(57)【要約】【課題】  冷凍回路内に潤滑油が偏って偏在する現象が生じないようにして、膨張機で過膨張現象が発生した場合は、的確に対応することのできる冷媒回路を提供する。【解決手段】  圧縮機２と、放熱器３と、膨張機４と、油分離器５と、吸熱器６とを順次接続するとともに、前記油分離器５と前記膨張機４との間に、第一油流量調整弁１２を備えた第一油戻し路７を設け、前記油分離器５の潤滑油溜まり５ａと、前記圧縮機２の潤滑油溜まり２ｂとの間に、第二油流量調整弁９を備えた第二油戻し路８を設ける。第一圧力センサ１０と第二圧力センサ１１との検出値の差が所定範囲外の場合は、第一油流量調整弁１２の弁開度を調整して、油分離器５から膨張機４に潤滑油を送出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、放熱器と、潤滑油により膨張体積を可変させる膨張機と、吸熱器とを順次接続するとともに、油流量調整弁を備えた油戻し路により前記膨張機と接続された油分離器を配置し、前記油戻し路を介して前記油分離器で分離された潤滑用の潤滑油を、前記膨張機に還流させる冷媒回路において、
前記膨張機の上流側の冷媒圧力と、下流側の冷媒圧力とに応じて、潤滑油供給時と異なるように前記油流量調整弁の弁開度を調整してなることを特徴とする冷媒回路。
【請求項２】
圧縮機と、放熱器と、潤滑油により膨張体積を可変させる膨張機と、吸熱器とを順次接続するとともに、油流量調整弁を備えた油戻し路により前記膨張機と接続された油分離器を配置し、前記油戻し路を介して前記油分離器で分離された潤滑用の潤滑油を、前記膨張機に還流させる冷媒回路において、
前記膨張機の下流側に、冷媒の流動方向を検出する流動方向検出器を設け、同流動方向検出器で冷媒の逆流が検出された際、潤滑油供給時と異なるように前記油流量調整弁の弁開度を調整してなることを特徴とする冷媒回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張機を備えた冷媒回路に係わり、より詳細には、油分離器で分離された潤滑油が、的確に膨張機に供給されるようにした構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
膨張機を備えた従来の冷媒回路は、例えば図６で示すように、圧縮機５１と、油分離器５２と、放熱器５３と、膨張機５４と、吸熱器５５と、気液分離器５６とを順次接続して構成されている。前記圧縮機５１と放熱器５３との間に配置された油分離器５２は、圧縮機５１から吐出された冷媒に含有される潤滑油を冷媒から分離させるようになっている。前記油分離器５２からは、冷媒から分離された潤滑油を前記圧縮機５１に戻す潤滑油戻し管５８と、前記膨張機５４に送出する潤滑油送り管５７とが導出されており、これら潤滑油戻し管５８及び潤滑油送り管５７には、夫々、可変の絞り手段が設けられている。また、前記圧縮機５１と前記膨張機５４は、点線で示すように一体化されて構成されており、所謂、レシプロタイプの圧縮膨張機を構成している。
【０００３】
前記圧縮機２１により、臨界圧力以上に圧縮された高温高圧の冷媒は、前記油分離器５２により含有する潤滑油を分離された後、前記放熱器５３に流入し冷却される。続いて、前記膨張機５４において膨張して低温低圧となった冷媒は、前記吸熱器５５において熱を吸収し、前記気液分離器５６を経て前記圧縮機５１に還流するようになっている。
【０００４】
前記油分離器５２で冷媒と分離された潤滑油は，その一部が前記潤滑油戻し管５８を通り、前記圧縮機５１の吸入側に戻され、同圧縮機５１の摺動部等を潤滑するようになっている。また、分離された潤滑油は前記潤滑油送り管５７を通り、前記膨張機５４に供給され、摺動部等を潤滑するようになっている。
【特許文献１】特開２００１−１４１３１５号（５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような冷媒回路において、油分離器で分離された潤滑油を用いて、膨張機の膨張比を変更し、過膨張現象対策とすることができるとともに、分離された潤滑油を適正に圧縮機と膨張機の摺動部等に供給できるようにした冷媒回路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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、圧縮機と、放熱器と、潤滑油により膨張体積を可変させる膨張機と、吸熱器とを順次接続するとともに、油流量調整弁を備えた油戻し路により前記膨張機と接続された油分離器を配置し、前記油戻し路を介して前記油分離器で分離された潤滑用の潤滑油を前記膨張機に還流させる冷媒回路において、前記膨張機の上流側の冷媒圧力と、下流側の冷媒圧力とに応じて、潤滑油供給時と異なるように前記油流量調整弁の弁開度を調整してなる構成となっている。
