JP4219198B2 - 冷媒サイクル装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷媒サイクル装置は、ロータリコンプレッサ（コンプレッサ）、ガスクーラ、絞り手段（キャピラリチューブ等）及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、ロータリコンプレッサの回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００４】
しかしながら、このような冷媒サイクル装置にコンプレッサの密閉容器内が高圧（内部高圧）となるコンプレッサを使用した場合、当該コンプレッサでは密閉容器内に高温高圧の冷媒ガスが吐出されるため、コンプレッサ自体の温度が高くなり、コンプレッサの圧縮要素に吸い込まれる冷媒が温められてしまい、圧縮効率が低下するという問題が生じていた。
【０００５】
このため、従来より多段圧縮式のコンプレッサを使用して圧縮途中の冷媒を中間冷却する冷媒サイクル装置が考えられている。即ち、第１及び第２の圧縮要素を備えた多段圧縮式のコンプレッサを使用すると共に、第１の圧縮要素（１段目）で圧縮された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を設けて、第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を中間冷却回路にて放熱した後、第２の圧縮要素（２段目）に吸い込ませて圧縮し、密閉容器内に吐出する構成とする。これにより、第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を冷却することができるので、第２の圧縮要素における圧縮効率が向上する。また、第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスが冷却されることで第２の圧縮要素にて圧縮され、密閉容器内やガスクーラ等に吐出される冷媒ガスの温度上昇も抑えることができるようになるので、蒸発器における冷却能力の改善を図ることができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の如く中間冷却回路を設けて第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を冷却した場合、外気温度やコンプレッサの運転状況等により、図４に示すように冷媒の一部が液化してしまう場合がある。即ち、冷媒がガス／液体の二相混合状態となり（図４の丸３の状態）、当該冷媒がこのまま第２の圧縮要素に吸い込まれると、第２の圧縮要素が液圧縮して、損傷を受けると云う問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、内部高圧型多段圧縮式コンプレッサを備えた冷媒サイクル装置において、中間冷却回路で圧縮効率を改善しながら、第２の圧縮要素の液圧縮の発生を未然に回避することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の冷媒サイクル装置では、コンプレッサは、密閉容器内に第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮され、吐出された冷媒を第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、密閉容器内に吐出した後、ガスクーラに吐出すると共に、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路と、コンプレッサの回転数を制御するための制御手段とを備え、この制御手段は、第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒温度及び／又は第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒圧力、及び、外気温度、及び、蒸発器にて冷却される庫内温度が予め設定された設定値に低下した場合、コンプレッサの回転数を上昇させることにより、中間冷却回路出口において冷媒が凝縮することのない冷媒温度・圧力とするようにしたので、第２の圧縮要素に液冷媒が吸い込まれる不都合を未然に防ぐことができるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の冷媒サイクル装置１１０に使用するコンプレッサの実施例として、第１の回転圧縮要素（第１の圧縮要素）３２及び第２の回転圧縮要素（第２の圧縮要素）３４を備えた内部高圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図、図２は本発明の冷媒サイクル装置１１０の冷媒回路図である。
【００１０】
各図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒として使用する内部高圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１１】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１２】
