JP4107926B2

JP4107926B2 - Transcritical refrigerant cycle equipment

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Publication number: JP4107926B2
Application number: JP2002272986A
Authority: JP
Inventors: 兼三松本; 里　　和哉; 賢太郎山口; 一昭藤原; 正司山中; 晴久山崎
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP2004108687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して構成され、高圧側が超臨界圧力となる遷臨界冷媒サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷媒サイクル装置は、ロータリコンプレッサ（コンプレッサ）、ガスクーラ、絞り手段（膨張弁等）及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、ロータリコンプレッサ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、吐出消音室を経てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった。
【０００３】
ここで、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷媒サイクルにおいても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ₂）を冷媒として用い、高圧側を超臨界圧力として運転する遷臨界冷媒サイクルを用いた装置が開発されて来ている。
【０００４】
このような遷臨界冷媒サイクル装置では、コンプレッサ内に液冷媒が戻って、液圧縮することを防ぐために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸込側と間の低圧側にレシーバタンクを配設し、このレシーバタンクに液冷媒を溜め、ガスのみをコンプレッサに吸い込ませる構成とされていた。そして、レシーバータンク内の液冷媒がコンプレッサに戻らないように絞り手段を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００６】
しかしながら、冷媒サイクルの低圧側にレシーバータンクを設けることは、その分多くの冷媒充填量を必要とする。また、液バックを防止するためには絞り手段の開度を小さくし、或いは、レシーバータンクの容量を拡大しなければならず、冷却能力の低下や設置スペースの拡大を招く。そこで、係るレシーバータンクを設けること無く、コンプレッサにおける液圧縮を解消するために、出願人は従来図４に示す冷媒サイクル装置の開発を試みた。
【０００７】
図４において、１０は内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを示しており、密閉容器１２内の電動要素（駆動要素）１４とこの電動要素１４の回転軸１６で駆動される第１の回転圧縮要素３２及び第２の回転圧縮要素３４を備えて構成されている。
【０００８】
この場合の冷媒サイクル装置の動作を説明する。コンプレッサ１０の冷媒導入管９４から吸い込まれた冷媒は、第１の回転圧縮要素３２で圧縮されて中間圧となり、密閉容器１２内に吐出される。その後、冷媒導入管９２から出て中間冷却回路１５０Ａに流入する。中間冷却回路１５０Ａはガスクーラ１５４を通過するように設けられており、そこで、空冷方式により放熱される。ここで中間圧の冷媒はガスクーラにて熱が奪われる。
【０００９】
その後、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれて２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管９６より外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００１０】
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、そこで空冷方式により放熱された後、内部熱交換器１６０を通過する。冷媒はそこで蒸発器１５７を出た低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。その後、冷媒は膨張弁１５６にて減圧され、その過程でガス／液混合状態となり、次に蒸発器１５７に流入して蒸発する。蒸発器１５７から出た冷媒は内部熱交換器１６０を通過し、そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪って加熱される。
【００１１】
そして、内部熱交換器１６０で加熱された冷媒は冷媒導入管９４からロータリコンプレッサ１０の第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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図４の遷臨界冷媒サイクル装置でも蒸発器１５７から出た冷媒を内部熱交換器１６０により高圧側の冷媒にて加熱することで過熱度を取ることができるので、低圧側のレシーバータンクを廃止することも可能であるが、運転条件によっては余剰冷媒が生じるため、コンプレッサ１０に液バックが起こり、液圧縮による損傷が発生する危険性があった。
【００１３】
また、このような遷臨界冷媒サイクル装置で、蒸発器での蒸発温度が−５０℃以下の超低温域となるようにすることは、圧縮比が非常に高くなり、コンプレッサ１０自体の温度が高くなる関係上極めて困難となっていた。
【００１４】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、高圧側が超臨界圧力となる遷臨界冷媒サイクル装置において、低圧側のレシーバータンクを設けることなく、コンプレッサの液圧縮による損傷の発生を防止すると共に、蒸発器における冷却能力を向上させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の遷臨界冷媒サイクル装置では、コンプレッサは、密閉容器内に駆動要素にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の回転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、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒をガスクーラにて放熱させるための中間冷却回路と、第２の回転圧縮要素で圧縮された冷媒からオイルを分離するためのオイル分離手段と、このオイル分離手段にて分離されたオイルを減圧してコンプレッサ内に戻すためのオイルリターン回路と、ガスクーラから出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と蒸発器を出た冷媒とを熱交換させるための第１の内部熱交換器と、オイルリターン回路を流れるオイルと第１の内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒とを熱交換させるための第２の内部熱交換器とを備え、絞り手段は、第１の絞り手段とこの第１の絞り手段の下流側に設けられた第２の絞り手段とから構成され、第１及び第２の絞り手段の間を流れる冷媒の一部をコンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に注入するインジェクション回路とを備えているので、蒸発器から出た冷媒は第１の内部熱交換器でガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と熱交換して熱を奪い、第２の内部熱交換器においてはオイルリターン回路を流れるオイルと熱交換して熱を奪うので、確実に冷媒の過熱度を確保してコンプレッサにおける液圧縮を回避できるようになる。
【００１６】
一方、ガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒は、第１の内部熱交換器において蒸発器を出た冷媒に熱を奪われるので、それにより、冷媒の蒸発温度を下げられる。また、中間冷却回路を備えているので、コンプレッサの内部の温度も下げることができる。
【００１７】
また、オイルリターン回路を流れるオイルは、第２の内部熱交換器にて第１の内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒に熱を奪われた後、コンプレッサ内に戻るので、コンプレッサ内部の温度をより一層下げることができるようになる。
【００１８】
更に、第１及び第２の絞り手段の間を流れる冷媒の一部はインジェクション回路を通過して、コンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に注入されるので、このインジェクション冷媒によって第２の回転圧縮要素を冷却することができるようになる。これにより、第２の回転圧縮要素の圧縮効率を改善し、且つ、コンプレッサ自体の温度も更に下げることができるようになる。これらにより冷媒サイクルの蒸発器における冷媒の蒸発温度を低下させることが可能となる。
【００１９】
この場合、請求項１の発明では、オイルリターン回路は、オイル分離手段によって分離されたオイルを、第２の内部熱交換器にて第１の内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒と熱交換させた後、コンプレッサの密閉容器内に戻すので、このオイルによりコンプレッサの密閉容器内の温度を効果的に下げることができるようなる。
【００２０】
他方、請求項２の発明では、オイルリターン回路は、オイル分離手段によって分離されたオイルを、第２の内部熱交換器にて第１の内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒と熱交換させた後、コンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に戻すので、第２の回転圧縮要素を潤滑しながら、圧縮効率を改善し、且つ、コンプレッサ自体の温度も効果的に下げることができるようになる。
【００２１】
請求項３の発明では上記各発明に加えて、第１及び第２の絞り手段の間に気液分離手段を設け、インジェクション回路は、気液分離手段にて分離された液冷媒を減圧してコンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に注入するので、インジェクション冷媒の蒸発に伴う吸熱作用で第２の回転圧縮要素をより一層効果的に冷却することができるようになる。これにより、冷媒サイクルの蒸発器における冷媒の蒸発温度をより一層低下させることができるようになる。
【００２２】
請求項４の発明では上記各発明に加えて、冷媒として二酸化炭素、ＨＦＣ系冷媒のＲ２３、亜酸化窒素のうち少なくとも何れか一種の冷媒を用いるので、所望の冷却能力を得ることができると共に、環境問題にも寄与できるようになる。
【００２３】
また、本発明では請求項５の如く蒸発器における冷媒の蒸発温度を−５０℃以下とする場合に極めて有効となる。
【００２４】
【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は本発明の遷臨界冷媒サイクル装置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）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図、図２は本発明の遷臨界冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【００２５】
各図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ₂）を冷媒として使用する内部中間圧型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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
そして、冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ₂）が使用され、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、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）など既存のオイルが使用される。
【００３２】
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は後述するガスクーラ１５４を通過する中間冷却回路１５０を経てスリーブ１４４に至り、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。
【００３３】
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。この冷媒導入管９４の他端は第２の内部熱交換器１６２に接続されている。
【００３４】
ここで、第２の内部熱交換器１６２は後述するオイルリターン回路１７５を流れるオイルと、後述する第１の内部熱交換器１６０を出た蒸発器１５７からの低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。
