JP2010091206A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた空調機において、圧縮機構が行う圧縮行程を等温圧縮行程に近づけたとしても、室内熱交換器の放熱量が減少しないようにする。
【解決手段】空調機（1）の冷媒回路（10）に、圧縮機（11）から吐出されて室内熱交換器（13）で熱交換した後の高圧冷媒に含まれる冷凍機油を高圧冷媒から分離する第１油分離器（15）を有して、その第１油分離器（15）で分離した冷凍機油を圧縮室にインジェクションする油インジェクション機構（2）を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。

従来より、圧縮機構と利用側熱交換器と膨張機構と熱源側熱交換器とが接続された冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている。この冷媒回路に封入された冷媒が、圧縮行程、放熱行程、膨張行程、及び蒸発行程を繰り返すことにより冷凍サイクルが行われる。

そして、この冷凍装置の中には、上記圧縮機構から吐出された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を高圧冷媒から分離してオイルクーラで冷却した後に、その冷凍機油を再び圧縮機構の圧縮室へインジェクションするインジェクション機構を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。このインジェクション機構を備えることにより、上記圧縮室で圧縮中の冷媒を冷却することができ、冷凍サイクルにおける冷媒の圧縮行程を等温変化又はそれに近い状態で行うことが可能になると考えられる。
特開２００３−３２２４２１号公報

ところで、上記冷凍装置において、冷凍サイクルの圧縮行程を断熱圧縮行程から等温圧縮行程に近づけると、その圧縮行程に必要な圧縮動力を低減することが可能であるが、それに伴って放熱行程時の放熱量が減少してしまう。

図３は、等温変化の圧縮行程を含む冷凍サイクルをモリエル線図上に実線で示した図である。尚、破線部分は、断熱変化の圧縮行程（以下、断熱圧縮行程という。）を含む冷凍サイクルと等温変化の圧縮行程（以下、等温圧縮行程という。）を含む冷凍サイクルとの違いを示している。図３から、等温圧縮行程を含む場合と断熱圧縮行程を含む場合とで冷凍サイクルにおける放熱行程時のエンタルピ差を比較すると、等温圧縮行程を含む場合の方が断熱圧縮行程を含む場合よりも小さいことがわかる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置において、圧縮機構が行う圧縮行程を等温圧縮行程に近づけたとしても、利用側熱交換器の放熱量が減少しないようにすることである。

第１の発明は、圧縮室へ冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構（11）と利用側熱交換器（13）と膨張機構（16）とが接続されて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えた冷凍装置を前提としている。

そして、上記冷凍装置の冷媒回路（10）には、上記圧縮機構（11）から吐出されて上記利用側熱交換器（13）で放熱した後の高圧冷媒に含まれる冷凍機油を高圧冷媒から分離する第１油分離手段（15）を有して該第１油分離手段（15）で分離した冷凍機油を上記圧縮室にインジェクションする油インジェクション機構（2）が接続されていることを特徴としている。

第１の発明では、上記利用側熱交換器（13）で熱交換した後の高圧冷媒から冷凍機油を分離した後、その冷凍機油をそのまま上記圧縮室にインジェクションして圧縮中の冷媒を冷却し、その冷凍機油が分離した高圧冷媒を上記膨張機構（16）に流入させることができる。ここで、上記利用側熱交換器（13）は、冷凍サイクルの放熱行程を行うものとする。

従来は、上記利用側熱交換器（13）に流入する前の高圧冷媒から冷凍機油を分離した後、冷凍機油の方を一旦オイルクーラで冷却させてから上記圧縮室へインジェクションし、高圧冷媒の方を利用側熱交換器（13）に流入させていた。この場合、上記オイルクーラが上記利用側熱交換器（13）とは別の冷熱源を利用していたとすれば、上記利用側熱交換器（13）の放熱量は減少してしまう。

