JP4328894B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に係り、特に、複数台の圧縮機を並列に設けた冷凍サイクルを備えた冷凍装置に関する。

空気調和機や冷蔵庫などに用いられる冷凍装置においては、冷凍サイクルを構成する圧縮機を複数台並列に設け、圧縮機の運転台数の増減、および圧縮機の回転数の制御により冷凍能力を調整することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

このような冷凍装置の圧縮機内部に潤滑油が適量保有されるようになっている場合は、潤滑油の一部がガス冷媒とともに排出されることから、圧縮機の吐出側に設けたオイルセパレータで潤滑油を分離して各圧縮機に戻すようにしている。その際、各圧縮機の回転数に応じた量の潤滑油を戻すことが好ましい。そこで、特許文献１には、ガス冷媒の戻り管路（冷媒吸入管路）にアキュムレータを設け、オイルセパレータで分離した潤滑油をアキュムレータに導入し、このアキュムレータを介して各圧縮機にガス冷媒を分配するとともに、潤滑油を分配するようにすることが提案されている。

すなわち、アキュムレータを構成する容器の上部にガス冷媒の戻り管と潤滑油の戻り管とを連結して構成する。また、各圧縮機の吸入口に連結するガス冷媒の分岐管をＵ字状に形成し、このＵ字管を容器内に貯留された潤滑油内に浸漬して設ける。そして、Ｕ字管の一端を油面よりも上方の空間に開口させてガス冷媒の戻り管に連通させ、他端を各圧縮機の吸入口に連結するように構成している。さらに、潤滑油内に浸漬されたＵ字管の管壁に細孔を設け、Ｕ字管内に流れるガス冷媒の流速に応じた量の潤滑油を吸い込むように構成するとともに、必要なガス冷媒量を流すため、Ｕ字管の圧縮機側の油面よりも上方位置に開口を設けている。これにより、各圧縮機には、各圧縮機の冷媒の吸入量、言い換えれば各圧縮機の回転数に応じた量の潤滑油が戻されるから、各圧縮機の回転数がそれぞれ異なっても、各圧縮機に必要な潤滑油量を適正に保つことができる。

特開平１０−１４１７８５号公報（第４図、第２−３頁参照）

しかし、特許文献１に記載のアキュムレータは、潤滑油の分配を適切に行えるという利点はあるが、圧力損失が大きいことから冷凍サイクルのエネルギのロスが大きくなる、すなわち、圧縮機の動力が増大するという問題がある。

本発明の課題は、複数の圧縮機の潤滑油量を適正に保つとともに、圧力損失を低減することにある。

上記課題を解決するために、本発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する複数台の圧縮機と、各圧縮機の吐出口に共通に接続された冷媒吐出管路と、この冷媒吐出管路のガス冷媒中に含まれる潤滑油を分離するオイルセパレータと、このオイルセパレータの油溜り部と各圧縮機の吸入口とを減圧手段を介して連通してなる潤滑油戻し管路と、各圧縮機の吸入口に接続された分岐管に分岐継手を介して共通に連通された冷媒吸入管路とを備え、分岐継手は、冷媒吸入管路に接続される共通流路部と各分岐管に接続される複数の分岐流路部とを有し、この複数の分岐流路部は、共通流路部の軸を中心とする円上に等間隔で、かつ、共通流路部の軸に対して等角度をなして配置され、分岐継手は、複数の分岐流路部の付け根中心部の継手壁に、共通流路部に向かって延在させて形成された円錐部を有し、更にこの円錐部には外部と連通させて形成された貫通孔を備え、この貫通孔に潤滑油戻し管路が連結されてなることを特徴とする。

すなわち、アキュムレータによる潤滑油の分配に代えて、戻り潤滑油を冷媒吸入管路に直接注入するようにしてアキュムレータによる圧力損失を低減する。そして、各圧縮機への潤滑油の分配は分岐継手により行うようにしている。特に、分岐継手の分岐流路部を共通流路部の流路軸周りに互いに対称に形成することにより、各分岐流路部の圧力損失の差を低減して各圧縮機のガス冷媒の吸入量に応じて潤滑油を分配するようにしたのである。つまり、ガス冷媒に同伴された潤滑油は、分岐継手において各圧縮機の回転数に応じてそれぞれの圧縮機に分配される。これにより、アキュムレータを設けることなく各圧縮機に適正な量の潤滑油を供給することができ、アキュムレータよりも圧力損失を低減できる。

また、分岐継手の複数の分岐流路部の付け根中心部の継手壁に円錐部を設け、この円錐部を共通流路部に向かって延在するように形成することで、分岐継手の共通流路部に流入したガス冷媒は円錐部に沿ってスムーズに各分岐流路で分流されるので圧力損失が低減される。

