特許 7542579 冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20240823BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20240823BHJP

   F25B 43/02 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 387K

F25B1/10 G

F25B1/00 396D

F25B43/02 J

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022119535

(22)【出願日】2022-07-27

(65)【公開番号】P2024017109

(43)【公開日】2024-02-08

【審査請求日】2023-08-01

(73)【特許権者】

【識別番号】316011466

【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松村 賢治

(72)【発明者】

【氏名】内藤 宏冶

【審査官】庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２６１２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０２８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２００１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２７５４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９４７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６８５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８３９８８６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ １／１０

Ｆ２５Ｂ ４３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

油が貯留される貯油タンクと、
冷媒を圧縮する低段側圧縮機及び高段側圧縮機と、
前記貯油タンクの油を前記低段側圧縮機に供給する供給部と、
前記低段側圧縮機の余剰な油をオーバーフローさせて前記高段側圧縮機に供給する第１配管と、
前記高段側圧縮機の余剰な油をオーバーフローさせて前記貯油タンクに戻す第２配管と、を備え、
前記第１配管は、前記低段側圧縮機の内部に配置される第１オーバーフロー管を備え、
前記第２配管は、前記高段側圧縮機の内部に配置される第２オーバーフロー管を備え、
前記第１オーバーフロー管の及び／又は前記第２オーバーフロー管は、上下方向に対して傾斜している、冷凍サイクル装置。

【請求項2】

前記第１オーバーフロー管及び／又は前記第２オーバーフロー管は、圧縮機の内部で屈曲している、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記貯油タンクは、低圧の冷媒が流れる冷媒配管と接続され、
前記供給部は、前記貯油タンク内の油と冷媒とを前記低段側圧縮機に供給する第３配管と、前記貯油タンクの内部に配置されるＵ字管と、を備え、
前記Ｕ字管は、一端が前記第３配管と接続され、他端が前記貯油タンク内で開口し、
前記Ｕ字管は、前記他端よりも下側に設けられた貫通孔を備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記高段側圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒配管と、
前記冷媒配管と接続される油分離器を備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記冷媒は、二酸化炭素冷媒である、請求項１～４の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、冷凍機や空気調和機などの性能を向上させるために２段圧縮の冷凍サイクルが採用されている。これに用いられる２つの圧縮機の内部には潤滑用の油が充填されているが、圧縮機のうち一方の油が少なくなるとその圧縮機が故障する恐れがある。そのため、２つの圧縮機の油量を一定に保つ必要がある。

【0003】

特許文献１には、低段側圧縮機及び高段側圧縮機の油を均等に保つ均油機構を備える二段圧縮の冷凍サイクル装置が開示されている。当該均油機構は、貯油タンクと、貯油タンクと低段側圧縮機とを繋ぐ第１均油配管と、貯油タンクと高段側圧縮機とを繋ぐ第２均油配管と、を備えており、各均油配管には弁が設けられている。当該弁の開閉によって、貯油タンクの油を各圧縮機に供給し、各圧縮機の余剰な油を貯油タンクに戻している。

【0004】

当該弁による油量の調整は、弁の開閉間隔が重要となる。時間で制御する場合、様々な条件により適切な時間を設定することは困難である。弁の開閉間隔が長い場合、各圧縮機への油の供給に時間がかかり、弁の開閉間隔が短い場合、各圧縮機への油の供給が途中で中断される恐れがある。

【0005】

油量を検知して弁の開閉を行えば上記問題を解決できるが、圧縮機の油量を検知するには特殊な装置が必要になる。油量を検知できたとしても、２つの圧縮機の油が同時に不足した場合、両方の弁を開にしても低段側圧縮機にのみ油が供給され、高段側圧縮機に油が供給されない。これらにより、当該冷凍サイクル装置は、各圧縮機の油量を一定に保てない恐れがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１５－６８５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本開示の目的は、低段側圧縮機及び高段側圧縮機の各油量を一定に保つことが可能な冷凍サイクル装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の冷凍サイクル装置は、油が貯留される貯油タンクと、冷媒を圧縮する低段側圧縮機及び高段側圧縮機と、前記貯油タンクの油を前記低段側圧縮機に供給する供給部と、前記低段側圧縮機の余剰な油をオーバーフローさせて前記高段側圧縮機に供給する第１配管と、前記高段側圧縮機の余剰な油をオーバーフローさせて前記貯油タンクに戻す第２配管と、を備える。

