(57)【要約】【課題】  膨張機と圧縮機とを備えた冷凍サイクル装置において、膨張機と圧縮機とにおける油面高さの不均衡を是正し、膨張機における潤滑油不足を防止する。【解決手段】冷凍サイクル装置の圧縮機１１と膨張機１３とは、均油管３０および均圧管４０によって接続されている。均圧管４０の一端は、圧縮機ケーシング２１の下側側面を貫通し、油溜まり３１の油面３１ａから離れるように上方に向かって延長されている。均圧管４０の他端は、膨張機ケーシング３４の下側側面に接続されている。【選択図】図４
2008106986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に油溜まりが形成されたケーシングを有し、冷媒を圧縮する圧縮機と、
底部に油溜まりが形成されたケーシングを有し、冷媒を膨張させる膨張機と、
前記圧縮機の油溜まりと前記膨張機の油溜まりとを連通する均油管と、
一端が前記圧縮機のケーシングの上下方向中間位置よりも下方に接続され、他端が前記膨張機のケーシングの上下方向中間位置よりも下方に接続された均圧管と、を備え、
前記均圧管の前記一端は、前記圧縮機のケーシングを貫通し、前記圧縮機の運転中における前記油溜まりの油面から離れるように当該ケーシングの内部で延長されている、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記均圧管の前記一端は、前記圧縮機のケーシング内において上方または斜め上方に延長されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記圧縮機は、前記油溜まりの上方に配置され、上下方向または斜め上下方向に延びる孔または溝が形成された電動機を備え、
前記均圧管の前記一端は、前記孔または溝に挿入されている、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記均圧管の前記一端は、上方に向かって開口している、請求項２または３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記圧縮機は、上下方向に延びる回転軸を備え、
前記均圧管の前記一端は、前記圧縮機のケーシング内において前記回転軸に向かって延長されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記圧縮機のケーシングの側壁には孔が形成され、
前記均圧管は、前記圧縮機のケーシングの外側から前記孔に挿入された本体管と、前記圧縮機のケーシングの内側から前記本体管に挿入され、前記均圧管の前記一端を形成する延長管とを備えている、請求項１〜５のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
底部に油溜まりが形成されたケーシングを有し、冷媒を圧縮する圧縮機と、
底部に油溜まりが形成されたケーシングを有し、冷媒を膨張させる膨張機と、
前記圧縮機の油溜まりと前記膨張機の油溜まりとを連通する均油管と、
一端が前記圧縮機のケーシングにおける前記油溜まりよりも上側かつ前記圧縮機の運転停止時の油面の近傍に接続され、他端が前記膨張機のケーシングにおける前記油溜まりよりも上側かつ前記膨張機の運転停止時の油面の近傍に接続された均圧管と、を備え、
前記均圧管の前記一端は、前記圧縮機のケーシングを貫通し、前記圧縮機の運転中における前記油溜まりの油面から離れるように当該ケーシングの内部で延長されている、冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記冷媒は二酸化炭素である、請求項１〜７のいずれか一つ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、圧縮機と膨張機とを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷媒を昇圧する圧縮機と、冷媒を冷却するガスクーラーと、冷媒を減圧膨張させる膨張機と、冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、それらが冷媒配管を介して順に接続されてなる冷凍サイクル装置が知られている。
【０００３】
