JP2004332693A - 冷媒サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽負荷時におけるコンプレッサの不安定な運転状況を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】冷媒として二酸化炭素を用いると共に、軽負荷時に第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒の一部を第１の回転圧縮要素３２の吸込側に戻すための冷媒導入管９２の途中部から分岐したバイパス回路１００と、このバイパス回路１００を開閉するバイパス弁１０１と、このバイパス弁１０１の開閉を制御する制御装置１１０を備える。
【選択図】 図２
【解決手段】冷媒として二酸化炭素を用いると共に、軽負荷時に第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒の一部を第１の回転圧縮要素３２の吸込側に戻すための冷媒導入管９２の途中部から分岐したバイパス回路１００と、このバイパス回路１００を開閉するバイパス弁１０１と、このバイパス弁１０１の開閉を制御する制御装置１１０を備える。
【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、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）及びエバポレータ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きている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００５】
しかしながら、係る冷媒サイクル装置を冷蔵庫や自動販売機などを冷却する冷却装置として使用する場合、二酸化炭素は圧縮比が非常に高く、冷媒サイクル内に吐出される冷媒ガスの温度が高くなる関係上、エバポレータにおいて所望の冷却能力を得ることが困難であった。そこで、エバポレータにおける冷却能力の向上を図るために、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。
【０００６】
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。即ち、コンプレッサ１０の冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素に吸い込まれた冷媒ガスは、第１の回転圧縮要素のシリンダ４０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４０の高圧室側から吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器１２内に吐出される。密閉容器１２内に吐出された冷媒は冷媒導入管９２を経て第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８の低圧室側に吸い込まれて、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。
【０００７】
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された後、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。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、次にエバポレータ１５７に流入して蒸発する。エバポレータ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。
【０００８】
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。
【０００９】
このように、ガスクーラ１５４から出た冷媒を内部放熱器１６０により低圧側の冷媒にて冷却することで、冷媒の過冷却度が大きくなるので、エバポレータにおける冷却能力の向上を図ることができるようになる。また、エバポレータ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冷媒の過熱度を取ることができるので、低圧側のアキュムレータを廃止することもできるようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記シリンダ３８、４０に設けたれたベーンはシリンダの半径方向に形成された溝内に移動自在に取り付けられている。係るベーンはローラに押し付けられてシリンダ内を低圧室側と高圧室側に区画するものである。そして、各ベーンの後側には当該ベーンをローラ側に付勢するスプリングが設けられる。また、第１の回転圧縮要素３２のシリンダ４０のベーンの溝にはベーンをローラ側に付勢するための密閉容器１２内と連通する背圧室が設けられ、背圧室には密閉容器１２内の中間圧が加えられて、ベーンをローラ側に付勢している。
【００１１】
他方、第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８のベーンの溝にはベーンをローラ側に付勢するための背圧室が設けられ、背圧室には第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高圧冷媒ガスが加えられて、ベーンをローラ側に付勢している。
【００１２】
このような冷媒サイクル装置では外気温が低い等の軽負荷時（低負荷時）において、コンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２で冷媒が過圧縮されると、実質的に第２の回転圧縮要素３４で圧縮が成されない恐れがある。
【００１３】
この場合、第２の回転圧縮要素３４の吸込側の中間圧と吐出側の高圧との圧力差が殆ど無いため、シリンダ３８内に設けられたベーンがローラを充分に付勢することができず、ベーン飛びを起こすなど、コンプレッサの運転状況が不安定になると云う問題が生じていた。
【００１４】
