JP2006275494A - 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１００及び２００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、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には圧縮機１００を停止する。
【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

しかしながら、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を停止して中間圧用吸熱器のみを機能させる冷蔵運転時に、２段圧縮機の前段側が略真空状態となり、圧縮機効率が大幅に低下する、という問題がある。

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。

本発明の冷凍装置は、前段圧縮要素及び後段圧縮要素を備える圧縮手段と、この圧縮手段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、前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を選択する切り換え手段と、と、この切り換え手段の情報に基づき前記圧縮手段の圧縮動作を制御する制御手段と、を備え、前記第１の吸熱手段の出口側の冷媒配管が前記前段圧縮要素の吐出側と後段圧縮要素の吸い込み口との間に接続され、前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が前記前段圧縮要素の吸い込み口に接続されるように構成され、前記制御手段は、前記第１の吸熱手段に冷媒を流通させ且つ前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を遮断する場合には、前記前段圧縮要素の圧縮動作を停止することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍装置において、前記圧縮手段は２台の圧縮機により構成されると共に、前記２台の圧縮機のうちの一方の圧縮機が前記前段圧縮要素として運転され、他方の圧縮機が前記後段圧縮要素として運転され、前記制御手段は、前記第１の吸熱手段に冷媒を流通させ且つ前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を遮断する場合には、前記一方の圧縮機の運転を停止することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍装置において、前記圧縮手段は１個の密閉容器内に前記前段圧縮要素と前記後段圧縮要素とを備え、これらの各圧縮要素がベーンとローラを備え且つ同一の回転軸により動作するロータリ式の多段圧縮機により構成され、この多段圧縮機は、前記前段圧縮要素におけるベーンのローラへの接触を防止する接触防止手段を備え、前記制御手段は、前記第１の吸熱手段に冷媒を流通させ且つ前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を遮断する場合には、前記接触防止手段を機能させて、前記前段圧縮要素におけるベーンのローラへの接触を防止することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍装置において、前記圧縮手段は１個の密閉容器内に前記前段圧縮要素と前記後段圧縮要素とを備え、前記前段圧縮要素は第１の回転軸により動作すると共に、前記後段圧縮要素は第２の回転軸により動作し、前記第１の回転軸は駆動手段に取付けされ且つ前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とはクラッチ機構により連結されて構成され、前記制御手段は、前記第１の吸熱手段に冷媒を流通させ且つ前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を遮断する場合には、前記クラッチ機構により前記第２の回転軸を、前記第１の回転軸から分離することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の冷凍装置において、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項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１乃至請求項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。

本発明の圧縮機は、ベーンと、ローラと、前記ベーンの前記ローラへの接触を防止する接触防止手段と、を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の圧縮機において、前記接触防止手段は、前記ベーンに取付けられた磁石と、この磁石と反発又は引き付け合う磁力を発生可能な電磁石と、により構成されることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の圧縮機において、冷媒圧縮動作を行う場合には、前記電磁石に前記磁石と反発するように磁力を発生させ、冷媒圧縮動作を停止する場合には、前記電磁石に前記磁石を引き付け合う磁力を発生させることを特徴とする。

本発明の圧縮機は、１個の密閉容器内に前記前段圧縮要素と前記後段圧縮要素とを備え、前記前段圧縮要素は第１の回転軸により動作する共に、前記後段圧縮要素は第２の回転軸により動作し、前記第１の回転軸は駆動手段に取付けされ且つ前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とはクラッチ機構により連結されて構成されることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の圧縮機において、前記前段圧縮要素の圧縮動作を停止し且つ前記後段圧縮要素の圧縮動作を行う場合には、前記クラッチ機構により前記第２の回転軸を、前記第１の回転軸から分離す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き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、前段圧縮要素としての圧縮機１００と、この圧縮機１００の吐出側に直列に接続される後段圧縮要素としての圧縮機２００と、この圧縮機２００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２００の吸い込み口に、第２の吸熱手段１１の出口側が圧縮機１００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２００の吸い込み口に導入される。

