JP6749526B1 - 室外ユニットおよび冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

室外ユニットは、冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、液状の冷媒を溜める容器を有する気液分離器と、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器および気液分離器が配管接続されて冷媒が循環する主冷媒回路とは別に、気液分離器と圧縮機とが配管接続され、容器内の液状の冷媒が圧縮機構を介さずに循環して、圧縮機構において圧縮中の冷媒を冷却する内部冷却回路とを備えるものである。

Description

この技術は、室外ユニットおよび冷凍サイクル装置に関するものである。特に、圧縮機が吐出する冷媒の温度低減をはかる室外ユニットおよび冷凍サイクル装置に係るものである。

空気調和装置として用いられている蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置では、暖房運転と冷房運転とで最適な冷媒循環量が変化する。このため、冷媒回路内に余剰な冷媒を貯留する装置が必要とされる。その中で、蒸発器の冷媒流出側に設けられるアキュムレータは、運転モードおよび動作条件の変化に起因する余剰冷媒を貯留する機能を持ちながらも、圧縮機の主要な故障モードである液圧縮を防止する機器として広く用いられている。アキュムレータは、通常、空調対象空間外に設置される室外ユニットに収容される。

従来、このようなアキュムレータを備えた冷凍サイクル装置では、暖房運転時およびモード切替を行う霜取り運転時などにおいて、気液分離器となるアキュムレータには、余剰となった液状の冷媒が滞留する。そして、このような運転時は、圧縮機は、高圧縮比の条件で動作することになる。このため、圧縮機の吐出側の温度である冷媒吐出温度が高くなりやすい。冷媒吐出温度が機械部品の許容温度を超えると、機械部品の損傷に繋がり、システムの信頼性低下を招く。そのため、アキュムレータに貯留された液状の冷媒の一部を、アキュムレータに接続したバイパス配管を用いて圧縮機の吸入側に積極的に導くことで、圧縮機に湿らせた冷媒を吸入させ、冷媒の吐出温度を低減させる手法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、このようなアキュムレータを備えた冷凍サイクル装置では、アキュムレータにおいて、アキュムレータ内の冷媒吸入用のＵ字管底部に設けられた小孔によって、貯留された液状の冷媒に相溶した冷凍機油を圧縮機に戻す機構が備わっている。アキュムレータに貯留された液状の冷媒は、Ｕ字管底部の小孔を通じて、冷凍機油とともに少しずつ圧縮機に吸入される。一方で、低外気温の条件などで冷凍機油と液状の冷媒が二相分離状態になった場合、液状の冷媒のみが選択的に小孔から流出することになる。このため、圧縮機に吸入される冷凍機油が少なくなり、返油不足となる。冷凍機油が少なくなると、圧縮機内の圧縮機構における潤滑が悪くなる。このため、潤滑不足に起因する圧縮機構の焼付きが発生し、圧縮機の破損に繋がる。そこで、圧縮機吐出側から高温および高圧のガス冷媒をパイパスさせてアキュムレータの下部に導くことで、冷凍機油と液状の冷媒とを攪拌させて混合し、アキュムレータからの返油を促進する手法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２０１３−２４５８５５号公報 特開２００４−２６３９９５号公報

特許文献１に記載されている構成の冷凍サイクル装置は、アキュムレータからバイパスして導かれる液状の冷媒の流動様式を適切に制御し、液状の冷媒を微粒化した状態で吸入冷媒に混合することで冷媒吐出温度の低減をはかるものである。しかしながら、この場合、圧縮機は、余剰な冷媒を圧縮することになる。このため、圧縮機の仕事は増加し、冷凍サイクル装置全体としてのシステムにおける成績係数（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が低下するという課題がある。一般に、液状の冷媒はガス冷媒に対して密度が数十倍大きいため、特にこの影響は大きい。

また、特許文献２に記載されている構成の冷凍サイクル装置は、圧縮機から吐出した高温および高圧のガス冷媒の一部をバイパスさせることになる。このため、凝縮器側で利用できるエネルギーが少なくなる。したがって、特許文献１と同様に、成績係数が低下するという課題がある。

そこで、成績係数の向上をはかりつつ、圧縮機が吐出する冷媒の温度を低減させることができる室外ユニットおよび冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。それに加えて、気液分離器内の冷凍機油を主冷媒回路に戻すことができる室外ユニットおよび冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

開示に係る室外ユニットは、冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、液状の冷媒を溜める容器を有し、圧縮機よりも高い位置に配置された気液分離器と、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器および気液分離器が配管接続されて冷媒が循環する主冷媒回路とは別に、気液分離器と圧縮機とが配管接続され、容器内の液状の冷媒が圧縮機構を介さずに循環して、圧縮機構において圧縮中の冷媒を冷却する内部冷却回路とを備えるものである。

また、開示に係る冷凍サイクル装置は、上記の室外ユニットと、蒸発器または凝縮器となり、負荷と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器を有する室内ユニットとを備えるものである。

