JP4278402B2 - Refrigerant cycle equipment - Google Patents
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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冷媒回路が構成される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の間の低圧側にアキュムレータを配設し、このアキュムレータに液冷媒を溜め、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、アキュムレータ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アキュムレータを設けることは、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、アキュムレータ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、係るアキュムレータを設けること無く、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から吸い込まれた低圧(LP)の冷媒は、第1の回転圧縮要素32で圧縮されて中間圧(MP)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、冷媒が空冷方式により放熱する。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温高圧(HP)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した後、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。このように、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ようになり、低圧側にアキュムレータ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。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
一方、係る二酸化炭素を使用した冷媒サイクル装置では、高圧側の圧力が通常でも12MPa以上まで上昇する。特に、コンプレッサを定速で運転した場合には、コンプレッサの起動時(プルダウン時)に高圧側の圧力は更に上昇し、図5に示す如く機器の設計圧(DP)を超えてしまい、機器の損傷を引き起こす恐れがある。そのため、インバータによりコンプレッサの回転数制御(容量制御)を実行するか、更にそれに加えて膨張弁の開度調整を行い、高圧側の圧力上昇を抑えて起動する必要があった。
【0013】
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、コンプレッサが定速で運転される場合にも高圧側圧力の異常上昇による不都合の発生を未然に回避することができる冷媒サイクル装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の冷媒サイクル装置では、第1の圧縮要素から吐出され、第2の圧縮要素に吸い込まれる冷媒を放熱させるための中間冷却回路と、この中間冷却回路と低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた減圧手段及び弁装置とを備え、中間冷却回路は、ガスクーラを通過するよう設けられると共に、コンプレッサの起動時に、弁装置によりバイパス回路の流路を開放するので、第1の圧縮要素で圧縮され中間冷却回路に流入した中間圧の冷媒をバイパス回路から低圧側に逃がすことが可能となる。
【0015】
中間圧の冷媒ガスが低圧側に流入することで、中間圧が低下し、これに伴い、高圧側の圧力も低下するので、コンプレッサが定速で運転される場合にも、起動時における高圧側圧力が異常上昇してしまう不都合を未然に回避し、耐久性の向上と円滑な運転を確保することができるようになる。また、中間圧の冷媒はバイパス回路に設けられた減圧手段にて減圧された後、低圧側に流入するので、低圧側の圧力が上がり過ぎる不都合を回避することができるようになる。
【0016】
特に、中間冷却回路はガスクーラを通過するよう設けられているので、第1の圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒はガスクーラにて冷却した後、低圧側の冷媒と合流するので、コンプレッサの内部温度の上昇を防ぐことができるようになる。
【0017】
請求項2の発明では上記発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から所定時間バイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【0018】
請求項3の発明では請求項1の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から冷媒回路内の冷媒の圧力が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【0019】
請求項4の発明では請求項1の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から当該コンプレッサの駆動電流が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【0020】
請求項5の発明では請求項1の発明に加えて、弁装置により、コンプレッサの起動から冷媒回路内の冷媒の温度が所定値に到達するまでバイパス回路の流路を開放することを特徴とする。
【0021】
請求項6の発明では上記各発明に加えて、冷媒として二酸化炭素を使用するので環境問題にも寄与することができるようになる。
【0022】
【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の回転圧縮要素(第1の圧縮要素)32及び第2の回転圧縮要素(第2の圧縮要素)34を備えた内部中間圧型多段(2段)圧縮式のロータリコンプレッサ10の縦断面図、図2は本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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が挟持されている。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。
【0027】
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。
【0028】
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(MP)の冷媒ガスが密閉容器12内に吐出される。
