(57)【要約】【課題】コンプレッサの運転性能の向上を図ると共に、第２の圧縮要素における圧縮効率を改善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】コンプレッサ１０は、密閉容器１２内に駆動要素としての電動要素１４と、この電動要素１４にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備え、第１の回転圧縮要素３２で圧縮されて吐出された冷媒を第２の回転圧縮要素３４に吸い込んで圧縮し、ガスクーラ１５４に吐出すると共に、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路１５０を備え、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を中間冷却回路１５０にて放熱させた後、密閉容器１２内に吐出し、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。【選択図】      図２
2004309012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成される冷媒サイクル装置であって、
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て駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、前記第１の圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、前記ガスクーラに吐出すると共に、
前記第１の圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を備え、
前記第１の圧縮要素から吐出された冷媒を前記中間冷却回路にて放熱させた後、前記密閉容器内に吐出し、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ことを特徴とする冷媒サイクル装置。
【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、絞り手段及び蒸発器を順次接続して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】
従来のこの種冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、例えば内部中間圧の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサとガスクーラ、絞り手段（膨張弁等）及び蒸発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。そして、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素（第１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されて中間圧となりシリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。そして、この密閉容器内の中間圧の冷媒ガスは第２の回転圧縮要素（第２の圧縮要素）の吸込ポートから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２段目の圧縮が行な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、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような冷媒サイクル装置では、密閉容器内に吐出された冷媒ガスにより密閉容器内に設けられた駆動要素が温められてコンプレッサの運転性能が低下してしまう。
【０００５】
更に、密閉容器内に吐出された冷媒により第２の回転圧縮要素が温められ、圧縮効率が低下する恐れがあった。これらにより、コンプレッサの成績係数（ＣＯＰ）が低下するという問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、コンプレッサの運転性能の向上を図ると共に、第２の圧縮要素における圧縮効率を改善する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。
【０００７】
【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、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第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を備え、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を中間冷却回路にて放熱させた後、密閉容器内に吐出し、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ので、中間冷却回路にて温度低下した冷媒を密閉容器内に吐出することで、密閉容器内及び駆動要素を冷却することができるようになる。
【０００８】
また、中間冷却回路にて放熱した冷媒ガスが第２の圧縮要素に吸い込まれるので、第２の圧縮要素の圧縮効率の改善を図ることができるようになる。
【０００９】
【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の縦断側面図、図２は本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【００１０】
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（第１の圧縮要素）及び第２の回転圧縮要素３４（第２の圧縮要素）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。また、上部支持部材５４には吸込管１２２が形成されており、この吸込管１２２から密閉容器１２内の冷媒が吸込通路、吸込ポートを介して第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８内に吸い込まれる。
【００１５】
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（ポリアルキルグリコール）など既存のオイルが使用される。
【００１６】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、ステータ２２の上側（電動要素１４の上側に略対応する位置）、下部支持部材５６の吸込通路６０、吐出消音室６２及び吐出消音室６４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内には後述する中間冷却回路１５０からの冷媒を密閉容器１２内に吐出す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の一端は密閉容器１２内と連通する。この冷媒導入管９２は後述する中間冷却回路１５０に設けられたガスクーラ１５４を経てスリーブ１４４に至り、スリーブ１４４内に挿入接続されて他端は吐出消音室６４と連通する。
【００１７】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ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。
【００１８】
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蒸発器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。
【００１９】
第１の内部熱交換器１６０を通過した冷媒は絞り手段としての膨張弁１５６に至る。そして、膨張弁１５６から出た配管は蒸発器１５７の入口に接続され、蒸発器１５７を出た配管は内部熱交換器１６０に至る。そして、内部熱交換器１６０から出た配管は冷媒導入管９４に接続される。
【００２０】
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。
【００２１】
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吐出ポートを通り下部支持部材５６に形成された吐出消音室６４を経て冷媒導入管９２に流入する。
【００２２】
そして、冷媒ガスはスリーブ１４４から出て中間冷却回路１５０に流入する。この中間冷却回路１５０がガスクーラ１５４を通過する過程で空冷方式により放熱する。このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１５０を通過させることで、ガスクーラ１５４にて効果的に冷却することができる。
【００２３】