尚、上記の如く中間圧膨張弁６５は絞りの程度を可変に構成され、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れる。そして、中間圧膨張弁６５を出た冷媒は、中間圧吸熱器５７で蒸発して当該吸熱器５７周囲から吸熱した後、冷却熱交換器３２において、放熱器２を出た冷媒と熱交換して温められ、その後圧縮機２００の吸い込み口に戻されることになる。

圧縮機１００と圧縮機２００とは上記の如く直列に接続され、圧縮機１００の吐出口と圧縮機２００の吸い込み口とを接続する冷媒配管上には中間冷却器１Ｃが備えられる。尚、上記第１の吸熱手段１０から流出し、冷却熱交換器３２を経たガス冷媒は、中間冷却器１Ｃと圧縮部２００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、例えば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、圧縮機２００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、また圧縮機１００の吐出側から中間冷却器１Ｃを経て圧縮機２００の吸い込み口まで、及び中間圧膨張弁６５出口から中間圧吸熱器５７及び冷却熱交換器３２を経て圧縮機２００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を経て圧縮機１００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２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、同冷凍装置３０の冷凍サイクル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ことがある。

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を主として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により冷凍及び冷蔵を行う冷凍冷蔵運転と、第１の吸熱手段１０を主として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１００、２００が運転されると、圧縮機１００で圧縮され吐出された中間圧冷媒は、圧縮機２００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に至ることになるが詳細は後述する。

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２００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２００から吐出され放熱器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１００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１００、２００が運転されると、圧縮機１００で圧縮され吐出された中間圧冷媒は、圧縮機２００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に至ることになるが詳細は後述する。

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により、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、ガス冷媒の状態で圧縮機２００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２００から吐出され放熱器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が、本冷凍冷蔵運転では上記冷凍運転時と異なり、中間圧吸熱器５７の吸熱作用を機能させているため、冷却熱交換器３２での熱交換量は冷凍運転時よりも小さいものとなる。

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、上述の如く冷却熱交換器３２で上記第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を経て圧縮機１００の吸い込み口に戻る。

更に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。

尚、本冷蔵運転では第２の吸熱手段１１が機能しないため、圧縮機１００を運転させてもエネルギーが浪費されるだけであり、また、上記冷凍及び冷凍冷蔵運転時と同様に圧縮機１００、２００共に運転させると、低圧膨張弁６６を閉じているために、同膨張弁６６から低圧吸熱器５８を経て圧縮機１００の吸い込み口までが略真空状態となり、圧縮機１００が多量のオイルを吸い込みオイル圧縮が生じ、圧縮機効率が著しく低下する。

そこで、本実施の形態の冷蔵運転では、圧縮機１００を制御装置２６により停止するものとする。

この場合、圧縮機２００が運転されると、圧縮機２００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、ガス冷媒となり圧縮機２００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２００から吐出され放熱器２を出た冷媒は、上記中間圧吸熱器５７から出た冷媒により過冷却される。

以上の如く、本冷蔵運転では圧縮機１００を停止することにより、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。

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圧縮機２００の吸い込み口に導入するため、圧縮機１００、２００における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。

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２を参照して説明する。図２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、冷蔵運転時には、圧縮機１００を停止することにより、冷凍サイクル効率を更に向上させることが可能となる。
＜実施の形態２＞
次に図３を参照して、本発明の他の実施の形態を説明する。図３はこの場合の冷凍装置５０の冷媒回路図を示している。本実施の形態の冷凍装置５０は、上記冷凍装置３０と比較した場合、圧縮機を１台として、この圧縮機１を多段圧縮機により構成する点が相違する。

圧縮機１は２段圧縮機であり、密閉容器内に１段圧縮部１Ａと２段圧縮部１Ｂとを含み、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。即ち、本実施の形態では、上記実施の形態１における前段圧縮要素としての圧縮機１００の機能を１段圧縮部１Ａが代替し、後段圧縮要素としての圧縮機２００の機能を２段圧縮部１Ｂが代替する。

