JP3469845B2 - 多段圧縮冷凍装置 - Google Patents

多段圧縮冷凍装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の圧縮手段を
用いて冷媒を多段圧縮する多段圧縮冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷蔵庫や空気調和装置などに用い
られる冷凍装置には、夫々のロータリー用シリンダの内
部で回転するローラから成る２つの圧縮手段を同一の密
閉容器内に収納したロータリー型の圧縮機を用い、各圧
縮手段を低段側圧縮手段と高段側圧縮手段として、低段
側圧縮手段により一段圧縮した冷媒ガスを高段側圧縮手
段に吸い込ませることにより、冷媒を多段圧縮するもの
が知られている。
【０００３】斯かる多段圧縮冷凍装置によれば、一圧縮
当たりのトルク変動を抑制しながら高圧縮比を得ること
ができる。
【０００４】しかし、上記多段圧縮冷凍装置では、比熱
比の高い冷媒を用いた場合、高段側圧縮手段が吸い込む
低段側圧縮手段のガス冷媒温度が高くなるため、吸気効
率が低下し、さらに入力が高くなってしまう問題があ
る。また、高段側圧縮手段の吐出ガス冷媒温度も高くな
るため、潤滑油としてエステル油（例えばＰＯＥ：ポリ
オールエステル）を用いた場合には、潤滑油が熱による
加水分解を起こし、酸とアルコールが生成される。そし
て、この酸によってスラッジが発生し、キャピラリーチ
ューブが詰まる問題が発生すると共に、潤滑特性も劣化
する。更に、冷凍効果も低下するため装置効率が悪化す
る問題もあった。
【０００５】このため、低段側圧縮手段で圧縮後の吐出
ガス冷媒を冷却して、高段側圧縮手段が吸い込むガス冷
媒温度を低下させ、高段側圧縮手段の吐出ガス冷媒温度
を低く抑える構成が提案されている。この種の従来の多
段圧縮冷凍装置として、例えば図４に示すように、低段
側圧縮手段及び高段側圧縮手段からなる多段圧縮機51
1、凝縮器512、第１減圧手段513、中間冷却器514、第２
減圧手段515及び蒸発器516とを有し、凝縮器512から出
た冷媒を分流して一方の冷媒を第１減圧手段513に導入
し、他方の冷媒を中間冷却器514及び第２減圧手段515か
ら蒸発器516に夫々流し、中間冷却器514において、前記
他方の冷媒を第１減圧手段513から出た一方の冷媒と熱
交換させると共に、蒸発器516から出た冷媒を低段側圧
縮手段に吸い込ませ、中間冷却器514での熱交換後の一
方の冷媒を低段側圧縮手段から吐出された冷媒に混ぜて
高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成されている。
【０００６】そして、この多段圧縮冷凍装置の冷凍サイ
クルの冷媒は、図５の実線で示すＰ−ｈ線図に示すよう
に状態変化することになる。図に示すように、従来装置
では、第１減圧手段513から出た一方の冷媒と、第２減
圧手段515に流入する冷媒とを中間冷却器514で熱交換さ
せ、第２減圧手段515に流入する冷媒を冷却して図５に
示すエンタルピーδＨ0分減少させている。これによ
り、蒸発器516でのエンタルピー差を大きくとることが
できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来、圧縮機511の停
止後に凝縮器512にある高温の冷媒が第２減圧手段515を
介して蒸発器516に流れ込み、蒸発器516内に多量の冷媒
が滞溜する事態を招いていた。そして、蒸発器516内に
多量の冷媒が滞溜している場合には、蒸発器516内に比
較的高温の多量の液冷媒が存在していることとなり、圧
縮機511を再起動後に、蒸発器516内の液冷媒が全て蒸発
し、所定の蒸発温度まで低下した定常状態に至るまでか
なりの時間を要することとなり、冷凍装置の効率を低下
させていた。
【０００８】この対策として、一方の弁が冷媒の逆流に
応じて全閉状態となり、その弁と開閉状態が連動する他
方の弁からなる一体弁を、蒸発器516の冷媒流入側及び
吐出側に設け、圧縮機511の停止後、蒸発器516の冷媒吐
出側に設けた一方の弁が圧縮機511からの冷媒の逆流に
応じて全閉状態となり、それに応じて他方の弁も全閉状
態となるようにして、蒸発器516内への第２減圧手段515
側からの高温液冷媒の流入を防止する方策が考えられ
る。