近年、オゾン層破壊の防止や地球温暖化の防止の観点から、自然環境に適した代替冷媒が着目され、そのような代替冷媒として、二酸化炭素が注目されている。冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクル装置では、冷凍サイクルの高圧側で冷媒が超臨界状態となる。
【０００４】
具体的には、二酸化炭素を用いる冷凍サイクル装置では、圧縮機で昇圧された冷媒は超臨界状態となり、ガスクーラーで冷却された後、膨張機に流入する。膨張機に流入した冷媒は、減圧されることによって低圧低温の気液二相状態となった後、蒸発器で吸熱して蒸発し、圧縮機に戻る。
【０００５】
ところで、圧縮機および膨張機は、ともに摺動部分を有しており、潤滑油を必要とする。そのため、圧縮機および膨張機には、それぞれ油溜まりが設けられる。
【０００６】
ところが、冷凍サイクル装置の起動時や大きな負荷変動が生じた場合など、圧縮機および膨張機の一方から他方に向かって潤滑油が大量に流れ出てしまい、潤滑油不足を生じるおそれがある。そこで、圧縮機と膨張機とを均油管および均圧管で接続することが考えられる。
【０００７】
特許文献１には、膨張機を備えた冷凍サイクル装置ではないが、互いに並列な２台の圧縮機を備え、それら圧縮機同士を均油管および均圧管で接続した冷凍サイクル装置が開示されている。この冷凍サイクル装置では、均油管は両圧縮機のケーシングの下側側面に接続され、均圧管は両圧縮機のケーシングの上側側面に接続されている。そして、均油管および均圧管は、いずれも水平に延びている。
【特許文献１】特開平０３−１２４１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、圧縮機と膨張機とを均油管および均圧管で接続する場合に、図８（ａ）に示すように、均油管１０３を圧縮機１０１および膨張機１０２の各ケーシングの下側側面に接続し、均圧管１０４を各ケーシングの上側側面に接続し、均油管１０３および均圧管１０４を水平に配置するようにすると、以下のような問題が生じる。
【０００９】
すなわち、圧縮機１０１と膨張機１０２とでは、運転時の内部温度が大きく異なる。そのため、図８（ａ）に示すように、運転停止時には圧縮機１０１の油面１０１ａと膨張機１０２の油面１０２ａとは同じ高さに保たれるが、図８（ｂ）に示すように、運転時には、膨張機１０２内の冷媒は温度が低下して密度が大きくなるのに対し、圧縮機１０１内の冷媒は、温度が上昇して密度が小さくなる。その結果、膨張機１０２内の密度の大きな冷媒が油面１０２ａを押し下げ、膨張機１０２内の潤滑油が圧縮機１０１内へ流れ込み、膨張機１０２の潤滑油不足が生じるおそれがある。
【００１０】
詳しくは、図８（ａ）において、均圧管１０４と油面１０２ａ，１０１ａとの間には大きな高低差ｈｄがあるので、圧縮機１０１内の冷媒密度をρｃ、膨張機１０２内の冷媒密度をρｅとすると、（ρｅ―ρｃ）×ｈｄの分だけ、膨張機１０２の油面１０２ａの方が圧縮機１０１の油面１０１ａよりも強く押し下げられることになる。
【００１１】
そこで、本願発明者は、図９（ａ）に示すように、均圧管１０４を曲がり管で形成し、均圧管１０４の一端を圧縮機１０１の上側側面に接続する一方、均圧管１０４の他端を膨張機１０２の下側側面に接続することを検討した。この構成によれば、均圧管１０４の一端と圧縮機１０１の油面１０１ａとの間の高低差は、均圧管１０４の他端と膨張機１０２の油面１０２ａとの間の高低差よりも、均圧管１０４が曲がっている分Δｈだけ大きくなる。そのため、図９（ｂ）に示すように、膨張機１０２と圧縮機１０１とにおける油面高さの不均衡の是正が期待される。
【００１２】
しかしながら、本願発明者は鋭意研究の結果、図９（ｂ）に示す構成では、実際には必ずしも膨張機と圧縮機とにおける油面高さの不均衡を是正できないことを見出した。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、膨張機と圧縮機とを備えた冷凍サイクル装置において、膨張機と圧縮機とにおける油面高さの不均衡を是正し、膨張機における潤滑油不足を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明者は、鋭意研究の結果、以下の知見を得るに至った。図７に示すように、潤滑油の密度は温度が変わっても大きく変化しないが、二酸化炭素の密度は、高温から常温に近づくにつれて大きく変化し、常温付近では潤滑油の密度に近くなる。ここで、二酸化炭素を用いた冷凍サイクル装置では、通常、膨張機の内部温度は常温に近い温度（例えば２０℃程度）となり、圧縮機の内部温度は常温よりも高い温度（例えば８０℃程度）となる。一方、均圧管は断熱材等によって断熱処理が施されるものの、外部雰囲気に晒されるので、均圧管の内部温度は常温となる。そのため、均圧管の内部温度は膨張機の内部温度に近くなる。
