JP3995570B2 - 冷媒回路装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所謂多段圧縮式コンプレッサを使用した冷媒回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷媒回路装置、特に内部中間圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサを用いた冷媒回路装置では、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスが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。そして、この密閉容器内の中間圧の冷媒ガスは第２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２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て外部に吐出される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
その後、ガスクーラに入り放熱して加熱作用を発揮した後、絞り手段としての膨張弁で絞られてエバポレータに入り、そこで吸熱して蒸発した後、第１の回転圧縮要素に吸入されるサイクルを繰り返す。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５０７０４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなコンプレッサを用いた冷媒回路装置では、停止後の再始動時に回転圧縮要素の高低圧差があると始動性が悪化すると共に損傷も引き起こす。そこで、コンプレッサ停止後に冷媒回路内の均圧を早めるため、膨張弁を全開として冷媒回路内の低圧側と高圧側を連通させるなどの操作が成される場合もあったが、第１の回転圧縮要素で圧縮された密閉容器内の中間圧の冷媒ガスはコンプレッサ停止後に低圧側や高圧側と連通されないため、平衡圧に達するのに著しく時間がかかる。
【０００６】
また、コンプレッサは熱容量が大きいため、温度低下速度が遅く、コンプレッサ停止後に冷媒回路内の他の部分よりコンプレッサ内部の温度の方が高くなってしまう。更に、コンプレッサ停止後にコンプレッサ内で冷媒が寝込んでしまった（冷媒が液化する）場合、コンプレッサ始動直後は冷媒がフラッシュガスとなるため、中間圧は急激に高くなる。そのため、密閉容器内の中間圧の冷媒ガスの圧力は逆に第２の回転圧縮要素の吐出側（冷媒回路内の高圧側）より高くなり、所謂圧力の逆転現象を生じる。
【０００７】
この場合のコンプレッサ始動時の圧力挙動を図５及び図６により説明する。図５は従来正常に始動した場合の圧力挙動を示す図である。始動前に冷媒回路装置内の圧力は平衡圧に達しているため、コンプレッサは通常通りに始動でき、中間圧と高圧の圧力逆転は生じない。
【０００８】
一方、図６は圧力の逆転現象が発生した場合の圧力挙動を示す図である。図６に示すようにコンプレッサ始動前に、低圧と高圧とは均圧されているが（実線）、前述する如く中間圧はこれらの圧力より高くなっており（破線）、コンプレッサを始動すると中間圧は更に上昇して高圧と同じ、若しくは高圧より高い圧力となってしまう。
【０００９】
特に、ロータリコンプレッサにおいて、第２の回転圧縮要素のベーンには当該ベーンをローラ側に付勢するため、第２の回転圧縮要素の吐出側の圧力が背圧としてかけられるが、この場合、第２の回転圧縮要素の吐出側の圧力（高圧）と第２の回転圧縮要素の吸込側の圧力（中間圧）とが同じ、若しくは、第２の回転圧縮要素の吸込側の圧力（中間圧）の方が高くなっているため、ベーンをローラ側に付勢する背圧力がかからず、第２の回転圧縮要素のベーン飛びが生じてしまう。このため、第２の回転圧縮要素での圧縮が行われなくなり、コンプレッサは実質的に第１の回転圧縮要素のみでの圧縮となってしまう。
【００１０】
また、第１の回転圧縮要素のベーンには当該ベーンをローラ側に付勢するため、密閉容器内の中間圧が背圧としてかかっているが、このように密閉容器内の圧力が高くなると、第１の回転圧縮要素のシリンダ内の圧力と密閉容器内の圧力の差が大き過ぎてベーンをローラに押し付ける力が必要以上に高くなり、ベーン先端とローラ外周面との摺動部分に著しく面圧が加わって、ベーン及びローラの摩耗が進行し、損傷に至る危険性がある。
【００１１】
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、所謂多段圧縮式のコンプレッサを用いた冷媒回路装置において、冷媒圧力の逆転現象を回避して、コンプレッサの始動性と耐久性を向上させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の冷媒回路装置では、コンプレッサは、駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、絞り手段とエバポレータの間に接続されてコンプレッサの第１の圧縮要素から吐出された冷媒を減圧せずにエバポレータに供給するためのバイパス回路と、エバポレータの除霜時にバイパス回路の流路を開放するための弁装置とを備え、弁装置は、コンプレッサを始動する際にもバイパス回路の流路を開放するので、エバポレータの除霜を行う場合には、弁装置を開放してバイパス回路に第１の圧縮要素から吐出された冷媒を流し、減圧せずにエバポレータに供給して加熱することが可能となる。
【００１３】