【０００９】この構成により、一体弁の動作により蒸発
器516に液冷媒が流れ込むのを防止できるが、上記した
従来装置のように、凝縮器512から出た冷媒を分流して
一方の冷媒を圧縮機511の低段側圧縮手段から吐出され
た冷媒に混ぜて高段側圧縮手段に吸い込ませるように構
成されている場合には、圧縮機511の停止後に凝縮器512
内の高温の液冷媒が分流回路側の中間冷却器514に流れ
込み、圧縮機511を再起動した場合に、中間冷却器514の
熱交換部の配管等が保有する顕熱の影響により、中間冷
却器514によって第２減圧手段515に流入する冷媒が充分
に冷却されずに、図５の点線で示したように、定常時の
エンタルピーδＨ0分の過冷却を行うことができなかっ
た。そのため、起動開始初期には蒸発器516でのエンタ
ルピー差を大きくとることができないという問題があっ
た。
【００１０】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あって、多段圧縮機の停止時に蒸発器内及び中間冷却器
に液冷媒が流入しないようにすると共に、冷凍装置の起
動初期における蒸発器516でのエンタルピー差を大きく
して冷凍効果を増大させた多段圧縮冷凍装置を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、低段側圧縮手
段及び高段側圧縮手段からなる圧縮機、凝縮器、第１減
圧手段、中間冷却器、第２減圧手段及び蒸発器とを有
し、前記凝縮器から出た冷媒を分流して一方の冷媒を第
１減圧手段に、他方の冷媒を前記中間冷却器及び第２減
圧手段から前記蒸発器に夫々流し、該中間冷却器におい
て、前記第１減圧手段から出た一方の冷媒と熱交換させ
ると共に、前記蒸発器から出た冷媒を前記低段側圧縮手
段に吸い込ませ、前記中間冷却器との熱交換後の前記一
方の冷媒を低段側圧縮手段から吐出された冷媒と共に高
段側圧縮手段に吸い込ませるように構成した多段圧縮冷
凍装置において、前記低段側圧縮手段の冷媒流入側に設
けられ、前記蒸発器側への所定量の冷媒の逆流に応じて
全閉状態となる第１弁機構と、前記蒸発器の冷媒流入側
に設けられ、前記第１弁機構の開閉動作に連動して開閉
される第２弁機構と、前記凝縮器の冷媒吐出側に設けら
れ、前記第１弁機構の開閉動作に連動して開閉される第
３弁機構と、前記中間冷却器との熱交換後の前記一方の
冷媒と、前記凝縮器から吐出された冷媒とを熱交換させ
る第３熱交換部とを備えていることを特徴とする。
【００１２】この構成を用いることにより、圧縮機の停
止後における第１弁機構側へのガス冷媒の逆流により、
第１弁機構に連動して第２弁機構及び第３弁機構が全閉
状態となるので、蒸発器内及び中間冷却器に液冷媒が流
入するのを防止することができる。
【００１３】また、低段側圧縮手段及び高段側圧縮手段
からなる圧縮機、凝縮器、第１減圧手段、中間冷却器、
第２減圧手段及び蒸発器とを有し、前記凝縮器から出た
冷媒を分流して一方の冷媒を第１減圧手段に、他方の冷
媒を前記中間冷却器及び第２減圧手段から前記蒸発器に
夫々流し、該中間冷却器において、前記第１減圧手段か
ら出た一方の冷媒と熱交換させると共に、前記蒸発器か
ら出た冷媒を前記低段側圧縮手段に吸い込ませ、前記中
間冷却器との熱交換後の前記一方の冷媒を低段側圧縮手
段から吐出された冷媒と共に高段側圧縮手段に吸い込ま
せるように構成した多段圧縮冷凍装置において、前記低
段側圧縮手段の冷媒流入側に設けられ、前記蒸発器側へ
の所定量の冷媒の逆流に応じて全閉状態となる第１弁機
構と、前記蒸発器の冷媒流入側に設けられ、前記第１弁
機構の開閉動作に連動して開閉される第２弁機構と、前
記凝縮器の冷媒吐出側に設けられ、前記第１弁機構の開
閉動作に連動して開閉される第３弁機構と、を備え、前
記圧縮機を停止する場合に、該圧縮機を一定時間逆回転
させた後、停止させる構成としても良い。この構成を用
いることにより、圧縮機の停止後に圧縮機吐出側のガス
冷媒を素早く第１弁機構側へ逆流させることができる。
【００１４】また、前記第１減圧手段の冷媒流入側に設
けられ、前記第１弁機構の開閉動作に連動して開閉され
る第４弁機構を備えている構成としても良い。この構成
を用いることにより、圧縮機の停止時に冷媒配管内に滞
溜する液冷媒が中間冷却器内に流れ込むのを防止するこ
とができる。