【0029】
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。
【0030】
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は後述する中間冷却回路150に設けられたガスクーラ154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。
【0031】
また、スリーブ142内には下シリンダ40に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管94の一端が挿入接続され、この冷媒導入管94の一端は下シリンダ40の吸込通路60と連通する。また、スリーブ143内には冷媒吐出管96が挿入接続され、この冷媒吐出管96の一端は吐出消音室62と連通する。
【0032】
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を出た冷媒配管は内部熱交換器160を通過する。この内部熱交換器160はガスクーラ154から出た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。
【0033】
内部熱交換器160を通過した冷媒配管は絞り手段としての膨張弁156に至る。そして、膨張弁156の出口は蒸発器157の入口に接続され、蒸発器157を出た冷媒配管は内部熱交換器160を経て冷媒導入管94に接続される。
【0034】
また、冷媒回路には本発明における中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路170が設けられている。即ち、中間圧領域である中間冷却回路150のガスクーラ154からコンプレッサ10に至る冷媒導入管92の途中部からはバイパス回路170が分岐している(図1では示さず)。そして、バイパス回路170は冷媒回路における低圧側である冷媒導入管94に接続されている。このバイパス回路170には、中間圧領域からの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172と、バイパス回路170の流路を開閉するための弁装置としてのバイパス弁174が設けられている。このバイパス弁174は図示しない制御装置にて開閉が制御される。尚、前記中間圧領域は第1の回転圧縮要素32で圧縮された冷媒が、第2の回転圧縮要素34に吸い込まれるまでの経路の全てが相当するものであり、バイパス回路170は、実施例の位置に限らず、中間圧の冷媒ガスが通過する経路と低圧の冷媒ガスが通過する経路とを連通するものであれば、接続箇所は特に限定されない。
【0035】
以上の構成で次に本発明の冷媒サイクル装置の動作を説明する。尚、コンプレッサ10の起動前には前記バイパス回路170のバイパス弁174は図示しない制御装置により閉じられているものとする。また、当該制御装置はコンプレッサ10の電動要素14を定速で運転するものであり、インバータなどの容量制御手段は用いない。即ち、制御装置によりターミナル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が回転し始める。この電動要素14の起動に同期して上記制御装置はバイパス回路170のバイパス弁174を開放する。
【0036】
前記ロータ24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。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(LP:通常運転状態で4MPa程)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(MP:通常運転状態で8MPa程)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(MP)となる。
【0037】
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、スリーブ144から出て中間冷却回路150に流入する。そして、この中間冷却回路150に流入した冷媒ガスがガスクーラ154を通過する過程で空冷方式により放熱する。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。
【0038】
ガスクーラ154に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る。
【0039】
ここで、コンプレッサ10の電動要素14はインバータなどを用いずに定速で運転されるため、その起動時には第2の回転圧縮要素34の吐出側、即ち、高圧側の圧力は急激に上昇し、最悪の場合には冷媒回路の設計圧(耐圧限界)を超えてしまう場合もある。しかしながら、本発明では中間冷却回路150においてガスクーラ154で冷却された冷媒ガスの一部はガスクーラ154からコンプレッサ10に至る冷媒導入管92の途中部から分岐している前記バイパス回路170に流入し、そこでキャピラリチューブ172にて減圧された後、冷媒導入管94に逃げる。そして、蒸発器157を経て内部熱交換器160からの低圧側の冷媒ガスと合流して第1の回転圧縮要素32の下シリンダ40の低圧室側に吸入されることになる。これにより、中間圧領域の冷媒ガスの一部を冷媒導入管94に逃がすことができるので、中間圧領域の冷媒圧力が低下する。
【0040】
即ち、第2の回転圧縮要素34に吸い込まれる冷媒ガスの圧力が低下することで、第2の回転圧縮要素34で圧縮される冷媒ガスの圧力上昇も抑えることができる。このように、本発明では中間圧の冷媒ガスの一部を冷媒導入管94に逃がすので、図3に示すように中間圧領域の冷媒圧力が低下し、その結果、高圧側の冷媒の圧力上昇が抑えられる。これにより、コンプレッサ10の起動時(プルダウン時)に第2の回転圧縮要素34で圧縮された冷媒ガスの圧力が異常に上昇して、冷媒回路内の冷媒配管等が劣化したり、最悪、破損すると云った不都合を回避することができるようになる。
【0041】
また、冷媒ガスはバイパス回路170に設けられたキャピラリチューブ172にて減圧された後、冷媒導入管94に供給されるので、低圧が必要以上に上昇し、中間圧が更に上昇するといった不都合も回避することができるようになる。更に、第1の回転圧縮要素32で圧縮された冷媒ガスはガスクーラ154を通過する過程で放熱し、バイパス回路170に設けられたキャピラリチューブ172にて減圧した後、低圧の冷媒ガスと合流する。このように、ガスクーラ154にて中間圧領域の冷媒ガスを冷却した後に、低圧側の冷媒と合流させることで、コンプレッサ10の内部温度の上昇を防ぐことができるようになる。
【0042】
