JPWO2002073036A1 - 高圧シェルタイプ圧縮機及び冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管（２０８）の下端の開口部よりも高く、回転軸（２０５）の回りに配置したロータ（２０６）の下端よりも低くなる位置に油流出穴（１５）を設け、吐出配管（２）に油流入穴（１６）を設け、この油流出穴（１５）と油流入穴（１６）とを油バイパス管（１７）で接続させることで、高圧シェルタイプ圧縮機内で油流出穴（１５）以上に滞留しようとする油を油バイパス管（１７）を通して吐出配管（２）あるいはアキュムレータ等に逃がすようにした。
Description
技術分野
この発明は冷凍装置、特に高圧シェルタイプ圧縮機を備え、その潤滑油の油面調整を行なうようにした冷凍装置に関するものである。
背景技術
従来の冷凍装置における圧縮機は、シェル内の上部に圧縮部が設けられ、その下部に圧縮部を駆動するモータ等の駆動部が設けられ、底部に上記圧縮部及び駆動部の潤滑油を貯留する貯留部が設けられている。
また、駆動部の主軸の下端部が潤滑油中に浸漬され、主軸下端部に形成されたポンプ機構と、主軸内に形成された油通路とによって潤滑油が汲み上げられ、圧縮部と駆動部とに供給されるようになっている。
第１３図は、低圧シェルタイプ圧縮機の縦断面図である。
第１３図中、１１００は低圧シェルタイプ圧縮機のシェル、１１０１はシェル１１００の側部に設けられた吸入配管、１１０２はシェル１１００の上部に設けられた吐出配管、１１０３は吐出配管１１０２のシェル内端部に接続されるスクロールに代表される圧縮機構、１１０４は圧縮機構１１０３の中心付近から下方向に向かって伸びる回転軸、１１０５は回転軸１１０４の回りに形成された圧縮機モータのロータ、１１０６はシェル１１００の内側面に、ロータ１１０６を囲むように設けられたステータ、１１０７は回転軸１１０４を貫通する油流通管、１１０８はシェル１１００の下部に滞留する油、１１０９は回転軸１１０４の下部に設けられた油ポンプである。
次に、第１３図の低圧シェルタイプ圧縮機での冷媒および油の流れについて説明する。
まず、吸入配管１１０１から、低圧のガス冷媒および少量の油がシェル１１００内に吸入される。吸入されたガス冷媒は圧縮機構１１０３に流入し、ロータ１１０５の回転により圧縮されて高圧のガス冷媒となり、吐出配管１１０２を介して圧縮機外へ吐出される。なお、シェル１１００内部は低圧のガス冷媒が充満するため、大部分が低圧空間となっている。
一方、吸入配管１１０１から吸入された油の大部分は、吸入された低圧のガス冷媒とともにシェル１１００内に充満していく過程、あるいは、圧縮機構１１０３で圧縮される過程で大部分が落下し、シェル１１００の下部に滞留する。また、油の一部は、ガス冷媒と一緒に吐出配管１１０２から圧縮機外部に吐出される。
シェル１１００の下部に滞留した油１１０８は油ポンプ１１０９により吸い上げられ、油流通管１１０７を通って圧縮機構１１０３の駆動部分に運ばれる。なお、駆動部分に給油された油の大部分は、再びシェル１１００の下部に落下するが、一部は圧縮機構１１０３内部に入り、ガス冷媒とともに吐出配管１１０２から圧縮機外部に吐出される。
このような低圧シェルタイプ圧縮機では、圧縮機構１１０３の駆動部は低圧部となり、シェル１１００の下部の油滞留部も同じ低圧部となるため、シェル１１００下部の油滞留部から圧縮機構１１０３の駆動部まで油を上昇させるには、シェル１１００の下部の油滞留部から圧縮機構１１０３の駆動部までの油の液柱圧以上の圧力を油に与える必要がある。そこで、圧力を油に与える手段として、回転軸１１０４の回転による遠心力を利用した機構や、ギア式ポンプの機構などにより構成される油ポンプ１１０９が用いられるのが一般である。
第１４図は、高圧シェルタイプ圧縮機の縦断面図である。
第１４図中、１２００は高圧シェルタイプ圧縮機のシェル、１２０１はシェル１２００の側部に設けられた吸入配管、１２０２は吸入配管のシェル内端部に接続するスクロールなどの圧縮機構、１２０３は圧縮機構１２０２の上部に設けられ、シェル１２００内へ圧縮された冷媒ガスを吐出す吐出部、１２０４は圧縮機構１２０３の下となる位置のシェル１２００の側部に設けられた吐出配管、１２０５は圧縮機構１２０２の中心付近から下方向に向かって伸びる回転軸、１２０６は回転軸１２０５の回りに形成された圧縮機モータのロータ、１２０７はシェル１１００の内側面に、ロータ１２０６を囲むように設けられたステータ、１２０８は回転軸１２０５を貫通する油流通管、１２０９はシェル１２００の下部に滞留する油、１２１０は圧縮機構２０２よりも上部の空間と下部の空間とを連結する連結穴である。
次に、第１４図の高圧シェルタイプ圧縮機での冷媒および油の流れについて説明する。
まず、吸入配管１２０１から低圧のガス冷媒および少量の油がシェル１２００内に吸入される。吸入されたガス冷媒は、直接圧縮機構１２０２に流入し、ロータ１２０６の回転により圧縮されて高圧のガス冷媒となり吐出部１２０３を介してシェル１２００内へ吐出される。シェル１２００内へ吐出された高圧のガス冷媒は、連通管１２１０を通過して下方に移動し、吐出配管１２０４から圧縮機外へ吐出される。なお、シェル２００内部には高圧のガス冷媒が充満するので、大部分が高圧空間となっている。
一方、吸入配管１２０１から吸入された油の大部分は、吸入された低圧のガス冷媒と共に圧縮機構２０２で圧縮される過程、およびシェル１２００内を充満していく過程で大部分が落下してシェル１２００の下部に滞留する。また、油の一部は高圧のガス冷媒と共に吐出配管１２０４から圧縮機外部に吐出される。
シェル１２００の下部に滞留した油１２０９は、油流通管１２０８を上昇して圧縮機構１２０２の駆動部分に運ばれる。この駆動部分に運ばれた油は、大部分が再びシェル１２００下部に落下して滞留するが、一部の油は圧縮機構１２０２内部に入り、吸入配管１２０１より吸入される低圧のガス冷媒および少量の油と合流して圧縮される。
なお、高圧シェルタイプ圧縮機では、圧縮機構１２０２の駆動部が低圧部もしくは高圧と低圧の間の中間圧部となり、シェル１２００下部の油滞留部が高圧部となるので、この差圧により、油１２０９が油ポンプなどの機構を用いずとも油流通管１２０８を上昇し、圧縮機構１２０２の駆動部まで運ばれることになる。
従来の冷凍装置における圧縮機は、以上のように構成されているため、貯留部の潤滑油の油面が上昇して駆動部のロータが潤滑油中に浸漬する状態にまで達すると、潤滑油がロータの回転に対する抵抗となり、駆動部の消費電力が増大するという問題点があった。
一般に、圧縮機に吸入された油がシェル下部に滞留せずに、そのまま圧縮機外に吐出される割合は、回転軸の回転速度が速くなるほど、また、吸入される油の量が多くなるほど増加する。
高圧シェルタイプ圧縮機では、シェル１２００の下部に溜まった油量が増加し、油１２０９の液面がロータ１２０６に接触すると、油１２０９が巻き上げられ、この巻き上げられた油が吐出配管１２０４から圧縮機外に吐出されるという現象が発生する。このように、油量が多くなると油の液面とロータとが接触し、これによりロータの回転に油の抵抗による負荷が発生するので圧縮機の入力損失が起こるという問題がある。
また、圧縮機の吐出配管に油分離器を接続し、この油分離器が圧縮機から吐出される油を分離して圧縮機へ戻し、冷凍サイクルの熱交換器などに油が流れるのを防ぐことが一般に行われる。しかし、圧縮機からの排出油量が過剰だと、油分離器では十分に分離できず、循環する冷媒に対する油の濃度が上昇してしまい、冷媒の伝熱特性が低下し、熱交換器の性能が低下するという問題がある。
また、油は冷媒と比較して粘性が大きく、冷凍サイクル内を循環させるのに冷媒よりも多くのエネルギーを必要とするため、油が圧縮機外に吐出される割合が増加することにより、圧縮機の入力損失が増加するといった問題がある。
なお、圧縮機のシェル下部に滞留する油とロータとが接触することで油が巻き上げられるという現象は低圧シェルタイプ圧縮機の場合でも発生するが、低圧シェルタイプ圧縮機では、油とロータの接触部よりも下流側に圧縮機構があるために、圧縮機構により油が分離し下に落ちるので、油とロータの接触部の上流側に圧縮機構がある高圧シェルタイプ圧縮機に比較して、吐出される油の量は少なくてすむ。
また、低圧シェルタイプ圧縮機では、シェル内の油滞留部分から圧縮機構の駆動部分への給油は、回転軸の回転に連動して駆動する油ポンプにより行われるため、回転軸の回転数が増加すれば低圧シェルタイプ圧縮機の油吐出量も増加し、回転軸の回転数が減少すれば低圧シェルタイプ圧縮機の油吐出量も減少する。従って、低圧シェルタイプ圧縮機内の油量を適正な範囲に保つには、回転軸の回転数に応じた、すなわち冷媒循環量に応じた返油量にすればよい。
そこで、低圧シェルタイプ圧縮機を使用した従来の冷凍サイクルでは、冷媒が配管を通過する際に生じる圧力低下による差圧を利用して低圧シェルタイプ圧縮機への返油を行い、冷媒循環量が増加して冷媒が配管を通過する際に生じる圧力低下による差圧が大きくなれば返油量も増加し、また冷媒循環量が減少して冷媒が配管を通過する際に生じる圧力低下による差圧が小さくなれば返油量も減少するというようにして、冷媒循環量にかかわらず低圧シェルタイプ圧縮機内の油量が適正な範囲に保たれるようにしていた。
しかし、高圧シェルタイプ圧縮機では、シェル内の油滞留部分から圧縮機構の駆動部分への給油は、油滞留部分と圧縮機構の駆動部分の差圧を利用して行うため、圧縮機内の高圧部と低圧部の差圧が大きくなれば圧縮機の油吐出量は増加し、圧縮機内の高圧部と低圧部の差圧が小さくなれば圧縮機の油吐出量は減少することになり、従来の低圧シェルタイプの返油方式で高圧シェルタイプ圧縮機を動作させると、高圧部と低圧部の差圧が大きくて冷媒循環量が少ない場合には、圧縮機の油持ち出し量が大きいにもかかわらず圧縮機への返油量が小さいため圧縮機内の油量が過少となり、圧縮機の回転機構の駆動部へ給油が行われなくなるため回転機構の駆動部が潤滑不良となり、また高圧部と低圧部の差圧が小さくて冷媒循環量が大きい場合には、圧縮機の油持ち出し量が少ないにもかかわらず圧縮機への返油量が大きいため圧縮機内の油量が過多となり、冷凍サイクル内の油の率が高くなってしまう。
また、複数台の圧縮機を設置して並列運転する場合、圧縮機が低圧シェルタイプである場合には、シェル同士を均油管で結合することにより、容量が小さく内圧の高い圧縮機から容量が大きく内圧の低い圧縮機へ潤滑油を移動させ、油面をバランスさせることで、一部の圧縮機に潤滑油が過剰に溜まり、その他の圧縮機の油量が減少して潤滑油が枯渇することを防止していたが、高圧シェルタイプの圧縮機では、容量の大きい圧縮機の内圧が高くなりやすいため、低圧シェルタイプのようにシェル同士を均油管で結合しても、結果として容量の大きい圧縮機から容量の小さい圧縮機へ潤滑油が移動することになり、一部の圧縮機への潤滑油の過剰溜まりとその他の圧縮機での潤滑油の枯渇を防止できないという問題点があった。
この発明は上述のような問題点を解消するためになされたもので、潤滑油の油面が所定位置を超えないようにすることができる圧縮機及び冷凍装置を提供することを目的とする。
換言すれば、この発明は、シェル内の下部に滞留する油がロータと接触することは防ぐことができる圧縮機、及び冷凍サイクルを提供することを第１の目的としている。
さらに、吐出配管から圧縮機外に流れる油を効率よく圧縮機内に戻すことができる冷凍サイクルを提供することを第２の目的としている。
さらに、圧縮機を複数台設置して並列運転を行なう場合にも、圧縮機の潤滑油の油面が所定位置を超えないようにすることができ、圧縮機間の過剰な偏油状態が発生せず、かつ枯渇防止に必要な油量を低減することができる冷凍装置を提供することを第３の目的とする。
発明の開示
この発明の一側面において、この発明における高圧シュルタイプ圧縮機では、油流通管の下端の開口部より高く、ロータの下端よりも低くなる位置に、シェル内に滞留する油を外部に排出する油流出穴を設けた。
また、この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び吐出部に接続された吐出管と吸入部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油を吐出管に導く装置を備えたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、余剰油を吐出管に導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端が圧縮機の外部を経て吐出管に接続された排油管を設けたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、余剰油を吐出管に導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端が圧縮機の内部から吐出部を経て吐出管内に開口する排油管を設けたものである。
また、この発明の他の一側面において、この発明における冷凍装置では、シェルと、このシェルに内蔵された圧縮機構と、この圧縮機構を駆動するための回転軸とロータとステータと含むモータと、シェル下部から内蔵された圧縮機構に向かって伸び、前記シェル下部に滞留した油を前記圧縮機構に送る油流通管とを有する高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置したロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、吐出配管に設けられた油流入穴と、油流出穴と油流入穴とを接続させる油バイパス管とを備えた。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、吐出配管の油流入穴よりも高圧シェルタイプ圧縮機側に絞り部を設けた。
