JP2004251513A - 冷媒サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高圧の異常上昇による不都合の発生を未然に回避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】冷媒回路の中間圧領域の中間冷却回路１５０のガスクーラ１５４からコンプレッサ１０に至る冷媒導入管９２と低圧側の冷媒導入管９４とを連通するバイパス回路１７０と、このバイパス回路１７０に設けられた減圧手段としてのキャピラリチューブ１７２及びバイパス弁１７４とを備え、コンプレッサ１０の起動時に、図示しない制御装置に接続されたバイパス弁１７４によりバイパス回路１７０の流路を開放する。
【選択図】 図２
【解決手段】冷媒回路の中間圧領域の中間冷却回路１５０のガスクーラ１５４からコンプレッサ１０に至る冷媒導入管９２と低圧側の冷媒導入管９４とを連通するバイパス回路１７０と、このバイパス回路１７０に設けられた減圧手段としてのキャピラリチューブ１７２及びバイパス弁１７４とを備え、コンプレッサ１０の起動時に、図示しない制御装置に接続されたバイパス弁１７４によりバイパス回路１７０の流路を開放する。
【選択図】 図２
Description
【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、ロータリコンプレッサ（コンプレッサ）、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、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。
【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遷臨界冷媒サイクルを用いた装置が開発されて来ている。
【０００４】
このような冷媒サイクル装置では、コンプレッサ内に液冷媒が戻って、液圧縮することを防ぐために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸込側との間の低圧側にアキュムレータを配設し、このアキュムレータに液冷媒を溜め、ガスのみをコンプレッサに吸い込ませる構成とされていた。そして、アキュムレータ内の液冷媒がコンプレッサに戻らないように絞り手段を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００６】
しかしながら、冷媒サイクルの低圧側にアキュムレータを設けることは、その分多くの冷媒充填量を必要とする。また、液バックを防止するためには絞り手段の開度を小さくし、或いは、アキュムレータの容量を拡大しなければならず、冷却能力の低下や設置スペースの拡大を招く。そこで、係るアキュムレータを設けること無く、コンプレッサにおける液圧縮を解消するために、出願人は従来図４に示す冷媒サイクル装置の開発を試みた。
【０００７】
図４において、１０は内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを示しており、密閉容器１２内の電動要素１４とこの電動要素１４の回転軸１６で駆動される第１の回転圧縮要素３２及び第２の回転圧縮要素３４を備えて構成されている。
【０００８】
この場合の冷媒サイクル装置の動作を説明する。コンプレッサ１０の冷媒導入管９４から吸い込まれた低圧（ＬＰ）の冷媒は、第１の回転圧縮要素３２で圧縮されて中間圧（ＭＰ）となり、密閉容器１２内に吐出される。その後、冷媒導入管９２から出て中間冷却回路１５０Ａに流入する。中間冷却回路１５０Ａはガスクーラ１５４を通過するように設けられており、そこで、冷媒が空冷方式により放熱する。ここで中間圧の冷媒はガスクーラにて熱が奪われる。
【０００９】
その後、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれて２段目の圧縮が行われて高温高圧（ＨＰ）の冷媒ガスとなり、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。
【００１０】
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。冷媒はそこで蒸発器１５７を出た低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。その後、冷媒は膨張弁１５６にて減圧され、その過程でガス／液混合状態となり、次に蒸発器１５７に流入して蒸発する。蒸発器１５７から出た冷媒は内部熱交換器１６０を通過し、そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪って加熱される。
【００１１】
そして、内部熱交換器１６０で加熱された冷媒は冷媒導入管９４からロータリコンプレッサ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。このように、蒸発器１５７から出た冷媒を内部熱交換器１６０により高圧側の冷媒にて加熱することで過熱度を取ることができるようになり、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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一方、係る二酸化炭素を使用した冷媒サイクル装置では、高圧側の圧力が通常でも１２ＭＰａ以上まで上昇する。特に、コンプレッサを定速で運転した場合には、コンプレッサの起動時（プルダウン時）に高圧側の圧力は更に上昇し、図５に示す如く機器の設計圧（ＤＰ）を超えてしまい、機器の損傷を引き起こす恐れがある。そのため、インバータによりコンプレッサの回転数制御（容量制御）を実行するか、更にそれに加えて膨張弁の開度調整を行い、高圧側の圧力上昇を抑えて起動する必要があった。
【００１３】
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、コンプレッサが定速で運転される場合にも高圧側圧力の異常上昇による不都合の発生を未然に回避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。
【００１４】
【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、冷媒回路の中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた減圧手段及び弁装置とを備え、コンプレッサの起動時に、弁装置によりバイパス回路の流路を開放するので、中間圧領域の冷媒をバイパス回路から低圧側に逃がすことが可能となる。
【００１５】
中間圧領域の冷媒ガスが低圧側に流入することで、中間圧が低下し、これに伴い、高圧側の圧力も低下するので、コンプレッサが定速で運転される場合にも、起動時における高圧側圧力が異常上昇してしまう不都合を未然に回避し、耐久性の向上と円滑な運転を確保することができるようになる。また、中間圧領域の冷媒はバイパス回路に設けられた減圧手段にて減圧された後、低圧側に流入するので、低圧側の圧力が上がり過ぎる不都合を回避することができるようになる。
