JP5193011B2 - 冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、複数台の圧縮機を備えるヒートポンプ式の冷凍サイクルに関する。

従来より、複数の容量可変の圧縮機を並列に接続して、圧縮機１台の最低容量による運転から全ての圧縮機の最大容量による運転まで幅広く圧縮能力を変化させることのできる冷凍サイクルが知られている（例えば、特許文献１）。この冷凍サイクルは、全ての圧縮機が容量可変であるので、必要な圧縮能力をすばやく得ることができる利点を有している。

一般に圧縮機保護のためには、圧縮機内の潤滑油を一定量以上確保することが必要である。通常、圧縮機は、吐出冷媒ガスとともに潤滑油が冷媒回路に吐出されるため、冷媒回路中に油分離器（アキュムレータ）を設け、冷媒ガスと油を分離して潤滑油を油戻し配管を介して圧縮機に戻し、圧縮機内の潤滑油量を確保している。

特開２００４−３１７０２１号公報

ところが、複数台の圧縮機を備える冷凍サイクルの場合、各圧縮機の個体差、各圧縮機からの吐出冷媒ガス量の相違、油戻し回路の抵抗の相違などの要因により、各圧縮機に戻される潤滑油の量が相違することがある。したがって、各圧縮機内の潤滑油を一定量以上確保することが困難な場合があるという技術的な課題がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、複数台の圧縮機を備える冷凍サイクルにおいて、各圧縮機内の潤滑油を一定量以上確保することができる冷凍サイクルを提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の冷凍サイクルは、密閉ハウジング内に低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを各々が備える圧縮機が並列に配置され、この複数の圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続されて冷媒回路が構成される。
本発明の冷凍サイクルは、密閉ハウジングに接続され、蒸発器からの冷媒を低段側圧縮機構に供給する吸入配管と、密閉ハウジングに接続され、高段側圧縮機構で圧縮された冷媒を凝縮器に向けて吐出する吐出配管と、を備える。
また、本発明の冷凍サイクルは、複数の圧縮機に対応して複数のインジェクション回路が設けられ、このインジェクション回路は、冷媒回路から抽出される中間圧冷媒を対応する圧縮機の密閉ハウジング内に供給する。
本発明の冷凍サイクルは、複数の圧縮機を繋ぐ均油配管を備え、複数のインジェクション回路から供給される中間圧冷媒の流量を相違させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の冷凍サイクルは、複数のインジェクション回路から供給される中間圧冷媒の流量を相違させることにより、複数の密閉ハウジング間に圧力差をつけて、偏った潤滑油が均油配管を通って移動して、複数の圧縮機の潤滑油量を平均化（均油化）する。
なお、均油配管を用いて均油化することは、例えば特許文献２に記載されているように知られているが、多段の圧縮機を用い、インジェクション回路を備えた冷凍サイクルについて、インジェクション回路を操作して均油化する手法について示唆を与えるものでない。

特開平７−３０１４６５号公報

インジェクション回路としては少なくとも２つの形態が存在するが、本発明は両者に適用できる。つまり、凝縮器と蒸発器との間に並列に接続される、中間冷却器と弁とからなるインジェクション回路については、制御手段が、弁の開度を調整または開閉することにより、複数のインジェクション回路から供給される中間圧冷媒の流量を相違させることができる。また、凝縮器と蒸発器との間に直列に接続される、気液分離器と弁とからなるインジェクション回路についても、制御手段が、弁の開度を調整または開閉することにより、複数のインジェクション回路から供給される中間圧冷媒の流量を相違させることができる。なお、本発明において、弁の開度の調整は、

本発明の冷凍サイクルは、密閉ハウジングのキャビティ内に低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを各々が備え、並列に配置された複数の圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続されて冷媒回路が構成される冷凍サイクルを１ユニットとすると、複数のユニットを並列に接続して冷凍サイクルを構成することができる。

