| 【発明の名称】 |
ロータリ圧縮機及びそれを用いた冷凍回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】西川 弘
【氏名】清水 栄一
【氏名】間 誠
【氏名】西川 剛弘
【氏名】里 和哉
【氏名】坂本 泰生
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| 【要約】 |
【課題】ロータリ圧縮機１０に用いる冷媒を二酸化炭素冷媒としたときでも、従来の基本設計を略そのまま適用できるようにする。
【解決手段】前段圧縮要素２０と後段圧縮要素３０とを連結管により直列接続して圧縮手段１２を構成し、さらに冷媒注入装置５０を設ける。この冷媒注入装置５０は、キャピラリチューブ等からなる減圧機構５３を有して、機外から供給される冷却用冷媒を減圧して、その温度を下げて圧縮室に注入する。冷却用冷媒の注入は後段圧縮要素３０の圧縮室と連通した冷媒注入口５１から行う。これにより圧縮室内の冷媒の温度及び圧力を下げて、ロータリ圧縮機１０に用いる冷媒を二酸化炭素冷媒としたときでも、従来の基本設計を略そのまま適用できるようにする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮室を縮小させて、該圧縮室内の冷媒を圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段を駆動する駆動手段とを有したロータリ圧縮機において、前記圧縮手段が、前記圧縮室を備えた圧縮要素を連結管により複数直列接続して形成され、かつ、各圧縮要素における冷媒の最高温度及び最高圧力が所定温度及び所定圧力以上にならないように機外から冷却用冷媒を減圧して前記圧縮室に注入する冷媒温度調節手段を有することを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】 前記冷媒温度調節手段が、キャピラリチューブを備えて、該キャピラリチューブにより冷却用冷媒を減圧して当該冷却用冷媒の温度を下げた後に前記圧縮室に注入することを特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】 冷媒を圧縮する請求項１又は２記載のロータリ圧縮機と、冷媒を冷却する冷却用熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒を加熱する加熱用熱交換器とが接続されてなることを特徴とする冷凍回路。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素を冷媒として用いたロータリ圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロータリ圧縮機は種々の技術分野に用いられ、冷媒を圧縮する圧縮手段やこの圧縮手段を駆動するための駆動手段であるモータ等を有して、これらが密閉ケース内に収納された構成となっている。
【０００３】このようなロータリ圧縮機においては、これまで冷媒としてＲ−２２等の塩素を含む冷媒（以下、特定フロンガスと記載する）が用いられていたが、このＲ−２２冷媒はオゾン層を破壊する原因となることが判明し規制対象となった。
【０００４】そこで、特定フロンガスに代わる冷媒の研究開発が盛んに行われている。かかる冷媒には、二酸化炭素冷媒等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特定フロンガスを用いることを前提とした従来構造のロータリ圧縮機に二酸化炭素冷媒を用いると、従来に比べて冷媒の最低圧力が約６倍（約３０〜４０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）、最高圧力が約４倍（約１５０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）となって差圧が大きくなると共に、最高圧力や最高温度が非常に高くなる問題がある。
【０００６】このためロータリ圧縮機を構成するシリンダや密閉ケース等の部材の耐圧特性、耐熱特性及び潤滑油の熱特性を含めた基本設計をやり直す必要が生じると共に、このようなロータリ圧縮機を用いた冷凍回路の設計変更が必要となってコストアップの要因となっている。
【０００７】またシリンダや密閉ケース等における耐圧及び耐熱の問題が解決しても、冷媒の圧力が高くなる構成の場合には、圧縮手段を駆動するための駆動手段の負荷が大きくなり（消費電力が大きくなる）、従来に比べて冷凍効率が低下してしまう問題がある。
【０００８】そこで、本発明は、二酸化炭素冷媒を用いた場合であっても、従来の基本設計を略そのまま適用できると共に冷凍効率の低下を抑制したロータリ圧縮機及びそれを用いた冷凍回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、圧縮室を縮小させて、該圧縮室内の冷媒を圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段を駆動する駆動手段とを有したロータリ圧縮機において、圧縮手段が、圧縮室を備えた圧縮要素を連結管により複数直列接続して形成され、かつ、各圧縮要素における冷媒の最高温度及び最高圧力が所定温度及び所定圧力以上にならないように機外から冷却用冷媒を減圧して圧縮室に注入する冷媒温度調節手段を有して、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いた場合であっても、従来の基本設計を略そのまま適用できるようにすると共に冷凍効率の低下を抑制したことを特徴とする。
