JP2013053757A - Refrigerant circuit system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍機、空調機、ヒートポンプ等に適用することができる冷媒回路システムに関するものである。 The present invention relates to a refrigerant circuit system that can be applied to a refrigerator, an air conditioner, a heat pump, and the like.
冷凍機、空調機、ヒートポンプ等に適用可能な冷媒回路システムにおいて、圧縮機に対する液バックをより効果的に防止するため、圧縮機への冷媒吸入配管中に、冷媒の流通方向に沿って複数個のアキュームレータを直列に配設しているものが提供されている(例えば、特許文献1,2参照)。 In a refrigerant circuit system applicable to a refrigerator, an air conditioner, a heat pump, etc., in order to more effectively prevent liquid back to the compressor, a plurality of refrigerants along the refrigerant flow direction in the refrigerant suction pipe to the compressor Are provided in series (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
このように、アキュームレータを直列に複数個配設する場合、冷媒流通方向の上流側に配設されるアキュームレータの容積を、下流側に配設されるアキュームレータの容積よりも大きくし、容積が小さくされた下流側の小型のアキュームレータを圧縮機のハウジング外周に取り付け、圧縮機と一体化した構成としている場合が多い。 Thus, when a plurality of accumulators are arranged in series, the volume of the accumulator arranged on the upstream side in the refrigerant flow direction is made larger than the volume of the accumulator arranged on the downstream side, and the volume is reduced. In many cases, a small accumulator on the downstream side is attached to the outer periphery of the housing of the compressor and integrated with the compressor.
上記の如く、複数個のアキュームレータを直列に配設することによって、圧縮機に対する液バックをより効果的に防止することが可能となる。しかしながら、各アキュームレータの冷媒出口配管に設けられる油戻し孔の大きさを適切に設定しないと、圧縮機への液バックを的確に阻止することができない場合が発生したり、圧縮機への油戻りが悪化することにより圧縮機が油上がりを起こしたりする場合がある等の課題があった。 As described above, by arranging a plurality of accumulators in series, liquid back to the compressor can be more effectively prevented. However, if the size of the oil return hole provided in the refrigerant outlet piping of each accumulator is not set appropriately, liquid back to the compressor may not be prevented accurately, or oil return to the compressor may occur. However, there is a problem that the compressor may cause oil to rise due to deterioration.
特に、圧縮機の冷媒吐出配管中にオイルセパレータが設けられ、該オイルセパレータで分離された油を、油戻し配管を介して圧縮機の冷媒吸入配管に戻すようにサイクル構成されている場合、各アキュームレータの油戻し孔の大きさを適切に設定しないと、オイルセパレータから圧縮機への油戻し量が適正に確保されず、圧縮機が油上がりを起こし、潤滑不良により故障したり、損傷したりする等の問題を発生するため、油戻し孔の大きさを適切に設定する必要があった。 In particular, when an oil separator is provided in the refrigerant discharge pipe of the compressor and the oil separated by the oil separator is configured to return to the refrigerant suction pipe of the compressor via the oil return pipe, If the size of the oil return hole of the accumulator is not set appropriately, the amount of oil return from the oil separator to the compressor cannot be secured properly, the compressor will rise, and it may fail or be damaged due to poor lubrication. In order to generate a problem such as that, it was necessary to appropriately set the size of the oil return hole.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、直列に設けられた複数のアキュームレータの容積および油戻し孔を適切に設定することにより、液バック防止と油戻りの悪化による圧縮機の油上がり防止を両立することができる冷媒回路システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by appropriately setting the volumes and oil return holes of a plurality of accumulators provided in series, compression due to prevention of liquid back and deterioration of oil return It is an object of the present invention to provide a refrigerant circuit system capable of achieving both prevention of oil rising of a machine.
上記した課題を解決するために、本発明の冷媒回路システムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる冷媒回路システムは、圧縮機の冷媒吸入配管中に、冷媒流通方向に沿って第1アキュームレータと第2アキュームレータとが直列に設けられている冷媒回路システムにおいて、前記第1アキュームレータおよび第2アキュームレータは、前記第1アキュームレータの容積をV1、前記第2アキュームレータの容積をV2としたとき、V1>V2とされているとともに、前記第1アキュームレータの冷媒出口配管に設けられている第1油戻し孔の開口面積をA1、前記第2アキュームレータの冷媒出口配管に設けられている第2油戻し孔の開口面積をA2としたとき、A1<A2とされていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the refrigerant circuit system of the present invention employs the following means.
That is, the refrigerant circuit system according to the present invention is a refrigerant circuit system in which a first accumulator and a second accumulator are provided in series along a refrigerant flow direction in a refrigerant suction pipe of a compressor. And the second accumulator has V1> V2 when the volume of the first accumulator is V1 and the volume of the second accumulator is V2, and is provided in the refrigerant outlet pipe of the first accumulator. When the opening area of one oil return hole is A1, and the opening area of the second oil return hole provided in the refrigerant outlet pipe of the second accumulator is A2, A1 <A2.
