冷冻循环装置

技术领域

本公开涉及冷冻循环装置。

背景技术

近年来，为了提高冷冻机、空调机等的性能而采用2级压缩的冷冻循环。在其中使用的2个压缩机的内部填充有润滑用的油，但若压缩机中的一方的油变少则该压缩机可能产生故障。因此，需要将2个压缩机的油量保持为恒定。

在专利文献1中，公开了具有将低级侧压缩机及高级侧压缩机的油保持为均等的均油机构的二级压缩的冷冻循环装置。该均油机构具有：储油箱、连接储油箱与低级侧压缩机的第一均油配管、以及连接储油箱与高级侧压缩机的第二均油配管，在各均油配管设置有阀。通过该阀的开闭，将储油箱的油向各压缩机供给，使各压缩机的剩余的油返回到储油箱。

基于该阀的油量的调整重要的是阀的开闭间隔。在以时间进行控制的情况下，难以根据各种条件来设定适当的时间。在阀的开闭间隔长的情况下，向各压缩机的油的供给花费时间，在阀的开闭间隔短的情况下，可能在中途中断向各压缩机的油的供给。

若检测油量来进行阀的开闭，则能够解决上述问题，但检测压缩机的油量需要特殊的装置。即使能够检测油量，在2个压缩机的油同时不足的情况下，即使打开双方的阀，也仅向低级侧压缩机供给油，不向高级侧压缩机供给油。由此，该冷冻循环装置可能无法将各压缩机的油量保持为恒定。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2015-68565号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供一种能够将低级侧压缩机及高级侧压缩机的各油量保持为恒定的冷冻循环装置。

用于解决课题的手段

本公开的冷冻循环装置具有储存油的储油箱、压缩制冷剂的低级侧压缩机及高级侧压缩机、将所述储油箱的油向所述低级侧压缩机供给的供给部、使所述低级侧压缩机的剩余的油溢流而向所述高级侧压缩机供给的第一配管、以及使所述高级侧压缩机的剩余的油溢流而返回到所述储油箱的第二配管。

根据该结构，能够使各压缩机的剩余的油溢流而返回到储油箱。另外，低级侧压缩机被供给部从储油箱供给油，高级侧压缩机被供给从低级侧压缩机溢流的油。由此，能够将低级侧压缩机及高级侧压缩机的各油量保持为恒定。

附图说明

图1是第一实施方式的空调机的结构图。

图2是表示第一实施方式的空调机的油的流动的图。

图3是表示第二实施方式的空调机的油的流动的图。

图4是其他实施方式的空调机的结构图。

附图标记说明

1…空调机(冷冻循环装置)、2…热源单元、3…利用单元、4…储油箱、5…低级侧压缩机、6…中间冷却器、6a…冷却风扇、7…高级侧压缩机、8…四通阀、9…热源侧热交换器、10…热源侧风扇、11…热源侧膨胀阀、12…气液分离器、13…止回阀、14…利用侧膨胀阀、15…利用侧热交换器、16…利用侧风扇、17…节能器、18…旁通膨胀阀、20…供给部、201…第三配管、202…U字管、202c…贯通孔、21…第一配管、211…第一溢流管、22…第二配管、221…第二溢流管、222…固定阻力、23…油分离器。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，一边参照图1及图2一边对作为冷冻循环装置的一例的空调机1的第一实施方式进行说明。此外，在各图(图3也一样)中，附图的尺寸比与实际的尺寸比未必一致，另外，各附图间的尺寸比也未必一致。空调机1是室内空调、箱式空调、大厦用多联空调等。此外，冷冻循环装置也能够用于冷冻机等。

图1是表示第一实施方式的空调机1的冷冻循环的图。图1的虚线箭头表示油的流动，实线箭头表示制冷运转时的制冷剂的流动，点线箭头表示制热运转时的制冷剂的流动。

如图1所示，空调机1是进行制冷运转、制热运转等空气调节的设备。空调机1具有供给热的热源单元2(例如室外机)和使用该热进行制冷制热的利用单元3(例如室内机)。热源单元2与利用单元3经由制冷剂配管L8、L9连接。热源单元2及利用单元3的台数并不限定于分别各1台，也可以是多台。