ここで、本実施の形態における圧縮機１について図４を参照して説明する。図４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段圧縮式ロータリコンプレッサであり、同圧縮機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は各段圧縮部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と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、各段圧縮部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。

２段圧縮部１Ｂにおいて、ベーン１５２の外側（図１では右側）には、ベーン１５２の外側端部に当接して、同ベーン１５２をローラ１４８側に付勢するスプリング１７６が設けられている。更に、スプリング１７６の密閉容器１１２側には金属製のプラグ２２３が設けられ、スプリング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。

他方、１段圧縮部１Ａにおいて、ベーン１５０におけるローラ１４６と反対側の外側端部には、例えば永久磁石からなる磁石１５１が取付けられている。そして、上記２段圧縮部１Ｂにおけるプラグ２２３と同様な部分にはプラグ２２２が設けられ、このプラグ２２２の磁石１５１側には、電磁石１７５が設けられている。

また、支持部材１５４、１５６には、一部を凹陥させ、この凹陥部をそれぞれ後述するバッフル板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。

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。

本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様な冷凍運転、冷凍冷蔵運転及び冷蔵運転が選択的に運転される。

冷凍運転につき説明する。冷凍運転時、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、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、冷凍装置５０では、上記実施の形態１での冷凍運転時と同様な冷凍サイクルが形成され、冷凍室２２が冷却される。

次に冷凍冷蔵運転につき説明する。冷凍冷蔵運転時にも上記冷凍運転時と同様、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、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、冷凍装置５０では、上記実施の形態１での冷凍冷蔵運転時と同様な冷凍サイクルが形成され、各室２１、２２が冷却される。

更に冷蔵運転につき説明する。上記実施の形態１では、冷蔵運転時のエネルギー浪費や圧縮機効率の低下等を抑制するために、制御装置２６により２台の圧縮機１００、２００における前段圧縮要素としての圧縮機１００を停止することとした。しかしながら、本実施の形態における圧縮機１では、１段圧縮部１Ａ及び２段圧縮部１Ｂとが同一の回転軸１１６により連結されているため、冷蔵運転時に前段圧縮要素である１段圧縮部１Ａのみを停止することは困難である。

そこで、本実施の形態における圧縮機１では冷蔵運転時に単段運転、即ち２段圧縮部１Ｂのみでの冷媒圧縮運転を可能とするために、ベーン１５０のローラ１４６とは反対側の外側端面に磁石１５１を取付け、この磁石と対面する密閉容器１１２側に電磁石１７５を設ける構成とすることで上述の如き単段運転を実現する。

ここで、本実施の形態における圧縮機１の単段運転について図５及び図６を参照して説明する。

図５及び図６は、１段圧縮部１Ａにおけるベーン１５０とローラ１４６とによる圧縮機構を説明するための模式図である。尚、図５は、多段運転時、即ち上記冷凍運転及び冷凍冷蔵運転時における１段圧縮部１Ａを示すものであり、図６は、単段運転時、即ち冷蔵運転時における１段圧縮部１Ａを示すものである。

図５において、ローラ１４６にはベーン１５０が当接して、ローラ１４６とシリンダ１３８との間に形成される三日月状の空間を圧縮室Ｐと吸気室Ｖとに区画している。

ベーン１５０には上述したように、ローラ１４６側とは反対側の外側端面に磁石１５０が取付けされている。そして、図５に示すような圧縮機１が多段で運転される場合には、制御装置２６により、電磁石１７５に磁石１５１と反発するように通電することにより、磁石１５１と電磁石１７５との反発力によってベーン１５０をローラ１４６に押し付ける。これにより、１段圧縮部１Ａは前段圧縮要素として機能し、圧縮機１は多段で運転される。

他方、単段運転時には図６に示すように、制御装置２６により、電磁石１７５に磁石１５１を引き付けるように通電することにより、ベーン１５０は磁石１５１と共に電磁石１７５に引き付けられて、ベーン１５０がローラ１４６に当接しないようになる。これにより、図５に示すような圧縮室Ｐ及び吸気室Ｖが形成されず、１段圧縮部１Ａは前段圧縮要素として機能しないようになり、圧縮機１は単段で運転されることになる。

