JP4100904B2 - ２段圧縮式冷凍装置並びに冷凍機油及び冷媒の充填方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２段圧縮機を用いた２段圧縮式冷凍装置並びに冷凍機油及び冷媒の充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般の冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法は、蒸発器の入口側に冷凍機油充填器を接続してこの位置から冷凍機油を冷媒回路内に充填し、その後に蒸発器の同じ入口側の位置に冷媒タンクを接続してこの位置から冷媒を充填し、冷媒の圧力により冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に押し流すというものであった。
【０００３】
ところで、近年、冷媒による地球環境破壊の問題がクローズアップされ、代替フロンや自然冷媒などが見直されている。また、ヒートポンプ式給湯器に関しては、温水温度を高温化して欲しいとの要望がある。この要望に対する方策として、従来のＨＣＦＣ２２より吐出ガス温度が高温になる冷媒、例えば、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロンや、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒が使用され始めている。
【０００４】
そして、このような代替フロンや自然冷媒を用いたヒートポンプ式給湯装置などの冷凍装置においては、高低圧力差が大きくなることから２段圧縮機を使用した方が効率的であると考えられている。さらに、このような用途向け２段圧縮機として、低段側圧縮機構部から吐出された中間圧力のガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出された中間圧力のガス冷媒を密閉ハウジング外に配設される外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成したものが開発されている。
【０００５】
しかし、このような２段圧縮機を使用した２段圧縮式冷凍装置に適用する冷凍機油及び冷媒の充填方法については、未だ具体的、かつ、充分な研究が行われていない。したがって、このような２段圧縮式冷凍装置に対しては、上記従来の冷凍機油及び冷媒の充填方法をそのまま採用されていた。
【０００６】
この従来の冷凍機油及び冷媒の充填方法を、上述の２段圧縮機を用いた冷凍装置に適用した場合の例を、図５を参照しながら説明する。
図５に示す２段圧縮式冷凍装置では、２段圧縮機１、水熱交換器２、電動膨張弁等の膨張装置３、室外熱交換器４、アキュムレータ５が順次接続されて冷媒回路が構成されている。そして、この冷媒回路には吐出ガス温度がＨＣＦＣ２２より高温になるＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン、又は、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒が充填され、この２段圧縮式冷凍装置は超臨界冷凍サイクルにより冷凍運転される。また、この冷凍装置は、給湯器の熱源機器として用いられているものを示している。なお、この冷凍装置では加熱された給湯用水を貯留するための貯湯タンク７が水熱交換器２に接続されている。
【０００７】
２段圧縮機１は、密閉ハウジング内部に低段側圧縮機構部１１及び高段側圧縮機構部１２を収納している。そして、低段側圧縮機構部１１からの吐出ガス（中間圧力のガス冷媒）は一旦密閉ハウジング内部に放出され、この放出された中間圧力のガス冷媒は外部配管６を介して高段側圧縮機構部１２に吸入される。なお、高段側圧縮機構部１２から吐出された吐出ガスは、水熱交換器２に送られる。
【０００８】
水熱交換器２は、２段圧縮機１の吐出ガス冷媒で給湯用水を加熱する。水熱交換器２と貯湯タンク７との間は、ポンプ８を介装した水配管９により接続されており、水熱交換器２で加熱された給湯用水はこの水配管９を介して貯湯タンク７に貯留される。
膨張装置３は、電動膨張弁であって、水熱交換器２で冷却された高圧ガス冷媒を減圧する。
【０００９】
室外熱交換器４は、膨張装置３で減圧された気液２相の冷媒を、熱源流体としての外気と熱交換させるもので、この冷凍装置では蒸発器として作用している。そして、室外熱交換器４の入口側には、冷媒充填用分岐管２０が設けられている。冷媒充填用分岐管２０は、室外熱交換器４の入口側配管のＡ点に小径の配管を接続したものであり、この冷媒充填用分岐管２０の先端には開閉弁２１が取り付けられている。また、冷媒充填用分岐管２０は、冷媒タンク２３を接続して冷媒充填に使用されるが、この従来例においては後述するように、冷凍機油充填器２２を接続して、冷凍機油を充填するためにも利用されている。
【００１０】
アキュムレータ５は、冷凍運転停止時に低圧側に液化する液冷媒を貯留するためのものであり、特に、冷凍装置の運転開始時の圧縮機への液冷媒の吸い込みを防止する。
【００１１】
冷凍機油及び冷媒の充填方法は、従来の一般冷凍装置における場合の方法に従い、次のように行われる。
工場での冷凍機油の充填は、冷凍装置の真空乾燥工程の後に行われる。まず、冷媒充填用分岐管２０の先端に取り付けられた開閉弁２１に冷凍機油充填器２２を接続する。これにより、冷凍機油充填器２２を室外熱交換器４の入口側Ａ点に接続する。冷凍機油充填器２２は、適宜のガスを用いたガス圧により、冷凍機油を冷媒回路内に供給するものであり、開閉弁２１を開放することにより冷凍機油充填器２２から冷媒回路内に所定量の冷凍機油を充填することが行われる。この充填された冷凍機油は、室外熱交換器４内などに滞留する。
【００１２】
次に、冷凍機油充填器２２を開閉弁２１から取り外し、代わりに冷媒タンク２３を開閉弁２１に接続する。これにより、冷媒タンク２３は、開閉弁２１を介して室外熱交換器４の入口側Ａ点に接続される。そして、開閉弁２１を開放して冷媒を所定量冷媒回路内に供給する。このとき、室外熱交換器４内などに滞留していた冷凍機油は、冷媒回路内に充填される冷媒の圧力により２段圧縮機１の密閉ハウジング内に圧送される。
なお、一般的な単段圧縮機を初め上述の２段圧縮機１は、冷凍機油を圧縮機の密閉ハウジングの底部に貯め、この冷凍機油を簡易なポンプ機構により汲み上げ、圧縮機構部の各摺動部に供給するように構成されている。したがって、密閉ハウジング内の底部には、常時、特に潤滑負荷の大きい圧縮機起動時、充分な量の潤滑油が貯留されている必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２段圧縮式冷凍装置において、前述のような一般冷凍装置の場合と同様の方法で冷凍機油を充填しようとすると、低段側圧縮機構部を経由する場合の流通抵抗が大きいので、充分な量の冷凍機油を２段圧縮機１の密閉ハウジング内の底部に供給することが困難であることが分った。
【００１４】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたもので、２段圧縮機を用いた２段圧縮式冷凍装置において、流通抵抗の大きい圧縮機構部を経由せずに２段圧縮機の密閉ハウジング内に冷凍機油を充填することにより、充分な量の冷凍機油を充填することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、請求項１に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機により駆動される２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、圧縮機の吸入側に接続される室外熱交換器と、この室外熱交換器と２段圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを備えた２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、さらに、前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備えてなる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