【００１６】
請求項２の発明では上記発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から所定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明では請求項１の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から冷媒回路内の冷媒の圧力が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明では請求項１の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から当該コンプレッサの駆動電流が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明では請求項１の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から冷媒回路内の冷媒の温度が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明では上記各発明に加えて、冷媒として二酸化炭素を使用するので環境問題にも寄与することができるようになる。
【００２１】
【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の回転圧縮要素（第１の圧縮要素）３２及び第２の回転圧縮要素（第２の圧縮要素）３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式の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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（ＭＰ）の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００２８】
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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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を出た冷媒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。
【００３２】
内部熱交換器１６０を通過した冷媒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の出口は蒸発器１５７の入口に接続され、蒸発器１５７を出た冷媒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。
【００３３】
また、冷媒回路には本発明における中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路１７０が設けられている。即ち、中間圧領域である中間冷却回路１５０のガスクーラ１５４からコンプレッサ１０に至る冷媒導入管９２の途中部からはバイパス回路１７０が分岐している（図１では示さず）。そして、バイパス回路１７０は冷媒回路における低圧側である冷媒導入管９４に接続されている。このバイパス回路１７０には、中間圧領域からの冷媒を減圧するための減圧手段としてのキャピラリチューブ１７２と、バイパス回路１７０の流路を開閉するための弁装置としてのバイパス弁１７４が設けられている。このバイパス弁１７４は図示しない制御装置にて開閉が制御される。尚、前記中間圧領域は第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒が、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれるまでの経路の全てが相当するものであり、バイパス回路１７０は、実施例の位置に限らず、中間圧の冷媒ガスが通過する経路と低圧の冷媒ガスが通過する経路とを連通するものであれば、接続箇所は特に限定されない。
【００３４】
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。尚、コンプレッサ１０の起動前には前記バイパス回路１７０のバイパス弁１７４は図示しない制御装置により閉じられているものとする。また、当該制御装置はコンプレッサ１０の電動要素１４を定速で運転するものであり、インバータなどの容量制御手段は用いない。即ち、制御装置によりターミナル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が回転し始める。この電動要素１４の起動に同期して上記制御装置はバイパス回路１７０のバイパス弁１７４を開放する。
【００３５】
前記ロータ２４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。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（ＬＰ：通常運転状態で４ＭＰａ程）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（ＭＰ：通常運転状態で８ＭＰａ程）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（ＭＰ）となる。
【００３６】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２に入り、スリーブ１４４から出て中間冷却回路１５０に流入する。そして、この中間冷却回路１５０に流入した冷媒ガスがガスクーラ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ので、密閉容器１２内の温度上昇を抑え、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率も向上させることができるようになる。
【００３７】
ガスクーラ１５４にて冷却された中間圧の冷媒ガスは上部支持部材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る。
【００３８】
