JPS59150991A - 容量制御冷凍サイクル - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、主圧縮要素と補助圧縮要素とからなる２圧縮
要素をもつ圧縮機を使用した容量制御冷凍サイクルに係
シ、特に、容量制御時の、冷凍サイクルの成績係数の向
上を志向した容量制御冷凍サイクルに関するものである
。

〔従来技術〕

まず、従来の容量制御冷凍サイクルを、第１゜２図を使
用して説明する。

第１図は、従来の容量制御冷凍サイクルの一例を示すサ
イクル構成図、第２図は、第１図における圧縮機の詳細
を示す断面図である。

第１図において、１は、主圧縮要素２と補助圧縮要素３
とを有する圧縮機に係る密閉型圧縮機（詳細後述）であ
る。主圧縮要素２．補助圧縮要素３は、たとえば、密閉
型圧縮機１を構成する単位圧縮機であり、容量制御時に
は、主圧縮要素外のみを使用する。主圧縮要素吐出ノく
イブ４は、補助圧縮要素吐出パイプ５と合流し、高圧ガ
ス配管６で凝縮器７と結ばれている。

凝縮器７は、高圧液配管９により減圧器１０を介して蒸
発器８と接続され、この蒸発器８は密閉型圧縮機１と低
圧ガス配管１１により結ばれる。

低圧ガス配管１１は、途中、主圧縮要素吸込、６イプ１
２と補助圧縮要素吸込ノくイブ１３に分かれ１各々主圧
縮要素２．補助圧縮要素３に接続する。

補助圧縮要素吸込パイプ１３の途中には、容量制御用の
二方弁１４が設けられている。

前記密閉型圧縮機１を、第２図を使用してさらに詳細に
説明すると、１５はチャンバで、このチャンバ１５内に
主圧縮要素２．補助圧縮要素３が収納されている。また
、このチャンバ１５は、モータのステータ１６．主圧縮
要素シリンダブロック１７を固定、保持している。

主圧縮要素シリンダブロック１７の上部には、上ベアリ
ング１８が固定され、この上ベアリング１８は、モータ
のロータ１９が固定されたクランク軸２０を回転可能状
態に保持している。

クランク軸２０の下端は、補助圧縮要素吐出室２１をそ
の内部に有する下ベアリング２２で回転状態に保持され
、この下ベアリング２２は、補助圧縮要素シリンダブロ
ック２３．仕切板２４ととも主圧縮要素シリンダブロッ
ク１７に固定されている。

そして、上ベアリング１８．主圧縮要素シリンダブロッ
ク１７．仕切板２４で主圧縮要素２の圧縮室２５が形成
され、仕切板２４．補助圧縮要素シリンダブロック２３
．下ベアリング２２で補助圧縮要素３の圧縮室２６が形
成されている。

このように構成した密閉型圧縮機１の圧縮行程は、それ
ぞれ主圧縮要素２．補助圧縮要素３の圧縮室２５．２６
内で、クランク軸２０によって偏心回転させられる主圧
縮要素２のローラ２７．補助圧縮要素３のローラ２８に
より行なわれる。そして、主圧縮要素２内での冷媒ガス
の流れは、主圧縮要素吸込パイプ１２から圧縮室２５へ
吸込まれ、圧縮後、主圧縮要素吐出弁２９から高圧圧力
室であるチャンバ１５内に吐出される。その後、モータ
のロータ１９とステータ１６を冷却して、主圧縮要素吐
出パイプ４から吐出される。一方、補助圧縮要素３内で
の冷媒ガスの流れは、補助圧縮要素吸込パイプ１３から
圧縮室２６へ吸込まれ、圧縮後入補助圧縮要素吐出弁３
０から補助圧縮要素吐出室２１へ吐出される。その後、
さらに、下ベアリング２２．補助圧縮要素シリンダブロ
ック２３に設けられた吐出路３１を通り、補助圧縮要素
吐出パイプ５かも吐出される。

さて、以上説明した従来の容量制御冷凍サイクルでは、
冷凍サイクルの負荷が小さくなったとき、補助圧縮要素
吸込パイプ１３に設けられた容量制御用の二方弁１４を
閉じ、補助圧縮要素３へ冷媒が流れないようにして、冷
凍サイクルの容量制御を行なっていた。