、熱源側流体と熱交換する室外熱交換器と、被冷却流体と熱交換する利用側熱交換器と、冷媒回路を可逆に切り換える四路切換弁と、四路切換弁と圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを少なくとも備えた２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、さらに、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした冷媒回路における前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備えてなる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れかに記載の２段圧縮式冷凍装置において、前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の分岐位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１記載の２段圧縮式冷凍装置において、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填するようにし、更に前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の２段圧縮式冷凍装置において、前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の接続位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである。
【００２１】
請求項７に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、圧縮機の吸入側に接続される室外熱交換器と、この室外熱交換器と２段圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを備えた２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填し、さらに、前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備え、前記冷媒充填用分岐管に冷媒タンクを接続し、この冷媒充填用分岐管を介し室外熱交換器の入口側から冷媒回路中に冷媒を充填するようにした。
【００２２】
請求項８に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、熱源側流体と熱交換する室外熱交換器と、被冷却流体と熱交換する利用側熱交換器と、冷媒回路を可逆に切り換える四路切換弁と、四路切換弁と圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを少なくとも備えた２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填し、さらに、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした冷媒回路における前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備え、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした後、冷媒充填用分岐管を介し室外熱交換器の入口側から冷媒回路中に冷媒を充填するようにした。
【００２３】
請求項９に係る発明は、請求項７、又は８のうち何れか１項記載の発明において、前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の接続位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る、２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図であり、図２は、図１における２段圧縮機周りの拡大説明図である。なお、これら図面において図５に示した従来のものと同一の要素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
【００２７】
図１に示した２段圧縮式冷凍装置の冷媒回路は、図５で説明した従来のものと同様に、２段圧縮機１、水熱交換器２、電動膨張弁等の膨張装置３、室外熱交換器４、アキュムレータ５が順次接続されたものである。また、この冷媒回路には吐出ガス温度がＨＣＦＣ２２より高温になるＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン、又は、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒が充填され、この２段圧縮式冷凍装置は超臨界冷凍サイクルにより冷凍運転が行われている。また、水熱交換器２には、貯湯タンク７が接続され、水熱交換器２で貯湯された給湯用水が貯留されている。
【００２８】
そして、室外熱交換器４の入口側には、冷媒タンク２３を接続するための冷媒充填用分岐管２０が設けられている。冷媒充填用分岐管２０は、室外熱交換器４の入口側配管のＡ点に小径の配管を接続したものである。また、この冷媒充填用分岐管２０の先端には開閉弁（サービスバルブ）２１が取り付けられている。なお、従来のものと異なり、この冷媒充填用分岐管２０には冷凍機油充填器２２が接続されることはない。
【００２９】
２段圧縮機１は、密閉ハウジング内部に低段側圧縮機構部１１及び高段側圧縮機構部１２を収納している。そして、低段側圧縮機構部１１からの吐出ガス（中間圧力のガス冷媒）は一旦密閉ハウジング内部に放出され、この放出された中間圧力のガス冷媒は外部配管６を介して高段側圧縮機構部１２に吸入される。
【００３０】
また、２段圧縮機１の外部配管６に、冷凍機油充填器２２を接続するための冷凍機油充填用分岐管２５が設けられている。冷凍機油充填用分岐管２５は、外部配管６の適宜の点（Ｂ点）に小径の配管を接続したものであり、この冷凍機油充填用分岐管２５の先端には開閉弁（サービスバルブ）２６が取り付けられている。
外部配管６における冷凍機油充填用分岐管２５の接続位置Ｂは、外部配管６を２段圧縮機１の密閉ハウジング内に接続する接続位置Ｃの近傍であって、この接続位置Ｃと同一もしくはそれより高い位置とするのが好ましく、そのように構成されている。
冷凍機油充填用配管は、前述の冷凍機油充填用分岐管２５と、Ｂ点から密閉ハウジングのＣ点に接続される外部配管６の一部とから構成される。
【００３１】
このように構成された２段圧縮式冷凍装置において、冷凍機油及び冷媒の充填は、次のように行われる。
冷凍装置内に冷媒が充填されると、冷媒回路内の圧力が高くなり、冷凍機油を入れることが困難となるため、まず冷凍機油の充填を行う。
冷凍機油の充填を行うに当たっては、２段圧縮機１の外部配管６の冷凍機油充填用分岐管２５に取り付けられた開閉弁２６に対し冷凍機油充填器２２を接続する。これにより、冷凍機油充填器２２は、開閉弁２６を介してＢ点で外部配管６に接続され、開閉弁２６、冷凍機油充填用分岐管２５及び外部配管６を介して２段圧縮機１のハウジング内に接続される。ここで、開閉弁２６を開放して所定量の冷凍機油を充填する。
【００３２】
次に、開閉弁２６を閉鎖して冷凍機油充填器２２を開閉弁２６から取り外す。一方、室外熱交換器４の入口側の冷媒充填用分岐管２０に設けられた開閉弁２１に冷媒タンク２３を接続する。これにより、冷媒タンク２３が開閉弁２１及び冷媒充填用分岐管２０を介して室外熱交換器４の入口側Ａ点に接続される。そして、開閉弁２１を開放して冷媒を所定量冷媒回路内に供給する。冷媒充填完了後、開閉弁２１を閉鎖する。
【００３３】
開閉弁２１、２５は、冷凍機油及び冷媒を充填した後、追加充填などのときに再利用できるようにそのまま残しておいてもよい。また、この開閉弁２１、２５を取り外し、他の冷凍装置の冷凍機油及び冷媒の充填に再利用できるようにしてもよい。ただし、後者の場合は、冷凍機油充填用分岐管２５及び冷媒充填用分岐管の先端をピンチしてロー付けして密封する必要がある。
【００３４】
