WO2014083673A1 - 圧縮機、冷凍サイクル装置およびヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

　本発明は、第２の吐出通路から流出する冷凍機油の量を低減することのできる圧縮機、並びに、当該圧縮機を備えた冷凍サイクル装置およびヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。　本発明の圧縮機は、第１の吸入通路と、密閉容器内に設けられ、第１の吸入通路から吸入された冷媒を圧縮する圧縮要素と、圧縮要素により圧縮された冷媒を密閉容器外に吐出する第１の吐出通路と、第１の吐出通路から吐出されて外部の熱交換器を経由した冷媒を密閉容器内に吸入する第２の吸入通路と、第２の吸入通路から密閉容器内に吸入された冷媒を密閉容器外に吐出する第２の吐出通路と、第２の吸入通路に設けられ、第２の吸入通路から密閉容器内に流入する冷媒と冷凍機油とが混合することを抑制する混合抑制手段と、を備える。

Description

圧縮機、冷凍サイクル装置およびヒートポンプ給湯装置

　本発明は、圧縮機、冷凍サイクル装置およびヒートポンプ給湯装置に関する。

　特許文献１には、密閉容器内に圧縮要素および電動要素を有し、低圧側の冷媒を圧縮要素に直接導く吸入管（第１の吸入通路）と、圧縮要素で圧縮した高圧の冷媒を密閉容器内に放出することなく直接密閉容器外に吐出する吐出管（第１の吐出通路）と、吐出管より吐出され、熱交換後の冷媒を、密閉容器内に再度導く冷媒再導入管（第２の吸入通路）と、密閉容器内に再度導入し、電動要素を通過後の冷媒を密閉容器外に吐出する冷媒再吐出管（第２の吐出通路）とを備えた給湯用圧縮機が開示されている。

日本特開２００６－１３２４２７号公報

　上述した従来の圧縮機では、圧縮要素の圧縮室内に、摺動部を潤滑およびシールし、摩擦および隙間漏れを軽減するために、冷凍機油が供給される。このため、第１の吐出通路からは、圧縮された冷媒ガスとともに、多量の冷凍機油が圧縮機外部へ流出する。この冷媒ガスと冷凍機油とは、気液二相流になり、外部の熱交換器を経由し、第２の吸入通路から再度圧縮機内部へ流入する。冷凍機油は、冷媒ガスに比べて密度が高い。このため、第２の吸入通路から圧縮機内部に流入した冷凍機油は、重力によって落下して圧縮機下部の油溜まりに溜まる。しかしながら、気液二相流における冷凍機油の一部は、噴霧化して冷媒ガス中に混合しているため、圧縮機内部に流入した際にも、密度差によって分離することができず、冷媒ガス中にとどまる。また、気液二相流において液膜として存在した冷凍機油の一部も、第２の吸入通路から圧縮機内部に流入した際に、冷媒ガスの流れによって巻き上げられて飛散する。その結果、冷凍機油が霧化して冷媒ガス中に混合してしまう。

　第２の吸入通路から流入する冷媒ガスは、第１の吐出通路から吐出される冷媒ガスに比べて、温度が低いため、密度が高い。したがって、第１の吐出通路から流出する冷媒ガスおよび冷凍機油の密度差に比べて、第２の吸入通路から流入する冷媒ガスおよび冷凍機油の密度差は小さい。このため、第２の吸入通路から流入する冷媒ガスおよび冷凍機油を、両者の密度差によって分離する効果が小さくなる。

　特許文献１には、冷媒ガスと冷凍機油との混合物が電動要素を通過することにより冷凍機油が分離され、第２の吐出通路からは冷凍機油をほとんど含まない冷媒ガスが吐出される旨が記載されている。しかしながら、上述したような理由から、第２の吸入通路から密閉容器内に流入した冷媒ガス中には、冷凍機油が混入し易い。このため、現実には、電動要素を通過する冷媒ガス中には多くの冷凍機油が分散しており、電動要素を通過する間に冷凍機油を十分に分離することは困難である。そのため、第１の吐出通路からの流出量に比べれば少ないものの、第２の吐出通路からも冷凍機油が冷媒とともに流出し、冷媒回路に循環してしまう。その結果、第２の吐出通路から吐出された冷媒を熱交換させる熱交換器での伝熱が冷凍機油によって阻害されたり、冷凍機油の影響で圧力損失が増加したりすることにより、冷凍サイクルの性能が低下するという問題がある。また、圧縮機内部の冷凍機油の量が減少するため、信頼性に影響が及ぶおそれもある。

　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第２の吐出通路から流出する冷凍機油の量を低減することのできる圧縮機を提供することを目的とし、更に、当該圧縮機を備えた冷凍サイクル装置およびヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る圧縮機は、密閉容器と、冷媒を吸入する第１の吸入通路と、密閉容器内に設けられ、第１の吸入通路から吸入された冷媒を圧縮する圧縮要素と、圧縮要素により圧縮された冷媒を密閉容器外に吐出する第１の吐出通路と、第１の吐出通路から吐出されて外部の熱交換器を経由した冷媒を密閉容器内に吸入する第２の吸入通路と、第２の吸入通路から密閉容器内に吸入された冷媒を密閉容器外に吐出する第２の吐出通路と、第２の吸入通路に設けられ、第２の吸入通路から密閉容器内に流入する冷媒と冷凍機油とが混合することを抑制する混合抑制手段と、を備える。