尚、前記制御装置は、コンプレッサ10を起動してから所定時間(1分乃至10分)経過すると、バイパス弁174を閉じる。以後は第1の回転圧縮要素32で圧縮され、冷媒導入管92に入り、スリーブ144を出て中間冷却回路150に流入し、ガスクーラ154にて放熱した冷媒ガスは全て、上部支持部材54に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから第2の回転圧縮要素34の上シリンダ38の低圧室側に吸入されることになる。
【0043】
他方、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た冷媒ガスは、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温高圧(HP:通常運転状態で12MPa程)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おり、この冷媒吐出管96から吐出された冷媒ガスはガスクーラ154に流入する。
【0044】
ガスクーラ154に流入した冷媒ガスは空冷方式により放熱した後、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。これにより、冷媒の過冷却度が大きくなるという効果によって、蒸発器157における冷媒の冷却能力が向上する。
【0045】
内部熱交換器160で冷却された高圧側の冷媒ガスは膨張弁156に至る。尚、膨張弁156の入口では冷媒ガスはまだ気体の状態である。冷媒は膨張弁156における圧力低下により、ガス/液体の二相混合体とされ、その状態で蒸発器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。
【0046】
その後、冷媒は蒸発器157から流出して、内部熱交換器160を通過する。そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。このように、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。そこで、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、冷媒は過熱度が取れて完全に気体となる。これにより、低圧側にアキュムレータを設けること無く、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。
【0047】
尚、内部熱交換器160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。このとき、起動時(プルダウン時)以外の通常運転状態(安定時)では、冷媒の圧力は図3に示すように冷媒回路内の冷媒配管などの前記設計圧(DP)を超えること無く、安定した圧力で運転される。
【0048】
このように、冷媒回路の中間圧領域と低圧側とを連通するバイパス回路170と、当該バイパス回路170にキャピラリチューブ172及びバイパス弁174とを設けて、コンプレッサ10の起動時等に、バイパス弁174によりバイパス回路170の流路を開放することで、中間圧領域の冷媒ガスを低圧側に逃がすことができるようになる。これにより、中間圧領域の冷媒圧力が低下し、第2の回転圧縮要素34で圧縮される冷媒ガスの圧力上昇も抑えることができるようになる。このため、起動時に高圧側の冷媒の圧力が異常上昇して、当該冷媒ガスにより冷媒配管が劣化したり、最悪、破損すると云った不都合を回避することができるようになる。
【0049】
これにより、冷媒サイクル装置の耐久性を確保することができ、信頼性の向上を図ることができるようになる。
【0050】
更に、バイパス回路170に流入した冷媒ガスは当該バイパス回路170に設けられたキャピラリチューブ172にて減圧された後、低圧側に流入するので、当該冷媒が低圧側に流入することで、低圧が上昇して、中間圧が更に上昇するといった不都合も回避することができるようになる。
【0051】
尚、本実施例では図示しない制御装置によりバイパス弁174をコンプレッサ10の起動時から開放し、その後所定時間経過した時点で閉じることとしたが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、冷媒回路内の冷媒温度や冷媒圧力、若しくはコンプレッサの起動電流が所定値に到達するまでバイパス回路170の流路を開放するものであっても良い。また、上記冷媒回路内の冷媒温度によりバイパス回路への冷媒流通を制御する場合、冷媒温度としては、例えば、蒸発器157における冷媒の蒸発温度を図示しない制御装置に接続された冷媒温度センサなどにより検出し、起動時からバイパス弁174を開いて、当該冷媒温度センサにて検出される蒸発器157における冷媒の蒸発温度が所定値に低下した時点で閉じる制御を行っても良い。
【0052】
また、実施例ではコンプレッサ10は内部中間圧型の多段(2段)圧縮式ロータリコンプレッサを用いて説明したが、本発明に使用可能なコンプレッサはこれに限定されるものではなく、3段以上の多段圧縮式のコンプレッサであっても本発明は有効である。尚、本実施例ではコンプレッサ10を定速で運転するものとしたが、インバータによりコンプレッサの回転数制御するものに本発明を適応しても良い。この場合には、起動時の回転数制御をより容易に行うことができるようになるので、制御機能の簡素化を図ることができるようになる。
【0053】
【発明の効果】
以上詳述する如く本発明の冷媒サイクル装置によれば、第1の圧縮要素から吐出され、第2の圧縮要素に吸い込まれる冷媒を放熱させるための中間冷却回路と、この中間冷却回路と低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた減圧手段及び弁装置とを備え、中間冷却回路は、ガスクーラを通過するよう設けられると共に、コンプレッサの起動時に、弁装置によりバイパス回路の流路を開放するので、第1の圧縮要素で圧縮され中間冷却回路に流入した中間圧の冷媒をバイパス回路から低圧側に逃がすことが可能となる。
【0054】
中間圧の冷媒ガスが低圧側に流入することで、中間圧が低下し、これに伴い、高圧側の圧力も低下するので、コンプレッサが定速で運転される場合にも、起動時における高圧側圧力が異常上昇してしまう不都合を未然に回避し、耐久性の向上と円滑な運転を確保することができるようになる。また、中間圧の冷媒はバイパス回路に設けられた減圧手段にて減圧された後、低圧側に流入するので、低圧側の圧力が上がり過ぎる不都合を回避することができるようになる。
【0055】
また、中間圧の冷媒はバイパス回路に設けられた減圧手段にて減圧した後、低圧側に流入するので、低圧が上がり過ぎる不都合を回避することができるようになる。
【0056】
特に、中間冷却回路はガスクーラを通過するよう設けられているので、第1の圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒はガスクーラにて冷却した後、低圧側の冷媒と合流するので、コンプレッサの内部温度の上昇を防ぐことができるようになる。
【0057】