热源单元2(空调机1)具有储油箱4、低级侧压缩机5、中间冷却器6、高级侧压缩机7、四通阀8、热源侧热交换器9、热源侧风扇10、作为热源单元2侧的减压装置的热源侧膨胀阀11、气液分离器12以及多个止回阀13。利用单元3(空调机1)具有作为利用单元3侧的减压装置的利用侧膨胀阀14、利用侧热交换器15以及利用侧风扇16。图1所示的四通阀8表示制冷运转时的状态。

储油箱4是储存油(也称为冷冻机油、润滑油)的箱。储油箱4的油通过后述的供给部20(参照图2)向低级侧压缩机5供给。低级侧压缩机5的油经由高级侧压缩机7返回到储油箱4。优选的是，在储油箱4中能够储存的油量比压缩机5、7的各最大油量大。

在本实施方式中，储油箱4与供低压的制冷剂流动的制冷剂配管L1连接，将液体制冷剂从气液二相状态的制冷剂分离并暂时蓄积。由此，能够抑制液体制冷剂向低级侧压缩机5流动。暂时蓄积在储油箱4中的液体制冷剂在储油箱4内成为气体制冷剂，被吸入至低级侧压缩机5。低压的制冷剂是指通过热源侧热交换器9或利用侧热交换器15之后且被吸入到低级侧压缩机5之前的制冷剂。此外，制冷剂配管L1也可以不经由储油箱4而与低级侧压缩机5直接连接。

压缩机是通过低级侧压缩机5和高级侧压缩机7两个阶段地压缩制冷剂的二级压缩机。压缩机5、7例如是往复式压缩机、旋转式压缩机、螺杆压缩机、涡旋压缩机等。在各压缩机5、7的内部填充有油。在本实施方式中，在各压缩机5、7的内部均等地填充有油，但不限于此。

中间冷却器6配置在低级侧压缩机5与高级侧压缩机7之间。由低级侧压缩机5压缩后的中间压的气体制冷剂通过中间冷却器6冷却，由高级侧压缩机7进一步压缩。在中间冷却器6的附近配置有冷却风扇6a。中间冷却器6使在其内部流动的制冷剂与从冷却风扇6a送入的热源侧(例如室外)的空气进行热交换。此外，空调机1也可以是不具有中间冷却器6的结构。

四通阀8是根据空调机1的运转模式来切换制冷剂的流路的阀。四通阀8切换制冷剂配管L4的流路。制冷剂配管L4使由高级侧压缩机7压缩后的制冷剂流动。四通阀8将制冷剂配管L4的流路在制冷运转时(图1的实线箭头)切换到热源侧热交换器9侧，在制热运转时(图1的点线箭头)切换到利用侧热交换器15侧。

热源侧热交换器9使在其内部流动的制冷剂与从热源侧风扇10送入的热源侧的空气进行热交换。热源侧风扇10是将热源侧的空气送入到热源侧热交换器9的风扇，配置在热源侧热交换器9的附近。

热源侧膨胀阀11是对在冷凝器(热源侧热交换器9及利用侧热交换器15中的一方)中冷凝后的制冷剂进行减压的阀。由热源侧膨胀阀11减压后的液体制冷剂朝向蒸发器(热源侧热交换器9及利用侧热交换器15中的另一方)。利用侧膨胀阀14也具有与热源侧膨胀阀11同样的功能。

在气液分离器12中，对气液二相状态的制冷剂进行气液分离。由气液分离器12分离出的液体制冷剂在制热运转时经由热源侧膨胀阀11向热源侧热交换器9流动，在制冷运转时经由利用侧膨胀阀14向利用侧热交换器15流动。由气液分离器12分离出的气体制冷剂通过制冷剂配管L3吸入到高级侧压缩机7。由此，能够减少由低级侧压缩机5压缩的气体制冷剂的量，能够抑制低级侧压缩机5的消耗电力。

