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JP4591350B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、冷媒蒸発温度や冷媒凝縮温度が異なる運転が可能な複数系統の冷媒循環経路を有する冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。
従来より、冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている。この冷凍装置は、室内を冷暖房する空調機や、食品等を貯蔵する冷蔵庫、冷凍庫、またはショーケース等の冷却機として広く利用されている。この冷凍装置には、室内の冷房と庫内の冷却の両方を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。この種の冷凍装置は、例えばコンビニエンスストア等に設置されている。
図１１に示すように、上記冷凍装置の冷媒回路(100)は、２台の圧縮機(101,102)の吐出管が合流して１本の高圧ガス管(103)に接続され、この高圧ガス管(103)が室外熱交換器(104)の一端に接続されている。室外熱交換器(104)の他端は、室内を空調する空調熱交換器(105)の一端と、庫内を冷却する冷却熱交換器(106)の一端とに、液管(107)を介して分岐接続されている。液管の分岐管(108,109)には、それぞれ膨張弁(110,111)が設けられている。そして、空調熱交換器(105)の他端は第１の低圧ガス管(112)を介して一方の圧縮機(101)の吸込側に接続され、冷却熱交換器(106)の他端は第２の低圧ガス管(113)を介して他方の圧縮機(102)の吸込側に接続されている。以上の構成により、冷媒回路(100)は、空調熱交換器(105)と冷却熱交換器(106)とにおいて冷媒が異温度蒸発するようになっている。
特開２００２−３４９９８０号公報
しかし、上記冷凍装置では、各冷媒循環経路に１台ずつ圧縮機(101,102)が必要となるため、圧縮機(101,102)を設置するために大きなスペースが必要になる。また、圧縮機(101,102)が２台であるため、１台の場合と比べてコストが高くなるという問題もあった。
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、冷媒蒸発温度や冷媒凝縮温度が異なる運転が可能な複数系統の冷媒循環経路を持った冷媒回路の冷凍装置を１台の圧縮機で駆動できるようにして、設置スペースの削減とコストの低減を可能にすることである。
本発明は、１つのケーシング(11)内に２つの圧縮機構(31,32)を備えた圧縮機を、複数系統の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)に用いるようにしたものである。
具体的に、本発明は、冷媒蒸発温度及び冷媒凝縮温度の少なくとも一方が異なる運転が可能な複数系統の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を備えた冷凍装置を前提としている。
そして、第１の発明は、冷媒回路(90)の圧縮機(10)が、第１の冷媒循環経路に接続される第１圧縮機構(31)と第２の冷媒循環経路に接続される第２圧縮機構(32)とを一つのケーシング(11)内に備えている。
この第１の発明では、第１圧縮機構(31)から吐出された冷媒は冷媒回路(90)の第１の冷媒循環経路を循環し、第２圧縮機構(32)から吐出された冷媒は冷媒回路(90)の第２の冷媒循環経路を循環する。
また、第１の発明は、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比が相違している。
この構成では、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比が異なるため、各冷媒循環経路には、それぞれに適した圧力の冷媒を供給できる。
また、第１の発明は、第１圧縮機構(31)及び第２圧縮機構(32)がスクロール圧縮機構であり、第１平板部(51)、第１可動側ラップ(53)、第２平板部(52)、及び第２可動側ラップ(54)が順に積層されて一体化された可動スクロール(50)と、第１可動側ラップ(53)に噛合する第１固定側ラップ(42)と第２可動側ラップ(54)に噛合する第２固定側ラップ(47)とを有する固定スクロール(40)とを備え、第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)により第１圧縮機構(31)が構成され、第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)により第２圧縮機構(32)が構成されている。
