(57)【要約】【課題】吸込容積を可変とし、冷房運転時と暖房運転時との負荷の差を広げることで、運転効率向上が可能な２元冷凍サイクル装置を提供すること。【解決手段】圧縮運転と非圧縮運転とに切り替え可能２シリンダ形回転式圧縮機である第１圧縮機１００及び第２圧縮機２００、室外熱交換器１６０及び室内熱交換器２７０をそれぞれ有する１次側冷凍サイクル１０及び２次側冷凍サイクル２０と、１次側冷凍サイクル１０の冷媒及び２次側冷凍サイクル２０の冷媒を熱交換可能に形成された中間熱交換器３００とで構成されている。【選択図】      図１
2008020083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外熱交換器を有する１次側冷凍サイクルと、
室内熱交換器を有する２次側冷凍サイクルと、
この２次側冷凍サイクルに設けられ、２つのシリンダを有するとともに、これら２つのシリンダのうち１つは圧縮運転と非圧縮運転とを切替可能に構成され、インバータ駆動される２シリンダ形回転式圧縮機と、
上記１次側冷凍サイクルの冷媒と上記２次側冷凍サイクルの冷媒とを熱交換する中間熱交換器とを備えることを特徴とする２元冷凍サイクル装置。
【請求項２】
上記２つのシリンダの容積は、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の２元冷凍サイクル装置。
【請求項３】
上記２次側冷凍サイクルの冷媒は、二酸化炭素を主成分とする単一冷媒又は混合冷媒であることを特徴とする請求項１または２記載の２元冷凍サイクル装置。
【請求項４】
上記１次側冷凍サイクルの冷媒は、炭化水素系の冷媒であることを特徴とする請求項３記載の２元冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等に用いられる２元式冷凍サイクルに関し、特に効率を高めることができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍装置において、低温度を発生させるために、１次側冷凍サイクルと２次側冷凍サイクルを備えた２元冷凍サイクル装置が用いられることがある。このような２元冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機には、インバータ駆動の容量可変形圧縮機を用いたり、圧縮機を複数台設置したりすることが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−１４８１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した２元冷凍サイクル装置を空気調和機とした場合、次のような問題があった。すなわち、２次側の圧縮機の吸込容積が冷房運転時と暖房運転時とで同じであるため、能力可変幅が圧縮機回転数可変範囲に依存してしまう。このため低負荷や高負荷時において、能力可変幅を逸脱し、負荷に応じた運転ができないことや、圧縮機の効率が悪い低回転数での運転となることがあった。これは、一般的に圧縮機の運転回転数が低いと、シール部からの漏れ量が多くなり、効率が低下するためである。
【０００４】
そこで本発明は、圧縮機の吸込容積を可変とすることで、冷房運転時と暖房運転時に応じた適正な吸込容積とし効率の高い運転が可能な２元冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の２元冷凍サイクル装置は次のように構成されている。
【０００６】
