JP5599514B2 - Two-stage compressor and heat pump device - Google Patents
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Description
本発明は蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられる二段圧縮機、及びこの二段圧縮機を備えたヒートポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a two-stage compressor used in a vapor compression refrigeration cycle, and a heat pump apparatus including the two-stage compressor.
冷凍冷蔵庫、空調機及びヒートポンプ式給湯機等には、冷媒圧縮機を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル技術が広く用いられている。近年、地球温暖化防止を図る観点から、一層の省エネルギー化、高効率化の要望が高まり、低段側圧縮部と高段側圧縮部を直列に接続した二段圧縮機を用いた二段圧縮インジェクションサイクル技術も注目され、一部製品化されている。 Vapor compression refrigeration cycle technology using a refrigerant compressor is widely used in refrigerator-freezers, air conditioners, heat pump water heaters, and the like. In recent years, from the viewpoint of preventing global warming, demand for further energy saving and higher efficiency has increased, and two-stage compression using a two-stage compressor in which a low-stage compression section and a high-stage compression section are connected in series. Injection cycle technology is also attracting attention and has been partially commercialized.
二段圧縮インジェクションサイクル技術に用いられる一般的な二段圧縮機の一例として、例えば、非特許文献1に開示されている二段ロータリ圧縮機がある。非特許文献1に記載の二段ロータリ圧縮機は、密閉容器内に低段側圧縮部及び高段側圧縮部を備え、低段側圧縮部の吐出側と高段側圧縮部の吸入側とが中間連結管で接続された構成となっている。また、この二段ロータリ圧縮機は、中間連結管の密閉容器外に配置された部分にインジェクション流路を接続し、当該接続部からインジェクション冷媒をインジェクションする構成となっている。
As an example of a general two-stage compressor used in the two-stage compression injection cycle technology, for example, there is a two-stage rotary compressor disclosed in Non-Patent
このような二段圧縮機には、湿り冷媒(乾き度0〜1の範囲で変化、通常は0.5程度)がインジェクションされる。インジェクション冷媒は低段側圧縮部から吐出されたガス冷媒と混合され、この混合された冷媒は、高段側圧縮部に吸入される。この高段側圧縮部に吸入される冷媒は、飽和ガス状態より高温のガス冷媒となっているのが理想的である。しかしながら、インジェクション冷媒が低段側圧縮部から吐出されたガス冷媒と十分に混合されない場合、湿り状態のインジェクション冷媒がそのまま高段側圧縮部に吸入されることになる。このとき、インジェクション冷媒は一部液状態であるため、高段側圧縮部に冷媒が吸入されると、圧縮機構隙間に介在する油膜をはがして、圧縮機構の損傷や圧縮ガスの漏れ増加を招く原因となる。さらに、インジェクション流路から液冷媒や湿り冷媒を多量に流入する場合には、高段側圧縮部に液冷媒のまま流入しやすくなるので、液圧縮による圧縮機構の損傷を招く原因となりやすい。このため、低段側圧縮部から吐出されたガス冷媒とインジェクション冷媒を混合し高段側圧縮部に吸入する場合、できるだけ均一なガス状態に近づける対策が必要である。 Such a two-stage compressor is injected with a wet refrigerant (changes in a dryness range of 0 to 1, usually about 0.5). The injection refrigerant is mixed with the gas refrigerant discharged from the lower stage compression section, and the mixed refrigerant is sucked into the higher stage compression section. Ideally, the refrigerant sucked into the higher stage compression section is a gas refrigerant having a temperature higher than that of the saturated gas state. However, when the injection refrigerant is not sufficiently mixed with the gas refrigerant discharged from the lower stage compression section, the wet injection refrigerant is sucked into the higher stage compression section as it is. At this time, since the injection refrigerant is partially in a liquid state, if the refrigerant is sucked into the high-stage compression section, the oil film interposed in the compression mechanism gap is peeled off, resulting in damage to the compression mechanism and increased leakage of compressed gas. Cause. Furthermore, when a large amount of liquid refrigerant or wet refrigerant flows from the injection flow path, it tends to flow into the high-stage compression section as liquid refrigerant, which is likely to cause damage to the compression mechanism due to liquid compression. For this reason, when the gas refrigerant discharged from the low-stage side compression section and the injection refrigerant are mixed and sucked into the high-stage side compression section, it is necessary to take measures to make the gas state as uniform as possible.
上記の対策を施した従来技術としては、例えば特許文献1や特許文献2に開示されたものが知られている。
特許文献1には、ガスインジェクション管を介して圧縮機の圧縮行程中にインジェクションするヒートポンプ式暖房装置において、上記ガスインジェクション管の途中に、ガスインジェクション管内の冷媒を圧縮機からの放出熱で加熱する熱交換部を設けるとともに、気液分離後の液冷媒の一部とも熱交換する構成が開示されている。特許文献1に開示されたヒートポンプ式暖房装置は、従来、密閉容器から放出していた熱量の一部を回収し、暖房能力(または給湯能力)を増加させる効果が得られる。
特許文献2の従来技術は、特許文献1の圧縮機を二段ロータリ式圧縮機に置き換えた構成となっている。例えば、特許文献2に開示された二段ロータリ式圧縮機は、インジェクション冷媒又は低段側圧縮部から吐出された冷媒を加熱する熱交換部を備えている。この熱交換部は、圧縮機の密閉容器の外面部において、インジェクション冷媒又は低段側圧縮部から吐出された冷媒を加熱するものである。また、この熱交換部は、圧縮機の密閉容器において、高段側圧縮部から吐出された高圧冷媒やこの高圧冷媒環境下に貯留されている潤滑油と、インジェクション冷媒又は低段側圧縮部から吐出された冷媒と、を熱交換するものである。For example, those disclosed in
In
The prior art of
特許文献1及び特許文献2に記載の従来技術は、インジェクション冷媒によって圧縮機の放熱量を一部回収できるので、暖房能力(または給湯能力)を向上させる効果が得られる。しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の従来技術は、高段側圧縮部が吸入する冷媒の温度が上昇して吸入加熱損失が増加するので、圧縮機の効率が低下してしまう(非特許文献1を参照)。このため、特許文献1及び特許文献2に記載の従来技術では、暖房COPは必ずしも改善されない。また、特許文献1及び特許文献2に記載の従来技術は、もともと、冷房能力を向上させる技術ではなく、その上、上記吸入加熱損失が増加するため圧縮機効率が低下して冷房COPは低下する。すなわち、特許文献1及び特許文献2に記載の従来技術は、暖房(給湯)専用装置に適した技術であって、冷房と暖房を兼用する装置には適さない。さらに、暖房(給湯)専用装置であっても非インジェクション運転する場合、特許文献2の図2−1、図7−1及び図8−1に開示された二段圧縮機は、上記吸入加熱損失が増加するため圧縮機効率が低下し暖房COPを低下させる。以上、特許文献1及び特許文献2に記載の従来技術は、暖房(給湯)専用装置で、インジェクション運転で暖房能力(または給湯能力)を向上させる必要がある場合のみで有効な発明である。それ以外の用途では、かえって、COP低下させる危険性があるので要注意である。
Since the prior art described in
また、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられる二段圧縮機は、インジェクション冷媒等が熱交換する熱交換部を密閉容器内にコンパクトに配置することや、低段側圧縮部から高段側圧縮部までの中間連結部で発生する圧力損失を小さくすることも重要な課題である。しかしながら、特許文献2に記載の従来の二段圧縮機は、これらを改善するための具体的な構造検討が不十分であった。
In addition, the two-stage compressor used in the vapor compression refrigeration cycle has a heat exchange part that exchanges heat with an injection refrigerant or the like in a compact container, or from a low-stage compression part to a high-stage compression part. It is also an important issue to reduce the pressure loss generated at the intermediate connecting portion. However, the conventional two-stage compressor described in
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、蒸気圧縮式冷凍サイクルのインジェクション運転範囲拡大と、二段圧縮機の効率改善及び信頼性向上との両立を図ることが可能な二段圧縮機を得ることを第1の目的とする。また、この二段圧縮機を備えたヒートポンプ装置を得ることを第2の目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to achieve both the expansion of the injection operation range of the vapor compression refrigeration cycle and the improvement of the efficiency and reliability of the two-stage compressor. A first object is to obtain a possible two-stage compressor. A second object is to obtain a heat pump apparatus equipped with this two-stage compressor.