しかし、第１の発明の場合、上記冷凍機油を含んだ高圧冷媒を上記利用側熱交換器（13）で熱交換させることができる。つまり、上記利用側熱交換器（13）と同じ冷熱源で冷凍機油を熱交換することができる。したがって、上記冷凍機油による放熱量が増えた分だけ、上記利用側熱交換器（13）の放熱量を増加させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、上記冷媒回路（10）には、上記圧縮機構（11）から吐出された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を高圧冷媒から分離する第２油分離手段（12）が接続される一方、上記利用側熱交換器（13）は、上記第２油分離手段（12）で分離した冷凍機油を熱交換する第２の熱交換器（13b）と上記第２油分離手段（12）で冷凍機油が分離された冷媒を熱交換する第１の熱交換器（13a）とからなることを特徴としている。

第２の発明では、上記第２油分離手段（12）により、上記圧縮機構（11）から吐出された高圧冷媒から冷凍機油を分離した後、該冷凍機油が分離した高圧冷媒を上記第１熱交換器（13a）で熱交換させ、上記冷凍機油の方を上記第２熱交換器（13b）で熱交換させることができる。

上記利用側熱交換器（13）で冷凍機油を含む高圧冷媒を熱交換させる場合、高圧冷媒の量に対する冷凍機油の量の割合が多ければ多いほど、上記冷凍機油が利用側熱交換器（13）の伝熱管の内周面（伝熱面）を覆いやすくなる。その結果、その伝熱面を覆う冷凍機油が上記冷媒と上記伝熱面との間の熱抵抗となり、上記利用側熱交換器（13）の伝熱性能を低下してしまう。そこで、第２の発明では、利用側熱交換器（13）を第１と第２の熱交換器（13a,13b）に分けて、冷凍機油と冷媒とを別々に熱交換させることで、上記冷凍機油が高圧冷媒の熱抵抗とならないようにすることができる。

尚、上記第２の熱交換器（13b）と従来のインジェクション機構におけるオイルクーラとは、冷凍機油のみを熱交換させる点で一致しているが、上記オイルクーラは上記利用側熱交換器（13）の構成要素でなく、上記第２の熱交換器（13b）は上記利用側熱交換器（13）の構成要素である点で異なる。

つまり、上記オイルクーラは上記利用側熱交換器（13）の構成要素でないため、該オイルクーラの放熱量は上記利用側熱交換器（13）の放熱量に寄与しない。一方、上記第２の熱交換器（13b）の放熱量は上記利用側熱交換器（13）の放熱量に寄与するため、上記利用側熱交換器（13）の放熱量を増加させることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記圧縮機構（11）には、中間圧位置の圧縮室に面して開口する中間ポート（20）が形成され、上記油インジェクション機構（2）は、上記中間ポート（20）を通じて圧縮室に冷凍機油をインジェクションするように構成されていることを特徴としている。

第３の発明では、上記油インジェクション機構（2）の冷凍機油は、上記中間ポート（20）を通じて上記圧縮室にインジェクションされる。この中間ポート（20）は、中間圧位置の圧縮室に面して開口しており、この中間ポート（20）を通じて冷凍機油をインジェクションすることにより、圧縮室における圧縮途中の冷媒を確実に冷却することができる。

第４の発明は、第１から第３の何れか１つの発明において、上記圧縮室にインジェクションされる冷凍機油の流量を調整する流量調整手段（26）と、上記圧縮機構（11）における吸入側及び吐出側の冷媒温度を互いに近づけるように上記流量調整手段（26）を制御する等温制御手段（21）とを備え、上記等温制御手段（21）は、吐出側の冷媒温度が吸入側の冷媒温度よりも所定値以上高くなると、上記圧縮室にインジェクションされる冷凍機油の流量を増加するように上記流量調整手段（26）を制御することを特徴としている。

