JPH0211886A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、空気調和装置、冷凍装置等を構成する冷凍
サイクル装置に関する。

（従来の技術） 空気調和装置（冷凍サイクル装置）では、第９図に示さ
れるように１ケース１ンリンタタイプのロータリコンプ
レッサーａに室内側熱交換器（蒸発器）ｂ、キャピラリ
ーチューブ（減圧装置）Ｃ２室外側熱交換器ｄを順次連
結した構造を用いて、冷房サイクルを構成している。

ところで、空気調和装置では、能力可変可能なロータリ
コンプレッサーａを採用して、負荷に対応できるように
したものがある。

従来、こうした空気調和装置には、第９図に示されるよ
うに密閉ケースｅ内の上段に設けた電動機部ｆにインバ
ータ回路ｇを接続したロークリコンプレッサーａを用い
られ、電源周波数の可変から電動機部ｆの回転数を変化
させて、電動機部ｆで駆動されるロータリ式の圧縮機部
りの能力を第１０図に示されるように可変させている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このようなインバータ回路ｇで能力を可変す
るロータリコンプレッサーａは、可変周波数の範囲の中
間の周波数域にＣ０Ｐ（Ｃｏｅｒｆｉｃｉｅｎｔ　　ｏ
ｆ　　Ｐ　ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　；成績係数）のピー
クをもつ特性をもっている。

このため、第１０図に示すようにロータリコンプレッサ
ーａのＥ　Ｅ　Ｒ（Ｅ　ｎｅｒｇｙ　Ｅ　ｒｆｉｃｉｃ
ｎｃｙＲａｉｔｉｏ　；エネルギー消費効率）か、中間
の有る周波数域のみ局所的に良くて、低い電源周波数域
と高い電源周波数域で悪い難点がある。

しかも、こうした他、振動の面から、３０　Ｈｚ程度の
電源周波数を限界として、それ以下の低い電源周波数で
は作動させることかできす、また信頼性の面から１２０
　Ｈｚ程度の電源周波数を限界として、それ以上の高い
電源周波数も作動させることができない問題もあって、
効率のよい冷凍サイクル運転を行なう範囲には限界があ
った。

この発明はこのような事情に着目してなされたもので、
その目的とするところは、低い電源周波数域および高い
電源周波数域を拡大して能力可変範囲を大きくすると同
時に、その拡大した範囲に渡って高いＣＯＰを確保てき
る冷凍サイクル装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明の冷凍サイクル装
置は、低段側圧縮機部およびその低段側圧縮機部と直列
につながる高段側圧縮機部、かつ前記低段側圧縮機部お
よび高段側圧縮機部を駆動する電動機部を有して構成さ
れる圧縮機を設け、この圧縮機を駆動する電動機部にイ
ンバータ回路をつなげ、かつこの冷凍サイクル機器のう
ち凝縮器と蒸発器との間に気液分離器を設け、この気液
分離器と前記低段側圧縮機部および高段側圧縮機部とを
結ぶ流路部分との間に、分離されたガス冷媒を送るイン
ジェクション回路を設け、前記低段側圧縮機部および高
段側圧縮機部の間をつなぐ流路部分と前記低段側圧縮機
の吸込側とに、低段側で圧縮された吐出冷媒を吸込側に
戻すレリース回路を設け、さらに前記インバータ回路、
第１の開閉弁および第２の開閉弁を負荷に応じて制御す
る制御部を設ける。

（作用） ノーマル能力可変運転（インジェクションレリースを行
わない普通の運転）の他に、高負荷側においてインジェ
クション回路を作動させ、当該負荷側では分離されたガ
ス冷媒分、能力が増加するガスインジェクションサイク
ルの能力可変運転を形成する。また低負荷側においてレ
リース回路を作動させ、当該負荷側では戻る吐出冷媒骨
、能力か減少するレリースサイクルの能力可変運転を形
成して、ＣＯＰのピークを低能力側および高能力側にず
らしつつ、能力可変範囲を高低双方で拡大する。