本発明の冷凍サイクルは、複数のインジェクション回路から対応する圧縮機に供給される中間圧冷媒の流量を相違させることにより、複数の密閉ハウジングのキャビティ間に圧力差をつけて、偏った潤滑油が均油配管を通って他の圧縮機に移動して、複数の圧縮機の潤滑油量を平均化する。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示すように、第１実施形態にかかる冷凍サイクル１０は、並列に配置された３つの圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、凝縮器３０と、膨張弁５１、５２と、蒸発器７０とが順次接続されて冷媒回路が構成されている。圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、各々、１つの密閉ハウジング２１ａ、２１ｂ、２１ｃのキャビティ内に低段側圧縮機構としてのローリングピストン型圧縮機構２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、高段側圧縮機構としてのスクロール型圧縮機構２３ａ、２３ｂ、２３ｃと２つの圧縮機構が収容された多段圧縮機である。多段圧縮機は、例えば特許文献２に開示されているように公知なので、ここでの詳しい説明は省略する。

圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃのスクロール型圧縮機構２３ａ、２３ｂ、２３ｃには、吐出配管２４ａ、２４ｂ、２４ｃの一端が接続されている。吐出配管２４ａ、２４ｂ、２４ｃは所定位置で吐出配管２４に集合され、その他端が凝縮器３０に接続されている。凝縮器３０の下流には、冷媒配管２５の一端が接続されており、その他端には蒸発器７０が接続されている。
圧縮機２０ａと圧縮機２０ｂの間には均油配管２９ａが設けられており、また、圧縮機２０ａと圧縮機２０ｃの間には均油配管２９ｂが設けられている。均油配管２９ａと均油配管２９ｂとが繋がれているので、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、均油配管２９ａと均油配管２９ｂにより、相互に連通され、潤滑油が相互に移動できる。

凝縮器３０と蒸発器７０の間の冷媒配管２５ａ（２５ａ１）上には、３つのインジェクション回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃが並列に接続されている。インジェクション回路４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）は、中間冷却器４１ａ（４１ｂ、４１ｃ）と、膨張弁４２ａ（４２ｂ、４２ｃ）と、を備えている。
中間冷却器４１ａは冷媒配管２５ａ１上に設けられ、膨張弁４２ａは冷媒配管２５ａ２上に設けられる。冷媒配管２５ａ２は、一端が冷媒配管２５ａ１に繋がれ、他端が中間冷却器４１ａに繋がれる。中間冷却器４１ａと圧縮機２０ａとの間には、インジェクション配管２５ａ３が設けられている。
中間冷却器４１ｂは冷媒配管２５から分岐された冷媒配管２５ｂ１上に設けられ、膨張弁４２ｂは冷媒配管２５ｂ２上に設けられる。冷媒配管２５ｂ２は、一端が冷媒配管２５ｂ１に繋がれ、他端が中間冷却器４１ｂに繋がれる。中間冷却器４１ｂと圧縮機２０ｂとの間には、インジェクション配管２５ｂ３が設けられている。
中間冷却器４１ｃは冷媒配管２５から分岐された冷媒配管２５ｃ１上に設けられ、膨張弁４２ｃは冷媒配管２５ｃ２上に設けられる。冷媒配管２５ｃ２は、一端が冷媒配管２５ｃ１に繋がれ、他端が中間冷却器４１ｃに繋がれる。中間冷却器４１ｃと圧縮機２０ｃとの間には、インジェクション配管２５ｃ３が設けられている。

３つのインジェクション回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃと蒸発器７０の間であって冷媒配管２５上には、第１膨張弁５１と第２膨張弁５２が直列に設けられている。第１膨張弁５１と第２膨張弁５２の間の冷媒配管２５上には、レシーバ６０が設けられている。なお、上流、下流は、冷凍サイクル１０の冷媒の流れる向きを基準に特定されるものとする。レシーバ６０は、凝縮器３０で液化された冷媒を、負荷に応じて蒸発器７０に供給できるよう一時的に貯えるとともに、ストレーナと乾燥剤により冷凍サイクル１０内の水分、塵を除去できる。また、レシーバ６０は、冷凍サイクル１０中に水分が入り込み、各機能部品を腐食させ、膨張弁の細孔で凍結して冷媒の流れを阻害することを防ぐ。

蒸発器７０の下流には冷媒配管２６の一端が繋がれ、この冷媒配管２６の他端にはアキュムレータ８０が繋がれている。
アキュムレータ８０は、蒸発器７０から吐出される低圧の冷媒ガスを受け、液分(油を含む)を分離する。液分が分離されたガス冷媒が吸入配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃを介して、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃのローリングピストン型圧縮機構２２ａ、２２ｂ、２２ｃに吸入される。ローリングピストン型圧縮機構２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、冷媒を直接吸入するため、アキュムレータ８０で液分が除かれる。
アキュムレータ８０で分離された油を含む液分は、油戻し管２８ａ、２８ｂ、２８ｃを介して、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃ底部の油溜まりに供給される。