第４の発明では、上記圧縮機構（11）における吐出側の冷媒温度が吸入側の冷媒温度より所定値以上高くなった場合には、上記油インジェクション機構（2）からインジェクションされる冷凍機油の流量を増加させることにより、圧縮中の冷媒の冷却量を増やすことができる。これにより、吐出側の冷媒温度を下げることができ、吐出側の冷媒温度と吸入側の冷媒温度とを確実に近づけることができる。

第５の発明は、第１から第４の何れか１つの発明において、上記膨張機構（16）は、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒を膨張させて電力を発生する膨張機（16）であることを特徴としている。

第５の発明では、上記膨張機（16）で膨張する際の冷媒の運動エネルギを電気エネルギに変換し、その変換した電気エネルギを、例えば上記圧縮機構（11）へ供給することができる。

第６の発明は、第１から第５の何れか１つの発明において、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒は、二酸化炭素であることを特徴としている。

第６の発明では、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒として二酸化炭素を用いている。二酸化炭素を用いた超臨界冷凍サイクルでは、圧縮行程で冷媒を圧縮しても、冷媒が過熱冷媒のまま昇圧されるため、気液二相領域（凝縮領域）に至りにくい。

そのため、亜臨界冷凍サイクル（高圧圧力が臨界圧力より小さい冷凍サイクル）と比較して、いわゆる等温圧縮による圧縮動力の低減効果を大きい。すなわち、冷凍機油が冷媒から得る熱量を大きく、上記利用側熱交換器（13）の放熱量を増加させることができる。

本発明によれば、上記冷媒回路（10）に本発明の油インジェクション機構（2）を接続することにより、上記利用側熱交換器（13）において、冷凍機油による放熱量が増えた分だけ、該利用側熱交換器（13）の放熱量を増加させることができる。

これにより、上記冷凍装置（1）において、上記圧縮機構（11）が行う圧縮行程を等温圧縮行程に近づけたとしても、上記利用側熱交換器（13）の放熱量が減少しないようにすることができる。

又、上記第２の発明によれば、上記利用側熱交換器（13）を第１と第２の熱交換器（13a,13b）で構成し、冷凍機油と高圧冷媒を別々に熱交換させることにより、上記冷凍機油が高圧冷媒と伝熱面との間の熱抵抗とならないようにすることができる。これにより、上記冷凍機油が熱抵抗とならない分だけ、上記利用側熱交換器（13）の高圧冷媒に対する伝熱性能を向上させることができ、上記利用側熱交換器（13）の放熱量をさらに増加させることが可能となる。

又、上記第３の発明によれば、上記圧縮機構（11）に形成された中間ポート（20）を通じて冷凍機油をインジェクションすることにより、圧縮室における圧縮途中の冷媒を確実に冷却することができる。これにより、上記圧縮機構（11）の圧縮行程を等温圧縮行程に近づけやすくすることができる。

又、上記第４の発明によれば、上記等温制御手段（21）により、吐出側の冷媒温度と吸入側の冷媒温度とを確実に近づけることができる。これにより、冷凍サイクルの圧縮行程を確実に等温圧縮行程に近づけることができ、冷凍装置に必要な圧縮動力を確実に低減することができる。

又、上記第５の発明によれば、上記膨張機（16）で冷媒が膨張する際の運動エネルギを電気エネルギに変換し、その変換した電気エネルギを、例えば上記圧縮機構（11）へ供給することができる。これにより、冷凍装置に入力される電力量を低減することができる。

又、上記第６の発明によれば、冷媒回路（10）を循環する冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍装置に対しても、第１の発明と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態の空調機（冷凍装置）（1）の冷媒回路図を図１に示す。上記空調機（1）は、室内の空気調和を行うものであり、室外に配置された室外機（4）と室内に配置された室内機（3）とを備えている。上記室外機（4）には室外回路（8）が設けられている。上記室内機（3）には室内回路（7）が設けられている。

