JP2004150749A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷媒の流れ方向に応じた膨張機を用いることで、密度比一定の制約を最大限回避し、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ること。
【解決手段】冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【選択図】 図１
【解決手段】冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置において、圧縮機と膨張機との潤滑オイルを確保するために、圧縮機の出口側の配管にオイル分離器を設け、このオイル分離器で分離したオイルを、圧縮機の吸入側と、膨張機の入口側に供給する構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４１３１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オイル分離器で分離したオイルを、圧縮機の吸入側と、膨張機の入口側に供給するためには、分割供給するために、オイル戻し管にそれぞれ弁か必要となり、分流制御も困難である。
【０００５】
そこで本発明は、従来のように分流制御を行うことなく、圧縮機と膨張機との潤滑を円滑に行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項２記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記補助圧縮機を前記圧縮機の吸入側配管に接続し、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記補助圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項３記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記補助圧縮機を前記圧縮機の吐出側配管に接続し、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管に絞り装置を設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管に絞り装置を設けたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と前記補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記補助圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機の吐出側配管と前記圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項５に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明は、請求項６に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と前記補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１４記載の本発明は、請求項７に記載の冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機の吐出側配管と前記圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記補助圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１５記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、オイルとして、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの前記冷媒と溶解性の低いオイルを用いたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態は、膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、第１オイル分離器で分離したオイルを圧縮機の吸入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することで、膨張機にオイル溜めを設けることなく膨張部と軸との潤滑を行うことができ、圧縮機と膨張機との一体化が容易となる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第２の実施の形態は、膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、第１オイル分離器で分離したオイルを補助圧縮機の吸入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することで、膨張機にオイル溜めを設けることなく膨張部と軸との潤滑を行うことができ、膨張機と補助圧縮機との一体化が容易となる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第３の実施の形態は、膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、第１オイル分離器で分離したオイルを圧縮機の吸入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することで、膨張機にオイル溜めを設けることなく膨張部と軸との潤滑を行うことができ、膨張機と補助圧縮機との一体化が容易となる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態において、第１オイル分離器の第１オイル戻し管に絞り装置を設けたものである。
本実施の形態によれば、この絞り装置により適切なオイル戻し量を確保することができる。
本発明による第５の実施の形態は、第１の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、第２オイル分離器で分離したオイルを膨張機の冷媒流入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第６の実施の形態は、第２の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、第２オイル分離器で分離したオイルを膨張機の冷媒流入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第７の実施の形態は、第３の実施の形態において、補助圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、第２オイル分離器で分離したオイルを膨張機の冷媒流入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第８の実施の形態は、第５から第７の実施の形態において、第２オイル分離器の第２オイル戻し管に絞り装置を設けたものである。
本実施の形態によれば、この絞り装置により適切なオイル戻し量を確保することができる。
