JP6702400B1 - 多段圧縮システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数台の多段圧縮機を用いた冷凍装置においては、それぞれの圧縮機において、冷凍機油を適量に保つ必要性があった。高段側の圧縮機で吐出された油を、低段側の圧縮機の冷媒吸入側に戻した場合に、熱ロス、圧力ロスが発生し、システムの効率が低下する課題があった。【解決手段】多段圧縮システム２０は、低段圧縮機２１と、高段圧縮機２３と、油戻し管３１とを有する。低段圧縮機２１は、圧縮部５０と、モータ４０と、容器３０と、油ガイド４７、４７ａ、３１ｐを有している。油ガイド４７、４７ａ、３１ｐは、容器３０内において、油戻し管３１の出口に対向して配置されている。【選択図】図２

Description

冷媒と油を利用する多段圧縮システム。

冷凍装置において、作動冷媒によっては、複数の圧縮機を用いた多段圧縮機構が推奨され、用いられている。複数の圧縮機を用いた多段圧縮機構においては、冷凍機油を、複数の圧縮機において、適量にコントロールすることが重要である。言い換えると、一つの圧縮機に極度に油が偏在することがないように制御する必要がある。

特許文献１（特開2008-261227号公報）では、低段側および高段側の圧縮機の油面の高さを一定の高さに保つために、低段側の圧縮機には低段側油抜き通路を、高段側で吐出された油を低段側圧縮機の吸入管に戻す油戻し通路を設けている。

しかし、高段側の圧縮機で吐出された油を、低段側の圧縮機の冷媒吸入側に戻すと、次の２つのロスが発生しうる。

第１のロスは、熱のロスである。高段側の圧縮機で吐出された油は、高温である。高温の油を、吸入冷媒に混合することにより、吸入冷媒の温度を上昇させるという熱ロスが発生する。第２のロスは、圧力のロスである。低圧の吸込み冷媒（ガス）に高圧の油を混合するという圧力ロスが発生する。

第１観点の多段圧縮システムは、冷媒と油を利用するものである。多段圧縮システムは、低段圧縮機と、高段圧縮機と、油戻し管とを有する。低段圧縮機は、冷媒を圧縮する。高段圧縮機は、低段圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する。油戻し管は、高段圧縮機で排出された油を、低段圧縮機に戻す。ここで、高段圧縮機で排出された油とは、高段圧縮機から直接排出された油だけでなく、高段圧縮機から他の機器、たとえば、油分離器に一度排出された油を含む。また、低段圧縮機は、圧縮部と、モータと、容器と、油ガイドとを有している。圧縮部は、冷媒を圧縮する。モータは、圧縮部を駆動する。モータは圧縮部より上に配置されている。容器は、圧縮部と、モータとを収容する。油ガイドは、容器内において、油戻し管の出口に対向して配置されている。

第１観点の多段圧縮システムは、油ガイドが、油戻し管の出口に対向して配置されているため、油を油ガイドに衝突させて油溜まりに落とすことができる
第２観点の多段圧縮システムは、第１観点のシステムであって、油戻し管の容器内部への油導入部分の角度は水平から上下１５°以内の角度になるように配置されている。

第２観点の多段圧縮システムは、油戻し管の容器内部への油導入部分の角度は水平から近いので、油ガイドに油を衝突させて、油の向きを変えて、油溜まりに油を供給しやすい。

第３観点の多段圧縮システムは、第１観点又は第２観点のシステムであって、油ガイドは、容器の内周から、容器の水平断面の内径Ｄの２５％以内に配置されている。

第３観点の多段圧縮システムは、容器の内面の近傍に油ガイドが配置されているため、油戻し管から導入された油を短距離で油ガイドに衝突させることができ、油の方向を制御しやすい。

第４観点の多段圧縮システムは、第１観点〜第３観点のいずれかのシステムであって、油ガイドは、上下に伸びる板状部材である。

第４観点の多段圧縮システムは、油ガイドが、上下に伸びる板状部材であるので、油戻し管から容器内部への油が衝突する部分の面積を大きくできる。

第５観点の多段圧縮システムは、第４観点のシステムであって、モータは、インシュレータを含む。油ガイドは、インシュレータと連続して、インシュレータから下に延びる部分である。

第６観点の多段圧縮システムは、第１観点〜第３観点のいずれかのシステムであって、モータは、ステータを含む。油ガイドは、ステータの外面である。

第７観点の多段圧縮システムは、第１観点〜第３観点のいずれかのシステムであって、油ガイドは、油が内部を通過する管の一部であり、管の曲がり部分である。

第１実施形態の冷凍装置１の冷媒回路図である。 第１実施形態の低段圧縮機２１の縦断面図である。 第１実施形態の低段圧縮機２１のＡＡ断面図である。 第１実施形態の低段圧縮機２１のＢＢ断面図である。 第１実施形態の低段圧縮機２１のＣＣ断面図である。 第２実施形態の低段圧縮機２１の縦断面図である。 第３実施形態の低段圧縮機２１の縦断面図である。