【００１５】
したがって、冷媒の密度を考えた場合、均圧管は膨張機の一部と見なすことができ、図９（ｃ）に仮想線で示すように、均圧管を水平な直管１０４ａで形成した場合と大差がないことになる。そのため、均圧管として曲がり管１０４を用いることによって見かけ上の高低差を設けたにも拘わらず、実際には、図８（ｂ）の例と同様、膨張機と圧縮機とにおける油面高さの不均衡を十分に是正することはできない。
【００１６】
このように、本願発明者は、図９（ｂ）に示す構成では、均圧管の内部温度と膨張機の内部温度とが近くなると、油面高さの不均衡が十分に是正できないことに思い至り、本発明をなすに至った。
【００１７】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、底部に油溜まりが形成されたケーシングを有し、冷媒を圧縮する圧縮機と、底部に油溜まりが形成されたケーシングを有し、冷媒を膨張させる膨張機と、前記圧縮機の油溜まりと前記膨張機の油溜まりとを連通する均油管と、一端が前記圧縮機のケーシングの上下方向中間位置よりも下方に接続され、他端が前記膨張機のケーシングの上下方向中間位置よりも下方に接続された均圧管と、を備え、前記均圧管の前記一端は、前記圧縮機のケーシングを貫通し、前記圧縮機の運転中における前記油溜まりの油面から離れるように当該ケーシングの内部で延長されているものである。
【００１８】
上記冷凍サイクル装置によれば、均圧管の一端は圧縮機ケーシングの下側に接続され、他端は膨張機ケーシングの下側に接続されており、圧縮機および膨張機のそれぞれにおいて、均圧管の端部と油面（運転停止時の油面）との高低差が小さい。言い換えると、均圧管の圧縮機側端部および膨張機側端部は、それぞれ圧縮機および膨張機の油溜まりの油面近傍に配置されている。そのため、膨張機内と圧縮機内とで冷媒の密度差が大きくても、油面を押し下げようとする圧力は膨張機内と圧縮機内とで大きく変わることはない。したがって、膨張機と圧縮機とにおける油面高さの不均衡を是正することができ、膨張機における潤滑油不足を防止することができる。
【００１９】
一方、圧縮機内において、均圧管の端部が油面近傍に位置していると、圧縮機内の油面が上昇した際に、油が均圧管に浸入するおそれがある。しかし、上記冷凍サイクル装置によれば、均圧管の一端は、油面（運転時の油面）から離れるように圧縮機ケーシングの内部で延長されている。そのため、均圧管に対する油の浸入を抑制することができる。
【００２０】
前記均圧管の前記一端は、前記圧縮機のケーシング内において上方または斜め上方に延長されていることが好ましい。
【００２１】
これにより、均圧管に対する油の浸入をさらに抑制することができる。また、均圧管の延長部分は圧縮機ケーシングの内部に位置しているので、圧縮機ケーシング内の冷媒とほぼ同じ温度となる。そのため、圧縮機では、均圧管が上方または斜め上方に延長されていても、冷媒が膨張機の油面を押し下げる圧力は大きくならない。したがって、膨張機と圧縮機とにおける油面高さの不均衡を、より一層効果的に是正することができる。
【００２２】
前記圧縮機は、前記油溜まりの上方に配置され、上下方向または斜め上下方向に延びる孔または溝が形成された電動機を備え、前記均圧管の前記一端は、前記孔または溝に挿入されていることが好ましい。
【００２３】
これにより、均圧管の一端の周囲の一部または全部は、電動機によって覆われる。そのため、均圧管に対する油の浸入をより一層抑制することができる。
【００２４】
前記均圧管の前記一端は、上方に向かって開口していることが好ましい。
【００２５】
これにより、均圧管に対する油の浸入をさらに抑制することができる。
【００２６】
前記圧縮機は、上下方向に延びる回転軸を備え、前記均圧管の前記一端は、前記圧縮機のケーシング内において前記回転軸に向かって延長されていてもよい。