【0009】

斯かる構成によれば、各圧縮機の余剰な油をオーバーフローさせて貯油タンクに戻すことができる。また、低段側圧縮機は供給部によって貯油タンクから油が供給され、高段側圧縮機は低段側圧縮機からオーバーフローした油が供給される。これにより、低段側圧縮機及び高段側圧縮機の各油量を一定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る空気調和機の構成図

【図2】第１実施形態に係る空気調和機の油の流れを示す図

【図3】第２実施形態に係る空気調和機の油の流れを示す図

【図4】他の実施形態に係る空気調和機の構成図

【発明を実施するための形態】

【0011】

［第１実施形態］
以下、冷凍サイクル装置の一例である空気調和機１の第１実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、各図（図３も同様）において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致しておらず、また、各図面間での寸法比も、必ずしも一致していない。空気調和機１は、ルームエアコン、パッケージエアコン、ビル用マルチエアコンなどである。なお、冷凍サイクル装置は、冷凍機などに用いることもできる。

【0012】

図１は、第１実施形態に係る空気調和機１の冷凍サイクルを示す図である。図１の破線矢印は、油の流れを示し、実線矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示し、点線矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。

【0013】

図１に示すように、空気調和機１は、冷房運転や暖房運転等の空調を行う機器である。空気調和機１は、熱を供給する熱源ユニット２（例えば、室外機）と、当該熱を用いて冷暖房を行う利用ユニット３（例えば、室内機）と、を備えている。熱源ユニット２と利用ユニット３とは冷媒配管Ｌ８、Ｌ９を介して接続されている。熱源ユニット２及び利用ユニット３の台数はそれぞれ１台ずつには限定されず、複数台でもよい。

【0014】

熱源ユニット２（空気調和機１）は、貯油タンク４、低段側圧縮機５、中間冷却器６、高段側圧縮機７、四方弁８、熱源側熱交換器９、熱源側ファン１０、熱源ユニット２側の減圧装置である熱源側膨張弁１１、気液分離器１２及び複数の逆止弁１３を備える。利用ユニット３（空気調和機１）は、利用ユニット３側の減圧装置である利用側膨張弁１４、利用側熱交換器１５及び利用側ファン１６を備える。図１に示す四方弁８は、冷房運転時の状態を示している。

【0015】

貯油タンク４は、油（冷凍機油や潤滑油ともいう）が貯留されるタンクである。貯油タンク４の油は、後述する供給部２０（図２参照）によって低段側圧縮機５に供給される。低段側圧縮機５の油は、高段側圧縮機７を介して貯油タンク４に戻る。貯油タンク４で貯留可能な油量は、圧縮機５，７の各最大油量よりも大きいことが好ましい。

【0016】

本実施形態において、貯油タンク４は、低圧の冷媒が流れる冷媒配管Ｌ１と接続され、気液二相状態の冷媒から液冷媒を分離して一時的に蓄える。これにより、液冷媒が低段側圧縮機５に流れることを抑制できる。貯油タンク４に一時的に蓄えられた液冷媒は、貯油タンク４内でガス冷媒となり、低段側圧縮機５に吸入される。低圧の冷媒とは、熱源側熱交換器９又は利用側熱交換器１５を通過した後で、且つ、低段側圧縮機５に吸入される前の冷媒を意味する。なお、冷媒配管Ｌ１は、貯油タンク４を介さず低段側圧縮機５に直接接続されていてもよい。

【0017】

圧縮機は、低段側圧縮機５と高段側圧縮機７とで二段階に冷媒を圧縮する二段圧縮機である。圧縮機５，７は、例えば、レシプロ圧縮機、ロータリ圧縮機、スクリュー圧縮機やスクロール圧縮機などである。各圧縮機５，７の内部には、油が充填されている。本実施形態において、各圧縮機５，７の内部には、油が均等に充填されているが、これに限られない。

【0018】

中間冷却器６は、低段側圧縮機５と高段側圧縮機７との間に配置されている。低段側圧縮機５で圧縮された中間圧のガス冷媒が中間冷却器６で冷却され、高段側圧縮機７でさらに圧縮される。中間冷却器６の近傍には、冷却ファン６ａが配置されている。中間冷却器６は、その内部を流れる冷媒と、冷却ファン６ａから送り込まれる熱源側（例えば、室外）の空気と、を熱交換させている。なお、空気調和機１は、中間冷却器６を備えない、という構成であってもよい。