本発明による第９の実施の形態は、第１の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第１オイル分離器を膨張機の冷媒流出口から第２四方弁までの間の配管に設け、第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、第１四方弁から圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することができる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１０の実施の形態は、第２の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第１オイル分離器を膨張機の冷媒流出口から第２四方弁までの間の配管に設け、第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、第１四方弁から補助圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することができる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１１の実施の形態は、第３の実施の形態において、補助圧縮機の吐出側配管と圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第１オイル分離器を膨張機の冷媒流出口から第２四方弁までの間の配管に設け、第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、第１四方弁から圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することができる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１２の実施の形態は、第５の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第２オイル分離器を圧縮機の吐出口から第１四方弁までの間の配管に設け、第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、第２四方弁から膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１３の実施の形態は、第６の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第２オイル分離器を圧縮機の吐出口から第１四方弁までの間の配管に設け、第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、第２四方弁から膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１４の実施の形態は、第７の実施の形態において、補助圧縮機の吐出側配管と圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第２オイル分離器を補助圧縮機の吐出口から第１四方弁までの間の配管に設け、第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、第２四方弁から膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１５の実施の形態は、第１から第３の実施の形態において、オイルとして、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いたものである。
本実施の形態によれば、冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。圧縮機１等の摺動部潤滑用のオイルとしては、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いる。
また膨張機６の流入側には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に制御弁７が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の冷媒流入側配管と膨張機６の冷媒流出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
第１オイル分離器５４は、膨張機６の冷媒流出側の配管であって、バイパス回路との合流部から第２四方弁４までの間の配管に設けられている。そして、この第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって第１四方弁２から圧縮機１の吸入口までの間の配管に戻される。また、第１オイル戻し管５５には絞り装置５６を設けている。
第２オイル分離器５１は、圧縮機１の吐出口から第１四方弁２までの間の配管に設けられている。そして、この第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって第２四方弁２から膨張機６の流入口までの間の配管に戻される。なお、この第２オイル戻し管５２はバイパス回路との分岐部よりも下流側配管に設けることが好ましい。また、第２オイル戻し管５２には絞り装置５３を設けている。
【０００９】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経て予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００１０】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００１１】
次に、上記冷暖房運転時におけるオイルの流れについて説明する。
圧縮機１の内部にはオイル溜めを備え、所定量のオイルが蓄えられている。このオイルによって圧縮機１内の潤滑が行われている。このオイルの一部は、冷媒とともに吐出される。吐出されたオイルは、第２オイル分離器５１にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第２オイル戻し管５２によって膨張機６の冷媒流入側の配管に戻される。従って、膨張機６はこのオイルによって潤滑される。また、第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって放熱器（冷房運転モードにおける室外側熱交換器３、暖房運転モードにおける室内側熱交換器８）をバイパスするので、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
一方、膨張機６で潤滑に使われたオイルは、冷媒とともに流出する。流出したオイルは、第１オイル分離器５４にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第１オイル戻し管５５によって圧縮機１の吸入側配管に戻される。従って、第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって蒸発器（冷房運転モードにおける室内側熱交換器８、暖房運転モードにおける室外側熱交換器３）をバイパスするので、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。また、圧縮機１の吐出冷媒中のオイルで膨張機６の摺動部を潤滑することで、膨張機６にオイル溜めを設けることなく潤滑を行うことができ、圧縮機１と膨張機６との一体化が容易となる。
また、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器５１、５４でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【００１２】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。圧縮機１等の摺動部潤滑用のオイルとしては、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いる。
