JP2007263391A

JP2007263391A - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP2007263391A
Application number: JP2006085466A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kuwabara; 修桑原; Kentaro Yamaguchi; 賢太郎山口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP5144897B2

Abstract

【課題】低段側のロータリ圧縮手段と高段側のロータリ圧縮手段を備えた冷凍サイクル装置において、蒸発器の除霜運転時における不安定な運転状況を回避しながら、除霜効率の向上を図る。
【解決手段】低段側のロータリ圧縮機（低段側ロータリ圧縮手段）から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための低段側除霜回路と、高段側のロータリ圧縮機（高段側ロータリ圧縮手段）から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための高段側除霜回路と、各ロータリ圧縮機から各除霜回路への冷媒の流入を制御する流路制御装置としての電磁弁とを備え、蒸発器の除霜時、電磁弁により両ロータリ圧縮機から吐出された冷媒を両除霜回路により合流させて蒸発器に流すと共に、高段側除霜回路には、入口側と出口側との間で圧力差を構成する差圧発生手段としてのキャピラリチューブを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、低段側ロータリ圧縮手段、高段側ロータリ圧縮手段、放熱器、減圧装置及び蒸発器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

従来のこの種冷凍サイクル装置は、例えば、圧縮手段として密閉容器内に低段側の回転圧縮要素（低段側のロータリ圧縮手段）と、高段側の回転圧縮要素（高段側のロータリ圧縮手段）とを備えた内部中間圧型二段圧縮式のロータリコンプレッサ、放熱器、膨張弁（減圧装置）、蒸発器を順次接続することにより冷凍サイクルが構成されている。そして、低温低圧の冷媒が低段側の回転圧縮要素の吸込ポートからシリンダ（圧縮部）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、シリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。

密閉容器内に吐出された中間圧の冷媒は、高段側の回転圧縮要素の吸込ポートから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二段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒となり、高圧室側より、吐出ポート、吐出消音室を経てロータリコンプレッサの外部に吐出されて、放熱器に流入する。放熱器に流入した冷媒は当該放熱器で放熱した後、膨張弁で減圧されて蒸発器に入る。そこで冷媒は周囲から吸熱して蒸発し、その後、ロータリコンプレッサの低段側の回転圧縮要素に吸入されるサイクルを繰り返す。

このような冷凍サイクル装置では、長時間上述した運転を繰り返すと蒸発器に霜が付着して、当該蒸発器における冷凍能力が著しく低下するため、従来より蒸発器の着霜を除去するための除霜運転が行われていた。当該除霜運転時には、ロータリコンプレッサの吸込側と吐出側の圧力差が通常運転時と比較して著しく小さくなることが知られている。この場合、例えばロータリコンプレッサの高段側の回転圧縮要素から吐出された冷媒を放熱器をバイパスし、膨張弁で減圧することなく蒸発器に供給すると、高段側の回転圧縮要素から吐出された冷媒が殆ど圧力低下することなく、ロータリコンプレッサの低圧側の回転圧縮要素に吸い込まれて圧縮されるため、高段側の回転圧縮要素の吐出側圧力より、低段側の圧縮要素の吐出側圧力の方が上昇し、高段側の回転圧縮要素の吐出側と吸込側とで圧力が逆転する問題が生じていた。

また、ロータリコンプレッサの高段側の回転圧縮要素から吐出された冷媒と低段側の回転圧縮要素から吐出された冷媒とを共に、減圧せずに蒸発器に供給して、蒸発器の除霜を行う装置もあるが、この場合にも係る高段側の回転圧縮要素における圧力差を確保することができなかった（例えば、特許文献１参照）。

特に、前述したように高段側の回転圧縮要素のベーンに背圧として、当該高段側の回転圧縮要素から吐出される高圧冷媒が印加されている場合、このような高段側の回転圧縮要素の吐出側と吸込側との圧力逆転、或いは、高段側の回転圧縮要素における圧力差を確保することができなくなると、ベーンがローラ側に付勢される付勢力が無くなる、或いは小さくなり、ベーンがローラに追従できなくなって、高段側のロータリ圧縮要素のベーン飛びが発生し、高段側のロータリ圧縮要素の運転が不安定となる問題が生じていた。

具体的には、ロータリコンプレッサが一定以上の回転数で回転している場合、ベーンの慣性でベーンがローラから離れる力が働くため、スプリングと冷媒との圧力差による押しつけ力を加えなければ、ベーンをローラに追従させることができず、ベーン飛びが生じてしまう。これによって、ベーンがローラに衝突する衝突音が発生したり、圧縮効率が著しく低下するなどの問題が生じ、最悪の場合にはベーン及びローラが破損するなどの不都合が生じていた。

このため、低段側の回転圧縮要素から吐出された中間圧冷媒のみを減圧せずに蒸発器に供給することにより、当該蒸発器の除霜運転が行われていた（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−１８５３０６号公報特開２００４−２９４０５９号公報

しかしながら、上述した低段側の回転圧縮要素から吐出された中間圧冷媒のみを減圧せずに蒸発器に供給する方式では、高段側の回転圧縮要素から吐出された高温冷媒は、放熱器及び膨張弁を通過するため、放熱器の熱容量と放熱によって放熱器の出口温度が上昇する迄に時間がかかると共に、膨張弁を全開にしても当該膨張弁を冷媒が通過する際の圧力損失により温度が低下するため、蒸発器の着霜を除去するのに時間がかかっていた。また、膨張弁の圧力損失により、ロータリコンプレッサの入力が大きくなる問題も生じていた。

