JPH1130447A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、冷媒加熱器を備えた冷凍サイクルに
おいて、冷房／暖房のいずれにもマッチングし、信頼性
の高い冷凍サイクルを提供する。 【解決手段】運転モードに応じて別々に使用される第１
の圧縮機１Ａと第２の圧縮機１Ｂを並列に接続するとと
もに、サイクル中に冷媒加熱器１９を介設した冷凍サイ
クルにおいて、上記各圧縮機は、固定スクロール３４
Ａ，３４Ｂの翼部ｍ１，ｍ２に旋回スクロール３５Ａ，
３５Ｂの翼部ｍ１，ｍ２を噛合して旋回運動をなすスク
ロール式圧縮機であり、第１の圧縮機は、固定スクロー
ルと旋回スクロールの互いに噛合する翼部の一部をカッ
トして圧縮比を下げた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒加熱器を備え
るとともに、２台の圧縮機を並列に接続する冷凍サイク
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】特に、暖房運転モード用として、外気温
の低下に影響されることのないよう、冷凍サイクルに冷
媒加熱器を備えた空気調和機が用いられている。このよ
うな空気調和機の冷凍サイクルにおいては、暖房時に冷
媒加熱器を使用するため、冷房時と暖房時との冷房／暖
房能力に差があり、このようなサイクルに用いる圧縮機
としては、開閉弁を介して吸込み管にバイパスするレリ
ース管を接続したレリース回路を有するポールチェンジ
可能なスクロール式圧縮機が多用されている。

【０００３】そして、冷房運転自はレリースポートを閉
じ、２極で運転し、暖房運転時はレリースポートを開い
て４極で運転することによって、冷房時と暖房時との冷
房／暖房能力を異ならせていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな冷媒加熱器を備えた冷凍サイクルにおいては、冷房
時と暖房時との冷房／暖房能力に極端に差があるため、
冷房運転時の能力に圧縮機能力をマッチングさせた場
合、暖房運転時に必要な能力が出せない。

【０００５】また、暖房運転時には冷媒加熱器を使用す
るため、吸込み圧力が比較的高く、冷房応力にマッチン
グさせた圧縮機で暖房時の能力を出そうとした場合、翼
応力が増大して耐久性に影響が出易く、信頼性の低いも
のであった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、２台並列に接続される圧縮機
を運転モードに応じて別々に使用するとともに、一方の
圧縮機の圧縮比を下げた構成として、冷房／暖房のいず
れにもマッチングし、信頼性の高い冷凍サイクルを提供
しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するた
め、本発明の冷凍サイクルは、請求項１として、運転モ
ードに応じて別々に使用される２台の圧縮機を並列に接
続するとともに、サイクル中に冷媒加熱器を介設した冷
凍サイクルにおいて、上記各圧縮機は、固定スクロール
の翼部に旋回スクロールの翼部を噛合して旋回運動をな
すスクロール式圧縮機であり、一方のスクロール式圧縮
機は、その固定スクロールと旋回スクロールの互いに噛
合する翼部の一部がカットされることを特徴とする。

【０００８】請求項２として、請求項１記載の冷凍サイ
クルにおいて上記カットされる翼部一部は、翼部の巻き
始め端であることを特徴とする。請求項３として、請求
項１記載の冷凍サイクルにおいて上記カットされる翼部
一部は、翼部の巻き終り端であることを特徴とする。

【０００９】請求項４として、請求項１記載の冷凍サイ
クルにおいて上記カットされる翼部一部は、翼部の巻き
始め端および、巻き終り端であることを特徴とする。請
求項５として、請求項１記載の冷凍サイクルにおいて上
記ラップする翼部の一部がカットされたスクロール式圧
縮機の吐出ポート直径Ｄ１は、上記翼部がカットされな
いスクロール式圧縮機の吐出ポートの直径Ｄ２よりも大
（Ｄ１＞Ｄ２）に設定されることを特徴とする。

【００１０】請求項６として、請求項１記載の冷凍サイ
クルにおいて上記各スクロール式圧縮機は、密閉ケース
内に潤滑油を貯溜する油溜り部が設けられ、この油溜り
部は互いに均油管にて連通されることを特徴とする。

【００１１】請求項７として、請求項１記載の冷凍サイ
クルにおいて上記ラップする翼部の一部がカットされた
スクロール式圧縮機の圧縮比γは、１．０≦γ≦２．１
に設定されることを特徴とする。

