(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内にモーターと、ピストンがシリンダー内を往復運動する低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備えた往復動式の二段圧縮機と、前記高段圧縮要素の吐出側と配管接続した凝縮器と、前記凝縮器の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置と、前記低段圧縮要素の吐出側ならびに前記高段圧縮要素の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプと、前記中間圧用膨張装置と前記中間圧用吸入パイプとの間に配管接続された中間圧用蒸発器と、前記凝縮器の出口側あるいは前記中間圧用膨張装置の出口側と配管接続した低圧用膨張装置と、前記低圧用膨張装置と前記二段圧縮機の低段圧縮要素の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器とからなり、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素の吸入側とが前記密閉容器内に連通した二段圧縮冷凍冷蔵装置。
【請求項２】
密閉容器内にモーターと、ピストンがシリンダー内を往復運動する低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備えた往復動式の二段圧縮機と、前記高段圧縮要素の吐出側と配管接続した凝縮器と、前記凝縮器の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置と、前記低段圧縮要素の吐出側ならびに前記高段圧縮要素の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプと、前記中間圧用膨張装置と前記中間圧用吸入パイプとの間に配管接続された中間圧用蒸発器と、前記凝縮器の出口側あるいは前記中間圧用膨張装置の出口側と配管接続した低圧用膨張装置と、前記低圧用膨張装置と前記二段圧縮機の低段圧縮要素の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器とからなり、前記低段圧縮要素の吸入側が前記密閉容器内に連通した二段圧縮冷凍冷蔵装置。
【請求項３】
低段圧縮要素の気筒容積ＶＬと高段圧縮要素の気筒容積ＶＨの比ＶＨ／ＶＬが０．５〜１．３の範囲に設定された請求項１または請求項２に記載の二段圧縮冷凍冷蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの圧縮要素を持つ二段圧縮機を備えた二段圧縮冷凍冷蔵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍機器分野において、低温熱源および高温熱源確保の一環として、高圧縮比運転に適した多段圧縮機を用いた二段圧縮冷凍装置が提案されている。従来の二段圧縮冷凍装置として、例えば特開平５−１３３３６８号公報に示されているものがある。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来の二段圧縮冷凍装置の一例について説明する。
【０００４】
図１１は従来の二段圧縮機を使用した二段圧縮冷凍サイクルの配管系統図である。
【０００５】
図１１において、１は二段圧縮機で、２は凝縮器、３は第１膨張弁、４は気液分離機、５は第２膨張弁、６は蒸発器、７はアキュムレータであり、これらが順次配管により接続されている。８は密閉容器であり、密閉容器８内の上部空間にはモーター９、その下部には二段圧縮機構１０が配置され、その外周部および底部が油溜１１として構成されている。二段圧縮機構１０は、上部の高段圧縮要素１２と下部の低段圧縮要素１３と両圧縮要素（１２，１３）の間に配置された平板形状の中板１４とからなる。１５は第１偏心部１５ａと第２偏心部１５ｂを持つクランクシャフトであり、モーター９のローター９ａに固定されている。１６、１７はクランクシャフト１５の第１偏心部１５ａと第２偏心部１５ｂに装着された第１ピストンおよび第２ピストンである。高段圧縮要素１２の気筒容積は、低段圧縮要素１３の気筒容積の約４５〜６５％に設定されている。低段圧縮要素１３の吐出側と高段圧縮要素１２の吸入側とは連通路１８を介して連通している。１９は冷媒インジェクション通路であり、連通路１８と気液分離機４の下流側とを連通している。
【０００６】
以上のように構成された二段圧縮冷凍装置について、以下その動作を説明する。
【０００７】
モーター３によってクランクシャフト１５が回転すると、低段圧縮要素１３はアキュームレータ７から冷媒ガスを吸入して圧縮し、連通路１８に吐出する。低段圧縮要素１３から連通路１８に吐出された冷媒ガスは、冷媒インジェクション通路１９からの冷媒ガスと混合して、高段圧縮要素１２の吸入側から吸入され、再び圧縮される。高段圧縮要素１２で圧縮された冷媒ガスは、密閉容器８内に一旦吐出された後に、配管を介して凝縮器２に送られる。凝縮器２で冷媒ガスは放熱して凝縮されて液冷媒になった後、第１膨張弁３により減圧される。そして、気液分離器４に流入し、一部はそこで蒸発する。これにより、気液分離器４内底部には液冷媒が貯溜され、気液分離器４内上部には一段膨張した飽和ガス冷媒が溜まる。そして、気液分離器４内からは液冷媒のみが第２膨張弁５方向に流出し、そこで減圧されて蒸発器６に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪うことによって蒸発器６は冷却作用を発揮する。そして、蒸発器６を出た低温ガス冷媒はアキュームレータ７を経て二段圧縮機１に帰還し、再び低段圧縮要素１３に吸入される。
【０００８】
一方、気液分離器４内上部の飽和ガス冷媒は、冷媒インジェクション通路１９を経て連通路１８に流入する。そこで、低段圧縮要素１３から吐出された冷媒ガスの温度を下げるため、高段圧縮要素１２が吸入する冷媒ガスの温度を下げることができ、効率を向上することができる。また、高段圧縮要素１２の吐出ガスの温度も低くなるため、圧縮機の過熱を防止でき、潤滑油の粘度低下による潤滑不良や潤滑油の劣化を防止できる。