また、コンプレッサを始動する際にも弁装置を開放してバイパス回路を経てエバポレータに第１の圧縮要素の吐出側、即ち、第２の圧縮要素の吸込側の圧力を逃がすことができるので、コンプレッサ始動時における第２の圧縮要素の吸込側（中間圧）と第２の圧縮要素の吐出側（高圧）の圧力逆転現象を回避することができるようになる。
【００１４】
請求項２の発明では上記発明に加えて、弁装置は、コンプレッサの始動前から一定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では請求項１の発明に加えて、弁装置は、コンプレッサの始動時から一定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明では請求項１の発明に加えて、コンプレッサの始動後から一定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明に使用するコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式のロータリコンプレッサ１０の縦断面図、図２は本発明の冷媒回路装置を給湯装置１５３に適用した場合の冷媒回路図をそれぞれ示している。尚、本発明の冷媒回路装置は給湯装置の他、室内の暖房等にも使用されるものである。
【００１８】
各図において、１０は内部中間圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１９】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００２０】
電動要素１４は所謂磁極集中巻き式のＤＣモータであり、密閉容器１２の上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２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４はステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００２１】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が狭持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４により偏心回転される上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００２２】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、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消音室６２、６４とが設けられている。
【００２３】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する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１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００２４】
そして、この場合冷媒としては二酸化炭素（ＣＯ2）やＲ１３４ａ、ＨＣ冷媒等既存の冷媒が使用され、特に二酸化炭素を冷媒として使用した場合には、二酸化炭素は高低圧差が大きい冷媒であるため、本発明が特に有効となる。
【００２５】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２の他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２６】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２７】
次に図２において、上述したコンプレッサ１０は図２に示す給湯装置１５３の冷媒回路の一部を構成する。即ち、コンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１５４の入口に接続される。そして、このガスクーラ１５４を出た配管は絞り手段としての膨張弁１５６に至る。そして、膨張弁１５６の出口はエバポレータ１５７の入口に接続され、エバポレータ１５７を出た配管は冷媒導入管９４に接続されている。
【００２８】
また、冷媒導入管９２の中途部からは図１では示していないがバイパス回路１７０が分岐している。このバイパス回路１７０は第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された中間圧の冷媒ガスを膨張弁１５６で減圧せずにエバポレータ１５７に供給するための回路であり、膨張弁１５６とエバポレータ１５７の間の冷媒配管に接続されている。そして、パイバス回路１７０にはこのバイパス回路１７０の流路を開閉するための弁装置としての電磁弁１５８が設けられている。
【００２９】
以上の構成で本発明の冷媒回路装置の動作を説明する。尚、コンプレッサ１０の始動前は図示しない制御装置により電磁弁１５８は閉じられているものとする。
【００３０】
ターミナル２０及び図示されない配線を介してコンプレッサ１０の電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が始動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３１】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３２】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２を経て上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の低圧室側に吸入され、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２を経て冷媒吐出管９６より外部に吐出される。