【００１５】さらに、前記圧縮機は、密閉容器の内部に
電動要素と、該電動要素に連結される駆動軸により駆動
される低段圧縮要素及び高段圧縮要素からなる回転圧縮
要素とを配置し、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段
圧縮要素の吸入側とを連通管を介して直列接続した多段
圧縮機構を形成する多段圧縮式ロータリコンプレッサで
構成しても良い。
【００１６】前記第１弁機構と、前記第２弁機構、第３
弁機構及び第４弁機構とは、それぞれ一体弁で構成させ
てもよい。
【００１７】そして、前記第２減圧手段はキャピラリー
チューブで構成され、前記第２弁機構は前記キャピラリ
ーチューブの冷媒流入側に設けられている構成としても
良い。この構成を用いることにより、冷蔵庫などのよう
に蒸発器が庫内に配置されるものの場合、配管長が長い
キャピラリーチューブを介して他の構成部品が庫外の同
一個所に配置されているため、一体弁を同一の庫外個所
に取り付けることができ、装置構成の大型化を招く虞れ
がない。
【００１８】また、前記中間冷却器に流入する前記他方
の冷媒を減圧する第３減圧手段と、該第３減圧手段に流
入する前記他方の冷媒と、前記蒸発器から吐出された冷
媒とを熱交換させる第２熱交換部を備えた構成としても
良い。この構成を用いることにより、冷凍装置の起動初
期における蒸発器でのエンタルピー差を従来装置に比べ
て大きくすることができる。
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の多段圧縮冷凍装置
の一実施形態について、以下に示す図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施の形態例を示す多段圧縮
冷凍装置の冷媒回路図、図２は本発明に適用する２段圧
縮式ロータリコンプレッサの要部縦断面図である。
【００２１】先ず、図２において、本発明の多段圧縮手
段としての２段圧縮式ロータリコンプレッサ10は、鋼板
からなる円筒状密閉容器12、この密閉容器12内の上部空
間に配置された電動要素としての駆動電動機14、及び電
動機14の下部空間に配置され、且つこの電動機14に連結
されるクランク軸（駆動軸）16により駆動される圧縮要
素としての回転圧縮機構18を含む。
【００２２】また、密閉容器12は底部をオイル溜とし、
電動機14及び回転圧縮機構18を収容する12Aと、この容
器本体12Aの上部開口を密閉する蓋体12Bとの２部材で構
成され、蓋体12Bには電動機14に外部電力を供給するタ
ーミナル端子（給電配線は省略）20が取り付けてられて
いる。
【００２３】電動機14は、密閉容器12の上部空間の内周
に沿って環状に取り付けられたステータ22と、このステ
ータ22の内側に若干の間隙を設けて配置されたロータ24
とからなる。このロータ24には、その中心を通り鉛直方
向に延びるクランク軸16が一体に設けられている。
【００２４】ステータ22は、リング状の電磁鋼板を積層
した積層体26と、この積層体26に巻装された複数のコイ
ル28を有している。また、ロータ24もステータ24と同じ
ように電磁鋼板の積層体30で構成されている。本実施の
形態例では、電動機14として交流モータを用いている
が、永久磁石を埋装しＤＣモータとする場合もある。
【００２５】回転圧縮機構18は、低段側圧縮手段として
の低段圧縮要素32と高段側圧縮手段としての高段圧縮要
素34を含む。すなわち、中間仕切板36と、この中間仕切
板36の上下に設けられた上下シリンダ38，40と、この上
下シリンダ38，40内をクランク軸16に設けた上下偏心部
42，44に連結されて回転する上下ローラ46，48と、この
上下ローラ46，48に当接して上下各シリンダ38，40内を
吸入室（吸入側）と圧縮室（吐出側）に区画する上下ベ
ーン50，52と、上下シリンダ38，40の各開口面を閉塞す
るクランク軸16の各軸受部を兼用する上部支持部材54と
下部支持部材56とで構成される。
【００２６】また、上部支持部材54及び下部支持部材56
には、図示しない弁装置を介して上下シリンダ38，40と
適宜連通する吐出消音室58，60が形成されると共に、こ
れらの各吐出消音室等の開口部は上部プレート62と下部
プレート64で閉塞されている。
【００２７】また、上下ベーン50，52は、上下シリンダ
