(57)【要約】【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。【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、冷媒配管１５１〜１５６、１６と、圧力低下要素２６、１５ｂと、油排出管３２とを有する。冷媒配管１５１〜１５６、１６は、低段圧縮機２１で圧縮され、吐出された冷媒を、高段圧縮機２３の吸入部分に導入する。圧力低下要素２６、１５ｂは、中間圧冷媒配管１５１〜１５６、１６の途中に配置されている。油排出管３２は、低段圧縮機２１の油を排出する。油排出管３２は、低段圧縮機２１と、圧力低下要素２６、１５ｂよりも下流側の冷媒配管と、を接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記低段圧縮機で圧縮され、吐出された冷媒を、前記高段圧縮機の吸入部分に導入する冷媒配管（１５１〜１５６、１６）と、
前記冷媒配管の途中に配置された圧力低下要素（２６、１５ｂ）と、
前記低段圧縮機の油を排出する油排出管であって、前記低段圧縮機と、前記圧力低下要素よりも下流側の前記冷媒配管と、を接続する油排出管（３２）と、
を備えた、
多段圧縮システム。
【請求項２】
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を収容する容器（３０）と、
を有し、
前記油排出管は、前記容器の前記モータより下かつ前記圧縮部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。
【請求項３】
前記圧力低下要素は、
前記低段圧縮機で吐出された冷媒を、前記高段圧縮機に吸入する前に冷却するインタークーラ（２６）である、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項４】
前記圧力低下要素は、
中間圧の前記冷媒を前記冷媒配管に注入する中間インジェクション通路の合流部分（１５ｂ）である、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項５】
前記圧力低下要素は、
前記低段圧縮機で吐出された冷媒を、前記高段圧縮機に吸入する前に冷却するインタークーラと、
中間圧の前記冷媒を前記冷媒配管に注入する中間インジェクション通路の合流部分とである、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項６】
前記冷媒は、二酸化炭素を主成分とする冷媒であり、
前記油は、二酸化炭素と非相溶な冷媒である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の多段圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
冷媒と油を利用する多段圧縮システム。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、低段側油抜き通路を高段側のアキュムレータの下流で、高段側圧縮機の吸入側に接続している。また、インタークーラや中間インジョクションの冷媒合流点については、特に考慮されていない。しかし、低段側の冷媒吐出部から高段側の冷媒吸入部にいたる冷媒配管においては、インタークーラや中間インジョクションの冷媒合流点のような圧力低下要素を設けた場合、冷媒配管に圧力の低下が生じる。したがって、油抜き通路の接続位置によって、油抜き通路を通過する冷媒、油量が変動するため、低段圧縮機の油量も変動する。そこで、圧力低下要素を設けた場合には、油抜き通路の冷媒配管への接続位置を、低段圧縮機の油量に応じて適宜に選択する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、冷媒配管と、圧力低下要素と、油排出管とを有する。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。冷媒配管は、低段圧縮機で圧縮され、吐出された冷媒を、高段圧縮機の吸入部分に導入する。圧力低下要素は、冷媒配管の途中に配置されている。油排出管は、低段圧縮機の油を排出する。油排出管は、低段圧縮機と、圧力低下要素よりも下流側の冷媒配管と、を接続する。
【０００６】
第１観点の多段圧縮システムは、油排出管が低段圧縮機と、圧力低下要素よりも下流側の冷媒配管と、が接続されているので、油排出管が排出する油量が大きくなり、低段圧縮機の油量が多くなりすぎるのを制御できる。
【０００７】
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、低段圧縮機は、圧縮部と、モータと、容器と、を有している。圧縮部は、ロータリー式である。圧縮部には、圧縮室が形成されている。圧縮室で、冷媒を圧縮する。モータは、圧縮部を駆動する。モータは、圧縮部よりも上に配置される。容器は、圧縮部とモータを収容する。油排出管は、容器の、モータより下、圧縮室よりも上に、接続されている。なお、低段圧縮機が高さの違う２以上の圧縮室を有するときは、ここで言う圧縮室は、最も下側の圧縮室を意味する。
【０００８】
第２観点の多段圧縮システムは、油排出管が、容器の圧縮室より上、モータより下の位置に接続されているため、低段圧縮機の過剰の油を過不足なく、低段圧縮機から排出することができる。
【０００９】
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、圧力低下要素は、インタークーラである。インタークーラは、低段圧縮機で吐出された冷媒を、高段圧縮機に吸入する前に冷却する。
【００１０】
第３観点の多段圧縮システムは、油排出管が、低段圧縮機と、インタークーラよりも下流側の冷媒配管と、が接続されているので、油排出管が排出する油量が多くなり、低段圧縮機の油量が適量に制御できる。
【００１１】
第４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、圧力低下要素は、中間インジェクション通路の合流部分である。中間インジェクション通路の合流部分は、低段圧縮機で吐出された冷媒を、高段圧縮機に吸入する前に冷却する。