【００３３】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスはガスクーラ１５４に流入し、そこで放熱した後、膨張弁１５６に至る。ここで冷媒は減圧され、エバポレータ１５７内に流入して、そこで周囲から吸熱する。その後、冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００３４】
他方、長時間運転するとエバポレータ１５７には着霜が成長する。その場合には図示しない制御装置よって電磁弁１５８が開かれ、バイパス回路１７０が開放されて、エバポレータ１５７の除霜運転を実行する。これにより、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは膨張弁１５６の下流側に流れ減圧されることなく直接エバポレータ１５７に流入することになる。即ち、エバポレータ１５７には中間圧の比較的温度の高い冷媒が減圧されずに直接供給されるかたちとなり、これによって、エバポレータ１５７は加熱され、除霜される。
【００３５】
ここで、第２の回転圧縮要素３４から吐出された高圧冷媒を減圧せずに蒸発器１５７に供給して除霜した場合には、膨張弁１５６が全開のために第１の回転圧縮要素３２の吸込圧力が上昇し、これにより、第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力（中間圧）が高くなる。この冷媒は第２の回転圧縮要素３４を通って吐出されるが、膨張弁１５６が全開のために第２の回転圧縮要素３４の吐出圧力が第１の回転圧縮要素３２の吸込圧力と同様となってしまうために第２の回転圧縮要素３４の吐出（高圧）と吸込（中間圧）で圧力の逆転現象が発生してしまう。しかしながら、上述の如く第１の回転圧縮要素３２から吐出された中間圧の冷媒ガスを密閉容器１２から取り出して蒸発器１５７の除霜を行うようにしているので、係る除霜運転時の高圧と中間圧の逆転現象を防止することができるようになる。
【００３６】
ここで、図３は冷媒回路装置のコンプレッサ１０の始動時の圧力挙動を示している。この図に示すように、コンプレッサ１０の停止中は膨張弁１５６を全開とする。これにより、コンプレッサ１０の始動前には冷媒回路内の低圧（第１の回転圧縮要素３２の吸込側の圧力）と高圧（第２の回転圧縮要素３４の吐出側の圧力）は均一化されている（実線）。しかしながら、密閉容器１２内の中間圧（破線）は直ぐには均圧されず、前述の如く低圧側、高圧側に比べて高い圧力となっている。
【００３７】
そこで、本発明ではコンプレッサ１０の始動後、一定時間経過すると図示しない制御装置により電磁弁１５８が開かれて、パイパス回路１７０の流路が開放される。これにより、第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された冷媒ガスの一部は冷媒導入管９２から出てパイパス配管１７０を通り、エバポレータ１５７に流れ込むことになる。
【００３８】
ここで、第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された冷媒ガスをバイパス回路１７０からエバポレータ１５７に逃がさなかった場合、この状態のままコンプレッサ１０を運転させると、第２の回転圧縮要素３４のベーン５０に背圧を加えている第２の回転圧縮要素の吐出側の圧力と第２の回転圧縮要素３４の吸込側の圧力（密閉容器１２内の中間圧）とが同じ、若しくは、第２の回転圧縮要素３４の吸込側の圧力の方が高くなるため、ベーン５０をローラ４６側に付勢する力が無く、ベーン飛びを生じてしまう。これにより、第２の回転圧縮要素３４で圧縮が行われなくなってしまい、コンプレッサ１０は第１の回転圧縮要素３２のみでの圧縮となって、圧縮効率が悪化するのでコンプレッサの成績係数（ＣＯＰ）の低下を招く。
【００３９】
また、第１の回転圧縮要素３２の吸込側の圧力（低圧）と第１の回転圧縮要素３２のベーン５２に背圧を加えている密閉容器１２内の中間圧との圧力差が必要以上に大きくなり、ベーン５２先端とローラ４８外周面との摺動部分に著しく面圧が加わってベーン５２及びローラ４８の摩耗が進行し、最悪の場合、損傷に至る危険性がある。
【００４０】
更に、密閉容器１２内の中間圧が上がりすぎてしまうと、電動要素１４が高温にさらされるため、冷媒ガスの吸込・圧縮・吐出と云うコンプレッサとしての各性能に支障が生じる恐れがある。
【００４１】
しかしながら、上述の如くバイパス回路１７０により第１の回転圧縮要素３２から吐出された中間圧の冷媒ガスを密閉容器１２内よりエバポレータ１５７に逃がした場合には、係る高圧と中間圧の迅速に中間圧が低下し、高圧より低くなるので、係る逆転現象を防止することができる（図３）。
【００４２】
これにより、前述するようなコンプレッサ１０の不安定な運転挙動を回避することができるようになるので、コンプレッサ１０の性能及び耐久性が向上する。従って、冷媒回路装置における安定した運転状況を維持することができるようになり、冷媒回路装置の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４３】
尚、バイパス回路１７０の電磁弁１５８を開放してから一定時間経過すると図示しない制御装置により電磁弁１５８は閉じられて、以後は通常の運転を繰り返す。
