多级压缩系统

技术领域

利用制冷剂和油的多级压缩系统。

背景技术

在冷冻装置中，根据工作制冷剂，推荐并利用使用了多个压缩机的多级压缩机构。在使用了多个压缩机的多级压缩机构中，在多个压缩机中适量地控制冷冻机油是重要的。换言之，需要控制成油不会极度偏向于一个压缩机。

在专利文献1(日本特开2008-261227号公报)中，为了使低级侧和高级侧的压缩机的油面的高度保持固定的高度，在低级侧的压缩机设置低级侧排油通路，设置使高级侧喷出的油返回到低级侧压缩机的吸入管的回油通路。

发明内容

发明要解决的课题

但是，当使由高级侧的压缩机喷出的油返回到低级侧的压缩机的制冷剂吸入侧时，可能产生以下2个损耗。

第1损耗是热的损耗。由高级侧的压缩机喷出的油为高温。将高温的油与吸入制冷剂混合，由此产生使吸入制冷剂的温度上升这样的热损耗。第2损耗是压力的损耗。产生在低压的吸入制冷剂(气体)中混合高压的油这样的压力损耗。

用于解决课题的手段

第1观点的多级压缩系统利用制冷剂和油。多级压缩系统具有低级压缩机、高级压缩机和回油管。低级压缩机对制冷剂进行压缩。高级压缩机对由低级压缩机压缩后的制冷剂进一步进行压缩。回油管使由高级压缩机排出的油或高级压缩机内的油返回到低级压缩机。此外，低级压缩机具有压缩部、马达和容器。压缩部对制冷剂进行压缩。压缩部为旋转式的。马达对压缩部进行驱动。马达配置于比压缩部靠上方处。容器收纳压缩部和马达。回油管与容器内部的比马达靠下方的空间连接。另外，比马达靠下方的空间包含马达的横向空间。

在第1观点的多级压缩系统中，回油管与容器的比马达靠下方的空间连接，因此，能够减少使油返回到吸入管的情况下的热和压力的损耗。

第2观点的多级压缩系统在第1观点的系统中，在压缩部形成有压缩室。压缩室导入制冷剂，对制冷剂进行压缩。回油管与容器的比压缩室靠上方处连接。另外，在压缩机中具有高度不同的多个压缩室时，这里所说的压缩室是指最下侧的压缩室。

在第2观点的多级压缩系统中，回油管与容器的比压缩室靠上方的位置连接，因此，能够向低级压缩机的比存油部靠上方处供给油的可能性提高，容易避免向比液面靠下方处供给油的情况下的问题、换言之容易避免起泡沫的问题。

第3观点的多级压缩系统在第1观点或第2观点的系统中，还具有气液分离器和吸入管。气液分离器用于对流入低级压缩机的制冷剂的液体成分进行分离。吸入管将气液分离器的内部和压缩部连接。在吸入管形成有回油孔。回油孔用于将气液分离器内部的油送至压缩部。回油管的流路截面面积比回油孔的面积大。

气液分离器内的油从回油孔一点一点地被送至低级压缩机。

在第3观点的多级压缩系统中，回油管的流路截面面积比回油孔的面积大，因此，与从回油孔供给的情况相比，回油管能够迅速地向压缩部供给油。

第4观点的多级压缩系统在第1观点～第3观点中的任意一个观点的系统中，还具有油冷却器。油冷却器配置于回油管的中途。

在第4观点的多级压缩系统中，还具有油冷却器，因此，能够利用回油管使被冷却后的油返回到低级压缩机，能够减少能量损耗。

第5观点的多级压缩系统在第1观点～第4观点中的任意一个观点的系统中，还具有减压器。减压器配置于回油管的中途。

在第5观点的多级压缩系统中，能够利用回油管使被减压后的油返回到低级压缩机，能够减少能量损耗。

第6观点的多级压缩系统在第1观点～第5观点中的任意一个观点的系统中，还具有流量调整阀。流量调整阀配置于回油管的中途。

在第6观点的多级压缩系统中，在回油管的中途配置流量调整阀，因此，能够调整返回到低级压缩机的油流量。

第7观点的多级压缩系统在第1观点～第6观点中的任意一个观点的系统中，低级压缩机还具有油引导件。油引导件在容器内与回油管的出口对置地配置。

在第7观点的多级压缩系统中，油引导件与回油管的出口对置地配置，因此，能够使油与油引导件碰撞而落到存油部。

第8观点的多级压缩系统在第7观点的系统中，回油管向容器内部导入油的油导入部分的角度被配置成从水平起上下15°以内的角度。

在第8观点的多级压缩系统中，回油管向容器内部导入油的油导入部分的角度接近水平，因此，使油与油引导件碰撞，改变油的方向，容易向存油部供给油。

第9观点的多级压缩系统在第7观点或第8观点的系统中，油引导件配置于从容器的内周起容器的水平截面的内径D的25％以内。

在第9观点的多级压缩系统中，在容器的内表面的附近配置有油引导件，因此，能够使从回油管导入的油以短距离与油引导件碰撞，容易控制油的方向。

第10观点的多级压缩系统在第7观点～第9观点中的任意一个观点的系统中，油引导件是上下延伸的板状部件。

在第10观点的多级压缩系统中，油引导件是上下延伸的板状部件，因此，能够增大从回油管朝向容器内部的油碰撞的部分的面积。

第11观点的多级压缩系统在第10观点的系统中，马达包含绝缘体。油引导件是与绝缘体连续地从绝缘体向下延伸的部分。

第12观点的多级压缩系统在第7观点～第9观点中的任意一个观点的系统中，马达包含定子。油引导件是定子的外表面。

第13观点的多级压缩系统在第7观点～第9观点中的任意一个观点的系统中，油引导件是供油通过内部的管的一部分，是管的弯曲部分。

第14观点的多级压缩系统在第1观点～第6观点中的任意一个观点的系统中，压缩部具有活塞和缸体。活塞由马达驱动。缸体收纳活塞。回油管与容器连接。回油管与容器连接的连接位置是流过回油管的油落到缸体或缸体的上下接触的部件上的位置。这里，缸体的上下接触的部件包含与缸体直接接触的部件、以及跟与缸体直接接触的部件接触的部件。