【０００９】
このように二段圧縮冷凍サイクルを使用した方が、一段圧縮冷凍サイクルを使用する場合よりも冷凍サイクルの効率が向上し、圧縮機の信頼性が向上する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、二段圧縮冷凍サイクルを、例えば冷凍冷蔵庫等の冷凍と冷蔵等の２つ以上の温度帯を必要とする装置に適用する場合には、最も温度の低い冷凍室の庫内温度が−１８℃〜−２２℃程度に設定されるため、蒸発器６の蒸発温度はそれより低い約−３０℃前後にする必要があった。一方、蒸発温度が高いほど圧縮機の効率は高くなるため、できるだけ蒸発温度を高く設計する必要があるが、前記した冷凍室の庫内温度の制限から蒸発温度はある値以下に制限される。このため、庫内温度が３℃〜７℃程度である冷蔵室の冷却にも、−３０℃前後の蒸発器６で冷却した低温の冷気を使用しなければならず、蒸発温度が低いため冷却システムの効率が悪くなることに加えて、冷蔵室庫内の温度制御の精度が悪くなると共に庫内各部の温度が不均一になるという欠点があった。
【００１１】
本発明は従来の課題を解決するもので、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室の各庫内温度に適した蒸発温度を持つ２つの蒸発器と二段圧縮機を備えることにより、各庫内の温度制御の精度を高めると共に庫内各部の温度の均一化が図れ、更に高効率で消費電力が少なく、また信頼性の高い二段圧縮冷凍冷蔵装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、上記従来の構成は、蒸発器６のみで冷却作用を得る必要があるために、気液分離器４から分流する冷媒循環量は冷媒インジェクション通路１９側よりも第２膨張弁５側の方が多くなる。そのため、二段圧縮機１の高段圧縮要素１２の気筒容積は低段圧縮要素１３の気筒容積の約４５〜６５％に設定されている。この二段圧縮機１を、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室の各庫内温度に適した２つの蒸発器を持つ冷凍サイクルに適用する場合には、高段圧縮要素１２の気筒容積が低段圧縮要素１３の気筒容積よりかなり小さいために、冷蔵室用の蒸発器の冷凍能力が小さくなり、冷凍室と冷蔵室を適正に冷却することができない可能性があるという欠点があった。
【００１３】
本発明の他の目的は、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室の各庫内温度に適した蒸発温度を持つ２つの蒸発器と二段圧縮機を備え、かつ高段圧縮要素の気筒容積と低段圧縮要素の気筒容積の比率を適正にすることにより、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室などの異なる温度帯の庫内のどちらか一方が冷凍能力不足になったり、冷凍能力過剰になること無く、各庫内を適正に冷却でき、かつ高効率で消費電力の少ない二段圧縮冷凍冷蔵装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、密閉容器内にモーターと、ピストンがシリンダー内を往復運動する低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備えた往復動式の二段圧縮機と、前記高段圧縮要素の吐出側と配管接続した凝縮器と、前記凝縮器の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置と、前記低段圧縮要素の吐出側ならびに前記高段圧縮要素の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプと、前記中間圧用膨張装置と前記中間圧用吸入パイプとの間に配管接続された中間圧用蒸発器と、前記凝縮器の出口側あるいは前記中間圧用膨張装置の出口側と配管接続した低圧用膨張装置と、前記低圧用膨張装置と前記二段圧縮機の低段圧縮要素の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器とからなり、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素の吸入側とが前記密閉容器内に連通した構成としたのである。
【００１５】
これにより、冷凍冷蔵装置の２つの蒸発器はそれぞれ、冷凍室と冷蔵室等の各庫内温度に適した蒸発温度にすることができ、各庫内の温度制御の精度が高くなると共に庫内各部の温度の均一化が図れる。また、特に中間圧用蒸発器の蒸発温度を高く設定できるため圧縮機の効率が向上すると共に、各庫内を必要以上に温度の低い冷気で冷却することが無いため冷凍サイクル全体の効率が向上する。更に、密閉容器内が中間圧力になっているため、低段圧縮要素ならびに高段圧縮要素のそれぞれの圧縮室内と密閉容器内との圧力差が小さく、各圧縮要素と密閉容器内の間での冷媒ガスの漏れ量を少なくすることができ、二段圧縮機の冷凍能力、ならびに効率を向上することができる。
【００１６】
また、本発明は、密閉容器内にモーターと、ピストンがシリンダー内を往復運動する低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備えた往復動式の二段圧縮機と、前記高段圧縮要素の吐出側と配管接続した凝縮器と、前記凝縮器の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置と、前記低段圧縮要素の吐出側ならびに前記高段圧縮要素の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプと、前記中間圧用膨張装置と前記中間圧用吸入パイプとの間に配管接続された中間圧用蒸発器と、前記凝縮器の出口側あるいは前記中間圧用膨張装置の出口側と配管接続した低圧用膨張装置と、前記低圧用膨張装置と前記二段圧縮機の低段圧縮要素の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器とからなり、前記低段圧縮要素の吸入側が前記密閉容器内に連通した構成としたのである。