以上詳述したように、本実施の形態における冷凍装置５０は、圧縮機１の１段圧縮部１Ａにおいて磁石１５１と電磁石１７５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の圧縮動作を停止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。

また本実施の形態では、上記実施の形態１と異なり、圧縮機を１台で構成することが可能となり、冷凍装置５０の省スペース化を図ることができる。

尚、冷凍装置５０においても、上記実施の形態１の冷凍装置３０と同様に、冷蔵庫に適用することが可能であることは云うまでもない。
＜実施の形態３＞
次に図７を参照して、本発明の更に他の実施の形態を説明する。図７はこの場合の冷凍装置７０の冷媒回路図を示している。本実施の形態の冷凍装置７０は、上記実施の形態２における冷凍装置５０と比較した場合、圧縮機１の代わりに圧縮機１０１を備える点が相違する。

圧縮機１０１について図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９は圧縮機１０１の概略断面図である。尚、図８は、多段運転時、即ち冷凍運転及び冷凍冷蔵運転時における圧縮機１０１を示すものであり、図９は、単段運転時、即ち冷蔵運転時における圧縮機１０１を示すものである。

圧縮機１０１は、上記実施の形態２における圧縮機１と比較した場合、１段圧縮部１Ａにおける磁石１５１及び電磁石１７５を有さず、２段圧縮部１Ｂと同様にベーン１５０をスプリング１７４でローラ１４６に当接する点と、回転軸１１６が第１の偏心部１４２と第２の偏心部１４４との間で２分割されており、この２分割されている第１の回転軸１１６Ａと第２の回転軸１１６Ｂとが、第１の偏心部１４２と第２の偏心部１４４との間に設けられるギヤ部１１７により連結されている点が相違する。

尚、第２の回転軸１１６Ｂのギヤ部１１７とは反対側の端部には磁石１１９が取付けられており、この磁石１１９と対面する密閉容器１１２底部付近には電磁石１７７が設けられている。

そして、冷凍運転時及び冷凍冷蔵運転時には、制御装置２６により、電磁石１７７に通電しない又は電磁石１１７が磁石１１９と反発するように通電するように制御する。これにより、図８に示す如く、第１及び第２の回転軸１１６Ａ、１１６Ｂは、ギヤ部１１７を介して連結された状態となり、圧縮機１０１が運転されると、当該回転軸１１６Ａ、１１６Ｂは一緒に回転し、圧縮機１０１は多段で運転されることになる。

これに対して、冷蔵運転時には、制御装置２６により、電磁石１７７に磁石１１９を引き付けるように通電することにより、第２の回転軸１１６Ｂは磁石１１９と共に電磁石１７７に引き付けられて、第１及び第２の回転軸１１６Ａ、１１６Ｂとがギヤ部１１７にて切り離された状態となる。これにより、この場合には、圧縮機１０１を運転しても電動要素１１４からの回転力が第２の回転軸１１６Ｂには伝えられずに、当該圧縮機１０１は２段圧縮部１Ｂのみの単段で運転されることになる。

以上詳述したように、本実施の形態における冷凍装置７０は、圧縮機１０１の回転軸を、第１及び第２の回転軸１１６Ａ、１１６Ｂにより構成すると共に、クラッチ機構として機能するギヤ部１１７、磁石１１９及び電磁石１７７を備えることにより、多段圧縮機である圧縮機１０１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の圧縮動作を停止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。

また本実施の形態では、上記実施の形態２と同様、圧縮機を１台で構成することが可能となり、冷凍装置７０の省スペース化を図ることができる。

尚、冷凍装置７０においても、上記各実施の形態と同様に、冷蔵庫に適用することが可能であることは云うまでもない。

以上、各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冷凍装置の冷蔵庫への適用例を示す概略構成図である。 本発明の冷凍装置の他の実施の形態を示す冷媒回路図である。 本発明の他の実施の形態における圧縮機の概略断面図である。 本発明の他の実施の形態における圧縮機の圧縮機構を説明するための模式図である。 本発明の他の実施の形態における圧縮機の圧縮機構を説明するための模式図である。 本発明の冷凍装置の更に他の実施の形態を示す冷媒回路図である。 本発明の更に他の実施の形態における圧縮機の概略断面図である。 本発明の更に他の実施の形態における圧縮機の概略断面図である。