電動要素１４は所謂磁極集中巻き式のＤＣモータであり、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４はステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００１３】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４により偏心回転される上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５２（上側のベーンは図示せず）と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００１４】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、吸込ポート１６１（下側の吸込ポートは図示せず）にて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路５８、６０と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー６６、下部カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００１５】
第２の回転圧縮要素３４の吐出消音室６２と密閉容器１２内は、上部カバー６６を貫通して密閉容器１２内の電動要素１４側に開口する吐出孔６７にて連通されており、この吐出孔６７から第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００１６】
そして、冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ2）が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）など既存のオイルが使用される。
【００１７】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路５８、６０及び吐出消音室６４、ステータ２２の上側（電動要素１４の直上）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４２の略対角線上にある。また、スリーブ１４４はスリーブ１４３の上方に位置する。そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管１２０が挿入接続され、この冷媒導入管１２０の一端は上シリンダ３８の吸込通路５８と連通する。冷媒導入管１２０は後述する中間冷却回路１３５に設けられたガスクーラ１４０を経てスリーブ１４３に至り、他端はスリーブ１４３内に挿入接続されて第１の回転圧縮要素３２の吐出消音室６４と連通する。
【００１８】
ここで、前記中間冷却回路１３５は第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を放熱させるためのものであり、この中間冷却回路１３５の冷媒導入管１２０はガスクーラ１４０を通過するように設けられている。
【００１９】
スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管１２２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管１２２の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通され、冷媒導入管１２２の他端はストレーナ１５６に接続されている。このストレーナ１５６は冷媒回路内を循環する冷媒ガスに混入した塵埃や切削屑などの異物を確保して濾過するためのものであり、ストレーナ１５６の他端側に形成された開口部とこの開口部からストレーナ１５６の一端側に向けて細くなる略円錐形状を呈した図示しないフィルターを備えて構成されている。このフィルターの開口部はストレーナ１５６の他端に接続された冷媒配管１２８に密着した状態で装着されている。また、スリーブ１４４内には冷媒吐出管１２４が挿入接続され、この冷媒吐出管１２４の一端は電動要素１４上方の密閉容器１２内に連通する。
【００２０】
次に図２において、上述したコンプレッサ１０は図２に示す本発明の冷媒サイクル装置１１０の冷媒回路の一部を構成する。ここで、本実施例の冷媒サイクル装置１１０は例えば店舗に設置されるショーケースである。冷媒サイクル装置１１０はコンデンシングユニット１００と冷却機器本体となる冷蔵機器本体１０５とから構成される。従って、冷蔵機器本体１０５はショーケースの本体である。
【００２１】
コンプレッサ１０の冷媒吐出管１２４はガスクーラ１４０の入口に接続される。このガスクーラ１４０には外気温度を検出するための温度センサとしての外気温度センサ１７４が設けられており、この外気温度センサ１７４はコンデンシングユニット１００の制御装置としての後述するマイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００２２】
そして、ガスクーラ１４０の出口に接続された冷媒配管１２６は前述同様のストレーナ１５４と電磁弁１４５を経て内部熱交換器１５０を通過する。この内部熱交換器１５０はガスクーラ１４０から出た第２の回転圧縮要素３４からの高圧側の冷媒と冷蔵機器本体１０５に設けられた蒸発器１９２から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。また、電磁弁１４５はマイクロコンピュータ８０に接続されている。そして、マイクロコンピュータ８０は電磁弁１４５をコンプレッサ１０の起動に伴い開放して、コンプレッサ１０の運転が停止すると閉じるように制御する。
【００２３】
そして、内部熱交換器１５０を通過した高圧側の冷媒配管１２６は、絞り手段であるキャピラリチューブ１５８に至る。キャピラリチューブ１５８を出た冷媒配管１２６は弁装置１６０（高圧側の弁装置）の入口に接続されている。冷蔵機器本体１０５の冷媒配管１９４の一端には接続手段としてのスエッジロック継ぎ手１５５が取り付けられている。このスエッジロック継ぎ手１５５は、弁装置１６０と冷蔵機器本体１０５から出ている冷媒配管１９４の一端とを着脱可能に接続するためのものである。
【００２４】