本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、低段側のロータリ圧縮手段と高段側のロータリ圧縮手段を備えた冷凍サイクル装置において、蒸発器の除霜運転時における不安定な運転状況を回避しながら、除霜効率の向上を図ることを目的とする。

即ち、本発明の冷凍サイクル装置は、低段側ロータリ圧縮手段、高段側ロータリ圧縮手段、放熱器、減圧装置及び蒸発器とを備え、低段側ロータリ圧縮手段で圧縮されて吐出された冷媒を高段側ロータリ圧縮手段に吸い込ませて圧縮し、この高段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を放熱器、減圧装置及び蒸発器に順次流して蒸発器から出た冷媒を低段側ロータリ圧縮手段に吸い込ませるよう構成したものであって、低段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための低段側除霜回路と、高段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための高段側除霜回路と、各ロータリ圧縮手段から各除霜回路への冷媒の流入を制御する流路制御装置とを備え、蒸発器の除霜時、流路制御装置により両ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を両除霜回路により合流させて蒸発器に流すと共に、高段側除霜回路には、入口側と出口側との間で圧力差を構成する差圧発生手段を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明の冷凍サイクル装置は、請求項１に記載の発明において低段側ロータリ圧縮手段と高段側ロータリ圧縮手段は単一の密閉容器内に収納されており、流路制御装置の少なくとも一部と差圧発生手段を密閉容器内に配置したことを特徴とする。

請求項３の発明の冷凍サイクル装置は、請求項２に記載の発明において高段側ロータリ圧縮手段の吐出マフラー室と連通する空間を設け、この空間に流路制御装置の少なくとも一部と差圧発生手段を収納したことを特徴とする。

本発明によれば、低段側ロータリ圧縮手段、高段側ロータリ圧縮手段、放熱器、減圧装置及び蒸発器とを備え、低段側ロータリ圧縮手段で圧縮されて吐出された冷媒を高段側ロータリ圧縮手段に吸い込ませて圧縮し、この高段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を放熱器、減圧装置及び蒸発器に順次流して蒸発器から出た冷媒を低段側ロータリ圧縮手段に吸い込ませるよう構成した冷凍サイクル装置において、低段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための低段側除霜回路と、高段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための高段側除霜回路と、各ロータリ圧縮手段から各除霜回路への冷媒の流入を制御する流路制御装置とを備え、蒸発器の除霜時、流路制御装置により両ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を両除霜回路により合流させて蒸発器に流すので、高段側ロータリ圧縮手段と低段側ロータリ圧縮手段からの冷媒を減圧装置にて減圧することなく、蒸発器に流すことができる。これにより、冷凍サイクル装置の除霜効果が向上する。

また、高段側除霜回路には、入口側と出口側との間で圧力差を構成する差圧発生手段を設けたので、除霜時に高段側ロータリ圧縮手段の吐出側と吸込側とで圧力差を構成することができるようになり、高段側ロータリ圧縮手段における圧力逆転を解消し、当該高段側ロータリ圧縮手段が不安定な運転状況に陥る不都合を回避することができる。

また、差圧発生手段により構成される圧力差を、除霜時に高段側ロータリ圧縮手段の吐出側と吸込側とで圧力差を確保できる最小限の値に設定すれば、除霜時における入力アップを解消することができる。

請求項２の発明によれば、上記発明において低段側ロータリ圧縮手段と高段側ロータリ圧縮手段は単一の密閉容器内に収納されており、流路制御装置の少なくとも一部と差圧発生手段を密閉容器内に配置したので、装置全体のコンパクト化を図ることができる。

特に、請求項２の発明において、請求項３の如く高段側ロータリ圧縮手段の吐出マフラー室と連通する空間を設け、この空間に流路制御装置の少なくとも一部と差圧発生手段を収納すれば、密閉容器のコンパクト化が可能となる。

本発明は、低段側ロータリ圧縮手段と高段側ロータリ圧縮手段を備えた冷凍サイクル装置において、蒸発器の除霜運転時に高段側のロータリ圧縮手段の吸込側と吐出側の圧力差が確保できずに、当該高段側ロータリ圧縮手段が不安定な運転状況に陥る不都合を解消すると共に、除霜効率を向上するために成されたものである。除霜運転時における不安定な運転状況を回避しながら、除霜効率の向上を図るという目的を低段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための低段側除霜回路と、高段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための高段側除霜回路と、各ロータリ圧縮手段から各除霜回路への冷媒の流入を制御する流路制御装置とを備え、蒸発器の除霜時、流路制御装置により両ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を両除霜回路により合流させて蒸発器に流すと共に、高段側除霜回路には、入口側と出口側との間で圧力差を構成する差圧発生手段を設けることにより実現した。以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施例の冷凍サイクル装置の冷媒回路図、図２は低段側のロータリ圧縮要素（低段側ロータリ圧縮手段）２と高段側のロータリ圧縮要素（高段側ロータリ圧縮手段）３を備えたロータリコンプレッサ１の一部断面図、図３はロータリコンプレッサの各シリンダの構成を説明する概略図をそれぞれ示している。本実施例の冷凍サイクル装置は、低段側のロータリ圧縮要素２と高段側のロータリ圧縮要素３を備えたロータリコンプレッサ１、放熱器４、減圧装置としての膨張弁５及び蒸発器７等から冷凍サイクルが構成されている。本実施例の冷凍サイクル装置は、ヒートポンプ用途、例えば、給湯機として使用されるものである。

