフト23aの上部を支持する軸受部材53とを備えている。固定スクロール51および可動スクロール52は、それぞれ、互いに噛み合う渦巻形状(例えばインボリュート形状)のラップ51a,52aを有する。ラップ51aとラップ52aの間に、渦巻状の圧縮室58が形成されている。固定スクロール51の中央部には、リード弁64により開閉される吐出孔51bが設けられている。可動スクロール52の下側には、可動スクロール52の回転を防止するオルダムリング60が配置されている。上側シャフト23aの上端部には偏心部が形成されており、この偏心部に可動スクロール52が嵌合している。可動スクロール52は、上側シャフト23aの軸心から偏心した状態で旋回する。可動スクロール52には、第1オイル供給路23cから供給されたオイルを各摺動部分に導くオイル分配路52bが設けられている。
More specifically, the
固定スクロール51の上側には、カバー62が設けられている。固定スクロール51および軸受部材53には、カバー62で覆われる位置に、これらを上下に貫通する流路61が形成されている。また、固定スクロール51および軸受部材53には、カバー62の外側の位置に、これらを上下に貫通する流路63が形成されている。圧縮室58で圧縮された冷媒は、吐出孔51bからカバー62で囲まれた空間に吐出された後、流路61を通じて第1圧縮機構1の下側に吐出され、さらに、流路63を通じて第1圧縮機構1の上側に導かれる。
A
第1吸入管7は、第1密閉容器9の側部を貫通し、固定スクロール51に接続されている。これにより、第1吸入管7は第1圧縮機構1の吸入側に接続されている。第1吐出管19は、第1密閉容器9の上部を貫通しており、第1吐出管19の下端は、第1密閉容器9内の第1圧縮機構1の上側の空間に開口している。
The
第1電動機11は、上側シャフト23aの中途部に固定された回転子11aと、回転子11aの外周側に配置された固定子11bとから構成されている。固定子11bは、第1密閉容器9の内周面に固定されている。固定子11bは、モータ配線65を介して端子66に接続されている。回転子11aと固定子11bとの間には、冷媒が流通可能な空間Gが形成されている。固定子11bと第1密閉容器9との間にも冷媒が流通可能な空間Hが形成されている。この第1電動機11によって上側シャフト23aが回転させられることにより、第1圧縮機構1が駆動される。
The 1st
第1抑制板17は、第1オイル溜り13よりも少し上側位置(運転停止時)に配置されており、第1密閉容器9の内部空間をシャフト23の軸方向に沿って第1圧縮機構1および第1電動機11が配置されている上側空間と、膨張機構5が配置されている下側空間とに仕切っている。本実施形態では、第1抑制板17は、第1密閉容器9の内径と略同一の直径を有する円盤状の形状を有しており、その周縁部が第1密閉容器9の内周面に溶接等で固定されている。第1抑制板17によって、第1密閉容器9の底部に溜められたオイルの流動が抑制されている。
The
第1抑制板17の周縁部には、複数の貫通穴17aが設けられており、これらの貫通穴17aによって上側空間から下側空間へとオイルを流下させるオイル戻り路が構成されている。第1抑制板17の中心には、貫通穴17bが設けられている。第1抑制板17の下面には、貫通穴17bに嵌め込まれるようにして、上側シャフト23aの下部を支持する軸受部材42が取り付けられている。第1抑制板17を介してオイルポンプ15、断熱部材37、および膨張機構5等が第1密閉容器9に固定されている。ただし、断熱部材37や膨張機構5が第1密閉容器9に直接的に固定されていてもよい。
A plurality of through
軸受部材42には、連結部材26を収容する収容室43が設けられている。さらに、軸受部材42の下側には、所定の断面形状で鉛直方向に延び、その中心を下側シャフト23bが貫通する中間部材41が配置されており、この中間部材41によって収容室43が閉塞されている。
The bearing
第1オイルポンプ15は、中間部材41と断熱部材37とに挟まれている。本実施形態では、第1オイルポンプ15はロータリ式のものである。ただし、第1オイルポンプ15の形式等に限定はなく、例えばトロコイド型のギア式ポンプを用いることも可能である。
The
具体的に、第1オイルポンプ15は、下側シャフト23bに形成された偏心部に嵌合して偏心運動するピストン40と、このピストン40を収容するハウジング(シリンダ)39とを有している。ピストン40とハウジング39との間には三日月状の作動室15bが形成されている。作動室15bは、上側から中間部材41で閉塞され、下側から断熱部材37で閉塞されている。ハウジング39には、第1オイル溜り13と作動室15bとを連通する第1オイル吸入口15aが形成されている。中間部材41には、オイルポンプ15から吐出されたオイルを第1オイル供給路23cの入口に導く案内路41aが形成されている。このため、第1シャフト23が回転すると、第1オイル溜り13のオイルは、第1オイルポンプ15によって第1オイル吸入口15aから吸い込まれた後に案内路41aに吐出されて、案内路41aおよび第1オイル供給路23cを通じて第1圧縮機構1に供給される。
Specifically, the
断熱部材37は、第1オイル溜り13を上層部13aと下層部13bとに仕切るとともに上層部13aと下層部13bとの間でのオイルの流通を規制するものである。本実施形態では、断熱部材37は、第1密閉容器9の内径よりも僅かに小さな直径を有する円盤状をなしており、断熱部材37と第1密閉容器9の内周面との間に形成された隙間を通じてオイルの流通が僅かに許容されている。断熱部材37の中心を下側シャフト23bが貫通している。
The
膨張機構5は、断熱部材37の下側に、スペーサ38を隔てて設置されている。このスペーサ38は、断熱部材37と膨張機構5との間に下層部13bのオイルで満たされる空間を形成する。スペーサ38によって確保された空間を満たすオイルは、それ自体が断熱材として働き、軸方向に温度成層を形成する。
The