ここで、コンプレッサ１０の電動要素１４はインバータなどを用いずに定速で運転されるため、その起動時には第２の回転圧縮要素３４の吐出側、即ち、高圧側の圧力は急激に上昇し、最悪の場合には冷媒回路の設計圧（耐圧限界）を超えてしまう場合もある。しかしながら、本発明では中間冷却回路１５０においてガスクーラ１５４で冷却された冷媒ガスの一部はガスクーラ１５４からコンプレッサ１０に至る冷媒導入管９２の途中部から分岐している前記バイパス回路１７０に流入し、そこでキャピラリチューブ１７２にて減圧された後、冷媒導入管９４に逃げる。そして、蒸発器１５７を経て内部熱交換器１６０からの低圧側の冷媒ガスと合流して第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０の低圧室側に吸入されることになる。これにより、中間圧領域の冷媒ガスの一部を冷媒導入管９４に逃がすことができるので、中間圧領域の冷媒圧力が低下する。
【００３９】
即ち、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒ガスの圧力が低下することで、第２の回転圧縮要素３４で圧縮される冷媒ガスの圧力上昇も抑えることができる。このように、本発明では中間圧の冷媒ガスの一部を冷媒導入管９４に逃がすので、図３に示すように中間圧領域の冷媒圧力が低下し、その結果、高圧側の冷媒の圧力上昇が抑えられる。これにより、コンプレッサ１０の起動時（プルダウン時）に第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスの圧力が異常に上昇して、冷媒回路内の冷媒配管等が劣化したり、最悪、破損すると云った不都合を回避することができるようになる。
【００４０】
また、冷媒ガスはバイパス回路１７０に設けられたキャピラリチューブ１７２にて減圧された後、冷媒導入管９４に供給されるので、低圧が必要以上に上昇し、中間圧が更に上昇するといった不都合も回避することができるようになる。更に、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒ガスはガスクーラ１５４を通過する過程で放熱し、バイパス回路１７０に設けられたキャピラリチューブ１７２にて減圧した後、低圧の冷媒ガスと合流する。このように、ガスクーラ１５４にて中間圧領域の冷媒ガスを冷却した後に、低圧側の冷媒と合流させることで、コンプレッサ１０の内部温度の上昇を防ぐことができるようになる。
【００４１】
尚、前記制御装置は、コンプレッサ１０を起動してから所定時間（１分乃至１０分）経過すると、バイパス弁１７４を閉じる。以後は第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、冷媒導入管９２に入り、スリーブ１４４を出て中間冷却回路１５０に流入し、ガスクーラ１５４にて放熱した冷媒ガスは全て、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ることになる。
【００４２】
他方、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た冷媒ガスは、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温高圧（ＨＰ：通常運転状態で１２ＭＰａ程）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おり、この冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスはガスクーラ１５４に流入する。
【００４３】
ガスクーラ１５４に流入した冷媒ガスは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。これにより、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、加熱作用を受ける。このように、蒸発器１５７で蒸発して低温となり、蒸発器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である。そこで、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、冷媒は過熱度が取れて完全に気体となる。これにより、低圧側にアキュムレータを設けること無く、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。
【００４６】
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３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。このとき、起動時（プルダウン時）以外の通常運転状態（安定時）では、冷媒の圧力は図３に示すように冷媒回路内の冷媒配管などの前記設計圧（ＤＰ）を超えること無く、安定した圧力で運転される。
【００４７】
このように、冷媒回路の中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路１７０と、当該バイパス回路１７０にキャピラリチューブ１７２及びバイパス弁１７４とを設けて、コンプレッサ１０の起動時等に、バイパス弁１７４によりバイパス回路１７０の流路を開放することで、中間圧領域の冷媒ガスを低圧側に逃がすことができるようになる。これにより、中間圧領域の冷媒圧力が低下し、第２の回転圧縮要素３４で圧縮される冷媒ガスの圧力上昇も抑えることができるようになる。このため、起動時に高圧側の冷媒の圧力が異常上昇して、当該冷媒ガスにより冷媒配管が劣化したり、最悪、破損すると云った不都合を回避することができるようになる。
【００４８】
これにより、冷媒サイクル装置の耐久性を確保することができ、信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４９】
更に、バイパス回路１７０に流入した冷媒ガスは当該バイパス回路１７０に設けられたキャピラリチューブ１７２にて減圧された後、低圧側に流入するので、当該冷媒が低圧側に流入することで、低圧が上昇して、中間圧が更に上昇するといった不都合も回避することができるようになる。
【００５０】
尚、本実施例では図示しない制御装置によりバイパス弁１７４をコンプレッサ１０の起動時から開放し、その後所定時間経過した時点で閉じることとしたが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、冷媒回路内の冷媒温度や冷媒圧力、若しくはコンプレッサの起動電流が所定値に到達するまでバイパス回路１７０の流路を開放するものであっても良い。また、上記冷媒回路内の冷媒温度によりバイパス回路への冷媒流通を制御する場合、冷媒温度としては、例えば、蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度を図示しない制御装置に接続された冷媒温度センサなどにより検出し、起動時からバイパス弁１７４を開いて、当該冷媒温度センサにて検出される蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度が所定値に低下した時点で閉じる制御を行っても良い。
【００５１】