この構成では、第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)からなる第１圧縮機構(31)と、第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)からなる第２圧縮機構(32)とを２段にした１台のスクロール圧縮機により、冷媒蒸発温度や冷媒凝縮温度が異なる運転が可能な２系統の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を駆動することができる。
第２の発明は、冷媒蒸発温度及び冷媒凝縮温度の少なくとも一方が異なる運転が可能な複数系統の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を備えた冷凍装置を前提としている。
また、冷媒回路(90)の圧縮機(10)が、第１の冷媒循環経路に接続される第１圧縮機構(31)と第２の冷媒循環経路に接続される第２圧縮機構(32)とを一つのケーシング(11)内に備え、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比が相違している。
さらに、第１圧縮機構(31)及び第２圧縮機構(32)がスクロール圧縮機構であり、平板部(55)の一方の面に立設された第１可動側ラップ(53)と該平板部(55)の他方の面に立設された第２可動側ラップ(54)とを有する可動スクロール(50)と、第１可動側ラップ(53)に噛合する第１固定側ラップ(42)と第２可動側ラップ(54)に噛合する第２固定側ラップ(47)とを有する固定スクロール(40)とを備え、第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)により第１圧縮機構(31)が構成され、第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)により第２圧縮機構(31)が構成されている。
この第２の発明では、可動スクロール(50)の平板部(55)を挟んで両側に配置された第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)とを有する１台のスクロール圧縮機により、冷媒蒸発温度や冷媒凝縮温度が異なる運転が可能な２系統の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を駆動することができる。
上記第１の発明によれば、冷媒回路(90)の圧縮機(10)が、第１の冷媒循環経路に接続される第１圧縮機構(31)と第２の冷媒循環経路に接続される第２圧縮機構(32)とを一つのケーシング(11)内に備えている。つまり、圧縮機(10)を一台にしているため、設置スペースが少なくて済むとともに、装置のコストも低減できる。
また、各冷媒循環経路に個別に圧縮機を設けると、溶接、ろう付けの箇所が増えるため、装置の経年劣化、振動などで冷媒が漏れ、効率が低下したり地球温暖化の要因となりうるが、本発明では圧縮機(10)が一台でよいのでそのような問題も防止できる。
また、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比が相違するため、冷媒回路(90)において、各冷媒循環経路の凝縮圧力と蒸発圧力の比（圧力比）で過圧縮や圧縮不足等のロスの少ない効率的な圧縮を行うことができる。
また、スクロール式の圧縮機構(31,32)を２段にした圧縮機を用いているので、装置の大幅な小型化が可能となる。さらに、圧縮機構が一つの従来のスクロール圧縮機の固定側ラップや可動側ラップを２つずつ用いて第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)を構成できるので、従来のスクロール圧縮機と部品を共用することもでき、コストダウンを実現できる。
また、上記第２の発明によれば、平板部(55)の一方の面に立設された第１可動側ラップ(53)と該平板部(55)の他方の面に立設された第２可動側ラップ(54)とを有する可動スクロール(50)を用いているので、部品点数を少なくでき、コストダウンを図ることができる。
実施形態１におけるスクロール圧縮機の構成を示す概略断面図である。 図１のスクロール圧縮機の要部を示す拡大断面図である。 固定スクロールの第１固定側部材を示す断面図である。 可動スクロールを示す断面図である。 第１固定側部材及び可動スクロールを示す平面図である。 図１のスクロール圧縮機を用いた冷媒回路の構成図である。 実施形態２の冷媒回路の構成図である。 実施形態２の第１の変形例に係る冷媒回路の構成図である。 実施形態２の第２の変形例に係る冷媒回路の構成図である。 実施形態３のスクロール圧縮機の部分断面図である。 従来の冷凍装置の冷媒回路図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下に示す各実施形態は、冷媒回路の圧縮機構がスクロール圧縮機により構成された冷凍装置に関するものである。