　本発明によれば、第２の吐出通路から流出する冷凍機油の量を低減することができる。その結果、第２の吐出通路から吐出された冷媒を熱交換させる熱交換器での伝熱阻害および圧力損失増加を抑制することが可能となり、また、圧縮機内部の冷凍機油の減少を抑制することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１の圧縮機を備えるヒートポンプ給湯装置を示す構成図である。 図２は、図１に示すヒートポンプ給湯装置を備えた貯湯式給湯システムを示す構成図である。 図３は、本発明の実施の形態１の圧縮機を示す断面図である。 図４は、冷媒ガスおよび冷凍機油の流動状態を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１の圧縮機が備える第２の吸入通路の下流端付近の縦断面図である。 図６は、本発明の実施の形態２の圧縮機が備える第２の吸入通路の横断面図である。 図７は、本発明の実施の形態３の圧縮機が備える第２の吸入通路の下流端付近の横断面図である。 図８は、本発明の実施の形態３の圧縮機が備える第２の吸入通路の下流端付近の縦断面図である。 図９は、本発明の実施の形態４の圧縮機が備える第２の吸入通路の下流端付近を示す図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１の圧縮機を備えるヒートポンプ給湯装置を示す構成図である。図２は、図１に示すヒートポンプ給湯装置を備えた貯湯式給湯システムを示す構成図である。図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ給湯装置１は、圧縮機３、第１の水冷媒熱交換器４（第１の熱交換器）、第２の水冷媒熱交換器５（第２の熱交換器）、膨張弁６（膨張手段）および蒸発器７を含む冷媒回路と、第１の水冷媒熱交換器４および第２の水冷媒熱交換器５に湯水を流通させる水流路とを備えている。本実施形態における蒸発器７は、空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器で構成されている。また、本実施形態のヒートポンプ給湯装置１は、蒸発器７に送風する送風機８と、高圧側冷媒と低圧側冷媒との熱交換を行う高低圧熱交換器９とを更に備えている。圧縮機３、第１の水冷媒熱交換器４、第２の水冷媒熱交換器５、膨張弁６、蒸発器７および高低圧熱交換器９は、冷媒が通る管を介して接続され、冷媒回路を形成している。ヒートポンプ給湯装置１は、加熱運転時には、圧縮機３を作動させることにより、冷凍サイクルを稼動させる。

　図２に示すように、本実施形態のヒートポンプ給湯装置１は、タンクユニット２と組み合わせることによって、貯湯式給湯システムとして用いることができる。タンクユニット２内には、湯水を貯留する貯湯タンク２ａと、水ポンプ２ｂとが設置されている。ヒートポンプ給湯装置１と、タンクユニット２とは、水が流れる管１１および管１２と、図示しない電気配線とを介して接続される。管１１の一端は、ヒートポンプ給湯装置１の入水口１ａに接続されている。管１１の他端は、タンクユニット２内で貯湯タンク２ａの下部に接続されている。タンクユニット２内の管１１の途中に水ポンプ２ｂが設置されている。管１２の一端は、ヒートポンプ給湯装置１の出湯口１ｂに接続されている。管１２の他端は、タンクユニット２内で貯湯タンク２ａの上部に接続されている。図示の構成に代えて、水ポンプ２ｂをヒートポンプ給湯装置１内に配置してもよい。

　図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１の圧縮機３は、密閉容器３１と、この密閉容器３１内に設けられた圧縮要素３２および電動要素３３と、第１の吸入通路３４と、第１の吐出通路３５と、第２の吸入通路３６と、第２の吐出通路３７とを有している。第１の吸入通路３４から吸入された冷媒は、圧縮要素３２内に流入する。圧縮要素３２は、電動要素３３により駆動され、冷媒を圧縮する。圧縮要素３２で圧縮された冷媒は、第１の吐出通路３５を通って密閉容器３１外に吐出される。第１の吐出通路３５から吐出された冷媒は、管１０を通って、第１の水冷媒熱交換器４に至る。第１の水冷媒熱交換器４を通過した冷媒は、管１７を通って、第２の吸入通路３６に至る。第２の吸入通路３６から圧縮機３の密閉容器３１内に流入した冷媒は、電動要素３３の回転子と固定子との間等を通ることで電動要素３３を冷却した後、第２の吐出通路３７から密閉容器３１外に吐出される。第２の吐出通路３７から吐出された冷媒は、管１８を通って、第２の水冷媒熱交換器５に至る。第２の水冷媒熱交換器５を通過した冷媒は、管１９を通って、膨張弁６に至る。膨張弁６を通過した冷媒は、管２０を通って、蒸発器７に流入する。蒸発器７を通過した冷媒は、管２１を通って第１の吸入通路３４に至り、圧縮機３に吸入される。高低圧熱交換器９は、管１９を通る高圧冷媒と、管２１を通る低圧冷媒とを熱交換させる。

