JP2017072099A - 多段圧縮機およびこれを備えた冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】多段圧縮機における高段側圧縮機構における液圧縮を防止しながら、インジェクション冷媒により電動モータを常に効果的に冷却して運転可能範囲を拡大する。
【解決手段】多段圧縮機２は、密閉容器状のハウジング１１と、このハウジング１１内に設置された低段側圧縮機構１３および高段側圧縮機構１４と、ハウジング１１内の中間圧区域に設置されて低段側圧縮機構１３および高段側圧縮機構１４を駆動する電動モータ１２と、ハウジング１１に貫通設置されて電動モータ１２に臨むインジェクションノズル３７と、高段側圧縮機構１４から吐出された圧縮冷媒の気相分と液相分とを抽出し、これらをインジェクション冷媒としてインジェクションノズル３７に選択的に供給する冷媒供給部５０と、を具備していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、多段圧縮機およびこれを備えた冷凍システムに関するものである。

空調装置や冷凍装置におけるガス冷媒を圧縮する圧縮機として、密閉容器状に形成されたハウジングの内部に、低段側圧縮機構と、高段側圧縮機構と、これらの圧縮機を駆動する電動モータとが収容された多段圧縮機がある。
例えば、特許文献１に記載されている多段（二段）圧縮機は、略円筒状のハウジング内の軸方向中央部に電動モータが設置され、この電動モータに駆動される主軸により、該電動モータの下部に設置された低段側圧縮機構と、該電動モータの上部に設置された高段側圧縮機構とが同軸駆動されるようになっている。

この特許文献１に記載されている多段圧縮機は、冷媒回路から抽出した中間圧のガス冷媒をインジェクション冷媒としてハウジング内に噴射するインジェクション回路を備えている。
インジェクション回路は、電動モータに対して高段側圧縮機構と同じ側のハウジング内空間に連通接続された第１回路と、電動モータを挟んで高段側圧縮機構と反対側のハウジング内空間に連通接続された第２回路と、これら第１回路と第２回路を、インジェクション冷媒の乾き度に応じて選択的にハウジング内に連通させる切替え機構とを具備している。

切替え機構は、インジェクション冷媒の乾き度が設定値以上の時は前記インジェクション回路を前記第１回路に切り替え、この第１回路の開口部から渇き度の高い、即ち乾燥したインジェクション冷媒をハウジングの内部に噴射する。これにより、高段側圧縮機構における液圧縮の虞を排除しながら、高段側圧縮機構に中間圧のガス冷媒を供給し、高段側圧縮機構の吸入効率低下を防止して圧縮効率を高めることができる。

また、切替え機構は、インジェクション冷媒の乾き度が設定値以下の時は前記インジェクション回路を前記第２回路に切り替え、この第２回路の開口部から渇き度の低い、即ち湿ったインジェクション冷媒をハウジングの内部に噴射する。この湿ったインジェクション冷媒は、電動モータ付近を通過することで電動モータの作動熱により加熱されて液分が気化し、乾いたガス冷媒となって高段側圧縮機構に吸入される。これにより、高段側圧縮機構における液圧縮の虞が排除される。

特開２００９−３０４８４号公報

前記のように、特許文献１の多段圧縮機は、インジェクション冷媒の乾き度を検出し、この乾き度が所定値よりも低い場合は、このインジェクション冷媒が電動モータを通過するようにして電動モータの作動熱によってインジェクション冷媒を乾燥させ、高段側圧縮機構に液冷媒が吸入されることを防止するものである。

電動モータは、冷媒の循環量が少なくなったり、モータ効率が低下する運転条件下においてはコイル温度が上昇し、規定の上限温度に達すると安全のため運転を停止せざるを得なくなる。特許文献１の多段圧縮機の場合は、その第１回路からインジェクション冷媒がハウジングの内部に噴射される時は、このインジェクション冷媒が電動モータを通過しないため、このタイミングで上記のように電動モータが過熱すると運転可能範囲が制限される懸念がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、インジェクションによりシステム効率を向上させた上で、高段側圧縮機構における液圧縮を防止しながら、インジェクション冷媒により電動モータを常に効果的に冷却して運転可能範囲を拡大することのできる多段圧縮機およびこれを備えた冷凍システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る多段圧縮機は、密閉容器状のハウジングと、前記ハウジング内に設置された低段側圧縮機構および高段側圧縮機構と、前記ハウジング内の中間圧区域に設置されて前記低段側圧縮機構および前記高段側圧縮機構を駆動する電動モータと、前記ハウジングに貫通設置されて前記電動モータに臨むインジェクションノズルと、前記高段側圧縮機構から吐出された圧縮冷媒の気相分と液相分とを抽出し、これらをインジェクション冷媒として前記インジェクションノズルに選択的に供給する冷媒供給部と、を具備していることを特徴とする。

