JP6004232B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、高い効率で容量可変を行う冷凍サイクル装置に関する。

図４は特許文献１に記載された従来の冷凍サイクル装置を示す構成図である。
密閉形の圧縮機８０１は主圧縮要素８０２と補助圧縮要素８０３とを有する。主圧縮要素吐出パイプ８０４と補助圧縮要素吐出パイプ８０５は合流して高圧ガス配管８０６となる。冷凍サイクル装置は、凝縮器８０７、高圧液配管８０８、減圧器８０９、蒸発器８１０、低圧ガス配管８１１を有する。低圧ガス配管８１１は、圧縮機８０１と蒸発器８１０とを結ぶ。低圧ガス配管８１１は、主圧縮要素吸込パイプ８１２と、補助圧縮要素吸込パイプ８１３に分岐する。補助圧縮要素吐出パイプ８０５には高圧側逆止弁８１４が設けられている。主圧縮要素吸込パイプ８１２には低圧側逆止弁８１５が設けられている。バイパス管８１６は低圧側逆止弁８１５の主圧縮要素８０２側と高圧側逆止弁８１４の補助圧縮要素８０３側とを結ぶ。バイパス管８１６には容量制御時に冷媒を流すバイパス制御用二方弁８１７を設けている。

容量制御をしないフル運転時（圧縮機の高容積モード時）の冷凍サイクルの動作について説明する。
フル運転時には、バイパス制御用二方弁８１７は閉となる。圧縮機８０１が運転され、各々の圧縮要素８０２，８０３を出た冷媒は、各々の吐出パイプ８０４，８０５を通り、高圧ガス配管８０６で合流し、凝縮器８０７、減圧器８０９、蒸発器８１０に流れる。蒸発器８１０を出た冷媒は、低圧ガス配管８１１を通り、主圧縮要素８０２へは低圧側逆止弁８１５、主圧縮要素吸込パイプ８１２を通って吸込まれ、補助圧縮要素８０３へは補助圧縮要素吸込パイプ８１３を通って吸込まれる。

負荷が小さくなって容量制御運転をする場合（圧縮機の低容積モード時）の冷凍サイクルの動作について説明する。
容量制御運転時には、バイパス制御用二方弁８１７は開となる。圧縮機８０１が運転され、補助圧縮要素８０３を出た冷媒は、バイパス管８１６、バイパス制御用二方弁８１７を通り、主圧縮要素吸込パイプ８１２へ導かれる。このとき、補助圧縮要素吸込パイプ８１３は補助圧縮要素８０３の吸込み側となり、主圧縮要素吸パイプ８１２は補助圧縮要素８０３の吐出側となるので、主圧縮要素吸パイプ８１２が補助圧縮要素吸込パイプ８１３より圧力が高くなるため、低圧側逆止弁８１５は閉塞状態となる。したがって、冷媒ガスは低圧ガス配管８１１から主圧縮要素吸込パイプ８１２には流れない。主圧縮要素８０２には、バイパス管８１６を通って主圧縮要素吸込パイプ８１２に導かれた冷媒のみが吸込まれる。

このようにして、冷媒は、補助圧縮要素８０３から主圧縮要素８０２に流れ、主圧縮要素吐出パイプ８０４から吐出され、高圧ガス配管８０６、凝縮器８０７、減圧器８０９、蒸発器８１０の順に流れ、補助圧縮要素吸込パイプ８１３から補助圧縮要素８０３に戻る。

なお、バイパス管８１６は主圧縮要素８０２の吸込み側となり、高圧ガス配管８０６は主圧縮要素８０２の吐出側となることから、高圧ガス配管８０６がバイパス管８１６より圧力が高くなるため、高圧側逆止弁８１４は閉塞状態となる。従って、補助圧縮要素８０３を出た冷媒は補助圧縮要素吐出パイプ８０５には流れない。

以上のように、容量制御運転時（圧縮機の低容積モード時）においては、補助圧縮要素８０３と主圧縮要素８０２が直列に接続される。通常、二個の圧縮要素８０２，８０３を直列に接続する場合、高圧側の圧縮要素（図４における主圧縮要素８０２に相当する圧縮要素）の理論吸入容積を低圧側の圧縮要素（図４における補助圧縮要素８０３に相当する圧縮要素）の理論吸入容積より小さくし、低圧側の圧縮比と高圧側の圧縮比とが等しくなるように２段圧縮するのが効率の面から望ましい。

