(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧縮機、第１凝縮器、第１膨張機構、および第１蒸発器を順次接続し、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と、
第２圧縮機、第２凝縮器、第２膨張機構、および第２蒸発器を順次接続し、第２冷媒を循環させる第２冷媒回路とを備え、
前記第１蒸発器内の前記第１冷媒と、前記第２凝縮器内の前記第２冷媒とが熱交換する冷凍装置において、
前記第２冷媒として二酸化炭素を用い、
前記第２圧縮機をスクロール圧縮機により構成し、
前記第１冷媒回路の前記第１蒸発器と前記第１圧縮機との間の前記第１冷媒と、前記第２冷媒回路の前記第２圧縮機と前記第２凝縮器との間の前記第２冷媒とを熱交換する中間冷却器を設け、
前記第２冷媒回路は、
前記中間冷却器から流出した前記第２冷媒の一部を減圧して、前記スクロール圧縮機の圧縮室内に流入させるインジェクション回路を備えた
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記スクロール圧縮機の組込容積比を２．０以下に設定した
ことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記スクロール圧縮機は、
固定スクロールの渦巻突起と、公転運動する揺動スクロールの渦巻突起とを組み合わされて複数の圧縮室を形成し、
半径方向最外方に形成された吸入側圧縮室から前記第２冷媒を吸い込み、前記揺動スクロールの公転運動によりその容積を減少させながら中心側へと移動させて前記第２冷媒を圧縮し、
前記固定スクロールの中央部に設けられた吐出ポートに開口する吐出側圧縮室から圧縮した前記第２冷媒を吐出し、
前記吸入側圧縮室および前記吐出側圧縮室の何れにも連通しない前記圧縮室である中間圧圧縮室が、前記揺動スクロールの公転角によらず形成された
ことを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記スクロール圧縮機は、
前記中間圧圧縮室と前記インジェクション回路とを連通するインジェクションポートが設けられた
ことを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記インジェクション回路を流通する前記第２冷媒を減圧する開度可変の減圧機構を備え、
前記第２冷媒回路の、低圧側圧力に対する高圧側圧力の割合である運転圧力比に応じて、前記減圧機構の開度を設定する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記インジェクション回路を流通する前記第２冷媒を減圧する開度可変の減圧機構を備え、
前記スクロール圧縮機が吐出した前記第２冷媒の温度に応じて、前記減圧機構の開度を設定する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の冷凍装置。
【請求項７】
当該冷凍装置の起動の際、
前記第１冷媒回路の前記第１圧縮機を運転して前記第１冷媒を循環させ、
前記第２冷媒回路の前記第２凝縮器の温度が所定温度以下となった後に、前記第２冷媒回路の運転を開始する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記第１冷媒として塩素を含まないＨＦＣ系冷媒を用いた
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを用いた冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境負荷低減の観点から冷凍空調機器への低ＧＷＰ冷媒の適用が加速されている。このような冷媒の候補としては、例えば二酸化炭素がある。