この空調機（1）では、上記室外回路（8）と上記室内回路（7）とが連絡配管（5,6）で接続されて冷媒回路（10）を構成する。この連絡配管（5,6）は、ガス側連絡配管（6）と液側連絡配管（5）とからなり、上記ガス側連絡配管（6）は上記両方の回路（7,8）のガス端（3a,3b）同士を接続し、上記液側連絡配管（5）は上記両方の回路（7,8）の液端（4a,4b）同士を接続している。

又、上記冷媒回路（10）には、二酸化炭素（以下、冷媒という。）とポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）（以下、冷凍機油という。）とが封入され、この冷媒が冷媒回路（10）内を循環することにより、超臨界冷凍サイクルを行うように構成されている。

〈室外機〉
上記室外機（4）の室外回路（8）は、第１油分離器（第１油分離手段）（15）と膨張機（膨張機構）（16）と室外熱交換器（17）と圧縮機（圧縮機構）（11）とを有している。

上記第１油分離器（15）は、内部に油分離部材を収容した縦長の略円筒形状の密閉容器からなる。上記密閉容器には、冷凍機油が含まれた冷媒を容器内に流入するための流入口と、上記油分離部材により分離した冷凍機油を容器外へ流出するための油流出口と、冷凍機油が分離された後の冷媒を容器外へ流出するための冷媒流出口とがそれぞれ形成されている。

そして、上記第１油分離器（15）の流入口の開口部から延びる冷媒配管は上記室外回路（8）の液端（4b）に接続され、上記冷媒流出口の開口部から延びる冷媒配管（27）は上記膨張機（16）と上記室外熱交換器（17）とを介して上記圧縮機（11）の吸入側に接続されている。又、上記第１油分離器（15）の油流出口の開口部から延びる油配管（19）は上記圧縮機（11）に設けられた油インジェクションポート（中間ポート）（20）に接続されている。この油配管（19）には、該油配管（19）を流れる冷凍機油の流量を調整する流量調整弁（26）が設けられている。

尚、本発明の油インジェクション機構（2）は、この第１油分離器（15）を有しており、該第１油分離器（15）で分離した冷凍機油を上記油配管（19）を通じて油インジェクションポート（20）から圧縮室にインジェクションするように構成されている。

上記膨張機（16）は、図示は省略するが、膨張機構と回転軸と発電機とがケーシングの内部に収容されて構成されている。上記膨張機構は、ロータリ式の容積型膨張機構を構成している。この膨張機構では、その膨張室において冷媒が膨張して減圧される。膨張機構では、膨張室で膨張する冷媒によって該膨張機構内のピストンが回転駆動され、そのピストンと連結する回転軸が更に回転駆動される。そして、この回転軸を介して上記発電機が駆動されて発電が行われる。この発電機と上記圧縮機（11）及び後述する油ポンプ（28）とは電気的に接続されており、該発電機で発生した電力が上記圧縮機（11）及び油ポンプ（28）に供給されるようになっている。

上記室外熱交換器（17）は、図示は省略しているが、伝熱管が複数パスに配列されるとともに該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが配置されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。この室外熱交換器（17）の近傍には室外ファン（18）が設けられている。そして、上記伝熱管の管内側を冷媒回路（10）の冷媒が流れ、上記伝熱管の管外側にある上記アルミフィン間を上記室外ファン（18）の送風空気が流れることにより、両者が熱交換を行うように構成されている。

上記圧縮機（11）は、全密閉式で構成され、冷媒を圧縮する圧縮部（図示無し）と該圧縮部を駆動する電動機（図示無し）とを備えている。この圧縮部と電動機とは駆動軸を介して連結されている。

上記圧縮部には冷媒を圧縮する圧縮室が設けられている。又、この圧縮部には上述した油インジェクションポート（20）が形成されている。尚、この油インジェクションポート（20）は、上記圧縮室が中間圧位置になったときに開口するように上記圧縮機（11）に形成されている。

