JP2013181513A - 圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の燃焼による災害等を防止できるような圧縮機等を得る。
【解決手段】二元冷凍サイクル装置の高温側圧縮機等に用いる圧縮機において、可燃性冷媒４を圧縮する圧縮機本体３と、圧縮機本体３を収容し、不燃性冷媒２を封入して内部を密閉した密閉容器１とを備え、例えば圧縮機が故障して圧縮機本体内で可燃性冷媒が燃焼しても、燃焼の広がりを防ぐようにする。
【選択図】図２

Description

この発明は圧縮機等に関するものである。特に空気調和装置、冷凍装置等の冷凍サイクル装置等に用いるものである。

従来より、例えば複数の圧縮機を用いて冷凍、空気調和等を行う場合がある。例えば高温側（高段側、一次側）となる冷凍サイクル装置（以下、高温側循環回路という）と低温側（低段側、二次側）となる冷凍サイクル装置（以下、低温側循環回路という）とをそれぞれ形成して多段で構成した冷凍装置がある（ここでは二段構成の二元冷凍装置であるものとする）。このような冷凍サイクル装置では、例えば低温側循環回路における冷媒の凝縮による凝縮熱と高温側循環回路における冷媒の蒸発による蒸発熱とを熱交換しながら、最終段となる低温側サイクルの蒸発器において、対象等との熱交換を行うことにより、連携した冷凍運転を行っている。

このとき、複数の圧縮機構を１つの密閉容器（シェル）に収容し、それぞれ同じ冷媒を圧縮する圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、高温側循環回路と低温側循環回路をそれぞれ別々の圧縮機で構成する場合もある（たとえば、特許文献２参照）。

特開平１０−０３７８６６号公報（第１０頁、第１図） 特開平４−１４８１６０号公報（第４頁、第１図）

ここで、例えば圧縮機は吸入圧力及び吐出圧力を高くすると、圧縮機の温度が高くなりやすい。このため、例えば、圧縮機が故障等して、圧縮機の温度が高くなりすぎると、可燃性冷媒、微燃性冷媒等（以下、可燃性冷媒という）を用いている場合に、冷媒が燃焼してしまう可能性がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、例えば冷媒の燃焼による災害等を防止できるような圧縮機等を得るものである。

この発明に係る圧縮機は、可燃性冷媒を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体を収容し、不燃性冷媒を封入して内部を密閉した密閉容器とを備えるものである。

この発明によれば、不燃性冷媒を封入した密閉容器内に可燃性冷媒を圧縮する圧縮機本体を収容するようにしたので、例えば圧縮機が故障して圧縮機本体内で可燃性冷媒が燃焼しても、燃焼の広がりを防ぐことができる。

この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を表す図である。 この発明の実施の形態１に係る圧縮機の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態２に係る圧縮機の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態３に係る圧縮機等の構成を説明するための図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の構成を表す図である。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として二元冷凍装置について説明する。図１に示すように、本実施の形態における二元冷凍装置は、高温側循環回路１０と低温側循環回路２０とを有し、それぞれ独立して冷媒を循環させる冷媒循環回路を構成する。そして、２つの冷媒循環回路を多段構成にするために、高温側蒸発器１４と低温側凝縮器２２とを、それぞれ通過する冷媒間での熱交換を可能に結合させて構成したカスケードコンデンサ（冷媒間熱交換器）３０を設けている。また、二元冷凍装置全体の運転制御を行う制御手段４０を有する。ここで、以下で説明する温度、圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

図１において、高温側循環回路１０は、高温側圧縮機１１、高温側凝縮器１２、高温側絞り装置１３、高温側蒸発器１４及び高温側アキュムレータ１５を直列に冷媒配管で接続した冷媒循環回路を構成している。一方、低温側循環回路２０は、低温側圧縮機２１、低温側凝縮器２２、低温側絞り装置２３、低温側蒸発器２４及び低温側アキュムレータ２５を直列に冷媒配管で接続した冷媒循環回路を構成している。

ここで、高温側循環回路を循環する冷媒（以下、高温側冷媒という）として、例えばＨＦＯ−１２３４ｙｆのように、炭素二重結合を分子構造に有する冷媒（ＨＦＯ冷媒）を用いるものとする。このような冷媒は、可燃性を有しているが、一般的にＧＷＰが低い（１０以下）ため、将来的に冷凍サイクル装置による冷却等を行うための冷媒として有用となる。また、低温側循環回路を循環する冷媒（以下、低温側冷媒という）として、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を含む不燃性の冷媒（二酸化炭素冷媒）を用いるものとする。

