(57)【要約】【課題】単純な構成で圧縮機、膨張機の良好な潤滑状態を実現でき、高信頼性を保ちつつ、高効率な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷媒を圧縮させる圧縮機構１１５を圧縮機密閉容器に収納した圧縮機１１０と、冷媒を膨張させる膨張機構１２５を膨張機密閉容器に収納した膨張機１２０とを、一本の連絡配管１６０で接続する。圧縮機１１０側の接続端部と膨張機１２０側の接続端部に高低差を設け、上方端部１６１の接続された圧縮機密閉容器内の過剰になった潤滑油を、下方端部１６２の接続された膨張機密閉容器内へ輸送することにより、適切な潤滑油量管理を行う。【選択図】図１
2008128583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮させる圧縮機構を圧縮機構密閉容器に収納した圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構を膨張機構密閉容器に収納した膨張機と、前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを順に配管で接続された構成を有し、
一本の連絡通路の第一端部が前記圧縮機密閉容器に、第二端部が前記膨張機密閉容器に接続され、
前記連絡通路の第一端部と第二端部は高低差をつけて配置し、前記高いほうの連絡通路端部を上方端部、前記低いほうの連絡通路端部を下方端部とし、
前記連絡通路の上方端部が接続された前記膨張機密閉容器又は前記圧縮機密閉容器を上端接続容器、前記連絡通路の下方端部が接続された前記膨張機密閉容器内又は前記圧縮機密閉容器を下端接続容器とした場合に、
前記上端接続容器内に封入した潤滑油の体積と前記下端接続容器内に封入した潤滑油の体積の合計が、前記上端接続容器における底面から前記連絡通路の上方端部が接続された位置までの容積よりも大きい、
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機密閉容器を前記上端接続容器とし、前記膨張機密閉容器を前記下端接続容器とした、
冷凍サイクル装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記連絡通路の上方端部が、前記上端接続容器の電動機又は発電機部の下面以下、潤滑油ポンプの上面以上の位置に接続された、
冷凍サイクル装置。
【請求項４】
請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記連絡通路の下方端部が、前記下端接続容器の電動機又は発電機部の下面以下、潤滑油ポンプの上面以上の位置に接続された、
冷凍サイクル装置。
【請求項５】
請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、同一水平面上に前記圧縮機底面と前記膨張機底面を配置し、前記上端接続容器の潤滑溜まりの潤滑油面高さを、前記下端接続容器の潤滑油溜りの潤滑油面よりも高くした、
冷凍サイクル装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記下端接続容器の鉛直上方に、前記上端接続容器を配置し、
前期下端接続容器を前記上端接続容器の支持材として利用する、
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、圧縮性流体を膨張させることによって動力エネルギーを回収する膨張機を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の膨張機を有する冷凍サイクル装置は、例えば非特許文献１に開示されており、その構成を図５に示す。
【０００３】
従来の冷凍サイクル装置９００は、圧縮機構９０８と電動機９０９とを収納する密閉容器９１０で構成される圧縮機９０１、放熱器９０２、膨張機構９１２と発電機９１３とを収納する密閉容器９１４で構成される膨張機９０３、および蒸発器９０４が配管９０５を介して順に接続され、圧縮機９０１と膨張機９０３とは均圧管９０６と、均油管９０７とによって接続されて構成されている。
【０００４】
冷凍サイクル装置９００（図５参照）における冷媒の流れを説明する。
【０００５】