上記構成の多段圧縮機によれば、高段側圧縮機構から吐出された圧縮冷媒の気相分と液相分とが冷媒供給部により選択的にインジェクションノズルに供給され、インジェクションノズルから電動モータに噴射される。即ち、電動モータにガス冷媒または液冷媒を選択的に噴射することができる。あるいは、ガス冷媒と液冷媒とを混合させて電動モータに噴射することができる。

これにより、電動モータの温度上昇の度合いに応じて、冷凍システムの効率を向上させるガス冷媒のみの噴射による冷却を行ったり、電動モータの冷却効果が高い液冷媒もしくは気液混合冷媒の噴射による冷却を行ったりすることができる。したがって、インジェクション冷媒により電動モータを常に効果的に冷却し、運転可能範囲を拡大することができる。

上記構成の多段圧縮機において、前記冷媒供給部は、前記高段側圧縮機構から吐出されて凝縮冷却された前記圧縮冷媒が流れる凝縮冷媒通路から分岐して前記インジェクションノズルに繋がる第一冷媒供給通路と、前記高段側圧縮機構から吐出された前記圧縮冷媒を気液分離する気液分離器の液面上空間から延びて前記インジェクションノズルに繋がる第二冷媒供給通路と、前記第一冷媒供給通路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する制御部と、前記電動モータの作動温度を検出して前記制御部に入力する温度検出部と、を具備した構成とし、前記制御部は、前記電動モータの作動温度が所定の閾値温度に達すると前記開閉弁を開くようにしてもよい。

上記構成によれば、電動モータの作動温度が所定の閾値温度に達するまでは制御部によって開閉弁が閉じられ、気液分離器にて気液分離された圧縮冷媒の気相分、即ちガス冷媒のみが第二冷媒供給通路を経てインジェクションノズルから電動モータに供給される。これにより、冷凍システムの効率を向上させるガス冷媒のみの噴射による冷却が行われる。

また、電動モータの作動温度が所定の閾値温度に達すると、制御部によって開閉弁が開かれ、液相分を含む凝縮冷媒が第一冷媒供給通路を経てインジェクションノズルから電動モータに供給される。これにより、電動モータの冷却効果が高い液冷媒もしくは気液混合冷媒の噴射による冷却が行われる。

上記構成の多段圧縮機において、前記温度検出部を、前記高段側圧縮機構から吐出される前記圧縮冷媒の温度を検出する冷媒温度センサとしてもよい。

電動モータの実際の作動温度を直接検出するには、ハウジングの内部に温度センサを設けるとともに、この温度センサから延びる配線をハウジングに貫通させる必要があり、構造上困難である。本構成によれば、冷媒温度センサによって検出された圧縮冷媒の温度を基にして電動モータの作動温度を簡単に検出することができる。

上記構成の多段圧縮機において、前記インジェクションノズルの、前記ハウジング内側における内側開口部の位置は、前記ハウジング内部における前記冷媒の流れ方向の上流側となる前記電動モータの端部付近とするのがよい。

上記構成によれば、インジェクションノズルから電動モータの端部に噴射されたインジェクション冷媒が、ハウジング内部を流れる中間圧冷媒の流れに乗って電動モータの反対側の端部に向かって流れる。このため、電動モータを万遍なく冷却することができる。

また、インジェクションノズルから液冷媒が噴射された場合、この液冷媒は電動モータの軸方向に沿って流れ、電動モータの作動熱によって気化する。このため、気化してない液冷媒が電動モータの下流側に設置された高段側圧縮機構に吸入されて液圧縮されることを防止し、高段側圧縮機構の健全性を保つことができる。