【0019】

四方弁８は、空気調和機１の運転モードに応じて冷媒の流路を切り替える弁である。四方弁８は、冷媒配管Ｌ４の流路を切り替えている。冷媒配管Ｌ４は、高段側圧縮機７で圧縮された冷媒が流れている。四方弁８は、冷媒配管Ｌ４の流路を、冷房運転時（図１の実線矢印）に熱源側熱交換器９側に切り替え、暖房運転時（図１の点線矢印）に利用側熱交換器１５側に切り替えている。

【0020】

熱源側熱交換器９は、その内部を流れる冷媒と、熱源側ファン１０から送り込まれる熱源側の空気と、を熱交換させている。熱源側ファン１０は、熱源側熱交換器９に熱源側の空気を送り込むファンであり、熱源側熱交換器９の近傍に配置されている。

【0021】

熱源側膨張弁１１は、凝縮器（熱源側熱交換器９及び利用側熱交換器１５の一方）で凝縮した冷媒を減圧する弁である。熱源側膨張弁１１で減圧された液冷媒が、蒸発器（熱源側熱交換器９及び利用側熱交換器１５の他方）に向かうようになっている。利用側膨張弁１４も熱源側膨張弁１１と同様の機能を有している。

【0022】

気液分離器１２では、気液二相状態の冷媒を気液分離している。気液分離器１２で分離された液冷媒は、暖房運転時に熱源側膨張弁１１を経由して熱源側熱交換器９に流れ、冷房運転時に利用側膨張弁１４を経由して利用側熱交換器１５に流れる。気液分離器１２で分離されたガス冷媒は、冷媒配管Ｌ３を通って高段側圧縮機７に吸入される。これにより、低段側圧縮機５で圧縮するガス冷媒の量を減らすことができ、低段側圧縮機５の消費電力を抑えることができる。

【0023】

気液分離器１２と熱源側膨張弁１１とを接続する冷媒配管Ｌ６には、複数（２つ）の逆止弁１３が配置されている。また、気液分離器１２と利用側膨張弁１４とを接続する冷媒配管Ｌ７には、複数（２つ）の逆止弁１３が配置されている。複数（４つ）の逆止弁１３をそれぞれ第１～第４逆止弁１３ａ～１３ｄとする。

【0024】

第１逆止弁１３ａは、熱源側膨張弁１１側から気液分離器１２に向かう冷媒配管Ｌ６ａに気液分離器１２側が流出側となるように配置されている。第２逆止弁１３ｂは、気液分離器１２から利用側膨張弁１４側に向かう冷媒配管Ｌ７ａに利用側膨張弁１４側が流出側となるように配置されている。第３逆止弁１３ｃは、利用側膨張弁１４側から気液分離器１２に向かう冷媒配管Ｌ７ｂに気液分離器１２側が流出側となるように配置されている。第４逆止弁１３ｄは、気液分離器１２から熱源側膨張弁１１側に向かう冷媒配管Ｌ６ｂに熱源側膨張弁１１側が流出側となるように配置されている。

【0025】

冷房運転時には、熱源側膨張弁１１から流れてきた気液二相状態の冷媒が第１逆止弁１３ａを通って気液分離器１２に流入する。そして、気液分離器１２で分離された液冷媒が低圧側の第２逆止弁１３ｂを通って利用側膨張弁１４に流れる。暖房運転時には、利用側膨張弁１４から流れてきた気液二相状態の冷媒が第３逆止弁１３ｃを通って気液分離器１２に流入する。そして、気液分離器１２で分離された液冷媒が低圧側の第４逆止弁１３ｄを通って熱源側膨張弁１１に流れる。これにより、冷房運転及び暖房運転のどちらでも気液分離器１２によって気液二相状態の冷媒を気液分離することができる。

【0026】

利用側熱交換器１５は、その内部を流れる冷媒と、利用側ファン１６から送り込まれる利用側（例えば、室内）の空気と、を熱交換させている。利用側ファン１６は、利用側熱交換器１５に利用側の空気を送り込むファンであり、利用側熱交換器１５の近傍に配置されている。

