JPH0730962B2 - 二段圧縮冷凍サイクル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、冷凍サイクルの循環冷媒を低段側圧縮機構と
高段側圧縮機構で圧縮する二段圧縮冷凍サイクルの改良
に関する。

従来の技術 従来、低温冷凍装置や高温ヒートポンプのように冷凍サ
イクルの蒸発圧力と凝縮圧力との比（圧縮比）が大きい
場合には、吐出温度上昇の防止、および圧縮機効率を向
上させるために一段の圧縮機を二台直列に設けた二段圧
縮冷凍サイクルが広く使われている。この場合、低段側
圧縮機の吐出ガスは高圧の液冷媒や中間圧の二相冷媒と
直接、あるいは間接的に熱交換して冷却された後、高段
側圧縮機に吸引され、そこで高圧まで圧縮、吐出され、
サイクル内を循環する。こうすることによって高段側圧
縮機の吸入ガス温度を低下させてその吐出温度上昇を防
止するものである。また、低段側、高段側圧縮機での圧
縮比を適当に設定することによって各段の圧縮機効率の
良い条件で運転することができ、総合的にみて冷凍サイ
クル効率が向上するものである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような従来例では、低段側圧縮機
で中間圧まで圧縮された吐出ガスが高圧の液冷媒や中間
圧の二相冷媒と直接、あるいは間接的に熱交換して冷却
された後、高段側圧縮機に吸引され、高圧まで圧縮され
て吐出されるので、圧縮機と冷凍サイクルとを接続する
吸入、吐出用の配管がそれぞれ２本必要となり、構造が
複雑になり圧縮機の振動、騒音等の原因となったり、あ
るいは装置が非常に大型になったりしていた。また、圧
縮機のオイルを低段側、高段側へ適切に分配するために
オイル分離器やオイル戻しなどが必要となり、圧縮機以
外の部品等も複雑になっていた。

本発明は、簡単な構成で二段圧縮を実現でき、かつ、簡
単な構成で一段圧縮、二段圧縮の切換えもできる二段圧
縮冷凍サイクルを提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明の二段圧縮冷凍サイクルは、密閉シェル内に少な
くとも低段側圧縮機構と高段側圧縮機構を有し、低段側
圧縮機構の吐出管を密閉シェル内に開口し、高段側圧縮
機構の吸入管を密閉シェル内に開口した二段圧縮機と凝
縮器、絞り装置、蒸発器等を接続して冷凍サイクルを構
成し、低段側圧縮機構の吸入管と蒸発器出口とを接続
し、高段側圧縮機構の吐出管を凝縮器入口に接続し、凝
縮器出口と蒸発器入口の間の配管と密閉シェルを接続し
たことを特徴とするものである。

作用 上記構成により、低段側圧縮機構で圧縮され吐出した冷
媒ガスは密閉シェル内に吐出される。一方、冷凍サイク
ルの凝縮器出口と蒸発器入口の間の冷媒は密閉シェル内
に噴射され、低段側圧縮機構で吐出した冷媒を冷却した
後、低段側の吐出ガスと共に高段側圧縮機構に吸入さ
れ、圧縮されて凝縮器入口に導かれる。こうすることに
よって、簡単な構成で高段側圧縮機の吸入ガス温度を低
下させて、その吐出温度上昇を防止でき、また、圧縮比
を冷媒の噴射量によって低段側、高段側で適当に設定す
ることができるので、各段の圧縮機効率の良い条件で運
転することができ、高圧縮比における冷凍サイクル効率
を向上させることができる。また、密閉シェル内に駆動
モータを配置した場合には、液冷媒を密閉シェル内に噴
射することによって、その潜熱で十分に冷却することが
できるので、モータ効率が改善され、またモータ巻線等
を耐熱性の高い材料にする必要もなくなる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の二段圧縮冷凍サイクルの一実施例であ
り、１は密閉型ロータリー圧縮機、２はほぼ円筒形をな
す密閉シェル、３は密閉シェル２の上部に取り付けられ
たモータで密閉シェル２の中心軸上に設けられている。
４および５は密閉シェル２の下部に取り付けられた低段
側圧縮機構および高段側圧縮機構であり、さらに６は低
段側圧縮機構４の吸入管（以後低段吸入管）、７は低段
側圧縮機構４の吐出管（以後低段吐出管）、８は高段側
圧縮機構５の吸入管（以後高段吸入管）、９は高段側圧
縮機構５の吐出管（以後高段吐出管）であり、低段吐出
管７、高段吸入管８は密閉シェル２内に開口して連通し
ている。また、10は凝縮器、11は絞り装置、12は蒸発器
でありそれぞれ配管接続され、凝縮器10の入口と高段吐
出管９とを、また蒸発器12の出口と低段吸入管６とを接
続して冷凍サイクルを構成している。さらに凝縮器10の
出口と密閉シェル２の上部とを減圧弁13、配管14を介し
て接続し、また、蒸発器12出口と配管14とを切換弁15を
介して接続している。