在连接气液分离器12与热源侧膨胀阀11的制冷剂配管L6中配置有多个(2个)止回阀13。另外，在连接气液分离器12与利用侧膨胀阀14的制冷剂配管L7中配置有多个(2个)止回阀13。将多个(4个)止回阀13分别作为第一～第四止回阀13a～13d。

第一止回阀13a以气液分离器12侧成为流出侧的方式配置于从热源侧膨胀阀11侧朝向气液分离器12的制冷剂配管L6a。第二止回阀13b以利用侧膨胀阀14侧成为流出侧的方式配置于从气液分离器12朝向利用侧膨胀阀14侧的制冷剂配管L7a。第三止回阀13c以气液分离器12侧成为流出侧的方式配置于从利用侧膨胀阀14侧朝向气液分离器12的制冷剂配管L7b。第四止回阀13d以热源侧膨胀阀11侧成为流出侧的方式配置于从气液分离器12朝向热源侧膨胀阀11侧的制冷剂配管L6b。

在制冷运转时，从热源侧膨胀阀11流过来的气液二相状态的制冷剂通过第一止回阀13a流入到气液分离器12。并且，由气液分离器12分离出的液体制冷剂通过低压侧的第二止回阀13b向利用侧膨胀阀14流动。在制热运转时，从利用侧膨胀阀14流过来的气液二相状态的制冷剂通过第三止回阀13c流入到气液分离器12。并且，由气液分离器12分离出的液体制冷剂通过低压侧的第四止回阀13d向热源侧膨胀阀11流动。由此，无论是制冷运转以及制热运转中的那一个，都能够通过气液分离器12对气液二相状态的制冷剂进行气液分离。

利用侧热交换器15使在其内部流动的制冷剂与从利用侧风扇16送入的利用侧(例如室内)的空气进行热交换。利用侧风扇16是向利用侧热交换器15送入利用侧的空气的风扇，配置在利用侧热交换器15的附近。

制冷剂是二氧化碳制冷剂，但不限于此。例如，制冷剂也可以是氟利昂系制冷剂、烃系制冷剂等其他种类的制冷剂。二氧化碳制冷剂也包含将二氧化碳与其他物质混合而成的混合制冷剂。

图1的实线箭头表示制冷运转时的制冷剂的流动。在空调机1的制冷运转中，从高级侧压缩机7排出的制冷剂通过四通阀8向热源侧热交换器9流入，通过热交换向空气或水放热而冷凝。从高级侧压缩机7排出的高压的气体制冷剂通过热源侧热交换器9中的热交换而成为高压的液体制冷剂。高压的液体制冷剂在通过热源侧膨胀阀11时，根据热源侧膨胀阀11的开度而被减压。

如果热源侧膨胀阀11的开度大则减压得少，如果热源侧膨胀阀11的开度小则减压得大。在制冷运转时，也存在热源侧膨胀阀11成为全开状态的情况。由热源侧膨胀阀11减压后的液体制冷剂经由气液分离器12及制冷剂配管L8向利用单元3流动。

向利用单元3流动的低压的液体制冷剂(或气液二相状态的制冷剂)在通过利用侧膨胀阀14时被进一步减压，并流入到利用侧热交换器15。流入到利用侧热交换器15的低压的气液二相状态的制冷剂通过与室内空气进行热交换而吸热并进行制冷，蒸发而成为低压的气体制冷剂。低压的气体制冷剂经由制冷剂配管L9向热源单元2流动，经由四通阀8以及储油箱4流入到低级侧压缩机5。从低级侧压缩机5排出的气体制冷剂经由中间冷却器6流入到高级侧压缩机7。