【００２７】
前記圧縮機において、回転軸が回転すると、ケーシング内に冷媒の旋回流が生じ、それに伴って油溜まりの油には遠心力が働く。その結果、油面は、回転軸の中心側が最も低く、回転軸の外周側が最も高くなるように傾斜する。そのため、均圧管の一端を回転軸に向かって延長することにより、結果的に、均圧管の一端は油面から離れることになる。したがって、均圧管に対する油の浸入を効果的に抑制することができる。
【００２８】
前記圧縮機のケーシングの側壁には孔が形成され、前記均圧管は、前記圧縮機のケーシングの外側から前記孔に挿入された本体管と、前記圧縮機のケーシングの内側から前記本体管に挿入され、前記均圧管の前記一端を形成する延長管とを備えていてもよい。
【００２９】
このことにより、圧縮機のケーシング内で延長部分を有する均圧管を、比較的容易に製作することができる。
【００３０】
本発明に係る他の冷凍サイクル装置は、底部に油溜まりが形成されたケーシングを有し、冷媒を圧縮する圧縮機と、底部に油溜まりが形成されたケーシングを有し、冷媒を膨張させる膨張機と、前記圧縮機の油溜まりと前記膨張機の油溜まりとを連通する均油管と、一端が前記圧縮機のケーシングにおける前記油溜まりよりも上側かつ前記圧縮機の運転停止時の油面の近傍に接続され、他端が前記膨張機のケーシングにおける前記油溜まりよりも上側かつ前記膨張機の運転停止時の油面の近傍に接続された均圧管と、を備え、前記均圧管の前記一端は、前記圧縮機のケーシングを貫通し、前記圧縮機の運転中における前記油溜まりの油面から離れるように当該ケーシングの内部で延長されているものである。
【００３１】
なお、前記冷媒は二酸化炭素であってもよい。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明によれば、膨張機と圧縮機とを備えた冷凍サイクル装置において、膨張機と圧縮機とにおける油面高さの不均衡を是正し、膨張機における潤滑油不足を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
＜実施形態１＞
図１に示すように、実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、圧縮機１１と放熱器１２と膨張機１３と蒸発器１４とを備えており、それらは冷媒配管１５，１６，１７，１８を介して順に接続されることによって冷媒回路１０を構成している。圧縮機１１と膨張機１３とは、均油管３０および均圧管４０を介して接続されている。
【００３５】
この冷媒回路１０には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。ただし、冷媒は二酸化炭素以外のものであってもよい。圧縮機１１および膨張機１３には、潤滑油としてＰＡＧが封入されている。
【００３６】
図２に示すように、圧縮機１１は、ケーシング２１と、電動機２４と、電動機２４によって駆動される回転軸２５と、回転軸２５の上側に取り付けられた圧縮機構２６と、回転軸２５の下側に取り付けられた油ポンプ２７とを備えている。
【００３７】
本実施形態では、ケーシング２１は、上端および下端が閉塞された略円筒状に形成されており、鉛直方向長さが水平方向長さよりも長い縦長のケーシングである。ただし、ケーシング２１は横長のケーシングであってもよい。圧縮機１１はいわゆる高圧ドーム型の圧縮機であり、ケーシング２１の内部には、圧縮機構２６から吐出される高圧の冷媒が充填される。
【００３８】
ケーシング２１の上壁には吐出管１５が接続されている。ケーシング２１の上側側面には、吸入冷媒を圧縮機構２６に導く吸入管１８が接続されている。ケーシング２１の下側側面、より詳しくは、上下方向中間位置よりも下側の側面には孔２９が形成され、孔２９よりも下側には孔２８が形成されている。孔２９には均圧管４０が挿入され、孔２８には均油管３０が挿入されている。すなわち、ケーシング２１の下側側面には、均圧管４０および均油管３０が接続されている。
【００３９】
ケーシング２１の底部には、油が貯留された油溜まり３１が形成されている。油ポンプ２７は、回転軸２５の回転に伴って油溜まり３１の油を汲み上げるものであり、油溜まり３１の油に浸漬されている。油ポンプ２７の種類は何ら限定されないが、ここでは油ポンプ２７は、トロコイドポンプによって形成されている。