＜第１実施形態＞
（１）冷凍装置１の冷媒回路
（１−１）冷凍装置１の冷媒回路全体
第１実施形態の冷凍装置１の冷媒回路構成を図１に示す。本実施形態の冷凍装置１は、超臨界域で作動する冷媒である二酸化炭素を用い、二段圧縮式の冷凍サイクルを行う装置である。本実施形態の冷凍装置１は、冷暖房を行う空気調和装置、冷房専用の空気調和装置、冷温水器、冷蔵装置、冷凍貯蔵装置などに用いることができる。

本実施形態の冷凍装置１は、多段圧縮システム２０と、四方切換弁５と、熱源側熱交換器２と、ブリッジ回路３と、膨張機構８、９と、利用側熱交換器４と、エコノマイザ熱交換器７とを有している。

多段圧縮システム２０は、冷媒を圧縮する。ガス冷媒は、四方切換弁５、冷媒配管１３を経由して、低段圧縮機２１の入口の第１アキュムレータ２２に導入される。冷媒は、低段圧縮機２１、高段圧縮機２３により圧縮され、配管１８を経由して、四方切換弁５にいたる。

四方切換弁５は、多段圧縮システム２０よりの冷媒を、熱源側熱交換器２と利用側熱交換器４のいずれの方向に流すかを切り換える。たとえば、冷凍装置１が空気調和装置であり、冷房運転のときは、冷媒は、四方切換弁５から熱源側熱交換器２（凝縮器）に流れる。熱源側熱交換器２（凝縮器）を流れた冷媒は、ブリッジ回路３の逆止弁３ａ、配管１１、逆止弁１１ｅを経由して、レシーバ６に達する。レシーバ６より液冷媒は、引き続き配管１１を流れ、膨張機構９で減圧され、ブリッジ回路３の逆止弁３ｃを経由して、利用側熱交換器４（蒸発器）へ向かう。利用側熱交換器４（蒸発器）で加熱された冷媒は、四方切換弁５を経由して、再び多段圧縮システム２０で圧縮される。一方、暖房運転時は、冷媒は、四方切換弁５から利用側熱交換器４（凝縮器）、ブリッジ回路３の逆止弁３ｂ、配管１１、レシーバ６、膨張機構９、ブリッジ回路３の逆止弁３ｄ、利用側熱交換器４（蒸発器）、四方切換弁５の順に流れる。

エコノマイザ熱交換器７は、冷媒配管１１の途中、レシーバ６と、膨張機構９の間に配置されている。配管１１の分岐１１ａにて、一部の冷媒は分岐して、膨張機構８にて中間圧に減圧される。中間圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器７において、配管１１を流れる高圧冷媒によって加熱され、中間インジェクション配管１２を経由して、多段圧縮システム２０の中間圧の合流部分１５ｂにインジェクションされる。また、レシーバ６より冷媒のガス成分が配管１９を経由して、中間インジェクション配管１２に合流する。

（１−２）多段圧縮システム２０における冷媒および油の流れ
本実施形態の多段圧縮システム２０は、図１に示すように、第１アキュムレータ２２と、低段圧縮機２１と、インタークーラ２６と、第２アキュムレータ２４と、高段圧縮機２３と、油分離器２５と、オイルクーラ２７と、減圧器３１ａとを備えている。

本実施形態においては、低段圧縮機２１で圧縮された冷媒を、さらに、高段圧縮機２３で圧縮する。圧縮機２１、２３は、それぞれ、アキュムレータ２２、２４を備えている。アキュムレータ２２、２４は、圧縮機に入る前の冷媒を一度蓄えて、液冷媒が圧縮機に吸入されないようにする役割を担う。

次に、本実施形態の多段圧縮システム２０における冷媒、油の流れを、図１を利用して説明する。

本実施形態においては、蒸発器（利用側熱交換器４または熱源側熱交換器２）で加熱された低圧のガス冷媒は、冷媒配管１３を経由して、第１アキュムレータ２２に流れる。第１アキュムレータ２２のガス冷媒は、吸入管１４を経由して、低段圧縮機２１へと流れる。低段圧縮機２１で圧縮された冷媒は、吐出管１５ａより吐出され、中間圧冷媒配管１５を流れ、第２アキュムレータ２４に達する。

インタークーラ２６は、中間圧冷媒配管１５の途中に配置されている。インタークーラ２６は、中間圧の冷媒を、たとえば、室外の空気で冷却する熱交換器である。インタークーラ２６は、熱源側熱交換器２と隣接して配置して、共通のファンで空気と熱交換しても良い。インタークーラ２６は、中間圧の冷媒を冷却することにより、冷凍装置１の効率を高める。