　ヒートポンプ給湯装置１は、入水口１ａと第２の水冷媒熱交換器５の入口とを接続する水流路２３と、第２の水冷媒熱交換器５の出口と第１の水冷媒熱交換器４の入口とを接続する水流路２４と、第１の水冷媒熱交換器４の出口と出湯口１ｂとを接続する水流路２６とを更に備えている。加熱運転時には、入水口１ａから流入した水が水流路２３を通って第２の水冷媒熱交換器５に流入し、第２の水冷媒熱交換器５内で冷媒の熱により加熱される。第２の水冷媒熱交換器５内で加熱されることで生成した湯は、水流路２４を通って第１の水冷媒熱交換器４に流入し、第１の水冷媒熱交換器４内で冷媒の熱により更に加熱される。第１の水冷媒熱交換器４内で更に加熱されることで更に高温になった湯は、水流路２６を通って出湯口１ｂに至り、管１２を通ってタンクユニット２へ送られる。

　冷媒としては、高温出湯ができる冷媒、例えば、二酸化炭素、Ｒ４１０Ａ、プロパン、プロピレンなどの冷媒が適しているが、特にこれらに限定されるものではない。

　圧縮機３の第１の吐出通路３５から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、第１の水冷媒熱交換器４を通過する間に放熱しながら温度低下する。本実施形態では、第１の水冷媒熱交換器４を通過する間に温度低下した冷媒が第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に吸入されて電動要素３３を冷却することにより、電動要素３３の温度および密閉容器３１の表面温度を低下させることができる。その結果、電動要素３３のモータ効率を向上することができ、また、密閉容器３１の表面からの放熱ロスを低減することができる。密閉容器３１内に吸入された冷媒ガスは、電動要素３３の熱を奪うことで温度上昇した後、第２の吐出通路３７から吐出されて第２の水冷媒熱交換器５に流入し、第２の水冷媒熱交換器５を通過する間に放熱しながら温度低下する。この温度低下した高圧冷媒は、高低圧熱交換器９を通過する間に低圧冷媒を加熱した後、膨張弁６を通過する。膨張弁６を通過することにより、冷媒は、低圧気液二相の状態に減圧される。膨張弁６を通過した冷媒は、蒸発器７を通過する間に外気から吸熱し、蒸発ガス化される。蒸発器７を出た低圧冷媒は、高低圧熱交換器９にて加熱された後、第１の吸入通路３４から圧縮機３内に吸入される。

　高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、第１の水冷媒熱交換器４および第２の水冷媒熱交換器５内の冷媒は、超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。本実施形態では、冷媒として二酸化炭素等を用いることにより、高圧側冷媒圧力を臨界圧以上にすることが好ましい。高圧側冷媒圧力が臨界圧以上の場合には、液化した冷媒が第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入することを確実に防止することができる。このため、液化した冷媒が電動要素３３に付着することを確実に防止することができ、電動要素３３の回転抵抗を低減することができる。また、液化した冷媒が第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入しないことにより、冷凍機油が冷媒によって希釈されることを防止するという利点もある。

　図２に示すように、タンクユニット２の貯湯タンク２ａの下部には、給水管１３が更に接続されている。水道等の外部の水源から供給される水が、給水管１３を通って、貯湯タンク２ａ内に流入し、貯留される。貯湯タンク２ａ内は、給水管１３から水が流入することにより、常に満水状態に維持される。タンクユニット２内には、更に、給湯用混合弁２ｃが設けられている。給湯用混合弁２ｃは、出湯管１４を介して、貯湯タンク２ａの上部と接続されている。また、給湯用混合弁２ｃには、給水管１３から分岐した給水分岐管１５が接続されている。給湯用混合弁２ｃには、給湯管１６の一端が更に接続されている。給湯管１６の他端は、図示を省略するが、例えば蛇口、シャワー、浴槽等の給湯端末に接続される。

　貯湯タンク２ａ内に貯留された水を沸き上げる加熱運転時には、貯湯タンク２ａ内に貯留された水は、水ポンプ２ｂにより、管１１を通ってヒートポンプ給湯装置１に送られ、ヒートポンプ給湯装置１内で加熱されて、高温湯になる。ヒートポンプ給湯装置１内で生成した高温湯は、管１２を通ってタンクユニット２に戻り、上部から貯湯タンク２ａ内に流入する。このような加熱運転により、貯湯タンク２ａ内には、上側が高温湯になり、下側が低温水になるように、湯水が貯留される。

　給湯管１６から給湯端末に給湯する際には、貯湯タンク２ａ内の高温湯が出湯管１４を通って給湯用混合弁２ｃに供給されるとともに、低温水が給水分岐管１５を通って給湯用混合弁２ｃに供給される。この高温湯および低温水が給湯用混合弁２ｃで混合された上で、給湯管１６を通って給湯端末に供給される。給湯用混合弁２ｃは、使用者により設定された給湯温度になるように、高温湯と低温水との混合比を調節する機能を有している。

