JPWO2010137274A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
冷凍サイクル装置100は、第1圧縮機101、第2圧縮機102、放熱器4、蒸発器6および配管分岐部30を備えている。第1圧縮機101は、第1圧縮機構1および膨張機構5を有する。第2圧縮機102は、第2圧縮機構2を有する。配管分岐部30は、蒸発器6から第1圧縮機構1および第2圧縮機構2の各々に冷媒を導く流路を構成している。配管分岐部30は、蒸発器6からの冷媒を受け入れる入口管31と、入口管31に流入した冷媒を第1圧縮機構1に導く第1分岐出口管32と、入口管31に流入した冷媒を第2圧縮機構2に導く第2分岐出口管33とを含む。入口管31と第1分岐出口管32とのなす角度が鈍角または180°であり、入口管31と第2分岐出口管33とのなす角度が鋭角である。
Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
冷凍能力の増強のために、または冷凍負荷の変動に対応するために、互いに並列接続された複数の圧縮機を備えた冷凍サイクル装置が知られている。このような冷凍サイクル装置では、各圧縮機の容量や運転制御の違いにより、運転時間の経過とともに各圧縮機内のオイル量に偏りが生じることがある。つまり、一の圧縮機でオイルが不足し、他の圧縮機でオイルが過剰になる可能性がある。オイル量の偏りを防ぐための対策が講じられた冷凍サイクル装置として、特許文献1には、図7に示す配管構造を有する冷凍サイクル装置が開示されている。
図7に示すように、特許文献1の冷凍サイクル装置は、第1圧縮機92、第2圧縮機93および第3圧縮機94を備えている。圧縮機92、93および94には、それぞれ、吸入主管95を通じて冷媒が供給される。吸入主管95には、主湾曲部96および主分岐部97が設けられている。吸入主管95は、主分岐部97において、第1圧縮機92に冷媒を供給するための第1吸入分岐管98と、圧縮機93および94に冷媒を供給するための吸入接続管99とに分岐している。
主湾曲部96は、上流側の配管と下流側の配管とを直角に接続しているエルボ管で構成されている。主分岐部97は、第1分岐路97aおよび第2分岐路97bを備えている。第1分岐路97aは、第2分岐路97bよりも下方かつ主湾曲部96の半径方向に対して外側に位置している。つまり、第2分岐路97bの斜め下45度の位置に第1分岐路97aが設けられている。第1分岐路97aに第1吸入分岐管98が接続され、第2分岐路97bに吸入接続管99が接続されている。
冷凍サイクル装置の運転中において、冷媒およびそれに混ざったオイルが吸入主管95を流れる。冷媒およびオイルには、重力と主湾曲部96での遠心力とが作用する。冷媒とオイルとの間には密度差が存在するため、主湾曲部96の下流では、冷媒が上方かつ主湾曲部96の半径方向に対して内側を流れ、オイルが下方かつ主湾曲部96の半径方向に対して外側を流れる。つまり、オイルが第1分岐路97aに流入しやすく、第1圧縮機92に比較的多くのオイルが戻される。第1圧縮機92でオイルが過剰になった場合、均油管を通じて第1圧縮機92から第2圧縮機93および第3圧縮機94にオイルが移される。
図7に示す配管構造によると、圧縮機92、93および94の吸入配管が大型化し、筐体(室外機の筐体)への冷凍サイクル装置の収納に支障をきたす可能性がある。さらに、主分岐部97の姿勢や主分岐部97における配管の接続精度が悪いと、十分な効果が得られない可能性もある。
本発明は、複数の圧縮機のそれぞれに適切な量のオイルを戻す技術を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、
第1圧縮機構と、膨張機構と、前記第1圧縮機構および前記膨張機構を互いに連結しているシャフトと、前記第1圧縮機構、前記膨張機構および前記シャフトを収容している第1密閉容器とを有する第1圧縮機と、
前記第1圧縮機構に対して並列に配置された第2圧縮機構と、前記第2圧縮機構を収容している第2密閉容器とを有する第2圧縮機と、
前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から前記第1圧縮機構および前記第2圧縮機構の各々に冷媒を導く流路を構成しているとともに、前記蒸発器からの冷媒を受け入れる入口管と、前記入口管に流入した冷媒を前記第1圧縮機構に導く第1分岐出口管と、前記入口管に流入した冷媒を前記第2圧縮機構に導く第2分岐出口管とを含み、前記入口管と前記第1分岐出口管とのなす角度が鈍角または180°であり、前記入口管と前記第2分岐出口管とのなす角度が鋭角である、配管分岐部と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