本発明に係る二段圧縮機は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用されるものであり、吸入管を介して導かれた前記蒸気圧縮式冷凍サイクルの低圧冷媒を圧縮する低段側圧縮部と、該低段側圧縮部から吐出された冷媒を圧縮し、吐出管を介して前記蒸気圧縮式冷凍サイクルへ高圧冷媒を吐出する高段側圧縮部と、前記低段側圧縮部の吐出側と前記高段側圧縮部の吸入側とを連結する中間連結部と、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部を少なくとも収容する密閉容器と、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部を駆動する駆動装置と、インジェクション冷媒を前記中間連結部に導くインジェクション流路と、前記インジェクション流路と前記中間連結部とを接続する注入口と、を備えた二段圧縮機であって、前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒と前記中間連結部を流れる冷媒とを熱交換させる熱交換部を前記密閉容器内に備え、前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒は、前記熱交換部で熱交換した後に前記中間連結部に流入し、前記低段側圧縮部から吐出された冷媒と混合され、
前記中間連結部は、前記低段側圧縮部から冷媒が吐出される第1マフラ空間が形成され、当該マフラ空間に吐出された冷媒を第1連通口から流出する第1マフラと、該第1マフラの前記第1連通口と前記高段側圧縮部の吸入側とを連結する中間連結流路と、前記インジェクション流路を第1マフラに接続する注入口と、を備え、前記第1マフラを形成する容器部に前記熱交換部を備え、前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒は、前記熱交換部を介して、前記低段側圧縮部から前記第1マフラ空間に吐出された冷媒と熱交換し、前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒は、前記熱交換部で熱交換した後に、前記第1マフラ空間に流入し、前記低段側圧縮部から吐出された冷媒と混合される。
A two-stage compressor according to the present invention is used in a vapor compression refrigeration cycle, and a low-stage side compression unit that compresses a low-pressure refrigerant of the vapor compression refrigeration cycle guided through a suction pipe; A high-stage compression section that compresses the refrigerant discharged from the low-stage compression section and discharges high-pressure refrigerant to the vapor compression refrigeration cycle via a discharge pipe; a discharge side of the low-stage compression section; An intermediate connecting part that connects the suction side of the high stage side compression part, a sealed container that houses at least the low stage side compression part and the high stage side compression part, the low stage side compression part, and the high stage side compression A two-stage compressor comprising: a driving device that drives a section; an injection flow path that guides an injection refrigerant to the intermediate connection section; and an inlet that connects the injection flow path and the intermediate connection section ; The flow through the injection flow path A heat exchange part that exchanges heat between the injection refrigerant and the refrigerant that flows through the intermediate connection part is provided in the sealed container, and the injection refrigerant that flows through the injection flow path is heat-exchanged by the heat exchange part, and then the intermediate connection part Is mixed with the refrigerant discharged from the low-stage compression section ,
The intermediate connecting portion is formed with a first muffler space in which refrigerant is discharged from the low-stage compression portion, and the first muffler that flows out the refrigerant discharged into the muffler space from the first communication port; An intermediate connection channel that connects the first communication port of the muffler and the suction side of the high-stage compression unit, and an injection port that connects the injection channel to the first muffler, and the first muffler The container section to be formed includes the heat exchange section, and the injection refrigerant flowing through the injection flow path exchanges heat with the refrigerant discharged from the low-stage compression section to the first muffler space via the heat exchange section. The injection refrigerant flowing through the injection flow path is heat-exchanged by the heat exchange unit, then flows into the first muffler space, and is mixed with the refrigerant discharged from the low-stage compression unit.
本発明に係るヒートポンプ装置は、上記の二段圧縮機を備えたものである。 A heat pump device according to the present invention includes the above-described two-stage compressor.
本発明に係る二段圧縮機は、蒸気圧縮式冷凍サイクルのインジェクション運転範囲拡大と、二段圧縮機の効率改善及び信頼性向上との両立を図ることができる。 The two-stage compressor according to the present invention can achieve both expansion of the injection operation range of the vapor compression refrigeration cycle and improvement in efficiency and reliability of the two-stage compressor.
以下、実施の形態1〜実施の形態3において、本発明に係る二段圧縮機の一例について説明する。また、実施の形態4において、本発明に係る二段圧縮機を備えたヒートポンプ装置の一例について説明する。
なお、実施の形態1〜実施の形態3では回転ピストン式のロータリ二段圧縮機を例に本発明を説明するが、本発明に係る二段圧縮機は回転ピストン式のロータリ二段圧縮機に限定されるものではない。また、以下の説明では、冷媒の圧力を「高圧」、「中圧」、「低圧」と表現するが、これらの圧力は絶対的な圧力ではなく、使用冷媒やヒートポンプ装置の運転条件等によって変化する相対的な圧力を意味する。Hereinafter, in
In the first to third embodiments, the present invention will be described by taking a rotary piston type rotary two-stage compressor as an example. However, the two-stage compressor according to the present invention is a rotary piston type rotary two-stage compressor. It is not limited. In the following explanation, the pressure of the refrigerant is expressed as “high pressure”, “medium pressure”, and “low pressure”, but these pressures are not absolute pressures, but change depending on the refrigerant used, the operating conditions of the heat pump device, etc. Means relative pressure.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る二段圧縮機を示す縦断面図である。また、図2は、図1のA−A’断面図である。なお、図1及び図2に示す矢印は、冷媒の流れを示すものである。