本実施形態では、膨張機構5は2段ロータリ式のものである。ただし、膨張機構5の形式等に限定はなく、例えば、単段のロータリ式膨張機、スクロール式膨張機等の他形式の容積式膨張機を用いることも可能である。
In the present embodiment, the
より詳しくは、膨張機構5は、閉塞部材36、下軸受部材27、第1膨張部28a、中板30、第2膨張部28b、および上軸受部材29を備えており、これらは下から上に向ってこの順に配置されている。第2膨張部28bの厚みは、第1膨張部28aよりも大きい。本実施形態では、膨張側吸入管21および膨張側吐出管22が第1密閉容器9の側部を貫通して上軸受部材29に直接接続されている。
More specifically, the
図3Aに示すように、第1膨張部28aは、下側シャフト23bに形成された偏心部に嵌合するリング状のピストン32aと、このピストン32aを収容するシリンダ31aとを備えている。シリンダ31aの内周面とピストン32aの外周面との間には、第1流体室33aが形成されている。シリンダ31aには、径方向外側向きに延びるベーン溝34cが形成され、このベーン溝34cにはベーン34aが摺動可能に配置されている。シリンダ31aのベーン34aの背面側(径方向外側)には、ベーン溝34cと連通し、径方向外側向きに延びる背面室34hが形成されている。背面室34h内には、ベーン34aをピストン32aに向かって付勢するばね35aが設けられている。ベーン34aは、第1流体室33aを高圧側流体室VH1と低圧側流体室VL1とに仕切っている。
As shown in FIG. 3A, the
図3Bに示すように、第2膨張部28bは、下側シャフト23bに形成された偏心部に嵌合するリング状のピストン32bと、このピストン32bを収容するシリンダ31bとを備えている。シリンダ31bの内周面とピストン32bの外周面との間には、第2流体室33bが形成されている。シリンダ31bにも、径方向外側向きに延びるベーン溝34dが形成され、このベーン溝34dにはベーン34bが摺動可能に配置されている。シリンダ31bのベーン34bの背面側には、ベーン溝34dと連通し、径方向外側向きに延びる背面室34iが形成されている。背面室34i内には、ベーン34bをピストン32bに向かって付勢するばね35bが設けられている。ベーン34bは、第2流体室33bを高圧側流体室VH2と低圧側流体室VL2とに仕切っている。
As shown in FIG. 3B, the
図2に示すように、下軸受部材27は、下側シャフト23bを支持するとともに、第1流体室33aを下側から閉塞している。この下軸受部材27の下面には、冷媒導入路31cを通じて膨張側吸入管21と連通する膨張前流体室27bが設けられており、この膨張前流体室27bが閉塞部材36で閉塞されている。また、下軸受部材27には、膨張前流体室27bから第1膨張部28aの高圧側流体室VH1に冷媒を流入させる吸入ポート27aが設けられている。
As shown in FIG. 2, the
中板30は、第1流体室33a(図3A)を上側から閉塞し、第2流体室33b(図3A)を下側から閉塞している。また、中板30には、第1膨張部28aの低圧側流体室VL1と第2膨張部28bの高圧側流体室VH2とを連通して膨張室を構成する連通路30aが形成されている。
The
上軸受部材29は、下側シャフト23bを支持するとともに、第2流体室33bを上側から閉塞している。また、上軸受部材29には、第2膨張部28bの低圧側流体室VL2から膨張側吐出管22に冷媒を導出させる吐出ポート29aが設けられている。
The
第1オイル溜り13の上層部13aのオイルは、第1オイルポンプ15によって第1オイル供給路23cを通じて第1圧縮機構1に供給される。さらに、第1圧縮機構1へ供給されたオイルは、部品間のシールおよび潤滑に使用される。オイルの一部は冷媒と共に流路61を通じて第1密閉容器9の内部空間に吐出され、残部は軸受部材53および上側シャフト23aを潤滑しながら回転子11aの上端に流れ落ちる。第1圧縮機構1の下側に吐出されたオイルおよび圧縮冷媒は、第1電動機11の中の空間Gを下に進み、第1電動機11の下端を回りこんで第1電動機11と第1密閉容器9との隙間Hを上に進む。この過程において、重力および遠心力により冷媒とオイルとが分離される。冷媒から分離されたオイルは、第1抑制板17の貫通穴17aを通って、第1オイル溜り13へと戻る。
The oil in the
膨張機構5へのオイルの供給は、下側シャフト23b内に設けられた膨張機構側オイル供給路23eを通じて行なわれる。膨張機構5へ供給されたオイルは、部品間のシールおよび潤滑に使用される。このとき、オイルの一部はピストン32a,32bおよびベーン34a,34bの周囲の隙間を通って、第1流体室33aおよび第2流体室33b内に流入する。流入したオイルは、膨張側吐出管22から第3配管3cに吐出される。
The supply of oil to the
<<第2圧縮機>>
次に、図4を参照して、第2圧縮機102について詳細に説明する。
<< Second compressor >>
Next, the
第2密閉容器10は、上端部および下端部が塞がれた円筒状の形状を有している。本実施形態では、第2密閉容器10の内径は、第1密閉容器9の内径と同じになっている。第2密閉容器10の底部には、オイルが溜まることにより第2オイル溜り14が形成されている。第2密閉容器10の第2オイル溜り14よりも上側の内部空間は、第2圧縮機構2から吐出された冷媒で満たされている。第2密閉容器10内には、第2圧縮機構2、第2電動機12、第2抑制板(第2抑制部材)18、および第2オイルポンプ16が上から下に向かってこの順に配置されている。
The second sealed
第2シャフト24は、第2圧縮機構2および第2電動機12が鉛直方向に並ぶように両者を連結している。また、第2シャフト24は、第2圧縮機構2と第2オイルポンプ16とに跨って鉛直方向に延びている。第2シャフト24の内部には、当該第2シャフト24を軸方向に貫通して、第2オイルポンプ16からのオイルを第2圧縮機構2に導く第2オイル供給路24aが形成されている。