第1圧縮機構と、膨張機構と、前記第1圧縮機構および前記膨張機構を互いに連結しているシャフトと、前記第1圧縮機構、前記膨張機構および前記シャフトを収容している第1密閉容器とを有する第1圧縮機と、
前記第1圧縮機構に対して並列に配置された第2圧縮機構と、前記第2圧縮機構を収容している第2密閉容器とを有する第2圧縮機と、
前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から前記第1圧縮機構および前記第2圧縮機構の各々に冷媒を導く流路を構成しているとともに、前記蒸発器からの冷媒を受け入れる入口管と、前記入口管に流入した冷媒を前記第1圧縮機構に導く第1分岐出口管と、前記入口管に流入した冷媒を前記第2圧縮機構に導く第2分岐出口管とを含み、前記入口管と前記第1分岐出口管とのなす角度が鈍角または180°であり、前記入口管と前記第2分岐出口管とのなす角度が鋭角である、配管分岐部と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
上記本発明において、第1圧縮機は、冷媒を圧縮する第1圧縮機構に加えて、冷媒から動力を回収する膨張機構を有している。そのため、第1圧縮機で冷媒に混ざって外部(冷媒回路)に吐出されるオイルの量は、通常、第2圧縮機で冷媒に混ざって外部に吐出されるオイルの量を上回る。言い換えれば、第1圧縮機でのオイル使用量は、第2圧縮機でのオイル使用量よりも多い。このような場合、第1圧縮機に優先的にオイルを戻すことで、第1圧縮機と第2圧縮機との間のオイル量のバランスを取ることができる。
本発明によれば、第1分岐出口管と入口管とのなす角度が鈍角または180°であり、第2分岐出口管と入口管とのなす角度が鋭角である。このような構成によると、第1分岐出口管へと液相のオイルが流れやすい。つまり、第1圧縮機へのオイル戻り量が第2圧縮機へのオイル戻り量を上回る。その結果、第1圧縮機および第2圧縮機の各々に、常時、適切な量のオイルが保持されうる。特に、互いに異なる構成の第1および第2圧縮機を有する冷凍サイクル装置に本発明を適用する場合に、優れた効果が得られる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
図1に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置100は、第1圧縮機101、第2圧縮機102、放熱器4および蒸発器6を備えている。冷媒回路105が形成されるように、これらの機器が流路3a〜3dで接続されている。流路3a〜3dは、典型的には、冷媒管で構成されている。冷媒回路105には、作動流体として、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボン等の冷媒が充填されている。
第1圧縮機101は、第1密閉容器9、第1圧縮機構1、膨張機構5、第1モータ11、第1オイルポンプ15および第1シャフト23を備えている。第1シャフト23の軸方向が鉛直方向に平行である。第1圧縮機構1は、第1密閉容器9内の上部に配置されている。膨張機構5は、第1密閉容器9内の下部に配置されている。第1モータ11は、第1圧縮機構1と膨張機構5との間に配置されている。第1シャフト23により、第1圧縮機構1、膨張機構5および第1モータ11が互いに連結されている。膨張機構5で冷媒から回収された動力が、第1シャフト23を介して第1圧縮機構1に伝達される。これにより、第1モータ11の負荷が軽減されて冷凍サイクル装置100の効率が向上する。この種の圧縮機は、しばしば、膨張機一体型圧縮機と呼ばれる。膨張機一体型圧縮機の詳細な構造は、例えば国際公開第2008/087795号に開示されている。
第1密閉容器9は、上下が閉じられた円筒の形を有する。第1密閉容器9の底部には第1オイル溜り13が形成されている。第1オイル溜まり13には、第1圧縮機構1および膨張機構5の潤滑およびシールのためのオイルが溜められている。膨張機構5は、第1オイル溜まり13のオイルに浸漬している。
本実施形態において、第1圧縮機構1および膨張機構5は、ともに容積式の流体機構で構成されている。具体的に、第1圧縮機構1はスクロール圧縮機構であり、膨張機構5は2段ロータリ膨張機構である。ただし、第1圧縮機構1および膨張機構5の型式に限定はなく、ロータリ式(ローリングピストン式、スイング式およびスライディングベーン式を含む)やスクロール式等の型式を適宜採用できる。