一方、上記電動機は、図示しないインバータが接続されている。上記インバータは、上記電動機に電流を供給するとともに、その電流の周波数を変化することが可能に構成されている。つまり、上記圧縮機（11）の容量は、上記インバータにより、ある範囲内で自在に変更することが可能となっている。

〈室内機〉
上記室内機（3）の室内回路（7）は、第２油分離器（第２油分離手段）（12）と油ポンプ（28）と室内熱交換器（利用側熱交換器）（13）とを有している。尚、上記室内熱交換器（13）は、冷媒用熱交換器（第１の熱交換器）（13a）と油用熱交換器（第２の熱交換器）（13b）とからなる。

上記第２油分離器（12）は、上記第１油分離器（15）と同様に、内部に油分離部材を収容した縦長の略円筒形状の密閉容器からなる。この密閉容器には、冷凍機油が含まれた冷媒を容器内に流入するための流入口と、上記油分離部材により分離した冷凍機油を容器外へ流出するための油流出口と、冷凍機油が分離された後の冷媒を容器外へ流出するための冷媒流出口とがそれぞれ設けられている。

そして、上記第２油分離器（12）の流入口の開口部から延びる冷媒配管（22）は上記室内回路（7）のガス端（3a）に接続され、冷媒流出口の開口部から延びる冷媒配管（23）は上記冷媒用熱交換器（13a）の入口側に接続されている。又、上記第２油分離器（12）の油流出口の開口部から延びる油配管（24）は上記油ポンプ（28）を介して上記油用熱交換器（13b）の入口側に接続されている。そして、上記室内回路（7）の液端（4a）から延びる冷媒配管（25）が分岐して、各熱交換器（13a,13b）の出口側にそれぞれ接続されている。

上記冷媒用熱交換器（13a）及び上記油用熱交換器（13b）は互いに隣接して配置されている。この両方の熱交換器（13,28）は、図示は省略しているが、上記室外熱交換器（17）と同様に、伝熱管が複数パスに配列されるとともに該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが配置されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。又、両方の熱交換器（13,28）の近傍には、室内ファン（14）が設けられている。

そして、上記冷媒用熱交換器（13a）の伝熱管の管内側を冷媒が流れ、上記油用熱交換器（13b）の伝熱管の管内側を冷凍機油が流れ、両方の熱交換器（13,28）の伝熱管の管外側にある上記アルミフィン間を上記室内ファン（14）の送風空気が流れる。これにより、上記冷媒用熱交換器（13a）において冷媒と送風空気とが、上記油用熱交換器（13b）において冷凍機油と送風空気がそれぞれ熱交換を行うように構成されている。

上記油ポンプ（28）は、第２油分離器（12）で分離された冷凍機油を上記油用熱交換器（13b）へ供給するように構成されている。

〈コントローラ〉
本実施形態の空調機（1）には、該空調機（1）の運転制御を行うコントローラ（21）が設けられている。

上記コントローラ（21）には、上記冷凍装置（1）の各部に設けられたセンサ類が電気配線を介して接続されるとともに、上記圧縮機（11）のインバータ、上記油ポンプ（28）、膨張機（16）、流量調整弁（26）等のアクチュエータ類が電気配線を介してそれぞれ接続されている。そして、上記コントローラ（21）が、上記センサ類からの検出信号に応じて上記アクチュエータ類を作動する。尚、この運転制御の中には圧縮機（11）の等温制御が含まれており、上記コントローラ（21）は等温制御手段でもある。

上記等温制御は、上記コントローラ（21）に電気的に接続されたセンサ類の中の吸入温度センサ（11b）及び吐出温度センサ（11a）で検出した温度に基づいて行われる。尚、上記吸入温度センサ（11b）は上記圧縮機（11）の吸入側の冷媒温度を検知するものであり、上記吐出温度センサ（11a）は上記圧縮機（11）の吐出側の冷媒温度を検知するものである。