前述のようにして２段圧縮機１に充填された冷凍機油は、２段圧縮機１の密閉ハウジング内に貯留される。そして、この貯留された冷凍機油は、モータ１５の回転とともに駆動される油ポンプ機構１６により汲み上げられ、油通路１７を介して各圧縮機構部１１、１２の摺動各部に供給される（図２参照）。
【００３５】
実施の形態１は上記のような方法により冷凍機油及び冷媒の充填が行われるので、次のような効果を奏する。
▲１▼ 冷媒を充填する前の、真空又は低圧力状態の冷媒回路内に冷凍機油を充填するので、冷凍機油の充填を容易に行うことができる。
▲２▼ 冷凍機油充填器２２が、２段圧縮機１の密閉ハウジング内に直接接続されている冷凍機油充填用配管（この実施の形態１では、冷凍機油充填用配管は外部配管６の一部及び冷凍機油充填用分岐管２５により構成されている）に接続されるので、冷凍機油充填器２２から押し出される冷凍機油は、圧縮機吸入側の室外熱交換器４やアキュムレータ５などに滞留することなく、また、これら機器４、５及び低段側圧縮機構部１１などの流通抵抗の大きい機器を経由せずに、直接２段圧縮機１の密閉ハウジング内に導入される。したがって、冷凍機油は、２段圧縮機１の密閉ハウジング内に充分に充填され、各圧縮機構部の摺動部への充分な潤滑油の供給を可能にする。
▲３▼ また、外部配管６における冷凍機油充填用分岐管２５の接続位置Ｂ点は、外部配管が２段圧縮機１の密閉ハウジングに接続される接続位置Ｃ点と同等の高さ又はそれ以上の高さとされているので、冷凍機油充填時、冷凍機油充填器２２から外部配管６に押し出されてきた冷凍機油が２段圧縮機１の密閉ハウジング内に流れ込み易くなる。なお、冷凍機油充填用分岐管２５を外部配管６に設けることは、容易である。
▲４▼ 一方、冷媒は、室外熱交換器４の入口側の冷媒充填用分岐管２０から導入されるので、２段圧縮機１の低段側圧縮機構部１１に至るまでに、室外熱交換器４に導入された冷媒、特に液状の冷媒（液冷媒）は、室外熱交換器４やアキュムレータ５に貯留される。したがって、２段圧縮機１の起動時、低段側圧縮機構部１１に吸入される液冷媒量が緩和される。
▲５▼ また、この実施の形態における２段圧縮式冷凍装置のように、吐出ガス温度がＨＣＦＣ２２より高温になるＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン、又は、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒を冷媒として用い、超臨界冷凍サイクルで運転する冷凍装置では、通常、室外熱交換器４の熱交換チューブの管径が細くされ、アキュムレータ５の容積も大きくされている。このため、従来のように室外熱交換器４の入口側から冷凍機油を入れると、２段圧縮機１の密閉ハウジングに至る経路の抵抗が特に大きくなり、この密閉ハウジング内に冷凍機油が貯留されにくいという問題があった。しかし、この実施の形態のように、冷凍機油充填器２２が冷凍機油充填用分岐管２５及び外部配管６を介し２段圧縮機１の密閉ハウジング内に大きな抵抗物もなく接続されることにより、このような問題が解消される。
▲６▼ 冷媒充填用分岐管２０及び冷凍機油充填用分岐管２５の開閉弁２１、２６を冷媒及び冷凍機油充填後に取り外さずに残しておいた場合は、冷媒や冷凍機油を再充填するために冷媒タンク２３や冷凍機油充填器２２を接続することが容易となる。
【００３６】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について、図３に基づき説明する。なお、図３は、実施の形態２に係る２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。なお、実施の形態１と同一の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３７】
実施の形態２は、冷媒回路を可逆に切り換えるヒートポンプ式の２段圧縮式冷凍装置（例えば、ヒートポンプ式空気調和機）に、本発明を具体化したものである。
このヒートポンプ式冷凍装置は、より具体的には、図３に示すように、室外ユニット３０ａと室内ユニット３０ｂとに分離されている。
室外ユニット３０ａは、内部に２段圧縮機１、四路切換弁３１、室外熱交換器（熱源側熱交換器）３４、アキュムレータ３５、電動膨張弁等の膨張装置３３が少なくとも搭載されている。また、室内ユニット３０ｂは、内部に室内熱交換器（利用側熱交換器）３２が少なくとも搭載されている。そして、両者３０ａ、３０ｂは、連絡冷媒配管３６、３７により接続されて、冷媒回路を構成している。冷媒回路内にはＨＣＦＣ２２のような一般的な冷媒が充填されている。
【００３８】
この冷媒回路は、四路切換弁３１により切り換えられ、２段圧縮機１→四路切換弁３１→室外熱交換器３４→膨張装置３３→室内熱交換器３２→四路切換弁３１→アキュムレータ３５→２段圧縮機１と冷媒を循環させる冷房運転サイクルと、２段圧縮機１→四路切換弁３１→室内熱交換器３２→膨張装置３３→室外熱交換器３４→四路切換弁３１→アキュムレータ３５→２段圧縮機１と冷媒を循環させる暖房運転サイクルとに切り換えられ、適宜冷房又は暖房運転が行われる。
【００３９】
そして、室外熱交換器（熱源側熱交換器）３４の暖房サイクルにおける入口側には、冷媒タンク２３を接続するための冷媒充填用分岐管２０が設けられている。冷媒充填用分岐管２０は、室外熱交換器３４の（熱源側熱交換器）入口側配管のＡ点に小径の配管を接続したものである。また、この冷媒充填用分岐管２０の先端には開閉弁（サービスバルブ）２１が取り付けられている。なお、実施の形態１の場合と同様、この冷媒充填用分岐管２０には冷凍機油充填器２２が接続されることはない。
【００４０】
また、２段圧縮機１は実施の形態１のものと同一である。すなわち、２段圧縮機１の外部配管６に、冷凍機油充填器２２を接続するための冷凍機油充填用分岐管２５が設けられている。冷凍機油充填用分岐管２５は、外部配管６の適宜の点（Ｂ点）に小径の配管を接続したものである。また、この冷凍機油充填用分岐管２５の先端には開閉弁（サービスバルブ）２６が取り付けられている。
外部配管６に対する冷凍機油充填用分岐管２５の接続位置Ｂは、外部配管６を２段圧縮機１の密閉ハウジング内に接続する接続位置Ｃの近傍であって、この接続位置Ｃと同一もしくはそれより高い位置が好ましく、そのように構成されている。
この実施の形態１における冷凍機油充填用配管は、実施の形態１の場合と同様に、冷凍機油充填用分岐管２５及びＢ点から密閉ハウジングのＣ点に接続される外部配管６の一部とから構成される。
【００４１】
このように構成された２段圧縮式冷凍装置において、冷凍機油及び冷媒の充填は、次のように行われる。まず、圧縮機を運転せずに、四路切換弁３１を暖房運転サイクルの状態として、冷媒回路を暖房運転サイクルの回路とする。そして、実施の形態１の場合と同様の方法で冷凍機油及び冷媒の充填を行う。すなわち、冷媒の充填を行う前に冷凍機油の充填を行う。
この冷凍機油の充填に当たっては、２段圧縮機１の外部配管６の冷凍機油充填用分岐管２５に取り付けられた開閉弁２６に対し冷凍機油充填器２２を接続する。これにより、冷凍機油充填器２２は、開閉弁２６を介してＢ点で外部配管６に接続され、この外部配管６を介して２段圧縮機１の密閉ハウジング内に接続される。ここで、開閉弁２６を開放して所定量の冷凍機油を充填する。
【００４２】
次に、開閉弁２６を閉鎖して冷凍機油充填器２２を開閉弁２６から取り外す。一方、室外熱交換器３４の入口側の冷媒充填用分岐管２０に設けられた開閉弁２１に冷媒タンク２３を接続する。これにより、冷媒タンク２３が、開閉弁２１を介して室外熱交換器４の入口側Ｃ点に接続される。そして、開閉弁２１を開放して冷媒を所定量冷媒回路内に供給する。冷媒充填完了後、開閉弁２１を閉鎖する。
【００４３】
実施の形態２は、上記のように実施の形態１の場合と同様な方法により冷凍機油及び冷媒の充填が行われるので、ヒートポンプ式冷凍装置においても、実施の形態１の場合と同様な効果を奏することができる。
【００４４】
実施の形態３．
実施の形態２．
次に、実施の形態３について、図４に基づき説明する。なお、図４は、実施の形態３に係る２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。なお、実施の形態１と同一の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４５】