本発明によれば、圧縮機の冷媒吸入配管中に、冷媒流通方向に沿って直列に設けられている第1アキュームレータおよび第2アキュームレータの容積を、それぞれV1、V2としたとき、V1>V2とされ、第1アキュームレータの冷媒出口配管に設けられている第1油戻し孔の開口面積をA1、第2アキュームレータの冷媒出口配管に設けられている第2油戻し孔の開口面積をA2としたとき、A1<A2とされているため、システムの起動時や過渡的運転時等に、冷媒回路中に滞留していた液冷媒が大量に圧縮機側に液バックする事態が発生したとしても、容積V1が大きく、かつ第1油戻し孔の開口面積A1が小さくされている第1アキュームレータにより液冷媒を確実に分離ホールドし、圧縮機への液バックを防止することができる。また、仮に第1アキュームレータから液バックするような事態が発生したとしても、その液冷媒を第2アキュームレータで分離ホールドすることができることから、圧縮機への液バックを着実に防止することができる。一方、液バックは基本的に第1アキュームレータで防ぐことができるため、第2アキュームレータの冷媒出口配管の第2油戻し孔の開口面積A2を大きめに設定したとしても、液バックの発生のリスクはほとんどなく、この大きめとされた第2油戻し孔を介して、油を着実に圧縮機に戻すことができる。従って、液バック防止に関しての信頼性を向上することができるとともに、油の戻りが減ることによる圧縮機の油上がりを確実に防止することができる。 According to the present invention, when the volumes of the first accumulator and the second accumulator provided in series along the refrigerant flow direction in the refrigerant suction pipe of the compressor are V1 and V2, respectively, V1> V2 When the opening area of the first oil return hole provided in the refrigerant outlet pipe of the first accumulator is A1, and the opening area of the second oil return hole provided in the refrigerant outlet pipe of the second accumulator is A2. Since A1 <A2, even when a situation occurs in which a large amount of liquid refrigerant staying in the refrigerant circuit is liquid-backed to the compressor side at the time of system startup or transient operation, the volume The liquid refrigerant is reliably separated and held by the first accumulator in which V1 is large and the opening area A1 of the first oil return hole is small, and liquid back to the compressor can be prevented.Further, even if a liquid back from the first accumulator occurs, since the liquid refrigerant can be separated and held by the second accumulator, liquid back to the compressor can be steadily prevented. On the other hand, since the liquid back can be basically prevented by the first accumulator, even if the opening area A2 of the second oil return hole of the refrigerant outlet pipe of the second accumulator is set to be large, the risk of the occurrence of the liquid back is Almost no oil can be steadily returned to the compressor through the enlarged second oil return hole. Therefore, it is possible to improve the reliability with respect to the prevention of liquid back, and to reliably prevent the oil from going up due to a decrease in oil return.
さらに、本発明の冷媒回路システムは、上記の冷媒回路システムにおいて、前記第1油戻し孔の開口面積A1と、前記第2油戻し孔の開口面積A2との比A2/A1が、少なくとも1.1以上とされていることを特徴とする。 Furthermore, in the refrigerant circuit system of the present invention, in the above refrigerant circuit system, a ratio A2 / A1 between the opening area A1 of the first oil return hole and the opening area A2 of the second oil return hole is at least 1. It is characterized by being 1 or more.
本発明によれば、第1油戻し孔の開口面積A1と、第2油戻し孔の開口面積A2との比A2/A1が、少なくとも1.1以上とされているため、第1油戻し孔の大きさを、確実に液バックを阻止し得る適切な大きさの孔とすることにより、第2油戻し孔の大きさを第1油戻し孔よりも大きくし、1.1倍以上の面積比として油を戻り易くしても、着実に液バックを防止することができる。従って、液バックの防止と圧縮機の油上がりの防止とを両立させることが可能となる。 According to the present invention, since the ratio A2 / A1 between the opening area A1 of the first oil return hole and the opening area A2 of the second oil return hole is at least 1.1 or more, the first oil return hole The size of the second oil return hole is made larger than the first oil return hole by making the size of the hole of an appropriate size that can reliably prevent liquid back, and an area of 1.1 times or more Even if the oil is easily returned as a ratio, liquid back can be prevented steadily. Therefore, it is possible to achieve both prevention of liquid back and prevention of oil leakage from the compressor.
