JP2006275035A - 冷凍装置、冷蔵庫及び圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備え、一方の吸熱器から出た冷媒配管を圧縮機の中間圧部に接続する場合にも、圧縮機効率の低下を抑制できる冷凍装置、冷蔵庫及びこれらの機器に適用可能な圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】 冷凍装置３０は、圧縮機１と、放熱器２と、冷却熱交換器３２と、第１の吸熱手段１０と、第２の吸熱手段１１と、を備える。更に圧縮機１の前段圧縮要素である１段圧縮部１Ａには、第１の吸熱手段１０に冷媒を流通させ、第２の吸熱手段１１への冷媒の流通を遮断する冷蔵運転時の液圧縮を防止するためのオイル吐出口１７１とオイル吐出弁１６６とが備えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷媒を多段で圧縮する圧縮手段を備える冷凍装置及び冷蔵庫に関し、更にこのような冷凍装置に適用可能な圧縮機に関する。

近年、冷蔵室と冷凍室を備えた冷凍冷蔵庫は大幅な省エネルギー化が求められており、例えば特許文献１には、このような省エネルギー化を実現するために、前段側圧縮要素と後段側圧縮要素により構成される圧縮機と、凝縮器、第１の膨張手段、冷蔵室用蒸発器、第２の膨張手段及び冷凍室用蒸発器とから構成された２段圧縮冷凍サイクルを備えた冷凍冷蔵庫が提案されている。

しかしながら上記の如き構成では、冷凍室と冷蔵室の冷却負荷がアンバランスになった時などに一方の室内が冷凍能力不足又は冷凍能力過剰になるなどの問題があった。

そこで、特許文献２には、このような問題を解決するものとして、２段圧縮機と、中間圧用膨張装置、中間圧用吸熱器、低圧用膨張装置及び低圧用吸熱器等を備え、中間圧用膨張装置と中間圧用吸熱器とを連通する冷媒配管を、２段圧縮機の前段側と後段側との間に接続する構成の２段圧縮冷凍冷蔵装置が提案されている。
特開平１１−２２３３９７号公報 特開２００１−１０８３４５号公報

ところで、上記従来の如き構成の２段圧縮冷凍冷蔵装置では、低圧用吸熱器での冷却機能を停止して中間圧用吸熱器を機能させる冷蔵運転時、２段圧縮機の前段側圧縮室が略真空状態となるために当該圧縮室に多量のオイルが流入して液圧縮が発生し、圧縮機効率が大幅に低下することがある。

そこで、本発明は、異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備え、一方の吸熱器から出た冷媒配管を圧縮機の中間圧部に接続する場合にも、圧縮機効率の低下を抑制できる冷凍装置、冷蔵庫及びこれらの機器に適用可能な圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の圧縮機は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素により駆動され流体を圧縮する圧縮室を備える圧縮要素と、を含む圧縮機において、前記圧縮室は、該圧縮室に流体を導入するための導入口と、圧縮された流体が吐出される第１の吐出口及び第２の吐出口と、を備え、前記第１の吐出口には前記圧縮室内で圧縮された流体が第１の圧力に到達した場合に開放される第１の吐出弁が設けられ、前記第２の吐出口には前記第１の圧力よりも高い第２の圧力で開放される第２の吐出弁が設けられることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記流体は、冷媒及び油を含む冷媒であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の圧縮機において、前記圧縮要素は、前段圧縮要素と、この前段圧縮要素にて圧縮された冷媒を更に圧縮する後段圧縮要素と、により構成され、前記前段圧縮要素の圧縮室には、前記導入口と、前記第１の吐出口と、前記第１の吐出弁と、前記第２の吐出口と、前記第２の吐出弁と、が備えられ、前記第２の吐出弁は、前記後段圧縮要素から吐出される冷媒の圧力よりも高い圧力で開放されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の圧縮機において、前記第２の吐出弁は、前記圧縮室内の冷媒及び前記後段圧縮要素から吐出される冷媒と接するように構成されていることを特徴とする。

本発明の冷凍装置は、請求項１に記載の圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、該放熱器の出口側の冷媒配管が分岐され、この分岐された一方の冷媒配管に接続され且つ第１の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、前記分岐された他方の冷媒配管に接続され且つ第２の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、前記一方の冷媒配管は前記圧縮機の中間圧部に接続され、前記他方の冷媒配管は前記圧縮機の前記中間圧部より低圧側の吸い込み口に接続されることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の冷凍装置において、冷凍サイクルの高圧側が超臨界状態で運転されることを特徴とする。

