(57)【要約】【課題】エバポレータ内に寝込んだオイルを円滑に回収することができる多段圧縮式コンプレッサを用いた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で圧縮されて吐出された中間圧の冷媒を第２の回転圧縮要素３４に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式のロータリコンプレッサ１０と、ガスクーラ１５４、膨張弁１５６及びエバポレータ１５７等を順次環状に配管接続する。第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を、第２の回転圧縮要素３４に吸引させること無くエバポレータ１５７に流すためのバイパス配管１６４を設ける。第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を、第２の回転圧縮要素３４に吸い込ませるか、バイパス配管１６４に流すかを制御するための第１の電磁弁１６６、第２の電磁弁１７０を設ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、吐出された中間圧の冷媒を前記第２の圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式のコンプレッサと、ガスクーラ、膨張弁及びエバポレータ等を環状に接続して冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置において、
前記第１の圧縮要素から吐出された冷媒を、前記第２の圧縮要素に吸引させること無く前記エバポレータに流すためのバイパス回路と、
前記第１の圧縮要素から吐出された冷媒を、前記第２の圧縮要素に吸い込ませるか、前記バイパス回路に流すかを制御するための流路制御手段とを備えたことを特徴とする冷媒サイクル装置。
【請求項２】
前記バイパス回路を前記膨張弁の下流側に接続した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】
本発明は冷媒サイクル装置、特に密閉容器内に駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を具備して成る多段圧縮式コンプレッサを用いた冷媒サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサが開発されている（特許文献１参照）。即ち、係るロータリコンプレッサでは、圧縮機構部を構成する第１の回転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ガスは第２の回転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段目の圧縮が行われて高温高圧のガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て冷媒吐出管より外部に吐出される。
【０００３】
ロータリコンプレッサから吐出された冷媒ガスは冷媒回路の放熱器などに流入し、放熱した後、膨張弁で絞られてエバポレータ（蒸発器）で吸熱し、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素に吸入されるサイクルを繰り返す。
【０００４】
また、係るロータリコンプレッサに、高低圧差の大きい冷媒、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いた場合、吐出冷媒圧力は高圧となる第２の回転圧縮要素で１２ＭＰａＧに達し、一方、低段側となる第１の回転圧縮要素で８ＭＰａＧ（中間圧）となる（第１の回転圧縮要素の吸込圧力は４ＭＰａＧ）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−２９４５８７号公報（Ｆ０４Ｃ２３／００）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このようなロータリコンプレッサでは圧縮機構部を潤滑するために密閉容器内にオイルを封入しているが、このオイルは冷媒ガスと共に圧縮され、吐出される。第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒ガスは一旦密閉容器内に吐出されるため、オイルの分離が可能であるが、第２の回転圧縮要素から出た冷媒ガス中に含まれるオイルはそのまま密閉容器外に出ていくことになるため、冷媒回路中へのオイルの流出が多くなる。
【０００７】
一方、冷媒回路中ではエバポレータで最も温度が低くなるため、流出したオイルはこのエバポレータ内に寝込み易くなり、それにより、冷媒循環に支障を来すと共に、ロータリコンプレッサへのオイルの帰還量が減るため、密閉容器内のオイルレベルが低下し、潤滑やシール特性が悪化する問題があった。
【０００８】
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、エバポレータ内に寝込んだオイルを円滑に回収することができる冷媒サイクル装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明では多段圧縮式のコンプレッサの第１の圧縮要素から吐出された冷媒を、第２の圧縮要素に吸引させること無くエバポレータに流すためのバイパス回路と、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を、第２の圧縮要素に吸い込ませるか、バイパス回路に流すかを制御するための流路制御手段とを備えているので、流路制御手段により、第１の圧縮要素から吐出された冷媒をバイパス回路に流すことで、冷媒を第１の圧縮要素とエバポレータの間で循環させ、エバポレータに寝込んでいるオイルを円滑に密閉容器内に回収することが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明では上記に加えて、バイパス回路を膨張弁の下流側に接続したので、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を膨張弁を経ること無く直接エバポレータに流入させ、冷媒回収に好適な冷媒循環量を確保することができるようになる。
【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多段圧縮式のコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素を備えた内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図である。
【００１２】
この図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する縦型の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多段圧縮式ロータリコンプレッサ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１４及びこの駆動要素１４の下側に配置され、駆動要素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）からなる回転圧縮機構部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、駆動要素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とで構成されている。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には駆動要素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】