图1的点线箭头表示制热运转时的制冷剂的流动。在空调机1的制热运转中，从高级侧压缩机7排出的制冷剂经由四通阀8及制冷剂配管L9向利用单元3流动。向利用单元3流动的高压的气体制冷剂在利用侧热交换器15中与外部的室内空气进行热交换而放热，进行制热。通过利用侧热交换器15中的热交换，高压的气体制冷剂散热而冷凝，成为高压的液体制冷剂。高压的液体制冷剂在通过利用侧膨胀阀14时，根据利用侧膨胀阀14的开度而被减压。此外，也存在利用侧膨胀阀14为全开状态的情况。

通过了利用侧膨胀阀14后的制冷剂经由制冷剂配管L8向热源单元2流动。向热源单元2流动的液体制冷剂在经由气液分离器12通过热源侧膨胀阀11时根据开度进一步被减压，流入到热源侧热交换器9。流入到热源侧热交换器9的低压的气液二相状态的制冷剂从外部的空气或水吸热而蒸发。由此，低压的气液二相状态的制冷剂成为低压的气体制冷剂。低压的气体制冷剂经由四通阀8以及储油箱4流入到低级侧压缩机5。从低级侧压缩机5排出的气体制冷剂经由中间冷却器6流入到高级侧压缩机7。

接着，一边参照图2一边对储油箱4、低级侧压缩机5及高级侧压缩机7的油配管进行说明。图2是表示第一实施方式的空调机1的油的流动的图。在图2中，虚线箭头表示油的流动，实线箭头表示制冷剂的流动。

如图2所示，空调机1具有：将储油箱4的油OL向低级侧压缩机5供给(流入)的供给部20、使低级侧压缩机5的剩余的油OL溢流而向高级侧压缩机7供给(流入)的第一配管21、以及使高级侧压缩机7的剩余的油OL溢流而返回到储油箱4的第二配管22。根据该结构，能够使低级侧压缩机5及高级侧压缩机7的剩余的油OL溢流而返回到储油箱4。另外，低级侧压缩机5被从储油箱4供给油OL，高级侧压缩机7被供给从低级侧压缩机5溢流的油OL。由此，能够将压缩机5、7的各油量保持为恒定。其结果，能够抑制油OL偏向压缩机5、7中的一方而另一方的油OL不足的情况。

供给部20具有将储油箱4内的油OL和气体制冷剂向低级侧压缩机5供给(流入)的第三配管201、配置于储油箱4的内部的U字管202。U字管202的一端202a与第三配管201连接，另一端202b在储油箱4内开口。U字管202除了形成为U字状的管以外，还包含V字状、一部分有棱角的大致U字状的管。

U字管202具有设置于比另一端202b靠下侧的位置的贯通孔202c。根据该结构，在贮存在储油箱4中的油OL的油面位于比贯通孔202c靠上的位置的情况下，油OL浸入到U字管202的内部。此时，利用从U字管202的另一端202b朝向低级侧压缩机5流动的气体制冷剂，浸入到U字管202的内部的油OL被向低级侧压缩机5供给。优选的是，贯通孔202c设置于U字管202的下端侧。根据贯通孔202c的位置、大小、配置数等，能够调整向低级侧压缩机5供给的油的流量。

第一配管21具有第一溢流管211。第一溢流管211配置于低级侧压缩机5的内部。在本实施方式中，第一溢流管211被从低级侧压缩机5的侧部插通，在低级侧压缩机5的内部相对于上下方向倾斜地配置。第一溢流管211在低级侧压缩机5的内部弯曲。此外，第一溢流管211不限于此，例如也可以是如下结构：是被从低级侧压缩机5的底部插通的直管，在低级侧压缩机5的内部沿着上下方向配置。

优选的是，第一配管21与使由低级侧压缩机5压缩后的气体制冷剂流动(排出)的制冷剂配管L2及使由气液分离器12(参照图1)分离后的气体制冷剂流动的制冷剂配管L3中的至少一方连接。由此，从第一溢流管211排出的油通过气体制冷剂的流动而向高级侧压缩机7供给(流入)。在本实施方式中，第一配管21与制冷剂配管L2及制冷剂配管L3双方连接。此外，第一配管21也可以不与制冷剂配管L2及制冷剂配管L3连接。该情况下，需要将第一配管21内的油向高级侧压缩机7输送的输送机构(例如泵等)。