符号の説明

１、１００、１０１、２００ 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、５０、７０ 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
１１７ ギヤ部
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
１７５、１７７ 電磁石

Claims (12)

1. 前段圧縮要素及び後段圧縮要素を備える圧縮手段と、この圧縮手段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、
   前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を選択する切り換え手段と、と、この切り換え手段の情報に基づき前記圧縮手段の圧縮動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記第１の吸熱手段の出口側の冷媒配管が前記前段圧縮要素の吐出側と後段圧縮要素の吸い込み口との間に接続され、前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が前記前段圧縮要素の吸い込み口に接続されるように構成され、
   前記制御手段は、前記第１の吸熱手段に冷媒を流通させ且つ前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を遮断する場合には、前記前段圧縮要素の圧縮動作を停止することを特徴とする冷凍装置。
2. 前記圧縮手段は２台の圧縮機により構成されると共に、前記２台の圧縮機のうちの一方の圧縮機が前記前段圧縮要素として運転され、他方の圧縮機が前記後段圧縮要素として運転され、
   前記制御手段は、前記第１の吸熱手段に冷媒を流通させ且つ前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を遮断する場合には、前記一方の圧縮機の運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記圧縮手段は１個の密閉容器内に前記前段圧縮要素と前記後段圧縮要素とを備え、これらの各圧縮要素がベーンとローラを備え且つ同一の回転軸により動作するロータリ式の多段圧縮機により構成され、
   この多段圧縮機は、前記前段圧縮要素におけるベーンのローラへの接触を防止する接触防止手段を備え、
   前記制御手段は、前記第１の吸熱手段に冷媒を流通させ且つ前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を遮断する場合には、前記接触防止手段を機能させて、前記前段圧縮要素におけるベーンのローラへの接触を防止することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
4. 前記圧縮手段は１個の密閉容器内に前記前段圧縮要素と前記後段圧縮要素とを備え、
   前記前段圧縮要素は第１の回転軸により動作すると共に、前記後段圧縮要素は第２の回転軸により動作し、
   前記第１の回転軸は駆動手段に取付けされ且つ前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とはクラッチ機構により連結されて構成され、
   前記制御手段は、前記第１の吸熱手段に冷媒を流通させ且つ前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を遮断する場合には、前記クラッチ機構により前記第２の回転軸を、前記第１の回転軸から分離することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
5. 冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の冷凍装置。
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１乃至請求項５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
7. 請求項１乃至請求項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。
8. ベーンと、ローラと、前記ベーンの前記ローラへの接触を防止する接触防止手段と、を備えることを特徴とする圧縮機。
9. 前記接触防止手段は、前記ベーンに取付けられた磁石と、この磁石と反発又は引き付け合う磁力を発生可能な電磁石と、により構成されることを特徴とする請求項８に記載の圧縮機。
10. 冷媒圧縮動作を行う場合には、前記電磁石に前記磁石と反発するように磁力を発生させ、冷媒圧縮動作を停止する場合には、前記電磁石に前記磁石を引き付け合う磁力を発生させることを特徴とする請求項９に記載の圧縮機。
11. １個の密閉容器内に前記前段圧縮要素と前記後段圧縮要素とを備え、
    前記前段圧縮要素は第１の回転軸により動作する共に、前記後段圧縮要素は第２の回転軸により動作し、
    前記第１の回転軸は駆動手段に取付けされ且つ前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とはクラッチ機構により連結されて構成されることを特徴とする圧縮機。
12. 前記前段圧縮要素の圧縮動作を停止し且つ前記後段圧縮要素の圧縮動作を行う場合には、前記クラッチ機構により前記第２の回転軸を、前記第１の回転軸から分離することを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。
    
    
    
    

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