開示に係る室外ユニットでは、主冷媒回路とは別に、気液分離器と圧縮機との間で、気液分離器内の液状の冷媒を循環させる内部冷却回路を有し、圧縮機内の圧縮機構で圧縮中の冷媒を冷却させるようにした。このため、開示に係る室外ユニットは、動力供給などしなくても、内部冷却回路の冷媒に発生する圧力差により冷媒を循環させ、成績係数の向上をはかりつつ、圧縮機が吐出する冷媒の温度の低減をはかることができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。 実施の形態１に係るアキュムレータ６の構成を示す図である。 実施の形態１に係る圧縮機１の構成を示す図である。 実施の形態１に係る圧縮機１の圧縮機構１ａの動作を説明する圧縮行程を示す図である。 断熱圧縮過程と等温圧縮過程とにおける概念を示すＰ−Ｖ線図である。 実施の形態１のバッフルプレート１４を上面側から見たときの斜視図である。 実施の形態１のバッフルプレート１４を下面側から見たときの斜視図である。 実施の形態１の圧縮機１におけるバッフルプレート１４、固定スクロール１１および揺動スクロール１２の位置関係を説明する図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００におけるアキュムレータ６の構成を示す図である。 実施の形態３のバッフルプレート１４を上面側から見たときの斜視図である。 実施の形態３のバッフルプレート１４を下面側から見たときの斜視図である。 実施の形態３の圧縮機１におけるバッフルプレート１４、固定スクロール１１および揺動スクロール１２の位置関係を説明する図である。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００の内部冷却回路における内部熱交換構造の構成の一例を説明する図である。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置１００の内部冷却回路における内部熱交換構造の構成の一例を説明する図である。 実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１００の圧縮機１とアキュムレータ６との位置関係を説明する図である。

以下、実施の形態に係る冷凍サイクル装置について図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、以下の説明において、図における上方を「上」とし、下方を「下」として説明する。さらに、圧力および温度の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置などにおける状態および動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。ここでは、冷凍サイクル装置１００の一例として、空気調和装置について説明する。図１において、冷凍サイクル装置１００は、室外ユニットＡと室内ユニットＢを備える。室外ユニットＡと室内ユニットＢとは、配管によって接続されている。冷凍サイクル装置１００は、四方弁２を制御することで、室外ユニットＡと室内ユニットＢにおける冷媒循環方向を反転させ冷房運転モードと暖房運転モードでの運転を行うことができる。

次に、冷凍サイクル装置１００における冷媒回路などの構成について説明する。冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器４、流量制御装置３、室外熱交換器５およびアキュムレータ６を順次配管で接続した主冷媒回路を有する。圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、実施の形態１では、圧縮機１がスクロール圧縮機である例を説明するが、スクロール圧縮機に限定されるものではない。たとえば、ロータリー圧縮機またはスクリュー圧縮機にも適用することができる。圧縮機１の構成などについては、後にさらに説明する。

また、流路切替装置となる四方弁２は、冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。絞り装置などの流量制御装置３は、開度を調整することで冷媒の流量を制御し、冷媒を減圧して膨張させる装置である。室内熱交換器４は、負荷となる空調対象空間の空気と冷媒との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、室外熱交換器５は、冷媒と室外の空気（以下、外気という）との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。気液分離器となるアキュムレータ６は、圧縮機１の吸入側に設置される。アキュムレータ６は、液圧縮を防止するために気液二相の冷媒をガス状の冷媒（以下、ガス冷媒という）と液状の冷媒（以下、液冷媒という）とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機１に向けて通過させる。そして、アキュムレータ６は、容器６ｈを有し、分離した液冷媒を溜める。

室外ユニットＡは、圧縮機１、四方弁２、流量制御装置３、室外熱交換器５およびアキュムレータ６を収納する。また、室外ユニットＡは、室外ファン５ｆを有する。室外ファン５ｆは、室外熱交換器５に対して強制的に外気を送風し、室外熱交換器５を通過する冷媒と外気との熱交換を促進させる。また、室内ユニットＢは、室内熱交換器４と室内ファン４ｆとを収納する。室内ファン４ｆは、空調対象空間の空気を、室内熱交換器４に通過させ、室内熱交換器４を通過させた空気を空調対象空間に供給する。ここで、圧縮機１、四方弁２、流量制御装置３、室内ファン４ｆおよび室外ファン５ｆは、図示していない制御装置によって、動作を制御される。

図２は、実施の形態１に係るアキュムレータ６の構成を示す図である。アキュムレータ６は、蒸発器からの気液二相冷媒が流入する冷媒流入配管６ｇと、ガス冷媒のみを流出させて圧縮機１に吸入させるＵ字冷媒流出配管６ｆとを備える。アキュムレータ６の容器６ｈの上部に設置された冷媒流入配管６ｇから流入した気液二相冷媒のうち、ガス冷媒は、重力の作用により、容器６ｈ内の上部に移動する。一方、液冷媒は、容器６ｈ内の下部に移動し、蓄積される。このため、アキュムレータ６は、ガス冷媒と液冷媒とを分離する気液分離器としての機能も有する。そして、通常、Ｕ字冷媒流出配管６ｆの吸入口からは、上部に滞留したガス冷媒のみが吸入され、圧縮機１に流出する。