さらに、本発明の冷媒回路システムは、上記の冷媒回路システムにおいて、前記圧縮機に充填される油が、該圧縮機の運転条件の全域で冷媒と相溶性を有する油の場合、前記比A2/A1が、1.1≦A2/A1≦2とされていることを特徴とする。 Furthermore, in the refrigerant circuit system of the present invention, in the above refrigerant circuit system, when the oil charged in the compressor is an oil having compatibility with the refrigerant over the entire operating condition of the compressor, the ratio A2 / A1 is characterized by 1.1 ≦ A2 / A1 ≦ 2.
本発明によれば、圧縮機に充填される油が、該圧縮機の運転条件の全域で冷媒と相溶性を有する油の場合、A2/A1が、1.1≦A2/A1≦2とされているため、液バックの防止と圧縮機の油上がりの防止とを両立させることができるだけでなく、A2/A1の値が大きすぎて、過渡的運転時に第1アキュームレータに溜まった液冷媒の排出量が少なくなり、第1アキュームレータがオーバーフローしたり、ガスロー運転になったりするリスクを回避しながら、確実に液バックの防止し、油戻り性を確保することができる。従って、圧縮機の潤滑油として冷媒と相溶性を有する、例えばポリオールエステル系油(POE油)等の油を用いた場合でも、油戻り性を確保して安定的に運転することができる。 According to the present invention, when the oil charged in the compressor is an oil having compatibility with the refrigerant in the entire operating condition of the compressor, A2 / A1 is set to 1.1 ≦ A2 / A1 ≦ 2. Therefore, it is possible not only to prevent both the liquid back and the oil from rising in the compressor, but also to discharge the liquid refrigerant accumulated in the first accumulator during the transient operation because the value of A2 / A1 is too large. While avoiding the risk of the amount being reduced and the first accumulator overflowing or gas-low operation, the liquid back can be reliably prevented and the oil return property can be ensured. Therefore, even when an oil such as a polyol ester-based oil (POE oil) having compatibility with the refrigerant is used as the lubricating oil for the compressor, the oil return property can be secured and the operation can be stably performed.
さらに、本発明の冷媒回路システムは、上記の冷媒回路システムにおいて、前記圧縮機に充填される油が、該圧縮機の運転条件の全域または一部で冷媒と非相溶の油の場合、前記比A2/A1が、1.1≦A2/A1≦3とされていることを特徴とする。 Furthermore, in the refrigerant circuit system according to the present invention, in the above refrigerant circuit system, when the oil charged in the compressor is oil that is incompatible with the refrigerant in the whole or part of the operating conditions of the compressor, The ratio A2 / A1 is 1.1 ≦ A2 / A1 ≦ 3.
本発明によれば、圧縮機に充填される油が、該圧縮機の運転条件の全域または一部で冷媒と非相溶の油の場合、A2/A1が、1.1≦A2/A1≦3とされているため、液バックの防止と圧縮機の油上がりの防止とを両立させることができるのみならず、A2/A1が大きすぎて、過渡的な運転時に第1アキュームレータに溜まった液冷媒の排出量が少なくなり、第1アキュームレータがオーバーフローしたり、ガスロー運転になったりするリスクを回避しながら、確実に液バックの防止し、油戻り性を確保することができる。従って、圧縮機の潤滑油として冷媒と非相溶の、例えばポリアルキレングリコール系油(PAG油)等の油を用いた場合でも、油戻り性を確保して安定的に運転することができる。 According to the present invention, when the oil charged in the compressor is oil that is incompatible with the refrigerant in the whole or part of the operating conditions of the compressor, A2 / A1 is 1.1 ≦ A2 / A1 ≦ Therefore, not only can both prevent liquid back and prevent oil from rising in the compressor, but A2 / A1 is too large and the liquid accumulated in the first accumulator during transient operation. The amount of refrigerant discharged is reduced, and the risk of the first accumulator overflowing or gas-low operation is avoided, while preventing liquid back and ensuring oil return. Therefore, even when an oil that is incompatible with the refrigerant, such as a polyalkylene glycol oil (PAG oil), is used as the lubricating oil for the compressor, it is possible to stably operate while ensuring oil return.
さらに、本発明の冷媒回路システムは、上述のいずれかの冷媒回路システムにおいて、前記圧縮機の冷媒吐出配管にオイルセパレータが設けられ、該オイルセパレータで分離された油を前記圧縮機側に戻す油戻し配管が、前記第1アキュームレータと前記第2アキュームレータとの間の冷媒配管に接続されていることを特徴とする。 Furthermore, the refrigerant circuit system of the present invention is the oil circuit system according to any one of the above-described refrigerant circuit systems, wherein an oil separator is provided in the refrigerant discharge pipe of the compressor, and the oil separated by the oil separator is returned to the compressor side. A return pipe is connected to a refrigerant pipe between the first accumulator and the second accumulator.
