(57)【要約】【課題】コンプレッサの密閉容器内の温度をより正確に検出して、駆動要素の保護を実行することができる冷媒サイクル装置を提供する。【解決手段】第１の回転圧縮要素３２にて圧縮された冷媒を密閉容器１２内に吐出し、この密閉容器１２内の冷媒を第２の回転圧縮要素３４に吸い込み、圧縮して吐出する冷媒サイクル装置において、密閉容器１２外を通過して当該密閉容器１２内の冷媒を第２の回転圧縮要素３４に吸い込ませるための冷媒導入管９２と、この冷媒導入管９２の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ１００と、この温度センサ１００の出力に基づいてコンプレッサ１０の保護動作を実行する制御装置１１０を備える。【選択図】      図１
2004317004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ、ガスクーラ、減圧装置及びエバポレータなどから冷媒回路が構成され、前記コンプレッサは、密閉容器内に駆動要素と該駆動要素により駆動される圧縮機構部を備え、該圧縮機構部は第１及び第２の圧縮要素から成り、前記第１の圧縮要素にて圧縮された冷媒を前記密閉容器内に吐出し、該密閉容器内の冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込み、圧縮して吐出する冷媒サイクル装置において、
前記密閉容器外を通過して当該密閉容器内の冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込ませるための冷媒導入管と、
該冷媒導入管の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の出力に基づいて前記コンプレッサの保護動作を実行する制御手段とを備えることを特徴とする冷媒サイクル装置。
【請求項２】
前記冷媒として二酸化炭素を用い、前記冷媒回路の高圧側が超臨界となることを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、減圧装置及びエバポレータなどから冷媒回路が構成される冷媒サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、ガスクーラ（放熱器）、減圧装置（膨張弁等）、エバポレータ（吸熱器）等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。また、前記コンプレッサは密閉容器内に駆動要素とこの駆動要素にて駆動される圧縮要素にて構成されている。そして、コンプレッサの圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、減圧装置で減圧されてエバポレータに供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった。
【０００３】
ここで、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷媒サイクルにおいても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用い、高圧側を超臨界圧力として運転する冷媒サイクルを用いた装置が開発されて来ている。
【０００４】
係る二酸化炭素冷媒は高圧側圧力が超臨界となるため、ガスクーラにおいてガス／液体の二相混合体が存在しない。即ち、飽和温度や飽和圧力が存在しないため、高圧側圧力を測定するには、従来の冷媒を用いた場合のようにガスクーラにおける冷媒温度から高圧側の圧力を求めることが困難であり、高圧側に高価な圧力センサを設けなければならなかった。
【０００５】
そこで、上記のようなコストアップを回避するため、コンプレッサの吐出側にコンプレッサから吐出された冷媒ガスの温度を検出するための吐出温度センサを設けて当該吐出温度センサにて検出される冷媒温度に基づいて、コンプレッサの運転負荷や減圧装置の開度を制御することで、高圧側圧力の異常上昇を回避したり、コンプレッサの密閉容器内に設けられた駆動要素の保護を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２３４８１１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、係る冷媒サイクル装置に使用するコンプレッサとして、例えば、内部中間圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサを用いた場合、コンプレッサの密閉容器内は中間圧となるため、コンプレッサから吐出される温度に基づき駆動要素の保護を行った場合、吐出温度と密閉容器内の温度とは著しく異なるため、吐出温度から密閉容器内の温度を予測することにより、密閉容器内の駆動要素が過熱されて、運転性能が低下したり、駆動要素が劣化する不都合を防いでいた。
【０００８】
本発明は、係る技術的課題を解決するために成されたものであり、コンプレッサの密閉容器内の温度をより正確に検出して、駆動要素の保護を行うことができる冷媒サイクル装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の冷媒サイクル装置では密閉容器外を通過して当該密閉容器内の冷媒を第２の圧縮要素に吸い込ませるための冷媒導入管と、この冷媒導入管の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の出力に基づいてコンプレッサの保護動作を実行する制御手段とを備えるので、的確に起動要素の過熱保護を行うことができるようになる。
【００１０】
請求項２の発明では上記発明に加えて、冷媒として二酸化炭素を用い、冷媒回路の高圧側が超臨界となることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の冷媒サイクル装置に使用するコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断面図、図２は本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【００１２】
各図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１３】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１４】