在第14观点的多级压缩系统中，能够使来自回油管的高温的油落到缸体或缸体的上下接触的部件上，因此，能够对热容量比较大的缸体进行加热。因此，能够抑制缸体与活塞的温度差。

第15观点的多级压缩系统在第14观点的系统中，压缩部还具有叶片。叶片对活塞与缸体之间的空间进行分隔。在俯视观察时，回油管与容器连接的连接位置位于将缸体的内周的用于收纳叶片的缺口的中央的方向设为0°而从马达的旋转的中心起直至马达的旋转方向上的120°为止的范围内。

在第15观点的多级压缩系统中，能够对压缩室的吸入孔附近的缸体进行加热。因此，能够对由吸入制冷剂加热的活塞附近的缸体进行加热，容易消除两者的温度差。

第16观点的多级压缩系统在第14观点或第15观点的系统中，回油管以如下方式与容器连接：使得流过回油管的油从上方落到缸体或缸体的上下接触的部件上。

在第16观点的多级压缩系统中，能够以宽面积对缸体进行加热。

第17观点的多级压缩系统在第14观点或第15观点的系统中，回油管与容器连接的连接位置为与缸体相同的高度。

在第17观点的多级压缩系统中，能够利用油对缸体的侧面进行加热。能够直接对缸体进行加热，容易进行缸体的温度的控制。

第18观点的多级压缩系统在第17观点的系统中，回油管的末端从与容器连接的连接位置延伸到缸体的附近。

在第18观点的多级压缩系统中，回油管的末端从与容器连接的连接位置延伸到缸体的附近，因此，能够更加可靠地对缸体进行加热。

第19观点的多级压缩系统在第17观点或第18观点的系统中，回油管在容器内的油吹出口与缸体或缸体的上下接触的部件对置地设置。

在第19观点的多级压缩系统中，回油管在容器内的油吹出口与缸体附近对置地设置，因此，能够更加可靠地使高温的油与缸体附近碰撞。

第20观点的多级压缩系统在第1观点～第19观点中的任意一个观点的系统中，使用与二氧化碳不相溶的油。

在第20观点的多级压缩系统中，制冷剂和油不相溶，因此，制冷剂和油容易分离，能够容易地主要将油导入到低级压缩机。

附图说明

图1是第1实施方式的冷冻装置1的制冷剂回路图。

图2是第1实施方式的低级压缩机21的纵剖视图。

图3是第1实施方式的低级压缩机21的AA剖视图。

图4是第1实施方式的低级压缩机21的BB剖视图。

图5是第1实施方式的低级压缩机21的CC剖视图。

图6是第2实施方式的低级压缩机21的纵剖视图。

图7是第3实施方式的低级压缩机21的纵剖视图。

图8是第4实施方式的低级压缩机21的纵剖视图。

图9是第4实施方式的低级压缩机21的AA剖视图。

图10是第4实施方式的低级压缩机21的BB剖视图。

图11是第4实施方式的低级压缩机21的CC剖视图。

图12是变形例4A的低级压缩机21的纵剖视图。

图13是变形例4B的低级压缩机21的纵剖视图。

图14是变形例4C的低级压缩机21的纵剖视图。

具体实施方式

<第1实施方式>

(1)冷冻装置1的制冷剂回路

(1-1)冷冻装置1的制冷剂回路整体

图1中示出第1实施方式的冷冻装置1的制冷剂回路结构。本实施方式的冷冻装置1是使用在超临界域进行工作的制冷剂即二氧化碳进行两级压缩式的冷冻循环的装置。本实施方式的冷冻装置1能够用于进行制冷制热的空调装置、制冷专用的空调装置、冷热水器、冷藏装置、冷冻贮藏装置等。

本实施方式的冷冻装置1具有多级压缩系统20、四通切换阀5、热源侧热交换器2、桥回路3、膨胀机构8、9、利用侧热交换器4和节能热交换器7。

多级压缩系统20对制冷剂进行压缩。气体制冷剂经由四通切换阀5和制冷剂配管13被导入到低级压缩机21的入口的第1气液分离器22。制冷剂由低级压缩机21、高级压缩机23压缩，经由配管18到达四通切换阀5。

四通切换阀5对使来自多级压缩系统20的制冷剂向热源侧热交换器2和利用侧热交换器4中的哪个方向流动进行切换。例如，冷冻装置1是空调装置，在制冷运转时，制冷剂从四通切换阀5向热源侧热交换器2(冷凝器)流动。在热源侧热交换器2(冷凝器)中流过的制冷剂经由桥回路3的止回阀3a、配管11、止回阀11e到达收集器(receiver)6。液体制冷剂从收集器6起，接着在配管11中流过，由膨胀机构9减压，经由桥回路3的止回阀3c而朝向利用侧热交换器4(蒸发器)。由利用侧热交换器4(蒸发器)加热后的制冷剂经由四通切换阀5，再次由多级压缩系统20压缩。另一方面，在制热运转时，制冷剂从四通切换阀5起按照利用侧热交换器4(冷凝器)、桥回路3的止回阀3b、配管11、收集器6、膨胀机构9、桥回路3的止回阀3d、利用侧热交换器4(蒸发器)、四通切换阀5的顺序流动。

节能热交换器7在制冷剂配管11的中途配置于收集器6与膨胀机构9之间。在配管11的分支11a处，一部分制冷剂进行分支，由膨胀机构8减压到中间压。中间压的制冷剂在节能热交换器7中借助在配管11中流动的高压制冷剂被加热，经由中间注入配管12被注入到多级压缩系统20的中间压的合流部分15b。此外，制冷剂的气体成分从收集器6经由配管19而与中间注入配管12进行合流。

(1-2)多级压缩系统20中的制冷剂和油的流动

如图1所示，本实施方式的多级压缩系统20具有第1气液分离器22、低级压缩机21、中间冷却器26、第2气液分离器24、高级压缩机23、油分离器25、回油管31、油冷却器27和减压器31a。

在本实施方式中，由低级压缩机21压缩后的制冷剂由高级压缩机23进一步进行压缩。压缩机21、23分别具有气液分离器22、24。气液分离器22、24暂时蓄积进入压缩机前的制冷剂，发挥不使液体制冷剂被吸入到压缩机中的作用。