本発明の冷蔵庫は、請求項５又は請求項６のいずれか一項に記載の冷凍装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備え、一方の吸熱器から出た冷媒配管を圧縮機の中間圧部に接続する場合にも、圧縮機効率の低下を抑制できる冷凍装置、冷蔵庫及びこれらに適用可能な圧縮機が提供される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
＜実施の形態１＞
本発明の一実施の形態について図面に基づき詳述する。図１は、本実施の形態における冷凍装置の冷媒回路図を示している。冷凍装置３０は、圧縮機１と、この圧縮機１の吐出側に接続される放熱器２と、この放熱器２の出口側に接続される第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１と、冷却熱交換器３２と、を備え、第１の吸熱手段１０の出口側が圧縮機１の中間圧部に、第２の吸熱手段１１の出口側が圧縮機１の吸い込み口に接続され冷凍サイクルが構成されている。

また冷凍装置３０は、第１の吸熱手段１０と圧縮機１の中間圧部との間に設けられる逆止弁７と、第２の吸熱手段１１と圧縮機１の吸い込み口との間に設けられる逆止弁５２及熱交換器１５と、制御装置２６と、を備える。熱交換器１５は、第２の吸熱手段から出た冷媒と低圧膨張弁６５に入る前の冷媒とを熱交換可能に構成される。

第１の吸熱手段１０は、分岐点９Ａからの冷媒が流通する中間圧膨張弁６５と、中間圧吸熱器５７と、を含む。また第２の吸熱手段１１は、分岐点９Ａからの冷媒が流通する低圧膨張弁６６と、低圧吸熱器５８と、を含む。そして、第１の吸熱手段１０と第２の吸熱手段１１とは異なる温度帯で機能するものであり、放熱器２からの冷媒配管が分岐点９Ａにて分岐し、一方が第１の吸熱手段１０に接続され、他方が第２の吸熱手段１１に接続される。

中間圧膨張弁６５及び低圧膨張弁６６は、絞りの程度を可変に構成される。この絞りの程度を変えることで、冷媒が各吸熱器５７、５８に至るまでに所定の圧力に低下させ、同吸熱器５７、５８における冷媒の蒸発温度を制御することができる。

冷却熱交換器３２は、放熱器２から出た冷媒と中間圧吸熱器５７を出た冷媒とを熱交換するために設けられるものであり、中間圧吸熱器５７を出た冷媒は当該冷却熱交換器３２を出た後、逆止弁７を経て圧縮機１の中間圧部に導入される。

尚、上述のように中間圧膨張弁６５は絞りの程度を可変に構成されるため、この中間圧膨張弁６５の絞りの程度を変えることで、分岐点９Ａから中間圧膨張弁６５に流通した冷媒は中間圧吸熱器５７に至るまでに所定の圧力に低下させる。

圧縮機１は２段圧縮機であり、密閉容器内に、前段圧縮要素としての１段圧縮部１Ａと、後段圧縮要素としての２段圧縮部１Ｂと、を含む。また、この１段圧縮部１Ａの吐出側冷媒配管には、中間冷却器１Ｃが備えられる。尚、第１の吸熱手段１０から出て冷却熱交換器３２を経たガス冷媒は、中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂの吸い込み口との間に導入される。

また本実施の形態の冷凍装置３０においては、中間圧吸熱器５７を経た冷風が同吸熱器５７付近に設けられたファン５７Ｆによりダクト５７Ａを経て冷蔵室２１に送られ、低圧吸熱器５８を経た冷風が同吸熱器５８付近に設けられたファン５８Ｆによりダクト５８Ａを経て冷凍室２２に送られる。

制御装置２６は、冷蔵室２１及び冷凍室２２に夫々設けられた温度センサ２１Ｔ及び２２Ｔ等の情報に基づき、圧縮機１の運転周波数若しくはＯＮ−ＯＦＦ、膨張弁６５及び６６の開度、又はファン５７Ｆ及び５８ＦのＯＮ−ＯＦＦ等を制御する制御手段であり、汎用マイクロコンピュータにより構成される。