実施の形態３は、実施の形態１における２段圧縮機１の構成を及び冷凍機油充填用配管の構成を変更したものである。
２段圧縮機１は、実施の形態１におけるような外部配管６を有していない。即ち、実施の形態１のものと同様、密閉ハウジング内部に低段側圧縮機構部１１及び高段側圧縮機構部１２を収納している。しかし、実施の形態１のものと異なり、低段側圧縮機構部１１からの吐出ガス（中間圧力のガス冷媒）は、一旦密閉ハウジング内部に放出された後、この密閉ハウジング内部において直接高段側圧縮機構部１２吸入口に導くように形成されており、実施の形態１のような外部配管６を備えていない。
また、冷凍機油充填用配管として、密閉ハウジングの内外を連通するように密閉ハウジングの側壁から冷凍機油充填用導管２８が導出されている。なお、この冷凍機油充填用導管２８には、開閉弁２６が設けられている。
【００４６】
この実施の形態３における冷凍機油に充填方法は、冷凍機油充填器２２を冷凍機油充填用導管２８に取り付けられた開閉弁２６に対し接続する点を除いては実施の形態の場合と同様である。また、冷媒の充填も実施の形態１の場合と同様である。
【００４７】
したがって、実施の形態３によれば、実施の形態１の場合と同様の効果を奏することができる。また、この実施の形態３のように冷凍機油充填用導管２８を２段圧縮機の密閉ハウジングに直接設けた場合は、外部配管の有無に拘わらず確実に冷凍機油を充填することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
冷凍機油が流通抵抗の大きい圧縮機構部を経由せずに２段圧縮機の密閉ハウジング内に接続されるので、冷凍機油を、圧縮機吸入側の室外熱交換器やアキュムレータなどに滞留させることなく２段圧縮機の密閉ハウジング内に導入し、密閉ハウジング内に充分な冷凍機油を貯留することができる。
【００４９】
また、室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備え、この冷媒充填用分岐管から冷媒を充填できるようにすれば、充填される冷媒のうち液冷媒は室外熱交換器やアキュムレータに貯留され易くなり、２段圧縮機起動時に圧縮機へ吸入される液冷媒量を緩和することができる。
【００５０】
また、前記冷凍機油充填用配管を、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成した場合には、冷凍機油充填用配管を容易に形成することができる。
また、この外部配管における冷凍機油充填用分岐管の分岐位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さとすれば、充填される冷凍機油が重力により２段圧縮機の密閉ハウジング内に流れ易くなり、この密閉ハウジング内に貯留される冷凍機油量が増加する。したがって、圧縮機起動時における摺動部分への潤滑油の供給が容易になる。
【００５１】
また、冷凍機油充填用配管を密閉ハウジングの内外を連通するように密閉ハウジングから導出された冷凍機油充填用導管により構成すれば、冷凍機油充填用配管が２段圧縮機の密閉ハウジングに直接設けられるので、外部配管の有無に拘わらず確実に冷凍機油を充填することができる。
【００５２】
また、冷凍機油充填用配管に開閉弁を設ければ、冷凍機油を再充填する際、冷凍機油充填器を前記冷凍機油充填用分岐管へ接続するなどの充填作業を容易に行うことができる。
【００５３】
また、冷媒として、吐出ガス温度がＨＣＦＣ２２より高温になるＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン、又は、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒を使用する場合にみられるように、室外熱交換器の熱交換チューブの管径を細くしたり、アキュムレータの容積を大きくしたりするような場合であっても、冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充分に貯留させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る、２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。
【図２】図１における２段圧縮機周りの拡大図である。
【図３】実施の形態２に係る、２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。
【図４】実施の形態３に係る、２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。
【図５】従来の２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１ ２段圧縮機
２ 水熱交換器
３ 膨張装置
４ 室外熱交換器
５ アキュムレータ
６ 外部配管
１１ 低段側圧縮機構部
１２ 高段側圧縮機構部
２０ 冷媒充填用分岐管
２１ 開閉弁
２２ 冷凍機油充填器
２３ 冷媒タンク
２５ 冷凍機油充填用分岐管
２６ 開閉弁
２８ 冷凍機油充填用導管
【発明の属する技術分野】
本発明は、２段圧縮機を用いた２段圧縮式冷凍装置並びに冷凍機油及び冷媒の充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般の冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法は、蒸発器の入口側に冷凍機油充填器を接続してこの位置から冷凍機油を冷媒回路内に充填し、その後に蒸発器の同じ入口側の位置に冷媒タンクを接続してこの位置から冷媒を充填し、冷媒の圧力により冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に押し流すというものであった。
【０００３】
ところで、近年、冷媒による地球環境破壊の問題がクローズアップされ、代替フロンや自然冷媒などが見直されている。また、ヒートポンプ式給湯器に関しては、温水温度を高温化して欲しいとの要望がある。この要望に対する方策として、従来のＨＣＦＣ２２より吐出ガス温度が高温になる冷媒、例えば、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロンや、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒が使用され始めている。
【０００４】
そして、このような代替フロンや自然冷媒を用いたヒートポンプ式給湯装置などの冷凍装置においては、高低圧力差が大きくなることから２段圧縮機を使用した方が効率的であると考えられている。さらに、このような用途向け２段圧縮機として、低段側圧縮機構部から吐出された中間圧力のガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出された中間圧力のガス冷媒を密閉ハウジング外に配設される外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成したものが開発されている。
【０００５】
しかし、このような２段圧縮機を使用した２段圧縮式冷凍装置に適用する冷凍機油及び冷媒の充填方法については、未だ具体的、かつ、充分な研究が行われていない。したがって、このような２段圧縮式冷凍装置に対しては、上記従来の冷凍機油及び冷媒の充填方法をそのまま採用されていた。
【０００６】
この従来の冷凍機油及び冷媒の充填方法を、上述の２段圧縮機を用いた冷凍装置に適用した場合の例を、図５を参照しながら説明する。
図５に示す２段圧縮式冷凍装置では、２段圧縮機１、水熱交換器２、電動膨張弁等の膨張装置３、室外熱交換器４、アキュムレータ５が順次接続されて冷媒回路が構成されている。そして、この冷媒回路には吐出ガス温度がＨＣＦＣ２２より高温になるＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン、又は、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒が充填され、この２段圧縮式冷凍装置は超臨界冷凍サイクルにより冷凍運転される。また、この冷凍装置は、給湯器の熱源機器として用いられているものを示している。なお、この冷凍装置では加熱された給湯用水を貯留するための貯湯タンク７が水熱交換器２に接続されている。