The
本実施形態では、第2圧縮機構2として、第1圧縮機構1と同じスクロール式の圧縮機構が用いられている。そこで、第2圧縮機構2の構成に関しては、第1圧縮機構1と同部材には同一符号を付し、その説明を省略する。また、第2電動機12も第1電動機11と同じものであり、第2電動機12の回転子12aおよび固定子12bが、それぞれ、第1電動機11の回転子11aおよび固定子11bに対応する。
In the present embodiment, as the
第2抑制板18は、第2オイル溜り14よりも少し上側位置(運転停止時)に配置されており、第2密閉容器10の内部空間を鉛直方向に沿って第2圧縮機構2および第2電動機12が配置されている上側空間とオイルが溜められた下側空間とに仕切っている。第2抑制板18は、第2密閉容器10の内径と略同一の直径を有する円盤状の形状を有しており、その周縁部が第2密閉容器10の内周面に溶接等で固定されている。第2抑制板18によって、第2密閉容器10の底部に溜められたオイルの流動が抑制されている。
The
第2抑制板18の周縁部には、複数の貫通穴18aが設けられており、これらの貫通穴18aによってオイル戻り路が構成されている。第2抑制板18の中心には、貫通穴18bが設けられている。第2抑制板18の下面には、貫通穴18bに嵌め込まれるようにして、第2シャフト24の下部を支持する軸受部材44が取り付けられている。
A plurality of through
第2オイルポンプ16は、オイルギアポンプ45とオイル経路板46とで構成されている。オイルギアポンプ45は、軸受部材44の下面に設けられた凹部44a内に配置され、第2シャフト24の下端部に取り付けられている。オイル経路板46は、軸受部材44に凹部44aを塞ぐように取り付けられている。オイル経路板46には、当該オイル経路板46を貫通してオイルギアポンプ45の作動室にオイルを導入させる吸入路46aと、オイルギアポンプ45の作動室から第2オイル供給路24aにオイルを導く吐出路46bとが形成されている。
The
オイル経路板46の下側には、ロート状のオイルストレーナ47が配置されており、オイルストレーナ47の入口によって第2オイル吸入口16aが構成されている。なお、オイルストレーナ47は省略可能である。この場合、オイル経路板46の吸入路46aの下端が第2オイル吸入口16aを構成することになる。また、第2オイルポンプ16の形式等はなんら限定されるものではなく、例えば第1オイルポンプ15と同様のロータリ式ポンプを用いることも可能である。
A funnel-shaped
第2シャフト24が回転すると、第2オイル溜り14のオイルは、第2オイルポンプ16によって第2オイル吸入口16aから吸い込まれた後に第2オイル供給路24aに吐出されて、第2オイル供給路24aを通じて第2圧縮機構2に供給される。第2圧縮機構2へ供給されたオイルは、その後、第1圧縮機構1に関して説明したのと同じ経路を辿り、第2オイル溜り14に戻る。一部のオイルは、圧縮冷媒とともに第2吐出管20から第2密閉容器10の外部に吐出され、第1密閉容器9に導かれる。
When the
図1に示すように、第1密閉容器9において、第1吐出管19(共通経路52)の入口が第1電動機11よりも上側に位置しており、導入管49(連通経路54)の出口が第1電動機11よりも下側に位置している。このような位置関係によると、導入管49を通じて第1密閉容器9の内部空間に導かれた冷媒は、重力に逆らう形で共通経路52に向って流れる。そのため、オイルを冷媒から分離する作用が効果的に働き、第1吐出管19を通じて第1密閉容器9の外部に流出するオイルの量が少なくなる。
As shown in FIG. 1, in the first sealed
具体的に、図2に示すように、導入管49(連通経路54)を通じて第1密閉容器9の内部空間に導かれた冷媒は、第1電動機11の周囲の空間Hおよび流路63を鉛直方向に進んで第1吐出管19(共通経路52)の入口に至る。つまり、第1電動機11の周囲の空間Hおよび流路63によって、導入管49の出口から第1吐出管19の入口への流路が形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 2, the refrigerant guided to the internal space of the first sealed
詳細には、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒が第1電動機11の中を通って第1電動機11の下側の空間に導かれ、その空間において、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒と第1圧縮機構1で圧縮された冷媒とが合流し、その後、第1電動機11の周囲の空間Hおよび流路63を上方向に進んで第1吐出管19(共通経路52)の入口に至る。このような流れを第1密閉容器9内に形成することで、第1密閉容器9の内部空間で冷媒とオイルとを十分に分離できる。
Specifically, the refrigerant compressed by the
導入管49を通じて第1密閉容器9に導かれた冷媒の圧力は、圧力損失の影響により、圧縮直後の圧力よりも少し低い。同様に、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒の圧力も第1電動機11の下側へと進む過程で少し落ちる。第1電動機11の下側に達する頃には、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒の圧力は、導入管49を通じて第1密閉容器9に導かれた冷媒の圧力に近づいている。冷媒間の圧力差が小さいので、導入管49から第1密閉容器9内にスムーズに冷媒を導入できる。
The pressure of the refrigerant guided to the first sealed