駆動要素１４は、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。
【００１５】
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（図示せず）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もステータ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。
【００１６】
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に設けた上下偏心部４２、４４にて偏心回転する上下ローラ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。
【００１７】
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、この凹陥部を上カバー６６、下カバー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。
【００１８】
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を貫通する図示しない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が密閉容器１２内に吐出される。
【００１９】
また、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞する上部カバー６６は、密閉容器１２内を吐出消音室６２と駆動要素１４側とに仕切る。
【００２０】
そして、この場合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）を使用し、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）等既存のオイルが使用される。
【００２１】
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（駆動要素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。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上に位置している。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００２２】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入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は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、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。
【００２３】
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。この冷媒導入管９４の他端は後述するアキュムレータ１５８の下側に接続されている。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒導入管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２４】
前記アキュムレータ１５８は吸込冷媒の気液分離を行うタンクである。該アキュムレータ１５８は、密閉容器１２の容器本体１２Ａの上部側面に溶接固定されたブラケット１４７に、図示しないブラケットにて取り付けられている。
【００２５】
次に、図２は本発明をエアコン（空気調和機）に適用した場合の冷媒回路を示しており、上述した多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０は図２に示すエアコンの冷媒回路の一部を構成する。即ち、多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１５４の入口に接続される。このガスクーラ１５４を出た配管は膨張弁１５６の出口側の配管１６０を介してエバポレータ（蒸発器）１５７の入口に接続される。エバポレータ１５７の出口は前記アキュムレータ１５８を介して冷媒導入管９４に接続される。
【００２６】
また、前記冷媒導入管９２からはバイパス配管１６４（本発明のバイパス回路に相当）が分岐しており、このバイパス配管１６４は膨張弁１５６の出口側の配管１６０（膨張弁１５６の下流側）に接続されている。更に、バイパス配管１６４の分岐点より下流側の冷媒導入管９２には第１の電磁弁１６６が設けられると共に、バイパス配管１６４中には、第２の電磁弁１７０が接続されている。これら第１の電磁弁１６６、第２の電磁弁１７０から本発明の流路制御手段が構成される。
【００２７】
そして、第１の電磁弁１６６が閉じ、第２の電磁弁１７０が開放された状態では、冷媒導入管９２とエバポレータ１５７はバイパス配管１６４を介して直接連通される。また、第１の電磁弁１６６が開放され、第２の電磁弁１７０が閉じた状態では、冷媒導入管９２を介して密閉容器１２内と上シリンダ３８の図示しない吸込通路とが連通する。
【００２８】
図２において１６１は制御装置であり、この制御装置１６１は室内空調のための運転指令信号に基づいてロータリコンプレッサ１０の運転を制御する。また、制御装置１６１は例えばエバポレータ１５７近傍に添設された温度センサ１６２が検出する室内温度に基づいて、ロータリコンプレッサ１０の運転、停止を行うと共に、第１の電磁弁１６６及び第２の電磁弁１７０の開閉を制御する。
【００２９】
以上の構成で次に動作を説明する。例えば温度センサ１６２が検出した室内温度が予め設定された設定値より高く上昇して制御装置１６１に起動指令が入力されると、制御装置１６１は第１の電磁弁１６６を開放し、第２の電磁弁１７０を閉じる。そして、ターミナル２０及び図示しない配線を介して駆動要素１４のステータコイル２８に通電する。ステータコイル２８に通電されると、駆動要素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から出て冷媒導入管９２に流出する。冷媒導入管９２に流入した冷媒は第１の電磁弁１６６が開放され、第２の電磁弁１７０が閉じているのでスリーブ１４１に至り、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。
【００３２】
上シリンダ３８の低圧室側に吸入された中間圧の冷媒ガスは、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、冷媒吐出管９６を経由してガスクーラ１５４で放熱された後、膨張弁１５６で絞られ減圧されて、エバポレータ１５７内に流入する。このとき、制御装置１６１は、第２の電磁弁１７０を閉じているので、膨張弁１５６で絞られた冷媒はバイパス配管１６４に流入せずエバポレータ１５７内に流入する。
【００３３】
そして、冷媒はエバポレータ１５７内で蒸発し、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して室内が冷房される。その後、アキュムレータ１５８を経て冷媒導入管９４から第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】
そして、室内温度が設定値まで低下すると、制御装置１６１は多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０を停止する。その後、室内温度が上昇し、温度センサ１６２が検出した室内温度が設定値より高く上昇すると、制御装置１６１は前述同様にロータリコンプレッサ１０を起動して冷房運転を行う。
【００３５】