　本貯湯式給湯システムは、制御部５０を備えている。制御部５０は、ヒートポンプ給湯装置１およびタンクユニット２が備えるアクチュエータ類およびセンサ類（図示せず）、並びにユーザーインターフェース装置（図示せず）に対しそれぞれ電気的に接続されており、本貯湯式給湯システムの運転を制御する制御手段として機能する。なお、図２では、ヒートポンプ給湯装置１内に制御部５０を設置しているが、制御部５０の設置場所はヒートポンプ給湯装置１内に限定されるものではない。タンクユニット２内に制御部５０を設置してもよい。また、制御部５０をヒートポンプ給湯装置１内とタンクユニット２内とに分散して配置し、相互に通信可能に接続する構成にしてもよい。

　制御部５０は、加熱運転時に、ヒートポンプ給湯装置１からタンクユニット２へ供給される湯の温度（以下、「出湯温度」と称する）が、目標出湯温度になるように、制御する。目標出湯温度は、例えば、６５℃～９０℃に設定される。本実施形態では、制御部５０は、水ポンプ２ｂの回転数を調整することによって出湯温度を制御する。制御部５０は、水流路２６に設けられた温度センサ（図示せず）により出湯温度を検出し、その検出された出湯温度が目標出湯温度より高い場合には水ポンプ２ｂの回転数を高くする方向に補正し、出湯温度が目標出湯温度より低い場合には水ポンプ２ｂの回転数を低くする方向に補正する。このようにして、制御部５０は、出湯温度が目標出湯温度に一致するように制御することができる。ただし、圧縮機３の第１の吐出通路３５から吐出される冷媒の温度、あるいは圧縮機３の回転数などを制御することによって、出湯温度を制御してもよい。

　図３は、本発明の実施の形態１の圧縮機を示す断面図である。以下、図３を参照して、本実施形態の圧縮機３について更に説明する。図３に示すように、本実施形態の圧縮機３の密閉容器３１は、略円筒形をなしている。圧縮機３の密閉容器３１に隣接して、アキュムレータ２７が設置されている。冷媒は、アキュムレータ２７を通過した後、第１の吸入通路３４から圧縮機３内に吸入される。なお、前述した図１では、アキュムレータ２７の図示を省略している。

　密閉容器３１内には、電動要素３３の下側に圧縮要素３２が配置されている。電動要素３３は、回転軸３３１を介して、圧縮要素３２を駆動する。圧縮要素３２は、圧縮室３２１と、マフラー３２２と、フレーム３２３とを有している。第１の吸入通路３４から吸入された冷媒ガスは、圧縮室３２１に流入し、圧縮される。圧縮室３２１で圧縮された冷媒ガスは、マフラー３２２内に吐出される。マフラー３２２内に吐出された冷媒ガスは、フレーム３２３内を経由し、第１の吐出通路３５を通って密閉容器３１外に吐出される。第１の吐出通路３５から吐出された冷媒ガスは、前述したように、第１の水冷媒熱交換器４を経由する経路を通り、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に吸入される。

　第１の吸入通路３４、第１の吐出通路３５および第２の吸入通路３６は、それぞれ、密閉容器３１の側面から突出している。第２の吸入通路３６は、第１の吐出通路３５の上方に配置されている。第２の吸入通路３６は、密閉容器３１内で、電動要素３３の下側の空間に開口する。密閉容器３１内の下部には、冷凍機油（図示せず）が貯留される。密閉容器３１内の冷凍機油の油面は、第２の吸入通路３６の開口部より低い位置にある。第２の吐出通路３７は、密閉容器３１内で、電動要素３３の上側の空間に開口する。

　第２の吸入通路３６を通って密閉容器３１内の電動要素３３の下側の空間に流入した冷媒ガスは、電動要素３３の回転子と固定子との間などの隙間を通って電動要素３３の上側の空間に至り、第２の吐出通路３７を通って密閉容器３１外に吐出される。第２の吐出通路３７から吐出された冷媒ガスは、前述したように、第２の水冷媒熱交換器５、膨張弁６、蒸発器７等を経由する経路を通った後、圧縮機３の第１の吸入通路３４に戻る。

　圧縮室３２１内には、摺動部を潤滑およびシールし、摩擦および隙間漏れを軽減するために、密閉容器３１内に貯留された冷凍機油が供給される。圧縮室３２１内に供給された冷凍機油は、圧縮された冷媒ガスとともに、第１の吐出通路３５から流出する。この冷媒ガスと冷凍機油とは、気液二相流になり、第１の水冷媒熱交換器４を経由して、第２の吸入通路３６に至り、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に吸入される。

　図４は、冷媒ガスおよび冷凍機油の流動状態を模式的に示す断面図である。図４に示すように、冷媒ガスおよび冷凍機油の流動状態は、環状流あるいは環状噴霧流と呼ばれる状態になる。すなわち、液相である冷凍機油は、管壁に沿った環状液膜として流れ、気相である冷媒ガスは、管の中心部を流れる。また、管の中心部の冷媒ガス中には、冷凍機油の一部が飛散して、噴霧を形成する。冷媒ガスおよび冷凍機油は、このような環状流あるいは環状噴霧流（以下、総称して「環状流」という）を形成した状態で、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する。