二酸化炭素を冷媒に用いた従来の冷凍装置として、例えば、「 圧縮機（１）、蒸発器（４），（１４）、膨張弁（３），（１３）よりなる冷凍回路を有し、冷媒として二酸化炭素を採用した二酸化炭素冷凍機において、上記圧縮機（１）が、スイングタイプのロータリー型圧縮機により構成されていることを特徴とする二酸化炭素冷凍機」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６５８８８号公報（請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、二酸化炭素を冷媒として用いる場合、単段の蒸気圧縮方式の冷凍サイクルにおいては、外気温と冷却温度との温度差が大きくなると運転圧力比が非常に高くなり、容積形圧縮機のエネルギー効率が低下する、という問題点があった。
例えば、外気温３２℃、冷却温度（庫内温度）−４０℃に維持する運転を行う場合には、運転圧力比が８以上にまで上昇する。
【０００５】
容積形圧縮機のエネルギー効率を向上させる冷凍装置の構成として、２元冷凍サイクルが知られている。２元冷凍サイクルでは、運転圧力比を低下させることができるものの、吸入ガス温度が高くなると、吐出ガス温度が上昇し、運転範囲が制限される。
レシプロ式やロータリー式のような固有圧縮比を持たない容積形圧縮機では、吐出温度が高くなる運転においては、吸入ガス温度を低下させる必要性があり、運転範囲が制限される、という問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、二酸化炭素を冷媒として用いた場合における、圧縮機のエネルギー効率を向上することができる冷凍装置を得るものである。また、運転範囲を拡大することができる冷凍装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る冷凍装置は、第１圧縮機、第１凝縮器、第１膨張機構、および第１蒸発器を順次接続し、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と、第２圧縮機、第２凝縮器、第２膨張機構、および第２蒸発器を順次接続し、第２冷媒を循環させる第２冷媒回路とを備え、前記第１蒸発器内の前記第１冷媒と、前記第２凝縮器内の前記第２冷媒とが熱交換する冷凍装置において、前記第２冷媒として二酸化炭素を用い、前記第２圧縮機をスクロール圧縮機により構成し、前記第１冷媒回路の前記第１蒸発器と前記第１圧縮機との間の前記第１冷媒と、前記第２冷媒回路の前記第２圧縮機と前記第２凝縮器との間の前記第２冷媒とを熱交換する中間冷却器を設け、前記第２冷媒回路は、前記中間冷却器から流出した前記第２冷媒の一部を減圧して、前記スクロール圧縮機の圧縮室内に流入させるインジェクション回路を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、第１冷媒回路と第２冷媒回路とにより２元冷凍サイクルを構成し、二酸化炭素冷媒を用いた第２冷媒回路の圧縮機を、固有圧縮比を持つスクロール圧縮機により構成したので、圧縮機のエネルギー効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における固定スクロール１０１と揺動スクロール１０２とを組み合わせた状態での上面図模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１における固定スクロール１０１と揺動スクロール１０２とを組み合わせた状態での上面図模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１における固定スクロール１０１と揺動スクロール１０２とを組み合わせた状態での上面図模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２における冷媒システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における冷凍装置を示す図である。
本実施の形態における冷凍装置は、高元側の冷媒回路（冷凍サイクル）と、低元側の冷媒回路（冷凍サイクル）とで構成されている。
高元側の冷媒回路は、高元側圧縮機１、高元側凝縮器２、高元側主ＬＥＶ（電子膨張弁）３、カスケードコンデンサ４、および中間冷却器６を順次接続して閉ループで構成する。高元側の冷媒回路は、塩素を含まないＨＦＣ系冷媒が作動流体として用いられる。
低元側の冷媒回路は、低元側圧縮機５、中間冷却器６、カスケードコンデンサ４、低元側主ＬＥＶ７、低元側蒸発器８を順次接続して閉ループで構成する。低元側の冷媒回路は、二酸化炭素冷媒が作動流体として用いられる。