室外熱交換器を有する１次側冷凍サイクルと、室内熱交換器を有する２次側冷凍サイクルと、この２次側冷凍サイクルに設けられ、２つのシリンダを有するとともに、これら２つのシリンダのうち１つは圧縮運転と非圧縮運転とを切替可能に構成され、インバータ駆動される２シリンダ形回転式圧縮機と、上記１次側冷凍サイクルの冷媒と上記２次側冷凍サイクルの冷媒とを熱交換する中間熱交換器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、圧縮機の吸込容積を可変とすることで、冷房運転時と暖房運転時に応じた適正な吸込容積とすることができ、効率の高い運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る２元冷凍サイクル装置（空気調和機）１を示す構成図、図２は２元冷凍サイクル装置１に組み込まれた第１圧縮機１００及び第２圧縮機２００を示す断面図、図３は２元冷凍サイクル装置１の暖房運転時におけるＰ−ｈ線図である。
【０００９】
図１中二点鎖線Ｅは室外機構成を、二点鎖線Ｉは室内機構成を示している。また、図１中の矢印Ｃは冷房運転時の冷媒の流れを、矢印Ｈは暖房運転時の冷媒の流れを示している。なお、第２圧縮機２００において図２の第１圧縮機１００と同一機能部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１０】
図１に示すように２元冷凍サイクル装置１は、１次側冷凍サイクル１０と、２次側冷凍サイクル２０とを備えている。また、２元冷凍サイクル装置１は、１次側冷凍サイクル１０の冷媒（１次側冷媒）と２次側冷凍サイクル２０の冷媒（２次側冷媒）とが熱交換できるように形成された中間熱交換器３００とを備えている。なお、１次側冷媒と２次側冷媒とには、同じ冷媒又は特性の類似した冷媒を用いる。
【００１１】
１次側冷凍サイクル１０は、第１圧縮機１００と、この第１圧縮機１００の吐出口に連結された第１四方弁１５０と、この第１四方弁１５０に連結された室外熱交換器１６０と、この室外熱交換器１６０に連結された第１膨張機構１７０と、この第１膨張機構１７０に連結され、中間熱交換器３００に組み込まれた第１中間熱交換器３００Ａと、この第１中間熱交換器３００Ａに第１四方弁１５０を介して連結されたアキュムレータ１８０とを順次備え、このアキュムレータ１８０は圧縮機１００の吸込口へと連結されている。
【００１２】
２次側冷凍サイクル２０は、第２圧縮機２００と、この第２圧縮機２００の吐出口から連結された第２四方弁２５０と、この第２四方弁２５０に連結され、中間熱交換器３００に組み込まれた第２中間熱交換器３００Ｂと、この第２中間熱交換器３００Ｂに連結された第２膨張機構２６０と、この第２膨張機構２６０に連結された室内熱交換器２７０と、この室内熱交換器２７０に第２四方弁２５０を介して連結されたアキュムレータ２８０とを順次備え、このアキュムレータ２８０は圧縮機２００の吸込口へと連結されている。
【００１３】
中間熱交換器３００は、第１中間熱交換器３００Ａと第２中間熱交換器３００Ｂとを備えており、１次側冷媒と２次側冷媒とを熱交換可能に構成されている。
【００１４】
第１圧縮機１００及び第２圧縮機２００は共に２シリンダ形回転式圧縮機であり、密閉ケース１０１と、この密閉ケース１０１内の下部に設けられた圧縮機構部１０２と、密閉ケース１０１の上部に設けられた電動機部１０３とを備えている。これら電動機部１０３と圧縮機構部１０２とは回転軸１０４を介して連結されている。
【００１５】
圧縮機構部１０２は、回転軸１０４の下部に、中間仕切り板１０７を介して上下に配設される第１シリンダ１０８Ａと、第２シリンダ１０８Ｂとを備えている。これら第１、第２シリンダ１０８Ａ、１０８Ｂは、互いに外形形状寸法が相違し、かつ、内径寸法が同一となるよう設定されている。第１シリンダ１０８Ａの外形寸法は密閉ケース１０１の内径寸法よりも僅かに大に形成され、密閉ケース１０１内周面に圧入されたうえに、密閉ケース１０１外部からの溶接加工によって位置決め固定される。
【００１６】