ロータリコンプレッサ１は、図２に示すように単一の密閉容器１Ａ内に低段側のロータリ圧縮要素２と高段側のロータリ圧縮要素３が収納され、低段側のロータリ圧縮要素２で圧縮された冷媒を密閉容器１Ａに吐出した後、中間配管２１を介して、高段側のロータリ圧縮要素３に吸い込ませて圧縮して、当該高段側のロータリ圧縮要素３から吐出する、所謂内部中間圧型二段圧縮式のロータリコンプレッサである。

この場合、ロータリコンプレッサ１の吐出側配管２２は放熱器４の入口に接続されて、放熱器４の出口は膨張弁５の入口に接続された冷媒配管２４に接続されている。そして、蒸発器７の蒸発器入口側配管２６がこの膨張弁５の出口に接続され、蒸発器７の出口には低段側のロータリ圧縮機２の吸込側配管２０が接続されて、環状の冷媒回路が構成されている。

ここで、上記ロータリコンプレッサ１の構成を図２を用いて説明する。密閉容器１Ａ内には低段側のロータリ圧縮要素２と高段側のロータリ圧縮要素３と両ロータリ圧縮要素２、３を駆動する図示しない電動要素が収納されている。電動要素は、密閉容器１Ａの内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と、このステータの内側に挿入は位置されたロータとからなり、このロータには中心を鉛直方向に延びる回転軸３０が固定されている。

前記低段側のロータリ圧縮要素２と高段側のロータリ圧縮要素３との間には中間仕切板３２が狭持されている。即ち、低段側のロータリ圧縮要素２と高段側のロータリ圧縮要素３は、中間仕切板３２と、この中間仕切板３２の上下に配置されたシリンダ３４、３６と、このシリンダ３４、３６内を１８０度の位相差を有して回転軸３０に設けた偏心部３８、４０に嵌合されて偏心回転するローラ４２、４４と、このローラ４２、４４に当接してシリンダ３４、３６内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン４６、４８と（図３）、各ベーン４６、４８のローラ４２、４４とは反対側に形成された収納部４７、４９内に設けられ、各ベーン４６、４８の端部に当接して、ベーン４６、４８をローラ４２、４４側に付勢するスプリング４７Ｓ、４９Ｓと、シリンダ３４の上側の開口面及びシリンダ３６の下側の開口面を閉塞して、回転軸３０の軸受けを兼用する上部支持部材５０（メインフレーム）及び下部支持部材５２にて構成されている。

高段側のロータリ圧縮要素３のベーン４６はスプリング４７Ｓに加えて、高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側の圧力（高圧）が背圧として印加されて、当該背圧によってもローラ４２側に付勢されている。また、低段側のロータリ圧縮要素２のベーン４８はスプリン４９Ｓに加えて、低段側のロータリ圧縮要素２の吐出側の圧力（中間圧）が背圧として印加され、当該背圧によってもローラ４４側に付勢されている。

上部支持部材５０及び下部支持部材５２内には、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マフラー室６２、６４と、シリンダ３４、３６の内部の高圧室側と上記吐出マフラー室６２、６４とをそれぞれ連通する吐出ポート５４、５６が設けられている。また、吐出マフラー室６４と密閉容器１Ａ内とはシリンダ３４、３６、中間仕切板３２、上下支持部材５０、５２を軸心方向に貫通する図示しない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７０が立設され、この中間吐出管７０から低段側のロータリ圧縮要素２で圧縮された中間圧の冷媒が密閉容器１Ａ内に吐出される。

密閉容器１Ａの側面には、シリンダ３４の低圧室側、シリンダ３６の低圧室側、吐出マフラー室６２、上部カバー６６の上方に対応する位置にそれぞれスリーブが溶接固定されている。そして、シリンダ３４の低圧室側に対応する位置に固定された図示しないスリーブ内にはシリンダ３４に冷媒を導入するための中間配管２１が挿入接続され、この中間配管２１の一端がシリンダ３４の低圧室内と連通する。当該中間配管２１は密閉容器１Ａの上方を通過し、他端は上部カバー６６の上方に対応する位置に固定された図示しないスリーブ内に挿入接続されて密閉容器１Ａ内と連通する。

また、シリンダ３６の低圧室側に対応する位置に固定された図示しないスリーブ内にはシリンダ３６に冷媒を導入するための吸込側配管２０が挿入接続され、吸込側配管２０の一端はシリンダ３６の低圧室内と連通する。当該吸込側配管２０の他端は蒸発器７の出口に接続される。また、吐出マフラー室６２に対応する位置に固定されたスリーブ７２内には吐出側配管２２の一端が挿入接続され、この吐出側配管２２の一端は吐出マフラー室６２内と連通し、他端は放熱器４の入口に接続される。

一方、前記放熱器４はロータリコンプレッサ１から吐出された高温高圧の冷媒と、図示しない貯湯タンクに循環する水とを熱交換するための水−冷媒熱交換型の熱交換器である。即ち、放熱器４には、高段側のロータリ圧縮要素３で圧縮された高温高圧の冷媒が流れる冷媒配管４Ａと、前記貯湯タンクからの水が流れる配管４Ｂとが熱交換可能に配置されている。当該放熱器４において、配管４Ｂを流れる水は、冷媒配管４Ａを流れる高温高圧の冷媒との熱交換により当該冷媒から熱を受け取って加熱される。これにより、給湯に適した高温の湯が生成され、生成された湯は貯湯タンクに貯えられる。