この方式のものは、容量制御時に、補助圧縮要素３が真
空運転することから、仕切板２４と補助圧縮要素３のロ
ーラ２８端面との間、もしくは下ベアリング２２とロー
ラ２８端面との間の漏れが大きく、密閉型圧縮機１の断
熱圧縮効率が、容量制御をしない場合に比べて大幅に低
下する。

このことを、第３図を使用して説明する。

第３図は、容量制御しない場合と、容量制御した場合の
、断熱圧縮効率を比較して示す断熱圧縮効率線図である
。

この第３図において、横軸は、圧縮機の圧縮比を、縦軸
は、圧縮機の断熱圧縮効率を、それぞれ目盛っである。

そしてＡは、容量制御しない場合の、密閉型圧縮機１の
断熱圧縮効率を、Ｂは、容量制御した場合の、密閉型圧
縮機１の断熱圧縮効率を、それぞれ示す（Ｃについては
後述する）。

この図から明らかなように、Ｂの方が、Ａに比べて大幅
に低下している。

ところで、容量制御した場合には、密閉型圧縮機１の能
力が低下し、このだめ相対的に熱交換器（すなわち、凝
縮器７および蒸発器８）が大きくなり、冷凍サイクルの
成績係数（冷凍能力／消費電力）がよくなるはずである
が、上記したように密閉型圧縮機１の断熱圧縮効率の低
下が大きいので、消費電力が大きくなり、冷凍サイクル
の成績係数が悪くなるという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の欠点を除去して、容量制
御時の、冷凍サイクルの成績係数の優れた、２圧縮要素
をもつ圧縮機を使用した容量制御冷凍サイクルの提供を
、その目的とするものである。

〔発明Ω概要〕

本発明に係る容量制御冷凍サイクルの構成は、主圧縮要
素と補助圧縮要素とを有する圧縮機、高圧ガス配管、凝
縮器、高圧液配管、−゛圧器、蒸発器、低圧ガス配管、
前記圧縮機へと冷媒が循環し、負荷が小さくなったとき
、冷凍サイクルの容量を制御するようにした容量制御冷
凍サイクルにおいて、補助圧縮要素の理論弁のけ量を主
圧縮要素の理論弁のけ量の０．５〜１．５倍にし、前記
補助圧縮要素の吐出側と高圧ガス配管とを接続する補助
圧縮要素吐出パイプの途中に、容量制御時に冷媒の流れ
を止める第１制御弁を設け、前記主圧縮要素の吸込側と
低圧ガス配管とを接続する主圧縮要素吸込パイプの途中
に、容量制御時に冷媒の流れを止める第２制御弁を設け
、この第２制御弁の主圧縮要素側と前記第１制御弁の補
助圧縮要素側とを接続し、その途中に、容量制御時に冷
媒を流すバイパス制御用二方弁を備えだバイパス路を設
けることにより、容量制御時に前記主圧縮型番が補助圧
縮要素と直列に接続するようにしだものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例によって説明する。

第４図は、本発明の一実施例に係る容量制御冷凍サイク
ルのサイクル構成図、第５図は、第４図における圧縮機
の理論弁のけ量比と、容量制御時の冷凍サイクルの成績
係数との関係を説明するだめの理論弁のけ量比−成績係
数線図、第６，７図は、それぞれ、圧縮機の理論弁のけ
量比が１．５゜０．５の場合の、容量制御時の冷凍サイ
クルのモリエル線図である。

第４図において、第１図と同一番号を付したものは同一
部分である。そして、ＩＡは、補助圧縮要素３Ａの理論
弁のけ量／主圧縮要素２人の理論　・押のけ量（以下、
この比を理論弁のけ量比という）が０．５〜１．５にな
るように構成された密閉型圧縮機である。密閉型圧縮機
ＩＡの理論弁のけ量比を０．５〜１．５に選んだ理由に
ついては後述する。

３２は、補助圧縮要素３Ａの吐出側と高圧ガス配管６と
を接続する補助圧縮要素吐出パイプ５Ａの途中に設けら
れた、容量制御時に冷媒の流れを止める第１制御弁に係
る高圧側逆止弁、３５は、主圧縮要素２Ａの吸込側と低
圧ガス配管１１とを接続する主圧縮要素吸込パイプ１２
Ａの途中に設けられた、容量制御時に冷媒の流れを止め
る第２制御弁に係る低圧側逆止弁、３３は、この低圧側
パス路３３の途中に設けられた容量制御時に冷媒を流す
バイパス制御用二方弁である。