さらに、分岐継手に設けた円錐部に、外部に連通する貫通孔を形成し、この貫通孔に潤滑油戻し管路を連結することで、潤滑油がガス冷媒が分流する部分に直接供給されるので、潤滑油とガス冷媒の混合が促進され、吸入ガス冷媒の量に応じた適切な量の潤滑油が各圧縮機に戻される。

この場合、貫通孔の内側開口に対向させて邪魔板を設けることが好ましい。これにより、貫通孔から噴射される潤滑油が邪魔板に衝突して分散するのでガス冷媒との混合を一層向上させることができる。

本発明によれば、複数の圧縮機の油量を適正に保つとともに、圧力損失を低減できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の冷凍装置が用いられた空気調和機の一実施形態を示す構成図である。

図１に示すように、本実施形態の空気調和機は、室外機１と室内機３を冷媒配管で連結して冷媒を循環させるようになっている。室外機１は、冷媒を圧縮する複数台（図示例では３台）の圧縮機５、オイルセパレータ７、四方弁４、室外熱交換器９および受液器１９を備えて構成されている。室内機３は、室内熱交換器２３を備えて構成されている。各圧縮機５の吐出口は、共通の冷媒吐出管路１１を介してオイルセパレータ７に接続されている。オイルセパレータ７は容器状に形成され、上部の気相部は管路１３と四方弁４を介して室外熱交換器９または室内熱交換器２３の一端に切り替えて連通されるようになっている。室外熱交換器９の他端は、膨張弁１５、受液器１９および室内機３の膨張弁２１を介して室内熱交換器２３の他端に連結されている。

一方、各圧縮機５の吸入口は、分岐管２９と分岐継手３１を介して冷媒吸入管路２７に共通に接続され、冷媒吸入管路２７は四方弁４を介して室外熱交換器９または室内熱交換器２３のガス側に切り替えて連通されるようになっている。また、オイルセパレータ７の液相部、つまり油溜まり部は、潤滑油戻り管路３７により電磁弁３９およびキャピラリ４１を介して冷媒吸入管路２７に連結されている。

次に、本実施形態の特徴部である分岐継手３１について説明する。図２は分岐継手３１の断面図であり、図３は分岐継手３１を分岐流路部側からみた図である。なお、図２は、図３の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。分岐継手３１は、図２および図３に示すように、共通流路部３３と複数（図示例では３つ）の分岐流路部３５とを有して構成されている。共通流路部３３は冷媒吸入管路２７に連結され、各分岐流路部３５は各圧縮機５の分岐管２９に連結されている。３つの分岐流路部３５は、共通流路部３３の流路軸周りに互いに対称に形成されている。すなわち、３つの分岐流路部３５は、共通流路部３３の軸を中心とする円上に等間隔で、かつ、共通流路部３３の軸に対して等角度をなして配置されている。また、複数の分岐流路部３５の付け根中心部の継手壁３４、すなわち、共通流路部３３の軸上に位置する継手壁３４には、共通流路部３３に向かって延在させて円錐部３６が設けられている。

このように構成された空気調和機の動作について特徴部の動作と合わせて説明する。なお、ここでは冷房運転時、つまり四方弁４が図中実線で接続されている場合を例に説明する。まず、空気調和機の運転が開始されると、複数の圧縮機５は、負荷に応じた台数で、かつ負荷に応じた容量で運転制御される。圧縮機５から吐出された潤滑油を含む高温高圧のガス冷媒は、冷媒吐出管路１１を介してオイルセパレータ７に導入され潤滑油が分離される。潤滑油が分離されたガス冷媒は、冷媒吐出管路１３から、四方弁４を介して室外熱交換器９に流入し、外気との熱交換により凝縮される。室外熱交換器９から排出される液冷媒は、膨張弁１５で減圧された後、受液器１９に流入して余剰な冷媒が貯留される。受液器１９から排出される液冷媒は、室内膨張弁２１で減圧されて気液二相状態となり、室内熱交換器２３に流入して室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器２３で生じたガス冷媒は、四方弁４を介して冷媒吸入管路２７に流入する。

一方、オイルセパレータ７で分離された潤滑油は、容器底部から潤滑油戻し管路３７に流入し、電磁弁３９およびキャピラリ４１で減圧されて冷媒吸入管路２７に流入される。冷媒吸入管路２７に流入された潤滑油はガス冷媒に混合されて分岐継手３１の共通流路部３３に流入する。共通流路部３３に流入したガス冷媒は、中心部にある円錐部３６によって各分岐流路部３５に分流され、各分岐管２９を介して各圧縮機５に供給される。このとき、分岐流路部３５がそれぞれ対称に配置されていることから、各分岐流路部３５の圧力損失の差による流れの差は小さく、各分岐流路部３５に流れるガス冷媒の量は、各圧縮機５の吸引力に比例する。すなわち、吸引力の大きい圧縮機５では、吐出される冷媒および潤滑油の量も多いが、本実施形態の分岐継手３１によれば、吐出量に応じた潤滑油が戻されることになるので圧縮機５の潤滑油を適量に保つことができる。