【００１７】
これにより、冷凍冷蔵装置の２つの蒸発器はそれぞれ、冷凍室と冷蔵室等の各庫内温度に適した蒸発温度にすることができ、各庫内の温度制御の精度が高くなると共に庫内各部の温度の均一化が図れる。また、特に中間圧用蒸発器の蒸発温度を高く設定できるため圧縮機の効率が向上すると共に、各庫内を必要以上に温度の低い冷気で冷却することが無いため冷凍サイクル全体の効率が向上する。更に、密閉容器内が低圧になっており、低圧用蒸発器から戻ってくる温度の低い冷媒ガスで密閉容器内の各圧縮要素やモータを冷却できるので、各圧縮要素の過熱を防止でき信頼性が向上すると共に、モータの温度低下によりモータ効率を向上することができる。
【００２０】
また、本発明は、低段圧縮要素の気筒容積ＶＬと高段圧縮要素の気筒容積ＶＨの比ＶＨ／ＶＬが０．５〜１．３の範囲に設定された構成としたのである。
【００２１】
これにより、冷凍冷蔵装置の２つの蒸発器はそれぞれ、冷凍室と冷蔵室等の各庫内温度に適した蒸発温度にすることができ、各庫内の温度制御の精度が高くなると共に庫内各部の温度の均一化が図れる。また、特に中間圧用蒸発器の蒸発温度を高く設定できるため圧縮機の効率が向上すると共に、各庫内を必要以上に温度の低い冷気で冷却することが無いため冷凍サイクル全体の効率が向上する。更に、高段圧縮要素の気筒容積と低段圧縮要素の気筒容積の比率を適正にすることにより、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室などの異なる温度帯の庫内のどちらか一方が冷凍能力不足になったり、冷凍能力過剰になること無く、各庫内を適正に冷却でき、かつ高効率で消費電力を少なくすることができる。また、高圧、低圧、中間圧の各圧力に応じた気筒容積の比率にすることにより、モータの最大トルクとトルク変動を小さくすることができ、モータ効率の向上と振動低減ができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内にモーターと、ピストンがシリンダー内を往復運動する低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備えた往復動式の二段圧縮機と、前記高段圧縮要素の吐出側と配管接続した凝縮器と、前記凝縮器の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置と、前記低段圧縮要素の吐出側ならびに前記高段圧縮要素の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプと、前記中間圧用膨張装置と前記中間圧用吸入パイプとの間に配管接続された中間圧用蒸発器と、前記凝縮器の出口側あるいは前記中間圧用膨張装置の出口側と配管接続した低圧用膨張装置と、前記低圧用膨張装置と前記二段圧縮機の低段圧縮要素の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器とからなり、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素の吸入側とが前記密閉容器内に連通した構成としたものであり、冷凍冷蔵装置の２つの蒸発器は、蒸発圧力がそれぞれ低圧と中間圧になるため、冷凍室と冷蔵室等の各庫内温度に適した蒸発器温度にそれぞれすることができ、各庫内の温度制御の精度が高くなると共に庫内各部の温度の均一化が図れる。また、特に中間圧用蒸発器の蒸発温度を高く設定できることから、圧縮機の効率が向上すると共に、各庫内を必要以上に温度の低い冷気で冷却することが無いため冷凍サイクル全体の効率が向上する。更に、低段圧縮要素の吐出側と高段圧縮要素の吸入側とが密閉容器内に連通しているため、密閉容器内が中間圧力になり、低段圧縮要素ならびに高段圧縮要素のそれぞれの圧縮室内と密閉容器内との圧力差が小さく、各圧縮要素と密閉容器内の間での冷媒ガスの漏れ量を少なくすることができ、二段圧縮機の冷凍能力、ならびに効率を向上することができるという作用を有する。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、密閉容器内にモーターと、ピストンがシリンダー内を往復運動する低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備えた往復動式の二段圧縮機と、前記高段圧縮要素の吐出側と配管接続した凝縮器と、前記凝縮器の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置と、前記低段圧縮要素の吐出側ならびに前記高段圧縮要素の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプと、前記中間圧用膨張装置と前記中間圧用吸入パイプとの間に配管接続された中間圧用蒸発器と、前記凝縮器の出口側あるいは前記中間圧用膨張装置の出口側と配管接続した低圧用膨張装置と、前記低圧用膨張装置と前記二段圧縮機の低段圧縮要素の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器とからなり、前記低段圧縮要素の吸入側が前記密閉容器内に連通した構成としたものであり、冷凍冷蔵装置の２つの蒸発器は、蒸発圧力がそれぞれ低圧と中間圧になるため、冷凍室と冷蔵室等の各庫内温度に適した蒸発器温度にそれぞれすることができ、各庫内の温度制御の精度が高くなると共に庫内各部の温度の均一化が図れる。また、特に中間圧用蒸発器の蒸発温度を高く設定できることから、圧縮機の効率が向上すると共に、各庫内を必要以上に温度の低い冷気で冷却することが無いため冷凍サイクル全体の効率が向上する。