尚、本実施の形態では、図１中、２段圧縮部１Ｂの吐出側から放熱器２及び冷却熱交換器３２を経て、中間膨張弁６５入口及び低圧膨張弁６６入口までが冷凍装置３０の冷凍サイクルの高圧部として運転され、また１段圧縮部１Ａの吐出側から中間冷却器１Ｃを経て２段圧縮部１Ｂの吸い込み口まで、並びに中間圧膨張弁６５出口から中間圧吸熱器５７及び冷却熱交換器３２を経て２段圧縮部１Ｂの吸い込み口までが冷凍装置３０の冷凍サイクルの中間圧部として運転される。そして、低圧膨張弁６６出口から低圧吸熱器５８及び熱交換器１５を経て１段圧縮部１Ａの吸い込み口までが冷凍装置３０の冷凍サイクルの低圧部として運転されることになる。

ここで、本実施の形態における圧縮機１について図２を参照して説明する。図２は圧縮機１の概略断面図である。

圧縮機１は内部高圧型２段圧縮式のロータリコンプレッサである。圧縮機１は、上下両端が密閉された縦長略円筒状の密閉容器１１２を備え、この密閉容器１１２の底部をオイル溜めとしている。密閉容器１１２は、電動要素１１４と、電動要素１１４の回転軸１１６により駆動される第１圧縮部１Ａ及び第２圧縮部１Ｂから構成される回転圧縮部１１８と、を備え、その底部外面には当該圧縮機１を、例えば図示しない冷蔵庫筐体に固定するための脚部２１０が設けられている。

密閉容器１１２は、電動要素１１４及び回転圧縮部１１８を収納する容器本体１１２Ａと、この容器本体１１２Ａの電動要素１１４側の端部を閉塞する略椀上のエンドキャップ（蓋体）１１２Ｂとで構成され、このエンドキャップ１１２Ｂには円形の取付孔１１２Ｄが形成されており、この取付孔１１２Ｄには電動要素１１４に電力を供給するためのターミナル１２０（配線を省略）が取付けられている。

電動要素１１４は、密閉容器１１２の内周面に沿って環状に取付けられたステータ１２２と、このステータ１２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ１２４と、を備える。このロータ１２４は中心を通り密閉容器１１２の軸心方向に延在する回転軸１１６に固定されている。ここで、ステータ１２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した図示しない積層体と、この積層体の歯部に直巻き方式により巻装されたステータコイル１２８とを有している。そして、ロータ１２４もステータ１２２と同様に電磁鋼板の積層体で形成され、この積層体内に永久磁石を挿入して形成されている。

また、回転軸１１６内にはオイル通路１８２が軸中心を貫通して鉛直方向に渡り設けられており、このオイル通路１８２の回転圧縮部１１８側の一端は密閉容器１１２底部のオイル溜めに開口しており、また電動要素１１４側の他端はエンドキャップ１１２Ｂ側にて開口している。尚、このオイル通路１８２は各圧縮部１Ａ、１Ｂの摺動部にも連通し、同圧縮部１Ａ、１Ｂにオイル供給可能に構成されている。

回転圧縮部１１８の１段圧縮部１Ａ及び２段圧縮部１Ｂは、第１及び第２のシリンダ１３８、１４０により構成され、これらシリンダ１３８、１４０間には中間仕切板１３６が狭持されている。また、各圧縮部１Ａ、１Ｂは、それぞれ中間仕切板１３６の両側（図１では上下）に配置された第１及び第２のシリンダ１３８、１４０と、回転軸１１６に設けられ１８０度の位相差を持つ第１及び第２の偏心部１４２、１４４に嵌合され、第１及び第２のシリンダ１３８、１４０内を偏心回転する第１及び第２のローラ１４６、１４８と、これらローラ１４６、１４８にそれぞれ当接してシリンダ１３８、１４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側とに区画する第１及び第２のベーン１５０、１５２と、シリンダ１４０の電動要素１１４側の開口面とシリンダ１３８の電動要素１１４とは反対側の開口面をそれぞれ閉塞して回転軸１１６の軸受を兼用する支持部材１５４、１５６とから構成されている。

ベーン１５０、１５２の外側（図１では右側）には、ベーン１５０、１５２の外側端部に当接して、同ベーン１５０、１５２をローラ１４６、１４８側に付勢するスプリング１７４、１７６が設けられている。更に、スプリング１７４、１７６の密閉容器１１２側には金属製のプラグ２２２、２２３が設けられ、スプリング１７４、１７６の抜け止めの役目を果たす。また、第２のベーン１５２には図示しない背圧室が構成され、この背圧室にはシリンダ１４０内の高圧室側の圧力が背圧として印加される。