このような構成において、その運転方法について説明す
る。

まず、冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力比（圧縮比）
が大きい場合は二段圧縮で運転する。この場合、切換弁
15は閉止する。ここにおいて凝縮器10出口の液冷媒の一
部は減圧弁13で冷凍サイクルの中間圧まで減圧されて、
配管14を通り密閉シェル２内の上部に噴射される。一
方、蒸発器12より低段吸入管６に流入した低圧の冷媒ガ
スは低段側圧縮機構４で圧縮され低段吐出管７より密閉
シェル２内に吐出される。また、配管14を通って噴射さ
れた液冷媒はモータの隙間空間、たとえば固定子と密閉
シェル２との隙間、あるいは固定子と回転子の隙間など
（図示せず）を通過してモータを冷却し、また、低段吐
出管７より吐出した冷媒ガスを冷却しながら自らは完全
にガス化して、低段側の吐出ガスと共に高段吸入管８に
吸入される。したがって、この時密閉シェル２内は中間
圧に維持される。また、高段側圧縮機構５では冷媒ガス
が中間圧から高圧まで圧縮され、高段吐出管９より密閉
シェル２の外へ出て凝縮器10に流入し、絞り装置11、蒸
発器12と冷凍サイクルを循環して再び低段吸入管６に流
入する。ここにおいて圧縮比が大きい場合はこのような
二段圧縮を行なうことによって低段側、高段側それぞれ
の圧縮比を小さくできるので、一段圧縮に比較して圧縮
機内での洩れや再膨張が減少して体積効率が改善され、
摩擦損失の割合も減少して圧縮機効率が改善され、その
結果冷凍サイクル効果が向上する。また、凝縮器10出口
の液冷媒を密閉シェル２内に噴射することによってモー
タをその潜熱で十分に冷却することができるので、モー
タ効率が改善され、またモータ巻線等を耐熱性の高い材
料にする必要もなくなり設計上有利になる。

次に一段圧縮で運転する場合について説明する。この場
合には減圧弁13をほぼ閉止の状態まで絞り、切換弁15を
開放することにより蒸発器12出口と密閉シェル２が連通
するので密閉シェル２内は低圧になり、低段吸入管６に
流入した冷媒ガスは低段側圧縮機構４では圧縮されずに
低圧のまま密閉シェル２内に吐出される。そして、その
まま高段吸入管８に吸入され高段圧縮機構５で高圧まで
圧縮され高段吐出管９に吐出される。このように圧縮比
が小さい場合には二段圧縮運転では各段での圧縮比が小
さくなりすぎて機械損失の割合が増加し、圧縮機効率が
低下するので一段圧縮で運転するほうが有利であり、切
換弁15の切換えという簡単な操作のみで一段、二段圧縮
の切換えが可能で冷凍装置の運転状況、たとえば蒸発温
度の高低などに応じて常に適した運転方法を選択するこ
とが可能となる。