そして、蒸発器７は、膨張弁５で減圧された冷媒を水、又は、空気、又は、その他の熱媒体とを直接又は間接的に熱交換させて蒸発させるものである。本実施例の蒸発器７は、ファン７Ｆによる通風により空気（外気）から吸熱して蒸発するものとする。

以上の構成から成る冷凍サイクル装置によれば、先ず、図示しない電動要素が駆動されると、回転軸３０と一体に設けた偏心部３８、４０に嵌合されたローラ４２、４４が各シリンダ３４、３６内を偏心回転する。これにより、吸込側配管２０からロータリコンプレッサ１の低段側のロータリ圧縮要素２のシリンダ３６の低圧室側に低温低圧の冷媒が吸入され、ローラ４４とベーン４８の動作により圧縮されて中間圧となり、シリンダ３６の高圧室側より吐出ポート５６、下部支持部材５２に形成された吐出マフラー室６４から図示しない連通路を経て中間吐出管７０から密閉容器１Ａ内に吐出される。これによって、密閉容器１Ａ内は中間圧となる。

そして、密閉容器１Ａ内の中間圧の冷媒は、中間配管２１から一旦、密閉容器１Ａの外部を通過した後、密閉容器１Ａ内に戻り、シリンダ３４の低圧室側に吸入される。吸入された中間圧の冷媒は、ローラ４２とベーン４６の動作により２段目の圧縮が行われて、高温高圧の冷媒となり、シリンダ３４の高圧室側から吐出ポート５４を通り、上部支持部材５０に形成された吐出マフラー室６２、吐出側配管２２を経由して冷媒配管４Ａの入口から放熱器４内に流入する。このとき、冷媒温度は略＋１００℃まで上昇しており、係る高温高圧の冷媒は放熱器４において冷媒配管４Ａと交熱的に配置された配管４Ｂを流れる水と熱交換する。これにより、冷媒が放熱し、配管４Ｂを流れる水は冷媒から熱を受け取って加熱され、これにより高温の湯が生成される。

他方、放熱器４において冷媒自体は冷却され、放熱器４から出る。そして、膨張弁５で減圧された後、蒸発器７に流入する。当該蒸発器７にて冷媒はファン７Ｆにる通風により吸熱して蒸発した後、吸込側配管２０からロータリコンプレッサ１の低段側のロータリ圧縮要素２に吸い込まれるサイクルを繰り返す。

ところで、このような冷凍サイクル装置では、長時間の運転により、蒸発器７に霜が付着して当該蒸発器７の蒸発能力が著しく低下する不都合が生じる。これにより、蒸発器７において外気と熱交換して外気の熱を充分に汲み上げることができなくなるため、放熱器４における加熱能力も低下して、湯の生成に支障を来す恐れがあった。

そこで、従来よりこの種の冷凍サイクル装置では、蒸発器の着霜を除去するための除霜運転が行われている。当該除霜運転はロータリコンプレッサにて圧縮された冷媒を減圧せずに蒸発器に流して、蒸発器を加熱することにより着霜を溶かしているため、ロータリコンプレッサの吸込側と吐出側の圧力差が通常運転時と比較して極めて小さくなる。この場合、例えばロータリコンプレッサの高段側のロータリ圧縮要素から吐出された高温冷媒を放熱器、膨張弁をバイパスして蒸発器に供給すると、高段側のロータリ圧縮要素から吐出された冷媒が殆ど圧力低下することなく、ロータリコンプレッサの低圧側のロータリ圧縮要素に吸い込まれて圧縮されるため、高段側のロータリ圧縮要素の吐出側圧力より、低段側のロータリ圧縮要素の吐出側圧力の方が上昇し、高段側のロータリ圧縮要素の吐出側と吸込側とで圧力が逆転する不都合が生じていた。

また、図１１に示す冷凍サイクル装置は、ロータリコンプレッサ１００の高段側のロータリ圧縮要素１０３から吐出された高圧冷媒と低段側のロータリ圧縮要素１０２から吐出された中間圧冷媒とを共に、放熱器１０４及び膨張弁１０５を迂回する除霜回路１１０から蒸発器１０７に供給して、蒸発器１０７の除霜を行うものであるが、当該除霜回路１１０を用いて、蒸発器１０７の除霜運転を行った場合にも、係る高段側のロータリ圧縮要素１０２における圧力差を確保することができなかった。

特に、前述したように高段側のロータリ圧縮要素のベーンに背圧として、当該高段側のロータリ圧縮要素から吐出される高圧冷媒が印加されている場合、このような高段側のロータリ圧縮要素の吐出側と吸込側との圧力逆転、或いは、高段側のロータリ圧縮要素における圧力差を確保することができなくなると、ベーンがローラ側に付勢される付勢力が無くなる、或いは小さくなり、ベーンがローラに追従できなくなって、高段側のロータリ圧縮要素のベーン飛びが発生し、高段側のロータリ圧縮要素の運転が不安定となる問題が生じていた。

具体的には、ロータリコンプレッサが一定以上の回転数で回転している場合、ベーンの慣性でベーンがローラから離れる力が働くため、スプリングと冷媒との圧力差による押しつけ力を加えなければ、ベーンをローラに追従させることができず、ベーン飛びが生じてしまう。これによって、ベーンがローラに衝突する衝突音が発生したり、圧縮効率が著しく低下するなどの問題が生じ、最悪の場合にはベーン及びローラが破損するなどの不都合が生じていた。このため、ロータリコンプレッサでは回転数やスプリングの押しつけ力に応じて、各圧縮要素の前後の圧力差を確保する必要がある。