【００１０】請求項２にかかる発明は、冷媒温度調節手段が、減圧器を備えて、該減圧器により冷却用冷媒を減圧することにより当該冷却用冷媒の温度を下げて圧縮室に注入することにより、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いた場合であっても、容易に従来の基本設計を略そのまま適用できるようにすると共に冷凍効率の低下を抑制したことを特徴とする。
【００１１】請求項３にかかる発明は、冷媒を圧縮する請求項１又は２記載のロータリ圧縮機と、冷媒を冷却する冷却用熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒を加熱する加熱用熱交換器とが接続されて、基本設計を変更することなく二酸化炭素冷媒を用いた冷凍回路を構成し、その際に従来の基本設計を略そのまま適用できるようにすると共に冷凍効率の低下を抑制したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１はロータリ圧縮機１０の側断面図で、本発明にかかるロータリ圧縮機１０は駆動手段であるモータ１１、このモータ１１の下方に設けられた圧縮手段１２等を有して、これらが密閉ケース１３内に収納されて冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられている。
【００１３】なお、密閉ケース１３の底部には潤滑油１４が貯留しており、圧縮手段１２における摺動部等を潤滑するようになっている。
【００１４】圧縮手段１２は、前段圧縮要素２０と後段圧縮要素３０とから構成され、各圧縮要素２０，３０には吸入管２１，３１及び吐出管２２，３２が設けられると共に、連結管４０により前段圧縮要素２０の吐出管２２と後段圧縮要素３０の吸入管３１とが連結されている。
【００１５】従って、機外から供給された冷媒は前段圧縮要素２０と後段圧縮要素３０とで順次圧縮されて機外に吐出されることになる。
【００１６】前段圧縮要素２０と後段圧縮要素３０とは略同じ構成で、各圧縮要素２０，３０は円筒状のシリンダ２３，３３内にローラ２４，３４が配設されている。このローラ２４，３４は円筒状に形成され、その内側にクランク２５，３５が配設されると共に、ローラ２４，３４の外側面に図示しないベーンが当接している。
【００１７】クランク２５，３５はモータ１１の回転軸１５に固着して（又は一体形成されて）設けられているので、クランク２５，３５の回転によりローラ２４，３４は偏心回転運動するようになる。
【００１８】このときローラ２４，３４における外側面の一端がシリンダ２３，３３と常に最小隙間で保持されるので、シリンダ２３，３３とローラ２４，３４との間に形成される空間は三日月状となる。
【００１９】そして、ベーンがローラ２４，３４の外側面に当接しているので、このベーンにより三日月状の空間は図示しない吸気室と圧縮室とに区画される。
【００２０】シリンダ２３，３３の内径及びローラ２４，３４の外径は変化しないので、ローラ２４，３４が回転しても三日月状空間の容積は常に一定である。しかしローラ２４，３４が回転するに伴い、ローラ２４，３４とシリンダ２３，３３との最小隙間の位置が変化するため三日月状空間の向きが変化する。
【００２１】一方、ベーンはローラ２４，３４の外側面に常に当接するようにシリンダ２３，３３の半径方向に出入りする。
【００２２】従って、このベーンにより三日月状空間が区画されて形成される吸気室と圧縮室との容積比は、ローラ２４，３４の回転に従い変化し、吸気室の容積が拡張すると、圧縮室の容積は縮小する。
【００２３】吸気室には図示しない吸気口が連通し、また圧縮室には図示しない吐出口が連通しており、ローラ２４，３４が吸気口を横切ることにより吸気室は吐出口と連通するようになって、吸気室が圧縮室に変る。
【００２４】吐出口には図示しない吐出バルブが設けられており、圧縮室の縮小に伴い冷媒が圧縮されて、この吐出バルブで規定される吐出圧に達すると冷媒が吐出される。
【００２５】なお、前段圧縮要素２０のローラ２４と後段圧縮要素３０のローラ３４とは、各ローラ２４，３４が偏心回転運動することにより発生する振動が相殺されるように、回転位相が１８０度ずれて設けられている。即ち、クランク２５とクランク３５とは、回転軸１５を中心に対称に設けられている。
【００２６】以上が圧縮要素２０，３０の共通構成であるが、後段圧縮要素３０にはさらに冷媒温度調節手段である冷媒注入装置５０が設けられて、圧縮室における冷媒の温度及び圧力を調節するようになっている。
【００２７】冷媒注入装置５０は、後段圧縮要素３０の圧縮室と連通する冷媒注入口５１、この冷媒注入口５１に連結された冷媒注入管５２、この冷媒注入管５２を流れる冷媒（この冷媒を特に、冷却用冷媒と記載する）を減圧するキャピラリチューブ等からなる減圧機構５３、冷媒注入管５２に冷却用冷媒を流すか否かを制御する電磁弁等の開閉弁５４が設けられている。
【００２８】そして、冷媒の温度が所定温度より高くならないように開閉弁５４が開かれると、冷却用冷媒が減圧機構５３で減圧されながら冷媒注入管５２を流動して冷媒注入口５１から圧縮室に注入される。
【００２９】これにより冷却用冷媒は、吸入管３１から吸気された圧縮室の冷媒と混じってこの圧縮室内の冷媒の温度を下げる。冷媒の温度が下がることは、冷媒の圧力も下がることを意味する。
【００３０】なお、冷却用冷媒が減圧機構５３を通過することにより減圧されるが、この減圧により冷却用冷媒の温度が下がるので、効率的に圧縮室内の冷媒の温度及び圧力を下げることが可能になる。