一方、ストレーナ１５６の他端に接続された冷媒配管１２８は、前記内部熱交換器１５０を経て弁装置１６６（低圧側の弁装置）の出口に接続されている。また、冷蔵機器本体１０５の冷媒配管１９４の他端には前述同様のスエッジロック継ぎ手１５５が取り付けられている。このスエッジロック継ぎ手１５５により冷蔵機器本体１０５から出ている冷媒配管１９４の他端は弁装置１６６の入口に着脱可能に接続される。
【００２５】
前記冷媒吐出管１２４にはコンプレッサ１０から吐出される冷媒ガスの温度を検出するためのディスチャージセンサ１７０及び冷媒ガスの圧力を検出するための高圧スイッチ１７２が設けられており、これらはマイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００２６】
また、キャピラリチューブ１５８と弁装置１６０との間の冷媒配管１２６には、キャピラリチューブ１５８から出た冷媒の温度を検出するための冷媒温度センサ１７６が設けられており、これも前記マイクロコンピュータ８０に接続されている。更に、中間冷却回路１３５のガスクーラ１４０の出口の冷媒導入管１２０には、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３２に吸い込まれる冷媒温度を検出するための冷媒温度センサ１７８が設けられており、これも上記同様にマイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００２７】
尚、１４０Ｆはガスクーラ１４０に通風して空冷するためのファンであり、１９２Ｆは冷蔵機器本体１０５の図示しないダクト内に設けられた蒸発器１９２と熱交換した冷気を、冷蔵機器本体１０５の庫内に循環するためのファンである。また、１６５はコンプレッサ１０の電動要素１４の通電電流を検出し、運転を制御するための電流センサである。ファン１４０Ｆと電流センサ１６５はコンデンシングユニット１００のマイクロコンピュータ８０に接続され、ファン１９２Ｆは冷蔵機器本体１０５の後述する制御装置９０に接続される。
【００２８】
ここで、マイクロコンピュータ８０はコンデンシングユニット１００の制御を司る制御装置であり、マイクロコンピュータ８０の入力には前記ディスチャージセンサ１７０、高圧スイッチ１７２、外気温度センサ１７４、冷媒温度センサ１７６、冷媒温度センサ１７８、電流センサ１６５及び冷蔵機器本体１０５の制御手段としての制御装置９０からの信号が接続されている。そして、これらの出力に基づいて、出力に接続されたコンプレッサ１０や電磁弁１４５、ファン１４０Ｆが制御される。更に、マイクロコンピュータ８０は中間冷却回路１３５の出口において冷媒が凝縮することのない冷媒温度・圧力となるように制御している。
【００２９】
即ち、マイクロコンピュータ８０は通常のコンプレッサ１０の回転数制御に加えて、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒が中間冷却回路１３５にて凝縮することのない冷媒温度・圧力となるように外気温度センサ１７４、冷媒温度センサ１７８の出力及び冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの送信信号に基づき、コンプレッサ１０の回転数を制御している。これは、上記各センサにより検出される温度が予め設定された設定値以下に低下し、冷蔵機器本体１０５の制御装置９０から後述する所定の信号が送出された場合、マイクロコンピュータ８０は通常行っている回転数制御に関わらず、中間冷却回路１３５にて冷媒が凝縮しない（冷媒がガス／液体の二相混合状態とならない）冷媒温度・圧力となるようにコンプレッサ１０の回転数を強制的に所定Ｈｚ引き上げるものである。
【００３０】
また、冷蔵機器本体１０５の前述した制御装置９０には、庫内温度を検出するための前記庫内温度センサ、庫内温度を調節するための温度調節ダイヤルや、その他コンプレッサ１０を停止するための機能が設けられている。そして、制御装置９０はこれらの出力に基づき、ファン１９２Ｆを制御すると共に、コンデンシングユニット１００のマイクロコンピュータ８０に信号を送出する。即ち、制御装置９０は、庫内温度センサにて検出される冷蔵機器本体１０５の庫内温度が上限温度になるとＯＮ、下限温度になるとＯＦＦの信号をマイクロコンピュータ８０に送出している。更に、制御装置９０は、庫内温度センサにて検出される冷蔵機器本体１０５の庫内温度が設定値に低下すると前述した所定の信号をマイクロコンピュータ８０に送出する。
【００３１】
そして、制御装置からマイクロコンピュータ８０に当該所定の信号が送られた際に、外気温度センサ１７４、冷媒温度センサ１７８にて検出される温度が予め設定された設定値に低下すると、マイクロコンピュータ８０は、前述する如くコンプレッサ１０の回転数を強制的に所定Ｈｚ引き上げる。これにより、中間冷却回路１３５にて冷媒が凝縮しない冷媒温度・圧力とすることができる。
【００３２】
このように、マイクロコンピュータ８０は、第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、中間冷却回路１３５に流入する冷媒がガスクーラ１４０にて放熱しても凝縮しない冷媒温度・圧力となるように外気温度センサ１７４、冷媒温度センサ１７８の出力や冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの信号に基づき、コンプレッサ１０の回転数を制御しているので、中間冷却回路１３５にて冷媒が凝縮し、第２の回転圧縮要素３４に液冷媒が吸い込まれて、液圧縮する不都合を未然に回避することができる。
【００３３】
係る冷媒サイクル装置１１０の冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ2）が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）など既存のオイルが使用される。
