(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧縮機、気液分離器、油分離器、熱源側熱交換器、各種膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続して冷凍サイクルを構成し、前記圧縮機には油放出用接続口、吐出配管及び吸入配管等の低圧側配管を設けると共に、前記圧縮機の前記油放出用接続口と前記吐出配管の合流点より上流側の前記吐出配管を接続する返油配管と、前記吐出配管の合流点より上流側の前記吐出配管と前記低圧側配管を接続する返油回路を設けてなる空気調和機において、
前記返油配管は、その配管経路が前記油放出用接続口より下方にあり、かつ前記油放出用接続口より下方で前記吐出配管に接続されていることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記返油回路は、前記油放出用接続口より下方で前記吐出配管と接続されており、該接続点は、前記吐出配管と前記返油配管との接続点より下方にあると共に、回路を遮断することができる弁を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記吐出配管は、前記吐出配管の合流点と前記返油配管か前記返油回路と前記吐出配管の接続点のいずれか下流側との間に逆止弁を設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを用いる空気調和機に係り、特に冷凍サイクル用圧縮機の油量安定化に好適な空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
第１の従来の技術では、高圧チャンバー方式の圧縮機を連結した、複数の圧縮機の場合、運転と停止は、同時に行っていたが、こういう運転方法は、容量可変の圧縮機と一定容量の圧縮機を組み合わせて、容量可変の圧縮機は常時運転をし一定容量の圧縮機は随時運転をする容量制御を行う冷凍サイクルには適用できない。
【０００３】
第２の従来の技術として、特開平１０−１４１７８５号公報に開示されるように、複数台の圧縮機の余剰油を系統側に戻すために、各々の回路に油分離器を設けるものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来技術は、容量可変の圧縮機と一定容量の圧縮機の組み合わせで構成される冷凍サイクルで、一定容量の圧縮機を運転と停止をくり返した時に、停止中の圧縮機に溜まった油を排出できない点について配慮がされておらず、圧縮機内に溜まる油量分も考慮した油封入量となるためシステム全体の油量が増加し冷凍サイクルの性能低下をまねいていた。これを回避し、油量を低減するために圧縮機は同時運転せざるをえず、容量制御範囲に制限が大きくなるという問題点があった。
【０００５】
第２の従来技術は、各々の回路に分離器を設けねばならず、部品数が多くなってコストが高くなるという生産性上の問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決し、容量可変の圧縮機と一定容量の圧縮機の組み合わせで構成される冷凍サイクルで、圧縮機への油保有量を適正化し、冷凍サイクル全体の油保有量を低減させる空気調和機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による空気調和機は、特許請求の範囲の各請求項に記載されたところを特徴とするものであるが、特に独立項としての請求項１に係る発明による空気調和機は、複数の圧縮機、気液分離器、油分離器、熱源側熱交換器、各種膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続して冷凍サイクルを構成し、前記圧縮機には油放出用接続口、吐出配管及び吸入配管等の低圧側配管を設けると共に、前記圧縮機の前記油放出用接続口と前記吐出配管の合流点より上流側の前記吐出配管を接続する返油配管と、前記吐出配管の合流点より上流側の前記吐出配管と前記低圧側配管を接続する返油回路を設けてなる空気調和機において、前記返油配管は、その配管経路が前記油放出用接続口より下方にあり、かつ前記油放出用接続口より下方で前記吐出配管に接続されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例について図１ないし図５を用いて以下説明する。
【０００９】
図１に、空気熱源式の空気調和機の冷凍サイクルを示す。２点鎖線内はそれぞれ室内ユニット５０、室外ユニット６０を示す。
【００１０】