具体的に、上記コントローラ（21）が行う等温制御は、上記吐出温度センサ（11a）の検知温度が上記吸入温度センサ（11b）の検知温度よりも所定値以上高くなると、上記流量調整弁（26）の開度を開く。すると、上記室外機（4）の油配管（19）から油インジェクションポート（20）を通じて上記圧縮室にインジェクションされる冷凍機油の量が増える。これにより、上記圧縮室内の冷媒に対する冷却量が増加し、吐出冷媒温度が下がって吸入冷媒温度に近づかせることができる。

−運転動作−
次に、上記空調機（1）の運転動作について説明する。

上記空調機（1）の運転スイッチをＯＮすると、上記圧縮機（11）が起動し、該圧縮機（11）の圧縮室に低圧冷媒が吸入される。この低圧冷媒は上記圧縮室で圧縮されて高圧冷媒になる途中で、上記油インジェクションポート（20）からインジェクションされる冷凍機油と互いに接触しながら熱交換する。これにより、上記圧縮室内の冷媒は上記冷凍機油に放熱して冷却される。逆に上記冷凍機油は圧縮中の冷媒の熱を吸収する。その結果、上記圧縮機（11）から吐出される高圧冷媒及び冷凍機油は、互いの温度が吸入時の冷媒温度と同一又はその冷媒温度に近い温度となる。つまり、上記圧縮機（11）の圧縮行程を等温圧縮又はそれに近い状態にすることができる。そして、この冷凍機油を含む高圧冷媒が上記圧縮機（11）から吐出された後、上記ガス側連絡配管（6）を通じて室内機（3）へ流入する。

上記室内機（3）に流入した高圧冷媒は、上記第２油分離器（12）の流入口から該第２油分離器（12）内に流入する。上記第２油分離器（12）では、上記油分離部材により、高圧冷媒に含まれる冷凍機油が高圧冷媒から分離される。そして、上記第２油分離器（12）の油流出口から冷凍機油が、冷媒流出口から高圧冷媒がそれぞれ流出する。

上記第２油分離器（12）を流出した高圧冷媒及び冷凍機油のうち、上記高圧冷媒は上記冷媒用熱交換器（13a）に流入し、上記冷凍機油は上記油ポンプ（28）を介して上記油用熱交換器（13b）に流入する。

上記冷媒用熱交換器（13a）に流入した高圧冷媒及び上記油用熱交換器（13b）に流入した冷凍機油は、それぞれ上記室内ファン（14）から送られる室内空気へ放熱した後、該各熱交換器（13a,13b）を流出する。一方、上記室内空気は高圧冷媒及び冷凍機油により暖められて室内へ送られる。上記各熱交換器（13a,13b）を流出した高圧冷媒及び冷凍機油は合流した後、上記液側連絡配管（5）を通じて室外機（4）へ流入する。

上記室外機（4）に流入した高圧冷媒は、上記第１油分離器（15）の流入口から該第１油分離器（15）内に流入する。上記第１油分離器（15）では、上記油分離部材により、高圧冷媒に含まれる冷凍機油が高圧冷媒から分離される。そして、上記第１油分離器（15）の油流出口から冷凍機油が、冷媒流出口から高圧冷媒がそれぞれ流出する。

上記第１油分離器（15）を流出した高圧冷媒及び冷凍機油のうち、上記高圧冷媒は上記膨張機（16）に流入し、上記冷凍機油は上記流量調整弁（26）を介して上記油インジェクションポート（20）から上記圧縮機（11）の圧縮室内にインジェクションされる。

上記膨張機（16）に流入した高圧冷媒は、その膨張室にあるピストンを回転させつつ減圧して低圧二相冷媒となる。この際、上記ピストンの回転により上記回転軸が回転し、この回転軸を介して上記発電機が駆動される。この結果、冷媒の運動エネルギが電気エネルギに変換される。この電気エネルギが上記圧縮機（11）のインバータと油ポンプ（28）とに供給される。

