JP4018908B2 - 冷凍空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調装置に係り、特に二つの圧縮要素の直列接続運転と並列接続運転との切替えが可能な圧縮機を備えた冷凍空調装置に好適なものである。この冷凍空調装置には冷蔵庫、冷凍庫、エアコン、除湿機などのように冷凍サイクルを備えた機器が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍空調装置としては、特開平２−１１９６８９号公報（従来技術１）に示されているように、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器で冷凍サイクルが構成され、圧縮機の密閉容器内に一対の圧縮機構が設けられ、一方の圧縮機構で圧縮された流体は密閉容器内に吐出され、他方の圧縮機構で圧縮された流体は吐出管によって密閉容器外へ導出されて一方の圧縮機構の吸引側に導入されると共に、吐出管にはこの吐出管を流れる圧縮された流体を密閉容器内の圧力に応じてこの密閉容器内に流出させるチェック弁を設けるようにしたものがある。そして、一対の圧縮機構流体を並列に通して運転する１段圧縮と、他方の圧縮機構でさらに圧縮する２段圧縮とを選択的に行なえるものであり、１段圧縮時及び２段圧縮時に密閉容器内にガス冷媒をいったん吐出した後に密閉容器外へ吐出するようになっている。
【０００３】
また、従来の冷凍空調装置としては、特開平５−４４６７８号公報（従来技術２）に示されているように、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器で冷凍サイクルが構成され、圧縮機の密閉シェル内に低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とが設けられ、低段側圧縮機構の低段吸入管、高段側圧縮機構の高段吸入管、及び高段吐出管がそれぞれ密閉シェル外に開口され、低段側圧縮機構の低段吐出管が密閉シェル内に開口され、高圧ガス管に油分離器が設けられ、低圧ガス管に油を戻す回路が設けられたものがある。そして、低能力時に有利な低段圧縮機単独運転、高段圧縮機単独運転と、高能力に有利な並列運転、さらに高圧縮比運転時に有利な二段圧縮運転を行なうことができる。また、二段圧縮運転時には密閉容器内が中間圧力となり、その他の運転時には吐出圧力となるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、地球温暖化防止の観点から、脱フロン化が検討されているが、脱フロン化の候補として上げられているプロパンＲ２９０やイソブタンＲ６００ａ等の炭化水素系冷媒は可燃性であり、機器の冷媒使用量が制限される方向にある。潤滑油の雰囲気圧力が高いほど油中に溶解する冷媒量も増加するため、潤滑油が貯溜する圧縮機の密閉容器内圧力を低く抑えることが必要である。
【０００５】
また、脱フロン化の他の候補である二酸化炭素Ｒ７４４は、その動作圧力が高圧側で約１０ＭＰａと従来の冷媒より高くなり、圧縮機の密閉容器の必要耐圧強度の上昇を抑えるためには、密閉容器内圧力を低く抑えることが必要である。
【０００６】
また、圧縮機外の冷凍サイクルに油が蓄積されると、圧縮機の油不足による軸受摺動部のかじり等を起すおそれがあるため、高圧密閉容器の圧縮機では、密閉容器内の圧縮要素により圧縮されたガス冷媒をいったん密閉容器内に吐出してガス冷媒中に含まれる油を分離した後に、密閉容器外の冷凍サイクルへ流出させている。これにより、圧縮機外への潤滑油の流出を抑えて、圧縮機に必要な供給油量を保持し、信頼性を確保するとともに、潤滑油の冷凍サイクルへの流出による熱交換器の伝熱性能低下を防止している。
【０００７】
従来技術１では、１段圧縮時及び２段圧縮時に密閉容器内にガス冷媒をいったん吐出して密閉容器外へ吐出するようにしているために、密閉容器内にガス冷媒を吐出した際にガス冷媒から油を分離して密閉容器内に油を戻すことが可能である。しかし、密閉容器内の圧力は１段圧縮時の吐出圧力または２段圧縮時の２段目吐出圧力と同程度の高圧（冷凍サイクルの凝縮圧力と同程度の高圧）となるために、密閉容器内で油中に溶解する冷媒量が増加して可燃性の炭化水素系冷媒の適用が難しいと共に、密閉容器の必要耐圧強度が大きくなって二酸化炭素系冷媒の適用も難しいという課題があった。
【０００８】
また、従来技術２では、二段圧縮運転時以外の運転時に密閉容器内を吐出圧力としているため、密閉容器内で油中に溶解する冷媒量も増加して可燃性の炭化水素系冷媒の適用が難しいと共に、密閉容器の必要耐圧強度が大きくなって二酸化炭素系冷媒の適用も難しいという課題があった。そして、高圧ガス管に油分離器を設けて低圧ガス管に油を戻すようにしているが、油分離器内に貯溜した油が高圧雰囲気下にあるため、油に溶解する冷媒量が増加してしまうという課題があると共に、油分離器内の高圧下の油を低圧ガス管に戻す際に、油に溶解したガス冷媒が油とともに戻されるため、冷凍能力が低下するという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、単段圧縮と２段圧縮とを切替えて高性能化を図りつつ、冷凍サイクル中の油を圧縮機に戻して高信頼性を確保することができ、しかも自然冷媒への対応が容易な冷凍空調装置を提供することにある。
【００１０】
なお、本発明はかかる目的に限定されるものではなく、前記以外の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器が接続された冷凍サイクルと、前記圧縮機の運転状態を切替える手段と、前記冷凍サイクル内の冷媒中の油を分離する機構とを備えた冷凍空調装置において、前記圧縮機は、内部空間が吐出圧力より低い圧力に設定された密閉容器と、前記密閉容器内に収納された二つの圧縮要素とを備え、前記切替え手段は前記二つの圧縮要素の直列接続運転と並列接続運転とに切替え可能とし、前記油分離機構は、直列接続運転時に一段目となる前記第１圧縮要素の吸入通路に接続した油分離器と、直列接続運転時に二段目となる前記第２圧縮要素の吸入通路を前記密閉容器内で分離して形成した油分離部とを備え、前記油分離器は、容器と、前記蒸発器側から前記容器内に延びる流入管と、前記容器内から前記第１圧縮要素の吸入通路に接続された第１流出管と、前記容器内から前記第２圧縮要素の吸入通路に接続された第２流出管とを備え、前記第２流出管は前記容器の底部に近接して開口して設け、前記第１流出管は、前記容器内上部に開口し、油戻し孔を前記第２流出管の開口位置より高い位置に設けことにある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例を図を参照して説明する。
【００１４】
最初に、本発明の第１実施例を図１から図６を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、本発明の第１実施例の空気調和機の全体構成を図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例に係る空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクルの構成図である。
【００１６】