【００４４】
このように、前述した除霜用の回路であるバイパス回路１７０を利用して、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスをエバポレータ１５７側に逃がすことができるので、改めて配管を設けずに、高圧と中間圧の圧力逆転現象を回避することができるようになる。これにより、生産コストの削減を図ることができるようになる。
【００４５】
尚、本実施例ではコンプレッサ１０の始動後、所定時間経過すると図示しない制御装置により電磁弁１５８が開かれて、パイパス回路１７０の流路が開放されることとしたが、これに限らず、例えば図４に示すようにコンプレッサ１０が始動する前から図示しない制御装置により電磁弁１５８が開かれて、コンプレッサ１０の始動後までの一定時間経過してから閉じられる場合や、コンプレッサの始動と同時に電磁弁が開かれ、一定時間経過すると閉じられるものでもよい。この場合にも、密閉容器１２内の中間圧と第２の回転圧縮要素３４の吐出側の高圧の圧力逆転現象は回避することができる。
【００４６】
また、実施例ではコンプレッサとして内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを用いたが、本発明はこれに限定されるものでなく、多段圧縮式のコンプレッサであれば構わない。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述する如く本発明によれば、コンプレッサは、駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、絞り手段とエバポレータの間に接続されてコンプレッサの第１の圧縮要素から吐出された冷媒を減圧せずにエバポレータに供給するためのバイパス回路と、エバポレータの除霜時にバイパス回路の流路を開放するための弁装置とを備え、弁装置は、コンプレッサを始動する際にもバイパス回路の流路を開放するので、エバポレータの除霜を行う場合には、弁装置を開放してバイパス回路に第１の圧縮要素から吐出された冷媒を流し、減圧せずにエバポレータに供給して加熱することが可能となる。
【００４８】
これにより、第２の圧縮要素から吐出された高圧の冷媒のみを減圧せずにエバポレータに供給して除霜する場合の如き、除霜運転時の第２の圧縮要素における吸込側と吐出側の圧力逆転現象を回避することができるようになる。
【００４９】
また、請求項２乃至請求項４の如く、コンプレッサを始動する際にも弁装置を開放してバイパス回路を経てエバポレータに第１の圧縮要素の吐出側、即ち、第２の圧縮要素の吸込側の圧力を逃がすことができるので、コンプレッサ始動時における第２の圧縮要素の吸込側（中間圧）と第２の圧縮要素の吐出側（高圧）の圧力逆転現象を回避することができるようになる。
【００５０】
これにより、コンプレッサの不安定な運転挙動を回避することができるようになるので、コンプレッサの性能及び耐久性が向上する。従って、冷媒回路装置における安定した運転状況を維持することができるようになり、冷媒回路装置の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５１】
特に、除霜の際に使用するバイパス回路を利用して、第１の圧縮要素から吐出された冷媒をコンプレッサの外部に逃がすことができるので、改めて配管を設けずに、第２の圧縮要素の吸込側と吐出側の圧力逆転現象を回避することができるようになり、生産コストの削減を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の冷媒回路装置に使用する実施例のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】 本発明の冷媒回路装置の冷媒回路図である。
【図３】 本発明の冷媒回路装置のコンプレッサ始動時の圧力挙動を示す図である。
【図４】 本発明の他の実施例の図３に対応する圧力挙動を示す図である。
【図５】 従来の冷媒回路装置においてコンプレッサが正常に始動したときの圧力挙動を示す図である。
【図６】 従来圧力逆転現象が発生した時の圧力挙動を示す図である。
【符号の説明】
１０ ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
１６ 回転軸
１８ 回転圧縮機構部
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
３８、４０ シリンダ
４６、４８ ローラ
５０、５２ ベーン
５４ 上部支持部材
５６ 下部支持部材
６２、６４ 吐出消音室
１５３ 給湯装置
１５４ ガスクーラ
１５６ 膨張弁
１５７ エバポレータ
１５８ 電磁弁
１７０ バイパス回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、所謂多段圧縮式コンプレッサを使用した冷媒回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷媒回路装置、特に内部中間圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサを用いた冷媒回路装置では、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスが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。そして、この密閉容器内の中間圧の冷媒ガスは第２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２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て外部に吐出される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