上記構成の多段圧縮機において、前記インジェクションノズルの、前記ハウジング内側における内側開口部の位置は、前記ハウジング内部における前記電動モータの下部付近としてもよい。

上記構成によれば、インジェクションノズルから液冷媒が噴射された場合に、この液冷媒が重力によって電動モータの周辺に留まろうとするため、電動モータの作動熱によって液冷媒を気化させやすくすることができる。このため、液冷媒が電動モータの回転により巻き上げられてそのまま高段側圧縮機構に吸入される虞がなく、高段側圧縮機構にて液冷媒が圧縮されてしまうことを防止することができる。

上記構成の多段圧縮機において、前記インジェクションノズルの、前記ハウジング内側における内側開口部の高さは、前記ハウジング内に注入されている潤滑油の作動時油面高さよりも高くするのがよい。

上記構成によれば、インジェクションノズルからハウジング内に冷媒が噴射された時にハウジング内に注入されている潤滑油が噴き上げられることを抑制できる。このため、ハウジング内で潤滑油が噴き上げられてそのまま高段側圧縮機構に吸入され、多段圧縮機の外部に吐出されてしまうことを防止できる。

上記構成の多段圧縮機において、前記インジェクションノズルの、前記ハウジング外側における外側開口部の高さは、前記ハウジング内に注入されている潤滑油の停止時油面高さよりも高くするのがよい。

上記構成によれば、多段圧縮機の出荷時や据付時等において、インジェクションノズルの外側開口部から潤滑油が流出することを防止することができる。

上記構成の多段圧縮機において、前記インジェクションノズルの、前記ハウジングに対する周方向位置は、前記ハウジングの平面視で、前記ハウジング内の上部から下部に潤滑油が流下する位置から逸れた位置とするのがよい。

上記構成によれば、多段圧縮機の作動中にハウジング内の上部から流下してくる潤滑油が、インジェクションノズルからハウジング内に噴射されるインジェクション冷媒の流れに当たらない。したがって、ハウジング内で潤滑油が噴き上げられることを防止し、噴き上げられた潤滑油がそのまま高段側圧縮機構に吸入され、多段圧縮機の外部に吐出されることを防止することができる。

本発明に係る冷凍システムは、上記のいずれかの多段圧縮機を備えている。
この冷凍システムによれば、電動モータの温度上昇の度合いに応じて、冷凍システムの効率を向上させるガス冷媒のみの噴射による冷却を行ったり、電動モータの冷却効果が高い液冷媒もしくは気液混合冷媒の噴射による冷却を行ったりすることができる。このため、インジェクション冷媒により電動モータを常に効果的に冷却し、運転可能範囲を拡大することができる。

以上のように、本発明に係る多段圧縮機およびこれを備えた冷凍システムによれば、インジェクションによりシステム効率を向上させた上で、高段側圧縮機構における液圧縮を防止しながら、インジェクション冷媒により電動モータを常に効果的に冷却して運転可能範囲を拡大することができる。

本発明に係る冷凍システムの実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る多段圧縮機の実施形態を示す縦断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う多段圧縮機の横断面図である。 インジェクションノズルの別な形状例を示す縦断面図である。

以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍システムの概略構成図である。この冷凍システム１は、例えば店舗ショーケース用のものであるが、他の用途のものであってもよい。
この冷凍システム１は、多段圧縮機２と、凝縮器３と、気液分離器４と、蒸発器５とが、この順番で冷媒通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに接続されて冷凍・冷蔵運転を行うように構成されている。冷媒通路７ｂ，７ｃには、それぞれ冷媒の圧力および流量を自動調整する膨張弁８，９が設けられている。

図２は多段圧縮機２の縦断面図である。この多段圧縮機２は公知の基本構造を備えている。図１、図２に示すように、多段圧縮機２は、軸方向を鉛直方向に向けて配置された略円筒形状且つ密閉容器状のハウジング１１を備えている。このハウジング１１の内部の、軸方向中央部に電動モータ１２が設置され、電動モータ１２の下方、即ちハウジング１１の下部にロータリ圧縮機１３（低段側圧縮機構）が設置され、電動モータ１２の上方、即ちハウジング１１の上部にスクロール圧縮機１４（高段側圧縮機構）が設置されている。ロータリ圧縮機１３とスクロール圧縮機１４は、ハウジング１１の中心軸線に沿って軸支された主軸１６によって同軸駆動されるようになっている。