【００４０】
ケーシング２１の下部の内壁にはプレート３２が固定され、プレート３２には軸受３３が固定されている。軸受３３は、回転軸２５の下側部分を回転自在に支持している。回転軸２５には、油ポンプ２７によって汲み上げられた油を圧縮機構２６に導く給油路（図示せず）が設けられている。
【００４１】
電動機２４は、ケーシング２１の内壁に固定された固定子２２と、回転軸２５に固定された回転子２３とによって構成されている。電動機２４は、ケーシング２１の上下方向のほぼ中央に配置されている。
【００４２】
圧縮機構２６の具体的構成は何ら限定されないが、本実施形態では、圧縮機構２６はスクロール式の圧縮機構によって構成されている。ただし、圧縮機構２６はロータリ式等、他の形式の圧縮機構であってもよい。
【００４３】
膨張機１３は、ケーシング３４と、発電機３７と、回転軸３８と、回転軸３８の上側に取り付けられた膨張機構３９と、回転軸３８の下側に取り付けられた油ポンプ４１とを備えている。
【００４４】
膨張機１３のケーシング３４も、上端および下端が閉塞された略円筒状に形成されており、鉛直方向長さが水平方向長さよりも長い縦長のケーシングである。ただし、ケーシング３４は横長のケーシングであってもよい。膨張機１３はいわゆる高圧ドーム型の膨張機であり、ケーシング３４の内部には、吸入管１６から吸入した高圧の冷媒が充填される。
【００４５】
吸入管１６は、ケーシング３４の上側側面を貫通して膨張機構３９に接続されている。また、ケーシング３４の上側側面には、膨張機構３９からの吐出冷媒を導く吐出管１７が接続されている。ケーシング３４の下側側面、より詳しくは、上下方向中間位置よりも下側の側面には孔４５が形成され、孔４５よりも下側には孔４６が形成されている。孔４５には均圧管４０が挿入され、孔４６には均油管３０が挿入されている。このように、均圧管４０および均油管３０は、ケーシング３４の下側側面に接続されている。
【００４６】
ケーシング３４の底部には、油溜まり４２が形成されている。油ポンプ４１は、回転軸３８の回転に伴って油溜まり４２の油を汲み上げるものであり、油溜まり４２の油に浸漬されている。本実施形態では、膨張機１３の油ポンプ４１もトロコイドポンプによって構成されている。
【００４７】
ケーシング３４の下部の内壁にはプレート４３が固定され、プレート４３には軸受４４が固定されている。軸受４４は、回転軸３８の下側部分を回転自在に支持している。回転軸３８には、油ポンプ４１によって汲み上げられた油を膨張機構３９に導く給油路（図示せず）が設けられている。
【００４８】
発電機３７は、ケーシング３４の内壁に固定された固定子３５と、回転軸３８に固定された回転子３６とによって構成されている。発電機３７は、ケーシング３４の上下方向のほぼ中央に配置されている。
【００４９】
本実施形態では、膨張機構３９はロータリ式の膨張機構によって構成されている。ただし、膨張機構３９はスクロール式等の他の形式の膨張機構であってもよい。膨張機構３９の具体的構成は何ら限定されるものではない。
【００５０】
均油管３０は、圧縮機１１の油溜まり３１と膨張機１３の油溜まり４２とを連通している。本実施形態では、均油管３０は直管によって形成され、水平に延びている。ただし、均油管３０は、曲がり管によって形成されていてもよく、傾斜していてもよい。
【００５１】
均圧管４０の一端は、圧縮機１１のケーシング２１（以下、圧縮機ケーシング２１という）の孔２９を貫通し、圧縮機ケーシング２１内の中心側（回転軸２５側）に延びている。均圧管４０の他端は、膨張機１３のケーシング３４（以下、膨張機ケーシング３４という）の孔４５に嵌め込まれている。言い換えると、均圧管４０は、膨張機ケーシング３４と圧縮機ケーシング２１との間に架け渡された本体部４０ａと、本体部４０ａの一端側に位置し、圧縮機ケーシング２１の内部で回転軸２５側に延びる延長部４０ｂとを有している。
【００５２】
均圧管４０は、直管状に形成されており、水平に延びている。ただし、均圧管４０は傾斜していてもよく、曲がっていてもよい。本体部４０ａと延長部４０ｂとは一体物であってもよく、別体であってもよい。すなわち、均圧管４０は単一部材によって形成されていてもよく、複数の部材を組み合わせることによって形成されていてもよい。