その後、ガスクーラに入り放熱して加熱作用を発揮した後、絞り手段としての膨張弁で絞られてエバポレータに入り、そこで吸熱して蒸発した後、第１の回転圧縮要素に吸入されるサイクルを繰り返す。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５０７０４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなコンプレッサを用いた冷媒回路装置では、停止後の再始動時に回転圧縮要素の高低圧差があると始動性が悪化すると共に損傷も引き起こす。そこで、コンプレッサ停止後に冷媒回路内の均圧を早めるため、膨張弁を全開として冷媒回路内の低圧側と高圧側を連通させるなどの操作が成される場合もあったが、第１の回転圧縮要素で圧縮された密閉容器内の中間圧の冷媒ガスはコンプレッサ停止後に低圧側や高圧側と連通されないため、平衡圧に達するのに著しく時間がかかる。
【０００６】
また、コンプレッサは熱容量が大きいため、温度低下速度が遅く、コンプレッサ停止後に冷媒回路内の他の部分よりコンプレッサ内部の温度の方が高くなってしまう。更に、コンプレッサ停止後にコンプレッサ内で冷媒が寝込んでしまった（冷媒が液化する）場合、コンプレッサ始動直後は冷媒がフラッシュガスとなるため、中間圧は急激に高くなる。そのため、密閉容器内の中間圧の冷媒ガスの圧力は逆に第２の回転圧縮要素の吐出側（冷媒回路内の高圧側）より高くなり、所謂圧力の逆転現象を生じる。
【０００７】
この場合のコンプレッサ始動時の圧力挙動を図５及び図６により説明する。図５は従来正常に始動した場合の圧力挙動を示す図である。始動前に冷媒回路装置内の圧力は平衡圧に達しているため、コンプレッサは通常通りに始動でき、中間圧と高圧の圧力逆転は生じない。
【０００８】
一方、図６は圧力の逆転現象が発生した場合の圧力挙動を示す図である。図６に示すようにコンプレッサ始動前に、低圧と高圧とは均圧されているが（実線）、前述する如く中間圧はこれらの圧力より高くなっており（破線）、コンプレッサを始動すると中間圧は更に上昇して高圧と同じ、若しくは高圧より高い圧力となってしまう。
【０００９】
特に、ロータリコンプレッサにおいて、第２の回転圧縮要素のベーンには当該ベーンをローラ側に付勢するため、第２の回転圧縮要素の吐出側の圧力が背圧としてかけられるが、この場合、第２の回転圧縮要素の吐出側の圧力（高圧）と第２の回転圧縮要素の吸込側の圧力（中間圧）とが同じ、若しくは、第２の回転圧縮要素の吸込側の圧力（中間圧）の方が高くなっているため、ベーンをローラ側に付勢する背圧力がかからず、第２の回転圧縮要素のベーン飛びが生じてしまう。このため、第２の回転圧縮要素での圧縮が行われなくなり、コンプレッサは実質的に第１の回転圧縮要素のみでの圧縮となってしまう。
【００１０】
また、第１の回転圧縮要素のベーンには当該ベーンをローラ側に付勢するため、密閉容器内の中間圧が背圧としてかかっているが、このように密閉容器内の圧力が高くなると、第１の回転圧縮要素のシリンダ内の圧力と密閉容器内の圧力の差が大き過ぎてベーンをローラに押し付ける力が必要以上に高くなり、ベーン先端とローラ外周面との摺動部分に著しく面圧が加わって、ベーン及びローラの摩耗が進行し、損傷に至る危険性がある。
【００１１】
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、所謂多段圧縮式のコンプレッサを用いた冷媒回路装置において、冷媒圧力の逆転現象を回避して、コンプレッサの始動性と耐久性を向上させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の冷媒回路装置では、コンプレッサは、駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、絞り手段とエバポレータの間に接続されてコンプレッサの第１の圧縮要素から吐出された冷媒を減圧せずにエバポレータに供給するためのバイパス回路と、エバポレータの除霜時にバイパス回路の流路を開放するための弁装置とを備え、弁装置は、コンプレッサを始動する際にもバイパス回路の流路を開放するので、エバポレータの除霜を行う場合には、弁装置を開放してバイパス回路に第１の圧縮要素から吐出された冷媒を流し、減圧せずにエバポレータに供給して加熱することが可能となる。
【００１３】
また、コンプレッサを始動する際にも弁装置を開放してバイパス回路を経てエバポレータに第１の圧縮要素の吐出側、即ち、第２の圧縮要素の吸込側の圧力を逃がすことができるので、コンプレッサ始動時における第２の圧縮要素の吸込側（中間圧）と第２の圧縮要素の吐出側（高圧）の圧力逆転現象を回避することができるようになる。
【００１４】
請求項２の発明では上記発明に加えて、弁装置は、コンプレッサの始動前から一定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では請求項１の発明に加えて、弁装置は、コンプレッサの始動時から一定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明では請求項１の発明に加えて、コンプレッサの始動後から一定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明に使用するコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式のロータリコンプレッサ１０の縦断面図、図２は本発明の冷媒回路装置を給湯装置１５３に適用した場合の冷媒回路図をそれぞれ示している。尚、本発明の冷媒回路装置は給湯装置の他、室内の暖房等にも使用されるものである。