カスケードコンデンサ４内では、低元側の冷媒と高元側の冷媒とが熱交換する。
また、中間冷却器６内においても、低元側の冷媒と高元側の冷媒とが熱交換する。
このような熱交換により、低元側の冷媒を液化させ、高元側の冷媒を蒸発させることで、２元冷凍サイクル（２元冷凍装置）を構成している。
【００１１】
なお、「高元側の冷媒回路」は、本発明における「第１冷媒回路」に相当する。
また、「低元側の冷媒回路」は、本発明における「第２冷媒回路」に相当する。
また、「高元側圧縮機１」は、本発明における「第１圧縮機」に相当する。
また、「高元側凝縮器２」は、本発明における「第１凝縮器」に相当する。
また、「高元側主ＬＥＶ３」は、本発明における「第１膨張機構」に相当する。
また、「カスケードコンデンサ４」は、本発明における「第１蒸発器」および「第２凝縮器」に相当する。
また、「低元側圧縮機５」は、本発明における「第２圧縮機」に相当する。
また、「低元側主ＬＥＶ７」は、本発明における「第２膨張機構」に相当する。
また、「低元側蒸発器８」は、本発明における「第２蒸発器」に相当する。
また、「高元側の冷媒」は、本発明における「第１冷媒」に相当する。
また、「低元側の冷媒」は、本発明における「第２冷媒」に相当する。
【００１２】
さらに、低元側の冷媒回路には、中間冷却器６から流出した低元側の冷媒の一部を減圧して、低元側圧縮機５の圧縮室内に流入させるインジェクション回路１１を備えている。
このインジェクション回路１１は、中間冷却器６の下流側を分岐して低元側圧縮機５に接続する分岐配管と、インジェクション回路１１を流通する冷媒を減圧する開度可変のインジェクション用ＬＥＶ９と、インジェクション回路１１の流路を開閉するインジェクション用電磁弁１０を備えている。
また、低元側圧縮機５の吐出管には、低元側圧縮機５から吐出された冷媒の温度を検出する温度検知手段（図示せず）が設けられている。この温度検知手段は、例えば熱電対やサーミスタ等により構成される。
温度検知手段の検知温度に応じてインジェクション用ＬＥＶ９の開度を設定する。動作の詳細は後述する。
【００１３】
なお、「インジェクション用ＬＥＶ９」は、本発明における「減圧機構」に相当する。
【００１４】
本実施の形態における低元側圧縮機５は、スクロール圧縮機により構成されている。スクロール圧縮機は、吐出容積（後述）に対する吸入容積（後述）の比率（以下「組込容積比」という。）が幾何学的に定まり、その組込容積比が１以上の一定値に定まる固有圧縮比型の圧縮機である。
本実施の形態における低元側圧縮機５（以下「スクロール圧縮機」ともいう。）は、組込容積比を２．０以下に設定している。例えば、組込容積比を１．２〜２．０の任意の値に設定する。
次に、このスクロール圧縮機の詳細について説明する。
【００１５】
図２は本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図模式図である。
スクロール圧縮機は、低元側の冷媒回路を循環する冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。
このスクロール圧縮機は、固定スクロール１０１および揺動スクロール１０２等からなる圧縮部と、電動機１１２等からなる駆動部とにより構成されている。これら圧縮部および駆動部は、シェル１００内に収納されている。
このシェル１００は、密閉容器となっており、その下部は潤滑油を貯留する油溜め１１５となっている。またシェル１００の中間部には、冷媒ガスを吸入するための吸入管１１８が接続されている。またシェル１００の上部には、冷媒ガスを吐出するための吐出管１１７が接続されている。
【００１６】
圧縮部は、揺動スクロール１０２、固定スクロール１０１、およびフレーム１０３等で構成されている。図２に示すように、揺動スクロール１０２は下側に、固定スクロール１０１は上側に配置されるようになっている。また、揺動スクロール１０２とフレーム１０３との間には、揺動スクロール１０２を支承するスラストプレート１０７が設けられている。
【００１７】
固定スクロール１０１には、一方の面に立設された渦巻突起１０１ａが形成されている。また、揺動スクロール１０２にも、一方の面に立設され、渦巻突起１０１ａと実質的に同一形状の渦巻突起１０２ａが形成されている。