この発明の他の一側面において、この発明における冷凍装置では、高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置したロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、返油配管に設けられた油流入穴と、油流出穴と油流出穴とを接続させる油バイパス管とを備えた。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、返油配管の油流入穴よりも油分離器側に絞り部を設けた。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、油流出穴の高さ位置は、油流入穴の高さ位置以上とした。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、油バイパス管に油流出穴から油流入穴に油を送るためのポンプを設けた。
また、この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び吸入部に接続されたアキュムレータと吐出部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油をアキュムレータに導く装置を備えたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、余剰油をアキュムレータに導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端がアキュムレータに接続された排油管を設けたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、貯留部の油面の所定位置を、駆動部のロータが潤滑油中に浸漬しない位置としたものである。
また、この発明の他の一側面において、この発明における冷凍装置では、Ｕ字管の最下部にアキュムレータ内の油をＵ字管内に送る第１の返油手段と、第１の返油手段よりも高い位置にアキュムレータ内の油をＵ字管内に送る第２の返油手段とを設け、さらに、第１の返油手段からＵ字管に送られる油量は、高圧シェルタイプ圧縮機から吐出配管に吐出される油量よりも小さく、第１の返油手段と第２の返油手段の両方からＵ字管に送られる油量は、高圧シェルタイプ圧縮機から吐出配管に吐出される油量よりも大きくした。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、アキュムレータは、縦方向に設けられた仕切り板により、Ｕ字管が配置された第１の部屋と、冷媒ガス吐出口が設けられた第２の部屋とに区分けされており、さらに、第１の部屋の下部に返油配管の開口した端部が設けられ、仕切り板の上部には第１の部屋の冷媒ガスを第２の部屋に送ることができる連通穴を設けた。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、圧縮機が複数台設置され、並列運転し得るようにされたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、余剰油を吐出管またはアキュムレータに導く装置は、複数台の圧縮機のうち、貯油部での滞留油量が増加しやすい圧縮機にのみ設けるようにしたものである。
発明の実施するための最良の形態
本発明の高圧シェルタイプ圧縮機および冷凍装置をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１における冷凍サイクルの構成図である。
第１図中、冷凍サイクルは、高圧シェルタイプ圧縮機１、高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出配管２、油分離器３、四方弁４、室外熱交換器５、室外機と室内機を接続する液配管６、室内機の絞り装置７、室内熱交換器８、室内機と室外機を接続するガス配管９、アキュムレータ１０、アキュムレータ１０内に設けられたＵ字管１１、高圧シェルタイプ圧縮機１の吸入配管１２を順次接続することで主に構成されている。高圧シェルタイプ圧縮機１としては、第１４図で説明したようなものが適用される。なお、絞り装置７および室内熱交換器８は室内機に、高圧シェルタイプ圧縮機１、油分離機３、四方弁４、室外熱交換器５、アキュムレータ１０等は冷凍装置である室外機に設置されている。また、Ｕ字管１１の最下部部分には返油穴１３が形成されている。１４は、一方の開口端が油分離器３に接続し、他方の開口端がアキュムレータ１０内の底部に挿入されている返油管である。
さらに、高圧シェルタイプ圧縮機１は、圧縮機モータの回転部分であるロータより下で、かつ高圧シェルタイプ圧縮機の駆動部とシェル下部の油滞留部とを接続する油流通管のシェル下部側に位置する油吸込み口より上の位置に開口された油流出口１５と、吐出配管２に開口された油流入口１６とを油バイパス管１７で接続している。
このことを第１４図の高圧シェルタイプ圧縮機を参照して説明すると、第１図の油流出口１５は、第１４図では、圧縮機モータの回転部分であるロータ１２０７より下の位置で、かつ圧縮機構１２０２とシェル１２００の下部の油滞留部とを接続する油流通管１２０８のシェル下部側に位置する油吸込み口より上の位置に開口されている。
次に、第１図の冷凍サイクルでの冷房運転時の動作について説明する。
高圧シェルタイプ圧縮機１より吐出された高温高圧のガス冷媒と油の混合ガスは吐出配管２を介して油分離器３に流入し、油分離器３でガス冷媒と油に分離される。分離された油は返油管１４を介してアキュムレータ１０内に流入し、分離されたガス冷媒は四方弁４を介して室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５で凝縮して中温高圧の液冷媒となって液配管６を介して室内機に流入し、絞り装置７で絞られて低温低圧の二相冷媒となって室内熱交換器８に流入する。室内熱交換器８に流入した低温低圧の二相冷媒は、室内熱交換器８で蒸発して低温低圧のガス冷媒となって、ガス配管９および四方弁４を介し、冷媒ガス吐出口１０ａからアキュムレータ１０に流入する。
なお、返油管１４を通ってアキュムレータ１０に流入した油は返油穴１３を通ってＵ字管１１内部に流れ、ガス配管９および四方弁４を介してアキュムレータ１０に流入した低温低圧のガス冷媒はＵ字管１１の先端にある開口部からＵ字管１１内部に流れ、吸入配管１２を介して高圧シェルタイプ圧縮機１に流入する。
また、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内が、圧縮機の圧縮機構の直後であるため最も圧力が高く、そこから冷凍サイクルの下流側に進むにつれて、冷凍サイクルの構成部品の流路抵抗による圧力低下により圧力は徐々に低下していく。
従って、吐出配管２に開口された油流入穴１６の圧力は、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル上に開口された油流出穴１５の圧力よりも低くなるため、高圧シェルタイプ圧縮機１の油流出穴１５の高さ以上に滞留しようとする油は、油バイパス管１７を介して油流出穴１５から油流入穴１６へとバイパスされる。なお、油バイパス管１７の径は吐出配管２の径よりも細くして、油バイパス管１７から油だけでなくガス冷媒が過剰に排出されるのを防止している。
このように、圧縮機内の下部に滞留する油の液面高さは油流出穴１５よりも高くなることはないので、油の液面とロータとが接触することはなく、ロータの回転が油により負荷を受けることを防止できる。
実施の形態２．
第２図は、この発明の実施の形態２における冷凍サイクルの構成図であり、第１図の冷凍サイクルにおいて、圧縮機の油流出穴と返油管の油流入穴とを油バイパス管で接続させたものである。なお、第２図中、第１図と同一の構成、および相当する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
第２図中、１８は返油管１４に設けられた油流入穴、１９は油流出穴１５と油流入穴１８を接続する油バイパス管である。
この構成の冷凍サイクルでは、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内が、圧縮機の圧縮機構の直後であるため最も圧力が高く、そこから冷凍サイクルの下流側に進むにつれて、冷凍サイクルの構成部品の流路抵抗による圧力低下により圧力は徐々に低下していく。従って、返油管１４上に開口された油流入穴１８の圧力は、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェルに開口された油流出穴１５の圧力よりも低くなるため、高圧シェルタイプ圧縮機１の油流出穴１５の高さ以上に滞留しようとする油は、油バイパス管１９を介して油流出穴１５から油流入穴１８へとバイパスされる。なお、油バイパス管１９の径は吐出配管２の径よりも細くして、油バイパス管１９から油だけでなくガス冷媒が過剰に排出されるのを防止している。
このように、圧縮機内の下部に滞留する油の液面高さは油流出穴１５よりも高くなることはないので、油の液面とロータとが接触することはなく、ロータの回転が油により負荷を受けることを防止できる。さらに、圧縮機内の余分な油は、油分離器３の返油管１４に油分離器３を介さずに直接流れるので、油分離器３では高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出配管２から流入する冷媒中に含まれる油のみを分離すればよく、冷媒と油とを十分に分離することができるので冷凍サイクル内に多量の油が循環するのを防止でき、それに伴う弊害を回避することができる。
実施の形態３．
第３図は、この発明の実施の形態３における冷凍サイクルの構成図であり、第１図の冷凍サイクルにおいて、吐出配管２の油流入穴を圧縮機の油流出穴よりも低い位置に設けたものである。なお、第３図中、第１図と同一の構成、および相当する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
第３図中、２０は吐出配管２に、高圧シェルタイプ圧縮機１５の油流出穴１５よりも低い位置となるように設けられた油流入穴である。２１は、油流出穴１５と油流入穴２０とを接続する油パイパス管である。なお、油バイパス管２１は直管であり、従って、油流出穴１５から油流入穴２０に向かって、下方向に傾斜するように配置されることになる。
この構成の冷凍サイクルでは、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内が、圧縮機の圧縮機構の直後であるため最も圧力が高く、そこから冷凍サイクルの下流側に進むにつれて、冷凍サイクルの構成部品の流路抵抗による圧力低下により圧力は徐々に低下していく。従って、油流出穴１５の圧力よりも油流入穴２０の圧力の方が小さい。
しかし、油流入穴が油流出穴よりも高い位置にある場合に油流出穴から油流入穴へ油をバイパスさせるには、シェルから油流入穴までの冷凍サイクルの構成部品の流路抵抗による圧力低下、すなはち、油流出穴での圧力と油流入穴での圧力の圧力差が、油流出穴から油流入穴方向への油バイパス管の立ち上がりによる油の液柱圧を上回る必要があるが、高圧シェルタイプ圧縮機１が容量制御圧縮機で、吐出配管を通過する冷媒循環量が小さくなりうる場合には、流路抵抗による圧力低下も小さくなり、油バイパス管の立ち上がりによる油の液柱圧を下回って、油が油バイパス管の途中まで上昇した状態でバランスし、油流出穴から油流入穴への油のバイパスが不可能となるという現象が発生する場合がある。
しかし、この実施の形態では、油流出穴１５よりも低い位置に油流入穴２０を配置したので、油流出穴１５から油流入穴２０方向への油バイパス管２１の立ち上がりによる油の液柱圧の影響を考慮する必要は無く、常に、油流出穴１５から油流入穴２０に油をバイパスすることができる。
なお、この実施の形態では、油流出穴よりも低い位置に油流入穴を配置したが、同じ高さ位置であっても、油流出穴から油流入穴方向への油バイパス管の立ち上がりによる油の液柱圧の影響を考慮する必要は当然に無い。
また、返油管に油流出穴を、油流入穴よりも同じ、あるいは低い位置となるように設け、油流出穴と油流入穴とを油バイパス管で接続させるようにしても当然によい。このような構成でも、油のバイパスを確実に行なうことができる。
実施の形態４．
第４図は、この発明の実施の形態４における冷凍サイクルの構成図であり、第１図の冷凍サイクルにおいて、吐出配管に絞り部を設け、絞り部の下流側に油流入穴を設けたものである。なお、第４図中、第１図と同一の構成、および相当する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
第４図中、２２は吐出配管２に設けられた絞り部、２３は吐出配管２の絞り部２２よりも高圧シェルタイプ圧縮機１からみて下流側に配置された油流入穴、２４は油流出穴１５と油流入穴２３とを接続する油バイパス管である。なお、油流入穴１５が油流出穴２３よりも高い位置にある場合、絞り部２２での絞り量は、絞り部２２を通過する際に発生する圧力低下が油バイパス管２４の油流出穴１５から油流入穴２３方向への立ち上がりによる油の液柱圧を上回るように設定しておく必要がある。
このように、この実施の形態では、絞り部２２により油流出穴２３での圧力を低くできるので、油流通穴１５と油流入穴２３の高さ位置に関係なく、油流出穴１５から油流入穴２３への油のバイパスを確実に行うことができる。
なお、返油管に絞り部を設け、この絞り部の下流側に油流入穴を設け、油流入穴と油流出穴とを油バイパス管で接続しても当然によい。このような構成でも、油のバイパスを確実に行なうことができる。
さらに、実施の形態３に記載の絞り部を設けても当然によい。
実施の形態５．
第５図は、この発明の実施の形態５における冷凍サイクルの構成図であり、第１図の冷凍サイクルにおいて、吐出配管２に設けられた油流入穴と高圧シェルタイプ圧縮機に設けられた油流入穴とを接続する油バイパス管にポンプを設けたものである。なお、第５図中、第１図と同一の構成、および相当する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