電動モータ１２は、ハウジング１１の内周面に固定された固定子１７（ステータ）と、この固定子１７の内周側に位置して主軸１６と一体に回転する回転子１８（ロータ）とを備えており、固定子１７にはコイル１７ａが巻装されている。電動モータ１２が起動すると、主軸１６が回転して両圧縮機１３，１４が同軸駆動される。

即ち、主軸１６の両端部に偏心形成されたクランク部１６ａ，１６ｂが、それぞれロータリ圧縮機１３のロータ２０と、スクロール圧縮機１４の旋回スクロール２２とに偏心挿入されている。電動モータ１２が作動して主軸１６が回転すると、ロータリ圧縮機１３のロータ２０が偏心シリンダ２１の内部で偏心回転し、スクロール圧縮機１４の旋回スクロール２２が固定スクロール２３に対して旋回公転運動する。

ハウジング１１の下部側面にはロータリ圧縮機１３の吸入ポート２５に通じる冷媒吸入管２６が設けられ、ハウジング１１の上部にはスクロール圧縮機１４の吐出ポート２７および吐出チャンバ２８に通じる冷媒吐出管２９が設けられている。冷媒吸入管２６には図１に示す冷媒通路７ｄが接続され、冷媒吐出管２９には図１に示す冷媒通路７ａが接続される。冷媒吐出管２９には冷媒温度センサ３０が設けられている。この冷媒温度センサ３０は、スクロール圧縮機１４から吐出される圧縮冷媒の温度を検出することによって電動モータ１２の作動温度を間接的に検出するものである。

ハウジング１１内における電動モータ１２が設置されている場所は中間圧区域Ｍであり、多段圧縮機２の作動時にはロータリ圧縮機１３によって一次圧縮された中間圧の冷媒が満たされる場所となる。

ハウジング１１の底部には潤滑油Ｏが所定量封入されている。また、ハウジング１１の底部には、潤滑油Ｏの油面下に没するように、主軸１６下端部によって回転駆動される給油ポンプ３３が設置されている。給油ポンプ３３が駆動されると、潤滑油Ｏが、主軸１６の内部に軸線方向に沿って穿設されている図示省略の給油通路を経てロータリ圧縮機１３およびスクロール圧縮機１４の所要潤滑箇所に給油される。

潤滑油Ｏの油面高さは、電動モータ１２の停止時にはＨ１であるが、電動モータ１２が作動して冷媒がハウジング１１内を流通すると、潤滑油Ｏに冷媒が混合されるためにＨ２に上昇する。図２、図３に示すように、電動モータ１２の固定子１７とハウジング１１との間には１つまたは複数の還油通路（ステータカット）３４が設けられており、ハウジング１１上部のスクロール圧縮機１４に供給された潤滑油Ｏはこの還油通路３４を通ってハウジング１１の下部に流下する。

多段圧縮機２のハウジング１１には水平な直線パイプ状のインジェクションノズル３７が電動モータ１２に臨むように貫通設置されている。具体的には、このインジェクションノズル３７のハウジング１１内側における内側開口部３７ａの位置（高さ）が、多段圧縮機２の作動時にハウジング１１内部を下方から上方に向かって流れる中間圧冷媒の流れ方向の上流側となる電動モータ１２の端部、即ち電動モータ１２の下端部付近とほぼ同じ高さとなっている。

図３に示すように、インジェクションノズル３７の、ハウジング１１に対する周方向位置は、ハウジング１１の平面視で、潤滑油Ｏがハウジング１１内の上部から下部に流下する還油通路３４の位置から逸れた位置とする。例えば還油通路３４が１つだけ設けられている場合は、還油通路３４の位置に対して周方向で１８０度反対側にインジェクションノズル３７を配置するのが好ましい。