更に、低段圧縮要素の吸入側が密閉容器内に連通しているため、密閉容器内が低圧になり、低圧用蒸発器から戻ってくる温度の低い冷媒ガスで密閉容器内の各圧縮要素やモータを冷却できるので、各圧縮要素の過熱を防止でき信頼性が向上すると共に、モータの温度低下によりモータ効率を向上することができるという作用を有する。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明に、さらに、低段圧縮要素の気筒容積ＶＬと高段圧縮要素の気筒容積ＶＨの比ＶＨ／ＶＬが０．５〜１．３の範囲に設定するように構成されたものであり、請求項1あるいは請求項２あるいは請求項３に記載の発明の作用に加えて、高段圧縮要素の気筒容積と低段圧縮要素の気筒容積の比率を適正にすることにより、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室などの異なる温度帯の庫内のどちらか一方が冷凍能力不足になったり、冷凍能力過剰になること無く、各庫内を適正に冷却でき、かつ高効率で消費電力を少なくするという作用を有する。また、高圧、低圧、中間圧の各圧力に応じた気筒容積の比率にすることにより、モータの最大トルクとトルク変動を小さくすることができ、モータ効率の向上と振動低減ができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明による二段圧縮冷凍冷蔵装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１による二段圧縮冷凍冷蔵装置の冷媒回路図を示す。図２は同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の平面断面図を示す。図３は同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の縦断面図を示す。図4は同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図である。
【００３１】
図１、図２、図3、図4において、２０は、密閉容器２１内にモーター２２と低段圧縮要素２３と高段圧縮要素２４とを備えた二段圧縮機である。２５は高段圧縮要素２４の吐出側と配管接続した凝縮器であり、２６は凝縮器２５の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置である。２７は低段圧縮要素２３の吐出側ならびに高段圧縮要素２４の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプであり、２８は中間圧用膨張装置２６と中間圧用吸入パイプ２７との間に配管接続された中間圧用蒸発器である。２９は凝縮器２５の出口側と配管接続した低圧用膨張装置であり、３０は低圧用膨張装置２９と二段圧縮機２０の低段圧縮要素２３の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器である。低段圧縮要素２３の吐出側と高段圧縮要素２４の吸入側は密閉容器２１内に連通している。
【００３２】
低段圧縮要素２３は、シリンダー３１、ピストン３２、コンロッド３３、吸入マフラー３４、吐出マフラー３５等からなり、高段圧縮要素２４も同様にシリンダー３６、ピストン３７、コンロッド３８、吸入マフラー３９、吐出マフラー４０等からなる。モーター２２は、クランクシャフト４１に固定されたローター４２、ステーター４３により構成されている。クランクシャフト４１は偏心部４１ａを有し、偏心部４１ａとピストン３２、３７はそれぞれコンロッド３３、３８により連結されている。４２は密閉容器２１に固定され、吸入マフラー３４と低圧用蒸発器３０を連通する低圧用吸入パイプである。４３は密閉容器２１に固定された吐出パイプであり、一端が吐出管４４を介して吐出マフラー４０に連通し、他端が配管を介して凝縮器２５に連通している。４５は潤滑油で、密閉容器２１の下部に貯溜している。
【００３３】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００３４】
モーター２２によってクランクシャフト４１が回転すると、コンロッド３３、３８によりピストン３２、３７はそれぞれシリンダー３１、３６内を往復運動する。そして、低段圧縮要素２３は、低圧用蒸発器３０から低圧用吸入パイプ４２、吸入マフラー３４を介してシリンダー３１内に冷媒ガスを吸入した後、中間圧まで圧縮して吐出マフラー３５を介して密閉容器２１内に吐出する。吐出マフラー３５から吐出された冷媒ガスは、中間圧用吸入パイプ２７から密閉容器２１内に流入する冷媒ガスと混合して、高段圧縮要素２４の吸入マフラー３９からシリンダー３６内に吸入され、再び圧縮される。高段圧縮要素２４で圧縮された冷媒ガスは、吐出マフラー４０、吐出管４４、吐出パイプ４３を通って凝縮器２５に送られる。凝縮器２５で冷媒ガスは放熱して凝縮されて液冷媒になった後、２つの流路に分かれる。一方は、中間圧用膨張装置２６に流れて減圧され、中間圧用蒸発器２８に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪うことによって中間圧用蒸発器２８は冷却作用を発揮する。そして、中間圧用蒸発器２８を出た冷媒ガスは中間圧用吸入パイプ２７を経て二段圧縮機１に帰還する。
【００３５】
凝縮器２５からの他方の液冷媒は、低圧用膨張装置２９に流れて減圧され、低圧用蒸発器３０に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪うことによって低圧用蒸発器２８は冷却作用を発揮する。そして、低圧用蒸発器３０を出た冷媒ガスは低圧用吸入パイプ４２を経て二段圧縮機１に帰還し、再び低段圧縮要素２３に吸入される。
【００３６】
また、潤滑油４５はクランクシャフト４１の下端部から遠心力によって吸い上げられ、クランクシャフト４１の各摺動部を潤滑した後、偏心部４１ａの上端部から遠心力によって飛散して、ピストン３２、３７とシリンダー３１、３６の摺動部やコンロッド３３、３８の摺動部を潤滑する。
【００３７】