高温側循環回路１０の高温側圧縮機１１は、高温側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。ここで、本実施の形態では、この発明に係る圧縮機を高温側圧縮機１１に用いるものとして説明する。高温側圧縮機１１はスクロール圧縮機である。そして、例えばインバータ回路等により回転数を制御し、高温側冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成するとよい。高温側凝縮器１２は、例えば送風機、ポンプ等（図示せず）から供給される空気、水等と高温側冷媒との間で熱交換を行い、高温側冷媒を凝縮液化させるものである。

減圧弁、膨張弁等の高温側絞り装置１３は、高温側冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段で構成することが最適であるが、毛細管（キャピラリ）、感温式膨張弁等の冷媒流量調節手段で構成してもよい。高温側蒸発器１４は、熱交換により高温側冷媒を蒸発ガス化させるものである。例えば、ここではカスケードコンデンサ３０において高温側冷媒が通過する伝熱管等が高温側蒸発器１４となって、低温側冷媒との熱交換を行うものとする。また、高温側アキュムレータ１５は余剰冷媒（高温側冷媒）を溜めておくものである。

一方、低温側循環回路２０の低温側圧縮機２１は、低温側冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。低温側圧縮機２１についても、例えばインバータ回路等を有し、低温側冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成するとよい。また、低温側凝縮器２２は、熱交換により低温側冷媒を凝縮液化させるものである。例えば、ここではカスケードコンデンサ３０において低温側冷媒が通過する伝熱管等が低温側凝縮器２２となって、高温側冷媒との熱交換を行うものとする。

減圧弁、膨張弁等の低温側絞り装置２３は、低温側冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段で構成することが最適であるが、毛細管等の冷媒流量調節手段で構成してもよい。ここで、低温側絞り装置２３は制御手段４０からの指示に基づいて開度調整を行う流量制御手段で構成しているものとする。

低温側蒸発器２４は、例えば送風機、ポンプ等（図示せず）から供給される空気、ブライン等と低温側冷媒との間で熱交換を行い、低温側冷媒を蒸発ガス化させるものである。低温側冷媒との熱交換により、冷却対象物等を直接又は間接に冷却する。低温側アキュムレータ２５は余剰冷媒（低温側冷媒）を溜めておくものである。

また、カスケードコンデンサ３０は、前述した高温側蒸発器１４と低温側凝縮器２２との機能を有し、高温側冷媒と低温側冷媒とを熱交換可能にする冷媒間熱交換器である。例えばプレート熱交換器、二重管熱交換器等で構成する。カスケードコンデンサ３０を介して高温側循環回路と低温側循環回路とを多段構成にし、冷媒間の熱交換を行うようにすることで、独立した冷媒循環回路を連携させることができる。

また、制御手段４０は、高温側循環回路１０および低温側循環回路２０の状態を監視し、二元冷凍装置における冷却運転等の動作を制御する。例えば高温側圧縮機１１、高温側絞り装置１３、低温側圧縮機２１、低温側絞り装置２３等の動作を制御する。

図２はこの発明の実施の形態１に係る圧縮機の構成を説明するための図である。本実施の形態の圧縮機は、前述したように高温側圧縮機１１に用いるものである。本実施の形態では、不燃性冷媒２を封入（充填）した密閉容器１に圧縮機本体３を設置する。冷媒配管と接続するために圧縮機本体３から延びる吸入管６Ａ及び吐出管６Ｂは、密閉容器１にロウ付けされる。これにより、密閉容器１内は密閉化される。前述したように、高温側循環回路１０を循環する高温側冷媒には可燃性、微燃性冷媒４（以下、可燃性冷媒４という）を用いている。

次に圧縮機の圧縮動作について説明する。可燃性冷媒流れ５に示すように、高温側冷媒は吸入管６Ａより圧縮機本体３内部に流入する。流入した冷媒は、スクロールからなる圧縮機本体３の流体圧縮機構により、圧縮され、吐出管６Ｂから吐出する。

ここで、何らかの原因で、高温側圧縮機１１が故障して、圧縮機本体３内で高温側冷媒となる可燃性冷媒４が燃焼にいたったとしても、密閉容器１内に封入している不燃性冷媒２により、燃焼が広がるのを防止し、２次災害を防ぐ仕組みとなる。