また、容量制御比を大きくとる、つまり最小能力を小さく設定したい場合は、低圧側の理論吸入容積を高圧側の理論吸入容積より小さくすれば、圧縮要素８０２の直列運転における圧縮機能力は低圧側の理論吸入容積により決定されるので、その目的が達せられる。このように２段圧縮機の場合、その目的により主圧縮要素８０２と補助圧縮要素８０３との理論吸入容積とを変えて構成するのが一般的である。

特開昭５９−１５０９９１号公報

ところが、従来のサイクル装置では、容量制御をしないフル運転時（圧縮機の高容積モード時）には、各々の圧縮要素８０２，８０３を出た冷媒は各々の吐出パイプ８０４，８０５を通り、高圧ガス配管８０６で合流してから凝縮器８０７、減圧器８０９、蒸発器８１０へ流れて行く。ここで、各々の圧縮要素８０２，８０３を出た冷媒には、潤滑や圧縮途中の漏れを防止するために入れられたオイルが混合しているが、各々の吐出パイプ８０４，８０５は、チャンバ８１８外で合流しているために、チャンバ８１８内で冷媒とオイルを分離することができない。従って、冷媒に混合されたオイルは、冷媒とともに高圧ガス配管８０６から凝縮器８０７、減圧器８０９、蒸発器８１０へ流れて行く。結果、凝縮器８０７や蒸発器８１０の効率を大きく低下させてしまう。

こうした事情に鑑み、本発明は、高い効率で容量可変を行うことができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、圧縮機、高圧ガス配管、凝縮器、高圧液配管、減圧器、蒸発器、低圧ガス配管、を有する冷凍サイクル装置において、前記圧縮機は、密閉容器内に、溜油部と、シャフトを介して連結される電動機部と圧縮機構部を収納し、前記圧縮機構部は、中板を介してこの両端面に、第１シリンダ及び第２シリンダが設けられ、前記シャフトを回転自在に保持する第１フレーム及び第２フレームと、前記第１シリンダの内部に配置された第１ピストンと、前記第１フレームと前記中板と前記第１シリンダの内周面との間に第１作動室を形成し、前記第１作動室を第１吸入室と第１圧縮−吐出室とに仕切る第１ベーンとを有する第１圧縮機構と、前記第２シリンダの内部に配置された第２ピストンと、前記第２フレームと前記中板と前記第２シリンダの内周面との間に第２作動室を形成し、前記第２作動室を第２吸入室と第２圧縮−吐出室とに仕切る第２ベーンとを有する第２圧縮機構とを備え、作動流体を前記第１吸入室に導く第１吸入経路と、作動流体を前記第２吸入室に導く第２吸入経路と、前記密閉容器内に設けられ、前記密閉容器の内部及び前記第１作動室及び前記第２作動室と区画された内部空間と、前記内部空間と前記密閉容器外との間の連絡経路と、前記第１フレームに設けられ、圧縮した作動流体を前記第１作動室から前記密閉容器内へと流出させる第１吐出口と、前記第１吐出口を通る作動流体が、前記密閉容器内から前記第１吐出口へと戻ることを禁止する第１逆止弁と、前記第２フレームに設けられ、圧縮した作動流体を前記第２作動室から前記内部空間へと流出させる第２吐出口と、前記第２吐出口を通る作動流体が、前記内部空間から前記第２吐出口へと戻ることを禁止する第２逆止弁と、作動流体を前記内部空間から前記密閉容器内へと流出させる第３吐出口と、前記第３吐出口を通る作動流体が、前記密閉容器内から前記第３吐出口へと戻ることを禁止する第３逆止弁とを備えたロータリ圧縮機であって、前記低圧ガス配管と、前記第２吸入経路とを接続し、前記第１吸入経路を、前記連絡経路、或いは、前記低圧ガス配管のどちらか一方に選択的に接続する四方弁を備え、前記四方弁には、前記第２吸入経路の一端と、前記連絡経路の一端と、アキュームレータに接続される接続管の一端と、封止空間に接続される配管の一端とを接続し、前記アキュームレータは、蓄積容器と導入管で構成され、前記第１吸入経路及び前記接続管は、前記蓄積容器の底部を貫通し、前記蓄積容器の前記底部から上方に一定の高さまで延出し、前記接続管と前記第１吸入経路とは、前記アキュームレータの内部空間を介して接続されたことを特徴とする冷凍サイクル装置を提供する。

本発明によれば、容量制御を行う冷凍サイクル装置において、第１圧縮機構と第２圧縮機構を並列運転する高容積モード時について、第１圧縮機構と第２圧縮機構から流出された冷媒は、すべて密閉容器内へと導かれる。密閉容器内で冷媒とオイルを十分に分離した後に、密閉容器外へと冷媒を吐出することができるので、凝縮器や蒸発器の効率を低下させることがない。結果、高い効率で容量可変を行うことを可能にした容量制御冷凍サイクル装置を提供することができる。