【００３５】
そして、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。
【００３６】
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を出た配管はオイル分離手段としてのオイルセパレータ１７０の入口に接続される。このオイルセパレータ１７０は、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒と共に吐出されたオイルを分離するためのものである。
【００３７】
オイルセパレータ１７０を出た冷媒配管は前述した第１の内部熱交換器１６０を通過する。この第１の内部熱交換器１６０はオイルセパレータ１７０から出た第２の回転圧縮要素３４からの高圧側の冷媒と蒸発器１５７から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。
【００３８】
そして、この第１の内部熱交換器１６０を通過した高圧側の冷媒は、絞り手段としての膨張機構１５６に至る。ここで、膨張機構１５６は、第１の絞り手段としての第１の膨張弁１５６Ａと、この第１の膨張弁１５６Ａの下流側に設けられた第２の絞り手段としての第２の膨張弁１５６Ｂとから構成されている。また、前記第１の膨張弁１５６Ａは、当該第１の膨張弁１５６Ａにて減圧された後の冷媒の圧力が、コンプレッサ１０内の中間圧より高くなるように開度が調整されている。
【００３９】
また、第１の膨張弁１５６Ａと第２の膨張弁１５６Ｂの間の冷媒配管には、気液分離手段としての気液分離器２００が設けられており、第１の膨張弁１５６Ａを出た冷媒配管は気液分離器２００の入口に接続されている。気液分離器２００のガス出口側の冷媒配管は前述した第２の膨張弁１５６Ｂの入口に接続されている。そして、この第２の膨張弁１５６Ｂの出口は蒸発器１５７の入口に接続され、蒸発器１５７を出た冷媒配管は第１の内部熱交換器１６０を経て前記第２の内部熱交換器１６２に至る。そして、第２の内部熱交換器１６２から出た冷媒配管は冷媒導入管９４に接続されている。
【００４０】
一方、前記オイルセパレータ１７０には、当該オイルセパレータ１７０にて分離されたオイルをコンプレッサ１０内に戻すための前述したオイルリターン回路１７５が接続されている。このオイルリターン回路１７５にはオイルセパレータ１７０にて分離されたオイルを減圧するための減圧手段としてのキャピラリチューブ１７６が設けられ、前記第２の内部熱交換器１６２を経てコンプレッサ１０の密閉容器１２内に連通接続されている。
【００４１】
また、前記気液分離器２００の液出口側には、当該気液分離器２００にて分離された液冷媒をコンプレッサ１０内に戻すためのインジェクション回路２１０が接続されている。このインジェクション回路２１０には気液分離器２００にて分離された液冷媒を減圧するための減圧手段としてのキャピラリチューブ２２０が設けられ、係るインジェクション回路２１０は第２の回転圧縮要素３４の吸込側と連通する前記冷媒導入管９２に接続されている。
【００４２】
以上の構成で次に本発明の遷臨界冷媒サイクル装置の動作を説明する。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が起動してロータ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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に入り、中間冷却回路１５０に流入する。そして、この中間冷却回路１５０がガスクーラ１５４を通過する過程で空冷方式により放熱する。
【００４５】
このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１５０を通過させることで、ガスクーラ１５４にて効果的に冷却することができるので、密閉容器１２内の温度上昇を抑え、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率も向上させることができるようになる。
【００４６】
そして、冷却された中間圧の冷媒ガスは上部支持部材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。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００４７】
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、そこで空冷方式により放熱した後、前記オイルセパレータ１７０に至る。ここで、冷媒ガスとオイルが分離される。
【００４８】
そして、冷媒ガスから分離されたオイルは、オイルリターン回路１７５に流入する。オイルはオイルリターン回路１７５に設けられたキャピラリチューブ１７６にて減圧された後、第２の内部熱交換器１６２を通過する。オイルはそこで第１の内部熱交換器１６０からの低圧側の冷媒に熱を奪われて冷却され、コンプレッサ１０の密閉容器１２内に戻る。
【００４９】
このように、冷却されたオイルがコンプレッサ１０の密閉容器１２内に戻るので、オイルにより密閉容器１２内を効果的に冷却することができるようなり、密閉容器１２内の温度上昇を抑え、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率を向上させることができるようになる。
【００５０】
また、密閉容器１２内のオイル溜めの油面が低下する不都合も回避することができるようになる。
【００５１】
一方、オイルセパレータ１７０から出た冷媒ガスは第１の内部熱交換器１６０を通過する。冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。この第１の内部熱交換器１６０の存在により、低圧側の冷媒に熱を奪われるので、この分、蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度が低くなる。そのため、蒸発器１５７における冷却能力が向上する。
【００５２】
係る第１の内部熱交換器１６０で冷却された高圧側の冷媒ガスは膨張機構１５６の第１の膨張弁１５６Ａに至る。尚、第１の膨張弁１５６Ａの入口では冷媒ガスはまだ気体の状態である。第１の膨張弁１５６Ａは冷媒の圧力が前述する如くコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４の吸込側の圧力（中間圧）よりも高い圧力となるように開度が調整されており、ここで冷媒は、中間圧より高い圧力まで減圧される。これにより、冷媒は一部液化し、ガス／液の二相混合体となり、気液分離器２００に流入する。ここで、ガス冷媒と液冷媒とが分離される。
【００５３】
そして、気液分離器２００内の液冷媒はインジェクション回路２１０に流入する。そして、液冷媒はインジェクション回路２１０に設けられたキャピラリチューブ２２０にて減圧されて、中間圧より若干高い圧力とされ、冷媒導入管９２を経て、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４の吸込側に注入される。そこで冷媒は蒸発し、周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮する。これにより、第２の回転圧縮要素３４を含むコンプレッサ１０自体が冷却される。
【００５４】
このように、インジェクション回路２１０にて液冷媒を減圧して、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４の吸込側に注入し、そこで蒸発させることで第２の回転圧縮要素３４が冷却されるので、第２の回転圧縮要素３４を効果的に冷却することができるようなる。これにより、第２の回転圧縮要素３４の圧縮効率を向上させることができるようになる。
【００５５】
一方、気液分離器２００から出たガス冷媒は、第２の膨張弁１５６Ｂに至る。冷媒は第２の膨張弁１５６Ｂにおける圧力低下により、最終的な液化が行われ、ガス／液の二相混合体とされた状態で蒸発器１５７内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。
【００５６】
以上のように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１５０を通過させて、密閉容器１２内の温度上昇を抑えるという効果と、オイルセパレータ１７０にて冷媒ガスから分離されたオイルを第２の内部熱交換器１６２を通過させて、密閉容器１２内の温度上昇を抑えるという効果と、更に、前記気液分離器２００にてガス冷媒と液冷媒を分離して、分離された液冷媒をキャピラリチューブ２２０にて減圧した後、第２の回転圧縮要素３４で周囲から吸熱して蒸発させて、第２の回転圧縮要素３４を冷却するという効果によって、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率の向上を図ることができるようになり、加えて、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスを、第１の内部熱交換器１６０を通過させて、蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度が低くなるという効果によって、蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度も下げられるようになる。
【００５７】
即ち、この場合における蒸発器１５７での蒸発温度を、例えば−５０℃以下の超低温域に容易に到達させることができるようになる。また、同時にコンプレッサ１０での消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００５８】
その後、冷媒は蒸発器１５７から流出して、第１の内部熱交換器１６０を通過する。そこで前述の高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受けた後、第２の内部熱交換器１６２に至る。そして、第２の内部熱交換器１６２でオイルリターン回路１７５を流れるオイルから熱を奪い、更に加熱作用を受ける。
【００５９】
ここで、蒸発器１５７で蒸発して低温となり、蒸発器１５７を出た冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態であるが、第１の内部熱交換器１６０を通過させて高圧側の冷媒と熱交換させることで、冷媒が加熱される。これにより、冷媒は略完全に気体の状態となる。更に、第２の内部熱交換器１６２を通過させて、オイルと熱交換させることで、冷媒が加熱され、確実に過熱度が取れて完全に気体となる。
【００６０】
これにより、蒸発器１５７から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになる。特に、運転条件により余剰冷媒が発生するような場合においても、第１の内部熱交換器１６０と第２の内部熱交換器１６２により、二段階で低圧側冷媒を加熱しているので、低圧側にレシーバータンクなどを設けること無く、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、コンプレッサ１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００６１】
また、コンプレッサ１０の吐出温度や内部温度を上昇させずに過熱度を充分に確保することができるようになるので、遷臨界冷媒サイクル装置の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００６２】
尚、第２の内部熱交換器１６２で加熱された冷媒は、冷媒導入管９４からコンプレッサ１０の第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。
【００６３】
このように、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒をガスクーラ１５４にて放熱させるための中間冷却回路１５０と、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒からオイルを分離するためのオイルセパレータ１７０と、このオイルセパレータ１７０にて分離されたオイルを減圧してコンプレッサ１０内に戻すためのオイルリターン回路１７５と、ガスクーラ１５４から出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒と蒸発器１５７を出た冷媒とを熱交換させるための第１の内部熱交換器１６０と、オイルリターン回路１７５を流れるオイルと第１の内部熱交換器１６０を出た蒸発器１５７からの冷媒とを熱交換させるための第２の内部熱交換器１６２とを備え、絞り手段としての膨張機構１５６を、第１の膨張弁１５６Ａとこの第１の膨張弁１５６Ａの下流側に設けられた第２の膨張弁１５６Ｂとから構成され、第１の膨張弁１５６Ａと第２の膨張弁１５６Ｂの間を流れる冷媒の一部を減圧してコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４の吸込側に注入するインジェクション回路２１０とを備えているので、蒸発器１５７から出た冷媒は第１の内部熱交換器１６０でガスクーラ１５４を出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒と熱交換して熱を奪い、第２の内部熱交換器１６２においてはオイルリターン回路１７５を流れるオイルと熱交換して熱を奪うので、確実に冷媒の過熱度を確保してコンプレッサ１０における液圧縮を回避できるようになる。
【００６４】