本実施形態では、第1圧縮機構1と第1電動機11との間に、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒を第1電動機11の中(空間G)に導く隔壁67が設けられている。隔壁67は、筒の形状を有しており、第1圧縮機構1の軸受部材53の下面から下方に延びて第1電動機11の固定子11bの上端に達している。流路61は、その隔壁67によって囲まれた空間に開口している。これにより、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒をスムーズに第1電動機11の中に導ける。
In the present embodiment, a
本実施形態では、鉛直方向に関して、導入管49(連通経路)の出口が第1電動機11と第1抑制板17(抑制部材)との間に位置している。このような配置によると、導入管49を第1密閉容器9に接続する作業が容易であるとともに、導入管49を設けるためのスペースにも余裕がある。また、導入管49の出口が第1抑制板17よりも上側に位置しているので、導入管49を通じて第1密閉容器9に導かれた冷媒によって第1オイル溜り13のオイルが撹拌されるのを防止できる。つまり、冷媒にオイルが混ざるのを防止できる。
In the present embodiment, the outlet of the introduction pipe 49 (communication path) is located between the first
ただし、第1圧縮機102からの圧縮冷媒を第1密閉容器9にスムーズに導入できる限りにおいて、導入管49の位置は限定されない。例えば、図7に示すように、第1圧縮機構1の吐出孔51bの近傍に導入管49の出口が位置していてもよい。図7の例によると、カバー62で囲まれた空間に導入管49の出口が位置している。カバー62で囲まれた空間には、第1圧縮機構1の吐出孔51bが開口しているので、この空間において第1圧縮機構1で圧縮された冷媒と第2圧縮機構2で圧縮された冷媒とが合流する。当該合流後、圧縮冷媒は、流路61、空間G、空間Hおよび流路63をこの順番で流れて第1吐出管19に達する。したがって、導入管49からの圧縮冷媒が第1密閉容器9の中で長い距離移動する。その結果、冷媒からオイルをより確実に分離できる。同様の効果を得る目的で、隔壁67で囲まれた空間に導入管49の出口が位置していてもよい。
However, the position of the
本実施形態によると、第1圧縮機101には、第1密閉容器9の底部に溜められたオイルを第1圧縮機構1に供給するためのオイルポンプ15が第1圧縮機構1と膨張機構5との間に設けられている。第1シャフト23には、オイルポンプ15から吐出されたオイルが第1圧縮機構1に導かれるように軸方向に延びる給油路23cが形成されている。そのため、導入管49を通じて第1密閉容器9に流入した比較的高温のオイルが、オイルポンプ15によって優先的に第1圧縮機構1に供給される。このことは、第1圧縮機構1に低温のオイルが供給されることによって圧縮冷媒の温度が下がるのを防ぐ観点で好ましい。
According to the present embodiment, the
より詳細に、第1シャフト23の軸方向が鉛直方向に平行であり、第1密閉容器9内において第1圧縮機構1が上側、膨張機構5が下側に配置されている。オイルポンプ15が、第1抑制板17と膨張機構5との間に配置されており、オイルポンプ15から吐出されたオイルがシャフト23の給油路23cを通じて第1圧縮機構1に供給される。なお、オイルポンプ15を用いて膨張機構5への給油を行なってもよい。
More specifically, the axial direction of the
次に、冷凍サイクル装置100の運転時におけるオイルの流れと、第1オイル溜り13および第2オイル溜り14のオイルレベルの変動との関係を説明する。図5は、冷凍サイクル装置の運転時におけるオイルの流れを矢印で示している。図6は、冷媒回路の所定箇所におけるオイルの質量流量の時間変化を示している。
Next, the relationship between the oil flow during operation of the
図5に示すように、第1吸入管7を経て第1圧縮機101に戻るオイルの質量流量をFs1、第2吸入管8を経て第2圧縮機102に戻るオイルの質量流量をFs2、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒とともに連通経路54を流れるオイルの質量流量をFd2、共通経路52を通じて膨張機構5に導かれるオイルの質量流量をFd1とする。また、第1オイル溜り13から膨張機構5内に入り込み、冷媒に混ざるオイルの質量流量をFexpとする。膨張側吐出管22から吐出されるオイル質量流量をFLowとすると、FLow=Fd1+Fexpの関係が成立する。第1圧縮機101の回転数と第2圧縮機102の回転数とが等しく、かつ第1圧縮機101の吸入容積と第2圧縮機102の吸入容積とが等しい場合には、Fs1=Fs2=FLow/2の関係も成立する。
As shown in FIG. 5, the mass flow rate of oil returning to the
次に、運転開始後の過渡状態からオイルレベルが安定する定常状態に至るまでのオイルの流量の変化を説明する。図6では、第1密閉容器9から流出するオイルの質量流量Fd1よりも、膨張機構5で冷媒に混ざるオイルの質量流量Fexpが大きい場合の例が示されている。ただし、Fd1とFexpの大小関係は、図6の例とは逆になることもある。
Next, the change in the oil flow rate from the transient state after the start of operation to the steady state where the oil level is stabilized will be described. FIG. 6 shows an example in which the mass flow rate F exp of the oil mixed with the refrigerant in the