さらに、本発明によれば、第１圧縮機構と第２圧縮機構を並列運転する高容積モード時について、密閉容器外へのオイルの持ち出しを少なくすることができるので、オイルを安定的に確保し、圧縮機構部の部品同士のカジリや異常摩耗を防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係る高容積モード時の冷凍サイクル装置及び圧縮機の縦断面図 本実施形態に係る低容積モード時の冷凍サイクル装置及び圧縮機の縦断面図 第３吐出口を下フレームに構成した場合の圧縮機の要部縦断面図 従来の容量制御冷凍サイクルを示す構成図

図1及び図２は、本発明の一実施形態に係る冷凍サイクロ装置である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機１００、高圧ガス配管２００、凝縮器３００、高圧液配管４００、減圧器５００、蒸発器６００、低圧ガス配管７００を備えている。

圧縮機本体４０は、密閉容器１内に、モータ２、第１圧縮機構３、第２圧縮機構３３、及びシャフト４を備えている。第１圧縮機構３と第２圧縮機構３３は、密閉容器１内の下方に配置されている。モータ２は、第１圧縮機構３及び第２圧縮機構３３の上方に配置されている。第１圧縮機構３、第２圧縮機構３３、及びモータ２は、シャフト４に連結されている。密閉容器１の上部には、モータ２に電力を供給する端子２１が設けられている。密閉容器１の底部には、潤滑油を保持するための溜油部２２が形成されている。圧縮機本体４０は、いわゆる密閉型圧縮機の構造を有する。

第１圧縮機構３及び第２圧縮機構３３は、容積式の流体機構である。
第１圧縮機構３は、第１シリンダ５、第１ピストン８、第１ベーン９、第１バネ１０、下フレーム（第１フレーム）７、中板５３で構成されている。第１ピストン８は第１シリンダ５の内部に配置される。第１ピストン８は、シャフト４の第１偏心部４ａに嵌め合わされている。第１ピストン８の外周面と第１シリンダ５の内周面との間に第１作動室２５が形成される。第１シリンダ５には、第１ベーン溝（図示せず）が形成されている。第１ベーン溝には、第１ベーン９と第１バネ１０が収納されている。第１ベーン９の先端は、第１ピストン８の外周面に接する。第１ベーン９は、第１バネ１０によって第１ピストン８に向かって押される。下フレーム７は第１シリンダ５の下面に配置され、中板５３は、第１シリンダ５の上面に配置される。第１シリンダ５は、下フレーム７と中板５３で挟み込まれる。第１作動室２５は、第１ベーン９によって仕切られることで、第１吸入室と第１圧縮−吐出室が形成される。

第２圧縮機構３３は、第２シリンダ５５、第２ピストン５８、第２ベーン５９、第２バネ６０、上フレーム（第２フレーム）６、中板５３で構成されている。第２シリンダ５５は、第１シリンダ５に対して同心状に配置されている。第２ピストン５８は第２シリンダ５５の内部に配置される。第２ピストン５８の外周面と第２シリンダ５５の内周面との間に第２作動室７５が形成される。第２ピストン５８は、シャフト４の第２偏心部４ｂに嵌め合わされている。第２シリンダ５５には、第２ベーン溝（図示せず）が形成されている。第２ベーン溝には、第２ベーン５９と第２バネ６０が収納されている。第２ベーン５９の先端は、第２ピストン５８の外周面に接する。第２ベーン５９は、第２バネ６０によって第２ピストン５８に向かって押される。上フレーム６は第２シリンダ５５の下面に配置され、中板５３は、第２シリンダ５５の上面に配置される。第２シリンダ５５は上フレーム６と中板５３で挟み込まれる。第２作動室７５は、第２ベーン５９によって仕切られることで、第２吸入室と第２圧縮−吐出室が形成される。

また、第１偏心部４ａの突出方向は、第２偏心部４ｂの突出方向と１８０度ずれている。つまり、第１ピストン８の位相が第２ピストン５８の位相とシャフト４の回転角度で１８０度ずれている。

また、下フレーム７には、内部空間２８が設けられている。内部空間２８は、密閉容器１の内部及び第１作動室２５及び第２作動室７５と区画された空間である。第１圧縮機構３で圧縮される冷媒（作動流体）は、第１吸入経路１４を通じて第１作動室２５の第１吸入室に導かれる。第１作動室２５の第１圧縮−吐出室から吐出される冷媒は、下フレーム７に形成された第１吐出口２９から内部空間２８に流出する。