一方、ガスクーラ１５４を出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒は、オイルセパレータ１７０を通過させた後、第１の内部熱交換器１６０において蒸発器１５７を出た冷媒に熱を奪われるので、それにより、冷媒の蒸発温度を下げられる。それにより、蒸発器１５７における冷媒ガスの冷却能力が向上する。また、中間冷却回路１５０を備えているので、コンプレッサ１０の内部の温度を下げることができる。
【００６５】
また、オイルリターン回路１７５を流れるオイルは、第２の内部熱交換器１６２にて第１の内部熱交換器１６０を出た蒸発器１５７からの冷媒に熱を奪われた後、コンプレッサ１０内に戻るので、コンプレッサ１０内部の温度をより一層下げることができるようになる。
【００６６】
更に、第１及び第２の膨張弁１５６Ａ、１５６Ｂの間に気液分離器２００を設け、インジェクション回路２１０は、気液分離器２００にて分離された液冷媒を減圧してコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４の吸込側に注入するので、インジェクション回路２１０からの冷媒が蒸発して、周囲から吸熱し、第２の回転圧縮要素３４を含むコンプレッサ１０全体を効果的に冷却することができる。これにより、冷媒サイクルの蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度をより一層低下させることができるようになる。
【００６７】
これらにより冷媒サイクルの蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度を低下させることが可能となり、例えば蒸発器１５７での蒸発温度を−５０℃以下の超低温域とすることを容易に達成することができるようになる。また、コンプレッサ１０での消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００６８】
次に、図３を参照して本発明の遷臨界冷媒サイクル装置の他の実施形態について詳述する。図３はこの場合の遷臨界冷媒サイクル装置の冷媒回路図を示している。尚、図３において、図１及び図２と同一の符号が付されているものは同一若しくは同様の作用を奏するものとする。
【００６９】
図３に示すオイルリターン回路１７５Ａには同様にキャピラリチューブ１７６が設けられているが、この場合は、第２の内部熱交換器１６２を経て、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する冷媒導入管９２に接続されている。これにより、第２の内部熱交換器１６２にて冷却されたオイルが第２の回転圧縮要素３４に供給されることになる。
【００７０】
このように、オイルリターン回路１７５Ａは、オイルセパレータ１７０によって分離されたオイルをキャピラリチューブ１７６にて減圧し、第２の内部熱交換器１６２にて第１の内部熱交換器１６０を出た蒸発器１５７からの冷媒と熱交換させた後、冷媒導入管９２からコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４の吸込側に戻す。
【００７１】
これにより、第２の回転圧縮要素３４を効果的に冷却することができるようになり、第２の回転圧縮要素３４の圧縮効率を向上させることができるようになる。
【００７２】
また、第２の回転圧縮要素３４に直接オイルが供給されるので、第２の回転圧縮要素３４がオイル不足となる不都合も回避することができるようになる。
【００７３】
尚、本実施例では気液分離器２００で分離された液冷媒をインジェクション回路２１０に設けたキャピラリチューブ２２０にて減圧して冷媒導入管９２から第２の回転圧縮要素３４の吸込側に戻すこととしたが、気液分離器２００を設けなくても構わない。この場合、第１の膨張弁１５６Ａを出た冷媒（気液分離器がないため、冷媒の状態はガス、液、若しくは、それらの混合状態となる）はインジェクション回路２１０に設けられたキャピラリチューブ２２０にて適切な圧力（中間圧より若干高い圧力）に下げられて冷媒導入管９２から第２の回転圧縮要素３４の吸込側に吸い込まれる。
【００７４】
更に、第１の膨張弁１５６Ａを出た冷媒が適切な圧力（中間圧より若干高い程度の圧力）まで減圧され、且つ、この場合の冷媒の状態がガスであるような設定状況では、キャピラリチューブ２２０は設ける必要はない。
【００７５】
また、実施例ではオイル分離手段としてのオイルセパレータ１７０をガスクーラ１５４と第１の内部熱交換器１６０の間の冷媒配管に設けるものとしたが、それに限らず、例えばコンプレッサ１０とガスクーラ１５４の間の配管に設けても良い。また、オイルリターン回路１７５に設けた減圧手段としてのキャピラリチューブ１７６を第１の内部熱交換器１６０からの冷媒配管に交熱的に巻き付けて第２の内部熱交換器１６２を構成しても良い。
【００７６】
更に、実施例では二酸化炭素を冷媒として使用したが、本発明ではそれに限定されるものではなく、遷臨界冷媒サイクルにおいて使用可能な冷媒、即ち、高圧側が超臨界となるＨＦＣ系冷媒のＲ２３（ＣＨＦ３）や亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）などの冷媒が適用可能である。また、このようにＨＦＣ系冷媒のＲ２３（ＣＨＦ３）や亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）冷媒を用いた場合には、蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度を−８０℃以下の超低温に到達させることができるようになる。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によればコンプレッサは、密閉容器内に駆動要素にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の回転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、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒をガスクーラにて放熱させるための中間冷却回路と、第２の回転圧縮要素で圧縮された冷媒からオイルを分離するためのオイル分離手段と、このオイル分離手段にて分離されたオイルを減圧してコンプレッサ内に戻すためのオイルリターン回路と、ガスクーラから出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と蒸発器を出た冷媒とを熱交換させるための第１の内部熱交換器と、オイルリターン回路を流れるオイルと第１の内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒とを熱交換させるための第２の内部熱交換器とを備え、絞り手段は、第１の絞り手段とこの第１の絞り手段の下流側に設けられた第２の絞り手段とから構成され、第１及び第２の絞り手段の間を流れる冷媒の一部をコンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に注入するインジェクション回路とを備えているので、蒸発器から出た冷媒は第１の内部熱交換器でガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と熱交換して熱を奪い、第２の内部熱交換器においてはオイルリターン回路を流れるオイルと熱交換して熱を奪うので、確実に冷媒の過熱度を確保してコンプレッサにおける液圧縮を回避できるようになる。
【００７８】
一方、ガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒は、第１の内部熱交換器において蒸発器を出た冷媒に熱を奪われるので、それにより、冷媒の蒸発温度を下げられる。また、中間冷却回路を備えているので、コンプレッサの内部の温度も下げることができる。
【００７９】
また、オイルリターン回路を流れるオイルは、第２の内部熱交換器にて第１の内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒に熱を奪われた後、コンプレッサ内に戻るので、コンプレッサ内部の温度をより一層下げることができるようになる。
【００８０】
更に、第１及び第２の絞り手段の間を流れる冷媒の一部はインジェクション回路を通過して、コンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に注入されるので、このインジェクション冷媒によって第２の回転圧縮要素を冷却することができるようになる。これにより、第２の回転圧縮要素の圧縮効率を改善し、且つ、コンプレッサ自体の温度も効果的に下げることができるようになる。
【００８１】
即ち、第１の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路を通過させて、密閉容器内の温度上昇を抑えるという効果と、オイルセパレータにて冷媒ガスから分離されたオイルを第２の内部熱交換器を通過させて、密閉容器内の温度上昇を抑えるという効果と、更に、第１の絞り手段と第２の絞り手段の間の配管を流れる冷媒の一部をコンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に注入し、周囲から吸熱して蒸発させて、第２の回転圧縮要素を冷却するという効果によって、第２の回転圧縮要素における圧縮効率の向上を図ることができるようになり、加えて、第２の回転圧縮要素で圧縮された冷媒ガスを、第１の内部熱交換器を通過させて、蒸発器における冷媒の蒸発温度が低くなるという効果によって、蒸発器における冷却能力を著しく向上させながら、コンプレッサでの消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００８２】
この場合、請求項１の発明によれば、オイルリターン回路は、オイル分離手段によって分離されたオイルを、第２の内部熱交換器にて第１の内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒と熱交換させた後、コンプレッサの密閉容器内に戻すので、このオイルによりコンプレッサの密閉容器内の温度を効果的に下げることができるようなる。
【００８３】
他方、請求項２の発明によれば、オイルリターン回路は、オイル分離手段によって分離されたオイルを、第２の内部熱交換器にて第１の内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒と熱交換させた後、コンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に戻すので、第２の回転圧縮要素を潤滑しながら、圧縮効率を改善し、且つ、コンプレッサ自体の温度も効果的に下げることができるようになる。
【００８４】
請求項３の発明によれば上記各発明に加えて、第１及び第２の絞り手段の間に気液分離手段を設け、インジェクション回路は、気液分離手段にて分離された液冷媒を減圧してコンプレッサの第２の回転圧縮要素の吸込側に注入するので、インジェクション回路からの冷媒が蒸発して周囲から吸熱し、第２の回転圧縮要素を含むコンプレッサ自体を一層効果的に冷却することができる。これにより、冷媒サイクルの蒸発器における冷媒の蒸発温度をより一層低下させることができるようになる。
【００８５】
請求項４の発明によれば上記各発明に加えて、冷媒として二酸化炭素、ＨＦＣ系冷媒のＲ２３、亜酸化窒素のうち少なくとも何れか一種の冷媒を用いるので、所望の冷却能力を得ることができると共に、環境問題にも寄与できるようになる。
【００８６】
また、上記構成により請求項５の如く蒸発器における冷媒の蒸発温度を−５０℃以下とする場合に極めて有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遷臨界冷媒サイクル装置を構成する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】本発明の遷臨界冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図３】本発明の他の実施例の遷臨界冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図４】従来の遷臨界冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１０多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１２密閉容器
１４電動要素
３２第１の回転圧縮要素
３４第２の回転圧縮要素
９２、９４冷媒導入管
９６冷媒吐出管
１５０中間冷却回路
１５４ガスクーラ
１５６膨張機構（絞り手段）
１５６Ａ第１の膨張弁（第１の絞り手段）
１５６Ｂ第２の膨張弁（第２の絞り手段）
１５７蒸発器
１６０第１の内部熱交換器
１６２第２の内部熱交換器
１７０オイルセパレータ
１７５オイルリターン回路
１７６キャピラリチューブ
２００気液分離器
２１０インジェクション回路
２２０キャピラリチューブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a transcritical refrigerant cycle apparatus that is configured by sequentially connecting a compressor, a gas cooler, a throttle means, and an evaporator, and that has a high pressure side at a supercritical pressure.