また、実施例ではコンプレッサ１０は内部中間圧型の多段（２段）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定されるものではなく、３段以上の多段圧縮式のコンプレッサであっても本発明は有効である。尚、本実施例ではコンプレッサ１０を定速で運転するものとしたが、インバータによりコンプレッサの回転数制御するものに本発明を適応しても良い。この場合には、起動時の回転数制御をより容易に行うことができるようになるので、制御機能の簡素化を図ることができるようになる。
【００５２】
【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、冷媒回路の中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた減圧手段及び弁装置とを備え、コンプレッサの起動時に、請求項２乃至請求項５の如く弁装置によりバイパス回路の流路を開放するようにしたので、中間圧領域の冷媒をバイパス回路から低圧側に逃がすことが可能となる。
【００５３】
中間圧領域の冷媒ガスの圧力が低圧側に流入することで、中間圧が低下し、これに伴い、高圧側の冷媒ガスの圧力上昇も抑えることができるので、これにより、例えばコンプレッサが定速で運転される場合にも、起動時における高圧側圧力が異常上昇して、機器の損傷を引き起こすと云った不都合を未然に回避することができるようになる。
【００５４】
また、中間圧領域の冷媒はバイパス回路に設けられた減圧手段にて減圧した後、低圧側に流入するので、低圧が上がり過ぎる不都合を回避することができるようになる。
【００５５】
総じて、耐久性の向上と円滑な運転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信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５６】
特に、請求項６の如き高圧側の圧力が極めて高くなる二酸化炭素を冷媒として用いる装置に好適であると共に、係る二酸化炭素を冷媒として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。
【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実施例の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。
【図３】本発明の冷媒サイクル装置における冷媒圧力の推移を示す図である。
【図４】従来の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図５】従来の冷媒サイクル装置における冷媒圧力の推移を示す図である。
【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
１５０ 中間冷却回路
１５４ ガスクーラ
１５６ 膨張弁（絞り手段）
１５７ 蒸発器
１６０ 内部熱交換器
１７０ バイパス回路
１７２ キャピラリチューブ
１７４ バイパス弁
【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、ロータリコンプレッサ（コンプレッサ）、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、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。
【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遷臨界冷媒サイクルを用いた装置が開発されて来ている。
【０００４】
このような冷媒サイクル装置では、コンプレッサ内に液冷媒が戻って、液圧縮することを防ぐために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸込側との間の低圧側にアキュムレータを配設し、このアキュムレータに液冷媒を溜め、ガスのみをコンプレッサに吸い込ませる構成とされていた。そして、アキュムレータ内の液冷媒がコンプレッサに戻らないように絞り手段を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００６】
しかしながら、冷媒サイクルの低圧側にアキュムレータを設けることは、その分多くの冷媒充填量を必要とする。また、液バックを防止するためには絞り手段の開度を小さくし、或いは、アキュムレータの容量を拡大しなければならず、冷却能力の低下や設置スペースの拡大を招く。そこで、係るアキュムレータを設けること無く、コンプレッサにおける液圧縮を解消するために、出願人は従来図４に示す冷媒サイクル装置の開発を試みた。
【０００７】
図４において、１０は内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを示しており、密閉容器１２内の電動要素１４とこの電動要素１４の回転軸１６で駆動される第１の回転圧縮要素３２及び第２の回転圧縮要素３４を備えて構成されている。
【０００８】
この場合の冷媒サイクル装置の動作を説明する。コンプレッサ１０の冷媒導入管９４から吸い込まれた低圧（ＬＰ）の冷媒は、第１の回転圧縮要素３２で圧縮されて中間圧（ＭＰ）となり、密閉容器１２内に吐出される。その後、冷媒導入管９２から出て中間冷却回路１５０Ａに流入する。中間冷却回路１５０Ａはガスクーラ１５４を通過するように設けられており、そこで、冷媒が空冷方式により放熱する。ここで中間圧の冷媒はガスクーラにて熱が奪われる。
【０００９】
その後、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれて２段目の圧縮が行われて高温高圧（ＨＰ）の冷媒ガスとなり、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。
【００１０】
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。冷媒はそこで蒸発器１５７を出た低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。その後、冷媒は膨張弁１５６にて減圧され、その過程でガス／液混合状態となり、次に蒸発器１５７に流入して蒸発する。蒸発器１５７から出た冷媒は内部熱交換器１６０を通過し、そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪って加熱される。
【００１１】
