(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油が封入され、冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒と前記油との混合物から前記油を分離する油分離器とを備え、
前記圧縮機は前記油を溜める油溜まり部を有し、
前記油分離器は前記圧縮機から前記混合物が流入する入口と、分離した前記油が流出する油出口と、前記冷媒が流出する冷媒出口とを有し、
前記油分離器の前記油出口と前記圧縮機とは油戻し配管により接続され、
前記油分離器の前記入口は前記油溜まり部に溜められた前記油の油面よりも高い位置にあり、
前記油戻し配管は前記油溜まり部に溜められた前記油の油面よりも低い位置で前記圧縮機に接続され、
前記圧縮機と前記油分離器の前記入口とには、前記混合物が流れる吐出配管が接続され、
前記油分離器の前記冷媒出口には、前記冷媒が流れる冷媒配管が接続され、
前記吐出配管と前記冷媒配管とには、前記混合物が流れるバイパス配管が接続され、
前記吐出配管には、前記吐出配管と前記バイパス配管との接続点と、前記吐出配管と前記油分離器との接続点との間に、第１の二方弁が設けられ、
前記冷媒配管には、前記冷媒出口と、前記冷媒配管と前記バイパス配管との接続点との間に、第２の二方弁が設けられ、
前記バイパス配管には、前記吐出配管と前記バイパス配管との接続点と、前記冷媒配管と前記バイパス配管との接続点との間に、第３の二方弁が設けられ、
前記圧縮機の回転数に応じて、前記第１の二方弁、前記第２の二方弁、及び前記第３の二方弁の開閉制御をするように構成されている、
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記油戻し配管は、前記圧縮機の側面に水平に接続している、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記圧縮機は、少なくとも高圧容器と、前記高圧容器の内部に収納された圧縮機構部とを備え、
前記圧縮機構部の吐出口と前記油分離器の前記入口とは、前記高圧容器の内部空間と前記吐出配管とを介して連通している、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記油戻し配管は前記油分離器の前記油出口から前記圧縮機の方向にのみ通流する逆止弁を備える、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記油戻し配管の内径は前記吐出配管の内径よりも小さい、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記油分離器の前記入口と前記油溜まり部に溜められた前記油の油面との高さ方向の位置の差Ｈ（ｍｍ）は、前記吐出配管の内径がＤ（ｍｍ）であり長さがＬ（ｍｍ）であり、冷房定格能力がＱ（ｋＷ）であるとすると、
Ｈ＞２８９×Ｑ１．７５×Ｄ−４．７５×Ｌ
の関係を満たす、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項７】
前記冷媒はＲ３２を含む、請求項１に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気圧縮式の冷凍サイクルを用いた空気調和機では、冷凍サイクルの構成要素のひとつとして圧縮機が使用される。圧縮機は、冷凍サイクルの作動媒体であるガス状の冷媒を圧縮するためのものであり、内部には圧縮機構を潤滑するための冷凍機油（以下、単に「油」とも称する）が封入されている。このため、圧縮機から冷媒が吐出される際には、冷媒と共に微量の冷凍機油も吐出される。この冷凍機油は、配管内での冷媒の流動損失を増大させたり、熱交換器を構成する伝熱管の内面に付着して冷媒と空気との熱交換を阻害したりする。特に、配管内での冷媒の流動損失については、空気調和機の室内機と室外機とを接続する配管内の冷媒が低密度となる冷房運転において顕著になる。このように、圧縮機から冷媒と共に吐出された冷凍機油は、圧縮機の動力を増加させ、結果として空気調和機の省エネルギー性を低下させる。