【００５３】
均圧管４０の圧縮機１１側の上下位置は、圧縮機１１の運転停止時における油溜まり３１の油面３１ａの上方かつ近傍の位置である。均圧管４０の膨張機１３側の上下位置も、膨張機１３の運転停止時における油溜まり４２の油面４２ａの上方かつ近傍の位置である。均圧管４０の圧縮機１１側の上下位置と膨張機１３側の上下位置とは等しくなっている。
【００５４】
図示は省略するが、均圧管４０の本体部４０ａは断熱材によって覆われており、断熱されている。均圧管４０は、圧縮機ケーシング２１および膨張機ケーシング３４の外側に位置しており、上記断熱材を介して外気に晒されている。
【００５５】
冷凍サイクル装置１が運転を停止している際には、冷媒および油の温度は圧縮機１１内および膨張機１３内でそれぞれ同一であるので、圧縮機１１内の冷媒密度と膨張機１３内の冷媒密度とは等しくなり、圧縮機１１内の油の密度と膨張機１３内の油の密度も等しくなる。その結果、圧縮機１１の油面高さと膨張機１３の油面高さとは等しくなる。
【００５６】
前述したように、本実施形態では、冷媒回路１０の冷媒として二酸化炭素が用いられ、潤滑油としてＰＡＧが用いられている。例えば、圧縮機１１および膨張機１３の雰囲気温度（圧縮機ケーシング２１および膨張機ケーシング３４の外部の温度）が１５℃であるとすると、圧縮機１１内および膨張機１３内の冷媒および油の温度も１５℃となり、冷媒の密度は１５０ｋｇ／ｍ３、油の密度は１０００ｋｇ／ｍ３となる（図７参照）。
【００５７】
冷凍サイクル装置１（図１参照）の運転時には、圧縮機１１から吐出された冷媒は、超臨界状態となる。圧縮機１１から吐出された高温の冷媒は、放熱器１２で放熱し、温度が低下した後、膨張機１３において膨張する。膨張機１３から吐出された冷媒は、蒸発器１４で蒸発した後、圧縮機１１に吸入される。
【００５８】
この際、圧縮機１１内の温度は、常温よりも高い温度（例えば８０℃程度。以下、単に高温という）となる一方、膨張機１３内の温度は、常温（例えば１５℃程度）となる。上述したように、均圧管４０は断熱材（図示せず）を介して外気に晒されているので、均圧管４０の内部の温度も常温となる。
【００５９】
ここで、圧縮機１１内の温度が８０℃、膨張機１３内の温度が１５℃になったとすると、図７に示すように、圧縮機１１内の冷媒と油の密度は、それぞれ２１０ｋｇ／ｍ３、９３０ｋｇ／ｍ３となり、膨張機１３内の冷媒と油の密度は、それぞれ９００ｋｇ／ｍ３、１０００ｋｇ／ｍ３となる。その結果、膨張機１３内の油と冷媒との密度差は、１０００ｋｇ／ｍ３―９００ｋｇ／ｍ３＝１００ｋｇ／ｍ３となり、非常に小さくなる。したがって、均圧管４０と油面４２ａとの高低差Ｈ２−Ｈ４（図４参照）によって生じる差圧は、油面高さＨ４に依らずに、ほぼ一定となる。これに対し、圧縮機１１内の冷媒密度（＝２１０ｋｇ／ｍ３）は小さく、かつ、圧縮機１１内の油の密度（＝９３０ｋｇ／ｍ３）は膨張機１３内の冷媒密度（＝９００ｋｇ／ｍ３）とほぼ等しい。そのため、圧縮機１１の油面３１ａの高さＨ５は、膨張機１３の均圧管４０の接続位置とほぼ同等の高さとなる。また、均圧管４０の内部温度は膨張機１３の内部温度とほぼ等しい。この点からも、圧縮機１１の油面３１ａの高さは、圧縮機１１における均圧管４０の接続位置とほぼ同じ高さとなる。
【００６０】
ところが、本実施形態によれば、均圧管４０は、膨張機ケーシング３４における比較的低い位置に接続され、膨張機１３の油面４２ａの近傍に接続されている。また、均圧管４０は、圧縮機ケーシング２１における比較的低い位置に接続され、圧縮機１１の油面３１ａの近傍に接続されている。そのため、圧縮機１１および膨張機１３のいずれにおいても、均圧管４０の接続位置と油面との高低差が小さいので、圧縮機１１内の冷媒密度と膨張機１３内の冷媒密度とが大きく異なっていても、油面を押し下げようとする圧力は、膨張機内と圧縮機内とで大きく異なることはない。すなわち、膨張機１３内の冷媒密度をρｅ、圧縮機１１内の冷媒密度をρｃとすると、膨張機１３内で油面４２ａを押し下げようとする圧力はρｅ（Ｈ２−Ｈ４）であり、圧縮機１１内で油面３１ａを押し下げようとする圧力はρｃ（Ｈ２−Ｈ５）であるが、Ｈ２≒Ｈ４かつＨ２≒Ｈ５であるので、ρｅとρｃとが大きく異なっていたとしても、それらの差は零に近くなる。したがって、膨張機１３内の油が均油管３０を通じて圧縮機１１内に大量に流れ込むことはなく、膨張機１３と圧縮機１１とにおける油面高さの不均衡を是正することができる。そのため、膨張機１３における潤滑油不足を防止することができる。