支持部材１５４、１５６には、一部を凹陥させ、この凹陥部をバッフル板２００及びカバー１６８にてそれぞれ閉塞することにより形成される吐出消音室１６２、１６４とが設けられている。即ち、吐出消音室１６２は支持部材１５４の凹陥部をバッフル板２００にて閉塞することにより、吐出消音室１６４は支持部材１５６の凹陥部をカバー１６８にて閉塞することにより形成されている。更に、１段圧縮部１Ａ側の支持部材１５６には、上記吐出消音室１６４と同様に、同支持部材１５６の吐出消音室１６４とは別の一部を凹陥させてカバー１６８により閉塞されて形成されているオイル吐出室１６７が設けられている。

そして、各圧縮部１Ａ、１Ｂにおいて、シリンダ１３８、１４０とローラ１４６、１４８、及びベーン１５０、１５２との間に形成される空間が支持部材１５６、１５４と中間仕切板１３６とで閉塞されることで、冷媒を吸気圧縮する圧縮室が構成される。

ここで、２段圧縮部１Ｂの圧縮室と吐出消音室１６２との間の後段側吐出口１６０には、同圧縮室内の冷媒が所定の圧力に達した場合に開放される後段側吐出弁１６１が備えられ、１段圧縮部１Ａの圧縮室と吐出消音室１６４との間の前段側吐出口１６３には、同圧縮室内の冷媒が所定の圧力に達した場合に開放される前段側吐出弁１６５が備えられる。

更に、１段圧縮部１Ａの圧縮室とオイル吐出室１６７との間のオイル吐出口１７１には、同圧縮室内で多量のオイル吸入による液圧縮が生じて所定の圧力に達した場合に開放されるオイル吐出弁１６６が備えられる。このオイル吐出弁１６６は２段圧縮部１Ｂから吐出される高圧の冷媒による背圧にて抑えられており、オイル吐出室１６７には密閉容器１１２内に連通する弁背圧流入管路１７０が設けられ、後述する吐出管路２２１により密閉容器１１２内に吐出された２段圧縮部１Ｂからの高圧冷媒が弁背圧流入管路１７０を介して、オイル吐出弁１６６を封じることになる。

吐出消音室１６２と密閉容器１１２内は、バッフル板２００を貫通して電動要素１１４側に開口する吐出管路２２１にて連通されており、この吐出管路２２１から２段圧縮部１Ｂで圧縮された高圧の冷媒ガスが密閉容器１１２内の電動要素１１４側に吐出される。このとき、冷媒ガス中には２段圧縮部１Ｂに供給されたオイルが混入しているが、このオイルも密閉容器１１２内の電動要素１１４側に吐出されることになる。そして、冷媒ガス中に混入したオイルは冷媒ガスから分離して密閉容器１１２内底部のオイル溜めに溜まる。

また、密閉容器１１２には冷媒ガスを１段圧縮部１Ａに導入するための冷媒導入管１９４と、１段圧縮部１Ａで圧縮され中間圧とされた冷媒ガスを密閉容器１１２外に吐出する中間冷媒吐出管１９２と、この中間冷媒吐出管１９２から吐出された中間圧冷媒が上述した如く、中間冷却器１Ｃを介して２段圧縮部１Ｂに導入する中間冷媒導入管１９３と、２段圧縮部１Ｂにより高圧に圧縮されて、上記したように吐出管路２２１で密閉容器１１２内に吐出された後の冷媒ガスを、圧縮機１から吐出するための冷媒吐出管１９６と、が挿入接続されている。

そして、本実施の形態の冷凍装置３０には冷媒として環境負荷が小さく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素冷媒（ＣＯ₂）を使用しており、圧縮機１の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、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＯＥ（ポリオールエステル）等が使用される。

このように冷凍装置３０では冷媒として二酸化炭素を用いているため、例えば外気温が二酸化炭素の臨界温度（約＋３１℃）以上となった場合に、冷凍サイクルの高圧部は超臨界状態となり、これにより冷凍装置３０は遷臨界サイクルとして運転される。

以上の構成により、本実施の形態における冷凍装置３０の動作について、図１を参照して説明する。冷凍装置３０は、第２の吸熱手段１１を機能させる冷凍運転と、第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１を機能させる冷凍冷蔵運転と、第１の吸熱手段１０を機能させる冷蔵運転と、が制御装置２６により選択的に運転される。