次に、二元冷凍装置の冷却運転時における各構成機器の動作等を、各冷媒循環回路を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。まず、高温側循環回路１０の冷却運転時の動作について説明する。高温側圧縮機１１は、前述したように、高温側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は高温側凝縮器１２へ流入する。高温側凝縮器１２は、送風機、ポンプ等（図示せず）から供給される空気、水等と高温側冷媒との間で熱交換を行い、高温側冷媒を凝縮液化させる。凝縮液化した高温側冷媒は高温側絞り装置１３を通過する。高温側絞り装置１３は、通過する凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は高温側蒸発器１４（カスケードコンデンサ３０）に流入する。高温側蒸発器１４は、低温側冷媒との熱交換により高温側冷媒を蒸発ガス化する。さらに、高温側アキュムレータ１５を通過した蒸発ガス化した高温側冷媒を高温側圧縮機１１が吸入し、吐出する。

また、低温側圧縮機２１は、低温側冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は低温側凝縮器２２（カスケードコンデンサ３０）に流入する。低温側凝縮器２２は、高温側冷媒との熱交換により低温側冷媒を凝縮液化する。凝縮液化した低温側冷媒は低温側絞り装置２３を通過する。そして低温側絞り装置２３は凝縮液化した低温側冷媒を減圧する。減圧した低温側冷媒は低温側蒸発器２４に流入する。低温側蒸発器２４は、冷却対象と低温側冷媒との間で熱交換を行い、低温側冷媒を蒸発ガス化する。このとき、冷却対象は直接又は間接に冷却される。そして、低温側蒸発器２４を流出し、低温側アキュムレータ２５を通過した低温側冷媒を低温側圧縮機２１が吸入し、吐出する。

以上のように、実施の形態１の圧縮機によれば、可燃性冷媒４が通過する圧縮機本体３を、不燃性冷媒２を封入した密閉容器１で密閉するようにしたので、例えば圧縮機が異常故障等して、可燃性冷媒が燃焼しても、不燃性冷媒２により燃焼の広がりを防ぐことで、二次災害等を防ぐことができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る圧縮機の構成を説明するための図である。本実施の形態の圧縮機は、例えば実施の形態１における図１の二元冷凍サイクル装置について、不燃性冷媒が循環する低温側循環回路２０の低温側圧縮機２１内に、可燃性冷媒が循環する高温側循環回路１０の高温側圧縮機１１を設け、一体化する構成にしたものである。このため、図３に示すように、圧縮機本体３と低温側圧縮機構７とを低温側圧縮機２１を構成する密閉容器１内に収容する。基本的に高温側圧縮機１１は低温側圧縮機２１よりも出力（馬力）が小さく、小型にできるため、収容側に適している。そして一体化することで装置全体として小型化することができる。冷媒配管と接続するために高温側圧縮機１１の圧縮機本体３から延びる吸入管６Ａ及び吐出管６Ｂを密閉容器１にロウ付けし、低温側圧縮機２１を密閉化する。密閉容器１は低温側冷媒の吸入管（吸入口）８Ａ及び吐出管（吐出口）８Ｂを有している。

次に圧縮機の圧縮動作について説明する。可燃性冷媒流れ５に示すように、高温側冷媒は吸入管６Ａより圧縮機本体３内部に流入する。流入した冷媒は、スクロールからなる圧縮機本体３の流体圧縮機構により、圧縮され、吐出管６Ｂから吐出する。高温側循環回路１０における高温側冷媒の流れは実施の形態１で説明したことと同様である。また、不燃性冷媒流れ９に示すように、低温側冷媒は吸入管８Ａより密閉容器１内に流入する。流入した冷媒は、低温側圧縮機構７により、圧縮され、吐出管８Ｂから吐出する。低温側冷媒が低温側圧縮機２１内を通過する過程で高温側圧縮機１１を冷却する。低温側循環回路２０における冷温側冷媒の流れは実施の形態１で説明したことと同様である。