第５図中、２５は吐出配管２に開口された油流入穴、２６は油流出穴１５と油流入穴２５を接続する油バイパス管、２７は油バイパス管２６に設けられ、油流出穴１５から油流入穴２５まで油を強制的に流すためのポンプである。なお、このポンプの排出圧力は、油流入穴１５が油流出穴２５よりも高い位置にある場合、油バイパス管２４の油流出穴１５から油流入穴２５方向への立ち上がりによる油の液柱圧を上回るように設定しておく必要がある。
このように、この実施の形態では、ポンプ２７により、油流出穴２５５から油を吐出す圧力が油流出穴１５から油流入穴２５方向への立ち上がりによる油の液柱圧を常に上回るので、油流通穴１５と油流入穴２５の高さ位置に関係なく、油流出穴１５から油流入穴２５への油のバイパスを確実に行なうことができる。
なお、返油管に油流入穴を設け、油流入穴と油流出穴とを油バイパス管で接続し、この油バイパス管にポンプを設けても当然によい。このような構成でも、油のバイパスを確実に行なうことができる。
実施の形態６．
第６図はこの発明の実施の形態６における冷凍サイクルの構成図である。
第６図中、冷凍サイクルは、高圧シェルタイプ圧縮機１、高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出配管２、油分離器３、四方弁４、室外熱交換器５、室外機と室内機を接続する液配管６、室内機の絞り装置７、室内熱交換器８、室内機と室外機を接続するガス配管９、アキュムレータ１０、アキュムレータ１０内に設けられたＵ字管１１、高圧シェルタイプ圧縮機１の吸入配管１２を順次接続することで主に構成されている。なお、絞り装置７および室内熱交換器８は室内機に、高圧シェルタイプ圧縮機１、油分離機３、四方弁４、室外熱交換器５、アキュムレータ１０等は室外機に設置されている。
また、アキュムレータ１０は、仕切り板２８を縦方向に設けることで仕切られ、液冷媒を溜める機能を有するメインアキュムレータ２９と、Ｕ字管１１が内部に位置し、油を溜める機能を有するサブアキュムレータ３０とに区分けされている。さらに、仕切り板２８には、上方に連通穴３１が設けられており、メインアキュムレータ２９とサブアキュムレータ３０との間でガス冷媒を流通させることが可能となっている。なお、サブアキュムレータ３０の下部には、一方の口が油分離器３に接続された返油管１４の他方の口が開口している。
さらに、Ｕ字管１１の最下部部分には第１の返油手段である第１の返油穴３２が、第１の返油穴３２の上部には第２の返油手段である第２の返油穴３３が形成されている。
次に、第６図の冷凍サイクルでの冷房運転時の動作について説明する。
高圧シェルタイプ圧縮機１より吐出された高温高圧のガス冷媒と油の混合ガスは吐出配管２を介して油分離器３に流入し、油分離器３でガス冷媒と油に分離される。分離された油は返油管１４を介してサブアキュムレータ３０内に流入し、分離されたガス冷媒は四方弁４を介して室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５に流入した高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器５で凝縮して中温高圧の液冷媒となって液配管６を介して室内機に流入し、絞り装置７で絞られて低温低圧の二相冷媒となって室内熱交換器８に流入する。
室内熱交換器８に流入した低温低圧の二相冷媒は、室内熱交換器８で蒸発して低温低圧のガス冷媒となって、ガス配管９および四方弁４を介して冷媒ガス吐出口１０ａからメインアキュムレータ２９に流入し、連通穴３１を通過し、Ｕ字管１１の先端の開口部からＵ字管１１内部に入り、吸入配管１２を介して高圧シェルタイプ圧縮機１に流入する。また、返油管１４を介してサブアキュムレータ２９に流入した油は第１の返油穴３２もしくは第２の返油穴３３を介して、Ｕ字管１１内に入り、吸入配管１２より高圧シェルタイプ圧縮機１に流入する。
次に、第６図におけるサブアキュムレータ３０内の油量と、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内の油量の推移の詳細を、第７図を用いて説明する。
第７図中、３４は高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内に滞留している油の液面、３５はサブアキュムレータ３０内に滞留している油の液面を表す。
第７図（ａ）の状態では、シェル内に滞留している油が多く、サブアキュムレータ３０に滞留している油は少ないため、サブアキュムレータ内に滞留する油の液面３５は、第１の返油穴３２よりは高いが、第２の返油穴３３よりは低い。従って、この状態では、高圧シェルタイプ圧縮機１への返油は第１の返油穴３２からのみ行われる。
高圧シェルタイプ圧縮機１の油吐出量は、高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出圧力、吸入圧力および運転周波数の大小といった運転状態により変化する。しかし、第１の返油穴３２の径を、第１の返油穴３２からのみ返油を行うと運転状態にかかわらず高圧シェルタイプ圧縮機１への返油量が高圧シェルタイプ圧縮機１の油吐出量を下回るように選定することで、時間の経過とともに高圧シェルタイプ１の油量は減少していき、シェル内に滞留する油の液面３４を低下させることができる。
一方、サブアキュムレータ３０では、高圧シェルタイプ圧縮機１から吐出されて滞留する油の量が高圧シェルタイプ圧縮機１へ返油する油の量を上回るため油量は増加していき、サブアキュムレータ内に滞留している油の液面３５を時間の経過とともに上昇させることができる。
そして、ある時間が経過すると、第７図（ａ）の状態から、ついには、第７図（ｂ）に示すように、サブアキュムレータ内に滞留している油の液面３５が、第２の返油穴３３よりも高い状態になり、高圧シェルタイプ圧縮機１への返油は第１の返油穴３２と第２の返油穴３３の両方から行われるようになる。
この状態では、第２の返油穴３３の径を、第１の返油穴３２および第２の返油穴３３の両方から返油を行うと運転状態にかかわらず高圧シェルタイプ圧縮機１への返油量が高圧シェルタイプ圧縮機１の油吐出量を上回るように選定することにより、時間の経過とともに高圧シェルタイプ１の油量は増加させ、シェル内に滞留する油の液面３４を高くすることができ、一方サブアキュムレータ３０では高圧シェルタイプ圧縮機１から吐出されて滞留する油の量が高圧シェルタイプ圧縮機１へ返油する油の量を下回るため油量は減少させ、サブアキュムレータ内に滞留する油の液面３５を低下させることができる。
そして、時間が経過するにつれて第７図（ｂ）の状態から第７図（ａ）の状態に変化し、サブアキュムレータ内に滞留する油の液面３５が、第２の返油穴３３よりも低くなる。
このように、この実施の形態では、高圧シェルタイプ圧縮機１の油量が所定の量より増加した場合には、サブアキュムレータ２９からの返油量が減少することにより高圧シェルタイプ圧縮機１の油量が減少していき、逆に高圧シェルタイプ圧縮機１の油量が所定の量より減少した場合には、サブアキュムレータ２９からの返油量が増加することにより高圧シェルタイプ圧縮機１の油量が増加していくので、高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出圧力および吸入圧力および運転周波数の大小といった運転状態にかかわらずに、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内に滞留する油量が過多にも過少にもならないように制御することができ、圧縮機内で油の液面とロータとが接触することによる入力損失を防止でき、さらに、冷凍サイクル内に多量の油が循環するのを防止でき、それに伴う弊害を回避することができる。
さらにまた、Ｕ字管が位置するサブアキュムレータにのみ返油管からの油を集中的に溜めることができ、アキュムレータを分けない場合に比較して油量の微妙な変化にも即座に対応することができる。これは、低圧シェルタイプ圧縮機に比較して油量多可に対する裕度が小さい高圧シュルタイプ圧縮機を使用した冷凍サイクルでは特に有効である。
なお、この実施の形態では、第１の返油穴と第２の返油穴の２つの穴でＵ字管に返す油量を調整するが、特にこれには限定されず、例えば、第１の返油穴の代わりに複数の穴で第１の返油機構を構成して第１の返油穴と同じだけの油を返油し、その上部に配置させる複数の穴で第２の返油機構を構成して第２の返油穴と同じだけの油を返油するようにしてもよい。
さらに、第１図から第６図の冷媒サイクルでは高圧シェルタイプ圧縮機を一台としたが、複数あっても当然によい。
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７を図にもとづいて説明する。
第８図は、実施の形態７の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。この図において、１０１は高圧シェルタイプの圧縮機で、圧縮部１１１と、この圧縮部を駆動するモータ等の駆動部１１２と、駆動部の主軸１１３と、シェルの底部に設けられた潤滑油の貯留部１１４とを有する。
また、１１５は圧縮機の吐出部、１１６は吸入部である。更に、１０２は吐出部１１５に結合された吐出管、１０３は排油管で、一端がシェルの底部から高さｈの位置に結合されてシェル内に開口し、他端が圧縮機の外部を経て吐出管１０２に接続されている。
なお、高さｈは駆動部１１２を構成するモータ等のロータが貯留部１１４の潤滑油に浸漬しない位置となるように設定されている。１１４は四方弁、１１５は熱源機側熱交換器、１１６は絞り装置、１１７は利用側熱交換器、１１８はアキュムレータ、１０８ａはアキュムレータのＵ字管状の流出配管１０８ｂの下部に設けられた返油穴、１０９はアキュムレータのＵ字管状の流出配管１０８ｂと圧縮機１０１の吸入部１１６とを接続する吸入管である。
なお、上述した各機器は接続配管１１０によって図示のように接続され、周知の冷凍サイクルを構成する冷媒回路を形成している。
次に、この冷凍装置の冷媒の流れについて説明する。図中、実線矢印は冷房運転の冷媒の流れを、破線矢印は暖房運転の冷媒の流れを示す。
先ず、冷房運転について説明する。圧縮機１０１内で駆動部１１２によって圧縮部１１１が駆動され、圧縮された高温高圧のガス冷媒が、吐出部１１５から吐出管１０２、四方弁１０４を経て熱源機側熱交換器１０５に流入し、ここで空気・水など熱源機側媒体と熱交換して凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は絞り装置１０６で減圧されて気液二相状態となり、利用側熱交換器７で空気などの利用側媒体と熱交換して蒸発・ガス化する。
蒸発・ガス化した冷媒は四方弁１０４を経てアキュムレータ１０８に流入し、更に、吸入管１０９を経て吸入部１１６から圧縮機１０１に戻る。
次に、暖房運転について説明する。圧縮機１０１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が、吐出部１１５から吐出管１０２、四方弁１０４を経て利用側熱交換器７に流入し、ここで空気など利用側媒体と熱交換して凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は絞り装置１０６で減圧されて気液二相状態となり、熱源機側熱交換器１０５で空気・水などの熱源機側媒体と熱交換して蒸発・ガス化する。蒸発・ガス化した冷媒は四方弁１０４、アキュムレータ１０８、吸入管１０９を経て吸入部１１６から圧縮機１０１に戻る。
この実施の形態は以上のように構成され、排油管１０３が接続された吐出管１０２の途中の部分と圧縮機内とでは圧力差が生じているため、貯留部１１４の油量が増して底面から高さｈのレベルを超えると、超えた分の油は上記圧力差によって排油管１０３から吐出管１０２に排出される。排出された油は上述した冷媒の流れに沿ってアキュムレータ１０８に戻り、アキュムレータ１０８内の油量確保が可能となる。
また、圧縮機１０１の本体と吐出管１０２とは距離が近いため、排油管１０３の長さを短くすることが可能であり、更に、圧縮機の運転時に振動が発生した場合でも、振動する圧縮機、吐出管と排油管とはほぼ同期して振動するため、配管亀裂等の問題も発生しない。
なお、実施の形態１〜６（第１図〜第７図）に示した各構成要素と、本実施の形態７（第８図）及び後述する実施の形態８〜１１（第９図〜第１２図）に示した各構成要素とは次のように対応する。すなわち、高圧シェルタイプ圧縮機１は圧縮機１０１に、吐出配管２は吐出管１０２に、四方弁４は四方弁１０４に、室外熱交換器５は熱源機側熱交換器１０５に、液配管６とガス配管９はそれぞれ接続配管１１０に、絞り装置７は絞り装置１０６に、室内熱交換器８は利用側熱交換器１０７に、アキュムレータ１０はアキュムレータ１０８に、吸入配管１２は吸入管１０９に、返油穴１３は返油穴１０８ａに、油バイパス管１７は排油管１０３に、それぞれ対応するものである。
また、実施の形態７（第８図）に示した高圧シェルタイプ圧縮機１０１の各構成要素と第１４図に示した高圧シェルタイプ圧縮機の各構成要素とは次のように対応する。すなわち、圧縮部１１１は圧縮機構１２０２に、駆動部１１２は圧縮機モータのロータ１２０６とステータ１２０７に、駆動部の主軸１１３は回転軸１２０５に、貯留部１１４に溜められた潤滑油は油１２０９に、圧縮機の吐出部１１５は吐出配管１２０４に、吸入部１１６は吸入配管１２０１に対応する。
その他、本願の各図の対応は明瞭に理解されるのでいちいち説明することは省略する。
実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８を図にもとづいて説明する。第９図は、実施の形態８の冷凍サイクルの構成を示す概略図で、圧縮機と排油管のみを示している。その他の構成は第８図と同様であるため図示及び説明を省略する。