また、中間圧冷媒配管１５の合流部分１５ｂには、中間インジェクション配管１２より、中間圧の冷媒がインジェクションされる。本実施形態においては、中間インジェクション配管１２の配管１５への合流部分１５ｂは、インタークーラ２６の下流側に配置される。中間インジェクションでインジェクションされる冷媒は、配管１５を流れる冷媒よりも温度が低い。したがって、中間インジェクションは、配管１５を流れる冷媒の温度を低下させ、冷凍装置１の効率を向上させる。

本実施形態の多段圧縮システム２０は、さらに、低段圧縮機の過剰の油を排出する油排出管３２を備えている。油排出管３２は、低段圧縮機２１と、中間圧の配管１５を接続する。油排出管３２は、低段圧縮機の油溜まり３０ａに溜まった過剰の油のみならず油溜まり３０ａに溜まった過剰の冷媒も排出する。油排出管３２の中間圧冷媒配管１５との接続部分は、インタークーラ２６、および、中間インジェクションの合流部分１５ｂよりも下流部分である。

配管１５により第２アキュムレータ２４に送られた冷媒は、吸入管１６より、高段圧縮機２３に導入される。冷媒は、高段圧縮機２３において、圧縮されて、高圧となり、吐出管１７に吐出される。

吐出管１７に吐出された冷媒は、油分離器２５に流れる。油分離器２５は、冷媒と油を分離する。分離された油は、油戻し管３１を経由して、低段圧縮機２１に戻される。

本実施形態の多段圧縮システム２０は、さらに、高段圧縮機の過剰の油を排出する油排出管３３を備えている。油排出管３３は、高段圧縮機２３と、高段圧縮機２３の吐出管１７とを接続する。

油戻し管３１の途中には、減圧器３１ａが配置されている。減圧器３１ａは、油分離器２５より排出された高圧の油の減圧をするためのものである。減圧器３１ａは、具体的には、たとえば、キャピラリーチューブが用いられる。

油戻し管３１の途中には、オイルクーラ２７が配置されている。オイルクーラ２７は、油戻し管３１を流れる油を、たとえば、室外の空気で冷却する熱交換器である。オイルクーラ２７は、油分離器２５より排出された高温の油を冷却するためのものである。オイルクーラ２７は、たとえば、熱源側熱交換器２の近傍に配置し、共通のファンで空気と熱交換しても良い。オイルクーラ２７は、たとえば、熱源側熱交換器２の下に配置してもよい。

なお、本実施形態の油（冷凍機油）は、ＣＯ_２冷媒で用いられる冷凍機油であれば、特に限定されないが、ＣＯ２冷媒と非相溶の油が特に適している。冷凍機油の例としては、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール類）、ＰＯＥ（ポリオールエステル類）などがある。

なお、本実施形態の冷凍装置１は２台の圧縮機で二段の圧縮を行っている。３台以上の圧縮機を用いて、二段以上の圧縮を行ってもよい。また、三段以上の圧縮を行っても良い。

（２）圧縮機と圧縮機に接続される配管、装置の構成
本実施形態の低段圧縮機２１、高段圧縮機２３は、ともに、２シリンダタイプ、かつ、揺動式のロータリー圧縮機である。圧縮機２１、２３はほとんど同一の構成なので、ここでは、低段圧縮機２１を用いて、詳細に説明する。

図２は、低段圧縮機２１の縦断面図、図３〜５は、図２のそれぞれＡＡ〜ＣＣの位置での水平断面図である。ただし、図４のＢＢ断面図において、モータ４０の部分は記載されていない。

低段圧縮機２１は、容器３０と、圧縮部５０と、モータ４０と、クランクシャフト６０と、ターミナル３５と、を有している。

（２−１）容器３０
容器３０は、モータ４０の回転軸ＲＡを中心軸として、略円筒状の形状である。容器の内部は機密性が保たれており、運転時に、低段圧縮機２１においては中間圧、高段圧縮機２３においては高圧の圧力が保持される。容器３０の内部の下部は、油（潤滑油）を貯留するための油溜まり３０ａとなっている。なお、図２では、油溜まり３０ａの液面を仮に記載しているが、油溜まり３０ａの液面の高さは一定ではなく、圧縮機の運転中、増減する。

容器３０は、内部に、モータ４０と、クランクシャフト６０と、圧縮部５０とを収容している。容器３０の上部には、ターミナル３５が配置されている。また、容器３０には、冷媒の吸入管１４ａ、１４ｂおよび吐出管１５ａと、油戻し管３１と、油排出管３２とが接続されている。