第1シャフト23の内部には、軸方向に延びる給油経路28aおよび28bが形成されている。給油経路28aおよび28bを通じて、第1圧縮機構1および膨張機構5のそれぞれにオイルが供給される。第1圧縮機構1および膨張機構5が第1シャフト23で連結されているので、第1圧縮機構1の回転数が膨張機構5の回転数に常に等しい。ただし、第1シャフト23が複数の部品で作られていてもよい。この場合、第1圧縮機構1の回転数と膨張機構5の回転数とが相違するように、ギア、クラッチ、トルクコンバータ等が設けられていてもよい。
第1オイルポンプ15は、第1オイル溜まり13のオイルを第1圧縮機構1に供給するために第1圧縮機構1と膨張機構5との間に配置されている。第1オイルポンプ15は、例えば容積式のオイルポンプである。第1シャフト23によって第1オイルポンプ15が駆動されるように、第1シャフト23が第1オイルポンプ15の中を通っている。第1オイルポンプ15は第1オイル溜まり13に開口した吸入口25を有する。つまり、第1オイル溜まり13のオイルレベルS1は、吸入口25よりも上にある。吸入口25を通じて第1オイル溜まり13のオイルが第1オイルポンプ15に吸入され、給油経路28aに導かれる。
第1モータ11は、第1圧縮機構1を駆動するために、第1オイルポンプ15と第1圧縮機構1との間において第1シャフト23に同軸に取り付けられている。
第1モータ11と第1オイルポンプ15との間には、第1シャフト23を支持する第1軸受部材17が設けられている。第1軸受部材17は、例えば一枚の平らな円板でできており、第1密閉容器9に固定されている。第1軸受部材17には、第1モータ11によって引き起こされた旋回流で第1オイル溜まり13のオイルがかき混ぜられるのを防止する役割もある。
第1オイルポンプ15と膨張機構5の間には、流動抑制板27が設けられている。流動抑制板27と第1密閉容器9との間には、オイルが流通できる隙間が形成されている。流動抑制板27の役割は、主に、流動抑制板27よりも上にあるオイルと、流動抑制板27よりも下にあるオイルとが混ざるのをなるべく防ぐことにある。流動抑制板27として、例えば一枚または複数枚の平らな円板を使用できる。流動抑制板27の法線方向は、第1シャフト23の軸方向に平行である。流動抑制板27の下側には、膨張機構5と流動抑制板27の間に一定の距離を持たせるためのスペーサ42が設けられている。スペーサ42は、他の部分、例えば流動抑制板27に一体化されていてもよい。
第1密閉容器9には、さらに、吸入管7および吐出管19が接続されている。吸入管7および吐出管19は、それぞれ、流路3dおよび流路3aの分岐部分を構成している。吸入管7は、第1密閉容器9の壁部(側部)を貫通し、第1圧縮機構1に接続されている。冷媒は、第1密閉容器9の内部空間を経由せずに、吸入管7を通じて第1圧縮機構1に直接吸い込まれる。吐出管19は、第1密閉容器9の壁部(上部)を貫通し、第1密閉容器9の内部空間に向かって開口している。本実施形態では、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒が第1密閉容器9の内部空間に吐出され、内部空間を流通した後、吐出管19を通じて放熱器4に導かれる。つまり、第1圧縮機101は、第1密閉容器9の内部空間が圧縮冷媒で満たされる高圧シェル型の圧縮機に属する。
一般に、高圧シェル型の圧縮機によれば、冷媒に混ざったオイルを重力およびモータによる遠心力でふるい落とせるため、圧縮機からのオイル吐出量を減らすのに有利である。また、モータの熱を冷媒に与えることができるため、加熱能力が高まる。
第1密閉容器9には、さらに、吸入管21および吐出管22が接続されている。吸入管21および吐出管22は、それぞれ、第1密閉容器9の壁部(側部)を貫通し、膨張機構5に接続されている。冷媒は、第1密閉容器9の内部空間を経由せずに、吸入管21を通じて膨張機構5に直接吸い込まれる。膨張した冷媒は、吐出管22を通じて第1密閉容器9の外部に直接吐出され、蒸発器6に導かれる。
第2圧縮機102は、第2密閉容器10、第2圧縮機構2、第2モータ12、第2オイルポンプ16および第2シャフト24を備えている。第2シャフト24の軸方向が鉛直方向に平行である。第2圧縮機構2は、第2密閉容器10内の上部に配置されている。第2圧縮機構2、第2モータ12および第2オイルポンプ16が上からこの順番で並んでいる。
第2密閉容器10は、上下が閉じられた円筒の形を有する。第2密閉容器10の水平断面の面積は、例えば、第1密閉容器9の水平断面の面積に等しい。第2密閉容器10の底部には、第2オイル溜まり14が形成されている。第2オイル溜まり14には、第2圧縮機構2の潤滑およびシールのためのオイルが溜められている。鉛直方向に関して、第2密閉容器10の底面の高さは、例えば、第1密閉容器9の底面の高さに一致している。ただし、鉛直方向に関する密閉容器9および10の位置関係に特に限定はない。例えば、鉛直方向に関し、第1圧縮機構1の位置が、第2圧縮機構2の位置に一致するように、密閉容器9および10の位置関係を調整してもよい。