1 is a longitudinal sectional view showing a two-stage compressor according to
本実施の形態1に係る二段圧縮機100は、低段側圧縮部10及び高段側圧縮部20の2つの圧縮部(圧縮機構)を有するものである。この二段圧縮機100は、密閉シェル8(密閉容器)の内部に、低段側圧縮部10、高段側圧縮部20、低段吐出マフラ30、高段吐出マフラ50、下部支持部材60、上部支持部材70、貯蔵部3、中間仕切板5、駆動軸6、モータ部9等を備えている。より詳しくは、密閉シェル8の内部には、下部から上部にかけて、低段吐出マフラ30、下部支持部材60、低段側圧縮部10、中間仕切板5、高段側圧縮部20、上部支持部材70、高段吐出マフラ50及びモータ部9の順で積層配置されている。また、駆動軸6は、密閉シェル8の上下方向に沿って設けられており、密閉シェル8の下部(つまり、駆動軸6の下端部)には、潤滑油を貯留する貯蔵部3が形成されている。この潤滑油は、各圧縮部や各軸受け部等を潤滑するものである。
The two-
低段側圧縮部10は、シリンダ11、回転ピストン12及びベーン14等で構成されている。シリンダ11は、略平行平板形状をしており、略中心部には略円筒形状のシリンダ室内11aが形成されている。このシリンダ室内11aは、下部開口が下部支持部材60(詳しくは、吐出口側面部62)によって閉塞され、上部開口が中間仕切板5によって閉塞され、気密性が確保されている。また、シリンダ室内11aには、シリンダ11に形成された吸入口15と、吐出口側面部62に形成された吐出口16が連通している。吸入口15は、密閉シェル8の外部に設けられた連結管4及び吸入マフラ7を介して、吸入管1と接続されている。つまり、吸入口15は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの低圧側と接続されることとなる。より詳しくは、蒸気圧縮式冷凍サイクルを流れる低圧冷媒は吸入管1を介して吸入マフラ7に流入してガス冷媒と液冷媒に分離され、分離されたガス冷媒が連結管4を介して吸入口15からシリンダ室内11aに流入することとなる。また、吐出口16は、中間連結部(低段吐出マフラ30及び中間連結流路84)を介して、後述する高段側圧縮部20の吸入口25と連通している。なお、中間連結部(低段吐出マフラ30及び中間連結流路84)の詳細は後述する。
The low-
低段側シリンダ室内11aには、回転ピストン12とベーン14(点線で投影)が設けられている。回転ピストン12は、略円筒形状をしており、駆動軸6の偏心部に設けられている。ベーン14は、シリンダ11に形成されたベーン溝に摺動自在に設けられている。また、ベーン14は、バネ等の付勢部材によって駆動軸6方向に付勢されており、その先端部が回転ピストン12の外周部に追従自在となっている。これにより、シリンダ室内11aは、ベーン14により、吸入口15が連通する吸入室と、吐出口16が連通する圧縮室とに区画される。つまり、低段側圧縮部10は、ベーン14が回転することによって、吸入口15からシリンダ室内11aに冷媒を吸入し、圧縮した後に吐出口16から吐出する構成となっている。
A
高段側圧縮部20は、シリンダ21、回転ピストン22及びベーン24等で構成されている。シリンダ21は、略平行平板形状をしており、略中心部には略円筒形状のシリンダ室内21aが形成されている。このシリンダ室内21aは、下部開口が中間仕切板5によって閉塞され、上部開口が上部支持部材70(詳しくは、吐出口側面部72)によって閉塞され、気密性が確保されている。また、シリンダ室内21aには、シリンダ21に形成された吸入口25と、上部支持部材70(詳しくは、吐出口側面部72)に形成された吐出口26が連通している。また、高段側圧縮部20の吸入口25は、中間連結部(低段吐出マフラ30及び中間連結流路84)を介して、低段側圧縮部10の吐出口16と連通している。なお、中間連結部(低段吐出マフラ30及び中間連結流路84)の詳細は後述する。
The high-stage
高段側シリンダ室内21aには、回転ピストン22とベーン24が設けられている。回転ピストン22は、略円筒形状をしており、駆動軸6の偏心部に設けられている。ベーン24は、シリンダ21に形成されたベーン溝に摺動自在に設けられている。また、ベーン24は、バネ等の付勢部材によって駆動軸6方向に付勢されており、その先端部が回転ピストン22の外周部に追従自在となっている。これにより、シリンダ室内21aは、ベーン24により、吸入口25が連通する吸入室と、吐出口26が連通する圧縮室とに区画される。つまり、高段側圧縮部20は、ベーン24が回転することによって、吸入口25からシリンダ室内21aに冷媒を吸入し、圧縮した後に吐出口26から吐出する構成となっている。
A
下部支持部材60は、下部軸受け部61と吐出口側面部62で構成する。下部軸受け部61は、略円筒形状に形成されており、駆動軸6の下端側を回転自在に支持する。吐出口側面部62は、平行平板の略円板形状であり、シリンダ室内11aの下部開口を閉塞するものである。吐出口側面部62には、上述のように低段側圧縮部10の吐出口16が形成されており、この吐出口16には、吐出バルブ17(開閉弁)が設けられている。より詳しくは、吐出口16の周辺部には、吐出バルブ17を設置するための凹部18(溝)が形成されており、吐出バルブ17は、この凹部18に設けられている。つまり、低段側圧縮部10で圧縮された冷媒は、所定圧力以上になると、吐出口16の吐出バルブ17を開いて吐出されることとなる。
The
低段吐出マフラ30は、上部が開口したカップ形状の容器32を備えている。容器32は、非耐圧性の容器である。この容器32は、下部支持部材60の吐出口側面部62の下部に設けられ、吐出口側面部62と容器32の内面部とで囲まれた低段吐出マフラ空間31を形成している。つまり、低段側圧縮部10の吐出口16から吐出された冷媒は、この低段吐出マフラ空間31に流入することとなる。なお、容器32が吐出口側面部62の下部に設けられた状態においては、下部支持部材60の下部軸受け部61が容器32を貫通するように設けられている。
The low-
また、低段吐出マフラ空間31には、下部支持部材60の吐出口側面部62に形成された連通口34も連通している。この連通口34は、中間連結流路84を介して、高段側圧縮部20の吸入口25に連通している。つまり、低段吐出マフラ空間31に流入した冷媒は、中間連結流路を介して高段側圧縮部20に吸入されることとなる。なお、本実施の形態1では、低段側圧縮部10のシリンダ11及び中間仕切板5を駆動軸方向に貫通する孔を形成し、この貫通孔によって中間連結流路84を構成している。
Further, the low-stage
上部支持部材70は、上部軸受け部71及び吐出口側面部72等を備える。上部軸受け部71は、略円筒形状に形成されており、駆動軸6の略中間部を回転自在に支持する。吐出口側面部72は、略円板形状をしており、シリンダ室内21aの上部開口を閉塞するものである。吐出口側面部72には、上述のように高段側圧縮部20の吐出口26が形成されており、この吐出口26には、吐出バルブ27(開閉弁)が設けられている。より詳しくは、吐出口26の周辺部には、吐出バルブ27を設置するための凹部28(溝)が形成されており、吐出バルブ27は、この凹部28に設けられている。つまり、高段側圧縮部20で圧縮された冷媒は、所定圧力以上になると、吐出口26の吐出バルブ27を開いて吐出されることとなる。
The
高段吐出マフラ50は、下部が開口したカップ形状の容器52を備えている。容器52は、耐圧性の容器である。この容器52は、上部支持部材70の吐出口側面部72を覆うように設けられ、吐出口側面部72と容器52の内面部とで囲まれた高段吐出マフラ空間51を形成している。つまり、高段側圧縮部20の吐出口26から吐出された冷媒は、この高段吐出マフラ空間51に流入することとなる。なお、容器52が吐出口側面部72を覆うように設けられた状態においては、上部支持部材70の上部軸受け部71が容器52を貫通するように設けられている。
The high-
また、容器52には、連通口54が形成されている。この連通口54は、密閉シェル8の内部と連通している。つまり、本実施の形態1に係る二段圧縮機100は、密閉シェル8内が高段側圧縮部20から吐出された高圧冷媒の圧力となる高圧シェル型の圧縮機である。密閉シェル8の例えば上部には吐出管2が設けられており、密閉シェル8に吐出された高圧冷媒は、この吐出管2から外部へ吐出されることとなる。
The
モータ部9は低段側圧縮部10及び高段側圧縮部20の駆動源となるものであり、モータ部9のロータには駆動軸6の上端部が接続されている。なお、モータ部9は、密閉シェル8の内部に設けられている必要はない。また、低段側圧縮部10及び高段側圧縮部20の駆動源はモータに限定されるものではない。
The
本実施の形態1に係る二段圧縮機100は、二段圧縮インジェクションサイクル技術に用いられるものであり、インジェクション流路85(後述の冷媒回路で分配した中間圧冷媒が中間連結部80に合流するまでの流路で、インジェクション回路87及び第2低段吐出マフラ40で構成)を備えている。
ここで、本実施の形態1に係る二段圧縮機100では、中間連結部80(低段吐出口17と高段吸入口26を連結する低段吐出マフラ30及び中間連結流路84で構成)を流れる冷媒とインジェクション流路85を流れる冷媒とが熱交換するようにインジェクション流路85を配置するため、非耐圧性の低段吐出マフラ容器32を、耐圧性の第2低段吐出マフラ容器42で覆うように二重構造に配置し、32と42の間の第2低段吐出マフラ空間41に合流前のインジェクション冷媒が流すことが特徴である。
以下、さらに詳しく、本実施の形態1におけるインジェクション流路85の配置と構成について説明する。The two-
Here, in the two-
Hereinafter, the arrangement and configuration of the