上述したように高段側のロータリ圧縮要素の運転が不安定となる不都合を解消するため、従来では図１２に示すように、低段側のロータリ圧縮要素１０２から吐出された中間圧冷媒のみを放熱器１０４及び膨張弁１０５を迂回する除霜回路１２０から蒸発器１０７に供給することにより、当該蒸発器１０７の除霜が行われていた。具体的には、除霜運転時に電磁弁１３０を開くと、中間配管１２１から低段側のロータリ圧縮要素１０２で圧縮され、高段側のロータリ圧縮要素１０３に向かう途中の中間圧冷媒の一部が、除霜回路１２０を経て、蒸発器１０７に供給される。このような冷凍サイクル装置を用いることで、除霜運転時の高段側のロータリ圧縮要素１０３の圧力差を確保しながら、蒸発器１０７の着霜を除去することができるようになった。

しかしながら、上述した低段側のロータリ圧縮要素１０２から吐出された中間圧冷媒の一部を除霜回路１２０に流して蒸発器１０７に供給する方式では、高段側のロータリ圧縮要素から吐出された高圧冷媒は、放熱器１０４及び膨張弁１０５を通過するため、放熱器１０４の熱容量と放熱によって放熱器１０４の出口温度が上昇する迄に時間がかかり、膨張弁１０５を全開にしても当該膨張弁１０５を冷媒が通過する際の圧力損失により温度が低下するため、蒸発器１０７の着霜を除去するのに時間がかかっていた。また、膨張弁１０５で圧力差が発生するため、ロータリコンプレッサ１００の入力も大きくなり、消費電力が高騰する問題も生じていた。このように、従来の冷凍サイクル装置は、除霜効率が著しく悪いものであった。

そこで、本発明の冷凍サイクル装置は、低段側のロータリ圧縮要素２から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器７に供給するための低段側除霜回路８と、高段側のロータリ圧縮要素３から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器７に供給するための高段側除霜回路９と、各ロータリ圧縮要素２、３から各除霜回路８、９への冷媒の流入を制御する流路制御装置とを備え、蒸発器７の除霜時、流路制御装置により両ロータリ圧縮要素２、３から吐出された冷媒を両除霜回路８、９により合流させて蒸発器７に流すと共に、高段側除霜回路９には、入口側と出口側との間で圧力差を構成する差圧発生手段を設ける。

具体的には、低段側除霜回路８の冷媒配管の入口は、中間配管２１の途中部に接続され、出口は蒸発器入口側配管２６の途中部に接続されいる。また、高段側除霜回路９の冷媒配管の入口は、ロータリコンプレッサ１の吐出側配管２２の途中部に接続され、出口は低段側除霜回路８の前記電磁弁１０Ａの下流側（出口側）に接続されている。また、低段側除霜回路８上及び高段側除霜回路９上には、電磁弁１０Ａ及び電磁弁１０Ｂがそれぞれ設けられている。電磁弁１０Ａ、１０Ｂは、除霜時に両ロータリ圧縮要素２、３から吐出された冷媒を両除霜回路蒸発器８、９に流すための流路制御装置であり、例えば、冷凍サイクル装置の図示しない制御手段により開閉が制御されている。更に、高段側除霜回路９上には、圧力発生手段としてキャピラリチューブ１２が設けられている。当該キャピラリチューブ１２は当該高段側除霜回路９を流れる高圧冷媒に入口側と出口側との間で圧力差を構成させるためのものであり、除霜時に高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側と吸込側とで圧力差を確保できる最小限の値に設定されている。従って、高段側除霜回路９は、当該高段側除霜回路９を流れる高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側の高温高圧の冷媒が、キャピラリチューブ１２で減圧された後、低段側除霜回路８に入り、当該低段側除霜回路８を流れる中間圧の冷媒と合流するよう構成されている。

以上の構成から成る本発明の冷凍サイクル装置の除霜時における動作を説明する。尚、当該冷凍サイクル装置は図示しない制御手段により、定期的に或いは任意の指示操作に基づいて電磁弁１０Ａ及び電磁弁１０Ｂを開放し、膨張弁５を全閉して除霜運転を実行するよう制御されているものとする。先ず、電磁弁１０Ａ及び電磁弁１０Ｂが開放され、膨張弁５が閉じられると、低段側のロータリ圧縮要素２から吐出された密閉容器１Ａ内の冷媒の一部は、中間配管２１の途中部に接続された入口から低段側除霜回路８に流入する。一方、中間配管２１から高段側のロータリ圧縮要素３に吸い込まれた他の冷媒は、高段側のロータリ圧縮要素３にて圧縮された後、ロータリコンプレッサ１から吐出される。そして、ロータリコンプレッサ１から吐出された高温高圧の冷媒は、吐出側配管２２の途中部に接続された入口から高段側除霜回路９に流入し、キャピラリチューブ１２にて減圧された後、出口から高段側除霜回路９を出て、低段側除霜回路８を流れる中間圧の冷媒と合流する。

このとき、上述したキャピラリチューブ１２による減圧効果により、高段側除霜回路９を流れた高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側の高温高圧の冷媒は、高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側と吸込側とで圧力差が確保できる程度に圧力低下している。