制冷剂配管L2的一端与低级侧压缩机5的上部连接，另一端与第一配管21或制冷剂配管L3连接。在制冷剂配管L2的中途设置有中间冷却器6。制冷剂配管L3的一端与气液分离器12连接，另一端与第一配管21或制冷剂配管L2连接。

第二配管22与储油箱4连接。在本实施方式中，第二配管22经由制冷剂配管L1与储油箱4连接，但不限于此。例如，第二配管22也可以与储油箱4直接连接。

第二配管22具有第二溢流管221。第二溢流管221配置在高级侧压缩机7的内部。在本实施方式中，第二溢流管221被从高级侧压缩机7的侧部插通，在高级侧压缩机7的内部相对于上下方向倾斜地配置。第二溢流管221在高级侧压缩机7的内部弯曲。此外，第二溢流管221不限于此，例如也可以是如下结构：是被从高级侧压缩机7的底部插通的直管，在高级侧压缩机7的内部沿着上下方向配置。从第二溢流管221排出的油因压力差而向低压侧的储油箱4流动(返回)。

在本实施方式中，第二溢流管221的形状、大小与第一溢流管211的形状、大小实质上相同，但不限于此。

优选的是，在第二配管22设置有减少油的流量的固定阻力222。由此，能够降低第二配管22的压力，能够抑制气体制冷剂浸入到第二溢流管221的情况。固定阻力222例如是毛细管。

使由高级侧压缩机7压缩后的气体制冷剂流动(排出)的制冷剂配管L4的一端与高级侧压缩机7的上部连接，另一端与四通阀8(参照图1)连接。

[第二实施方式]

接着，参照图3，对作为冷冻循环装置的一例的空调机1的第二实施方式进行说明。对于与第一实施方式同样的结构，省略说明，主要对不同点进行说明。对在第一实施方式中已经说明的结构标注相同的附图标记。图3是表示第二实施方式的空调机1的油的流动的图。在图3中，虚线箭头表示油的流动，实线箭头表示制冷剂的流动。

如图3所示，空调机1具有使由高级侧压缩机7压缩后的制冷剂流动(排出)的制冷剂配管L5和与制冷剂配管L5连接的油分离器23。油分离器23例如通过重力从在制冷剂配管L5中流动的气体制冷剂分离油。在本实施方式中，制冷剂配管L5经由第二配管22与油分离器23连接。油分离器23配置在高级侧压缩机7与储油箱4之间。此外，制冷剂配管L5及第二配管22例如也可以与油分离器23分别连接。另外，第二配管22例如也可以不与油分离器23连接。

优选的是，油分离器23内部的油为空的状态。由此，利用气体制冷剂将油分离器23内的油卷起，能够抑制油与气体制冷剂一起流入到热源侧热交换器9(利用侧热交换器15)的情况。固定阻力222配置于比油分离器23靠储油箱4侧的位置。若使固定阻力222中的油的返回量比供给部20中的向低级侧压缩机5的油的供给量大，则油分离器23内的油始终成为空的状态。

制冷剂配管L5的一端与高级侧压缩机7的上部连接，另一端在比油分离器23靠高级侧压缩机7侧的位置与第二配管22连接。由此，能够使从第二溢流管221排出的油通过制冷剂的流动而流入到油分离器23。在本实施方式中，制冷剂配管L4的一端与油分离器23的上部连接，另一端与四通阀8连接。

[1]

如上所述，本公开的冷冻循环装置具有：储存油的储油箱4、压缩制冷剂的低级侧压缩机5及高级侧压缩机7、将储油箱4的油向低级侧压缩机5供给的供给部20、使低级侧压缩机5的剩余的油溢流而向高级侧压缩机7供给的第一配管21、以及使高级侧压缩机7的剩余的油溢流而返回到储油箱4的第二配管22。