【０００７】
２段圧縮機１は、密閉ハウジング内部に低段側圧縮機構部１１及び高段側圧縮機構部１２を収納している。そして、低段側圧縮機構部１１からの吐出ガス（中間圧力のガス冷媒）は一旦密閉ハウジング内部に放出され、この放出された中間圧力のガス冷媒は外部配管６を介して高段側圧縮機構部１２に吸入される。なお、高段側圧縮機構部１２から吐出された吐出ガスは、水熱交換器２に送られる。
【０００８】
水熱交換器２は、２段圧縮機１の吐出ガス冷媒で給湯用水を加熱する。水熱交換器２と貯湯タンク７との間は、ポンプ８を介装した水配管９により接続されており、水熱交換器２で加熱された給湯用水はこの水配管９を介して貯湯タンク７に貯留される。
膨張装置３は、電動膨張弁であって、水熱交換器２で冷却された高圧ガス冷媒を減圧する。
【０００９】
室外熱交換器４は、膨張装置３で減圧された気液２相の冷媒を、熱源流体としての外気と熱交換させるもので、この冷凍装置では蒸発器として作用している。そして、室外熱交換器４の入口側には、冷媒充填用分岐管２０が設けられている。冷媒充填用分岐管２０は、室外熱交換器４の入口側配管のＡ点に小径の配管を接続したものであり、この冷媒充填用分岐管２０の先端には開閉弁２１が取り付けられている。また、冷媒充填用分岐管２０は、冷媒タンク２３を接続して冷媒充填に使用されるが、この従来例においては後述するように、冷凍機油充填器２２を接続して、冷凍機油を充填するためにも利用されている。
【００１０】
アキュムレータ５は、冷凍運転停止時に低圧側に液化する液冷媒を貯留するためのものであり、特に、冷凍装置の運転開始時の圧縮機への液冷媒の吸い込みを防止する。
【００１１】
冷凍機油及び冷媒の充填方法は、従来の一般冷凍装置における場合の方法に従い、次のように行われる。
工場での冷凍機油の充填は、冷凍装置の真空乾燥工程の後に行われる。まず、冷媒充填用分岐管２０の先端に取り付けられた開閉弁２１に冷凍機油充填器２２を接続する。これにより、冷凍機油充填器２２を室外熱交換器４の入口側Ａ点に接続する。冷凍機油充填器２２は、適宜のガスを用いたガス圧により、冷凍機油を冷媒回路内に供給するものであり、開閉弁２１を開放することにより冷凍機油充填器２２から冷媒回路内に所定量の冷凍機油を充填することが行われる。この充填された冷凍機油は、室外熱交換器４内などに滞留する。
【００１２】
次に、冷凍機油充填器２２を開閉弁２１から取り外し、代わりに冷媒タンク２３を開閉弁２１に接続する。これにより、冷媒タンク２３は、開閉弁２１を介して室外熱交換器４の入口側Ａ点に接続される。そして、開閉弁２１を開放して冷媒を所定量冷媒回路内に供給する。このとき、室外熱交換器４内などに滞留していた冷凍機油は、冷媒回路内に充填される冷媒の圧力により２段圧縮機１の密閉ハウジング内に圧送される。
なお、一般的な単段圧縮機を初め上述の２段圧縮機１は、冷凍機油を圧縮機の密閉ハウジングの底部に貯め、この冷凍機油を簡易なポンプ機構により汲み上げ、圧縮機構部の各摺動部に供給するように構成されている。したがって、密閉ハウジング内の底部には、常時、特に潤滑負荷の大きい圧縮機起動時、充分な量の潤滑油が貯留されている必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２段圧縮式冷凍装置において、前述のような一般冷凍装置の場合と同様の方法で冷凍機油を充填しようとすると、低段側圧縮機構部を経由する場合の流通抵抗が大きいので、充分な量の冷凍機油を２段圧縮機１の密閉ハウジング内の底部に供給することが困難であることが分った。
【００１４】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたもので、２段圧縮機を用いた２段圧縮式冷凍装置において、流通抵抗の大きい圧縮機構部を経由せずに２段圧縮機の密閉ハウジング内に冷凍機油を充填することにより、充分な量の冷凍機油を充填することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、請求項１に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機により駆動される２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、圧縮機の吸入側に接続される室外熱交換器と、この室外熱交換器と２段圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを備えた２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、さらに、前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備えてなる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、熱源側流体と熱交換する室外熱交換器と、被冷却流体と熱交換する利用側熱交換器と、冷媒回路を可逆に切り換える四路切換弁と、四路切換弁と圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを少なくとも備えた２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、さらに、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした冷媒回路における前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備えてなる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れかに記載の２段圧縮式冷凍装置において、前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の分岐位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１記載の２段圧縮式冷凍装置において、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填するようにし、更に前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の２段圧縮式冷凍装置において、前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の接続位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである。
【００２１】
請求項７に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、圧縮機の吸入側に接続される室外熱交換器と、この室外熱交換器と２段圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを備えた２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填し、さらに、前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備え、前記冷媒充填用分岐管に冷媒タンクを接続し、この冷媒充填用分岐管を介し室外熱交換器の入口側から冷媒回路中に冷媒を充填するようにした。
【００２２】
請求項８に係る発明は、低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、熱源側流体と熱交換する室外熱交換器と、被冷却流体と熱交換する利用側熱交換器と、冷媒回路を可逆に切り換える四路切換弁と、四路切換弁と圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを少なくとも備えた２段圧縮式冷凍装置において、前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填し、さらに、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした冷媒回路における前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備え、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした後、冷媒充填用分岐管を介し室外熱交換器の入口側から冷媒回路中に冷媒を充填するようにした。