【０００３】
このような課題を解決するための従来技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載された空気調和装置では、冷凍サイクル中に油分離器が設置されており、圧縮機から冷媒と共に吐出された油を油分離器で冷媒から分離し、キャピラリチューブ等を用いた油循環量調整装置を介して圧縮機の冷媒の吸込部に油を戻す。圧縮機では冷媒の吸込部は低圧になっているので、冷媒の吸込部を利用すると圧縮機に容易に油を戻すことができる。この構成により、熱交換器や、室内機と室外機とを接続する配管などに流れる油の量を減らすことができるので、空気調和機の省エネルギー性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０４９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された空気調和装置は、圧縮機から吐出された高温の油を圧縮機の冷媒の吸込部に戻すため、吸込部で低温の冷媒が油により加熱され、圧縮機の動力が増える可能性がある。また、油循環量調整装置としてキャピラリチューブ等の固定絞りを採用した場合には、運転条件によっては油を圧縮機に十分に戻せなかったり、又は油を過剰に戻してしまって高温・高圧の冷媒が圧縮機の吸込部に吹き抜けたりする可能性がある。このように、従来の技術では、圧縮機から吐出された油によって圧縮機の動力が増加し、空気調和機の省エネルギー性が低下するという課題がある。
【０００６】
本発明は、圧縮機から冷媒と共に吐出された油によって圧縮機の動力が増加するのを防止し、省エネルギー性が向上した空気調和機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】
【０００７】
本発明による空気調和機は、次のような特徴を備える。油が封入され、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒と前記油との混合物から前記油を分離する油分離器とを備える。前記圧縮機は前記油を溜める油溜まり部を有する。前記油分離器は前記圧縮機から前記混合物が流入する入口と、分離した前記油が流出する油出口と、前記冷媒が流出する冷媒出口とを有する。前記油分離器の前記油出口と前記圧縮機とは油戻し配管により接続される。前記油分離器の前記入口は前記油溜まり部に溜められた前記油の油面よりも高い位置にある。前記油戻し配管は前記油溜まり部に溜められた前記油の油面よりも低い位置で前記圧縮機に接続される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧縮機から冷媒と共に吐出された油によって圧縮機の動力が増加するのを防止し、省エネルギー性が向上した空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１による空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。
【図２】圧縮機の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施例１による空気調和機において、圧縮機と油分離器との接続について示す図である。
【図４】本発明の実施例２による空気調和機において、圧縮機と油分離器との接続について示す図である。
【図５】本発明の実施例３による空気調和機において、圧縮機と油分離器との接続について示す図である。
