(57)【要約】【課題】複数台並列接続した各圧縮機内に必要な油量を確保して冷凍能力の向上を図り、しかも製造コストを低く抑える。【解決手段】並列に接続した複数台の圧縮機１ａ、１ｂ、、オイルセパレータ２、凝縮器４、減圧装置６、蒸発器１１とを配管で接続した冷凍サイクルを有する空気調和装置において、冷凍サイクルの低圧部あるいは中間圧部に設けられ、油を貯留する油貯留器１８と、それぞれの圧縮機の吸入配管９ａ、９ｂと油貯留器１８とを接続する油分配管２１ａ、２１ｂと、オイルセパレータ２の底部と油貯留器１８とを接続する油戻し回路１５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続した複数台の圧縮機、オイルセパレータ、凝縮器、減圧装置、蒸発器とを配管で接続した冷凍サイクルを有する空気調和装置において、
前記冷凍サイクルの低圧部あるいは中間圧部に設けられ、油を貯留する油貯留器と、
それぞれの前記圧縮機の吸入配管と前記油貯留器とを接続する油分配管と、
前記オイルセパレータの底部と前記油貯留器とを接続する油戻し回路と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
並列に接続した複数台の圧縮機、オイルセパレータ、凝縮器、減圧装置、蒸発器とを配管で接続した凍サイクルを有する空気調和装置において、
それぞれの前記圧縮機の吸入側に接続され、油と冷媒を分離して冷媒を抽出する冷媒分配管と、
前記冷凍サイクルの低圧部あるいは中間圧部に設けられ、油を抽出する油分配管を備えた気液分離タンクと、
それぞれの前記圧縮機の吸入側と前記気液分離タンクとを接続する前記油分配管と、
前記オイルセパレータの底部と前記気液分離タンクとを接続する油戻し回路と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のものにおいて、前記油分配管は前記圧縮機の台数と同数設けられたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
請求項２に記載のものにおいて、前記気液分離タンクと前記油分配管との間に油導出管を設け、前記油導出管を介してそれぞれの前記圧縮機へ油を供給することを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
請求項２に記載のものにおいて、複数台の前記圧縮機の吸入配管はそれぞれ略同じ長さとされたことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の圧縮機を搭載してなる空気調和装置に係り、圧縮機の運転中にそれぞれの圧縮機に必要な油量を確保するものに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数台の圧縮機を並列接続してなる空気調和機では、全ての圧縮機が運転している場合や任意の圧縮機が断続運転している場合など全ての運転状態において、圧縮機内に保有されている油量を適正に確保することが必要とされる。
そして、複数台並列に接続した圧縮機内に必要な油量を確保し、圧縮機の運転台数が減少した場合でも吐出ガス冷媒を吸入側にバイパスさせることなく冷凍サイクルを構成するため、複数台の圧縮機のそれぞれの吐出側にオイルセパレータとその出口側に逆止弁、オイルセパレータの底部と各圧縮機の吸入側に配置されるアキュムレータとを接続する油戻し管とを設け、アキュムレータと複数台の圧縮機とを接続する吸入配管を、複数台の圧縮機の台数と同じ数でアキュムレータに接続することが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