また、第１吐出口２９と内部空間２８の間には第１通路３４ａが形成されている。内部空間２８と第１吐出口２９とは第１通路３４ａによって連通している。第１通路３４ａには、第１逆止弁３５ａが設けられている。第１逆止弁３５ａは、内部空間２８から第１作動室２５への冷媒の流れを阻止している。また、内部空間２８と密閉容器１の内部との間には第３通路３４ｂ及び第３吐出口８０が形成されている。第３吐出口８０は上フレーム６に形成されている。第３通路３４ｂ及び第３吐出口８０によって、内部空間２８と密閉容器１の内部とが連通している。また、第３吐出口８０には、第３逆止弁３５ｂが設けられている。第３逆止弁３５ｂは、密閉容器１の内部から内部空間２８への冷媒の流れを阻止している。

また、第２圧縮機構３３で圧縮される冷媒は、第２吸入経路１５を通じて第２作動室７５の第２吸入室に導かれる。第２作動室７５の第２圧縮−吐出室から吐出される冷媒は、第２吐出口７９から密閉容器１の内部に導かれる。第２吐出口７９は、上フレーム６に形成されている。第２吐出口７９と密閉容器１の内部との間に第２通路３４ｃが形成されている。第２通路３４ｃによって密閉容器１の内部と第２吐出口７９とが連通している。また、第２通路３４ｃには、第２逆止弁３５ｃが設けられている。第２逆止弁３５ｃは、密閉容器１の内部から第２作動室７５への冷媒の流れを阻止している。

吐出経路１１、第１吸入経路１４、第２吸入経路１５、及び連絡経路１６は、冷媒管で構成されている。吐出経路１１は、密閉容器１の上部を貫通している。吐出経路１１は、圧縮された冷媒を密閉容器１の外部に導く。吐出経路１１は高圧ガス配管２００に接続され、凝縮器３００に高圧の冷媒を供給する。第１吸入経路１４は、第１圧縮機構３とアキュームレータ１２とを接続する。第１吸入経路１４は、圧縮する冷媒をアキュームレータ１２から第１圧縮機構３の第１作動室２５に導く。

第２吸入経路１５は、第２圧縮機構３３と制御要素としての四方弁３０とを接続する。連絡経路１６は、内部空間２８と、四方弁３０とを接続する。四方弁３０には、第２吸入経路１５の一端と、連絡経路１６の一端と、アキュームレータ１２に接続される接続管３１の一端と、封止空間３２に接続される配管の一端とを接続している。

アキュームレータ１２は、蓄積容器１２ａと導入管１２ｂで構成されている。蓄積容器１２ａは、液冷媒及びガス冷媒を保持できる内部空間を有する。導入管１２ｂは、蓄積容器１２ａの上部に設けている。導入管１２ｂは、低圧ガス配管７００と接続され、蒸発器６００から低圧の冷媒が供給される。第１吸入経路１４及び接続管３１は、蓄積容器１２ａの底部を貫通して、アキュームレータ１２に接続されている。第１吸入経路１４及び接続管３１は、蓄積容器１２ａの底部から上方に一定の高さまで延出している。接続管３１と第１吸入経路１４とは、アキュームレータ１２の内部空間を介して接続されている。なお、導入管１２ｂから第１吸入経路１４に液冷媒が流れ込まないように、バッフル等の他の部材が蓄積容器１２ａの内部に設けられていてもよい。また、接続管３１は第１吸入経路１４或いは導入管１２ｂと直接接続されていてもよい。

本実施の形態によれば、四方弁３０を用いて、容量制御をしないフル運転時（圧縮機の高容積モード時）の冷凍サイクルの動作と、負荷が小さくなって容量制御する場合（圧縮機の低容積モード時）の切り替えが可能となる。以下、具体的に説明する。

冷凍サイクル装置の負荷が小さくなって容量制御運転をする場合（圧縮機の低容積モード時）について説明する。
図１に示すように、四方弁３０によって、第２吸入経路１５と連絡経路１６を接続し、接続管３１と封止空間３２を接続する。この場合、第１吸入経路１４のみがアキュームレータ１２に接続されるために、第１圧縮機構３及び第２圧縮機構３３は直列に接続される。このとき、接続管３１は封止空間３２に接続される。