　冷凍機油は、冷媒ガスに比べて密度が高いため、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入した冷凍機油の液膜は、重力によって落下して、密閉容器３１内の下部に溜まる。しかしながら、環状流における冷凍機油の一部は、噴霧化して冷媒ガス中に混合しているため、密度差によって分離することが困難である。また、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入した際に、冷凍機油の液膜の一部は、冷媒ガスの流れによって巻き上げられて飛散する。その結果、冷凍機油が霧化して冷媒ガス中に混合してしまう。

　また、第２の吸入通路３６から流入する冷媒ガスは、第１の水冷媒熱交換器４で冷却されているため、第１の吐出通路３５から吐出される冷媒ガスに比べて、温度が低く、密度が高い。したがって、第１の吐出通路３５から流出する冷媒ガスおよび冷凍機油の密度差に比べて、第２の吸入通路３６から流入する冷媒ガスおよび冷凍機油の密度差は小さい。このため、第２の吸入通路３６から流入する冷媒ガスおよび冷凍機油を、両者の密度差によって分離する効果が弱くなる場合がある。

　上述したような理由から、一般に、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油とは、混合し易い条件にある。冷媒ガス中に多くの冷凍機油が分散している場合には、電動要素３３を通過する間に、冷媒ガスから冷凍機油を十分に分離することは困難である。そのため、第１の吐出通路３５からの流出量に比べれば少ないものの、第２の吐出通路３７からも冷凍機油が冷媒に混じって流出し易い。第２の吐出通路３７から流出した冷凍機油が冷媒回路に循環すると、第２の水冷媒熱交換器５での伝熱が冷凍機油によって阻害されたり、圧力損失が増加したりすることにより、ヒートポンプ給湯装置１の性能が低下する場合がある。また、密閉容器３１内の冷凍機油の量が減少すると、信頼性に影響が及ぶおそれもある。

　以上の事項に鑑みて、圧縮機３の第２の吸入通路３６には、第２の吸入通路３６から流入する冷媒ガスと冷凍機油とが混合することを抑制する混合抑制手段が設けられている。本実施形態の圧縮機３では、図３に示すように、第２の吸入通路３６の断面積（流路断面積）を第１の吐出通路３５の断面積（流路断面積）に比べて大きくする構成を、混合抑制手段として備えている。

　ヒートポンプ給湯装置１の冷媒回路を循環する冷媒の質量流量をＧ［ｋｇ／秒］、第２の吸入通路３６の断面積（流路断面積）をＡ［ｍ^２］、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの密度をρ［ｋｇ／ｍ^３］とすると、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの流速ｕ［ｍ／秒］は、次式で表される。
　ｕ＝Ｇ／（ρＡ）　　　・・・（１）

　したがって、第２の吸入通路３６の断面積Ａが大きいほど、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの流速ｕが遅くなる。環状流において気相中に飛散する噴霧の量は、気相の流速が速いほど多くなる。ゆえに、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの流速ｕを遅くすることにより、第２の吸入通路３６内の環状流において冷媒ガス流の中に飛散する冷凍機油の噴霧の量が少なくなる。このため、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合を抑制することができる。また、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの流速ｕを遅くすることにより、第２の吸入通路３６から冷媒ガスおよび冷凍機油が密閉容器３１内に流入したときに、冷凍機油の液膜が冷媒ガスの流れによって巻き上げられて飛散することを抑制することができる。このことからも、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合を抑制することができる。

　本実施形態では、第２の吸入通路３６の断面積Ａを、第１の吐出通路３５の断面積に比べて大きくすることにより、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの流速ｕを十分に遅くすることができる。このため、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合を抑制することができ、冷媒ガスと冷凍機油とを確実に分離することができる。その結果、第２の吐出通路３７から冷媒に混じって流出する冷凍機油の量を低減することができる。よって、第２の水冷媒熱交換器５、膨張弁６、蒸発器７等への冷凍機油の循環率を低下させることができ、冷凍機油による圧力損失の増加および第２の水冷媒熱交換器５での伝熱阻害を確実に抑制することができる。これにより、ヒートポンプ給湯装置１の性能を向上することができる。また、密閉容器３１内の冷凍機油の量が減少することを抑制することができるので、圧縮機３の信頼性を向上することができる。

　また、本実施形態によれば、圧縮機３の第２の吸入通路３６に設けることのできる、極めて簡単な構成で、上記の効果を達成することができる。このため、冷媒ガスと冷凍機油とを分離するための分離器などを圧縮機３と別体で設けるような構成に比べて、製造コストの低減、重量の軽減、および省スペース化が図れる。

　また、本実施形態では、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの流速ｕが１ｍ／秒以下になるように、第２の吸入通路３６の断面積Ａが設定されていることが好ましい。第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの流速ｕを１ｍ／秒以下にすることにより、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合を確実に抑制することができ、冷媒ガスと冷凍機油とを確実に分離することができる。その結果、第２の吐出通路３７から冷媒に混じって流出する冷凍機油の量を低減することができる。よって、第２の水冷媒熱交換器５、膨張弁６、蒸発器７等への冷凍機油の循環率を低下させることができ、冷凍機油による圧力損失の増加および第２の水冷媒熱交換器５での伝熱阻害を確実に抑制することができる。これにより、ヒートポンプ給湯装置１の性能を向上することができる。また、密閉容器３１内の冷凍機油の量が減少することを抑制することができるので、圧縮機３の信頼性を向上することができる。