また、各圧縮機内の油面を均一にするため、複数台の圧縮機の高圧密閉ケースに設けられた潤滑油の余剰分を抽出する均油管と、均油管から取り出された余剰油をキャピラリチューブを介して集合させる余剰油集合管と、余剰油集合管の潤滑油を複数台の圧縮機に均一に供給する余剰油分岐配管とを設け、余剰油集合管と、余剰油分岐配管とを複数台の圧縮機の吸込管に形成することが知られ、例えば、特許文献２に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１４１７８５号公報（第３図）
【特許文献２】
特開２０００−１４６３２３号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のものでは、冷凍サイクルの低圧部にアキュムレータを設ける必要があるが、冷凍サイクルの低圧部を流れる冷媒の密度は小さいため冷媒の流速が速くなり、アキュムレータによる圧力損失により冷凍能力が低下する。
【０００６】
また、特許文献２に記載のものでは、圧縮機周りの配管が複雑となり、製造コストが増加し、密閉ケース内の油量が低下し均油管よりも低くなる場合は、密閉ケース内が高圧状態であるため圧縮機吸入側に対してガス冷媒がバイパスされるため、冷凍サイクルを流れる冷媒量が減少し冷凍能力が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、複数台並列接続した各圧縮機内に必要な油量を確保して冷凍能力の向上を図り、しかも製造コストを低く抑えることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、並列に接続した複数台の圧縮機、オイルセパレータ、凝縮器、減圧装置、蒸発器とを配管で接続した冷凍サイクルを有する空気調和装置において、冷凍サイクルの低圧部あるいは中間圧部に設けられ、油を貯留する油貯留器と、それぞれの圧縮機の吸入配管と油貯留器とを接続する油分配管と、オイルセパレータの底部と油貯留器とを接続する油戻し回路と、を備えたものである。
【０００９】
また、本発明は、並列に接続した複数台の圧縮機、オイルセパレータ、凝縮器、減圧装置、蒸発器とを配管で接続した凍サイクルを有する空気調和装置において、それぞれの圧縮機の吸入側に接続され、油と冷媒を分離して冷媒を抽出する冷媒分配管と、冷凍サイクルの低圧部あるいは中間圧部に設けられ、油を抽出する油分配管を備えた気液分離タンクと、それぞれの圧縮機の吸入側と気液分離タンクとを接続する油分配管と、オイルセパレータの底部と気液分離タンクとを接続する油戻し回路と、を備えたものである。
【００１０】
さらに、上記のものにおいて、配管は圧縮機の台数と同数設けられたことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、気液分離タンクと油分配管との間に油導出管を設け、油導出管を介してそれぞれの圧縮機へ油を供給することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図６を参照して説明する。
図１は、一実施の形態を示す空気調和装置の冷凍サイクル系統図であり、１台の室外機１００と２台の室内機２００ａ、２００ｂがガス冷媒配管１２と液冷媒配管１３で接続されている。室外機１００は、２台の圧縮機１ａ、１ｂ、オイルセパレータ２、四方弁３、室外熱交換器４、室外膨張弁６、サブクーラ熱交換器５、受液器７を順次配管接続して構成されている。２台の圧縮機は、モータ回転数が可変できる可変速型圧縮機１ａとモータ回転数が一定の定速型圧縮機１ｂで構成され、定速型圧縮機１ｂとオイルセパレータ２とを接続する配管には逆止弁１４が設けられている。
また、四方弁３の吸入側出口と各圧縮機の吸入配管９ａ、９ｂを接続するように、四方弁２の吸入側出口に吸入集合管８と吸入集合管８から分岐した吸入分配管１７ａ、１７ｂを設け、吸入集合管８には受液器７の登頂部のガス冷媒をバイパスするためのガスバイパス回路１６が設けられている。
【００１２】