上記膨張機（16）で減圧された低圧冷媒は、上記室外熱交換器（17）に流入する。上記室外熱交換器（17）に流入した低圧冷媒は、室外ファン（18）から送られる室外空気から吸熱して蒸発した後、該室外熱交換器（17）を流出する。上記室外熱交換器（17）を流出した低圧冷媒は、再び上記圧縮機（11）の圧縮室に吸入され、上記油インジェクションポート（20）からインジェクションされる冷凍機油により冷却された後、その冷凍機油とともに該圧縮室から吐出される。

このように、上記冷媒回路（10）内を冷媒と冷凍機油とが循環することにより、上記空調機（1）の空気調和が行われる。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、上記室内熱交換器（13）で熱交換した後の高圧冷媒から冷凍機油を分離した後、その冷凍機油をそのまま上記圧縮機（11）の圧縮室にインジェクションして圧縮中の冷媒を冷却する一方、上記冷凍機油が分離した高圧冷媒を上記膨張機（16）に流入させることができる。

従来の場合、上記室内熱交換器（13）に流入する前の高圧冷媒から冷凍機油を分離した後、その冷凍機油を一旦オイルクーラで冷却させてから上記圧縮室へインジェクションする一方、上記冷凍機油が分離した高圧冷媒を室内熱交換器（13）に流入させている。この場合、上記オイルクーラが上記室内熱交換器（13）とは別の冷熱源を利用しているので、上記室内熱交換器（13）の放熱量は減少してしまう。

しかし、本実施形態の場合、上記室内熱交換器（13）において、上記冷凍機油を含んだ高圧冷媒を熱交換させることができる。つまり、上記室内熱交換器（13）と同じ冷熱源で冷凍機油を熱交換することができる。したがって、上記冷凍機油による放熱量が増えた分だけ、上記室内熱交換器（13）の放熱量を増加させることができる。

これにより、上記空調機（1）において、上記圧縮機（11）が行う圧縮行程を等温圧縮行程に近づけたとしても、上記室内熱交換器（13）の放熱量が減少しないようにすることができる。

又、本実施形態によれば、上記室内熱交換器（13）を冷媒用熱交換器（13a）と油用熱交換器（13b）とで構成し、冷凍機油と高圧冷媒を別々に熱交換させることにより、上記冷凍機油が、上記冷媒と上記伝熱面との間の熱抵抗とならないようにすることができる。

これにより、上記冷凍機油が熱抵抗とならない分だけ、上記室内熱交換器（13）の高圧冷媒に対する伝熱性能を向上させることができ、上記室内熱交換器（13）の放熱量をさらに増加させることが可能となる。

又、本実施形態によれば、上記圧縮機（11）に形成された油インジェクションポート（20）を通じて冷凍機油をインジェクションすることにより、圧縮室における圧縮途中の冷媒を確実に冷却することができる。これにより、上記圧縮機（11）の圧縮行程を等温圧縮行程に近づけやすくすることができる。

又、本実施形態によれば、上記コントローラ（21）により、吐出側の冷媒温度と吸入側の冷媒温度とを確実に近づけることができる。したがって、冷凍サイクルの圧縮行程を確実に等温圧縮行程に近づけることができ、冷凍装置（1）に必要な圧縮動力を確実に低減することができる。

又、本実施形態によれば、上記膨張機（16）で冷媒の運動エネルギを電気エネルギに変換し、その変換した電気エネルギを、例えば上記圧縮機（11）へ供給することができる。これにより、冷凍装置に入力される電力量を低減することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、上記室内熱交換器（13）が冷媒用熱交換器（13a）と油用熱交換器（13b）の２つの熱交換器で構成されていたが、必ずしもこれに限定される必要はなく、１つの熱交換器で構成されてもよい。こうすると、冷媒と冷凍機油とを分離する必要がないので、上記第２油分離器（第２油分離手段）（12）を省くことができる。これにより、上記空調機（1）の製作コスト化を低減することができる。