38，40のシリンダ壁に形成された半径方向の案内溝66，
68に摺動可能に配置され、且つスプリング70，72により
上下ローラ46，48に常時当接するように付勢されてい
る。
【００２８】そして、下シリンダ40では１段目（低段
側）の圧縮作用が行われ、上シリンダ38では下シリンダ
40で圧縮された冷媒ガスを更に圧縮する２段目（高段
側）の圧縮作用が行われる。
【００２９】そして、上述の回転圧縮機構18を構成する
上部支持部材54、上シリンダ38、中間仕切板36、下シリ
ンダ40及び下部支持部材56は、この順に配置され上部プ
レート62及び下部プレート64と共に複数本の取付ボルト
74を用いて連結固定させれている。
【００３０】また、クランク軸16には軸中心にストレー
トのオイル孔76とこの孔76に横方向の給油孔78，80を介
して連なる螺旋状給油溝82，84を外周面に形成して、軸
受け及び各摺動部にオイルを供給するようにしている。
【００３１】この実施形態例では、冷媒としてR134aを
使用し、また、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、ＰＡＧオイ
ル（ポリアルキレングリコール系オイル）、エーテル
油、エステル油等既存のオイルが使用している。
【００３２】上述の回転圧縮機構18の低段圧縮要素32で
は、吸入側冷媒圧力が0.08ＭＰａであり、吐出側冷媒圧
力が0.63ＭＰａである。そして、高段圧縮要素34では、
吸入側冷媒圧力が0.63ＭＰａであり、吐出側冷媒圧力が
1.17ＭＰａである。
【００３３】また、上下シリンダ38，40には、冷媒を導
入する上下冷媒吸込通路（図示せず）と、圧縮された冷
媒を吐出消音室58，60を経由して吐出する冷媒吐出通路
86とが設けられている。そして、この各冷媒吸込通路と
冷媒吐出通路86には、密閉容器12に固定される接続管9
0，92，94を介して冷媒配管98，100，102が接続され
る。また、冷媒配管100および102の間には、気液分離器
として作用するサクションマフラー106が接続されてい
る。
【００３４】このサクションマフラー106には、コンプ
レッサ10の外部に設けられ、後述するように第３熱交換
部（図示せず）から出た冷媒を冷媒配管201を介して合
流させている。
【００３５】さらに、上部プレート62には上部支持部材
54の吐出消音室58と、密閉容器12の内部空間とを連通状
態とする吐出管108が設けられており、２段目（高段圧
縮要素34）の圧縮冷媒ガスを密閉容器12内に直接吐出
し、密閉容器12を内部高圧にした後、密閉容器12上部の
蓋体12Bに固定される接続管96及び冷媒配管104を介して
外部の凝縮器（図示せず）に送出され、後述する冷媒回
路を順次経由して、冷媒配管98、接続管90及び上シリン
ダ38の上冷媒吸込通路を通じて再び低段圧縮要素32に戻
り、蒸気圧縮式冷凍サイクルを実現している。
【００３６】また、低段圧縮要素32における構成部品相
互の嵌合クリアランスを、高段圧縮要素34における構成
部品相互の嵌合クリアランスよりも小さく設定してい
る。具体的には、低段圧縮要素32における構成部品相互
の嵌合クリアランスを１０μｍに、高段圧縮要素34にお
ける構成部品相互の嵌合クリアランスを２０μｍに設定
している。これにより、密閉容器12内の高圧ガスが圧力
差の大きい低段圧縮要素32へリーク侵入するのを低減で
き、体積効率及び圧縮効率を向上させることができる。
【００３７】次に、上記した２段圧縮式ロータリコンプ
レッサ10を用いた本発明の多段圧縮冷凍装置について、
図１の冷媒回路を参照して説明する。
【００３８】図１において、１は凝縮器であり、上記２
段圧縮式ロータリコンプレッサ10から吐出された高圧冷
媒が冷媒配管104を介して流入している。この凝縮器１
にて凝縮され冷媒配管110を流れる冷媒を後述の第３熱
交換部２と熱交換させた後、この冷媒配管110が二方に
分岐されている。
【００３９】３は、分岐された一方の分岐配管112を流
れる冷媒を減圧させる第１減圧手段としての第１膨張弁
である。
【００４０】４は、分岐された他方の分岐配管114を流
れる冷媒を減圧させる第３減圧手段としての第２膨張弁
であり、後述の第２熱交換部５において、分岐配管114
を流れる冷媒を蒸発器８の吐出冷媒と熱交換させた後、