次に冷媒の流れについて具体的に説明する。
第１吸入経路１４から吸入された冷媒は、第１圧縮機構３によって圧縮され、第１吐出口２９を通って、内部空間２８に吐出される。ここで、内部空間２８と連通する連絡経路１６は、四方弁３０を経由して、第２吸入経路１５と接続されている。よって、内部空間２８に吐出された冷媒は、第２吸入経路１５から吸入された後、第２圧縮機構３３によって圧縮され、第２吐出口７９を通って、密閉容器１の内部に吐出される。ここで、第１圧縮機構３及び第２圧縮機構３３は直列に接続されているために、内部空間２８内の圧力は、第２圧縮機構３３の吐出圧力より低い中間圧力となる。よって、内部空間２８と密閉容器１の内部の圧力差によって、第３逆止弁３５ｂは閉じる。結果、第１圧縮機構３によって圧縮された冷媒は、すべて第２圧縮機構３３に流入する。更に、第２圧縮機構３３で圧縮された冷媒は、密閉容器１の内部に吐出され、吐出経路１１を通って、密閉容器１の外部に導かれる。

ここで、第１シリンダ５と第２シリンダ５５との高さを異なるように形成することで、第１圧縮機構３の通常の吸入容積と、第２圧縮機構３３の吸入容積を変化させることが望ましい。具体的には、第１圧縮機構３の吸入容積をＶ１、第２圧縮機構の吸入容積をＶ２とするとき、第１圧縮機構３の吸入容積Ｖ１を第２圧縮機構の吸入容積Ｖ２より大きくすることによって、低圧側の圧縮比と高圧側の圧縮比とが等しくなるように２段圧縮することが、圧縮効率の面から望ましい。

冷凍サイクル装置の容量制御をしないフル運転時（圧縮機の高容積モード時）について説明する。
図２に示すように、四方弁３０によって、第２吸入経路１５と接続管３１を接続し、連絡経路１６と封止空間３２を接続する。この場合、第１吸入経路１４及び第２吸入経路１５はアキュームレータ１２に接続されるために、第１圧縮機構３及び第２圧縮機構３３は並列に接続される。

次に冷媒の流れについて具体的に説明する。
第１吸入経路１４から吸入された冷媒は、第１圧縮機構３によって圧縮され、第１吐出口２９を通って、内部空間２８に吐出される。一方、内部空間２８と連通する連絡経路１６は、四方弁３０を経由して、封止空間３２と接続されているので、内部空間２８内の圧力は、密閉容器１の内部と同じになるまで高まる。結果、第３逆止弁３５ｂが開いて、内部空間２８から密閉容器１の内部に冷媒が吐出される。また、第２吸入経路１５は、四方弁３０を経由して、アキュームレータ１２と接続されているために、第２吸入経路１５から吸入された冷媒は、第２圧縮機構３３によって圧縮され、第２吐出口７９を通って、密閉容器１の内部に吐出される。ここで、第１圧縮機構３及び第２圧縮機構３３は並列に接続されているために、第１圧縮機構３及び第２圧縮機構３３のそれぞれで圧縮された冷媒は、密閉容器１の内部で合流し、吐出経路１１を通って、密閉容器１の外部に導かれる。

ここで、高容積モードでの吸入容積は、第１圧縮機構３の吸入容積Ｖ１、第２圧縮機構の吸入容積Ｖ２を用いて表すと、Ｖ１＋Ｖ２となる。一方、前述の低容積モードでの吸入容積は、Ｖ１である。

次に、冷媒とオイルの分離について説明する。
一般的に、密閉容器１を有する圧縮機１００において、密閉容器１の内部に一旦冷媒を吐出した後に、吐出経路１１を通って、密閉容器１の外部に導かれる高圧タイプの圧縮機については、圧縮機構の各摺動部の潤滑や圧縮途中の冷媒漏れを防ぐための、溜油部を密閉容器１内に有している。本実施の形態における冷凍サイクル装置に用いられている圧縮機１００についても、圧縮機構の各摺動部の潤滑や圧縮途中の冷媒漏れを防ぐために、溜油部２２を有している。

圧縮機構部に導入されたオイルの一部は、圧縮途中で冷媒と混合され、冷媒とオイルが密閉容器１の内部に一緒に吐出される。密閉容器１の内部に吐出された冷媒とオイルの混合流体は、モータ２付近や密閉容器１の内部を上部へと移動する際に、冷媒よりも比重が大きいオイルが、遠心力や重力によって冷媒から分離されて、密閉容器１の内部で溜油部２２へと戻る。以上の作用によって、密閉容器１内でオイルと冷媒を分離できる高圧タイプの圧縮機については、吐出経路１１を通って、密閉容器１の外部に導かれるオイルの量を少なくすることができるため、凝縮器３００や蒸発器６００の効率を低下させることがない。結果、高い効率で運転できる冷凍サイクル装置を提供することができる。