ここで、蒸発器から流出した気液二相冷媒には、圧縮機１が吐出する吐出冷媒に混入した冷凍機油が含まれている。冷凍機油は、液冷媒との相溶性の程度に基づき、液冷媒と相溶の状態または液冷媒との間で二層に分離された状態で、アキュムレータ６下部に蓄積される。Ｕ字冷媒流出配管６ｆの底部に設けられた小孔６ｅは、液冷媒に溶け込み、滞留した冷凍機油を圧縮機１に戻すための孔である。ここで、小孔６ｅは、液冷媒を圧縮機１に多量に吸入させないように適切に設計する必要がある。

また、図２に示すように、実施の形態１のアキュムレータ６は、冷却冷媒流入管６ａおよび冷却冷媒流出管６ｂを有する。冷却冷媒流出管６ｂは、主冷媒回路とは別の冷媒回路である内部冷却回路の冷媒配管となる内部冷却用冷媒配管７ａと接続する管である。アキュムレータ６に貯留された液冷媒が、冷却冷媒流出管６ｂおよび内部冷却用冷媒配管７ａを介して圧縮機１に流れる。また、冷却冷媒流入管６ａは、内部冷却回路を構成する内部冷却用冷媒配管７ｂと接続する管である。圧縮機１から流出し、内部冷却用冷媒配管７ｂおよび冷却冷媒流入管６ａを通過した冷媒が、アキュムレータ６に流入する。

図３は、実施の形態１に係る圧縮機１の構成を示す図である。密閉容器９０は、外殻となる容器である。吸入管１ｆは、主冷媒回路における、アキュムレータ６からの低圧のガス冷媒が流入する管である。吸入管１ｆを通過した冷媒は、密閉容器９０内の第１吸入空間７１に流入する。第２吸入空間７２は、後述するフレーム１７の開口部１７ｃを通過した冷媒が流入する空間である。

実施の形態１の圧縮機１は、密閉容器９０の内部に、冷媒を圧縮する圧縮機構１ａ、圧縮機構１ａを駆動させる回転軸１ｂ、回転軸１ｂを回転させる電動固定子１ｃおよび電動回転子１ｄ並びに圧縮機構１ａに冷凍機油を供給するポンプ要素１ｅが収納されている。圧縮機構１ａは、固定スクロール１１と揺動スクロール１２とを有する。揺動スクロール１２は、回転軸１ｂとともに回転駆動する。固定スクロール１１と揺動スクロール１２とによる圧縮原理については後述する。回転軸１ｂは、偏芯軸部１ｂａを上部に有する。回転軸１ｂは、揺動軸受１２ｃを通じて揺動スクロール１２が揺動運動可能なように、揺動スクロール１２に嵌合される。そして、揺動スクロール１２の揺動台板１２ａが有する揺動渦巻部１２ｂと固定スクロール１１の固定台板１１ａが有する固定渦巻部１１ｂとは、互いに逆位相になるように組み合わせられる。揺動渦巻部１２ｂと固定渦巻部１１ｂとの組み合わせにより、第２吸入空間７２の冷媒を吸入する、後述する図４に示す吸入室７３ａ、冷媒を圧縮する圧縮室７３ｂおよび最も内側の圧縮空間である最内室７３ｃとなる空間が形成される。

固定スクロール１１は、揺動スクロール１２の上部に配置され、フレーム１７に固定設置される。フレーム１７は、固定スクロール１１を固定配置する。また、フレーム１７は、揺動スクロール１２に作用するスラスト力を軸方向に支持するスラスト面を有する。さらに、フレーム１７は、第１吸入空間７１と第２吸入空間７２とを連通する開口部１７ｃを有する。そして、揺動スクロール１２とフレーム１７との間には、揺動スクロール１２の自転防止機構として機能するオルダムリング１３が配置される。電動固定子１ｃは、電動回転子１ｄを通じて、回転軸１ｂに対して駆動力を供給する。電動固定子１ｃは、密閉容器９０に焼嵌めなどによって固定される。電動固定子１ｃは、フレーム１７と電動固定子１ｃ間に存在するガラス端子（図示せず）に接続されたリード線（図示せず）によって外部から電力が供給される。電動回転子１ｄは、回転軸１ｂに焼嵌めなどによって固定されている。また、回転軸１ｂおよび電動回転子１ｄには、第１バランスウェイト６０と第２バランスウェイト６１とが固定されている。第１バランスウェイト６０および第２バランスウェイト６１は、スクロール圧縮機における回転系全体のモーメントバランスを制御する。

固定スクロール１１の上部には、バッフルプレート１４が設置されている。実施の形態１のバッフルプレート１４は、後述するように、冷媒が通過する冷却冷媒流路部１ｋが形成され、冷却冷媒流路部１ｋを通過する冷媒を熱交換する内部熱交換構造を有する。内部冷却用冷媒配管７ａから冷却冷媒流入管１ｈに流入した冷媒が、冷却冷媒流路部１ｋを通過する。また、冷却冷媒流路部１ｋを通過した冷媒は、冷却冷媒流出管１ｉから流出し、内部冷却用冷媒配管７ｂを通過する。さらに、バッフルプレート１４は、最内室７３ｃからの冷媒が通過する吐出ポート２２を有する。バッフルプレート１４については、後でさらに説明する。吐出空間７４は、吐出ポート２２を通過した冷媒が流入する。吐出管１ｇは、吐出空間７４の高圧のガス冷媒である吐出冷媒が通過し、主冷媒回路に吐出させる管である。