そして、内部熱交換器１６０で加熱された冷媒は冷媒導入管９４からロータリコンプレッサ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。このように、蒸発器１５７から出た冷媒を内部熱交換器１６０により高圧側の冷媒にて加熱することで過熱度を取ることができるようになり、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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一方、係る二酸化炭素を使用した冷媒サイクル装置では、高圧側の圧力が通常でも１２ＭＰａ以上まで上昇する。特に、コンプレッサを定速で運転した場合には、コンプレッサの起動時（プルダウン時）に高圧側の圧力は更に上昇し、図５に示す如く機器の設計圧（ＤＰ）を超えてしまい、機器の損傷を引き起こす恐れがある。そのため、インバータによりコンプレッサの回転数制御（容量制御）を実行するか、更にそれに加えて膨張弁の開度調整を行い、高圧側の圧力上昇を抑えて起動する必要があった。
【００１３】
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、コンプレッサが定速で運転される場合にも高圧側圧力の異常上昇による不都合の発生を未然に回避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。
【００１４】
【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、冷媒回路の中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた減圧手段及び弁装置とを備え、コンプレッサの起動時に、弁装置によりバイパス回路の流路を開放するので、中間圧領域の冷媒をバイパス回路から低圧側に逃がすことが可能となる。
【００１５】
中間圧領域の冷媒ガスが低圧側に流入することで、中間圧が低下し、これに伴い、高圧側の圧力も低下するので、コンプレッサが定速で運転される場合にも、起動時における高圧側圧力が異常上昇してしまう不都合を未然に回避し、耐久性の向上と円滑な運転を確保することができるようになる。また、中間圧領域の冷媒はバイパス回路に設けられた減圧手段にて減圧された後、低圧側に流入するので、低圧側の圧力が上がり過ぎる不都合を回避することができるようになる。
【００１６】
請求項２の発明では上記発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から所定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明では請求項１の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から冷媒回路内の冷媒の圧力が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明では請求項１の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から当該コンプレッサの駆動電流が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明では請求項１の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から冷媒回路内の冷媒の温度が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明では上記各発明に加えて、冷媒として二酸化炭素を使用するので環境問題にも寄与することができるようになる。
【００２１】
【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の回転圧縮要素（第１の圧縮要素）３２及び第２の回転圧縮要素（第２の圧縮要素）３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式の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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（ＭＰ）の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００２８】
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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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を出た冷媒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。
【００３２】
内部熱交換器１６０を通過した冷媒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の出口は蒸発器１５７の入口に接続され、蒸発器１５７を出た冷媒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。
【００３３】
また、冷媒回路には本発明における中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路１７０が設けられている。即ち、中間圧領域である中間冷却回路１５０のガスクーラ１５４からコンプレッサ１０に至る冷媒導入管９２の途中部からはバイパス回路１７０が分岐している（図１では示さず）。そして、バイパス回路１７０は冷媒回路における低圧側である冷媒導入管９４に接続されている。このバイパス回路１７０には、中間圧領域からの冷媒を減圧するための減圧手段としてのキャピラリチューブ１７２と、バイパス回路１７０の流路を開閉するための弁装置としてのバイパス弁１７４が設けられている。このバイパス弁１７４は図示しない制御装置にて開閉が制御される。尚、前記中間圧領域は第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒が、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれるまでの経路の全てが相当するものであり、バイパス回路１７０は、実施例の位置に限らず、中間圧の冷媒ガスが通過する経路と低圧の冷媒ガスが通過する経路とを連通するものであれば、接続箇所は特に限定されない。
【００３４】
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。尚、コンプレッサ１０の起動前には前記バイパス回路１７０のバイパス弁１７４は図示しない制御装置により閉じられているものとする。また、当該制御装置はコンプレッサ１０の電動要素１４を定速で運転するものであり、インバータなどの容量制御手段は用いない。即ち、制御装置によりターミナル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が回転し始める。この電動要素１４の起動に同期して上記制御装置はバイパス回路１７０のバイパス弁１７４を開放する。
【００３５】