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、軽負荷時におけるコンプレッサの不安定な運転状況を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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明では、冷媒として二酸化炭素を用いると共に、軽負荷時に第１の圧縮要素から吐出された冷媒の一部を当該第１の圧縮要素の吸込側に戻すためのバイパス回路と、このバイパス回路を開閉する弁装置と、この弁装置の開閉を制御する制御手段を備えるので、弁装置により第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒量を制御することができるようになり、軽負荷時における第１及び第２の圧縮要素の仕事量の割合を調整することができるようになる。
【００１６】
請求項２の冷媒サイクル装置は上記発明に加えて、第１及び第２の圧縮要素は回転圧縮要素から成り、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を密閉容器内に吐出し、この密閉容器内の中間圧の冷媒を第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ので、軽負荷時に第２の圧縮要素の仕事量を増加させることができ、第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスの圧力と第２の圧縮要素から吐出される冷媒ガスの圧力差を確保することができるようになる。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。尚、コンプレッサ１０の電動要素１４は直巻き式のＤＣモータであり、インバータにより回転数及びトルク制御が行われる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
第１の回転圧縮要素３２の前記ベーン５２の背面側には、バネ部材としてのスプリング７６が設けられ、このスプリング７６はベーン５２の背面側端部に当接し、ベーン５２を常時ローラ４８側に付勢する。更に、スプリング７６の背面側（密閉容器１２側）は密閉容器１２内と連通しており、スプリング７６と共に密閉容器１２内の中間圧がベーン５２を常時ローラ４８側に付勢している。
【００２３】
また、第２の回転圧縮要素３４の前記ベーン５０の背面側には、バネ部材としてのスプリング７４が設けられ、このスプリング７４はベーン５０の背面側端部に当接し、ベーン５０を常時ローラ４６側に付勢する。更に、スプリング７４の背面側（密閉容器１２側）には図示しない背圧室が設けられており、この背圧室は第２の回転圧縮要素３４の吐出側と連通しており、第２の回転圧縮要素３４の吐出側の圧力がスプリング７４と共にベーン５０を常時ローラ４６側に付勢している。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に図２において、実施例の冷媒サイクル装置は室内を空調するエアコンとして使用されるものであり、上述したコンプレッサ１０は図２に示す冷媒サイクル装置の冷媒回路の一部を構成する。即ち、冷媒サイクル装置の冷媒回路は室外側に設置されたコンプレッサ１０、ガスクーラ１５４及び内部熱交換器１６０と、室内側に設置された膨張弁１５６、エバポレータ１５７及びアキュムレータ１６５とから構成されている。そして、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。
【００３０】
内部熱交換器１６０を通過した配管は室内側に設けられた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を出た配管はアキュムレータ１６５に接続されている。そして、アキュムレータ１６５を出た配管は室外側に設けられた内部熱交換器１６０を通過してコンプレッサ１０の冷媒導入管９４に接続される。
【００３１】
ここで、冷媒回路には本発明の軽負荷時（低負荷時）に第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒の一部を第１の回転圧縮要素３２の吸込側に戻すためのバイパス回路１００が設けられている。即ち、冷媒導入管９２の途中部からはバイパス回路１００が分岐している（図１では示さず）。そして、バイパス回路１００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１００には、弁装置としてのバイパス弁１０１が設けられている。このバイパス弁１０１は、モータ駆動式の電磁弁であり制御手段としての制御装置１１０により弁の開閉が制御されている。
【００３２】
また、冷媒吐出管９６には第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高温高圧の冷媒ガスの圧力を検出するための圧力センサ１０２が設けられており、当該圧力センサ１０２は、制御装置１１０に接続されている。
【００３３】
以上の構成で次に図３のｐ−ｈ線図（モリエル線図）を参照しながら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１００のバイパス弁１０１は制御装置１１０により閉じられているものとする。制御装置１１０はコンプレッサ１０の電動要素１４を前記インバータより起動する。これにより、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。
【００３４】
コンプレッサ１０の電動要素１４は始めインバータにより低速にて起動される。ここで、制御装置１１０は圧力センサ１０２にて検出される高圧側圧力が所定の圧力より低い場合には、バイパス弁１０１を開いて、バイパス回路１００の流路を開放する。
【００３５】
そして、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（図３の▲１▼の状態）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。
【００３６】
密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２を経て上部支持部材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。