本実施の形態によれば、冷凍サイクル装置の容量制御をしないフル運転時（圧縮機の高容積モード時）及び冷凍サイクル装置の負荷が小さくなって容量制御する場合（圧縮機の低容積モード時）のどちらの運転モードにおいても、すべての冷媒は、密閉容器１の内部に吐出されてから、吐出経路１１を通って、密閉容器１の外部に導かれる。結果、密閉容器１の内部で冷媒とオイルを十分に分離した後に、密閉容器１の外へと冷媒を吐出することができるので、凝縮器３００や蒸発器６００の効率を低下させることがない。結果、高い効率で容量可変を行うことを可能にした容量制御冷凍サイクル装置を提供することができる。さらに、密閉容器１外へのオイルの持ち出しを少なくすることができるので、溜油部２２のオイルを安定的に確保し、圧縮機構部の部品同士のカジリや異常摩耗を防ぐことができる。

なお、本実施形態では、第１圧縮機構３がモータ２から遠い側に配置され、第２圧縮機構３３がモータ２に近い側に配置されている。すなわち、シャフト４の軸方向に沿って、モータ２、第２圧縮機構３３及び第１圧縮機構３がこの順番で並んでいる。この順番に構成することによって、図１及び図２に示すように、第３吐出口８０を上フレーム６に構成することができる。

図３に第３吐出口を下フレーム側に構成した場合の圧縮機を示す。第３吐出口８０を下フレーム７側に構成すると、溜油部２２内に直接冷媒を吐出することによる冷媒とオイルの混合を避けるために、密閉容器１の上部へと冷媒を導く第３通路３４ｂを形成する必要がある。そのために、第３吐出口８０を形成するための、プレート８１を新たに設置する必要がある。結果、部品点数や加工工数の増大を招いていた。

また、第１圧縮機構３がモータ２に近い側に配置され、第２圧縮機構３３がモータ２から遠い側に配置した場合（図示せず）については、内部空間２８は上フレーム６側に形成されるが、上記例と同様に、内部空間２８を構成するためにプレート８１を新たに設置する必要がある。結果、部品点数や加工工数の増大を招いていた。

本実施の形態では、第１圧縮機構３がモータ２から遠い側に配置され、第２圧縮機構３３がモータ２に近い側に配置されている。すなわち、シャフト４の軸方向に沿って、モータ２、第２圧縮機構３３及び第１圧縮機構３がこの順番で並んでいる。この順番に構成することによって、第３吐出口８０を上フレーム６に構成することができる。結果、部品点数や加工工数の増大を招くことがないので、より低コストで、且つ高い効率で容量可変を行うことを可能にした容量制御冷凍サイクル装置を提供することができる。

また、本実施の形態では、第２吐出口７９及び第３吐出口８０を、溜油部２２の液面よりも上部に構成している。溜油部２２内に直接冷媒を吐出することによる冷媒とオイルの混合を避けることができる。結果、吐出経路１１を通って、密閉容器１の外部に導かれるオイルの量を更に少なくすることができるため、凝縮器や蒸発器の効率をより低下させることがない。結果、より高い効率で容量可変を行うことを可能にした容量制御冷凍サイクル装置を提供することができる。

なお、第１ベーン９及び第２ベーン５９は、第１ピストン８及び第２ピストン５８に一体化されていてもよい。すなわち、第１ピストン８及び第１ベーン９が、第２ピストン５８及び第２ベーン５９がいわゆるスイング式ピストンで構成されている場合や、第１ピストン８及び第１ベーン９、第２ピストン５８及び第２ベーン５９をジョイントさせる構成でもよい。

なお、第１逆止弁３５ａ、第２逆止弁３５ｃ、第３逆止弁３５ｂについては、リード部及びバルブストップ部で構成されるリードバルブによって構成する。他の形態の逆止弁としては、弁体、ガイド及びバネで構成されているフリーバルブがある。フリーバルブは、リードバルブと比べて作動流体通過時の圧力損失を小さくできる特徴があるが、弁体が通路を閉じるまで、弁体がガイドと衝突して騒音が発生するという問題がある。しかしながら、密閉容器１の内部から内部空間２８への冷媒の流れを阻止する第３逆止弁３５ｂについては、高容積モード時において、密閉容器１の内部と内部空間２８との差圧とその脈動が小さいために、ブリーバルブを使用してもよい（図示せず）。

モータ２は、ステータ１７及びロータ１８で構成されている。ステータ１７は、密閉容器１の内周面に固定されている。ロータ１８は、シャフト４に固定されており、かつシャフト４とともに回転する。モータ２により、第１シリンダ５及び第２シリンダ５５の内部で第１ピストン８及び第２ピストン５８が動かされる。モータ２として、ＩＰＭＳＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）及びＳＰＭＳＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）等の回転数を変更可能なモータを使用できる。