（２−２）モータ４０
モータ４０は、ブラシレスＤＣモータである。モータ４０は、クランクシャフト６０を、回転軸ＲＡを中心に回転する動力を発生する。モータ４０は、容器３０の内部の空間内で、上部の空間の下、圧縮部５０の上に配置されている。モータ４０は、ステータ４１およびロータ４２を有する。ステータ４１は、容器３０の内壁に固定されている。ロータ４２は、ステータ４１と磁気的な相互作用をすることによって回転する。

ステータ４１は、ステータコア４６と、インシュレータ４７とを有する。ステータコア４６は、鋼製である。インシュレータ４７は、樹脂製である。インシュレータ４７は、ステータコア４６の上下に配置され、巻線が巻かれている。

（２−３）クランクシャフト６０
クランクシャフト６０は、モータ４０の動力を圧縮部５０に伝達する。クランクシャフト６０は、主軸部６１、第１偏心部６２ａ、第２偏心部６２ｂを有する。

主軸部６１は、回転軸ＲＡと同心である部位である。主軸部６１は、ロータ４２に固定されている。

第１偏心部６２ａおよび第２偏心部６２ｂは、回転軸ＲＡに対して偏心している。第１偏心部６２ａの形状および第２偏心部６２ｂの形状は、回転軸ＲＡを基準として互いに対称である。

クランクシャフト６０の下端には、オイルチューブ６９が設けられている。オイルチューブ６９は、油溜まり３０ａから油（潤滑油）をくみ上げる。くみ上げられた潤滑油は、クランクシャフト６０の内部の油通路を上昇し、圧縮部５０の摺動箇所に供給される。

（２−４）圧縮部５０
圧縮部５０は、２シリンダ型の圧縮機構である。圧縮部５０は、第１シリンダ５１、第１ピストン５６、第２シリンダ５２、第２ピストン６６、フロントヘッド５３、ミドルプレート５４、リアヘッド５５、フロントマフラ５８ａ、５８ｂを有する。

圧縮部５０には、第１圧縮室７１、第２圧縮室７２が形成されている。第１、第２圧縮室は、冷媒が供給され、圧縮される空間である。

（２−４−１）第１圧縮室７１と、第１圧縮室７１で圧縮される冷媒の流れ
第１圧縮室７１は、図２または５に示すように、第１シリンダ５１と、第１ピストン５６と、フロントヘッド５３と、ミドルプレート５４とによって囲まれた空間である。

第１シリンダ５１には、図５に示すように、吸入孔１４ｅ、吐出凹部５９、ブッシュ収容穴５７ａ、ブレード移動穴５７ｂが設けられている。第１シリンダ５１は、クランクシャフト６０の主軸６１および第１偏心部６２ａと、第１ピストン５６とを収容する。吸入孔１４ｅは、第１圧縮室７１と吸入管１４ａの内部とを連通させる。ブッシュ収容穴５７ａには、１対のブッシュ５６ｃが収容される。

第１ピストン５６は、円環部５６ａとブレード５６ｂを有する。第１ピストン５６は、揺動ピストンである。円環部５６ａにはクランクシャフト６０の第１偏心部６２ａが嵌め込まれる。ブレード５６ｂは、１対のブッシュ５６ｃに挟まれている。第１ピストン５６は、第１圧縮室７１を２つに分割する。１つは、吸入孔１４ｅに連通する低圧室７１ａである。もう１つは、吐出凹部５９に連通する高圧室７１ｂである。図５において、円環部５６ａは時計回りに公転し、高圧室７１ｂの容積は小さくなり、高圧室７１ｂの冷媒は圧縮される。円環部５６ａの公転に際し、ブレード５６ｂの先端は、ブレード移動穴５７ｂの側とブッシュ収容穴５７ａの側を往復する。

フロントヘッド５３は、図２に示すように、環状部材５３ａによって、容器３０の内側に固定されている。

フロントヘッド５３には、フロントマフラ５８ａ、５８ｂが固定されている。フロントマフラは、冷媒が吐出される際の騒音を低減する。

第１圧縮室７１で圧縮された冷媒は、吐出凹部５９を経由して、フロントマフラ５８ａとフロントヘッド５３との間の第１フロントマフラ空間５８ｅに吐き出される。冷媒は、さらに、２つのフロントマフラ５８ａ、５８ｂの間の第２フロントマフラ空間５８ｆに移動した後で、フロントマフラ５８ｂに設けられた吐出穴５８ｃ、５８ｄ（図４参照）より、モータ４０の下の空間に吹出される。

圧縮され、フロントマフラ５８ａの吐出穴５８ｃ、５８ｄより吹出された冷媒は、モータ４０の隙間より、容器３０の上部空間に移動し、吐出管１５ａより吹出され、高段圧縮機２３へと向かう。