【0027】

冷媒は、二酸化炭素冷媒であるが、これに限られない。例えば、冷媒は、フロン系冷媒や炭化水素系冷媒など他の種類の冷媒であってもよい。二酸化炭素冷媒は、二酸化炭素と他の物質とを混合した混合冷媒も含む。

【0028】

図１の実線矢印が冷房運転時における冷媒の流れを示している。空気調和機１の冷房運転では、高段側圧縮機７から吐出された冷媒は、四方弁８を通って熱源側熱交換器９へ流入し、熱交換により空気又は水へ放熱して凝縮される。高段側圧縮機７から吐出された高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器９での熱交換により高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、熱源側膨張弁１１を通過する際に、熱源側膨張弁１１の開度に応じて減圧される。

【0029】

熱源側膨張弁１１の開度が大きければ少なく減圧され、熱源側膨張弁１１の開度が小さければ大きく減圧される。冷房運転時には、熱源側膨張弁１１は全開状態とされる場合もある。熱源側膨張弁１１により減圧された液冷媒は、気液分離器１２及び冷媒配管Ｌ８を経由し、利用ユニット３に流れる。

【0030】

利用ユニット３に流れた低圧の液冷媒（又は気液二相状態の冷媒）は、さらに利用側膨張弁１４を通過する際に減圧され、利用側熱交換器１５に流入する。利用側熱交換器１５に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室内空気と熱交換を行うことによって吸熱し冷房が行われ、蒸発して低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、冷媒配管Ｌ９を経由して熱源ユニット２に流れ、四方弁８及び貯油タンク４を経由して、低段側圧縮機５に流入する。低段側圧縮機５から吐出されたガス冷媒は、中間冷却器６を経由して高段側圧縮機７に流入する。

【0031】

図１の点線矢印が暖房運転時における冷媒の流れを示している。空気調和機１の暖房運転では、高段側圧縮機７から吐出された冷媒は、四方弁８及び冷媒配管Ｌ９を経由して利用ユニット３に流れる。利用ユニット３に流れた高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器１５において、外部の室内空気と熱交換し放熱し、暖房が行われる。利用側熱交換器１５での熱交換により、高圧のガス冷媒は放熱して凝縮して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、利用側膨張弁１４を通過する際に、利用側膨張弁１４の開度に応じて減圧される。なお、利用側膨張弁１４は全開状態とされる場合もある。

【0032】

利用側膨張弁１４を通過した冷媒は、冷媒配管Ｌ８を経由して熱源ユニット２に流れる。熱源ユニット２に流れた液冷媒は、気液分離器１２を経由して熱源側膨張弁１１を通過する際に開度に応じてさらに減圧され、熱源側熱交換器９に流入する。熱源側熱交換器９に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、外部の空気又は水から吸熱して蒸発する。これにより、低圧の気液二相状態の冷媒は低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、四方弁８及び貯油タンク４を経由して、低段側圧縮機５に流入する。低段側圧縮機５から吐出されたガス冷媒は、中間冷却器６を経由して高段側圧縮機７に流入する。

【0033】

次に、貯油タンク４、低段側圧縮機５及び高段側圧縮機７の油配管について図２を参照しながら説明する。図２は、第１実施形態に係る空気調和機１の油の流れを示す図である。図２において、破線矢印は油の流れを示し、実線矢印は冷媒の流れを示している。

【0034】

図２に示すように、空気調和機１は、貯油タンク４の油ＯＬを低段側圧縮機５に供給する（流入させる）供給部２０と、低段側圧縮機５の余剰な油ＯＬをオーバーフローさせて高段側圧縮機７に供給する（流入させる）第１配管２１と、高段側圧縮機７の余剰な油ＯＬをオーバーフローさせて貯油タンク４に戻す第２配管２２と、を備えている。斯かる構成によれば、低段側圧縮機５及び高段側圧縮機７の余剰な油ＯＬをオーバーフローさせて貯油タンク４に戻すことができる。また、低段側圧縮機５は貯油タンク４から油ＯＬが供給され、高段側圧縮機７は低段側圧縮機５からオーバーフローした油ＯＬが供給される。これにより、圧縮機５，７の各油量を一定に保つことができる。その結果、圧縮機５，７の一方に油ＯＬが偏り、他方の油ＯＬが不足することを抑制できる。