第１シリンダ１０８Ａの上面部には主軸受１０９が重ね合わされ、バルブカバー１０９ａと取り付けボルト１１０とを用いてシリンダ１０８Ａに取り付け固定される。第２シリンダ１０８Ｂの下面部には副軸受１１１が重ね合わされ、バルブカバー１１１ａと取り付けボルト１１２とを用いて第１のシリンダ１０８Ａに取り付け固定される。中間仕切板１０７及び副軸受１１１の外形寸法は第２シリンダ１０８Ｂの内径寸法よりもある程度大であり、しかもこのシリンダ１０８Ｂの内径位置がシリンダ中心からずれている。このため、第２シリンダ１０８Ｂの外周の一部は中間仕切板１０７及び副軸受１１１の外径よりも径方向に突出している。
【００１７】
電動機部１０３は、密閉ケース１０１の内面に固定されるステータ１０５と、このステータ１０５の内側に所定の間隔を存して配置され、かつ、回転軸１０４が介挿されるロータ１０６とを備えている。電動機部１０３は、運転周波数を可変するインバータ１３０に接続され、インバータ１３０は、このインバータ１３０を制御する制御部１４０に電気的に接続される。
【００１８】
回転軸１０４は、中途部と下端部が主軸受１０９と副軸受１１１に回転自在に枢支される。さらに回転軸１０４は第１、第２シリンダ１０８Ａ、１０８Ｂ内部を貫通するとともに、略１８０°の位相差をもって形成される２つの偏心部１０４ａ、１０４ｂを一体に備えている。各偏心部１０４ａ、１０４ｂの回転中心は同一直線上に設けられ、それぞれ第１、第２シリンダ１０８Ａ、１０８Ｂ内径部に位置するよう組み立てられている。各偏心部１０４ａ、１０４ｂの周面には、互いに同一直線をなす偏心ローラ１１３ａ、１１３ｂがそれぞれ偏心回転自在に収容される。
【００１９】
各偏心ローラ１１３ａ、１１３ｂの高さ寸法は、第１、第２シリンダ室１１４ａ、１１４ｂの高さ寸法と同一に形成される。したがって、偏心ローラ１１３ａ、１１３ｂは互いに略１８０°の位相差があるが、第１、第２シリンダ室１１４ａ、１１４ｂで偏心回転することにより、シリンダ室において同一の排除容積に設定される。第１、第２シリンダ１０８Ａ、１０８Ｂには、シリンダ室１１４ａ、１１４ｂと連通するベーン室１２２ａ、１２２ｂが設けられている。各ベーン室１２２ａ、１２２ｂには、ベーン１１５ａ、１１５ｂが第１、第２シリンダ室１１４ａ、１１４ｂに対して突没自在に収容される。
【００２０】
各ベーン室１２２ａ、１２２ｂは、各ベーン１１５ａ、１１５ｂの両側面が摺動自在に移動できる各ベーン収納溝（不図示）と、各ベーン収納溝端部に一体に連接されベーン１１５ａ、１１５ｂの後端部が収容される各縦孔部（不図示）からなる。第１シリンダ１０８Ａには、外周面とベーン室１２２ａとを連通する横孔１２５が設けられ、ばね部材１２６が収容される。ばね部材１２６は、ベーン１１５ａの背面側端面と密閉ケース１０１内周面との間に介在され、ベーン１１５ａに弾性力（背圧）を付与して、この先端縁を偏心ローラ１１３ａに接触させる圧縮ばねである。
【００２１】
第２のシリンダ１０８Ｂ側のベーン室１２２ｂにはベーン１１５ｂ以外に何らの部材も収容されていないが、後述するように、ベーン室１２２ｂの設定環境と、後述する圧力切換え機構Ｋの作用に応じて、ベーン１１５ｂの先端縁を偏心ローラ１１３ｂに接触させるようになっている。各ベーン１１５ａ、１１５ｂの先端縁には平面視で半円状に形成されており、平面視で円形状の偏心ローラ１１３ａ、１１３ｂ周壁に偏心ローラ１１３ａの回転角度にかかわらず線接触できる。
【００２２】
そして、偏心ローラ１１３ａ、１１３ｂがシリンダ室１１４ａ、１１４ｂの内周壁にそって偏心回転したとき、ベーン１１５ａ、１１５ｂはベーン収容溝１２３ａ、１２３ｂに沿って往復運動し、かつベーン後端部がそれぞれの縦孔部から進退自在となる作用ができる。上述したように、第２シリンダ１０８Ｂの外形寸法形状と、中間仕切板１０７及び副受軸１１１の外形寸法との関係から、第２のシリンダ８Ｂの外形一部は密閉ケース１０１内に露出する。
【００２３】