本実施例の冷凍サイクルは図４に示されるように、中間圧用蒸発器２８内の冷媒は中間圧に、低圧用蒸発器３０内の冷媒は低圧になる。この冷凍サイクルを冷凍冷蔵装置に適用する場合、中間圧用蒸発器２８を冷蔵用に使用し、低圧用蒸発器３０を冷凍用に使用する。そのため、冷凍室と冷蔵室等の各庫内温度に適した蒸発器温度にそれぞれすることができる。例えば、冷蔵室の温度を３℃〜７℃、冷凍室の温度を−１８℃〜−２２℃に設定する場合には、中間圧用蒸発器２８の蒸発温度を０℃〜−１０℃程度に、低圧用蒸発器３０の蒸発温度を−２５℃〜−３５℃程度に設定することができ、各庫内の温度と蒸発温度の差が小さいため、各庫内の温度制御の精度が高くなると共に庫内各部の温度の均一化が図れる。また、特に中間圧用蒸発器２８の蒸発温度を高く設定できることから、二段圧縮機２０の効率が向上すると共に、各庫内を必要以上に温度の低い冷気で冷却することが無いため冷凍サイクル全体の効率が向上する。
【００３８】
更に、低段圧縮要素２３の吐出側と高段圧縮要素２４の吸入側とが密閉容器２０内に連通しているため、密閉容器２０内が中間圧力になり、低段圧縮要素２３ならびに高段圧縮要素２４のそれぞれのシリンダー３１、３６内と密閉容器２１内との圧力差が小さく、各圧縮要素と密閉容器２１内の間での冷媒ガスの漏れ量を少なくすることができ、二段圧縮機２０の冷凍能力、ならびに効率を向上することができる。
【００３９】
以上のように本実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置は、密閉容器２１内にモーター２２と低段圧縮要素２３と高段圧縮要素２４とを備えた二段圧縮機２０と、高段圧縮要素２４の吐出側と配管接続した凝縮器２５と、凝縮器２５の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置２６と、低段圧縮要素２３の吐出側ならびに高段圧縮要素２４の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプ２７と、中間圧用膨張装置２６と中間圧用吸入パイプ２７との間に配管接続された中間圧用蒸発器２８と、凝縮器２５の出口側あるいは中間圧用膨張装置２６の出口側と配管接続した低圧用膨張装置２９と、低圧用膨張装置２９と二段圧縮機２０の低段圧縮要素２３の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器３０とからなり、低段圧縮要素２３の吐出側と高段圧縮要素２４の吸入側とが密閉容器２１内に連通した構成となっているので、各庫内の温度制御の精度を高めると共に庫内各部の温度の均一化が図れ、更に高効率で消費電力が少ない二段圧縮冷凍冷蔵装置とすることができる。
【００４０】
（実施例２）
図５は本発明の実施例２による二段圧縮冷凍冷蔵装置の冷媒回路図を示す。図６は同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の平面断面図を示す。
【００４１】
以下、図面を参照しながら説明するが、実施例１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。  図５、図６において、４６は、低段圧縮要素４７と高段圧縮要素４８とを備えた二段圧縮機である。４９は低段圧縮要素４７の吐出側ならびに高段圧縮要素４８の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプである。５０は密閉容器２１に固定された低圧用吸入パイプであり、低圧用蒸発器３０と密閉容器２１内を連通している。また、低段圧縮要素４７の吸入側は吸入マフラー５１から密閉容器２１内に連通している。５２は高段圧縮要素４８の吸入マフラーであり、中間圧用吸入パイプ４９と連通している。５３は吐出マフラー５４と吸入マフラー５２を連通する連通管である。
【００４２】
以上のように構成された二段圧縮冷凍冷蔵装置について、以下その動作を説明する。
【００４３】
二段圧縮機４６の内部構成以外は実施例１と同じなので、本冷凍サイクルによる効果は実施例１とほぼ同様に得られる。すなわち、各庫内の温度制御の精度を高めると共に庫内各部の温度の均一化が図れ、更に高効率で消費電力を少なくすることができる。
【００４４】
本実施例では、低段圧縮要素４７の吸入側が密閉容器２１内に連通しているため、密閉容器２１内が低圧になり、低圧用蒸発器３０から戻ってくる温度の低い冷媒ガスで密閉容器２１内の低段圧縮要素４７、高段圧縮要素４８やモータ２２を冷却できるので、各圧縮要素４７、４８の過熱を防止でき信頼性が向上すると共に、モータ２２の温度低下によりモータ効率を向上することができる。
【００４５】
以上のように本実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置は、密閉容器２１内にモーター２２と低段圧縮要素４７と高段圧縮要素４８とを備えた二段圧縮機４６と、高段圧縮要素４８の吐出側と配管接続した凝縮器２８と、凝縮器２８の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置２６と、低段圧縮要素４７の吐出側ならびに高段圧縮要素４８の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプ４９と、中間圧用膨張装置２６と中間圧用吸入パイプ４９との間に配管接続された中間圧用蒸発器２８と、凝縮器２５の出口側あるいは中間圧用膨張装置２６の出口側と配管接続した低圧用膨張装置２９と、低圧用膨張装置２９と二段圧縮機４６の低段圧縮要素４７の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器３０とからなり、低段圧縮要素４７の吸入側が密閉容器２１内に連通した構成となっているので、各庫内の温度制御の精度を高めると共に庫内各部の温度の均一化が図れ、更に高効率で消費電力を少なくすることができ、更に二段圧縮機４６の信頼性を向上させ、モータ効率を向上することができる。
【００４６】
（実施例３）