なお、第１実施形態の多段圧縮システム２０においては、圧縮機２１、２３はともに２シリンダタイプの圧縮機である。両方ともあるいは一方の圧縮機は、１シリンダタイプの圧縮機であってもよい。

（２−４−２）第２圧縮室７２と、第２圧縮室７２で圧縮される冷媒の流れ
第２圧縮室７２は、第２シリンダ５２と、第２ピストン６６と、リアヘッド５５と、ミドルプレート５４とによって囲まれた空間である。

第２圧縮室７２にて圧縮される冷媒の流れも、ほぼ第１圧縮室７１にて圧縮される冷媒の流れと同様なので、詳細な説明は省略する。ただし、第２圧縮室７２で圧縮された冷媒の場合は、いったん、リアヘッド５５に設けられたリアマフラ空間５５ａに送られた後で、さらに、フロントマフラ５８ａ、５８ｂによるフロントマフラ空間５８ｅ、５８ｆに送られるところが、異なる。

（２−５）圧縮機と、油戻し管３１と油排出管３２の接続位置について
油戻し管３１は、図２に示すように、モータ４０の下で、圧縮部５０の上の空間に、内部流路が連通するように、容器３０に接続されている。モータ４０の下とは、モータ４０の横の空間（コアカットなど）を含む。ただし、モータ４０の下で、圧縮部５０の上の空間がより好ましい。油戻し管３１は、容器３０の側面にほぼ垂直に、油がほぼ水平に流れるように、容器３０に接続されている。油戻し管３１の容器３０内部への油導入部分の角度は水平から上下１５°以内の角度になるように配置されている。

油戻し管３１から、容器３０の内部に吹出された油は、モータ４０のインシュレータ４７に衝突した後で、フロントマフラ５８ｂや、フロントヘッド５３を固定する環状部材５３ａの上に落ち、さらに、容器３０内部下部の油溜まり３０ａに合流する。言い換えると、インシュレータ４７は、油戻し管３１を流れて容器３０内部に導入された油を衝突させて容器３０下部の油溜まり３０ａ側に向ける油ガイドの役割を果たしている。インシュレータ４７の油ガイド部分は、上下に伸びる板状部材である。油戻し管３１から、容器３０の内部に吹出された油の全てが、油ガイドに衝突しなくても良い。一部であってもよい。全てであってもよい。

油ガイドは、容器３０内において、油戻し管３１の出口に対向して配置されている。油戻し管３１の出口とは、容器３０の内部で、容器３０と油戻し管３１の接続部分を意味している。油ガイドは、容器３０の内周から、容器３０の水平断面の内径Ｄの２５％以内に配置されている。比較的容器３０の側壁の近くに油ガイドを配置することにより、油の向きの制御性が良好となる。

油戻し管３１を、第２圧縮室７２よりも上の空間に接続するのが好ましい。油戻し管３１を第２圧縮室７２よりも下の空間に接続すると、油溜まり３０ａの油面よりも下になる可能性が高くなり、そうなると、フォーミングを生じるので好ましくない。

また、油戻し管３１は、容器３０のより上部に接続しても良い。たとえば、モータ４０のステータ４１のコアカットの部分に接続されていても良い。ただし、油溜まり３０ａになるべく近い低部に接続される方が、より早く、摺動部（圧縮室７１、７２付近）に油を供給することにつながり、好ましい。

また、油戻し管３１の内径は、たとえば、１０ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。

油排出管３２は、図２に示すように、モータ４０の下で、圧縮部５０の上の空間に、内部流路が連通するように、容器３０に接続されている。

油排出管３２の容器３０への接続位置が圧縮室７２よりも低くなると、油が過剰に油溜まり３０ａより失われるおそれがある。また、モータ４０よりも高い位置になると、吐出管１５ａと差が小さくなり、油排出管３２を設ける意義が失われる。

また、本実施形態では、図２に示すように、油排出管３２の容器３０への取り付け高さ位置は、油戻し管３１の容器３０への取り付け高さ位置と同等である。これによって、油溜まり３０ａの油面の高さ調整が容易になる。

また、図４に示すように、油排出管３２の平面的な容器３０への取り付け位置は、モータ４０の回転軸ＲＡに対して、フロントマフラ５８ｂの吐出穴５８ｃ、５８ｄの反対の位置である。ここで、反対の位置とは、油排出管３２の接続位置から回転軸ＲＡに対して左右に９０°ずつの合計１８０°以外の１８０°の範囲との意味である。なお、図４では、吐出穴５８ｃの一部が反対の位置ではないが、ここでは、吐出穴５８ｃ、５８ｄの面積の半分以上が反対側との意味である。