主軸受１７ａは、揺動軸受１２ｃに嵌合されている。フレーム１７に設けられたボス部内周に銅鉛合金などの滑り軸受に使用される軸受材料が圧入などにより固定され、形成された揺動軸受１２ｃに嵌合されている。フレーム１７の主軸部１ｂｂは、主軸受１７ａと回転自在に嵌合され、冷凍機油による油膜を介して互いに摺動する。サブフレーム１９は、電動固定子１ｃおよび電動回転子１ｄの下部に位置し、その上部には玉軸受からなる副軸受２０を備え、回転軸１ｂを半径方向に軸支する。ここで、副軸受２０は、玉軸受以外の軸受構成によって軸支してもよい。副軸部１ｂｃは副軸受２０と嵌合され、冷凍機油による油膜を介して副軸受２０と摺動する。主軸部１ｂｂおよび副軸部１ｂｃの軸心は、回転軸１ｂの軸心と一致している。

図４は、実施の形態１に係る圧縮機１の圧縮機構１ａの動作を説明する圧縮行程を示す図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、揺動渦巻部１２ｂの一回転中の動作のうち、それぞれθ＝０［ｄｅｇ］、９０［ｄｅｇ］、１８０［ｄｅｇ］および２７０［ｄｅｇ］における固定渦巻部１１ｂと揺動渦巻部１２ｂとの状態を示す圧縮行程図である。ここで、主冷媒回路に係る冷媒について、圧縮機１内における流れなどについて、図３および図４を用いて説明する。吸入管１ｆから密閉容器９０内の第１吸入空間７１に流入した低圧のガス冷媒は、フレーム１７に形成された開口部１７ｃを通じて、第２吸入空間７２に流入する。第２吸入空間７２に流入した冷媒は、図４に示すように、固定スクロール１１の固定渦巻部１１ｂと揺動スクロール１２の揺動渦巻部１２ｂとの相対的な揺動動作に伴い、固定渦巻部１１ｂと揺動渦巻部１２ｂとにより形成される吸入室７３ａに吸入される。吸入室７３ａに吸入された冷媒は、固定渦巻部１１ｂと揺動渦巻部１２ｂとの位置関係に伴う圧縮室７３ｂの幾何学的な容積変化によって、低圧から高圧に昇圧される。圧縮室７３ｂ内の冷媒は、ある回転角において最内室７３ｃに移動し、最内室７３ｃ内に設けられた吐出ポート２２を通じて吐出空間７４に流入する。その後、吐出空間７４を経由して吐出管１ｇから、高温および高圧の吐出冷媒として圧縮機１外部の主冷媒回路へと流出する。

次に、アキュムレータ６の冷却冷媒流出管６ｂから流出した液冷媒の流れについて、図１〜図３に基づいて説明する。アキュムレータ６から流出した液冷媒は、内部冷却用冷媒配管７ａを通過して圧縮機１の冷却冷媒流入管１ｈに流入する。冷却冷媒流入管１ｈを通過した冷媒は、バッフルプレート１４に設けられた冷却冷媒流路部１ｋに導かれる。そして、冷媒は、冷却冷媒流路部１ｋを通過中に、圧縮行程中のガス冷媒との間で熱交換を行う。

図５は、断熱圧縮過程と等温圧縮過程とにおける概念を示すＰ−Ｖ線図である。一般に、圧縮行程中のガス冷媒は、質量保存式およびエネルギー保存式で表される（１）式および（２）式の保存式に基づき、熱力学状態量が変化する。ここで、ｍは、冷媒の質量［ｋｇ］である。また、Ｕは、内部エネルギー［ｋＪ］である。さらに、ｈは、比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］である。また、ｐは、圧力［Ｐａ］である。Ｖは、圧縮機１が有する圧縮室７３ｂの容積［ｍ^３］である。そして、Ｑ’は、外部との熱交換をすることによって、冷媒に与えられる入熱量［Ｗ］である。

［数１］
ｄｍ／ｄｔ＝Σｍ’_ｋ …（１）

［数２］
ｄＵ／ｄｔ＝Σｍ’ _ｋ・ｈ_ｋ−ｐ・ｄＶ／ｄｔ＋Ｑ’ …（２）

一般に、圧縮動作においては、ｄＶ／ｄｔは負となる。このため、圧縮行程に伴って、冷媒の内部エネルギーは増加し、冷媒は加熱される。したがって、圧縮行程中のガス冷媒の温度は、概して、圧縮機吸入時の冷媒温度より高い。アキュムレータ６から流出した液冷媒の温度は、圧縮機吸入ガス冷媒温度と同等の温度である。このため、冷却冷媒流路部１ｋにおける内部熱交換構造においては、圧縮行程中のガス冷媒の熱が、アキュムレータ６から流出した液冷媒に伝わる。ここで、（２）式における入熱量Ｑ’は負となる。このため、圧縮行程中のガス冷媒は冷却される。この圧縮過程は、従来の断熱圧縮過程ではなく疑似等温圧縮過程として考えることができる。したがって、圧縮機１は、ガス冷媒の昇温を抑えながらも昇圧させることができる。また、図５に示すように、等温圧縮過程は、断熱圧縮過程に比べて圧縮機仕事を低減することができる。このため、圧縮機１は、圧縮動作を省エネルギーで行うことができる。