次に、冷凍サイクル１０の動作について説明する。なお、以下では３つの圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの中で圧縮機２０ａに関する回路について説明するが、圧縮機２０ｂ、２０ｃについても同様の動作をする。
圧縮機２０ａのローリングピストン型圧縮機構２２ａには、吸入配管２７ａを介して直接冷媒ガスが吸入される。この冷媒ガスは、ローリングピストン型圧縮機構２２ａの回転動作により、中間圧まで圧縮された後、ローリングピストン型圧縮機構２２ａの上方のキャビティに吐出される。これにより、このキャビティ内は中間圧雰囲気とされる。
中間圧の冷媒ガスは、高段側のスクロール型圧縮機構２３ａに吸い込まれる。スクロール型圧縮機構２３ａにおける公転旋回駆動により高圧状態まで圧縮され、吐出配管２４ａに向けて吐出される。

高温高圧の冷媒ガスは、吐出配管２４ａを経て凝縮器３０に至る。高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器３０で、図示しない凝縮器用ファンにより送風される空気と熱交換され、空気側に放熱することにより、凝縮液化される。この液冷媒は、冷媒配管２５を経て、インジェクション回路４０ａに至る。インジェクション回路４０ａでは、凝縮器３０で凝縮液化された液冷媒の一部が、インジェクション配管２５ａ２を経て膨張弁４２ａにより減圧された後、中間冷却器（凝縮器）４１ａに至る。中間冷却器４１ａに流入した低圧の気液二相冷媒は、中間冷却器４１ａ内を流通する間に冷媒配管２５ａ１を通る液冷媒から吸熱することにより蒸発ガス化され中間圧の冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、インジェクション配管２５ａ３を介して、圧縮機２０ａのキャビティに供給される。この中間圧のインジェクションガスと低段側のローリングピストン型圧縮機構２２ａで圧縮された中間圧ガスとを、高段側のスクロール型圧縮機構２３ａに吸入して、２段圧縮することにより冷凍能力を向上させる。
暖房または加熱時においては、ガスインジェクションによる中間圧冷媒が加わるため、冷媒循環量が増大され、その分暖房または加熱能力が向上される。

インジェクション回路４０ａを通過した冷媒は第１膨張弁５１により減圧され中間圧の冷媒となりレシーバ６０に流入する。冷媒はレシーバ６０において液冷媒とガス冷媒とに分離され、液冷媒は第２膨張弁５２に至る。液冷媒は第２膨張弁５２により減圧され低圧の冷媒となり、蒸発器７０に至る。

蒸発器７０に流入した低圧の冷媒は、蒸発器７０内を通る間に、図示しない蒸発器用ファンにより送風される空気と熱交換され、空気側から吸熱することにより蒸発ガス化される。この低圧冷媒ガスは、冷媒配管２６を介してアキュムレータ８０に至る。
アキュムレータ８０で分離されたガス冷媒は吸入配管２７ａを介して、圧縮機２０ａのローリングピストン型圧縮機構２２ａに吸入され、再び圧縮される。一方、アキュムレータ８０で分離された油は、油戻し管２８ａを介して、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの底部の油溜まりに供給される。

冷凍サイクル１０は、以上のサイクルが繰り返される間に、凝縮器３０からの放熱を利用することにより、暖房または加熱を行うことができ、蒸発器７０での吸熱作用を利用することにより、冷房または冷却を行うことができる。

冷凍サイクル１０は、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内の潤滑油を一定量以上確保することが必要であり、アキュムレータ８０で冷媒ガスから分離された潤滑油を圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃに戻す。しかし、前述したように、これだけでは、全ての圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの潤滑油量を確保することができない。そこで、冷凍サイクル１０は、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの密閉ハウジング２１ａ、２１ｂ、２１ｃのキャビティ内に差圧を設けることにより、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの相互間で潤滑油を移動させる。インジェクション回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃの膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃの開度を調整して、各圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃに異なる流量の中間圧冷媒を流入させる。そうすると、各密閉ハウジング２１ａ、２１ｂ、２１ｃ内に差圧を生じさせることができる。以下、この均油制御について説明する。