ここで、密閉型圧縮機ＩＡの理論弁のけ量比を０．５〜
１．５に選んだ理由を、第５図を使用して説明する。こ
の第５図において、横軸は理論弁のけ量を、縦軸は、容
量制御時の冷凍サイクルの成績係数を、それぞれ目盛っ
たものである。

容量制御時には、補助圧縮要素３Ａと主圧縮要素２Ａが
直列に接続されるが、通常、２個の圧縮要素を直列に接
続する場合、低圧側の圧縮要素（本実施例における補助
圧縮要素３Ａに相当する圧縮要素）の理論弁のけ量を、
高圧側の圧縮要素（本実施例における主圧縮要素２人に
相当する圧縮要素）の理論弁のけ量の１０倍前後とし、
すなわち理論弁のけ量比を約１０とし、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
が一般的である。しかし、本発明のものは、多段で圧縮
するのが目的でなく、容量制御することが目的である。

本発明者等の研究によれば、容量制御時に、補助圧縮要
素３Ａと主圧縮要素２人を直列に接続し、補助圧縮要素
３Ａにも冷媒を流すようにした場合、第５図に示すよう
に、理論弁のけ量比が０．５（最大能力と容量制御時の
能力の比が３：１に対応する）ではほぼ満足すべき成績
係数が得られるが、それ以下の押のけ量比になると成績
係数の低下が著しい。一方、理論弁のけ量比が１．５は
、最大能力と容量制御時の能力の比が１．７：１に対応
するものであるが、通常の容量制御冷凍サイクルでは前
記比１．７：１が下限となっており、これ以下になると
容量制御とはいわない。したがって、理論弁のけ量比の
上限は１．５でなければならず、前述したことと併せて
、理論弁のけ量比の範囲をＯｏ・５〜１．５にすること
によって、本発明の効果が得られるものである。

以下、モリエル線図を使って説明する。

第６図は、理論弁のけ量比が１．５の場合のモリエル線
図である。この場合、補助圧縮要素３Ａの理論弁のけ量
の方が、主圧縮要素２Ａよりも大きいので、低圧側吐出
圧力＝高圧側吸込圧力ａは、低圧側吸込圧力すと高圧側
吐出圧力Ｃとの中間になる。しだがって、圧力ａが圧力
すと圧力Ｃの間のどこにあっても、補助圧縮要素エンタ
ルピ差ｄと主圧縮要素エンタルピ差ｅの和は等しくなる
。

前述したように、容量制御冷凍サイクルの、最大能力と
容量制御時の能力の比は１．７：１が下限であるので、
この第６図に係る理論弁のけ量比１．５の場合が、本発
明の効果が得られる理論弁のけ量比の上限である。

これに対し、第７図は、理論弁のけ量比が０．５の場合
のモリエル線図である。

この場合、主圧縮要素２人の理論弁のけ量の方が、補助
圧縮要素３Ａよりも大きいため、低圧側吐出圧力＝高圧
側吸込圧力ｆは低圧側吸込圧力ｇより低くなる。

主圧縮要素２人のエンタルピ差は（ｉ十ｊ）であるが、
この内エンタルピ差ｉは、補助圧縮要素３Ａが膨張機と
して働くだめ仕事として回収され、実際のエンタルピ差
はｊだけとなる。しかし、膨張行程は完全な等エントロ
ピ変化とはならず、若干エンタルピが増加する方向にな
る。このためエンタルピ差Ｊは、膨張行程を完全な５等
エントロピ変化と仮定した場合（第７図の一点鎖線）の
エンタルピ差ｌ（より大きくなる。この傾向は、補助圧
縮要素３Ａの理論弁のけ量を主圧縮要−４２Ａよりも小
さくすればするほど大きいが、特に理論弁のけ量比が０
５以下になると著しく、これとともに成績係数の低下も
著しい。したがって、理論弁のけ量比は０．５以上でな
ければならない。