図５に示すように、冷媒は、圧縮機構９０８に吸入され、昇温昇圧される。そして、一度、圧縮機９０１の密閉容器９１０内に蓄えられ、その後、圧縮機９０１から吐出される。圧縮機９０１から吐出された高圧の冷媒は、放熱器９０２に流入し、放熱される。放熱器９０２で放熱された高圧の冷媒は、膨張機９０３の膨張機構９１２に直接吸入され、膨張し、低温低圧になる。この低温低圧の冷媒は、膨張機構９１２から直接吐出され、蒸発器９０４に流入し、外部から受熱し、再び圧縮機９０１に吸入される。冷凍サイクル装置９００では、冷媒はこのような循環を繰り返している。
【０００６】
次に、冷凍サイクル装置９００（図５参照）における潤滑油の流れを説明する。
【０００７】
まず、圧縮機９０１内での潤滑油の流れを説明する。圧縮機９０１の潤滑油溜り９１１から潤滑油ポンプ（図示せず）によって汲み上げられた潤滑油はシャフト内に設けられた経路を通って、圧縮機構９０８へと導入される。圧縮機構９０８へ導入された潤滑油は冷媒と共に、一度、圧縮機９０１密閉容器９１０内へと吐出され、ここで、大部分の潤滑油は冷媒流から分離され、潤滑油溜り９１１へと戻る。
【０００８】
続いて、膨張機９０３内での潤滑油の流れを説明する。膨張機９０３の潤滑油溜り９１５から潤滑油ポンプ（図示せず）によって汲み上げられた潤滑油はシャフト内に設けられた経路を通って、膨張機構９１２へと導入される。膨張機構９１２へ導入された潤滑油は冷媒と共に、膨張機９０３から流出する。
【０００９】
膨張機９０３の潤滑油溜り９１５が冷媒とともに吐出されると、潤滑油溜り９１５が冷凍サイクル装置９００の運転時間の経過と共に徐々減少する。
【００１０】
これを防止するために、圧縮機９０１の潤滑油溜り９１１と膨張機９０３の潤滑油溜り９１５を連結する均油管９０７を、圧縮機９０１の密閉容器９１０の下部と膨張機９０３の密閉容器９１４の下部とを結ぶ形で設置している。しかしながら、均油管のみを取り付けた場合、圧縮機９０１の密閉容器９１０の内部が膨張機９０３の密閉容器９１４の内部よりも高圧となるため、潤滑油は圧縮機９０１の密閉容器９１０から膨張機９０３の密閉容器９１４へと流れ、潤滑油の不均衡が生じる。そのため、圧縮機９０１の密閉容器９１０の内部と膨張機９０３の密閉容器９１４の内部を同等程度の圧力とし、膨張機９０３の
密閉容器９１４の内部の潤滑油の量のバランスをとるために、圧縮機９０１の密閉容器９１０の上部と膨張機９０３の密閉容器９１４の上部を結ぶ均圧管９０６を設置している。
【非特許文献１】平成14年度成果報告書「エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発  CO2空調機用二相流膨張機・圧縮機の開発」(公開用)報告書、平成１５年３月、新エネルギー・産業技術開発機構、委託先  株式会社ダイキン空調技術研究所
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のように均圧管９０６と均油管９０７を独立して設けると、均圧管９０６と圧縮機９０１との接続位置より下に存在する圧縮機９０１内の冷媒と、均圧管９０６と膨張機９０３との接続位置より下に存在する膨張機９０３内の冷媒とのヘッド圧の差によって、圧縮機９０１内の潤滑油量と、膨張機９０３内の潤滑油量が調整される。この場合、ヘッド圧差は、圧縮機９０１の密閉容器９１０内の冷媒圧力および膨張機９０３の密閉容器９１４内の冷媒圧力に依存するため、冷凍サイクルの運転条件によっては、潤滑油の油面に不均衡が生じ、適切な潤滑油管理が不可能になる恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮させる圧縮機構を圧縮機構密閉容器に収納した圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構を膨張機構密閉容器に収納した膨張機と、前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを順に配管で接続された構成を有し、一本の連絡通路の第一端部が前記圧縮機密閉容器に、第二端部が前記膨張機密閉容器に接続され、前記連絡通路の第一端部と第二端部は高低差をつけて配置し、前記高いほうの連絡通路端部を上方端部、前記低いほうの連絡通路端部を下方端部とし、前記連絡通路の上方端部が接続された前記膨張機密閉容器又は前記圧縮機密閉容器を上端接続容器、前記連絡通路の下方端部が接続された前記膨張機密閉容器内又は前記圧縮機密閉容器を下端接続容器とすると、前記上端接続容器内に封入した潤滑油の体積と前記下端接続容器内に封入した潤滑油の体積の合計が、前記上端接続容器における底面から前記連絡通路の上方端部が接続された位置までの容積よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