【図６】油分離器で油を分離し、分離した油を圧縮機の高圧容器の内部に戻すための条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明による空気調和機は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを備え、圧縮機から冷媒と共に吐出された冷凍機油（以下、単に「油」とも称する）を冷媒から分離し、分離した油を圧縮機の高圧容器の油溜まり部に直接戻す（圧縮機の冷媒の吸込部には戻さない）ことで、圧縮機に吸い込まれる冷媒が油により加熱されるのを防止する。従って、本発明による空気調和機は、圧縮機の動力が増加するのを防止し、省エネルギー性を向上させることができる。以下、本発明の実施例による空気調和機を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１による空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。本実施例による空気調和機は、室外機１と室内機９とを備える。室外機１は、圧縮機２と、油分離器３と、四方弁４と、室外熱交換器５と、絞り装置８と、プロペラファン７と、室外ファンモータ６とを備える。室内機９は、室内熱交換器１０と、貫流ファン１２と、室内ファンモータ１１とを備える。室外機１と室内機９は、２つの接続配管１３によって互いに接続される。
【００１２】
圧縮機２は、冷凍サイクルの作動媒体である冷媒を圧縮機構部で圧縮する装置であり、圧縮機構部を潤滑するための冷凍機油が内部に封入されている。なお、本実施例では、Ｒ３２を主成分として含む冷媒を用い、エステル系の潤滑油を冷凍機油として用いる。Ｒ３２は、地球温暖化係数が小さく、環境に与える影響が小さい冷媒である。
【００１３】
空気調和機の各要素の作用を説明する。初めに、空気調和機が冷房運転をする場合について説明する。冷房運転の場合、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス状冷媒と油の混合物は、油分離器３で冷媒と油とに分離される。分離された油は、圧縮機２の内部に戻される。分離された冷媒は、四方弁４を通って室外熱交換器５で外気に放熱することで凝縮し、高圧の液状冷媒となる。液状冷媒は、絞り装置８の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、接続配管１３を通って室内機９に流れる。室内機９に入った冷媒は、室内熱交換器１０で室内空気の熱を吸収することで蒸発する。室内機９で蒸発した冷媒は、接続配管１３を通って室外機１へ戻り、四方弁４を通って圧縮機２に流れ、圧縮機２で再び圧縮される。
【００１４】
次に、空気調和機が暖房運転をする場合について説明する。暖房運転の場合では、冷媒流路が四方弁４により冷房運転の場合から切り替えられる。暖房運転の場合、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス状冷媒と油の混合物は、油分離器３により冷媒と油とに分離される。分離された油は、圧縮機２の内部に戻される。分離された冷媒は、四方弁４及び接続配管１３を通って室内機９に流れる。室内機９に入った冷媒は、室内熱交換器１０で室内空気に放熱することで凝縮し、高圧の液状冷媒となる。高圧の液状冷媒は、接続配管１３を通って室外機１に流れる。室外機１に入った高圧の液状冷媒は、絞り装置８の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、室外熱交換器５に流れ、室外空気の熱を吸収することで蒸発し、ガス状冷媒になる。室外熱交換器５でガス状となった冷媒は、四方弁４を通って圧縮機２に流れ、圧縮機２で再び圧縮される。
【００１５】
以下では、空気調和機が冷房運転をする場合についてのみ説明する。これは、上述したように、配管内での冷媒の流動損失は、室内機９と室外機１とを接続する接続配管１３内の冷媒が低密度となる冷房運転において顕著になり、油分離器３による油の分離の効果は、冷房運転の場合に大きくなるからである。空気調和機が暖房運転をする場合でも、冷房運転をする場合と同様に、圧縮機２の動力の増加の防止と、空気調和機の省エネルギー性の向上という効果が得られる。
【００１６】
図２は、圧縮機２の断面を示す図である。圧縮機２は、スクロール式と呼ばれる形式の内部高圧式であり、略円筒形の高圧容器１４、圧縮機構部１８、及び電動機部１９を備える。圧縮機構部１８と電動機部１９は、高圧容器１４の内部に収納される。圧縮機構部１８は、フレーム１８ａ、旋廻スクロール１８ｂ、及び固定スクロール１８ｃを備える。電動機部１９は、固定子１９ａ及び回転子１９ｂを備える。圧縮機２は、電動機部１９の回転が回転軸２２によって圧縮機構部１８に伝達される構造となっている。