本実施形態では、油排出管３２の容器３０への接続位置が、フロントマフラ５８ｂの吐出穴５８ｃ、５８ｄの位置から離れているので、フロントマフラ５８ｂの吐出穴５８ｃ、５８ｄから吐出した冷媒を、直接油排出管３２によって、低段圧縮機２１より排出するのを低減できる。

油排出管３２の内径は、油戻し管３１の内径と同等である。吐出管１５ａの内径よりも細いものを用いる。より具体的には、油排出管３２の内径は、たとえば、１０ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。

また、図５に示すように、油排出管３２と油戻し管３１の平面的な位置関係を見れば、油排出管３２の容器３０への接続位置は、油戻し管３１の容器３０への接続位置から、モータ４０の回転方向（図５の矢印の方向）に９０°以上離れた位置である。好ましくは、１８０°以上はなれた位置である。本実施形態では、この角度は、θであらわされている。シータは、２７０°以上である。また、θは、３３０°以下にはすべきである。

本実施形態では、油排出管３２と油戻し管３１の位置が十分離されているため、油戻し管３１で低段圧縮機２１の容器３０内に導入した油がそのまま油排出管３２により、容器３０外に排出されるのを低減し、低段圧縮機２１の均油を容易に実現することができる。

なお、第１実施形態の多段圧縮システム２０においては、油戻し管３１の容器３０への接続位置の高さは、油排出管３２の容器３０への接続位置の高さと同等であった。油戻し管３１の容器３０への接続位置の高さは、油排出管３２の容器３０への接続位置の高さよりも高くてもよい。

（２−６）アキュムレータ２２
本実施形態の多段圧縮システム２０においては、低段圧縮機２１の上流に第１アキュムレータ２２が、高段圧縮機２３の上流に第２アキュムレータ２４が配置されている。アキュムレータ２２、２４は、流れてきた冷媒を一度蓄えて、液冷媒が圧縮機に流れるのを防止し、圧縮機の液圧縮を防止する。第１アキュムレータ２２と第２アキュムレータ２４の構成はほとんど同じなので、第１アキュムレータ２２について、図２を用いて説明する。

蒸発器で加熱された低圧のガス冷媒が、四方切換弁５を経由して、冷媒配管１３を流れ、アキュムレータ２２に導入される。ガス冷媒は、圧縮機２１の吸入管１４ａ、１４ｂより、第１、第２圧縮室７１、７２に導入される。アキュムレータの内部下方には、液冷媒、油が溜まる。吸入管１４ａ、１４ｂには、アキュムレータ内部の下方において、小さな穴１４ｃ、１４ｄが形成されている。穴１４ｃ、１４ｄの径は、たとえば、１ｍｍ〜２ｍｍである。油は、液冷媒とともに、少量ずつ穴１４ｃ、１４ｄを経由して、ガス冷媒に合流して、圧縮室へ送られる。

（３）特徴
（３−１）
本実施形態の多段圧縮システム２０は、低段圧縮機２１と、高段圧縮機２３と、油戻し管３１とを有する。油戻し管３１は、高段圧縮機で排出された油を、低段圧縮機２１に戻す。低段圧縮機２１は、圧縮部５０と、モータ４０と、容器３０と、油ガイドとを有している。容器は、圧縮部５０と、モータ４０と、油ガイドとを収容している。油ガイドは、容器３０内において、油戻し管３１の出口に対向して配置されている。油ガイドは、油戻し管３１を流れて容器３０内部に導入された油を衝突させて容器３０下部の油溜まり３０ａ側に向ける。

本実施形態においては、油ガイドは、モータ４０の一部であるインシュレータ４７が果たしている。

本実施形態の多段圧縮システム２０は、油ガイドを有しているため、油をより直接的に油溜まり３０ａに供給することができる。したがって、迅速に低段圧縮機２１内の油量を増やすことができる。

これに対して、油戻し管３１の容器３０への接続位置を、圧縮部５０の下など、油溜まり３０ａの液面よりも低い位置にすると、フォーミング現象を起こす可能性があり、好ましくない。

また、直接的に油溜まりに油を供給するため、従来吸入管に油を供給していた場合に比べて、迅速に油量を増加させることができる。さらに、このような、圧縮機への吸入冷媒に高温、高圧の油を混合していた場合に比べて、直接的に油溜まりに油を供給するため、圧力、温度のロスを低減することができる。

（３−２）
本実施形態の多段圧縮システム２０は、油戻し管の容器内部への油導入部分の角度は水平から上下１５°以内の角度になるように配置されている。

本実施形態の多段圧縮システム２０は、油戻し管の容器内部への油導入部分の角度は水平から近いので、油ガイドに油を衝突させて、油の向きを変えて、油溜まりに油を供給しやすい。