図７は本発明の実施例３による二段圧縮冷凍冷蔵装置の冷媒回路図を示す。図８は同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の平面断面図を示す。
【００４７】
以下、図面を参照しながら説明するが、実施例１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。図８、図９において、５５は、低段圧縮要素５６と高段圧縮要素５７とを備えた二段圧縮機である。５８は低段圧縮要素５６の吐出側ならびに高段圧縮要素５７の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプである。５９は高段圧縮要素５７の吸入マフラーであり、中間圧用吸入パイプ５８と連通している。６０は吐出マフラー６１と吸入マフラー５９を連通する連通管である。６２は密閉容器２１に固定された吐出パイプであり、一端が密閉容器２１内に連通し、他端が配管を介して凝縮器２５に連通している。また、高段圧縮要素５７の吐出側は吐出マフラー６３から密閉容器２１内に連通している。
【００４８】
以上のように構成された二段圧縮冷凍冷蔵装置について、以下その動作を説明する。
【００４９】
二段圧縮機５５の内部構成以外は実施例１と同じなので、本冷凍サイクルによる効果は実施例１とほぼ同様に得られる。すなわち、各庫内の温度制御の精度を高めると共に庫内各部の温度の均一化が図れ、更に高効率で消費電力を少なくすることができる。
【００５０】
本実施例では、高段圧縮要素５７の吐出側が密閉容器２１内に連通しているため、密閉容器２１内が高圧になり、密閉容器２１内の圧力がシリンダー３１、３６内の圧力よりも高くなる。そのため、クランクシャフト４１の偏心部４１ａからシリンダー３１、３６部に飛散した潤滑油４５は、圧力差によりシリンダー３１、３６とピストン３２、３７のそれぞれの隙間に流入して、ピストン３２、３７とシリンダー３１、３６等の摺動部の潤滑性が向上して信頼性を向上することができる。
【００５１】
以上のように本実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置は、密閉容器２１内にモーター２２と低段圧縮要素５６と高段圧縮要素５７とを備えた二段圧縮機５５と、高段圧縮要素５７の吐出側と配管接続した凝縮器２５と、凝縮器２５の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置２６と、低段圧縮要素５６の吐出側ならびに高段圧縮要素５７の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプ５８と、中間圧用膨張装置２６と中間圧用吸入パイプ５８との間に配管接続された中間圧用蒸発器２８と、凝縮器２５の出口側あるいは中間圧用膨張装置２６の出口側と配管接続した低圧用膨張装置２９と、低圧用膨張装置２９と二段圧縮機５５の低段圧縮要素５６の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器３０とからなり、高段圧縮要素５７の吐出側が密閉容器２１内に連通した構成となっているので、各庫内の温度制御の精度を高めると共に庫内各部の温度の均一化が図れ、更に高効率で消費電力を少なくすることができ、更に圧力差により密閉容器２１内から低段圧縮要素５６ならびに高段圧縮要素５７それぞれのシリンダー３１、３６内への潤滑油４５の供給が十分にでき、ピストン３２、３７とシリンダー３１、３６等の摺動部の潤滑性が向上して信頼性を向上することができる。
【００５２】
（実施例４）
図９は本発明の実施例４による二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の縦断面図を示す。
【００５３】
以下、図面を参照しながら説明するが、実施例１あるいは実施例２あるいは実施例３と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。  図９において、６４は、低段圧縮要素６５と高段圧縮要素６６とを備えた二段圧縮機である。低段圧縮要素６５は、シリンダー６６、ピストン６７、コンロッド６８、吸入マフラー３４、吐出マフラー３５等からなり、高段圧縮要素６６も同様にシリンダー６９、ピストン７０、コンロッド７１、吸入マフラー３９、吐出マフラー４０等からなる。低段圧縮要素６５の気筒容積ＶＬと高段圧縮要素６６の気筒容積ＶＨの比ＶＨ／ＶＬは０．５〜１．３の範囲に設定されている。
【００５４】
以上のように構成された二段圧縮冷凍冷蔵装置について、以下その動作を説明する。
【００５５】
二段圧縮機６４の気筒容積の比ＶＨ／ＶＬ以外は実施例１あるいは実施例２あるいは実施例３と同じなので、本冷凍サイクルによる効果は実施例１あるいは実施例２あるいは実施例３とほぼ同様に得られる。すなわち、各庫内の温度制御の精度を高めると共に庫内各部の温度の均一化が図れ、更に高効率で消費電力が少なく、また信頼性を高くすることができる。
【００５６】
本実施例では、低段圧縮要素６５の気筒容積ＶＬと高段圧縮要素６９の気筒容積ＶＨの比ＶＨ／ＶＬは０．５〜１．３の範囲に設定しており、その効果を以下に説明する。
【００５７】
一般に冷凍冷蔵庫は、冷凍室の庫内容積に対する冷蔵室の庫内容積の比率は、１．５〜４．０程度になり冷蔵室の方が大きいが、冷凍室の方をより低温にすることから必要な冷凍能力はこの比率より小さくなる。そのため、冷凍室の必要冷凍能力に対する冷蔵室の必要冷凍能力の比は、０．５〜１．１程度になる。
【００５８】
例えば、パーシャル室等を含めた冷蔵室の温度を−５℃〜７℃、冷凍室の温度を−２２℃〜−１８℃に設定する場合には、中間圧用蒸発器２８の蒸発温度を−２０℃〜０℃程度に、低圧用蒸発器３０の蒸発温度を−３５℃〜−２５℃程度に設定する。これらの蒸発温度のときに、冷凍室と冷蔵室との冷凍能力の比率を前記した０．５〜１．１にする場合には、発明者の検討によれば、低段圧縮要素６５の気筒容積ＶＬと高段圧縮要素６９の気筒容積ＶＨの比ＶＨ／ＶＬは０．５〜１．３にすれば良いことが計算と実験から分かっている。
【００５９】