【００１２】
第４観点の多段圧縮システムは、油排出管が、低段圧縮機と、中間インジェクション通路の合流部分よりも下流側の冷媒配管と、が接続されているので、油排出管が排出する油量が多くなり、低段圧縮機の油量が適量に制御できる。
【００１３】
第５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、圧力低下要素は、インタークーラ、および、中間インジェクション通路の合流部分である。インタークーラは、低段圧縮機で吐出された冷媒を、高段圧縮機に吸入する前に冷却する。中間インジェクション通路の合流部分は、低段圧縮機で吐出された冷媒を、高段圧縮機に吸入する前に冷却する。
【００１４】
第５観点の多段圧縮システムは、油排出管が、低段圧縮機と、インタークーラ、および、中間インジェクション通路の合流部分よりも下流側の冷媒配管と、が接続されているので、油排出管が排出する油量がより多くなり、低段圧縮機の油量が適量に制御できる。
【００１５】
第６観点の多段圧縮システムは、第１観点〜第５観点のいずれかのシステムであって、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。
【００１６】
第６観点の多段圧縮システムは、冷媒と油が非相溶であるため、低段圧縮機の油たまりにおいて、冷媒と油が上下に分離しやすく、余剰の冷媒を主として、油排出管から排出しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の冷凍装置１の冷媒回路図。
【図２】第１実施形態の低段圧縮機２１の縦断面図。
【図３】第１実施形態の低段圧縮機２１のＡＡ断面図
【図４】第１実施形態の低段圧縮機２１のＢＢ断面図
【図５】第１実施形態の低段圧縮機２１のＣＣ断面図
【図６】変形例１Ｃの冷凍装置１の冷媒回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜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。
【００１９】
本実施形態の冷凍装置１の冷媒回路は、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１５１〜１５３を流れ、第２アキュムレータ２４に達する。
【００２７】
インタークーラ２６は、中間圧冷媒配管１５１、１５２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。
【００２８】
また、中間圧冷媒配管の合流部分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１５２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１５２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１５２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。
【００２９】
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１５３を接続する。油排出管３２は、低段圧縮機の油溜まりに溜まった過剰の油のみならず油溜まり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１５３との接続部分は、中間インジェクション通路の合流部分１５ｂよりも下流で、かつ、第２アキュムレータ２４の吸入部分よりも上流である。
【００３０】
配管１５３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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
なお、本実施形態の油（冷凍機油）は、ＣＯ２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。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、本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。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に戻してもよい。
【００３８】
（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。
【００３９】
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の部品は記載されていない。
【００４０】
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。
【００４１】
（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（図示せず）となっている。
【００４２】
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。
【００４３】
（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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
第１ピストン５６は、円環部５６ａとブレード５６ｂを有する。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【００６１】
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を用いている。ロータリー式圧縮部は、ブレードの代わりにベーンを用い、ベーンとピストンが別体となったものを用いてもよい。
【００６２】