制御部４４は、インバータ４２を制御してモータ２の回転数、すなわち、圧縮機１００の回転数を調節する。制御部４４として、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置等を含むＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を使用できる。以下、インバータ４２と容量制御冷凍サイクル装置の高容積モード及び低容積モードの関係について説明する。

具体的には、第１圧縮機構３の吸入容積Ｖ１を１０ｃｃ、第２圧縮機構３３の吸入容積Ｖ２を８ｃｃとし、高容積モード時で、圧縮機１００の回転数が６０Ｈｚの時に、冷凍サイクル装置の定格能力が発揮されるものとする。

まず、冷凍サイクル装置の能力を定格能力に対して７０％にする運転を例に説明する。本実施の形態によれば、低容積モードに切り替えた場合、圧縮機１００の吸入容積は１０ｃｃとなる。結果、冷凍サイクル装置の能力を定格能力に対して７０％にするためには、低容積モードにて、圧縮機１００の回転数を、（１８ｃｃ／１０ｃｃ×６０Ｈｚ）×０．７＝７５．６Ｈｚにする必要がある。一方、インバータ４２によって、任意の回転数でモータ２を駆動する場合は、定格回転数の６０Ｈｚに対して、モータ２の回転数を７０％（＝４２Ｈｚ）で運転することによって、能力を７０％にすることができる。多くのモータ２は、定格回転数の近傍の回転数で最も高い効率を発揮するように設計されているが、７０％程度の回転数で運転した場合であれば高い効率を維持できる。結果、モータ２を任意の回転数で駆動するインバータ４２を用いた方が、冷凍サイクル装置を高い効率で運転することができる。

次に、冷凍サイクル装置の能力を５０％にする運転を例に説明する。本実施の形態によれば、低容積モードに切り替えた場合、圧縮機１００の吸入容積は１０ｃｃとなる。結果、冷凍サイクル装置の能力を５０％にするためには、低容積モードにて、圧縮機１００の回転数を、（１８ｃｃ／１０ｃｃ×６０Ｈｚ）×０．５＝５４Ｈｚにする必要がある。一方、インバータ４２によって、任意の回転数でモータ２を駆動する場合、定格回転数の６０Ｈｚに対して、モータ２の回転数を５０％（＝３０Ｈｚ）で運転することによって、能力を５０％にすることができる。しなしながら、多くのモータ２は、定格回転数の近傍の回転数で最も高い効率を発揮するように設計されているが、５０％程度の回転数で運転した場合は、効率は大きく低下する。結果、低容積モードで運転した方が、冷凍サイクル装置を高い効率で運転することができる。

以上のように、容量制御冷凍サイクル装置の高容積モード及び低容積モードを切り替える場合と、モータ２を任意の回転数で駆動するインバータ４２と、の関係については、冷凍サイクル装置を高い効率で運転できる方を選択することで、冷凍サイクル装置をより高い効率で運転することができる。

なお、本実施形態においては、冷凍サイクル装置の能力を７０％にする運転をする場合は、モータ２を任意の回転数で駆動するインバータ４２を、冷凍サイクル装置の能力を５０％にする運転をする場合は、容量制御冷凍サイクル装置の低容積モードを選択したが、この本実施形態に限ることなく、容量制御冷凍サイクル装置の高容積モード及び低容積モードを切り替える場合と、モータ２を任意の回転数で駆動するインバータ４２のどちらを用いて冷凍サイクル装置の能力を制御するかについては、冷凍サイクル装置を高い効率で運転できる方を選択する。

更に、冷凍サイクル装置の能力を１０％にする運転を例に説明する。インバータ４２によって、任意の回転数でモータ２を駆動する場合において、定格回転数の６０Ｈｚに対して、モータ２の回転数を１０％（＝６Ｈｚ）程度で運転すると、圧縮機構部の各部品の摺動部に十分なオイルが供給されず、カジリや異常摩耗が発生するために、圧縮機１００は１０Ｈｚ程度の運転と停止を繰り返す断続運転となり、冷凍サイクル装置の効率を著しく低下させていた。しかし、容量制御冷凍サイクル装置の低容積モードを用いれば、圧縮機１００の回転数を、（１８ｃｃ／１０ｃｃ×６０Ｈｚ）×０．１＝１０．８Ｈｚにすることができるため、より小さい能力でも高い信頼性を確保しながら、冷凍サイクル装置をより高い効率で運転することができる。

本発明は、給湯機、温水暖房装置及び空気調和装置等に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。本発明は、特に、幅広い能力が要求される空気調和装置の圧縮機に有用である。