まず冷凍運転につき説明する。尚、この冷凍運転とは、低圧吸熱器５８を所定の温度（例えば、−２６℃付近）で機能させて冷凍室２２を冷却する運転である。

本実施の形態の冷凍装置３０において、圧縮機１が運転されると、１段圧縮部１Ａで圧縮され吐出された中間圧冷媒は、中間冷却器１Ｃで冷却された後、２段圧縮部１Ｂで更に圧縮されて吐出され、放熱器２で放熱して冷却される。その後、放熱器２から出た冷媒は、冷却熱交換器３２を経て分岐点９Ａに至り、ここで分岐して、一部が第１の吸熱手段１０に、残りが第２の吸熱手段１１に流通する。尚、放熱器２を出た冷媒は、冷却熱交換器３２により過冷却された状態で分岐点９Ａに至ることになる。

分岐点９Ａから第１の吸熱手段１０に流通した冷媒は、中間圧膨張弁６５で減圧されて、ガス／液体の２相混合体（気液混合状態）となる。そしてこの冷媒は、２相混合体の状態で中間圧吸熱器５７に流入するが、本冷凍運転においては当該中間圧吸熱器５７付近に設けられたファン５７Ｆを制御装置２６により停止させることにより、同吸熱器５７の吸熱作用を略停止する。

これにより、中間圧膨張弁６５から出た冷媒は中間圧吸熱器５７では周囲からほとんど吸熱することなく冷却熱交換器３２に至り、この冷却熱交換器３２において放熱器２から出た冷媒と熱交換して温められ、ガス冷媒となり圧縮機１の中間圧部、即ち２段圧縮部１Ｂの吸い込み口に導入される。尚、上記冷却熱交換器３２での熱交換により、圧縮機１から吐出されて放熱器２を出た冷媒は、上記中間圧吸熱器５７を出た冷媒により過冷却される。

一方、分岐点９Ａから第２の吸熱手段１１側に流通する冷媒は、上述のように冷却熱交換器３２で第１の吸熱手段１０側に流通した冷媒と熱交換して過冷却された状態で低圧膨張弁６６に至り、ここで減圧されてガス／液体の２相混合体となる。そして、制御装置２６によりファン５８Ｆが運転されているため、低圧吸熱器５８に流入した冷媒は、当該吸熱器５８にて蒸発して周囲から熱を吸収した後、熱交換器１５において、低圧膨張弁６６に流入する前の冷媒と熱交換して温められ、圧縮機１の吸い込み口に戻る。尚、熱交換器１５での上述のような熱交換により、冷却熱交換器３２で過冷却された後、分岐点９Ａを経て低圧膨張弁６６に流入する冷媒は、より一層冷却される。

次に冷凍冷蔵運転につき説明する。尚、この冷凍冷蔵運転とは、中間圧吸熱器５７及び低圧吸熱器５８を所定の温度（例えば、中間圧吸熱器５７を−５℃付近、低圧吸熱器５８を−２６℃付近）で機能させて冷蔵室２１及び冷凍室２２を冷却する運転である。

この場合も圧縮機１が運転されると、１段圧縮部１Ａで圧縮され吐出された中間圧冷媒は中間冷却器１Ｃで冷却された後、２段圧縮部１Ｂで更に圧縮されて吐出され、放熱器２で放熱して冷却される。その後、放熱器２から出た冷媒は、冷却熱交換器３２を経て分岐点９Ａに至り、ここで分岐して、一部が第１の吸熱手段１０に、残りが第２の吸熱手段１１に流通する。尚、放熱器２を出た冷媒は、上記冷凍運転時と同様に冷却熱交換器３２により過冷却された状態で分岐点９Ａに至ることになる。

分岐点９Ａから第１の吸熱手段１０に流通した冷媒は、中間圧膨張弁６５で減圧されて、ガス／液体の２相混合体となる。そしてこの冷媒は、２相混合体の状態で中間圧吸熱器５７に流入するが、本冷凍冷蔵運転においては上記冷凍運転時と異なり中間圧吸熱器５７付近に設けられたファン５７Ｆを制御装置２６により運転することで、中間圧吸熱器５７の吸熱作用を機能させる。

これにより、中間圧膨張弁６５から出た冷媒は中間圧吸熱器５７で蒸発して周囲から吸熱した後、冷却熱交換器３２に至り、この冷却熱交換器３２で放熱器２から出た冷媒と熱交換して温められ、ガス冷媒の状態で２段圧縮部１Ｂの吸い込み口に導入される。