圧縮行程中のガス冷媒から伝熱された液冷媒は、気化潜熱による吸熱を行いながら蒸発する。一部が気化し、気液二相冷媒となったアキュムレータ６から流出した液冷媒は、気相冷媒の気泡の浮力を駆動力として冷却冷媒流路部１ｋを通過し、冷却冷媒流出管１ｉから流出する。冷却冷媒流出管１ｉから流出した気液二相冷媒は、内部冷却用冷媒配管７ｂを通過して、冷却冷媒流入管６ａからアキュムレータ６に流入する。ここで、気液二相冷媒は、一部が凝縮する。気液二相冷媒のうち、液冷媒は、再度、冷却冷媒流出管６ｂに導かれる。また、ガス冷媒は、Ｕ字冷媒流出配管６ｆから圧縮機１に吸入される。

このように、実施の形態１のアキュムレータ６内に、主冷媒回路における冷媒の流れだけでなく、別の冷媒循環経路によっても、冷媒が流れるようにする。このため、アキュムレータ６は、内部において、滞留した液冷媒を効果的に攪拌することができる。したがって、液冷媒に相溶または液冷媒との間で二層に分離された状態で存在する冷凍機油を、Ｕ字冷媒流出配管６ｆの底部に設けられた小孔６ｅから圧縮機１に戻すことができる。

図６は、実施の形態１のバッフルプレート１４を上面側から見たときの斜視図である。図７は、実施の形態１のバッフルプレート１４を下面側から見たときの斜視図である。図８は、実施の形態１の圧縮機１におけるバッフルプレート１４、固定スクロール１１および揺動スクロール１２の位置関係を説明する図である。ここで、図８は、図を見やすくするため、ハッチングを省略している。図６〜図８に基づいて、アキュムレータ６から流出した液冷媒の圧縮機１のバッフルプレート１４内における流れなどについて説明する。

前述したように、実施の形態１に係るバッフルプレート１４は、冷却冷媒流路部１ｋによる内部熱交換構造を有する。冷却冷媒流路部１ｋは、冷却冷媒流入部１４ａおよび冷却冷媒流出部１４ｂ並びに冷却冷媒流路溝１４ｃを有する。冷却冷媒流入部１４ａは、固定スクロール１１と接していないバッフルプレート１４の上面側と固定スクロール１１と接するバッフルプレート１４の下面側とを貫通する貫通孔である。冷却冷媒流入部１４ａには、内部冷却用冷媒配管７ａおよびを通過して、冷却冷媒流入管１ｈから圧縮機１内に流れた冷媒が、バッフルプレート１４の上面側から流入する。冷却冷媒流路溝１４ｃは、冷却冷媒流入部１４ａから流入した冷媒が通過する溝である。冷却冷媒流路溝１４ｃは、バッフルプレート１４の下面側において、バッフルプレート１４の外縁に近い外縁部側と中心に近い中心部側とを交互に通過するように形成される。冷却冷媒流入部１４ａから流入した冷媒は、冷却冷媒流路溝１４ｃと固定スクロール１１とでできた壁による流路を通過することになる。冷却冷媒流出部１４ｂは、バッフルプレート１４の上面側と下面側とを貫通する貫通孔である。冷却冷媒流路溝１４ｃを通過した冷媒が、冷却冷媒流出部１４ｂを通過して、バッフルプレート１４の上面側から流出する。

図７に示すように、冷却冷媒流入部１４ａに流入した液冷媒は、バッフルプレート１４の外縁部側と中心部側とを交互に通過するように形成された冷却冷媒流路溝１４ｃに流入する。ここで、図８に示すように、バッフルプレート１４の外縁部は、圧縮機構１ａにおける冷媒の吸入側と隣接する位置にある。また、バッフルプレート１４の中心部は、圧縮機構１ａにおける冷媒の吐出側と隣接する。前述したように、圧縮機１内における冷媒の温度は、吸入された冷媒が通過する側で低温であり、圧縮され、吐出される冷媒が通過する側で高温になる。そして、吸入側の冷媒と吐出側の冷媒との温度差は、圧縮比が大きい条件ほど増加する。たとえば、冷媒Ｒ４１０Ａの場合は、ＡＲＩ（Ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ＆ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）で規定された条件において、温度差が約６７［Ｋ］となる。また、冷媒Ｒ３２の場合は、ＡＲＩで規定された条件において、温度差が約８３［Ｋ］になる。したがって、冷却冷媒流路溝１４ｃに流入した液冷媒は、バッフルプレート１４の外縁部において圧縮行程中の低温の冷媒と熱交換を行い、バッフルプレート１４の中心部において圧縮行程中の高温の冷媒と熱交換を行うことになる。バッフルプレート１４が内部熱交換構造を有することによって、冷却冷媒流路溝１４ｃに流入した冷媒は、バッフルプレート１４の外縁部側での凝縮とバッフルプレート１４の中心部側での蒸発とを交互に繰り返す。

