JP3548017B2

JP3548017B2 - 冷却装置

Info

Publication number: JP3548017B2
Application number: JP27798098A
Authority: JP
Inventors: 俊行江原; 伸央甲元; 昌也只野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP2000110730A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然冷媒の内、特に二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いた回転式圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷凍サイクルには、冷媒としてフロン（Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３４ａなど）が一般的に用いられていた。しかしながら、フロンは大気中に放出されると大きな温暖化効果やオゾン層破壊などの問題を有している。
【０００３】
このため、近年、環境に与える影響の少ない他の自然冷媒、例えば、酸素（Ｏ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、ハイドロカーボン（ＨＣ）、アンモニア（ＮＨ_３）、水（Ｈ_２Ｏ）を冷媒として用いる研究が行われている。
【０００４】
これら自然冷媒の内、酸素と水は、回転式圧縮機に用いても圧力が低くて冷凍サイクルの冷媒としては用いる事ができない。また、アンモニアやハイドロカーボンは可燃性であるため、取り扱いが難しい問題がある。
【０００５】
このため、ＣＯ_２即ち、二酸化炭素を用いる圧縮機の開発が望まれていた。
【０００６】
この様な圧縮機の例として、特開平１０−８９７８５号公報（Ｆ２５Ｂ１／００）には、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮された前記冷媒を冷却し、内部の圧力が前記冷媒の臨界圧力を越える放熱器と、前記放熱器から流出した前記冷媒を減圧する減圧装置と、前記減圧装置にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを有し、前記蒸発器の熱負荷が所定値以下のときは、前記圧縮機の圧縮仕事に対する前記蒸発器の冷凍能力の比が大きくなるように前記減圧装置の開度を調節し、さらに前記蒸発器の熱負荷が所定値を越えたときは、前記熱負荷の上昇に応じて前記減圧装置の開度を小さくすることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクルが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、冷媒圧力は高圧側で約１００ｋｇ／ｃｍ^２Ｇにも達し、低圧側では約３０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇとなる。
【０００８】
この様に、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍サイクルでは、フロンに比較して冷媒圧力が高いものである。
【０００９】
特に、回転式圧縮機の運転停止時には、シリンダ内を回転するローラが停止しても、冷媒が回転式圧縮機内に流入し、回転式圧縮機の密閉容器内が高圧となって、平衡圧力が上昇するため、密閉容器が耐えられず破損する問題がある。
【００１０】
また、冷凍能力を制御する場合、インバーター制御などの回転数制御により行うしかなかった。
【００１１】
本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたもので、密閉容器が破損する事を極力防止すると共に、冷凍能力の制御も可能な冷媒回路を提供する事を目的とした。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１の発明では、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で接続し、二酸化炭素を冷媒として用いる冷却装置であって、前記圧縮機の吸込側冷媒配管と吐出側冷媒配管とに接続さて、各々開閉弁を有する吸込側、出口側分岐冷媒配管と、これら各分岐冷媒配管が接続される冷媒タンクとよによりバイパス回路を構成する冷却装置を提供する。