（３−３）
本実施形態の多段圧縮システム２０は、油ガイドは、容器３０の内周から、容器３０の水平断面の内径Ｄの２５％以内に配置されている。

本実施形態の多段圧縮システム２０は、容器の内面の近傍に油ガイドが配置されているため、油戻し管３１から導入された油を短距離で油ガイドに衝突させることができ、油の方向を制御しやすい。

（４）変形例
（４−１）変形例１Ａ
第１実施形態では、油戻し管３１より低段圧縮機２１内部に導入された油の向きを変える油ガイドは、モータ４０のインシュレータ４７であった。変形例１Ａにおいては、油ガイドは、モータ４０のステータ４１のステータコア４６の外面である。変形例１Ａにおいては、油戻し管３１は、容器３０の側壁のうち、ステータコア４６の高さに接続されている。図３に示すように、容器３０とステータコア４６の間には隙間であるコアカット部４６ａが形成されている。変形例１Ａにおいては、油戻し管３１は、容器３０の側壁のコアカット部４６ａに対向する部分に接続されている。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

変形例１Ａの多段圧縮システムは、ステータ４１の外面が油ガイドの役割を果たし、油戻し管３１からの油を、油溜まり３０ａに、迅速に供給することができる。ただし、第１実施形態に比べると、油溜まりとの上下の距離が長くなり、油供給の時間は少し長くなる。

（４−２）変形例１Ｂ
第１実施形態においては、油戻し管３１は、油分離器２５からの油を低段圧縮機２１に戻している。変形例１Ｂにおいては、油戻し管３１は、高段圧縮機２３から排出された油を直接低段圧縮機２１に戻している。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

変形例１Ｂの多段圧縮システム２０も、第１実施形態の多段圧縮システム２０と同様の特徴を有する。ただし、変形例１Ｂの場合、高段圧縮機２３から排出された過剰の冷媒と油が混じるので、第１実施形態の油分離器２５を経由する場合に比べて、油戻し管３１を流れる油に混じる冷媒の量が増えることになる。

また、高段圧縮機２３から排出された油に、油分離器２５より分離された油を加えて、低段圧縮機２１の容器３０に戻しても良い。

（４−３）変形例１Ｃ
変形例１Ｃの多段圧縮システムは、第１実施形態の多段圧縮システム２０の構成に加えて、低段圧縮機２１の油溜まり３０ａの油量を計測する液面計と、油戻し管３１の途中に、油戻し管３１を流れる油の流量を制御する制御弁と、をさらに備える。そして、液面計で計測された液面のデータを下に、液面が所定値よりも高いときは、制御弁の流量を絞り、液面が所定値よりも低いときは、制御弁の流量を多くする制御を行う。

変形例１Ｃの多段圧縮システムは、液面計と制御弁を備え、油戻し管３１を用いて低段圧縮機２１の油量をフィードバック制御することができる。変形例１Ｃの多段圧縮システム２０は、第１実施形態の多段圧縮システム２０と同様の特徴を有している。

＜第２実施形態＞
（５）第２実施形態の低段圧縮機２１の油ガイド
第１実施形態においては、油戻し管３１を流れて容器３０内部に導入された油を衝突させて容器３０下部の油溜まり３０ａ側に向ける油ガイドは、モータ４０のインシュレータ４７の一部であった。第２実施形態においては、図６に示すように、インシュレータの一部は、下方に延長されている。インシュレータ４７と、このインシュレータの延長部分４７ａが油ガイドとしての役割を果たす。延長部分は、上下に伸びる板状部材である。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

第２実施形態においては、このように、インシュレータの一部が延長された延長部分４７ａが油ガイドとして機能しているので、より多くの油戻し管からの油を衝突させて、油溜まりの方向に向けることができる。

第２実施形態の変形例としては、インシュレータの延長部分４７ａを用いる代わりに、全く別の部品を油ガイドとして、容器３０内部に配置しても良い。ただし、この場合は、部品点数が増加するのと、新たな油ガイドを油の通路に固定する必要が生じる。

＜第３実施形態＞
（６）第３実施形態の低段圧縮機２１の油ガイド
第１、第２実施形態では、油ガイドは、モータ４０の一部品、または、一部品を延長したものであった。第３実施形態においては、図７に示すように、油戻し管３１の容器３０内部への延長部分３１ｐが油ガイドとしての役割を果たす。延長部分３１ｐは、油戻し管３１と一体であってもよいし、別体の物を接続しても良い。その他の第３実施形態の構成は、第１実施形態と同様である。第３実施形態の油ガイドも、第１実施形態の油ガイドと同様の作用効果を示す。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１ 冷凍装置
２ 熱源側熱交換器
３ ブリッジ回路
４ 利用側熱交換器
５ 四方切換弁
６ レシーバ
７ エコノマイザ熱交換器
８、９ 膨張機構
１２ 中間インジェクション配管
１５ 中間圧冷媒配管
１５ｂ 中間インジェクション通路の合流部分
２０ 多段圧縮システム
２１ 低段圧縮機
２２ 第１アキュムレータ
２３ 高段圧縮機
２４ 第２アキュムレータ
２５ 油分離器
２６ インタークーラ
３０ 容器
３１ 油戻し管
３１ａ 減圧器
３１ｐ 油戻し管の延長部分
３２ 油排出管
４０ モータ
４７ インシュレータ
４７ａ インシュレータの延長部分
５０ 圧縮部
７１ 第１圧縮室
７２ 第２圧縮室
５８ａ、５８ｂ マフラ
５８ｃ、５８ｄ 吐出穴