冷却された中間圧の冷媒ガスは容器本体１２Ａの側面のステータ２２の上側に形成されたスリーブ１４１から密閉容器１２内に吐出される。このように、第１の回転圧縮要素３２にて圧縮されて吐出された冷媒ガスを中間冷却回路１５０にて放熱させた後、密閉容器１２内に吐出するので、密閉容器１２内を温度低下した冷媒ガスにて効果的に冷却することができるようになる。
【００２４】
また、中間冷却回路１５０にて冷却された冷媒を容器本体１２Ａの側面のステータ２２の上側に吐出させることで、この吐出された冷媒は電動要素１４の周囲を通過して下側に設けられた第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる。このため、電動要素１４が中間冷却回路１５０にて放熱した冷媒ガスにより冷却されるので、電動要素１４の運転性能が向上する。これにより、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、電動要素１４の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００２５】
更に、中間冷却回路１５０にて冷却された冷媒ガスが第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれるので、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率も改善することができるようになる。
【００２６】
更にまた、中間冷却回路１５０にて放熱した冷媒が、一旦、密閉容器１２内に吐出された後に、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれるので、第２の回転圧縮要素３４を密閉容器１２内に吐出された冷媒にて冷却できるので、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率をより一層向上させることができるようになる。
【００２７】
これらにより、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒が密閉容器１２内の熱によって冷媒が温められ、圧縮効率が低下する不都合が無くなるので、コンプレッサ１０の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。
【００２８】
上述の如くスリーブ１４１から密閉容器１２内に吐出された冷媒ガスは上部支持部材５４に形成され、密閉容器１２内と連通する吸込管１２２より吸い込まれ、図示しない吸込ポートから第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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、この分、当該冷媒の過冷却度が大きくなる。そのため、蒸発器１５７における冷却能力が向上する。
【００３１】
係る内部熱交換器１６０で冷却された高圧側の冷媒ガスは膨張弁１５６に至る。冷媒は膨張弁１５６において圧力が低下して、蒸発器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。
【００３２】
このとき、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１５０を通過させて、密閉容器１２内に吐出することで、密閉容器１２内及び第２の回転圧縮要素３４の冷媒の温度上昇を抑えるという効果と、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスを、内部熱交換器１６０を通過させて、膨張弁１５６前の冷媒の過冷却度が大きくなるという効果によって、蒸発器１５７における冷媒の冷却能力が向上する。
【００３３】
その後、冷媒は蒸発器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、加熱作用を受けた後、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３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００３４】
このように、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路１５０を備え、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を中間冷却回路１５０にて放熱させた後、密閉容器１２内に吐出し、当該密閉容器１２内の冷媒を第２の回転圧縮要素３４に吸い込ませるので、密閉容器１２内に吐出された冷媒により、密閉容器１２内を冷却することができるようになる。
【００３５】
また、中間冷却回路１５０にて冷却された冷媒を容器本体１２Ａの側面のステータ２２の上側に吐出させることで、この吐出された冷媒は電動要素１４の周囲を通過して下側に設けられた第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる。このため、電動要素１４が中間冷却回路１５０にて放熱た冷媒ガスにより冷却されるので、電動要素１４の運転性能が向上する。これにより、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る。
【００３６】
更に、中間冷却回路１５０にて冷却された冷媒ガスが第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれるので、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率も改善することができるようになる。
【００３７】
更にまた、中間冷却回路１５０にて放熱した冷媒が、一旦、密閉容器１２内に吐出された後に、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれるので、第２の回転圧縮要素３４を密閉容器１２内に吐出された冷媒にて冷却することができ、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率をより一層向上させることができるようになる。
【００３８】
尚、本実施例では、コンプレッサとして多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０を使用したが、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の圧縮要素を備えた内部中間圧型のコンプレッサであれば可能である。
【００３９】
また、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該存の冷媒を用いても構わない。
【００４０】
【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、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第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を備え、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を中間冷却回路にて放熱させた後、密閉容器内に吐出し、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ので、中間冷却回路にて温度低下した冷媒を密閉容器内に吐出することで、密閉容器内を冷却することができるようになる。これにより、密閉容器内の温度上昇を抑えることができるようになる。
【００４１】
また、中間冷却回路にて放熱した冷媒ガスにより駆動要素も冷却されるので、駆動要素の運転性能が向上する。これにより、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、駆動要素の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４２】
更に、中間冷却回路にて冷却された冷媒ガスが第２の圧縮要素に吸い込まれるので、第２の圧縮要素における圧縮効率も改善することができるようになる。
【００４３】
更にまた、中間冷却回路にて放熱した冷媒が、一旦、密閉容器内に吐出された後に、第２の圧縮要素に吸い込まれるので、第２の圧縮要素を密閉容器内に吐出された冷媒にて冷却することができるので、第２の圧縮要素における圧縮効率をより一層向上させることができるようになる。
【００４４】
総じて、コンプレッサの成績係数の向上を図ることができるようになる。
【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  コンプレッサ
１２  密閉容器
１２Ａ  容器本体
１２Ｂ  エンドキャップ
１４  電動要素
１６  回転軸
２２  ステータ
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
１２２  吸込管
１４１、１４２、１４３、１４４  スリーブ
１５０  中間冷却回路
１５４  ガスクーラ
１５６  膨張弁
１５７  蒸発器
１６０  内部熱交換器
【図１】
2004309012.tif 000003
【図２】
2004309012.tif 000004