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JP2003013860A - 二段圧縮型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

二段圧縮型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置

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Publication number
JP2003013860A
JP2003013860A JP2001199104A JP2001199104A JP2003013860A JP 2003013860 A JP2003013860 A JP 2003013860A JP 2001199104 A JP2001199104 A JP 2001199104A JP 2001199104 A JP2001199104 A JP 2001199104A JP 2003013860 A JP2003013860 A JP 2003013860A
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JP
Japan
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refrigerant
stage
pressure
compressor
low
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001199104A
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English (en)
Inventor
Hirokazu Izaki
博和 井崎
Toshiyuki Ebara
俊行 江原
Toshikazu Ishihara
寿和 石原
Hiroshi Mukoyama
洋 向山
Takayasu Saito
隆泰 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/10Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
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    • F25B2309/06Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機から吐出される冷媒の圧力を加減でき
る二段圧縮型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供
する。 【解決手段】 一段目で低圧の冷媒を中間圧に圧縮し、
二段目で中間圧の冷媒を高圧に圧縮して吐出する構成を
有した二段圧縮型圧縮機1において、上記二段目の吸込
みポート17Aに低圧の冷媒を供給する供給回路L5を
設け、この供給回路を動作させた場合、一段目15、二
段目17共に、低圧P0の冷媒を圧縮して吐出する構成
とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二段圧縮型圧縮機
およびそれを用いた冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、圧縮機、高温側熱交換器、減圧
装置および蒸発器を有する冷凍サイクルを備えた冷凍装
置が知られている。
【0003】この種のものでは、従来、冷凍サイクルに
塩素を含むフロン(HCFC22等)を冷媒として使用
していたが、これはオゾン層保護の観点から使用が規制
されつつあり、その代替冷媒としての塩素を含まないフ
ロン(HCF)にあっても地球温暖化係数が高いことか
ら、地球温暖化防止京都会議(COP3)において規制
対象物質に指定された。
【0004】そこで、フロンのような合成物ではなく、
自然界に存在する物質を冷凍サイクルに冷媒として使用
する動きが高まり、特に、冷凍サイクルにCO2冷媒を
使用する検討が進められた。
【0005】このCO2冷媒を使用した場合、冷凍サイ
クルの高圧側が超臨界となる遷臨界サイクル(Transcri
tical Cycle)になるため、ヒートポンプ式給湯装置に
おける給湯のように、水の昇温幅が大きい加熱プロセス
では高い成績係数(COP)を期待することができる。
【0006】しかし、その反面、冷媒を高圧に圧縮しな
ければならず、近年、圧縮機に、一段目で中間圧に圧縮
された冷媒をシェルケース内を通して二段目に導き、こ
の二段目でこの中間圧冷媒を高圧に圧縮して吐出する構
成を有した内部中間圧二段圧縮型圧縮機が採用されてい
る。
【0007】この種のものでは、その使用形態によっ
て、圧縮機の吐出圧力を常時高圧に維持しなくてもよい
場合がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の二段圧
縮型圧縮機は、圧縮機の吐出圧力を加減できず、これに
よって不都合が生じるおそれがある。
【0009】例えば、この二段圧縮型圧縮機が冷凍装置
に使用され、この冷凍装置が屋外に設置された場合、冬
期等において、蒸発器の除霜運転が必要になる。この場
合の除霜運転では、冷媒の高低圧力差を必要としないた
め、冷媒を二段圧縮すると除霜効率が低下するという問
題がある。
【0010】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する課題を解消し、圧縮機から吐出される冷媒