【００３１】ところで冷媒注入口５１は、冷媒が圧縮され始めた後に冷却用冷媒を注入するように設けることが好ましい。これは圧縮開始前（吸気室が圧縮室に変る前）に冷却用冷媒を注入すると、圧力バランスの関係から注入された冷却用冷媒が吸入管３１から流出してしまうのを防止するためである。
【００３２】このような構成により、冷媒の最高圧力及び最高温度を抑えることができロータリ圧縮機１０を構成する各部材の耐圧、耐熱評価を含めた基本設計をやり直す必要が無くなると共に、冷媒の圧力が予め設定された圧力よりも大きくなることはないので、冷凍効率の低下を抑制することが可能になる。
【００３３】図２はかかるロータリ圧縮機１０を空気調和機に適用した際の冷凍回路図で、室内に配設される室内機Ａ、室外に配設される室外機Ｂを主要構成とし、室内機Ａは冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器１９等を有している。
【００３４】また室外機Ｂは、上記ロータリ圧縮機１０、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器１７、冷媒を減圧する減圧器１８、冷媒の循環路を切替える四方弁１６等を有し、室外熱交換器１７と減圧器１８との間の配管に冷媒注入管５２が接続されている。
【００３５】そして、冷房運転する時は、冷媒がロータリ圧縮機１０、室外熱交換器１７、減圧器１８、室内熱交換器１９を循環するように循環路を切換える。
【００３６】この場合、冷媒は室外熱交換器１７で熱交換して冷却され（冷却用熱交換器として作用する）、室内熱交換器１９で熱交換して加熱される（加熱用熱交換器として作用する）。
【００３７】これにより、ロータリ圧縮機１０で圧縮された冷媒は、室外熱交換器１７で外気と熱交換して冷媒の温度が下がり、減圧器１８で減圧されて室内機Ａに供給される。
【００３８】このとき冷媒注入管５２の開閉弁５４が開かれていると、減圧器１８に供給される冷媒の一部がこの冷媒注入管５２を介して、後段圧縮要素３０に供給され、ロータリ圧縮機１０を含め冷凍回路内での冷媒の最高温度及び最高圧力が所定圧力及び温度範囲に保たれようになる。
【００３９】室内機Ａに供給された冷媒は、室内熱交換器１９で室内空気と熱交換して、室内空気を冷却して室外機Ｂに戻りサイクルが１巡する。
【００４０】また暖房運転をする時は、冷媒がロータリ圧縮機１０、室内熱交換器１９、減圧器１８、室外熱交換器１７を循環するように循環路を切換える。
【００４１】この場合、冷媒は室内熱交換器１９で熱交換して冷却され（冷却用熱交換器として作用）、室外熱交換器１７で熱交換して加熱される（加熱用熱交換器として作用）。
【００４２】これにより、ロータリ圧縮機１０で圧縮された冷媒は、室内熱交換器１９で室内空気と熱交換してこの室内空気を加熱して室外機Ｂに供給される。
【００４３】室外機Ｂに供給された冷媒は、減圧器１８により減圧され、室外熱交換器１７で外気と熱交換してロータリ圧縮機１０に戻りサイクルが１巡する。
【００４４】このとき冷媒注入管５２の開閉弁５４が開かれていると、室外熱交換器１７に供給される冷媒の一部がこの冷媒注入管５２を介して、後段圧縮要素３０に供給され、ロータリ圧縮機１０を含め冷凍回路内での冷媒の最高温度及び最高圧力は所定の圧力範囲及び温度範囲に保たれるようになっている。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように請求項１にかかる発明によれば、圧縮室を備えた圧縮要素を連結管により複数直列接続して圧縮手段を形成し、かつ、各圧縮要素における冷媒の最高温度及び最高圧力が所定温度及び所定圧力以上にならないように機外から冷却用冷媒を減圧して圧縮室に注入する冷媒温度調節手段を設けたので、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いた場合であっても、従来の基本設計を略そのまま適用できるようにすると共に冷凍効率の低下を抑制することが可能になる。
【００４６】請求項２にかかる発明によれば、冷媒温度調節手段に減圧器を設けたので該減圧器により冷却用冷媒を減圧し冷却用冷媒の温度を下げて圧縮室に注入するようにしたので、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いた場合であっても、容易に従来の基本設計を略そのまま適用できるようにすると共に冷凍効率の低下を抑制したことを特徴とする。
【００４７】請求項３にかかる発明によれば、冷媒音戸町清酒団を備えたロータリ圧縮機と、冷媒を冷却する冷却用熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒を加熱する加熱用熱交換器とが接続されて冷凍回路を形成したので、基本設計を変更することなく二酸化炭素冷媒を用いた冷凍回路が容易に構成できると共に冷凍効率の低下が抑制できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月３日（１９９８．１２．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１３８３
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７１１０８（Ｐ２０００−１７１１０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４４３６７ |
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