その後、合流した冷媒は、低段側除霜回路８から出て、蒸発器入口側配管２６を介して蒸発器７内に流入する。係る低段側除霜回路８及び高段側除霜回路９からの冷媒の流入によって蒸発器７は加熱され、着霜は融解除去されていく。

蒸発器７を加熱した冷媒は、その後、吸込側配管２２からロータリコンプレッサ１内に吸い込まれて、低段側のロータリ圧縮要素２にて圧縮され、密閉容器１Ａ内に吐出されるサイクルを繰り返す。

かかる除霜運転は、例えば、蒸発器７の所定の除霜終了温度や時間などにより終了し、除霜が終わると、各電磁弁１０Ａ、１０Ｂが閉塞されると共に、膨張弁５の開度が戻され、通常運転に復帰することになる。

このように、蒸発器７の除霜時、電磁弁１０Ａ、１０Ｂを開放し、両ロータリ圧縮要素２、３から吐出された冷媒を両除霜回路８、９により合流させて蒸発器７に流すことで、高段側のロータリ圧縮要素３と低段側のロータリ圧縮要素２からの冷媒を膨張弁５にて減圧することなく流すこと、蒸発器７に流して、蒸発器７の着霜を速やかに融解除去することができる。

特に、高段側除霜回路９には、入口側と出口側との間で圧力差を構成するキャピラリチューブを設けたので、この除霜時に高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側と吸込側とで最小限の圧力差を構成することができるようになり、高段側のロータリ圧縮要素３における圧力逆転を解消し、当該高段側のロータリ圧縮要素３が上述のような不安定な運転状況に陥る不都合を回避することができる。更に、本実施例の如くキャピラリチューブ１２により構成される圧力差を、除霜時に高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側と吸込側とで圧力差を確保できる最小限の値に設定することで、除霜時における入力アップを解消し、消費電力を低減することができる。

以上詳述した如く、本発明により蒸発器７の除霜運転時における不安定な運転状況を確実に回避しながら、除霜効率の向上を図ることができるようになる。

尚、本発明の冷凍サイクル装置は、上記実施例１に示す回路構成に限定されるものでなく、低段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための低段側除霜回路と、高段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給するための高段側除霜回路と、各ロータリ圧縮手段から各除霜回路への冷媒の流入を制御する流路制御装置とを備えて、蒸発器の除霜時、流路制御装置により両ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を両除霜回路により合流させて蒸発器に流すと共に、高段側除霜回路に入口側と出口側との間で圧力差を構成する差圧発生手段を設置したものであればどのような構成であっても構わない。

例えば、図４に示すように、流路制御装置を電磁弁１０と逆止弁１１により構成しても構わない。この場合、高段側除霜回路９に電磁弁を設けずに、低段側除霜回路８の高段側除霜回路９の出口より下流側に電磁弁１０を設け、低段側除霜回路８の前記高段側除霜回路９の出口より上流側に高段側除霜回路９の出口側を順方向とする逆止弁１１を設置している。逆止弁１１は、通常運転時において、高段側除霜回路９から低段側除霜回路８を経て中間配管２１に冷媒が逆流する不都合を回避するためのものであり、電磁弁１０を低段側除霜回路８上のみに設けた場合、必要となる。尚、図４において、図１乃至図３と同一の符号が付されたものは、同一或いは類似の作用効果を奏するものであり、詳細な説明を省略する。

このように、図４に示す回路を備えた冷凍サイクル装置であっても、上記実施例と同様に除霜時、電磁弁１０を開放することで、両ロータリ圧縮要素２、３から吐出された冷媒を両除霜回路８、９により合流させて蒸発器７に流れるので、高段側のロータリ圧縮要素３と低段側のロータリ圧縮要素２からの冷媒が膨張弁５にて減圧されることなく、蒸発器７に流すことができる。これにより、上記実施例同様に冷凍サイクル装置の除霜効果の向上を図ることができる。更に、キャピラリチューブ１２により高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側と吸込側とで圧力差を構成することができるようになり、高段側のロータリ圧縮要素３における圧力逆転を解消し、当該高段側のロータリ圧縮要素３が不安定な運転状況に陥る不都合も回避することができる。

また、上記各実施例では、流路制御装置及び減圧発生手段を共にロータリコンプレッサ１の外部の冷媒回路上に配置するものとしたが、流路制御装置の少なくとも一部と差圧発生手段を密閉容器１Ａ内に配置しても本発明は有効である。図５はこの場合の一実施例のロータリコンプレッサの模式図である。尚、図５において、図１乃至図４と同一の符号が付されているものは、同様、或いは、類似の効果を奏するものであり、ここでは説明を省略する。

本実施例の減圧発生手段は、前記各実施例と同様にキャピラリチューブ１２により構成されている。また、ロータリコンプレッサ１の密閉容器１Ａには低段側除霜回路８の冷媒配管が挿入接続され、当該低段側除霜回路８の入口は密閉容器１Ａ内の電動要素Ｍと高段側のロータリ圧縮要素３の間となる位置で開口している。また、低段側除霜回路８の出口は、上記各実施例と同様に蒸発器入口側配管２６の途中部に接続されている。また、高段側除霜回路９の冷媒配管の入口は、高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側となる吐出マフラー室６２、或いは、当該吐出マフラー室６２に連通された吐出側配管２２に接続され、出口は、密閉容器１Ａ内の低段側除霜回路８の逆止弁１１と電磁弁１０の間となる位置に接続されている。即ち、本実施例では、高段側除霜回路９が全てロータリンプレッサ１の密閉容器１Ａ内部に設置され、低段側除霜回路８の一部（電磁弁１０Ｂ及び一部配管）がロータリコンプレッサ１の密閉容器１Ａ外に設けられている。