【００１７】
高圧容器１４は、吸込部１５、吐出部１６、油戻し部１７、及び端子２５を備え、これらにより外部に対して流体及び電気エネルギーの出入りが可能である。吸込部１５は、冷媒を高圧容器１４の内部に流入させる入口である。吐出部１６は、冷媒と微量の油の混合物を吐出する出口である。油戻し部１７は、この混合物から分離された油を高圧容器１４の内部に戻す入口である。端子２５は、電動機部１９に電気エネルギーを供給するための端子である。
【００１８】
高圧容器１４は、内部に冷凍機油が封入されており、下部に油溜まり部２０が形成されている。図２において、油溜まり部２０に溜まった冷凍機油の油面は、符号２１で示している。高圧容器１４は、油吸込部２３を備え、油溜まり部２０に溜まった冷凍機油は、油吸込部２３により吸い込まれる。冷媒と油の混合物から分離されて高圧容器１４の内部に戻った油が油吸込部２３によって吸い込まれるように、油戻し部１７の高さ方向の位置は、油吸込部２３の油の吸込口の高さ方向の位置よりも高い。
【００１９】
電動機部１９が稼動すると、その回転は、回転軸２２によって圧縮機構部１８に伝達され、回転軸２２の上部に設けられた偏心部により旋廻スクロール１８ｂを揺動させる。旋廻スクロール１８ｂと固定スクロール１８ｃとが相対的に動くことにより、冷媒は、吸込部１５から圧縮機構部１８に吸い込まれ、圧縮される。このとき、油溜まり部２０の冷凍機油は、油吸込部２３から吸い込まれ、回転軸２２の内部を通り圧縮機構部１８に供給される。このようにして、圧縮機構部１８に導入された冷媒と冷凍機油は、圧縮機構部１８に設けられた吐出口２４から高圧容器１４の内部に吐出される。
【００２０】
吐出口２４から吐出された油は、その多くが高圧容器１４の内部の壁面等に衝突・付着し、重力によって高圧容器１４の下部の油溜まり部２０に戻る。しかし、その一部は、ミストとなって冷媒と共に吐出部１６から高圧容器１４の外部に流出する。
【００２１】
図３は、本実施例による空気調和機において、圧縮機２と油分離器３との接続について示す図である。図３では簡単のために圧縮機２の内部構造を省略して描いているが、圧縮機２の詳細は、図２を用いて説明したとおりである。なお、図３は、空気調和機が定格能力Ｑ（ｋＷ）で冷房運転している場合を示している。
【００２２】
油分離器３は、略円筒形の形状をしており、圧縮機２から吐出された冷媒と油の混合物を、流体にはたらく遠心力を用いて冷媒と油に分離する。本実施例では、このような遠心分離式の油分離器３を用いているが、他の形式の油分離器、例えば金属の網などに油のミストを付着させて分離する形式の油分離器を用いてもよい。油分離器３は、分離した油を溜めることができる。
【００２３】
圧縮機２の高圧容器１４と油分離器３とは、吐出配管３４及び油戻し配管３５により互いに接続される。油戻し配管３５は、油分離器３の油出口２８と高圧容器１４の油戻し部１７とを接続する。圧縮機２の吐出部１６から吐出された冷媒と油との混合物は、吐出配管３４を流下し、油分離器３の入口２６から油分離器３の内部に流入し、冷媒と油とに分離される。油分離器３で分離された冷媒は、油分離器３の冷媒出口２７から流出する。冷媒出口２７には、冷媒出口２７から流出した冷媒が流れる冷媒配管３６が接続される。
【００２４】
油分離器３で分離された油は、油分離器３の油出口２８から油戻し配管３５を流れ、油戻し部１７を通って高圧容器１４の油溜まり部２０に溜められる。高圧容器１４の内部には、油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３が、油分離器３の入口２６の高さ方向の位置ｈ５よりも低く、かつ高圧容器１４の油戻し部１７の高さ方向の位置ｈ２よりも高くなるように、量を調整して油を封入する。油戻し部１７は、高圧容器１４の側面に対して水平に接続している。すなわち、油戻し配管３５は、高圧容器１４の側面に水平に接続するための水平部を有し、この水平部は油で満たされている。
【００２５】