接着，利用图1对本实施方式的多级压缩系统20中的制冷剂和油的流动进行说明。

在本实施方式中，由蒸发器(利用侧热交换器4或热源侧热交换器2)加热后的低压的气体制冷剂经由制冷剂配管13流向第1气液分离器22。第1气液分离器22的气体制冷剂经由吸入管14流向低级压缩机21。由低级压缩机21压缩后的制冷剂从喷出管15a喷出，在中间压制冷剂配管15中流过，到达第2气液分离器24。

中间冷却器26配置于中间压制冷剂配管15的中途。中间冷却器26是利用例如室外空气对中间压的制冷剂进行冷却的热交换器。中间冷却器26也可以与热源侧热交换器2相邻地配置，利用共用的风扇而与空气进行热交换。中间冷却器26对中间压的制冷剂进行冷却，由此提高冷冻装置1的效率。

此外，从中间注入配管12向中间压制冷剂配管15的合流部分15b注入中间压的制冷剂。在本实施方式中，中间注入配管12相对于配管15的合流部分15b配置于中间冷却器26的下游侧。利用中间注入而被注入的制冷剂的温度比在配管15中流动的制冷剂的温度低。因此，中间注入使在配管15中流动的制冷剂的温度降低，使冷冻装置1的效率提高。

本实施方式的多级压缩系统20还具有油排出管32，该油排出管32排出低级压缩机的过剩的油。油排出管32连接低级压缩机21和中间压的配管15。油排出管32不仅排出低级压缩机的存油部中贮存的过剩的油，还排出存油部中贮存的过剩的制冷剂。油排出管32与中间压制冷剂配管15连接的连接部分是比中间冷却器26及中间注入的合流部分15b靠下游的部分。

从配管15送到第2气液分离器24的制冷剂从吸入管16被导入到高级压缩机23。制冷剂在高级压缩机23中被压缩而成为高压，被喷出到喷出管17。

被喷出到喷出管17的制冷剂流向油分离器25。油分离器25对制冷剂和油进行分离。分离后的油经由回油管31返回到低级压缩机21。

本实施方式的多级压缩系统20还具有油排出管33，该油排出管33排出高级压缩机的过剩的油。油排出管33连接高级压缩机23和高级压缩机23的喷出管17。

在回油管31的中途配置有减压器31a。减压器31a用于对从油分离器25排出的高压的油进行减压。具体而言，减压器31a例如使用毛细管。

在回油管31的中途配置有油冷却器27。油冷却器27是利用例如室外空气对在回油管31中流动的油进行冷却的热交换器。油冷却器27用于对从油分离器25排出的高温的油进行冷却。油冷却器27例如也可以配置于热源侧热交换器2的附近，利用共用的风扇而与空气进行热交换。油冷却器27例如也可以配置于热源侧热交换器2的下方。

另外，本实施方式的油(冷冻机油)只要是CO

另外，本实施方式的冷冻装置1利用2台压缩机进行两级压缩。也可以使用3台以上的压缩机进行两级以上的压缩。此外，也可以进行三级以上的压缩。

(2)压缩机和与压缩机连接的配管、装置的结构

本实施方式的低级压缩机21和高级压缩机23均是双缸型且摆动式的旋转压缩机。压缩机21、23是几乎相同的结构，因此，这里，利用低级压缩机21进行详细说明。

图2是低级压缩机21的纵剖视图，图3～图5分别是图2的AA～CC的位置处的水平剖视图。但是，在图4的BB剖视图中，没有记载马达40的部分。

低级压缩机21具有容器30、压缩部50、马达40、曲轴60和端子35。

(2-1)容器30

容器30为以马达40的旋转轴RA为中心轴的大致圆筒状的形状。容器的内部保持气密性，在运转时，在低级压缩机21中保持中间压的压力，在高级压缩机23中保持高压的压力。容器30的内部的下部成为用于贮留油(润滑油)的存油部(未图示)。

容器30在内部收纳马达40、曲轴60和压缩部50。在容器30的上部配置有端子35。此外，在容器30连接有制冷剂的吸入管14a、14b和喷出管15a、回油管31和油排出管32。

(2-2)马达40

马达40是无刷DC马达。马达40产生使曲轴60以旋转轴RA为中心进行旋转的动力。马达40在容器30的内部的空间内配置于上部的空间之下且压缩部50之上。马达40具有定子41和转子42。定子41固定于容器30的内壁。转子42通过与定子41进行磁相互作用而旋转。

定子41具有定子芯46和绝缘体47。定子芯46为钢制的。绝缘体47为树脂制的。绝缘体47配置于定子芯46的上下，卷绕有绕组。

(2-3)曲轴60

曲轴60将马达40的动力传递到压缩部50。曲轴60具有主轴部61、第1偏心部62a和第2偏心部62b。

主轴部61是与旋转轴RA同心的部位。主轴部61固定于转子42。

第1偏心部62a和第2偏心部62b相对于旋转轴RA偏心。第1偏心部62a的形状和第2偏心部62b的形状以旋转轴RA为基准而彼此对称。

在曲轴60的下端设置有油管69。油管69从存油部汲取油(润滑油)。汲取的润滑油在曲轴60的内部的油通路中上升，被供给到压缩部50的滑动部位。

(2-4)压缩部50

压缩部50是双缸型的压缩机构。压缩部50具有第1缸体51、第1活塞56、第2缸体52、第2活塞66、前盖53、中间板54、后盖55和前消声器58a、58b。

在压缩部50形成有第1压缩室71和第2压缩室72。第1、第2压缩室是被供给制冷剂且对其进行压缩的空间。

(2-4-1)第1压缩室71和由第1压缩室71压缩的制冷剂的流动

如图2或图5所示，第1压缩室71是由第1缸体51、第1活塞56、前盖53和中间板54包围而成的空间。

如图5所示，在第1缸体51设置有吸入孔14e、喷出凹部59、衬套收纳孔57a和叶片移动孔57b。第1缸体51收纳曲轴60的主轴61和第1偏心部62a、以及第1活塞56。吸入孔14e使第1压缩室71和吸入管14a的内部连通。在衬套收纳孔57a中收纳有一对衬套56c。