運転開始時(t=0)において、第2密閉容器10に流入するオイルの質量流量Fs2(=(Fd1+Fexp)/2)は、連通経路54を流れるオイルの質量流量Fd2よりも多い。そのため、それらの差分(Fs2−Fd2)が第2密閉容器10の内部に残る。その後、時間が経過すると、第2オイル溜り14のオイルレベルS2は上昇する。オイルレベルS2の上昇に伴って、オイルレベルS2と第2電動機12の下端との間の空間v2が狭くなる。空間v2が狭くなると、当該空間v2で冷媒とオイルとが分離されにくくなるので、冷媒とともに第2密閉容器10から出て行くオイルの質量流量Fd2が増加する。
At the start of operation (t = 0), the mass flow rate Fs2 (= (Fd1 + F exp ) / 2) of oil flowing into the second sealed
一方、第1密閉容器9では、冷媒とともに第1密閉容器9から出て行くオイル(質量流量Fd1)に加え、膨張機構5で冷媒に混ざるオイル(質量流量Fexp)が存在する。そのため、運転開始から暫くの間、オイルレベルS1が低下する傾向を示す。しかし、連通経路54を通じて第1密閉容器9に流入するオイルの質量流量Fd2が時間と共に増加するため、オイルレベルS1の下降速度は徐々に鈍くなる。なお、膨張機構5で冷媒に混ざるオイルの質量流量Fexpは、膨張機構5の回転数(=第1圧縮機構1の回転数)に依存するので、膨張機構5の回転数が一定であれば質量流量Fexpも一定である。厳密には、質量流量Fexpは冷凍サイクルの高低圧差にも依存する。冷凍サイクルの高低圧差が大きくなるにつれて質量流量Fexpも増える。例えば、冷凍サイクル装置100の起動時には、高低圧差が徐々に大きくなるので質量流量Fexpも徐々に増える。サイクルが安定すれば、質量流量Fexpは一定となる。
On the other hand, in the first
さらに時間が経過すると、第2密閉容器10に流入するオイルの質量流量Fs2と、第2密閉容器10から流出するオイルの質量流量Fd2が等しくなる(時間t1)。その結果、第2オイル溜り14のオイルレベルS2の上昇が停止する。その後は定常状態が保たれ、安定したオイルレベルを維持しながら運転が継続される。また、この定常状態を第1密閉容器9の視点から見ると、Fs1+Fd2=Fd1+Fexpとなり、第1オイル溜り13のオイルレベルS1の下降が停止する。つまり、運転開始から暫く経てば、オイルレベルS1およびS2が冷凍サイクル装置の仕様や運転条件(例えば各圧縮機の回転数)に応じて定まる所定の位置に自動的に落ち着く。
When the time further elapses, the mass flow rate Fs2 of oil flowing into the second sealed
以上のように、本実施形態によれば、膨張機構5で冷媒に混ざるオイル(質量流量Fexp)によって引き起こされるオイル保持量の不均衡を、第2密閉容器10から流出するオイル(質量流量Fd2)によって打ち消せる。オイル保持量の均衡を保つための特別な運転を行なわなくても済む。
As described above, according to the present embodiment, the oil (mass flow rate Fd2) that flows out of the imbalance in the oil retention amount caused by the oil (mass flow rate F exp ) mixed with the refrigerant in the
また、本実施形態では、第1圧縮機構1および第2圧縮機構2の型式がスクロール式であり、膨張機構5の型式がロータリ式である。一般に、ロータリ式流体機構は、スクロール式流体機構に比べて冷媒にオイルが混ざりやすい。特に、膨張機構5の型式がロータリ式の場合には、膨張機構5で冷媒に混ざるオイルの質量流量Fexpが多くなりがちなので、本発明の適用がより重要性を増す。
In the present embodiment, the types of the
また、本実施形態では、膨張機構5として2段ロータリ式膨張機構を用いている。2段ロータリ式膨張機構は単段ロータリ式膨張機構に比べて高効率である反面、オイル利用量が多く、オイル保持量の不均衡を招きやすい。しかし、本発明を適用すると2段ロータリ式膨張機構の欠点を補うことができ、高い信頼性を確保しながら2段ロータリの利点を活かした高効率な動力回収を行える。
In the present embodiment, a two-stage rotary expansion mechanism is used as the
また、本実施形態では、冷媒に二酸化炭素を使用している。二酸化炭素は他のフロン系冷媒に比べて比重が大きいので、密閉容器の中でオイルを撹拌し、密閉容器外へオイルを持ち出す作用が強い。したがって、二酸化炭素のように比重の大きい冷媒を使用する場合には、本発明の適用がより重要性を増す。 In this embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant. Since carbon dioxide has a higher specific gravity than other chlorofluorocarbon refrigerants, it has a strong action of stirring oil in a sealed container and taking the oil out of the sealed container. Therefore, when a refrigerant having a large specific gravity such as carbon dioxide is used, the application of the present invention becomes more important.