これにより、連絡通路を通じて、圧縮機密閉容器と膨張機密閉容器は同等程度の圧力となり、上端接続容器内において、上方端部を超えた量の潤滑油は、重力により下端接続容器内へと流下する。このため、上端接続容器内に潤滑油が過剰となる場合は圧縮機と膨張機の各潤滑油面は常に同一面で均衡し、適切な潤滑油管理が可能になる。また、通常、連絡通路は配管により構成され、従来どおり均油管、均圧管を用いるよりも、使用する配管を削減できるので、冷凍サイクル装置を作製する時のコスト削減も可能となる。
【００１４】
望ましくは、前記圧縮機密閉容器を前記上端接続容器とし、前記膨張機密閉容器を前記下端接続容器としたものである。
【００１５】
これにより、連絡通路の径によらず、圧縮機密閉容器から連絡通路の膨張機密閉容器へと、過剰な潤滑油が流下する。すなわち、圧縮機密閉容器に連絡配管の上方端部が接続され、膨張機密閉容器に下方端部が接続されていれば、連絡通路の径が小さく、潤滑油が連絡通路をその粘性により塞いでしまったとき、膨張機密閉容器は膨張機構内への冷媒の漏れ込みにより徐々に圧力が低下するため、膨張機密閉容器内の圧力と圧縮機密閉容器内の差圧が大きくなり、差圧によって圧縮機密閉容器から膨張機密閉容器へと冷媒が流れ、その冷媒とともに連絡通路を塞いでいた圧縮機密閉容器内の過剰な潤滑油が、膨張機密閉容器へと流下する。
【００１６】
また、より望ましくは、前記連絡通路の上方端部が、前記上端接続容器の電動機又は発
電機部の下面以下、潤滑油ポンプの上面以上の位置に接続されたものである。
【００１７】
これにより、上端接続容器内の潤滑油溜りが、発電機部の回転による旋回流の影響を受けて冷媒と潤滑油が攪拌されて、潤滑油が冷媒を巻き込んだ泡状になることを防ぎ、潤滑油面を安定して保つことができる。この潤滑油面を安定して保つことで、連絡通路の上方端部を超えた量の潤滑油が連絡通路の周縁をつたって流下するため、重力により確実に、下端接続容器へ送ることができる。また、各密閉容器において潤滑油ポンプより上部に連絡通路の上方端部を設けることで、潤滑油ポンプの吸い口より上部に潤滑油面が確保できる。
【００１８】
本発明の冷凍サイクル装置の別の望ましい形態は、前記連絡通路の下方端部が、前記下端接続容器の電動機又は発電機部の下面以下、潤滑油ポンプの上面以上の位置に接続されたものである。
【００１９】
これにより、上端接続容器内の潤滑油溜りから、連絡通路の下端接続容器内へ、潤滑油が連絡通路を通って流下するとき、発電機部を避けて、直接潤滑油ポンプへ給油されるため、速やかに過剰な潤滑油を下端接続容器へ移動させることができる。
【００２０】
また、本発明の冷凍サイクル装置の別の望ましい形態は、同一水平面上に前記圧縮機底面と前記膨張機底面を配置し、前記上端接続容器の潤滑溜まりの潤滑油面高さを、前記下端接続容器の潤滑油溜りの潤滑油面よりも高くしたものである。
【００２１】
これにより、圧縮機底面と膨張機底面を同一水平面上に並べて配置した場合においても、それらに接続された連絡通路の端部に高低差を設けることが可能となり、前述した効果により適切な潤滑油管理が可能となる。
【００２２】
また、本発明の冷凍サイクル装置のさらに別の望ましい形態は、前記下端接続容器の鉛直上方に、前記上端接続容器を配置し、前期下端接続容器を前記上端接続容器の支持材として利用するものである。
【００２３】
これにより、特別な構造材を用いることなく、圧縮機密閉容器又は膨張機密閉容器に高低差を設け、各密閉容器に接続された連絡通路の端部に高低差をつけることが可能になる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、一つの連絡通路で均圧を行うと共に、重力によって過剰な潤滑油の移動を行うことができる。このため、冷凍サイクルの運転条件によって変動する冷媒密度に拘らず、圧縮機密閉容器内の潤滑油量および膨張機密閉容器内の潤滑油量の適切な管理が可能になり、高い信頼性を実現しつつ高効率な冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