第２膨張弁４に流入させている。
【００４１】６は、第２膨張弁４の吐出側に接続されて
いる中間冷却器であり、第１膨張弁３にて減圧された冷
媒と熱交換させている。そして、中間冷却器６との熱交
換後の前記一方の冷媒は、第３熱交換部２に流入し、凝
縮器１から吐出された冷媒と熱交換している。
【００４２】中間冷却器６は、第２膨張弁４の吐出冷媒
を一時貯溜して気液分離した後、液冷媒のみを第２減圧
手段としてのキャピラリーチューブ７に供給する貯溜容
器（図示せず）で構成されている。
【００４３】このため、第２熱交換部５、第３熱交換部
２及び第２膨張弁４によって低温となった前記他方の冷
媒が中間冷却器６に流入し、容器内に一時貯溜されて気
液分離された後、液冷媒のみがキャピラリーチューブ７
に供給されることになる。従って、外気温度の変化など
による外乱の影響に関係なく、キャピラリーチューブ７
に液冷媒のみを供給することができ、キャピラリーチュ
ーブ７において、流入冷媒が減圧され過ぎてしまうと共
に、圧損が増加してしまい所期の性能及び蒸発温度が得
られない、という事態になるのを防止することができ
る。
【００４４】そして、第２熱交換部５及び第３熱交換部
２は、内管の内部を流れる冷媒と、該内管を囲繞する外
管の内部を流れる冷媒とが熱交換する二重管構造となっ
ており、熱交換効率向上のために、低温側の冷媒を内管
内部に、高温側の冷媒を外管内部に夫々流し、その流れ
方向が逆となる対向流になるように構成されている。
【００４５】このように、第２熱交換部５及び第３熱交
換部を、外乱の影響を受けやすいが、熱交換効率の高い
二重管構造とすることにより、キャピラリーチューブ７
に冷媒を供給する中間冷却器６以外の熱交換部分におい
て、過冷却度を大きくとることが可能になる。
【００４６】第３熱交換部２を吐出した冷媒は、冷媒配
管201を介して上述のサクションマフラー106に流入し、
冷媒配管100を介してサクションマフラー106に流入する
低段圧縮要素32からの吐出冷媒と合流させている。
【００４７】サクションマフラー106から吐出されるガ
ス冷媒は、冷媒配管102を経由して高段圧縮要素34に吸
い込ませている。
【００４８】また、キャピラリチューブ７からの吐出冷
媒は蒸発器８に供給され、冷媒を蒸発させ外部と熱交換
させている。蒸発器８の吐出側には上記第２熱交換部５
が設けられており、冷媒配管114を流れる分流冷媒と熱
交換した後、その熱交換後の冷媒が冷媒配管98を経由し
てコンプレッサ10の低段圧縮要素32の接続管90に供給さ
れている。
【００４９】そして、冷媒配管98の途中には、コンプレ
ッサ10から蒸発器８側への冷媒が所定量以上逆流するこ
とによって全閉状態となる第１弁機構11A,11B,11Cが設
けられ、キャピラリーチューブ７の冷媒流入側の冷媒配
管途中には第１弁機構11Aの開閉動作に連動して開閉さ
れる第２弁機構12と、凝縮器１の冷媒吐出側に設けら
れ、第１弁機構11Bの開閉動作に連動して開閉される第
３弁機構13と、第１膨張弁３の冷媒流入側の分岐配管11
2途中に設けられ、第１弁機構11cの開閉動作に連動して
開閉される第４弁機構14とが設けられており、第１弁機
構11Aと第２弁機構12、第１弁機構11Bと第３弁機構13、
第１弁機構11Cと第４弁機構14は一体弁で構成されてい
る。
【００５０】そして、この第１弁機構11A,11B,11cは、
コンプレッサ10の回転開始に伴い、コンプレッサ10側の
圧力が蒸発器８側の圧力に比べ小さくなることにより、
蒸発器８からコンプレッサ10側へ冷媒が流れ出して全閉
状態から全開状態になる。
【００５１】さらに、上記コンプレッサ10は、停止する
場合にコンプレッサ10を一定時間定常運転時とは逆の回
転をさせた後、停止するように制御されている。これに
より、第１弁機構11A,11B,11c、第２弁機構12、第３弁
機構13、及び第４弁機構14は、定常運転時には全開状態
となっているが、上記コンプレッサ10の逆回転により、
コンプレッサ10から蒸発器８側へ冷媒が所定量以上逆流
して、第１弁機構11A,11B,11c、第２弁機構12、第３弁
機構13、及び第４弁機構14が全閉状態になる。そして、
コンプレッサ10の起動時には、コンプレッサ10を通常回
転させ、冷媒が蒸発器８からコンプレッサ10に流れ出す