また膨張機６の流入側配管には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に制御弁７が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の冷媒流入側配管と膨張機６の冷媒流出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
第１オイル分離器５４は、膨張機６の冷媒流出側の配管であって、バイパス回路との合流部から第２四方弁４までの間の配管に設けられている。そして、この第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって第１四方弁２から圧縮機１の吸入口までの間の配管に戻される。また、第１オイル戻し管５５には絞り装置５６を設けている。
第２オイル分離器５１は、圧縮機１の吐出口から第１四方弁２までの間の配管に設けられている。そして、この第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって第２四方弁２から膨張機６の流入口までの間の配管に戻される。なお、この第２オイル戻し管５２はバイパス回路との分岐部よりも下流側配管に設けることが好ましい。また、第２オイル戻し管５２には絞り装置５３を設けている。
【００１３】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００１４】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００１５】
次に、上記冷暖房運転時におけるオイルの流れについて説明する。
圧縮機１の内部にはオイル溜めを備え、所定量のオイルが蓄えられている。このオイルによって圧縮機１内の潤滑が行われている。このオイルの一部は、冷媒とともに吐出される。吐出されたオイルは、第２オイル分離器５１にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第２オイル戻し管５２によって膨張機６の冷媒流入側の配管に戻される。従って、膨張機６はこのオイルによって潤滑される。また、第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって放熱器（冷房運転モードにおける室外側熱交換器３、暖房運転モードにおける室内側熱交換器８）をバイパスするので、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
一方、膨張機６で潤滑に使われたオイルは、冷媒とともに流出する。流出したオイルは、第１オイル分離器５４にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第１オイル戻し管５５によって補助圧縮機１０の吸入側配管に戻される。従って、補助圧縮機１０はこのオイルによって潤滑され、補助圧縮機１０から吐出される冷媒は再び圧縮機１内に戻る。また、第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって蒸発器（冷房運転モードにおける室内側熱交換器８、暖房運転モードにおける室外側熱交換器３）をバイパスするので、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。また、圧縮機１の吐出冷媒中のオイルで膨張機６や補助圧縮機１０の摺動部を潤滑することで、膨張機６や補助圧縮機１０にオイル溜めを設けることなく潤滑を行うことができ、補助圧縮機１０と膨張機６との一体化が容易となる。
また、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器５１、５４でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【００１６】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。圧縮機１等の摺動部潤滑用のオイルとしては、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いる。
また膨張機６の流入側配管には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に制御弁７が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
第１オイル分離器５４は、膨張機６の冷媒流出側の配管であって、バイパス回路との合流部から第２四方弁４までの間の配管に設けられている。そして、この第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって第１四方弁２から圧縮機１の吸入口までの間の配管に戻される。また、第１オイル戻し管５５には絞り装置５６を設けている。
第２オイル分離器５１は、圧縮機１の吐出口から第１四方弁２までの間の配管に設けられている。そして、この第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって第２四方弁２から膨張機６の流入口までの間の配管に戻される。なお、この第２オイル戻し管５２はバイパス回路との分岐部よりも下流側配管に設けることが好ましい。また、第２オイル戻し管５２には絞り装置５３を設けている。
【００１７】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【００１８】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００１９】
次に、上記冷暖房運転時におけるオイルの流れについて説明する。
圧縮機１の内部にはオイル溜めを備え、所定量のオイルが蓄えられている。このオイルによって圧縮機１内の潤滑が行われている。このオイルの一部は、冷媒とともに吐出される。吐出されたオイルは、冷媒とともに補助圧縮機１０に導入されて補助圧縮機１０内の潤滑を行う。そして補助圧縮機１０から吐出されたオイルは、第２オイル分離器５１にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第２オイル戻し管５２によって膨張機６の冷媒流入側の配管に戻される。従って、膨張機６はこのオイルによって潤滑される。また、第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって放熱器（冷房運転モードにおける室外側熱交換器３、暖房運転モードにおける室内側熱交換器８）をバイパスするので、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
一方、膨張機６で潤滑に使われたオイルは、冷媒とともに流出する。流出したオイルは、第１オイル分離器５４にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第１オイル戻し管５５によって圧縮機１の吸入側配管に戻され、再び圧縮機１内に戻る。第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって蒸発器（冷房運転モードにおける室内側熱交換器８、暖房運転モードにおける室外側熱交換器３）をバイパスするので、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。また、圧縮機１の吐出冷媒中のオイルで膨張機６や補助圧縮機１０の摺動部を潤滑することで、膨張機６や補助圧縮機１０にオイル溜めを設けることなく潤滑を行うことができ、補助圧縮機１０と膨張機６との一体化が容易となる。