【００６１】
なお、均圧管４０が圧縮機１１の油面近傍に位置していることから、圧縮機１１の油の一部が均圧管４０を通じて膨張機１３に流れ込むことが懸念される。しかし、本実施形態によれば、均圧管４０には、圧縮機ケーシング２１内において回転軸２５側に延長された延長部４０ｂを有している。図３に概念的に示すように、圧縮機１１の運転中には、回転軸２５および回転子２３によって冷媒の旋回流が引き起こされ、油溜まりの油は、その冷媒によってかき回され、遠心力によって圧縮機ケーシング２１の内面側に集まりやすい。その結果、油面３１ａは、回転軸２５を中心として下向きに凹んだような状態となりやすい。そのため、回転軸２５側に延長された延長部４０ｂからは、油が浸入しにくくなる。このように、本実施形態によれば、均圧管４０が油面３１ａから離れるように延長されている（なお、ここでいう油面３１ａとは、圧縮機１１の運転中の油面のことである。そのため、延長部４０ｂが水平に延びている場合も、油面３１ａから離れるように延びていることになる）ので、均圧管４０を圧縮機ケーシング２１の油面近傍に接続したにも拘わらず、均圧管４０に対する油の浸入を抑制することができる。
【００６２】
＜実施形態２＞
図４に示すように、実施形態２に係る冷凍サイクル装置は、実施形態１において均圧管４０に変更を加えたものである。実施形態１と同様の部分には同様の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００６３】
実施形態２においても、均圧管４０の一端は圧縮機ケーシング２１の下側側面を貫通し、圧縮機ケーシング２１の内部において、圧縮機１１の運転中の油面３１ａから離れるように延長されている。ただし、本実施形態では、均圧管４０は、圧縮機ケーシング２１の内部で上向きに曲がっている。すなわち、本実施形態では、均圧管４０は、膨張機ケーシング３４と圧縮機ケーシング２１との間に架け渡された本体部４０ａと、本体部４０ａの一端側に位置し、圧縮機ケーシング２１の内部で上向きに延びる延長部４０ｂとを有している。なお、均圧管４０の曲がり具合は特に限定されず、急激に曲がっていてもよく、穏やかに曲がっていてもよい。すなわち、均圧管４０は、上向きに屈曲していてもよく、湾曲していてもよい。
【００６４】
本実施形態においても、均圧管４０の本体部４０ａは、直管状に形成されており、水平に延びている。延長部４０ｂは、鉛直上向きに延びている。ただし、延長部４０ｂを斜め上向きに延長させることも可能である。本体部４０ａと延長部４０ｂとは一体物であってもよく、別体であってもよい。
【００６５】
本体部４０ａの圧縮機１１側の上下位置は、圧縮機１１の運転停止時における油溜まり３１の油面３１ａの上方かつ近傍の位置である。本体部４０ａの膨張機１３側の上下位置も、膨張機１３の運転停止時における油溜まり４２の油面４２ａの上方かつ近傍の位置である。本体部４０ａの圧縮機１１側の上下位置と、本体部４０ａの膨張機１３側の上下位置とは等しくなっている。ただし、均圧管４０の延長部４０ｂは上方に延長されているので、均圧管４０の圧縮機ケーシング２１内の開口高さＨ３と膨張機ケーシング３４内の開口高さＨ２とは異なっている。
【００６６】
本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態によれば、均圧管４０の延長部４０ｂが上方に延長されているので、均圧管４０に対する油の浸入をより一層抑制することができる。また、均圧管４０の延長部４０ｂは上向きに開口しているので、油の浸入をさらに効果的に抑制することができる。
【００６７】
なお、延長部４０ｂは上向きに延びているが、圧縮機ケーシング２１の内部に配置されているので、延長部４０ｂの温度は圧縮機１１の内部温度に等しくなる。そのため、均圧管４０の本体部４０ａと異なり、延長部４０ｂ内の冷媒密度は、圧縮機ケーシング２１内の冷媒密度と等しくなる。したがって、圧縮機１１の油面３１ａが延長部４０ｂの開口付近まで上昇するおそれはない。
【００６８】
＜実施形態３＞