ことにより、第１弁機構11A,11B,11c、第２弁機構12、
第３弁機構13、及び第４弁機構14が全開状態になる。
【００５２】この結果、コンプレッサ10の停止後に、第
１弁機構11A,11B,11c側へのガス冷媒の逆流により、第
１弁機構11A,11B,11cに連動して第２弁機構12、第３弁
機構13及び第４弁機構14が全閉状態となるので、凝縮器
１及び配管内に滞溜している高温の液冷媒が、蒸発器８
内及び中間冷却器６に液冷媒が流れ込むのを防止するこ
とができる。また、コンプレッサ10を停止する場合に、
一定時間定常運転時とは逆の回転をさせた後、停止する
ように制御しているので、コンプレッサ10の冷媒吐出側
のガス冷媒を素早く第１弁機構11A,11B,11c側へ逆流さ
せることができる。
【００５３】以上によって、本発明の多段圧縮冷凍装置
の冷凍サイクルが構成されている。
【００５４】ここで、上記中間冷却器６、第２熱交換部
５及び第３熱交換部２では、周囲から熱を奪うことによ
って冷却作用を発揮しており、各熱交換部を夫々第１過
冷却部、第２過冷却部、第３過冷却部と以下称する。
【００５５】また、上記説明において、第２過冷却部５
において冷却された冷媒を第２膨張弁４を経由して第１
過冷却部６において熱交換させる構成にしているのは、
実験の結果、過冷却を分散させて行わせる際、一度過冷
却を行った後の冷媒を膨張させた後に、過冷却を行わせ
ることによりその際の熱交換効率が良くなることが確認
できたためである。
【００５６】次に、上記冷凍サイクルにおける冷媒の状
態について、図３に示すＰ−ｈ線図に基づき説明する。
尚、図において装置定常期の冷媒状態を実線で、装置起
動初期における冷媒状態を点線で示している。
【００５７】図３において、Ａ点はコンプレッサ10の高
段圧縮要素34からの吐出冷媒の状態を示しており、凝縮
器１にて凝縮されてＢ点まで状態変化する。その後、冷
媒は第３過冷却部２での熱交換により冷却されてＣ点に
至る。
【００５８】そして、Ｃ点の冷媒は分流されて、一方の
分流した冷媒が第１膨張弁３にて減圧されてＤ点まで圧
力低下した後、第１過冷却部６に流入している。
【００５９】また、Ｃ点の冷媒の分流された他方の冷媒
は、第２過冷却部５において蒸発器８の吐出冷媒との熱
交換により冷却されてＨ点に至り、第２膨張弁４にて減
圧されてＩ点まで圧力低下する。第１過冷却部６におい
て、Ｉ点の冷媒が第１膨張弁３にて減圧されたＤ点の冷
媒と熱交換してＪ点に状態変化すると共に、Ｄ点の冷媒
が第１過冷却部６の出口においてＥ点まで状態変化す
る。この際、外気温度の変化等による外乱が発生し、Ｉ
点の冷媒が不安定な状態（気液２相状態）であったとし
ても、第１過冷却部６において気液分離して、Ｊ点の冷
媒を確実に液冷媒にした安定な状態でキャピラリーチュ
ーブ７に供給されることになる。
【００６０】Ｆ点は、第３過冷却部２における凝縮器１
から出たＢ点の冷媒との熱交換により、第３過冷却部２
の吐出冷媒の状態を示している。
【００６１】また、Ｊ点の冷媒はキャピラリーチューブ
７にて減圧され、Ｋ点まで圧力低下した後、蒸発器８に
流入する。
【００６２】そして、蒸発器８にて蒸発した冷媒（Ｌ
点）が第２過冷却部５における熱交換により、第２過冷
却部５の出口でＭ点まで状態変化した後、コンプレッサ
10の低段圧縮要素32に流入している。
【００６３】そして、低段圧縮要素32にて１段目の圧縮
がされ、Ｎ点まで圧力上昇した高温、高圧の吐出冷媒
が、サクションマフラー106において、第３過冷却部２
からの吐出冷媒（Ｆ点）と混ざり、冷媒が冷却されＧ点
まで状態変化する。その温度低下させたＧ点の冷媒をコ
ンプレッサ10の高段圧縮要素34に吸入させて、２段目の
圧縮させ（Ａ点）、凝縮器１に吐出している。
【００６４】このように、第３過冷却部２において凝縮
器１からの吐出冷媒の過冷却を行わせると共に、キャピ
ラリーチューブ７及び蒸発器８に流れる他方の冷媒をさ
らに第１過冷却部６及び第２過冷却部５において過冷却
することができる。
【００６５】また、過冷却部を分散させることにより、
各過冷却部の保有する顕熱の熱容量を小さくすることが
でき、装置起動初期（図３点線）においても従来に比べ
過冷却を行うことができ、蒸発器８でのエンタルピー差
（δＨ）を大きくとることができる。
【００６６】特に、第１過冷却部６に加えて、蒸発器８