第1活塞56具有圆环部56a和叶片56b。第1活塞56是摆动活塞。在圆环部56a嵌入有曲轴60的第1偏心部62a。叶片56b被一对衬套56c夹着。第1活塞56将第1压缩室71分割成两部分。一部分是与吸入孔14e连通的低压室71a。另一部分是与喷出凹部59连通的高压室71b。在图5中，圆环部56a顺时针地公转，高压室71b的容积减小，高压室71b的制冷剂被压缩。在圆环部56a的公转时，叶片56b的末端在叶片移动孔57b侧与衬套收纳孔57a侧之间往复。

如图2所示，前盖53借助环状部件53a固定于容器30的内侧。

在前盖53固定有前消声器58a、58b。前消声器降低喷出制冷剂时的噪音。

由第1压缩室71压缩后的制冷剂经由喷出凹部59被喷出到前消声器58a与前盖53之间的第1前消声器空间58e。进而，制冷剂向2个前消声器58a、58b之间的第2前消声器空间58f移动后，从设置于前消声器58b的喷出孔58c、58d(参照图4)被吹出到马达40下方的空间。

被压缩而从前消声器58a的喷出孔58c、58d吹出的制冷剂从马达40的间隙向容器30的上部空间移动，从喷出管15a吹出，朝向高级压缩机23。

(2-4-2)第2压缩室72和由第2压缩室72压缩的制冷剂的流动

第2压缩室72是由第2缸体52、第2活塞66、后盖55和中间板54包围而成的空间。

由第2压缩室72压缩的制冷剂的流动也与由第1压缩室71压缩的制冷剂的流动大致相同，因此省略详细说明。但是，在由第2压缩室72压缩后的制冷剂的情况下，暂时被送到设置于后盖55的后消声器空间55a后，进而，被送到基于前消声器58a、58b的前消声器空间58e、58f这点不同。

(2-5)关于压缩机、回油管31和油排出管32的连接位置

如图2所示，回油管31以内部流路与马达40之下且压缩部50之上的空间连通的方式与容器30连接。马达40之下包含马达40的横向空间(芯切割部等)。但是，更加优选为马达40之下且压缩部50之上的空间。回油管31以与容器30的侧面大致垂直的方式与容器30连接，以使油大致水平地流动。回油管31向容器30内部导入油的油导入部分的角度被配置成从水平起上下15°以内的角度。

从回油管31向容器30的内部吹出的油在与马达40的绝缘体47碰撞后，落到前消声器58b或固定前盖53的环状部件53a上，进而，在容器30内部下部的存油部30a进行合流。换言之，绝缘体47发挥使在回油管31中流过且被导入到容器30内部的油碰撞而朝向容器30下部的存油部30a侧的油引导件的作用。绝缘体47的油引导件部分是上下延伸的板状部件。可以是，从回油管31向容器30的内部吹出的油的全部不与油引导件碰撞。也可以是一部分。还可以是全部。

油引导件在容器30内与回油管31的出口对置地配置。回油管31的出口意味着在容器30的内部的、容器30与回油管31的连接部分。油引导件配置于从容器30的内周起容器30的水平截面的内径D的25％以内。通过在比较接近容器30的侧壁的位置配置油引导件，油的方向的控制性良好。

优选使回油管31与比第2压缩室72靠上方的空间连接。若使回油管31与比第2压缩室72靠下方的空间连接，则位于存油部30a的油面之下的可能性较高，这样，产生泡沫，因此是不优选的。

此外，回油管31也可以与容器30的更上部连接。例如，可以与马达40的定子41的芯切割部分连接。但是，与尽量接近存油部30a的低部连接会更快地向滑动部(压缩室71、72附近)供给油，是优选的。

此外，回油管31的内径例如是10mm以上且12mm以下。

如图2所示，油排出管32以内部流路与马达40之下且压缩部50之上的空间连通的方式与容器30连接。

当油排出管32与容器30连接的连接位置低于压缩室72时，油可能过剩地从存油部30a流失。此外，在处于比马达40高的位置时，与喷出管15a之差减小，丧失设置油排出管32的意义。

此外，在本实施方式中，如图2所示，油排出管32安装于容器30的安装高度位置跟回油管31安装于容器30的安装高度位置相同。由此，容易进行存油部30a的油面的高度调整。

此外，如图4所示，俯视观察时的油排出管32安装于容器30的安装位置相对于马达40的旋转轴RA处于与前消声器58b的喷出孔58c、58d相反的位置。这里，相反的位置意味着从油排出管32的连接位置起相对于旋转轴RA左右各90°的合计180°以外的180°的范围。另外，在图4中，喷出孔58c的一部分不处于相反的位置，但是，这里，意味着喷出孔58c、58d的面积的一半以上处于相反侧。

在本实施方式中，油排出管32与容器30连接的连接位置与前消声器58b的喷出孔58c、58d的位置分开，因此，能够减少从前消声器58b的喷出孔58c、58d喷出的制冷剂直接通过油排出管32从低级压缩机21排出的情况。

油排出管32的内径与回油管31的内径相同。使用比喷出管15a的内径细的内径。更具体而言，油排出管32的内径例如为10mm以上且12mm以下。

此外，如图5所示，如果观察油排出管32和回油管31的俯视观察时的位置关系，则油排出管32与容器30连接的连接位置是从回油管31与容器30连接的连接位置起在马达40的旋转方向(图5的箭头的方向)上分开90°以上的位置。优选是分开180°以上的位置。在本实施方式中，该角度由θ表示。θ为270°以上。此外，θ应该为330°以下。

在本实施方式中，油排出管32和回油管31的位置充分分开，因此，减少利用回油管31导入到低级压缩机21的容器30内的油直接通过油排出管32排出到容器30外的情况，能够容易地实现低级压缩机21的均油。

另外，在第1实施方式的多级压缩系统20中，回油管31与容器30连接的连接位置的高度跟油排出管32与容器30连接的连接位置的高度相同。回油管31与容器30连接的连接位置的高度也可以比油排出管32与容器30连接的连接位置的高度高。

(2-6)气液分离器22

在本实施方式的多级压缩系统20中，在低级压缩机21的上游配置有第1气液分离器22，在高级压缩机23的上游配置有第2气液分离器24。气液分离器22、24暂时蓄积流动来的制冷剂，防止液体制冷剂向压缩机流动，防止压缩机的液体压缩。第1气液分离器22和第2气液分离器24的结构大致相同，因此，利用图2对第1气液分离器22进行说明。