【００１３】
また、請求項２の発明では、圧縮機の停止時には、出口側分岐冷媒配管の開閉弁を開放することを特徴とする請求項１記載の冷却装置を提供する。
【００１４】
このため、回転式圧縮機停止前に吐出側に接続されたバイパス回路の開閉弁を開き、冷媒タンクに冷媒の一部を導入する。従って、回転式圧縮機の運転停止中の平衡圧力を下げる事ができる。
【００１５】
また、請求項３の発明では、圧縮機の運転中には、吸込側分岐冷媒配管の開閉弁を開放することを特徴とする請求項１記載の冷却装置を提供する。
【００１６】
この様に、回転式圧縮機運転中に、冷媒タンクへ冷媒を導入し、冷媒回路の循環冷媒量を調整する事ができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明を具備する冷媒回路図、図２は本発明を具備する冷媒回路におけるモリエル線図、図３は本発明の冷媒回路に用いられる回転式圧縮機の縦断面図である。
【００１９】
図３における１は、本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機（ロータリ式コンプレッサ）で、鉄などの金属からなる密閉容器２内の上部に設けられた電動要素３と、この電動要素３の下方に設けられ、電動要素３の回転軸４にて回転駆動される回転圧縮要素５とからなるものである。
【００２０】
また、前記密閉容器２は下部をオイル溜２Ｃとし、前記電動要素３及び回転圧縮要素５を収納する容器体２Ａと、この容器体２Ａを密閉する密閉蓋２Ｂとよりなるもので、この密閉蓋２Ｂには前記電動要素３に電力を供給するためのターミナル端子（配線は省略）６が取り付けられている。
【００２１】
また、電動要素３は、ロータ７及びステータ８からなるもので、ロータ７は積層した電磁鋼板からなる積層体１０の内部に図示しない永久磁石を設けてなるもので、ステータ８はリング状の電磁鋼板を積層した積層体１２に巻線１１を取り付けてなるものである。尚、９はバランサである。
この構造は、直流モータと称するものであるが、積層した電磁鋼板にアルミニウム製のアルミ芯を挿入してなる交流モータと称するモータを用いても良い。
【００２２】
更には、自動車等のエアコンに用いる場合、自動車のエンジンなどを駆動源としても良いし、他の駆動源であっても良い。
【００２３】
また、回転圧縮要素５は、プレートミドル（中間仕切板）１３と、このプレートミドル１３の上下に取り付けられた上下シリンダ１４、１５と、この上下シリンダ１４、１５内を回転軸４の上下偏心部１６、１７によって回転する上下ローラ１８、１９と、この上下ローラ１８、１９に接して上下シリンダ１４、１５内を高圧室と低圧室とに区画する上下ベーンと、上下シリンダ１４、１５の上下の開口を閉塞すると共に、前記回転軸４の回転を許容するメインフレーム２２、ベアリングプレート２３とで構成されている。
【００２４】
更にこれらは、メインフレーム２２、上シリンダ１４、プレートミドル１３、下シリンダ１５、ベアリングプレート２３の順に配置され、ボルト２４にて連結されているものである。
【００２５】
また、前記回転軸４には、前記回転圧縮要素５の各摺動部にオイルＡを供給するための給油孔２５が設けられている。更に、回転軸４の外周面には、この給油孔２５と連通し、オイルＡをメインフレーム２２、ベアリングプレート２３の軸受部に導く給油溝２６が形成されている。更に、前記上下ベーンには前記上下ローラ１８、１９に対して常時付勢するためのスプリングが設けられている。
【００２６】
ここで、潤滑油としてのオイルＡは、鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油など既存のオイルＡで良い。
【００２７】
また、前記上下シリンダ１４、１５には冷媒を導入する上下導入管２８、２９が設けられていると共に、冷媒を吐出する上下出口管３０、３１がそれぞれ設けられている。そして、これら上下導入管２８、２９及び上下出口管３０、３１には、冷媒配管３２、３３、３４がそれぞれ接続されている。
【００２８】