【０００７】
また、圧縮機と、放熱器と、潤滑油により膨張体積を可変させる膨張機と、吸熱器とを順次接続するとともに、油流量調整弁を備えた油戻し路により前記膨張機と接続された油分離器を配置し、前記油戻し路を介して前記油分離器で分離された潤滑用の潤滑油を前記膨張機に還流させる冷媒回路において、前記膨張機の下流側に、冷媒の流動方向を検出する流動方向検出器を設け、同流動方向検出器で冷媒の逆流が検出された際、潤滑油供給時と異なるように前記油流量調整弁の弁開度を調整してなる構成となっている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、膨張機の上流側と下流側との圧力差が所定範囲外となった場合は、油分離器と膨張機を結ぶ第一油戻し路に備えられた油流量調整弁の弁開度を調整し、前記油分離器から前記膨張機に潤滑油が送出されることにより、膨張機での過膨張現象を的確に抑制し、また油分離器からの潤滑油の分配を適正に行える冷媒回路とすることができるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の第一実施例による冷媒回路の説明図であり、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は同冷媒回路に設けられた膨張機の断面図である。図３は油分離器の断面図であり、図４は第二実施例での冷媒回路の説明図である。また、図５は第三実施例での冷媒回路の説明図である。
【００１１】
本発明による第一実施例での冷媒回路１は、図１で示すように、圧縮機２と、放熱器３と、膨張機４と、油分離器５と、吸熱器６とを順次接続するとともに、前記油分離器５と前記膨張機４とを結び、第一油流量調整弁１２を備えた第一油戻し路７と、前記油分離器５と前記圧縮機２の潤滑油溜まり２ｂとを結び、第二油流量調整弁９を備えた第二油戻し路８とで構成されている。同冷媒回路１には、例えば、臨界圧力以上で作動する自然冷媒としての二酸化炭素冷媒が循環するようになっている。前記圧縮機２はスクロール圧縮機、あるいはロータリー圧縮機で構成され、前記放熱器３と、前記吸熱器６とは、平行して並べられた多数のフィンと、同フィンに直交するように配設された蛇行状のチューブとからなる、所謂クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。
【００１２】
また、前記放熱器３と前記膨張機４との間には冷媒の圧力を検出する第一圧力センサ１０が、前記油分離器５と、前記吸熱器６との間には冷媒の圧力を検出する第二圧力センサ１１が設けられ、これら第一圧力センサ１０と、第二圧力センサ１１と、第一油流量調整弁１２とは信号線１０ａ、１１ａ、１２ａにより制御部１３に接続されている。尚、前記第一圧力センサ３７と第二圧力センサ３８で冷媒圧力を検出しているが、温度センサを用いて、検出した冷媒温度から冷媒圧力を算出するようにしてもよい。
【００１３】
前記圧縮機２で圧縮され、高温高圧となった二酸化炭素冷媒は、前記放熱器３に流入し、同放熱器３で熱を放出して冷却される。熱を放出して冷却された冷媒は、前記膨張機４に流入し、同膨張機４内で膨張して低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記油分離器５を経て前記吸熱器６に流入し、同吸熱器６で熱を吸収して加熱された後、前記圧縮機２に還流するようになっている。また、前記膨張機４内で膨張した冷媒は、膨張するエネルギにより、同膨張機４に設けられた後述する動力回収シャフト１７を回転駆動させるようになっている。
【００１４】
前記圧縮機２のシェル内部は、上部が圧縮機構部２ａ、下部が潤滑油溜まり２ｂとなっており、シェル内部は冷媒回路１の低圧側圧力と同等な所謂、低圧シェルタイプとして構成されている。これにより前記潤滑油溜まり２ｂに貯留された潤滑油には高圧の圧力が掛からないようになっている。
【００１５】