ここで、バッフルプレート１４の中心部側では、冷媒の一部が蒸発して、圧力が上昇する。また、バッフルプレート１４の外縁部側では、気液二相冷媒が凝縮して、圧力が降下する。この結果、冷却冷媒流路溝１４ｃでは外縁部と中心部との間に局所的に圧力差が生まれ、複数の圧力分布ができる。そして、冷媒には、圧力振動による自励振動流が生じる。冷媒は、自励振動流によって、内部冷却回路を循環し、前述したように、冷却冷媒流出部１４ｂ、冷却冷媒流出管１ｉおよび内部冷却用冷媒配管７ｂを通過してアキュムレータ６に戻る。冷媒に圧力が加わって自励振動流が発生することで、外部から供給される電力などによる動力を用いなくても、冷媒の循環にかかる力を大きく向上させるとともに、冷媒による顕熱輸送と潜熱輸送とを用いた効率のよい熱輸送および熱交換を行うことができる。

以上のように、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００によれば、主冷媒回路とは別に、アキュムレータ６と圧縮機１との間で冷媒を循環させる内部冷却回路を構成する。そして、アキュムレータ６に貯留された液冷媒を圧縮機１内の冷却冷媒流路部１ｋに通過させ、圧縮行程中の冷媒と熱交換させて、圧縮行程中の冷媒を冷却する。このため、外部からエネルギーの供給を行わずに圧縮行程中の冷媒を冷却し、冷媒の圧縮行程を、従来の断熱圧縮から、圧縮に係るエネルギー効率のよい等温圧縮に近づけることができる。したがって、圧縮機仕事を低減し、装置全体のＣＯＰが向上する冷凍サイクル装置１００を得ることができる。また、圧縮行程中の冷媒を冷却することで、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を低下させることができるので、冷媒が高温になることに起因する冷媒および冷媒に含まれる冷凍油の化学的な劣化および機械部品の故障を回避することができる。さらに、冷媒が内部冷却回路を循環することで、アキュムレータ６内の液冷媒が攪拌されせる外部駆動力が働くため、アキュムレータ６に滞留した液冷媒および冷凍機油を適切に圧縮機１に向けて戻すことができる。このため、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００は、高いエネルギー効率と高い信頼性とを両立することができる。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００におけるアキュムレータ６の構成を示す図である。図９において、図２などと同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１で説明したことと同様の動作などを行う。ここでは、実施の形態２の冷凍サイクル装置１００について、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００と異なる構成の部分について説明する。実施の形態２におけるアキュムレータ６は、冷却冷媒流入管６ａがアキュムレータ６の上部に設置されている。また、冷却冷媒流出管６ｂがアキュムレータ６の下部に設置されている。そして、冷却冷媒流入管６ａと冷却冷媒流出管６ｂとが、接続配管６ｃによって接続されている。ここで、接続配管６ｃは、容器６ｈと同様に、鉛直方向に沿って設置されているものとする。そして、接続配管６ｃは、管軸方向に沿って少なくとも２個以上の小孔６ｄを有する。内部冷却回路を循環する冷媒は、貫通孔である小孔６ｄを通じて、接続配管６ｃを流入出する。

実施の形態２のアキュムレータ６は、冷却冷媒流入管６ａと冷却冷媒流出管６ｂとが接続配管６ｃで接続された構成となっていることで、内部冷却回路が半密閉のループ構造の回路となる。このため、冷却冷媒流入管６ａと冷却冷媒流出管６ｂとがアキュムレータ６内で開放されている実施の形態１のようなワンウェイ構造の内部冷却回路に比べて、冷却冷媒の運動量損失を抑えることができる。この結果、内部冷却回路における冷媒の循環にかかる力が向上し、アキュムレータ６内の液冷媒をより循環させることで、圧縮行程中の冷媒を効率よく冷却することができる。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３のバッフルプレート１４を上面側から見たときの斜視図である。図１１は、実施の形態３のバッフルプレート１４を下面側から見たときの斜視図である。図１２は、実施の形態３の圧縮機１におけるバッフルプレート１４、固定スクロール１１および揺動スクロール１２の位置関係を説明する図である。ここで、図を見やすくするため、図１２におけるハッチングを省略している。