図５に示すような従来の冷凍サイクル装置においては、以下のような問題が生じると想定される。図６は、一定圧力（１０ＭＰａ）における、二酸化炭素の温度に対する密度変化を示したものである。冷凍サイクル装置９００の冷媒に二酸化炭素を用いた場合、図６に示すように、温度に対する密度の変化が大きい。
【００２７】
仮に、圧縮機９０１の密閉容器９１０内が１００［℃］、１０［ＭＰａ］、膨張機９０３の密閉容器９１４内が２０［℃］、１０［ＭＰａ］であるとする。この場合、圧縮機９０１の密閉容器９１０内の冷媒密度は、１８８．５６［ｋｇ／ｍ３］、膨張機９０３の密閉容器９１４内の冷媒密度は、８５６．３１［ｋｇ／ｍ３］となる。
【００２８】
図５に示すように、圧縮機９０１と膨張機９０３とを、均圧管９０６及び均油管９０７で、各々の潤滑油溜り９１１、９１５、及び、各々の冷媒空間を連絡し、圧縮機９０１において、均圧管９０６の接続位置が均油管９０７の接続位置より、Ｈだけ上部に設けられているとし、膨張機９０３において、均圧管９０６の接続位置が均油管９０７の接続位置より、ｈだけ上部に設けられているとする。
【００２９】
均油管９０７接続位置にはたらく冷媒によるヘッド圧は、「冷媒密度×均油位置から均圧位置までの高さ」で計算でき、この場合、圧縮機９０１側の均油管９０７接続位置にはたらくヘッド圧は、１８８．５６×Ｈ［ｋｇ／ｍ２］、膨張機９０３側の均油管９０７接続位置にはたらくヘッド圧は、８５６．３１×ｈ［ｋｇ／ｍ２］となる。
【００３０】
このヘッド圧に差がある時、ヘッド圧の大きい側の密閉容器内の潤滑油は、ヘッド圧の小さい側の密閉容器内へ移動する。これにより、ヘッド圧の大きい側の密閉容器内の潤滑油は減少し、密閉容器内の駆動機構へ供給される潤滑油が減少し、信頼性の低下を招く恐れがある。
【００３１】
ここで、各々の密閉容器９１０、９１４内の均油管９０７の接続位置にはたらくヘッド圧を等しくし、潤滑油の移動を抑えるには、圧縮機９０１側の均圧管９０６と均油管９０７の接続位置間距離Ｈと、膨張機９０３側の均圧管９０６と均油管９０７の接続位置間距離ｈとを、Ｈ／ｈ＝８５６．３１／１８８．５６を満たす値に設定しなければならない。
【００３２】
しかし、圧縮機９０１側の均圧管９０６と均油管９０７の接続位置間距離Ｈと、膨張機９０３側の均圧管９０６と均油管９０７の接続位置間距離ｈとを、各々のヘッド圧が等しくなるように設定すれば、ある一つの条件（この場合、圧縮機９０１の密閉容器９１０内が１００［℃］、１０［ＭＰａ］、膨張機９０３の密閉容器９１４内が２０［℃］、１０［ＭＰａ］）では、ヘッド圧差はなくなり、各潤滑油面は均衡し、潤滑油溜り９１１、９１５は安定する。しかしながら、冷凍サイクル装置９００は様々な運転条件下で運転されるので、図５に示すような従来の冷凍サイクル装置においては、あらゆる運転条件に対して潤滑油面が均衡を保ち続けることはできず、結局、ヘッド圧差のため、圧縮機９０１の密閉容器９１０内と膨張機９０３の密閉容器９１４内との潤滑油の油面に不均衡が生じてしまう。
【００３３】
本発明は、このような問題を解決するものであり、適切な潤滑油管理を可能にし、信頼性の高い高効率な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置１００の構成図である。冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１１０、膨張機１２０、放熱器１３０、および蒸発器１４０が配管１５０を介して順に接続され、圧縮機１１０と膨張機１２０とは連絡配管１６０によって接続されることにより構成されている。また、圧縮機１１０、膨張機１２０は高低差をつけて配置されており、圧縮機１１０の底部は膨張機１２０の底部より高い位置に配置されている。圧縮機１１０に接続された連絡配管１６０の上方端部１６１下縁は、膨張機１２０に接続された連絡配管１６０の下方端部１６２下縁より高い位置にある。また、連絡配管１６０の上方端部１６１下縁の位置によって、圧縮機１１０の潤滑油面１１４の高さを調整することができるが、連絡通路１６０の上方端部１６１下縁は圧縮機１１０の電動機１１１下面以下、潤滑油ポンプ１１２上面以上の位置に接続されていれば、潤滑