前記油分離器５は、流入してくるガス状冷媒と、同ガス状冷媒に粒子状となって含有される潤滑油とを分離し、分離された潤滑油は、内部に形成された油貯留部５ｃに貯留されるようになっている。貯留された潤滑油は適宜、前記第一油戻し路７により前記膨張機４に還流され、また、前記第二油戻し路８により前記圧縮機２に還流されるようになっている。また、第二油流量調整弁９を備えた前記第二油戻し路８は、前記油分離器５と、前記圧縮機２の潤滑油溜まり２ｂとを接続するようになっている。前記第二油流量調整弁９は、前記油分離器５で分離された潤滑油が、過剰に前記圧縮機２に送出されないよう油量を調節するようになっている。また、上記したように、前記圧縮機２はシェル内部が冷媒回路１の低圧側圧力と同等な所謂、低圧シェルタイプとして構成されていることにより、前記油分離器５内の圧力とほぼ同等となり、前記油分離器５から前記圧縮機２への潤滑油の送出は、ポンプを用いず、高低差を利用して送出することもできるようになっている。
【００１６】
前記油分離器５で冷媒から分離した潤滑油を前記第一油戻し路７により前記膨張機４に還流させ、同膨張機４の摺動部に潤滑油を供給することにより、摺動部における焼付等を的確に防止することができるようになっている。また、第二油流量調整弁９を備えた前記第二油戻し路８により、前記油分離器５の油貯留部５ｃと、前記圧縮機２の潤滑油溜まり２ｂとを接続することにより、適切な量の潤滑油を、常時、前記圧縮機２に還流させ、冷媒回路１での潤滑油の偏在をなくして安定した運転を行えるようになっている。
【００１７】
また、前記膨張機４で、過膨張現象が発生した際は、前記第一油戻し路７により前記膨張機４に還流した潤滑油が、後述するように膨張室にインジェクションされるようになっており、これにより過膨張現象を抑制して前記膨張機４でのエネルギ回収運転を効率よく行うことができるようになっている。
【００１８】
前記膨張機４は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の断面図で示すように、円筒状に形成されたケーシング１４と、同ケーシング１４内の上部に形成された膨張機構部４ａとからなり、ケーシング１４の中央部に、回動自在に軸支された動力回収シャフト１７を設けている。前記膨張機構部４ａは、円筒状の内部空間を有するシリンダ１５と、前記動力回収シャフト１７に連結され、前記シリンダ１５内を公転運動する偏心ロータ１６とからなっている。同偏心ロータ１６は、楕円形状のクランク部１８を介して前記動力回収シャフト１７に連結されており、前記動力回収シャフト１７に対して偏心して軸支されることにより、外周面一端を前記シリンダ１５の内壁面に摺接させながら公転運動するようになっている。
【００１９】
また、前記ケーシング１４には、外方に突出してベーン収納部２４が形成されている。同ベーン収納部２４内には、先端部を前記偏心ロータ１６の外周面に当接させ、且つ摺接させる前後進退自在に支持されたベーン２５と、同ベーン２５の後面と、前記ベーン収納部２４の奥壁との間に設けられ、前記ベーン２５を前記偏心ロータ１６の外周面に押圧する押圧手段としてのスプリング２６とが設けられている。また、開閉弁２２を備え、高圧の冷媒を導入する流入ポート２１と、膨張し低圧となった冷媒を導出する吐出ポート２３とが設けられており、これら流入ポート２１と吐出ポート２３とは、前記ベーン２５を挟んで配設されている。
【００２０】
前記ベーン２５の側面と、前記偏心ロータ１６の外周面と、前記シリンダ１５の内壁面とで囲まれる空間には膨張室２０が形成されるようになっており、前記流入ポート２１から前記膨張室２０に流入した高圧の冷媒は、膨張する膨張エネルギで前記偏心ロータ１６を反時計廻りに公転駆動させ、これに連結された前記動力回収シャフト１７を回転させるようになっている。そして前記膨張室２０の容積が、前記偏心ロータ１６の回転に伴って増大するにつれ、膨張し低圧の冷媒となる。膨張し低圧となった冷媒は前記流出ポート２３から流出するようになっている。
【００２１】
前記偏心ロータ１６に連結された前記動力回収シャフト１７は、例えば、その一端を発電機等に接続されており、前記偏心ロータ１６が、膨張する冷媒のエネルギにより公転運動し、これに伴い前記動力回収シャフト１７が回転駆動されると、これに接続された発電機等が発電作用を行なうようになっている。これにより、従来の膨張弁と異なって冷媒の膨張エネルギを有効に利用し、エネルギ効率を高めることができるようになっている。
【００２２】