さらに、オイルセパレータ２から分離された油をそれぞれの吸入分配管１７ａ、１７ｂに返すための油分配器３０が冷凍サイクル中の低圧もしくは高圧と低圧の間の中間圧となるように設けられており、オイルセパレータ２と油分配器３０を接続するように油戻し回路１５が設けられている。油分配器３０は、余剰油を貯留するための油貯留タンク１８と可変速型圧縮機と定速型圧縮機のそれぞれに油のみもしくは冷媒が溶け込んだ油を返すための油分配管２１ａ、２１ｂにより構成されている。
一方、２台の室内機２００ａ、２００ｂは、室内熱交換器１１ａ、１１ｂと室内膨張弁１０ａ、１０ｂにより構成されている。
【００１３】
可変速型圧縮機１ａと定速型圧縮機１ｂから吐出される油は、図１に示す実線の如く流れ、オイルセパレータ２で分離され、油戻し回路１５を経て油分配器３０に流入し、油貯留タンク１８内に余剰油として貯留される。可変速型圧縮機１ａ及び定速型圧縮機１ｂから吐出された分の油量は、各吸入分配管１７ａ、１７ｂと油分配器３０に付設する油貯留タンク１８内の差圧により、可変速型圧縮機１ａと定速型圧縮機１ｂの吸入配管９ａ、９ｂを介してそれぞれ必要な油量を返す。
また、定速型圧縮機１ｂが断続運転を行う場合も、可変速型圧縮機１ａから吐出される高圧のガス冷媒により逆止弁１４が閉状態となるため、停止中の定速型圧縮機１ｂ内の内圧はほぼ吸入圧力となり、可変速型圧縮機１ａから吐出されるガス冷媒がバイパスせずに冷凍サイクル内を循環することができると共に、定速型圧縮機１ｂに接続される吸入分配管１７ｂには冷媒が流れない。
したがって、油貯留タンク１８内の内圧と定速型圧縮機１ｂに接続される吸入分配管１７ｂの圧力差がほとんど生じないため、停止している定速型圧縮機１ｂには油が戻らず、可変速型圧縮機１ａ内の油量は確保される。さらに、オイルセパレータ２及び油分配器３０の油貯留タンク１８内には、それぞれ分離された油が貯留されており、オイルセパレータ２より油貯留タンク１８を下方に設置するため、油貯留タンク１８の方に多く油が貯留される。
【００１４】
以上の構成により、アキュムレータを用いなくとも複数台の圧縮機が並列接続された場合の各圧縮機内の油量は、吐出された油量分を油分配器３０により各圧縮機の吸入配管を経て戻すため、任意の圧縮機が断続運転する場合など運転状態によらず各圧縮機で必要な油量を確保することができると共に、アキュムレータでの圧力損失分だけ吸入圧力が上昇する。そのため、冷凍サイクルを循環する冷媒量が増加し冷凍能力を向上することができる。そして、オイルセパレータ２内に貯留される余剰油の量が少ないため、常に分離効率が高い状態でオイルセパレータ２を使用することができるので、冷凍サイクル内の油上がり率を低減することができ、これにより冷凍能力を向上することが可能となる。
さらに、分離した油を貯留するための油分配器３０に付設する油貯留タンク１８は、封入される油量が封入される冷媒量と比較して非常に少ないため、アキュムレータと比較して小さなタンクで済むため、製造コストを低く抑えることが可能である。
【００１５】
次に、本発明の他の実施例について説明する。
図２は、本発明の他の実施の形態を示す空気調和装置の冷凍サイクル系統図であり、室外機１００の構成として、四方弁３の吸入側出口と可変速型圧縮機１ａと定速型圧縮機１ｂのそれぞれの吸入側の間に、冷媒と油を分離し冷媒及び油をそれぞれの圧縮機が必要とする量に分配する冷媒油分配器３１を設けいる。冷媒油分配器３１は、冷媒と油を分離するための気液分離タンク１９と、可変速型圧縮機１ａ及び定速型圧縮機１ｂのそれぞれに冷媒のみを返すための冷媒分配管２０ａ、２０ｂと、油のみもしくは冷媒が溶け込んだ油を返す油分配管２１ａ、２１ｂとで構成されている。
【００１６】
次に、冷媒油分配器の構造について説明する。
図３は、冷媒油分配器の構造を示した断面図であり、気液分離タンクの登頂部には、気液分離タンク内に冷媒と油を導入するための冷媒導入管を備え、冷媒導入管の先端部は動圧回収を行えるように先端に向かって端面が広くなる構造となっている。冷媒のみを抽出する冷媒分配管は、気液分離タンクの側面から冷媒を取出す。また、油分配管は、冷媒分配管と同じ数だけ気液分離タンクの底部に設けられており、それぞれの冷媒分配管に合流する。