由蒸发器加热后的低压的气体制冷剂经由四通切换阀5在制冷剂配管13中流过，被导入到气液分离器22。气体制冷剂从压缩机21的吸入管14a、14b被导入到第1、第2压缩室71、72。液体制冷剂、油贮存于气液分离器的内部下方。在吸入管14a、14b，在气液分离器内部的下方形成有较小的孔14c、14d。孔14c、14d的直径例如为1mm～2mm。油与液体制冷剂一起分别少量地经由孔14c、14d而与气体制冷剂合流地被送到压缩室。

(3)多级压缩系统20的制造方法

对本实施方式的多级压缩系统20中、特别是本实施方式特有的低级压缩机21及其周边的组装方法进行简单说明。

以往，在针对压缩机组入马达时，使用热装法。但是，在本实施方式中，为了使回油管等与容器连接，需要事先在容器开设孔，在容器焊接座。当在容器形成座时，容器从正圆变形，很难利用热装法组入马达。因此，在本实施方式中，如下所述使用焊接法进行组装。

首先，组合容器的圆筒部分的上部盖进行焊接。

接着，在容器形成用于使回油管31等与容器连接的座。

接着，从容器的下方插入马达40，利用焊接法固定于容器。这里，作为焊接法，使用点(TAG)焊接法。这里，点焊接法是指在数个部位进行点状焊接的方法(关于容器和马达的点焊接，例如参照日本特许第5375534号公报)。

将压缩部50插入到容器中，固定于容器。与马达同样，固定方法是点焊接。

在形成于容器的座固定回油管31等配管。

这样，通过使用点焊接，即使为了形成回油管31等的座而使容器的正圆度变形，也能够比较容易地将马达等固定于容器。

(4)特征

(4-1)

本实施方式的多级压缩系统20是具有低级压缩机21和高级压缩机23的系统。该系统还具有回油管31，该回油管31使由高级压缩机排出的油返回到低级压缩机21。回油管31与容器30内部的比马达40靠下方的空间连接。

如以往那样，当回油管31与低级压缩机的吸入管连接时，在低压的制冷剂中混合有高温、高压的油，产生热损耗、压力损耗。在本实施方式的多级压缩系统20中，回油管31与容器30内部的比马达40靠下方的空间连接，因此，能够减少这种损耗。

此外，以往，在专利文献1中，提出了回油管31与第1气液分离器22的吸入管(制冷剂配管13)连接的结构。油在通过第1气液分离器22时，经由压缩机21的吸入管14a、14b的较小的孔14c、14d，因此，到达压缩室花费时间。与此相对，在本实施方式的情况下，回油管31与容器30内部的比马达40靠下方的空间连接。因此，与以往相比，能够更快地向压缩部50附近供给油。

(4-2)

在本实施方式的多级压缩系统20中，回油管31与容器30的比压缩室72靠上方处连接。

在第2观点的多级压缩系统20中，回油管31与容器30的比压缩室72靠上方的位置连接，因此，能够向低级压缩机21的比存油部靠上方处供给油的可能性提高，容易避免向比液面靠下方处供给油的情况下的问题、换言之避免起泡沫的问题。

(4-3)

本实施方式的多级压缩系统20还具有第1气液分离器22和吸入管14a、14b。第1气液分离器22防止低级压缩机21的液体压缩。吸入管14a、14b将第1气液分离器22的内部和压缩部50连接。在吸入管14a、14b形成有回油孔14c、14d。回油孔14c、14d用于将气液分离器22内部的液体制冷剂和油一点一点地与气体制冷剂混合而送至压缩部。回油管31的流路截面面积比回油孔14c、14d的面积大。

在本实施方式的多级压缩系统20中，回油管31的流路截面面积比回油孔14c、14d的面积大，因此，与从回油孔14c、14d供给的情况相比，回油管31能够迅速地向压缩部50供给油。

(4-4)

本实施方式的多级压缩系统20还在回油管31的中途具有油冷却器27。

本实施方式的多级压缩系统20还具有油冷却器27，因此，能够利用回油管使被冷却后的油返回到低级压缩机，能够减少能量损耗。

(4-5)

本实施方式的多级压缩系统20还具有减压器31a。减压器31a配置于回油管31的中途。

在本实施方式的多级压缩系统20中，能够利用减压器31a对由高级压缩机23喷出的高压的油进行减压，使其返回到低级压缩机，能够减少能量损耗。

(4-6)

在本实施方式的多级压缩系统20中，制冷剂是以二氧化碳为主的制冷剂，油是与二氧化碳不相溶的油。作为与二氧化碳不相溶的油的例子，是PAG(聚二醇类)、POE(聚酯类)。

在这种不相溶的油和二氧化碳制冷剂的混合液中，当冷冻装置1在通常的温度条件(-20℃以上)下运转时，根据比重的关系，油在下，制冷剂在上。

这样，在油分离器中容易进行油的分离，容易仅使油返回到低级压缩机21。

(4-7)

本实施方式的多级压缩系统20具有低级压缩机21、高级压缩机23和回油管31。回油管31使由高级压缩机排出的油返回到低级压缩机21。低级压缩机21具有压缩部50、马达40、容器30和油引导件。容器收纳压缩部50、马达40和油引导件。油引导件在容器30内与回油管31的出口对置地配置。油引导件使在回油管31中流过且被导入到容器30内部的油碰撞而朝向容器30下部的存油部30a侧。

在本实施方式中，油引导件由马达40的一部分即绝缘体47实现。

本实施方式的多级压缩系统20具有油引导件，因此，能够更加直接地向存油部30a供给油。因此，能够迅速地增加低级压缩机21内的油量。

与此相对，在使回油管31与容器30连接的连接位置处于压缩部50的下方等、比存油部30a的液面低的位置时，能够引起泡沫现象，是不优选的。

此外，由于直接地向存油部供给油，因此，与以往向吸入管供给油的情况相比，能够迅速地增加油量。进而，与在这种针对压缩机的吸入制冷剂中混合高温、高压的油的情况相比，直接地向存油部供给油，因此，能够减少压力、温度的损耗。

(4-8)

在本实施方式的多级压缩系统20中，回油管向容器内部导入油的油导入部分的角度被配置成从水平起上下15°以内的角度。

在本实施方式的多级压缩系统20中，回油管向容器内部导入油的油导入部分的角度接近水平，因此，使油与油引导件碰撞，改变油的方向，容易向存油部供给油。

(4-9)