尚、５２はメインフレーム２２やベアリングプレート２３と回転軸４などの間から二酸化炭素ガス冷媒がリークし、密閉容器２内が高圧となるのを防止するための調圧管、５３は中間圧室側、即ち上シリンダ１４の吐出側が所定の圧力以上になった場合に、高圧室側、即ち下シリンダ１５の下出口管３１側に圧力をにがすためのバルブ、３５は密閉容器２を支持するための台座、３６はサクションマフラである。
【００２９】
また、図１において、２シリンダの回転式圧縮機１は、凝縮器３７と吐出側冷媒配管３２にて接続されている。この凝縮器３７と蒸発器である冷却器３８とは、減圧装置であるキャピラリーチューブ３９を介して冷媒配管４０にて接続されている。また、この冷却器３８と回転式圧縮機１とは、吸込側冷媒配管３３にて接続されている。
【００３０】
従って、２シリンダの回転式圧縮機１にて圧縮され、高温となった二酸化炭素のガス冷媒が、凝縮器３７にて冷却され、キャピラリーチューブ３９にて膨張する。この後、冷却器３８に流入し、ここで放熱したガス冷媒は、再び吸込側冷媒配管３３から回転式圧縮機１に戻る事となる。
【００３１】
また、前記吸込側冷媒配管３３には、吸入側分岐冷媒配管５４が接続され、この吸入側分岐冷媒配管５４は冷媒を貯留する冷媒タンク５５に接続されている。更に、吸入側分岐冷媒配管５４には、減圧装置である吸入側キャピラリーチューブ５６及び開閉弁である吸入側電磁弁５７が設けられている。
【００３２】
また、吐出側冷媒配管３２には、出口側分岐冷媒配管５８が接続され、この出口側分岐冷媒配管５８は前記冷媒タンク５５に、減圧装置である出口側キャピラリーチューブ５９及び開閉弁である出口側電磁弁６０を介して接続している。
【００３３】
これら吐出側冷媒配管３２、吸込側冷媒配管３３、吸入側分岐冷媒配管５４、出口側分岐冷媒配管５８、冷媒タンク５５、各減圧装置５６、５９及び各開閉弁５７、６０にてバイパス回路を構成しているものである。
【００３４】
尚、前記吐出側冷媒配管３２は、回転式圧縮機１の下シリンダ１５の下出口管３１に接続されており、吸込側冷媒配管３３は上シリンダ１４の上導入管２８に接続されている。また、前記回転式圧縮機１の上シリンダ１４に設けられた上出口管３０と、下シリンダ１５の下導入管２９とは、接続冷媒配管３４により接続されているものである。即ち、上シリンダ１４内で一次圧縮された二酸化炭素冷媒は、下シリンダ１５内で二次圧縮されるものである。
【００３５】
ここで、図２に示す臨界圧力は、二酸化炭素冷媒の場合、約７２〜７３ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇであり、この超臨界領域のうち、臨界圧力以上、臨界温度以上では、二酸化炭素冷媒はガス化しているものである。
【００３６】
図２において、Ｃ点は回転式圧縮機１の吸込圧力で、約３０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇであり、Ｄ点は回転式圧縮機１の吐出圧力を示し、この時点では高温の吐出ガスとなっている。
【００３７】
尚、本発明の回転式圧縮機１の場合、冷媒吐出圧力は約１００〜１３０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇである。
【００３８】
そして、Ｅ点が凝縮器３７の出口圧力であり、キャピラリーチューブ３９にて断熱膨張させ、冷媒圧力を臨界圧力以下（約３０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）のＦ点まで低下させる。次いで、冷媒が冷却器３８に流入し、冷却器３８内の冷媒は周囲の熱を奪って蒸発し、回転式圧縮機１に戻る。
【００３９】
以上の配置構成において、回転式圧縮機１の運転停止前に、前記吸入側分岐冷媒配管５４の電磁弁５７を閉じた状態で、前記出口側分岐冷媒配管５８の電磁弁６０を開いて、冷媒タンク５５にガス冷媒を流入させ、冷媒タンク５５に貯留後、電磁弁６０を閉じる。このため、回転式圧縮機１、凝縮器３７、冷却器３８を循環する冷媒の量を減らす事ができる。従って、回転式圧縮機１の停止中の平衡圧力を下げられ、回転式圧縮機１の密閉容器２にかかる圧力を低く抑える事ができ、密閉容器２の破損を極力防止する事ができる。
【００４０】
この後、回転式圧縮機１を運転する前には、前記吸入側分岐冷媒配管５４の電磁弁５７を開いて、前記冷媒タンク５５に貯留されている二酸化炭素ガス冷媒を、前記回転式圧縮機１、凝縮器３７、冷却器３８の冷媒回路に流入させ、冷媒供給後に電磁弁５７を閉じる。
【００４１】