【００３７】
ここで、冷媒サイクル装置が軽負荷で制御されている場合、制御装置１１０によりバイパス回路のバイパス弁１０１が開放されているため、冷媒導入管９２を流れる冷媒ガスの一部は冷媒導入管９２の途中部から分岐している前記バイパス回路１００に流入し、冷媒導入管９４に逃げる。
【００３８】
そして、エバポレータ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、中間圧の冷媒圧力が低下する（図３の▲２▼の状態）。
【００３９】
第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる中間圧の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において圧縮が行われるようになる。即ち、軽負荷時において第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒が全て第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれた場合、第１の回転圧縮要素３２で冷媒が所定の仕事分、圧縮され（図３の▲２▼”の状態）、第２の回転圧縮要素３４で冷媒が殆ど圧縮されない。
【００４０】
この状態を図３を用いて説明する。図３の▲２▼”に示すように第１の回転圧縮要素３２で冷媒が所定の仕事分圧縮されると、図３の▲３▼で示すように第２の回転圧縮要素３４で圧縮が殆ど行われず、第２の回転圧縮要素３４の吸込側と吐出側の圧力差が非常に小さくなる。
【００４１】
ここで、第２の回転圧縮要素３４のベーン５０には、当該ベーン５０の後側からベーン５０をローラ４６側に付勢するために第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高圧の冷媒ガスが背圧としてかけられているが、前述の如く第２の回転圧縮要素３４の吸込側と吐出側の圧力差が殆ど無い状態では、ベーン５０をローラ４６側に充分に付勢することができず、ベーン飛びが生じやすくなる。これにより、第２の回転圧縮要素３４の運転挙動が不安定となると云った不都合が生じていた。
【００４２】
しかしながら、本発明では第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された中間圧の冷媒ガスの一部は冷媒導入管９２の途中部から分岐しているバイパス回路１００に入り、バイパス弁１０１を経て冷媒導入管９４に流入する。そして、エバポレータ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、図３の▲２▼のように中間圧の冷媒圧力が低下する。
【００４３】
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で仕事（圧縮）が行われるようになるため、第２の回転圧縮要素３２の吸込側の圧力と吐出側の圧力差を確保するこことができるようになる。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の一部を、冷媒導入管９２の途中部から分岐したバイパス回路１００を介して第１の回転圧縮要素３２の吸込側の冷媒導入管９４に逃がすことで、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒の圧力が低下するため、第２の回転圧縮要素３４において圧縮が行われるようになる。これにより、軽負荷時においてコンプレッサの運転効率を低下させることなく、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４における仕事量（圧縮量）の割合を調整することができるようになる。
【００４４】
従って、第２の回転圧縮要素３４のローラ４６を付勢しているベーン５０の付勢力を維持することができるようになり、第２の回転圧縮要素３４の不安定な運転挙動を未然に回避することができるようになる。
【００４５】
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。
【００４６】
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（図３の▲４▼の状態）、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（図３の▲５▼の状態）。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、エバポレータ１５７における冷媒の冷却能力が向上する。
【００４７】
内部熱交換器１６０で冷却された高圧側の冷媒ガスは室内側の膨張弁１５６に至る。冷媒は膨張弁１５６における圧力低下により、気体／液体の二相混合体とされ（図３の▲６▼の状態）、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して、室内を冷却する。
【００４８】
その後、冷媒はエバポレータ１５７から流出して（図３の▲７▼の状態）、アキュムレータ１６５を経て室外側の内部熱交換器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（図３の▲１▼の状態）、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。
【００４９】
一方、冷媒サイクル装置を更に低圧で制御する場合、制御装置１１０は圧力センサ１０２にて検出される高圧側圧力に基づいて、バイパス弁１０１の開度を大きくする。バイパス弁１０１の開度を大きくすることで、バイパス回路１００を経て低圧側に流入する冷媒量が更に多くなる。これにより、中間圧が更に低下し、第２の回転圧縮要素３４における仕事量を更に増やすことができるようになる。即ち、高圧側の圧力が更に低下する制御が行われると、第１の回転圧縮要素３２のみでの圧縮となり、第２の回転圧縮要素３４で実質的に仕事（圧縮）が成されない状態となり易いが、前述の如く制御装置１１０によりバイパス弁１０１の開度を大きくし、より多くの中間圧の冷媒ガスを低圧側に逃がすことで、中間圧がより一層低下し、第２の回転圧縮要素３４にて圧縮が行われるようになる。これにより、より軽負荷時であっても第２の回転圧縮要素３４の吸込側と吐出側の圧力差を確保することができるようになる。