冷凍サイクル１０は、均油制御を行なうためのコントローラ（制御手段）９０を備えている。図２は、コントローラ９０の制御手順を示している。
コントローラ９０は、冷凍サイクル１０で通常運転が行なわれている間（図２ Ｓ１０１）、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの各々からの潤滑油の吐出量が制限範囲を超えるか否かを監視する（図２ Ｓ１０３）。この吐出量は、運転時間の積算等、公知の手法を採用することができる。

コントローラ９０は、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの各々からの潤滑油の吐出量が、制限範囲を超えると、通常運転から油戻し運転に切替わるように、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃに指令する（図２ Ｓ１０５）。油戻し運転は、例えば通常運転よりも圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃを高能力で運転すればよく、そうすることにより、アキュムレータ８０で冷媒と分離された潤滑油が、油戻し管２８ａ、２８ｂ、２８ｃを介して、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの底部の油溜まりに強制的に回収される。

コントローラ９０は、油戻し運転を所定時間だけ行なったならば、油戻し運転を終了させ（図２ Ｓ１０７）、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの運転を、油戻し運転前の状態（通常運転）に復帰させる（図２ Ｓ１０９）。
次に、コントローラ９０は、均油運転を行なうよう、インジェクション回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃの膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃの開度を指令する。以下、この開度の調整について、冷凍サイクル１０が小負荷の場合、中負荷の場合を例にして説明する。

＜小負荷＞
図３は、冷凍サイクル１０の負荷（横軸）と能力（縦軸）の関係を示している。冷凍サイクル１０は、小負荷の場合には圧縮機２０ａ（♯２０ａ）のみを運転する。同様に、中負荷の場合には圧縮機２０ａと圧縮機２０ｂ（♯２０ｂ）を運転し、大負荷の場合には全ての圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（♯２０ｃ）を運転する。
圧縮機２０ａのみを運転している小負荷のときに、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃにおける潤滑油の量が、仮に図４の「均油前」に示すとおりとする。つまり、圧縮機２０ａ、２０ｃの潤滑油量は均油レベル（圧縮機に最低限必要な潤滑油量）を超えているが、圧縮機２０ｂの潤滑油量は均油レベル未満である。この場合、小負荷で圧縮機器内の油が確保されたままで冷凍サイクルが運転されるのであれば問題ないが、小負荷から中負荷以上に運転負荷が切り替えられるときに備えて各圧縮機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の油を均一にするため、均油運転を行なう必要がある。

均油運転は、前述したように、インジェクション回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃの膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃの開度を調整することにより行なわれる。具体的には、潤滑油を積極的に回収したい圧縮機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）に対応する膨張弁（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）を閉じる。そうすることにより、インジェクション回路から供給される中間圧冷媒の流量が少なくなり、対応する圧縮機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の密閉ハウジング（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）内の圧力が低下する。このように、密閉ハウジング（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）間に差圧が生じることにより、圧力が高い密閉ハウジングから圧力の低い密閉ハウジングに向けて、均油配管（２９ａ、２９ｂ）を介して潤滑油が移動する。

図５は、均油運転開始前から均油運転終了後までの経過時間（横軸）と膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃの開度（縦軸）との関係を示している。
均油運転開始前は、膨張弁４２ａは所定の開度で開かれているが、膨張弁４２ｂ、４２ｃは閉じられている。この状態で、圧縮機２０ａ、２０ｃの潤滑油量は均油レベルを超え、圧縮機２０ｂの潤滑油量は均油レベル未満である（図４の均油前）。冷凍サイクル１０は、圧縮機２０ａのみを運転させる小負荷運転を行っているので、圧縮機２０ａの潤滑油の量は少なすぎると圧縮機の故障、多すぎると潤滑油の吐出量の増加になるので、油は一定範囲内であることが望ましい。一方、圧縮機２０ｂ、２０ｃについては、後に行われるかもしれない中・大負荷運転に備えるために、均油量に等しい程度にしておけばよい。以下の均油運転は、このことを前提としている。なお、以下では、従前よりも相対的に開度を大きくすることをＯＮといい、開度を小さくすることをＯＦＦということにする。