(第2実施形態)
図8に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置104は、第1密閉容器9の内部空間を通らない経路を新たに設けた点で第1実施形態と相違する。さらに、第1密閉容器9の第1オイル溜まり13と第2密閉容器10の第2オイル溜まり14とを連通する均油管25が設けられている。なお、第1実施形態の冷凍サイクル装置に均油管25が設けられていてもよい。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 8, the
具体的に、冷凍サイクル装置104は、圧縮冷媒を放熱器4に導く高圧冷媒経路50として、共通経路52、連通経路54、および連通経路54から分岐して共通経路52に合流しているバイパス経路56を有している。バイパス経路56は、バイパス管70とバルブ70aとで構成されている。バイパス経路56を設けると、冷媒とともに第2密閉容器10から流出したオイルの一部を第1密閉容器9に導く一方で、第1密閉容器9を迂回する形で残部を第1配管3aに導ける。バイパス経路56は連通経路54から分岐している経路なので、バイパス管70を第2密閉容器10に直接挿し込む必要がなく、組み立てが容易である。また、バルブ70aがバイパス管70と連通管48との接続部分に設けられていてもよい。
Specifically, the
第1実施形態で説明したように、オイルレベルS1およびS2は自動的に所定の位置に落ち着くので、積極的に管理することは必須ではない。しかし、運転条件の急変等に伴って、オイルレベルS1およびS2が設計上の想定範囲外に達する可能性もある。オイルレベルS1および/またはS2を積極的に管理することにより、万が一の事態にも備えることができる。 As described in the first embodiment, since the oil levels S1 and S2 automatically settle at predetermined positions, it is not essential to manage them actively. However, there is a possibility that the oil levels S1 and S2 may reach out of the designed range due to sudden changes in operating conditions. By actively managing the oil level S1 and / or S2, it is possible to prepare for an emergency.
具体的には、図8に示すように、バルブ70aの開閉を制御するためのコントローラ76と、第1オイル溜り13のオイルレベルS1を検出するためのオイルレベルセンサ72とを設ける。オイルレベルセンサ72には、オイルレベルS1に応じて上下動するフロートを利用したもの、静電容量の変化に基づいてオイルレベルS1を検出するもの、電極間の抵抗値に基づいてオイルレベルS1を検出するもの、超音波を利用してオイルレベルS1を検出するもの等の種々のレベルセンサを使用できる。
Specifically, as shown in FIG. 8, a
オイルレベルセンサ72によって検出されたオイルレベル情報に基づき、コントローラ76はバルブ70aの開閉を制御する。例えば、オイルレベルS1が予め定められたオイル不足レベルを下回ることを条件としてバルブ70aを閉じる一方、オイルレベルS1が予め定められたオイル過剰レベルを上回ることを条件としてバルブ70aを開く。このようにすれば、第1圧縮機101および第2圧縮機102の回転数を全く変更せず、より正確にオイルレベルS1を管理できる。
Based on the oil level information detected by the
なお、第2オイル溜り14のオイルレベルS2を検出するためのオイルレベルセンサ74を設けてもよい。つまり、第1オイル溜り13のオイルレベルS1に代えて、または、第1オイル溜り13のオイルレベルS1とともに第2オイル溜り14のオイルレベルS2を検出し、その検出結果に基づいてバルブ70aの開閉を制御してもよい。
An
また、バルブ70aが流量調整バルブであってもよい。流量調整バルブを用いると、連通経路54を通じて第1密閉容器9に流入する冷媒およびオイルの質量流量を調整可能になる。すなわち、バルブ70aの開度を拡大すると、連通経路54を通じて第1密閉容器9に流れ込む冷媒およびオイルの量が少なくなり、バルブ70aの開度を縮小すると、連通経路54を通じて第1密閉容器9に流れ込む冷媒およびオイルの量が多くなる。
Further, the
例えば、第1電動機11の回転数に応じてバルブ70aの開度を制御する。膨張機構5で冷媒に混ざるオイルの質量流量Fexpは、第1電動機11の回転数に概ね比例し、第1電動機11の回転数が高いときにはFexpも多くなるので、多くのオイルを第2圧縮機102側から第1圧縮機101側に移動させる。一方、第1電動機11の回転数が低いときにはFexpも少なくなるので、少量のオイルを第2圧縮機102側から第1圧縮機101側に移動させるだけで済む。このような制御を行うことにより、各オイル溜りのオイルレベルを安定して維持できる。
For example, the opening degree of the
また、本実施形態によると、第1オイル溜まり13と第2オイル溜まり14とを連通する均油管25が設けられている。この均油管25が万能でないことは先に説明した通りであるが、均油管25および連通経路54の相乗効果により、各オイル溜りのオイルレベルを一層安定して維持できる。
In addition, according to the present embodiment, the
なお、均油管25にはバルブ25aが設けられていてもよい。運転停止時に均油管バルブ25aを開くことにより、第1オイル溜り13と第2オイル溜り14とのオイル保持量の不均衡を解消できる。冷凍サイクル装置104の運転時において、バルブ25aを少し開いていてもよいし、閉じていてもよい。バルブ25aを通じて第2オイル溜り14から第1オイル溜り13に直接移動するオイルの量をなるべく少なくすることにより、オイルを介して第2圧縮機構2から膨張機構5に熱が移動するのを防げる。その結果、圧縮冷媒の温度低下および膨張冷媒の温度上昇が抑制され、冷凍サイクル装置のCOPが改善する。
The
(第3実施形態)
図9に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置105は、オイルの流動を抑制する抑制板および均油管の位置が第2実施形態と相違している。具体的に、本実施形態では、第1抑制板17が第2抑制板18よりも鉛直方向の上側に位置している。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 9, the
本実施形態によれば、運転停止時に均油バルブ25aを開くことにより、オイルレベルS1とS2が同一水平面に揃う。その結果、オイルレベルS2と第2電動機12との間の空間v2が、オイルレベルS1と第1電動機11との間の空間v1に比べて狭くなる。この状態で冷凍サイクル装置105の運転を再開すると、第2密閉容器10から出て行くオイルの質量流量(図5および図6に示すFd2)が比較的多くなる。なぜなら、空間v2が狭い場合、当該空間v2で冷媒からオイルが分離されにくいからである。この結果、第2密閉容器10から流出するオイルの質量流量Fd2が運転開始の直後から多くなり、図6を参照して説明した時間t1(運転開始時から定常状態に移行するまでに費やされる時間)が短くなる。
According to this embodiment, the oil levels S1 and S2 are aligned on the same horizontal plane by opening the
(変形例)
各実施形態で説明した効果は、第1圧縮機101の回転数と第2圧縮機102の回転数とが同じであっても異なっていても得られる。