総じて、耐久性の向上と円滑な運転を確保することができるようになり、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。
【0058】
特に、請求項6の如き高圧側の圧力が極めて高くなる二酸化炭素を冷媒として用いる装置に好適であると共に、係る二酸化炭素を冷媒として使用すれば環境問題にも寄与することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の冷媒サイクル装置に使用する実施例のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図2】 本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図3】 本発明の冷媒サイクル装置における冷媒圧力の推移を示す図である。
【図4】 従来の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図5】 従来の冷媒サイクル装置における冷媒圧力の推移を示す図である。
【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 膨張弁(絞り手段)
157 蒸発器
160 内部熱交換器
170 バイパス回路
172 キャピラリチューブ
174 バイパス弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a refrigerant cycle apparatus in which a refrigerant circuit is configured by sequentially connecting a compressor, a gas cooler, a throttle means, and an evaporator.
[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 deal with global environmental problems, even in this type of refrigerant cycle, carbon dioxide (CO 2 ), which is a natural refrigerant, is used as a refrigerant without using conventional chlorofluorocarbon, and the high pressure side is used as a supercritical pressure. Devices using transcritical refrigerant cycles to operate have been developed.
[0004]
In such a refrigerant cycle device, an accumulator is disposed on the low pressure side between the outlet side of the evaporator and the suction side of the compressor in order to prevent the liquid refrigerant from returning into the compressor and compressing the liquid. The liquid refrigerant was stored in the tank and only the gas was sucked into the compressor. And the throttle means was adjusted so that the liquid refrigerant in an accumulator may not return to a compressor (for example, refer to patent documents 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 7-18602 [0006]
However, providing an accumulator 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 accumulator 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 an accumulator, the applicant tried to develop the refrigerant cycle apparatus shown in FIG.
[0007]
In FIG. 4,
[0008]
The operation of the refrigerant cycle device in this case will be described. The low-pressure (LP) refrigerant sucked from the
[0009]
Thereafter, the second
[0010]
The refrigerant gas discharged from the
[0011]
The refrigerant heated by the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in the refrigerant cycle apparatus using such carbon dioxide, the pressure on the high pressure side rises to 12 MPa or more even in normal cases. In particular, when the compressor is operated at a constant speed, the pressure on the high-pressure side further increases when the compressor is started (when pulling down), and exceeds the design pressure (DP) of the device as shown in FIG. May cause damage. Therefore, it is necessary to start the compressor while controlling the rotation speed (capacity control) of the compressor by the inverter or by adjusting the opening of the expansion valve in addition to suppressing the pressure increase on the high pressure side.