本実施形態において、第2圧縮機構2も容積式の流体機構で構成されている。具体的に、第2圧縮機構2はスクロール圧縮機構である。ただし、第1圧縮機構1と同様に、第2圧縮機構2の型式にも限定はない。第2圧縮機構2の容積は、第1圧縮機構1の容積に等しくてもよいし、異なっていてもよい。ただし、第2圧縮機構2の型式および容積が第1圧縮機構1のそれと同一の場合、コストや制御性の面で利点が大きい。
第2シャフト24は、第2圧縮機構2を駆動するための第2モータ12と第2圧縮機構2とを同軸に連結している。第2シャフト24の内部には、軸方向に延びる給油経路29が形成されている。第2オイルポンプ16は、第2オイル溜まり14のオイルを第2圧縮機構2に供給するために第2シャフト24の端部(下端部)に設けられている。第2オイルポンプ16は、例えば容積式または遠心式のオイルポンプである。第2オイルポンプ16は第2オイル溜まり14に開口した吸入口26を有する。つまり、第2オイル溜まり14のオイルレベルS2は、吸入口26よりも上にある。吸入口26を通じて第2オイル溜まり14のオイルが第2オイルポンプ16に吸入され、給油経路29に導かれる。オイルは、給油経路29を通じて第2圧縮機構2へと供給される。
第2モータ12と第2オイルポンプ16との間には、第2シャフト24の下部を支持する第2軸受部材18が設けられている。第2軸受部材18は、例えば一枚の平らな円板でできており、第2密閉容器10に固定されている。第2軸受部材18には、第2モータ12によって引き起こされた旋回流で第2オイル溜まり14のオイルがかき混ぜられるのを防止する役割もある。
第2密閉容器10には、さらに、吸入管8および吐出管20が接続されている。吸入管8および吐出管20は、それぞれ、流路3dおよび流路3aの分岐部分を構成している。吸入管8は、第2密閉容器10の壁部(側部)を貫通し、第2圧縮機構2に接続されている。冷媒は、第2密閉容器10の内部空間を経由せずに、吸入管8を通じて第2圧縮機構2に直接吸い込まれる。吐出管20は、第2密閉容器10の壁部(上部)を貫通し、第2密閉容器10の内部空間に向かって開口している。本実施形態では、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒が第2密閉容器10の内部空間に吐出され、内部空間を流通した後、吐出管20を通じて放熱器4に導かれる。つまり、第2圧縮機102は、第2密閉容器10の内部空間が圧縮冷媒で満たされる高圧シェル型の圧縮機に属する。
冷媒回路105において、第2圧縮機構2は、第1圧縮機構1に対して並列に配置されている。吐出管19には、第1圧縮機構1で圧縮された冷媒を第1密閉容器9の内部空間から放熱器4へと導く吐出経路としての役割がある。同様に、吐出管20には、第2圧縮機構2で圧縮された冷媒を第2密閉容器10の内部空間から放熱器4へと導く吐出経路としての役割がある。詳細には、吐出管19および吐出管20は、圧縮冷媒を放熱器4に導くための流路3aの分岐部分を形成している。吸入管7および吸入管8は、圧縮するべき冷媒を第1圧縮機構1および第2圧縮機構2のそれぞれに導くための流路3dの分岐部分を形成している。したがって、冷媒は、蒸発器6で蒸発した後、第1圧縮機構1および第2圧縮機構2のどちらかで圧縮される。第1圧縮機構1で圧縮された冷媒と第2圧縮機構2で圧縮された冷媒とが合流して、放熱器4に流入する。また、吐出管19および吐出管20を介して、第1密閉容器9の内部空間と第2密閉容器10の内部空間とが連通している。つまり、吐出管19および吐出管20は、均圧管としての役割も果たしている。
具体的に、蒸発器6から第1圧縮機構1および第2圧縮機構2の各々に冷媒を導く流路3dには、配管分岐部30が設けられている。配管分岐部30は、1つの入口と2つの出口を有する、いわゆるY字管と呼ばれる配管で構成されている。ただし、本実施形態では、左右非対称な形を有するY字管が、配管分岐部30として用いられている。
図1および2に示すように、配管分岐部30は、入口管31、第1分岐出口管32および第2分岐出口管33で構成されている。入口管31は、蒸発器6からの冷媒を受け入れる部分である。第1分岐出口管32は、入口管31に流入した冷媒を第1圧縮機構1に導く部分である。第2分岐出口管33は、入口管31に流入した冷媒を第2圧縮機構2に導く部分である。入口管31と第1分岐出口管32とのなす角度α(第1分岐角度)は鈍角である。入口管31と第2分岐出口管33とのなす角度β(第2分岐角度)は鋭角である。
