JP6769472B2 - 多段圧縮システム - Google Patents
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Description
(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、油戻し管31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。
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(図示せず)となっている。
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。
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。
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。
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。
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に合流する。
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。
本実施形態の多段圧縮システム20において、特に本実施形態に特有の低段圧縮機21とその周辺の組み立て方法について簡単に説明する。
(4−1)
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とを有するシステムである。このシステムは、さらに、高段圧縮機で排出された油を、低段圧縮機21に戻す、油戻し管31を有している。油戻し管31は、容器30内部のモータ40よりも下の空間に接続されている。
本実施形態の多段圧縮システム20においては、油戻し管31は、容器30の圧縮室72よりも上に接続されている。
本実施形態の多段圧縮システム20は、さらに、第1アキュムレータ22と吸入管14a、14bを備えている。第1アキュムレータ22は、低段圧縮機21の液圧縮を防ぐ。吸入管14a、14bは、第1アキュムレータ22の内部と圧縮部50とを接続する。吸入管14a、14bには、油戻し穴14c、14dが形成されている。油戻し穴14c、14dは、アキュムレータ22内部の液冷媒や油を少しずつ、ガス冷媒に混ぜて圧縮部に送るためのものである。油戻し管31の流路断面積は、油戻し穴14c、14dの面積よりも大きい。
本実施形態の多段圧縮システム20は、さらに、油戻し管31の途中に、オイルクーラ27を備えている。
本実施形態の多段圧縮システム20は、さらに、減圧器31aを備えている。減圧器31aは、油戻し管31の途中に配置されている。
本実施形態の多段圧縮システム20は、冷媒は、二酸化炭素を主とする冷媒であり、油は、二酸化炭素と非相溶の油である。二酸化炭素と非相溶の油の例としては、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)である。
(5−1)変形例1A
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。変形例1A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よりも高い。その他の構成は、第1実施形態と同じである。
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った。変形例1Bの多段圧縮システム20では、圧縮機21、23は、ともに1シリンダタイプの圧縮機である。その他の構成は、第1実施形態と同じである。
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1C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1D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。
第1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との2段の圧縮システムを有していた。変形例1Eの多段圧縮システムは、4台の圧縮機を有する4段の圧縮システムである。変形例1Eの場合、最も低段側の圧縮機が、第1実施形態の低段圧縮機21に、最も高段側の圧縮機が第1実施形態の高段圧縮機23に、低段側の三つの圧縮機の吐出管が、第1実施形態の中間圧冷媒配管15に相当する。
第1実施形態の多段圧縮システム20は、低段圧縮機21の吐出管15aに繋がる中間圧冷媒配管15の上流側にインタークーラ26、下流側に中間インジェクションの合流部分15bを備えていた。変形例1Fの多段圧縮システム20においては、中間圧冷媒配管15の上流側に中間インジェクションの合流部分15b、下流側にインタークーラ26を備えている。その他の構成は、第1実施形態と同じである。
第1実施形態の多段圧縮システム20は、低段圧縮機21の吐出管15aに繋がる中間圧冷媒配管15の上流側にインタークーラ26、下流側に中間インジェクションの合流部分15bを備えていた。変形例1Gの多段圧縮システム20においては、中間圧冷媒配管15にインタークーラ26を備えているのみで、中間インジェクション通路の合流部分15bは備えていない。変形例1Gは、エコノマイザ熱交換器7を備えていない。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
第1実施形態の多段圧縮システム20において、油排出管32は、中間圧冷媒配管15上の中間インジェクションの合流部分15bの下流に接続されていた。変形例1Hにおいては、油排出管32は、中間圧冷媒配管15上のインタークーラ26より上流部分に接続されている。合流部分において、油排出管32と中間圧冷媒配管15の圧力差は、変形例1Hの場合、第1実施形態の場合よりも小さくなる。よって、変形例1Hの場合は、第1実施形態の場合よりも、油排出量は減少する。したがって、変形例1Hは、第1実施形態よりも低段圧縮機の油量を多めに制御する。その他の構成と特徴は、第1実施形態と同様である。
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のロータリー式圧縮部は、円環部56aとブレード56bとが一体となった、第1ピストン56を用いていた。変形例1Iのロータリー式圧縮機は、ブレードの変わりにベーンを用い、ベーンとピストンが別体となっている。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
第1実施形態の多段圧縮システム20は中間インジェクション配管の上流部分に、レシーバ6およびエコノマイザ熱交換器7を配していた。変形例1Jの多段圧縮システム20においては、中間インジェクション配管12の上流部分に、レシーバ6を備えているのみで、エコノマイザ熱交換器7は備えていない。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
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
32 油排出管
40 モータ
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
Claims (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、ロータリー式の圧縮部(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、
を有し、
前記油戻し管は、前記容器内部の前記モータよりも下の空間に接続されており、
前記多段圧縮システムは、さらに、
前記低段圧縮機に流入する冷媒の液体成分を分離するためのアキュムレータ(22)と、
前記アキュムレータの内部と前記圧縮部とを接続する吸入管(14a、14b)と、
を備え、
前記アキュムレータの内部において、前記吸入管には、前記アキュムレータ内部の油を前記圧縮部に送るための油戻し穴(14c、14d)が形成されており、
前記油戻し管の流路断面積は、前記油戻し穴の面積よりも大きい、
多段圧縮システム。 - 前記圧縮部には、冷媒を導入して圧縮する圧縮室(72)が形成されており、
前記油戻し管は、前記容器の前記圧縮室よりも上に接続されている、
請求項1に記載の多段圧縮システム。 - 前記多段圧縮システムは、さらに、
前記油戻し管の途中に、オイルクーラ(27)を備えている、
請求項1または2に記載の多段圧縮システム。 - 前記多段圧縮システムは、さらに、
前記油戻し管の途中に、減圧器(31a)を備えている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の多段圧縮システム。 - 前記多段圧縮システムは、さらに、
前記油戻し管の途中に、流量調整弁を備えている、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の多段圧縮システム。 - 前記冷媒は、二酸化炭素を主とする冷媒であり、
前記油は、二酸化炭素と非相溶の油である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の多段圧縮システム。
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