一方、分岐点９Ａから第２の吸熱手段１１側に流通する冷媒は、上述のように冷却熱交換器３２にて、第１の吸熱手段１０側に流通した冷媒と熱交換して過冷却された状態で低圧膨張弁６６に至り、ここで減圧されてガス／液体の２相混合体となる。そして、この場合には、制御装置２６によりファン５８Ｆが運転されているため、低圧吸熱器５８に流入した冷媒は当該吸熱器５８にて蒸発して周囲から熱を吸収した後、熱交換器１５を経て圧縮機１の吸い込み口に戻る。

冷蔵運転につき説明する。尚、この冷蔵運転とは、中間圧吸熱器５７を所定の温度（例えば、−５℃付近）で機能させて冷蔵室２１を冷却する運転である。本冷蔵運転では、制御装置２６により低圧膨張弁６６を閉じることで、分岐点９Ａから第２の吸熱手段１１側への冷媒流通を遮断して、第１の吸熱手段１０側のみに冷媒を流通させる。

この場合、圧縮機１が運転されると、２段圧縮部１Ｂで圧縮されて吐出された冷媒は、放熱器２で放熱して冷却される。その後、放熱器２から出た冷媒は、冷却熱交換器３２を経て分岐点９Ａを経て、第１の吸熱手段１０に流通する。

分岐点９Ａから第１の吸熱手段１０に流通した冷媒は、中間圧膨張弁６５で減圧されて、ガス／液体の２相混合体（気液混合状態）となる。そしてこの冷媒は、２相混合体の状態で中間圧吸熱器５７に流入するが、本冷蔵運転においては中間圧吸熱器５７付近に設けられたファン５７Ｆを制御装置２６により運転することにより、同吸熱器５７の吸熱作用を機能させる。

これにより、中間圧膨張弁６５から出た冷媒は中間圧吸熱器５７で蒸発して周囲から吸熱した後、冷却熱交換器３２に至り、この冷却熱交換器３２において放熱器２から出た冷媒と熱交換して温められてガス冷媒となり、２段圧縮部１Ｂの吸い込み口に導入される。尚、上述した冷却熱交換器３２での熱交換により、圧縮機１から吐出され放熱器２を出た冷媒は、中間圧吸熱器５７から出た冷媒により過冷却されることになる。

ところで、本冷蔵運転では圧縮機１を運転した状態で、第２の吸熱手段１１への分岐点９Ａからの冷媒の流通を遮断して同第２の吸熱手段１１の冷却機能を停止するため、低圧膨張弁６６から低圧吸熱器５８を経て１段圧縮部１Ａの圧縮室までは略真空状態となる。これにより、１段圧縮部１Ａの圧縮室内に多量のオイルが流入して液圧縮が発生し、圧縮機効率が大幅に低下する。

そこで、本実施の形態における圧縮機１は、本冷蔵運転時に１段圧縮部１Ａの圧縮室内が略真空状態となった場合にも、上述のような液圧縮による圧縮機効率の低下を抑制するために１段圧縮部１Ａを図３に示すような構成としている。以下にて、図３を参照して本実施の形態の圧縮機１における１段圧縮部１Ａについて説明する。尚、図３は、本実施の形態における圧縮機の１段圧縮部１Ａを模式的に示す平面図である。

１段圧縮部１Ａの支持部材１５６には、同圧縮部１Ａにて圧縮された冷媒が前段側吐出口１６３から吐出された後に通過する吐出消音室１６４と、板バネ状の部材で構成され、吐出消音室１６４への冷媒の流通を制御する前段側吐出弁１６５と、が備えられる。

更に、支持部材１５６には、１段圧縮部１Ａの圧縮室で上述したような液圧縮が生じる前に、同圧縮室内から、液圧縮の原因となるオイルを流出するためのオイル吐出口１７１と、このオイル吐出口１７１から吐出されるオイルが通過するオイル吐出室１６７と、板バネ状の部材で構成され、オイル吐出室１６７へのオイル吐出を制御するオイル吐出弁１６６と、が備えられる。