冷凍サイクル装置100の運転時において、冷媒は、第1圧縮機構1または第2圧縮機構2で圧縮される。圧縮冷媒は、流路3aを通じて放熱器4に導かれる。このとき、第1オイル溜まり13のオイルの一部が、圧縮冷媒に混ざって第1密閉容器9の外に流出する。同様に、第2オイル溜まり14のオイルの一部が、圧縮冷媒に混ざって第2密閉容器10の外に流出する。冷媒は、放熱器4において冷却された後、流路3bを通じて膨張機構5に導かれる。
膨張機構5は、冷媒を膨張させるとともに、冷媒から動力を回収する。膨張した冷媒は、流路3cを通じて蒸発器6に導かれる。このとき、第1オイル溜まり13のオイルの一部が、膨張冷媒に混ざって第1密閉容器9の外に流出する。第1圧縮機101では、第1圧縮機構1および膨張機構5の両方でオイルが冷媒に混ざる。第2圧縮機102では、第2圧縮機構2のみでオイルが冷媒に混ざる。したがって、第1オイル溜まり13からのオイル持ち出し量は、通常、第2オイル溜まり14からのオイル持ち出し量よりも多い。
冷媒は、蒸発器6において蒸発した後、流路3dを通じて配管分岐部30の入口管31に導かれる。配管分岐部30において、冷媒は気相であり、オイルは液相である。角度αが角度βよりも大きいので、冷媒およびオイルが入口管31から第2分岐出口管33へと流入したときの圧力損失勾配は、冷媒およびオイルが入口管31から第1分岐出口管32へと流入したときの圧力損失勾配よりも大きい。ここで、「圧力損失勾配」とは、圧力損失に基づく圧力勾配を意味する。
一般論として、気相の流体と液相の流体とを含む気液二相流が、互いに異なる大きさの圧力損失勾配を有する二つの方向に分岐する場合、圧力損失勾配の大きい側へと気相の流体が流入しやすい。同一の流路および同一の流量を前提とすると、気相の流体の圧力損失は、液相の流体の圧力損失よりも大きい。そのため、二方向への分岐において圧力損失勾配が異なる場合、各方向の圧力損失バランスを保つために、圧力損失勾配が大きい側に気相の流体が多く流れ、圧力損失勾配が小さい側に液相の流体が多く流入する。
例えば、浅野らは、互いに異なる分岐角度を有する複数のY字分岐管を用いて空気−水気液二相流の分流実験を行い、その結果を報告している(Y字分岐管による気液二相流の相分離特性に関する研究(第1報)、日本機械学会論文集(B編)、67巻、654号、350−355頁)。この分流実験で彼らは、分岐角θ(本実施形態の第2分岐角度βに相当)=30°〜90°の範囲内で、θを小さくすればするほど相分離性能が向上することを確認している。この結果は、Y字分岐管の分岐角θが小さければ小さいほど、慣性力の大きい液相は直進しやすいことと整合している。また、圧力損失勾配が大きい側に気相の流体が多く流れ、圧力損失勾配が小さい側に液相の流体が多く流入する傾向を示している。
なお、本実施形態では、配管分岐部30の下流に圧縮機構1および2が存在しており、分岐出口管32および33における冷媒流量は、それぞれ、圧縮機構1および2の回転数や容積に依存する。そのため、配管分岐部30での現象を上記の一般論で直ちに説明できるとは限らないものの、圧力損失勾配の相違が配管分岐部30におけるオイルの分配に影響を与えているという知見には、一定の妥当性がある。
また、液相のオイルには、気相の冷媒に作用する慣性力よりも大きい慣性力が作用する。本実施形態では、入口管31と第1分岐出口管32とのなす角度αが、入口管31と第2分岐出口管33とのなす角度βよりも大きいので、オイルは、第1分岐出口管32に流入しやすい。
このように、圧力損失および慣性力の影響により、入口管31から第1分岐出口管32に進むオイルの割合が、入口管31から第2分岐出口管33に進むオイルの割合よりも大きくなる。つまり、第1圧縮機101に比較的多い量のオイルが戻され、第2圧縮機102に比較的少ない量のオイルが戻される。他の様々な条件にもよるが、第1圧縮機構1と第2圧縮機構2の容積が等しく、かつ回転数が同一であるときに、第1分岐出口管32に流入するオイルの量と、第2分岐出口管33に流入するオイルの量との比率(オイルの分配比)が、例えば6:4〜9:1の範囲に収まるように、配管分岐部30を構成しうる。
先に説明したように、冷凍サイクル装置100の運転時において、第1オイル溜まり13からのオイル持ち出し量は、第2オイル溜まり14からのオイル持ち出し量よりも多い。しかし、配管分岐部30のオイル分配機能により、第2圧縮機102よりも多くの量のオイルを第1圧縮機101に戻せる。その結果、オイル持ち出し量の違いを相殺でき、各圧縮機におけるオイルレベルS1およびS2を略一定に保つことができる。運転時間が経過しても、第1オイル溜まり13のオイル量と第2オイル溜まり14のオイル量との間に偏りが生じず、常に適切な量のオイルが各オイル溜まり13および14に保持されうるので、冷凍サイクル装置100の信頼性も向上する。