出口の低温冷媒と熱交換する第２過冷却部５を設けるこ
とにより、装置の起動開始後の短時間でキャピラリーチ
ューブ７及び蒸発器８に流れる他方の冷媒の過冷却を充
分に行うことができる。
【００６７】尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではな
い。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、
特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可
能であることは勿論である。
【００６８】例えば、上記実施の形態例では、多段圧縮
手段として内部高圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ
10を用いた場合について説明したが、これに限らず、密
閉容器12内部を低段圧縮要素32の吸入側冷媒圧力と略同
等にした内部低圧型、若しくは密閉容器12内部を低段圧
縮要素32の吐出側冷媒圧力と略同等にした内部中間圧型
にも本発明は適用可能である。
【００６９】また、第１過冷却部、第２過冷却部及び第
３過冷却部を有する構成について説明したが、これに限
らず、単一の中間冷却器にて過冷却を行う上記従来装置
（図４）にも、本発明は適用可能である。
【００７０】さらに、上記実施の形態例では、使用冷媒
としてＲ１３４ａを用いる場合について説明したが、こ
れに限らず他の冷媒を用いても同様の効果を期待し得
る。
【００７１】
【発明の効果】以上述べたとおり本発明によれば、圧縮
機の停止後における第１弁機構側へのガス冷媒の逆流に
より、第１弁機構に連動して第２弁機構及び第３弁機構
が全閉状態となるので、蒸発器内及び中間冷却器に液冷
媒が流入するのを防止することができる。
【００７２】従って、冷凍装置の起動初期における蒸発
器でのエンタルピー差を大きくして冷凍効果を増大させ
た多段圧縮冷凍装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である多段圧縮冷凍装
置の冷媒回路図である。
【図２】本発明に適用する２段圧縮式ロータリコンプレ
ッサの要部縦断面図である。
【図３】本発明の多段圧縮冷凍装置のＰ−ｈ線図であ
る。
【図４】従来の多段圧縮冷凍装置の冷媒回路図である。
【図５】従来の多段圧縮冷凍装置のＰ−ｈ線図である。
【符号の説明】
１ 凝縮器 ２ 第３中間冷却器 ３ 第１膨張弁（第１減圧手段） ４ 第２膨張弁（第３減圧手段） ５ 第２中間冷却器 ６ 中間冷却器 ７ キャピラリーチューブ（第２減圧手段） ８ 蒸発器 ９ 逆止弁（一方向弁） 10 ２段圧縮式ロータリコンプレッサ 11A,11B,11c 第１弁機構 12 第２弁機構 13 第３弁機構 14 第４弁機構 15 円筒状密閉容器 16 駆動電動機（電動要素） 17 クランク軸 18 回転圧縮機構（回転圧縮要素） 32 低段圧縮要素（低段側圧縮手段） 34 高段圧縮要素（高段側圧縮手段） 400 バイパス流路 410 電磁弁 420 制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山川 貴志 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−58148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−21338（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−128990（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−118975（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−94116（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 1/10

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】低段側圧縮手段及び高段側圧縮手段からな
    る圧縮機、凝縮器、第１減圧手段、中間冷却器、第２減
    圧手段及び蒸発器とを有し、 前記凝縮器から出た冷媒を分流して一方の冷媒を第１減