前段側吐出弁１６５は、前段側吐出口１６３とは反対側の端部が弁支持部１６５Ｓにて支持部材１５６に固定される。これにより、１段圧縮部１Ａの圧縮室において圧縮される冷媒の圧力が、前段側吐出口１６３を介して、前段側吐出弁１６５の所定の開放圧力より高くなると、当該前段側吐出弁１６５は弁支持部１６５Ｓを支点として開放され、吐出消音室１６４に冷媒が流入する。そして、この吐出消音室１６４に流入した冷媒は、１段圧縮部１Ａから吐出されることになる。

他方、オイル吐出弁１６６は、オイル吐出口１７１とは反対側の端部が弁支持部１６６Ｓにて支持部材１５６に固定される。そして、上述したように、オイル吐出室１６７には２段圧縮部１Ｂで圧縮され密閉容器１１２に吐出された高圧冷媒が流入する弁背圧流入管路１７０が連通しているため、オイル吐出室１６７内は、圧縮機１の駆動時には、２段圧縮部１Ｂから吐出される冷媒と略同圧力となり、この高圧の背圧により、オイル吐出弁１６６は閉塞されている。

これにより、冷凍運転時及び冷凍冷蔵運転時には、１段圧縮部１Ａよりも２段圧縮部１Ｂから吐出される冷媒の圧力の方が高いため、オイル吐出弁１６６は開放されず、圧縮機１では通常の２段圧縮動作が実行される。

一方、本冷蔵運転時、１段圧縮部１Ａの圧縮室が略真空状態となり液圧縮が生じて、同圧縮室内が異常な高圧状態となるような場合には、オイル吐出弁１７１が開放され、オイル吐出口１７１からオイル吐出室１６７内にオイルが吐出されることにより、上述のような液圧縮が大幅に抑制され、圧縮機効率の大幅な低下を防止できる。

冷凍運転時、冷凍冷蔵運転時及び冷蔵運転時共に以上の如く冷媒が循環して状態が変化し、冷凍サイクルが形成される。

ここで、本実施の形態では冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、外気温が、例えば＋２２℃程度の場合でも、従来のフロン系冷媒やＨＣ系冷媒に用いられる冷媒回路、即ち放熱器２の直後に膨張弁６５、６６を設けるような冷媒回路では、膨張弁６５、６６に流入する冷媒の乾き度が高すぎるため、冷媒中のガス冷媒の割合が高く、十分な冷却性能を得ることが困難である。

そこで、冷凍装置３０においては、分岐点９Ａにて冷媒配管を分岐しその一方に第１の吸熱手段１０を備えると共に冷却熱交換器３２を備え、この冷却熱交換器３２により第１及び第２の吸熱手段１０、１１に流入する冷媒を過冷却する構成としたことにより、上記のような特性を持つ二酸化炭素冷媒を用いた場合でも高い冷却効果を得ることができる。またこのとき、第１の吸熱手段１０側を出た冷媒はガス冷媒として２段圧縮部１Ｂの吸い込み口に導入するため、圧縮機１の圧縮効率をも向上させることができ、より一層冷凍装置３０の冷凍サイクル効率を向上することができる。

また冷凍運転時は冷凍冷蔵運転時と異なり、制御装置２６により、中間圧吸熱器５７の付近に設けられたファン５７Ｆを停止して冷却熱交換器３２での熱交換量を増大させる構成としたため、第２の吸熱手段１１に流入する冷媒の過冷却をより大きくすることができ、より高効率な冷凍運転を行うことが可能になる。

更に、本実施の形態における冷凍装置３０は、圧縮機１の１段圧縮部１Ａにおいてオイル吐出口１７１、オイル吐出弁１６６等を備える構成とすることにより、多段圧縮機である圧縮機１を用いる場合にも、冷蔵運転時、前段圧縮要素である１段圧縮部１Ａでの液圧縮による圧縮機効率の大幅な低下を抑制することが可能となり、エネルギー浪費を抑制可能で高効率な冷蔵運転が可能となる。

次に本実施の形態における冷凍装置３０の冷蔵庫への適用例について図４を参照して説明する。図４は冷凍装置３０を備えた冷蔵庫の概略構成図を示している。

冷蔵庫４０は、上段に冷蔵室４１を備え、下段に冷凍室４２を備えて構成されている。そして、各室４１、４２の奥部には、夫々庫内仕切り壁６１、６２が設けられ、この庫内仕切り壁６１、６２で仕切られた風路４４内には、上述した中間圧吸熱器５７及び低圧吸熱器５８、並びにファン６３、６４が設置される。また、冷凍室４２には温度センサ４２Ｔが設けられ、冷蔵室４１には温度センサ４１Ｔが設けられる。