前記動力回収シャフト１７の軸芯には、逆止弁２７を備えた油供給路１７ａが穿設されている。また、前記偏心ロータ１６には、前記油供給路１７ａと、前記膨張室２０とを連通させる油インジェクション孔１９が穿設されている。また、前記ケーシング１４の下部には、前記第一油戻し路７に接続され、また、前記油供給路１７ａに連結された油導入パイプ７ａが設けられている。前記逆止弁２７は、前記膨張室２０が高圧になっても前記油供給路１７ａ及び前記油インジェクション孔１９内での潤滑油の逆流を防止するようになっている。
【００２３】
前記冷媒回路１は、外気温度の変動など影響により冷媒の状態が変化する。これに伴って前記膨張機４での前記膨張室２０の膨張比が当初の設計膨張比と異なる場合が生じる。前記膨張機４の膨張比が設計膨張比よりも大きくなると、前記膨張室２０の圧力が前記冷媒回路１の低圧側圧力よりも低くなる状態が生じ、所謂、過膨張現象が発生することとなる。過膨張現象が発生すると、前記膨張機４でのエネルギ回収効率の低下を招くこととなる。
【００２４】
前記膨張室２０で過膨張現象が発生した場合、前記油分離器５から供給され、前記動力回収シャフト１７の油供給路１７ａに吸入された潤滑油が、前記油インジェクション孔１９を介して前記膨張室２０にインジェクションされるようになっている。潤滑油が前記膨張室２０にインジェクションされることにより、同膨張室２０の容積がインジェクションされた潤滑油量に応じて減少し、冷媒の圧力が再び上昇して過膨張現象を抑制することができるようになっている。
【００２５】
前記油分離器５は、冷媒に混入している潤滑油を分離するためのものであり、図３の断面図で示すように、冷媒流入管１ａと冷媒流出管１ｂとを接続したシェル５ａと、同シェル５ａ内に設けられた油分離機構５ｂと、分離された潤滑油を貯留する油貯留部５ｃとからなり、同油貯留部５ｃには、前記第一油戻し路７と、前記第二油戻し路８とが接続されている。前記冷媒流入管１ａから流入した冷媒は、含有する潤滑油を前記油分離機構５ｂに設けられた、例えばフィルタ等により分離され、前記冷媒流出管１ｂから流出していくようになっている。また、分離された潤滑油は前記油分離機構５ｂから前記油貯留部５ｃに落下して貯留され、前記第一油戻し路７と、前記第二油戻し路８とから前記膨張機４と前記圧縮機２とに送出されるようになっている。
【００２６】
次に、前記油分離器５からの潤滑油の供給について説明する。図１において、通常時は、前記第一油戻し路７と、前記第二油戻し路８とを介して、前記油分離器５から前記圧縮機２と前記膨張機４とに分離された潤滑油が適宜、還流されるようになっており、前記膨張機４に対しては摺動部の潤滑に必要な量の潤滑油が送出されるようになっている。運転継続中、前記放熱器３と前記膨張機４との間に設けられた前記第一圧力センサ１０の冷媒圧力検出値と、前記油分離器５と前記吸熱器６との間に設けられた第二圧力センサ１１の冷媒圧力検出値との差が所定範囲内であるならば、前記制御部１３は前記膨張機４での膨張過程が正常であると判定し、通常時の状態が維持されるようになっている。しかしながら、前記第二圧力センサ１１の冷媒圧力検出値が急激に低下し、前記第一圧力センサ１０の冷媒圧力検出値と、第二圧力センサ１１の冷媒圧力検出値との差が所定範囲外となった場合は、前記制御部１３は、前記膨張機４で過膨張現象が発生したと判断し、前記油流量調整弁１２の弁開度を調整するようになっている。これにより、前記油分離器５から前記膨張機４に送出される潤滑油量が増加されるようになっている。上記したように、増加して送出された潤滑油が前記膨張室２０にインジェクションされることにより過膨張現象を的確に抑制することができるようになっており、これにより過膨張現象を極力防止して、円滑な運転を継続することができるようになっている。尚、前記油分離器５から前記膨張機４への潤滑油送出は、高低差を利用するか、図示はしていないが、前記第一油戻し路７に小型のポンプを設けてもよい。
【実施例２】
【００２７】
次に、第二実施例について説明する。第二実施例による冷媒回路２８は、図４で示すように、圧縮機２と、油分離器５と、放熱器３と、膨張機４と、吸熱器６とを順次接続するとともに、前記油分離器５と前記膨張機４とを結び、油流量調整弁３１を備えた第一油戻し路３０と、前記油分離器５と前記圧縮機２とを結ぶ第二油戻し路２９とで構成されている。また、第一実施例と同様に、前記放熱器３と前記膨張機４との間には冷媒の圧力を検出する第一圧力センサ１０が、前記膨張機４と、前記吸熱器６との間には冷媒の圧力を検出する第二圧力センサ１１が設けられ、これら第一圧力センサ１０と、第二圧力センサ１１と、前記油流量調整弁３１とは信号線１０ａ、１１ａ、３１ａにより制御部１３に接続されている。