本発明によれば、圧縮機の冷媒吐出配管にオイルセパレータが設けられ、該オイルセパレータで分離された油を圧縮機側に戻す油戻し回路が、第1アキュームレータと第2アキュームレータとの間の冷媒配管に接続されているため、オイルセパレータで分離され、油戻し回路を介して圧縮機側に戻される油を、第2アキュームレータの開口面積A2が大きめとされている第2油戻し孔を介して戻すことにより、圧縮機側に戻り易くすることができる。従って、油の戻りが悪化することによる圧縮機の油上がりを確実に防止することができるとともに、仮に、油戻し回路中に液溜まりとなるような機器類が設置されていたとしても、その機器類からの液バックを第2アキュームレータで阻止し、液バック防止に対しての信頼性を確保することができる。 According to the present invention, an oil separator is provided in the refrigerant discharge pipe of the compressor, and the oil return circuit for returning the oil separated by the oil separator to the compressor side is a refrigerant between the first accumulator and the second accumulator. Since it is connected to the pipe, the oil separated by the oil separator and returned to the compressor side through the oil return circuit is passed through the second oil return hole in which the opening area A2 of the second accumulator is increased. By returning, it can be easily returned to the compressor side. Therefore, it is possible to reliably prevent the oil from rising due to worsening of the return of oil, and even if equipment such as a liquid pool is installed in the oil return circuit, the equipment The liquid accumulator can be prevented from being backed by the second accumulator, and the reliability for preventing the liquid back can be ensured.
本発明によると、システムの起動時や過渡的運転時等に、冷媒回路中に滞留していた液冷媒が大量に圧縮機側に液バックする事態が発生したとしても、容積V1が大きく、かつ第1油戻し孔の開口面積A1が小さくされている第1アキュームレータにより液冷媒を確実に分離ホールドし、圧縮機への液バックを防止することができる。また、仮に第1アキュームレータから液バックするような事態が発生したとしても、その液冷媒を第2アキュームレータで分離ホールドすることができることから、圧縮機への液バックを着実に防止することができる。一方、液バックは基本的に第1アキュームレータで防ぐことができるため、第2アキュームレータの冷媒出口配管の第2油戻し孔の開口面積A2を大きめに設定したとしても、液バックの発生のリスクはほとんどなく、この大きめとされた第2油戻し孔を介して、油を着実に圧縮機に戻すことができるため、液バック防止に関しての信頼性を向上することができるとともに、油の戻りが減ることによる圧縮機の油上がりを確実に防止することができる。 According to the present invention, even when a large amount of liquid refrigerant that has accumulated in the refrigerant circuit is liquid-backed to the compressor side during system startup or transient operation, the volume V1 is large and The liquid refrigerant is reliably separated and held by the first accumulator in which the opening area A1 of the first oil return hole is reduced, and the liquid back to the compressor can be prevented. Further, even if a liquid back from the first accumulator occurs, since the liquid refrigerant can be separated and held by the second accumulator, liquid back to the compressor can be steadily prevented. On the other hand, since the liquid back can be basically prevented by the first accumulator, even if the opening area A2 of the second oil return hole of the refrigerant outlet pipe of the second accumulator is set to be large, the risk of the occurrence of the liquid back is Almost no oil can be steadily returned to the compressor through the enlarged second oil return hole, so that the reliability in preventing liquid back can be improved and the return of oil is reduced. Therefore, it is possible to reliably prevent the oil from rising from the compressor.
以下に、本発明の一実施形態について、図1および図2を参照して説明する。
図1には、本発明の一実施形態に係る冷媒回路システムの概略構成図が示され、図2には、その主要部分の拡大図が示されている。
本実施形態の冷媒回路システム1は、CO2冷媒を用いた超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプ給湯機に適用したものであり、超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプ(以下、単にヒートポンプという。)2と、図示省略の貯湯タンクユニットと接続されている水循環系路3とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a refrigerant circuit system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an enlarged view of a main part thereof.
The refrigerant circuit system 1 of the present embodiment is applied to a supercritical vapor compression heat pump water heater using CO2 refrigerant, and includes a supercritical vapor compression heat pump (hereinafter simply referred to as a heat pump) 2 and an illustration not shown. And a water circulation system 3 connected to the hot water storage tank unit.