次に、配管分岐部30の構成をさらに詳細に説明する。
図1および2に示す例では、角度αが鈍角に設定されている。角度αが鈍角のとき、角度αの範囲は、例えば100°〜170°であり、好ましくは120°〜160°である。角度βの範囲は、例えば10°〜60°であり、好ましくは20°〜40°である。このような範囲内に角度αおよびβを設定すれば、第1分岐出口管32に流入するオイルの量を、第2分岐出口管33に流入するオイルの量よりも確実に多くできる。なお、図2に示す例では、角度αが150°で、角度βが30°である。
また、本実施形態のように、第1分岐出口管32と第2分岐出口管33とが同一直線上に位置していると、第1分岐出口管32と第2分岐出口管33とを1本の配管で構成できる。すなわち、配管分岐部30の構造が単純化するので、量産時の品質誤差も小さくなり、所望の効果が安定して得られる。
角度αは、入口管31の中心線L1と第1分岐出口管32の中心線L2とのなす角度として定義されうる。同様に、角度βは、入口管31の中心線L1と第2分岐出口管32の中心線L3とのなす角度として定義されうる。正確には、中心線L1および中心線L2を含む平面上での、中心線L1と中心線L2とのなす角度を、角度αとして取り扱う。同様に、中心線L1および中心線L3を含む平面上での、中心線L1と中心線L3とのなす角度を、角度βとして取り扱う。
本実施形態では、第1分岐出口管32と第2分岐出口管33とが同一直線上に位置しているので、中心線L2が中心線L3に一致している。つまり、入口管31の中心線L1と第1分岐出口管32の中心線L2とが同一平面上に存在し、入口管31の中心線L1と第2分岐出口管33の中心線L3も同一平面上に存在している。したがって、中心線L1、中心線L2および中心線L3が同一平面上に存在している。また、入口管31、第1分岐出口管32および第2分岐出口管33が必ずしも直管で構成されている必要はなく、これらが曲げ管で構成されていてもよい。
本実施形態では、鉛直方向に関して、第1分岐出口管32が下に向かって延び、第2分岐出口管33が上に向かって延びている。配管分岐部30がこのような姿勢で設置されていると、重力の影響により、オイルが第1分岐出口管32にいっそう流入しやすくなる。もちろん、配管分岐部30がどのような姿勢で配置されていたとしても、配管分岐部30のオイル分配機能は十分に発揮される。
図1および2に示す例では、入口管31の中心線L1が鉛直方向に平行で、分岐出口管32および33の中心線L2およびL3が水平方向に対して60°傾いている。鉛直方向に関して、第1密閉容器9に形成された第1圧縮機構1への入口が、配管分岐部30における分岐点CPよりも下に位置する。このような位置関係によれば、配管分岐部30と第1圧縮機構1の入口との間にU字状の部分を設ける必要がないので、オイルを第1圧縮機構1にスムーズに導くことができる。また、そのようなU字状の部分へのオイルの滞留を考慮せずに済む。
図3に、配管分岐部30の他の設置例を示す。この例では、第1分岐出口管32の中心線L2が鉛直方向に平行で、入口管31の中心線L1が水平方向から所定角度(90°−角度β)傾いている。第1密閉容器9の底面を基準として、分岐点CPまでの高さh1は、吸入管7と第1密閉容器9との接続部分までの高さh2よりも大きい。配管分岐部30から吸入管8と第2密閉容器10との接続部分に至る流路には、U字状部分35が含まれている。このような構成によれば、図1および2に示す構成に比べて、第1圧縮機101に戻るオイルの割合を高くできるので、より多くのオイルを第1圧縮機101に戻したい場合に有効である。
また、角度αは180°であってもよい。すなわち、図4に示す配管分岐部30aによると、入口管31と第1分岐出口管32とが同一直線上に位置している。入口管31と第2分岐出口管33とのなす角度βは、鋭角である。この配管分岐部30aによっても、オイルの分配機能が発揮され、第1圧縮機101にオイルを優先的に戻せる。
配管分岐部30を構成している各管の断面形状や寸法は特に限定されない。本実施形態において、入口管31、第1分岐出口管32および第2分岐出口管33は、それぞれ、円形の断面を有している。また、第1分岐出口管32が、第2分岐出口管33の流路面積よりも大きい流路面積を有している。具体的には、図2に示すように、第1分岐出口管32の内径D2が、第2分岐出口管33の内径D3よりも大きい。この構成によると、冷媒およびオイルが第2分岐出口管33に流入する際の圧力損失勾配がいっそう大きくなる。そのため、内径D2が内径D3に等しい場合に比べて、オイルが第1分岐出口管32に流入する傾向が強くなる。