【００２８】
前記第一圧力センサ１０の冷媒圧力検出値と、前記第二圧力センサ１１の冷媒圧力検出値との差が所定範囲内であるならば、前記制御部１３は前記膨張機４での膨張過程が正常であると判定する。しかし、前記第一圧力センサ１０と、第二圧力センサ１１の圧力検出値との差が所定範囲外となった場合は、前記制御部１３は、前記油流量調整弁３１の弁開度を調整し、前記油分離器５から前記膨張機４に送出される潤滑油量が増加されるようになっている。増加して送出された潤滑油は、膨張機４の膨張室にインジェクションされることにより膨張室での過膨張現象を的確に抑制することができるようになっている。これにより円滑な運転を継続することができるようになっている。尚、冷媒圧力の替わりに冷媒温度で、過膨張現象を検出するようにしても良い。尚、前記油分離器５から前記膨張機４への潤滑油送出は、油分離器５が高圧側に位置するため、圧力差を利用して送出することができるようになっている。
【実施例３】
【００２９】
次に、第三実施例について説明する。第三実施例での冷媒回路３２は、図５で示すように、第一実施例での冷媒回路と同等に、圧縮機２と、放熱器３と、膨張機４と、油分離器５と、吸熱器６とを順次接続するとともに、前記油分離器５と前記膨張機４とを結ぶ第一油戻し路７と、前記油分離器５と前記圧縮機２とを結び、第二油流量調整弁９を備えた第二油戻し路８とを設けている。また、前記膨張機４と前記油分離器５との間には冷媒の流動方向を検出する流動方向検出器３３が設けられるとともに、前記第一油戻し路７には第一油流量調整弁１２が設けられている。
【００３０】
前記膨張機４で過膨張現象が発生すると、同膨張機４の流出側圧力が低下し、これによる冷媒の逆流現象が発生する。逆流現象が発生すると、前記流動方向検出器３３がこれを検知し、制御部１３に検出信号を送出するようになっている。前記制御部１３は、前記膨張機４で過膨張現象が発生したと判断し、前記第一油流量調整弁１２の弁開度を調整し、前記油分離器５から前記膨張機４に潤滑油を送出するようになっている。尚、前記油分離器５から前記膨張機４への潤滑油送出は、高低差を利用するか、図示はしていないが、前記第一油戻し路７に小型のポンプを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による第一実施例での冷媒回路の説明図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は冷媒回路に設けられた膨張機の断面図である
【図３】油分離器の断面図である。
【図４】第二実施例での冷媒回路の説明図である。
【図５】第三実施例での冷媒回路の説明図である。
【図６】従来の冷媒回路図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  冷媒回路
１ａ  冷媒流入管
１ｂ  冷媒流出管
２  圧縮機
２ａ  圧縮機構部
２ｂ  潤滑油溜まり
３  放熱器
４  膨張機
４ａ  膨張機構部
５  油分離器
５ａ  シェル
５ｂ  油分離機構
５ｃ  油貯留部
６  吸熱器
７  第一油戻し路
７ａ  油導入パイプ
８  第二油戻し路
９  第二油流量調整弁
１０  第一圧力センサ
１１  第二圧力センサ
１２  第一油流量調整弁
１０ａ、１１ａ、１２ａ  信号線
１３  制御部
１４  ケーシング
１５  シリンダ
１６  偏心ロータ
１７  動力回収シャフト
１７ａ  油供給路
１８  クランク部
１９  油インジェクション孔
２０  膨張室
２１  流入ポート
２２  開閉弁
２３  吐出ポート
２４  ベーン収納部
２５  ベーン
２６  スプリング
２７  逆止弁
２８  冷媒回路
２９  第二油戻し路
３０  第一油戻し路
３１  油流量調整弁
３１ａ  信号線
３２  冷媒回路
３３  流動方向検出器
【図１】
2008157583.tif 000003
【図２】
2008157583.tif 000004
【図３】
2008157583.tif 000005
【図４】
2008157583.tif 000006
【図５】
2008157583.tif 000007
【図６】
2008157583.tif 000008