【００５０】
他方、圧力センサ１０２にて検出される高圧側の圧力が所定の圧力に上昇すると、制御装置１１０はバイパス弁１０１を閉じてバイパス回路１００を流路を閉塞する。これにより、密閉容器１２内に吐出され（図３の▲２▼’の状態）、冷媒導入管９２を流れる冷媒は、全て第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８内に吸い込まれるようになる。そして、冷媒は第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温高圧の冷媒ガスとなり、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（図３の▲３▼’の状態）。
【００５１】
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。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（図３の▲４▼’の状態）、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（図３の▲５▼’の状態）、室内側の膨張弁１５６に至る。冷媒は膨張弁１５６における圧力低下により、気体／液体の二相混合体とされ（図３の▲６▼’の状態）、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して、室内を冷却する。
【００５２】
その後、冷媒はエバポレータ１５７から流出して（図３の▲７▼’の状態）、アキュムレータ１６５を経て室外側の内部熱交換器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（図３の▲１▼’の状態）、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。
【００５３】
このように、制御装置１１０により圧力センサ１０２にて検出される高圧側の圧力に基づいて、バイパス弁１０１の開度が変更され、第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８内に吸い込まれる中間圧の冷媒ガスの容量を調節することができるので、第２の回転圧縮要素３４のベーン飛び等の不安定な運転挙動を回避することができ、冷媒サイクル装置の耐久性及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５４】
尚、本実施例ではエバポレータ１５７とコンプレッサ１０の間の低圧側にアキュムレータ１６５を設けるものとしたが、内部熱交換器１６０及びバイパス回路１００からの中間圧の冷媒ガスにより低圧側の冷媒の過熱度をとることができるので、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することができる。
【００５５】
また、本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。
【００５６】
【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、冷媒として二酸化炭素を用いると共に、軽負荷時に第１の圧縮要素から吐出された冷媒の一部を当該第１の圧縮要素の吸込側に戻すためのバイパス回路と、このバイパス回路を開閉する弁装置と、この弁装置の開閉を制御する制御手段を備えるので、弁装置により第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒量を制御することができるようになり、軽負荷時における第１及び第２の圧縮要素の仕事量の割合を調整することができるようになる。
【００５７】
請求項２の発明の冷媒サイクル装置によれば上記発明に加えて、第１及び第２の圧縮要素は回転圧縮要素から成り、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を密閉容器内に吐出し、この密閉容器内の中間圧の冷媒を第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ので、軽負荷時に第２の圧縮要素の仕事量を増加させることができ、第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスの圧力と第２の圧縮要素から吐出される冷媒ガスの圧力差を確保することができるようになる。
【００５８】
これにより、軽負荷時においてコンプレッサの運転効率を低下させることなく、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒の容量制御を行うことができるようになり、第２の回転圧縮要素のベーン飛び等の不安定な運転挙動を未然に回避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】図２の冷媒サイクル装置のｐ−ｈ線図である。
【図４】従来の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【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 バイパス回路
１０１ バイパス弁
１０２ 圧力センサ
１１０ 制御装置
１５４ ガスクーラ
１５６ 膨張弁（絞り手段）
１５７ エバポレータ
１６０ 内部熱交換器
１６５ アキュムレータ
【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）及びエバポレータ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きている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００５】
しかしながら、係る冷媒サイクル装置を冷蔵庫や自動販売機などを冷却する冷却装置として使用する場合、二酸化炭素は圧縮比が非常に高く、冷媒サイクル内に吐出される冷媒ガスの温度が高くなる関係上、エバポレータにおいて所望の冷却能力を得ることが困難であった。そこで、エバポレータにおける冷却能力の向上を図るために、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。