油ポンプ１１２に安定に潤滑油を供給できる。連絡配管１６０の下方端部１６２は膨張機１２０の膨張機構１２５上に接続されているが、下方端部１６２については膨張機１２０の潤滑油を供給したい部分に接続されていれば、構成上問題ない。
【００３４】
なお、この冷凍サイクル装置１００は、給湯機、冷凍機等として利用することができる。さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置は冷媒の流通方向が一定の装置であるが、冷媒の流通方向を変更可能な、例えば冷暖房切り替え可能な空気調和装置等の冷凍サイクル装置であってもよい。
【００３５】
なお、この冷凍サイクル１００は、圧縮機１１０が冷媒を配管１５０から圧縮室内に吸い込み、密閉容器内に吐出するシェル吐出形式、膨張機１２０が冷媒を配管１５０から膨張室内に吸い込み直接配管１５０に吐出するダイレクト吐出形式となっているため、圧縮機１２０へ潤滑油が溜まりやすい構成となっている。そのため、適切な潤滑油管理のためには、圧縮機１１０から膨張機１２０への過剰な潤滑油を送ることによって、定常な潤滑油面高さを実現できる。しかしながら、例えば膨張機１２０をシェル吐出形式、圧縮機１１０をダイレクト吐出形式とした場合にも、圧縮機１１０と膨張機１２０の位置関係と連絡配管１６０を逆にし、圧縮機１１０へ連絡配管１６０の下方端部１６２を、膨張機１２０へ連絡配管１６０の上方端部１６１を接続することによって、同等の効果が得られる。以下は、圧縮機１１０に連絡配管１６０の上方端部１６１が接続されている場合について説明する。
【００３６】
冷凍サイクル装置１００（図１参照）における冷媒の流れを説明する。
【００３７】
圧縮機１１０で昇温昇圧された冷媒は、放熱器１３０へ流入し、外部へ熱を移動させることによって放熱する。次に、冷媒は膨張機１２０に吸入され、膨張し、低温低圧になる。この低温低圧の冷媒は、蒸発器１４０へ流入し、外部から受熱し、再び圧縮機１１０に吸入される。各機器１１０〜１４０は冷媒配管１５０によって接続され、冷媒はこの冷媒配管１５０内を流れて、各機器１１０〜１４０間を移動する。冷凍サイクル装置１００では、冷媒はこのような循環を繰り返している。
【００３８】
冷凍サイクル装置１００における潤滑油の流れを説明する。
【００３９】
まず、圧縮機１１０内での潤滑油の流れを説明する。圧縮機１１０の潤滑油溜り１１３から潤滑油ポンプ１１２によって汲み上げられた潤滑油はシャフト内に設けられた経路を通って、圧縮機構１１５へと導入される。圧縮機構１１５へ導入された潤滑油は冷媒と共に、一度、圧縮機１１０密閉容器内空間１１６へと吐出され、ここで、大部分の潤滑油は冷媒流から分離され、潤滑油溜り１１３へと戻る。
【００４０】
次に、膨張機１２０内での潤滑油の流れを説明する。膨張機１２０の潤滑油溜り１２３から潤滑油ポンプ１２２によって汲み上げられた潤滑油はシャフト内に設けられた経路を通って、膨張機構１２５へと導入される。膨張機構１２５へ導入された潤滑油は冷媒と共に、膨張機１２０から流出する。このため、膨張機１２０の潤滑油溜り１２３は冷凍サイクル装置１００の運転時間の経過と共に徐々に減少し、潤滑油面１２４は徐々に低下する。膨張機１２０から流出した潤滑油は、冷媒の流れと共に冷凍サイクル１００中に分散するが、多くは蒸発器１４０を通過し、圧縮機１１０の圧縮機構１１５へ導入され、先に述べたような要領で潤滑油溜り１１３へ戻る。このような構成においては、冷凍サイクル１００の運転中において、潤滑油は圧縮機１１０の潤滑油溜り１１３に滞留する傾向がある。
【００４１】
本実施形態では、圧縮機１１０と膨張機１２０とが、連絡通路１６０により接続されて
おり、連絡通路１６０の上方端部１６１は、圧縮機１１０の電動機１１１以下、潤滑油ポンプ１１２以上の位置に接続されている。連絡通路１６０の他端１６２は膨張機１２０の密閉容器上部に接続されている。また、連絡通路１６０は配管により設けられている。
【００４２】