また、第９図において、第８図と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。第８図と異なる点は、排油管１３０が圧縮機１０１に内蔵され、一端（第９図の下端）が圧縮機１０１の底面からｈの高さで開口し、他端（第９図の上端）が圧縮機１０１の吐出部１１５を経て吐出部付近の吐出管１０２内で開口するようにされている点である。この実施の形態は、圧縮機１０１の吐出部１１５から吐出管１０２に高圧冷媒が流れ込む時の縮流部分で発生する圧力損失を利用して、高さｈのレベルを超えた油を排出しようとするもので、排油管の接続が不要となるため、冷媒回路を簡略化することができる。
実施の形態９．
次に、この発明の実施の形態９を図にもとづいて説明する。
この実施の形態の冷凍サイクルは、高圧シェルタイプ圧縮機を２台設置して並列運転するようにしたもので、圧縮機と排油管とアキュムレータの構成及び配管接続関係を第１０図に示す。冷媒回路は各圧縮機について第８図と同様な冷媒回路が形成されるが、アキュムレータ１０８は図示のように共通化されている。
第１０図において、圧縮機１０１を含む冷媒回路で、第８図と同一または相当部分には第８図と同一符号を付し、他の圧縮機１０１Ａを含む冷媒回路で、第８図と同一または相当部分には第８図の符号の後にＡを付し、それぞれ説明を省略する。
この実施の形態において、圧縮機１０１の潤滑油が所定位置である底部からｈの高さを超えた時は、余剰油は排油管１０３を経て吐出管１０２に排出され、冷媒回路を経てアキュムレータ１０８に戻されるため、アキュムレータ１０８の油量が不足することはない。また、他方の圧縮機１０１Ａに対しては、アキュムレータ１０８から返油穴１０８ａＡ、吸入管１０９Ａを経て返油されるため、潤滑油が枯渇することはなく、枯渇防止に必要な油量も低減することができる。
なお、圧縮機と吐出管とを接続する排油管１０３、１０３Ａは全ての圧縮機に取り付ける必要はなく、圧縮機内の滞留油量が増加しやすい圧縮機に限定して設けても上記と同様な効果を期待することができる。溜留油量が増加し易い例として、複数の圧縮機でその運転容量に差がある場合の、小さい容量の圧縮機が挙げられる。これは容量が小さいことから圧縮機内部の油の拡散が小さく、吐出管１０２に排出されにくいからである。容量制限可変な圧縮機でも、他方の圧縮機より低容量となることは十分に考えられるため、排油管を必要とする例と言える。
実施の形態１０．
次に、この発明の実施の形態１０を図にもとづいて説明する。第１１図は、実施の形態１０の冷凍サイクルの構成を示す概略図である。この図において、第１０図と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。第１０図と異なる点は、圧縮機シェルの底面から所定高さｈの位置と吐出管１０２とを接続していた排油管を、シェルの底面から所定高さｈの位置とアキュムレータ１０８とを接続するようにした点である。
この実施の形態において、圧縮機１０１Ａの潤滑油が所定位置である底部からｈの高さを超えた時は、余剰油は排油管１０３Ａを経てアキュムレータ１０８に戻される。このため、アキュムレータ１０８内部の油量が不足することはない。
また、他方の圧縮機１０１に対しては、アキュムレータ１０８から返油穴８ａ、吸入管１０９を経て返油されるため、潤滑油が枯渇することはなく、枯渇防止に必要な油量も低減することができる。
なお、圧縮機と吐出管とを接続する排油管１０３、１０３Ａは全ての圧縮機に取り付ける必要はなく、圧縮機内の滞留油量が増加しやすい圧縮機に限定して設けても上記と同様な効果を期待することができる。
また、この実施の形態では２台の圧縮機を設置して並列運転するものであるが、圧縮機が１台だけの場合でも上記と同様な効果を奏することは云うまでもない。
実施の形態１１．
次に、この発明の実施の形態１１を図にもとづいて説明する。第１２図は、実施の形態１１の冷凍サイクルの構成を示す概略図である。この図において、第１１図と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
第１１図と異なる点は、圧縮機の吐出管１０２、１０２Ａに油分離機１２０、１２０Ａを設けると共に、油分離機１２０、１２０Ａと圧縮機１０１、１０１Ａの吸入管１０９、１０９Ａとを接続管１２１、１２１Ａで接続し、油分離機１２０、１２０Ａで分離された油を吸入管１０９、１０９Ａを経て圧縮機１０１、１０１Ａに戻すようにした点である。
この実施の形態は以上のように構成されているため、圧縮機１０１、１０１Ａからガス冷媒と共に排出された油は、油分離機１２０、１２０Ａで分離され、接続管１２１、１２１Ａを経て圧縮機１０１、１０１Ａに戻されるため、圧縮機からの排出油量にかかわらず、油が圧縮機外、特に蒸発器や凝縮器に滞留することがなく、従って、必要油量を低減することができる。
また、圧縮機内の余剰油は排油管１０３、１０３Ａを経てアキュムレータ１０８に溜められるため、他の圧縮機の油枯渇も防止することができる。
なお、本明細書においては、各実施の形態を冷凍装置として説明したが、これは空気調和装置あるいは冷凍サイクル装置など他の呼称であってもよい。
産業上の利用可能性
この発明における高圧シュルタイプ圧縮機では、油流通管の下端の開口部より高く、ロータの下端よりも低くなる位置に、シェル内に滞留する油を外部に排出する油流出穴を設けた。これにより、潤滑油の油面が所定位置を超えないようにすることができる高圧シュルタイプ圧縮機を得ることができる。
この発明に係る冷凍装置は、ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び吐出部に接続された吐出管と吸入部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油を吐出管に導く装置を備えたものであり、圧縮機内に所定レベル以上の油が滞留しないため、必要油量を低減することができる。
また、この発明における冷凍装置では、高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置したロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、吐出配管に設けられた油流入穴と、油流出穴と油流入穴とを接続させる油バイパス管とを備えた。
これにより、油の液面とロータとが接触することはなく、ロータの回転が油により負荷を受けることを防止できる。
さらに、吐出配管の油流入穴よりも高圧シェルタイプ圧縮機側に絞り部を設けたので、油流出穴から油流入穴への油のバイパスを確実に行なうことができる。
また、この発明における冷凍装置では、高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置したロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、返油配管に設けられた油流入穴と、油流出穴と油流出穴とを接続させる油バイパス管とを備えたので、多量の油が循環することを防止できる。
さらに、返油配管の油流入穴よりも油分離器側に絞り部を設けたので、油流出穴から油流入穴への油のバイパスを確実に行なうことができる。
さらに、油流出穴の高さ位置は、油流入穴の高さ位置以上としたので、油流出穴から油流入穴方向への油バイパス管の立ち上がりによる油の液柱圧の影響を考慮する必要が無くなる。
さらに、油バイパス管に油流出穴から油流入穴に油を送るためのポンプを設けたので、油流出穴から油流入穴への油のバイパスを確実に行なうことができる。
この発明に係る冷凍装置は、ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び吐出部に接続された吐出管と吸入部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油をアキュムレータに導く装置を備えたものであり、圧縮機内に所定レベル以上の油が滞留しないため、必要油量を低減することができる。
また、この発明における冷凍装置では、Ｕ字管の最下部にアキュムレータ内の油をＵ字管内に送る第１の返油手段と、第１の返油手段よりも高い位置にアキュムレータ内の油をＵ字管内に送る第２の返油手段とを設け、さらに、第１の返油手段からＵ字管に送られる油量は、高圧シェルタイプ圧縮機から吐出配管に吐出される油量よりも小さく、第１の返油手段と第２の返油手段の両方からＵ字管に送られる油量は、高圧シェルタイプ圧縮機から吐出配管に吐出される油量よりも大きくしたので、圧縮機内で油の液面とロータとが接触することによる入力損失を防止でき、さらに、多量の油が循環することを防止できる。
さらに、アキュムレータは、縦方向に設けられた仕切り板により、Ｕ字管が配置された第１の部屋と、冷媒ガス吐出口が設けられた第２の部屋とに区分けされており、さらに、第１の部屋の下部に返油配管の開口した端部が設けられ、仕切り板の上部には第１の部屋の冷媒ガスを第２の部屋に送ることができる連通穴を設けたので、アキュムレータを分けない場合に比較して油量の微妙な変化にも即座に対応することができる。
この発明に係る冷凍装置は、また、複数台の圧縮機を並列運転すると共に、余剰油を吐出管またはアキュムレータに排出するようにしたため、潤滑油が所定レベルを超えた圧縮機の余剰油が直接アキュムレータに、また吐出管から冷媒回路を経てアキュムレータに戻され、十分な量の油がアキュムレータに確保されるため、他の圧縮機に対してはアキュムレータから返油されることにより、潤滑油の枯渇を防止することができる。
また、枯渇防止に必要な油量も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１における冷凍サイクルの構成図である。
第２図は、この発明の実施の形態２における冷凍サイクルの構成図である。
第３図は、この発明の実施の形態３における冷凍サイクルの構成図である。
第４図は、この発明の実施の形態４における冷凍サイクルの構成図である。
第５図は、この発明の実施の形態５における冷凍サイクルの構成図である。
第６図は、この発明の実施の形態６における冷凍サイクルの構成図である。
第７図は、この発明の実施の形態６における、アキュムレータと圧縮機との油の液面を示す図である。
第８図は、この発明の実施の形態７の構成を示す冷媒回路図である。
第９図は、この発明の実施の形態８の構成を示すもので、圧縮機と排油管のみを示す概略図である。
第１０図は、この発明の実施の形態９の構成を示すもので、圧縮機と排油管とアキュムレータとの配管接続を示す概略図である。
第１１図は、この発明の実施の形態１０の構成を示す概略図である。
第１２図は、この発明の実施の形態１１の構成を示す概略図である。
第１３図は、低圧シェルタイプ圧縮機の構成図である。
第１４図は、高圧シェルタイプ圧縮機の構成図である。
この発明は冷凍装置、特に高圧シェルタイプ圧縮機を備え、その潤滑油の油面調整を行なうようにした冷凍装置に関するものである。
背景技術
従来の冷凍装置における圧縮機は、シェル内の上部に圧縮部が設けられ、その下部に圧縮部を駆動するモータ等の駆動部が設けられ、底部に上記圧縮部及び駆動部の潤滑油を貯留する貯留部が設けられている。
また、駆動部の主軸の下端部が潤滑油中に浸漬され、主軸下端部に形成されたポンプ機構と、主軸内に形成された油通路とによって潤滑油が汲み上げられ、圧縮部と駆動部とに供給されるようになっている。
第１３図は、低圧シェルタイプ圧縮機の縦断面図である。
第１３図中、１１００は低圧シェルタイプ圧縮機のシェル、１１０１はシェル１１００の側部に設けられた吸入配管、１１０２はシェル１１００の上部に設けられた吐出配管、１１０３は吐出配管１１０２のシェル内端部に接続されるスクロールに代表される圧縮機構、１１０４は圧縮機構１１０３の中心付近から下方向に向かって伸びる回転軸、１１０５は回転軸１１０４の回りに形成された圧縮機モータのロータ、１１０６はシェル１１００の内側面に、ロータ１１０６を囲むように設けられたステータ、１１０７は回転軸１１０４を貫通する油流通管、１１０８はシェル１１００の下部に滞留する油、１１０９は回転軸１１０４の下部に設けられた油ポンプである。
次に、第１３図の低圧シェルタイプ圧縮機での冷媒および油の流れについて説明する。
まず、吸入配管１１０１から、低圧のガス冷媒および少量の油がシェル１１００内に吸入される。吸入されたガス冷媒は圧縮機構１１０３に流入し、ロータ１１０５の回転により圧縮されて高圧のガス冷媒となり、吐出配管１１０２を介して圧縮機外へ吐出される。なお、シェル１１００内部は低圧のガス冷媒が充満するため、大部分が低圧空間となっている。
一方、吸入配管１１０１から吸入された油の大部分は、吸入された低圧のガス冷媒とともにシェル１１００内に充満していく過程、あるいは、圧縮機構１１０３で圧縮される過程で大部分が落下し、シェル１１００の下部に滞留する。また、油の一部は、ガス冷媒と一緒に吐出配管１１０２から圧縮機外部に吐出される。
シェル１１００の下部に滞留した油１１０８は油ポンプ１１０９により吸い上げられ、油流通管１１０７を通って圧縮機構１１０３の駆動部分に運ばれる。なお、駆動部分に給油された油の大部分は、再びシェル１１００の下部に落下するが、一部は圧縮機構１１０３内部に入り、ガス冷媒とともに吐出配管１１０２から圧縮機外部に吐出される。
このような低圧シェルタイプ圧縮機では、圧縮機構１１０３の駆動部は低圧部となり、シェル１１００の下部の油滞留部も同じ低圧部となるため、シェル１１００下部の油滞留部から圧縮機構１１０３の駆動部まで油を上昇させるには、シェル１１００の下部の油滞留部から圧縮機構１１０３の駆動部までの油の液柱圧以上の圧力を油に与える必要がある。そこで、圧力を油に与える手段として、回転軸１１０４の回転による遠心力を利用した機構や、ギア式ポンプの機構などにより構成される油ポンプ１１０９が用いられるのが一般である。
第１４図は、高圧シェルタイプ圧縮機の縦断面図である。