【０００６】
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。即ち、コンプレッサ１０の冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素に吸い込まれた冷媒ガスは、第１の回転圧縮要素のシリンダ４０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４０の高圧室側から吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器１２内に吐出される。密閉容器１２内に吐出された冷媒は冷媒導入管９２を経て第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８の低圧室側に吸い込まれて、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。
【０００７】
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された後、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。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、次にエバポレータ１５７に流入して蒸発する。エバポレータ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。
【０００８】
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。
【０００９】
このように、ガスクーラ１５４から出た冷媒を内部放熱器１６０により低圧側の冷媒にて冷却することで、冷媒の過冷却度が大きくなるので、エバポレータにおける冷却能力の向上を図ることができるようになる。また、エバポレータ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冷媒の過熱度を取ることができるので、低圧側のアキュムレータを廃止することもできるようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記シリンダ３８、４０に設けたれたベーンはシリンダの半径方向に形成された溝内に移動自在に取り付けられている。係るベーンはローラに押し付けられてシリンダ内を低圧室側と高圧室側に区画するものである。そして、各ベーンの後側には当該ベーンをローラ側に付勢するスプリングが設けられる。また、第１の回転圧縮要素３２のシリンダ４０のベーンの溝にはベーンをローラ側に付勢するための密閉容器１２内と連通する背圧室が設けられ、背圧室には密閉容器１２内の中間圧が加えられて、ベーンをローラ側に付勢している。
【００１１】
他方、第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８のベーンの溝にはベーンをローラ側に付勢するための背圧室が設けられ、背圧室には第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高圧冷媒ガスが加えられて、ベーンをローラ側に付勢している。
【００１２】
このような冷媒サイクル装置では外気温が低い等の軽負荷時（低負荷時）において、コンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２で冷媒が過圧縮されると、実質的に第２の回転圧縮要素３４で圧縮が成されない恐れがある。
【００１３】
この場合、第２の回転圧縮要素３４の吸込側の中間圧と吐出側の高圧との圧力差が殆ど無いため、シリンダ３８内に設けられたベーンがローラを充分に付勢することができず、ベーン飛びを起こすなど、コンプレッサの運転状況が不安定になると云う問題が生じていた。
【００１４】
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、軽負荷時におけるコンプレッサの不安定な運転状況を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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明では、冷媒として二酸化炭素を用いると共に、軽負荷時に第１の圧縮要素から吐出された冷媒の一部を当該第１の圧縮要素の吸込側に戻すためのバイパス回路と、このバイパス回路を開閉する弁装置と、この弁装置の開閉を制御する制御手段を備えるので、弁装置により第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒量を制御することができるようになり、軽負荷時における第１及び第２の圧縮要素の仕事量の割合を調整することができるようになる。
【００１６】
請求項２の冷媒サイクル装置は上記発明に加えて、第１及び第２の圧縮要素は回転圧縮要素から成り、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を密閉容器内に吐出し、この密閉容器内の中間圧の冷媒を第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ので、軽負荷時に第２の圧縮要素の仕事量を増加させることができ、第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスの圧力と第２の圧縮要素から吐出される冷媒ガスの圧力差を確保することができるようになる。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。尚、コンプレッサ１０の電動要素１４は直巻き式のＤＣモータであり、インバータにより回転数及びトルク制御が行われる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
第１の回転圧縮要素３２の前記ベーン５２の背面側には、バネ部材としてのスプリング７６が設けられ、このスプリング７６はベーン５２の背面側端部に当接し、ベーン５２を常時ローラ４８側に付勢する。更に、スプリング７６の背面側（密閉容器１２側）は密閉容器１２内と連通しており、スプリング７６と共に密閉容器１２内の中間圧がベーン５２を常時ローラ４８側に付勢している。