【００１８】
各図において、１０は内部中間圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１９】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００２０】
電動要素１４は所謂磁極集中巻き式のＤＣモータであり、密閉容器１２の上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２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４はステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００２１】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が狭持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４により偏心回転される上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００２２】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、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消音室６２、６４とが設けられている。
【００２３】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する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１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００２４】
そして、この場合冷媒としては二酸化炭素（ＣＯ2）やＲ１３４ａ、ＨＣ冷媒等既存の冷媒が使用され、特に二酸化炭素を冷媒として使用した場合には、二酸化炭素は高低圧差が大きい冷媒であるため、本発明が特に有効となる。
【００２５】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２の他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２６】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２７】
次に図２において、上述したコンプレッサ１０は図２に示す給湯装置１５３の冷媒回路の一部を構成する。即ち、コンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１５４の入口に接続される。そして、このガスクーラ１５４を出た配管は絞り手段としての膨張弁１５６に至る。そして、膨張弁１５６の出口はエバポレータ１５７の入口に接続され、エバポレータ１５７を出た配管は冷媒導入管９４に接続されている。
【００２８】
また、冷媒導入管９２の中途部からは図１では示していないがバイパス回路１７０が分岐している。このバイパス回路１７０は第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された中間圧の冷媒ガスを膨張弁１５６で減圧せずにエバポレータ１５７に供給するための回路であり、膨張弁１５６とエバポレータ１５７の間の冷媒配管に接続されている。そして、パイバス回路１７０にはこのバイパス回路１７０の流路を開閉するための弁装置としての電磁弁１５８が設けられている。
【００２９】
以上の構成で本発明の冷媒回路装置の動作を説明する。尚、コンプレッサ１０の始動前は図示しない制御装置により電磁弁１５８は閉じられているものとする。
【００３０】
ターミナル２０及び図示されない配線を介してコンプレッサ１０の電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が始動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３１】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３２】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２を経て上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の低圧室側に吸入され、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２を経て冷媒吐出管９６より外部に吐出される。
【００３３】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスはガスクーラ１５４に流入し、そこで放熱した後、膨張弁１５６に至る。ここで冷媒は減圧され、エバポレータ１５７内に流入して、そこで周囲から吸熱する。その後、冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００３４】