圧縮機１０は、密閉容器４０内に二つの圧縮要素（第１圧縮要素１１、第２圧縮要素１２）を有している。本実施例では、これら二つの圧縮要素１１、１２が直列に接続される場合には、冷凍サイクルを流れる冷媒はこれらの圧縮要素１１、１２を順に通流して個々の圧縮要素１１、１２により２回に亙り圧縮される。また、二つの圧縮要素１１、１２が並列に接続された場合には、冷凍サイクルを流れる冷媒は個々の圧縮要素１１、１２で１回圧縮された後の冷媒通路に沿って合流して流れる。
【００１７】
第１吸入通路１１ａ及び第１吐出通路１１ｂは第１圧縮要素１１の吸入通路及び吐出通路を構成するものであり、第１圧縮要素１１の吸入側及び吐出側に直接的に接続されている。
【００１８】
第２吸入通路（第２吸入通路Ａ１２ａと第２吸入通路Ｂ１２ａ’）及び第２吐出通路１２ｂは第２圧縮要素１２の吸入通路及び吐出通路を構成するものである。この第２吸入通路Ａ１２ａと第２吸入通路Ｂ１２ａ’とは、密閉容器４０内で分離され、密閉容器４０の空間を介して連通している。すなわち、第２吸入通路Ａ１２ａは密閉容器４０内に導かれた通路の先端が開放されており、第２圧縮要素１２に接続された第２吸入通路Ｂ１２ａ’の吸い込み側が密閉容器４０内に開放されている。従って、第２吸入通路Ａ１２ａ内のガス冷媒はいったん密閉容器４０内に放出されてガス冷媒中に含まれる油が分離された後、第２吸入通路Ｂ１２ａ’に流入される。このとき、密閉容器４０内圧力は第２圧縮要素１２の吸入圧力と同等となる。吐出通路１２ｂは第２圧縮要素１２の吐出側に接続されている。
【００１９】
吸入側逆止弁１３ａは、油分離器２０の第２流出管２４と第２吸入通路Ａ１２ａとの間に配置されている。第２吸入通路Ａ１２ａでのガス冷媒圧力が油分離器２０内のガス冷媒圧力より高い場合、吸入側逆止弁１３ａは閉じた状態となる。また、第２吸入通路Ａ１２ａでのガス冷媒圧力が油分離器２０内のガス冷媒圧力より低い場合、吸入側逆止弁１３ａは開いた状態となり、この時、油分離器２０内のガス冷媒が第２吸入通路Ａ１２ａ側に流入する。
【００２０】
吐出側逆止弁１３ｂは、第１吐出通路１１ｂと第２吐出通路１２ｂとの間に配置されている。第２吐出通路１２ｂでのガス冷媒圧力が第１吐出通路１１ｂのガス冷媒圧力より高い場合、吐出側逆止弁１３ｂは閉じた状態となる。また、第２吐出通路１２ｂでのガス冷媒圧力が第１吐出通路１１ｂのガス冷媒圧力より低い場合、吐出側逆止弁１３ｂは開いた状態となり、この時、第１吐出通路１１ｂ側のガス冷媒が第２吐出通路１２ｂ側に流入する。
【００２１】
第１吐出通路１１ｂと第２吸入通路Ａ１２ａは、電磁弁１４及び中間冷却器１５を介して接続されている。電磁弁１４は電圧をかけることにより弁の開閉作用を行なうものである。電磁弁１４は、非通電時に開いた状態となって第１吐出通路１１ｂから第２吸入通路Ａ１２ａへのガス冷媒の流れを通過させ、通電時に閉じた状態となって第１吐出通路１１ｂから第２吸入通路Ａ１２ａへのガス冷媒の流れを阻止する。中間冷却器１５は、第１吐出通路１１ｂからのガス冷媒と周囲空気とを熱交換させ、ガス冷媒を冷却する。
【００２２】
油分離器２０は、容器２１に流入管２２、第１流出管２３、第２流出管２４を備えている。流入管２２は後述の四方弁３０と接続され、第１流出管２３は圧縮機１０の第１圧縮要素１１の吸入通路１１ａと接続され、第２流出管２４は吸入側逆止弁１３ａを介して第２吸入通路Ａ１２ａと接続されている。
【００２３】
流入管２２は、容器２１上部を貫通し、容器２１内の中間の高さで半斜めカット部２２ａが形成され、それより下の半割り部２２ｂが形成されている。半割り部２２ｂの先端は容器２１底部に接触または近傍に位置している。また、半斜めカット部２２ａ及び半割り部２２ｂの開口部は、容器２１の内壁の近い位置に開口している。流入管２２内には、圧縮機１０から吐出された冷媒と油が凝縮器や蒸発器等を流通した後に流入される。蒸発器を出た後の配管内のガス冷媒と油の主な流動状態は、油が管壁に沿って流れ、その中央をガス冷媒が流れる状態である。したがって、流入管２２内の管壁に沿って流れる油はそのまま流れを乱されることなく、円管内壁、半斜めカット部２２ａ壁面、半割り部２２ｂ壁面に沿って流下し、容器２１の底部に貯留することにより、油分離される。一方、ガス冷媒は、半斜めカット部２２ａの開口部より、容器２１内に開放される。この時、油を含んだガス冷媒は、流出管２２の開口部と相対する容器２１の内壁に衝突した際、油を内壁に付着させることにより、油分離が行われる。
【００２４】
第１流出管２３は、容器２１底部を貫通し、その先端の開口部２３ａを容器２１内上部に開口し、油戻し孔２３ｂを後述する所定の高さ位置に備えている。第１流出管２３の先端開口部２３ａは、流入管２２の斜めカット部２２ａの開口部より上に位置している。これにより、流入管２２より容器２１に流出したガス冷媒は、流れを方向転換して、第１流出管２３の先端開口部２３ａに入る必要があり、このガス冷媒の方向転換の際に、油が貯留している容器底部等に衝突した時、油が付着することにより油分離が行われる。したがって、前述の油分離作用と合わせて、油分離器２０に流入するガス冷媒の油分離が行われるため、先端開口部２３ａから油含有率の小さいガス冷媒が流入する。
【００２５】
第２流出管２４は、容器２１の上部を貫通し、その下端に斜めカット部２４ａの開口部を有している。斜めカット部２４ａは容器２１底部に接触または近傍に位置している。
【００２６】
前述の第１流出管２３の油戻し孔２３ｂの高さ位置は、第２流出管２４の最高の開口位置より高く、流入管２２の最高の開口位置より低く設定される。容器２１内で分離されて貯留した油２５の油面が、油戻し孔２３ｂの高さ未満のときには、油戻し孔２３ｂに油を含んだガス冷媒が流入する。この時、油戻し孔２３ｂは、先端開口部２３ａより下部に位置して油分離が十分でないため、油戻し孔２３ｂに流入するガス冷媒の油含有率は先端開口部２３ａに流入するものより大きい。しかし、油戻し孔２３ｂの開口面積は後述するように先端開口部２３ａのそれと比較して十分小さいため、第１流出管２３に流入するガス冷媒の合計での油含有率は小さいものとなる。一方、油２５の油面が油戻し孔２３ｂの高さ以上のときには、分離されて貯留した油は油戻し孔２３ｂを介して第１流出管２３に流入する。油戻し孔２３ｂと先端開口部２３ａの開口面積の相対的な関係は、流入管２２に流入する油とガス冷媒の体積流量の比率を基に決定され、油分離器２０に流入した冷媒の油循環率と、油とガス冷媒の体積流量の比率を考慮すると、油戻し孔２３ｂの開口面積は、先端開口部２３ａのそれと比較して十分小さくなっている。
【００２７】
前述の吸入側逆止弁１３ａが閉じた状態では、第２流出管２４には冷媒が流れない。そして、吸入側逆止弁１３ａが開いた状態では、第２流出管２４には冷媒が流れる。この斜めカット部２４ａの開口部よりガス冷媒が第２流出管２４に流入する際、斜めカット部２４ａが容器２１底部に貯留している油２５に浸漬しており、油２５はガス冷媒の流れに伴って第２流出管２４の管壁を上昇する。
【００２８】
油分離器２０の第１流出管２３及び第２流出管２４の動作をまとめると、以下のようになる。
【００２９】