[0002]
[Prior art]
  In this type of conventional refrigerant cycle apparatus, a rotary compressor (compressor), a gas cooler, a throttle means (expansion valve, etc.), an evaporator, and the like are sequentially connected in an annular manner to form a refrigerant cycle (refrigerant circuit). Then, the refrigerant gas is sucked into the low pressure chamber side of the cylinder from the suction port of the rotary compression element of the rotary compressor, and is compressed by the operation of the roller and the vane to become a high temperature and high pressure refrigerant gas. It is discharged to the gas cooler through the silencer chamber. The refrigerant gas radiates heat in the gas cooler, and is then squeezed by the squeezing means and supplied to the evaporator. Therefore, the refrigerant evaporates, and at that time, the cooling effect is exhibited by absorbing heat from the surroundings.
[0003]
  Here, in recent years, in order to cope with global environmental problems, carbon dioxide (CO 2), which is a natural refrigerant, is used in this type of refrigerant cycle without using conventional chlorofluorocarbons.₂) As a refrigerant, and a device using a transcritical refrigerant cycle in which the high pressure side is operated at a supercritical pressure has been developed.
[0004]
  In such a transcritical refrigerant cycle device, in order to prevent liquid refrigerant from returning and compressing into the compressor, a receiver tank is disposed on the low pressure side between the outlet side of the evaporator and the suction side of the compressor, Liquid refrigerant was stored in the receiver tank, and only the gas was sucked into the compressor. And the throttle means was adjusted so that the liquid refrigerant in a receiver tank may not return to a compressor (for example, refer to patent documents 1).
[0005]
[Patent Document 1]
          Japanese Patent Publication No. 7-18602
[0006]
  However, providing a receiver tank on the low pressure side of the refrigerant cycle requires a larger amount of refrigerant filling. Further, in order to prevent liquid back, the opening of the throttle means must be reduced, or the capacity of the receiver tank must be increased, leading to a reduction in cooling capacity and an increase in installation space. Therefore, in order to eliminate the liquid compression in the compressor without providing such a receiver tank, the applicant tried to develop the refrigerant cycle apparatus shown in FIG.
[0007]
  In FIG. 4, reference numeral 10 denotes an internal intermediate pressure type multi-stage (two-stage) compression rotary compressor, which is driven by an electric element (drive element) 14 in the hermetic container 12 and a rotary shaft 16 of the electric element 14. The rotary compression element 32 and the second rotary compression element 34 are provided.
[0008]
  The operation of the refrigerant cycle device in this case will be described. The refrigerant sucked from the refrigerant introduction pipe 94 of the compressor 10 is compressed by the first rotary compression element 32 to become an intermediate pressure, and is discharged into the sealed container 12. Thereafter, the refrigerant leaves the refrigerant introduction pipe 92 and flows into the intermediate cooling circuit 150A. The intermediate cooling circuit 150 </ b> A is provided so as to pass through the gas cooler 154, where it dissipates heat by an air cooling method. Here, the intermediate pressure refrigerant is deprived of heat by the gas cooler.
[0009]
  After that, the second rotary compression element 34 is sucked into the second stage of compression and becomes high-pressure and high-temperature refrigerant gas, which is discharged to the outside through the refrigerant discharge pipe 96. At this time, the refrigerant is compressed to an appropriate supercritical pressure.
[0010]
  The refrigerant gas discharged from the refrigerant discharge pipe 96 flows into the gas cooler 154 where it is radiated by the air cooling method and then passes through the internal heat exchanger 160. The refrigerant is further cooled by taking heat away from the low-pressure side refrigerant that has left the evaporator 157. Thereafter, the refrigerant is depressurized by the expansion valve 156, and in this process, a gas / liquid mixed state is obtained, and then flows into the evaporator 157 to evaporate. The refrigerant coming out of the evaporator 157 passes through the internal heat exchanger 160, where it is heated by taking heat from the high-pressure side refrigerant.
[0011]
  The refrigerant heated by the internal heat exchanger 160 repeats a cycle of being sucked into the first rotary compression element 32 of the rotary compressor 10 from the refrigerant introduction pipe 94.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
  As described above, the transcritical refrigerant cycle apparatus of FIG. 4 can take the superheat degree by heating the refrigerant discharged from the evaporator 157 with the high-pressure side refrigerant by the internal heat exchanger 160, so that the low-pressure side receiver Although the tank can be abolished, surplus refrigerant is generated depending on the operating conditions. Therefore, there is a risk that liquid back occurs in the compressor 10 and damage due to liquid compression occurs.
[0013]
  Further, in such a transcritical refrigerant cycle device, when the evaporation temperature in the evaporator is in an ultra-low temperature range of −50 ° C. or lower, the compression ratio becomes very high and the temperature of the compressor 10 itself becomes high. It was extremely difficult for the relationship.
[0014]
  The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and in a transcritical refrigerant cycle device in which the high pressure side becomes a supercritical pressure, the liquid compression of the compressor is performed without providing a receiver tank on the low pressure side. The purpose of this is to prevent the occurrence of damage due to the above and improve the cooling capacity of the evaporator.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  That is, in the transcritical refrigerant cycle device of the present invention, the compressor includes first and second rotary compression elements driven by the drive element in the hermetic container, and is compressed and discharged by the first rotary compression element. An intermediate cooling circuit for sucking the compressed refrigerant into the second rotary compression element, compressing it, discharging it to the gas cooler, and releasing heat from the refrigerant discharged from the first rotary compression element, and a second rotary compression An oil separation means for separating oil from the refrigerant compressed by the element, an oil return circuit for reducing the pressure of the oil separated by the oil separation means and returning it to the compressor, and a second outlet from the gas cooler A first internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant from the rotary compression element and the refrigerant exiting the evaporator, and the oil flowing through the oil return circuit and the evaporation leaving the first internal heat exchanger And an internal heat exchanger and the refrigerant for heat exchange second from,The diaphragm meansThe first throttle means and a second throttle means provided downstream of the first throttle means, and a part of the refrigerant flowing between the first and second throttle means is supplied to the second of the compressor. And an injection circuit that injects into the suction side of the rotary compression element, so that the refrigerant that has exited the evaporator exchanges heat with the refrigerant from the second rotary compression element that has exited the gas cooler through the first internal heat exchanger. In the second internal heat exchanger, the heat is exchanged with the oil flowing through the oil return circuit so that the heat is taken away, so that the degree of superheat of the refrigerant can be ensured and liquid compression in the compressor can be avoided. Become.