この密閉ケース１０１への露出部分がベーン室１２２ｂに相当するように設計されており、ベーン室１２２ｂ及びベーン１１５ｂ後端部はケース内圧力を直接的に受けることになる。特に、第２のシリンダ１０８Ｂ及びベーン室１２２ｂは構造物であるからケース内圧力を受けても何の影響もないが、ベーン１１５ｂはベーン室１２２ｂに摺動自在に収容され、かつ、後頭部がベーン室１２２ｂの縦孔部に位置するので、ケース内圧力を直接的に受ける。
【００２４】
そしてさらに、ベーン１１５ｂの先端部が第２のシリンダ室１１４ｂに対向しており、ベーン先端部はシリンダ室１１４ｂ内の圧力を受ける。結局、ベーン１１５ｂは先端部と後端部が受ける互いの圧力の大小に応じて、圧力の大きい方から圧力の小さい方向へ移動するよう構成されている。第１、第２シリンダ１０８Ａ、１０８Ｂには取り付けボルト１１０、１１２が挿通又は螺挿される取付け用孔若しくはねじ孔が設けられ、第１のシリンダ１０８Ａのみ円弧状のガス通し用孔部１２７が設けられている。
【００２５】
密閉ケース１０１の上端部には、吐出管１１８が接続されている。また、第１圧縮機１００の底部には、吸込管１１６ａ、１１６ｂが接続されている。一方の吸込管１１６ａは第１シリンダ１０８Ａ側部を貫通し、第１シリンダ室１１４ａ内に直接連通する。他方の吸込管１１６ｂは密閉ケース１０１を介して第２のシリンダ１０８Ｂ側部を貫通し、第２シリンダ室１１４ｂに直接連通する。
【００２６】
また、第１圧縮機１００と第１四方弁１５０とを連結する吐出管１１８の中途部から分岐して、第２シリンダ室１１４ｂに接続される吸込管１１６ｂの中途部に合流する分岐管Ｐが設けられている。この分岐管Ｐの中途部には、第１開閉弁１２８が設けられている。吸込管１１６ｂで分岐管Ｐの分岐部よりも上流側に第２開閉弁１２９が設けられている。第１開閉弁１２８と第２開閉弁１２９とは、それぞれ電磁弁であって、制御部１４０からの電気信号に応じて開閉制御されるような構成となっている。
【００２７】
このように、第１圧縮機１００及び第２圧縮機２００は、インバータ１３０で駆動される２シリンダ形回転式圧縮機であり、必要時にシリンダ１０８Ｂに高圧冷媒を導入し、ベーン１１５ｂ前後の圧力差を無くし第２シリンダ１０８Ｂのみ非圧縮運転ができるようになっている。
【００２８】
このように構成された２元冷凍サイクル装置１では、次のようにして通常運転と片側シリンダ非圧縮運転（能力半減運転）との切換えを行う。すなわち、通常運転を行う場合は、制御部１４０が、圧力切換え機構Ｋの第１開閉弁１２８を閉成し、第２の開放弁１２９を開放するよう制御する。そして、制御部１４０はインバータ１３０を介して電動機部１０３に運転信号を送る。回転軸１０４が回転駆動され、偏心ローラ１１３ａ、１１３ｂは第１、第２シリンダ室１１４ａ、１１４ｂ内で偏心回転を行う。
【００２９】
第１シリンダ１０８Ａにおいては、ベーン１１５ａがばね部材１２６によって常に弾性的に押圧付勢されるところから、ベーン１１５ａの先端縁が偏心ローラ１１３ａ周壁に摺接して第１シリンダ室１１４ａ内を吸込み室と圧縮室に二分する。偏心ローラ１１３ａのシリンダ室１１４ａ内周面転接位置とベーン収納溝１２３ａが一致し、ベーン１１５ａが最も後退した状態で、このシリンダ室１１４ａの空間容量が最大となる。冷媒ガスはアキュムレータ１１７から吸込管１１６ａを介して上部シリンダ室１１４ａに吸い込まれ充満する。
【００３０】
偏心ローラ１１３ａの偏心回転に伴って、偏心ローラの第１シリンダ室１１４ａ内周面に対する転接位置が移動し、シリンダ室１１４ａの区画された圧縮室の容積が減少する。すなわち、先にシリンダ室１１４ａに導かれたガスが徐々に圧縮される。回転軸１０４が継続して回転され、第１シリンダ室１１４ａの圧縮室の容量がさらに減少してガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで吐出弁（不図示）が開放する。高圧ガスはバルブカバー１０９ａを介して密閉ケース１０１内に吐出され充満する。そして、密閉ケース１０１上部の吐出管１１８から吐出される。