【００２３】
請求項９に係る発明は、請求項７、又は８のうち何れか１項記載の発明において、前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の接続位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る、２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図であり、図２は、図１における２段圧縮機周りの拡大説明図である。なお、これら図面において図５に示した従来のものと同一の要素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
【００２７】
図１に示した２段圧縮式冷凍装置の冷媒回路は、図５で説明した従来のものと同様に、２段圧縮機１、水熱交換器２、電動膨張弁等の膨張装置３、室外熱交換器４、アキュムレータ５が順次接続されたものである。また、この冷媒回路には吐出ガス温度がＨＣＦＣ２２より高温になるＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン、又は、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒が充填され、この２段圧縮式冷凍装置は超臨界冷凍サイクルにより冷凍運転が行われている。また、水熱交換器２には、貯湯タンク７が接続され、水熱交換器２で貯湯された給湯用水が貯留されている。
【００２８】
そして、室外熱交換器４の入口側には、冷媒タンク２３を接続するための冷媒充填用分岐管２０が設けられている。冷媒充填用分岐管２０は、室外熱交換器４の入口側配管のＡ点に小径の配管を接続したものである。また、この冷媒充填用分岐管２０の先端には開閉弁（サービスバルブ）２１が取り付けられている。なお、従来のものと異なり、この冷媒充填用分岐管２０には冷凍機油充填器２２が接続されることはない。
【００２９】
２段圧縮機１は、密閉ハウジング内部に低段側圧縮機構部１１及び高段側圧縮機構部１２を収納している。そして、低段側圧縮機構部１１からの吐出ガス（中間圧力のガス冷媒）は一旦密閉ハウジング内部に放出され、この放出された中間圧力のガス冷媒は外部配管６を介して高段側圧縮機構部１２に吸入される。
【００３０】
また、２段圧縮機１の外部配管６に、冷凍機油充填器２２を接続するための冷凍機油充填用分岐管２５が設けられている。冷凍機油充填用分岐管２５は、外部配管６の適宜の点（Ｂ点）に小径の配管を接続したものであり、この冷凍機油充填用分岐管２５の先端には開閉弁（サービスバルブ）２６が取り付けられている。
外部配管６における冷凍機油充填用分岐管２５の接続位置Ｂは、外部配管６を２段圧縮機１の密閉ハウジング内に接続する接続位置Ｃの近傍であって、この接続位置Ｃと同一もしくはそれより高い位置とするのが好ましく、そのように構成されている。
冷凍機油充填用配管は、前述の冷凍機油充填用分岐管２５と、Ｂ点から密閉ハウジングのＣ点に接続される外部配管６の一部とから構成される。
【００３１】
このように構成された２段圧縮式冷凍装置において、冷凍機油及び冷媒の充填は、次のように行われる。
冷凍装置内に冷媒が充填されると、冷媒回路内の圧力が高くなり、冷凍機油を入れることが困難となるため、まず冷凍機油の充填を行う。
冷凍機油の充填を行うに当たっては、２段圧縮機１の外部配管６の冷凍機油充填用分岐管２５に取り付けられた開閉弁２６に対し冷凍機油充填器２２を接続する。これにより、冷凍機油充填器２２は、開閉弁２６を介してＢ点で外部配管６に接続され、開閉弁２６、冷凍機油充填用分岐管２５及び外部配管６を介して２段圧縮機１のハウジング内に接続される。ここで、開閉弁２６を開放して所定量の冷凍機油を充填する。
【００３２】
次に、開閉弁２６を閉鎖して冷凍機油充填器２２を開閉弁２６から取り外す。一方、室外熱交換器４の入口側の冷媒充填用分岐管２０に設けられた開閉弁２１に冷媒タンク２３を接続する。これにより、冷媒タンク２３が開閉弁２１及び冷媒充填用分岐管２０を介して室外熱交換器４の入口側Ａ点に接続される。そして、開閉弁２１を開放して冷媒を所定量冷媒回路内に供給する。冷媒充填完了後、開閉弁２１を閉鎖する。
【００３３】
開閉弁２１、２５は、冷凍機油及び冷媒を充填した後、追加充填などのときに再利用できるようにそのまま残しておいてもよい。また、この開閉弁２１、２５を取り外し、他の冷凍装置の冷凍機油及び冷媒の充填に再利用できるようにしてもよい。ただし、後者の場合は、冷凍機油充填用分岐管２５及び冷媒充填用分岐管の先端をピンチしてロー付けして密封する必要がある。
【００３４】
前述のようにして２段圧縮機１に充填された冷凍機油は、２段圧縮機１の密閉ハウジング内に貯留される。そして、この貯留された冷凍機油は、モータ１５の回転とともに駆動される油ポンプ機構１６により汲み上げられ、油通路１７を介して各圧縮機構部１１、１２の摺動各部に供給される（図２参照）。
【００３５】
実施の形態１は上記のような方法により冷凍機油及び冷媒の充填が行われるので、次のような効果を奏する。
▲１▼ 冷媒を充填する前の、真空又は低圧力状態の冷媒回路内に冷凍機油を充填するので、冷凍機油の充填を容易に行うことができる。
▲２▼ 冷凍機油充填器２２が、２段圧縮機１の密閉ハウジング内に直接接続されている冷凍機油充填用配管（この実施の形態１では、冷凍機油充填用配管は外部配管６の一部及び冷凍機油充填用分岐管２５により構成されている）に接続されるので、冷凍機油充填器２２から押し出される冷凍機油は、圧縮機吸入側の室外熱交換器４やアキュムレータ５などに滞留することなく、また、これら機器４、５及び低段側圧縮機構部１１などの流通抵抗の大きい機器を経由せずに、直接２段圧縮機１の密閉ハウジング内に導入される。したがって、冷凍機油は、２段圧縮機１の密閉ハウジング内に充分に充填され、各圧縮機構部の摺動部への充分な潤滑油の供給を可能にする。
▲３▼ また、外部配管６における冷凍機油充填用分岐管２５の接続位置Ｂ点は、外部配管が２段圧縮機１の密閉ハウジングに接続される接続位置Ｃ点と同等の高さ又はそれ以上の高さとされているので、冷凍機油充填時、冷凍機油充填器２２から外部配管６に押し出されてきた冷凍機油が２段圧縮機１の密閉ハウジング内に流れ込み易くなる。なお、冷凍機油充填用分岐管２５を外部配管６に設けることは、容易である。
▲４▼ 一方、冷媒は、室外熱交換器４の入口側の冷媒充填用分岐管２０から導入されるので、２段圧縮機１の低段側圧縮機構部１１に至るまでに、室外熱交換器４に導入された冷媒、特に液状の冷媒（液冷媒）は、室外熱交換器４やアキュムレータ５に貯留される。したがって、２段圧縮機１の起動時、低段側圧縮機構部１１に吸入される液冷媒量が緩和される。
▲５▼ また、この実施の形態における２段圧縮式冷凍装置のように、吐出ガス温度がＨＣＦＣ２２より高温になるＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン、又は、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒を冷媒として用い、超臨界冷凍サイクルで運転する冷凍装置では、通常、室外熱交換器４の熱交換チューブの管径が細くされ、アキュムレータ５の容積も大きくされている。このため、従来のように室外熱交換器４の入口側から冷凍機油を入れると、２段圧縮機１の密閉ハウジングに至る経路の抵抗が特に大きくなり、この密閉ハウジング内に冷凍機油が貯留されにくいという問題があった。しかし、この実施の形態のように、冷凍機油充填器２２が冷凍機油充填用分岐管２５及び外部配管６を介し２段圧縮機１の密閉ハウジング内に大きな抵抗物もなく接続されることにより、このような問題が解消される。