【００２３】
また、第２の回転圧縮要素３４の前記ベーン５０の背面側には、バネ部材としてのスプリング７４が設けられ、このスプリング７４はベーン５０の背面側端部に当接し、ベーン５０を常時ローラ４６側に付勢する。更に、スプリング７４の背面側（密閉容器１２側）には図示しない背圧室が設けられており、この背圧室は第２の回転圧縮要素３４の吐出側と連通しており、第２の回転圧縮要素３４の吐出側の圧力がスプリング７４と共にベーン５０を常時ローラ４６側に付勢している。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に図２において、実施例の冷媒サイクル装置は室内を空調するエアコンとして使用されるものであり、上述したコンプレッサ１０は図２に示す冷媒サイクル装置の冷媒回路の一部を構成する。即ち、冷媒サイクル装置の冷媒回路は室外側に設置されたコンプレッサ１０、ガスクーラ１５４及び内部熱交換器１６０と、室内側に設置された膨張弁１５６、エバポレータ１５７及びアキュムレータ１６５とから構成されている。そして、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。
【００３０】
内部熱交換器１６０を通過した配管は室内側に設けられた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を出た配管はアキュムレータ１６５に接続されている。そして、アキュムレータ１６５を出た配管は室外側に設けられた内部熱交換器１６０を通過してコンプレッサ１０の冷媒導入管９４に接続される。
【００３１】
ここで、冷媒回路には本発明の軽負荷時（低負荷時）に第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒の一部を第１の回転圧縮要素３２の吸込側に戻すためのバイパス回路１００が設けられている。即ち、冷媒導入管９２の途中部からはバイパス回路１００が分岐している（図１では示さず）。そして、バイパス回路１００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１００には、弁装置としてのバイパス弁１０１が設けられている。このバイパス弁１０１は、モータ駆動式の電磁弁であり制御手段としての制御装置１１０により弁の開閉が制御されている。
【００３２】
また、冷媒吐出管９６には第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高温高圧の冷媒ガスの圧力を検出するための圧力センサ１０２が設けられており、当該圧力センサ１０２は、制御装置１１０に接続されている。
【００３３】
以上の構成で次に図３のｐ−ｈ線図（モリエル線図）を参照しながら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１００のバイパス弁１０１は制御装置１１０により閉じられているものとする。制御装置１１０はコンプレッサ１０の電動要素１４を前記インバータより起動する。これにより、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。
【００３４】
コンプレッサ１０の電動要素１４は始めインバータにより低速にて起動される。ここで、制御装置１１０は圧力センサ１０２にて検出される高圧側圧力が所定の圧力より低い場合には、バイパス弁１０１を開いて、バイパス回路１００の流路を開放する。
【００３５】
そして、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（図３の▲１▼の状態）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。
【００３６】
密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２を経て上部支持部材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。
【００３７】
ここで、冷媒サイクル装置が軽負荷で制御されている場合、制御装置１１０によりバイパス回路のバイパス弁１０１が開放されているため、冷媒導入管９２を流れる冷媒ガスの一部は冷媒導入管９２の途中部から分岐している前記バイパス回路１００に流入し、冷媒導入管９４に逃げる。
【００３８】
そして、エバポレータ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、中間圧の冷媒圧力が低下する（図３の▲２▼の状態）。
【００３９】
第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる中間圧の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において圧縮が行われるようになる。即ち、軽負荷時において第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒が全て第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれた場合、第１の回転圧縮要素３２で冷媒が所定の仕事分、圧縮され（図３の▲２▼”の状態）、第２の回転圧縮要素３４で冷媒が殆ど圧縮されない。
【００４０】
この状態を図３を用いて説明する。図３の▲２▼”に示すように第１の回転圧縮要素３２で冷媒が所定の仕事分圧縮されると、図３の▲３▼で示すように第２の回転圧縮要素３４で圧縮が殆ど行われず、第２の回転圧縮要素３４の吸込側と吐出側の圧力差が非常に小さくなる。
【００４１】
ここで、第２の回転圧縮要素３４のベーン５０には、当該ベーン５０の後側からベーン５０をローラ４６側に付勢するために第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高圧の冷媒ガスが背圧としてかけられているが、前述の如く第２の回転圧縮要素３４の吸込側と吐出側の圧力差が殆ど無い状態では、ベーン５０をローラ４６側に充分に付勢することができず、ベーン飛びが生じやすくなる。これにより、第２の回転圧縮要素３４の運転挙動が不安定となると云った不都合が生じていた。