《発明の実施形態１》
まず、実施形態１についてスクロール圧縮機から説明する。
図１に示すように、上記スクロール圧縮機(10)は、縦長で円筒形の密閉容器状に形成されたケーシング(11)を備えている。ケーシング(11)の内部には、上から下へ向かって順に、本体機構(30)と、電動機(16)と、下部軸受(19)とが配置されている。また、ケーシング(11)の内部には、上下に延びる駆動軸(20)が回転軸として設けられている。
ケーシング(11)の内部は、本体機構(30)のハウジング(33)によって上下に仕切られている。このケーシング(11)の内部は、ハウジング(33)の上方の空間が低圧室(12)となり、その下方の空間が高圧室(13)となっている。
高圧室(13)には、電動機(16)と下部軸受(19)とが収納されている。電動機(16)は、固定子(17)と回転子(18)とを備えている。固定子(17)は、ケーシング(11)の胴部に固定されている。一方、回転子(18)は、駆動軸(20)における上下方向の中央部に固定されている。下部軸受(19)は、ケーシング(11)の胴部に固定されている。この下部軸受(19)は、駆動軸(20)の下端部を回転自在に支持している。
ケーシング(11)には、管状の吐出ポート（第１吐出ポート）(74)が設けられている。この第１吐出ポート(74)は、その一端が高圧室(13)における電動機(16)よりも上方の空間に開口している。
本体機構(30)のハウジング(33)には、これを上下に貫通する主軸受(34)が形成されている。駆動軸(20)は、この主軸受(34)に挿通され、主軸受(34)によって回転自在に支持されている。駆動軸(20)において、ハウジング(33)の上部に突出する上端部分は、偏心部(21)を構成している。偏心部(21)は、駆動軸(20)の中心軸に対して偏心している。
駆動軸(20)には、ハウジング(33)と固定子(17)の間にバランスウェイト(25)が取り付けられている。また、駆動軸(20)には、図示しないが、給油通路が形成されている。ハウジング(33)の底部に溜まった冷凍機油は、駆動軸の下端に設けられた給油ポンプ(26)の作用によって駆動軸(20)の下端から吸い上げられ、給油通路を通って各部へ供給される。更に、駆動軸(20)には、吐出通路(22)が形成されている。この吐出通路(22)については後述する。
図２にも示すように、低圧室(12)には、本体機構(30)の固定スクロール(40)及び可動スクロール(50)が収納されている。この本体機構(30)では、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)とが形成されている。また、低圧室(12)には、オルダムリング(39)が収納されている。
固定スクロール(40)は、第１固定側部材(41)と第２固定側部材(46)とによって構成されている。固定スクロール(40)を構成する第１固定側部材(41)及び第２固定側部材(46)は、ハウジング(33)に固定されている。
図３にも示すように、第１固定側部材(41)は、第１固定側ラップ(42)と第１外周部(43)とを備えている。尚、図３は、図２のＡ-Ａ断面における第１固定側部材(41)だけを図示したものである。
第１固定側ラップ(42)は、高さが一定の渦巻き壁状に形成されている。一方、第１外周部(43)は、第１固定側ラップ(42)の周りを囲む厚肉のリング状に形成されると共に、第１固定側ラップ(42)と一体に形成されている。つまり、第１固定側部材(41)では、第１外周部(43)の内周面から第１固定側ラップ(42)が突き出ている。また、第１外周部(43)には、挿通孔(44)とボルト孔(45)とが３つずつ形成されている。第１固定側部材(41)は、このボルト孔(45)に通されたボルトによってハウジング(33)に締結固定される。
第１固定側部材(41)には、管状の吸入ポート（第１吸入ポート）(73)の一端が挿入されている（図２参照）。この第１吸入ポート(73)は、ケーシング(11)の上端部を貫通して設けられている。第１固定側部材(41)における第１吸入ポート(73)の下部には、吸入逆止弁(35)が設けられている。この吸入逆止弁(35)は、弁体(36)とコイルばね(37)とによって構成されている。弁体(36)は、キャップ状に形成されており、第１吸入ポート(73)の下端を塞ぐように設置されている。また、この弁体(36)は、コイルばね(37)によって第１吸入ポート(73)の下端に押し付けられている。