【００３１】
第２シリンダ１０８Ｂにおいても、第１シリンダ１０８Ａと同様にして通常の圧縮運転を行う。
【００３２】
次に、第１シリンダ１０８Ａは圧縮運転で、第２シリンダ１０８Ｂのみ非圧縮運転を行う片側シリンダ非圧縮運転を行う場合について説明する。なお、片側シリンダ非圧縮運転は、冷房運転又は暖房運転に応じて第１圧縮機１００及び第２圧縮機２００の一方のみにおいて行われ、他方は上述した通常運転を行う。第２シリンダ１０８Ｂの非圧縮運転は次のように行う。すなわち、制御部１４０が圧力切換え機構Ｋの第１開閉弁１２８を開放し、第２開閉弁１２９を閉成するように切換え設定する。第１シリンダ室１１４ａにおいては上述したように通常の圧縮作用がなされ、密閉ケース１０１内に吐出された高圧ガスが充満してケース内高圧となる。吐出管１１８から吐出される高圧ガスの一部が分岐管Ｐに分流され、開放する第１開閉弁１２８と吸込み管１１６ｂを介して第２シリンダ室１１４ｂ内に導入される。
【００３３】
第２シリンダ室１１４ｂが吐出圧（高圧）雰囲気にある一方で、ベーン室１２２ｂはケース内高圧と同一の状況下にあることには変わりがない。このため、ベーン１１５ｂは前後端部とも高圧の影響を受けていて、前後端部において差圧が存在しない。ベーン１１５ｂはローラ１１３ｂ外周面から離間した位置で移動することなく停止状態を保持し、第２シリンダ室１１４ｂでの圧縮作用は行われない。結局、第１シリンダ室１１４ａでの圧縮作用のみが有効であり、能力を半減した運転がなされることになる。
【００３４】
第２のシリンダ室１１４ｂの内部は高圧となっているので、密閉ケース１０１内から第２シリンダ室１１４ｂ内への圧縮ガスの漏れは発生せず、圧縮ガスの漏れよる損失も発生しない。
【００３５】
なお、第１シリンダ１０８Ａの圧縮運転は前述したものと同じである。
【００３６】
２元冷凍サイクル装置１の冷房運転時は図１中矢印Ｃのように、まず１次側冷凍サイクル１０では、上述したように第１圧縮機１００で圧縮された１次側冷媒は、第１圧縮機１００の吐出管１１８から第１四方弁１５０、室外熱交換器１６０、第１膨張装置１７０及び第１中間熱交換器３００Ａを順次通過し、第１四方弁１５０、第１アキュムレータ１８０を介して第１圧縮機１００へと戻る。
【００３７】
同様に、２次側冷凍サイクル２０では、第２圧縮機２００で圧縮された２次側冷媒は、第２圧縮機２００の吐出管１１８から第２四方弁２５０、第２中間熱交換器３００Ｂ、第２膨張装置２６０及び室内熱交換器２７０を順次通過し、第２四方弁２５０、第２アキュムレータ２８０を介して第２圧縮機２００へと戻る。このとき、１次側冷媒は室外熱交換器１６０で凝縮され、第１中間熱交換器３００Ａで蒸発し、２次側冷媒は第２中間熱交換器３００Ｂにおいて放熱し冷熱を得て、室内熱交換器２７０によって室内の熱を吸収し室内空気を冷却する。
【００３８】
２元冷凍サイクル装置１の暖房運転時は第１四方弁１５０と、第２四方弁２５０とを切換える。これにより、図１中矢印Ｈのように、冷媒の流れが冷房運転時と逆になり、１次側冷媒の流れは１次側冷凍サイクル１０では、第１圧縮機１００の吐出管１１８から第１四方弁１５０、第１中間熱交換器３００Ａ、第１膨張装置１７０及び室外熱交換器１６０を順次通過し、第１四方弁１５０、第１アキュムレータ１８０を介して第１圧縮機１００へと戻る。
【００３９】
同様に２次側冷凍サイクル２０では、第２圧縮機２００で圧縮された２次側冷媒が、第２圧縮機２００の吐出管１１８から第２四方弁２５０、室内熱交換器２７０、第２膨張装置２６０及び第２中間熱交換器３００Ｂを順次通過し、第２四方弁２５０、第２アキュムレータ２８０を介して第１圧縮機２００へと戻る。