【００１２】以上の課題を解決する手段を採用すること
により、スクロール式圧縮機の翼部一部をカットするこ
とにより、圧縮能力や圧縮比が調節できて設計的に有利
となる。冷房運転モード時と暖房運転モード時とで異な
った圧縮機を使用するので、冷房／暖房のいずれにもマ
ッチングし、信頼性が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面にもとづいて説明する。図１の冷凍サイクルを示す。
図中１Ａは第１の圧縮機であり、１Ｂは第２の圧縮機で
あって、互いに後述するようにスクロール式圧縮機から
構成される。

【００１４】これら第１，第２の圧縮機１Ａ，１Ｂの吸
込部２，２には分岐吸込管３，３が接続され、吐出部
４，４には分岐吐出管５，５が接続される。そして、互
いの圧縮機１Ａ，１Ｂ相互は均油管６で連通される。

【００１５】なお、上記第１の圧縮機１Ａと、第２の圧
縮機１Ｂおよび均油管６については後述する。上記各分
岐吐出管５，５は、合流して冷媒管７に接続され、各分
岐吸込管３，３も合流して冷媒管７に接続される。この
ことから、上記第１の圧縮機１Ａと第２の圧縮機１Ｂは
冷媒管７に対して互いに並列に接続されることになる。

【００１６】上記冷媒管７には、分岐吐出管５との接続
部から分岐吸込管３との接続部にかけて、順次、四方弁
８の第１と第２のポート、室外側熱交換器９、第１の逆
止弁１０、第２の逆止弁１１と冷房用キャピラリ１２と
の並列回路１３、室内熱交換器１４、上記四方弁８の第
３と第４のポート、第３の逆止弁１５およびアキューム
レータ１６が設けられ、これらで冷凍サイクル回路が構
成される。

【００１７】また、上記第１の逆止弁１０と並列回路１
３との間に暖房用バイパス回路を構成するバイパス管１
７の一端部が接続され、この他端部は第３の逆止弁１５
とアキュームレータ１６との間に接続される。

【００１８】この暖房用バイパス回路を構成するバイパ
ス管１７の中途部には、開閉弁１８と冷媒加熱器１９と
が設けられる。この冷媒加熱器１９は、バイパス管１７
に接続される補助熱交換器２０と、この補助熱交換器２
０の下方部位に対向して配置される、たとえばガスバー
ナである加熱器２１とから構成される。

【００１９】つぎに、上記第１の圧縮機１Ａと第２の圧
縮機１Ｂおよび均油管６について詳述する。図２に示す
ように、上記第１の圧縮機１Ａと第２の圧縮機１Ｂは、
それぞれ密閉ケース３０内にスクロール式圧縮機構部３
１Ａ，３１Ｂと、この圧縮機構部の下部に電動機部３２
が一体に連結された電動圧縮機本体３３を収容してい
る。

【００２０】上記各スクロール式圧縮機構部３１Ａ，３
１Ｂは、互いに鏡板ｎ１，ｎ２と翼部ｍ１，ｍ２とから
なる固定スクロール３４Ａ，３４Ｂおよび旋回スクロー
ル３５Ａ，３５Ｂとから構成される。固定スクロール３
４Ａ，３４Ｂと旋回スクロール３５Ａ，３５Ｂの翼部ｍ
１，ｍ２は互いに噛合され、これら噛合部と鏡板ｎ１，
ｎ２との間に圧縮空間Ｓが形成される。

【００２１】上記圧縮空間Ｓは、その外周部が開放さ
れ、旋回スクロール３５Ａ，３５Ｂを固定スクロール３
４Ａ，３４Ｂに対して旋回運動させることにより、外周
部から内周部に亘って徐々にその容量が小さくなるよう
形成される。

【００２２】すなわち、圧縮空間Ｓの開放された外周部
から冷媒ガスを圧縮空間Ｓに取り込み、旋回スクロール
３５Ａ，３５Ｂの旋回運動にともなって内周部に移動
し、かつその容積変化により圧縮するようになってい
る。

【００２３】固定スクロール鏡板ｎ１，ｎ２の中心部に
は吐出ポート３６ａ，３６ｂが設けられていて、圧縮空
間Ｓと吐出空間であるバルブカバー４１内とが連通され
る。したがって、圧縮された冷媒ガスは吐出ポート３６
ａ，３６ｂに至るところで所定圧まで上昇し、高圧化し
て密閉ケース３０内へ吐出されることとなる。

【００２４】さらに、第１，第２の圧縮機１Ａ，１Ｂに
おいて、密閉ケース３０の内底部には潤滑油を貯溜する
油溜り部３７が設けられる。この油溜り部３７の潤滑油
中には電動圧縮機本体３３の中心軸である回転軸３８の
下端部が浸漬している。