【００１７】
図４は、各圧縮機から吐出される油吐出量と冷媒油分配器から各圧縮機に戻される返油量の関係を表わした特性図であり、圧縮機から吐出される油吐出量は、圧縮機から吐出される冷媒量に比例して増加する特性がある。一方、冷媒油分配器から各圧縮機に戻される返油量は、図２に示す如く冷媒分配管を流れる冷媒の圧力損失により決定され、冷媒分配管を流れる冷媒量が増加すると、冷媒分配管での圧力損失が増加するので、気液分離タンク内の圧力と冷媒分配管と油分配管が合流するところでの圧力差が増加し、返油量も増加する。冷媒油分配器は、全ての冷媒流量範囲において圧縮機からの油吐出量よりも圧縮機に戻される返油量の方を多くするように設定しているため、各圧縮機内の油量が減少することはない。
【００１８】
可変速型圧縮機１ａと定速型圧縮機１ｂから吐出される油は、図２に示す実線の如く流れ、オイルセパレータ２で分離され、油戻し回路１５を経て吸入集合管に合流し冷媒油分配器の気液分離タンク内に流れる。気液分離タンク内では、冷媒と油が分離され油は気液分離タンクの底部に貯留される。貯留された油は、冷媒分配管を流れる冷媒の圧力損失により気液分離タンク内と冷媒分配管と油分配管が合流するところで差圧が生じ、油分配管によりその油量が調整され、可変速型圧縮機及び定速型圧縮機の吸入配管を経て戻る。
また、定速型圧縮機１ｂが断続運転を行う場合も、可変速型圧縮機１ａから吐出される高圧のガス冷媒により逆止弁１４が閉状態となるため、停止中の定速型圧縮機１ｂ内の内圧はほぼ吸入圧力となり、可変速型圧縮機１ａから吐出されるガス冷媒がバイパスせずに冷凍サイクル内を循環することができると共に、定速型圧縮機１ｂに接続される冷媒分配管２０ｂには冷媒が流れない。したがって、、気液分離タンク１９内の内圧と定速型圧縮機１ｂに接続される冷媒分配管２０ｂの圧力差がほとんど生じないため、停止している定速型圧縮機１ｂには油が戻らず、可変速型圧縮機１ａ内の油量は確保される。
【００１９】
以上の構成により、アキュムレータと比較して冷媒油分配器３１は、冷媒導入管２３での動圧回収構造及び冷媒分配管２０ａ、２０ｂをアキュムレータのＵ字管よりも短くでき、冷媒分配管２０ａ、２０ｂを通る冷媒がアキュムレータの場合は冷媒かわき度が０．９前後の気液二相状態であるのに対して、冷媒油分配器３１の場合はガス単相であることから圧力損失を低減できる。そのため、この圧力損失分だけ吸入圧力が上昇し、冷凍サイクルを循環する冷媒量が増加し冷凍能力を向上することができる。また、冷媒分配管２０ａ、２０ｂを通る冷媒の圧力損失を利用して圧縮機に油を戻すため、運転状態に対して適正な油を常に戻すことができ、各圧縮機内の油量を常に確保することができる。
【００２０】
図５は、冷媒油分配器３１を示した断面図であり、気液分離タンク１９の登頂部及び冷媒分配管２０ａ、２０ｂは、図３と同等の構造となっている。油のみもしくは冷媒が溶け込んだ油を戻すために、気液分離タンク１９の底部から油導出管２５を圧縮機の数によらず１本設け、油導出管２５は油分岐部２６によりそれぞれの油分配管２１ａ、２１ｂに分配される。そして、それぞれの油分配管２１ａ、２１ｂは、それぞれの冷媒分配管２０ａ、２０ｂに合流する。
【００２１】
本例では、気液分離タンク１９内から油を抽出する配管である油導出管２５が１本しかないため、冷媒油分配器３１の設置が傾いた場合や気液分離タンク１９内の油面が安定していない場合でも、油抽出口が一つであり、それを油分岐部２６で分配するため、それぞれの油分配管２１ａ、２１ｂを通る油量を常に安定させることができる。また、油導出管２５を複数とした場合には、気液分離タンク１９内に突起する油導出管２５の先端位置が製造誤差により異なるため、気液分離タンク１９内の油面によっては油が戻らなくなる圧縮機が存在するが、油導出管２５が１本であるため油導出管２５の先端位置の製造誤差による油戻しの不安定化を取り除くことができる。