図５に示すように、均油運転開始後の期間Ｉでは、膨張弁４２ａ・圧縮機２０ａはＯＦＦにし、膨張弁４２ｂ・圧縮機２０ｂはＯＮにし、膨張弁４２ｃは従前のままとする。そうすると、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの潤滑油の量は、図４のＩに示すように、圧縮機２０ａ、２０ｃでは均油前よりも減り、圧縮機２０ｂでは均油前よりも増える。

次に、図５に示すように、期間Ｉ経過後の期間ＩＩでは、膨張弁４２ａ・圧縮機２０ａは従前のままにし、膨張弁４２ｂ・圧縮機２０ｂはＯＦＦにし、膨張弁４２ｃ・圧縮機２０ｃはＯＮにする。そうすると、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの潤滑油の量は、図４のＩＩに示すように、圧縮機２０ａでは期間Ｉと同等、圧縮機２０ｂでは減り、圧縮機２０ｃでは増える。

さらに、図５に示すように、期間ＩＩ経過後の期間ＩＩＩでは、膨張弁４２ａ・圧縮機２０ａはＯＮにし、膨張弁４２ｂ・圧縮機２０ｂは従前のままにし、膨張弁４２ｃ・圧縮機２０ｃはＯＦＦにする。そうすると、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの潤滑油の量は、図４のＩＩＩに示すように、圧縮機２０ａでは増え、圧縮機２０ｂでは同等、圧縮機２０ｃでは減る。均油レベルと比較すれば、圧縮機２０ａでは均油レベルを相当程度超え、圧縮機２０ｂ、２０ｃでは均油レベルと同程度である。

以上のようにして均油運転を行った後に、コントローラ９０は、インジェクション回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃの膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃの開度を元に戻すように指令する（図２ Ｓ１１１）。これで、冷凍サイクル１０は、均油運転を終了して通常運転に戻る。

＜中負荷＞
次に、圧縮機２０ａ、２０ｂを運転させている中負荷運転について説明する。なお、均油前は、図６に示すように、圧縮機２０ａ、２０ｃの潤滑油量は均油レベルを超え、圧縮機２０ｂの潤滑油量は均油レベル未満にあるものとする。
冷凍サイクル１０は、圧縮機２０ａ、２０ｂを運転させる中負荷運転を行っているので、圧縮機２０ａ、２０ｂの潤滑油の量は少なすぎると圧縮機の故障、多すぎると潤滑油の吐出量の増加になるので、油は一定範囲内であることが望ましい。一方、圧縮機２０ｃについては、後に行われるかもしれない大負荷運転に備えるために、均油量に等しい程度にしておけばよい。以下の均油運転は、このことを前提としている。

図７に示すように、均油運転開始後の期間Ｉでは、膨張弁４２ａ・圧縮機２０ａはＯＦＦにし、膨張弁４２ｂ・圧縮機２０ｂはＯＮにし、膨張弁４２ｃ・圧縮機２０ｃはＯＮとする。そうすると、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの潤滑油の量は、図６のＩに示すように、圧縮機２０ａでは均油前よりも減り、圧縮機２０ｂでは均油前よりも増え、圧縮機２０ｃでは均油前よりもやや増える。

次に、図７に示すように、期間Ｉ経過後の期間ＩＩでは、膨張弁４２ａ・圧縮機２０ａはＯＮにし、膨張弁４２ｂ・圧縮機２０ｂはＯＦＦにし、膨張弁４２ｃ・圧縮機２０ｃは従前のままにする。そうすると、圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃの潤滑油の量は、図６のＩＩに示すように、圧縮機２０ａでは増え、圧縮機２０ｂでは減り、圧縮機２０ｃでは均油前よりもやや増える。

さらに、図７に示すように、期間ＩＩ経過後の期間ＩＩＩでは、膨張弁４２ａは従前のままにし、膨張弁４２ｂ・圧縮機２０ｂはＯＮにし、膨張弁４２ｃ・圧縮機２０ｃはＯＦＦにする。そうすると、圧縮機２０ａ、２０ｂ、圧縮機２０ｃの潤滑油の量は、図６のＩＩＩに示すように、圧縮機２０ａ、２０ｂでは増え、圧縮機２０ｃでは減る。均油レベルと比較すれば、圧縮機２０ａ、２０ｂでは均油レベルを相当程度超え、圧縮機２０ｃでは均油レベルと同程度である。