揺動スクロール１０２および固定スクロール１０１は、渦巻突起１０１ａと渦巻突起１０２ａとを互いに組み合わせ、シェル１００内に装着されている。
揺動スクロール１０２および固定スクロール１０１が組み合わされた状態では、渦巻突起１０１ａと渦巻突起１０２ａの巻方向が互いに逆となる。そして、渦巻突起１０１ａと渦巻突起１０２ａとの間には、相対的に容積が変化する複数の圧縮室が形成される。なお、圧縮室の詳細は後述する。
また、固定スクロール１０１の渦巻突起１０１ａ端部、および揺動スクロール１０２の渦巻突起１０２ａ端部には、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を素材とし、圧縮室間をシールするシール部材１０５が設けられている。
【００１８】
固定スクロール１０１は、フレーム１０３にボルト等によって固定されている。固定スクロール１０１の中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート１１６が形成されている。そして、圧縮され、高圧となった冷媒ガスは、固定スクロール１０１の上部に設けられている吐出空間に排出されるようになっている。
また、固定スクロール１０１の中間圧圧縮室（後述）が形成される位置には、中間圧圧縮室とインジェクション回路１１とを連通するインジェクションポート１２０が設けられている。このインジェクションポート１２０の数は適宜設定することができる。
【００１９】
揺動スクロール１０２は、自転運動を阻止するためのオルダムリング１０４により、固定スクロール１０１に対して自転運動することなく公転旋回運動を行うようになっている。
また、揺動スクロール１０２の渦巻突起１０２ａ形成面とは反対側の面（スラスト面）の略中心部には、中空円筒形状のボス部が形成されている。このボス部にはジャーナル軸受が設けられており、ジャーナル軸受の内側にはブッシュ１０６が設けられている。
揺動スクロール１０２は、ブッシュ１０６およびジャーナル軸受を介し、主軸１０８からの駆動力が伝達される。
【００２０】
駆動部は、ローター１０９、ステーター１１０、および回転軸である主軸１０８等で構成されている。ローター１０９は、主軸１０８に固定され、ステーター１１０への通電が開始することにより回転駆動し、主軸１０８を回転させるようになっている。また、ステーター１１０はシェル１００の内周面に固定されている。
【００２１】
主軸１０８は、ローター１０９の回転に伴って回転し、揺動スクロール１０２を旋回させるようになっている。
この主軸１０８の上部１１１は、フレーム１０３に設けられた主軸受によって支持されている。
一方、主軸１０８の下部は、ボールベアリングによって回転自在に支持されている。このボールベアリングは、シェル１００の下部に設けられたサブフレーム１１４の中央部に形成された軸受収納部に圧入固定されている。また、サブフレーム１１４には、容積型のオイルポンプ１１３が設けられている。
オイルポンプで吸引された潤滑油は、主軸１０８の内部形成された油穴１０８ａ等を介して各摺動部に送られる。
【００２２】
このような構成により、電動機１１２により主軸１０８が回転駆動されと、オルダムリング１０４により自転を抑制された揺動スクロール１０２は、公転運動を行う。これにより、吸入過程が開始される。
シェル１００内に流入した冷媒（二酸化炭素）は圧縮室に吸入され、揺動スクロール１０２の公転運動により揺動スクロール１０２の中心へ移動し、体積が縮小される。この工程により、圧縮室に吸入された冷媒は圧縮される。圧縮された冷媒は、固定スクロール１０１の吐出ポート１１６を通り、吐出空間に流入する。そして、吐出管１１７を介してシェル１００から吐出される。
【００２３】
次に、固定スクロール１０１と揺動スクロール１０２とを組み合わせて形成した圧縮室の詳細について、図３〜図５により説明する。
【００２４】
図３〜図５は本発明の実施の形態１における固定スクロール１０１と揺動スクロール１０２とを組み合わせた状態での上面図模式図である。
図３は、冷媒の吸入が完了した時の渦巻きの嵌め合い状態を示している。