▲６▼ 冷媒充填用分岐管２０及び冷凍機油充填用分岐管２５の開閉弁２１、２６を冷媒及び冷凍機油充填後に取り外さずに残しておいた場合は、冷媒や冷凍機油を再充填するために冷媒タンク２３や冷凍機油充填器２２を接続することが容易となる。
【００３６】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について、図３に基づき説明する。なお、図３は、実施の形態２に係る２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。なお、実施の形態１と同一の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３７】
実施の形態２は、冷媒回路を可逆に切り換えるヒートポンプ式の２段圧縮式冷凍装置（例えば、ヒートポンプ式空気調和機）に、本発明を具体化したものである。
このヒートポンプ式冷凍装置は、より具体的には、図３に示すように、室外ユニット３０ａと室内ユニット３０ｂとに分離されている。
室外ユニット３０ａは、内部に２段圧縮機１、四路切換弁３１、室外熱交換器（熱源側熱交換器）３４、アキュムレータ３５、電動膨張弁等の膨張装置３３が少なくとも搭載されている。また、室内ユニット３０ｂは、内部に室内熱交換器（利用側熱交換器）３２が少なくとも搭載されている。そして、両者３０ａ、３０ｂは、連絡冷媒配管３６、３７により接続されて、冷媒回路を構成している。冷媒回路内にはＨＣＦＣ２２のような一般的な冷媒が充填されている。
【００３８】
この冷媒回路は、四路切換弁３１により切り換えられ、２段圧縮機１→四路切換弁３１→室外熱交換器３４→膨張装置３３→室内熱交換器３２→四路切換弁３１→アキュムレータ３５→２段圧縮機１と冷媒を循環させる冷房運転サイクルと、２段圧縮機１→四路切換弁３１→室内熱交換器３２→膨張装置３３→室外熱交換器３４→四路切換弁３１→アキュムレータ３５→２段圧縮機１と冷媒を循環させる暖房運転サイクルとに切り換えられ、適宜冷房又は暖房運転が行われる。
【００３９】
そして、室外熱交換器（熱源側熱交換器）３４の暖房サイクルにおける入口側には、冷媒タンク２３を接続するための冷媒充填用分岐管２０が設けられている。冷媒充填用分岐管２０は、室外熱交換器３４の（熱源側熱交換器）入口側配管のＡ点に小径の配管を接続したものである。また、この冷媒充填用分岐管２０の先端には開閉弁（サービスバルブ）２１が取り付けられている。なお、実施の形態１の場合と同様、この冷媒充填用分岐管２０には冷凍機油充填器２２が接続されることはない。
【００４０】
また、２段圧縮機１は実施の形態１のものと同一である。すなわち、２段圧縮機１の外部配管６に、冷凍機油充填器２２を接続するための冷凍機油充填用分岐管２５が設けられている。冷凍機油充填用分岐管２５は、外部配管６の適宜の点（Ｂ点）に小径の配管を接続したものである。また、この冷凍機油充填用分岐管２５の先端には開閉弁（サービスバルブ）２６が取り付けられている。
外部配管６に対する冷凍機油充填用分岐管２５の接続位置Ｂは、外部配管６を２段圧縮機１の密閉ハウジング内に接続する接続位置Ｃの近傍であって、この接続位置Ｃと同一もしくはそれより高い位置が好ましく、そのように構成されている。
この実施の形態１における冷凍機油充填用配管は、実施の形態１の場合と同様に、冷凍機油充填用分岐管２５及びＢ点から密閉ハウジングのＣ点に接続される外部配管６の一部とから構成される。
【００４１】
このように構成された２段圧縮式冷凍装置において、冷凍機油及び冷媒の充填は、次のように行われる。まず、圧縮機を運転せずに、四路切換弁３１を暖房運転サイクルの状態として、冷媒回路を暖房運転サイクルの回路とする。そして、実施の形態１の場合と同様の方法で冷凍機油及び冷媒の充填を行う。すなわち、冷媒の充填を行う前に冷凍機油の充填を行う。
この冷凍機油の充填に当たっては、２段圧縮機１の外部配管６の冷凍機油充填用分岐管２５に取り付けられた開閉弁２６に対し冷凍機油充填器２２を接続する。これにより、冷凍機油充填器２２は、開閉弁２６を介してＢ点で外部配管６に接続され、この外部配管６を介して２段圧縮機１の密閉ハウジング内に接続される。ここで、開閉弁２６を開放して所定量の冷凍機油を充填する。
【００４２】
次に、開閉弁２６を閉鎖して冷凍機油充填器２２を開閉弁２６から取り外す。一方、室外熱交換器３４の入口側の冷媒充填用分岐管２０に設けられた開閉弁２１に冷媒タンク２３を接続する。これにより、冷媒タンク２３が、開閉弁２１を介して室外熱交換器４の入口側Ｃ点に接続される。そして、開閉弁２１を開放して冷媒を所定量冷媒回路内に供給する。冷媒充填完了後、開閉弁２１を閉鎖する。
【００４３】
実施の形態２は、上記のように実施の形態１の場合と同様な方法により冷凍機油及び冷媒の充填が行われるので、ヒートポンプ式冷凍装置においても、実施の形態１の場合と同様な効果を奏することができる。
【００４４】
実施の形態３．
実施の形態２．
次に、実施の形態３について、図４に基づき説明する。なお、図４は、実施の形態３に係る２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。なお、実施の形態１と同一の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４５】
実施の形態３は、実施の形態１における２段圧縮機１の構成を及び冷凍機油充填用配管の構成を変更したものである。
２段圧縮機１は、実施の形態１におけるような外部配管６を有していない。即ち、実施の形態１のものと同様、密閉ハウジング内部に低段側圧縮機構部１１及び高段側圧縮機構部１２を収納している。しかし、実施の形態１のものと異なり、低段側圧縮機構部１１からの吐出ガス（中間圧力のガス冷媒）は、一旦密閉ハウジング内部に放出された後、この密閉ハウジング内部において直接高段側圧縮機構部１２吸入口に導くように形成されており、実施の形態１のような外部配管６を備えていない。
また、冷凍機油充填用配管として、密閉ハウジングの内外を連通するように密閉ハウジングの側壁から冷凍機油充填用導管２８が導出されている。なお、この冷凍機油充填用導管２８には、開閉弁２６が設けられている。
【００４６】
この実施の形態３における冷凍機油に充填方法は、冷凍機油充填器２２を冷凍機油充填用導管２８に取り付けられた開閉弁２６に対し接続する点を除いては実施の形態の場合と同様である。また、冷媒の充填も実施の形態１の場合と同様である。
【００４７】
したがって、実施の形態３によれば、実施の形態１の場合と同様の効果を奏することができる。また、この実施の形態３のように冷凍機油充填用導管２８を２段圧縮機の密閉ハウジングに直接設けた場合は、外部配管の有無に拘わらず確実に冷凍機油を充填することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
冷凍機油が流通抵抗の大きい圧縮機構部を経由せずに２段圧縮機の密閉ハウジング内に接続されるので、冷凍機油を、圧縮機吸入側の室外熱交換器やアキュムレータなどに滞留させることなく２段圧縮機の密閉ハウジング内に導入し、密閉ハウジング内に充分な冷凍機油を貯留することができる。
【００４９】
また、室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備え、この冷媒充填用分岐管から冷媒を充填できるようにすれば、充填される冷媒のうち液冷媒は室外熱交換器やアキュムレータに貯留され易くなり、２段圧縮機起動時に圧縮機へ吸入される液冷媒量を緩和することができる。
【００５０】
また、前記冷凍機油充填用配管を、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成した場合には、冷凍機油充填用配管を容易に形成することができる。
また、この外部配管における冷凍機油充填用分岐管の分岐位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さとすれば、充填される冷凍機油が重力により２段圧縮機の密閉ハウジング内に流れ易くなり、この密閉ハウジング内に貯留される冷凍機油量が増加する。したがって、圧縮機起動時における摺動部分への潤滑油の供給が容易になる。
【００５１】