また、インジェクションノズル３７の内側開口部３７ａの高さは、ハウジング１１内に注入されている潤滑油Ｏの作動時油面高さＨ２よりも高くするのがよい。さらに、このインジェクションノズル３７の外側開口部３７ｂの高さは、少なくとも潤滑油Ｏの停止時油面高さＨ１、好ましくは作動時油面高さＨ２よりも高くするのがよい。しかし、レイアウト上、どうしてもインジェクションノズル３７の内側開口部３７ａの高さが潤滑油Ｏの作動時油面高さＨ２に近づいてしまう場合には、図４に示すように、内側の内側開口部３７ａよりも外側開口部３７ｂの方が高くなるように、インジェクションノズル３７を屈曲（湾曲）形状等に形成してもよい。

図１に示すように、冷媒通路７ｂ（凝縮冷媒通路）から分岐する第一冷媒供給通路４１がインジェクションノズル３７に接続されている。この第一冷媒供給通路４１が分岐する冷媒通路７ｂは、後述するように凝縮器３において凝縮冷却された圧縮冷媒の一部が気液分離器４に流れる通路である。

第一冷媒供給通路４１には、冷媒通路７ｂ側から順に、この第一冷媒供給通路４１を開閉する電磁弁４２（開閉弁）と、冷媒の圧力および流量を自動調整する膨張弁４３と、冷媒通路７ｂ側への冷媒の逆流を防止する逆止弁４４とが設置されている。

また、気液分離器４の液面上空間４ａから延びる第二冷媒供給通路４６が、第一冷媒供給通路４１の中間部における膨張弁４３と逆止弁４４との間に接続されている。つまり、第二冷媒供給通路４６は、気液分離器４の液面上空間４ａから延びて第一冷媒供給通路４１を経てインジェクションノズル３７に繋がっている。この第二冷媒供給通路４６に開閉弁や流量調整弁等を設けることも考えられる。

さらに、電磁弁４２を開閉制御する制御部４８が設けられている。この制御部４８は、多段圧縮機２の電動モータ１２の作動温度が所定の閾値温度（例えば１２０℃）に達すると電磁弁４２を開く。電動モータ１２の作動温度は、多段圧縮機２の冷媒吐出管２９に設けられた冷媒温度センサ３０によって間接的に検出される。即ち、冷媒温度センサ３０はスクロール圧縮機１４から吐出される圧縮冷媒の温度を検出し、その温度信号Ｓ１を電動モータ１２の作動温度信号として制御部４８に入力する。制御部４８は、開閉信号Ｓ２を電磁弁４２のソレノイド４２ａに送って電磁弁４２を開閉制御する。

第一冷媒供給通路４１と、第二冷媒供給通路４６と、電磁弁４２と、制御部４８と、冷媒温度センサ３０とを具備して冷媒供給部５０が構成されている。この冷媒供給部５０は、多段圧縮機２のスクロール圧縮機１４から吐出された圧縮冷媒の気相分と液相分とを抽出し、これらをインジェクション冷媒として多段圧縮機２のインジェクションノズル３７に選択的に供給する。インジェクションノズル３７から噴射されるインジェクション冷媒は、電動モータ１２の固定子１７のコイル１７ａ下端付近に噴射される。

以上のように構成された冷凍システム１および多段圧縮機２は以下のように作動する。
電動モータ１２が起動して主軸１６が回転すると、ロータリ圧縮機１３のロータ２０が偏心シリンダ２１の内部で偏心回転し、図１に示す冷媒通路７ｄからハウジング１１の下部側面に設けられた冷媒吸入管２６（図２参照）を経てガス冷媒が吸入される。このガス冷媒は、ロータリ圧縮機１３により一次圧縮されて電動モータ１２が設置されている中間圧区域Ｍに吐出される。

また、スクロール圧縮機１４においては、主軸１６の回転とともに旋回スクロール２２が固定スクロール２３に対して旋回公転運動し、中間圧区域Ｍに満たされた中間圧の冷媒が図示しない吸入ポートから吸入されて二次圧縮される。これにより、高温、高圧な圧縮冷媒が生成されてハウジング１１の上部に設けられた冷媒吐出管２９から吐出され、図１に示す冷媒通路７ａに送給される。