図３に示すように、本実施の形態における固定スクロール１０１および揺動スクロール１０２の渦巻きの巻き数は２．５巻き以上に設定している。
冷媒の吸入が完了した時、半径方向最外方には一対の吸入側圧縮室Ａ、Ｂが形成され、中央部には吐出ポート１１６に開口する吐出側圧縮室Ｅが形成される。
吸入容積は、冷媒の吸入が完了した時の吸入側圧縮室Ａと吸入側圧縮室Ｂの容積を加算して求められる。
【００２５】
さらに、吸入側圧縮室Ａおよび吐出側圧縮室Ｅの何れにも連通しない圧縮室である中間圧圧縮室Ｃが、吸入側圧縮室Ａ側に形成されている。
また、吸入側圧縮室Ｂおよび吐出側圧縮室Ｅの何れにも連通しない圧縮室である中間圧圧縮室Ｄが、吸入側圧縮室Ｂ側に形成されている。
本実施の形態では渦巻きの巻き数は２．５巻き以上に設定しているので、中間圧圧縮室Ｃ、Ｄが揺動スクロール１０２の公転角によらず形成される。
【００２６】
図４は、吸入された冷媒が順次圧縮され、吐出される直前の嵌め合い状態を示している。
揺動スクロール１０２の公転運動により、各圧縮室はその容積を減少させながら中心側へと移動される。
そして、吐出直前の状態においては、吐出側圧縮室Ｆ、Ｇが形成されている。
また、インジェクションポート１２０は、中間圧圧縮室Ｃ、Ｄと連通している。
吐出容積は、圧縮冷媒を吐出する直前での吐出側圧縮室Ｆと吐出側圧縮室Ｇの容積を加算して求められる。
本実施の形態では、吸入完了時の吸入容積を、吐出直前の吐出容積で除算して求められる組込容積比を、１．２〜２．０に設定している。
【００２７】
図５は、図４の嵌め合い状態から回転角度を進めた時の渦巻きの嵌め合い状態を示している。
図５の矢印で示すように、吐出側圧縮室Ｆで圧縮された冷媒は、揺動スクロール１０２中央の切り欠き部から吐出ポート１１６に吐出される。
一方、吐出ポート１１６の斜線で示すように、吐出ポート１１６が吐出側圧縮室Ｆに開口するので、吐出側圧縮室Ｆで圧縮された冷媒は、吐出ポート１１６斜線部から吐出される。
すなわち、揺動スクロール１０２の中央部の内側に切り欠きを設けることや、吐出ポート１１６の位置を調整して、吸入完了時の容積から組込容積比が、１．２〜２．０になった時点で吐出側圧縮室Ｆ、Ｇが吐出されるように設定されている。
【００２８】
次に実施の形態１の動作ならびに作用を説明する。
【００２９】
まず、冷凍装置の起動時の動作を説明する。
本実施の形態１における冷凍装置の起動の際は、まず、高元側の冷媒回路の高元側圧縮機１を起動（運転開始）し、その次に、低元側の冷媒回路を起動させる。
低元側の冷媒回路の起動は、カスケードコンデンサ４内の低元側が所定温度以下となった後に、低元側の冷媒回路の低元側圧縮機５を起動する。
本起動制御により、高元側の冷媒回路の高元側圧縮機１を運転して冷媒を循環させることで、カスケードコンデンサ４の低元側を冷却するため、低元側圧縮機５の起動による凝縮負荷増にともなう低元側の高圧異常昇圧を防止できる効果がある。
【００３０】
次に、本冷凍装置における冷媒の流れを説明する。
高元側圧縮機１を起動させると、高元側圧縮機１内に冷媒が吸入され、高温高圧の冷媒が高元側凝縮器２内に導かれる。
高元側凝縮器２では、ファンなどの送風機により外気温の空気で冷却され、冷媒が凝縮し、高元側凝縮器２出口では、高圧の液冷媒として流れてゆく。
高元側主ＬＥＶ３によって液冷媒は膨張し、カスケードコンデンサ４内に流れてゆく。
カスケードコンデンサ４内では、低元側冷媒から熱を奪って蒸発する。さらに中間冷却器６でも低元側冷媒から熱を奪って蒸発する。蒸発した冷媒は高元側圧縮機１内に再び吸入される。高元側はこの一連の動作を行う。
【００３１】
カスケードコンデンサ４内の低元側の温度が所定値以下に到達した後、低元側圧縮機５を起動させる。
低元側圧縮機５を起動させると、低元側圧縮機５内には冷媒が吸入され、高温高圧の冷媒が、中間冷却器６を介してカスケードコンデンサ４内に導かれる。
カスケードコンデンサ４内は、先行して運転している高元側の冷媒回路によって冷却されているため、凝縮負荷により高圧レベルが異常昇圧することを防止できる効果がある。
カスケードコンデンサ４内で低元側の冷媒は高元側の冷媒と熱交換して液化する。