他方、長時間運転するとエバポレータ１５７には着霜が成長する。その場合には図示しない制御装置よって電磁弁１５８が開かれ、バイパス回路１７０が開放されて、エバポレータ１５７の除霜運転を実行する。これにより、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは膨張弁１５６の下流側に流れ減圧されることなく直接エバポレータ１５７に流入することになる。即ち、エバポレータ１５７には中間圧の比較的温度の高い冷媒が減圧されずに直接供給されるかたちとなり、これによって、エバポレータ１５７は加熱され、除霜される。
【００３５】
ここで、第２の回転圧縮要素３４から吐出された高圧冷媒を減圧せずに蒸発器１５７に供給して除霜した場合には、膨張弁１５６が全開のために第１の回転圧縮要素３２の吸込圧力が上昇し、これにより、第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力（中間圧）が高くなる。この冷媒は第２の回転圧縮要素３４を通って吐出されるが、膨張弁１５６が全開のために第２の回転圧縮要素３４の吐出圧力が第１の回転圧縮要素３２の吸込圧力と同様となってしまうために第２の回転圧縮要素３４の吐出（高圧）と吸込（中間圧）で圧力の逆転現象が発生してしまう。しかしながら、上述の如く第１の回転圧縮要素３２から吐出された中間圧の冷媒ガスを密閉容器１２から取り出して蒸発器１５７の除霜を行うようにしているので、係る除霜運転時の高圧と中間圧の逆転現象を防止することができるようになる。
【００３６】
ここで、図３は冷媒回路装置のコンプレッサ１０の始動時の圧力挙動を示している。この図に示すように、コンプレッサ１０の停止中は膨張弁１５６を全開とする。これにより、コンプレッサ１０の始動前には冷媒回路内の低圧（第１の回転圧縮要素３２の吸込側の圧力）と高圧（第２の回転圧縮要素３４の吐出側の圧力）は均一化されている（実線）。しかしながら、密閉容器１２内の中間圧（破線）は直ぐには均圧されず、前述の如く低圧側、高圧側に比べて高い圧力となっている。
【００３７】
そこで、本発明ではコンプレッサ１０の始動後、一定時間経過すると図示しない制御装置により電磁弁１５８が開かれて、パイパス回路１７０の流路が開放される。これにより、第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された冷媒ガスの一部は冷媒導入管９２から出てパイパス配管１７０を通り、エバポレータ１５７に流れ込むことになる。
【００３８】
ここで、第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された冷媒ガスをバイパス回路１７０からエバポレータ１５７に逃がさなかった場合、この状態のままコンプレッサ１０を運転させると、第２の回転圧縮要素３４のベーン５０に背圧を加えている第２の回転圧縮要素の吐出側の圧力と第２の回転圧縮要素３４の吸込側の圧力（密閉容器１２内の中間圧）とが同じ、若しくは、第２の回転圧縮要素３４の吸込側の圧力の方が高くなるため、ベーン５０をローラ４６側に付勢する力が無く、ベーン飛びを生じてしまう。これにより、第２の回転圧縮要素３４で圧縮が行われなくなってしまい、コンプレッサ１０は第１の回転圧縮要素３２のみでの圧縮となって、圧縮効率が悪化するのでコンプレッサの成績係数（ＣＯＰ）の低下を招く。
【００３９】
また、第１の回転圧縮要素３２の吸込側の圧力（低圧）と第１の回転圧縮要素３２のベーン５２に背圧を加えている密閉容器１２内の中間圧との圧力差が必要以上に大きくなり、ベーン５２先端とローラ４８外周面との摺動部分に著しく面圧が加わってベーン５２及びローラ４８の摩耗が進行し、最悪の場合、損傷に至る危険性がある。
【００４０】
更に、密閉容器１２内の中間圧が上がりすぎてしまうと、電動要素１４が高温にさらされるため、冷媒ガスの吸込・圧縮・吐出と云うコンプレッサとしての各性能に支障が生じる恐れがある。
【００４１】
しかしながら、上述の如くバイパス回路１７０により第１の回転圧縮要素３２から吐出された中間圧の冷媒ガスを密閉容器１２内よりエバポレータ１５７に逃がした場合には、係る高圧と中間圧の迅速に中間圧が低下し、高圧より低くなるので、係る逆転現象を防止することができる（図３）。
【００４２】
これにより、前述するようなコンプレッサ１０の不安定な運転挙動を回避することができるようになるので、コンプレッサ１０の性能及び耐久性が向上する。従って、冷媒回路装置における安定した運転状況を維持することができるようになり、冷媒回路装置の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４３】
尚、バイパス回路１７０の電磁弁１５８を開放してから一定時間経過すると図示しない制御装置により電磁弁１５８は閉じられて、以後は通常の運転を繰り返す。
【００４４】
このように、前述した除霜用の回路であるバイパス回路１７０を利用して、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスをエバポレータ１５７側に逃がすことができるので、改めて配管を設けずに、高圧と中間圧の圧力逆転現象を回避することができるようになる。これにより、生産コストの削減を図ることができるようになる。
【００４５】
尚、本実施例ではコンプレッサ１０の始動後、所定時間経過すると図示しない制御装置により電磁弁１５８が開かれて、パイパス回路１７０の流路が開放されることとしたが、これに限らず、例えば図４に示すようにコンプレッサ１０が始動する前から図示しない制御装置により電磁弁１５８が開かれて、コンプレッサ１０の始動後までの一定時間経過してから閉じられる場合や、コンプレッサの始動と同時に電磁弁が開かれ、一定時間経過すると閉じられるものでもよい。この場合にも、密閉容器１２内の中間圧と第２の回転圧縮要素３４の吐出側の高圧の圧力逆転現象は回避することができる。