また、冷凍機油充填用配管を密閉ハウジングの内外を連通するように密閉ハウジングから導出された冷凍機油充填用導管により構成すれば、冷凍機油充填用配管が２段圧縮機の密閉ハウジングに直接設けられるので、外部配管の有無に拘わらず確実に冷凍機油を充填することができる。
【００５２】
また、冷凍機油充填用配管に開閉弁を設ければ、冷凍機油を再充填する際、冷凍機油充填器を前記冷凍機油充填用分岐管へ接続するなどの充填作業を容易に行うことができる。
【００５３】
また、冷媒として、吐出ガス温度がＨＣＦＣ２２より高温になるＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン、又は、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒を使用する場合にみられるように、室外熱交換器の熱交換チューブの管径を細くしたり、アキュムレータの容積を大きくしたりするような場合であっても、冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充分に貯留させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る、２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。
【図２】図１における２段圧縮機周りの拡大図である。
【図３】実施の形態２に係る、２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。
【図４】実施の形態３に係る、２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。
【図５】従来の２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１ ２段圧縮機
２ 水熱交換器
３ 膨張装置
４ 室外熱交換器
５ アキュムレータ
６ 外部配管
１１ 低段側圧縮機構部
１２ 高段側圧縮機構部
２０ 冷媒充填用分岐管
２１ 開閉弁
２２ 冷凍機油充填器
２３ 冷媒タンク
２５ 冷凍機油充填用分岐管
２６ 開閉弁
２８ 冷凍機油充填用導管
Claims (9)
- 低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機により駆動される２段圧縮式冷凍装置において、
前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成されていることを特徴とする２段圧縮式冷凍装置。 - 低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、圧縮機の吸入側に接続される室外熱交換器と、この室外熱交換器と２段圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを備えた２段圧縮式冷凍装置において、
前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、
さらに、前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備えてなる２段圧縮式冷凍装置。 - 低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、熱源側流体と熱交換する室外熱交換器と、被冷却流体と熱交換する利用側熱交換器と、冷媒回路を可逆に切り換える四路切換弁と、四路切換弁と圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを少なくとも備えた２段圧縮式冷凍装置において、
前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、
さらに、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした冷媒回路における前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備えてなる２段圧縮式冷凍装置。 - 前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の分岐位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである請求項１〜３の何れかに記載の２段圧縮式冷凍装置。
- 請求項１記載の２段圧縮式冷凍装置において、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填するようにし、更に前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、
前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成されていることを特徴とする２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油の充填方法。 - 前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の接続位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである請求項５記載の２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油の充填方法。
- 低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、圧縮機の吸入側に接続される室外熱交換器と、この室外熱交換器と２段圧縮 機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを備えた２段圧縮式冷凍装置において、
前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填し、
さらに、前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備え、
前記冷媒充填用分岐管に冷媒タンクを接続し、この冷媒充填用分岐管を介し室外熱交換器の入口側から冷媒回路中に冷媒を充填するようにした２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法。 - 低段側圧縮機構部と高段側圧縮機構部を密閉ハウジング内に収納した２段圧縮機と、熱源側流体と熱交換する室外熱交換器と、被冷却流体と熱交換する利用側熱交換器と、冷媒回路を可逆に切り換える四路切換弁と、四路切換弁と圧縮機の吸入側との間に接続されるアキュムレータとを少なくとも備えた２段圧縮式冷凍装置において、
前記２段圧縮機は、低段側圧縮機構部から吐出されたガス冷媒を２段圧縮機の密閉ハウジング内に放出し、この密閉ハウジング内に放出されたガス冷媒を密閉ハウジング外に配設された外部配管により高段側圧縮機構部の吸入口に導くように形成され、かつ、冷凍機油充填器を接続するための、密閉ハウジング内に連通する冷凍機油充填用配管を備え、前記冷凍機油充填用配管は、前記外部配管の一部とこの外部配管から分岐された冷凍機油充填用分岐管とにより構成され、前記冷凍機油充填用配管に冷凍機油充填器を接続し、この冷凍機油充填用配管を介し冷凍機油を２段圧縮機の密閉ハウジング内に充填し、
さらに、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした冷媒回路における前記室外熱交換器の入口側配管に冷媒タンクを接続するための冷媒充填用分岐管を備え、前記四路切換弁を熱源側熱交換器が２段圧縮機の吸入側となる切換位置とした後、冷媒充填用分岐管を介し室外熱交換器の入口側から冷媒回路中に冷媒を充填するようにした２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法。 - 前記外部配管における冷凍機油充填用分岐管の接続位置は、この外部配管が密閉ハウジングに接続される位置と同等の高さ又はそれ以上の高さである請求項７、又は８のうち何れか１項記載の２段圧縮式冷凍装置における冷凍機油及び冷媒の充填方法。
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