(57)【要約】  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。
2010137274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３３３３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図２】図１に示す配管分岐部の拡大断面図
【図３】各圧縮機と配管分岐部との好適な位置関係を示す概略図
【図４】配管分岐部の他の構成を示す概略図
【図５】変形例に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図６Ａ】吸入管に設けられた弁の閉鎖時における断面図
【図６Ｂ】吸入管に設けられた弁の開放時における断面図
【図７】複数の圧縮機を備えた従来の冷凍サイクル装置の配管構造の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、配管分岐部３０の構成をさらに詳細に説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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