冷凍サイクルの動作により、油分離器２０の容器２１内には、分離された油２５が貯留されていく。吸入側逆止弁１３ａが閉じている時には、第２流出管２４に冷媒は流入されず、初期段階の油面が第１流出管２３の油戻し孔２３ｂの高さ未満の場合には、先端開口部２３ａ及び油戻し孔２３ｂからガス冷媒が第１流出管２３に流入する。次に、油面が油戻し孔２３ｂの高さ以上になると、先端開口部２３ａからはガス冷媒が流入し、油戻し孔２３ｂからは油が流入するようになり、流入管２２より流入したガス冷媒と油が第１流出管２３から流出する。
【００３０】
一方、吸入側逆止弁１３ａが開いている時には、ガス冷媒が第２流出管２４の斜めカット部２４ａの開口部から流入する際、油を巻き込むことにより、油は管壁を上昇し、第２流出管２４からは、ガス冷媒と油が流出する。分離されて貯留した油２５は、順次、第２流出管２４より出て行くため、第１流出管２３の油戻し孔２３ｂの高さに達することはない。したがって、第１流出管２３からは、先端開口部２３ａ及び油戻し孔２３ｂを通過したガス冷媒が流出する。
【００３１】
冷凍サイクルは、圧縮機１０、四方弁３０、室内熱交換器３１、膨張弁３３、室外熱交換器３２、及び油分離器２０を順次冷媒配管で接続して構成されている。室内ファン３１ａは室内熱交換器３１に室内空気を送風する。室外ファン３２ａは室外熱交換器３２に室外空気を送風する。
【００３２】
四方弁３０は冷媒の流れ方向を変えるものであり、冷房運転と暖房運転を切替える。また、四方弁３０は、圧縮機１０の第２吐出通路１２ｂと油分離器２０の流入管２２を、室内熱交換器３１と室外熱交換器３２に切替え可能に接続する。四方弁３０が動作して、圧縮機１０の吐出通路１２ｂと室外熱交換器３２、油分離器２０の流入管２２と室内熱交換器３１の組み合わせで接続された場合は、室外熱交換器３２が冷凍サイクルの凝縮器として働くと共に、室内熱交換器３１が蒸発器として働き、冷房運転が行なわれる。また、圧縮機１０の吐出通路１２ｂと室内熱交換器３１、油分離器２０の流入管２２と室外熱交換器３２の組み合わせで接続された場合は、室内熱交換器３１が凝縮器として働くと共に、室外熱交換器３２が蒸発器として働き、暖房運転が行なわれる。
【００３３】
次に、圧縮機１０の内部構造を図２及び図３を参照しながら説明する。図２は図１の圧縮機の縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
【００３４】
圧縮機１０は横置型２シリンダ圧縮機であり、その密閉容器４０内に圧縮機構部と電動機部とを備えている。
【００３５】
この圧縮機の電動機部は、密閉容器４０内に焼き嵌め等で固定された固定子４８と、駆動軸４６に装着されて固定子４８の内側を回転する回転子４７とを備えている。
【００３６】
圧縮機構部は、第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２の２個の圧縮要素を備えている。第１シリンダ４１は第１圧縮要素１１に、第２シリンダ４２は第２圧縮要素１１に属する。この圧縮機構部は、電動機部の駆動軸４６と連結されており、この駆動軸４６の回転によってシリンダ４１、４２内のそれぞれのピストン（ローラ）４９、５０がシリンダ内周面に沿って回転駆動される。
【００３７】
本実施例では、略円筒形に形成されたシリンダ４１、４２の内側のピストン４９、５０は、ピストンのローラ部４９ａ、５０ａと、そのローラ部と一体に形成され延在する板状のピストンのベーン部４９ｂ、５０ｂを備えている。ローラ部４９ａ、５０ａはその内周側が、駆動軸４６上のシリンダ４１、４２に対応する部分に設けられた回転方向に１８０°位相差を持つ二つの偏心部４６ａ、４６ｂにそれぞれ嵌入されている。そして、ローラ部４９ａ、５０ａが駆動軸４６の偏心部４６ａ、４６ｂ周りに回転可能に構成されている。
【００３８】
主軸受４４は溶接等で密閉容器４０に固定されている。この主軸受４４、第２シリンダ４２、仕切板４３、第１シリンダ４１、副軸受４５はこの順で外周部を介して連結配置されている。軸受４４、４５の軸受部４４ａ、４５ａは、シリンダ４１、４２、仕切板４３を貫通する駆動軸４６を支持している。このために、駆動軸４６の中心軸とシリンダ４１、４２の円筒状内周面の中心軸とが一致するように設けられる。また、副軸受４５及び仕切板４３は第１シリンダ４１の両端開口部を閉塞し、主軸受４４及び仕切板４３は第２シリンダ４２の両端開口部を閉塞し、それぞれ密閉空間を形成している。
【００３９】
図３に示すように、シリンダ４１の円筒状内周面４１ａの外側には、この円筒の中心軸と略平行な中心軸を持つ円筒状滑動孔部４１ｂが一部を連通して設けられている。さらに、滑動孔部４１ｂの反シリンダ中心軸側には、滑動孔部４１ｂと連通されて円筒状に設けられた孔部４１ｃが一部を連通して設けられている。そして、ベーン部４９ｂは円筒孔部４１ｂと孔部４１ｃとに挿入されている。ベーン部４９ｂと円筒孔部４１ｂとの間には、ベーン部４９ｂの板状の平面部と円筒孔部４１ｂの内面とに摺動可能に当接する滑動部材５１がベーン部４９ｂを挟み込むように組み込まれている。
【００４０】
以上の構成により、ピストン４９は、駆動軸４６の回転に伴ってシリンダ４１内を回転駆動され、内周面４１ａとピストン４９とが微小隙間を維持して回転しつつ相対運動する。また、上記のように、ベーン部４９ｂは、シリンダ４１と連通して設けられた円筒孔部４１ｂと孔部４１ｃの内部に配置されており、駆動軸４６の回転に伴うピストン４９の運動によって、偏心部４６ａの中心軸方向に対する往復運動を行なう。これらの運動によって、ピストン４９はシリンダ４１の内周面４１ａ周りの回転運動しつつ往復動する揺動を行なうものである。ベーン部４９ｂと滑動孔部４１ｂとの間のシールは滑動部材５１が挿入されることで保たれる。これにより、第１圧縮要素１１は、シリンダ４１、ピスト４８、副軸受４５、仕切板４３、滑動部材５１とにより、密閉空間である圧縮室５２と冷媒の吸入空間である吸入室５３とを形成し、駆動軸４６の回転に伴ってこれらの容積の増減を繰り返す。
【００４１】
シリンダ４２、ピストン５０、主軸受４４、仕切板４３、滑動部材（図示せず）からなる第２圧縮要素１２も、前述の第１圧縮要素１１と１８０°の位相差をもって同様な動作を行なう。
【００４２】
冷凍サイクル内の冷媒は、第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２それぞれの吸入通路１１ａ、１２ａより吸い込まれる。密閉容器４０を貫通した第１吸入通路１１ａより吸い込まれた冷媒は、吸入通路５６を経由して、吸入室５３に入った後に圧縮される。圧縮された冷媒は、副軸受４５に形成された吐出ポート４５ｂから吐出弁５７を通り、副軸受４５と第１の吐出カバー５４によって形成された吐出室４５ｃに吐出される。その後、密閉容器４０を貫通した第１吐出通路１１ｂから密閉容器４０外へ吐出される。
【００４３】
そして、これらの冷媒の吸入、吐出は、ピストン４９の揺動にともなって行われる。すなわち、冷媒の吸い込みは、ピストン４９が駆動軸４６の周りに１回転(揺動)して吸入室５３の容積が増大することで行われる。次に、ピストン４９が駆動軸４６周りに回転(揺動)することで、ピストン４９の外周とシリンダの円筒内周４１ａと、副軸受４５、仕切板４３と滑動部材５１とで区画される密閉空間は、その容積が減少するので、この空間内の冷媒が圧縮される圧縮室５２となる。圧縮室１０の容積の減少により、室内の冷媒が圧縮されて吐出ポート４５ｂから吐出される。
【００４４】