　上記（１）式によれば、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの流速ｕを１ｍ／秒以下にするには、次式を満足するように第２の吸入通路３６の断面積Ａを設定すればよい。
　Ａ≧Ｇ／（１・ρ）　　　・・・（２）

　なお、上記（２）式において、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの密度ρは、第２の吸入通路３６内の冷媒ガスの圧力および温度に基づいて決定される物性値である。また、冷媒の質量流量Ｇは、ヒートポンプ給湯装置１の加熱能力をＱ［ｋＷ］、第１の水冷媒熱交換器４および第２の水冷媒熱交換器５でのエンタルピー差をΔｈ［ｋＪ／ｋｇ］としたとき、次式に基づいて算出することができる。
　Ｑ＝ＧΔｈ　　　・・・（３）

　また、本実施形態では、図３に示すように、第２の吸入通路３６は、上方から下方に向かって流体を流す第１の部分３６１と、この第１の部分３６１から曲がって、側方に向かって流体を流す第２の部分３６２とを有している。第２の部分３６２の下流端は、密閉容器３１の内部に開口する。第１の部分３６１と第２の部分３６２との間には、湾曲部３６３が形成される。このような構成により、第１の部分３６１内には、管壁に沿った環状の冷凍機油の液膜が形成される。この環状の冷凍機油の液膜が第１の部分３６１を流下し、湾曲部３６３を通過するときに、遠心力が作用する。この遠心力を受けて、冷凍機油の液膜は、第２の部分３６２の下側の内壁に偏る。図５は、本実施形態の圧縮機３が備える第２の吸入通路３６の下流端付近の縦断面図である。図５に示すように、冷凍機油の液膜が第２の吸入通路３６の第２の部分３６２の下側の内壁に偏ることにより、第２の吸入通路３６の下流端から密閉容器３１内に流出した冷凍機油の液膜は、第２の吸入通路３６の下流端から密閉容器３１内に噴出する冷媒ガスの流れに衝突せずに落下することができる。それゆえ、密閉容器３１内で冷凍機油の液膜が冷媒ガスの流れによって巻き上げられて飛散することを確実に防止することができる。このため、冷媒ガスと冷凍機油との混合をより確実に抑制することができる。

　これに対し、本実施形態の構成と異なり、第２の吸入通路３６の下流端付近の内周に環状に冷凍機油の液膜が付着している場合には、第２の吸入通路３６の下流端付近の上側の内壁に付着していた冷凍機油の液膜が、第２の吸入通路３６の下流端から流出したとき、第２の吸入通路３６の下流端から噴出する冷媒ガスの流れに衝突する。このため、密閉容器３１内で冷凍機油の液膜が冷媒ガスの流れによって巻き上げられて飛散する可能性がある。

　以上の説明では、本発明の圧縮機を用いてヒートポンプ給湯装置を構成した場合の実施の形態について説明したが、本発明は、ヒートポンプ給湯装置に限らず、例えば空調装置、保冷装置など、各種の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置にも同様に適用可能である。

実施の形態２．
　次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図６は、本発明の実施の形態２の圧縮機３が備える第２の吸入通路３６の横断面図である。図６に示すように、本実施形態では、第２の吸入通路３６の内壁に、長手方向に沿った溝３６４が形成されている。本実施形態では、多数の溝３６４が並行して形成されており、第２の吸入通路３６の内周に全周に渡って溝３６４が配置されている。

　本実施の形態２では、第２の吸入通路３６の内壁に溝３６４を形成したことにより、表面張力の作用により、冷凍機油が第２の吸入通路３６の内壁に確実に捕捉される。このため、第２の吸入通路３６の中心部の冷媒ガス中に冷凍機油が飛散して噴霧化することが確実に抑制される。よって、第２の吸入通路３６の下流端から密閉容器３１内に、噴霧化した冷凍機油が流入することを確実に抑制することができる。また、溝３６４に捕捉された冷凍機油は、溝３６４に沿って円滑に流れて、第２の吸入通路３６の下流端から密閉容器３１内の下部に落下する。冷凍機油と冷媒ガスとをより確実に分離することができる。本実施形態では、このようにして、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合を抑制し、冷媒ガスと冷凍機油とを確実に分離することができる。このため、実施の形態１と同様の効果が得られる。

　本実施の形態２では、このような溝３６４を第２の吸入通路３６に形成した構成を、混合抑制手段として備えている。このため、本実施の形態２では、第２の吸入通路３６の断面積は、実施の形態１で説明した条件を満足していなくてもよい。