根据该结构，能够使低级侧压缩机5及高级侧压缩机7的剩余的油溢流而返回到储油箱4。另外，低级侧压缩机5被从储油箱4供给油，高级侧压缩机7被供给从低级侧压缩机5溢流的油。由此，能够将压缩机5、7的各油量保持为恒定。

[2]

在上述[1]的冷冻循环装置中，优选构成为，储油箱4与使低压的制冷剂流动的制冷剂配管L1连接，供给部20具有：将储油箱4内的油和制冷剂(气体制冷剂)向低级侧压缩机5供给的第三配管201、配置于储油箱4内的U字管202，U字管202的一端202a与第三配管201连接，另一端202b在储油箱4内开口，U字管202具有设置于比另一端202b靠下侧的位置的贯通孔202c。

根据该结构，在贮存在储油箱4中的油的油面位于比贯通孔202c靠上的位置的情况下，油浸入到U字管202的内部。此时，利用从U字管202的另一端202b朝向低级侧压缩机5流动的气体制冷剂将U字管202的油向低级侧压缩机5供给。由此，能够在填充于各压缩机5、7的油不足的情况下，即油积存于储油箱4的情况下，向各压缩机5、7供给油，能够抑制各压缩机5、7的油不足的情况。

[3]

上述[1]或[2]的冷冻循环装置，优选构成为，具有使由高级侧压缩机7压缩后的制冷剂流动的制冷剂配管L5、与制冷剂配管L5连接的油分离器23。

根据该结构，能够利用油分离器23将由气体制冷剂卷起的油分离。由此，能够抑制油浸入到热源侧热交换器9或利用侧热交换器15的情况。

[4]

在上述[1]～[3]中任一个冷冻循环装置中，优选构成为，制冷剂是二氧化碳制冷剂。

根据该结构，通过采用全球变暖潜能值(GWP)小的二氧化碳制冷剂，能够减小环境负荷。另外，通过使用多个压缩机5、7，能够确保与氟利昂系制冷剂(例如R32)相比所需能量较多的二氧化碳制冷剂的性能。

此外，冷冻循环装置并不限定于上述的实施方式的结构，另外，并不限定于上述的作用效果。另外，冷冻循环装置当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。例如，当然也可以任意地选择一个或多个下述的各种变更例所涉及的结构、方法等，并采用于上述的实施方式涉及的结构、方法等中。

(A)在本实施方式中，构成为供给部20具有U字管202，但不限于此。例如，也可以构成为供给部20不具有U字管202，而具有向低级侧压缩机5供给油的供给泵。在该结构中，分别设置有向低级侧压缩机5供给制冷剂的制冷剂配管和供给油的油配管。

(B)在本实施方式中，构成为空调机1具有气液分离器12，但不限于此。例如，如图4所示，也可以构成为空调机1具有节能器17(也称为过冷却器17)。在该结构中，空调机1不具有气液分离器12和止回阀13。

节能器17配置在与图1的气液分离器12同等的位置。即，节能器17配置在将热源侧膨胀阀11与利用侧膨胀阀14连接的制冷剂配管的中途，与制冷剂配管L3连接。与节能器17连接的制冷剂配管L11被连接到将热源侧膨胀阀11和节能器17连接的制冷剂配管L10。在制冷剂配管L11设置有对在制冷剂配管L11中流动的制冷剂进行减压的旁通膨胀阀18。

从制冷剂配管L8、L10中的一方流入的制冷剂被节能器17过冷却，向另一方流动。并且，从制冷剂配管L10向制冷剂配管L11流动的制冷剂被旁通膨胀阀18减压，流入到节能器17。由此，在从制冷剂配管L8、L10中的一方流入的制冷剂与由旁通膨胀阀18减压后的制冷剂之间进行热交换，由旁通膨胀阀18减压后的制冷剂成为气体制冷剂，通过制冷剂配管L3流入到高级侧压缩机7。