【００３４】
また、前記冷蔵機器本体１０５は蒸発器１９２と当該蒸発器１９２内を通過する冷媒配管１９４にて構成されている。冷媒配管１９４は蒸発器１９２内を蛇行状に通過しており、この蛇行状の部分には熱交換用のフィンが取り付けられて蒸発器１９２が構成されている。冷媒配管１９４の両端部はスエッジロック継ぎ手１５５に着脱可能に接続されている。
【００３５】
以上の構成で次に図３のｐ−ｈ線図（モリエル線図）を参照しながら冷媒サイクル装置１１０の動作を説明する。冷蔵機器本体１０５に設けられた図示しない始動スイッチを入れるか、或いは、冷蔵機器本体１０５の電源ソケットがコンセントに接続されると、マイクロコンピュータ８０は電磁弁１４５を開放して、ターミナル２０及び図示されない配線を介してコンプレッサ１０の電動要素１４のステータコイル２８に通電される。これにより、電動要素１４が起動してロータ２４が回転し、回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３６】
これにより、冷媒導入管１２２及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧（図３の丸１の状態）の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり（図３の丸２の状態）、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り下部支持部材５６に形成された吐出消音室６４を経て冷媒導入管１２０に入り、スリーブ１４３から出て中間冷却回路１３５に流入する。
【００３７】
そして、冷媒は中間冷却回路１３５がガスクーラ１４０を通過する過程で空冷方式により放熱する（図３の丸３の状態）。このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１３５を通過させることで、ガスクーラ１４０にて効果的に冷却することができるので、第２の回転圧縮要素３４及び密閉容器１２内の温度上昇を抑え、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率も向上させることができるようになる。
【００３８】
ここで、マイクロコンピュータ８０は外気温度センサ１７４にて検出される外気温度と冷媒温度センサ１７８にて検出される冷媒温度及び冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの信号に基づいて、中間冷却回路１３５にて冷媒が凝縮しない冷媒温度・圧力となるようにコンプレッサ１０の回転数を制御している。即ち、上記各センサにて検出される温度が予め設定された設定値に低下し、冷蔵機器本体１０５の制御装置９０から所定の信号が送出された場合、マイクロコンピュータ８０はコンプレッサ１０の通常の回転数制御に関わらず、中間冷却回路１３５にて凝縮しない冷媒温度・圧力となるように、コンプレッサ１０の回転数を所定Ｈｚ上昇する。
【００３９】
マイクロコンピュータ８０が上記のようにコンプレッサ１０の回転数制御を行わない場合、外気温度及び中間冷却回路１３５における冷媒温度、冷蔵機器本体１０５の庫内温度が低い状態で、コンプレッサ１０の回転数を低く運転すると、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒温度・圧力が低くなり、中間冷却回路１３５を通過する過程で、ガスクーラ１４０にて冷却された中間圧の冷媒は、図４の丸３で示すようにガス／液体の二相混合体となる。
【００４０】
これにより、中間冷却回路１３５にてガス／液体の二相混合体となった冷媒がこの状態のまま、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれると、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４が液圧縮して、その結果、コンプレッサ１０が損傷する恐れがある。
【００４１】
しかしながら、本発明では外気温度センサ１７４、冷媒温度センサ１７８の出力及び冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの信号に基づき、各センサにて検出される温度が設定値に低下し、且つ、制御装置９０から所定の信号が送出される場合には、マイクロコンピュータ８０により通常の回転数制御に関わらず、強制的にコンプレッサ１０の回転数が上昇されるので、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒は中間冷却回路１３５のガスクーラ１４０にて凝縮されない冷媒温度・圧力となる（図３の丸３の状態）。
【００４２】
これにより、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４における液圧縮を未然に回避することができ、コンプレッサ１０の安定した運転を確保することができるようになる。
【００４３】
従って、内部高圧型のコンプレッサ１０を使用した場合であっても、中間冷却回路１３５の放熱効果による第２の回転圧縮要素３４の圧縮効率の改善を図りながら、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４における液圧縮の発生を未然に回避することができるので、冷媒サイクル装置１１０の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４４】