電動要素１４は所謂磁極集中巻き式のＤＣモータであり、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４はステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００１５】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４により偏心回転される上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００１６】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー６６、下部カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００１７】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００１８】
そして、冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ２）が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）など既存のオイルが使用される。
【００１９】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。そして、スリーブ１４１内には密閉容器１２外を通過して密閉容器１２内の冷媒を第２の圧縮回転要素３４に吸い込ませるための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２の他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２０】
ここで、冷媒導入管９２には当該冷媒導入管９２の温度を検出するための温度検出手段としての温度センサ１００が設けられている。この温度センサ１００は制御手段としての制御装置１１０に接続されている。制御装置１１０は冷媒サイクル装置の制御を司る制御手段であり、当該制御装置１１０は温度センサ１００からの出力に基づきコンプレッサ１０の保護動作を実行している。
【００２１】
即ち、密閉容器１２内の温度に最も近く、容易に取り付けることができる冷媒導入管９２に温度センサ１００を設けて、この温度センサ１００にて検出される冷媒導入管９２の温度が所定温度に達すると、制御装置１１０はコンプレッサ１０の回転数を低下させると共に、後述する減圧装置としての膨張弁１５６の開度を増加して、負荷の軽減を行う。コンプレッサ１０の電動要素１４の回転数が下げられることで、コンプレッサ１０で圧縮される冷媒ガスの温度も低下し、密閉容器１２内の温度上昇を抑えることができるようになる。これにより、密閉容器１２内の電動要素１４が過熱されて運転性能が低下する不都合を防ぐことができるようになる。
【００２２】
従来のように第２の回転圧縮要素３４で圧縮され、コンプレッサ１０から吐出された冷媒の吐出温度に基づいてコンプレッサ１０の保護動作を実行した場合、制御装置１１０はコンプレッサ１０から吐出される冷媒温度により密閉容器１２内の温度を推定していた。この場合、実際の密閉容器１２内の温度と推定値とでは誤差が生じるため、電動要素１４が過熱されて劣化する等の不都合が生じる恐れがあり、これを回避するために実際は電動要素１４が安全に運転される温度であっても、上記のような誤差を考慮して、コンプレッサ１０の保護動作を実行しなければならず、不要に運転負荷が抑えられてしまっていた。
【００２３】
しかしながら、中間圧の冷媒ガスの通過経路となる冷媒導入管９２に温度センサ１００を設けることで、密閉容器１２内の電動要素１４の温度をより正確に把握することができるようになる。そして、当該冷媒導入管９２の温度に基づいて、コンプレッサ１０の保護動作を実行することで、より的確な電動要素１４の過熱保護を行うことができるようになる。
【００２４】
これにより、従来のような誤差を考慮した制御を最小限に抑える、若しくは、行う必要がないので、無用な負荷軽減動作を防止することができる。従って、コンプレッサ１０の保護を確実にしながら運転制御範囲を拡大することができ、冷媒サイクル装置の性能の向上を図ることができるようになる。
【００２５】
また、温度センサ１００を冷媒導入管９２に設けることで、密閉容器１２の外壁に取り付けた場合より、電動要素１４の温度をより正確に検出することができる。
【００２６】
一方、スリーブ１４２内には第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２７】
次に図２において、上述したコンプレッサ１０は図２に示す冷媒回路の一部を構成する。即ち、コンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１５４の入口に接続される。そして、このガスクーラ１５４を出た配管は内部熱交換器１６０を通過する。この内部熱交換器１６０はガスクーラ１５４から出た高圧側の冷媒とエバポレータ１５７から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。
【００２８】
内部熱交換器１６０を通過した配管は絞り手段としての膨張弁１５６に至る。そして、膨張弁１５６を出た配管はエバポレータ１５７の入口に接続され、エバポレータ１５７を出た配管は内部熱交換器１６０を経て冷媒導入管９４に接続される。
【００２９】
以上の構成で次に本発明の冷媒サイクル装置の動作を説明する。ターミナル２０及び図示されない配線を介してコンプレッサ１０の電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３０】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３１】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスはスリーブ１４４に接続された冷媒導入管９２を通過する。ここで、冷媒導入管９２に取り付けられた温度センサ１００は当該冷媒導入管９２の温度を検出しており、当該温度センサ１００にて検出される温度が予め設定された所定温度を超えると、制御装置１１０は当該温度センサ１００の出力に基づいて、コンプレッサ１０の回転数を低下させると共に、膨張弁１５６の開度を増加させる。
【００３２】
これにより、冷媒サイクル内の負荷が軽減され、コンプレッサ１０にて圧縮される冷媒ガスの温度が低下するので、密閉容器１２内の温度上昇を抑えることができるようになる。これにより、密閉容器１２内の電動要素１４が過熱されて運転性能が低下する不都合を防ぐことができるようになる。
【００３３】
一方、温度センサ１００にて検出される温度が所定温度以下となると、制御装置１１０はコンプレッサ１０の回転数を上昇すると共に、膨張弁１５６の開度を小さくする。
【００３４】