【0035】

供給部２０は、貯油タンク４内の油ＯＬとガス冷媒とを低段側圧縮機５に供給する（流入させる）第３配管２０１と、貯油タンク４の内部に配置されるＵ字管２０２と、を備える。Ｕ字管２０２は、一端２０２ａが第３配管２０１と接続され、他端２０２ｂが貯油タンク４内で開口している。Ｕ字管２０２は、Ｕ字状に形成された管のみならず、Ｖ字状や一部が角張った略Ｕ字状の管も含む。

【0036】

Ｕ字管２０２は、他端２０２ｂよりも下側に設けられた貫通孔２０２ｃを備える。斯かる構成によれば、貯油タンク４に貯まった油ＯＬの油面が貫通孔２０２ｃよりも上に位置する場合、油ＯＬがＵ字管２０２の内部に浸入する。その際、Ｕ字管２０２の他端２０２ｂから低段側圧縮機５に向かって流れるガス冷媒によってＵ字管２０２の内部に浸入した油ＯＬが低段側圧縮機５に供給される。貫通孔２０２ｃは、Ｕ字管２０２の下端側に設けられていることが好ましい。貫通孔２０２ｃの位置、大きさ、配置数などによって、低段側圧縮機５に供給される油の流量を調整することができる。

【0037】

第１配管２１は、第１オーバーフロー管２１１を備えている。第１オーバーフロー管２１１は、低段側圧縮機５の内部に配置されている。本実施形態において、第１オーバーフロー管２１１は、低段側圧縮機５の側部から挿通され、低段側圧縮機５の内部において上下方向に対して傾斜して配置されている。第１オーバーフロー管２１１は、低段側圧縮機５の内部で屈曲している。なお、第１オーバーフロー管２１１は、これに限られず、例えば、低段側圧縮機５の底部から挿通される直管であり、低段側圧縮機５の内部において上下方向に沿って配置されている、という構成であってもよい。

【0038】

第１配管２１は、低段側圧縮機５で圧縮されたガス冷媒が流れる（吐出される）冷媒配管Ｌ２及び気液分離器１２（図１参照）で分離されたガス冷媒が流れる冷媒配管Ｌ３のうち少なくとも一方と接続されていることが好ましい。これにより、第１オーバーフロー管２１１から排出された油がガス冷媒の流れによって高段側圧縮機７に供給される（流入する）。本実施形態においては、第１配管２１は、冷媒配管Ｌ２及び冷媒配管Ｌ３の両方と接続されている。なお、第１配管２１は、冷媒配管Ｌ２及び冷媒配管Ｌ３と接続されていなくてもよい。この場合、第１配管２１内の油を高段側圧縮機７に輸送する輸送手段（例えば、ポンプなど）が必要となる。

【0039】

冷媒配管Ｌ２は、一端が低段側圧縮機５の上部に接続され、他端が第１配管２１又は冷媒配管Ｌ３と接続されている。冷媒配管Ｌ２の途中には、中間冷却器６が設けられている。冷媒配管Ｌ３は、一端が気液分離器１２に接続され、他端が第１配管２１又は冷媒配管Ｌ２と接続されている。

【0040】

第２配管２２は、貯油タンク４と接続されている。本実施形態において、第２配管２２は、冷媒配管Ｌ１を介して貯油タンク４と接続されているが、これに限られない。例えば、第２配管２２は、貯油タンク４に直接接続されていてもよい。

【0041】

第２配管２２は、第２オーバーフロー管２２１を備えている。第２オーバーフロー管２２１は、高段側圧縮機７の内部に配置されている。本実施形態において、第２オーバーフロー管２２１は、高段側圧縮機７の側部から挿通され、高段側圧縮機７の内部において上下方向に対して傾斜して配置されている。第２オーバーフロー管２２１は、高段側圧縮機７の内部で屈曲している。なお、第２オーバーフロー管２２１は、これに限られず、例えば、高段側圧縮機７の底部から挿通される直管であり、高段側圧縮機７の内部において上下方向に沿って配置されている、という構成であってもよい。第２オーバーフロー管２２１から排出された油は、圧力差によって低圧側の貯油タンク４に流れる（戻る）。