実施の形態３に係るバッフルプレート１４の冷却冷媒流路部１ｋは、冷却冷媒流入部１４ａがバッフルプレート１４の外縁部に設置される。また、冷却冷媒流出部１４ｂがバッフルプレート１４の中心部に設置される。そして、冷却冷媒流入部１４ａから冷却冷媒流出部１４ｂに到るまでの冷却冷媒流路溝１４ｃの形状が異なる。図１１に示すように、バッフルプレート１４の冷却冷媒流路溝１４ｃは、バッフルプレート１４の外縁部に設置された冷却冷媒流入部１４ａから円弧を描きながら中心部に設置された冷却冷媒流出部１４ｂに向かう形状に形成される。ここで、冷却冷媒流路溝１４ｃがなす円弧はバッフルプレート１４の中心部に向かうにつれて、円弧半径が減少するような渦巻曲線で形成される。このような渦巻曲線としては、たとえばインボリュート曲線がある。ここで、図１１では、渦巻曲線の巻き数が約１．５で示されているが、巻き数を限定するものではない。

以上のように、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００においては、バッフルプレート１４の冷却冷媒流路部１ｋにおける冷却冷媒流路溝１４ｃが、バッフルプレート１４の外縁部から中心部に向かって円弧を描く形状で形成する。このため、内部冷却回路を流れるアキュムレータ６からの液冷媒と圧縮機構１ａにおいて冷却対象である圧縮行程中のガス冷媒とを並行流とすることができる。したがって、冷却冷媒流路部１ｋの冷媒流出側において、選択的に冷媒の密度変化に伴う浮力を冷媒に加えることができる。このため、実施の形態１に比べて、比較的簡単な構造で、外部動力を用いなくても、冷媒の循環にかかる力をさらに大きく向上させることができる。

実施の形態４．
図１３は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００の内部冷却回路における内部熱交換構造の構成の一例を説明する図である。図１３において、図１などと同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１などで説明したことと同様の動作などを行う。ここでは、実施の形態４の冷凍サイクル装置１００について、実施の形態１などの冷凍サイクル装置１００と異なる構成の部分について説明する。

冷凍サイクル装置１００は、主冷媒回路とは別の内部冷却回路で冷媒を循環させるため、圧縮機１とアキュムレータ６との間を接続する内部冷却用冷媒配管７ａおよび内部冷却用冷媒配管７ｂで接続している。実施の形態４の冷凍サイクル装置１００では、内部冷却用冷媒配管７ａと内部冷却用冷媒配管７ｂとは、少なくとも一部を二重管構成とし、内部冷却用冷媒配管７ａを通過する冷媒と内部冷却用冷媒配管７ｂを通過する冷媒とを熱交換する内部熱交換構造とする。

前述したように、アキュムレータ６の冷却冷媒流出管６ｂから流出した液冷媒は、内部冷却用冷媒配管７ａを通過する。一方、圧縮行程中のガス冷媒を冷却して、圧縮機１の冷却冷媒流出管１ｉから流出した気液二相冷媒は、内部冷却用冷媒配管７ｂを通過する。そして、二重管構成部分において、内部冷却用冷媒配管７ｂを通過する気液二相冷媒は放熱し、内部冷却用冷媒配管７ａを通過する液冷媒は吸熱する。この結果、内部冷却回路において、冷媒が凝縮または過冷却する部分と蒸発する部分とが増える。このため、外部動力を用いなくても、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００よりも冷媒循環に係る力をさらに大きくすることができる。

実施の形態５．
図１４は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置１００の内部冷却回路における内部熱交換構造の構成の一例を説明する図である。図１４において、図１３などと同じ符号を付している機器などについては、実施の形態４などで説明したことと同様の動作などを行う。ここでは、実施の形態５の冷凍サイクル装置１００について、実施の形態４などの冷凍サイクル装置１００と異なる構成の部分について説明する。

実施の形態４の冷凍サイクル装置１００では、内部冷却用冷媒配管７ａと内部冷却用冷媒配管７ｂとが、少なくとも一部が二重管となる構成であった。実施の形態５では、一箇所以上で内部冷却用冷媒配管７ａと内部冷却用冷媒配管７ｂとを接合または接触する構成とし、内部冷却用冷媒配管７ａを通過する冷媒と内部冷却用冷媒配管７ｂを通過する冷媒とを熱交換する内部熱交換構造とする。図１４では、内部冷却用冷媒配管７ａおよび内部冷却用冷媒配管７ｂの全体をそれぞれ接合している場合を示している。

このため、実施の形態４と同様に、内部冷却回路において、冷媒が凝縮または過冷却する部分と蒸発する部分とが増える。したがって、外部動力を用いなくても、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００よりも冷媒循環に係る力をさらに大きくすることができる。また、実施の形態５の冷凍サイクル装置１００は、実施の形態４の冷凍サイクル装置１００よりも、簡単に構成することができ、低コストで同様の機能を得ることができる。

実施の形態６．
図１５は、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１００の圧縮機１とアキュムレータ６との位置関係を説明する図である。図１５において、図１などと同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１などで説明したことと同様の動作などを行う。ここでは、実施の形態６の冷凍サイクル装置１００について、実施の形態１などの冷凍サイクル装置１００と異なる構成の部分について説明する。