【００４２】
しかしながら、本発明では第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された中間圧の冷媒ガスの一部は冷媒導入管９２の途中部から分岐しているバイパス回路１００に入り、バイパス弁１０１を経て冷媒導入管９４に流入する。そして、エバポレータ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、図３の▲２▼のように中間圧の冷媒圧力が低下する。
【００４３】
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で仕事（圧縮）が行われるようになるため、第２の回転圧縮要素３２の吸込側の圧力と吐出側の圧力差を確保するこことができるようになる。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の一部を、冷媒導入管９２の途中部から分岐したバイパス回路１００を介して第１の回転圧縮要素３２の吸込側の冷媒導入管９４に逃がすことで、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒の圧力が低下するため、第２の回転圧縮要素３４において圧縮が行われるようになる。これにより、軽負荷時においてコンプレッサの運転効率を低下させることなく、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４における仕事量（圧縮量）の割合を調整することができるようになる。
【００４４】
従って、第２の回転圧縮要素３４のローラ４６を付勢しているベーン５０の付勢力を維持することができるようになり、第２の回転圧縮要素３４の不安定な運転挙動を未然に回避することができるようになる。
【００４５】
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。
【００４６】
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（図３の▲４▼の状態）、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（図３の▲５▼の状態）。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、エバポレータ１５７における冷媒の冷却能力が向上する。
【００４７】
内部熱交換器１６０で冷却された高圧側の冷媒ガスは室内側の膨張弁１５６に至る。冷媒は膨張弁１５６における圧力低下により、気体／液体の二相混合体とされ（図３の▲６▼の状態）、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して、室内を冷却する。
【００４８】
その後、冷媒はエバポレータ１５７から流出して（図３の▲７▼の状態）、アキュムレータ１６５を経て室外側の内部熱交換器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（図３の▲１▼の状態）、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。
【００４９】
一方、冷媒サイクル装置を更に低圧で制御する場合、制御装置１１０は圧力センサ１０２にて検出される高圧側圧力に基づいて、バイパス弁１０１の開度を大きくする。バイパス弁１０１の開度を大きくすることで、バイパス回路１００を経て低圧側に流入する冷媒量が更に多くなる。これにより、中間圧が更に低下し、第２の回転圧縮要素３４における仕事量を更に増やすことができるようになる。即ち、高圧側の圧力が更に低下する制御が行われると、第１の回転圧縮要素３２のみでの圧縮となり、第２の回転圧縮要素３４で実質的に仕事（圧縮）が成されない状態となり易いが、前述の如く制御装置１１０によりバイパス弁１０１の開度を大きくし、より多くの中間圧の冷媒ガスを低圧側に逃がすことで、中間圧がより一層低下し、第２の回転圧縮要素３４にて圧縮が行われるようになる。これにより、より軽負荷時であっても第２の回転圧縮要素３４の吸込側と吐出側の圧力差を確保することができるようになる。
【００５０】
他方、圧力センサ１０２にて検出される高圧側の圧力が所定の圧力に上昇すると、制御装置１１０はバイパス弁１０１を閉じてバイパス回路１００を流路を閉塞する。これにより、密閉容器１２内に吐出され（図３の▲２▼’の状態）、冷媒導入管９２を流れる冷媒は、全て第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８内に吸い込まれるようになる。そして、冷媒は第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温高圧の冷媒ガスとなり、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（図３の▲３▼’の状態）。
【００５１】
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。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（図３の▲４▼’の状態）、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（図３の▲５▼’の状態）、室内側の膨張弁１５６に至る。冷媒は膨張弁１５６における圧力低下により、気体／液体の二相混合体とされ（図３の▲６▼’の状態）、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して、室内を冷却する。
【００５２】
その後、冷媒はエバポレータ１５７から流出して（図３の▲７▼’の状態）、アキュムレータ１６５を経て室外側の内部熱交換器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（図３の▲１▼’の状態）、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。
【００５３】