前記ロータ２４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。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（ＬＰ：通常運転状態で４ＭＰａ程）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（ＭＰ：通常運転状態で８ＭＰａ程）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（ＭＰ）となる。
【００３６】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２に入り、スリーブ１４４から出て中間冷却回路１５０に流入する。そして、この中間冷却回路１５０に流入した冷媒ガスがガスクーラ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ので、密閉容器１２内の温度上昇を抑え、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率も向上させることができるようになる。
【００３７】
ガスクーラ１５４にて冷却された中間圧の冷媒ガスは上部支持部材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る。
【００３８】
ここで、コンプレッサ１０の電動要素１４はインバータなどを用いずに定速で運転されるため、その起動時には第２の回転圧縮要素３４の吐出側、即ち、高圧側の圧力は急激に上昇し、最悪の場合には冷媒回路の設計圧（耐圧限界）を超えてしまう場合もある。しかしながら、本発明では中間冷却回路１５０においてガスクーラ１５４で冷却された冷媒ガスの一部はガスクーラ１５４からコンプレッサ１０に至る冷媒導入管９２の途中部から分岐している前記バイパス回路１７０に流入し、そこでキャピラリチューブ１７２にて減圧された後、冷媒導入管９４に逃げる。そして、蒸発器１５７を経て内部熱交換器１６０からの低圧側の冷媒ガスと合流して第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０の低圧室側に吸入されることになる。これにより、中間圧領域の冷媒ガスの一部を冷媒導入管９４に逃がすことができるので、中間圧領域の冷媒圧力が低下する。
【００３９】
即ち、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒ガスの圧力が低下することで、第２の回転圧縮要素３４で圧縮される冷媒ガスの圧力上昇も抑えることができる。このように、本発明では中間圧の冷媒ガスの一部を冷媒導入管９４に逃がすので、図３に示すように中間圧領域の冷媒圧力が低下し、その結果、高圧側の冷媒の圧力上昇が抑えられる。これにより、コンプレッサ１０の起動時（プルダウン時）に第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスの圧力が異常に上昇して、冷媒回路内の冷媒配管等が劣化したり、最悪、破損すると云った不都合を回避することができるようになる。
【００４０】
また、冷媒ガスはバイパス回路１７０に設けられたキャピラリチューブ１７２にて減圧された後、冷媒導入管９４に供給されるので、低圧が必要以上に上昇し、中間圧が更に上昇するといった不都合も回避することができるようになる。更に、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒ガスはガスクーラ１５４を通過する過程で放熱し、バイパス回路１７０に設けられたキャピラリチューブ１７２にて減圧した後、低圧の冷媒ガスと合流する。このように、ガスクーラ１５４にて中間圧領域の冷媒ガスを冷却した後に、低圧側の冷媒と合流させることで、コンプレッサ１０の内部温度の上昇を防ぐことができるようになる。
【００４１】
尚、前記制御装置は、コンプレッサ１０を起動してから所定時間（１分乃至１０分）経過すると、バイパス弁１７４を閉じる。以後は第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、冷媒導入管９２に入り、スリーブ１４４を出て中間冷却回路１５０に流入し、ガスクーラ１５４にて放熱した冷媒ガスは全て、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ることになる。
【００４２】
他方、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た冷媒ガスは、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温高圧（ＨＰ：通常運転状態で１２ＭＰａ程）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おり、この冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスはガスクーラ１５４に流入する。
【００４３】
ガスクーラ１５４に流入した冷媒ガスは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。これにより、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、加熱作用を受ける。このように、蒸発器１５７で蒸発して低温となり、蒸発器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である。そこで、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、冷媒は過熱度が取れて完全に気体となる。これにより、低圧側にアキュムレータを設けること無く、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。
【００４６】
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３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。このとき、起動時（プルダウン時）以外の通常運転状態（安定時）では、冷媒の圧力は図３に示すように冷媒回路内の冷媒配管などの前記設計圧（ＤＰ）を超えること無く、安定した圧力で運転される。
【００４７】
このように、冷媒回路の中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路１７０と、当該バイパス回路１７０にキャピラリチューブ１７２及びバイパス弁１７４とを設けて、コンプレッサ１０の起動時等に、バイパス弁１７４によりバイパス回路１７０の流路を開放することで、中間圧領域の冷媒ガスを低圧側に逃がすことができるようになる。これにより、中間圧領域の冷媒圧力が低下し、第２の回転圧縮要素３４で圧縮される冷媒ガスの圧力上昇も抑えることができるようになる。このため、起動時に高圧側の冷媒の圧力が異常上昇して、当該冷媒ガスにより冷媒配管が劣化したり、最悪、破損すると云った不都合を回避することができるようになる。