尚、この構成においても、本実施形態と同様に、上記室内熱交換器（13）で冷媒と冷凍機油とを放熱できるので、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

又、本実施形態では、上記冷媒回路（10）には１台の圧縮機（11）が接続されているが、これに限定されず、複数の圧縮機（41,42）を接続してもよい。図２に示すように、第１，第２圧縮機（41,42）を冷媒回路（40）に直列に接続する。

この場合、上記第１油分離器（15）の油流出口の開口部から延びる油配管（19）を分岐させ、一方を第１圧縮機（41）の油インジェクションポート（20）に接続し、他方を第２圧縮機（42）の油インジェクションポート（20）に接続する。これにより、上記第１油分離器（15）から送られた冷凍機油で各圧縮機（41,42）内の冷媒を冷却することができる。このような構成であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

又、本実施形態では、膨張機構として膨張機（16）を用いているが、これに限定される必要はなく、例えば膨張弁であってもよい。この場合、空調機（1）に入力される電力量は回収できないが、冷媒回路（10）の構成を簡素化することができる。又、膨張機（16）の形式は容積式に限られず、例えばタービン式であってもよい。

又、本実施形態では、冷媒回路（10）に封入する冷媒として、二酸化炭素を用いているが、これに限定される必要はなく、フロン冷媒であってもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置について有用である。

本発明の実施形態における冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明のその他の実施形態における冷凍装置の冷媒回路図である。 冷凍サイクルを示したモリエル線図である。

符号の説明

１ 空調機（冷凍装置）
２ 油インジェクション機構
１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機（圧縮機構）
１１ａ 吐出温度センサ
１１ｂ 吸入温度センサ
１２ 第２油分離器（第２油分離手段）
１３ 室内熱交換器（利用側熱交換器）
１５ 第１油分離器（第１油分離手段）
１６ 膨張機（膨張機構）
１７ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
２０ 油インジェクションポート（中間ポート）
２１ コントローラ（等温制御手段）
２６ 流量調整弁（流量調整手段）
２８ 油ポンプ

Claims (6)

1. 圧縮室へ冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構（11）と利用側熱交換器（13）と膨張機構（16）とが接続されて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えた冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（10）には、上記圧縮機構（11）から吐出されて上記利用側熱交換器（13）で熱交換した後の高圧冷媒に含まれる冷凍機油を高圧冷媒から分離する第１油分離手段（15）を有して該第１油分離手段（15）で分離した冷凍機油を上記圧縮室にインジェクションする油インジェクション機構（2）が接続されていることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記冷媒回路（10）には、上記圧縮機構（11）から吐出された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を高圧冷媒から分離する第２油分離手段（12）が接続される一方、
   上記利用側熱交換器（13）は、上記第２油分離手段（12）で分離した冷凍機油を熱交換する第２の熱交換器（13b）と上記第２油分離手段（12）で冷凍機油が分離された冷媒を熱交換する第１の熱交換器（13a）とからなることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１又は２において、
   上記圧縮機構（11）には、中間圧位置の圧縮室に面して開口する中間ポート（20）が形成され、
   上記油インジェクション機構（2）は、上記中間ポート（20）を通じて圧縮室に冷凍機油をインジェクションするように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   上記圧縮室にインジェクションされる冷凍機油の流量を調整する流量調整手段（26）と、上記圧縮機構（11）における吸入側及び吐出側の冷媒温度を互いに近づけるように上記流量調整手段（26）を制御する等温制御手段（21）とを備え、
   上記等温制御手段（21）は、吐出側の冷媒温度が吸入側の冷媒温度よりも所定値以上高くなると、上記圧縮室にインジェクションされる冷凍機油の流量を増加するように上記流量調整手段（26）を制御することを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項１から４の何れか１つにおいて、
   上記膨張機構（16）は、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒を膨張させて電力を発生する膨張機（16）であることを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項１から５の何れか１つにおいて、
   上記冷媒回路（10）を流れる冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする冷凍装置。

Images