【００２５】上記回転軸３８の潤滑油に浸漬される下端
部には給油ポンプ３９が設けられていて、回転軸３８の
回転にともなって、回転軸に設けられ給油通路４０を介
してスクロール式圧縮機構部３１Ａ，３１Ｂを構成する
各摺動部へ給油するようになっている。

【００２６】これら圧縮機１Ａ，１Ｂの油溜り部３７
は、各密閉ケース３０を貫通して設けられる上記均油管
６によって互いに連通される。均油管６の両端部は垂直
方向に折り曲げられ、それぞれの開口端部は油溜り部３
７の油面高さがどの位置にあっても、常に潤滑油中に浸
漬するよう設定される。

【００２７】なお、上記第１，第２の圧縮機１Ａ，１Ｂ
を構成するそれぞれの密閉ケース３０には、その上下方
向中間部に上記吸込分岐管３が接続され、その開口端部
は密閉ケース３０内に臨ませられる。

【００２８】密閉ケース３０の上端部には上記分岐吐出
管５が貫通して設けられる。この分岐吐出管５は、密閉
ケース３０内において上記スクロール式圧縮機構部３１
Ａ，３１Ｂを構成するバルブカバー４１内に連通する。

【００２９】上記第１の圧縮機１Ａを構成するスクロー
ル式圧縮機構部３１Ａにおいて、固定スクロール３４Ａ
とその翼部ｍ１形態を図３（Ａ）に示す。上記第２の圧
縮機１Ｂを構成するスクロール式圧縮機構部３１Ｂにお
いて、固定スクロール３４Ｂとその翼部ｍ２形態を同図
（Ｂ）に示す。

【００３０】先に第２の圧縮機１Ｂから説明すると、固
定スクロール３４Ｂの翼部ｍ２形態は通常用いられてい
るものと少しも変わりがなく、巻き始め端Ｙから巻き終
り端Ｚに至るまで、所定の設計値に対応する渦巻き長さ
とその形状をなしている。

【００３１】この翼部ｍ２の巻き始め端Ｙである鏡板ｎ
２の中央部には上記吐出ポート３６ｂが設けられてい
る。この吐出ポート３６ｂの直径Ｄ２は、通常に設定さ
れる直径とする。

【００３２】再び図２に示すように、第２の圧縮機１Ｂ
の上記旋回スクロール３５Ｂは、固定スクロール３４Ｂ
の翼部ｍ２形態と完全に対応する翼部ｍ２形態となって
いて、翼部相互の噛合状態は少しの特徴もない。

【００３３】図３（Ａ）に示すように、第１の圧縮機１
Ａの固定スクロール３４Ａは、その翼部ｍ１形態が巻き
始め端Ｙのみがカットされて存在しない。それ以外は、
巻き終り端Ｚに至る渦巻き長さとその形状が、先に説明
した固定スクロール翼部ｍ２と同一である。

【００３４】第１の圧縮機１Ａの固定スクロール３４Ａ
において、鏡板ｎ１の中央部に上記吐出ポート３６ａが
設けられている。この吐出ポート３６ａの直径Ｄ１は、
第１２の圧縮機１Ｂの吐出ポート３６ｂ直径である通常
の直径よりも大とする。

【００３５】したがって、固定スクロール３４Ａの翼部
ｍ１一部がカットされた第１の圧縮機１Ａの吐出ポート
３６ａ直径Ｄ１は、第２の圧縮機１Ｂである翼部ｍ２が
カットされない吐出ポート３６ｂ直径Ｄ２よりも大（Ｄ
１＞Ｄ２）に形成されることになる。

【００３６】再び図２に示すように、第１の圧縮機１Ａ
の旋回スクロール３５Ａは、固定スクロール３４Ａの翼
部ｍ１形態と完全に対応する翼部ｍ１形態となってい
る。すなわち、翼部ｍ１の巻き始め端Ｙがカットされて
いて、カット部分の長さと位置は固定スクロール翼部ｍ
１と完全に一致する。

【００３７】このようにして構成される第１，第２の圧
縮機１Ａ，１Ｂを備え、冷房運転モードが指示された場
合は第２の圧縮機１Ｂのみ駆動され、第１の圧縮機１Ａ
は停止状態を保持する。暖房運転モードが指示された場
合は、逆に、第１の圧縮機１Ａのみ駆動され、第２の圧
縮機１Ｂは停止状態に変わる。

【００３８】冷房運転モードでは、開閉弁１８が閉じら
れるとともに、第２の圧縮機１Ｂから吐出される冷媒ガ
スは、図１に示す実線矢印に沿って導かれる。すなわ
ち、第２の圧縮機１Ｂ−四方弁８−室外側熱交換器９−
第１の逆止弁１０−冷房用キャピラリ１２−室内熱交換
器１４−四方弁８−アキュームレータ１６−第２の圧縮
機１Ｂの順である。