次に本発明の異なる実施例を第２図を用いて説明する。
第２図において第１図と同一番号の部品は同じ機能を有
するものであり、説明は省略する。ここにおいては、凝
縮器10出口を減圧装置、ここではキャピラリーチューブ
16を介して三方弁17と接続し、凝縮器11入口と三方弁17
とを接続し、さらに三方弁17と密閉シェル２とを配管14
を介して接続しており、凝縮器11入口と密閉シェル２、
またはキャピラリチューブ16出口と密閉シェル２とを三
方弁17を切り換えて接続できるようにしている。この時
の二段圧縮の場合には三方弁17を図示の位置にする。こ
の場合凝縮器11出口の液冷媒はキャピラリチューブ16で
中間圧まで絞られて三方弁17、配管14を通って密閉シェ
ル２内に噴射され、第１図と同様に運転されるので詳し
い説明は省略する。また、一段圧縮の場合には、三方弁
17を矢印の方向に90゜回転させることにより凝縮器11入
口と密閉シェル２内が三方弁17、配管14を介して接続さ
れるため密閉シェル２内は高圧になる。したがって低段
吸入管６に流入した冷媒ガスは低段側圧縮機構４で高圧
まで圧縮されて密閉シェル２内に吐出される。そして、
高段側圧縮機構５では圧縮されず、そのまま高段吐出管
９から吐出され、凝縮器10に流入して冷凍サイクル内を
循環する。この場合にも三方弁14の切換えという簡単な
操作のみで一段、二段圧縮の切換えが可能で冷凍装置の
運転状況に応じて常に適した運転方法を選択することが
可能となる。

なお、ここでは凝縮器11出口と三方弁17をキャピラリチ
ューブ16で接続しているが、膨張弁等でもよく、また三
方弁17のかわりに開閉弁の組合せなどでも同様の効果が
ありこれらは本発明に含まれるものである。

発明の効果 以上のように、本発明の二段圧縮冷凍サイクルは、簡単
な構成で二段圧縮冷凍サイクルを構成することができ、
冷凍装置などの重量や大きさを低減できる効果がある。
また、圧縮比を低段側、高段側で適当に設定することが
できるので圧縮機効率を改善でき冷凍サイクル効率が向
上する。さらに、密閉シェル内に駆動モータを配置した
場合には、液冷媒を密閉シェル内に噴射することによっ
て、その潜熱で十分に冷却することができるので、モー
タ効率が改善され、またモータ巻線等を耐熱性の高い材
料にする必要もなくなるものである。また、蒸発器出口
と密閉シェル、または凝縮器入口と密閉シェルを切換弁
を介して接続することによって、その切換え操作のみで
圧縮比の大小に応じて一段、二段圧縮の切換えが簡単に
でき、運転状況に応じて冷凍サイクルの効率をさらに改
善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の二段圧縮冷凍サイクルの構
成図、第２図は本発明の異なる実施例の二段圧縮冷凍サ
イクルの構成図である。 ２……密閉シェル、４……低段側圧縮機構、５……高段
側圧縮機構、６……低段吸入管、７……低段吐出管、８
……高段吸入管、９……高段吐出管、10……凝縮器、11
……絞り装置、12……蒸発器、13……減圧弁、14……配
管、15……切換弁、16……キャピラリーチューブ、17…
…三方弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、二段圧縮機と、凝縮器と、絞
   り装置と、蒸発器を接続して冷凍サイクルを構成し、前
   記低段側圧縮機構の吸入管と前記蒸発器出口とを接続
   し、前記高段側圧縮機構の吐出管を前記凝縮器入口に接
   続し、前記凝縮器出口と前記蒸発器入口の間の配管と前
   記密閉シェルを接続し、前記二段圧縮機は、密閉シェル
   内に少なくとも低段側圧縮機構と高段側圧縮機構を有
   し、前記低段側圧縮機構の吐出管を前記密閉シェル内に
   開口し、前記高段側圧縮機構の吸入管を前記密閉シェル
   内に開口して構成したものであることを特徴とする二段
   圧縮冷凍サイクル。
2. 【請求項２】請求項１において前記蒸発器出口と前記密
   閉シェルを切換弁を介して接続したことを特徴とする二
   段圧縮冷凍サイクル。
3. 【請求項３】請求項１において前記凝縮器入口と前記密
   閉シェルを切換弁を介して接続したことを特徴とする二
   段圧縮冷凍サイクル。