の圧力を加減できる二段圧縮型圧縮機およびそれを用い
た冷凍装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、一段目で低圧の冷媒を中間
圧に圧縮し、二段目で中間圧の冷媒を高圧に圧縮して吐
出する構成を有した二段圧縮型圧縮機において、上記二
段目の吸込みポートに低圧の冷媒を供給する供給回路を
設け、この供給回路を動作させた場合、一段目、二段目
共に低圧の冷媒を圧縮して吐出する構成としたことを特
徴とする。
【0012】請求項2記載の発明は、一段目で低圧の冷
媒を中間圧に圧縮し、二段目で中間圧の冷媒を高圧に圧
縮して吐出する構成を有した二段圧縮型圧縮機を備えた
冷凍装置において、上記二段目の吸込みポートに低圧の
冷媒を供給する供給回路を設け、この供給回路を動作さ
せた場合、上記圧縮機が、一段目、二段目共に低圧の冷
媒を圧縮して吐出する構成としたことを特徴とする。
【0013】請求項3記載の発明は、請求項2記載のも
のにおいて、上記圧縮機が、一段目、二段目共に低圧の
冷媒を圧縮して吐出する場合、この吐出冷媒を蒸発器に
供給する除霜回路を備えたことを特徴とする。
【0014】請求項4記載の発明は、請求項2または3
記載のものにおいて、上記冷媒にCO2冷媒を使用した
ことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面に基づいて説明する。
【0016】図1は、二段圧縮型ロータリー式圧縮機を
使用したヒートポンプ装置を示している。1は圧縮機を
示し、この圧縮機1には、破線で示す冷媒配管L1を介
して、電磁弁2、ガスクーラ(高圧側熱交換器)3、内
部熱交換器4、減圧装置(膨張弁)5、さらに実線で示
す冷媒配管L2を介して、蒸発器(低圧側熱交換器)7
が順に接続されて、冷凍サイクルが構成されている。
【0017】蒸発器7から圧縮機1に戻る実線で示した
低圧側の冷媒配管L3は、内部熱交換器4を通り、低圧
冷媒はガスクーラ3を経た高圧冷媒と熱交換し、冷媒の
温度を上昇させて過熱度を高めて圧縮機1に戻される。
【0018】この冷凍サイクルにはCO2冷媒が使用さ
れる。CO2冷媒はオゾン破壊係数が0で、地球温暖化
係数が1であるため、環境への負荷が小さく、毒性、可
燃性がなく安全で安価である。このCO2冷媒を使用し
た場合、冷凍サイクルの高圧側が超臨界となる遷臨界サ
イクル(Transcritical Cycle)になるため、ヒートポ
ンプ式給湯装置における給湯のように、水の昇温幅が大
きい加熱プロセスでは高い成績係数(COP)を期待す
ることができる。
【0019】しかし、その反面、冷媒を高圧に圧縮しな
ければならず、圧縮機1には内部中間圧二段圧縮型圧縮
機が採用されている。
【0020】この内部中間圧二段圧縮型圧縮機1は、図
2に示すように、シェルケース11の内部に電動機部1
2と、この電動機部12により駆動される圧縮部13と
を有して構成されている。この圧縮部13は二段圧縮の
構成を有し、一段目の圧縮部15と、二段目の圧縮部1
7とからなる。
【0021】通常運転時、第一の吸込み管L4を介し
て、一段目の圧縮部15の吸込みポート15Aに吸い込
まれた低圧P0冷媒は、この圧縮部15で中間圧P1に
圧縮された後、吐出ポート15Bからシェルケース11
内に吐出され、シェルケース11内を経た後、管路21
を通って三方弁23に至る。この三方弁23ではポート
23aとポート23bが連通し、冷媒は、冷媒配管L6
を介して、二段目の圧縮部17の吸込みポート17Aに
導かれ、この圧縮部17で高圧P2に圧縮されて、その
吐出ポート17Bから吐出される。
【0022】本実施形態では、二段目の吸込みポート1
7Aに低圧P0の冷媒を供給する第二の吸込み管(供給
回路)L5が設けられると共に、この第二の吸込み管L
5には電磁弁25が設けられている。
【0023】この圧縮機1では、電磁弁25が閉じら
れ、三方弁23のポート23aとポート23bが連通し
た場合、冷媒は、二段圧縮で高圧P2に圧縮されて吐出
される一方、電磁弁25が開かれ、三方弁23のポート
23aとポート23cが連通した場合、圧縮行程が並列
になり、一段目、二段目共に低圧の冷媒P0がそれぞれ
中間圧P1に圧縮されて吐出される。
【0024】これによれば、圧縮機1の吐出圧力が二段
階に制御されるため、従来に比べて、使用態様の変化へ
の追随が可能になる。
【0025】上記ガスクーラ3は、CO2冷媒が流れる
冷媒コイル9と、水が流れる水コイル10とからなり、
この水コイル10は水配管を介して図示を省略した貯湯
タンクに接続されている。水配管には図示を省略した循
環ポンプが接続され、この循環ポンプが駆動されて貯湯
タンクの水がガスクーラ3を循環し、ここで加熱されて
貯湯タンクに貯湯される。
【0026】このヒートポンプ装置はヒートポンプユニ
ットとして屋外に設置されるため、蒸発器7に付着した
霜の除去が必要になる。
【0027】本実施形態では、図1に示すように、圧縮
機1から吐出された冷媒を、ガスクーラ3および減圧装
置5をバイパスして蒸発器7に導くための、除霜用電磁
弁31、バイパス管L7を含むホットガス除霜回路33
が設けられる。
【0028】この除霜運転では、まず、図示を省略した
コントローラによって、圧縮機1の吐出側に設けられた
電磁弁2が閉じられ、通常時閉の除霜用電磁弁31が開
かれると共に、圧縮機1に付設された電磁弁25が開か
れ、三方弁23のポート23aとポート23cが連通さ
れる。この状態で、圧縮機1が駆動されると、圧縮行程