（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。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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、油戻し管３１の内径は、たとえば、１０ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。
【００６６】
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。
【００６７】
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を別途設ける意義が損なわれる。
【００６８】
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、油溜まりの油面の高さ調整が容易になる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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、中間圧冷媒配管１５１〜１５３、１６と、圧力低下要素と、油排出管３２とを有するシステムである。中間圧冷媒配管１５１〜１５３、１６は、低段圧縮機２１で圧縮され、吐出された冷媒を、高段圧縮機２３の吸入部分に導入する。圧力低下要素は、冷媒配管１５１〜１５３の途中に配置されている。圧力低下要素は、中間圧冷媒配管を流れる冷媒の圧力を低下させる。油排出管３２は、低段圧縮機２１の過剰の油または液冷媒を排出する。油排出管３２は、低段圧縮機２１と、圧力低下要素よりも下流側の中間圧冷媒配管１５３と、を接続する。
【００７８】
本実施形態においては、圧力低下要素は、インタークーラ２６、または、中間インジェクション通路の合流部分１５ｂ、またはその両方である。インタークーラ２６は、冷媒自体の温度と圧力を低下させる。中間インジェクション通路の合流部分１５ｂにおいては、中間インジェクション配管１２を流れる比較的低温、低圧の冷媒が、中間圧冷媒配管１５２を流れる冷媒に合流するため、中間圧冷媒配管１５２を流れる冷媒の圧力が低下する。
【００７９】
本実施形態の多段圧縮システム２０は、中間圧冷媒配管の途中の、圧力低下要素よりも下流部分に、油排出管３２が接続されている。中間圧冷媒配管１５３内の圧力は、圧力低下要素により低下しているために、低段圧縮機内との圧力差は大きくなり、多くの冷媒または油が迅速に油排出管３２より排出される。これによって、低段圧縮機の油量を、適切に制御できる。
【００８０】
（３−２）
本実施形態の多段圧縮システム２０においては、油排出管３２は、圧縮室７２よりも上、モータ４０よりも下の前記容器３０に接続されている。なお、本実施形態においては、低段圧縮機２１は２シリンダタイプの圧縮機であり、圧縮室は、第１圧縮室７１と第２圧縮室７２の２つがある。このような場合に圧縮室と言う場合には、第２圧縮室７２を指すこととする。
【００８１】
本実施形態の多段圧縮システム２０は、油排出管３２が、容器３０の圧縮室７２より上、モータ４０より下の位置に接続されているため、低段圧縮機２１の過剰の油を過不足なく、低段圧縮機から排出することができる。このため、低段圧縮機の油量の制御をより迅速に行うことができる。
【００８２】
（３−３）
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。
【００８３】
このような非相溶な油と、二酸化炭素冷媒との混合液では、冷凍装置１を通常の温度条件（−２０℃以上）で運転するとき、比重の関係で、油が下で、冷媒が上になる。
【００８４】
そうすると、低段圧縮機２１の油溜まりにおいて、液冷媒が上方に集まりやすく、油排出管３２での余分な液冷媒の排出が容易になる。
【００８５】
（３−４）
本実施形態の多段圧縮システム２０は、さらに、油戻し管３１を有している。油戻し管３１は、高段圧縮機２３で排出された油を、低段圧縮機２１に戻す。
【００８６】
本実施形態の多段圧縮システム２０は、油排出管３２と油戻し管３１とを両方とも有しているため、低段圧縮機２１の油量の制御を円滑に行うことができる。
【００８７】
（４）変形例
（４−１）変形例１Ａ
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１５１〜１５３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通路の合流部分１５ｂを備えていた。変形例１Ａの多段圧縮システム２０においては、中間圧冷媒配管にインタークーラ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１Ａ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。油排出管３２は、第１実施形態と同様に、中間圧冷媒配管の間のインタークーラ２６の下流に接続されている。
【００８８】
また、変形例１Ａとは逆に、多段圧縮システム２０は、中間圧冷媒配管に中間インジェクション通路の合流部分１５ｂを備えているのみで、インタークーラ２６は備えていない場合も本開示は有効である。
【００８９】
（４−２）変形例１Ｂ
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１Ｂ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。
【００９０】
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（３−１）〜（３−４）を有する。
【００９１】
また、変形例１Ｂとは逆に、多段圧縮システム２０は、中間インジェクション配管１２の上流部分に、エコノマイザ熱交換器７を備えているのみで、レシーバ６は備えていない場合も本開示は有効である。
【００９２】
（４−３）変形例１Ｃ