（実施例） 以下、この発明を第１図ないし第７図に示す第１の実施
例にもとついて説明する。第１図はこの発明を適用した
空気調和装置（冷凍サイクル装置）を示し、１はロータ
リコンプレッサー（圧縮機）である。

ロータリコンプレッサー］は、密閉ケース２内の上段に
電動機部３を設け、下段にロークリ式の第１の圧縮機部
４（低段側圧縮機部に相当）および第２の圧縮機部５（
高段側圧縮機部に相当）を直列に配置した構造となって
いる。詳しくは、第２図に示されるように電動機部３は
ステータ６とロータ７とを組合わせてなる。また第１の
圧縮機部４は、シリンダ８を挟むようにしてメインベア
リング９および中間仕切板１０を設けると共に、シリン
ダ８ならびにメインベアリング９、中間仕切板１０て囲
まれる空間に偏心回転自在なローラ１１をプレート（図
示しない）と共に配した構造か用いられている。なお、
８ｂは吐出ポート８ａと共に設けた吐出弁、１３はシリ
ンダ８に接続された第１の吸込管、１４はその吸込管１
３に接続されたサクションカップ（アキュームレータ）
、１５はシリンダ８の吐出ポート８ａに連通ずる第１の
吐出管である（但し、第１の吸込管１３および第１の吐
出管１５の先端部は密閉ケース２の外部に出ている）。

また第２の圧縮機部５は、中間仕切板１０に重ね合せて
シリンダ１６を設け、先の第１の圧縮機部４のときと同
様、このシリンダ１６を挾むようにしてサブベアリング
１７を設け、このシリンダ１６ならびに中間仕切板１０
．サブベアリング１７で囲まれる空間に偏心回転自在な
ローラ１８をブレード（図示しない）と共に設ける。そ
して、さらにサブベアリング１７にバルブカバー１９を
設けて、シリンダ１６の吐出ポート１６ａと、サブベア
リング１７．シリンダ１６．中間仕切板１０、シリンダ
８およびメインベアリング９を貫通した貫通孔とを連通
ずる吐出路（いずれも図示しない）を構成する構造とな
っている。なお、１６　ｂは吐出ポート１６ａと共に設
けた吐出弁、２０は密閉ケース２に設けた第２の吐出管
、２１はシリンダ１６に接続された第２の吸込管である
。

そして、第１の吐出管］５と第２の吸込管２１か同一の
マフラー２２に接続され、マフラー２２で構成される流
路部分を介して、第１の圧縮機部４と第２の圧縮機部５
とを直列につないでいる。

つまり、マフラー２２を通して冷媒を２段圧縮すること
ができるようになっている。そして、第１および第２の
圧縮機部４，５のシリンダ排除容積には、従来の１ケー
ス１シリンダタイプのシリンダ排除容積を分割した容積
か設定されている。

例えば第１の圧縮機部４のシリンダ排除容積をｒｌｏｏ
Ｊとすれば、第２の圧縮機部５の排除容積を「６０」位
の比率で設定しており、この比率で所定の圧縮比を得る
ようにしている。なお、これは第２段目では吸込比体積
か低減するために、第２の圧縮機部５のシリンダ排除容
積を第１の圧縮機部４のシリンダ排除容積よりも小さく
することによる。

こうした第１および第２の圧縮機部４，５の各ローラー
１，１８がンヤフト２３を介して電動機部３のロータ７
に直結され、電動機部３の励磁により各圧縮機部４，５
を同時に駆動できる構造にしている。

そして、このように構成されたロークリコンプレッサー
１のサクションカップ１４と第２の吐出管２０との間に
、室外側熱交換器２４（凝縮器）。

キャピラリーチューブからなる第１の減圧装置２５、気
液分離器２６．膨張弁からなる第２の減圧装置２７およ
び室内側熱交換器２８（蒸発器）が順次接続され、冷房
専用の冷凍サイクルを構成している。