第2低段吐出マフラ40は、上部が開口したカップ形状の第2容器42を備えており、第2容器42は耐圧性の容器であり、低段吐出マフラ30の外周を覆うように、下部支持部材60の吐出口側面部62の下部に設けられている。これにより、低段吐出マフラ容器32と第2容器42と間に第2低段吐出マフラ空間41が形成する。なお、第2容器42と下部支持部材60の下部軸受け部61との間はシール部43でシールされ、中間圧の第2低段吐出マフラ空間41と高圧の貯蔵部3とを密閉区画している。
The second low-
第2低段吐出マフラ40の第2容器42にはインジェクション回路連結口86が形成されており、86にインジェクション回路87が接続され、第2低段吐出マフラ空間41に流入したインジェクション冷媒が、低段側圧縮部10から低段吐出マフラ空間31に吐出された冷媒とが熱交換する構成となっている。これらの冷媒間での熱交換を促進するため、容器32の外面部には熱交換部36が形成されている。本実施の形態1に係る熱交換部36は、容器32に形成された複数の突起物(例えば、ディンプル形状やフィン形状など)で構成されている。また、容器32には、第2低段吐出マフラ空間41において低段吐出マフラ空間31の冷媒と熱交換した後の冷媒が低段吐出マフラ空間31に流入するため、複数穴で形成された第1注入口44が設けられている。なお、第2容器42のインジェクション回路連結口86には、第2低段吐出マフラ空間41に流入した冷媒を第1注入口の方向に流すためのガイド47が設けられている。
An injection
(冷媒流れ)
続いて、本実施の形態1に係る二段圧縮機100の冷媒流れについて説明する。まず、蒸気圧縮式冷凍サイクルの低圧冷媒は、吸入管1を経由して(図1の(1))、吸入マフラ7へ流入する(図1の(2))。吸入マフラ7へ流入した冷媒は、吸入マフラ7の中でガス冷媒と液冷媒とに分離された後、ガス冷媒は連結管4を通って、低段側圧縮部10のシリンダ室内11aへ吸入される(図1の(3))。シリンダ室内11aへ吸入された冷媒は、低段側圧縮部10で中間圧まで圧縮される。中間圧まで圧縮された冷媒は、吐出口16から低段吐出マフラ空間31へ吐出される(図1、図2の(4))。(Refrigerant flow)
Subsequently, the refrigerant flow of the two-
低段吐出マフラ空間31へ吐出された冷媒は、連通口34から中間連結流路84を通って(図1の(5))、吸入口25から高段側圧縮部20のシリンダ室内21aへ吸入される(図1の(6))。シリンダ室内21aに吸入された冷媒は、高段側圧縮部20で高圧まで圧縮される。高圧まで圧縮された冷媒は、吐出口26から高段吐出マフラ空間51へ吐出され(図1の(7))、連通口54から密閉シェル8の内部へ吐出される(図1の(8))。密閉シェル8内に吐出された冷媒は、上方にあるモータ部9の隙間を通った後、密閉シェル8に設けられた吐出管2を経て、外部冷媒回路へ吐出される(図1の(9))。
The refrigerant discharged into the low-stage
また、インジェクション運転がされている場合、インジェクション回路87を流れるインジェクション冷媒(図1、図2の(10))は、インジェクション回路連結口86から第2低段吐出マフラ空間41へ注入される。このとき、第2低段吐出マフラ空間41へ注入されたインジェクション冷媒は、次のように第2低段吐出マフラ空間41内を流れる。
When the injection operation is being performed, the injection refrigerant ((10) in FIGS. 1 and 2) flowing through the
インジェクション冷媒が第2低段吐出マフラ空間41内を正方向(図2の←A方向)に循環するように、インジェクション回路連結口86にはガイド47が取り付けられている。これにより、インジェクション冷媒が逆方向(図2の→B方向)に流れることを防止し、低段側から吐出する冷媒の正方向の流れを極力乱さない混合できるので、低段吐出マフラ空間31内で生じる圧力損失を低減できる。
インジェクション冷媒が第2低段吐出マフラ空間41内を正方向(図2の←A方向)に循環することにより、インジェクション冷媒は容器32の外面部に形成された熱交換部36(突起物)と接触するように流れる(図1、図2の(11))。A
The injection refrigerant circulates in the second low-stage
熱交換部36(突起物)と接触することによって低段吐出マフラ空間31を流れる冷媒から吸熱したインジェクション冷媒は乾き度を上げる。この乾き度が上がったインジェクション冷媒のうち、ガス状態の冷媒は、第1注入口44を通って低段吐出マフラ空間31内に流入し(図1、図2の(12))、低段側圧縮部10の吐出冷媒と合流して、低段吐出マフラ空間31内を循環する(図1、図2の(13))。これらの冷媒は、低段吐出マフラ空間31内で混合し、連通口34から中間連結流路84に導かれる。一方、容器32には吸入細管38が取り付けられているため、乾き度が上がったインジェクション冷媒のうちの液状態の冷媒は、吸入細管38を介して低段吐出マフラ空間31内へ吸い上げられ、低段側圧縮部10の吐出冷媒と合流する。この冷媒も、低段吐出マフラ空間31内で低段側圧縮部10の吐出冷媒と混合し、連通口34から中間連結流路84に導かれる。
The injection refrigerant that has absorbed heat from the refrigerant flowing through the low-stage
二段圧縮機100の動作中、低段側圧縮部10及び高段側圧縮部20の圧縮動作は次のようになる。低段側圧縮部10と高段側圧縮部20とは、駆動軸6が回転して回転ピストン12,22が偏芯回転することにより、圧縮室容積と吸入室容積とが変化し、吸入口15,25から吸入した冷媒を圧縮する。冷媒圧力が所定圧力以上になると、吐出バルブ17,27が開閉することで、吐出口16,26から圧縮された冷媒が吐出される。
During the operation of the two-
このように構成された二段圧縮機100は、以下のような機能を発揮することができる。
・圧力損失低減機能
・均一混合機能
・非インジェクション運転時の断熱機能
・コンパクト化
以下、本実施の形態1に係る二段圧縮機100の機能とその効果について、順次説明する。The two-
-Pressure loss reduction function-Uniform mixing function-Heat insulation function during non-injection operation-Compactness Hereinafter, functions and effects of the two-
(1)圧力損失低減機能
図2に示すように、低段側圧縮部10で中圧に圧縮された冷媒(低段吐出冷媒)は、吐出口16から低段吐出マフラ空間31に吐出される。そして、低段吐出冷媒は、吐出口16から連通口34に向かって流れ、連通口34から中間連結流路84へ流入する。このとき、吐出口16から連通口34への低段吐出冷媒の流れ方向は、正方向(図2の←A方向)となる。ここで、本実施の形態1に係る二段圧縮機100においては、第2低段吐出マフラ空間41から低段吐出マフラ空間31に流入するインジェクション冷媒の流れ方向も正方向(図2の←A方向)となるように、第1注入口44が形成されている。つまり、第1注入口44は、吐出口16から見た場合、吐出口16から連通口34へ流れる低段吐出冷媒の方向の反対側(以下、吐出口16の背面側と称する)に形成されている。このような位置に形成された第1注入口44を通って低段吐出マフラ空間31に注入されたインジェクション冷媒は、低段吐出冷媒の流れ方向に沿った流れとなって低段吐出冷媒と混合される。したがって、低段吐出マフラ空間31内の冷媒流れが乱れることを抑制でき、中間連結部での圧力損失の増加を防止することができる。(1) Pressure Loss Reduction Function As shown in FIG. 2, the refrigerant (low-stage discharge refrigerant) compressed to medium pressure by the low-
(2)均一混合機能
インジェクション冷媒は、低温の液状態又は液混じり状態(気液二相状態)で第2低段吐出マフラ空間41に流入する。第2低段吐出マフラ空間41に流入したインジェクション冷媒は、低段吐出マフラ30の容器32の外面部に形成された熱交換部36を接触するように流れることで、ガス状態の低段吐出冷媒、または、インジェクション冷媒と混合後の乾き度の高い(ガス状態に近い)中間圧冷媒と熱交換する。例えば、熱交換部36の形状は、容器32の内外表面に凸凹部を設けたり、フィン形状のスリットを溶接したりして、熱交換部36の大きな伝熱面積をとれる形状である。容器32と熱交換部36を構成する材料としては、熱伝導率が高い金属(アルミニウムや銅、及び、これらの合金)が望ましい。また、容器42は耐圧に必要な肉厚が必要であるが、耐圧の必要ない容器32の肉厚は極力薄くすることが望ましい。以上のように熱交換部36を構成すれば、容器32の内側から外側への熱通過率[W/m2/K]を高めることができる。熱交換部36で加熱されたインジェクション冷媒は乾き度をあげ、インジェクション冷媒のガス冷媒成分が第1注入口44から低段吐出マフラ空間31内に注入される。このように、低段吐出冷媒と混合する前にインジェクション冷媒の熱交換を促進することで、混合後に液滴が残りにくくなる。したがって、高段側圧縮部20の効率低下や損傷を防止でき、インジェクション運転範囲を拡大することができる。(2) Uniform mixing function The injection refrigerant flows into the second low-stage
また、本実施の形態1に係る二段圧縮機100は、第1注入口44が、吐出口16の背面側の広い領域に複数の第1注入口44を形成している。このため、低段吐出マフラ空間31内に注入されたインジェクション冷媒とガス状態の低段吐出冷媒とがより均一に混合しやすくなる。
In the two-
また、本実施の形態1に係る二段圧縮機100においては、インジェクション冷媒は、低段吐出マフラ空間31内の低段吐出冷媒から吸熱する。このため、高段側圧縮部20に吸入される冷媒の温度上昇を防止することができるので、高段側圧縮部20の吸入加熱損失を防止できる。したがって、二段圧縮インジェクションサイクル技術に用いられる従来の二段圧縮機と比べ、二段圧縮機100の効率を改善することができるという効果も得られる。
In the two-
(3)非インジェクション運転時の断熱機能