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１５１〜１５３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通路の合流部分１５ｂを備えていた。変形例１Ｅの多段圧縮システム２０は、図６に示すように、中間圧冷媒配管１５４〜１５６の上流側に中間インジェクション通路の合流部分１５ｂ、下流側にインタークーラ２６を備えている。油排出管３２は、中間圧冷媒配管１５６上の中間インジェクション通路の合流部分１５ｂの下流に接続されている。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００９３】
変形例１Ｃ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（３−１）〜（３−４）を有する。
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
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
１５１〜１５６、１６      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
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９６】
【特許文献１】特開2008-261227号公報
【図１】
2020094761.tif 000003
【図２】
2020094761.tif 000004
【図３】
2020094761.tif 000005
【図４】
2020094761.tif 000006
【図５】
2020094761.tif 000007
【図６】
2020094761.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月24日(2019.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記低段圧縮機で圧縮され、吐出された冷媒を、前記高段圧縮機の吸入部分に導入する冷媒配管（１５１〜１５６、１６）と、
前記冷媒配管の途中に配置された圧力低下要素（２６、１５ｂ）と、
前記低段圧縮機の油を排出する油排出管であって、前記低段圧縮機と、前記圧力低下要素よりも下流側の前記冷媒配管と、を接続する油排出管（３２）と、
を備えた、
多段圧縮システム。
【請求項２】
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を収容する容器（３０）と、
を有し、
前記油排出管は、前記容器の前記モータより下かつ前記圧縮部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。
【請求項３】
前記圧力低下要素は、
前記低段圧縮機で吐出された冷媒を、前記高段圧縮機に吸入する前に冷却するインタークーラ（２６）である、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項４】
前記圧力低下要素は、
中間圧の前記冷媒を前記冷媒配管に注入する中間インジェクション通路の合流部分（１５ｂ）である、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項５】
前記圧力低下要素は、
前記低段圧縮機で吐出された冷媒を、前記高段圧縮機に吸入する前に冷却するインタークーラと、
中間圧の前記冷媒を前記冷媒配管に注入する中間インジェクション通路の合流部分とである、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項６】
前記冷媒は、二酸化炭素を主成分とする油であり、
前記油は、二酸化炭素と非相溶な油である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の多段圧縮システム。
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月8日(2020.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記低段圧縮機で圧縮され、吐出された冷媒を、前記高段圧縮機の吸入部分に導入する冷媒配管（１５１〜１５６、１６）と、
前記冷媒配管の途中に配置された圧力低下要素（２６、１５ｂ）と、
前記圧力低下要素より下流側で、前記高段圧縮機より上流側に配置されたアキュムレータ（２４）と、
前記低段圧縮機の油を排出する油排出管であって、前記低段圧縮機と、前記圧力低下要素よりも下流側で前記アキュムレータよりも上流側の前記冷媒配管と、を接続する油排出管（３２）と、
を備えた、
多段圧縮システム。
【請求項２】
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を収容する容器（３０）と、
を有し、
前記油排出管は、前記容器の前記モータより下かつ前記圧縮部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。
【請求項３】
前記圧力低下要素は、
前記低段圧縮機で吐出された冷媒を、前記高段圧縮機に吸入する前に冷却するインタークーラ（２６）である、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項４】
前記圧力低下要素は、
中間圧の前記冷媒を前記冷媒配管に注入する中間インジェクション通路の合流部分（１５ｂ）である、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項５】
前記圧力低下要素は、
前記低段圧縮機で吐出された冷媒を、前記高段圧縮機に吸入する前に冷却するインタークーラと、
中間圧の前記冷媒を前記冷媒配管に注入する中間インジェクション通路の合流部分とである、
請求項１または２に記載の多段圧縮システム。
【請求項６】
前記冷媒は、二酸化炭素を主成分とする冷媒であり、
前記油は、二酸化炭素と非相溶な油である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の多段圧縮システム。