内径D2と内径D3との寸法比は特に限定されず、例えばD2:D3=1.5:1〜3:1の範囲内で適宜設定しうる。なお、本実施形態では、入口管31の内径D1は、第1分岐出口管32の内径D2に等しい。
冷凍サイクル装置100に使用できるオイルとしては、エステル油(ポリオールエステル油等)、カーボネート油、ポリアルキレングリコール油(PAG)、ポリビニルエーテル油(PVE)等が挙げられる。これらのオイルは、気相の冷媒との比重差も大きいので、問題なく使用できる。
また、図1に示すように、本実施形態では、第1密閉容器9が均油管50で第2密閉容器10に接続されている。第1密閉容器9内における均油管50の開口部51は、第1シャフト23の軸方向に関して、第1オイルポンプ15の吸入口25と第1モータ11との間に位置している。具体的に、開口部51は、吸入口25と第1軸受部材17との間において、第1軸受部材17の下面近傍に位置している。他方、第2密閉容器10内における均油管50の開口部52は、第2シャフト24の軸方向に関して、第2オイルポンプ16の吸入口26と第2モータ12との間に位置している。具体的に、開口部52は、第2軸受部材18と第2モータ12との間において、第2軸受部材18の上面近傍に位置している。
均油管50によると、第1オイル溜まり13のオイルが過剰になったときに、余分なオイルが第1オイル溜まり13から第2オイル溜まり14に自動的に移動する。つまり、オイル量が自動的にバランスする。具体的には、第1オイル溜まり13のオイルレベルS1が開口部51に達した時点で、第1オイル溜まり13から第2オイル溜まり14に向かってオイルが流れる。第1オイル溜まり13のオイルレベルS1は、常時、開口部51の下端の位置に維持される。第2オイル溜まり14のオイルレベルS2は、常時、第2軸受部材18のやや下に維持される。このような均油管50を配管分岐部30と組み合わせて使用すれば、第1圧縮機101や第2圧縮機102の仕様に応じて配管分岐部30の寸法や形状を変更せずに済む。もちろん、均油管50を省略することも可能である。
また、均油管50を通じて第1オイル溜まり13から第2オイル溜まり14に流れるオイルは、比較的高温である。高温のオイルが第1オイル溜まり13から第2オイル溜まり14に移動する場合、膨張機構5の周囲に比較的低温のオイルが溜められた状態を維持しやすい。つまり、オイルを介して、第1圧縮機構1と膨張機構5との間を熱が移動するのを抑制できる。これにより、膨張冷媒の温度上昇および圧縮冷媒の温度低下を防止でき、ひいては冷凍サイクル装置100の効率も向上する。
(変形例1)
図5に示すように、冷媒回路105上に各種弁が設けられていてもよい。具体的には、吸入管7、吸入管8、吐出管19および吐出管20に、それぞれ、弁61、弁62、弁63および弁64が設けられている。膨張機構5側の吸入管21および吐出管22に、それぞれ、弁65および弁66が設けられている。均油管50に弁67が設けられている。これらの弁61〜67は、例えば、メンテナンスをするために第1圧縮機101または第2圧縮機102を冷媒回路105から絶縁する(切り離す)際に、冷媒回路105内に空気や水分が入るのを防ぐために利用されうる。また、弁62および64は、第1圧縮機101のみを用いて冷凍サイクル装置100の運転を行う場合に、第2圧縮機102を冷媒回路105から絶縁する(切り離す)ために利用されうる。
図5に示すように、冷媒回路105上に各種弁が設けられていてもよい。具体的には、吸入管7、吸入管8、吐出管19および吐出管20に、それぞれ、弁61、弁62、弁63および弁64が設けられている。膨張機構5側の吸入管21および吐出管22に、それぞれ、弁65および弁66が設けられている。均油管50に弁67が設けられている。これらの弁61〜67は、例えば、メンテナンスをするために第1圧縮機101または第2圧縮機102を冷媒回路105から絶縁する(切り離す)際に、冷媒回路105内に空気や水分が入るのを防ぐために利用されうる。また、弁62および64は、第1圧縮機101のみを用いて冷凍サイクル装置100の運転を行う場合に、第2圧縮機102を冷媒回路105から絶縁する(切り離す)ために利用されうる。
弁61は、吸入管7、つまり、配管分岐部30と第1圧縮機構1の入口とを連通している吸入路上に設けられている。弁61として、絞りなどの減圧部が内部に存在しない弁を使用できる。この場合、全開時における弁61の内部流路の面積は、弁61の入口と出口との間において一定となる。このような弁61は、例えばボールバルブで構成されうる。図6Aに示すように、弁61は、弁内流路70(内部流路)を有するハウジング76と、弁内流路70を上流側と下流側とに分離しうるようにハウジング76内に配置されたボール74とを含む。弁61の閉鎖時には、ボール74が弁内流路70を閉鎖している。他方、図6Bに示すように、弁61の開放時には、ボール74が90°回転し、ボール74に設けられた貫通孔72が弁内流路70に面する。貫通孔72は、弁内流路70と同じ断面積を有している。