　図６に示す例では、溝３６４の断面形状は、略Ｖ字状をなしている。溝３６４の断面形状は、ほかに、長方形状、半円形状などでも良い。また、溝３６４は、第２の吸入通路３６の軸方向に対して完全に平行でなくてもよく、溝３６４が第２の吸入通路３６の軸方向に対してねじれ角をもって形成されていてもよい。また、本実施形態でも、実施の形態１と同様の理由から、第２の吸入通路３６は、上方から下方に向かう第１の部分３６１と、この第１の部分３６１から曲がって側方に向かう第２の部分３６２とを有していることが好ましい。

実施の形態３．
　次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図７は、本発明の実施の形態３の圧縮機３が備える第２の吸入通路３６の下流端付近の横断面図である。図８は、本発明の実施の形態３の圧縮機３が備える第２の吸入通路３６の下流端付近の縦断面図である。

　図７に示すように、本実施の形態３では、第２の吸入通路３６の内側に、内管３８が設けられている。冷媒ガスは、内管３８の内部を通過可能になっている。すなわち、内管３８は、冷媒ガスが円滑に通過可能な流路断面積を有している。冷凍機油は、第２の吸入通路３６の内壁と、内管３８の外壁との間を通過可能になっている。すなわち、第２の吸入通路３６の内壁と、内管３８の外壁との間には、冷凍機油が円滑に通過可能な流路断面積になる隙間が形成されている。本実施の形態３では、第２の吸入通路３６の内壁に、実施の形態２と同様の溝３６４が形成されており、溝３６４内を冷凍機油が通過可能になっている。

　図８に示すように、内管３８の下流端は、第２の吸入通路３６の下流端から突出している。すなわち、内管３８の下流端の位置は、第２の吸入通路３６の下流端の位置に比べて、密閉容器３１の内部に向かって突き出した位置にある。冷凍機油は、第２の吸入通路３６の下流端から流出し、密閉容器３１内の下部に落下する。冷媒ガスは、内管３８の下流端から密閉容器３１内に噴き出す。このため、第２の吸入通路３６の下流端から流出した冷凍機油が内管３８の下流端から噴出する冷媒ガスの流れに衝突することがないので、冷凍機油が冷媒ガスの流れによって巻き上げられて飛散することを確実に防止することができる。本実施の形態３では、このようにして、第２の吸入通路３６の下流端から流出した冷凍機油を、密閉容器３１内の下部に確実に落下させて分離することができる。このため、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合を抑制することができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。

　本実施の形態３では、上述したような内管３８を設けた構成を、混合抑制手段として備えている。このため、本実施形態では、第２の吸入通路３６の断面積は、実施の形態１で説明した条件を満足していなくてもよい。

　また、本実施の形態３では、第２の吸入通路３６の内壁に溝３６４を形成したことにより、第２の吸入通路３６内を流れる冷凍機油は、表面張力によって溝３６４に確実に捕捉される。このため、第２の吸入通路３６の中心部の冷媒ガス中に冷凍機油が飛散して噴霧化することを確実に抑制し、第２の吸入通路３６の内壁と内管３８の外壁との隙間に冷凍機油をより確実に導くことができる。これにより、密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合をより確実に抑制することができる。

　ただし、本実施の形態３では、第２の吸入通路３６の内壁の溝３６４は無くても良い。すなわち、第２の吸入通路３６の内壁が平滑でも良い。本実施の形態３では、第２の吸入通路３６の内壁と内管３８の外壁との間に、冷凍機油が通過可能な隙間が設けられていれば良い。本実施の形態３では、溝３６４が無い場合であっても、密閉容器３１内に流入した冷凍機油が冷媒ガスの流れに衝突することを防止することができるので、冷凍機油が冷媒ガスの流れによって巻き上げられて飛散することを確実に防止することができる。また、本実施の形態３でも、実施の形態１と同様の理由から、第２の吸入通路３６は、上方から下方に向かう第１の部分３６１と、この第１の部分３６１から曲がって側方に向かう第２の部分３６２とを有していることが好ましい。

実施の形態４．
　次に、図９を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図９は、本発明の実施の形態４の圧縮機３が備える第２の吸入通路３６の下流端付近を示す図である。

　図９に示すように、密閉容器３１内において、第２の吸入通路３６の下流端には、筒状の網状部材３９が接続されている。網状部材３９は、例えば金属材料等で構成され、第２の吸入通路３６とほぼ同じ直径を有している。第２の吸入通路３６の下流端から流出した冷凍機油は、網状部材３９に捕捉され、網状部材３９を伝って網状部材３９の下部に集まり、密閉容器３１内の下部に落下する。これにより、本実施の形態４では、第２の吸入通路３６の下流端から流出した冷凍機油が冷媒ガスの流れによって巻き上げられて飛散することを確実に防止することができる。このため、第２の吸入通路３６から密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合を抑制することができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。

　本実施の形態４では、上述したような網状部材３９を設けた構成を、混合抑制手段として備えている。このため、本実施の形態４では、第２の吸入通路３６の断面積は、実施の形態１で説明した条件を満足していなくてもよい。