以上のように、実施の形態２の圧縮機によれば、低温側圧縮機２１を構成する密閉容器１内に高温側圧縮機２１を設けて構成するようにしたので、低温側圧縮機２１を流入出する低温側冷媒によって、駆動による高温側圧縮機１１の温度上昇を抑えることができる。また、不燃性冷媒である低温側冷媒が通過する低温側圧縮機２１の密閉容器１で高温側圧縮機１１を密閉するようにしたので、例えば圧縮機が異常故障等して、可燃性冷媒である高温側冷媒が燃焼しても、低温側冷媒により燃焼の広がりを防ぐことで、二次災害等を防ぐことができる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３に係る圧縮機等の構成を説明するための図である。本実施の形態の圧縮機は、例えば実施の形態１における図１の二元冷凍サイクル装置について、不燃性冷媒が循環する低温側循環回路２０の液溜めとなる低温側アキュムレータ２５内に、可燃性冷媒が循環する高温側循環回路１０の高温側圧縮機１１を設け、一体化する構成にしたものである。冷媒配管と接続するために高温側圧縮機１１の圧縮機本体３から延びる吸入管６Ａ及び吐出管６Ｂを低温側アキュムレータ２５にロウ付けし、低温側アキュムレータ２５を密閉化する。

次に圧縮機の圧縮動作について説明する。可燃性冷媒流れ５に示すように、高温側冷媒は吸入管６Ａより圧縮機本体３内部に流入する。流入した冷媒は、スクロールからなる圧縮機本体３の流体圧縮機構により、圧縮され、吐出管６Ｂから吐出する。高温側循環回路１０における高温側冷媒の流れは実施の形態１で説明したことと同様である。また、不燃性冷媒流れ９に示すように、低温側冷媒は低温側アキュムレータ２５を通過する。このとき、低温側冷媒は高温側圧縮機１１を冷却する。そして、低温側冷媒は吸入管８Ａより密閉容器１内に流入する。流入した冷媒は、低温側圧縮機構７により、圧縮され、吐出管８Ｂから吐出する。他の部分における低温側循環回路２０の低温側冷媒の流れは実施の形態１で説明したことと同様である。

以上のように、実施の形態３の圧縮機によれば、不燃性冷媒が循環する低温側循環回路２０の低温側アキュムレータ２５内に、高温側圧縮機２１を設けるようにしたので、低温側圧縮機２１を流入出する低温側冷媒によって、駆動による高温側圧縮機１１の温度上昇を抑えることができる。また、低温側冷媒が通過する低温側アキュムレータ２５内に高温側圧縮機１１を密閉するようにしたので、例えば高温側圧縮機１１が異常故障等して、可燃性冷媒である高温側冷媒が燃焼しても、不燃性を有する低温側冷媒により燃焼の広がりを防ぐことで、二次災害等を防ぐことができる。ここで、特に図示していないが、低温側アキュムレータ２５の代わりに、例えばレシーバ等、不燃性を有する低温側冷媒を貯留する機器等としても、燃焼の広がり等を防ぐことができる。

１ 密閉容器、２ 不燃性冷媒、３ 圧縮機本体、４ 可燃性冷媒、５ 可燃性冷媒流れ、６Ａ 吸入管、６Ｂ 吐出管、７ 低温側圧縮機構、８Ａ 吸入管、８Ｂ 吐出管、９ 不燃性冷媒流れ、１０ 高温側循環回路、１１ 高温側圧縮機、１２ 高温側凝縮器、１３ 高温側絞り装置、１４ 高温側蒸発器、１５ 高温側アキュムレータ、２０ 低温側循環回路、２１ 低温側圧縮機、２２ 低温側凝縮器、２３ 低温側絞り装置、２４ 低温側蒸発器、２５ 低温側アキュムレータ、３０ カスケードコンデンサ、４０ 制御手段。

Claims (4)

1. 可燃性冷媒を圧縮する圧縮機本体と、
   該圧縮機本体を収容し、不燃性冷媒を封入して内部を密閉した密閉容器と
   を備えることを特徴とする圧縮機。
2. 圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を配管接続し、一方には可燃性冷媒を封入し、他方には不燃性冷媒を封入する２つの冷媒循環回路を構成し、
   前記不燃性冷媒を封入する冷媒循環回路の圧縮機は、前記可燃性冷媒を封入する冷媒循環回路の圧縮機を収容することを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を配管接続し、一方には可燃性冷媒を封入し、他方には不燃性冷媒を封入する２つの冷媒循環回路を構成し、
   前記不燃性冷媒を封入する冷媒循環回路はさらにアキュムレータを有し、
   前記アキュムレータは、前記可燃性冷媒を封入する冷媒循環回路の圧縮機を収容することを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 前記可燃性冷媒を封入する冷媒循環回路を高温側循環回路とし、前記不燃性冷媒を封入する冷媒循環回路を低温側循環回路として二元冷凍サイクル装置を構成することを特徴とする請求項２又は３に記載の冷凍サイクル装置。

Images