が並列になるため、一段目、二段目共に低圧の冷媒P0
がそれぞれ中間圧P1に圧縮されて吐出される。
【0029】一段目の吐出冷媒は、バイパス管L7、除
霜用電磁弁31および冷媒配管L2を介して蒸発器7に
供給され、二段目の吐出冷媒は、管路21を通って三方
弁23に至り、この三方弁23のポート23aからポー
ト23cを通って、冷媒配管L8に至り、さらに冷媒配
管L2を介して蒸発器7に供給され、この蒸発器7を加
熱して除霜が行われる。
【0030】この除霜運転時には、冷媒の高低圧力差を
必要としないため、冷媒を二段圧縮すると除霜効率が低
下する。
【0031】本実施形態では、通常ヒートポンプ運転時
に、圧縮機1は二段圧縮によってその吐出圧を高圧P2
に維持するが、除霜運転時には、圧縮機1が並列一段圧
縮に切り替えられるため、圧縮機1からの中間圧P1の
吐出ガス量が増大するため、除霜効果が高められる。な
お、この除霜運転時に、圧縮機1の吐出側に設けられた
電磁弁2を開くことが可能である。
【0032】これによれば、除霜運転しながら中間圧P
1冷媒が、ガスクーラ3に導かれるため、除霜運転時に
おけるガスクーラ3の温度低下が少なくなり、通常運転
再開時の定常運転に移行するまでの時間を短縮すること
ができる。
【0033】一方、この種の圧縮機1において、一段目
で吐出された中間圧P1の冷媒に含まれる冷凍機オイル
の混合比率と、二段目で吐出された高圧P2の冷媒に含
まれる冷凍機オイルの混合比率とでは、その混合比率が
異なる。すなわち、中間圧P1の冷媒に含まれるオイル
の混合比率は、高圧P2の冷媒に含まれるオイルの混合
比率に比べて少ないのが一般的である。
【0034】この実施形態では、圧縮機1から高圧P2
の冷媒が吐出されないため、除霜運転時におけるオイル
の吐出量が減少し、シェルケース内の残存オイル量が十
分確保され、圧縮機1の耐久性を向上させることができ
る。
【0035】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明
らかである。
【0036】上記構成では、圧縮機1の一段目の吐出冷
媒すべてを、シェルケース11を通じて二段目に供給し
ているが、これに限定されず、シェルケース11にはそ
の一部を供給し、残りを一段目の吐出ポートから直接二
段目の吸込みポートに供給する構成を採用してもよい。
【0037】
【発明の効果】本発明では、一段目で低圧の冷媒を中間
圧に圧縮し、二段目で中間圧の冷媒を高圧に圧縮して吐
出する構成を有した二段圧縮型圧縮機並びにそれを用い
た冷凍装置において、圧縮機からの吐出冷媒圧力を加減
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による冷凍装置の一実施形態を示す回路
図である。
【図2】圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
1 圧縮機 3 ガスクーラ 5 減圧装置 7 蒸発器 11 シェルケース 13 圧縮部 15 一段目の圧縮部 17 二段目の圧縮部 17A 二段目の吸込みポート L5 第二の吸込み管(供給回路) 25 電磁弁 31 除霜用電磁弁 33 ホットガス除霜回路 P0 低圧 P1 中間圧 P2 高圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F25B 47/02 F25B 47/02 F (72)発明者 石原 寿和 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 向山 洋 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 斎藤 隆泰 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 3H003 AA05 AC03 CD05 CF01 3H029 AA04 AA13 AB03 BB42 BB53 CC02 CC06 CC24 CC25 CC26 CC32 3H076 AA16 BB34 CC07 CC44 CC91

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一段目で低圧の冷媒を中間圧に圧縮し、
    二段目で中間圧の冷媒を高圧に圧縮して吐出する構成を
    有した二段圧縮型圧縮機において、上記二段目の吸込み
    ポートに低圧の冷媒を供給する供給回路を設け、この供
    給回路を動作させた場合、一段目、二段目共に低圧の冷
    媒を圧縮して吐出する構成としたことを特徴とする二段
    圧縮型圧縮機。
  2. 【請求項2】 一段目で低圧の冷媒を中間圧に圧縮し、
    二段目で中間圧の冷媒を高圧に圧縮して吐出する構成を
    有した二段圧縮型圧縮機を備えた冷凍装置において、上
    記二段目の吸込みポートに低圧の冷媒を供給する供給回
    路を設け、この供給回路を動作させた場合、上記圧縮機
    が、一段目、二段目共に低圧の冷媒を圧縮して吐出する
    構成としたことを特徴とする冷凍装置。
  3. 【請求項3】 上記圧縮機が、一段目、二段目共に低圧
    の冷媒を圧縮して吐出する場合、この吐出冷媒を蒸発器
    に供給する除霜回路を備えたことを特徴とする請求項2
    記載の冷凍装置。
  4. 【請求項4】 上記冷媒にCO2冷媒を使用したことを
    特徴とする請求項2または3記載の冷凍装置。
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