一方、密閉容器４０を貫通した第２吸入通路Ａ１２ａより吸い込まれた冷媒は、いったん密閉容器４０内に流入し、流れの方向を変えた後、第２圧縮要素１２に接続された第２吸入通路Ｂ６０に入る。冷媒は、その後、吸入室、圧縮室（図示せず）を経て圧縮される。圧縮された冷媒は、主軸受４４に形成された吐出ポート４４ｂ、吐出弁５７’を通り、主軸受４４と第２の吐出カバー６１によって形成された吐出室６１ａに吐出される。その後、密閉容器４０を貫通した第２吐出通路１２ｂから密閉容器４０外へ吐出される。第２圧縮要素１２の冷媒の吸入、圧縮、吐出動作は、前述の第１圧縮要素１１のものと同様である。
【００４５】
第２圧縮要素１２の吸入通路１２ａ、１２ａ’内は密閉容器４０内と連通しているため、密閉容器４０内圧力は第２圧縮要素１２の吸入圧力となる。また、第２吸入通路Ａ１２ａを出たガス冷媒は、密閉容器４０内で流れ方向を変えて第２吸入通路Ｂ１２ａ’に入る際、ガス冷媒と一緒に流出した油をガス冷媒との密度差に起因する慣性力や重力の差を利用して分離を行なう。そのため、第２圧縮要素１２の吸入室へは、油含有量の小さいガス冷媒が流入することになる。分離された油は密閉容器４０内底部の油貯留部７２に戻される。
【００４６】
上記二つの圧縮要素１１、１２が直列に接続された場合には、第１圧縮要素１２で低圧（蒸発圧力）から中間圧、第２圧縮要素１２で中間圧から高圧（凝縮圧力）まで圧縮され、２段圧縮が行われる。この時の密閉容器４０内圧力は、上記の構成により中間圧となる。一方、二つの圧縮要素１１、１２が並列に接続された場合には、それぞれの圧縮要素１１、１２で低圧から高圧まで圧縮され、この時の密閉容器４０内圧力は低圧となる。
【００４７】
本実施例では、ピストン４９、５０のローラ部４９ａ、５０ａとベーン部４９ｂ、５０ｂとが一体で形成され、ピストン４９、５０が揺動する。別体で形成された場合には、ベーン部を高圧でローラ部に押しつけて圧縮室のシールを確保する必要があるが、揺動する本実施例ではその必要が無く、圧縮機の密閉容器４０内を相対的に低い圧力にすることができる。
【００４８】
本実施例では、第２圧縮要素１２の吸入通路１２ａ，１２ａ’を密閉容器４０内と連通しているため、密閉容器４０内圧力は、２段圧縮では中間圧、単段圧縮では低圧となる。一方、第１圧縮要素１１の吸入通路を密閉容器４０内と連通した場合には、密閉容器４０内圧力は２段圧縮、単段圧縮ともに低圧となる。本実施例のように、２段圧縮時に密閉容器内圧力を低圧より中間圧とした方が性能上有利となる理由を以下に述べる。圧縮機１０の作動室（吸入室、圧縮室）の漏れ経路としては、圧縮室と吸入室との漏れ経路（シリンダ内周とローラ部外周のすき間、ベーン部端面のすき間）、作動室と密閉容器内との漏れ経路（ローラ部端面のすき間、ベーン部および滑動部材の摺動すき間）がある。漏れ経路の各空間の差圧が小さいほど、漏れ量は減少し、圧縮機の漏れによる性能低下を抑えることができる。２段圧縮時の１段目圧縮要素の作動室は低圧から中間圧に変化するため、密閉容器内圧力が低圧または中間圧いずれの場合でもその差圧は同等となる。一方、２段目圧縮要素の作動室は中間圧から高圧に変化するため、密閉容器内圧力が低圧より中間圧の方が差圧を小さくすることができる。したがって、２段圧縮時に密閉容器内圧力を低圧より中間圧とした本実施例のほうが、性能上有利となる。
【００４９】
本実施例での潤滑油の給油の構成について説明する。前述のように、第１シリンダ４１側のピストン４９のベーン部４９ｂの先端は孔部４１ｃ内で進退運動し、孔部４１ｃの容積を変化させる。孔部４１ｃは、副軸受４５底部に設けられた油吸込口７０を介して密閉容器４０内の潤滑油溜り７２に浸漬されている。また、この孔部４１ｃは、油通路を介して給油パイプ７１に連通している。上記ベーン４９ｂの運動による孔部４１ｃの容積変化により、吸込口７０から孔部４１ｃに潤滑油７２が吸い込まれる。また、孔部４１ｃ内の潤滑油が、油通路を経て給油パイプ７１の方向に押し出される。このとき、吸込口７０は、潤滑油溜り７２から孔部４１ｃの方向に、通路面積が小さくなるように形成され、所謂、流体ダイオードの働きをする。
【００５０】
このため、孔部４１ｃ内の潤滑油は、ベーン４９ｂの運動で、潤滑油溜り７２方向に流れにくく、給油パイプ７１方向に流れやすく流通するように形成されている。給油パイプ７１に流入された潤滑油は、駆動軸４６の軸端側に流入する。次いで、副軸受４５により軸支された駆動軸４６の部分に形成された螺旋溝４６ｅからピストンローラ部４９ａ内の軸受部、仕切板４３の内周部、ピストンローラ部５０ａ内の軸受部に流入する。さらに、駆動軸４６の表面の主軸受４４により軸支された部分に形成された螺旋溝４６ｆに流入する。こうして、駆動軸４６とピストン４９、５０、シリンダ４１、４２の摺動部分に潤滑油が供給される。螺旋溝４６ｆに供給された潤滑油は、回転子４７側の端部から密閉容器４０内に流出して、電動機部の回転子４７、固定子４８を冷却し潤滑油溜り７２に戻る。
【００５１】
また、シリンダ４１、４２内の圧縮室圧力がピストンローラ部４９ａ、５０ａの内側圧力（密閉容器４０内圧力と同等）より高い場合、シリンダ４１、４２内の冷媒のガスがピストン４９、５０の端面すき間からピストンローラ部４９ａ、５０ａの内側に流入して、ピストンのローラ部４９ａ、５０ａと偏心部４６ａ、４６ｂとの摺動面に入る。この際、摺動面に気体があるとローラ部４９ａ、５０ａと駆動軸４６とのかじりが生じやすくなるので、ガスを逃す必要が生じる。本実施例では、駆動軸４６内に偏心部４６ａ及び４６ｂから駆動軸４６の端部まで連通するガス抜き穴４６ｃ、４６ｄを形成している。摺動面上の潤滑油と冷媒ガスとは、駆動軸４６の回転の遠心力により、比重が相対的に小さい冷媒ガスと大きな潤滑油とに分離され、冷媒ガスが駆動軸４６の内部側に流入し、ガス抜き穴４６ｃ、４６ｄを通って密閉容器４０内に流出される。
【００５２】
次に、本実施例における作動室（吸入室、圧縮室）内への給油について図４を参照しながら説明する。図４は駆動軸を６０°毎に回転させた場合の図２の圧縮要素の油ポケット動作説明図である。
【００５３】
作動室に供給された油は作動室の隙間のシールを行なう。本実施例では、ピストンローラ部４９ａ内側とシリンダ吸入室５３とを間欠的に交互に行き来する油ポケット７３を設けている。図４は駆動軸４６を６０°毎に回転させた場合の第１圧縮要素１１側の油ポケット動作説明図であるが、第２圧縮要素１２側についても同様である。
【００５４】
油ポケット７３は、ピストンローラ部４９ａ内側と吸入室５３とを交互に行き来するように仕切板４３に凹部として設けられている。ピストンローラ部４９ａ内側には、前述の通り、潤滑油が潤滑油溜り７２から供給されている。油ポケット７３がローラ部４９ａ内側にある時は（例えば図４（ａ）、（ｂ））、油ポケット７３の空間に油が流入し、油ポケット７３が吸入室５３にある時は（例えば図４（ｃ）、（ｄ）、（ｅ））、油ポケット７３内の油が吸入室５３内に流出することにより、吸入室５３に潤滑油が供給され、作動室の隙間の油による密封作用が行われる。
【００５５】