在本实施方式的多级压缩系统20中，油引导件配置于从容器30的内周起容器30的水平截面的内径D的25％以内。

在本实施方式的多级压缩系统20中，在容器的内表面的附近配置有油引导件，因此，能够使从回油管31导入的油以短距离与油引导件碰撞，容易控制油的方向。

(5)变形例

(5-1)变形例1A

在第1实施方式的多级压缩系统20中，回油管31与容器30连接的连接位置的高度跟油排出管32与容器30连接的连接位置的高度相同。在变形例1A的多级压缩系统20中，回油管31与容器30连接的连接位置的高度比油排出管32与容器30连接的连接位置的高度高。其他结构与第1实施方式相同。

变形例1A的多级压缩系统20与第1实施方式的多级压缩系统20相比，低级压缩机21的存油部的油面的高度被抑制为更低。低级压缩机21的油量比第1实施方式少，并且被适当地控制。

(5-2)变形例1B

在第1实施方式的多级压缩系统20中，压缩机21、23均是双缸型的压缩机。在变形例1B的多级压缩系统20中，压缩机21、23均是单缸型的压缩机。其他结构与第1实施方式相同。

变形例1A的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(4-1)～(4-6)。

此外，在低级压缩机21和高级压缩机23中的一方为单缸型、一方为双缸型的情况下，也具有与第1实施方式相同的特征。

(5-3)变形例1C

在第1实施方式中，回油管31使来自油分离器25的油返回到低级压缩机21。在变形例1C中，回油管31使从高级压缩机23排出的油直接返回到低级压缩机21。其他结构与第1实施方式相同。

变形例1C的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(4-1)～(4-6)。但是，在变形例1A的情况下，从高级压缩机23排出的过剩的制冷剂和油混合，因此，与第1实施方式的经由油分离器25的情况相比，与在回油管31中流动的油混合的制冷剂的量增加。

此外，也可以在从高级压缩机23排出的油中附加从油分离器25分离后的油，返回到低级压缩机21的容器30。

(5-4)变形例1D

变形例1D的多级压缩系统在第1实施方式的多级压缩系统20的结构的基础上，还具有计测低级压缩机21的存油部的油量的液面计、以及在回油管31的中途对在回油管31中流动的油的流量进行控制的控制阀。而且，根据由液面计计测出的液面的数据进行如下控制：在液面高于规定值时，缩小控制阀的流量，在液面低于规定值时，增多控制阀的流量。

变形例1D的多级压缩系统具有液面计和控制阀，能够使用回油管31对低级压缩机21的油量进行反馈控制。变形例1D的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(4-1)～(4-6)。

(5-5)变形例1E

第1实施方式的多级压缩系统20具有低级压缩机21和高级压缩机23这2级的压缩系统。变形例1E的多级压缩系统是具有4台压缩机的4级压缩系统。在变形例1E的情况下，最低级侧的压缩机相当于第1实施方式的低级压缩机21，最高级侧的压缩机相当于第1实施方式的高级压缩机23，低级侧的三个压缩机的喷出管相当于第1实施方式的中间压制冷剂配管15。

变形例1E的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(4-1)～(4-6)。

变形例1E的多级压缩系统20是4级连接4台压缩机而成的多级压缩系统。在3级连接3台压缩机而成的多级压缩系统的情况下、5级连接5台以上的压缩机而成的多级压缩系统的情况下，本发明也是有效的。

(5-6)变形例1F

第1实施方式的多级压缩系统20在与低级压缩机21的喷出管15a连接的中间压制冷剂配管15的上游侧具有中间冷却器26，在下游侧具有中间注入的合流部分15b。在变形例1F的多级压缩系统20中，在中间压制冷剂配管15的上游侧具有中间注入的合流部分15b，在下游侧具有中间冷却器26。其他结构与第1实施方式相同。

变形例1F的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(4-1)～(4-6)。

(5-7)变形例1G

第1实施方式的多级压缩系统20在与低级压缩机21的喷出管15a连接的中间压制冷剂配管15的上游侧具有中间冷却器26，在下游侧具有中间注入的合流部分15b。在变形例1G的多级压缩系统20中，在中间压制冷剂配管15仅具有中间冷却器26，不具有中间注入通路的合流部分15b。变形例1G不具有节能热交换器7。其他结构与第1实施方式相同。

变形例1G的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(4-1)～(4-6)。

此外，与变形例1G相反，多级压缩系统20在中间压制冷剂配管15仅具有中间注入的合流部分15b而不具有中间冷却器26的情况下，本发明也是有效的。

(5-8)变形例1H

在第1实施方式的多级压缩系统20中，油排出管32与中间压制冷剂配管15上的中间注入的合流部分15b的下游连接。在变形例1H中，油排出管32与中间压制冷剂配管15上的比中间冷却器26更靠上游的部分连接。关于在合流部分处油排出管32与中间压制冷剂配管15的压力差，变形例1H的情况比第1实施方式的情况小。由此，在变形例1H的情况下，与第1实施方式的情况相比，油排出量减少。因此，变形例1H与第1实施方式相比，将低级压缩机的油量控制为较多。其他结构和特征与第1实施方式相同。

此外，油排出管32也可以连接在中间压制冷剂配管15上的中间冷却器26与中间注入的合流部分15b之间、或中间冷却器26的中途。油排出管32的油排出量根据中间压制冷剂配管15上的连接位置而变化，但是，该情况下，其他结构和特征也与第1实施方式相同。

(5-9)变形例1I

在第1实施方式的多级压缩系统20中，压缩机21的旋转式压缩部使用圆环部56a和叶片56b成为一体的第1活塞56。对于变形例1I的旋转式压缩机，作为叶片的代替，以叶片和活塞分体的方式来使用叶片。其他结构与第1实施方式相同。

变形例1I的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(4-1)～(4-6)。

(5-10)变形例1J

第1实施方式的多级压缩系统20在中间注入配管的上游部分配置有收集器6和节能热交换器7。在变形例1J的多级压缩系统20中，在中间注入配管12的上游部分仅具有收集器6，不具有节能热交换器7。其他结构与第1实施方式相同。