第１４図中、１２００は高圧シェルタイプ圧縮機のシェル、１２０１はシェル１２００の側部に設けられた吸入配管、１２０２は吸入配管のシェル内端部に接続するスクロールなどの圧縮機構、１２０３は圧縮機構１２０２の上部に設けられ、シェル１２００内へ圧縮された冷媒ガスを吐出す吐出部、１２０４は圧縮機構１２０３の下となる位置のシェル１２００の側部に設けられた吐出配管、１２０５は圧縮機構１２０２の中心付近から下方向に向かって伸びる回転軸、１２０６は回転軸１２０５の回りに形成された圧縮機モータのロータ、１２０７はシェル１１００の内側面に、ロータ１２０６を囲むように設けられたステータ、１２０８は回転軸１２０５を貫通する油流通管、１２０９はシェル１２００の下部に滞留する油、１２１０は圧縮機構２０２よりも上部の空間と下部の空間とを連結する連結穴である。
次に、第１４図の高圧シェルタイプ圧縮機での冷媒および油の流れについて説明する。
まず、吸入配管１２０１から低圧のガス冷媒および少量の油がシェル１２００内に吸入される。吸入されたガス冷媒は、直接圧縮機構１２０２に流入し、ロータ１２０６の回転により圧縮されて高圧のガス冷媒となり吐出部１２０３を介してシェル１２００内へ吐出される。シェル１２００内へ吐出された高圧のガス冷媒は、連通管１２１０を通過して下方に移動し、吐出配管１２０４から圧縮機外へ吐出される。なお、シェル２００内部には高圧のガス冷媒が充満するので、大部分が高圧空間となっている。
一方、吸入配管１２０１から吸入された油の大部分は、吸入された低圧のガス冷媒と共に圧縮機構２０２で圧縮される過程、およびシェル１２００内を充満していく過程で大部分が落下してシェル１２００の下部に滞留する。また、油の一部は高圧のガス冷媒と共に吐出配管１２０４から圧縮機外部に吐出される。
シェル１２００の下部に滞留した油１２０９は、油流通管１２０８を上昇して圧縮機構１２０２の駆動部分に運ばれる。この駆動部分に運ばれた油は、大部分が再びシェル１２００下部に落下して滞留するが、一部の油は圧縮機構１２０２内部に入り、吸入配管１２０１より吸入される低圧のガス冷媒および少量の油と合流して圧縮される。
なお、高圧シェルタイプ圧縮機では、圧縮機構１２０２の駆動部が低圧部もしくは高圧と低圧の間の中間圧部となり、シェル１２００下部の油滞留部が高圧部となるので、この差圧により、油１２０９が油ポンプなどの機構を用いずとも油流通管１２０８を上昇し、圧縮機構１２０２の駆動部まで運ばれることになる。
従来の冷凍装置における圧縮機は、以上のように構成されているため、貯留部の潤滑油の油面が上昇して駆動部のロータが潤滑油中に浸漬する状態にまで達すると、潤滑油がロータの回転に対する抵抗となり、駆動部の消費電力が増大するという問題点があった。
一般に、圧縮機に吸入された油がシェル下部に滞留せずに、そのまま圧縮機外に吐出される割合は、回転軸の回転速度が速くなるほど、また、吸入される油の量が多くなるほど増加する。
高圧シェルタイプ圧縮機では、シェル１２００の下部に溜まった油量が増加し、油１２０９の液面がロータ１２０６に接触すると、油１２０９が巻き上げられ、この巻き上げられた油が吐出配管１２０４から圧縮機外に吐出されるという現象が発生する。このように、油量が多くなると油の液面とロータとが接触し、これによりロータの回転に油の抵抗による負荷が発生するので圧縮機の入力損失が起こるという問題がある。
また、圧縮機の吐出配管に油分離器を接続し、この油分離器が圧縮機から吐出される油を分離して圧縮機へ戻し、冷凍サイクルの熱交換器などに油が流れるのを防ぐことが一般に行われる。しかし、圧縮機からの排出油量が過剰だと、油分離器では十分に分離できず、循環する冷媒に対する油の濃度が上昇してしまい、冷媒の伝熱特性が低下し、熱交換器の性能が低下するという問題がある。
また、油は冷媒と比較して粘性が大きく、冷凍サイクル内を循環させるのに冷媒よりも多くのエネルギーを必要とするため、油が圧縮機外に吐出される割合が増加することにより、圧縮機の入力損失が増加するといった問題がある。
なお、圧縮機のシェル下部に滞留する油とロータとが接触することで油が巻き上げられるという現象は低圧シェルタイプ圧縮機の場合でも発生するが、低圧シェルタイプ圧縮機では、油とロータの接触部よりも下流側に圧縮機構があるために、圧縮機構により油が分離し下に落ちるので、油とロータの接触部の上流側に圧縮機構がある高圧シェルタイプ圧縮機に比較して、吐出される油の量は少なくてすむ。
また、低圧シェルタイプ圧縮機では、シェル内の油滞留部分から圧縮機構の駆動部分への給油は、回転軸の回転に連動して駆動する油ポンプにより行われるため、回転軸の回転数が増加すれば低圧シェルタイプ圧縮機の油吐出量も増加し、回転軸の回転数が減少すれば低圧シェルタイプ圧縮機の油吐出量も減少する。従って、低圧シェルタイプ圧縮機内の油量を適正な範囲に保つには、回転軸の回転数に応じた、すなわち冷媒循環量に応じた返油量にすればよい。
そこで、低圧シェルタイプ圧縮機を使用した従来の冷凍サイクルでは、冷媒が配管を通過する際に生じる圧力低下による差圧を利用して低圧シェルタイプ圧縮機への返油を行い、冷媒循環量が増加して冷媒が配管を通過する際に生じる圧力低下による差圧が大きくなれば返油量も増加し、また冷媒循環量が減少して冷媒が配管を通過する際に生じる圧力低下による差圧が小さくなれば返油量も減少するというようにして、冷媒循環量にかかわらず低圧シェルタイプ圧縮機内の油量が適正な範囲に保たれるようにしていた。
しかし、高圧シェルタイプ圧縮機では、シェル内の油滞留部分から圧縮機構の駆動部分への給油は、油滞留部分と圧縮機構の駆動部分の差圧を利用して行うため、圧縮機内の高圧部と低圧部の差圧が大きくなれば圧縮機の油吐出量は増加し、圧縮機内の高圧部と低圧部の差圧が小さくなれば圧縮機の油吐出量は減少することになり、従来の低圧シェルタイプの返油方式で高圧シェルタイプ圧縮機を動作させると、高圧部と低圧部の差圧が大きくて冷媒循環量が少ない場合には、圧縮機の油持ち出し量が大きいにもかかわらず圧縮機への返油量が小さいため圧縮機内の油量が過少となり、圧縮機の回転機構の駆動部へ給油が行われなくなるため回転機構の駆動部が潤滑不良となり、また高圧部と低圧部の差圧が小さくて冷媒循環量が大きい場合には、圧縮機の油持ち出し量が少ないにもかかわらず圧縮機への返油量が大きいため圧縮機内の油量が過多となり、冷凍サイクル内の油の率が高くなってしまう。
また、複数台の圧縮機を設置して並列運転する場合、圧縮機が低圧シェルタイプである場合には、シェル同士を均油管で結合することにより、容量が小さく内圧の高い圧縮機から容量が大きく内圧の低い圧縮機へ潤滑油を移動させ、油面をバランスさせることで、一部の圧縮機に潤滑油が過剰に溜まり、その他の圧縮機の油量が減少して潤滑油が枯渇することを防止していたが、高圧シェルタイプの圧縮機では、容量の大きい圧縮機の内圧が高くなりやすいため、低圧シェルタイプのようにシェル同士を均油管で結合しても、結果として容量の大きい圧縮機から容量の小さい圧縮機へ潤滑油が移動することになり、一部の圧縮機への潤滑油の過剰溜まりとその他の圧縮機での潤滑油の枯渇を防止できないという問題点があった。
この発明は上述のような問題点を解消するためになされたもので、潤滑油の油面が所定位置を超えないようにすることができる圧縮機及び冷凍装置を提供することを目的とする。
換言すれば、この発明は、シェル内の下部に滞留する油がロータと接触することは防ぐことができる圧縮機、及び冷凍サイクルを提供することを第１の目的としている。
さらに、吐出配管から圧縮機外に流れる油を効率よく圧縮機内に戻すことができる冷凍サイクルを提供することを第２の目的としている。
さらに、圧縮機を複数台設置して並列運転を行なう場合にも、圧縮機の潤滑油の油面が所定位置を超えないようにすることができ、圧縮機間の過剰な偏油状態が発生せず、かつ枯渇防止に必要な油量を低減することができる冷凍装置を提供することを第３の目的とする。
発明の開示
この発明の一側面において、この発明における高圧シュルタイプ圧縮機では、油流通管の下端の開口部より高く、ロータの下端よりも低くなる位置に、シェル内に滞留する油を外部に排出する油流出穴を設けた。
また、この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び吐出部に接続された吐出管と吸入部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油を吐出管に導く装置を備えたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、余剰油を吐出管に導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端が圧縮機の外部を経て吐出管に接続された排油管を設けたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、余剰油を吐出管に導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端が圧縮機の内部から吐出部を経て吐出管内に開口する排油管を設けたものである。
また、この発明の他の一側面において、この発明における冷凍装置では、シェルと、このシェルに内蔵された圧縮機構と、この圧縮機構を駆動するための回転軸とロータとステータと含むモータと、シェル下部から内蔵された圧縮機構に向かって伸び、前記シェル下部に滞留した油を前記圧縮機構に送る油流通管とを有する高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置したロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、吐出配管に設けられた油流入穴と、油流出穴と油流入穴とを接続させる油バイパス管とを備えた。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、吐出配管の油流入穴よりも高圧シェルタイプ圧縮機側に絞り部を設けた。
この発明の他の一側面において、この発明における冷凍装置では、高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置したロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、返油配管に設けられた油流入穴と、油流出穴と油流出穴とを接続させる油バイパス管とを備えた。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、返油配管の油流入穴よりも油分離器側に絞り部を設けた。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、油流出穴の高さ位置は、油流入穴の高さ位置以上とした。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、油バイパス管に油流出穴から油流入穴に油を送るためのポンプを設けた。
また、この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び吸入部に接続されたアキュムレータと吐出部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油をアキュムレータに導く装置を備えたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、余剰油をアキュムレータに導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端がアキュムレータに接続された排油管を設けたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、貯留部の油面の所定位置を、駆動部のロータが潤滑油中に浸漬しない位置としたものである。
また、この発明の他の一側面において、この発明における冷凍装置では、Ｕ字管の最下部にアキュムレータ内の油をＵ字管内に送る第１の返油手段と、第１の返油手段よりも高い位置にアキュムレータ内の油をＵ字管内に送る第２の返油手段とを設け、さらに、第１の返油手段からＵ字管に送られる油量は、高圧シェルタイプ圧縮機から吐出配管に吐出される油量よりも小さく、第１の返油手段と第２の返油手段の両方からＵ字管に送られる油量は、高圧シェルタイプ圧縮機から吐出配管に吐出される油量よりも大きくした。
この発明の他の一側面において、好ましくは、さらに、アキュムレータは、縦方向に設けられた仕切り板により、Ｕ字管が配置された第１の部屋と、冷媒ガス吐出口が設けられた第２の部屋とに区分けされており、さらに、第１の部屋の下部に返油配管の開口した端部が設けられ、仕切り板の上部には第１の部屋の冷媒ガスを第２の部屋に送ることができる連通穴を設けた。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、圧縮機が複数台設置され、並列運転し得るようにされたものである。
この発明の他の一側面において、この発明に係る冷凍装置は、好ましくは、また、余剰油を吐出管またはアキュムレータに導く装置は、複数台の圧縮機のうち、貯油部での滞留油量が増加しやすい圧縮機にのみ設けるようにしたものである。
発明の実施するための最良の形態
本発明の高圧シェルタイプ圧縮機および冷凍装置をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１における冷凍サイクルの構成図である。
第１図中、冷凍サイクルは、高圧シェルタイプ圧縮機１、高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出配管２、油分離器３、四方弁４、室外熱交換器５、室外機と室内機を接続する液配管６、室内機の絞り装置７、室内熱交換器８、室内機と室外機を接続するガス配管９、アキュムレータ１０、アキュムレータ１０内に設けられたＵ字管１１、高圧シェルタイプ圧縮機１の吸入配管１２を順次接続することで主に構成されている。高圧シェルタイプ圧縮機１としては、第１４図で説明したようなものが適用される。なお、絞り装置７および室内熱交換器８は室内機に、高圧シェルタイプ圧縮機１、油分離機３、四方弁４、室外熱交換器５、アキュムレータ１０等は冷凍装置である室外機に設置されている。また、Ｕ字管１１の最下部部分には返油穴１３が形成されている。１４は、一方の開口端が油分離器３に接続し、他方の開口端がアキュムレータ１０内の底部に挿入されている返油管である。