このように多段圧縮機２で二段階に圧縮された高温・高圧な圧縮冷媒は、冷媒通路７ａを経て凝縮器３に流れ、ここで凝縮器ファン３ａにより送風される空気と熱交換する。これにより圧縮冷媒は冷却されて凝縮し、気相状の冷媒（ガス冷媒）と液相状の冷媒（液冷媒）とが混合した気液混合状態となって、冷媒通路７ｂを通過する際に膨張弁８により流量および圧力を自動調整されて気液分離器４に流れる。

気液分離器４に流れた気液混合状態の圧縮冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに気液分離され、このうちの液冷媒が冷媒通路７ｃを通過する際に膨張弁９により流量および圧力を自動調整されて蒸発器５に流れ、ここで蒸発器ファン５ａにより送風される空気と熱交換する。これにより液冷媒は蒸発（気化）してガス冷媒となり、冷媒通路７ｄを経て再び多段圧縮機２に吸入されて圧縮され、同様に冷媒通路７ａ〜７ｄを循環する。蒸発器５は液冷媒の気化熱によって冷却され、蒸発器ファン５ａにより送風されてこの低温な蒸発器５と熱交換した後の冷たい空気は冷凍・冷蔵に使用される。

このように冷凍システム１および多段圧縮機２が作動している時には、気液分離器４にて気液分離された圧縮冷媒の気相分、即ちガス冷媒のみが、気液分離器４の液面上空間４ａから延びる第二冷媒供給通路４６と、第一冷媒供給通路４１とを経て、インジェクションノズル３７から電動モータ１２に供給される。これにより、冷凍システム１の効率を向上させるガス冷媒のみの噴射によって電動モータ１２の作動熱が冷却される。

冷媒供給部５０の制御部４８は、冷媒温度センサ３０から入力される圧縮冷媒の温度信号Ｓ１を参照し、圧縮冷媒の温度、即ち電動モータ１２の間接的な作動温度が所定の閾値温度（例えば１２０℃）に達するまでは電磁弁４２を閉じておき、上記のようにガス冷媒のみの噴射によって電動モータ１２を冷却させる。

圧縮冷媒の温度が所定の閾値温度に達すると、制御部４８は開閉信号Ｓ２を発信して電磁弁４２を開く。これにより、冷媒通路７ａを流れる液相分を多く含む圧縮冷媒（凝縮冷媒）の一部が第一冷媒供給通路４１から抽出されてインジェクションノズル３７から電動モータ１２にインジェクション冷媒として供給される。このインジェクション冷媒の圧力および流量は膨張弁４３によって自動調整される。このため、電動モータ１２の冷却効果が高い液冷媒もしくは気液混合冷媒の噴射による冷却が行われる。

このように、多段圧縮機２のスクロール圧縮機１４から吐出された圧縮冷媒の気相分と液相分とが冷媒供給部５０により選択的にインジェクションノズル３７に供給され、インジェクションノズル３７から電動モータ１２に噴射される。即ち、電動モータ１２にガス冷媒または液冷媒を選択的に噴射することができる。あるいは、ガス冷媒と液冷媒とを混合させて電動モータ１２に噴射することができる。

これにより、電動モータ１２の温度上昇の度合いに応じて、冷凍システム１の効率（成績係数ＣＯＰ等）を向上させるガス冷媒のみの噴射による冷却を行ったり、電動モータ１２の冷却効果が高い液冷媒もしくは気液混合冷媒の噴射による冷却を行ったりすることができる。

したがって、インジェクション冷媒により電動モータ１２を常に効果的に冷却し、冷媒の循環量が少なくなったり、モータ効率が低下したりする悪条件下においても、電動モータ１２のコイル１７ａが過熱することによる運転中断を防止して運転可能範囲を拡大することができる。

冷媒供給部５０は、多段圧縮機２から吐出される圧縮冷媒の温度を冷媒温度センサ３０で間接的に検出し、この冷媒温度を電動モータ１２（コイル１７ａ）の温度として制御部４８に入力し、電磁弁４２を開閉制御している。
電動モータ１２（コイル１７ａ）の実際の作動温度を直接検出するには、ハウジング１１の内部に温度センサを設けるとともに、この温度センサから延びる配線をハウジング１１に気密的に貫通させる必要があり、構造上困難が伴う。
本構成によれば、冷媒温度センサ３０によって検出された圧縮冷媒の温度を基にして電動モータ１２の作動温度を簡単に検出することができる。