なお、本実施例では、圧縮機２の高圧容器１４の直径は、約１２０ｍｍとし、油分離器３の直径は、約６０ｍｍとした。また、油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３は、油分離器３の入口２６の高さ方向の位置ｈ５よりも、２２０ｍｍだけ低い位置にあるとした。すなわち、油分離器３の入口２６の高さ方向の位置ｈ５と油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３との高さの差（ｈ５−ｈ３）は、２２０ｍｍである。
【００２６】
冷媒と油の混合物が吐出配管３４を流下する際には流動損失が発生するため、油分離器３の内部の圧力は、圧縮機２の高圧容器１４の内部の圧力よりも若干低下する。しかし、本実施例では、油分離器３の入口２６の高さ方向の位置ｈ５が、圧縮機２の油溜まり部２０に溜まった油の油面２１の高さ方向の位置ｈ３よりも高く、さらに油戻し配管３５の高圧容器１４との接続部（油戻し部１７）の高さ方向の位置ｈ２が、油面２１の高さ方向の位置ｈ３よりも低い。このため、油分離器３に溜まった油の油面の高さ方向の位置ｈ４と、油面２１の高さ方向の位置ｈ３との高さの差に起因する油のヘッド差（ｈ４−ｈ３）により、油分離器３の油は、油分離器３から圧縮機２の高圧容器１４に流れることができる（ｈ４＞ｈ３である）。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒と油の混合物を油分離器３で冷媒と油とに分離し、分離した油を油分離器３から圧縮機２の高圧容器１４の内部に直接戻すことができる。
【００２７】
このため、本実施例による空気調和機は、熱交換器５、１０や、室内機９と室外機１とを接続する接続配管１３などに流れる油の量を減らすことができ、省エネルギー性を向上させることができる。また、分離した油は圧縮機２の吸込部１５に流れないので、吸込部１５の低温の冷媒を油により加熱してしまうことがなく、圧縮機２の動力が増えるのを防止でき、省エネルギー性をより向上させることができる。
【００２８】
ここで、圧縮機２の回転数を増加させ、空調能力を増加させた場合について考える。この場合には、吐出配管３４での冷媒と油の混合物の流動損失が増加するため、圧縮機の高圧容器１４の内部と油分離器３の内部との圧力の差が大きくなる。これに伴い、高圧容器１４の油溜まり部２０の油が、油分離器３に一時的に逆流し、油分離器３の油面の高さ方向の位置ｈ４はより高くなり、高圧容器１４の油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３はより低くなる。すなわち、吐出配管３４での冷媒と油の混合物の流動損失の増加に対応する分だけ、油のヘッド差が大きくなる。従って、油分離器３から高圧容器１４の油溜まり部２０に戻る油の量は、油のヘッド差により自動的に調整されることになる（油のヘッド差が一定になるように、油分離器３から油溜まり部２０に戻る油の量が自動的に調整される）。このため、特別な制御装置を用いることなく、適切な量の油を高圧容器１４の内部に戻すことができる。
【００２９】
本実施例では、圧縮機２の高圧容器１４の直径は約１２０ｍｍであり、油分離器３の直径は約６０ｍｍである。このように、高圧容器１４の直径が油分離器３の直径よりも大きいと、高圧容器１４の水平方向の断面積が油分離器３の水平方向の断面積よりも大きくなり、好ましい。油分離器３よりも高圧容器１４の方が水平方向の断面積が大きいと、高圧容器１４の油溜まり部２０と油分離器３との間で油が流れたとき、油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３の変化は、油分離器３の油面の高さ方向の位置ｈ４の変化よりも小さい。すなわち、本実施例による空気調和機では、圧縮機２の高圧容器１４の内部の油面２１の高さ方向の位置ｈ３の変動を抑えつつ、効果的に油のヘッド差を作り出すことができるので、高圧容器１４の内部の油切れのリスクを低減することができる。
【００３０】