また、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器５１、５４でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【００２０】
上記それぞれの実施例では、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置を用いて説明したが、室外側熱交換器３を第１の熱交換器、室内側熱交換器８を第２の熱交換器とし、これら第１の熱交換器や第２の熱交換器を、温冷水器や蓄冷熱器などに利用したその他の冷凍サイクル装置であってもよい。
また、上記それぞれの実施例では、膨張機６の駆動軸を、圧縮機１又は補助圧縮機１０の駆動軸と連結し、膨張機６で回収した動力を圧縮機１又は補助圧縮機１０の駆動に利用する場合を説明したが、膨張機６の駆動軸に発電機を設けて電力に変換して利用してもよい。
また、それぞれの実施例において、高圧冷媒圧力の検出には圧力センサーを用いることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することで、膨張機にオイル溜めを設けることなく膨張部と軸との潤滑を行うことができ、圧縮機と膨張機との一体化が容易となる。
また本発明によれば、放熱器や蒸発器にオイルが流入しないので放熱器や蒸発器でのオイル溜まりがなく、放熱器や蒸発器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
また本発明によれば、冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 第１四方弁
３ 室外側熱交換器
４ 第２四方弁
５ 予膨張弁
６ 膨張機
７ 制御弁
８ 室内側熱交換器
１０ 補助圧縮機
１１ モータ
５１ 第２オイル分離器
５２ 第２オイル戻し管
５３ 絞り装置
５４ 第２オイル分離器
５５ 第２オイル戻し管
５６ 絞り装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置において、圧縮機と膨張機との潤滑オイルを確保するために、圧縮機の出口側の配管にオイル分離器を設け、このオイル分離器で分離したオイルを、圧縮機の吸入側と、膨張機の入口側に供給する構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４１３１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オイル分離器で分離したオイルを、圧縮機の吸入側と、膨張機の入口側に供給するためには、分割供給するために、オイル戻し管にそれぞれ弁か必要となり、分流制御も困難である。
【０００５】
そこで本発明は、従来のように分流制御を行うことなく、圧縮機と膨張機との潤滑を円滑に行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項２記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記補助圧縮機を前記圧縮機の吸入側配管に接続し、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記補助圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項３記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記補助圧縮機を前記圧縮機の吐出側配管に接続し、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管に絞り装置を設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管に絞り装置を設けたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と前記補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記補助圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機の吐出側配管と前記圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項５に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明は、請求項６に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と前記補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１４記載の本発明は、請求項７に記載の冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機の吐出側配管と前記圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記補助圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする。
請求項１５記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、オイルとして、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの前記冷媒と溶解性の低いオイルを用いたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態は、膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、第１オイル分離器で分離したオイルを圧縮機の吸入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することで、膨張機にオイル溜めを設けることなく膨張部と軸との潤滑を行うことができ、圧縮機と膨張機との一体化が容易となる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第２の実施の形態は、膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、第１オイル分離器で分離したオイルを補助圧縮機の吸入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することで、膨張機にオイル溜めを設けることなく膨張部と軸との潤滑を行うことができ、膨張機と補助圧縮機との一体化が容易となる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第３の実施の形態は、膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、第１オイル分離器で分離したオイルを圧縮機の吸入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することで、膨張機にオイル溜めを設けることなく膨張部と軸との潤滑を行うことができ、膨張機と補助圧縮機との一体化が容易となる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態において、第１オイル分離器の第１オイル戻し管に絞り装置を設けたものである。
本実施の形態によれば、この絞り装置により適切なオイル戻し量を確保することができる。