ＶＨ／ＶＬの値が小さ過ぎると、高段圧縮側の冷媒循環量が減少し、中間圧用蒸発器２８の冷凍能力が小さくなって、冷蔵室の庫内温度が上昇する等の悪影響が現れる。一方、ＶＨ／ＶＬの値が大き過ぎると、低段圧縮側の冷媒循環量が減少し、低圧用蒸発器３０の冷凍能力が小さくなって、冷凍室の庫内温度が上昇する等の悪影響が現れる。
【００６０】
従って、高段圧縮要素６６の気筒容積と低段圧縮要素６４の気筒容積の比率を適正にすることにより、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室などの異なる温度帯の庫内のどちらか一方が冷凍能力不足になったり、冷凍能力過剰になること無く、各庫内を適正に冷却でき、かつ高効率で消費電力を少なくすることができる。
【００６１】
更に、圧縮機運転中において、高圧と中間圧の差圧が中間圧と低圧の差圧より大きい場合は、高段圧縮要素６６の気筒容積を低段圧縮要素６４の気筒容積より小さくすることにより、高段圧縮要素６６の圧縮に必要なトルクと低段圧縮要素６４の圧縮に必要なトルクの差が小さくなり、モータ２２の最大トルクとトルク変動を小さくすることができ、モータ効率の向上と振動低減ができる。この場合、各気筒容積の調整はピストン６７、７０の外径の変更により行う。また、逆に高圧と中間圧の差圧が中間圧と低圧の差圧より小さい場合は、高段圧縮要素６６の気筒容積を低段圧縮要素６４の気筒容積より大きくすることにより、同様の効果が得られる。
【００６２】
以上のように本実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置は、低段圧縮要素６５の気筒容積ＶＬと高段圧縮要素６６の気筒容積ＶＨの比ＶＨ／ＶＬが０．５〜１．３の範囲に設定された構成となっているので、実施例１あるいは実施例２あるいは実施例３の効果に加えて、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室などの異なる温度帯の庫内のどちらか一方が冷凍能力不足になったり、冷凍能力過剰になること無く、各庫内を適正に冷却でき、かつ高効率で消費電力を少なくすることができる。また、高圧、低圧、中間圧の各圧力に応じた気筒容積の比率にすることにより、モータ２２の最大トルクとトルク変動を小さくすることができ、モータ効率の向上と振動低減ができる。
【００６３】
（実施例５）
図１０は本発明の実施例５による二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の平面断面図を示す。
【００６４】
以下、図面を参照しながら説明するが、実施例１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。  図１０において、７２は、低段圧縮要素２３と高段圧縮要素７３とを備えた二段圧縮機である。７４は低段圧縮要素２３の吐出側ならびに高段圧縮要素７３の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプである。７５は高段圧縮要素７３の吸入マフラーである。中間圧用吸入パイプ７４の密閉容器２１内への開口部が高段側圧縮要素７３の吸入マフラー７５にわずかな隙間を介して連通している。
【００６５】
以上のように構成された二段圧縮冷凍冷蔵装置について、以下その動作を説明する。
【００６６】
二段圧縮機４６の内部構成以外は実施例１と同じなので、本冷凍サイクルによる効果は実施例１とほぼ同様に得られる。すなわち、各庫内の温度制御の精度を高めると共に庫内各部の温度の均一化が図れ、更に高効率で消費電力を少なくすることができる。
【００６７】
本実施例では、中間圧用吸入パイプ７４の密閉容器２１内への開口部が高段側圧縮要素７３の吸入マフラー７５にわずかな隙間を介して連通しているため、中間圧用蒸発器２８から中間圧用吸入パイプ７４を通って密閉容器２１内に戻ってきた冷媒ガスは、わずかな隙間を介して高段圧縮要素７３の吸入側にある吸入マフラー７５に吸入される。そのため、冷媒ガスは、低段圧縮要素２３や高段圧縮要素７３やモータ２２からの受熱の影響が小さく、温度上昇が小さく抑えられる。従って、吸入される冷媒ガスの密度が大きくなり、冷媒循環量が多くなると共に効率を向上することができる。
【００６８】
更に、中間圧用吸入パイプ７４と高段圧縮要素７３の吸入側が直接接続される場合に比べて、わずかな隙間があるために高段圧縮要素７３からの圧力脈動は密閉容器２１内に拡散し、中間圧用吸入パイプ７４に伝わり難く、騒音の発生を防止できる。
【００６９】
以上のように本実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置は、中間圧用吸入パイプ７４の密閉容器２１内への開口部が高段側圧縮要素７３の吸入側にわずかな隙間を介して連通する構成となっているので、実施例１の効果に加えて、中間圧用蒸発器２８から中間圧用吸入パイプ７４を通って密閉容器２１内に戻ってきた冷媒ガスは、わずかな隙間を介して高段圧縮要素７３の吸入側に吸入されるため、各圧縮要素やモータ２２からの受熱の影響が小さく、温度上昇が小さく抑えられる。そのため、吸入される冷媒ガスの密度が大きくなり、冷媒循環量が多くなると共に効率を向上することができる。更に、高段圧縮要素からの圧力脈動は密閉容器内に拡散し、中間圧用吸入パイプに伝わり難く、騒音の発生を防止できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、密閉容器内にモーターと、ピストンがシリンダー内を往復運動する低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備えた往復動式の二段圧縮機と、前記高段圧縮要素の吐出側と配管接続した凝縮器と、前記凝縮器の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置と、前記低段圧縮要素の吐出側ならびに前記高段圧縮要素の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプと、前記中間圧用膨張装置と前記中間圧用吸入パイプとの間に配管接続された中間圧用蒸発器と、前記凝縮器の出口側あるいは中間圧用膨張装置の出口側と配管接続した低圧用膨張装置と、前記低圧用膨張装置と前記二段圧縮機の前記低段圧縮要素の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器とからなり、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素の吸入側とが密閉容器内に連通した構成となっているので、冷凍冷蔵装置の２つの蒸発器はそれぞれ、冷凍室と冷蔵室等の各庫内温度に適した蒸発温度にすることができ、各庫内の温度制御の精度が高くなると共に庫内各部の温度の均一化が図れる。