冷凍サイクルは、圧縮機１、油分離器９、四方弁２、熱源側熱交換器としての室外熱交換器３、室外膨張弁４、室内膨張弁５、利用側熱交換器としての室内熱交換器６及び気液分離器７により構成され、それぞれの構成部品は、配管により接続されている。また、室外と室内の熱交換器には、それぞれ送風機８を備えており、各熱交換器に送風することにより冷媒と空気の熱交換をさせて空調している。これらの部品で構成された冷凍サイクルは、図１中のＰｓなどの圧力検出手段１６及びＴｅなどの温度検出手段１７を検出値入力手段１８で取り込み、冷凍サイクル運転手段１９にて運転される。
【００１１】
図１では、一冷凍サイクル内に圧縮機１を２台接続した例を示す。各圧縮機１の吐出ガスを接続配管で合流させ、合流後に油分離器９を設けている。油分離器９で分離された冷凍機油は、油戻し配管１４により気液分離器７に戻され、ここで冷媒と混合されて各圧縮機に戻る油循環回路を形成している。この油循環の回路は、従来より一般的に広く用いられているものである。
【００１２】
本発明では、圧縮機１の油放出用接続口としての返油口２２と、吐出配管２０の配管経路との間に返油配管１０が接続されている。該返油配管１０は、運転時にも停止側にも圧縮機１の必要油量以上に、圧縮機１の密閉容器内に油を溜めないためのものである。特に運転時、本実施例で用いた圧縮機１は、高圧チャンバ方式のスクロール圧縮機であり、圧縮機１内部は高圧に保持されているため、このような返油配管１０を設置した場合には、圧縮機１内の油を返油配管１０側に放出することが可能となる。吐出配管２０内の圧力Ｐｄ２は、圧縮機１内の圧力Ｐｄ１より、吐出配管２０の圧縮機１出口の縮流損失分△Ｐ１と配管の圧力損失分△Ｐ２とだけ低くなっており、この圧力差すなわちＰｄ１−Ｐｄ２＝△Ｐ１＋△Ｐ２で油を返油配管１０を経て吐出配管２０に放出することが可能である。
【００１３】
さらに、各圧縮機１のまわりの配管には、吐出配管２０に後記の返油回路１２との接続点より下流側でかつ吐出配管２０の合流点の上流側に逆止弁１１を、高圧側の吐出配管２０と低圧側の気液分離器７の上流側の吸入配管２１とを接続する返油回路１２上に電動弁１３を有する。
【００１４】
２台の圧縮機１は、室内熱交換器６の負荷に応じて運転と停止を組み合わせることが可能であり、一方を運転し他方を停止している場合の停止側圧縮機１に溜まり込んだ余剰な冷凍機油は、停止側圧縮機１の電動弁１３を開くことにより返油回路１２を経由して気液分離器７に排出される。
【００１５】
２台とも圧縮機が運転している場合には、返油配管１０により余剰油は、吐出配管２０に排出され、油分離器９を経由して油戻し配管１４から気液分離器７に排出される。
【００１６】
２台とも圧縮機が停止した場合には、油戻し配管１４に設置されている電動弁１５は、閉じた状態とするため、高圧側と低圧側は完全に分離されることになる。
【００１７】
これにより、停止直後に高圧側の配管に溜まっている液冷媒が、油戻し配管１４を通じて低圧側に流れていくことを阻止できるため、気液分離器７に液冷媒が溜まりこむことはなくなり、起動時の液圧縮発生を抑制することが可能となる。
【００１８】
図２を用いて、圧縮機１の返油配管１０の接続位置を説明する。
【００１９】
圧縮機１に設けられた返油口２２は、圧縮機１に必要な油量の最適位置付近に位置しており、この位置を超えた分は余剰量である。余剰分の油は、圧縮機１運転中には吐出配管２０内の圧力損失により、返油配管１０を経て吐出配管２０内に導かれる。圧縮機１が停止した場合には、吐出配管２０には圧力損失が発生しないが、返油口２２に対して返油配管１０と圧縮機１の吐出配管２０との接続点を下方としているため、余剰分の油は、返油口２２と油面高さ２５の差で放出され、吐出配管２０内の最も配管位置が低くなる位置に油を溜める構造である。低い位置に溜められた油は、前記接続点より下方で接続した返油回路１２を経由して気液分離器７に戻す構造である。
【００２０】
図３を用いて、返油配管１０が返油口２２より下方を経由していることについて詳しく説明する。返油配管１０が、圧縮機１の返油口２２より低い位置を経由して返油口２２に接続された場合、圧縮機１内の油は、余剰分の油が返油口２２と油面高さ２５の差で放出される。破線で示すように、返油配管１０が、圧縮機１の返油口２２より高い位置を経由して接続された場合、圧縮機１内の油は最大で返油配管１０の最高高さ２６位置まで溜まることになり、返油口２２からの余剰油排出ができなくなる。また、この場合には、冷凍サイクル全体としての必要油量は、各圧縮機１に溜まる最大油量分を必要とすることになり、過剰な油が封入され、ひいては冷凍サイクルの性能低下を招くことになる。本実施例では、これらを回避し、適正油量による冷凍サイクルを実現している。
【００２１】
次に、図４を用いて説明する。複数台の圧縮機１を用いた冷凍サイクルの場合、圧縮機１から冷媒を吐出する吐出配管２０の経路を、一旦圧縮機１の吐出口より高い位置を経由し、その後、圧縮機１の返油口２２より下方に配設した。ここに油溜めとなる部位を設けた後再び上方に配管を配し、逆止弁１１を備え、その後他圧縮機１の吐出配管２０と連結する。