暖房能力が十分足りた条件で非インジェクション運転する場合には、第2低段吐出マフラ空間41にインジェクション冷媒が流れない状態となる。このとき、第2低段吐出マフラ40の第2容器42が低段吐出マフラ30を覆うように設けられているので、低段吐出マフラ空間31内の低段吐出冷媒は断熱状態となる。つまり、低段吐出マフラ空間31内の低段吐出冷媒が密閉シェル8の貯蔵部3に貯蔵されている高温の潤滑油に加熱されることを防止できる。したがって、本実施の形態1に係る二段圧縮機100は、特許文献2に記載された二段圧縮機と異なり、高段側圧縮部20の吸入加熱損失を防止できるので、特許文献2に記載された二段圧縮機よりも効率を改善することができる。(3) Insulation function during non-injection operation When non-injection operation is performed under conditions where the heating capacity is sufficient, the injection refrigerant does not flow into the second low-stage
(4)コンパクト化
本実施の形態1に係る二段圧縮機100は、上記(1)〜(3)の機能に必要な構成を、低段吐出マフラ30と一体構造で構成している。したがって、本実施の形態1に係る二段圧縮機100は、従来の二段圧縮機(インジェクション機能を有しない二段圧縮機)と同等サイズを保つことができ、コンパクト化に優位である。(4) Compactness The two-
以上のように、本実施の形態1に係る二段圧縮機100は、従来よりも二段圧縮機の高効率化、信頼性向上、及び、蒸気圧縮式冷凍サイクルのインジェクション運転範囲の拡大を図ることが可能となる。
As described above, the two-
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2に係る二段圧縮機を示す縦断面図である。また、図4は、図3のA−A’断面図である。図3及び図4に示す矢印は、冷媒の流れを示すものである。以下、図3及び図4を用いて、本実施の形態2に係る二段圧縮機100について説明する。なお、以下では、実施の形態1との差異点に着目して本実施の形態2に係る二段圧縮機100を説明するものとする。また、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a two-stage compressor according to
本実施の形態2に係る二段圧縮機100が実施の形態1で示した二段圧縮機100と異なる点は、低段吐出マフラ30及び第2低段吐出マフラ40の形状と、中間連結流路84の配置位置である。
The two-
より詳しくは、低段吐出マフラ30は、上部が開口したカップ形状の容器32を備えている。容器32は、例えば非耐圧性の容器である。この容器32は、下部支持部材60の吐出口側面部62の下部に設けられ、吐出口側面部62と容器32の内面部とで囲まれた低段吐出マフラ空間31を形成している。ここで、本実施の形態2に係る容器32は、下部軸受け部61の周囲に低段吐出マフラ空間31が形成される(換言すると、駆動軸6の軸心と同心円となる環状に低段吐出マフラ空間31が形成される)形状となっている。また、本実施の形態2に係る容器32は、熱伝導率の高い材料(アルミニウム等)をプレス加工して形成されている。そして、容器32の外面側と内面側に凹凸部を形成し、この凹凸部を熱交換部36としている。
More specifically, the low-
第2低段吐出マフラ40は、上部が開口したカップ形状の第2容器42を備えている。第2容器42は、耐圧性の容器であり、低段吐出マフラ30の外周を覆うように、下部支持部材60の吐出口側面部62の下部に設けられている。つまり、本実施の形態2では、駆動軸6の軸心及び低段吐出マフラ空間31と同心円となる環状に、第2低段吐出マフラ空間41が形成される。
The second low-
また、本実施の形態2に係る中間連結流路84は、その一部が密閉シェル8の外部に配置されるように設けられている。このため、中間連結流路84と低段吐出マフラ空間31とを連通する連通口34は、低段吐出マフラ30の容器32に形成されている。
Further, the
このように構成された二段圧縮機100がインジェクション運転されている場合、インジェクション回路87を流れるインジェクション冷媒は、インジェクション回路連結口86から第2低段吐出マフラ空間41へ注入される。このとき、第2低段吐出マフラ空間41へ注入されたインジェクション冷媒は、第2低段吐出マフラ空間41内を正方向(図4の←A方向)に循環するように流れる。そして、このインジェクション冷媒は容器32に形成された熱交換部36(凹凸部)で、ガス状態の低段吐出冷媒(低段吐出マフラ空間31内の冷媒)と熱交換する。そして、吸熱したインジェクション冷媒は乾き度をあげ、インジェクション冷媒のガス冷媒成分は、吐出口16の背面側に形成された複数の第1注入口44から低段吐出マフラ空間31内に注入される。低段吐出マフラ空間31に注入されたインジェクション冷媒は、低段吐出冷媒の流れ方向に沿った流れとなって低段吐出冷媒と混合される。この混合された冷媒は、その一部が密閉シェル8の外部に配置された中間連結流路84を通って、高段側圧縮部20に導かれる。
When the two-
以上、本実施の形態2に係る二段圧縮機100においても、実施の形態1で示した二段圧縮機100と同様に、従来よりも二段圧縮機の高効率化、信頼性向上、及び、蒸気圧縮式冷凍サイクルのインジェクション運転範囲の拡大を図ることが可能となる。
As described above, also in the two-
なお、本実施の形態2では、容器32の外面側と内面側に凹凸部を形成して熱交換部36としたが、熱伝導率の高い材料(アルミニウム等)で容器32が形成されていれば、容器32そのものを熱交換器として機能させてもよい。つまり、実施の形態1で示した突起部や実施の形態2で示した凹凸部等を容器32に形成しなくても、実施の形態1に準ずる均一混合機能が得られる。
In the second embodiment, the uneven portion is formed on the outer surface side and the inner surface side of the
実施の形態3.
実施の形態1及び実施の形態2で示した二段圧縮機100は、インジェクション流路85の一部分を第2低段吐出マフラ40で構成した形態を示した。第2低段吐出マフラ40を形成しないで二段圧縮機100を構成することも可能である。なお、以下では、実施の形態1及び実施の形態2との差異点に着目して本実施の形態3に係る二段圧縮機100を説明するものとする。また、本実施の形態3において、特に記述しない項目については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
The two-
図5は、本発明の実施の形態3に係る二段圧縮機を示す縦断面図である。また、図6は、図5のA−A’断面図である。なお、図5及び図6に示す矢印は、冷媒の流れを示すものである。
低段吐出マフラ30は、上部が開口したカップ形状の容器32を備えている。容器32は、耐圧性の容器である。この容器32は、下部支持部材60の吐出口側面部62の下部に設けられ、吐出口側面部62と容器32の内面部とで囲まれた低段吐出マフラ空間31を形成している。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a two-stage compressor according to
The low-
本実施の形態3では、第2低段吐出マフラ40を備えないでインジェクション流路85を構成した点が、実施の形態1と実施の形態2とは異なる。インジェクション流路85は、例えば銅管で形成されており、低段吐出マフラ30の容器32の外周面(カップ形状の側面及び底面)に巻き付けられており、その端部が容器32に接続され、第1注入口44を構成している。
本実施の形態3に係る二段圧縮機100においては、インジェクション流路85の外壁と容器32の外壁との接触面積が大きくなるように配置することで、低段吐出マフラ空間31に注入される前のインジェクション冷媒は、低段吐出マフラ空間31内の低段吐出冷媒と熱交換することとなる。The third embodiment is different from the first and second embodiments in that the
In the two-
なお、容器32の外周面とインジェクション流路85との接触面積を大きくするために、
・容器32の外周面に、インジェクション回路87巻きつけ用の溝加工を行う。
・容器32とインジェクション回路87とをろう付け等で溶着させる。
・インジェクション回路87の断面を扁平化(楕円、長円、長方形)させて接触面積を増加させる。
等の構成を追加することが好ましい。In order to increase the contact area between the outer peripheral surface of the
A groove for winding the
-The
-The cross section of the
It is preferable to add a configuration such as the above.
このように構成された二段圧縮機100がインジェクション運転されている場合、インジェクション流路85を流れるインジェクション冷媒は、容器32の外壁と接するインジェクション流路85の外壁を介して、容器32内の低段吐出マフラ空間31に吐出されたガス冷媒と熱交換する。そして、吸熱したインジェクション冷媒は乾き度をあげ、吐出口16の背面側に形成された第1注入口44から低段吐出マフラ空間31内に注入される。低段吐出マフラ空間31に注入されたインジェクション冷媒は、低段吐出冷媒の流れ方向に沿った流れとなって低段吐出冷媒と混合され均一化される。この混合された冷媒は、その一部が密閉シェル8の外部に配置された中間連結流路84を通って、高段側圧縮部20に導かれる。
When the two-
また、本実施の形態3に係る二段圧縮機100においても、暖房能力が十分足りた条件で非インジェクション運転する場合には、実施の形態1及び実施の形態2で示した二段圧縮機100と同様に、高段側圧縮部20の吸入加熱損失を防止でき、特許文献2に記載された二段圧縮機よりも効率を改善することができる。
Also in the two-
以上、本実施の形態3に係る二段圧縮機100においても、実施の形態1で示した二段圧縮機100と同様に、従来よりも二段圧縮機の高効率化、信頼性向上、及び、蒸気圧縮式冷凍サイクルのインジェクション運転範囲の拡大を図るなど、実施の形態1に準じた効果が得られる。
As described above, in the two-
実施の形態4.