さらに、高圧シェルタイプ圧縮機１は、圧縮機モータの回転部分であるロータより下で、かつ高圧シェルタイプ圧縮機の駆動部とシェル下部の油滞留部とを接続する油流通管のシェル下部側に位置する油吸込み口より上の位置に開口された油流出口１５と、吐出配管２に開口された油流入口１６とを油バイパス管１７で接続している。
このことを第１４図の高圧シェルタイプ圧縮機を参照して説明すると、第１図の油流出口１５は、第１４図では、圧縮機モータの回転部分であるロータ１２０７より下の位置で、かつ圧縮機構１２０２とシェル１２００の下部の油滞留部とを接続する油流通管１２０８のシェル下部側に位置する油吸込み口より上の位置に開口されている。
次に、第１図の冷凍サイクルでの冷房運転時の動作について説明する。
高圧シェルタイプ圧縮機１より吐出された高温高圧のガス冷媒と油の混合ガスは吐出配管２を介して油分離器３に流入し、油分離器３でガス冷媒と油に分離される。分離された油は返油管１４を介してアキュムレータ１０内に流入し、分離されたガス冷媒は四方弁４を介して室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５で凝縮して中温高圧の液冷媒となって液配管６を介して室内機に流入し、絞り装置７で絞られて低温低圧の二相冷媒となって室内熱交換器８に流入する。室内熱交換器８に流入した低温低圧の二相冷媒は、室内熱交換器８で蒸発して低温低圧のガス冷媒となって、ガス配管９および四方弁４を介し、冷媒ガス吐出口１０ａからアキュムレータ１０に流入する。
なお、返油管１４を通ってアキュムレータ１０に流入した油は返油穴１３を通ってＵ字管１１内部に流れ、ガス配管９および四方弁４を介してアキュムレータ１０に流入した低温低圧のガス冷媒はＵ字管１１の先端にある開口部からＵ字管１１内部に流れ、吸入配管１２を介して高圧シェルタイプ圧縮機１に流入する。
また、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内が、圧縮機の圧縮機構の直後であるため最も圧力が高く、そこから冷凍サイクルの下流側に進むにつれて、冷凍サイクルの構成部品の流路抵抗による圧力低下により圧力は徐々に低下していく。
従って、吐出配管２に開口された油流入穴１６の圧力は、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル上に開口された油流出穴１５の圧力よりも低くなるため、高圧シェルタイプ圧縮機１の油流出穴１５の高さ以上に滞留しようとする油は、油バイパス管１７を介して油流出穴１５から油流入穴１６へとバイパスされる。なお、油バイパス管１７の径は吐出配管２の径よりも細くして、油バイパス管１７から油だけでなくガス冷媒が過剰に排出されるのを防止している。
このように、圧縮機内の下部に滞留する油の液面高さは油流出穴１５よりも高くなることはないので、油の液面とロータとが接触することはなく、ロータの回転が油により負荷を受けることを防止できる。
実施の形態２．
第２図は、この発明の実施の形態２における冷凍サイクルの構成図であり、第１図の冷凍サイクルにおいて、圧縮機の油流出穴と返油管の油流入穴とを油バイパス管で接続させたものである。なお、第２図中、第１図と同一の構成、および相当する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
第２図中、１８は返油管１４に設けられた油流入穴、１９は油流出穴１５と油流入穴１８を接続する油バイパス管である。
この構成の冷凍サイクルでは、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内が、圧縮機の圧縮機構の直後であるため最も圧力が高く、そこから冷凍サイクルの下流側に進むにつれて、冷凍サイクルの構成部品の流路抵抗による圧力低下により圧力は徐々に低下していく。従って、返油管１４上に開口された油流入穴１８の圧力は、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェルに開口された油流出穴１５の圧力よりも低くなるため、高圧シェルタイプ圧縮機１の油流出穴１５の高さ以上に滞留しようとする油は、油バイパス管１９を介して油流出穴１５から油流入穴１８へとバイパスされる。なお、油バイパス管１９の径は吐出配管２の径よりも細くして、油バイパス管１９から油だけでなくガス冷媒が過剰に排出されるのを防止している。
このように、圧縮機内の下部に滞留する油の液面高さは油流出穴１５よりも高くなることはないので、油の液面とロータとが接触することはなく、ロータの回転が油により負荷を受けることを防止できる。さらに、圧縮機内の余分な油は、油分離器３の返油管１４に油分離器３を介さずに直接流れるので、油分離器３では高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出配管２から流入する冷媒中に含まれる油のみを分離すればよく、冷媒と油とを十分に分離することができるので冷凍サイクル内に多量の油が循環するのを防止でき、それに伴う弊害を回避することができる。
実施の形態３．
第３図は、この発明の実施の形態３における冷凍サイクルの構成図であり、第１図の冷凍サイクルにおいて、吐出配管２の油流入穴を圧縮機の油流出穴よりも低い位置に設けたものである。なお、第３図中、第１図と同一の構成、および相当する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
第３図中、２０は吐出配管２に、高圧シェルタイプ圧縮機１５の油流出穴１５よりも低い位置となるように設けられた油流入穴である。２１は、油流出穴１５と油流入穴２０とを接続する油パイパス管である。なお、油バイパス管２１は直管であり、従って、油流出穴１５から油流入穴２０に向かって、下方向に傾斜するように配置されることになる。
この構成の冷凍サイクルでは、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内が、圧縮機の圧縮機構の直後であるため最も圧力が高く、そこから冷凍サイクルの下流側に進むにつれて、冷凍サイクルの構成部品の流路抵抗による圧力低下により圧力は徐々に低下していく。従って、油流出穴１５の圧力よりも油流入穴２０の圧力の方が小さい。
しかし、油流入穴が油流出穴よりも高い位置にある場合に油流出穴から油流入穴へ油をバイパスさせるには、シェルから油流入穴までの冷凍サイクルの構成部品の流路抵抗による圧力低下、すなはち、油流出穴での圧力と油流入穴での圧力の圧力差が、油流出穴から油流入穴方向への油バイパス管の立ち上がりによる油の液柱圧を上回る必要があるが、高圧シェルタイプ圧縮機１が容量制御圧縮機で、吐出配管を通過する冷媒循環量が小さくなりうる場合には、流路抵抗による圧力低下も小さくなり、油バイパス管の立ち上がりによる油の液柱圧を下回って、油が油バイパス管の途中まで上昇した状態でバランスし、油流出穴から油流入穴への油のバイパスが不可能となるという現象が発生する場合がある。
しかし、この実施の形態では、油流出穴１５よりも低い位置に油流入穴２０を配置したので、油流出穴１５から油流入穴２０方向への油バイパス管２１の立ち上がりによる油の液柱圧の影響を考慮する必要は無く、常に、油流出穴１５から油流入穴２０に油をバイパスすることができる。
なお、この実施の形態では、油流出穴よりも低い位置に油流入穴を配置したが、同じ高さ位置であっても、油流出穴から油流入穴方向への油バイパス管の立ち上がりによる油の液柱圧の影響を考慮する必要は当然に無い。
また、返油管に油流出穴を、油流入穴よりも同じ、あるいは低い位置となるように設け、油流出穴と油流入穴とを油バイパス管で接続させるようにしても当然によい。このような構成でも、油のバイパスを確実に行なうことができる。
実施の形態４．
第４図は、この発明の実施の形態４における冷凍サイクルの構成図であり、第１図の冷凍サイクルにおいて、吐出配管に絞り部を設け、絞り部の下流側に油流入穴を設けたものである。なお、第４図中、第１図と同一の構成、および相当する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
第４図中、２２は吐出配管２に設けられた絞り部、２３は吐出配管２の絞り部２２よりも高圧シェルタイプ圧縮機１からみて下流側に配置された油流入穴、２４は油流出穴１５と油流入穴２３とを接続する油バイパス管である。なお、油流入穴１５が油流出穴２３よりも高い位置にある場合、絞り部２２での絞り量は、絞り部２２を通過する際に発生する圧力低下が油バイパス管２４の油流出穴１５から油流入穴２３方向への立ち上がりによる油の液柱圧を上回るように設定しておく必要がある。
このように、この実施の形態では、絞り部２２により油流出穴２３での圧力を低くできるので、油流通穴１５と油流入穴２３の高さ位置に関係なく、油流出穴１５から油流入穴２３への油のバイパスを確実に行うことができる。
なお、返油管に絞り部を設け、この絞り部の下流側に油流入穴を設け、油流入穴と油流出穴とを油バイパス管で接続しても当然によい。このような構成でも、油のバイパスを確実に行なうことができる。
さらに、実施の形態３に記載の絞り部を設けても当然によい。
実施の形態５．
第５図は、この発明の実施の形態５における冷凍サイクルの構成図であり、第１図の冷凍サイクルにおいて、吐出配管２に設けられた油流入穴と高圧シェルタイプ圧縮機に設けられた油流入穴とを接続する油バイパス管にポンプを設けたものである。なお、第５図中、第１図と同一の構成、および相当する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
第５図中、２５は吐出配管２に開口された油流入穴、２６は油流出穴１５と油流入穴２５を接続する油バイパス管、２７は油バイパス管２６に設けられ、油流出穴１５から油流入穴２５まで油を強制的に流すためのポンプである。なお、このポンプの排出圧力は、油流入穴１５が油流出穴２５よりも高い位置にある場合、油バイパス管２４の油流出穴１５から油流入穴２５方向への立ち上がりによる油の液柱圧を上回るように設定しておく必要がある。
このように、この実施の形態では、ポンプ２７により、油流出穴２５５から油を吐出す圧力が油流出穴１５から油流入穴２５方向への立ち上がりによる油の液柱圧を常に上回るので、油流通穴１５と油流入穴２５の高さ位置に関係なく、油流出穴１５から油流入穴２５への油のバイパスを確実に行なうことができる。
なお、返油管に油流入穴を設け、油流入穴と油流出穴とを油バイパス管で接続し、この油バイパス管にポンプを設けても当然によい。このような構成でも、油のバイパスを確実に行なうことができる。
実施の形態６．
第６図はこの発明の実施の形態６における冷凍サイクルの構成図である。
第６図中、冷凍サイクルは、高圧シェルタイプ圧縮機１、高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出配管２、油分離器３、四方弁４、室外熱交換器５、室外機と室内機を接続する液配管６、室内機の絞り装置７、室内熱交換器８、室内機と室外機を接続するガス配管９、アキュムレータ１０、アキュムレータ１０内に設けられたＵ字管１１、高圧シェルタイプ圧縮機１の吸入配管１２を順次接続することで主に構成されている。なお、絞り装置７および室内熱交換器８は室内機に、高圧シェルタイプ圧縮機１、油分離機３、四方弁４、室外熱交換器５、アキュムレータ１０等は室外機に設置されている。
また、アキュムレータ１０は、仕切り板２８を縦方向に設けることで仕切られ、液冷媒を溜める機能を有するメインアキュムレータ２９と、Ｕ字管１１が内部に位置し、油を溜める機能を有するサブアキュムレータ３０とに区分けされている。さらに、仕切り板２８には、上方に連通穴３１が設けられており、メインアキュムレータ２９とサブアキュムレータ３０との間でガス冷媒を流通させることが可能となっている。なお、サブアキュムレータ３０の下部には、一方の口が油分離器３に接続された返油管１４の他方の口が開口している。
さらに、Ｕ字管１１の最下部部分には第１の返油手段である第１の返油穴３２が、第１の返油穴３２の上部には第２の返油手段である第２の返油穴３３が形成されている。
次に、第６図の冷凍サイクルでの冷房運転時の動作について説明する。
高圧シェルタイプ圧縮機１より吐出された高温高圧のガス冷媒と油の混合ガスは吐出配管２を介して油分離器３に流入し、油分離器３でガス冷媒と油に分離される。分離された油は返油管１４を介してサブアキュムレータ３０内に流入し、分離されたガス冷媒は四方弁４を介して室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５に流入した高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器５で凝縮して中温高圧の液冷媒となって液配管６を介して室内機に流入し、絞り装置７で絞られて低温低圧の二相冷媒となって室内熱交換器８に流入する。
室内熱交換器８に流入した低温低圧の二相冷媒は、室内熱交換器８で蒸発して低温低圧のガス冷媒となって、ガス配管９および四方弁４を介して冷媒ガス吐出口１０ａからメインアキュムレータ２９に流入し、連通穴３１を通過し、Ｕ字管１１の先端の開口部からＵ字管１１内部に入り、吸入配管１２を介して高圧シェルタイプ圧縮機１に流入する。また、返油管１４を介してサブアキュムレータ２９に流入した油は第１の返油穴３２もしくは第２の返油穴３３を介して、Ｕ字管１１内に入り、吸入配管１２より高圧シェルタイプ圧縮機１に流入する。
次に、第６図におけるサブアキュムレータ３０内の油量と、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内の油量の推移の詳細を、第７図を用いて説明する。