このような弁61を吸入管7に設けると、第1分岐出口管32を通じて吸入管7に流入したオイルが弁61で滞留せず、第1圧縮機101(詳細には第1圧縮機構1)にスムーズに流入できる。このことは、第1圧縮機101に適切な量のオイルを戻す観点で意義があり、冷凍サイクル装置100の信頼性の向上に貢献する。なお、他の弁62〜67にも弁61と同様のものを使用できる。
また、図5に示す変形例においては、配管分岐部30と第1圧縮機構1の入口とを連通している吸入路としての吸入管7が、鉛直方向に平行な部分7a(鉛直部分という)を含む。そして、その鉛直部分7aに弁61が設けられている。鉛直部分7aの一端が配管分岐部30の第1分岐出口管32に接続される一方、鉛直部分7aの他端が第1密閉容器9に差し込まれて第1圧縮機構1に接続されている。配管分岐部30を通じて吸入管7に流入したオイルは、さらに、鉛直部分7aを上から下に流れる。そのため、弁61が絞りなどの減圧部を有していて、オイルが弁61内で一時的に滞留しうる場合であっても、重力によってオイルが弁61から流出し、第1圧縮機101に流入しうる。
(その他の変形例)
本発明は、第1圧縮機101から膨張機構5を省略した構成の冷凍サイクル装置、つまり、通常の圧縮機を複数台備えた冷凍サイクル装置にも採用しうる。
本発明は、第1圧縮機101から膨張機構5を省略した構成の冷凍サイクル装置、つまり、通常の圧縮機を複数台備えた冷凍サイクル装置にも採用しうる。
本発明の冷凍サイクル装置は、給湯機、温水暖房装置および空気調和機等の機器に利用できる。
Claims (8)
- 第1圧縮機構と、膨張機構と、前記第1圧縮機構および前記膨張機構を互いに連結しているシャフトと、前記第1圧縮機構、前記膨張機構および前記シャフトを収容している第1密閉容器とを有する第1圧縮機と、
前記第1圧縮機構に対して並列に配置された第2圧縮機構と、前記第2圧縮機構を収容している第2密閉容器とを有する第2圧縮機と、
前記第1圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第2圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から前記第1圧縮機構および前記第2圧縮機構の各々に冷媒を導く流路を構成しているとともに、前記蒸発器からの冷媒を受け入れる入口管と、前記入口管に流入した冷媒を前記第1圧縮機構に導く第1分岐出口管と、前記入口管に流入した冷媒を前記第2圧縮機構に導く第2分岐出口管とを含み、前記入口管と前記第1分岐出口管とのなす角度が鈍角または180°であり、前記入口管と前記第2分岐出口管とのなす角度が鋭角である、配管分岐部と、
を備えた、冷凍サイクル装置。 - 前記入口管と前記第1分岐出口管とのなす角度が鈍角である、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第1分岐出口管と前記第2分岐出口管とが同一直線上に位置している、請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
- 鉛直方向に関して、前記第1分岐出口管が下に向かって延び、前記第2分岐出口管が上に向かって延びている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 鉛直方向に関して、前記第1密閉容器に形成された前記第1圧縮機構への入口が、前記配管分岐部における分岐点よりも下に位置している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第1分岐出口管が、前記第2分岐出口管の流路面積よりも大きい流路面積を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記配管分岐部と前記第1圧縮機構の入口とを連通している吸入路上に設けられた弁をさらに備え、
開放時における前記弁の内部流路の面積が、前記弁の入口と出口との間において一定である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記吸入路が、鉛直方向に平行な部分を含み、その部分に前記弁が設けられている、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。
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