このように、流路制御装置の少なくとも一部（本実施例では逆止弁１１）と差圧発生手段（キャピラリチューブ１２）を密閉容器１Ａ内に配置することで、上記各実施例の効果に加えて、冷凍サイクル装置全体のコンパクト化を図ることができるようになる。

次に、図６乃至図９を用いて前記実施例３の如く流路制御装置の少なくとも一部と差圧発生手段を密閉容器１Ａ内に配置した場合のもう一つの実施例について説明する。図６はこの実施例のロータリコンプレッサ１の一部断面図、図７は上部支持部材（メインフレーム）の平面図、図８は上部カバーの平面図、図９は本実施例の流路制御装置の一部を構成する逆止弁の側面図をそれぞれ示している。尚、図６乃至図９において図１乃至図５と同一の符号が付されたものは同様、或いは、類似の作用又は効果を奏するものであり、詳細な説明は省略する。

本実施例のロータリコンプレッサ１は、上部支持部材５０に除霜取り出し用の空間９０が形成され、当該空間９０の底面と吐出マフラー室６２の空間９２の底面とが連通穴９３により連通されている。本実施例では、連通穴９３は、シリンダ３４の上側に形成された細孔９４と上部支持部材５０に軸心方向に形成された孔９３Ａ、９３Ｂから形成される。

また、空間９０内の底部には、逆止弁９５が設置されている。この逆止弁９５は本発明の流路制御装置の一部と差圧発生手段とを構成するものである。当該逆止弁９５は、縦長金属板などの弾性部材にて構成されており、図９に示すように一側は孔９３Ａに一定の押し付け力で当接して密着すると共に、他側は孔９３Ａと所定の間隔を存して設けられた図示しないネジ穴に図示しないネジで固定される。そして、孔９３から逆止弁９５に所定値以上の圧力がかかると、逆止弁９５の一側が僅かに押し上がり、孔９３Ａから離れる。これにより、孔９３Ａ上端と逆止弁９５の一側の底面の間に僅かな隙間が形成され、当該隙間から空間９０内に吐出マフラー室６２の空間９２（孔９３Ａ）からの冷媒が流入する。この隙間は通路面積が小さいため、孔９３Ａからの冷媒は当該隙間を通過する過程で差圧が発生することとなる。

また、空間９０の上面と密閉容器１Ａ内とは連通孔９６により連通され、当該空間９０の上面には逆止弁９９が取り付けられている。当該逆止弁９９は、上記逆止弁９５と同様に縦長金属板などの弾性部材にて構成されており、一側は連通孔９６に一定の押し付け力で当接して密着すると共に、他側は連通孔９６と所定の間隔を存して設けられた図示しないネジ穴に図示しないネジで固定される。そして、密閉容器１Ａから逆止弁９９を下方向に押すある値以上の圧力がかかると、逆止弁９９の一端が僅かに下がり、連通孔９６から離れる。これにより、連通孔９６下端と逆止弁９９の一端の天面の間に僅かな隙間が形成され、当該隙間から空間９０内に密閉容器１Ａ内からの冷媒が流入することとなる。尚、図７において５５は、高段側のロータリ圧縮要素３の吐出ポート５４と吐出マフラー室６２の空間９２とを開閉可能に閉塞する弁装置である。

また、密閉容器１Ａ側面の空間９０に対応する位置にはスリーブ９７が溶接固定され、当該スリーブ９７内には低段側及び高段側除霜回路の除霜配管９８が挿入接続され、当該除霜配管９８の一端が空間９０内と連通接続される。当該除霜配管９８はロータリコンプレッサ１外部に延在し、流路制御手段の一部を構成する図示しない電磁弁を介して、他端は蒸発器７の入口に接続された蒸発器入口側配管２６の途中部に接続される。

以上の構成で、本実施例における除霜時における動作を説明する。先ず、除霜配管９８上に設置された図示しない電磁弁が開放され、膨張弁５が閉じられると、低段側のロータリ圧縮要素２から吐出された密閉容器１Ａ内の冷媒の一部は、連通孔９６に流入し、前記逆止弁９９を押し開けて、空間９０に流入する。一方、密閉容器１Ａ内の他の冷媒は高段側のロータリ圧縮要素３に吸い込まれて圧縮された後、シリンダ３６の高圧室側から吐出ポート５４に入り、弁装置５５を押し開けて、吐出マフラー室６２の空間９２内に吐出される。吐出マフラー室６２の空間９２内に吐出された冷媒は、連通穴９３の孔９３Ｂ、細孔９４、孔９３Ａを通過し、前記逆止弁９５を前記所定値以上の圧力で逆止弁９５を上方向に押す。これにより、逆止弁９５の下方向の押し付け力と逆止弁９５を押し上げる冷媒の圧力がつり合うように差圧が発生しながら冷媒が逆止弁９５と孔９３Ａとの間に形成される隙間を通過する。そして、当該隙間を通過して減圧された冷媒は、空間９０に流入し、前記密閉容器１Ａからの中間圧冷媒と合流する。

その後、合流した冷媒は、除霜配管９８、蒸発器入口側配管２６を介して蒸発器７内に流入する。これにより、蒸発器７が加熱され、着霜は融解除去されていく。

かかる除霜運転は、前述したように、例えば、蒸発器７の所定の除霜終了温度や時間などにより終了し、除霜が終わると、除霜配管９８の前記電磁弁が閉塞されると共に、膨張弁５の開度が戻され、通常運転に復帰することになる。