变形例1J的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(4-1)～(4-6)。

此外，与变形例1J相反，多级压缩系统20在中间注入配管12的上游部分仅具有节能热交换器7而不具有收集器6的情况下，本发明也是有效的。

(5-11)变形例1K

在第1实施方式中，改变从回油管31导入到低级压缩机21内部的油的方向的油引导件是马达40的绝缘体47。在变形例1K中，油引导件是马达40的定子41的定子芯46的外表面。在变形例1K中，回油管31连接于容器30的侧壁中的、定子芯46的高度。如图3所示，在容器30与定子芯46之间形成有作为间隙的芯切割部46a。在变形例1A中，回油管31跟容器30的侧壁的与芯切割部46a对置的部分连接。其他结构与第1实施方式相同。

在变形例1K的多级压缩系统中，定子41的外表面发挥油引导件的作用，能够将来自回油管31的油迅速地供给到存油部30a。但是，与第1实施方式相比，与存油部之间的上下距离变长，油供给的时间稍长。

<第2实施方式>

(6)第2实施方式的低级压缩机21的油引导件

在第1实施方式中，使在回油管31中流过且被导入到容器30内部的油碰撞而朝向容器30下部的存油部30a侧的油引导件是马达40的绝缘体47的一部分。在第2实施方式中，如图6所示，绝缘体的一部分向下方延长。绝缘体47和该绝缘体的延长部分47a发挥作为油引导件的作用。延长部分是上下延伸的板状部件。其他结构与第1实施方式相同。

在第2实施方式中，这样，绝缘体的一部分延长得到的延长部分47a作为油引导件发挥功能，因此，能够使更多的来自回油管的油碰撞而朝向存油部的方向。

作为第2实施方式的变形例，也可以代替使用绝缘体的延长部分47a，而将完全不同的部件作为油引导件配置于容器30内部。但是，该情况下，部件数量增加，需要将新的油引导件固定于油的通路。

<第3实施方式>

(7)第3实施方式的低级压缩机21的油引导件

在第1、第2实施方式中，油引导件是马达40的一个部件或延长一个部件而得到的部件。在第3实施方式中，如图7所示，回油管31向容器30内部延长的延长部分31p发挥作为油引导件的作用。延长部分31p可以与回油管31成为一体，也可以连接分体的部件。其他的第3实施方式的结构与第1实施方式相同。第3实施方式的油引导件也示出与第1实施方式的油引导件相同的作用效果。

<第4实施方式>

(8)第4实施方式的冷冻装置1

除了回油管31的结构以外的结构，第4实施方式的冷冻装置1与第1实施方式的冷冻装置1相同。因此，在第1实施方式的(1)冷冻装置1的制冷剂回路～(3)多级压缩系统20的制造方法的记述中，关于“(2-5)低级压缩机21、回油管31和油排出管32的连接位置”以外的部分，与第1实施方式的冷冻装置1的说明相同，因此省略记述，在第4实施方式中，下面对“低级压缩机21、回油管31和油排出管32的连接位置”进行说明。

(8-1)低级压缩机21、回油管31和油排出管32的连接位置

在本实施方式的多级压缩系统20中，如图8所示，回油管31与容器30的比马达40靠下方且比压缩部50靠上方的空间连接。

从回油管31向容器30的内部吹出的油在与马达40的绝缘体47碰撞后，落到压缩部50的上部的部件上，进而，在容器30内部下部的存油部30a进行合流。这里，压缩部的上部的部件是位于缸体51的上方且与缸体51直接或间接接触的部件。具体而言，是前盖53、前消声器58a、58b、环状部件53a。

换言之，能够利用由油分离器25分离后的高温的油间接地对缸体51、52进行加热。

接着，使用图11对俯视观察时的回油管31与容器连接的连接位置进行说明。

首先，将轴RA作为中心。进而，将穿过轴RA和衬套收纳孔57a的中心的直线设为基准的0°。换言之，将缸体51的内周的用于收纳叶片(叶片56b)的缺口的中央的方向设为0°。将从该基准的方向到俯视观察时连接有回油管31的部分的中心为止的角度设为α。在本实施方式中，α为0°以上且120°以下。更加优选为30°以上且90°以下。

本实施方式的回油管31以使α成为0°以上且120°以下的方式与容器30连接，因此，来自回油管31的油以落到压缩机50上部的该角度范围内的方式被导入。因此，能够对缸体51的吸入孔14e附近进行加热。

此外，回油管31的内径例如为10mm以上且12mm以下。

接着，如图8所示，油排出管32以内部流路与马达40之下且压缩部50之上的空间连通的方式与容器30连接。

此外，在本实施方式中，如图8所示，油排出管32安装于容器30的安装高度位置跟回油管31安装于容器30的安装高度位置相同。由此，容易进行存油部30a的油面的高度调整。

油排出管32的内径与回油管31的内径相同。使用比喷出管15a的内径细的内径。更具体而言，油排出管32的内径例如为10mm以上且12mm以下。

此外，如图11所示，如果观察油排出管32和回油管31的俯视观察时的位置关系，则油排出管32与容器30连接的连接位置是从回油管31与容器30连接的连接位置起在马达40的旋转方向(图11的箭头的方向)上分开90°以上的位置。优选是分开180°以上的位置。

在本实施方式中，油排出管32和回油管31的位置充分分开，因此，减少利用回油管31导入到低级压缩机21的容器30内的油直接通过油排出管32排出到容器30外的情况，能够容易地实现低级压缩机21的均油。

另外，在第4实施方式的多级压缩系统20中，回油管31与容器30连接的连接位置的高度跟油排出管32与容器30连接的连接位置的高度相同。回油管31与容器30连接的连接位置的高度也可以比油排出管32与容器30连接的连接位置的高度高。

(9)第4实施方式的特征

(9-1)

本实施方式的多级压缩系统20具有低级压缩机21、高级压缩机23和回油管31。回油管31使由高级压缩机排出的油返回到低级压缩机21。低级压缩机21具有压缩部50、马达40和容器30。容器收纳压缩部50和马达40。压缩部50具有活塞和缸体。缸体收纳活塞。