[0013]
The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and it is possible to avoid the occurrence of inconvenience due to an abnormal increase in the high-pressure side pressure even when the compressor is operated at a constant speed. It is an object of the present invention to provide a refrigerant cycle device that can be used.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
That is, in the refrigerant cycle device of the present invention, an intermediate cooling circuit for dissipating the refrigerant discharged from the first compression element and sucked into the second compression element, and a bypass communicating the intermediate cooling circuit and the low pressure side comprising a circuit, a decompression means and a valve device provided in the bypass circuit, intermediate cooling circuit, with provided so as to pass through the gas cooler, at the start of the compressor, so opening the flow path of the bypass circuit by the valve device The intermediate pressure refrigerant compressed by the first compression element and flowing into the intermediate cooling circuit can be released from the bypass circuit to the low pressure side.
[0015]
Since the intermediate pressure of the refrigerant gas flows into the low pressure side, the intermediate pressure decreases, and the pressure on the high pressure side also decreases.Therefore, even when the compressor is operated at a constant speed, It is possible to avoid the inconvenience that the pressure increases abnormally, and to improve the durability and ensure smooth operation. Further, since the intermediate pressure refrigerant is decompressed by the decompression means provided in the bypass circuit and then flows into the low pressure side, it is possible to avoid the disadvantage that the pressure on the low pressure side is excessively increased.
[0016]
In particular, since the intermediate cooling circuit is provided so as to pass through the gas cooler, the intermediate-pressure refrigerant compressed by the first compression element is cooled by the gas cooler and then merged with the low-pressure side refrigerant. It becomes possible to prevent the temperature from rising.
[0017]
The invention of claim 2 is characterized in that, in addition to the above invention, the flow path of the bypass circuit is opened for a predetermined time from the start of the compressor by a valve device.
[0018]
The invention of claim 3 is characterized in that, in addition to the invention of claim 1, the valve device opens the flow path of the bypass circuit from the start of the compressor until the pressure of the refrigerant in the refrigerant circuit reaches a predetermined value. .
[0019]
The invention of claim 4 is characterized in that, in addition to the invention of claim 1, the valve device opens the flow path of the bypass circuit from the start of the compressor until the drive current of the compressor reaches a predetermined value.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the first aspect, the valve device opens the flow path of the bypass circuit from the start of the compressor until the temperature of the refrigerant in the refrigerant circuit reaches a predetermined value. .
[0021]
In the invention of claim 6, in addition to the above-mentioned inventions, carbon dioxide is used as a refrigerant, so that it can contribute to environmental problems.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 includes a first rotary compression element (first compression element) 32 and a second rotary compression element (second compression element) 34 as an example of a compressor used in the refrigerant cycle apparatus of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an internal intermediate pressure type multi-stage (two-stage)
[0023]
In each figure,
[0024]
The sealed
[0025]
The
[0026]
An
[0027]
On the other hand, the
[0028]
The discharge silencer chamber 64 and the inside of the sealed
[0029]
And, as the refrigerant, the above-mentioned carbon dioxide (CO 2 ), which is a natural refrigerant in consideration of flammability and toxicity, is used as the refrigerant, and the oil as the lubricating oil is, for example, mineral oil (mineral oil), Existing oils such as alkylbenzene oil, ether oil, ester oil, and PAG (polyalkyl glycol) are used.
[0030]
On the side surface of the container
[0031]
In addition, one end of a
[0032]
Next, in FIG. 2, the
[0033]
The refrigerant pipe that has passed through the
[0034]
The refrigerant circuit is provided with a
[0035]
Next, the operation of the refrigerant cycle apparatus of the present invention will be described with the above configuration. It is assumed that the
[0036]
As the
[0037]
The intermediate-pressure refrigerant gas in the sealed
[0038]
The intermediate-pressure refrigerant gas cooled by the gas cooler 154 passes through a suction passage (not shown) formed in the
[0039]
Here, since the
[0040]
That is, since the pressure of the refrigerant gas sucked into the second
[0041]
Further, since the refrigerant gas is depressurized by the
[0042]
The control device closes the
[0043]
On the other hand, the refrigerant gas sucked into the low-pressure chamber side of the upper cylinder 38 of the second
[0044]
The refrigerant gas flowing into the
[0045]
The high-pressure side refrigerant gas cooled by the
[0046]
Thereafter, the refrigerant flows out of the
[0047]
The refrigerant heated by the
[0048]
In this way, the
[0049]
Thereby, the durability of the refrigerant cycle device can be ensured, and the reliability can be improved.