このように、本実施例においても、上記各実施例と同様に除霜時、除霜配管９８の前記電磁弁を開放することで、両ロータリ圧縮要素２、３から吐出された冷媒を膨張弁５にて減圧することなく、蒸発器７に流すことができる。これにより、冷凍サイクル装置の除霜効果の向上を図ることができる。更に、差圧発生手段（本実施例では逆止弁９５）により高段側のロータリ圧縮要素３の吐出側と吸込側とで圧力差を構成することができるようになり、高段側のロータリ圧縮要素３における圧力逆転を解消し、当該高段側のロータリ圧縮要素３が不安定な運転状況に陥る不都合を回避することができる。

更に、本実施例では、上部支持部材５０内に形成された空間９０に流路制御装置の一部であり、差圧発生手段も兼ねる逆止弁９５を収納したので、密閉容器１Ａのコンパクト化が可能となる。

尚、この実施例では、差圧発生手段を逆止弁９５にて構成したが、これに限らず、差圧発生手段を通路面積の小さい細孔により構成し、当該細孔を冷媒が通過することにより差圧が発生する構造としても良い。この場合にも密閉容器１Ａのコンパクト化が可能である。

また、差圧発生手段を図１０に示すように構成しても構わない。この場合、封止部１５１と当該封止部１５１の他端（図１０において封止部１５１の左端）に取り付けられ、封止部１５１をある所定の付勢力で、一端側（図１０の左方向）に付勢するバネ部材１５２とから成るリード弁１５０により構成され、当該リード弁１５０の封止部１５１内に差圧発生手段としての細孔１５４が形成されている。これらは通路１４０内に設けられ、当該通路１４０の内径より、更に小径に形成された入口１４２が当該封止部１５１の一端により、開閉可能に閉塞されている。細孔１５４は入口１４２が閉塞された状態（図１０の破線）で、入口１４２の上側に位置するよう形成されている。

そして、冷媒が一端側（図１０の左側）から封止部１５１を矢印方向に所定の圧力で押すと、封止部１５１が他端側（図１０の右側）に押されて、通路１４０の入口１４２が開放される。これにより、当該通路１４０の入口１４２からの冷媒が、矢印の如く細孔１５４を経て他端の出口１４４側へと流れる。このとき、細孔１５４による減圧効果により、当該通路１４０の入口１４２側と出口１４４側とで冷媒に圧力差が発生する。

このような構成の差圧発生手段を用いても、冷凍サイクル装置のコンパクト化を図ることができるようになる。

本発明の一実施例の冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図１の冷凍サイクル装置の一部を構成するロータリコンプレッサ（圧縮手段）の一例を示す断面図である。図２のロータリコンプレッサの各シリンダの構成を説明する概略図である。本発明の他の実施例の冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。本発明のもう一つの他の実施例の冷凍サイクル装置の冷媒回路である。本発明の冷凍サイクル装置の一部を構成するロータリコンプレッサ（圧縮手段）の他の実施例を示す断面図である。図５のロータリコンプレッサのメインフレームの上面図である。図５のロータリコンプレッサの上部カバーの上面図である。図５のロータリコンプレッサ内に設けられた流路制御装置の一部の側面図である。本発明の冷凍サイクル装置の流路制御装置の一部及び差圧発生手段の他の実施例を示す説明図である。従来の冷凍サイクル装置の一例を示す冷媒回路図である。従来の冷凍サイクル装置の他の例を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１ロータリコンプレッサ
１Ａ密閉容器
２低段側のロータリ圧縮機（低段側ロータリ圧縮手段）
３高段側のロータリ圧縮機（高段側ロータリ圧縮手段）
４放熱器
５膨張弁（減圧装置）
７蒸発器
８低段側除霜回路
９高段側除霜回路
１０、１０Ａ、１０Ｂ電磁弁
１１逆止弁
１２キャピラリチューブ

Claims

低段側ロータリ圧縮手段、高段側ロータリ圧縮手段、放熱器、減圧装置及び蒸発器とを備え、前記低段側ロータリ圧縮手段で圧縮されて吐出された冷媒を前記高段側ロータリ圧縮手段に吸い込ませて圧縮し、該高段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を前記放熱器、減圧装置及び蒸発器に順次流して該蒸発器から出た冷媒を前記低段側ロータリ圧縮手段に吸い込ませるよう構成した冷凍サイクル装置において、
前記低段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに前記蒸発器に供給するための低段側除霜回路と、前記高段側ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を減圧せずに前記蒸発器に供給するための高段側除霜回路と、前記各ロータリ圧縮手段から各除霜回路への冷媒の流入を制御する流路制御装置とを備え、前記蒸発器の除霜時、前記流路制御装置により前記両ロータリ圧縮手段から吐出された冷媒を前記両除霜回路により合流させて前記蒸発器に流すと共に、前記高段側除霜回路には、入口側と出口側との間で圧力差を構成する差圧発生手段を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
前記低段側ロータリ圧縮手段と前記高段側ロータリ圧縮手段は単一の密閉容器内に収納されており、前記流路制御装置の少なくとも一部と前記差圧発生手段を前記密閉容器内に配置したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記高段側ロータリ圧縮手段の吐出マフラー室と連通する空間を設け、該空間に前記流路制御装置の少なくとも一部と前記差圧発生手段を収納したことを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。