上で述べたような構成においては、冷凍サイクル１００の運転中に潤滑油は圧縮機１１０の潤滑油溜り１１３に留まる傾向があるから、冷凍サイクル１００運転中は潤滑油面１１４が上昇する。圧縮機１１０と膨張機１２０は連絡通路１６０により均一圧力となっており、潤滑油の密度が冷媒の密度と比較して大きいため、上昇した潤滑油面１１４が連絡通路１６０の上方端部１６１の下縁を越えると、越えた分の潤滑油は、重力により連絡通路１６０を伝って上方端部１６１から下方端部１６２へと流下する。すなわち、圧縮機１１０で過剰となった潤滑油は、常に連絡通路１６０を伝って膨張機１２０へ供給されるため、圧縮機１１０の潤滑油面１１４は連絡配管１６０の上方端部１６１の下縁で平衡する。さらに、サイクルに封入された潤滑油の体積が、圧縮機１１０密閉容器の底面から連絡配管１６０の上方端部１６１下縁までの容積よりも大きくすることによって、常に潤滑油が圧縮機１１０で過剰な状態となり、膨張機１２０への潤滑油の供給が滞ることがなく、膨張機１２０にも、潤滑油溜り１２３が生成される。
【００４３】
これにより、圧縮機１１０の潤滑油面１１４及び、膨張機１２０の潤滑油面１２４を安定させることができる。その結果、圧縮機１１０と膨張機１２０との間で潤滑油面の不均衡が生じなくなり、各密閉容器内に安定して潤滑油を確保でき、良好な潤滑状態を保つことができる。
【００４４】
なお、図２に示すように連絡配管２６０の上方端部２６１はオーバーフロー管であってもよい。これにより、連絡配管２６０の突き出し量を変化させることによって、圧縮機２１０の潤滑油面２１４の位置を容易に調節することができる。
【００４５】
また、連絡通路１６０の上方端部１６１は圧縮機１１０の電動機１１１下面以下、潤滑油ポンプ１１２上面以上の位置に接続されている。
【００４６】
これにより、圧縮機１１０密閉容器内の潤滑油溜り１１３が、電動機１１１の回転による旋回流の影響を受け、冷媒と潤滑油が攪拌されて、潤滑油が冷媒を巻き込んだ泡状になることを防ぎ、潤滑油面１１４を安定して保つことができる。潤滑油面１１４を安定して保つことにより、連絡通路１６０の上方端部１６１の下縁を越えた分の潤滑油は、確実に連絡通路１６０へ導入される。連絡通路１６０へ導入された潤滑油は重力の作用によって、膨張機１２０へ供給される。
【００４７】
さらに、図２に示すように、連絡通路２６０の下方端部２６２を膨張機２２０の発電機２２１下面以下、潤滑油ポンプ２２２上面以上の位置に接続されていてもよい。
【００４８】
これにより、膨張機２２０の発電機２２１に潤滑油が巻き込まれることを防ぎ、潤滑油ポンプ２２２へ圧縮機２１０で過剰となった潤滑油を速やかに供給することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置３００の構成図である。
【００５０】
冷凍サイクル装置３００は、圧縮機３１０、放熱器３３０、膨張機３２０、および蒸発器３４０が配管３５０を介して順に接続され、圧縮機３１０と膨張機３２０とは連絡配管３６０によって接続されることにより構成されている。また、圧縮機３１０、膨張機３２０は同一水平面上に配置されており、圧縮機３１０の底部は膨張機３２０の底部とほぼ水平な位置に配置されている。連絡配管３６０は傾斜を持って接続され、それぞれの接続端
部には高低差が存在し、上方端部３６１は圧縮機３１０に接続され、下方端部３６２は膨張機３２０に接続されている。また、圧縮機３１０に接続された連絡配管３６０の上方端部３６１下縁は、膨張機３２０に接続された連絡配管３６０の下方端部３６２下縁より高い位置にある。また、連絡通路３６０の上方端部３６１下縁は圧縮機３１０の電動機３１１下面以下、潤滑油ポンプ３１２上面以上の位置に接続されており、連絡通路３６０の下方端部３６２下縁は膨張機３２０の電動機３２１下面以下、潤滑油ポンプ３１２上面以上の位置に接続されている。
なお、冷凍サイクル装置３００は、実施の形態１と同様、例えば、給湯機、空気調和装置等として利用することができる。
冷凍サイクル装置３００の運転時における冷媒の流れ及び、潤滑油の流れは実施の形態１の冷凍サイクル装置と同様である。実施の形態１と同様に、サイクルに封入する潤滑油量を適用に選ぶことによって、良好な潤滑状態を保つことができる。
本実施の形態においては、前述の実施の形態１と比較して、圧縮機３１０を膨張機３２０に対して鉛直方向に持ち上げる必要がないため、支持材を節約するとともに、図３に示すように圧縮機３２０の潤滑油溜り３２３の体積を大きくとることができるため、潤滑油が不足する恐れが少ない。
【００５１】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置４００の構成図である。