【0042】

本実施形態において、第２オーバーフロー管２２１の形状や大きさは、第１オーバーフロー管２１１の形状や大きさと実質的に同じであるが、これに限られない。

【0043】

第２配管２２には、油の流量を減じる固定抵抗２２２が設けられていることが好ましい。これにより、第２配管２２の圧力を下げることができ、第２オーバーフロー管２２１にガス冷媒が浸入することを抑制できる。固定抵抗２２２は、例えば、キャピラリチューブである。

【0044】

高段側圧縮機７で圧縮されたガス冷媒が流れる（吐出される）冷媒配管Ｌ４は、一端が高段側圧縮機７の上部に接続され、他端が四方弁８（図１参照）に接続されている。

【0045】

［第２実施形態］
次に、図３を参照して、冷凍サイクル装置の一例である空気調和機１の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同様の構成については、説明を省略し、主に相違点を説明する。第１実施形態で既に説明した構成には、同一の符号を付している。図３は、第２実施形態に係る空気調和機１の油の流れを示す図である。図３において、破線矢印は油の流れを示し、実線矢印は冷媒の流れを示している。

【0046】

図３に示すように、空気調和機１は、高段側圧縮機７で圧縮された冷媒が流れる（吐出される）冷媒配管Ｌ５と、冷媒配管Ｌ５と接続される油分離器２３と、を備える。油分離器２３は、冷媒配管Ｌ５を流れるガス冷媒から油を、例えば、重力で分離している。本実施形態において、冷媒配管Ｌ５は、第２配管２２を介して油分離器２３と接続している。油分離器２３は、高段側圧縮機７と貯油タンク４との間に配置されている。なお、冷媒配管Ｌ５及び第２配管２２は、例えば、油分離器２３と別々に接続されていてもよい。また、第２配管２２は、例えば、油分離器２３と非接続であってもよい。

【0047】

油分離器２３は、内部の油が空の状態であることが好ましい。これにより、ガス冷媒によって油分離器２３内の油が巻き上げられ、ガス冷媒と共に油が熱源側熱交換器９（利用側熱交換器１５）に流入することを抑制できる。固定抵抗２２２は、油分離器２３よりも貯油タンク４側に配置されている。固定抵抗２２２における油の戻し量を供給部２０における低段側圧縮機５への油の供給量よりも大きくすると、油分離器２３内の油が常に空の状態となる。

【0048】

冷媒配管Ｌ５は、一端が高段側圧縮機７の上部に接続され、他端が油分離器２３より高段側圧縮機７側で第２配管２２と接続されている。これにより、第２オーバーフロー管２２１から排出された油を冷媒の流れによって油分離器２３に流入させることができる。本実施形態において、冷媒配管Ｌ４は、一端が油分離器２３の上部に接続され、他端が四方弁８と接続されている。

【0049】

［１］
以上のように、本開示の冷凍サイクル装置は、油が貯留される貯油タンク４と、冷媒を圧縮する低段側圧縮機５及び高段側圧縮機７と、貯油タンク４の油を低段側圧縮機５に供給する供給部２０と、低段側圧縮機５の余剰な油をオーバーフローさせて高段側圧縮機７に供給する第１配管２１と、高段側圧縮機７の余剰な油をオーバーフローさせて貯油タンク４に戻す第２配管２２と、を備える。

【0050】

斯かる構成によれば、低段側圧縮機５及び高段側圧縮機７の余剰な油をオーバーフローさせて貯油タンク４に戻すことができる。また、低段側圧縮機５は貯油タンク４から油が供給され、高段側圧縮機７は低段側圧縮機５からオーバーフローした油が供給される。これにより、圧縮機５，７の各油量を一定に保つことができる。

【0051】

［２］
上記［１］の冷凍サイクル装置において、貯油タンク４は、低圧の冷媒が流れる冷媒配管Ｌ１と接続され、供給部２０は、貯油タンク４内の油と冷媒（ガス冷媒）とを低段側圧縮機５に供給する第３配管２０１と、貯油タンク４内に配置されるＵ字管２０２と、を備え、Ｕ字管２０２は、一端２０２ａが第３配管２０１と接続され、他端２０２ｂが貯油タンク４内で開口し、Ｕ字管２０２は、他端２０２ｂよりも下側に設けられた貫通孔２０２ｃを備える、という構成が好ましい。