以上のように構成した容量制御冷凍サイクルの動作を説
明する。

まず、容量制御をしない場合について説明すると、この
場合には、バイパス制御用二方弁３４が閉（ＯＦＦ）に
なる。密閉型圧縮機ＩＡはバイパス制御用三方弁３４が
閉の状態で運転され、主圧縮要素２Ａ、補助圧縮要素３
Ａを出た冷媒は、それぞれ、主圧縮要素吐出パイプ４．
補助圧縮要素吐出パイプ５Ａを通り、合流後、高圧ガス
配管６から凝縮器７．減圧器１０．蒸発器８へ流れて行
く。蒸発器８を出た冷媒は、低圧ガス配管１１を通り、
主圧縮要素２人へは低圧側逆止弁３５．主圧縮要素吸込
パイプ１２Ａを通って吸込まれ、一方、補助圧縮要素３
Ａへは補助圧縮要素吸込パイプ１３を通って吸込まれて
、サイクルを完結する。

本サイクルは、第１図に係る従来の容量制御冷凍サイク
ルにおい・て１、容量制御用の三方弁１４を開いた（Ｏ
Ｎ）状態と同じである。

つぎに、負荷が小さくなって容量制御をする場合には、
バイパス制御用二方弁３４が開（ＯＮ）になる。密閉型
圧縮機ＩＡは、バイパス制御用三方弁３４が開の状態で
運転され、補助圧縮要素３Ａを出た冷媒は、バイパス路
３３．バイパス制御用二方弁３４を通り、主圧縮要素吸
込パイプ１２Ａへ導かれる。このとき、低圧側逆止弁３
５は、補助圧縮要素吸込パイプ１３側と主圧縮要素吸込
パイプ１２Ａ側が、それぞれ補助圧縮要素３Ａの吸込側
と吐出側の関係になるので、後者の方が前者より圧力が
高くなり、低圧側逆止弁３５は閉塞状態となる。したが
って、低圧ガス配管１１から主圧縮要素吸込パイプ１２
Ａへ冷媒が流れることはなく、前記バイパス路３３を通
って主圧縮要素吸込パイプ１２Ａへ導かれた冷媒のみが
、主圧縮要素２Ａへ吸込まれて圧縮される。

このようにして、冷媒は補助圧縮要素３Ａ、主圧縮要素
２人の順に流れ、最終的に主圧縮要素吐出パイプ４から
吐出され、高圧ガス配管６．凝縮器７．減圧器１０．蒸
発器８の順に流れ、補助圧縮要素吸込パイプ１３から補
助圧縮要素３Ａへ戻り、サイクルを完結する。

なお、高圧側逆止弁３２は、ノ・イパス路３３側と高圧
ガス配管６側が、それぞれ主圧縮要素２人の吸込側と吐
出側の関係になることから、後者の方が前者より圧力が
高くなり、高圧側逆止弁３２は閉塞状態となるので、補
助圧縮要素３Ａを出た冷媒が補助圧縮要素吐出パイプ５
Ａへ流れること、はない。

以上説明した本実施例の効果を述べる。

（１）第１図に係る従来の容量制御冷凍サイクルでは、
容量制御時には補助圧縮要素３を真空運転させていたの
で、補助圧縮要素３の洩れが大きかったが、本実施例で
は、補助圧縮要素３Ａにも冷媒を流すようにした。した
がって、補助圧縮要素３Ａの洩れは容量制御を行なわな
いときと同程度に少なく、従来のように、容量制御を行
なったために洩れが増大し、この洩れにより圧縮断熱効
率が低下するというようなことはない。

本実施例における密閉型圧縮機ＩＡの、容量制御時の断
熱圧縮効率は、前記第３図における一点鎖線Ｃのように
なシ、第１図における従来の密閉型圧縮機１の、容量制
御時の断熱圧縮効率Ｂに比べて向上する。容量制御をし
ない場合の断熱圧縮効率Ａに比べると断熱圧縮効率Ｃが
低くなっているのは、密閉型圧縮機ＩＡの摩擦損失によ
る固定損失分だけ断熱圧縮効率が低下しているためであ
るが、容量制御によって密閉型圧縮機ＩＡの能力が低下
し、このため相対的に熱交換器が大きくな　−るので、
冷凍サイクルの成績係数の低下はきわめて少ない。