[0016]
  On the other hand, the refrigerant from the second rotary compression element that has exited the gas cooler is deprived of heat by the refrigerant that has exited the evaporator in the first internal heat exchanger, thereby lowering the evaporation temperature of the refrigerant. Moreover, since the intermediate cooling circuit is provided, the temperature inside the compressor can also be lowered.
[0017]
  In addition, the oil flowing through the oil return circuit is deprived of heat by the refrigerant from the evaporator that has exited the first internal heat exchanger in the second internal heat exchanger, and then returns into the compressor. It becomes possible to further reduce the temperature of.
[0018]
  Further, a part of the refrigerant flowing between the first and second throttle means passes through the injection circuit and is injected into the suction side of the second rotary compression element of the compressor. The rotary compression element can be cooled. Thereby, the compression efficiency of the second rotary compression element can be improved, and the temperature of the compressor itself can be further lowered. As a result, the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator of the refrigerant cycle can be lowered.
[0019]
  In this case, in the first aspect of the present invention, the oil return circuit uses the oil separated by the oil separating means and the refrigerant from the evaporator that has left the first internal heat exchanger in the second internal heat exchanger. After the heat exchange, the oil is returned to the airtight container of the compressor, so that the oil can effectively reduce the temperature in the airtight container of the compressor.
[0020]
  On the other hand, in the invention of claim 2, the oil return circuit converts the oil separated by the oil separating means into the refrigerant and heat from the evaporator that has left the first internal heat exchanger in the second internal heat exchanger. After the replacement, the compressor is returned to the suction side of the second rotary compression element of the compressor, so that the compression efficiency can be improved and the temperature of the compressor itself can be effectively lowered while lubricating the second rotary compression element. become able to.
[0021]
  In the invention of claim 3, in addition to the above inventions,Gas-liquid separation means is provided between the first and second throttling means, and the injection circuit decompresses the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separation means and injects it into the suction side of the second rotary compression element of the compressor Therefore, the second rotary compression element can be more effectively cooled by the endothermic action accompanying the evaporation of the injection refrigerant. Thereby, the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator of the refrigerant cycle can be further reduced.
[0022]
  Invention of Claim 4Then, in addition to the above inventions, at least one of the refrigerants of carbon dioxide, HFC refrigerant R23, and nitrous oxide is used as the refrigerant, so that it is possible to obtain a desired cooling capacity and contribute to environmental problems. become able to.
[0023]
  In the present invention,Claim 5As described above, this is extremely effective when the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator is set to −50 ° C. or lower.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a longitudinal section of an internal intermediate pressure type multi-stage (two-stage) compression rotary compressor 10 having first and second rotary compression elements 32 and 34 as an embodiment of a compressor used in the transcritical refrigerant cycle apparatus of the present invention. FIG. 2 is a side view and FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram of the transcritical refrigerant cycle device of the present invention.
[0025]
  In each figure, 10 is carbon dioxide (CO₂) Is used as a refrigerant, and this compressor 10 is a cylindrical sealed container 12 made of a steel plate and an electric motor as a drive element disposed and housed above the inner space of the sealed container 12. The first rotary compression element 32 (first stage) and the second rotary compression element 34 (second stage) which are disposed below the element 14 and the electric element 14 and are driven by the rotating shaft 16 of the electric element 14. It is comprised in the rotational compression mechanism part 18 which consists of.
[0026]
  The sealed container 12 has an oil reservoir at the bottom, a container body 12A that houses the electric element 14 and the rotary compression mechanism 18, and a generally bowl-shaped end cap (lid body) 12B that closes the upper opening of the container body 12A. A circular mounting hole 12D is formed in the center of the upper surface of the end cap 12B, and a terminal (wiring is omitted) 20 for supplying power to the electric element 14 is mounted in the mounting hole 12D. It has been.
[0027]
  The electric element 14 is a so-called magnetic pole concentrated winding type DC motor, and is inserted into the stator 22 in an annular shape along the inner peripheral surface of the upper space of the hermetic container 12, and is inserted inside the stator 22 with a slight gap therebetween. The rotor 24 is installed. The rotor 24 is fixed to a rotating shaft 16 that passes through the center and extends in the vertical direction. The stator 22 has a laminated body 26 in which donut-shaped electromagnetic steel plates are laminated, and a stator coil 28 wound around the teeth of the laminated body 26 by a direct winding (concentrated winding) method. Similarly to the stator 22, the rotor 24 is formed of a laminated body 30 of electromagnetic steel plates, and is formed by inserting a permanent magnet MG into the laminated body 30.
[0028]
  An intermediate partition plate 36 is sandwiched between the first rotary compression element 32 and the second rotary compression element 34. That is, the first rotary compression element 32 and the second rotary compression element 34 include an intermediate partition plate 36, an upper cylinder 38 and a lower cylinder 40 disposed above and below the intermediate partition plate 36, and the upper and lower cylinders 38, The upper and lower rollers 46 and 48 are rotated eccentrically by upper and lower eccentric portions 42 and 44 provided on the rotary shaft 16 with a phase difference of 180 degrees, and the upper and lower cylinders are in contact with the upper and lower rollers 46 and 48. 38 and 40 are divided into a low pressure chamber side and a high pressure chamber side, respectively, and the upper opening surface of the upper cylinder 38 and the lower opening surface of the lower cylinder 40 are closed to support the bearing of the rotary shaft 16. The upper support member 54 and the lower support member 56 are also used as the supporting members.
[0029]
  On the other hand, the upper support member 54 and the lower support member 56 are respectively provided with a suction passage 60 (the upper suction passage is not shown) that communicates with the inside of the upper and lower cylinders 38 and 40 through a suction port (not shown), and a part thereof is recessed. Discharge silencing chambers 62 and 64 formed by closing the recessed portion with an upper cover 66 and a lower cover 68 are provided.
[0030]
  The discharge silencer chamber 64 and the inside of the sealed container 12 are communicated with each other through a communication passage that penetrates the upper and lower cylinders 38 and 40 and the intermediate partition plate 36, and an intermediate discharge pipe 121 is provided upright at the upper end of the communication passage. The intermediate pressure refrigerant gas compressed by the first rotary compression element 32 is discharged from the intermediate discharge pipe 121 into the sealed container 12.
[0031]
  As the refrigerant, the carbon dioxide (CO) is a natural refrigerant that is friendly to the global environment and is flammable and toxic.₂As the lubricating oil, existing oils such as mineral oil (mineral oil), alkylbenzene oil, ether oil, ester oil, PAG (polyalkyl glycol) are used.
[0032]
  On the side surface of the container main body 12A of the sealed container 12, the suction passage 60 (upper side is not shown) of the upper support member 54 and the lower support member 56, the discharge silencer chamber 62, the upper side of the upper cover 66 (on the lower end of the electric element 14). Sleeves 141, 142, 143, and 144 are welded and fixed at positions corresponding to (substantially corresponding positions). One end of a refrigerant introduction pipe 92 for introducing refrigerant gas into the upper cylinder 38 is inserted and connected into the sleeve 141, and one end of the refrigerant introduction pipe 92 communicates with a suction passage (not shown) of the upper cylinder 38. The refrigerant introduction pipe 92 reaches the sleeve 144 through an intermediate cooling circuit 150 that passes through a gas cooler 154 to be described later, and the other end is inserted and connected into the sleeve 144 to communicate with the sealed container 12.
[0033]
  In addition, one end of a refrigerant introduction pipe 94 for introducing refrigerant gas into the lower cylinder 40 is inserted and connected in the sleeve 142, and one end of the refrigerant introduction pipe 94 communicates with the suction passage 60 of the lower cylinder 40. The other end of the refrigerant introduction pipe 94 is connected to the second internal heat exchanger 162.
[0034]
  Here, the second internal heat exchanger 162 exchanges heat between oil flowing through an oil return circuit 175 described later and low-pressure side refrigerant from the evaporator 157 that has exited the first internal heat exchanger 160 described later. Is for.
[0035]
  A refrigerant discharge pipe 96 is inserted and connected into the sleeve 143, and one end of the refrigerant discharge pipe 96 communicates with the discharge silencer chamber 62.