実施の形態3で示した二段圧縮機100は、低段吐出マフラ容器31の外周面(カップ形状の側面及び底面)全体をインジェクション流路85で覆うように構成としたが、中間連結部80の一部をインジェクション流路85で覆うように二段圧縮機100を構成した場合もありうる。
なお、以下では、実施の形態1から3との差異点に着目して本実施の形態4に係る二段圧縮機100を説明するものとする。また、本実施の形態4において、特に記述しない項目については実施の形態1から3と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
The two-
In the following, the two-
図7は、本発明の実施の形態4に係る二段圧縮機を示す縦断面図である。また、図8は、図7のA−A’断面図である。なお、図7及び図8に示す矢印は、冷媒の流れを示すものである。
低段吐出マフラ30は、上部が開口したカップ形状で耐圧性の容器32を備えている。この容器32は、下部支持部材60の吐出口側面部62の下部に設けられ、吐出口側面部62と容器32の内面部とで囲まれた低段吐出マフラ空間31を形成している。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a two-stage compressor according to
The low-
本実施の形態4に係るインジェクション流路85は、第2低段吐出マフラ40を備えておらず、インジェクション回路87で構成される。このインジェクション流路85を流れるインジェクション冷媒は、低段吐出マフラ30の容器32に設けた第1注入口44から低段吐出マフラ空間31内に注入され、低段吐出冷媒と合流し混合した後に、容器32に設けた連通口34から中間連結流路84と通って、高段側シリンダ21の吸入口25からシリンダ室内21aに吸入される。このとき、インジェクション流路85と中間連結流路84との熱交換を促進する熱交換部83を有する構造が特徴である。
The
本実施の形態4に係る二段圧縮機100では、第1注入口44と連通口34とを、低段吐出マフラ30の容器32のほぼ同心位置に配置し、円管形状のインジェクション流路85の中に中間連結流路84を挿入した二重管構造を構成し、中間連結流路84の外表面にフィン形状の突起からなる熱交換部83を設ける構造にした。
In the two-
このように構成された二段圧縮機100がインジェクション運転される場合、インジェクション流路85を流れるインジェクション冷媒は、中間連結流路84の外表面の熱交換部83を介して、インジェクション冷媒混合後の乾き度の高い(ガス状態に近い)中間圧冷媒との熱交換を促進する。
そして、吸熱したインジェクション冷媒は乾き度をあげ、吐出口16の背面側に形成された第1注入口44から低段吐出マフラ空間31内に注入される。低段吐出マフラ空間31に注入されたインジェクション冷媒は、低段吐出冷媒の流れ方向に沿った流れとなって低段吐出冷媒と混合され均一化される。この混合された冷媒は、その一部が密閉シェル8の外部に配置された中間連結流路84を通って、高段側圧縮部20に導かれる。When the two-
The heat-injected injection refrigerant increases in dryness and is injected into the low-stage
また、本実施の形態4に係る二段圧縮機100においても、暖房能力が十分足りた条件で非インジェクション運転する場合、高段側圧縮部20の吸入加熱損失を低減し、特許文献2に記載された二段圧縮機よりも効率を改善する効果が得られる。つまり、暖房能力が十分足りた条件で本実施の形態4に係る二段圧縮機100が非インジェクション運転する場合、インジェクション流路85にインジェクション冷媒が流れない状態となる。このとき、低段吐出マフラ30の流出直後の中間連結流路84はインジェクション流路で覆われているので、断熱状態となる。つまり、中間連結流路84を流れる冷媒が貯蔵部3の高温の潤滑油に加熱されることを防止する効果が得られる。但し、潤滑油から断熱効果が得られる部分は限定的である。したがって、本実施の形態4に係る二段圧縮機100も、特許文献2に記載された二段圧縮機と異なり、高段側圧縮部20の吸入加熱損失を防止できるので、実施の形態1から3の二段圧縮機より改善効果が小さいものの、特許文献2に記載された二段圧縮機よりも効率を改善することができる。
Also, in the two-
以上、本実施の形態4に係る二段圧縮機100においても、実施の形態1で示した二段圧縮機100と同様にして、従来よりも二段圧縮機の高効率化、信頼性向上、及び、蒸気圧縮式冷凍サイクルのインジェクション運転範囲の拡大を図ることが可能となる。
As described above, also in the two-
なお、以上の実施の形態1〜実施の形態4では、回転ピストン式の二段圧縮機100について説明した。しかしながら、本発明に係る二段圧縮機は、高段側圧縮部と低段側圧縮部を中間連結した二段圧縮機であれば、どのような圧縮形式であってもよい。例えば、本発明に係る二段圧縮機の圧縮形式として、スイングピストン式やスライディングベーン式等の様々な二段圧縮機を用いても、実施の形態1〜実施の形態3で示した二段圧縮機100と同様の効果が得られる。
In the first to fourth embodiments, the rotary piston type two-
また、以上の実施の形態1〜実施の形態4では、密閉シェル8内の圧力が高段側圧縮部20内の圧力(より詳しくは、高段側圧縮部20が吐出する冷媒の圧力)に等しい高圧シェル型の二段圧縮機100について説明した。しかしながら、本発明に係る二段圧縮機は、密閉シェル8内の圧力が低段側圧縮部10の吐出冷媒圧力となる中間圧シェル型の二段圧縮機や、密閉シェル8内の圧力が低段側圧縮部10の吸入冷媒圧力となる低圧シェル型の二段圧縮機であっても勿論よい。いずれの二段圧縮機であっても、実施の形態1〜実施の形態3で示した二段圧縮機100と同様の効果が得られる。
In the first to fourth embodiments described above, the pressure in the sealed
また、以上の実施の形態1〜実施の形態4では、低段側圧縮部10が高段側圧縮部20より下側に配置され、低段吐出マフラ空間31へ冷媒を下向きに吐出する二段圧縮機100について説明した。
しかし、低段側圧縮部10、高段側圧縮部20、低段吐出マフラ30の上下配置が異なる二段圧縮機の場合には、実施の形態1〜実施の形態4に順じた効果が得られる。
一般的に、下側に配置された低段吐出マフラ30は密閉容器内の潤滑油貯蔵部3内に配置されるため、低段吐出マフラ空間31に吐出される冷媒は、潤滑油により加熱されやすい。一方、上側に配置された低段吐出マフラ30は、元々、潤滑油により加熱されにくい。よって、低段吐出マフラ30は上側に配置した場合は、本実施の形態1から4のようにインジェクション流路で覆うことで断熱する効果は小さい。しかしながら、中間連結部を流れる冷媒が前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒を加熱することで、均一混合を図る効果は、低段吐出マフラ30は下側に配置した場合と同様である。In the first to fourth embodiments described above, the low-
However, in the case of a two-stage compressor in which the upper and lower arrangements of the low-
In general, since the low-
また、以上の実施の形態1〜実施の形態4では、吐出口16を開閉する吐出バルブ機構として、薄い板状のバルブの弾性と低段側圧縮部10と低段吐出マフラ空間31との圧力差によって開閉するリードバルブ方式を想定して説明した。しかし、その他の方式の吐出バルブ機構であってもよい。例えば、4ストローク機関の吸排気バルブで用いられるポペットバルブ式など、低段側圧縮部10と低段吐出マフラ空間31との圧力差を利用して吐出口16を開閉する開閉弁であればよい。吐出口26を開閉する吐出バルブ機構においても、同様である。
In the above first to fourth embodiments, as a discharge valve mechanism for opening and closing the
また、以上の実施の形態1〜実施の形態4で示した二段圧縮機100は、使用する冷媒を限定するものではない。例えば、HFC冷媒(R410A、R22、R407他)や、HC冷媒(イソブタン、プロパン)やCO2 冷媒等の自然冷媒や、HFO1234yf等の低GWP冷媒等を用いた場合であっても、上述した効果を得ることができる。
特に、上記実施の形態1〜実施の形態3で示した二段圧縮機100は、HC冷媒(イソブタン、プロパン)やHFO1234yfなど吐出スーパヒート(断熱圧縮後の温度−飽和ガス温度)が小さな物性の冷媒においてインジェクション冷媒の均一混合化による効果、すなわち、蒸気圧縮式冷凍サイクルのインジェクション運転範囲拡大と、二段圧縮機の信頼性向上を図る効果が大きい。Moreover, the two-
In particular, the two-
また、以上の実施の形態1〜実施の形態4では、低段圧縮部を高段圧縮部より下方に配置する二段圧縮機100で、貯蔵部3(つまり、潤滑油)内にある低段吐出マフラの容器部32の周囲をインジェクション流路85(第2低段吐出マフラ40、及び、インジェクション回路87)で覆うことで、インジェクション運転時には熱交換部36でインジェクション冷媒を加熱し、非インジェクション運転時には低段側吐出冷媒を断熱する構造について説明した。
一般的に、低段圧縮部を高段圧縮部より上方に配置する二段圧縮機の場合には、低段吐出マフラの容器部の大部分は貯蔵部3より上方の冷媒ガス雰囲気中にあるため、潤滑油中に比べて元々加熱されにくい。本発明の実施の形態1〜実施の形態3のように、低段吐出マフラの容器部32の周囲をインジェクション流路85で覆うことで、インジェクション運転時には熱交換部36でインジェクション冷媒を加熱する効果については同様であるが、一方、非インジェクション運転時に低段側吐出冷媒を断熱し圧縮機効率を改善する効果は小さくなる。In the first to fourth embodiments described above, the low-
In general, in the case of a two-stage compressor in which the low-stage compression section is disposed above the high-stage compression section, most of the container section of the low-stage discharge muffler is in the refrigerant gas atmosphere above the
また、以上の実施の形態1〜実施の形態4では、低段吐出マフラの容器部32の全周囲をインジェクション流路85(第2低段吐出マフラ40、及び、インジェクション回路87)で覆う構造を示した。容器部32の一部を覆う構造の場合は、インジェクション運転時には熱交換部36でインジェクション冷媒を加熱する効果、非インジェクション運転時に低段側吐出冷媒を断熱し圧縮機効率を改善する効果は小さくなる。
In the first to fourth embodiments described above, the entire periphery of the low-stage discharge
実施の形態5.