このように本実施形態によれば、アキュムレータを用いなくとも複数台の圧縮機５を並列接続した場合の各圧縮機５内の潤滑油量を適量に保つことができ、アキュムレータの圧力損失を低減できる。また、冷媒と潤滑油の分配にアキュムレータを用いないため、四方弁から分岐継手までの配管を短くでき、四方弁から圧縮機吸入側までの圧力損失を低減して、吸入圧力を上昇させることができる。これにより、冷媒循環量を増大させることができるので冷凍能力を向上させることができる。

図４に本実施形態の他の実施形態の構成図を示す。図において図１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態が図１の実施形態と異なる点は、潤滑油戻し管路３７を分岐管継手５１に連結したことにある。すなわち、本実施形態の分岐管継手５１は、図５に示すように、図２の円錐部３６に外部に通じる貫通孔５８を形成するとともに、共通流路部３３に図６に示す邪魔板５９を設けたことを特徴とする。そして、貫通孔５８に潤滑油戻し管路３７を連結している。

このように構成することにより、オイルセパレータ７で分離された潤滑油は、潤滑油戻し管路３７から貫通孔５８を介して分岐継手５１内に供給される。分岐継手５１内に供給された潤滑油は、分岐継手５１内でガス冷媒に混合され、速やかに各分岐流路部３５に分配される。これにより、潤滑油がガス冷媒が分流する部分に直接供給されるので、潤滑油をガス冷媒に比較的均一に混合させることができる。したがって、各圧縮機５に適量の潤滑油が分配されることになる。また、分岐継手５１の手前で潤滑油を注入する図１の実施形態と比較して、潤滑油とガス冷媒の混合を促進させることができる。

また、邪魔板５９は、貫通孔５８に対向させて共通流路部３３の流路に設けられている。邪魔板５９は、図６に示すように共通流路部３３の流路面積よりも小さい円盤部と、この円盤部から放射状に伸びる脚部とで形成され、脚部を共通流路部３３の内面に例えば引っ掛けて固定されている。なお、脚部の数は分岐流路部３５の数に合わせて例えば３つとすることができる。

このように構成することで、貫通孔５８から供給される潤滑油および分岐継手に流入する潤滑油を邪魔板５９に衝突させて分散させることができるので、ガス冷媒と潤滑油の混合を促進でき、各分岐流路部３５への潤滑油の分配を良好に行うことができる。

また、本実施形態では、冷凍装置を用いた空気調和機の例について説明したが、これに限らず、本発明の冷凍装置は、冷凍装置を用いることができる種々の装置に適用することができる。本実施形態では、圧縮機５を３台、分岐継手の分岐流路部を三叉にした例について説明したがこれに限らない。また、潤滑油戻し管路３７にキャピラリ４１を設けた構成としたが、キャピラリに代えて周知の減圧手段を用いることができる。

本発明の冷凍装置が用いられた空気調和機の一実施形態を示す構成図である。 分岐継手３１の断面図である。 分岐継手３１を分岐流路部側からみた図である。 本発明の冷凍装置が用いられた空気調和機の他の実施形態を示す構成図である。 分岐継手５１の断面図である。 邪魔板５９の斜視図である。

符号の説明

５ 圧縮機
７ オイルセパレータ
１１ 冷媒吐出管路
２７ 冷媒吸入管路
２９ 分岐管
３１ 分岐継手
３３ 共通流路部
３５ 分岐流路部
３７ 潤滑油戻し管路
４１ キャピラリ

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する複数台の圧縮機と、前記各圧縮機の吐出口に共通に接続された冷媒吐出管路と、この冷媒吐出管路のガス冷媒中に含まれる潤滑油を分離するオイルセパレータと、このオイルセパレータの油溜り部と前記各圧縮機の吸入口とを減圧手段を介して連通してなる潤滑油戻し管路と、前記各圧縮機の吸入口に接続された分岐管に分岐継手を介して共通に連通された冷媒吸入管路とを備え、
   前記分岐継手は、前記冷媒吸入管路に接続される共通流路部と前記各分岐管に接続される複数の分岐流路部とを有し、該複数の分岐流路部は、前記共通流路部の軸を中心とする円上に等間隔で、かつ、前記共通流路部の軸に対して等角度をなして配置され、前記分岐継手は、前記複数の分岐流路部の付け根中心部の継手壁に、前記共通流路部に向かって延在させて形成された円錐部を有し、更にこの円錐部には外部と連通させて形成された貫通孔を備え、この貫通孔に前記潤滑油戻し管路が連結されてなることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記分岐継手は、前記貫通孔の内側開口に対向させて設けられた邪魔板を有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。

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