[0036]
  Next, in FIG. 2, the compressor 10 mentioned above comprises a part of refrigerant circuit shown in FIG. That is, the refrigerant discharge pipe 96 of the compressor 10 is connected to the inlet of the gas cooler 154. The pipe exiting from the gas cooler 154 is connected to the inlet of an oil separator 170 as oil separation means. The oil separator 170 is for separating oil discharged together with the refrigerant compressed by the second rotary compression element 34.
[0037]
  The refrigerant pipe exiting the oil separator 170 passes through the first internal heat exchanger 160 described above. The first internal heat exchanger 160 is for exchanging heat between the high-pressure side refrigerant from the second rotary compression element 34 exiting from the oil separator 170 and the low-pressure side refrigerant exiting from the evaporator 157. .
[0038]
  The high-pressure-side refrigerant that has passed through the first internal heat exchanger 160 reaches the expansion mechanism 156 that serves as a throttle means. Here, the expansion mechanism 156 includes a first expansion valve 156A as a first throttle means and a second expansion valve 156B as a second throttle means provided on the downstream side of the first expansion valve 156A. It consists of and. The opening of the first expansion valve 156A is adjusted so that the pressure of the refrigerant after being depressurized by the first expansion valve 156A is higher than the intermediate pressure in the compressor 10.
[0039]
  The refrigerant pipe between the first expansion valve 156A and the second expansion valve 156B is provided with a gas-liquid separator 200 as gas-liquid separation means, and the refrigerant that has exited the first expansion valve 156A. The pipe is connected to the inlet of the gas-liquid separator 200. The refrigerant pipe on the gas outlet side of the gas-liquid separator 200 is connected to the inlet of the second expansion valve 156B described above. The outlet of the second expansion valve 156B is connected to the inlet of the evaporator 157, and the refrigerant pipe exiting the evaporator 157 passes through the first internal heat exchanger 160 to the second internal heat exchanger 162. It reaches. The refrigerant pipe exiting from the second internal heat exchanger 162 is connected to the refrigerant introduction pipe 94.
[0040]
  On the other hand, the oil separator 170 is connected to the oil return circuit 175 described above for returning the oil separated by the oil separator 170 into the compressor 10. The oil return circuit 175 is provided with a capillary tube 176 as a pressure reducing means for reducing the pressure of the oil separated by the oil separator 170, and passes through the second internal heat exchanger 162 and is stored in the sealed container 12 of the compressor 10. It is connected in communication.
[0041]
  Further, an injection circuit 210 for returning the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator 200 into the compressor 10 is connected to the liquid outlet side of the gas-liquid separator 200. The injection circuit 210 is provided with a capillary tube 220 as decompression means for decompressing the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator 200, and the injection circuit 210 is connected to the suction side of the second rotary compression element 34. It is connected to the refrigerant introduction pipe 92 that communicates.
[0042]
  Next, the operation of the transcritical refrigerant cycle apparatus of the present invention having the above configuration will be described. When the stator coil 28 of the electric element 14 of the compressor 10 is energized via the terminal 20 and a wiring (not shown), the electric element 14 is activated and the rotor 24 rotates. By this rotation, the upper and lower rollers 46 and 48 fitted to the upper and lower eccentric portions 42 and 44 provided integrally with the rotary shaft 16 rotate eccentrically in the upper and lower cylinders 38 and 40.
[0043]
  As a result, the low-pressure refrigerant gas sucked into the low-pressure chamber side of the cylinder 40 from the suction port (not shown) via the suction passage 60 formed in the refrigerant introduction pipe 94 and the lower support member 56 is transferred between the roller 48 and the vane 52. It is compressed by the operation to become an intermediate pressure, and is discharged from the intermediate discharge pipe 121 into the sealed container 12 through a communication path (not shown) from the high pressure chamber side of the lower cylinder 40. Thereby, the inside of the sealed container 12 becomes an intermediate pressure.
[0044]
  Then, the intermediate-pressure refrigerant gas in the sealed container 12 enters the refrigerant introduction pipe 92 and flows into the intermediate cooling circuit 150. The intermediate cooling circuit 150 dissipates heat by an air cooling method while passing through the gas cooler 154.
[0045]
  In this way, the refrigerant gas having the intermediate pressure compressed by the first rotary compression element 32 can be effectively cooled by the gas cooler 154 by passing through the intermediate cooling circuit 150. The temperature rise can be suppressed, and the compression efficiency in the second rotary compression element 34 can be improved.
[0046]
  The cooled intermediate pressure refrigerant gas is sucked from a suction port (not shown) into a low pressure chamber side of the upper cylinder 38 of the second rotary compression element 34 via a suction passage (not shown) formed in the upper support member 54. Then, the second stage compression is performed by the operation of the roller 46 and the vane 50, and the refrigerant gas becomes a high-pressure and high-temperature refrigerant gas, passes through a discharge port (not shown) from the high-pressure chamber side, and passes through a discharge silencer chamber 62 formed in the upper support member 54. The refrigerant is discharged from the refrigerant discharge pipe 96 to the outside. At this time, the refrigerant is compressed to an appropriate supercritical pressure.
[0047]
  The refrigerant gas discharged from the refrigerant discharge pipe 96 flows into the gas cooler 154, where it dissipates heat by an air cooling method and then reaches the oil separator 170. Here, the refrigerant gas and the oil are separated.
[0048]
  Then, the oil separated from the refrigerant gas flows into the oil return circuit 175. The oil is depressurized by a capillary tube 176 provided in the oil return circuit 175 and then passes through the second internal heat exchanger 162. The oil is cooled by the low-pressure side refrigerant from the first internal heat exchanger 160 by being deprived of heat, and returns to the sealed container 12 of the compressor 10.
[0049]
  Thus, since the cooled oil returns into the sealed container 12 of the compressor 10, the inside of the sealed container 12 can be effectively cooled by the oil, the temperature rise in the sealed container 12 is suppressed, and the second The compression efficiency in the rotary compression element 34 can be improved.
[0050]
  Further, it is possible to avoid the disadvantage that the oil level of the oil reservoir in the sealed container 12 is lowered.
[0051]
  On the other hand, the refrigerant gas discharged from the oil separator 170 passes through the first internal heat exchanger 160. The refrigerant is further cooled by taking heat away from the low-pressure side refrigerant. Due to the presence of the first internal heat exchanger 160, the refrigerant on the low-pressure side is deprived of heat, and accordingly, the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator 157 is lowered. Therefore, the cooling capacity in the evaporator 157 is improved.
[0052]
  The high-pressure-side refrigerant gas cooled by the first internal heat exchanger 160 reaches the first expansion valve 156A of the expansion mechanism 156. Note that the refrigerant gas is still in a gaseous state at the inlet of the first expansion valve 156A. The opening of the first expansion valve 156A is adjusted so that the refrigerant pressure is higher than the pressure (intermediate pressure) on the suction side of the second rotary compression element 34 of the compressor 10 as described above. Thus, the refrigerant is depressurized to a pressure higher than the intermediate pressure. As a result, the refrigerant is partially liquefied, becomes a gas / liquid two-phase mixture, and flows into the gas-liquid separator 200. Here, the gas refrigerant and the liquid refrigerant are separated.
[0053]
  Then, the liquid refrigerant in the gas-liquid separator 200 flows into the injection circuit 210. Then, the liquid refrigerant is decompressed by the capillary tube 220 provided in the injection circuit 210 to be slightly higher than the intermediate pressure, passes through the refrigerant introduction pipe 92, and is sucked into the second rotary compression element 34 of the compressor 10. Injected into. Therefore, the refrigerant evaporates and exhibits a cooling action by absorbing heat from the surroundings. As a result, the compressor 10 itself including the second rotary compression element 34 is cooled.
[0054]
  In this way, the liquid refrigerant is decompressed by the injection circuit 210, injected into the suction side of the second rotary compression element 34 of the compressor 10, and evaporated there, thereby cooling the second rotary compression element 34. The second rotary compression element 34 can be effectively cooled. Thereby, the compression efficiency of the second rotary compression element 34 can be improved.
[0055]
  On the other hand, the gas refrigerant discharged from the gas-liquid separator 200 reaches the second expansion valve 156B. The refrigerant is finally liquefied by the pressure drop in the second expansion valve 156B, and flows into the evaporator 157 in a state of being a gas / liquid two-phase mixture. Therefore, the refrigerant evaporates and exhibits a cooling action by absorbing heat from the air.