ここで、圧縮機２の回転数をさらに増加させ、空調能力をさらに増加させた場合について考える。この場合には、吐出配管３４での冷媒と油の混合物の流動損失がさらに増加するため、油分離器３の油面の高さ方向の位置ｈ４はさらに高くなり、高圧容器１４の油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３はさらに低くなり、ついには、油面２１の高さ方向の位置ｈ３が、油戻し配管３５の高圧容器１４との接続部（高圧容器１４の油戻し部１７）の高さ方向の位置ｈ２まで低下する。この場合、冷媒と油の混合物が油戻し配管３５を逆流し、油分離器３に向かって流れるが、油面２１の高さ方向の位置ｈ３は、油戻し部１７の高さ方向の位置ｈ２よりも低くなることはない。
【００３１】
また、本実施例による空気調和機では、図２を用いて説明したように、高圧容器１４の油戻し部１７の高さ方向の位置ｈ２は、油吸込部２３の油の吸込口の高さ方向の位置ｈ１よりも高い。このため、油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３が、油戻し部１７の高さ方向の位置ｈ２まで低下しても、油溜まり部２０の油は、油吸込部２３によって吸い込まれ、圧縮機構１８の潤滑を継続することができる。油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３が、油戻し部１７の高さ方向の位置ｈ２まで低下した場合には、油戻し配管３５の内部は油でなく高圧容器１４の内部の気体が逆流するので、油分離器３で分離された油は高圧容器１４に流れず、油分離器３の冷媒出口２７から冷媒と共に流出すると考えられる。このため、この場合には、油分離器３の設置による省エネルギー効果は期待できないものの、圧縮機構１８の潤滑を継続でき、圧縮機２の信頼性は維持することができる。
【００３２】
ここで、空気調和機が冷房定格能力Ｑ（ｋＷ）で運転しているときに、油分離器３で油を分離し、分離した油を高圧容器１４の内部に戻すことができる条件について考える。まず、油分離器３で油を分離するためには、油分離器３の油面の高さ方向の位置ｈ４が、油分離器３の入口２６の高さ方向の位置ｈ５以下である必要がある。また、油分離器３で分離した油が高圧容器１４の内部に戻るためには、油分離器３の油面の高さ方向の位置ｈ４と、高圧容器１４の油溜まり部２０の油面２１の高さ方向の位置ｈ３との高さの差に基づくヘッド差（ｈ４−ｈ３）が、吐出配管３４を冷媒と油の混合物が流動する際の流動損失に相当するヘッド差以上である必要がある。油分離器３で油を分離できる条件と、油分離器３で分離した油が高圧容器１４の内部に戻るための条件とを合わせて考えると、空気調和機が冷房定格能力Ｑで運転しているときに、油分離器３で油を分離し、分離した油を高圧容器１４の内部に戻すことができるためには、油分離器３の入口２６の高さ方向の位置ｈ５と高圧容器１４の内部の油面２１の高さ方向の位置ｈ３との高さの差に基づくヘッド差Ｈ（＝ｈ５−ｈ３）が、吐出配管３４を冷媒と油の混合物が流動する際の流動損失に相当するヘッド差よりも大きい必要がある。
【００３３】
そこで、油分離器３で油を分離し、分離した油を高圧容器１４の内部に戻すために必要な最小のヘッド差Ｈ０を、計算により求めた。このヘッド差Ｈ０（ｍｍ）は、冷媒としてＲ３２を用い、吐出配管３４の内部の流れを乱流と仮定し、吐出配管３４の内径をＤ（ｍｍ）とし長さをＬ（ｍｍ）とし、空気調和機の冷房定格能力をＱ（ｋＷ）として、ブラジウスの式を用いて求めた。この結果、図６のグラフに示すような関係が得られた。
【００３４】
図６は、油分離器３で油を分離し、分離した油を圧縮機２の高圧容器１４の内部に戻すための条件を示す図である。図６には、このために必要な最小のヘッド差Ｈ０（ｍｍ）と、吐出配管３４の内径Ｄ（ｍｍ）と長さＬ（ｍｍ）と、空気調和機の冷房定格能力Ｑ（ｋＷ）との関係を示している。図６において、横軸は、Ｑ１．７５とＤ−４．７５とＬとの積であり、縦軸は、必要な最小のヘッド差Ｈ０である。図６に示したグラフが原点を通る直線であることから、Ｑ１．７５とＤ−４．７５とＬとの積とＨ０との間には、以下の式（１）で表される比例関係があることがわかった。