【００５２】
冷凍サイクル装置４００は、圧縮機４１０、放熱器４３０、膨張機４２０、および蒸発器４４０が配管４５０を介して順に接続され、圧縮機４１０と膨張機４２０とは連絡配管４６０によって接続されることにより構成されている。また、膨張機４２０の上方に圧縮機４１０が配置されており、圧縮機４１０と膨張機４２０は構造材によって一体化している。膨張機４２０が圧縮機４１０の支持材となってその下部を支えている。連絡配管４６０のそれぞれの接続端部には高低差が存在し、上方端部４６１は圧縮機４１０に接続され、下方端部４６２は膨張機４２０に接続されている。また、圧縮機４１０に接続された連絡配管４６０の上方端部４６１下縁は、膨張機４２０に接続された連絡配管４６０の下方端部４６２下縁より、高い位置にある。また、連絡通路４６０の上方端部４６１下縁は圧縮機４１０の電動機４１１下面以下、潤滑油ポンプ４１２上面以上の位置に接続されており、連絡通路４６０の下方端部４６２下縁は膨張機４２０の電動機４２１下面以下、潤滑油ポンプ４２２上面以上の位置に接続されている。
なお、冷凍サイクル装置４００は、実施の形態１と同様、例えば、給湯機、空気調和装置等として利用することができる。
冷凍サイクル装置４００の運転時における冷媒の流れ及び、潤滑油の流れは実施の形態１の冷凍サイクル装置と同様である。実施の形態１と同様に、サイクルに封入する潤滑油量を適用に選ぶことによって、良好な潤滑状態を保つことができる。
本実施の形態においては、膨張機４２０の上方に圧縮機４１０が配置されており、圧縮機４１０と膨張機４２０は構造材によって一体化している。これにより、膨張機４２０を圧縮機４１０の支持材として利用しているため、実施の形態１と比較し、圧縮機４１０を持ち上げる支持材料を節約することができるとともに、圧縮機４１０と膨張機４２０が鉛直方向に並んでいるため、設置の面積を減少させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、圧縮性流体を膨張させることによって動力エネルギーを回収する膨張機、およびそれを備えた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】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図５】従来の均圧管、均油管を有する冷凍サイクル装置の構成図
【図６】二酸化炭素の温度−密度線図
【符号の説明】
【００５５】
１００      冷凍サイクル装置
１１０      圧縮機
１１１      圧縮機の電動機
１１２      圧縮機の潤滑油ポンプ
１１３      圧縮機の潤滑油溜り
１１４      圧縮機の潤滑油面
１１５      圧縮機構
１１６      圧縮機密閉容器内空間
１２０      膨張機
１２１      膨張機の電動機
１２２      膨張機の潤滑油ポンプ
１２３      膨張機の潤滑油溜り
１２４      膨張機の潤滑油面
１２５      膨張機構
１２６      膨張機密閉容器内空間
１３０      放熱器
１４０      蒸発器
１５０      冷媒配管
１６０      連絡配管
１６１      連絡配管の上方端部
１６２      連絡通路の下方端部
２００      冷凍サイクル装置
２１０      圧縮機
２２０      膨張機
２３０      放熱器
２４０      蒸発器
２５０      冷媒配管
２６０      連絡配管
９０１      圧縮機
９０２      放熱器
９０３      膨張機
９０４      蒸発器
９０５      冷媒配管
９０６      均圧管
９０７      均油管
９０８      圧縮機構
９０９      圧縮機の電動機
９１０      圧縮機密閉容器
９１１      圧縮機の潤滑油溜り
９１２      膨張機構
９１３      膨張機の電動機
９１４      膨張機密閉容器
９１５      膨張機の潤滑油溜り
【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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