ところで、高圧密閉容器での作動室への給油は、ローラ内側が密閉容器内圧力と同程度の高圧となっているため、ローラ内側の油がローラ内側と作動室との差圧により、ローラ摺動部の隙間を通って漏れ込むことにより行われている。このため、作動室への給油量は運転条件により決定される高圧と作動室圧力との差圧と摺動部の隙間寸法により変化し、密封機能保持に必要な油量より過度に多量の油が供給されており、摺動部の隙間寸法の下限が部品の表面粗さや機械加工精度等の制約により規制されることから、性能上最適となる必要最小限の油量に制御することは不可能であった。これに対して、油ポケット７３は凹部の容積を適切に設定することにより、給油量を適量に設定することが可能で、適正量の油を確実に供給できる。
【００５６】
圧縮機１０が２段圧縮を行なう場合、密閉容器４０内圧力は中間圧となり、第１圧縮要素１１の作動室へは差圧給油が油ポケットによる給油と共に行われる。２段圧縮では、ガス冷媒は第１圧縮要素１１で低圧から中間圧まで圧縮され、第２圧縮要素１２で中間圧から高圧まで圧縮される。前述の通り、圧縮機１０の密閉容器４０内圧力は、第２圧縮要素１２の吸入圧力となるので、２段圧縮の場合、密閉容器４０内は中間圧となる。この時、第１圧縮要素１１の作動室への給油は、ローラ部４９ａ内側と作動室との差圧により、ピストンローラ部４９ａの内側の油がローラ部４９ａ端面の摺動部の隙間を通って漏れ込むことによって行われる。一方、第２圧縮要素１２は、作動室内圧力がローラ部の内側の圧力（密閉容器内圧力）以上となるため、作動室への差圧給油は行われず、油ポケットによる給油が行なわれる。
【００５７】
また、圧縮機１０が単段圧縮を行なう場合、ガス冷媒は並列接続された二つの圧縮要素１１、１２に低圧から高圧まで圧縮され、密閉容器４０内は低圧となる。この時は、２段圧縮時の第２圧縮要素と同様に、作動室内圧力がローラ部の内側の圧力（密閉容器内圧力）以上となるため、第１圧縮要素１１、１２の作動室への差圧給油は行われず、何れも油ポケットによる給油が行なわれる。
【００５８】
上記の圧縮機１０の作動室への給油をまとめると以下のようになる。２段圧縮時の第１圧縮要素１１の作動室への給油は油ポケットと差圧給油であり、第２圧縮要素の作動室への給油は油ポケットによる給油である。また、単段圧縮時の二つの圧縮要素（第１圧縮要素１１、第２圧縮要素１２）の作動室への給油は油ポケットによる給油である。なお、第２圧縮要素１２では、吸入通路１２ａ、１２ａ’に油分離機構が設けられおり、吸入通路１２ａ’を介して作動室内に供給される油はほとんどないが、第１圧縮要素１１では吸入通路１１ａに流入した油は直接吸入室５３に供給されることになる。
【００５９】
密閉容器４０内に貯溜する油は、前述の通り、軸受等の摺動部の他に、圧縮要素の作動室に供給され、作動室のシールを行なう。この油は圧縮されたガス冷媒とともに吐出され、圧縮機外の冷凍サイクルに流出する。冷凍サイクルに油が蓄積され、圧縮機１０が油不足による軸受摺動部のかじり等を防止するためには、流出した油を再び密閉容器４０内に戻す必要がある。そのためには、冷媒が冷凍サイクル内を一巡する経路のどこかで、必ず油分離をして、その油を圧縮機に戻す機構が必要である。また、吸入側に油分離機構を設ける場合、冷凍サイクル内を一巡する経路が２段圧縮と単段圧縮で異なるため、それに対応した構成が必要である。本実施例はその構成を実現したものである。
【００６０】
以上のように構成する圧縮機及び冷凍サイクルの２段圧縮運転と単段圧縮運転での冷媒の流れ、給油及び油分離の機構の動作について図５及び図６を参照しながら説明する。図５は図１の空気調和機の２段圧縮時の冷媒流れの説明図、図６は図１の空気調和機の単段圧縮時の冷媒流れの説明図である。
【００６１】
図５に示すように、２段圧縮運転時には、電磁弁１４が開かれる。この時、第１圧縮要素１１ではガス冷媒が圧縮され、第１吐出通路１１ｂ内圧力は第１吸入通路１１ａ内圧力より高くなる。第１吸入通路１１ａは油分離器２０と接続され、第１吐出通路１１ｂは電磁弁１４、中間冷却器１５を介して第２吸入通路Ａ１２ａと接続されているため、吸入側逆止弁１３ａの第２吸入通路Ａ１２ａ側の圧力が油分離器２０側より高くなり、吸入側逆止弁１３ａは閉じた状態となっている。また、第２吸入通路Ｂ１２ａ’内に流入したガス冷媒が第２圧縮要素１２でさらに圧縮されて、第２吐出通路１２ｂに吐出されるため、第２吐出通路１２ｂ側の圧力が第１吐出通路１１ｂ側の圧力より高くなり、吐出側逆止弁１３ｂは閉じた状態となっている。すなわち、圧縮機１０は第１圧縮要素１１において低圧（蒸発圧力）から中間圧まで圧縮し、第２圧縮要素１２において中間圧から高圧（凝縮圧力）まで圧縮し、２段圧縮を行なうことになる。また、第２吸入通路１２ａ、１２ａ’とが分離して密閉容器４０内と連通しているため、密閉容器４０内圧力は中間圧力となる。
【００６２】
２段圧縮運転では、各圧縮要素１１、１２の吸入室５３と圧縮室５２との圧力差が小さくなり、圧縮過程の漏洩ガス量の低減に効果があり、圧縮機１０の効率が向上する。したがって、ヒートポンプ式冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
【００６３】
第２圧縮要素１２の作動室への給油は、前述のように、油ポケットによってのみ行われる。油ポケットによって供給され、作動室のシールとして作用した油は圧縮されたガス冷媒とともに第２圧縮要素１２から吐出される。油ポケットの大きさは、冷凍サイクルの熱交換器３１、３２の熱交換性能が悪化しない油循環率の範囲内で、圧縮機の性能が最適となる必要最小限の油量となるように設定される。圧縮機１０から吐出された油は、熱交換器の性能が悪化しない油循環率の範囲内で、凝縮器、膨張弁、蒸発器等を流れ、圧縮機１０に戻る前に油分離器２０に流入し、油分離器２０内で分離され貯溜される。
【００６４】
この時、吸入側逆止弁１３ａが閉じられているので、第２流出管２４には冷媒は流れない。初期段階の油面が第１流出管２３の油戻し孔２３ｂの高さ未満の場合には、先端開口部２３ａ及び油戻し孔２３ｂからガス冷媒が流入する。そして、油面が油戻し孔２３ｂの高さ以上になると、先端開口部２３ａからガス冷媒が流入すると共に、油戻し孔２３ｂからは油が第１流出管２３に流入するようになり、第１流出管２３からガス冷媒と油が流出して第１吸入通路１１ａに入る。第１圧縮要素１１の作動室への給油は、直接第１吸入通路１１ａから入る他に、前述の通り、油ポケット７３及びピストンローラ部４９ａ内側と作動室との差圧により行われ、作動室のシールが行われる。
【００６５】
これらの油は圧縮されたガス冷媒とともに吐出通路１１ｂに吐出され、電磁弁１４、中間冷却器１５を通過した後、第２吸入通路Ａ１２ａに入る。第２吸入通路Ａ１２ａ内のガス冷媒と油は、密閉容器４０内に開放され、密閉容器４０内で冷媒と分離される。
【００６６】
このようにして、密閉容器４０内底部に貯留する油は、第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２の作動室に給油され、ガス冷媒とともに吐出された油は第２圧縮要素１２の吸入側で分離され、再び密閉容器４０内に戻る。これにより、圧縮機外の冷凍サイクルに油が蓄積され、圧縮機１０の油不足による軸受摺動部のかじり等の信頼性低下を防止することができる。
【００６７】