[0056]
  As described above, the intermediate pressure refrigerant gas compressed by the first rotary compression element 32 is allowed to pass through the intermediate cooling circuit 150 and the temperature rise in the sealed container 12 is suppressed. The oil separated from the gas is allowed to pass through the second internal heat exchanger 162 to suppress the temperature rise in the hermetic container 12, and the gas-liquid separator 200 separates the gas refrigerant and the liquid refrigerant. Then, after the pressure of the separated liquid refrigerant is reduced in the capillary tube 220, the second rotary compression element 34 absorbs heat from the surroundings to evaporate, and the second rotary compression element 34 is cooled. The compression efficiency of the second rotary compression element 34 can be improved, and in addition, the refrigerant gas compressed by the second rotary compression element 34 is allowed to pass through the first internal heat exchanger 160. , The effect that the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator 157 is lowered, so that the refrigerant evaporation temperature is also lowered in the evaporator 157.
[0057]
  That is, in this case, the evaporation temperature in the evaporator 157 can easily reach an ultra-low temperature range of, for example, −50 ° C. or lower. At the same time, power consumption in the compressor 10 can be reduced.
[0058]
  Thereafter, the refrigerant flows out of the evaporator 157 and passes through the first internal heat exchanger 160. Therefore, after taking heat from the high-pressure side refrigerant and receiving a heating action, the refrigerant reaches the second internal heat exchanger 162. Then, the second internal heat exchanger 162 takes heat from the oil flowing through the oil return circuit 175 and further receives a heating action.
[0059]
  Here, the refrigerant evaporates in the evaporator 157 and becomes a low temperature, and the refrigerant exiting the evaporator 157 is not in a completely gas state but in a liquid mixture, but passes through the first internal heat exchanger 160. The refrigerant is heated by exchanging heat with the refrigerant on the high-pressure side. Thereby, a refrigerant | coolant will be in a gas state substantially completely. Furthermore, by passing through the second internal heat exchanger 162 and exchanging heat with oil, the refrigerant is heated, and the degree of superheat is surely taken to become completely gas.
[0060]
  As a result, the refrigerant discharged from the evaporator 157 can be reliably gasified. In particular, even when surplus refrigerant is generated due to operating conditions, the low pressure side refrigerant is heated in two stages by the first internal heat exchanger 160 and the second internal heat exchanger 162. Without providing a receiver tank or the like, the liquid back into which the liquid refrigerant is sucked into the compressor 10 can be surely prevented, and the disadvantage that the compressor 10 is damaged by liquid compression can be avoided.
[0061]
  Further, since the degree of superheat can be sufficiently ensured without increasing the discharge temperature or the internal temperature of the compressor 10, the reliability of the transcritical refrigerant cycle apparatus can be improved.
[0062]
  Note that the refrigerant heated by the second internal heat exchanger 162 repeats a cycle of being sucked into the first rotary compression element 32 of the compressor 10 from the refrigerant introduction pipe 94.
[0063]
  In this way, the intermediate cooling circuit 150 for radiating the refrigerant discharged from the first rotary compression element 32 with the gas cooler 154 and the oil for separating the oil from the refrigerant compressed by the second rotary compression element 34 are used. Oil separator 170, oil return circuit 175 for reducing the pressure of oil separated by oil separator 170 and returning it to compressor 10, and refrigerant and evaporator from second rotary compression element 34 exiting gas cooler 154 Heat is exchanged between the first internal heat exchanger 160 for exchanging heat with the refrigerant that has exited 157, the oil flowing through the oil return circuit 175, and the refrigerant from the evaporator 157 that has exited the first internal heat exchanger 160. A second internal heat exchanger 162 for exchanging, and an expansion mechanism 156 as a throttling means, the first expansion valve 156A and the first expansion valve 56A, a second expansion valve 156B provided on the downstream side of 56A, and a part of the refrigerant flowing between the first expansion valve 156A and the second expansion valve 156B is decompressed to reduce the second expansion valve 156B. And the injection circuit 210 for injecting the suction to the suction side of the rotary compression element 34, so that the refrigerant discharged from the evaporator 157 comes from the second rotary compression element 34 that has exited the gas cooler 154 by the first internal heat exchanger 160. The second internal heat exchanger 162 exchanges heat with the oil flowing through the oil return circuit 175 to remove heat, so that the degree of superheat of the refrigerant is ensured to ensure the compressor 10. The liquid compression in can be avoided.
[0064]
  On the other hand, since the refrigerant from the second rotary compression element 34 that has exited the gas cooler 154 passes through the oil separator 170, heat is taken away by the refrigerant that has exited the evaporator 157 in the first internal heat exchanger 160. Thereby, the evaporation temperature of the refrigerant can be lowered. Thereby, the cooling capacity of the refrigerant gas in the evaporator 157 is improved. Further, since the intermediate cooling circuit 150 is provided, the temperature inside the compressor 10 can be lowered.
[0065]
  Further, the oil flowing through the oil return circuit 175 is deprived of heat by the refrigerant from the evaporator 157 that has exited the first internal heat exchanger 160 in the second internal heat exchanger 162, and then enters the compressor 10. Thus, the temperature inside the compressor 10 can be further lowered.
[0066]
  Furthermore, a gas-liquid separator 200 is provided between the first and second expansion valves 156A, 156B, and the injection circuit 210 decompresses the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator 200 to reduce the second pressure of the compressor 10. Since the refrigerant from the injection circuit 210 evaporates and absorbs heat from the surroundings, the entire compressor 10 including the second rotary compression element 34 can be effectively cooled. . Thereby, the evaporating temperature of the refrigerant in the evaporator 157 of the refrigerant cycle can be further reduced.
[0067]
  As a result, the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator 157 of the refrigerant cycle can be lowered. For example, the evaporation temperature in the evaporator 157 can be easily set to an ultralow temperature range of −50 ° C. or lower. Become. In addition, power consumption in the compressor 10 can be reduced.
[0068]
  Next, another embodiment of the transcritical refrigerant cycle device of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 shows a refrigerant circuit diagram of the transcritical refrigerant cycle device in this case. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same or similar functions.
[0069]
  The oil return circuit 175A shown in FIG. 3 is similarly provided with a capillary tube 176. In this case, the upper cylinder 38 of the second rotary compression element 34 is shown via the second internal heat exchanger 162. The refrigerant inlet pipe 92 communicates with the suction passage not to be connected. As a result, the oil cooled by the second internal heat exchanger 162 is supplied to the second rotary compression element 34.
[0070]
  In this way, the oil return circuit 175A depressurizes the oil separated by the oil separator 170 with the capillary tube 176, and the evaporator that has left the first internal heat exchanger 160 with the second internal heat exchanger 162. After heat exchange with the refrigerant from 157, the refrigerant is returned from the refrigerant introduction pipe 92 to the suction side of the second rotary compression element 34 of the compressor 10.
[0071]
  As a result, the second rotary compression element 34 can be effectively cooled, and the compression efficiency of the second rotary compression element 34 can be improved.
[0072]
  Further, since the oil is directly supplied to the second rotary compression element 34, the disadvantage that the second rotary compression element 34 is short of oil can be avoided.
[0073]
  In this embodiment, the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator 200 is decompressed by the capillary tube 220 provided in the injection circuit 210 and returned from the refrigerant introduction pipe 92 to the suction side of the second rotary compression element 34. However, the gas-liquid separator 200 may not be provided. In this case, the refrigerant exiting the first expansion valve 156A (since there is no gas-liquid separator, the state of the refrigerant is gas, liquid, or a mixed state thereof) is the capillary tube 220 provided in the injection circuit 210. Is reduced to an appropriate pressure (slightly higher than the intermediate pressure) and sucked from the refrigerant introduction pipe 92 to the suction side of the second rotary compression element 34.
[0074]
  Further, in a setting situation where the refrigerant that has exited the first expansion valve 156A is depressurized to an appropriate pressure (a pressure slightly higher than the intermediate pressure), and the state of the refrigerant in this case is gas, the capillary tube 220 need not be provided.
[0075]
  In the embodiment, the oil separator 170 as the oil separating means is provided in the refrigerant pipe between the gas cooler 154 and the first internal heat exchanger 160. You may provide in piping. Further, the second internal heat exchanger 162 may be configured by heat-wrapping a capillary tube 176 as a decompression means provided in the oil return circuit 175 around the refrigerant pipe from the first internal heat exchanger 160. .
[0076]
  Furthermore, although carbon dioxide is used as a refrigerant in the embodiments, the present invention is not limited to this, and is not limited to this, and is a refrigerant that can be used in a transcritical refrigerant cycle, that is, an HFC refrigerant R23 (CHF3) that is supercritical on the high pressure side. ) And nitrous oxide (N₂A refrigerant such as O) is applicable. In addition, HFC refrigerant R23 (CHF3) and nitrous oxide (N₂O) When the refrigerant is used, the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator 157 can reach an extremely low temperature of −80 ° C. or lower.