本発明による第５の実施の形態は、第１の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、第２オイル分離器で分離したオイルを膨張機の冷媒流入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第６の実施の形態は、第２の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、第２オイル分離器で分離したオイルを膨張機の冷媒流入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第７の実施の形態は、第３の実施の形態において、補助圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、第２オイル分離器で分離したオイルを膨張機の冷媒流入側配管に戻すものである。
本実施の形態によれば、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第８の実施の形態は、第５から第７の実施の形態において、第２オイル分離器の第２オイル戻し管に絞り装置を設けたものである。
本実施の形態によれば、この絞り装置により適切なオイル戻し量を確保することができる。
本発明による第９の実施の形態は、第１の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第１オイル分離器を膨張機の冷媒流出口から第２四方弁までの間の配管に設け、第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、第１四方弁から圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することができる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１０の実施の形態は、第２の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第１オイル分離器を膨張機の冷媒流出口から第２四方弁までの間の配管に設け、第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、第１四方弁から補助圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することができる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１１の実施の形態は、第３の実施の形態において、補助圧縮機の吐出側配管と圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第１オイル分離器を膨張機の冷媒流出口から第２四方弁までの間の配管に設け、第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、第１四方弁から圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することができる。また、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１２の実施の形態は、第５の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第２オイル分離器を圧縮機の吐出口から第１四方弁までの間の配管に設け、第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、第２四方弁から膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１３の実施の形態は、第６の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第２オイル分離器を圧縮機の吐出口から第１四方弁までの間の配管に設け、第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、第２四方弁から膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１４の実施の形態は、第７の実施の形態において、補助圧縮機の吐出側配管と圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第２オイル分離器を補助圧縮機の吐出口から第１四方弁までの間の配管に設け、第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、第２四方弁から膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたものである。
本実施の形態によれば、第１四方弁の切り替えによって冷房運転モードと暖房運転モードとを利用することができる冷凍サイクルにおいて、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
本発明による第１５の実施の形態は、第１から第３の実施の形態において、オイルとして、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いたものである。
本実施の形態によれば、冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。圧縮機１等の摺動部潤滑用のオイルとしては、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いる。
また膨張機６の流入側には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に制御弁７が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の冷媒流入側配管と膨張機６の冷媒流出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
第１オイル分離器５４は、膨張機６の冷媒流出側の配管であって、バイパス回路との合流部から第２四方弁４までの間の配管に設けられている。そして、この第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって第１四方弁２から圧縮機１の吸入口までの間の配管に戻される。また、第１オイル戻し管５５には絞り装置５６を設けている。
第２オイル分離器５１は、圧縮機１の吐出口から第１四方弁２までの間の配管に設けられている。そして、この第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって第２四方弁２から膨張機６の流入口までの間の配管に戻される。なお、この第２オイル戻し管５２はバイパス回路との分岐部よりも下流側配管に設けることが好ましい。また、第２オイル戻し管５２には絞り装置５３を設けている。
【０００９】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経て予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００１０】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００１１】
次に、上記冷暖房運転時におけるオイルの流れについて説明する。