液冷媒は、低元側主ＬＥＶ７により膨張作用を受け、低元側蒸発器８内で温度調整対象の庫内空気と熱交換して蒸発する。蒸発した冷媒は低元側圧縮機５内に再び吸入される。低元側はこの一連の動作を行う。
【００３２】
ここで、低元側の冷媒回路の、低圧側圧力に対する高圧側圧力の割合である運転圧力比が高くなる場合には、インジェクション回路１１から低元側圧縮機５の中間圧圧縮室Ｃ、Ｄ内に液冷媒をインジェクションする。この運転圧力比は蒸発温度に対する外気温度の割合から求めることもできる。
例えば、運転圧力比に応じてインジェクション用ＬＥＶ９の開度を設定して液冷媒をインジェクションする。
【００３３】
また、運転圧力比が高くなると、低元側圧縮機５の吐出温度（吐出冷媒の温度）も上昇することから、低元側圧縮機５の吐出温度を検知する温度検知手段の検出値に応じて、インジェクション用ＬＥＶ９の開度を設定しても良い。
【００３４】
なお、ここではインジェクション用ＬＥＶ９の開度を設定する場合を説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、インジェクション用ＬＥＶ９の開度を一定として、運転圧力比または吐出温度が所定値を超えた場合に、インジェクション用電磁弁１０を開状態にしても良い。
【００３５】
（効果）
以上のように本実施の形態においては、高元側圧縮機１、高元側凝縮器２、高元側主ＬＥＶ３、およびカスケードコンデンサ４を順次接続し、高元側の冷媒を循環させる高元側の冷媒回路と、低元側圧縮機５、カスケードコンデンサ４、低元側主ＬＥＶ７、および低元側蒸発器８を順次接続し、低元側の冷媒を循環させる低元側の冷媒回路とを備え、カスケードコンデンサ４内の高元側の冷媒と、カスケードコンデンサ４内の低元側の冷媒とが熱交換する２元冷凍装置を構成する。そして、低元側の冷媒として二酸化炭素を用い、低元側圧縮機５をスクロール圧縮機により構成した。このため、単段の冷凍サイクルと比較して、運転圧力比を低元することができ、低元側圧縮機５のエネルギー効率を向上することができる。
【００３６】
例えば、外気温３２度、冷却温度（庫内温度）−４０℃に維持する冷凍定格運転の場合、本実施の形態のように２元冷凍装置に構成し、低元側の冷媒回路に二酸化炭素冷媒を適用した場合、運転圧力比２．６程度の運転となる。
また、外気温３２度、冷却温度（庫内温度）−５℃に維持する冷蔵定格運転の場合、運転圧力比は１．９程度の運転となる。
【００３７】
また本実施の形態においては、低元側圧縮機５を構成するスクロール圧縮機の組込容積比を、２．０以下（例えば１．２〜２．０）に設定した。
このため、適正圧縮を行うことができ、エネルギー効率を高めることができる。
【００３８】
また本実施の形態においては、スクロール圧縮機は、固定スクロールの渦巻突起と、公転運動する揺動スクロールの渦巻突起とを組み合わされて複数の圧縮室を形成し、吸入側圧縮室Ａ、Ｂおよび吐出側圧縮室Ｅの何れにも連通しない中間圧圧縮室Ｃ、Ｄが、揺動スクロール１０２の公転角によらず形成される。
このように、組込容積比が２．０以下の比較的小さい場合であっても、中間圧圧縮室Ｃ、Ｄを形成している。
この中間圧圧縮室Ｃ、Ｄを形成することで、圧縮室間の差圧を低減できるため、内部漏れを低減でき、過圧縮損失も低減でき、エネルギー効率を高くすることができる。
本実施の形態のように２元冷凍装置に構成して運転圧力比を低下させても、二酸化炭素冷媒の場合は、差圧としては大きい。例えば、外気温３２度、冷却温度（庫内温度）−５℃に維持する運転の場合には、差圧が２．４ＭＰａと大きい。
このような吸入側と吐出側の差圧が大きい場合であっても、中間圧圧縮室Ｃ、Ｄを形成することで、圧縮室間の差圧を低減できるため、内部漏れを低減でき、エネルギー効率を高くすることができる。
【００３９】
また本実施の形態においては、中間冷却器６から流出した冷媒の一部を減圧して、低元側圧縮機５の圧縮室内に流入させるインジェクション回路１１を備えている。
このため、低元側圧縮機５の吐出冷媒温度を低減することができ、運転範囲を拡大することができる。
【００４０】
また本実施の形態においては、スクロール圧縮機の中間圧圧縮室Ｃ、Ｄとインジェクション回路１１とを連通するインジェクションポート１２０が設けられている。