[0077]
【The invention's effect】
  As described above in detail, according to the present invention, the compressor includes the first and second rotary compression elements driven by the drive element in the hermetic container, and is compressed and discharged by the first rotary compression element. An intermediate cooling circuit for sucking and compressing the refrigerant into the second rotary compression element, discharging it to the gas cooler, and dissipating the refrigerant discharged from the first rotary compression element with the gas cooler, and the second rotary compression element An oil separation means for separating oil from the refrigerant compressed in step 1, an oil return circuit for decompressing the oil separated by the oil separation means and returning it to the compressor, and a second rotation coming out of the gas cooler The first internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant from the compression element and the refrigerant exiting the evaporator, the oil flowing through the oil return circuit, and the cooling from the evaporator exiting the first internal heat exchanger And a second internal heat exchanger for heat exchange bets,The diaphragm meansThe first throttle means and a second throttle means provided downstream of the first throttle means, and a part of the refrigerant flowing between the first and second throttle means is supplied to the second of the compressor. And an injection circuit that injects into the suction side of the rotary compression element, so that the refrigerant discharged from the evaporator exchanges heat with the refrigerant from the second rotary compression element that has exited the gas cooler in the first internal heat exchanger. In the second internal heat exchanger, the heat is exchanged with the oil flowing through the oil return circuit so that the heat is taken away, so that the degree of superheat of the refrigerant can be ensured and liquid compression in the compressor can be avoided. Become.
[0078]
  On the other hand, the refrigerant from the second rotary compression element that has exited the gas cooler is deprived of heat by the refrigerant that has exited the evaporator in the first internal heat exchanger, thereby lowering the evaporation temperature of the refrigerant. Moreover, since the intermediate cooling circuit is provided, the temperature inside the compressor can also be lowered.
[0079]
  In addition, the oil flowing through the oil return circuit is deprived of heat by the refrigerant from the evaporator that has exited the first internal heat exchanger in the second internal heat exchanger, and then returns into the compressor. It becomes possible to further reduce the temperature of.
[0080]
  Further, a part of the refrigerant flowing between the first and second throttle means passes through the injection circuit and is injected into the suction side of the second rotary compression element of the compressor. The rotary compression element can be cooled. Thereby, the compression efficiency of the second rotary compression element can be improved, and the temperature of the compressor itself can be effectively lowered.
[0081]
  That is, the intermediate pressure refrigerant gas compressed by the first rotary compression element is passed through the intermediate cooling circuit to suppress the temperature rise in the sealed container, and the oil separated from the refrigerant gas by the oil separator is removed. The effect of suppressing the temperature rise in the sealed container by passing through the second internal heat exchanger, and further, a part of the refrigerant flowing through the pipe between the first throttle means and the second throttle means By injecting into the suction side of the second rotary compression element, absorbing and evaporating heat from the surroundings, and cooling the second rotary compression element, the compression efficiency of the second rotary compression element can be improved. In addition, the refrigerant gas compressed by the second rotary compression element is allowed to pass through the first internal heat exchanger, so that the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator is lowered. Cooling in While greatly improving the force, it is possible to achieve also a reduction in power consumption of the compressor.
[0082]
  In this case, according to the invention of claim 1, the oil return circuit is provided by the oil separating means. The separated oil is subjected to heat exchange with the refrigerant from the evaporator that has exited the first internal heat exchanger in the second internal heat exchanger, and then returned to the compressor's sealed container. The temperature in the sealed container can be effectively reduced.
[0083]
  On the other hand, according to the invention of claim 2, the oil return circuit converts the oil separated by the oil separating means into the refrigerant from the evaporator that has left the first internal heat exchanger in the second internal heat exchanger. After the heat exchange with the compressor, the compressor is returned to the suction side of the second rotary compression element of the compressor, so that the compression efficiency is improved and the temperature of the compressor itself is effectively lowered while lubricating the second rotary compression element. Will be able to.
[0084]
  According to the invention of claim 3, in addition to the above inventions,Gas-liquid separation means is provided between the first and second throttling means, and the injection circuit decompresses the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separation means and injects it into the suction side of the second rotary compression element of the compressor Therefore, the refrigerant from the injection circuit evaporates and absorbs heat from the surroundings, and the compressor itself including the second rotary compression element can be cooled more effectively. Thereby, the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator of the refrigerant cycle can be further reduced.
[0085]
  Invention of Claim 4According to the invention, in addition to the above inventions, at least any one of carbon dioxide, HFC refrigerant R23, and nitrous oxide is used as a refrigerant. Can also contribute.
[0086]
  Also, with the above configurationClaim 5As described above, this is extremely effective when the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator is set to −50 ° C. or lower.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an internal intermediate pressure multistage compression rotary compressor constituting a transcritical refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram of the transcritical refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram of a transcritical refrigerant cycle device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a refrigerant circuit diagram of a conventional transcritical refrigerant cycle device.
[Explanation of symbols]
  10 Multi-stage compression rotary compressor
  12 Sealed container
  14 Electric elements
  32 First rotary compression element
  34 Second rotational compression element
  92, 94 Refrigerant introduction pipe
  96 Refrigerant discharge pipe
  150 Intermediate cooling circuit
  154 Gas cooler
  156 Expansion mechanism (throttle means)
  156A First expansion valve (first throttle means)
  156B Second expansion valve (second throttle means)
  157 evaporator
  160 First internal heat exchanger
  162 Second internal heat exchanger
  170 Oil separator
  175 Oil return circuit
  176 capillary tube
  200 Gas-liquid separator
  210 Injection circuit
  220 Capillary tube

Claims

A refrigerant cycle device configured by sequentially connecting a compressor, a gas cooler, a throttle means, and an evaporator, wherein the high pressure side is a supercritical pressure,
The compressor includes first and second rotary compression elements driven by a drive element in an airtight container, and refrigerant discharged by being compressed by the first rotary compression element is supplied to the second rotary compression element. Inhale and compress, discharge to the gas cooler,
An intermediate cooling circuit for radiating the refrigerant discharged from the first rotary compression element with the gas cooler;
Oil separation means for separating oil from the refrigerant compressed by the second rotary compression element;
An oil return circuit for reducing the pressure of the oil separated by the oil separation means and returning it to the compressor;
A first internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant from the second rotary compression element exiting the gas cooler and the refrigerant exiting the evaporator;
A second internal heat exchanger for exchanging heat between the oil flowing through the oil return circuit and the refrigerant from the evaporator exiting the first internal heat exchanger;
The throttling means comprises a first throttling means and a second throttling means provided on the downstream side of the first throttling means,
An injection circuit for injecting a part of the refrigerant flowing between the first and second throttle means to the suction side of the second rotary compression element of the compressor ;
The oil return circuit causes the oil separated by the oil separation means to exchange heat with the refrigerant from the evaporator that has exited the first internal heat exchanger in the second internal heat exchanger. The transcritical refrigerant cycle device is returned to the airtight container of the compressor .

A refrigerant cycle device configured by sequentially connecting a compressor, a gas cooler, a throttle means, and an evaporator, wherein the high pressure side is a supercritical pressure,
The compressor includes first and second rotary compression elements driven by a drive element in an airtight container, and refrigerant discharged by being compressed by the first rotary compression element is supplied to the second rotary compression element. Inhale and compress, discharge to the gas cooler,
An intermediate cooling circuit for radiating the refrigerant discharged from the first rotary compression element with the gas cooler;
Oil separation means for separating oil from the refrigerant compressed by the second rotary compression element;
An oil return circuit for reducing the pressure of the oil separated by the oil separation means and returning it to the compressor;
A first internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant from the second rotary compression element exiting the gas cooler and the refrigerant exiting the evaporator;
A second internal heat exchanger for exchanging heat between the oil flowing through the oil return circuit and the refrigerant from the evaporator exiting the first internal heat exchanger;
The throttling means comprises a first throttling means and a second throttling means provided on the downstream side of the first throttling means,
An injection circuit for injecting a part of the refrigerant flowing between the first and second throttle means to the suction side of the second rotary compression element of the compressor;
The oil return circuit causes the oil separated by the oil separation means to exchange heat with the refrigerant from the evaporator that has exited the first internal heat exchanger in the second internal heat exchanger. A transcritical refrigerant cycle device returning to the suction side of the second rotary compression element of the compressor .

Gas-liquid separation means is provided between the first and second throttling means,
The transition of claim 1 or 2, wherein the injection circuit decompresses the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separation means and injects the refrigerant into a suction side of a second rotary compression element of the compressor. Critical refrigerant cycle device.

The transcritical refrigerant cycle device according to claim 1, 2 or 3, wherein at least one of carbon dioxide, R23 of HFC refrigerant, and nitrous oxide is used as the refrigerant .

5. The transcritical refrigerant cycle device according to claim 1, wherein the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator is −50 ° C. or lower .