第７図中、３４は高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内に滞留している油の液面、３５はサブアキュムレータ３０内に滞留している油の液面を表す。
第７図（ａ）の状態では、シェル内に滞留している油が多く、サブアキュムレータ３０に滞留している油は少ないため、サブアキュムレータ内に滞留する油の液面３５は、第１の返油穴３２よりは高いが、第２の返油穴３３よりは低い。従って、この状態では、高圧シェルタイプ圧縮機１への返油は第１の返油穴３２からのみ行われる。
高圧シェルタイプ圧縮機１の油吐出量は、高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出圧力、吸入圧力および運転周波数の大小といった運転状態により変化する。しかし、第１の返油穴３２の径を、第１の返油穴３２からのみ返油を行うと運転状態にかかわらず高圧シェルタイプ圧縮機１への返油量が高圧シェルタイプ圧縮機１の油吐出量を下回るように選定することで、時間の経過とともに高圧シェルタイプ１の油量は減少していき、シェル内に滞留する油の液面３４を低下させることができる。
一方、サブアキュムレータ３０では、高圧シェルタイプ圧縮機１から吐出されて滞留する油の量が高圧シェルタイプ圧縮機１へ返油する油の量を上回るため油量は増加していき、サブアキュムレータ内に滞留している油の液面３５を時間の経過とともに上昇させることができる。
そして、ある時間が経過すると、第７図（ａ）の状態から、ついには、第７図（ｂ）に示すように、サブアキュムレータ内に滞留している油の液面３５が、第２の返油穴３３よりも高い状態になり、高圧シェルタイプ圧縮機１への返油は第１の返油穴３２と第２の返油穴３３の両方から行われるようになる。
この状態では、第２の返油穴３３の径を、第１の返油穴３２および第２の返油穴３３の両方から返油を行うと運転状態にかかわらず高圧シェルタイプ圧縮機１への返油量が高圧シェルタイプ圧縮機１の油吐出量を上回るように選定することにより、時間の経過とともに高圧シェルタイプ１の油量は増加させ、シェル内に滞留する油の液面３４を高くすることができ、一方サブアキュムレータ３０では高圧シェルタイプ圧縮機１から吐出されて滞留する油の量が高圧シェルタイプ圧縮機１へ返油する油の量を下回るため油量は減少させ、サブアキュムレータ内に滞留する油の液面３５を低下させることができる。
そして、時間が経過するにつれて第７図（ｂ）の状態から第７図（ａ）の状態に変化し、サブアキュムレータ内に滞留する油の液面３５が、第２の返油穴３３よりも低くなる。
このように、この実施の形態では、高圧シェルタイプ圧縮機１の油量が所定の量より増加した場合には、サブアキュムレータ２９からの返油量が減少することにより高圧シェルタイプ圧縮機１の油量が減少していき、逆に高圧シェルタイプ圧縮機１の油量が所定の量より減少した場合には、サブアキュムレータ２９からの返油量が増加することにより高圧シェルタイプ圧縮機１の油量が増加していくので、高圧シェルタイプ圧縮機１の吐出圧力および吸入圧力および運転周波数の大小といった運転状態にかかわらずに、高圧シェルタイプ圧縮機１のシェル内に滞留する油量が過多にも過少にもならないように制御することができ、圧縮機内で油の液面とロータとが接触することによる入力損失を防止でき、さらに、冷凍サイクル内に多量の油が循環するのを防止でき、それに伴う弊害を回避することができる。
さらにまた、Ｕ字管が位置するサブアキュムレータにのみ返油管からの油を集中的に溜めることができ、アキュムレータを分けない場合に比較して油量の微妙な変化にも即座に対応することができる。これは、低圧シェルタイプ圧縮機に比較して油量多可に対する裕度が小さい高圧シュルタイプ圧縮機を使用した冷凍サイクルでは特に有効である。
なお、この実施の形態では、第１の返油穴と第２の返油穴の２つの穴でＵ字管に返す油量を調整するが、特にこれには限定されず、例えば、第１の返油穴の代わりに複数の穴で第１の返油機構を構成して第１の返油穴と同じだけの油を返油し、その上部に配置させる複数の穴で第２の返油機構を構成して第２の返油穴と同じだけの油を返油するようにしてもよい。
さらに、第１図から第６図の冷媒サイクルでは高圧シェルタイプ圧縮機を一台としたが、複数あっても当然によい。
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７を図にもとづいて説明する。
第８図は、実施の形態７の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。この図において、１０１は高圧シェルタイプの圧縮機で、圧縮部１１１と、この圧縮部を駆動するモータ等の駆動部１１２と、駆動部の主軸１１３と、シェルの底部に設けられた潤滑油の貯留部１１４とを有する。
また、１１５は圧縮機の吐出部、１１６は吸入部である。更に、１０２は吐出部１１５に結合された吐出管、１０３は排油管で、一端がシェルの底部から高さｈの位置に結合されてシェル内に開口し、他端が圧縮機の外部を経て吐出管１０２に接続されている。
なお、高さｈは駆動部１１２を構成するモータ等のロータが貯留部１１４の潤滑油に浸漬しない位置となるように設定されている。１１４は四方弁、１１５は熱源機側熱交換器、１１６は絞り装置、１１７は利用側熱交換器、１１８はアキュムレータ、１０８ａはアキュムレータのＵ字管状の流出配管１０８ｂの下部に設けられた返油穴、１０９はアキュムレータのＵ字管状の流出配管１０８ｂと圧縮機１０１の吸入部１１６とを接続する吸入管である。
なお、上述した各機器は接続配管１１０によって図示のように接続され、周知の冷凍サイクルを構成する冷媒回路を形成している。
次に、この冷凍装置の冷媒の流れについて説明する。図中、実線矢印は冷房運転の冷媒の流れを、破線矢印は暖房運転の冷媒の流れを示す。
先ず、冷房運転について説明する。圧縮機１０１内で駆動部１１２によって圧縮部１１１が駆動され、圧縮された高温高圧のガス冷媒が、吐出部１１５から吐出管１０２、四方弁１０４を経て熱源機側熱交換器１０５に流入し、ここで空気・水など熱源機側媒体と熱交換して凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は絞り装置１０６で減圧されて気液二相状態となり、利用側熱交換器７で空気などの利用側媒体と熱交換して蒸発・ガス化する。
蒸発・ガス化した冷媒は四方弁１０４を経てアキュムレータ１０８に流入し、更に、吸入管１０９を経て吸入部１１６から圧縮機１０１に戻る。
次に、暖房運転について説明する。圧縮機１０１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が、吐出部１１５から吐出管１０２、四方弁１０４を経て利用側熱交換器７に流入し、ここで空気など利用側媒体と熱交換して凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は絞り装置１０６で減圧されて気液二相状態となり、熱源機側熱交換器１０５で空気・水などの熱源機側媒体と熱交換して蒸発・ガス化する。蒸発・ガス化した冷媒は四方弁１０４、アキュムレータ１０８、吸入管１０９を経て吸入部１１６から圧縮機１０１に戻る。
この実施の形態は以上のように構成され、排油管１０３が接続された吐出管１０２の途中の部分と圧縮機内とでは圧力差が生じているため、貯留部１１４の油量が増して底面から高さｈのレベルを超えると、超えた分の油は上記圧力差によって排油管１０３から吐出管１０２に排出される。排出された油は上述した冷媒の流れに沿ってアキュムレータ１０８に戻り、アキュムレータ１０８内の油量確保が可能となる。
また、圧縮機１０１の本体と吐出管１０２とは距離が近いため、排油管１０３の長さを短くすることが可能であり、更に、圧縮機の運転時に振動が発生した場合でも、振動する圧縮機、吐出管と排油管とはほぼ同期して振動するため、配管亀裂等の問題も発生しない。
なお、実施の形態１〜６（第１図〜第７図）に示した各構成要素と、本実施の形態７（第８図）及び後述する実施の形態８〜１１（第９図〜第１２図）に示した各構成要素とは次のように対応する。すなわち、高圧シェルタイプ圧縮機１は圧縮機１０１に、吐出配管２は吐出管１０２に、四方弁４は四方弁１０４に、室外熱交換器５は熱源機側熱交換器１０５に、液配管６とガス配管９はそれぞれ接続配管１１０に、絞り装置７は絞り装置１０６に、室内熱交換器８は利用側熱交換器１０７に、アキュムレータ１０はアキュムレータ１０８に、吸入配管１２は吸入管１０９に、返油穴１３は返油穴１０８ａに、油バイパス管１７は排油管１０３に、それぞれ対応するものである。
また、実施の形態７（第８図）に示した高圧シェルタイプ圧縮機１０１の各構成要素と第１４図に示した高圧シェルタイプ圧縮機の各構成要素とは次のように対応する。すなわち、圧縮部１１１は圧縮機構１２０２に、駆動部１１２は圧縮機モータのロータ１２０６とステータ１２０７に、駆動部の主軸１１３は回転軸１２０５に、貯留部１１４に溜められた潤滑油は油１２０９に、圧縮機の吐出部１１５は吐出配管１２０４に、吸入部１１６は吸入配管１２０１に対応する。
その他、本願の各図の対応は明瞭に理解されるのでいちいち説明することは省略する。
実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８を図にもとづいて説明する。第９図は、実施の形態８の冷凍サイクルの構成を示す概略図で、圧縮機と排油管のみを示している。その他の構成は第８図と同様であるため図示及び説明を省略する。
また、第９図において、第８図と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。第８図と異なる点は、排油管１３０が圧縮機１０１に内蔵され、一端（第９図の下端）が圧縮機１０１の底面からｈの高さで開口し、他端（第９図の上端）が圧縮機１０１の吐出部１１５を経て吐出部付近の吐出管１０２内で開口するようにされている点である。この実施の形態は、圧縮機１０１の吐出部１１５から吐出管１０２に高圧冷媒が流れ込む時の縮流部分で発生する圧力損失を利用して、高さｈのレベルを超えた油を排出しようとするもので、排油管の接続が不要となるため、冷媒回路を簡略化することができる。
実施の形態９．
次に、この発明の実施の形態９を図にもとづいて説明する。
この実施の形態の冷凍サイクルは、高圧シェルタイプ圧縮機を２台設置して並列運転するようにしたもので、圧縮機と排油管とアキュムレータの構成及び配管接続関係を第１０図に示す。冷媒回路は各圧縮機について第８図と同様な冷媒回路が形成されるが、アキュムレータ１０８は図示のように共通化されている。
第１０図において、圧縮機１０１を含む冷媒回路で、第８図と同一または相当部分には第８図と同一符号を付し、他の圧縮機１０１Ａを含む冷媒回路で、第８図と同一または相当部分には第８図の符号の後にＡを付し、それぞれ説明を省略する。
この実施の形態において、圧縮機１０１の潤滑油が所定位置である底部からｈの高さを超えた時は、余剰油は排油管１０３を経て吐出管１０２に排出され、冷媒回路を経てアキュムレータ１０８に戻されるため、アキュムレータ１０８の油量が不足することはない。また、他方の圧縮機１０１Ａに対しては、アキュムレータ１０８から返油穴１０８ａＡ、吸入管１０９Ａを経て返油されるため、潤滑油が枯渇することはなく、枯渇防止に必要な油量も低減することができる。
なお、圧縮機と吐出管とを接続する排油管１０３、１０３Ａは全ての圧縮機に取り付ける必要はなく、圧縮機内の滞留油量が増加しやすい圧縮機に限定して設けても上記と同様な効果を期待することができる。溜留油量が増加し易い例として、複数の圧縮機でその運転容量に差がある場合の、小さい容量の圧縮機が挙げられる。これは容量が小さいことから圧縮機内部の油の拡散が小さく、吐出管１０２に排出されにくいからである。容量制限可変な圧縮機でも、他方の圧縮機より低容量となることは十分に考えられるため、排油管を必要とする例と言える。
実施の形態１０．
次に、この発明の実施の形態１０を図にもとづいて説明する。第１１図は、実施の形態１０の冷凍サイクルの構成を示す概略図である。この図において、第１０図と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。第１０図と異なる点は、圧縮機シェルの底面から所定高さｈの位置と吐出管１０２とを接続していた排油管を、シェルの底面から所定高さｈの位置とアキュムレータ１０８とを接続するようにした点である。
この実施の形態において、圧縮機１０１Ａの潤滑油が所定位置である底部からｈの高さを超えた時は、余剰油は排油管１０３Ａを経てアキュムレータ１０８に戻される。このため、アキュムレータ１０８内部の油量が不足することはない。
また、他方の圧縮機１０１に対しては、アキュムレータ１０８から返油穴８ａ、吸入管１０９を経て返油されるため、潤滑油が枯渇することはなく、枯渇防止に必要な油量も低減することができる。
なお、圧縮機と吐出管とを接続する排油管１０３、１０３Ａは全ての圧縮機に取り付ける必要はなく、圧縮機内の滞留油量が増加しやすい圧縮機に限定して設けても上記と同様な効果を期待することができる。
また、この実施の形態では２台の圧縮機を設置して並列運転するものであるが、圧縮機が１台だけの場合でも上記と同様な効果を奏することは云うまでもない。
実施の形態１１．
次に、この発明の実施の形態１１を図にもとづいて説明する。第１２図は、実施の形態１１の冷凍サイクルの構成を示す概略図である。この図において、第１１図と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
第１１図と異なる点は、圧縮機の吐出管１０２、１０２Ａに油分離機１２０、１２０Ａを設けると共に、油分離機１２０、１２０Ａと圧縮機１０１、１０１Ａの吸入管１０９、１０９Ａとを接続管１２１、１２１Ａで接続し、油分離機１２０、１２０Ａで分離された油を吸入管１０９、１０９Ａを経て圧縮機１０１、１０１Ａに戻すようにした点である。