【0052】

斯かる構成によれば、貯油タンク４に貯まった油の油面が貫通孔２０２ｃよりも上に位置する場合、油がＵ字管２０２の内部に浸入する。その際、Ｕ字管２０２の他端２０２ｂから低段側圧縮機５に向かって流れるガス冷媒によってＵ字管２０２の油が低段側圧縮機５に供給される。これにより、各圧縮機５，７に充填された油が不足している場合、即ち、貯油タンク４に油が溜まっている場合、各圧縮機５，７に油を供給することができ、各圧縮機５，７の油が不足することを抑制できる。

【0053】

［３］
上記［１］又は［２］の冷凍サイクル装置は、高段側圧縮機７で圧縮された冷媒が流れる冷媒配管Ｌ５と、冷媒配管Ｌ５と接続される油分離器２３と、を備える、という構成が好ましい。

【0054】

斯かる構成によれば、ガス冷媒によって巻き上げられた油を油分離器２３で分離することができる。これにより、熱源側熱交換器９又は利用側熱交換器１５に油が浸入することを抑制できる。

【0055】

［４］
上記［１］～［３］の何れか１つの冷凍サイクル装置において、冷媒は、二酸化炭素冷媒である、という構成が好ましい。

【0056】

斯かる構成によれば、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の小さい二酸化炭素冷媒とすることによって、環境負荷を小さくすることができる。また、複数の圧縮機５，７を用いることで、フロン系冷媒（例えば、Ｒ３２）と比べ必要エネルギー量の多い二酸化炭素冷媒の性能を確保することができる。

【0057】

なお、冷凍サイクル装置は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、冷凍サイクル装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に一つ又は複数選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

【0058】

（Ａ）本実施形態において、供給部２０は、Ｕ字管２０２を備える、という構成であるが、これに限られない。例えば、供給部２０は、Ｕ字管２０２を備えず、低段側圧縮機５に油を供給する供給ポンプを備える、という構成であってもよい。斯かる構成においては、低段側圧縮機５に冷媒を供給する冷媒配管と油を供給する油配管とが別々に設けられている。

【0059】

（Ｂ）本実施形態において、空気調和機１は、気液分離器１２を備える、という構成であるが、これに限られない。例えば、図４に示すように、空気調和機１は、エコノマイザ１７（過冷却器１７ともいう）を備える、という構成であってもよい。斯かる構成において、空気調和機１は、気液分離器１２及び逆止弁１３を備えていない。

【0060】

エコノマイザ１７は、図１の気液分離器１２と同等の位置に配置されている。即ち、エコノマイザ１７は、熱源側膨張弁１１と利用側膨張弁１４とを接続する冷媒配管の途中に配置され、冷媒配管Ｌ３と接続されている。熱源側膨張弁１１とエコノマイザ１７とを接続する冷媒配管Ｌ１０には、エコノマイザ１７と接続される冷媒配管Ｌ１１が接続されている。冷媒配管Ｌ１１には、冷媒配管Ｌ１１を流れる冷媒を減圧するバイパス膨張弁１８が設けられている。

【0061】

冷媒配管Ｌ８，Ｌ１０のうち一方から流入した冷媒がエコノマイザ１７によって過冷却され、他方に流れる。そして、冷媒配管Ｌ１０から冷媒配管Ｌ１１に流れた冷媒がバイパス膨張弁１８により減圧され、エコノマイザ１７に流入する。これにより、冷媒配管Ｌ８，Ｌ１０のうち一方から流入した冷媒とバイパス膨張弁１８により減圧された冷媒との間で熱交換され、バイパス膨張弁１８により減圧された冷媒がガス冷媒となり、冷媒配管Ｌ３を通って高段側圧縮機７に流入する。

【符号の説明】

【0062】

１…空気調和機（冷凍サイクル装置）、２…熱源ユニット、３…利用ユニット、４…貯油タンク、５…低段側圧縮機、６…中間冷却器、６ａ…冷却ファン、７…高段側圧縮機、８…四方弁、９…熱源側熱交換器、１０…熱源側ファン、１１…熱源側膨張弁、１２…気液分離器、１３…逆止弁、１４…利用側膨張弁、１５…利用側熱交換器、１６…利用側ファン、１７…エコノマイザ、１８…バイパス膨張弁、２０…供給部、２０１…第３配管、２０２…Ｕ字管、２０２ｃ…貫通孔、２１…第１配管、２１１…第１オーバーフロー管、２２…第２配管、２２１…第２オーバーフロー管、２２２…固定抵抗、２３…油分離器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】