（２）容量制御時には、補助圧縮、要素３Ａと主圧縮要
素２Ａが直列に接続され、主圧縮要素２人が補助圧縮要
素３Ａよりも高圧側になるが、主圧縮要素２人の吐出室
をチャンバ１５にしたことにより、チャンバ１５内の圧
力が、どの圧縮要素の圧力室よりも高い圧力となる。し
たがって、チャンバ１５内に収納されている冷凍機油（
図示せず）がすべての圧縮要素に染みて気密シールする
ことができ、主圧縮要素２Ａ、補助圧縮要素３Ａからの
洩れを最小限にすることができる。

なお、本実施例は、主圧縮要素２Ａ、補助圧縮要素３Ａ
を、チャンバ１５内に収納してなる密閉型圧縮機ＩＡに
ついて説明したが、本発明は、密閉型圧縮機を使用した
容量制御冷凍サイクルにのみ適用されるものではなく、
開放型圧縮機を使用した容量制御冷凍サイクルにも適用
できる。

さらに、本実施例は、第１制御弁、第２制御弁として逆
止弁（高圧側逆止弁３２．低圧側逆止弁３５）を使用す
るようにしだが、二方弁を使用するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、容量制御時
の、冷凍サイクルの成績係数の優れた、２圧縮要素をも
つ圧縮機を使用した容量制御冷凍サイクルを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の容量制御冷凍サイクルの一例を示すサ
イクル構成図、第２図は、第１図における圧縮機の詳細
を示す断面図、第３図は、容量制御しない場合と、容量
制御した場合の、断熱圧縮効率を比較して示す断熱圧縮
効率線図、第４図は、本発明の一実施例に係る容量制御
冷凍サイクルのサイクル構成図、第５図は、第４図にお
゛ける圧縮機の理論押のけ量比と、容量１制御時の冷凍
サイクルの成績係数との関係を説明するための理論押の
け量比−成績係数線図、第６，７図は、それぞれ、圧縮
機の理論押のけ量比が１．５，０．５の場合の、容量制
御時の冷凍サイクルのモリエル線図である。 １Ａ・・・密閉型圧縮機、２人・・・主圧縮要素、３Ａ
・・補助圧縮要素、５Ａ・・・補助圧縮要素吐出パイプ
、６・・・高圧ガス配管、７・・・凝縮器、８・・・蒸
発器、９・・・高圧液配管、１０・・・減圧器、１１・
・・低圧ガス配管、１２Ａ・・・主圧縮要素吸込パイプ
、１５・・・チャ　。 ンバ、３２・・・高圧側逆止弁、３３・・・バイパス管
、３４・・・バイパス制御用二方弁、３５・・・低圧側
逆止第　　ｌ　　目 ０ 第　２　閉 椿　３　　ａ 圧ｍ比 第　４　口 第　５　　目 理論押のす量比 裏　６　目 第　７　　幻 エンタルピ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発器、低圧ガス配管、前記圧縮機へと冷媒が循環し、負
   荷が小さくなったとき、冷凍サイクルの容量を制御する
   ようにした容量制御冷凍サイクルにおいて、補助圧縮要
   素の理論押のけ量を主圧縮要素の理論押のけ量の０．５
   〜１．５倍にし、前記補助圧縮要素の吐出側と高圧ガス
   配管とを接続する補助圧縮要素吐出パイプの途中に、容
   量制御時に冷媒の流れを止める第１制御弁、を設け、前
   記主圧縮要素の吸込側と低圧ガス配管とを接続する主圧
   縮要素吸込パイプの途中に、容量制御時に冷媒の流れを
   止める第２制御弁を設け、この第２制御弁の主圧縮要素
   側と前記第１制御弁の補助圧縮要素側とを接続し、その
   途中に、容量制御時に冷媒を流すバイパス制御用三方弁
   を備えだパイ、Ｃス路を設けることにより、容量制御時
   に前記主圧縮要素が補助圧縮要素と直列に接続するよう
   にしたことを特徴とする容量制御冷凍サイクル。 ２、第１制御弁を、補助圧縮要素から高圧ガス配管方向
   へのみ流す高圧側逆止弁にし、第２制御弁を、低圧ガス
   配管から主圧縮要素方向へのみ流す低圧側逆止弁にした
   ものである特許請求の範囲第１項記載の容量制御冷凍サ
   イクル。 ３゜圧縮機を、チャンバ内に主圧縮要素、補助圧縮要素
   を収納してなる密閉型圧縮機にし、前記主圧縮要素の吐
   出室を前記チャンバにしだものである特許請求の範囲第
   １項記載の容量制御冷凍サイクル。