本実施の形態5では、実施の形態1〜実施の形態4で示した二段圧縮機100を備えた冷暖兼用ヒートポンプ装置の一例について説明する。
In the fifth embodiment, an example of a cooling / heating heat pump device including the two-
図9は、本発明の実施の形態5に係る冷暖兼用ヒートポンプ装置の構成を示す概略図である。冷暖兼用ヒートポンプ装置200は、二段圧縮機100、四方弁201、第1熱交換器202、第1膨張弁203、第2熱交換器206、インジェクション膨張弁205、インジェクション熱交換器204、主冷媒回路207、インジェクション回路87を備える。
ここで、冷暖兼用ヒートポンプ装置200の二段圧縮機100は、以上の実施の形態1〜実施の形態4で説明した二段圧縮機100である。また、二段圧縮機100の後述する中間連結部80は、以上の実施の形態1〜実施の形態4で説明した低段吐出マフラ30及び中間連結流路84に相当するものである。また、インジェクション回路87における中間連結部80との接続部近傍は、以上の実施の形態1〜実施の形態4で説明したインジェクション流路85に相当する。FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a cooling / heating heat pump device according to
Here, the two-
冷暖兼用ヒートポンプ装置200は、冷房運転時には二段圧縮機100から、四方弁回路201aを通って、第1熱交換器202、第1膨張弁203、及び、インジェクション熱交換器204を順次接続した主冷媒回路207と、インジェクション熱交換器204と第2膨張弁205の間の分岐点209で一部の冷媒が分岐してインジェクション膨張弁205及びインジェクション熱交換器204を流れ、二段圧縮機100の中間連結部80に冷媒を戻すインジェクション回路209から構成され、エコノマイザサイクルとして動作し、圧縮機入力の低減と、室内機側にある第2熱交換器206で発生する冷房能力が増加し、冷房COPが改善される。このときに、本発明の実施の形態1〜実施の形態4のような手段によって、インジェクション運転時にはインジェクション冷媒均一混合によるインジェクション運転範囲拡大効果が得られ、非インジェクション運転時に低段側吐出冷媒を断熱しCOPを改善する効果が得られる。
The cooling / heating heat pump apparatus 200 includes a
また、暖房運転時には二段圧縮機100から、四方弁回路201bを通って、第2熱交換器206、第2膨張弁205、及び、インジェクション熱交換器204を順次接続した主冷媒回路207と、第2膨張弁205とインジェクション熱交換器204との間の分岐点209で一部の冷媒が分岐してインジェクション膨張弁205及びインジェクション熱交換器204を流れ、二段圧縮機100の中間連結部80に冷媒を戻すエコノマイザサイクルとして動作し、圧縮機入力の低減と、室内機側にある第2熱交換器206で発生する暖房能力が増加し、暖房COPが改善する効果が得られる。
このときに、本発明の実施の形態1〜実施の形態4のような手段によって、インジェクション運転時にはインジェクション冷媒均一混合によるインジェクション運転範囲拡大効果が得られ、非インジェクション運転時に低段側吐出冷媒を断熱しCOPを改善する効果が得られる。Further, during the heating operation, the main
At this time, by means such as the first to fourth embodiments of the present invention, the effect of expanding the injection operation range by the homogeneous mixing of the injection refrigerant is obtained during the injection operation, and the low-stage-side discharged refrigerant is thermally insulated during the non-injection operation. The effect of improving COP can be obtained.
実施の形態1〜実施の形態4で上述したように、二段圧縮機100は単体の圧縮機効率に優れている。さらに、このような二段圧縮機100を本実施の形態5で説明したヒートポンプ式暖房給湯システム200に搭載することによってエコノマイザサイクルを構成すると、高効率化に優位な構成が実現できる。
As described above in the first to fourth embodiments, the two-
なお、本実施の形態5では、実施の形態1〜実施の形態4で説明した二段圧縮機100によって圧縮された冷媒で空気等の気体を加熱又は冷却する蒸気圧縮式冷凍サイクルについて説明した。しかし、これに限らず、実施の形態1〜実施の形態3で説明した二段圧縮機100によって圧縮された冷媒で水を加熱するヒートポンプ式暖房給湯システム(ATW(Air To Water)システム)の場合も同様の効果が得られる。あるいは、冷房専用機や、冷蔵冷凍機、低温冷凍機の場合にも、同様の効果が得られる。
In the fifth embodiment, the vapor compression refrigeration cycle that heats or cools a gas such as air with the refrigerant compressed by the two-
つまり、実施の形態1〜実施の形態4で説明した二段圧縮機100により冷凍空調装置を構築することもできる。このような二段圧縮機100を用いた冷凍空調装置は、高効率化に優れている。特に、実施の形態1〜実施の形態3で説明した二段圧縮機100は、高段側圧縮部20の吸入加熱損失を防止できるため、冷房と暖房を兼用する装置にも適している。つまり、本発明は、冷房と暖房を兼用する冷凍空調装置に必要不可欠な技術である。
That is, a refrigeration air conditioner can also be constructed by the two-
また、実施の形態1〜実施の形態4で説明した二段圧縮機100は、インジェクション運転範囲の広いヒートポンプ装置に適している。つまり、本発明は、インジェクション運転範囲の広いヒートポンプ装置に必要不可欠な技術である。実施の形態1〜実施の形態4で説明した二段圧縮機100をヒートポンプ装置に搭載することにより、多量の割合で液インジェクション運転する場合や、能力が足りた軽負荷条件で非インジェクション運転する場合に大きな効果が得られる。
Further, the two-
1 吸入管、2 吐出管、3 潤滑油貯蔵部、4 連結管、5 中間仕切板、6 駆動軸、7 吸入マフラ、8 密閉シェル、9 モータ部、10 低段側圧縮部、20 高段側圧縮部、11,21 シリンダ、11a,21a シリンダ室内、12,22 回転ピストン、14,24 ベーン、15,25 吸入口、16,26 吐出口、17,27 吐出バルブ、18,28 凹部、30 低段吐出マフラ、31 低段吐出マフラ空間、32 容器、34 連通口、36 熱交換部、38 吸入細管、40 第2低段吐出マフラ、41 第2低段吐出マフラ空間、42 第2容器、43 シール部、44 第1注入口、45 第1注入口ガイド、47 ガイド、48 液冷媒、50 高段吐出マフラ、51 高段吐出マフラ空間、52 容器、54 連通口、60 下部支持部材、61 下部軸受け部、62 吐出口側面部、70 上部支持部材、71 上部軸受け部、72 吐出口側面部、80 中間連結部、83 熱交換部、84 中間連結流路、85 インジェクション流路、86 インジェクション回路連結口、87 インジェクション回路、100 二段圧縮機、
200 冷暖兼用ヒートポンプ式装置、201 四方弁、201a 四方弁回路、202 第1熱交換器(室外熱交器)、203 第1膨張弁、204 インジェクション熱交換器、205 第2膨張弁、206 第2熱交換器(室内熱交器)、207 主冷媒回路、209 インジェクション回路分岐点。
1 Intake pipe, 2 Discharge pipe, 3 Lubricating oil storage part, 4 Connection pipe, 5 Intermediate partition plate, 6 Drive shaft, 7 Intake muffler, 8 Sealed shell, 9 Motor part, 10 Low stage compression part, 20 High stage side Compressor, 11, 21 Cylinder, 11a, 21a Cylinder chamber, 12, 22 Rotating piston, 14, 24 Vane, 15, 25 Suction port, 16, 26 Discharge port, 17, 27 Discharge valve, 18, 28 Recess, 30 Low Stage discharge muffler, 31 Low stage discharge muffler space, 32 container, 34 Communication port, 36 Heat exchange section, 38 Suction narrow tube, 40 Second low stage discharge muffler, 41 Second low stage discharge muffler space, 42 Second container, 43 Seal part, 44 1st inlet, 45 1st inlet guide, 47 guide, 48 Liquid refrigerant, 50 High stage discharge muffler, 51 High stage discharge muffler space, 52 Container, 54 Communication port, 60 Lower support member, 61 Lower part axis , 62 Discharge port side surface portion, 70 Upper support member, 71 Upper bearing portion, 72 Discharge port side surface portion, 80 Intermediate connection portion, 83 Heat exchange portion, 84 Intermediate connection flow channel, 85 Injection flow channel, 86 Injection circuit connection Mouth, 87 injection circuit, 100 two-stage compressor,
200 Heat pump type apparatus for cooling / heating, 201 Four-way valve, 201a Four-way valve circuit, 202 First heat exchanger (outdoor heat exchanger), 203 First expansion valve, 204 Injection heat exchanger, 205 Second expansion valve, 206 Second Heat exchanger (indoor heat exchanger), 207 main refrigerant circuit, 209 injection circuit branch point.