そして、上述した各運転時、即ち冷凍運転時にはファン６４を運転し、冷凍冷蔵運転時にはファン６３、６４を運転し、更に冷蔵運転時にはファン６３を運転する。これにより、各室４１、４２を冷却することが可能である。

本実施の形態の冷蔵庫４０は、以上の如き構成を備えるため、冷媒に二酸化炭素を用いた場合にも高い冷却性能と高効率運転が可能となる。また、冷蔵運転時にも、圧縮機１の１段圧縮部１Ａでの液圧縮を抑制することが出来、冷凍サイクル効率向上を図ることができる。

以上、一実施の形態により本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記各実施の形態では、冷媒回路中に二酸化炭素冷媒を封入しているが、これに限定されるものではなく、それ以外のフロン系冷媒等を封入したものにも適用可能である。

また、上記各実施の形態における膨張弁６５、６６は必要に応じてキャピラリチューブに変更可能である。

本発明の冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。 本発明の一実施の形態における圧縮機の概略断面図である。 本発明の一実施の形態における圧縮機の１段圧縮部のシリンダを含む平面図である。 本発明の一実施の形態における冷凍装置の冷蔵庫への適用例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
７、５２ 逆止弁
１０ 第１の吸熱手段
１１ 第２の吸熱手段
１５ 熱交換器
２１、４１ 冷蔵室
２２、４２ 冷凍室
２６ 制御装置
３０ 冷凍装置
３２ 冷却熱交換器
４０ 冷蔵庫
５７ 中間圧吸熱器
５８ 低圧吸熱器
５７Ｆ、５８Ｆ、６３、６４ ファン
６５ 中間圧膨張弁
６６ 低圧膨張弁
１１２ 密閉容器
１１４ 電動要素
１１６ 回転軸
１１８ 回転圧縮部
１１９、１５１ 磁石
１３８、１４０ シリンダ
１４６、１４８ ローラ
１５０、１５２ ベーン
１６０ 後段側吐出口
１６１ 後段側吐出弁
１６２、１６４ 吐出消音室
１６３ 前段側吐出口
１６５ 前段側吐出弁
１６５Ｓ、１６６Ｓ 弁支持部
１６６ オイル吐出弁
１６７ オイル吐出室
１７０ 弁背圧流入管路
１７１ オイル吐出口

Claims (7)

1. 密閉容器内に電動要素と、この電動要素により駆動され流体を圧縮する圧縮室を備える圧縮要素と、を含む圧縮機において、
   前記圧縮室は、該圧縮室に流体を導入するための導入口と、圧縮された流体が吐出される第１の吐出口及び第２の吐出口と、を備え、
   前記第１の吐出口には前記圧縮室内で圧縮された流体が第１の圧力に到達した場合に開放される第１の吐出弁が設けられ、前記第２の吐出口には前記第１の圧力よりも高い第２の圧力で開放される第２の吐出弁が設けられることを特徴とする圧縮機。
2. 前記流体は、冷媒及び油を含む冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記圧縮要素は、前段圧縮要素と、この前段圧縮要素にて圧縮された冷媒を更に圧縮する後段圧縮要素と、により構成され、
   前記前段圧縮要素の圧縮室には、前記導入口と、前記第１の吐出口と、前記第１の吐出弁と、前記第２の吐出口と、前記第２の吐出弁と、が備えられ、
   前記第２の吐出弁は、前記後段圧縮要素から吐出される冷媒の圧力よりも高い圧力で開放されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の圧縮機。
4. 前記第２の吐出弁は、前記圧縮室内の冷媒及び前記後段圧縮要素から吐出される冷媒と接するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
5. 請求項１に記載の圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、
   該放熱器の出口側の冷媒配管が分岐され、この分岐された一方の冷媒配管に接続され且つ第１の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、前記分岐された他方の冷媒配管に接続され且つ第２の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、
   前記一方の冷媒配管は前記圧縮機の中間圧部に接続され、前記他方の冷媒配管は前記圧縮機の前記中間圧部より低圧側の吸い込み口に接続されることを特徴とする冷凍装置。
6. 冷凍サイクルの高圧側が超臨界状態で運転されることを特徴とする請求項５に記載の冷凍装置。
7. 請求項５又は請求項６のいずれか一項に記載の冷凍装置を備えることを特徴とする冷蔵庫。
   
   
   
   

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