【００４０】
図３は冷凍サイクル１の暖房運転時における冷媒の状態を示しており、図３中実線Ｍは冷凍圧縮サイクル行程の１次側冷凍サイクル１０の冷媒のＰ―ｈの変化を示し、ａは第１圧縮機１００の入口（吸込み）部、ｂは第１中間熱交換器３００Ａ、ｃは第１膨張装置１７０の入口部、ｄは室外熱交換器１６０の入口部の入口部の冷媒の状態を示している。また、図３中破線Ｎは冷凍圧縮サイクル行程の２次側冷凍サイクル２０の冷媒のＰ―ｈの変化を示し、ｅは第２圧縮機２００の入口（吸込み）部、ｆは室内熱交換器２７０の入口部、ｇは第２膨張装置２６の入口部、ｈは第２中間熱交換器３００Ｂの入口部の冷媒の状態を示している。
【００４１】
１次側冷媒は、第１中間熱交換器３００Ａで凝縮され、室外熱交換気１６０で蒸発する。２次側冷媒は室内熱交換器２７０において放熱し室内空気を暖め、第２中間熱交換器３００Ｂによって蒸発する。このとき図３に示すように、中間熱交換器３００では、１次側冷凍サイクル１０の凝縮と２次側冷凍サイクル２０の蒸発とでの温度差をとって熱交換させるため、１次側冷媒の冷凍サイクル行程と２次側冷媒の冷凍サイクル行程とが交差する二段構造となる。
【００４２】
冷房運転時は、中間熱交換器３００で１次側の蒸発と２次側の凝縮とを温度差をとって熱交換するため、冷凍サイクル行程は逆転し、下側冷凍サイクル行程Ｍ（ａ−ｂ−ｃ−ｄ）が２次側冷凍サイクル２０の冷媒の圧力―温度の変化で、上側冷凍サイクル行程Ｎ（ｅ−ｆ−ｇ−ｈ）が１次側冷凍サイクル１０の冷媒の圧力―温度の変化である。
【００４３】
冷房運転時は、第２圧縮機２００の吸込み位置が下側冷凍圧縮サイクルの右下位置ａであるため、冷房運転と暖房運転で第２圧縮機２００の吸込み圧力が異なることがわかる。同様に、第１圧縮機１００の吸込み圧力が冷房運転と暖房運転で異なる。
【００４４】
吸込み圧力が異なると冷媒比体積が異なるため、第１、第２圧縮機１００、２００が同じ吸込み体積（排除容積）の場合、圧縮機の回転数が冷房運転と暖房運転で大きく異なることになる。
【００４５】
すなわち、２次側冷凍サイクル２０では、暖房運転時の吸込み圧力が、冷房運転時の吸込み圧力よりも高いため、暖房運転時に第２圧縮機２００に吸い込まれる冷媒の比体積が、冷房運転時に第２圧縮機２００に吸い込まれる冷媒の比体積より小さい（冷媒の密度が大きい）。このため、暖房運転時と冷房運転時で、圧縮機の吸込み容積を同じにすると、同一回転数では暖房運転時の能力が大きくなりすぎるため、暖房運転時には、効率の悪い低回転数で２元冷凍サイクル装置１を運転することになる。
【００４６】
そこで、暖房運転時に上述したように第２シリンダ１０８Ｂを非圧縮運転（能力半減運転）させて吸込み容積を減少させることにより、効率のよい高回転数で２元冷凍サイクル装置１を運転することができ、２元冷凍サイクル装置１の効率を向上することができる。冷房運転時は、両方のシリンダで圧縮運転を行う。
【００４７】
暖房運転時に暖房負荷が大きいときには、第１、第２シリンダ１０８Ａ、１０８Ｂの両方で圧縮運転を行うことも可能である。冷房運転時に冷房負荷が小さいときには、第２シリンダ１０８Ｂを非圧縮運転することも可能である。
【００４８】
また、１次側冷凍サイクル１０では、冷房運転時の吸込み圧力が、暖房運転時の吸込み圧力よりも高いため、冷房運転時に第１圧縮機１００に吸い込まれる冷媒の比体積が、暖房運転時に第１圧縮機１００に吸い込まれる冷媒の比体積より小さい（冷媒の密度が大きい）。このため、冷房運転時に片側シリンダを非圧縮運転させて冷媒の吸込み容積を減少させることにより、効率の良い高回転数で２元冷凍圧縮機１を運転することができ、２元冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。暖房運転時は、第１、第２シリンダ１０８Ａ、１０８Ｂの両方で圧縮運転を行う。