[0050]
Furthermore, since the refrigerant gas flowing into the
[0051]
In this embodiment, the
[0052]
In the embodiment, the
[0053]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the refrigerant cycle device of the present invention, the intermediate cooling circuit for radiating the refrigerant discharged from the first compression element and sucked into the second compression element, the intermediate cooling circuit and the low pressure side preparative includes a bypass circuit that communicates, and a pressure reducing means and a valve device provided in the bypass circuit, intermediate cooling circuit, with provided so as to pass through the gas cooler, the compressor starts, the flow of the bypass circuit by the valve device Since the passage is opened, the intermediate pressure refrigerant compressed by the first compression element and flowing into the intermediate cooling circuit can be released from the bypass circuit to the low pressure side.
[0054]
Since the intermediate pressure of the refrigerant gas flows into the low pressure side, the intermediate pressure decreases, and the pressure on the high pressure side also decreases.Therefore, even when the compressor is operated at a constant speed, It is possible to avoid the inconvenience that the pressure increases abnormally, and to improve the durability and ensure smooth operation. Further, since the intermediate pressure refrigerant is decompressed by the decompression means provided in the bypass circuit and then flows into the low pressure side, it is possible to avoid the disadvantage that the pressure on the low pressure side is excessively increased.
[0055]
Further, since the intermediate pressure refrigerant is decompressed by the decompression means provided in the bypass circuit and then flows into the low pressure side, it is possible to avoid the disadvantage that the low pressure is excessively increased.
[0056]
In particular, since the intermediate cooling circuit is provided so as to pass through the gas cooler, the intermediate-pressure refrigerant compressed by the first compression element is cooled by the gas cooler and then merged with the low-pressure side refrigerant. It becomes possible to prevent the temperature from rising.
[0057]
In general, the durability and smooth operation can be ensured, and the reliability of the refrigerant cycle device can be improved.
[0058]
In particular, the present invention is suitable for a device using carbon dioxide having a very high pressure on the high pressure side as a refrigerant, and can also contribute to environmental problems if such carbon dioxide is used as a refrigerant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotary compressor of an embodiment used in a refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram of the refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing changes in refrigerant pressure in the refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 4 is a refrigerant circuit diagram of a conventional refrigerant cycle device.
FIG. 5 is a graph showing changes in refrigerant pressure in a conventional refrigerant cycle device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の圧縮要素から吐出され、前記第2の圧縮要素に吸い込まれる冷媒を放熱させるための中間冷却回路と、
該中間冷却回路と低圧側とを連通するバイパス回路と、
該バイパス回路に設けられた減圧手段及び弁装置とを備え、
前記中間冷却回路は、前記ガスクーラを通過するよう設けられると共に、
前記コンプレッサの起動時に、前記弁装置により前記バイパス回路の流路を開放することを特徴とする冷媒サイクル装置。A refrigerant circuit is configured by sequentially connecting a compressor, a gas cooler, a throttle means, and an evaporator, and the compressor includes first and second compression elements driven by a driving element, and the low-pressure side of the refrigerant circuit The refrigerant cycle device that sucks and compresses the refrigerant from the first compression element and compresses the intermediate pressure refrigerant discharged from the first compression element into the second compression element, compresses it, and discharges it to the gas cooler In
An intermediate cooling circuit for releasing heat from the refrigerant discharged from the first compression element and sucked into the second compression element;
A bypass circuit communicating the intermediate cooling circuit and the low pressure side;
A pressure reducing means and a valve device provided in the bypass circuit,
The intermediate cooling circuit is provided to pass through the gas cooler,
A refrigerant cycle device that opens a flow path of the bypass circuit by the valve device when the compressor is started.
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