更に、回転式圧縮機１の運転中に、回転式圧縮機１、凝縮器３７、冷却器３８の冷媒回路の冷媒流量を変更する事により、冷凍能力を変更する事ができる。これは、前記出口側電磁弁６０を開いて、冷媒回路中に循環している冷媒の一部を前記冷媒タンク５５に流入させる事により、冷媒回路の循環冷媒量を減少させるものである。
【００４２】
この様に、冷媒量を減少させた場合、図２に示す如く、Ｃ、Ｇ、Ｈ、Ｉのモリエル線図となる。即ち、Ｃ点は回転式圧縮機１の吸込圧力で、約３０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇであり、Ｇ点は回転式圧縮機１の吐出圧力を示し、この時点では高温の吐出ガスとなっている。
【００４３】
そして、Ｈ点が凝縮器３７の出口圧力であり、キャピラリーチューブ３９にて断熱膨張させ、冷媒圧力をＩ点まで低下させる。次いで、冷媒が冷却器３８に流入し、冷却器３８内の冷媒は周囲の熱を奪って蒸発し、回転式圧縮機１に戻る。
【００４４】
即ち、全冷媒量を冷媒回路に循環させる場合、前述した如く、図２のＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆ点のモリエル線図になり、冷媒量を減少させる事により、Ｃ、Ｇ、Ｈ、Ｉ点のモリエル線図となる。この時のエンタルピーは、全冷媒量を冷媒回路に循環させた場合と減少させた場合とで、図２中に示すＡとＢの如く、エンタルピーを変化させる事ができる。
【００４５】
従って、冷媒回路中の冷媒循環量を変化させる事により、冷凍能力を可変とする事ができるものである。
【００４６】
尚、以上の説明おける内部低圧とした回転式圧縮機１とは、（密閉容器２内の圧力）＜（上シリンダ１４の圧縮空間の平均圧力）＜（下シリンダ１５の圧縮空間の平均圧力）の圧力関係である回転式圧縮機１であり、内部中間圧とした回転式圧縮機１とは、（上シリンダ１４の圧縮空間の平均圧力）＜（密閉容器２内の圧力）＜（下シリンダ１５の圧縮空間の平均圧力）の圧力関係である回転式圧縮機１である。
【００４７】
また、以上詳述した回転式圧縮機１は、家庭用エアコン、業務用エアコン（パッケージエアコン）、自動車用エアコン、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫、業務用冷凍庫、業務用冷凍冷蔵庫、ショーケース、自動販売機、給湯機等に用いるものである。
【００４８】
更に、この回転式圧縮機１は、１５フレームのサイズであり、１馬力の出力である。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によると、回転式圧縮機停止前に出口側に接続された分岐冷媒配管に設けられた流量制御弁を開き、冷媒タンクに冷媒の一部を導入するため、回転式圧縮機の運転停止中の平衡圧力を下げる事ができる。
【００５０】
更に、回転式圧縮機運転中に、冷媒タンクへ冷媒を導入し、冷媒回路の循環冷媒量を調整する事ができる。
【００５１】
従って、回転式圧縮機の密閉容器が破損する事を極力防止できると共に、冷凍能力の制御も可能な冷媒回路を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具備する冷媒回路図である。
【図２】本発明を具備する冷媒回路におけるモリエル線図である。
【図３】本発明の冷媒回路に用いられる回転式圧縮機の縦断面図である。
【符号の説明】
１回転式圧縮機
５４吸入側分岐冷媒配管
５５冷媒タンク
５７吸入側電磁弁（開閉弁）
５８出口側分岐冷媒配管
６０出口側電磁弁（開閉弁）

Claims

圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で接続し、二酸化炭素を冷媒として用いる冷却装置であって、
前記圧縮機の吸込側冷媒配管と吐出側冷媒配管とに接続さて、各々開閉弁を有する吸込側、出口側分岐冷媒配管と、これら各分岐冷媒配管が接続される冷媒タンクとによりバイパス回路を構成することを特徴とする冷却装置。
圧縮機の停止時には、出口側分岐冷媒配管の開閉弁を開放することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
圧縮機の運転中には、吸込側分岐冷媒配管の開閉弁を開放することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。