一方、第２の回転圧縮要素３４から吐出された冷媒中に含まれるオイルは前述した如くエバポレータ１５７内に寝込んで行く。そこで制御装置１６１は、予め設定されたタイミング（例えば、霜取り時、或いは、一日の内の決められた時刻）に第１の電磁弁１６６を閉じ、第２の電磁弁１７０を開いてロータリコンプレッサ１０を運転する。この場合、室内温度が低下して温度センサ１６２が検出した室内温度が設定値より低くなって冷却運転が必要無くなった時、即ち、冷房運転を停止している時に第１の電磁弁１６６を閉じ、第２の電磁弁１７０を開くものとする。
【００３６】
これによって、第１の回転圧縮要素３２から密閉容器１２内に吐出された冷媒は、スリーブ１４４から冷媒導入管９２に流出した後、バイパス配管１６４に流れ、このバイパス配管１６４を経てエバポレータ１５７に直接流入し、アキュムレータ１５８を経て冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるようになる。
【００３７】
このとき、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒は膨張弁１５６を介さずバイパス配管１６４から直接エバポレータ１５７に流入するので、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒ガスの流速は低下することなくエバポレータ１５７に流入し、冷媒流量は多くなる。これにより、エバポレータ１５７内に寝込んで溜まったオイルは多量に循環する冷媒に持ち去られて冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるようになり、オイルは円滑に密閉容器１２内に回収されていく。
【００３８】
即ち、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を直接エバポレータ１５７に流入させて、エバポレータ１５７内を流れる冷媒流量を多くすることにより、エバポレータ１５７内に寝込んで溜まったオイルを冷媒と共に冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込ませ、密閉容器１２内に吐出させる。これにより、エバポレータ１５７内に寝込んで溜まったオイルを密閉容器１２内に回収する。
【００３９】
尚、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を膨張弁１５６を介さずエバポレータ１５７に流入させているので、エバポレータ１５７は温度の高い冷媒で暖められる。これにより、エバポレータ１５７内で冷却されて寝込んだオイルは流れ易くなり、回収はより円滑になる。また、霜取り時にオイルの回収を行うようにすれば、オイル回収時にエバポレータ１５７は冷却されずに暖められるので、霜取り時間を短縮することが可能となる。そして、所定時間（例えば１０分など）係る回収運転を実行した後、制御装置１６１はロータリコンプレッサ１０を停止し、電磁弁１７０を閉じて電磁弁１６６を開くことで通常の冷却運転に復帰する。
【００４０】
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、第２の回転圧縮要素３４に吸引させること無くエバポレータ１５７に流すためのバイパス配管１６４を設け、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を、第２の回転圧縮要素３４に吸い込ませるか、バイパス配管１６４に流すかを制御するための電磁弁１６６、１７０を設けている。そして、第１の電磁弁１６６及び第２の電磁弁１７０を前述の如き制御して、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒をバイパス配管１６４に流すようにしているので、ロータリコンプレッサ１０から冷媒に溶け込んで吐出され、エバポレータ１５７に寝込んでいるオイルを密閉容器１２内に円滑に回収することができる。
【００４１】
これにより、寝込んだオイルによってエバポレータ１５７の性能低下を防止して好適に冷媒循環を行うことが可能となると共に、圧縮機構部１８の潤滑性能やシール性が低下してしまうのを防止することができるので、ロータリコンプレッサ１０の円滑な動作と運転を実現することができるようになる。
【００４２】
また、バイパス配管１６４を膨張弁１５６の下流側に接続し、第１の回転圧縮要素３２から吐出された中間圧の冷媒を直接エバポレータ１５７に流入させている。これにより、エバポレータ１５７に流入する冷媒流量を増大させることが可能となる。従って、エバポレータ１５７内に寝込んで溜まったオイルは流量が多くなった冷媒で円滑に密閉容器１２内に回収することができる。
【００４３】
特に、冷房運転を停止している時に第１の電磁弁１６６を閉じて第２の電磁弁１７０を開き、第１の回転圧縮要素３２から吐出された中間圧の冷媒を直接エバポレータ１５７に流入させれば、空調性能にも支障を生じることがない。
【００４４】
尚、実施例ではバイパス配管１６４を膨張弁１５６の下流側に接続したが、それに限らず、膨張弁１５６の上流側に接続するようにしてもオイルの回収効果は発揮できる。また、実施例ではロータリコンプレッサを使用したが、それに限らず、レシプロ式やスクロール圧縮機などでもよい。また、冷媒サイクル装置としては実施例の如きエアコンに限らず、冷却貯蔵庫や給湯器にも本発明は有効である。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、多段圧縮式のコンプレッサの第１の圧縮要素から吐出された冷媒を、第２の圧縮要素に吸引させること無くエバポレータに流すためのバイパス回路と、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を、第２の圧縮要素に吸い込ませるか、バイパス回路に流すかを制御するための流路制御手段とを備えているので、流路制御手段により、第１の圧縮要素から吐出された冷媒をバイパス回路に流すことで、冷媒を第１の圧縮要素とエバポレータの間で循環させ、エバポレータに寝込んでいるオイルを円滑に密閉容器内に回収することが可能となる。
【００４６】
これにより、冷媒回路内の冷媒の循環を円滑に行うことができ、コンプレッサ内のオイルレベルの低下を未然に阻止することができるようになる。従って、圧縮機構部の潤滑性能やシール性が低下してしまうのを防止することができ、コンプレッサの円滑な動作と運転を実現することができるようになるものである。
【００４７】
請求項２の発明では上記に加えて、バイパス回路を膨張弁の下流側に接続したので、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を膨張弁を経ること無く直接エバポレータに流入させ、冷媒回収に好適な冷媒循環量を確保することができるようになる。従って、エバポレータ内を流れる冷媒流量を増大させることが可能となるので、エバポレータ内に寝込んで溜まったオイルの回収を一層円滑に行うことができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷媒サイクル装置に使用する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実施例のエアコン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
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
１５４  ガスクーラ
１５６  膨張弁
１５７  エバポレータ
１５８  アキュムレータ
１６０  配管
１６１  制御装置
１６２  温度センサ
１６４  バイパス配管
１６６  第１の電磁弁
１７０  第２の電磁弁
【図１】
2004308489.tif 000003
【図２】
2004308489.tif 000004