＜効果＞
以上説明したように、冷凍サイクル１０は、均油配管（２９ａ、２９ｂ）を介して、他の圧縮機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）から潤滑油を流入させることができるので、各圧縮機内の潤滑油を一定量以上の一定範囲に確保することができる。
また、全ての圧縮機が運転するような大負荷では、冷凍サイクル１０は、均油運転をインジェクション回路（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）の膨張弁（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）の開度を操作して、インジェクション回路から圧縮機に供給される中間圧冷媒の流量を相違させることにより、均油化を図る。例えば、各圧縮機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の回転数を相違させることにより均油化することも可能であるが、圧縮機の加減速を伴う。これに比べてインジェクション回路を操作する方が、空調負荷に対する供給能力を変動少なく確保可能となるので好ましい。もっとも、本発明は、インジェクション回路を操作することに加えて、各圧縮機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の回転数を調整することを排除するものではない。
さらに、冷凍サイクル１０は、３つの圧縮機２０ａ、２０ｂ、２０ｃを備えているが、本発明はこれに限定されず、２つ以上の複数の圧縮機を備える冷凍サイクルに適用することができる。

＜第２実施形態＞
冷凍サイクル１００は、インジェクション回路（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）について、中間冷却器（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）と膨張弁（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）とを備えているが、本発明はこれに限定されない。アキュムレータと膨張弁又は開閉弁とを備える形態のインジェクション回路について本発明を適用することができる。
図８はこの形態による冷凍サイクル１００を示している。図８において、図１に示した冷凍サイクル１００と同じ要素については、同じ符号を付している。なお、冷凍サイクル１００は、圧縮機を２つ（２０ａ、２０ｂ）備えている。

冷凍サイクル１００は、凝縮器３０と蒸発器７０との間の冷媒配管２５上に、アキュムレータ１１０を備えており、アキュムレータ１１０で気液分離された中間圧の冷媒ガスを、圧縮機２０ａ、２０ｂの密閉ハウジング２１ａ、２１ｂにインジェクションするインジェクション回路１２０を構成している。
アキュムレータ１１０から圧縮機２０ａ、２０ｂに向けてインジェクション配管１２１が設けられ、このインジェクション配管１２１は、途中、インジェクション配管１２１ａと１２１ｂに分岐される。インジェクション配管１２１ａは圧縮機２０ａの密閉ハウジング２１ａ内に連通し、インジェクション配管１２１ｂは圧縮機２０ｂの密閉ハウジング２１ｂ内に連通する。インジェクション配管１２１ａ上には膨張弁１２２ａが、インジェクション配管１２１ｂ上には膨張弁１２２ｂが設けられている。

凝縮器３０から吐出された液冷媒は、第１膨張弁１２３により減圧され、気液二相状態とされてアキュムレータ１１０に至り、そこで中間圧液冷媒と中間圧ガス冷媒とに分離される。分離された中間圧ガス冷媒は、インジェクション配管１２１ａ、１２１ｂを経て、密閉ハウジング２１ａ、２１ｂにインジェクションされる。一方、中間圧液冷媒は、第２膨張弁１２４により再度減圧され、低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７０に至る。

以上の冷凍サイクル１００における均油運転は、インジェクション配管１２１ａ上に設けられている膨張弁１２２ａ、インジェクション配管１２１ｂ上に設けられている膨張弁１２２ｂを調整することにより行なうことができる。例えば、圧縮機２０ａの潤滑油量が過剰で、かつ圧縮機２０ｂの潤滑油量が過小な場合には、膨張弁１２２ｂの開度を小さくすることにより、圧縮機２０ｂの密閉ハウジング２１ｂ内の圧力を低下させる。そうすると、圧縮機２０ａの過剰な潤滑油が、均油配管２９ａを通って圧縮機２０ｂに流れ込む。

＜第３実施形態＞
本発明は、一つの冷凍サイクル・ユニットについて適用できるのはもちろん、複数の冷凍サイクル・ユニットを並列に接続した冷凍サイクルについても適用できる。図９を用いてこの例を説明する。
冷凍サイクル２００は、第１冷凍ユニット３００と第２冷凍ユニット４００とから構成される。第１冷凍ユニット３００、第２冷凍ユニット４００は、各々第１実施形態で説明した冷凍サイクル１００と同様の構成をなしており、図９において、図１と同じ要素については、同じ符号を付している。以下では、第３実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