Ｈ０＝２８９×Ｑ１．７５×Ｄ−４．７５×Ｌ      （１）
式（１）において、Ｈ０とＤとＬの単位は［ｍｍ］であり、Ｑの単位は［ｋＷ］である。
【００３５】
空気調和機が冷房定格能力Ｑで運転しているときに、油分離器３で油を分離し、分離した油を高圧容器１４の内部に戻すことができるためには、以下の式（２）で表される条件が必要である。
Ｈ＞Ｈ０      （２）
本実施例では、代表的な値として、空気調和機の冷房定格能力Ｑを４ｋＷ、吐出配管３４の外径を９．５２ｍｍ、内径を７．９２ｍｍ、長さを２５０ｍｍとした。すると、式（１）より、Ｈ０の値は、以下の式（３）に示すように４４．０である。
Ｈ０＝２８９×４１．７５×７．９２−４．７５×２５０
＝４４．０      （３）
すなわち、油分離器３で油を分離し、分離した油を圧縮機２の高圧容器１４の内部に戻すために必要な最小のヘッド差Ｈ０は、４４．０ｍｍである。
【００３６】
本実施例では、油分離器３の入口２６の高さ方向の位置ｈ５と高圧容器１４の内部の油面２１の高さ方向の位置ｈ３との高さの差Ｈ（＝ｈ５−ｈ３）は２２０ｍｍであるので、式（２）に示したＨ＞Ｈ０の関係を十分に満たしている。つまり、本実施例による空気調和機は、冷房定格能力Ｑで運転しているときに、油分離器３で油を分離し、分離した油を高圧容器１４の内部に戻すことができるので、省エネルギー性を高めることができる。
【００３７】
なお、圧縮機２から吐出され吐出配管３４を流れる冷媒と油の混合物では、油の質量割合が数％と比較的小さく、吐出配管３４の内部は、冷媒と油の混合物が比較的低密度の気液二相で流れる。一方、油戻し配管３５の内部は、比較的少量の油が比較的高密度の液単相で流れるため、油戻し配管３５での油の体積流量は、比較的小さく、流動に伴う流動損失は小さい。これらのことから、油戻し配管３５の内径は、吐出配管３４の内径よりも小さくすることができる。より低コストで本発明の効果を得ようとする場合には、油戻し配管３５の内径は、吐出配管３４の内径よりも小さい方が好ましい。本実施例では、油戻し配管３５の内径は４．９５ｍｍであり、吐出配管３４の内径は７．９２ｍｍである。
【００３８】
なお、本実施例では、圧縮機２としてスクロール式のものを用いたが、内部高圧式の圧縮機であれば任意の圧縮機、例えばロータリ式の圧縮機を用いることができる。また、本実施例では、図２に示したように縦置きの圧縮機２を用いたが、横置きの圧縮機を用いてもよい。
【実施例２】
【００３９】
本発明の実施例２による空気調和機について、図４を用いて説明する。本実施例による空気調和機の基本的な構成等は、実施例１による空気調和機と同様なので、以下では、実施例１と異なる部分を中心に説明する。
【００４０】
図４は、本実施例による空気調和機において、圧縮機２と油分離器３との接続について示す図である。図４において、図３と同一の符号は、実施例１と同一の又は対応する構成要素を示す。図４は、図３と同様に、空気調和機が定格能力Ｑ（ｋＷ）で冷房運転している場合を示している。図４に示した本実施例の構成は、図３に示した実施例１の構成と比べて、油戻し配管３５の途中に、油分離器３の油出口２８から高圧容器１４の方向にのみ通流する逆止弁２９を備える点が異なる。
【００４１】
逆止弁２９を備えることにより、高圧容器１４から油分離器３への油の逆流を防止することができ、高圧容器１４の内部の油切れのリスクをさらに低減することができる。すなわち、本実施例による空気調和機は、信頼性を維持しつつ、省エネルギー性を向上させることができる。
【実施例３】
【００４２】
本発明の実施例３による空気調和機について、図５を用いて説明する。本実施例による空気調和機の基本的な構成等は、実施例２による空気調和機と同様なので、以下では、実施例２と異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
図５は、本実施例による空気調和機において、圧縮機２と油分離器３との接続について示す図である。図５において、図４と同一の符号は、実施例２と同一の又は対応する構成要素を示す。図５は、図４と同様に、空気調和機が定格能力Ｑ（ｋＷ）で冷房運転している場合を示している。図５に示した本実施例の構成は、図４に示した実施例２の構成と比べて、バイパス配管３０、第１の二方弁３１、第２の二方弁３２、及び第３の二方弁３３を備える点が異なる。