一方、中間冷却回路１３５にて冷却された中間圧の冷媒ガスは上部支持部材５４に形成された吸込通路５８を経由して、吸込ポート１６１から第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の低圧室側に吸入され、ローラ４６と図示しないベーンの動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２を経て、吐出孔６７から密閉容器１２内の電動要素１４下側に吐出される。これにより、密閉容器１２内は高温高圧となる。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている（図３の丸４の状態）。
【００４５】
密閉容器１２に吐出された冷媒ガスは電動要素１４の隙間を通過し、ステータ２２の上側に形成された冷媒吐出管１２４に入り、スリーブ１４４から出て、ガスクーラ１４０に流入する。そこで冷媒ガスは空冷方式により放熱した後（図３の丸５’の状態）、冷媒配管１２６に入りストレーナ１５４、電磁弁１４５を経て内部熱交換器１５０を通過する。冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される（図３の丸５の状態）。これにより、冷媒の過冷却度が大きくなるという効果によって、蒸発器１５７における冷媒の冷却能力が向上する。
【００４６】
内部熱交換器１５０で冷却された高圧側の冷媒ガスはキャピラリチューブ１５８に至る。尚、キャピラリチューブ１５８の入口では冷媒ガスはまだ超臨界の状態である。冷媒はキャピラリチューブ１５８における圧力低下により、ガス／液体の二相混合体とされ（図３の丸６の状態）、弁装置１６０、スエッジロック継ぎ手１５５を経て冷蔵機器本体１０５の冷媒配管１９４から蒸発器１９２内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して冷蔵機器本体１０５の庫内を冷却する。
【００４７】
以上のように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１３５に流して放熱させ、第２の回転圧縮要素３４及び密閉容器１２内の温度上昇を抑えるという効果によって、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率の向上を図ることができるようになり、加えて、内部熱交換器１５０にて低圧側の冷媒と熱交換することで、冷媒の過冷却度が大きくなるという効果によって、冷蔵機器本体１０５の蒸発器１９２における冷却能力の向上を図ることができるようになる。
【００４８】
その後、冷媒は蒸発器１９２から流出して、冷媒配管１９４からコンデンシングユニット１００のスエッジロック継ぎ手１５５、弁装置１６６を経て内部熱交換器１５０に至る。そこで前述の高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。ここで、蒸発器１９２で蒸発して低温となり、蒸発器１９２を出た冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合もあるが、内部熱交換器１５０を通過させて高圧側の冷媒と熱交換させることで、冷媒が加熱される。この時点で、冷媒の過熱度が確保され、完全に気体となる。
【００４９】
これにより、蒸発器１９２から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになるので、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、コンプレッサ１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。従って、冷却装置１１０の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５０】
尚、内部熱交換器１５０で加熱された冷媒は、ストレーナ１５６を経て冷媒導入管１２２からコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００５１】
このように、マイクロコンピュータ８０が中間冷却回路１３５出口において冷媒が凝縮することのない冷媒温度・圧力となるように外気温度センサ１７４、冷媒温度センサ１７８の出力及び冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの信号に基づいて、コンプレッサ１０の回転数を制御するので、中間冷却回路１３５にて第１の回転圧縮要素３２からの冷媒が凝縮されなくなる。これにより、第２の回転圧縮要素３４に液冷媒が吸い込まれる液バックを未然に回避することが出来るようになる。
【００５２】
従って、内部高圧となるロータリコンプレッサを使用した場合であっても、中間冷却回路１３５の放熱効果による第２の回転圧縮要素３４の圧縮効率の改善を図りながら、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４における液圧縮の発生を未然に回避することができるので、冷媒サイクル装置の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５３】
尚、本実施例ではマイクロコンピュータ８０が外気温度センサ１７４、冷媒温度センサ１７８の出力及び冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの信号に基づき、中間冷却回路１３５の出口において冷媒が凝縮することのない冷媒温度・圧力となるようにコンプレッサ１０の回転数を制御するものとしたが、本発明はこれに限らず、例えばガスクーラ１４０のファン１４０Ｆの風量を凝縮しない風量に制御したり、冷媒サイクル装置に中間冷却回路１３５にて凝縮しない量の冷媒を封入するものとしても良い。
【００５４】