図６に示すように、単段圧縮運転時には、電磁弁１４が閉じられる。これによって、第２吸入通路Ａ１２ａには中間冷却器１５からの冷媒は供給されない。第２圧縮要素１２の吸入作用により、密閉容器４０内に開口している第２吸入通路Ａ１２ａ内のガス冷媒圧力は第１圧縮要素１２の吸入側に設けられた油分離器２０内のガス冷媒圧力より低くなり、吸入側逆止弁１３ａが開く状態となる。したがって、油分離器２０内の冷媒が第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２に吸入されることになる。
【００６８】
第１圧縮要素１１により圧縮されて第１吐出通路１１ｂ内に吐出されるガス冷媒は、電磁弁１４が閉じられているため、第２吐出通路１２ｂ内のガス冷媒圧力より高い圧力まで圧縮され、逆止弁１３ｂを通過して第２圧縮要素１２により圧縮されたガス冷媒と合流する。
【００６９】
以上のように、第１圧縮要素１１と第２圧縮要素１２は並列に接続され、それぞれ低圧（蒸発圧力）から高圧（凝縮圧力）まで圧縮し、単段圧縮を行なうことになる。また、この時、密閉容器４０内圧力は低圧となる。単段圧縮運転は、二つの圧縮要素１１、１２を並列に圧縮する構成としたため、押しのけ量が２段圧縮運転と比較して増加し、冷凍能力を増加させることができる。
【００７０】
単段圧縮運転において、圧縮機１０からガス冷媒とともに吐出された油は、凝縮器、膨張弁、蒸発器等を流れ、油分離器２０に流入し、冷媒と分離される。このとき、吸入側逆止弁１３ａが開いているため、ガス冷媒が第２流出管２４の斜めカット部２４ａの開口部から流入するが、その際、油を巻き込むことによって油は管壁を上昇し、第２流出管２４からガス冷媒と油が流出する。一方、先端開口部２３ａ及び油戻し孔２３ｂを通して第１流出管２３からガス冷媒が流出する。
【００７１】
第１吸入通路１１ａには、油分離されたガス冷媒が流入し、そのガス冷媒が圧縮される。この時の第１圧縮要素１１の作動室への給油は油ポケット７３のみにより行われる。一方、第２流出管２４のガス冷媒及び油は、吸入側逆止弁１３ａを通過後、第２吸入通路Ａ１２ａに流入する。この吸入通路１２ａ内のガス冷媒と油は、密閉容器４０内に開放され、密閉容器４０内で分離される。第２吸入通路Ｂ１２ａ’には、油分離されたガス冷媒が流入し、第２圧縮要素１２で圧縮される。この時の第２圧縮要素１２の作動室への給油は第１圧縮要素１１と同様、油ポケットのみにより行われる。
【００７２】
第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２の油ポケットは、単段圧縮運転において、冷凍サイクルの熱交換器３１、３２の熱交換性能が悪化しない油循環率の範囲内で、圧縮機１０の性能が最適となる必要最小限の油量となるように設定されている。したがって、第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２から吐出される油量は、冷凍サイクル性能に悪影響を与えない範囲内に抑えられている。以上の構成により、密閉容器４０内底部に貯留する油は、第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２の作動室に給油されるが、ガス冷媒とともに吐出された油は第２圧縮要素１２の吸入側で分離され、再び密閉容器４０内に戻る。これにより、圧縮機外の冷凍サイクルに油が蓄積され、圧縮機１０が油不足になって軸受摺動部のかじり等の信頼性が低下することを防止することができる。
【００７３】
ヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、単段圧縮と２段圧縮を切替え可能に構成したことにより、例えば、運転立ち上がりの高負荷時には、能力を優先した単段圧縮運転を行ない、その後の低負荷時には、効率を優先した２段圧縮を行なうことにより、負荷に対応した運転が可能である。本実施例では述べなかったが、圧縮機１０の電動機をインバータにより、駆動することにより、より広範囲の負荷に対応した運転が可能である。
【００７４】
また、圧縮機１０の密閉容器４０内圧力を低圧または中間圧としたため、潤滑油中に溶解する冷媒量を低減でき、可燃性冷媒であるプロパンＲ２９０やイソブタンＲ６００ａ等の炭化水素系冷媒への対応が可能となる。さらには、圧縮機１０の密閉容器４０内圧力を低圧または中間圧としたため、密閉容器４０の耐圧を低くでき、コスト低減化を図ることができると共に、動作圧力が高圧となる二酸化炭素系冷媒（例えば二酸化炭素Ｒ７４４）への対応が可能となる。
【００７５】
また、圧縮機１０の作動室への給油をピストンローラ部４９ａ、５０ａの内側と吸入室５３を交互に行き来する油ポケット７３により行なわせることにより、給油量の制御が可能で、圧縮機外への吐出油量を冷凍サイクル性能に悪影響を与えない範囲内に抑えることができる。
【００７６】
また、油分離機構を圧縮要素１１、１２の吸入側に設けることにより、油分離器２０及び密閉容器４０内に貯溜した油に溶解する冷媒量が低減でき、従来技術２のように吐出側の油分離器内の高圧下の油に多量のガス冷媒が溶解したり、油分離器から油を圧縮機に戻す際に油に溶解したガス冷媒が冷凍サイクルをバイパスして戻されたりして、冷凍能力が低下するという問題を回避することができる。
【００７７】
次に、本発明の第２実施例について図７から図９を用いて説明する。図７は本発明の第２実施例に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図、図８は図７の冷蔵庫の圧縮機が２段圧縮運転を行なう冷凍室冷蔵室同時冷却運転時の冷媒流れの説明図、図９は図７の冷蔵庫の圧縮機が単段圧縮を行なう冷凍室単独冷却運転時の冷媒流れの説明図である。図７から図９において、図１と同等部分には同一符号を付し、その説明は省略する。また、圧縮機１０は図２から図４に示す圧縮機と同一であるので、その説明は省略する。
【００７８】
図７に示すように、第２圧縮要素１２の吐出通路１２ｂは、凝縮器８０の入口に接続されている。また、凝縮器８０の出口につながる冷媒管路は二つに分岐されている。片方の冷媒管路は、減圧装置としての第１キャピラリ８１、冷凍室蒸発器８２、油分離器２０の流入管２２と順次接続されている。他方の冷媒管路は、第２の電磁弁８３、減圧装置としての第２キャピラリ８４、冷蔵室蒸発器８５、第２吸入通路Ａ１２ａと順次接続されている。また、凝縮器ファン８０ａは庫外空気を凝縮器８０に通風するものであり、冷凍室蒸発器ファン８２ａは冷凍室蒸発器８２に庫内空気を通風するものであり、冷蔵室蒸発器ファン８５ａは冷蔵室蒸発器８５に庫内空気を通風するものである。
【００７９】
電磁弁８３は、電圧が印加されることにより弁の開閉作用が行われ、冷媒管内部の冷媒の流れを調節するものである。電磁弁８３は、電圧の非通電時に開いた状態となって冷蔵室蒸発器８５への冷媒の流れを通過させ、通電時に閉じた状態となって冷蔵室蒸発器８５への冷媒の流れを阻止する。
【００８０】
第１キャピラリ８１は、冷凍室蒸発器８２の出口と油分離器２０の流入管２２の間と熱交換可能に接して配置されている。また、第２キャピラリ８４は、冷蔵室蒸発器８５の出口と第２吸入通路Ａ１２ａの間と熱交換可能に接して配置されている。これにより、キャピラリ８１、８４の冷媒は、減圧しながら冷却されるため、それぞれの蒸発器８２、８５の入口エンタルピが低下し、蒸発器８１、８４の冷却効果を増加させることができる。一方、蒸発器８２、８５の出口と油分離器２０の吸入管２２、第２吸入通路Ａ１２ａとの間の冷媒は加熱されるため、配管の露付きを防止できる。