【００４９】
冷房運転時に冷房負荷が大きいときには、第１、第２シリンダ１０８Ａ、１０８Ｂの両方で圧縮運転を行うことも可能である。
【００５０】
上述したように本実施の形態に係る２元冷凍サイクル装置１によれば、冷房運転時及び暖房運転時に、それぞれ２次側冷凍サイクル及び１次側冷凍サイクルのシリンダを通常運転、片側シリンダ非圧縮運転と使い分けることにより、負荷に応じて常に効率の良い高回転数で第１、第２圧縮機１００、２００を運転することができ、２元冷凍サイクル装置１の効率を向上することができる。
【００５１】
なお、上述した例では、第１及び第２圧縮機１００、２００のそれぞれ２つのシリンダ容積を同一（５：５）としたが、必要な冷媒循環量にあわせて、２つのシリンダ容積を５：５ではなく、７：３や４：６等使用状況や要求性能に応じて差をつけるようにしてもよい。このように、シリンダ容積に差をつけ、最適化することにより、効率をさらに高めることができる。また、上述した例では、１次側冷凍サイクル１０の第１圧縮機１００及び２次側冷凍サイクル２０の第２圧縮機２００の両方を２シリンダ形回転式圧縮機としたが、２次側冷凍サイクル２０の第２圧縮機２００のみを２シリンダ形回転式圧縮機にしても適用可能である。ただし、１次及び２次冷凍サイクル１０、２０の両方の圧縮機を２シリンダ形回転式圧縮機にすることが望ましいが、２次側冷凍サイクル２０の第２圧縮機２００のみ２シリンダ形回転式圧縮機にすることでも、従来の２元冷凍サイクル装置よりも高効率、かつ、製造コストの低減が可能となる。
【００５２】
図４は２元冷凍サイクル装置１の変形例に係る冷房運転時のＴ−ｈ線図、図５は本変形例の暖房運転時のＴ−ｈ線図、図６は本変形例の１次側冷凍サイクル１０と２次側冷凍サイクル２０の熱交換時の凝縮温度と全体のサイクル効率（ＣＯＰ）を示したグラフ、図７は本変形例の二酸化炭素冷媒のＰ−ｈ線図上に冷房運転と暖房運転における二酸化炭素の冷媒状態を示したグラフである。
【００５３】
本変形例の２元冷凍サイクル装置１は、１次側冷凍サイクル１０に使用する１次側冷媒をＨＣ系冷媒であるプロパンを用い、２次側冷凍サイクル２０に使用する２次側冷媒に二酸化炭素冷媒を用いたものである。
【００５４】
図４中破線Ｑは１次側冷媒であるプロパンのＴ−ｈの変化、図４中実線Ｒは２次側冷媒である二酸化炭素のＴ−ｈの変化を示したグラフである。
【００５５】
２元冷凍サイクル装置１は、２次側冷凍サイクル２０の室内熱交換器（蒸発）２７０で室内空気から吸熱して室内を冷却する。室内空気から吸熱した２次側冷媒は、中間熱交換器３００の１次側冷凍サイクル１０の第１中間熱交換器（蒸発）３００Ａと２次側冷凍サイクル２０の第２中間熱交換器（凝縮）３００Ｂとで熱交換し、冷媒の熱を２次側冷媒から１次側冷媒に移動させる。１次側冷媒の熱を１次側冷凍サイクル１０の室外熱交換器(凝縮)１６０で室外空気へ放熱させる。
【００５６】
図５は、本変形例の２元冷凍サイクル装置１の暖房運転時における、図５中破線Ｑは１次側冷媒であるプロパンのＴ−ｈの変化、図５中実線Ｒは２次側冷媒である二酸化炭素のＴ−ｈの変化を示したグラフである。
【００５７】
２元冷凍サイクル装置１は、１次側冷凍サイクル１０の室外熱交換器（蒸発）１６０にて室外空気から吸熱し、中間熱交換器３００の１次側冷凍サイクル１０の第１中間熱交換器(凝縮)３００Ａと２次側冷凍サイクル２０の第２中間熱交換器(蒸発)３００Ｂとで熱交換し、冷媒の熱を１次側冷媒から２次側冷媒へ移動させる。そして、２次側冷媒の熱を２次側冷凍サイクル２０の室内熱交換器２７０により室内を暖房する。
【００５８】
図４、５に示すように、２次側冷媒として用いる二酸化炭素はサイクル効率が低いため、２次側冷凍サイクル２０の冷媒に使用する場合は、１次側冷凍サイクル１０で、高圧側と低圧側の温度差を可能な限り取り、２次側冷凍サイクルは圧力差を極力小さくすることが消費電力量の点で望ましい。