また、中間冷却回路１３５に第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒温度を検出する冷媒温度センサ１７８を設けない場合には、コンプレッサから吐出された冷媒温度やコンプレッサに吸い込まれる冷媒温度等からマイクロコンピュータ８０が中間冷却回路出口における冷媒温度・圧力を推定するものとしても構わない。
【００５５】
更に、マイクロコンピュータ８０は外気温度センサ１７４、冷媒温度センサ１７８及び冷蔵機器本体１０５の庫内温度センサ以外のセンサからの出力や、冷媒回路内の冷媒圧力に基づいて中間冷却回路１３５の出口において冷媒が凝縮することのない冷媒温度・圧力に制御するものであっても構わない。
【００５６】
更にまた、本実施例ではコンプレッサ１０は内部高圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを用いて説明したが、本発明に使用可能なコンプレッサはこれに限定されるものではなく、内部高圧となる２段以上の圧縮要素を備えた多段圧縮式コンプレッサであれば構わない。
【００５７】
また、本実施例では二酸化炭素を冷媒として使用したが、冷媒はそれに限定されるものではなく、炭化水素系冷媒や亜酸化窒素など、種々の冷媒が適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述する如く本発明の冷媒サイクル装置によれば、コンプレッサは、密閉容器内に第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮され、吐出された冷媒を第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、密閉容器内に吐出した後、ガスクーラに吐出すると共に、第１の圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路と、コンプレッサの回転数を制御するための制御手段とを備え、この制御手段は、第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒温度及び／又は第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒圧力、及び、外気温度、及び、蒸発器にて冷却される庫内温度が予め設定された設定値に低下した場合、コンプレッサの回転数を上昇させるので、中間冷却回路出口において冷媒が凝縮することのない冷媒温度・圧力とすることができるようになり、第２の圧縮要素に液冷媒が吸い込まれる不都合を未然に防ぐことができるようになる。
【００５９】
これにより、コンプレッサの第２の圧縮要素における液圧縮を未然に回避することができ、コンプレッサの安定した運転を確保することができるようになる。
【００６０】
従って、内部高圧型多段圧縮式コンプレッサを備えた冷媒サイクル装置において、中間冷却回路の放熱効果による第２の圧縮要素の圧縮効率の改善を図りながら、コンプレッサの第２の圧縮要素における液圧縮の発生を未然に回避することが出来るので、冷媒サイクル装置の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の冷媒サイクル装置に使用する実施例のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】 本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図３】 図２の冷媒回路のｐ−ｈ線図である。
【図４】 従来の冷媒回路のｐ−ｈ線図である。
【符号の説明】
１０ コンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
１６ 回転軸
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
６７ 吐出孔
８０ マイクロコンピュータ
９０ 制御装置
１００ コンデンシングユニット
１０５ 冷蔵機器本体
１１０ 冷媒サイクル装置
１２０、１２２ 冷媒導入管
１２４ 冷媒吐出管
１２６、１２８ 冷媒配管
１３５ 中間冷却回路
１４０ ガスクーラ
１５０ 内部熱交換器
１５４、１５６ ストレーナ
１５５ スエッジロック継ぎ手
１５８ キャピラリチューブ
１６０、１６６ 弁装置
１７０ ディスチャージセンサ
１７２ 高圧スイッチ
１７４ 外気温度センサ
１７６ 冷媒温度センサ
１７８ 冷媒温度センサ
１９２ 蒸発器
１９４ 冷媒配管

Claims (1)

  1. コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置であって、
    前記コンプレッサは、密閉容器内に第１及び第２の圧縮要素を備え、前記第１の圧縮要素で圧縮され、吐出された冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込んで圧縮し、前記密閉容器内に吐出した後、前記ガスクーラに吐出すると共に、
    前記第１の圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路と、前記コンプレッサの回転数を制御するための制御手段とを備え、
    該制御手段は、前記第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒温度及び／又は前記第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒圧力、及び、外気温度、及び、前記蒸発器にて冷却される庫内温度が予め設定された設定値に低下した場合、前記コンプレッサの回転数を上昇させることにより、前記中間冷却回路出口において冷媒が凝縮することのない冷媒温度・圧力とすることを特徴とする冷媒サイクル装置。
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