一方、３０はインジェクション回路である。インジェク
ション回路３０は、室外側熱交換器２４および室内側熱
交換器２８の間に有る気液分離器２６のガス出口部２６
ａとマフラー２２とを、第１の開閉弁となる第１の電磁
二方弁３１を介装した第１のバイパス路３２で連通接続
した構造となっている。つまり、第１の電磁三方弁３１
を「開」にすることにより、気液分離器２６で分離され
たガス冷媒を、圧縮工程途上の冷媒、すなわち第１の圧
縮機部４から吐出した冷媒にインジェクションすること
ができるようになっている。

また、３３はレリース回路である。レリース回路３３は
、第１のバイパス路３２の出口側と第１の圧縮機部４の
吸込側の冷媒管部分とを、第２の開閉弁となる第２の電
磁三方弁３４を介装した第２のバイパス路３５で連通接
続した構造となっている。つまり、第２の電磁三方弁３
４を「開」にすることにより、圧縮工程途上の冷媒、す
なわち第１の圧縮機部４から吐出した冷媒を第１の圧縮
機部４の吸込側にレリースすることができるようになっ
ている。

他方、３６はステータ６に接続された上記電動機部３の
電源周波数を可変するためのインバータ回路、３７はマ
イクロコンピュータおよび周辺回路から構成された制御
回路（制御部）である。そして、この制御回路３７の出
力側に上記第１および第２の電磁三方弁３１．３４がそ
れぞれ接続され、各電磁弁３］、３４の切換制御ならび
にインバータ回路３２の電源周波数制御から、ロータリ
コンプレッサー１の能力を連続的に可変できるようにし
ている。具体的には、制御回路３７には、第１および第
２の電磁三方弁３１．３４の開閉制御により形成される
電源周波数を可変するのみの通常のノーマル能力可変運
転モード、インジェクションをしながらその電源周波数
を可変するインジェクション能力可変運転モード　さら
にはレリースをしながら電源周波数を可変するレリース
能力可変運転モードか設定されている。そして、これら
若干ずつ能力かずれる運転モードを、同一な能力が得ら
れるＣＯＰの交差する地点（ロークリコンプレッサー１
のピーク近傍）の高い電源周波数でつないで連続的に能
力が可変する能力可変域を形成し、この能力可変モード
にしたがいロークリコンプレッサー１の能力を制御する
ようにしている。

なお、図示はされていないか制御回路３７には室温を検
知するセンサーが設けられていて、室内の負荷に応じて
各運転モートから最適な能力を選択する構造となってい
る。

しかして、こうした空気調和装置で冷房を行なうときは
、ます、図示しない操作部を操作する。

すると、第２の電磁二方弁３４は「閉」の状態のままで
、第１の電磁二方弁３１か「開」となっていく。ついて
、電動機部３か高い電源周波数、例えば１２０　Ｈｚで
励磁され、第１および第２の圧縮機部４，５が高い回転
数で駆動されていく。これにより、第４図の太線で示さ
れるようにインジェクション能力可変運転モードか形成
されていく。

すなわち、サクションカップ１４から吸込まれた冷媒は
、まず第１の圧縮機部４で圧縮された後、マフラー２２
を通って、再び第２の圧縮機部５で圧縮（２段圧縮）さ
れ、その後、バルブカバ１つ内１貫通孔（図示しない）
、密閉ケース２内を通じて第２の吐出管２０から吐出さ
れていく。

そして、この冷媒が室外側熱交換器２４．第１の減圧装
置２５．気液分離器２６．第２の減圧装置２７および室
内側熱交換器２８を通って循環する一方、気液分離器２
６で分離されたガス冷媒か第１のバイパス路３２．マフ
ラー２２および第２の吸込管２１を通じて第２の圧縮機
部５に戻っていく　（インジェクション）。これにより
、室内側熱交換器２８（蒸発器）のエンタルピーの低下
がら、蒸発潜熱が増加し、かつ無駄なガス冷媒の圧縮仕
事か低減する、冷凍能力が増加した高いＣＯＰを示すサ
イクルか構成されていく。具体的には、第１の圧縮機部
４のシリンダ排除容積（比率）をｒｌｏｏＪ　　（１０
０の吐出量）すれは、概略「２０」位、ガス冷媒がイン
ジェクションされて、合計ｒ１２ｏＪ位の吐出流量とな
っていく。