【００４６】
また、実施例ではコンプレッサとして内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを用いたが、本発明はこれに限定されるものでなく、多段圧縮式のコンプレッサであれば構わない。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述する如く本発明によれば、コンプレッサは、駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、絞り手段とエバポレータの間に接続されてコンプレッサの第１の圧縮要素から吐出された冷媒を減圧せずにエバポレータに供給するためのバイパス回路と、エバポレータの除霜時にバイパス回路の流路を開放するための弁装置とを備え、弁装置は、コンプレッサを始動する際にもバイパス回路の流路を開放するので、エバポレータの除霜を行う場合には、弁装置を開放してバイパス回路に第１の圧縮要素から吐出された冷媒を流し、減圧せずにエバポレータに供給して加熱することが可能となる。
【００４８】
これにより、第２の圧縮要素から吐出された高圧の冷媒のみを減圧せずにエバポレータに供給して除霜する場合の如き、除霜運転時の第２の圧縮要素における吸込側と吐出側の圧力逆転現象を回避することができるようになる。
【００４９】
また、請求項２乃至請求項４の如く、コンプレッサを始動する際にも弁装置を開放してバイパス回路を経てエバポレータに第１の圧縮要素の吐出側、即ち、第２の圧縮要素の吸込側の圧力を逃がすことができるので、コンプレッサ始動時における第２の圧縮要素の吸込側（中間圧）と第２の圧縮要素の吐出側（高圧）の圧力逆転現象を回避することができるようになる。
【００５０】
これにより、コンプレッサの不安定な運転挙動を回避することができるようになるので、コンプレッサの性能及び耐久性が向上する。従って、冷媒回路装置における安定した運転状況を維持することができるようになり、冷媒回路装置の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５１】
特に、除霜の際に使用するバイパス回路を利用して、第１の圧縮要素から吐出された冷媒をコンプレッサの外部に逃がすことができるので、改めて配管を設けずに、第２の圧縮要素の吸込側と吐出側の圧力逆転現象を回避することができるようになり、生産コストの削減を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の冷媒回路装置に使用する実施例のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】 本発明の冷媒回路装置の冷媒回路図である。
【図３】 本発明の冷媒回路装置のコンプレッサ始動時の圧力挙動を示す図である。
【図４】 本発明の他の実施例の図３に対応する圧力挙動を示す図である。
【図５】 従来の冷媒回路装置においてコンプレッサが正常に始動したときの圧力挙動を示す図である。
【図６】 従来圧力逆転現象が発生した時の圧力挙動を示す図である。
【符号の説明】
１０ ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
１６ 回転軸
１８ 回転圧縮機構部
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
３８、４０ シリンダ
４６、４８ ローラ
５０、５２ ベーン
５４ 上部支持部材
５６ 下部支持部材
６２、６４ 吐出消音室
１５３ 給湯装置
１５４ ガスクーラ
１５６ 膨張弁
１５７ エバポレータ
１５８ 電磁弁
１７０ バイパス回路
Claims (4)
- コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及びエバポレータを順次環状に接続して構成される冷媒回路装置であって、
前記コンプレッサは、駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、前記第１の圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、前記ガスクーラに吐出すると共に、
前記絞り手段と前記エバポレータの間に接続され、前記コンプレッサの前記第１の圧縮要素から吐出された冷媒を減圧せずに前記エバポレータに供給するためのバイパス回路と、
前記エバポレータの除霜時に前記バイパス回路の流路を開放するための弁装置とを備え、
該弁装置は、前記コンプレッサを始動する際にも前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする冷媒回路装置。 - 前記弁装置は、前記コンプレッサの始動前から一定時間前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする請求項１の冷媒回路装置。
- 前記弁装置は、前記コンプレッサの始動時から一定時間前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする請求項１の冷媒回路装置。
- 前記弁装置は、前記コンプレッサの始動後から一定時間前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする請求項１の冷媒回路装置。
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