【００２２】
容量可変の圧縮機１及び一定容量の圧縮機１の二種類からなる複数台の圧縮機１の組合せをした場合には、停止中の一定容量の圧縮機１と運転中の容量可変の圧縮機１とが、同一冷凍サイクル内に同時に存在する場合がある。この場合でも、各圧縮機１の吐出配管２０には逆止弁１１を設置するため、停止中の圧縮機１に冷媒が溜まりこむ現象の発生が阻止できる。
【００２３】
図５では、図４に比して構成部品を簡略化した例を示す。運転中に必ず運転している容量可変の圧縮機１側には、返油配管１０を設けない。これは、常時運転中の圧縮機１には多少の余剰油があった場合でも吐出ガスにより適度に油を排出することが可能なためである。また、随時運転する一定容量の圧縮機１には、返油配管１０の返油口２２までの油を貯留しており、全圧縮機１が停止した場合に常時運転の圧縮機１から油を排出する必要がないためである。
【００２４】
また、常時運転する圧縮機は、随時運転する圧縮機より吐出配管２０において上流側におく。随時運転する圧縮機の停止時に、常時運転する圧縮機の吐出配管２０の合流点での流れにより随時運転する圧縮機の吐出配管２０の油を吸い出し、油が溜まりこむのを防ぐためである。
【００２５】
さらに、返油回路１２には、各圧縮機１個別には電動弁１３を配置せず、返油回路１２が合流した後に配置する構成とした。この時、返油回路１２の合流する直前の所に、逆止弁２３をそれぞれの返油回路１２に設ける。
【００２６】
電動弁１３を開いた場合には、運転中圧縮機１の吐出圧力の低下が生じることとなるが、冷凍サイクル運転手段１９により、電動弁１３の開いている時間を最短とすることにより、運転中の冷凍サイクルに与える圧力変動の影響を最小としながら、回路の開閉を実施することが可能となる。また、これにより製造コストの低減も可能とすることができる。
【００２７】
本実施例では、一冷凍サイクル内に圧縮機１が２台の場合を示したが、接続される圧縮機１が３台以上に増えた場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、空冷式の冷凍サイクルを用いて説明をしているが、水冷式などの他方式でも同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００２８】
さらに、本実施例では、室内ユニット５０が１台のいわゆるシングルサイクルの例を示したが、室内ユニット５０が複数台接続されたいわゆるマルチサイクルでも同様の効果が得られる。また、室外ユニット６０が複数になった場合、氷や水などに熱を蓄えるいわゆる蓄熱ユニットが接続されたサイクルでも同様の効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮機の油を放出する回路により余剰油を排出できるので冷凍サイクル中の必要油量を低減する効果がある。
【００３０】
本発明によれば、油を放出する回路が油放出用接続口より下方で吐出配管と接続されているので圧縮機の停止中にも余剰油を排出できるので冷凍サイクル中の必要油量を低減する効果がある。
【００３１】
本発明によれば、圧縮機の吐出配管には各々逆止弁が配置されており一方の圧縮機が運転され他方の圧縮機が停止している場合運転中の圧縮機が排出する余剰油が停止中の圧縮機に溜まり込まない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷凍サイクル系統図である。
【図２】圧縮機の返油口位置説明図である。
【図３】返油配管接続経路説明図である。
【図４】吐出配管接続経路説明図である。
【図５】簡略版吐出配管接続経路説明図である。
【符号の説明】
１…圧縮機
２…四方弁
３…室外熱交換器
４…室外膨張弁
５…室内膨張弁
６…室内熱交換器
７…気液分離器
８…送風機
９…油分離器
１０…返油配管
１１…逆止弁
１２…返油回路
１３…電動弁
１４…油戻し配管
１５…電動弁
１６…圧力検出手段
１７…温度検出手段
１８…検出値入力手段
１９…冷凍サイクル運転手段
２０…吐出配管
２１…吸入配管
２２…返油口
２３…逆止弁
２５…油面高さ
２６…返油配管の最高高さ
５０…室内ユニット
６０…室外ユニット
Ｔｄ…圧縮機吐出冷媒温度
Ｔｓ…圧縮機吸込冷媒温度
Ｔａ０…室外空気温度
Ｔｅ１…室外熱交換器入口冷媒温度
Ｔｅ２…室外熱交換器出口冷媒温度
Ｔａ１…室内空気吸込温度
Ｔａ２…室内空気吹出温度
Ｔｒ１…室内熱交換器入口冷媒温度
Ｔｒ２…室内熱交換器出口冷媒温度
Ｐｓ…圧縮機吸込圧力
Ｐｄ…圧縮機吐出圧力
Ｐｄ１…圧縮機内圧力
Ｐｄ２…吐出配管圧力
△Ｐ１…縮流損失
△Ｐ２…配管損失
【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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