図１５に示すように、実施の形態６の冷凍サイクル装置１００は、アキュムレータ６は、圧縮機１よりも高い位置に配置する。図１５では、アキュムレータ６および圧縮機１におけるそれぞれの設置面の高低差はｈである。ここで、高低差ｈは、少なくとも圧縮機１の設置面と圧縮機１の冷却冷媒流路部１ｋの位置との高低差よりも大きい。したがって、アキュムレータ６の設置面は、圧縮機１の冷却冷媒流路部１ｋよりも高い位置にある。

以上のように、実施の形態６の冷凍サイクル装置１００においては、アキュムレータ６の設置面が圧縮機１の冷却冷媒流路部１ｋよりも高い位置となるようにアキュムレータ６を配置する。このため、内部冷却用冷媒配管７ａを通過する液冷媒は、重力により流れが速くなる。一方、内部冷却用冷媒配管７ｂを通過する気液二相冷媒は、気相冷媒を含んでいるため、重力の影響が軽減される。したがって、外部動力を用いなくても、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００よりも冷媒循環に係る力をさらに大きくすることができる。

１ 圧縮機、１ａ 圧縮機構、１ｂ 回転軸、１ｃ 電動固定子、１ｄ 電動回転子、１ｅ ポンプ要素、１ｆ 吸入管、１ｇ 吐出管、１ｈ 冷却冷媒流入管、１ｉ 冷却冷媒流出管、１ｋ 冷却冷媒流路部、２ 四方弁、３ 流量制御装置、４ 室内熱交換器、４ｆ 室内ファン、５ 室外熱交換器、５ｆ 室外ファン、６ アキュムレータ、６ａ 冷却冷媒流入管、６ｂ 冷却冷媒流出管、６ｃ 接続配管、６ｄ 小孔、６ｅ 小孔、６ｆ 接続配管、７ａ 第１の接続配管、７ｂ 第２の接続配管、１１ 固定スクロール、１１ａ 固定台板、１１ｂ 固定渦巻部、１２ 揺動スクロール、１２ａ 揺動台板、１２ｂ 揺動渦巻部、１２ｃ 揺動軸受、１３ オルダムリング、１４ バッフルプレート、１４ａ 冷却冷媒流入部、１４ｂ 冷却冷媒流出部、１４ｃ 冷却冷媒流路溝、１７ フレーム、１７ａ 主軸受、１７ｃ 開口部、１９ サブフレーム、２０ 副軸受、２２ 吐出ポート、６０ 第１バランスウェイト、６１ 第２バランスウェイト、７１ 第１吸入空間、７２ 第２吸入空間、７３ａ 吸入室、７３ｂ 圧縮室、７３ｃ 最内室、９０ 密閉容器、１００ 冷凍サイクル装置、Ａ 室外ユニット、Ｂ 室内ユニット。

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、
   液状の前記冷媒を溜める容器を有し、前記圧縮機よりも高い位置に配置された気液分離器と、
   前記圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器および前記気液分離器が配管接続されて前記冷媒が循環する主冷媒回路とは別に、前記気液分離器と前記圧縮機とが配管接続され、前記容器内の液状の前記冷媒が前記圧縮機構を介さずに循環して、前記圧縮機構において圧縮中の前記冷媒を冷却する内部冷却回路と
   を備える室外ユニット。
2. 前記内部冷却回路において、前記圧縮機と前記気液分離器とは、２本の冷媒配管で配管接続され、
   前記気液分離器は、管軸方向に２つ以上の貫通孔を有し、２本の前記冷媒配管の間を接続する接続配管を前記容器内に有する請求項１に記載の室外ユニット。
3. 前記圧縮機は、前記圧縮機構に接する位置に、前記内部冷却回路を循環する前記冷媒が通過して、前記圧縮中の前記冷媒との熱交換が行われる冷却冷媒流路部を有する請求項１または請求項２に記載の室外ユニット。
4. 前記冷却冷媒流路部は、前記圧縮機構において、前記圧縮機に吸入された前記冷媒により低温となる部分と圧縮された前記冷媒により高温となる部分とを交互に、前記内部冷却回路を循環する前記冷媒を通過させる経路を有する請求項３に記載の室外ユニット。
5. 前記冷却冷媒流路部は、前記圧縮機構において圧縮中の前記冷媒の流れに沿って、前記圧縮機に吸入された前記冷媒により低温となる部分から、圧縮された前記冷媒により高温となる部分に向かって、前記内部冷却回路を循環する前記冷媒を通過させる経路を有する請求項３に記載の室外ユニット。
6. 前記内部冷却回路において、前記圧縮機と前記気液分離器とは、２本の冷媒配管で配管接続され、
   ２本の前記冷媒配管の少なくとも一部は、一方を外管とし、他方を内管とする二重管となる請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の室外ユニット。
7. 前記内部冷却回路において、前記圧縮機と前記気液分離器とは、２本の冷媒配管で配管接続され、
   ２本の前記冷媒配管の少なくとも一箇所以上を接合または接触させる請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の室外ユニット。
8. 前記気液分離器は、前記主冷媒回路において前記蒸発器と前記圧縮機との間に配置されるアキュムレータである請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の室外ユニット。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の室外ユニットと、
   蒸発器または凝縮器となり、負荷と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器を有する室内ユニットと
   を備える冷凍サイクル装置。

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