こうして冷房運転が立」−かり、室内の温度が下降して
負荷か小さくなってくると、電動機部３の電源周波数が
次第に下がっていく。そして、この運転モードのピーク
近傍のＣＯＰの点が、つぎに能力が低いノーマル能力可
変運転モードのｃＯＰのピーク近傍と同じになるまで下
がると、ノーマ小能力可変運転モードに移行していく。

すなわち、先程の第１の電磁二方弁３１か「閉」しく電
磁二方弁３１．３４共、「閉」）、同時に電源周波数が
、モード切換えによって低下する能力分、高回転側にシ
フト（能力補償）して、能力を平衡に推移させていく。

これにより、第３図の太線で示すようにインジェクショ
ンも、レリースもしない、低圧縮比を組合わせた２段圧
縮による通常の冷房サイクルか形成されていく。具体的
には、先の第１の圧縮機部４のシリンダ排除容積（比率
）に応じたｒｌｏＯＪの吐出量に変化していく。

さらに、負荷が小さくなると、それにしたがって電動機
部３の電源周波数か下かっていく。そして、第７図に示
されるように実線で表わされたこの運転モードのＣＯＰ
か、破線で表わされた能力の低いレリース能力可変運転
モードのＣＯＰのピク近傍と交差する同じになるまて下
かると、レリース能力可変運転モードに移行していく。

すなわち、第１の電磁三方弁３］は「閉」、そのままの
状態に、第２の電磁二方弁３４か「開」となる。

そして、それと同時に先のときと同様、電源周波数か、
モＪ−ト切換えによって低下する能力分、高回転側にシ
フト（能力補償）し、能力をノーマル能力可変運転モー
ドから、レリース能力可変運転モードへ平衡に推移させ
ていく。すると、第５図の太線で示すように第１の圧縮
機部４の吸込側と吐出側とが第２のバイパス路３５を介
して直結されていき、第１の圧縮機部４の吐出冷媒が、
第２のバイパス路３５を通って、そのまま第１の圧縮機
ｂ４の吸込側に戻っていく　（レリース）。これにより
、第１の圧縮機部４は空圧綿となり、第２の圧縮機部３
５てのみ冷媒の圧縮仕事か行なわれていく。つまり、圧
縮仕事が低減したサイクルが構成されていく。このとき
の吐出流量は、第２の圧縮機部５で決定される。具体的
には、例えば第２の圧縮機部５のシリンダ排除容積は第
１の圧縮機部４に対して「６０」位と設定しているので
、吐出流量は「６０」となる。むろん、その後、負荷が
小さくなると、それに対応して電動機部３の電源周波数
か下っていく。

なお、このレリース能力可変運転モードの前に、第６図
の太線に示されるように気液分離器２６て分離したガス
冷媒を第２のバイパス路３を介して吸込側にバイパスさ
せる、ガスバイパス能力可変運転モード（インジェクシ
ョンとレリースとを併用したガスバイパス回路の構成に
よる）を構成して、室内側熱交換器２８（蒸発器）の圧
損を低減した運転を行なわせるようにしてもよい。この
運転は、第１および第２の電磁三方弁３１．３４を共に
「開」にしたもので、シリンダ排除容積（比率）はノー
マル能力可変運転モードをｒ　１００　Ｊとしたとき、
およそ「６５〜７０Ｊ位となる。