    圧手段に、 他方の冷媒を前記中間冷却器及び第２減圧手段から前記
    蒸発器に夫々流し、該中間冷却器において、前記第１減
    圧手段から出た一方の冷媒と熱交換させると共に、前記
    蒸発器から出た冷媒を前記低段側圧縮手段に吸い込ま
    せ、 前記中間冷却器との熱交換後の前記一方の冷媒を低段側
    圧縮手段から吐出された冷媒と共に高段側圧縮手段に吸
    い込ませるように構成した多段圧縮冷凍装置において、 前記低段側圧縮手段の冷媒流入側に設けられ、前記蒸発
    器側への所定量の冷媒の逆流に応じて全閉状態となる第
    １弁機構と、 前記蒸発器の冷媒流入側に設けられ、前記第１弁機構の
    開閉動作に連動して開閉される第２弁機構と、 前記凝縮器の冷媒吐出側に設けられ、前記第１弁機構の
    開閉動作に連動して開閉される第３弁機構と、前記中間冷却器との熱交換後の前記一方の冷媒と、前記
    凝縮器から吐出された冷媒とを熱交換させる第３熱交換
    部と を備えていることを特徴とする多段圧縮冷凍装置。
  2. 【請求項２】低段側圧縮手段及び高段側圧縮手段からな
    る圧縮機、凝縮器、第１減圧手段、中間冷却器、第２減
    圧手段及び蒸発器とを有し、 前記凝縮器から出た冷媒を分流して一方の冷媒を第１減
    圧手段に、 他方の冷媒を前記中間冷却器及び第２減圧手段から前記
    蒸発器に夫々流し、該中間冷却器において、前記第１減
    圧手段から出た一方の冷媒と熱交換させると共に、前記
    蒸発器から出た冷媒を前記低段側圧縮手段に吸い込ま
    せ、 前記中間冷却器との熱交換後の前記一方の冷媒を低段側
    圧縮手段から吐出された冷媒と共に高段側圧縮手段に吸
    い込ませるように構成した多段圧縮冷凍装置に おいて、 前記低段側圧縮手段の冷媒流入側に設けられ、前記蒸発
    器側への所定量の冷媒の逆流に応じて全閉状態となる第
    １弁機構と、 前記蒸発器の冷媒流入側に設けられ、前記第１弁機構の
    開閉動作に連動して開閉される第２弁機構と、 前記凝縮器の冷媒吐出側に設けられ、前記第１弁機構の
    開閉動作に連動して開閉される第３弁機構と、を備え、 前記圧縮機を停止する場合に、該圧縮機を一定時間逆回
    転させた後、停止させることを特徴とする多段圧縮冷凍
    装置。
  3. 【請求項３】前記第１減圧手段の冷媒流入側に設けら
    れ、前記第１弁機構の開閉動作に連動して開閉される第
    ４弁機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２
    に記載の多段圧縮冷凍装置。
  4. 【請求項４】前記圧縮機は、密閉容器の内部に電動要素
    と、該電動要素に連結される駆動軸により駆動される低
    段圧縮要素及び高段圧縮要素からなる回転圧縮要素とを
    配置し、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素
    の吸入側とを連通管を介して直列接続した多段圧縮機構
    を形成する多段圧縮式ロータリコンプレッサであること
    を特徴とする請求項１乃至３に記載の多段圧縮冷凍装
    置。
  5. 【請求項５】前記第１弁機構と、前記第２弁機構、第３
    弁機構及び第４弁機構とは、それぞれ一体弁で構成され
    ていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
    載の多段圧縮冷凍装置。
  6. 【請求項６】前記第２減圧手段はキャピラリーチューブ
    で構成され、前記第２弁機構は前記キャピラリーチュー
    ブの冷媒流入側に設けられていることを特徴とする請求
    項１乃至５のいずれかに記載の多段圧縮冷凍装置。
  7. 【請求項７】前記中間冷却器に流入する前記他方の冷媒
    を減圧する第３減圧手段と、該第３減圧手段に流入する
    前記他方の冷媒と、前記蒸発器から吐出された冷媒とを
    熱交換させる第２熱交換部を備えていることを特徴とす
    る請求項１乃至６のいずれかに記載の多段圧縮冷凍装
    置。
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