(Modification)
The effects described in the embodiments can be obtained regardless of whether the rotation speed of the
第1オイルポンプ15を第1シャフト23の下端に設け、その第1オイルポンプ15を用いて第1圧縮機構1および膨張機構5に給油を行ってもよい。この場合、膨張機構5の上軸受部材29をオイルレベルS1よりも鉛直方向の上側に位置させるとともに、上軸受部材29の外周部を第1密閉容器9に接するまで延ばすとよい。そのようにすれば、上軸受部材29にオイルの流動を抑制する機能を持たせることができる。ただし、第1オイルポンプ15および第1オイル吸入口15aが膨張機構5よりも上側に位置していれば、第1圧縮機構1で加熱されたオイルが膨張機構5の周囲に流れ込むのを防止できる、すなわち、オイルを介して第1圧縮機構1から膨張機構5に熱が移動するのを防止できる。
The
第1圧縮機101において、第1圧縮機構1と膨張機構5の位置関係が上下逆でもよい。また、第2圧縮機101において、第2圧縮機構2と第2電動機12の配置が上下逆でもよい。
In the
第1圧縮機101は、第1シャフト23の軸方向が水平方向に平行な横型であってもよい。第1圧縮機構1と膨張機構5とでオイル溜りを共有するような構成であれば、本発明の効果は得られる。同様に、第2圧縮機102も横型のものであってもよい。
The
第1圧縮機101において、第1オイル溜り13が複数の区画に分かれていてもよい。第1圧縮機101が横型である場合には、第1密閉容器9内に隔壁を設けることによって、第1圧縮機構1用のオイル溜りと、膨張機構5用のオイル溜りとを形成できる。
In the
冷媒回路は、高圧側と低圧側とが切り替え可能であってもよい。例えば、冷媒の流通方向を変更するための四方弁等の切換手段が冷媒回路に設けられていてもよい。 The refrigerant circuit may be switchable between a high pressure side and a low pressure side. For example, switching means such as a four-way valve for changing the flow direction of the refrigerant may be provided in the refrigerant circuit.
1 第1圧縮機構
2 第2圧縮機構
4 放熱器
5 膨張機構
6 蒸発器
7 第1吸入管
8 第2吸入管
9 第1密閉容器
10 第2密閉容器
11 第1電動機
12 第2電動機
13 第1オイル溜り
14 第2オイル溜り
15 第1オイルポンプ
19 第1吐出管
20 第2吐出管
23 第1シャフト
24 第2シャフト
25 均油管
48 連通管
49 導入管
50 高圧冷媒経路
52 共通経路
54 連通経路
56 バイパス経路
70a バルブ
100,104,105 冷凍サイクル装置
101 第1圧縮機
102 第2圧縮機
DESCRIPTION OF
Claims (16)
冷媒回路において前記第1圧縮機構に対して並列に配置された第2圧縮機構と、前記第2圧縮機構を収容する第2密閉容器とを有する第2圧縮機と、
前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒を前記放熱器に導く経路であって、前記第1密閉容器と前記放熱器とを接続する共通経路と、前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒が前記第1密閉容器の内部空間を経由して前記放熱器へと導かれるように前記第2密閉容器と前記第1密閉容器とを連通する連通経路とを有する高圧冷媒経路と、
を備えた、冷凍サイクル装置。 A first compression mechanism, an expansion mechanism, a shaft connecting the first compression mechanism and the expansion mechanism, the first compression mechanism, the expansion mechanism, and the shaft; A first compressor having a first sealed container whose internal space is filled with a compressed refrigerant;
A second compressor having a second compression mechanism disposed in parallel with the first compression mechanism in the refrigerant circuit; and a second hermetic container for housing the second compression mechanism;
A radiator that cools the refrigerant compressed by the first compression mechanism and the refrigerant compressed by the second compression mechanism;
An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expansion mechanism;
A path for guiding the refrigerant compressed by the first compression mechanism and the refrigerant compressed by the second compression mechanism to the radiator, a common path connecting the first sealed container and the radiator, A communication path that connects the second sealed container and the first sealed container so that the refrigerant compressed by the second compression mechanism is guided to the radiator via the internal space of the first sealed container. Having a high pressure refrigerant path;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記連通経路が前記第2密閉容器の内部空間と前記第1密閉容器の内部空間とを連通している、請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。 The second compressor is a high-pressure shell type in which an internal space of the second sealed container is filled with a refrigerant compressed by the second compression mechanism,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1 or 2, wherein the communication path communicates the internal space of the second sealed container and the internal space of the first sealed container.