貯湯タンクユニット側の水循環系路3は、ヒートポンプ2における放熱器(冷媒/水熱交換器)11の水側流路に接続された給水側系路3Aと、該冷媒/水熱交換器11で製造された温水を取出す温水取出し側系路3Bとを備え、給水側系路3Aには、水ポンプ4および流量制御弁5が設けられている。
The water circulation system path 3 on the hot water storage tank unit side includes a water supply
ヒートポンプ2は、密閉ハウジング6内に低段側圧縮機7および高段側圧縮機8が内蔵されている2段圧縮機(圧縮機)9と、冷媒ガス中の潤滑油を分離するオイルセパレータ10と、冷媒ガスを放熱する放熱器(冷媒/水熱交換器)11と、冷媒を中間圧に減圧する第1電子膨張弁(中間圧減圧手段)12と、気液分離機能付きの中間圧レシーバ(中間圧気液分離器)13と、中間圧冷媒と2段圧縮機9へと吸入される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(インタークーラ)14と、過冷却コイル15A,15Bと、中間圧冷媒を低温低圧の気液二相冷媒に減圧する第2電子膨張弁(メイン減圧手段)16A,16Bと、図示省略した送風機から送風される外気と冷媒とを熱交換させる複数台の蒸発器(空気熱交換器)17A,17Bと、直列に接続された第1アキュームレータ18および第2アキュームレータ19とがこの順に冷媒配管20を介して接続された閉サイクルの冷媒回路21により構成されている。
The
上記ヒートポンプ2の放熱器11は、一方の冷媒側流路に2段圧縮機9から吐出された高温高圧の冷媒ガスが循環され、他方の水側流路に水循環系路3を介して水が循環されることにより水と冷媒ガスとが熱交換される冷媒/水熱交換器とされている。そして、この冷媒/水熱交換器11において、高温高圧の冷媒ガスで水を加熱することによって温水が製造されるように構成されている。
In the
また、冷媒回路21には、2段圧縮機9からの冷媒吐出配管20A中に設けられているオイルセパレータ10で分離された油を2段圧縮機9の冷媒吸入配管20B側に戻す油戻し回路22が接続されている。この油戻し回路22には、後述のガスインジェクション回路31を流れる冷媒と油とを熱交換する二重管熱交換器23と、電磁弁24および2本のキャピラリチューブ25A,25Bの並列回路により構成された油戻し量調整機構26とが設けられている。
In the
さらに、冷媒回路21には、低外気温下での運転時、蒸発器17A,17Bの表面に霜が生成した場合に、この霜を2段圧縮機9から吐出された高温高圧のホットガス冷媒を蒸発器17A,17Bに導入して除霜するためのホットガスバイパス回路27が、冷媒吐出配管20Aと、蒸発器17A,17Bの冷媒入口側との間に接続されている。該ホットガスバイパス回路27には、霜の生成が検知されたときに開閉される電磁弁28、冷媒流量調整用のキャピラリチューブ29および逆止弁30A,30B等が設けられている。
Further, the
また、冷媒回路21には、気液分離機能付きの中間圧レシーバ(中間圧気液分離器)13で分離された中間圧冷媒ガスを、油戻し回路22に設けられている二重管熱交換器23を経由して2段圧縮機9の中間圧ガス雰囲気とされている密閉ハウジング6内にインジェクションするガスインジェクション回路31が設けられている。このガスインジェクション回路31には、必要に応じてガスインジェクション回路31を開閉できるように電磁弁32および逆止弁33が設けられている。
Further, in the
さらに、本実施形態においては、図2に示されるように、2段圧縮機9の冷媒吸入配管20B中に直列に配設されている第1アキュームレータ18および第2アキュームレータ19が、以下のように構成されている。
冷媒流れ方向の上流側に設けられている第1アキュームレータ18は、筒状の密閉容器34に対して、冷媒入口管35と、第1油戻し孔37が設けられている冷媒出口管36とが接続された構成とされ、その下流側に設けられている第2アキュームレータ19は、筒状の密閉容器38に対して、冷媒入口管39と、第2油戻し孔41が設けられている冷媒出口管40とが接続された構成とされている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
The
このように、第1アキュームレータ18および第2アキュームレータ19の構成自体については、特に公知のアキュームレータと変わるものではないが、第1アキュームレータ18の容積をV1、第2アキュームレータ19の容積をV2としたとき、V1>V2とされており、第1アキュームレータ18の方が第2アキュームレータ19よりも容積が大きくされている。
Thus, the configuration itself of the
また、冷媒出口管36および冷媒出口管40に設けられている第1油戻し孔37および第2油戻し孔41の開口面積を、それぞれA1,A2としたとき、A1<A2とされ、第2油戻し孔41の開口面積A2の方が第1油戻し孔37の開口面積A1よりも大きくされている。つまり、第1油戻し孔37および第2油戻し孔41を円形孔とし、第1油戻し孔37の孔径をd1(開口面積A1)、第2油戻し孔41の孔径をd2(開口面積A2)としたとき、d1<d2とされ、これによって、第1油戻し孔37の開口面積A1と第2油戻し孔41の開口面積A2との比A2/A1が、少なくとも「1.1≦A2/A1」とされている。
Further, when the opening areas of the first
ここで、上記比A2/A1の値が大きくなりすぎると、過渡運転時に第1アキュームレータ18に溜まった液冷媒の排出量が少なくなり、第1アキュームレータ18がオーバーフローしたり、ガスロー運転になったりするリスクがあるため、上記比A2/A1の上限値を設定しておくことが望ましい。また、その上限値は、2段圧縮機(圧縮機)9に充填されている油(潤滑油)と冷媒(CO2冷媒)との相溶性を考慮して設定することが望ましく、冷媒に対して相溶性の低い油を用いる場合、アキュームレータ内で分離した油が相溶性の高い油に対して2段圧縮機9側に戻り難いことから、相溶性の高い油を用いる場合に対して上限値を大きくしておくことが望ましい。