１ 密閉容器
２ モータ
３ 第１圧縮機構
４ シャフト
５ 第１シリンダ
６ 上フレーム（第２フレーム）
７ 下フレーム（第１フレーム）
８ 第１ピストン
９ 第１ベーン
１０ 第１バネ
１１ 吐出経路
１２ アキュームレータ
１４ 第１吸入経路
１５ 第２吸入経路
１６ 連絡経路
２２ 溜油部
２５ 第１作動室
２８ 内部空間
２９ 第１吐出口
３０ 四方弁（制御要素）
３３ 第２圧縮機構
３１ 接続管
３２ 封止空間
３４ａ 第１通路
３４ｂ 第３通路
３４ｃ 第２通路
３５ａ 第１逆止弁
３５ｂ 第３逆止弁
３５ｃ 第２逆止弁
４０ 圧縮機本体
４２ インバータ
４４ 制御部
５３ 中板
５５ 第２シリンダ
５８ 第２ピストン
５９ 第２ベーン
６０ 第２バネ
７５ 第２作動室
７９ 第２吐出口
８０ 第３吐出口
１００ 圧縮機
２００ 高圧ガス配管
３００ 凝縮器
４００ 高圧液配管
５００ 減圧器
６００ 蒸発器
７００ 低圧ガス配管

Claims (5)

1. 圧縮機、高圧ガス配管、凝縮器、高圧液配管、減圧器、蒸発器、低圧ガス配管、を有する冷凍サイクル装置において、
   前記圧縮機は、密閉容器内に、溜油部と、電動機部と、圧縮機構部とを収納し、
   前記電動機と前記圧縮機構部とをシャフトで連結し、
   前記圧縮機構部は、中板の両端面に、第１シリンダと第２シリンダとを設け、
   前記シャフトを回転自在に保持する第１フレーム及び第２フレームを設け、
   前記圧縮機構部を、
   前記第１フレームと前記中板との間に配置する第１圧縮機構と、前記第２フレームと前記中板との間に配置する第２圧縮機構とで構成し、
   前記第１圧縮機構を、
   前記第１シリンダと、
   前記第１シリンダの内部に配置される第１ピストンと、
   前記第１フレームと、
   前記中板とで構成し、
   前記第１シリンダの内周面と前記第１ピストンの間に第１作動室が形成され、
   前記第２圧縮機構を、
   前記第２シリンダと、
   前記第２シリンダの内部に配置される第２ピストンと、
   前記第２フレームと、
   前記中板とで構成し、
   前記第２シリンダの内周面と前記第２ピストンの間に第２作動室が形成され、
   作動流体を前記第１作動室に導く第１吸入経路と、
   作動流体を前記第２作動室に導く第２吸入経路と、
   前記密閉容器内に設けられ、前記密閉容器の内部及び前記第１作動室及び前記第２作動室と区画される内部空間と、
   前記内部空間の作動流体を前記密閉容器外に導く連絡経路と、
   前記第１フレームに設けられ、前記第１作動室で圧縮した作動流体を前記密閉容器内へと流出させる第１吐出口と、
   前記第１吐出口を通る作動流体が、前記密閉容器内から前記第１吐出口へと戻ることを阻止する第１逆止弁と、
   前記第２フレームに設けられ、前記第２作動室で圧縮した作動流体を前記密閉容器内へと流出させる第２吐出口と、
   前記第２吐出口を通る作動流体が、前記密閉容器内から前記第２吐出口へと戻ることを阻止する第２逆止弁と、
   作動流体を前記内部空間から前記密閉容器内へと流出させる第３吐出口と、
   前記第３吐出口を通る作動流体が、前記密閉容器内から前記第３吐出口へと戻ることを阻止する第３逆止弁と、
   を備え、
   前記低圧ガス配管と、前記第２吸入経路とを接続し、前記第１吸入経路を、前記連絡経路、或いは、前記低圧ガス配管のどちらか一方に選択的に接続する四方弁を備え、
   前記四方弁には、前記第２吸入経路の一端と、前記連絡経路の一端と、アキュームレータに接続される接続管の一端と、封止空間に接続される配管の一端とを接続し、
   前記アキュームレータは、蓄積容器と導入管で構成され、
   前記第１吸入経路及び前記接続管は、前記蓄積容器の底部を貫通し、前記蓄積容器の前記底部から上方に一定の高さまで延出し、
   前記接続管と前記第１吸入経路とは、前記アキュームレータの内部空間を介して接続されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記第２作動室の容積を、前記第１作動室の容積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第３吐出口を、前記第１フレームに設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第２吐出口及び前記第３吐出口を、前記溜油部の液面よりも上部に構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記電動機部を任意の回転数で駆動するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。