また、特に中間圧用蒸発器の蒸発温度を高く設定できるため圧縮機の効率が向上すると共に、各庫内を必要以上に温度の低い冷気で冷却することが無いため冷凍サイクル全体の効率が向上する。更に、密閉容器内が中間圧力になっているため、低段圧縮要素ならびに高段圧縮要素のそれぞれの圧縮室内と密閉容器内との圧力差が小さく、各圧縮要素と密閉容器内の間での冷媒ガスの漏れ量を少なくすることができ、二段圧縮機の冷凍能力、ならびに効率を向上することができる。
【００７１】
また、請求項２に記載の発明は、密閉容器内にモーターと、ピストンがシリンダー内を往復運動する低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備えた往復動式の二段圧縮機と、前記高段圧縮要素の吐出側と配管接続した凝縮器と、前記凝縮器の出口側と配管接続した中間圧用膨張装置と、前記低段圧縮要素の吐出側ならびに前記高段圧縮要素の吸入側と共に連通する中間圧用吸入パイプと、前記中間圧用膨張装置と前記中間圧用吸入パイプとの間に配管接続された中間圧用蒸発器と、前記凝縮器の出口側あるいは前記中間圧用膨張装置の出口側と配管接続した低圧用膨張装置と、前記低圧用膨張装置と前記二段圧縮機の前記低段圧縮要素の吸入側との間に配管接続された低圧用蒸発器とからなり、前記低段圧縮要素の吸入側が前記密閉容器内に連通した構成となっているので、冷凍冷蔵装置の２つの蒸発器は、蒸発圧力がそれぞれ低圧と中間圧になるため、冷凍室と冷蔵室等の各庫内温度に適した蒸発器温度にそれぞれすることができ、各庫内の温度制御の精度が高くなると共に庫内各部の温度の均一化が図れる。また、特に中間圧用蒸発器の蒸発温度を高く設定できることから、圧縮機の効率が向上すると共に、各庫内を必要以上に温度の低い冷気で冷却することが無いため冷凍サイクル全体の効率が向上する。更に、低段圧縮要素の吸入側が密閉容器内に連通しているため、密閉容器内が低圧になり、低圧用蒸発器から戻ってくる温度の低い冷媒ガスで密閉容器内の各圧縮要素やモータを冷却できるので、各圧縮要素の過熱を防止でき信頼性が向上すると共に、モータの温度低下によりモータ効率を向上することができる。
【００７３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明に加えて、低段圧縮要素の気筒容積ＶＬと高段圧縮要素の気筒容積ＶＨの比ＶＨ／ＶＬが０．５〜１．３の範囲に設定された構成となっているので、更に、冷凍冷蔵装置の冷凍室と冷蔵室などの異なる温度帯の庫内のどちらか一方が冷凍能力不足になったり、冷凍能力過剰になること無く、各庫内を適正に冷却でき、かつ高効率で消費電力を少なくすることができる。また、高圧、低圧、中間圧の各圧力に応じた気筒容積の比率にすることにより、モータの最大トルクとトルク変動を小さくすることができ、モータ効率の向上と振動低減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二段圧縮冷凍冷蔵装置の実施例１の冷媒回路図
【図２】同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の平面断面図
【図３】同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の縦断面図
【図４】同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図
【図５】本発明による二段圧縮冷凍冷蔵装置の実施例２の冷媒回路図
【図６】同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の平面断面図
【図７】本発明による二段圧縮冷凍冷蔵装置の実施例３の冷媒回路図
【図８】同実施例の二段圧縮冷凍冷蔵装置に使用する二段圧縮機の平面断面図
【図９】本発明による二段圧縮冷凍冷蔵装置の実施例４における二段圧縮機の縦断面図
【図１０】本発明による二段圧縮冷凍冷蔵装置の実施例５における二段圧縮機の平面断面図
【図１１】従来の二段圧縮機を使用した二段圧縮冷凍サイクルの配管系統図
【符号の説明】
２０  二段圧縮機
２１  密閉容器
２２  モータ
２３  低段圧縮要素
２４  高段圧縮要素
２５  凝縮器
２６  中間圧用膨張装置
２７  中間圧用吸入パイプ
２８  中間圧用蒸発器
２９  低圧用膨張装置
３０  低圧用蒸発器
４６  二段圧縮機
４７  低段圧縮要素
４８  高段圧縮要素
４９  中間圧用吸入パイプ
５５  二段圧縮機
５６  低段圧縮要素
５７  高段圧縮要素
５８  中間圧用吸入パイプ
６４  二段圧縮機
６５  低段圧縮要素
６６  高段圧縮要素
７２  二段圧縮機
７３  高段圧縮要素
７４  中間圧用吸入パイプ
【図１】
0003847493.tif 000002
【図２】
0003847493.tif 000003
【図３】
0003847493.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003847493.tif 000009
【図９】
0003847493.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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