Here, if the value of the ratio A2 / A1 becomes too large, the discharge amount of the liquid refrigerant accumulated in the
本実施形態では、2段圧縮機(圧縮機)9の潤滑油として用いられる油が、2段圧縮機9の運転条件の全域でCO2冷媒に対して相溶性を有する油、例えばポリオールエステル系油(POE油)の場合、第1油戻し孔37の開口面積A1と第2油戻し孔41の開口面積A2との比A2/A1を、1.1≦A2/A1≦2としている。また、油が2段圧縮機9の運転条件の全域または一部でCO2冷媒と非相溶の油、例えばポリアルキレングリコール系油(PAG油)の場合、A2/A1を、1.1≦A2/A1≦3としている。
In the present embodiment, the oil used as the lubricating oil for the two-stage compressor (compressor) 9 is an oil that is compatible with the CO2 refrigerant over the entire operating conditions of the two-
そして、上記第1アキュームレータ18と第2アキュームレータ19とを接続している冷媒吸入配管20Bに対して、オイルセパレータ10からの油戻し回路22が接続された構成とされている。
なお、第2アキュームレータ19は、上記の如く、容積が比較的小さくされた小型のアキュームレータであり、2段圧縮機9の密閉ハウジング6外周に対して、ブラケット等を介して一体的に設置された構成としてもよい。
An
The
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記冷媒回路システム1において、CO2冷媒を用いた超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプ2が運転されると、2段圧縮機9で2段圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、オイルセパレータ10で冷媒中の油が分離された後、放熱器(冷媒/水熱交換器)11に導入され、ここで水循環系路3の給水側系路3Aから水側流路に流通される水と熱交換される。この水は高温高圧冷媒ガスからの放熱により加熱、昇温された後、温水取出し側系路3Bを経て貯湯タンク(図示省略)に戻り、貯湯タンク内の貯湯量が所定量に到達するまで、連続的に放熱器(冷媒/水熱交換器)11にて冷媒と水との熱交換が継続され、貯湯量が所定量に到達すると、貯湯運転が終了されるようになっている。
With the configuration described above, according to the present embodiment, the following operational effects can be obtained.
In the refrigerant circuit system 1, when the supercritical vapor
放熱器11で水と熱交換して冷却された冷媒は、第1電子膨張弁(中間圧減圧手段)12により減圧されて中間圧レシーバ13に至り、ここで気液分離される。中間圧レシーバ13で分離された中間圧のガス冷媒は、電磁弁32、逆止弁33および二重管熱交換器23を経てガスインジェクション回路31により2段圧縮機9の密閉ハウジング6内の中間圧冷媒ガス中にインジェクションされ、高段側圧縮機8に吸入されて再圧縮される。このガスインジェクションによるエコノマイザ効果によって、ヒートポンプ2による加熱能力および成績係数(COP)を向上させ、給湯能力を増大することができる。
The refrigerant cooled by exchanging heat with water in the
一方、中間圧レシーバ13で分離された液冷媒は、内部熱交換器(インタークーラ)14において蒸発器17A,17Bで蒸発された低圧冷媒ガスと熱交換されて過冷却された後、過冷却コイル15A,15Bを経て第2電子膨張弁(メイン減圧手段)16A,16Bにより減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となって蒸発器(空気熱交換器)17A,17Bに流入される。蒸発器(空気熱交換器)17A,17Bに流入した冷媒は、送風機により送風される外気と熱交換され、外気から吸熱して蒸発ガス化される。
On the other hand, the liquid refrigerant separated by the
蒸発器17A,17Bでガス化された冷媒は、内部熱交換器14で中間圧液冷媒と熱交換され、中間圧液冷媒の過冷却に供された後、第1アキュームレータ18および第2アキュームレータ19を通過する過程で液分(液冷媒、油)が分離され、ガス冷媒のみが2段圧縮機9に吸い込まれ、再圧縮される。以下、同様の動作を繰り返すことにより、温水の製造に供される。なお、貯湯運転時、蒸発器17A,17Bに霜が堆積した場合、それを検知して電磁弁28を開とし、2段圧縮機9から吐出されたホットガス冷媒をオイルセパレータ10の下流からホットガスバイパス回路27を介して蒸発器17A,17Bに導入することによって、除霜運転を行うことができる。
The refrigerant gasified in the
また、オイルセパレータ10で冷媒中から分離された油は、油戻し回路22を経て二重管熱交換器23で中間圧冷媒ガスと熱交換されて該冷媒ガスを加熱した後、油戻し量調整機構26を介して量が調整され、第1アキュームレータ18と第2アキュームレータ19との間において冷媒吸入配管20Bへと戻される。この油は、第2アキュームレータ19内で一旦分離された後、第2アキュームレータ19の冷媒出口管40に設けられている第2油戻し孔41を介して少量ずつ冷媒ガス流中にピックアップされ、2段圧縮機9側へと戻されることとなる。
Further, the oil separated from the refrigerant by the