この実施の形態は以上のように構成されているため、圧縮機１０１、１０１Ａからガス冷媒と共に排出された油は、油分離機１２０、１２０Ａで分離され、接続管１２１、１２１Ａを経て圧縮機１０１、１０１Ａに戻されるため、圧縮機からの排出油量にかかわらず、油が圧縮機外、特に蒸発器や凝縮器に滞留することがなく、従って、必要油量を低減することができる。
また、圧縮機内の余剰油は排油管１０３、１０３Ａを経てアキュムレータ１０８に溜められるため、他の圧縮機の油枯渇も防止することができる。
なお、本明細書においては、各実施の形態を冷凍装置として説明したが、これは空気調和装置あるいは冷凍サイクル装置など他の呼称であってもよい。
産業上の利用可能性
この発明における高圧シュルタイプ圧縮機では、油流通管の下端の開口部より高く、ロータの下端よりも低くなる位置に、シェル内に滞留する油を外部に排出する油流出穴を設けた。これにより、潤滑油の油面が所定位置を超えないようにすることができる高圧シュルタイプ圧縮機を得ることができる。
この発明に係る冷凍装置は、ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び吐出部に接続された吐出管と吸入部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油を吐出管に導く装置を備えたものであり、圧縮機内に所定レベル以上の油が滞留しないため、必要油量を低減することができる。
また、この発明における冷凍装置では、高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置したロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、吐出配管に設けられた油流入穴と、油流出穴と油流入穴とを接続させる油バイパス管とを備えた。
これにより、油の液面とロータとが接触することはなく、ロータの回転が油により負荷を受けることを防止できる。
さらに、吐出配管の油流入穴よりも高圧シェルタイプ圧縮機側に絞り部を設けたので、油流出穴から油流入穴への油のバイパスを確実に行なうことができる。
また、この発明における冷凍装置では、高圧シェルタイプ圧縮機の油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置したロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、返油配管に設けられた油流入穴と、油流出穴と油流出穴とを接続させる油バイパス管とを備えたので、多量の油が循環することを防止できる。
さらに、返油配管の油流入穴よりも油分離器側に絞り部を設けたので、油流出穴から油流入穴への油のバイパスを確実に行なうことができる。
さらに、油流出穴の高さ位置は、油流入穴の高さ位置以上としたので、油流出穴から油流入穴方向への油バイパス管の立ち上がりによる油の液柱圧の影響を考慮する必要が無くなる。
さらに、油バイパス管に油流出穴から油流入穴に油を送るためのポンプを設けたので、油流出穴から油流入穴への油のバイパスを確実に行なうことができる。
この発明に係る冷凍装置は、ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び吐出部に接続された吐出管と吸入部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油をアキュムレータに導く装置を備えたものであり、圧縮機内に所定レベル以上の油が滞留しないため、必要油量を低減することができる。
また、この発明における冷凍装置では、Ｕ字管の最下部にアキュムレータ内の油をＵ字管内に送る第１の返油手段と、第１の返油手段よりも高い位置にアキュムレータ内の油をＵ字管内に送る第２の返油手段とを設け、さらに、第１の返油手段からＵ字管に送られる油量は、高圧シェルタイプ圧縮機から吐出配管に吐出される油量よりも小さく、第１の返油手段と第２の返油手段の両方からＵ字管に送られる油量は、高圧シェルタイプ圧縮機から吐出配管に吐出される油量よりも大きくしたので、圧縮機内で油の液面とロータとが接触することによる入力損失を防止でき、さらに、多量の油が循環することを防止できる。
さらに、アキュムレータは、縦方向に設けられた仕切り板により、Ｕ字管が配置された第１の部屋と、冷媒ガス吐出口が設けられた第２の部屋とに区分けされており、さらに、第１の部屋の下部に返油配管の開口した端部が設けられ、仕切り板の上部には第１の部屋の冷媒ガスを第２の部屋に送ることができる連通穴を設けたので、アキュムレータを分けない場合に比較して油量の微妙な変化にも即座に対応することができる。
この発明に係る冷凍装置は、また、複数台の圧縮機を並列運転すると共に、余剰油を吐出管またはアキュムレータに排出するようにしたため、潤滑油が所定レベルを超えた圧縮機の余剰油が直接アキュムレータに、また吐出管から冷媒回路を経てアキュムレータに戻され、十分な量の油がアキュムレータに確保されるため、他の圧縮機に対してはアキュムレータから返油されることにより、潤滑油の枯渇を防止することができる。
また、枯渇防止に必要な油量も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１における冷凍サイクルの構成図である。
第２図は、この発明の実施の形態２における冷凍サイクルの構成図である。
第３図は、この発明の実施の形態３における冷凍サイクルの構成図である。
第４図は、この発明の実施の形態４における冷凍サイクルの構成図である。
第５図は、この発明の実施の形態５における冷凍サイクルの構成図である。
第６図は、この発明の実施の形態６における冷凍サイクルの構成図である。
第７図は、この発明の実施の形態６における、アキュムレータと圧縮機との油の液面を示す図である。
第８図は、この発明の実施の形態７の構成を示す冷媒回路図である。
第９図は、この発明の実施の形態８の構成を示すもので、圧縮機と排油管のみを示す概略図である。
第１０図は、この発明の実施の形態９の構成を示すもので、圧縮機と排油管とアキュムレータとの配管接続を示す概略図である。
第１１図は、この発明の実施の形態１０の構成を示す概略図である。
第１２図は、この発明の実施の形態１１の構成を示す概略図である。
第１３図は、低圧シェルタイプ圧縮機の構成図である。
第１４図は、高圧シェルタイプ圧縮機の構成図である。
Claims (18)
- シェルと、前記シェル内に配置される圧縮機構と、前記圧縮機構の下方に設けられロータとステータとを有するモータと、前記ロータとともに回転する回転軸と、前記シェル下部から前記圧縮機構に向かって伸び、前記シェル下部に滞留した油を前記圧縮機構に送る油流通管と、を備えた高圧シェルタイプ圧縮機であって、前記シェルに、前記油流通管の下端の開口部より高く、前記ロータの下端よりも低くなる位置に、前記シェル内に滞留する油を外部に排出する油流出穴を設けたことを特徴とする高圧シェルタイプ圧縮機。
- ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、上記圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び上記吐出部に接続された吐出管と上記吸入部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、上記貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油を上記吐出管に導く装置を備えたことを特徴とする冷凍装置。
- 余剰油を吐出管に導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端が上記圧縮機の外部を経て吐出管に接続された排油管を設けたことを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
- 余剰油を吐出管に導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端が上記圧縮機の内部から吐出部を経て吐出管内に開口する排油管を設けたことを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
- 貯留部の油面の所定位置は、駆動部のロータが潤滑油中に浸漬しない位置とされることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の冷凍装置。
- シェルと、このシェルに内蔵された圧縮機構と、この圧縮機構を駆動するための回転軸とロータとステータと含むモータと、シェル下部から内蔵された圧縮機構に向かって伸び、前記シェル下部に滞留した油を前記圧縮機構に送る油流通管とを有する高圧シェルタイプ圧縮機と、前記高圧シェルタイプ圧縮機に接続された吐出配管とを備えた冷凍装置であって、
前記油流通管の下端の開口部よりも高く、前記回転軸の回りに配置した前記ロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、前記吐出配管に設けられた油流入穴と、前記油流出穴と前記油流入穴とを接続させる油バイパス管とを備えたことを特徴とする冷凍装置。 - 吐出配管の油流入穴よりも高圧シェルタイプ圧縮機側に絞り部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の冷凍装置。
- シェルと、このシェルに内蔵された圧縮機構と、この圧縮機構を駆動するための回転軸とロータとステータと含むモータと、シェル下部から内蔵された圧縮機構に向かって伸び、前記シェル下部に滞留した油を前記圧縮機構に送る油流通管とを有する高圧シェルタイプ圧縮機と、前記高圧シェルタイプ圧縮機に接続された吐出配管と、前記吐出配管に接続され、冷媒ガスと油とを分離するとともに分離された前記冷媒ガスを熱交換器に、前記油を返油配管を経由してアキュムレータに送る油分離器とを備えた冷凍装置であって、前記高圧シェルタイプ圧縮機の前記油流通管の下端の開口部よりも高く、回転軸の回りに配置した前記ロータの下端よりも低くなる位置に設けられた油流出穴と、前記返油配管に設けられた油流入穴と、前記油流出穴と前記油流出穴とを接続させる油バイパス管とを備えたことを特徴とする冷凍装置。
- 返油配管の油流入穴よりも油分離器側に絞り部を設けたことを特徴とする請求項８に記載の冷凍装置。
- 油流出穴の高さ位置は、油流入穴の高さ位置以上であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の冷凍装置。
- 油バイパス管に油流出穴から油流入穴に油を送るためのポンプを設けたことを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の冷凍装置。
- ガス冷媒の吸入部と、吸入されたガス冷媒を圧縮する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部と、圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出部と、上記圧縮部及び駆動部に対する潤滑油を貯留する貯留部とを有する高圧シェルタイプ圧縮機、及び上記吸入部に接続されたアキュムレータと上記吐出部とを含み冷凍サイクルを構成する冷媒回路を備えた冷凍装置において、上記貯留部の油面が所定位置を超えた時、余剰油を上記アキュムレータに導く装置を備えたことを特徴とする冷凍装置。
- 余剰油をアキュムレータに導く装置として、一端が圧縮機の貯留部の油面の所定位置に開口し、他端がアキュムレータに接続された排油管を設けたことを特徴とする請求項１２記載の冷凍装置。
- 貯留部の油面の所定位置は、駆動部のロータが潤滑油中に浸漬しない位置とされることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の冷凍装置。
- 高圧シェルタイプ圧縮機と、前記高圧シェルタイプ圧縮機に接続された吐出配管と、前記吐出配管に接続され、冷媒ガスと油とを分離するとともに前記冷媒ガスを熱交換器に、前記油を返油配管を経由してアキュムレータに送る油分離器と、前記アキュムレータ内に設けられたＵ字管と、前記Ｕ字管と前記高圧シェルタイプ圧縮機とに接続され、前記アキュムレータ内の冷媒ガスと油とを前記高圧シェルタイプ圧縮機に送る吸入配管とを備えた冷凍装置であって、前記Ｕ字管の最下部に前記アキュムレータ内の油を前記Ｕ字管内に送る第１の返油手段と、前記第１の返油手段よりも高い位置に前記アキュムレータ内の油を前記Ｕ字管内に送る第２の返油手段とを設け、さらに、前記第１の返油手段から前記Ｕ字管に送られる油量は、前記高圧シェルタイプ圧縮機から前記吐出配管に吐出される油量よりも小さく、前記第１の返油手段と前記第２の返油手段の両方から前記Ｕ字管に送られる油量は、前記高圧シェルタイプ圧縮機から前記吐出配管に吐出される油量よりも大きいことを特徴とする冷凍装置。
- アキュムレータは、縦方向に設けられた仕切り板により、Ｕ字管が配置された第１の部屋と、冷媒ガス吐出口が設けられた第２の部屋とに区分けされており、さらに、前記第１の部屋の下部に返油配管の開口した端部が設けられ、仕切り板の上部には第１の部屋の冷媒ガスを第２の部屋に送ることができる連通穴が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の冷凍装置。
- 圧縮機は複数台設置され、並列運転し得るようにされたことを特徴とする請求項２〜１６のいずれかに記載の冷凍装置。
- 余剰油を吐出管またはアキュムレータに導く装置は、複数台の圧縮機のうち、貯油部での滞留油量が増加しやすい圧縮機にのみ設けるようにしたことを特徴とする請求項１７記載の冷凍装置。
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