圧縮機１の内部にはオイル溜めを備え、所定量のオイルが蓄えられている。このオイルによって圧縮機１内の潤滑が行われている。このオイルの一部は、冷媒とともに吐出される。吐出されたオイルは、第２オイル分離器５１にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第２オイル戻し管５２によって膨張機６の冷媒流入側の配管に戻される。従って、膨張機６はこのオイルによって潤滑される。また、第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって放熱器（冷房運転モードにおける室外側熱交換器３、暖房運転モードにおける室内側熱交換器８）をバイパスするので、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
一方、膨張機６で潤滑に使われたオイルは、冷媒とともに流出する。流出したオイルは、第１オイル分離器５４にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第１オイル戻し管５５によって圧縮機１の吸入側配管に戻される。従って、第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって蒸発器（冷房運転モードにおける室内側熱交換器８、暖房運転モードにおける室外側熱交換器３）をバイパスするので、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。また、圧縮機１の吐出冷媒中のオイルで膨張機６の摺動部を潤滑することで、膨張機６にオイル溜めを設けることなく潤滑を行うことができ、圧縮機１と膨張機６との一体化が容易となる。
また、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器５１、５４でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【００１２】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。圧縮機１等の摺動部潤滑用のオイルとしては、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いる。
また膨張機６の流入側配管には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に制御弁７が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の冷媒流入側配管と膨張機６の冷媒流出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
第１オイル分離器５４は、膨張機６の冷媒流出側の配管であって、バイパス回路との合流部から第２四方弁４までの間の配管に設けられている。そして、この第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって第１四方弁２から圧縮機１の吸入口までの間の配管に戻される。また、第１オイル戻し管５５には絞り装置５６を設けている。
第２オイル分離器５１は、圧縮機１の吐出口から第１四方弁２までの間の配管に設けられている。そして、この第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって第２四方弁２から膨張機６の流入口までの間の配管に戻される。なお、この第２オイル戻し管５２はバイパス回路との分岐部よりも下流側配管に設けることが好ましい。また、第２オイル戻し管５２には絞り装置５３を設けている。
【００１３】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００１４】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００１５】
次に、上記冷暖房運転時におけるオイルの流れについて説明する。
圧縮機１の内部にはオイル溜めを備え、所定量のオイルが蓄えられている。このオイルによって圧縮機１内の潤滑が行われている。このオイルの一部は、冷媒とともに吐出される。吐出されたオイルは、第２オイル分離器５１にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第２オイル戻し管５２によって膨張機６の冷媒流入側の配管に戻される。従って、膨張機６はこのオイルによって潤滑される。また、第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって放熱器（冷房運転モードにおける室外側熱交換器３、暖房運転モードにおける室内側熱交換器８）をバイパスするので、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
一方、膨張機６で潤滑に使われたオイルは、冷媒とともに流出する。流出したオイルは、第１オイル分離器５４にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第１オイル戻し管５５によって補助圧縮機１０の吸入側配管に戻される。従って、補助圧縮機１０はこのオイルによって潤滑され、補助圧縮機１０から吐出される冷媒は再び圧縮機１内に戻る。また、第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって蒸発器（冷房運転モードにおける室内側熱交換器８、暖房運転モードにおける室外側熱交換器３）をバイパスするので、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。また、圧縮機１の吐出冷媒中のオイルで膨張機６や補助圧縮機１０の摺動部を潤滑することで、膨張機６や補助圧縮機１０にオイル溜めを設けることなく潤滑を行うことができ、補助圧縮機１０と膨張機６との一体化が容易となる。
また、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器５１、５４でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【００１６】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。圧縮機１等の摺動部潤滑用のオイルとしては、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いる。
また膨張機６の流入側配管には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に制御弁７が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
第１オイル分離器５４は、膨張機６の冷媒流出側の配管であって、バイパス回路との合流部から第２四方弁４までの間の配管に設けられている。そして、この第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって第１四方弁２から圧縮機１の吸入口までの間の配管に戻される。また、第１オイル戻し管５５には絞り装置５６を設けている。
第２オイル分離器５１は、圧縮機１の吐出口から第１四方弁２までの間の配管に設けられている。そして、この第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって第２四方弁２から膨張機６の流入口までの間の配管に戻される。なお、この第２オイル戻し管５２はバイパス回路との分岐部よりも下流側配管に設けることが好ましい。また、第２オイル戻し管５２には絞り装置５３を設けている。