特開2008-261227号公報

Claims (6)

1. 冷媒と油とを利用する多段圧縮システム（２０）であって、
   前記冷媒を圧縮する低段圧縮機（２１）と、
   前記低段圧縮機で圧縮された前記冷媒をさらに圧縮する高段圧縮機（２３）と、
   前記高段圧縮機で排出された前記油を、前記低段圧縮機に戻す油戻し管（３１）と、
   を備え、前記低段圧縮機は、
   前記冷媒を圧縮する圧縮部（５０）と、
   前記圧縮部を駆動するモータであって、前記圧縮部よりも上に配置されるモータ（４０）と、
   前記圧縮部と前記モータとを収容する容器（３０）と、
   前記容器内において、前記油戻し管の出口に対向して配置された油ガイド（４７、４７ａ、３１ｐ）と、
   を有し、
   前記油ガイドは、上下に伸びる板状部材である、
   多段圧縮システム。
2. 冷媒と油とを利用する多段圧縮システム（２０）であって、
   前記冷媒を圧縮する低段圧縮機（２１）と、
   前記低段圧縮機で圧縮された前記冷媒をさらに圧縮する高段圧縮機（２３）と、
   前記高段圧縮機で排出された前記油を、前記低段圧縮機に戻す油戻し管（３１）と、
   を備え、前記低段圧縮機は、
   前記冷媒を圧縮する圧縮部（５０）と、
   前記圧縮部を駆動するモータであって、前記圧縮部よりも上に配置されるモータ（４０）と、
   前記圧縮部と前記モータとを収容する容器（３０）と、
   前記容器内において、前記油戻し管の出口に対向して配置された油ガイド（４７、４７ａ、３１ｐ）と、
   を有し、
   前記モータ（４０）は、インシュレータ（４７）を含み、
   前記油ガイド（４７ａ）は、前記インシュレータと連続して、前記インシュレータから下に延びる部分である、
   多段圧縮システム。
3. 冷媒と油とを利用する多段圧縮システム（２０）であって、
   前記冷媒を圧縮する低段圧縮機（２１）と、
   前記低段圧縮機で圧縮された前記冷媒をさらに圧縮する高段圧縮機（２３）と、
   前記高段圧縮機で排出された前記油を、前記低段圧縮機に戻す油戻し管（３１）と、
   を備え、前記低段圧縮機は、
   前記冷媒を圧縮する圧縮部（５０）と、
   前記圧縮部を駆動するモータであって、前記圧縮部よりも上に配置されるモータ（４０）と、
   前記圧縮部と前記モータとを収容する容器（３０）と、
   前記容器内において、前記油戻し管の出口に対向して配置された油ガイド（４７、４７ａ、３１ｐ）と、
   を有し、
   前記モータは、ステータ（４１）を含み、
   前記油ガイドは、ステータの外面である、
   多段圧縮システム。
4. 前記油戻し管の前記容器内部への油導入部分の角度は水平から上下１５°以内の角度になるように配置されている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の多段圧縮システム。
5. 前記油ガイドは、前記容器の内周から、前記容器の水平断面の内径Ｄの２５％以内に配置されている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮システム。
6. 冷媒と油とを利用する多段圧縮システム（２０）であって、
   前記冷媒を圧縮する低段圧縮機（２１）と、
   前記低段圧縮機で圧縮された前記冷媒をさらに圧縮する高段圧縮機（２３）と、
   前記高段圧縮機で排出された前記油を、前記低段圧縮機に戻す油戻し管（３１）と、
   を備え、前記低段圧縮機は、
   前記冷媒を圧縮する圧縮部（５０）と、
   前記圧縮部を駆動するモータであって、前記圧縮部よりも上に配置されるモータ（４０）と、
   前記圧縮部と前記モータとを収容し、下部が油溜まり（３０ａ）となる容器（３０）と、
   前記容器内において、前記油戻し管を延長、または前記油戻し管に接続された管であって、下方へ曲げられ、油を前記油溜まりへ導く油ガイド（４７、４７ａ）と、
   を有する、
   多段圧縮システム。

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