ここで、2段圧縮機9の冷媒吸入配管20B中に、第1アキュームレータ18および第2アキュームレータ19が直列に配設され、その容積V1、V2が、V1>V2とされるとともに、その冷媒出口管36および冷媒出口管40に設けられている第1油戻し孔37および第2油戻し孔41の開口面積A1,A2が、A1<A2とされているため、冷媒回路システム1の起動時や過渡的運転時等において、冷媒回路21中に滞留していた油を含む液冷媒が大量に2段圧縮機9側に液バックする事態が発生したとしても、容積V1が大きくされ、第1油戻し孔37の開口面積A1が小さくされている上流側の第1アキュームレータ18で液分を確実に分離ホールドし、2段圧縮機9への液バックを阻止することができる。
Here, the
上記の如く、第1アキュームレータ18で分離された油は、第1油戻し孔37を介して微量ずつ下流側の第2アキュームレータ19へと流出される。このように、冷媒回路21からの液バックは、基本的に第1アキュームレータ18により防止されるが、仮に第1アキュームレータ18より下流側に液バックする事態や、運転停止中にオイルセパレータ10や二重管熱交換器23内に溜り込んでいた冷媒が油戻し回路22を経て液バックする事態が発生したとしても、第2アキュームレータ19でその液分を分離ホールドし、2段圧縮機9への液バックを確実に阻止することができる。
As described above, the oil separated by the
一方、液バックは基本的に第1アキュームレータ18で防ぐことができるため、第2アキュームレータ19側の冷媒出口配管40に設けられている第2油戻し孔41の開口面積A2を大きめに設定したとしても、液バックが発生するリスクはほとんどなく、この大きめとされた第2油戻し孔41を介して、冷媒回路21および油戻し回路22からの油を着実に2段圧縮機9に戻すことができる。
斯くして、本実施形態によると、液バック防止に関しての信頼性を向上することができるとともに、油の戻りが減ることによる2段圧縮機9の油上がりを確実に防止することができる。
On the other hand, since liquid back can be basically prevented by the
Thus, according to the present embodiment, it is possible to improve the reliability with respect to prevention of liquid back, and to reliably prevent oil from rising in the two-
また、本実施形態では、第1アキュームレータ18および第2アキュームレータ19の第1油戻し孔37の開口面積A1と、第2油戻し孔41の開口面積A2との比A2/A1が、少なくとも1.1以上とされている。このため、第1油戻し孔37の大きさを、確実に液バックを阻止し得る適切な大きさの孔とすることによって、第2油戻し孔41の大きさを第1油戻し孔37よりも大きくし、1.1倍以上の面積比として油を戻り易くしたとしても、着実に液バックを防止することができる。従って、液バックの防止と2段圧縮機9の油上がりの防止とを両立させることが可能となる。
In the present embodiment, the ratio A2 / A1 between the opening area A1 of the first
特に、上記面積比A2/A1を、1.1≦A2/A1とするだけでなく、その比A2/A1が大きすぎて、過渡的な運転時に第1アキュームレータ18に溜まった液冷媒の排出量が少なくなり、第1アキュームレータ18がオーバーフローしたり、ガスロー運転になったりするリスクを回避するため、A2/A1の値に上限値を設定し、2段圧縮機(圧縮機)9の潤滑油として、2段圧縮機9の運転条件の全域で冷媒(CO2冷媒)と相溶性を有する、例えばポリオールエステル系油(POE油)等の油を用いている場合は、その比A2/A1を、1.1≦A2/A1≦2としている。
In particular, the area ratio A2 / A1 is not only 1.1 ≦ A2 / A1, but the ratio A2 / A1 is too large, and the discharge amount of the liquid refrigerant accumulated in the
また、2段圧縮機の潤滑油として、2段圧縮機9の運転条件の全域または一部でCO2冷媒と非相溶の、例えばポリアルキレングリコール系油(PAG油)等の油を用いている場合は、その比A2/A1を、1.1≦A2/A1≦3としている。
このため、液バックの防止と2段圧縮機9の油上がりの防止とを両立させることができるのみならず、POE油またはPAG油の何れの油を用いた場合においても、油戻り性を確保して安定的に運転することができる。
Also, as the lubricating oil for the two-stage compressor, an oil such as polyalkylene glycol oil (PAG oil) that is incompatible with the CO2 refrigerant is used throughout or part of the operating conditions of the two-
For this reason, it is possible to achieve both prevention of liquid back and prevention of oil rising of the two-
さらに、2段圧縮機9の冷媒吐出配管20Aにオイルセパレータ10が設けられ、該オイルセパレータ10で分離された油を2段圧縮機9側に戻す油戻し回路22が、第1アキュームレータ18と第2アキュームレータ19との間の冷媒吸入配管20Bに接続されているため、オイルセパレータ10で分離され、油戻し回路22を介して2段圧縮機9側に戻される油を、第2アキュームレータ19の開口面積A2が大きめとされている第2油戻し孔41を介して戻すことにより、2段圧縮機9側に戻り易くすることができる。
Further, an
これによって、油の戻りが悪化することによる2段圧縮機9の油上がりを確実に防止することができるとともに、仮に、油戻し回路22中に液溜まりとなるような二重管熱交換器23等の機器類が設置されていたとしても、その機器類からの液バックを第2アキュームレータ19で阻止し、液バック防止に対しての信頼性を確保することができる。