【００４８】
これにより、冷媒サイクル装置の耐久性を確保することができ、信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４９】
更に、バイパス回路１７０に流入した冷媒ガスは当該バイパス回路１７０に設けられたキャピラリチューブ１７２にて減圧された後、低圧側に流入するので、当該冷媒が低圧側に流入することで、低圧が上昇して、中間圧が更に上昇するといった不都合も回避することができるようになる。
【００５０】
尚、本実施例では図示しない制御装置によりバイパス弁１７４をコンプレッサ１０の起動時から開放し、その後所定時間経過した時点で閉じることとしたが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、冷媒回路内の冷媒温度や冷媒圧力、若しくはコンプレッサの起動電流が所定値に到達するまでバイパス回路１７０の流路を開放するものであっても良い。また、上記冷媒回路内の冷媒温度によりバイパス回路への冷媒流通を制御する場合、冷媒温度としては、例えば、蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度を図示しない制御装置に接続された冷媒温度センサなどにより検出し、起動時からバイパス弁１７４を開いて、当該冷媒温度センサにて検出される蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度が所定値に低下した時点で閉じる制御を行っても良い。
【００５１】
また、実施例ではコンプレッサ１０は内部中間圧型の多段（２段）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定されるものではなく、３段以上の多段圧縮式のコンプレッサであっても本発明は有効である。尚、本実施例ではコンプレッサ１０を定速で運転するものとしたが、インバータによりコンプレッサの回転数制御するものに本発明を適応しても良い。この場合には、起動時の回転数制御をより容易に行うことができるようになるので、制御機能の簡素化を図ることができるようになる。
【００５２】
【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、冷媒回路の中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた減圧手段及び弁装置とを備え、コンプレッサの起動時に、請求項２乃至請求項５の如く弁装置によりバイパス回路の流路を開放するようにしたので、中間圧領域の冷媒をバイパス回路から低圧側に逃がすことが可能となる。
【００５３】
中間圧領域の冷媒ガスの圧力が低圧側に流入することで、中間圧が低下し、これに伴い、高圧側の冷媒ガスの圧力上昇も抑えることができるので、これにより、例えばコンプレッサが定速で運転される場合にも、起動時における高圧側圧力が異常上昇して、機器の損傷を引き起こすと云った不都合を未然に回避することができるようになる。
【００５４】
また、中間圧領域の冷媒はバイパス回路に設けられた減圧手段にて減圧した後、低圧側に流入するので、低圧が上がり過ぎる不都合を回避することができるようになる。
【００５５】
総じて、耐久性の向上と円滑な運転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信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５６】
特に、請求項６の如き高圧側の圧力が極めて高くなる二酸化炭素を冷媒として用いる装置に好適であると共に、係る二酸化炭素を冷媒として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。
【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実施例の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。
【図３】本発明の冷媒サイクル装置における冷媒圧力の推移を示す図である。
【図４】従来の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図５】従来の冷媒サイクル装置における冷媒圧力の推移を示す図である。
【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
１５０ 中間冷却回路
１５４ ガスクーラ
１５６ 膨張弁（絞り手段）
１５７ 蒸発器
１６０ 内部熱交換器
１７０ バイパス回路
１７２ キャピラリチューブ
１７４ バイパス弁
Claims (6)
- 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と共に、前記コンプレッサは、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、前記冷媒回路の低圧側から前記第１の圧縮要素に冷媒を吸い込んで圧縮し、当該第１の圧縮要素から吐出された中間圧の冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込み、圧縮して前記冷媒回路の高圧側に吐出する冷媒サイクル装置において、
前記冷媒回路の中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路と、
該バイパス回路に設けられた減圧手段及び弁装置とを備え、
前記コンプレッサの起動時に、前記弁装置により前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする冷媒サイクル装置。 - 前記弁装置により、前記コンプレッサの起動から所定時間前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
- 前記弁装置により、前記コンプレッサの起動から前記冷媒回路内の冷媒の圧力が所定値に到達するまで前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
- 前記弁装置により、前記コンプレッサの起動から当該コンプレッサの駆動電流が所定値に到達するまで前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
- 前記弁装置により、前記コンプレッサの起動から前記冷媒回路内の冷媒の温度が所定値に到達するまで前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
- 前記冷媒として二酸化炭素を使用することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の冷媒サイクル装置。
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