【００５９】
図６は、１次側冷凍サイクル１０と２次側冷凍サイクル２０との熱交換時の凝縮温度と全体のサイクル効率（ＣＯＰ）を示したグラフである。冷房運転時は、２次側冷凍サイクル２０の二酸化炭素の凝縮温度を下げるほど、暖房運転時は１次側冷凍サイクル１０のプロパンの凝縮温度を上げるほど効率が高くなる。
【００６０】
図７は、二酸化炭素のＰ−ｈ線図上に、冷房運転時及び暖房運転時における二酸化炭素の冷媒状態を示したグラフである。図７に示すように、冷房運転時と暖房運転時で、作動圧力が極端に変わることが分かる。他の冷媒は圧力に大きな差があると、コンプレッサ吸込における冷媒の密度の差が大きくなる。しかし、二酸化炭素冷媒の場合は、暖房運転時に超臨界サイクルになり、エンタルピ差が冷房運転時に比べて極端に小さくなる。このため、上述した第１の実施の形態の２元冷凍サイクル装置１とは異なり、吸込み圧力が低く、冷媒の比体積の大きな（冷媒密度の小さい）冷房運転の方が暖房運転に比べて、能力が大きすぎることになる。
【００６１】
したがって、一方のシリンダを圧縮運転と非圧縮運転とを切替可能な２シリンダ形回転式圧縮機（例えば第１圧縮機１００、第２圧縮機２００）を備えることにより、冷房運転時や低負荷時には１つのシリンダでの運転、暖房運転時や高負荷時には２シリンダでの運転とすることができ、適用能力範囲を広げることが可能となる。
【００６２】
本実施例の２元冷凍サイクル装置１によれば１次側冷媒に炭化水素（ＨＣ）系の冷媒を用い、２次側冷媒に二酸化炭素冷媒を用いると、使用冷媒が自然界に存在する冷媒であることから、代替フロンを用いる必要がなく、地球温暖化への冷媒自体の直接効果を減少することが可能である。このため、冷媒の漏れなどによる温暖化防止に有効となる。また、室内側に使用する冷媒が二酸化炭素冷媒であるため、室内に可燃性冷媒が漏れることもなく、安全に使用可能である。
【００６３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例で２次側冷媒に二酸化炭素を用いるとしたが、この二酸化炭素冷媒は単一冷媒又は混合冷媒のどちらでも適用できる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る２元冷凍サイクル装置を示す構成図。
【図２】同２元冷凍サイクル装置に組み込まれた第１圧縮機及び第２圧縮機を示す断面図。
【図３】同２元冷凍サイクル装置の暖房運転時におけるＰ−ｈ線図。
【図４】同２元冷凍サイクル装置の変形例における冷房運転時のＴ−ｈ線図。
【図５】本変形例の暖房運転時のＴ−ｈ線図。
【図６】本変形例の１次側冷凍サイクルと２次側冷凍サイクルの熱交換時の凝縮温度と全体のサイクル効率（ＣＯＰ）を示したグラフ。
【図７】本変形例の二酸化炭素冷媒のＰ−ｈ線図上に冷房運転と暖房運転における二酸化炭素の冷媒状態を示したグラフ。
【符号の説明】
【００６５】
１…２元冷凍サイクル装置、１０…１次側冷凍サイクル、２０…２次側冷凍サイクル、１００…第１圧縮機、１５０…第１四方弁、１６０…室外熱交換器、１７０…第１膨張装置、１８０…第１アキュムレータ、２００…第２圧縮機、２５０…第２四方弁、２６０…第２膨張弁、２７０…室内熱交換器、２８０…第２アキュムレータ、３００…中間熱交換器、３００Ａ…第１中間熱交換器、３００Ｂ…第２中間熱交換器、Ｅ…室外構成、Ｉ…室内構成、Ｃ…冷房運転時の冷媒の流れ、Ｈ…暖房運転時の冷媒の流れ。
【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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【図７】
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