As a result, it is possible to reliably prevent oil from rising in the two-
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、冷媒回路システム1を、CO2冷媒を用いた超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプ給湯機に適用した例について説明したが、本発明の冷媒回路システム1は、ヒートポンプ給湯機に限らず、様々な冷凍機、空調機、ヒートポンプ等に幅広く適用できることは云うまでもない。また、使用冷媒については、CO2冷媒に限らず、HFC冷媒等、他の冷媒を用いてもよく、それらの冷媒を用いた冷凍機、空調機、ヒートポンプ等にも同様に適用することができる。
In addition, this invention is not limited to the invention concerning the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. For example, in the above embodiment, the example in which the refrigerant circuit system 1 is applied to a supercritical vapor compression heat pump water heater using CO2 refrigerant has been described. However, the refrigerant circuit system 1 of the present invention is not limited to a heat pump water heater. Needless to say, it can be widely applied to various refrigerators, air conditioners, heat pumps and the like. In addition, the refrigerant used is not limited to the
さらに、上記した実施形態では、2段圧縮機9を用いた例について説明したが、これに限らず、単段の圧縮機を用いた冷凍機、空調機、ヒートポンプ等に適用してもよいことはもちろんである。また、第1アキュームレータ18の第1油戻し孔37および第2アキュームレータ19の第2油戻し孔41を、それぞれ孔径がd1,d2の円形孔とした例について説明したが、必ずしも円形孔である必要はなく、開口面積がA1,A2であれば如何なる形状の孔であってもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the example using the two-
1 冷媒回路システム
9 2段圧縮機(圧縮機)
10 オイルセパレータ
18 第1アキュームレータ
19 第2アキュームレータ
20 冷媒配管
20A 冷媒吐出配管
20B 冷媒吸入配管
22 油戻し回路
36 冷媒出口配管
37 第1油戻し孔
40 冷媒出口配管
41 第2油戻し孔
V1 第1アキュームレータの容積
V2 第2アキュームレータの容積
d1 第1油戻し孔の孔径(開口面積A1)
d2 第2油戻し孔の孔径(開口面積A2)
1
10
d2 Diameter of the second oil return hole (opening area A2)
Claims (5)
前記第1アキュームレータおよび第2アキュームレータは、前記第1アキュームレータの容積をV1、前記第2アキュームレータの容積をV2としたとき、V1>V2とされているとともに、
前記第1アキュームレータの冷媒出口配管に設けられている第1油戻し孔の開口面積をA1、前記第2アキュームレータの冷媒出口配管に設けられている第2油戻し孔の開口面積をA2としたとき、A1<A2とされていることを特徴とする冷媒回路システム。 In the refrigerant circuit system in which the first accumulator and the second accumulator are provided in series along the refrigerant flow direction in the refrigerant suction pipe of the compressor.
The first accumulator and the second accumulator have V1> V2 when the volume of the first accumulator is V1, and the volume of the second accumulator is V2.
When the opening area of the first oil return hole provided in the refrigerant outlet pipe of the first accumulator is A1, and the opening area of the second oil return hole provided in the refrigerant outlet pipe of the second accumulator is A2. , A1 <A2.
An oil separator is provided in the refrigerant discharge pipe of the compressor, and an oil return circuit for returning the oil separated by the oil separator to the compressor side is provided in the refrigerant pipe between the first accumulator and the second accumulator. The refrigerant circuit system according to claim 1, wherein the refrigerant circuit system is connected.
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