前記第1密閉容器において、前記共通経路の入口が前記第1電動機よりも上側に位置し、前記連通経路の出口が前記第1電動機よりも下側に位置している、請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The first compressor further includes a first electric motor disposed between the first compression mechanism and the expansion mechanism to drive the shaft;
In the first sealed container, an inlet of the common path is located above the first electric motor, and an outlet of the communication path is located below the first electric motor. The refrigeration cycle apparatus according to any one of the above.
前記連通経路を通じて前記第1密閉容器の内部空間に導かれた冷媒が、前記第1電動機の中または周囲の空間を鉛直方向に進んで前記共通経路の入口に至る、請求項6に記載の冷凍サイクル装置。 The axial direction of the shaft of the first compressor is parallel to the vertical direction;
The refrigeration according to claim 6, wherein the refrigerant guided to the internal space of the first sealed container through the communication path proceeds in the vertical direction in the space around or in the first electric motor to reach the inlet of the common path. Cycle equipment.
前記第1密閉容器内において、前記第1圧縮機構が前記第1電動機よりも上側、前記膨張機構が前記第1電動機よりも下側に配置されており、
前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒が前記第1電動機の中を通って前記第1電動機の下側の空間に導かれ、その空間において、前記第1圧縮機で圧縮された冷媒と前記と前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒とが合流し、その後、前記第1電動機の周囲の空間を上方向に進んで前記共通経路の入口に至る、請求項6に記載の冷凍サイクル装置。 The axial direction of the shaft of the first compressor is parallel to the vertical direction;
In the first sealed container, the first compression mechanism is disposed above the first electric motor, and the expansion mechanism is disposed below the first electric motor,
The refrigerant compressed by the first compression mechanism passes through the first electric motor and is guided to a lower space of the first electric motor. In the space, the refrigerant compressed by the first compressor and the The refrigeration cycle apparatus according to claim 6, wherein the refrigerant compressed by the second compression mechanism merges, and then proceeds upward in a space around the first electric motor to reach the inlet of the common path.
鉛直方向に関して、前記連通経路の出口が前記第1電動機と前記抑制部材との間に位置している、請求項5〜8のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The first compressor includes an upper space in which the first compression mechanism and the first electric motor are disposed in an inner space of the first sealed container along an axial direction of the shaft, and the expansion mechanism is disposed. Further comprising a suppressing member that suppresses the flow of oil stored in the bottom of the first sealed container by partitioning with a lower space that is
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 5 to 8, wherein an outlet of the communication path is located between the first electric motor and the suppression member with respect to the vertical direction.
前記シャフトには、前記オイルポンプから吐出されたオイルが前記第1圧縮機構および前記膨張機構の一方または両方に導かれるように軸方向に延びる給油路が形成されている、請求項9に記載の冷凍サイクル装置。 The first compressor and the expansion mechanism for supplying the oil stored in the bottom of the first sealed container to one or both of the first compression mechanism and the expansion mechanism. And further comprising an oil pump disposed between
The oil supply path extending in an axial direction is formed in the shaft so that oil discharged from the oil pump is guided to one or both of the first compression mechanism and the expansion mechanism. Refrigeration cycle equipment.
前記第1密閉容器内において、前記第1圧縮機構、前記第1電動機、前記抑制部材、前記オイルポンプおよび前記膨張機構が上からこの順に並んでおり、
前記オイルポンプに吸入されたオイルが前記給油路を通じて前記第1圧縮機構に供給される、請求項10に記載の冷凍サイクル装置。 The axial direction of the shaft of the first compressor is parallel to the vertical direction;
In the first sealed container, the first compression mechanism, the first electric motor, the suppression member, the oil pump and the expansion mechanism are arranged in this order from the top,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 10, wherein oil sucked into the oil pump is supplied to the first compression mechanism through the oil supply passage.
前記第1圧縮機の前記抑制部材が前記第2圧縮機の前記第2抑制部材よりも鉛直方向の上側に位置している、請求項9〜11のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The second compressor is a second electric motor disposed in the second hermetic container, and a second shaft connecting the second compression mechanism and the second electric motor so that the second electric motor is aligned in a vertical direction; The second sealed container is partitioned by dividing the internal space of the second sealed container into an upper space in which the second compression mechanism and the second electric motor are arranged and a lower space in which oil is stored, along the vertical direction. A second restraining member that restrains the flow of oil stored in the bottom of the
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 9 to 11, wherein the suppression member of the first compressor is positioned above the second suppression member of the second compressor in the vertical direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009013147A JP2010169337A (en) | 2009-01-23 | 2009-01-23 | Refrigerating cycle device |
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