他方、冷媒導入管９２を通過した冷媒は、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路、吸込ポートを経て第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の低圧室側に吸入され、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２を経て冷媒吐出管９６より外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００３５】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスはガスクーラ１５４に流入し、そこで空冷方式により放熱した後、内部熱交換器１６０を通過する。冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。この内部熱交換器１６０の存在により、ガスクーラ１５４を出て、内部熱交換器１６０を通過する冷媒は、低圧側の冷媒に熱を奪われるので、その分、当該冷媒の過冷却度が大きくなる。そのため、エバポレータ１５７における冷却能力が向上する。
【００３６】
内部熱交換器１６０で冷却された高圧側の冷媒ガスは膨張弁１５６に至る。尚、膨張弁１５６の入口では冷媒ガスはまだ気体の状態である。冷媒は膨張弁１５６における圧力低下により、ガス／液体の二相混合体とされ、その状態でエバポレータ１５７内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。
【００３７】
その後、冷媒はエバポレータ１５７から流出して内部熱交換器１６０を通過する。そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。ここで、エバポレータ１５７で蒸発して低温となり、エバポレータ１５７を出た冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合もあるが、内部熱交換器１６０を通過させて高圧側の冷媒と熱交換させることで、冷媒が加熱される。この時点で、冷媒の過熱度が確保され、完全に気体となる。
【００３８】
これにより、エバポレータ１５７から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになるので、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、コンプレッサ１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００３９】
尚、内部熱交換器１６０で加熱された冷媒は、冷媒導入管９４からコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３４内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００４０】
このように、冷媒導入管９２の温度を検出する温度センサ１００と、この温度センサ１００の出力に基づいてコンプレッサ１０の保護動作を実行する制御装置１１０を備えて、制御装置１１０は当該温度センサ１００にて検出される冷媒導入管９２の温度に基づいて、密閉容器１２内の温度が所定温度に達すると、電動要素１４の回転数を低下させると共に、膨張弁１５６の開度を増加して、冷媒サイクル内の負荷を軽減する。これにより、密閉容器１２内の温度が所定温度を超えて上昇する不都合を回避することができるようになる。
【００４１】
更に、コンプレッサ１０の密閉容器１２内の電動要素１４が過熱されて運転性能が低下する不都合を回避することができるようになる。従って、冷媒ガスの吸込・圧縮・吐出と云うコンプレッサ１０としての各性能を確保することができるようになる。
【００４２】
総じて、冷媒サイクル装置の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４３】
尚、本実施例では、冷媒サイクル装置に使用するコンプレッサとして第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた内部中間圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサ圧縮式ロータリコンプレッサを用いて説明したが、本発明に使用可能なコンプレッサはこれに限らず、第１及び第２の圧縮要素を備えて、内部中間圧となるコンプレッサであれば構わない。
【００４４】
また、本実施例では二酸化炭素を冷媒として使用したが、これに限らず、他の冷媒、例えば、フッ素系の冷媒や炭化水素系の冷媒など既存の冷媒を用いた場合であっても適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述する如く、本発明の冷媒サイクル装置によれば、密閉容器外を通過して当該密閉容器内の冷媒を第２の圧縮要素に吸い込ませるための冷媒導入管と、この冷媒導入管の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の出力に基づいてコンプレッサの保護動作を実行する制御手段とを備えるので、密閉容器内の駆動要素の温度をより正確に把握することができるようになる。
【００４６】
これにより、冷媒導入管の温度に基づいて、コンプレッサの保護動作を実行することで、より的確な駆動要素の過熱保護を行うことができるようになるので、コンプレッサの密閉容器内の電動要素が過熱されて運転性能が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００４７】
従って、冷媒ガスの吸込・圧縮・吐出と云うコンプレッサとしての各性能を確保することができるようになり、冷媒サイクル装置の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４８】
また、請求項２の如く冷媒として二酸化炭素を使用すれば、環境問題にも寄与することができるようになる。更に、上記発明は冷媒回路の高圧側が超臨界となる二酸化炭素冷媒を使用した場合により効果的となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷媒サイクル装置を構成する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１０  多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１２  密閉容器
１４  電動要素
３２  第１の回転圧縮要素
３４  第２の回転圧縮要素
９２、９４  冷媒導入管
９６  冷媒吐出管
１００  温度センサ
１１０  制御装置
１５４  ガスクーラ
１５６  膨張弁
１５７  エバポレータ
１６０  内部熱交換器
【図１】
2004317004.tif 000003
【図２】
2004317004.tif 000004