このように、制御装置１１０により圧力センサ１０２にて検出される高圧側の圧力に基づいて、バイパス弁１０１の開度が変更され、第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８内に吸い込まれる中間圧の冷媒ガスの容量を調節することができるので、第２の回転圧縮要素３４のベーン飛び等の不安定な運転挙動を回避することができ、冷媒サイクル装置の耐久性及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５４】
尚、本実施例ではエバポレータ１５７とコンプレッサ１０の間の低圧側にアキュムレータ１６５を設けるものとしたが、内部熱交換器１６０及びバイパス回路１００からの中間圧の冷媒ガスにより低圧側の冷媒の過熱度をとることができるので、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することができる。
【００５５】
また、本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。
【００５６】
【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、冷媒として二酸化炭素を用いると共に、軽負荷時に第１の圧縮要素から吐出された冷媒の一部を当該第１の圧縮要素の吸込側に戻すためのバイパス回路と、このバイパス回路を開閉する弁装置と、この弁装置の開閉を制御する制御手段を備えるので、弁装置により第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒量を制御することができるようになり、軽負荷時における第１及び第２の圧縮要素の仕事量の割合を調整することができるようになる。
【００５７】
請求項２の発明の冷媒サイクル装置によれば上記発明に加えて、第１及び第２の圧縮要素は回転圧縮要素から成り、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を密閉容器内に吐出し、この密閉容器内の中間圧の冷媒を第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ので、軽負荷時に第２の圧縮要素の仕事量を増加させることができ、第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスの圧力と第２の圧縮要素から吐出される冷媒ガスの圧力差を確保することができるようになる。
【００５８】
これにより、軽負荷時においてコンプレッサの運転効率を低下させることなく、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒の容量制御を行うことができるようになり、第２の回転圧縮要素のベーン飛び等の不安定な運転挙動を未然に回避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】図２の冷媒サイクル装置のｐ−ｈ線図である。
【図４】従来の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【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 バイパス回路
１０１ バイパス弁
１０２ 圧力センサ
１１０ 制御装置
１５４ ガスクーラ
１５６ 膨張弁（絞り手段）
１５７ エバポレータ
１６０ 内部熱交換器
１６５ アキュムレータ
Claims (2)
- 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と共に、前記コンプレッサは、密閉容器内に第１及び第２の圧縮要素を備え、前記第１の圧縮要素にて圧縮された冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮する冷媒サイクル装置において、
冷媒として二酸化炭素を用いると共に、軽負荷時に前記第１の圧縮要素から吐出された冷媒の一部を当該第１の圧縮要素の吸込側に戻すためのバイパス回路と、該バイパス回路を開閉する弁装置と、該弁装置の開閉を制御する制御手段を備えることを特徴とする冷媒サイクル装置。 - 前記第１及び第２の圧縮要素は回転圧縮要素から成り、前記第１の圧縮要素から吐出された冷媒を前記密閉容器内に吐出し、該密閉容器内の中間圧の冷媒を前記第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ことを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003133191A JP2004332693A (ja) | 2003-05-12 | 2003-05-12 | 冷媒サイクル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003133191A JP2004332693A (ja) | 2003-05-12 | 2003-05-12 | 冷媒サイクル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004332693A true JP2004332693A (ja) | 2004-11-25 |
Family
ID=33507821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003133191A Pending JP2004332693A (ja) | 2003-05-12 | 2003-05-12 | 冷媒サイクル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004332693A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013209898A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Daikin Industries Ltd | 二段圧縮機 |
-
2003
- 2003-05-12 JP JP2003133191A patent/JP2004332693A/ja active Pending
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