在本实施方式中，回油管31以如下方式与容器30连接：使得流过回油管31的油落到缸体51、52或缸体的上下接触的部件上。这里，缸体51、52的上下接触的部件包含与缸体51、52直接接触的部件、以及跟与缸体51、52直接接触的部件接触的部件。具体而言，是前盖53、中间板54、后盖55、前消声器58a、58b和环状部件53a。此外，这里，油落到…上是指，不仅包含从回油管31喷出的油直接与这些部件碰撞的情况，还包含先与其他物体碰撞后与这些部件碰撞的情况。在本实施方式中，其他物体是绝缘体47。

本实施方式的多级压缩系统20能够使来自回油管31的高温的油落到缸体51、52或缸体的上下接触的部件上，因此，能够对热容量比较大的缸体51、52进行加热。其结果是，能够抑制活塞56、66与缸体51、52的温度差。

(9-2)

在本实施方式的多级压缩系统20中，俯视观察时的回油管31安装于容器30的安装位置的特征如下所述。回油管31与容器30连接的连接位置位于将缸体的内周的用于收纳叶片的缺口的中央的方向设为0°而从马达的旋转的中心起直至马达的旋转方向上的120°为止的范围内。

本实施方式的多级压缩系统20能够对压缩室的吸入孔14e附近的缸体进行加热。因此，能够对由吸入制冷剂加热的活塞附近的缸体进行加热，容易消除两者的温度差。

(9-3)

在本实施方式的多级压缩系统20中，回油管31以如下方式与容器30连接：使得流过回油管31的油从上方落到缸体51、52或与缸体的上方接触的部件上。这里，与缸体的上方接触的部件是前盖53、前消声器58a、58b、环状部件53a。

本实施方式的多级压缩系统20能够以宽面积对缸体进行加热。

(10)第4实施方式的变形例

(10-1)变形例4A

在第4实施方式中，如图8所示，回油管31与低级压缩机21的容器30连接，被导入到容器30内部的油在容器内部的空间内落到缸体51的上方的部件即前盖53、前消声器58a、58b、环状部件53a上。在变形例4A中，如图12所示，低级压缩机21在容器30的内部具有对油的方向进行控制的配管31p。配管31p可以与回油管31一体地形成，也可以以油流路连接的方式将分体的配管31p与回油管31连接。变形例4A的其他结构与第1实施方式相同。

变形例4A的多级压缩系统利用配管31p对油的流动进行控制，因此，能够更加可靠地使来自回油管31的高温的油落到与缸体的上方接触的部件上，因此，能够高效地对缸体进行加热。

(10-2)变形例4B

使用附图对变形例4B的多级压缩系统进行说明。另外，在图13中，回油管31和油排出管32分别是2根配管，但是，重叠地描绘成一个配管。此外，回油管31应该描绘在图13的容器30的右侧的侧面，但是，为了纸面的方便，描绘在左侧的侧面。

在第1实施方式和变形例4A的多级压缩系统中，回油管31以使来自回油管31的高温的油从上方落到与缸体的上方接触的部件上的方式与容器30连接。换言之，回油管31的连接位置比与缸体的上方接触的部件靠上方。与此相对，在变形例4B中，如图13所示，回油管31与容器30连接的连接位置为与缸体51相同的高度。其他结构与第1实施方式相同。

变形例4B的多级压缩系统20能够利用油对缸体51的侧面进行加热。能够直接对缸体51进行加热，容易进行缸体51的温度的控制。

此外，在变形例4B的多级压缩系统20中，回油管31在容器30内的油吹出口与缸体51对置地设置。

在变形例4B的多级压缩系统20中，回油管31在容器30内的油吹出口与缸体附近对置地配置，因此，能够更加可靠地使高温的油与缸体附近碰撞。

(10-3)变形例4C

使用附图对变形例4C的多级压缩系统进行说明。另外，在图14中，回油管31和油排出管32分别是2根配管，但是，重叠地描绘成一个配管。此外，回油管31及其被延长得到的配管31q应该描绘在图14的容器30的右侧的侧面，但是，为了纸面的方便，描绘在左侧的侧面。

在变形例4B中，如图13所示，回油管31与容器30连接的连接位置为与缸体51相同的高度。进而，从回油管31导入的油在容器30的内部被放出到空间中。如图14所示，变形例4C的低级压缩机21具有配管31q，该配管31q与回油管31连接，在容器30的内部对油的流动进行引导。配管31q可以与回油管31一体地形成，也可以以油流路连接的方式将分体的配管31q与回油管31连接。

在变形例4C的多级压缩系统20中，回油管在容器内的油吹出口与缸体附近对置地配置，因此，能够更加可靠地使高温的油与缸体51碰撞。

(10-4)变形例4D

在第4实施方式中，回油管31使来自油分离器25的油返回到低级压缩机21。在变形例4D中，回油管31使从高级压缩机23排出的油直接返回到低级压缩机21。其他结构与第1实施方式相同。

变形例4D的多级压缩系统20也具有与第1实施方式的多级压缩系统20相同的特征(9-1)～(9-3)。但是，在变形例4D的情况下，从高级压缩机23排出的过剩的制冷剂和油混合，因此，与第1实施方式的经由油分离器25的情况相比，与在回油管31中流动的油混合的制冷剂的量增加。

此外，也可以在从高级压缩机23排出的油中附加从油分离器25分离后的油，返回到低级压缩机21的容器30。

以上说明了本发明的实施方式，但是，能够理解到可以在不脱离权利要求书记载的本发明的主旨和范围的情况下进行方式和详细情况的多种变更。

标号说明

1 冷冻装置

2 热源侧热交换器

3 桥回路

4 利用侧热交换器

5 四通切换阀

6 收集器

7 节能热交换器

8、9 膨胀机构

12 中间注入配管

14a、14b 吸入管

14c、14d 回油孔

15 中间压制冷剂配管

15b 中间注入通路的合流部分

20 多级压缩系统

21 低级压缩机

22 第1气液分离器

23 高级压缩机

24 第2气液分离器

25 油分离器

26 中间冷却器

27 油冷却器

30 容器

31 回油管

31a 减压器

31p 油引导件

32 油排出管

40 马达

41 定子

47 绝缘体(油引导件)

47a 油引导件

50 压缩部

51、52 缸体

53 前盖

53a 环状部件

54 中间板

55 后盖

58a、58b 前消声器

56、66 活塞

56b 叶片

71 第1压缩室

72 第2压缩室

58a、58b 消声器

58c、58d 喷出孔

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-261227号公报