第１冷凍ユニット３００、２つの圧縮機３２０ａ、３２０ｂと、凝縮器３３０ａ、３３０ｂと、膨張弁３５１、３５２と、蒸発器３７０とが順次接続されて冷媒回路が構成されている。また、第２冷凍ユニット４００は、２つの圧縮機４２０ａ、４２０ｂと、凝縮器４３０ａ、４３０ｂと、膨張弁４５１、４５２と、蒸発器４７０とが順次接続されて冷媒回路が構成されている。
第１冷凍ユニット３００において、圧縮機３２０ａ、３２０ｂから延びる吐出配管３２４ａ、３２４ｂは所定位置で吐出配管３２４に集合される。また、第２冷凍ユニット４００において、圧縮機４２０ａ、４２０ｂから延びる吐出配管４２４ａ、４２４ｂは所定位置で吐出配管３２４に集合される。吐出配管３２４、４２４は分岐されてその端末が凝縮器３３０ａ、３３０ｂに接続されている。第１冷凍ユニット３００と第２冷凍ユニット４００は、凝縮器３３０ａと凝縮器３３０ｂとを共用している。なお、凝縮器３３０ａと凝縮器３３０ｂとを一体化させることができることは言うまでもない。

凝縮器３３０ａ、３３０ｂの下流には、冷媒配管３２５の一端が接続されており、第１冷凍ユニット３００においてはその他端に蒸発器３７０が接続され、第２冷凍ユニット４００においては冷媒配管３２５から分岐された冷媒配管４２５の他端に蒸発器４７０が接続されている。
第１冷凍ユニット３００において、圧縮機３２０ａと圧縮機３２０ｂの間には均油配管３２９ａが設けられている。また、第２冷凍ユニット４００において、圧縮機４２０ａと圧縮機４２０ｂの間には均油配管４２９ａが設けられている。さらに、第１冷凍ユニット３００の圧縮機３２０ｂと第２冷凍ユニット４００の圧縮機４２０ｂとの間には、均油配管４３０が設けられている。

第１冷凍ユニット３００において、凝縮器３３０ａ、３３０ｂと蒸発器３７０の間の冷媒配管３２５ａ（３２５ａ１）上には、２つのインジェクション回路３４０ａ、３４０ｂが並列に接続されている。第２冷凍ユニット４００において、凝縮器３３０ａ、３３０ｂと蒸発器４７０の間の冷媒配管４２５ａ（４２５ａ１）上には、２つのインジェクション回路４４０ａ、４４０ｂが並列に接続されている。
これらインジェクション回路３４０ａ、３４０ｂ、４４０ａ、４４０ｂは、中間冷却器（３４１ａ、３４１ｂ、４４１ａ、４４１ｂ）と、膨張弁（３４２ａ、３４２ｂ、４４２ａ、４４２ｂ）とを備えている。また、中間冷却器３４１ａ、３４１ｂ、４４１ａ、４４１ｂと、圧縮機３２０ａ、３２０ｂ、４２０ａ、４２０ｂとの間には、インジェクション配管３２５ａ３、３２５ｂ３、４２５ａ３、４２５ｂ３が設けられている。

第１冷凍ユニット３００において、２つのインジェクション回路３４０ａ、３４０ｂと蒸発器３７０との間には、第１膨張弁３５１と第２膨張弁３５２が直列に、また、第２冷凍ユニット４００において、２つのインジェクション回路４４０ａ、４４０ｂと蒸発器４７０との間には第１膨張弁４５１と第２膨張弁４５２が直列に設けられている。第１膨張弁３５１と第２膨張弁３５２の間の冷媒配管３２５上にはレシーバ３６０が、また、第１膨張弁４５１と第２膨張弁４５２の間の冷媒配管４２５ａ上にはレシーバ４６０が設けられている。

第２膨張弁３５２の下流の冷媒配管３２５の終端には蒸発器３７０が繋がれ、第２膨張弁４５２の下流の冷媒配管４２５ａの終端には蒸発器４７０が繋がれている。
蒸発器３７０の下流には冷媒配管３２６の一端が繋がれ、この冷媒配管３２６の他端にはアキュムレータ３８０が繋がれている。同様に、蒸発器４７０の下流には冷媒配管４２６の一端が繋がれ、この冷媒配管４２６の他端にはアキュムレータ４８０が繋がれている。アキュムレータ３８０、４８０の機能は、冷凍サイクル１００のアキュムレータ８０と同様である。