図５に示すように、実施形態３は、実施形態２の均圧管４０の延長部４０ｂに変更を加えたものであり、延長部４０ｂの先端の周囲を電動機２４で覆ったものである。
【００６９】
具体的には、本実施形態では、電動機２４の固定子２２の一部に、上下方向に延びる溝２２ａが形成されている。なお、溝２２ａの代わりに上下方向に延びる孔が形成されていてもよい。そして、均圧管４０の延長部４０ｂの先端は、上記溝２２ａに挿入されている。
【００７０】
したがって、本実施形態によれば、実施形態２と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態によれば、均圧管４０の先端の周囲が電動機２４によって覆われているので、均圧管４０に対する油の浸入をより一層抑制することができる。
【００７１】
なお、電動機の溝２２ａ等が斜め上下方向（上下方向から傾いた方向）に延び、均圧管４０の延長部４０ｂが、上記溝２２ａ等に挿入されるように斜め上下方向に延びていてもよい。このような場合であっても、上述の効果を得ることができる。
【００７２】
＜実施形態４＞
図６に示すように、実施形態４は、実施形態２の均圧管４０に変更を加えたものであり、均圧管４０の本体部４０ａと延長部４０ｂとを別部材で形成したものである。
【００７３】
本実施形態では、均圧管４０の本体部４０ａは水平に延びる直管によって形成され、延長部４０ｂは、本体部４０ａよりも小径の曲がり管によって形成されている。延長部４０ｂは、上向きに延長されており、上向きに開口している。本体部４０ａは、外側から圧縮機ケーシング２１の孔２９に差し込まれている。一方、延長部４０ｂは、圧縮機ケーシング２１の内側から本体部４０ａに差し込まれている。なお、本体部４０ａと延長部４０ｂとは、例えば溶接等によって接合されている。
【００７４】
本実施形態によれば、実施形態２と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態によれば、均圧管４０が複数の部材によって形成されているので、圧縮機ケーシング２１に対して均圧管４０を容易に組み立てることが可能となる。
【００７５】
＜他の実施形態＞
なお、前記各実施形態では、冷媒は二酸化炭素であり、潤滑油はＰＡＧであった。しかし、図７に示すような特性を示す冷媒および潤滑油の組み合わせは、二酸化炭素およびＰＡＧに限らず、種々存在する。本発明において、冷媒および潤滑油は、二酸化炭素およびＰＡＧに限定される訳ではない。また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、高温から常温になるにつれて密度比が近くなるような冷媒および潤滑油の組み合わせに対して特に有用であるが、そのような特性を有さない冷媒および潤滑油の組み合わせであっても、利用可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上説明したように、本発明は、空気調和装置、給湯機、冷凍機、冷蔵庫、除湿機等を含む冷凍サイクル装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図
【図２】実施形態１に係る圧縮機および膨張機の縦断面図
【図３】実施形態１に係る圧縮機の縦断面図
【図４】実施形態２に係る圧縮機および膨張機の縦断面図
【図５】実施形態３に係る圧縮機および膨張機の縦断面図
【図６】実施形態４に係る圧縮機および膨張機の縦断面図
【図７】冷媒（二酸化炭素）および油（ＰＡＧ）の温度に対する密度変化を示す特性図
【図８】（ａ）および（ｂ）は冷凍サイクル装置の圧縮機および膨張機の縦断面図
【図９】（ａ）〜（ｃ）は冷凍サイクル装置の圧縮機および膨張機の縦断面図
【符号の説明】
【００７８】
１      冷凍サイクル装置
１１    圧縮機
１３    膨張機
２１    圧縮機ケーシング
３０    均油管
３１    圧縮機の油溜まり
３１ａ  圧縮機の油面
３４    膨張機ケーシング
４０    均圧管
４０ａ  本体部
４０ｂ  延長部
４２    膨張機の油溜まり
４２ａ  膨張機の油面
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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