このため、吸入インジェクションによらず、中間圧圧縮室Ｃ、Ｄ内への冷媒インジェクションを行うことができる。よって、低元側圧縮機５の吐出冷媒温度を低減することができ、運転範囲を拡大することができる。
また、中間圧圧縮室Ｃ、Ｄは、吸入側圧縮室Ａ、Ｂ、吐出側圧縮室Ｅと連通していないため、インジェクションされた液冷媒がシェル１００内に流入することがない。よって、圧縮機内の油溜め１１５から各部に供給された潤滑油の温度が低下することを防止することができ、軸受部分などの摺動部の信頼性を確保できる効果がある。
【００４１】
また本実施の形態においては、低元側冷媒回路の、低圧側圧力に対する高圧側圧力の割合である運転圧力比に応じて、インジェクション用ＬＥＶ９の開度を設定する。
このため、低元側圧縮機５の吐出管温度の上昇に応じてインジェクションする液冷媒を調整することができ、吐出管温度を調整することができる。
よって、低元側圧縮機５の吐出冷媒温度を低減することができ、運転範囲を拡大することができる。
【００４２】
また本実施の形態においては、スクロール圧縮機が吐出した冷媒の温度に応じて、インジェクション用ＬＥＶ９の開度を設定する。
このため、低元側圧縮機５の吐出管温度の上昇に応じてインジェクションする液冷媒を調整することができ、吐出管温度を調整することができる。
よって、低元側圧縮機５の吐出冷媒温度を低減することができ、運転範囲を拡大することができる。
【００４３】
また本実施の形態においては、当該冷凍装置の起動の際、高元側の冷媒回路の高元側圧縮機１を運転して冷媒を循環させ、低元側の冷媒回路のカスケードコンデンサ４の温度が所定温度以下となった後に、低元側の冷媒回路の運転を開始する。
このため、低元側圧縮機５の起動による凝縮負荷増にともなう低元側の高圧異常昇圧を防止できる効果がある。
【００４４】
また、固定スクロール１０１の渦巻突起１０１ａ端部、および揺動スクロール１０２の渦巻突起１０２ａ端部には、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を素材とし、圧縮室間をシールするシール部材１０５が設けられている。
よって、液冷媒に対する磨耗耐力を高めることができ、過多な冷媒インジェクションが可能である。
【００４５】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２における冷媒システムを示す図である。
図６に示すように、本実施の形態２のインジェクション回路１１は、カスケードコンデンサ４から流出した冷媒の一部を減圧して、低元側圧縮機５の圧縮室内に流入させるように構成されている。
なお、その他の構成および動作は上記実施の形態１と同様である。
なお、本実施の形態においては、中間冷却器６を設けない構成としても良い。
【００４６】
このように、カスケードコンデンサ４から流出した冷媒の一部を低元側圧縮機５内にインジェクションするようにしても、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  高元側圧縮機、２  高元側凝縮器、３  高元側主ＬＥＶ、４  カスケードコンデンサ、５  低元側圧縮機、６  中間冷却器、７  低元側主ＬＥＶ、８  低元側蒸発器、９  インジェクション用ＬＥＶ、１０  インジェクション用電磁弁、１１  インジェクション回路、１００  シェル、１０１  固定スクロール、１０１ａ  渦巻突起、１０２  揺動スクロール、１０２ａ  渦巻突起、１０３  フレーム、１０４  オルダムリング、１０５  シール部材、１０６  ブッシュ、１０７  スラストプレート、１０８  主軸、１０８ａ  油穴、１０９  ローター、１１０  ステーター、１１１  上部、１１２  電動機、１１３  オイルポンプ、１１４  サブフレーム、１１５  油溜め、１１６  吐出ポート、１１７  吐出管、１１８  吸入管、１２０  インジェクションポート、Ａ  吸入側圧縮室、Ｂ  吸入側圧縮室、Ｃ  中間圧圧縮室、Ｄ  中間圧圧縮室、Ｅ  吐出側圧縮室、Ｆ  吐出側圧縮室、Ｇ  吐出側圧縮室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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