【００１７】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【００１８】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒圧力に応じて制御弁７の開度を調整してバイパス回路に流す冷媒量を制御する。また、検出した高圧冷媒圧力に応じて予膨張弁５の開度を調整して膨張弁６に流れる冷媒量を制御する。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００１９】
次に、上記冷暖房運転時におけるオイルの流れについて説明する。
圧縮機１の内部にはオイル溜めを備え、所定量のオイルが蓄えられている。このオイルによって圧縮機１内の潤滑が行われている。このオイルの一部は、冷媒とともに吐出される。吐出されたオイルは、冷媒とともに補助圧縮機１０に導入されて補助圧縮機１０内の潤滑を行う。そして補助圧縮機１０から吐出されたオイルは、第２オイル分離器５１にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第２オイル戻し管５２によって膨張機６の冷媒流入側の配管に戻される。従って、膨張機６はこのオイルによって潤滑される。また、第２オイル分離器５１で分離したオイルは、第２オイル戻し管５２によって放熱器（冷房運転モードにおける室外側熱交換器３、暖房運転モードにおける室内側熱交換器８）をバイパスするので、放熱器にオイルが流入しないので放熱器でのオイル溜まりがなく、放熱器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
一方、膨張機６で潤滑に使われたオイルは、冷媒とともに流出する。流出したオイルは、第１オイル分離器５４にて冷媒と分離され、分離されたオイルは、第１オイル戻し管５５によって圧縮機１の吸入側配管に戻され、再び圧縮機１内に戻る。第１オイル分離器５４で分離したオイルは、第１オイル戻し管５５によって蒸発器（冷房運転モードにおける室内側熱交換器８、暖房運転モードにおける室外側熱交換器３）をバイパスするので、蒸発器にオイルが流入しないので蒸発器でのオイル溜まりがなく、蒸発器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。また、圧縮機１の吐出冷媒中のオイルで膨張機６や補助圧縮機１０の摺動部を潤滑することで、膨張機６や補助圧縮機１０にオイル溜めを設けることなく潤滑を行うことができ、補助圧縮機１０と膨張機６との一体化が容易となる。
また、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器５１、５４でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【００２０】
上記それぞれの実施例では、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置を用いて説明したが、室外側熱交換器３を第１の熱交換器、室内側熱交換器８を第２の熱交換器とし、これら第１の熱交換器や第２の熱交換器を、温冷水器や蓄冷熱器などに利用したその他の冷凍サイクル装置であってもよい。
また、上記それぞれの実施例では、膨張機６の駆動軸を、圧縮機１又は補助圧縮機１０の駆動軸と連結し、膨張機６で回収した動力を圧縮機１又は補助圧縮機１０の駆動に利用する場合を説明したが、膨張機６の駆動軸に発電機を設けて電力に変換して利用してもよい。
また、それぞれの実施例において、高圧冷媒圧力の検出には圧力センサーを用いることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧縮機の吐出冷媒中のオイルで膨張機の摺動部を潤滑することで、膨張機にオイル溜めを設けることなく膨張部と軸との潤滑を行うことができ、圧縮機と膨張機との一体化が容易となる。
また本発明によれば、放熱器や蒸発器にオイルが流入しないので放熱器や蒸発器でのオイル溜まりがなく、放熱器や蒸発器の熱伝達の効率低下を防止でき、ＣＯＰを向上させることができる。
また本発明によれば、冷媒と溶解性の低いオイルを用いることで、オイル分離器でのオイル分離を確実にし、蒸発器や放熱器での熱伝達の効率低下を防止することができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 第１四方弁
３ 室外側熱交換器
４ 第２四方弁
５ 予膨張弁
６ 膨張機
７ 制御弁
８ 室内側熱交換器
１０ 補助圧縮機
１１ モータ
５１ 第２オイル分離器
５２ 第２オイル戻し管
５３ 絞り装置
５４ 第２オイル分離器
５５ 第２オイル戻し管
５６ 絞り装置
Claims (15)
- 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記補助圧縮機を前記圧縮機の吸入側配管に接続し、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記補助圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記補助圧縮機を前記圧縮機の吐出側配管に接続し、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の冷媒流出側配管に第１オイル分離器を設け、前記第１オイル分離器で分離したオイルを前記圧縮機の吸入側配管に戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管に絞り装置を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記補助圧縮機の吐出側配管に第２オイル分離器を設け、前記第２オイル分離器で分離したオイルを前記膨張機の冷媒流入側配管に戻すことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管に絞り装置を設けたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吐出側配管と前記補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記補助圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記補助圧縮機の吐出側配管と前記圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備え、前記第１オイル分離器を前記膨張機の冷媒流出口から前記第２四方弁までの間の配管に設け、前記第１オイル分離器の第１オイル戻し管を、前記第１四方弁から前記圧縮機の吸入口までの間の配管に設けたことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吐出側配管と前記補助圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記補助圧縮機の吐出側配管と前記圧縮機の吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第２オイル分離器を前記補助圧縮機の吐出口から前記第１四方弁までの間の配管に設け、前記第２オイル分離器の第２オイル戻し管を、前記第２四方弁から前記膨張機の冷媒流入口までの間の配管に設けたことを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
- オイルとして、ＰＡＧ、ＡＢ、ナフテン系鉱油などの前記冷媒と溶解性の低いオイルを用いたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
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