冷凍サイクル２００を構成する第１冷凍ユニット３００、第２冷凍ユニット４００は、基本的には、第１実施形態の冷凍サイクル１００と同様に動作する。
均油運転の際に、膨張弁３４２ａ、３４２ｂ、４４２ａ、４４２ｂの開度を調整することは、第１実施例と同様であるが、第３実施形態では、均油配管４３０を備えているため、第１冷凍ユニット３００の圧縮機３２０ｂと第２冷凍ユニット４００の圧縮機４２０ｂとの間で潤滑油を流通させることができる。このように、本発明は、単一の冷凍（サイクル）ユニットの内部での潤滑油の均油化に限らず、複数の冷凍ユニット間における潤滑油の均油化を図ることもできる。図９では均油配管は、第１冷凍ユニット３００の圧縮機３２０ｂと第２冷凍ユニット４００の圧縮機４２０ｂとの間で連結されているが、第１冷凍ユニット３００の均油配管３２９ａと第２冷凍ユニット４００の均油配管４２９ａ間を連結させても、同様の効果が得られる。

第１実施形態に係る冷凍サイクルの概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る冷凍サイクルのコントローラの制御手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る冷凍サイクルの空調負荷と能力の関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る冷凍サイクルの低負荷における均油運転の油面レベルの推移を示す図である。 第１実施形態に係る冷凍サイクルの低負荷における均油運転のインジェクション回路の弁の開度を示す図である。 第１実施形態に係る冷凍サイクルの中負荷における均油運転の油面レベルの推移を示す図である。 第１実施形態に係る冷凍サイクルの中負荷における均油運転のインジェクション回路の弁の開度を示す図である。 第１実施形態とは異なる形態のインジェクション回路を備える第２実施形態に係る冷凍サイクルの概略構成を示す図である。 ２つの冷凍ユニットを並列に接続した第３実施形態に係る冷凍サイクルの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０，１００，２００…冷凍サイクル、３００…第１冷凍ユニット，４００…第２冷凍ユニット
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，３２０ａ，３２０ｂ，４２０ａ，４２０ｂ…圧縮機
２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，３２９ａ，４２９ａ，４３０…均油配管
３０，３３０ａ，３３０ｂ…凝縮器
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，１２０，３４０ａ，３４０ｂ，４４０ａ，４４０ｂ…インジェクション回路
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，３４１ａ，３４１ｂ，４４１ａ，４４１ｂ…中間冷却器
７０，３７０，４７０…蒸発器
９０…コントローラ

Claims (4)

1. 密閉ハウジングの低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを各々が備え、並列に配置された複数の圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続されて冷媒回路が構成される冷凍サイクルであって、
   前記密閉ハウジングに接続され、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機構に供給する吸入配管と、
   前記密閉ハウジングに接続され、前記高段側圧縮機構で圧縮された冷媒を前記凝縮器に向けて吐出する吐出配管と、
   複数の前記圧縮機に対応して設けられ、前記冷媒回路から抽出される中間圧冷媒を対応する前記圧縮機に供給する複数のインジェクション回路と、
   複数の前記圧縮機を繋ぐ均油配管と、
   複数の前記インジェクション回路から供給される前記中間圧冷媒の流量を相違させる制御手段と、を備えることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記インジェクション回路は、
   前記凝縮器と前記蒸発器との間に並列に接続される、中間冷却器と弁とからなり、
   前記制御手段は、
   前記弁の開度を調整または開閉することにより、複数の前記インジェクション回路から供給する前記中間圧冷媒の流量を相違させることを特徴とする請求項１の冷凍サイクル。
3. 前記インジェクション回路は、
   前記凝縮器と前記蒸発器との間に直列に接続される、気液分離器と弁とからなり、
   前記制御手段は、
   前記弁の開度を調整または開閉することにより、複数の前記インジェクション回路から供給する前記中間圧冷媒の流量を相違させることを特徴とする請求項１の冷凍サイクル。
4. 密閉ハウジング内に低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを各々が備え、並列に配置された複数の圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続されて冷媒回路が構成される複数の冷凍サイクル・ユニットが、並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍サイクル。

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