【００３９】冷媒は室内熱交換器１４で蒸発して被空調
室空気から蒸発潜熱を奪い、被空調室の冷房作用をな
す。このとき用いられる第２の圧縮機１Ｂは、固定スク
ロール３４Ｂと旋回スクロール３５Ｂの互いに噛合する
翼部ｍ２に何らの加工も施されていないところから、通
常の冷房能力が得られる。

【００４０】暖房運転モードが指示されると、開閉弁１
８が開放されるとともに、第１の圧縮機１Ａから吐出さ
れる冷媒ガスは図１に示す破線矢印に沿って導かれる。
すなわち、第１の圧縮機１Ａ−四方弁８−室内側熱交換
器１４−第２の逆止弁１１−開閉弁１８−冷媒加熱器１
９の補助熱交換器２０−アキュームレータ１６−第１の
圧縮機１Ａの順である。

【００４１】このとき、冷媒加熱器１９で冷媒を加熱し
ているので、外気温が極端に下がった条件下でも冷媒を
蒸発させるのに必要な熱量を得られる。冷媒は室内熱交
換器１４で凝縮して被空調室空気へ凝縮熱を放出し、こ
の暖房作用をなす。

【００４２】冷媒加熱器１９が作用するので、このとき
駆動される第１の圧縮機１Ａの圧縮比γを下げて冷凍サ
イクルでのマッチングを最適状態にとることができ、よ
って暖房効率の向上を図ることができる。

【００４３】第１の圧縮機１Ａの圧縮比を下げる手段と
して、第１の圧縮機１Ａにおける固定スクロール３４Ａ
と旋回スクロール３５Ａの互いに噛合する翼部ｍ１一部
（巻き始め部Ｙ）をカットしてある。

【００４４】種々の実験結果から、第１の圧縮機１Ａの
圧縮比γは、１．０≦γ≦２．１の範囲に設定するのが
最良であった。そして、翼部ｍ１のカット量に応じて暖
房能力や圧縮比γを調整することができ、特に専用の翼
部の設計が不要となるとともに、加工機や検査機を不要
化でき、コスト低減に寄与する。

【００４５】第１の圧縮機１Ａと第２の圧縮機１Ｂを均
油管６で連通したから、図５（Ａ）に模式的に示す（以
下、同じ）ように、各圧縮機１Ａ，１Ｂの停止時には、
互いの油溜り部３７，３７で同一の潤滑油油面高さに保
持される。

【００４６】冷房運転モード時は、第２の圧縮機１Ｂを
運転し、第１の圧縮機１Ａを停止しているので、同図
（Ｂ）に示すように第２の圧縮機１Ｂの密閉ケース内圧
Ｐs2が第１の圧縮機１Ａの密閉ケース内圧Ｐs1よりも低
く（Ｐs2＜Ｐs1）なり、油溜り部３７の潤滑油油面高さ
が第２の圧縮機１Ｂ側が第１の圧縮機１Ａ側よりも高く
なる。

【００４７】暖房運転モード時は、第１の圧縮機１Ａを
運転し、第２の圧縮機１Ｂを停止しているので、同図
（Ｃ）に示すように第１の圧縮機１Ａの密閉ケース内圧
Ｐs1が第２の圧縮機１Ｂの密閉ケース内圧Ｐs2よりも低
く（Ｐs2＞Ｐs1）なり、油溜り部３７の潤滑油油面高さ
は第１の圧縮機１Ａ側が第２の圧縮機１Ｂ側よりも高く
なる。

【００４８】このようにして、２台の圧縮機１Ａ，１Ｂ
を並列に接続し、互いに均油管６で連通するとともに、
運転モードに応じていずれか一方の圧縮機を運転し、他
方は停止するので、特別な均油制御を実施しなくても、
通常に運転するだけで確実に均油制御が行なわれ、かつ
油面が安定して給油の信頼性が向上する。

【００４９】特に、暖房運転モード時に運転をなす第１
の圧縮機１Ａでは、吐出ポート３６ａの直径Ｄ１を、停
止中の第２の圧縮機１Ｂの吐出ポート３６ｂの直径Ｄ２
よりも大に形成したから、第１の圧縮機１Ａでの通路抵
抗が低減して冷媒導通量が増大し、よって暖房能力の向
上を得られ、しかも電気入力が低下して経済的な運転が
なされる。