この多段圧縮機２において、ハウジング１１に設けられたインジェクションノズル３７の、ハウジング１１内側における内側開口部３７ａの位置（高さ）は、ハウジング１１内部における中間圧冷媒の流れ方向の上流側となる電動モータ１２の端部付近、即ち本実施形態では電動モータ１２の下部付近となっている。

このため、インジェクションノズル３７から電動モータ１２の下端部付近に噴射されたインジェクション冷媒が、ハウジング１１内部の中間圧区域Ｍを流れる中間圧冷媒の流れに乗って電動モータ１２の反対側の端部（上端側）に向かって流れる。したがって、電動モータ１２を万遍なく冷却することができる。

また、インジェクションノズル３７から噴射されるインジェクション冷媒に液冷媒が多く含まれる場合に、この液冷媒は電動モータ１２の軸方向に沿って流れ、電動モータ１２の作動熱によって気化する。このため、気化してない液冷媒がスクロール圧縮機１４に吸入されて液圧縮されることを防止し、スクロール圧縮機１４の健全性を保つことができる。

インジェクションノズル３７の内側開口部３７ａの位置を電動モータ１２の下部付近とすることにより、インジェクションノズル３７から噴射された液冷媒状のインジェクション冷媒が重力によって電動モータ１２の周辺に留まろうとし、中間圧冷媒の流れに乗ってハウジング１１内を上昇する速度を低下させる。このため、電動モータ１２の作動熱によって液冷媒を良好に気化させることができ、液冷媒が電動モータ１２の回転により巻き上げられてそのままスクロール圧縮機１４に吸入される虞がなく、スクロール圧縮機１４にて液冷媒が圧縮されてしまうことを防止することができる。

また、インジェクションノズル３７の内側開口部３７ａの高さが、ハウジング１１内に注入されている潤滑油Ｏの作動時油面高さＨ２よりも高くされているため、インジェクションノズル３７からハウジング１１内にインジェクション冷媒が噴射された時にハウジング１１内に注入されている潤滑油Ｏが噴き上げられることを抑制できる。このため、ハウジング１１内で潤滑油Ｏが噴き上げられてそのままスクロール圧縮機１４に吸入され、多段圧縮機２の外部に吐出されてしまうことを防止できる。

一方、インジェクションノズル３７の、ハウジング１１外側における外側開口部３７ｂの高さが、潤滑油Ｏの停止時油面高さＨ１よりも高くされているため、多段圧縮機２の出荷時や据付時等において、外側開口部３７ｂから潤滑油Ｏが流出することを防止することができる。

また、インジェクションノズル３７のハウジング１１に対する周方向位置が、ハウジング１１の平面視（図３参照）で、ハウジング１１内の上部から下部に潤滑油Ｏが流下する還油通路３４から逸れた位置とされている。
このため、多段圧縮機２の作動中にハウジング１１内の上部から流下してくる潤滑油Ｏが、インジェクションノズル３７からハウジング１１内に噴射されるインジェクション冷媒の流れに当たらない。
したがって、ハウジング１１内で潤滑油Ｏが噴き上げられることを防止し、噴き上げられた潤滑油Ｏがそのままスクロール圧縮機１４に吸入され、多段圧縮機２の外部に吐出されることを防止してスクロール圧縮機１４を保護することができる。

以上に説明したように、上記実施形態に係る多段圧縮機２およびこれを備えた冷凍システム１によれば、高段側圧縮機構であるスクロール圧縮機１４における液圧縮を防止しながら、インジェクション冷媒により電動モータ１２を常に効果的に冷却して運転可能範囲を拡大することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

例えば、上記実施形態では、低段側圧縮機構としてロータリ圧縮機１３を用い、高段側圧縮機構としてスクロール圧縮機１４を用いているが、他の形式の圧縮機構を用いたり、同じ形式の圧縮機構を連設したりしてもよい。