　また、本実施の形態４では、第２の吸入通路３６の内壁に、実施の形態２と同様の溝３６４が形成されていることが望ましい。これにより、第２の吸入通路３６内を流れる冷凍機油は、表面張力によって溝３６４に確実に捕捉される。このため、第２の吸入通路３６の中心部の冷媒ガス中に冷凍機油が飛散して噴霧化することを確実に抑制し、冷凍機油を液膜として網状部材３９まで確実に導くことができる。これにより、密閉容器３１内に流入する冷媒ガスと冷凍機油との混合をより確実に抑制することができる。また、本実施の形態４でも、実施の形態１と同様の理由から、第２の吸入通路３６は、上方から下方に向かう第１の部分３６１と、この第１の部分３６１から曲がって側方に向かう第２の部分３６２とを有していることが好ましい。

１　ヒートポンプ給湯装置、１ａ　入水口、１ｂ　出湯口、２　タンクユニット、２ａ　貯湯タンク、２ｂ　水ポンプ、２ｃ　給湯用混合弁、３　圧縮機、４　第１の水冷媒熱交換器、５　第２の水冷媒熱交換器、６　膨張弁、７　蒸発器、８　送風機、９　高低圧熱交換器、１０，１１，１２　管、１３　給水管、１４　出湯管、１５　給水分岐管、１６　給湯管、１７，１８，１９，２０，２１　管、２３，２４，２６　水流路、２７　アキュムレータ、３１　密閉容器、３２　圧縮要素、３３　電動要素、３４　第１の吸入通路、３５　第１の吐出通路、３６　第２の吸入通路、３７　第２の吐出通路、３８　内管、３９　網状部材、５０　制御部、３２１　圧縮室、３２２　マフラー、３２３　フレーム、３３１　回転軸、３６１　第１の部分、３６２　第２の部分、３６３　湾曲部、３６４　溝

Claims (12)

1. 　密閉容器と、
   　冷媒を吸入する第１の吸入通路と、
   　前記密閉容器内に設けられ、前記第１の吸入通路から吸入された冷媒を圧縮する圧縮要素と、
   　前記圧縮要素により圧縮された冷媒を前記密閉容器外に吐出する第１の吐出通路と、
   　前記第１の吐出通路から吐出されて外部の熱交換器を経由した冷媒を前記密閉容器内に吸入する第２の吸入通路と、
   　前記第２の吸入通路から前記密閉容器内に吸入された冷媒を前記密閉容器外に吐出する第２の吐出通路と、
   　前記第２の吸入通路に設けられ、前記第２の吸入通路から前記密閉容器内に流入する冷媒と冷凍機油とが混合することを抑制する混合抑制手段と、
   　を備える圧縮機。
2. 　前記第２の吸入通路の断面積が前記第１の吐出通路の断面積に比べて大きい構成を、前記混合抑制手段として備える請求項１記載の圧縮機。
3. 　前記第２の吸入通路を通る冷媒の流速が１ｍ／秒以下になるように前記第２の吸入通路の断面積が設定された構成を、前記混合抑制手段として備える請求項１記載の圧縮機。
4. 　前記第２の吸入通路の内壁に長手方向に沿った溝が形成されている構成を、前記混合抑制手段として備える請求項１記載の圧縮機。
5. 　前記第２の吸入通路の内側に設けられた内管を、前記混合抑制手段として備え、
   　前記内管の下流端は、前記第２の吸入通路の下流端から突出しており、
   　前記内管の内部を冷媒が通過可能であり、
   　前記第２の吸入通路の内壁と前記内管の外壁との間を冷凍機油が通過可能である請求項１記載の圧縮機。
6. 　前記第２の吸入通路の下流端に接続された筒状の網状部材を、前記混合抑制手段として備える請求項１記載の圧縮機。
7. 　前記第２の吸入通路の内壁に長手方向に沿った溝が形成されている請求項５または６記載の圧縮機。
8. 　前記第２の吸入通路は、上方から下方に向かう第１の部分と、前記第１の部分から曲がって側方に向かう第２の部分とを有する請求項１乃至７の何れか１項記載の圧縮機。
9. 　前記圧縮機は、前記圧縮要素を駆動する電動要素を前記密閉容器内に備え、
   　前記第２の吸入通路から前記密閉容器内に吸入された前記冷媒は、前記電動要素を冷却した後に前記第２の吐出通路から吐出される請求項１乃至８の何れか１項記載の圧縮機。
10. 　前記冷媒の高圧側の圧力が臨界圧を超える圧力になる請求項１乃至９の何れか１項記載の圧縮機。
11. 　請求項１乃至１０の何れか１項記載の圧縮機と、
    　前記圧縮機の前記第１の吐出通路から吐出された冷媒を放熱させる第１の熱交換器と、
    　前記圧縮機の前記第２の吐出通路から吐出された冷媒を放熱させる第２の熱交換器と、
    　を備える冷凍サイクル装置。
12. 　請求項１乃至１０の何れか１項記載の圧縮機と、
    　前記圧縮機の前記第１の吐出通路から吐出された冷媒と水との熱交換を行う第１の水冷媒熱交換器と、
    　前記圧縮機の前記第２の吐出通路から吐出された冷媒と水との熱交換を行う第２の水冷媒熱交換器と、
    　を備えるヒートポンプ給湯装置。

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