【００５０】なお、上記実施の形態においては、第１の
圧縮機１Ａにおいて固定スクロール３４Ａと旋回スクロ
ール３５Ａの互いに噛合する翼部ｍ１に対するカット部
分を巻き始め端Ｙとしたが、これに限定されるものでは
ない。

【００５１】たとえば図４（Ａ）に示すように、固定ス
クロール３４Ａと旋回スクロール３５Ａの互いに噛合す
る翼部ｍ１は、巻き始め端Ｙはそのまま残し、巻き終り
端Ｚをカットすることでも同様の作用効果を得られる。

【００５２】また、同図（Ｂ）に示すように、固定スク
ロール３４Ａと旋回スクロール３５Ａの互いに噛合する
翼部ｍ１に対するカット部分を、巻き始め端Ｙと巻き終
り端Ｚの両方に設定することでも同様の作用効果を得ら
れる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項４の発明によれば、冷媒加熱器を用いることと、２
台の圧縮機を並列に接続することを前提として、一方の
圧縮機の翼部一部をカットして圧縮比を下げることによ
り、冷房／暖房のいずれにも能力がマッチングし、信頼
性が向上するなどの効果を奏する。

【００５４】請求項５の発明によれば、翼部カット側圧
縮機の吐出ポート直径を設定することにより、通路抵抗
が低減して冷媒導通量の増大が得られ、電気入力が低減
してランニングコストの軽減となる。

【００５５】請求項６の発明によれば、均油管で互いの
圧縮機を連通することにより、いずれの運転モードにお
いても各圧縮機における潤滑油の油面の安定が得られ、
給油の信頼性が向上する。

【００５６】請求項７の発明によれば、翼部カット側圧
縮機の圧縮比を設定することにより、冷媒加熱器を作用
させる暖房運転モードに適応した最良のサイクルマッチ
ングが容易にとれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である冷凍サイクルの回
路図。

【図２】同実施の形態の、圧縮機の断面図。

【図３】（Ａ）は、同実施の形態の第１の圧縮機におけ
る固定スクロールの平面図。（Ｂ）は、同実施の形態の
第２の圧縮機における固定スクロールの平面図。

【図４】（Ａ）は、他の実施の形態の第１の圧縮機の固
定スクロールの平面図。（Ｂ）は、さらに他の実施の形
態の固定スクロールの平面図。

【図５】第１の圧縮機と第２の圧縮機における停止時と
各運転モード時の油面高さを説明する図。

【符号の説明】

１Ａ…第１の圧縮機、 １Ｂ…第２の圧縮機、 １９…冷媒加熱器、 ３４Ａ，３４Ｂ…固定スクロール、 ｍ１，ｍ２…翼部、 ３５Ａ，３５Ｂ…旋回スクロール、 Ｙ…（翼部の）巻き始め端、 Ｚ…（翼部の）巻き終り端、 ３６ａ，３６ｂ…吐出ポート、 ３０…密閉ケース、 ３７…油溜り部 ６…均油管。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転モードに応じて別々に使用される２台
   の圧縮機を並列に接続するとともに、サイクル中に冷媒
   加熱器を介設した冷凍サイクルにおいて、 上記各圧縮機は、固定スクロールの翼部に旋回スクロー
   ルの翼部を噛合して旋回運動をなすスクロール式圧縮機
   であり、 一方のスクロール式圧縮機は、その固定スクロールと旋
   回スクロールの互いに噛合する翼部の一部がカットされ
   ることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 【請求項２】上記カットされる翼部一部は、翼部の巻き
   始め端であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイ
   クル。
3. 【請求項３】上記カットされる翼部一部は、翼部の巻き
   終り端であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイ
   クル。
4. 【請求項４】上記カットされる翼部一部は、翼部の巻き
   始め端および、巻き終り端であることを特徴とする請求
   項１記載の冷凍サイクル。
5. 【請求項５】上記翼部の一部がカットされたスクロール
   式圧縮機の吐出ポート直径Ｄ１は、上記翼部がカットさ
   れないスクロール式圧縮機の吐出ポートの直径Ｄ２より
   も大（Ｄ１＞Ｄ２）に設定されることを特徴とする請求
   項１記載の冷凍サイクル。
6. 【請求項６】上記各スクロール式圧縮機は、密閉ケース
   内に潤滑油を貯溜する油溜り部が設けられ、この油溜り
   部は互いに均油管にて連通されることを特徴とする請求
   項１記載の冷凍サイクル。
7. 【請求項７】上記ラップする翼部の一部がカットされた
   スクロール式圧縮機の圧縮比γは、１．０≦γ≦２．１
   に設定されることを特徴とする請求項１記載の冷凍サ
   イクル。