【００８１】
以上のように構成する冷蔵庫の冷凍サイクルにおいて、冷凍室冷蔵室同時冷却運転時の２段圧縮運転と冷凍室単独冷却運転時の単段圧縮運転での冷媒の流れ、給油及び油分離の機構の動作について説明する。
【００８２】
冷凍室冷蔵室同時冷却運転時には、図８に示すように、二つの電磁弁１４、８３が開かれる。これによって、第１圧縮要素１１、中間冷却器１５、第２圧縮要素１２、凝縮器８０、第１キャピラリ８１、冷凍室蒸発器８２及び油分離器２０は、冷凍室冷却冷凍サイクルを形成するとともに、第２圧縮要素１２、凝縮器８０、第２キャピラリ８４及び冷蔵室蒸発器８５は、冷蔵室冷却冷凍サイクルを形成する。したがって、圧縮機１０は、第１圧縮要素１１、第２圧縮要素１２を直列に接続した２段圧縮を行なう。また、凝縮器ファン８０ａ、冷凍室蒸発器ファン８２ａ、冷蔵室蒸発器ファン８５ａが運転される。
【００８３】
この冷却運転時、吸入側逆止弁１３ａにおいて、第２吸入通路Ａ１２ａでのガス冷媒圧力が第１吸入通路１１ａ上流の油分離器２０でのガス冷媒圧力より高くなっているため、吸入側逆止弁１３ａは閉じた状態となっている。また、第２吐出通路１２ｂでのガス冷媒圧力が第１吐出通路１１ｂでのガス冷媒圧力より高くなっているため、吐出側逆止弁１３ｂは閉じた状態となっている。
【００８４】
第１圧縮要素１１は、冷凍室蒸発器８２より戻るガス冷媒を冷凍室蒸発器８２の蒸発圧力レベルの低圧（冷凍サイクルの最低圧力）から冷蔵室蒸発器８５の蒸発圧力レベルの中間圧まで圧縮する。第２圧縮要素１２は、第１圧縮要素１１により中間圧まで圧縮されて中間冷却器１５により冷却されたガス冷媒と、冷蔵室蒸発器８５より戻るガス冷媒とを吸い込んで、中間圧から凝縮器８０の凝縮圧力レベルの高圧（冷凍サイクルの最高圧力）まで圧縮する。また、第２吸入通路Ａ１２ａと第２吸入通路Ｂ１２ａ’とが分離されて密閉容器４０内と連通しているため、密閉容器４０内圧力は中間圧力となる。
【００８５】
冷凍室冷蔵室同時冷却運転時には、冷蔵室蒸発器８５からのガス冷媒を冷蔵室蒸発器８５の蒸発圧力レベルの中間圧から圧縮するため、冷蔵室蒸発器８５からのガス冷媒を冷凍室蒸発器８２の蒸発圧力レベルの低圧まで減圧してから圧縮するものと比較して、圧縮動力を低減することができ、冷蔵庫の消費電力を大幅に低減することができる。
【００８６】
さらに、圧縮機１０に二つの圧縮要素１１、１２をもち、冷凍室冷蔵室同時冷却運転時には、２段圧縮運転を行なう構成としたため、各圧縮要素１１、１２の圧縮室と吸入室との圧力差が小さくなり、圧縮過程の漏洩ガス量の低減に効果があり、圧縮機１０の効率が向上し、冷蔵庫の効率を向上させることができる。
【００８７】
第２圧縮要素１２の作動室への給油は、第１実施例で述べたように、油ポケットによってのみ行われる。油ポケットによって供給され、作動室のシールとして作用した油は、圧縮されたガス冷媒とともに吐出される。油ポケットの大きさは、冷凍サイクルの熱交換器の熱交換性能が悪化しない油循環率の範囲内で、圧縮機の性能が最適となる必要最小限の油量となるように設定される。熱交換器の性能が悪化しない油循環率の範囲内で、冷媒と油は凝縮器８０を流れた後、二つに分岐した冷媒管路に入る。
【００８８】
分岐した片方の冷媒と油は、第１キャピラリ８１、冷凍室蒸発器８２を流れ、さらに油分離器２０に流入し、油分離器２０内で油が分離される。この時、吸入側逆止弁１３ａが閉じられているので、第２流出管２４には冷媒は流れない。そして、初期段階の油面が第１流出管２３の油戻し孔２３ｂの高さ未満の場合には、先端開口部２３ａ及び油戻し孔２３ｂから第１流出管２３にガス冷媒が流入する。次に、油面が油戻し孔２３ｂの高さ以上になると、先端開口部２３ａから第１流出管２３にガス冷媒が流入し、油戻し孔２３ｂから第１流出管２３に油が流入するようになり、第１流出管２３からガス冷媒と油が流出し、第１吸入通路１１ａに入る。第１圧縮要素１１の作動室への給油は、直接第１吸入通路１１ａから入る他に、油ポケット及びピストンローラ部内側と作動室との差圧により行われ、作動室のシールが行われる。これらの油は圧縮されたガス冷媒とともに第１吐出通路１１ｂに吐出され、電磁弁１４、中間冷却器１５を通過した後、第２吸入通路Ａ１２ａに入る。
【００８９】
一方、凝縮器８０の出口で分岐された他方の冷媒管路に入った冷媒と油は、第２キャピラリ８４、冷蔵室蒸発器８５を通過後、第２吸入通路Ａ１２ａに入る。吸入通路１２ａで合流したガス冷媒と油は、密閉容器４０内に開放され、密閉容器４０内で油が分離される。すなわち、密閉容器４０内底部に貯留する油は、第２圧縮要素１２及び第１圧縮要素１１の作動室に給油されるが、ガス冷媒とともに吐出された油は第２圧縮要素１２の吸入側で分離され、再び密閉容器４０内に戻される。これにより、圧縮機外の冷凍サイクルに油が蓄積され、圧縮機１０の油不足による軸受摺動部のかじり等の信頼性低下を防止することができる。
【００９０】
冷凍室単独冷却運転時は、図９に示すように、二つの電磁弁１４、８３が閉じられる。電磁弁８３が閉じられるため、冷蔵室蒸発器８５への冷媒の流れは阻止され、冷媒は冷凍室蒸発器８２へのみ流れる。
【００９１】
この時、第１圧縮要素１１は、冷凍室蒸発器８２出口のガス冷媒を油分離器２０を介して吸入し、圧縮作用を行なう。電磁弁１４側が閉じられているため、第１吐出通路内のガス冷媒の圧力が第２吐出通路１２ｂ内のガス冷媒圧力より高くなるように第１圧縮要素１１でガス冷媒が圧縮される。これにより、第１圧縮要素１１で圧縮されたガス冷媒は、第１吐出通路１１ｂから吐出側逆止弁１３ｂを通過して、第２吐出通路１２ｂに流れる。
【００９２】
一方、電磁弁１４、８３が閉じていて、吸入通路１２ａと連通する冷蔵室蒸発器８５、中間冷却器１５には冷媒が供給されないため、第２圧縮要素１２の吸入作用により、第２吸入通路Ａ１２ａのガス冷媒圧力は、次第に低下し、第１吸入通路１１ａ上流の油分離器２０内のガス冷媒圧力より低下する状態となる。これにより、吸入側逆止弁１３ａが開き、油分離器２０内の冷媒が第２流出管２４から吸入側逆止弁１３ａを通って第２吸入通路Ａ１２ａに流れ、密閉容器４０内に流入される。密閉容器４０内の冷媒は第２吸入通路Ｂ１２ａ’を通して第２圧縮要素１２に吸入され、圧縮される。
【００９３】
このようにして、二つの圧縮要素１１、１２は、それぞれ、冷凍室蒸発器８２の蒸発圧力レベルから凝縮器８０の凝縮圧力レベルまで並列に圧縮作用を行なう。したがって、圧縮機１０の二つの圧縮要素１１、１２、凝縮器８０、第１キャピラリ８１、冷凍室蒸発器８２からなる冷凍室単独冷却冷凍サイクルを形成する。また、凝縮器ファン８０ａ、冷凍室蒸発器ファン８２ａが運転され、冷蔵室蒸発器ファン８５ａが停止する。これにより、冷凍室のみの冷却が行なわれる。また、この時、密閉容器４０内圧力は第２圧縮要素１２の吸い込み圧力である低圧となる。
【００９４】
係る冷凍室単独冷却運転時においては、圧縮機１０の二つの圧縮要素１１、１２を並列に圧縮するように構成したため、冷凍室冷却のための押しのけ量が冷凍室冷蔵室同時冷却運転時より大きくなり、冷凍室冷凍能力を増加させることができる。
【００９５】