かくして、インジェクションおよびレリースによって、
ロータリコンプレッサー１の能力可変範囲を低い電源周
波数側および高い電源周波数側の双方において拡大する
ことかできる。しかも、拡大される能力可変域は、同一
能力で考えると、いずれも高い電源周波数となるので、
高いＣＯＰを示す部分をロータリーコンプレッサー１の
運転に使用でき、能力可変範囲の広い範囲に渡って高い
ＣＯＰを確保できる。

それ故、ＥＥＲか向上した効率の良い運転を実現するこ
とができる。

また、第８図はこの発明の第２の実施例を示す。

これは、第１の実施例で示すインジェクション回路３０
をなくして、レリース回路３３のみを残して、ノーマル
能力可変運転モード、レリース能力可変運転モードから
、低い電源周波数側のみを拡大しようとしたものである
。但し、第２の実施例において、第１の実施例と同じ構
成部品には同一符号を附してその説明を省略した。

なお、上述した実施例は１ケース・２シリンダのコンプ
レスサーを例に挙げたか、むろんこれに限らす、２ケー
ス・２シリンダのコンプレッサーでも同様であることは
いうまでもない。もちろん、冷房（冷凍）専用の冷凍サ
イクルにこの発明を適用したが、四方弁で冷暖切換えを
行なうようにしたヒートポンプ式の冷凍サイクルに適用
してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、低い電源周波数
域および高い電源周波数域を拡大して能力可変範囲を大
きくすると同時に、その拡大した範囲に渡って高いＣＯ
Ｐを確保できる。

それ故、ＥＥＲが向上した効率の良い運転を実現するこ
とかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図はこの発明の第１の実施例を示し、
第１図は冷凍サイクル装置を、制御系と共に示す構成図
、第２図はその冷凍サイクル装置に使用された圧縮機を
示す断面図、第３図ないし第６図はそれぞれ異なる運転
モートを冷媒の流れで示した図、第７図は２段圧縮のノ
ーマル運転からレリース運転へのシフトて低電源周波数
側の能力か拡大されたことを示す図、第８図はこの発明
の第２の実施例の冷凍サイクル装置を示す構成図、第９
図は従来の冷凍サイクル装置を示す構成図、第１０図は
その能力可変に伴う特性を示す図である。 ］　８ １・・・ロークリコンブレッザー（圧縮機）２・・密閉
ケース、３−・電動機部、６・低段側圧縮機（第１の圧
縮機部）、５　高段側圧縮機部（第２の圧縮機部）　２
４．２５．２７．２Ｂ、・室外側熱交換器、第１の減圧
装置、第２の減圧装置、室内側熱交換器（冷凍サイクル
機器）２６・・・気液分離器、３０・・・インジェクシ
ョン回路、３３−・レリース回路、３６・・インバータ
回路、３７・・・制御回路（制御部）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ］　９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 低段側圧縮機部およびその低段側圧縮機部と直列につな
   がる高段側圧縮機部、かつ前記低段側圧縮機部および高
   段側圧縮機部を駆動する電動機部を有して構成される圧
   縮機と、前記電動機部に接続され該電動機部の電源周波
   数を可変するインバータ回路と、前記圧縮機に接続され
   冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル機器と、この冷凍
   サイクル機器のうち凝縮器と蒸発器との間に設けられた
   気液分離器と、この気液分離器のガス出口部と前記低段
   側圧縮機部および高段側圧縮機部の間をつなぐ流路部分
   とを第１の開閉弁が介装された第１のバイパス路で連通
   してなり、分離されたガス冷媒を高段側圧縮機部の吸込
   側に送るインジェクション回路と、前記低段側圧縮機部
   および高段側圧縮機部の間をつなぐ流路部分と前記低段
   側圧縮機の吸込側とを第２の開閉弁が介装された第２の
   バイパス路で連通してなり、低段側で圧縮された吐出冷
   媒を低段側圧縮機の吸込側に戻すレリース回路と、前記
   インバータ回路、第１の開閉弁および第２の開閉弁を制
   御し前記圧縮機の能力を負荷に応じて可変する制御部と
   を具備したことを特徴とする冷凍サイクル装置。