また、上記実施形態では、多段圧縮機２が、その軸方向を鉛直方向に向けて配置されているが、必ずしもこの姿勢や配置レイアウトでなくてもよい。

さらに、上記実施形態では、第一冷媒供給通路４１にのみ電磁弁４２が設けられているが、第二冷媒供給通路４６にも電磁弁を設け、ガス冷媒によるインジェクションが不要である場合には第二冷媒供給通路４６を閉じる構成としてもよい。

１ 冷凍システム
２ 多段圧縮機
３ 凝縮器
４ 気液分離器
４ａ 気液分離器の液面上空間
５ 蒸発器
７ｂ 冷媒通路（凝縮冷媒通路）
１１ ハウジング
１２ 電動モータ
１３ ロータリ圧縮機（低段側圧縮機構）
１４ スクロール圧縮機（高段側圧縮機構）
１６ 主軸
１７ 固定子
１８ 回転子
３０ 冷媒温度センサ（温度検出部）
３４ 還油通路
３７ インジェクションノズル
３７ａ インジェクションノズルの内側開口部
３７ｂ インジェクションノズルの外側開口部
４１ 第一冷媒供給通路
４２ 電磁弁（開閉弁）
４６ 第二冷媒供給通路
４８ 制御部
５０ 冷媒供給部
Ｈ１ 潤滑油の停止時油面高さ
Ｈ２ 潤滑油の作動時油面高さ
Ｍ 中間圧区域
Ｏ 潤滑油

Claims (9)

1. 密閉容器状のハウジングと、
   前記ハウジング内に設置された低段側圧縮機構および高段側圧縮機構と、
   前記ハウジング内の中間圧区域に設置されて前記低段側圧縮機構および前記高段側圧縮機構を駆動する電動モータと、
   前記ハウジングに貫通設置されて前記電動モータに臨むインジェクションノズルと、
   前記高段側圧縮機構から吐出された圧縮冷媒の気相分と液相分とを抽出し、これらをインジェクション冷媒として前記インジェクションノズルに選択的に供給する冷媒供給部と、
   を具備していることを特徴とする多段圧縮機。
2. 前記冷媒供給部は、
   前記高段側圧縮機構から吐出されて凝縮冷却された前記圧縮冷媒が流れる凝縮冷媒通路から分岐して前記インジェクションノズルに繋がる第一冷媒供給通路と、
   前記高段側圧縮機構から吐出された前記圧縮冷媒を気液分離する気液分離器の液面上空間から延びて前記インジェクションノズルに繋がる第二冷媒供給通路と、
   前記第一冷媒供給通路を開閉する開閉弁と、
   前記開閉弁を開閉制御する制御部と、
   前記電動モータの作動温度を検出して前記制御部に入力する温度検出部と、
   を具備しており、
   前記制御部は、前記電動モータの作動温度が所定の閾値温度に達すると前記開閉弁を開く、
   請求項１に記載の多段圧縮機。
3. 前記温度検出部は、前記高段側圧縮機構から吐出される前記圧縮冷媒の温度を検出する冷媒温度センサである請求項２に記載の多段圧縮機。
4. 前記インジェクションノズルの、前記ハウジング内側における内側開口部の位置は、前記ハウジング内部における前記冷媒の流れ方向の上流側となる前記電動モータの端部付近である請求項１から３のいずれかに記載の多段圧縮機。
5. 前記インジェクションノズルの、前記ハウジング内側における内側開口部の位置は、前記ハウジング内部における前記電動モータの下部付近である請求項１から４のいずれかに記載の多段圧縮機。
6. 前記インジェクションノズルの、前記ハウジング内側における内側開口部の高さは、前記ハウジング内に注入されている潤滑油の作動時油面高さよりも高い請求項１から５のいずれかに記載の多段圧縮機。
7. 前記インジェクションノズルの、前記ハウジング外側における外側開口部の高さは、前記ハウジング内に注入されている潤滑油の停止時油面高さよりも高い請求項１から６のいずれかに記載の多段圧縮機。
8. 前記インジェクションノズルの、前記ハウジングに対する周方向位置は、前記ハウジングの平面視で、前記ハウジング内の上部から下部に潤滑油が流下する位置から逸れた位置である請求項１から７のいずれかに記載の多段圧縮機。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の多段圧縮機を備えた冷凍システム。

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