【００４４】
バイパス配管３０は、吐出配管３４と冷媒配管３６とを接続し、圧縮機２から吐出された冷媒と油の混合物が、油分離器３を経由せずに流れるようにするための配管である。第１の二方弁３１、第２の二方弁３２、及び第３の二方弁３３は、流路を切り替えるための弁である。第１の二方弁３１は、吐出配管３４に設けられ、吐出配管３４とバイパス配管３０との接続点と、吐出配管３４と油分離器３との接続点との間に設置される。第２の二方弁３２は、冷媒配管３６に設けられ、冷媒出口２７と、冷媒配管３６とバイパス配管３０との接続点との間に設置される。第３の二方弁３３は、バイパス配管３０に設けられ、吐出配管３４とバイパス配管３０との接続点と、冷媒配管３６とバイパス配管３０との接続点との間に設置される。
【００４５】
空気調和機の能力が比較的小さく（すなわち、圧縮機２の回転数が比較的小さく）、油分離器３の設置による省エネルギー効果が期待できる運転条件では、第１の二方弁３１と第２の二方弁３２を開き、第３の二方弁３３を閉じる。これにより、圧縮機２から吐出された冷媒と油の混合物を油分離器３に流し、油分離器３で油を分離し、分離した油を高圧容器１４の内部に戻すことができるので、実施例１、２と同様に省エネルギー効果を得ることができる。
【００４６】
空気調和機の能力が比較的大きい場合（すなわち、圧縮機２の回転数が比較的大きい場合）には、油分離器３で分離された油は高圧容器１４に流れるのが困難であり、油分離器３の設置による省エネルギー効果が期待できない。このような運転条件では、第１の二方弁３１と第２の二方弁３２を閉じ、第３の二方弁３３を開く。これにより、圧縮機２から吐出された冷媒と油の混合物をバイパス配管３０に流し、冷凍サイクルから油分離器３を実質的に切り離すことができる。このため、油分離器３に滞留する油を低減することができ、従来の空気調和機と同等の信頼性を確保することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施例による空気調和機は、第１の二方弁３１、第２の二方弁３２、及び第３の二方弁３３を開閉制御することで、運転条件（圧縮機２の回転数）に応じて適切に、油分離器３の使用・不使用を選択することができる。
【００４８】
なお、本実施例では、圧縮機２から吐出された冷媒と油の混合物を油分離器３に流す流路とバイパス配管３０に流す流路とを切り替えるために、３個の二方弁３１、３２、３３を用いた。しかし、これらの流路は、例えば２個の三方弁を用いて切り替えてもよい。２個の三方弁を用いる場合には、１つの三方弁を吐出配管３４とバイパス配管３０との接続点に設置し、もう１つの三方弁を冷媒配管３６とバイパス配管３０との接続点に設置する。
【００４９】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…室外機、２…圧縮機、３…油分離器、４…四方弁、５…室外熱交換器、６…室外ファンモータ、７…プロペラファン、８…絞り装置、９…室内機、１０…室内熱交換器、１１…室内ファンモータ、１２…貫流ファン、１３…接続配管、１４…高圧容器、１５…吸込部、１６…吐出部、１７…油戻し部、１８…圧縮機構部、１８ａ…フレーム、１８ｂ…旋廻スクロール、１８ｃ…固定スクロール、１９…電動機部、１９ａ…固定子、１９ｂ…回転子、２０…油溜まり部、２１…油溜まり部の油面、２２…回転軸、２３…油吸込部、２４…吐出口、２５…端子、２６…油分離器の入口、２７…油分離器の冷媒出口、２８…油分離器の油出口、２９…逆止弁、３０…バイパス配管、３１…第１の二方弁、３２…第２の二方弁、３３…第３の二方弁、３４…吐出配管、３５…油戻し配管、３６…冷媒配管。
【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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