【００２２】
次に、冷媒油分配器の設置方法について説明する。
図６は、本発明の他の実施の形態を示す空気調和装置の室外機の内部構造を上面から見た内部構造図である。冷媒油分配器３１は、可変速型圧縮機１ａと定速型圧縮機１ｂのほぼ中間の後方となる位置に設置し、各圧縮機の吸入配管９ａ、９ｂをほぼ同じ長さとなるように接続している。また、冷媒油分配器３１と四方弁３とを接続する吸入集合管８は、吸入配管９ａ、９ｂよりも管内径を太くし最短で接続している。
【００２３】
上記構成により、各圧縮機の冷媒循環量が同一の場合において、冷媒油分配器３１と定速型圧縮機１ｂ及び可変速型圧縮機１ａとの圧力損失が均一となり、各圧縮機の吸入圧力が同等となるため、各圧縮機から吐出される油量と返油量のばらつきがなくなり、各圧縮機の均油がさらに精度よく行うことができ、各圧縮機の温度及び圧力のばらつきも低減でき信頼性が向上する。また、冷媒油分配器３１と四方弁３とを接続する吸入集合管８を最短で接続していることで、吸入集合管８での圧力損失が低減され吸入圧力が上昇するため、冷凍サイクルを循環する冷媒量が増加し冷凍能力を向上することができる。
【００２４】
以上、複数台の並列接続された圧縮機の台数を２台として説明したが、３台以上に増えた場合でも油分配管や冷媒分配管を圧縮機台数分設ければ良い。また、２台の圧縮機の種類として１台が可変速型圧縮機でもう１台が定速型圧縮機として説明したが、２台とも可変速型圧縮機とすれば容量可変範囲が広がり、２台とも定速型圧縮機とすれば制御が簡単となる。
【００２５】
以上説明したように、冷凍サイクル内の油上がり率の低減や吸入側圧力損失の低減により冷凍能力を向上できる。また、冷媒導入管での動圧回収構造及び冷媒分配管の圧力損失の低減により冷凍能力を向上できる。さらに、各圧縮機から吐出される油量と返油量のばらつきがなくなり、各圧縮機の均油がさらに精度よく行うことができ、各圧縮機の温度及び圧力のばらつきも低減でき、圧縮機の信頼性が向上する空気調和装置を提供できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、複数台並列接続した各圧縮機内に必要な油量を確保して冷凍能力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す空気調和装置の冷凍サイクル系統図。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す空気調和装置の冷凍サイクル系統図。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す空気調和装置に付設する冷媒油分配器の一実施例の構造を示した断面図。
【図４】各圧縮機からの油吐出量と冷媒油分配器からの返油量の関係を表わした特性図。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す空気調和装置に付設する冷媒油分配器の他の実施例の構造を示した断面図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す空気調和装置の室外機の内部構造を上面から見た内部構造図。
【符号の説明】
１ａ…可変速型圧縮機、１ｂ…定速型圧縮機、２…オイルセパレータ、３…四方弁、８…吸入集合管、９ａ、９ｂ…吸入配管、１４…逆止弁、１５…油戻し回路、１７ａ、１７ｂ…吸入分配管、１８…油貯留タンク、１９…気液分離タンク、２０ａ、２０ｂ…冷媒分配管、２１ａ、２１ｂ…油分配管、２３…冷媒導入管、２５…油導出管、２６…油分岐部、３０…油分配器、３１…冷媒油分配器。
【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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