冷凍室単独冷却運転時において、圧縮機１０からガス冷媒とともに吐出された油は、凝縮器８０、第１キャピラリ８１、冷凍室蒸発器８２を流れ、油分離器２０に流入し、油分離器２０内で分離される。先端開口部２３ａ及び油戻し孔２３ｂを通過したガス冷媒が第１流出管２３から第１吸入通路１１ａに流出する。油分離されて第１吸入通路１１ａに流入したガス冷媒は第１圧縮要素１１により圧縮される。この時の第１圧縮要素１１の作動室への給油は油ポケットのみにより行われる。
【００９６】
一方、吸入側逆止弁１３ａが開いているため、ガス冷媒が第２流出管２４の斜めカット部２４ａの開口部から流入する。この際に油を巻き込むことにより、油は管壁を上昇し、第２流出管２４からガス冷媒と油が流出する。第２流出管２４のガス冷媒及び油は、吸入側逆止弁１３ａを通過後、第２吸入通路Ａ１２ａに流入する。この第２吸入通路Ａ１２ａ内のガス冷媒と油は、密閉容器４０内に開放され、密閉容器４０内で油が分離される。第２吸入通路Ｂ１２ａ’には、油分離されたガス冷媒が流入し、第２圧縮要素１２で圧縮される。この時の第２圧縮要素１２の作動室への給油は第１圧縮要素１１と同様、油ポケットのみにより行われる。
【００９７】
第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２の油ポケットは、冷凍サイクルの熱交換器の熱交換性能が悪化しない油循環率の範囲内で、圧縮機の性能が最適となる必要最小限の油量となるように設定されている。したがって、第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２から吐出される油量は、冷凍サイクル性能に悪影響を与えない範囲内に抑えられている。
【００９８】
以上の構成により、密閉容器４０内底部に貯留する油は、第１圧縮要素１１及び第２圧縮要素１２の作動室に給油されるが、ガス冷媒とともに吐出された油は第２圧縮要素１２の吸入側で分離され、再び密閉容器４０内に戻る。これにより、圧縮機外の冷凍サイクルに油が蓄積され、圧縮機１０の油不足による軸受摺動部のかじり等の信頼性低下を防止することができる。
【００９９】
冷蔵庫において、２段圧縮と単段圧縮を切替え、冷凍室冷蔵室同時冷却運転と冷凍室単独冷却運転が可能に構成したことにより、冷蔵庫の冷凍室と冷蔵室の熱負荷に対応した運転が可能である。本実施例では述べなかったが、圧縮機の電動機をインバータにより、駆動することにより、より広範囲の負荷に対応した運転が可能である。
【０１００】
また、圧縮機１０の密閉容器４０内圧力を低圧または中間圧としたため、潤滑油中に溶解する冷媒量を低減でき、第１実施例同様に可燃性冷媒である炭化水素系冷媒への対応が可能である。さらには、圧縮機１０の密閉容器４０内圧力を低圧または中間圧としたため、密閉容器４０の耐圧を低くでき、コスト低減化を図ることができると共に、動作圧力が高圧となる二酸化炭素系冷媒への対応が可能となる。
【０１０１】
また、圧縮機１０の作動室への給油をピストンローラ部の内側と吸入室を交互に行き来する油ポケットにより行なわせることにより、給油量の制御が可能で、圧縮機外への吐出油量を冷凍サイクル性能に悪影響を与えない範囲内に抑えることができる。
【０１０２】
また、油分離機構を圧縮要素１１、１２の吸入側に設けることにより、油分離器２０及び密閉容器４０内に貯溜した油に溶解する冷媒量が低減でき、従来技術２のように吐出側の油分離器内の高圧下の油に多量のガス冷媒が溶解したり、油分離器から油を圧縮機に戻す際に油に溶解したガス冷媒が冷凍サイクルをバイパスして戻されたりして、冷凍能力が低下するという問題を回避することができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によれば、単段圧縮と２段圧縮とを切替えて高性能化を図りつつ、冷凍サイクル中の油を圧縮機に戻して高信頼性を確保することでき、しかも自然冷媒への対応が容易な冷凍空調装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクルの構成図である。
【図２】図１の圧縮機の縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】駆動軸を６０°毎に回転させた場合の図２の圧縮要素の油ポケット動作説明図である。
【図５】図１の空気調和機の２段圧縮時の冷媒流れの説明図である。
【図６】図１の空気調和機の単段圧縮時の冷媒流れの説明図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。
【図８】図７の冷蔵庫の圧縮機が２段圧縮運転を行なう冷凍室冷蔵室同時運転時の冷媒流れの説明図である。
【図９】図７の冷蔵庫の圧縮機が単段圧縮を行なう冷凍室単独冷却運転時の冷媒流れの説明図である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、１１…第１圧縮要素、１１ａ…第１吸入通路、１１ｂ…第１吐出通路、１２…第２圧縮要素、１２ａ…第２吸入通路Ａ、１２ａ’…第２吸入通路Ｂ、１２ｂ…第２吐出通路、１３ａ…吸入側逆止弁、１３ｂ…吐出側逆止弁、１４…電磁弁、２０…油分離器、２２…流入管、２３…第１流出管、２４…第２流出管、２３ｂ…油戻し孔、２５…油、３０…四方弁、３１…室内熱交換器、３２…室外熱交換器、３３…膨張弁、４０…密閉容器、４１、４２…第１、第２シリンダ、４１ｂ、４１ｃ…孔部、４３…仕切板、４４…主軸受、４５…副軸受、４６…駆動軸、４６ａ、４６ｂ…偏心部、４６ｃ、４６ｄ…ガス抜き穴、４６ｅ、４６ｆ…油溝、４７…回転子、４８…固定子、４９、５０…ピストン、４９ａ…ピストンローラ部、４９ｂ…ピストンベーン部、５１…滑動子、５２…圧縮室、５３…吸入室、５４、６１…吐出室カバー、５７…吐出弁、７０…油吸込口、７１…給油パイプ、７２…油、８０…凝縮器、８１…第１キャピラリ、８２…冷凍室蒸発器、８３…電磁弁、８４…第２キャピラリ、８５…冷蔵室蒸発器。

Claims (1)

1. 圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器が接続された冷凍サイクルと、前記圧縮機の運転状態を切替える手段と、前記冷凍サイクル内の冷媒中の油を分離する機構とを備えた冷凍空調装置において、
   前記圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器内に収納された第１圧縮要素及び第２圧縮要素からなる二つの圧縮要素とを備え、
   前記切替え手段は前記二つの圧縮要素の直列接続運転と並列接続運転とに切替え可能とし、
   前記油分離機構は、直列接続運転時に一段目となる前記第１圧縮要素の吸入通路に接続した油分離器と、直列接続運転時に二段目となる前記第２圧縮要素の吸入通路を前記密閉容器内で分離して形成した油分離部とを備え、
   前記油分離器は、容器と、前記蒸発器側から前記容器内に延びる流入管と、前記容器内から前記第１圧縮要素の吸入通路に接続された第１流出管と、前記容器内から前記第２圧縮要素の吸入通路に接続された第２流出管とを備え、
   前記第２流出管は前記容器の底部に近接して開口して設け、
   前記第１流出管は、前記容器内上部に開口し、油戻し孔を前記第２流出管の開口位置より高い位置に設けたことを特徴とする冷凍空調装置。

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