Claims (13)
吸入管を介して導かれた前記蒸気圧縮式冷凍サイクルの低圧冷媒を圧縮する低段側圧縮部と、
該低段側圧縮部から吐出された冷媒を圧縮し、吐出管を介して前記蒸気圧縮式冷凍サイクルへ高圧冷媒を吐出する高段側圧縮部と、
前記低段側圧縮部の吐出側と前記高段側圧縮部の吸入側とを連結する中間連結部と、
前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部を少なくとも収容する密閉容器と、
前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部を駆動する駆動装置と、
インジェクション冷媒を前記中間連結部に導くインジェクション流路と、
前記インジェクション流路と前記中間連結部とを接続する注入口と
を備えた二段圧縮機であって、
前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒と前記中間連結部を流れる冷媒とを熱交換させる熱交換部を前記密閉容器内に備え、
前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒は、前記熱交換部で熱交換した後に前記中間連結部に流入し、前記低段側圧縮部から吐出された冷媒と混合され、
前記中間連結部は、
前記低段側圧縮部から冷媒が吐出される第1マフラ空間が形成され、当該マフラ空間に吐出された冷媒を第1連通口から流出する第1マフラと、
該第1マフラの前記第1連通口と前記高段側圧縮部の吸入側とを連結する中間連結流路と、前記インジェクション流路を第1マフラに接続する注入口と、を備え、
前記第1マフラを形成する容器部に前記熱交換部を備え、
前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒は、前記熱交換部を介して、
前記低段側圧縮部から前記第1マフラ空間に吐出された冷媒と熱交換し、
前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒は、前記熱交換部で熱交換した後に、前記第1マフラ空間に流入し、前記低段側圧縮部から吐出された冷媒と混合されることを特徴とする二段圧縮機。 Used for vapor compression refrigeration cycle,
A low-stage compression unit that compresses the low-pressure refrigerant of the vapor compression refrigeration cycle guided through the suction pipe;
A high-stage compression section that compresses the refrigerant discharged from the low-stage compression section and discharges high-pressure refrigerant to the vapor compression refrigeration cycle via a discharge pipe;
An intermediate connecting portion that connects the discharge side of the low-stage compression portion and the suction side of the high-stage compression portion;
A sealed container that accommodates at least the low-stage compression section and the high-stage compression section;
A driving device for driving the low-stage compression section and the high-stage compression section;
An injection flow path for guiding the injection refrigerant to the intermediate connecting portion;
A two-stage compressor comprising: an injection port connecting the injection flow path and the intermediate connecting portion;
A heat exchange part for exchanging heat between the injection refrigerant flowing through the injection flow path and the refrigerant flowing through the intermediate connection part is provided in the sealed container,
The injection refrigerant flowing through the injection flow path flows into the intermediate connection part after heat exchange in the heat exchange part, and is mixed with the refrigerant discharged from the low-stage compression part ,
The intermediate connecting portion is
A first muffler space is formed in which a refrigerant is discharged from the low-stage compression unit, and the refrigerant discharged into the muffler space flows out from the first communication port;
An intermediate connection flow path for connecting the first communication port of the first muffler and the suction side of the high-stage compression section, and an injection port for connecting the injection flow path to the first muffler,
The container portion that forms the first muffler includes the heat exchange unit,
The injection refrigerant flowing through the injection flow path passes through the heat exchange unit,
Heat exchange with the refrigerant discharged to the first muffler space from the low-stage compression section,
The injection refrigerant flowing through the injection flow path flows into the first muffler space after heat exchange in the heat exchange unit, and is mixed with the refrigerant discharged from the low-stage compression unit. Stage compressor.
吸入管を介して導かれた前記蒸気圧縮式冷凍サイクルの低圧冷媒を圧縮する低段側圧縮部と、
該低段側圧縮部から吐出された冷媒を圧縮し、吐出管を介して前記蒸気圧縮式冷凍サイクルへ高圧冷媒を吐出する高段側圧縮部と、
前記低段側圧縮部の吐出側と前記高段側圧縮部の吸入側とを連結する中間連結部と、
前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部を少なくとも収容し、底部に潤滑油を貯蔵する貯蔵部が形成された密閉容器と、
前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部を駆動する駆動装置と、
インジェクション冷媒を前記中間連結部に導くインジェクション流路と、
前記インジェクション流路と前記中間連結部とを接続する注入口と
を備えた二段圧縮機であって、
前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒と前記中間連結部を流れる冷媒とを熱交換させる熱交換部を前記密閉容器内に備え、
前記インジェクション流路を流れるインジェクション冷媒は、前記熱交換部で熱交換した後に前記中間連結部に流入し、前記低段側圧縮部から吐出された冷媒と混合され、
前記インジェクション冷媒と前記中間連結部を流れる冷媒とを熱交換させる前記熱交換部を前記インジェクション流路で覆うようにして、前記貯蔵部内に配置したことを特徴とする二段圧縮機。 Used for vapor compression refrigeration cycle,
A low-stage compression unit that compresses the low-pressure refrigerant of the vapor compression refrigeration cycle guided through the suction pipe;
A high-stage compression section that compresses the refrigerant discharged from the low-stage compression section and discharges high-pressure refrigerant to the vapor compression refrigeration cycle via a discharge pipe;
An intermediate connecting portion that connects the discharge side of the low-stage compression portion and the suction side of the high-stage compression portion;
A sealed container in which at least the low-stage compression section and the high-stage compression section are accommodated and a storage section for storing lubricating oil is formed at the bottom ;
A driving device for driving the low-stage compression section and the high-stage compression section;
An injection flow path for guiding the injection refrigerant to the intermediate connecting portion;
A two-stage compressor comprising: an injection port connecting the injection flow path and the intermediate connecting portion;
A heat exchange part for exchanging heat between the injection refrigerant flowing through the injection flow path and the refrigerant flowing through the intermediate connection part is provided in the sealed container,
The injection refrigerant flowing through the injection flow path flows into the intermediate connection part after heat exchange in the heat exchange part, and is mixed with the refrigerant discharged from the low-stage compression part ,
The two-stage compressor characterized in that the heat exchange part for exchanging heat between the injection refrigerant and the refrigerant flowing through the intermediate connecting part is covered with the injection flow path and arranged in the storage part .
前記第1マフラの容器部の外表面と前記第2マフラの容器部の内表面との間に前記インジェクション流路の一部を兼ねる第2マフラ空間を形成し、インジェクション冷媒が第2マフラ空間を流れると、前記熱交換部で前記低段側圧縮部から吐出された冷媒と熱交換することを特徴とする請求項1に記載の二段圧縮機。 A second muffler is provided so as to cover the outer surface of the container portion of the first muffler,
Said second muffler space which also serves as a part of the injection flow channel is formed between the first muffler container portion of the outer surface and the second muffler container portion of the inner surface, the injection refrigerant is the second muffler space flowing the two-stage compressor according to claim 1, characterized in that said refrigerant exchanges heat discharged from the lower stage compressing unit in the heat exchanger.
前記第1マフラの容器部の外表面の伝熱面積の方が、前記第2マフラの容器部の内表面の伝熱面積より、大きいことを特徴とする請求項5に記載の二段圧縮機。 The injection passage in which the injected refrigerant flows,
6. The two-stage compressor according to claim 5 , wherein a heat transfer area of an outer surface of the container portion of the first muffler is larger than a heat transfer area of an inner surface of the container portion of the second muffler. .
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