図２に示すように、第２固定側部材(46)は、第２固定側ラップ(47)と、第２外周部(48)と、第３平板部(49)とを備えている。第２固定側部材(46)の全体の形状は、第１固定側部材(41)よりも肉厚が薄くて小径の円板状となっている。第３平板部(49)は、円板状に形成されており、第２固定側部材(46)における上部に配置されている。第２外周部(48)は、第３平板部(49)と一体に形成され、該第３平板部(49)から下方へ延びている。第２外周部(48)の形状は、第３平板部(49)と外径の等しい肉厚のリング状となっている。
第２固定側部材(46)において、第２固定側ラップ(47)は、第２外周部(48)の内側に配置され、第３平板部(49)と一体に形成されている。この第２固定側ラップ(47)は、第１固定側ラップ(42)よりも低い渦巻き壁状に形成され、第３平板部(49)の下面から下方へ延びている。また、第２固定側ラップ(47)は、その渦巻き方向が第１固定側ラップ(42)の渦巻き方向と同方向になっている。つまり、第１固定側ラップ(42)と第２固定側ラップ(47)は、いずれも右巻の渦巻き壁状に形成されている（図３参照）。
第２固定側部材(46)には、管状の吸入ポート（第２吸入ポート）(76)の一端が挿入されている。この第２吸入ポート(76)は、ケーシング(11)の上端部を貫通して設けられている。また、第２固定側部材(46)の第３平板部(49)には、その中央部に吐出口（第２吐出口）(66)が形成されている。この第２吐出口(66)は、第３平板部(49)を貫通するように形成されている。第２吐出口(66)には、管状の吐出ポート（第２吐出ポート）(75)の一端が挿入されている。この第２吐出ポート(75)は、ケーシング(11)の上端部を貫通して設けられている。
可動スクロール(50)は、第１平板部(51)と、第１可動側ラップ(53)と、第２平板部(52)と、第２可動側ラップ(54)と、これらを順に積層して一体化するための支柱部材(61)とを備えている。第１可動側ラップ(53)は、第１平板部(51)と一体に形成されている。一方、第２可動側ラップ(54)は、第２平板部(52)と一体に形成されている。可動スクロール(50)では、第１可動側ラップ(53)と一体の第１平板部(51)の上面に３つの支柱部材(61)が立設され、第２可動側ラップ(54)と一体の第２平板部(52)が支柱部材(61)の上に載置されている。そして、可動スクロール(50)では、積み重ねられた第１平板部(51)と支柱部材(61)と第２平板部(52)とがボルト(62)によって締結されている。
第１平板部(51)及び第１可動側ラップ(53)について、図２，図４，図５を参照しながら説明する。尚、図４は、図２のＡ−Ａ断面における可動スクロール(50)だけを図示したものである。また、図５は、図２のＡ−Ａ断面における第１固定側部材(41)及び可動スクロール(50)を図示したものである。
図４に示すように、第１平板部(51)は、概ね円形の平板状に形成されている。この第１平板部(51)は、その前面（図２における上面）が第１固定側ラップ(42)の下端面と摺接する。第１平板部(51)には、半径方向へ膨出した部分が３つ形成されており、その部分のそれぞれに支柱部材(61)が１つずつ立設されている。支柱部材(61)は、やや厚肉で管状の部材であって、第１平板部(51)とは別体に形成されている。
第１可動側ラップ(53)は、高さが一定の渦巻き壁状に形成され、第１平面部の前面側（図２における上面側）に立設されている。この第１可動側ラップ(53)は、第１固定側部材(41)の第１固定側ラップ(42)と互いに噛み合わされる（図５参照）。そして、第１可動側ラップ(53)は、その側面が第１固定側ラップ(42)の側面と摺接する。
図２に示すように、第２平板部(52)は、第１平板部(51)と概ね同形状の平板状に形成されている。この第２平板部(52)は、その背面（図２における下面）が第１固定側ラップ(42)の上端面と摺接し、その前面（図２における上面）が第２固定側ラップ(47)の下端面と摺接する。
第２平板部(52)の前面側（図２における上面側）には、第２可動側ラップ(54)が立設されている。この第２可動側ラップ(54)は、その渦巻き方向が第１可動側ラップ(53)の渦巻き方向と同方向になっている。つまり、第１可動側ラップ(53)と第２可動側ラップ(54)は、いずれも右巻の渦巻き壁状に形成されている（図４参照）。
本体機構(30)では、第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)と第１平板部(51)と第２平板部(52)とによって、第１圧縮室(71)が形成されている。そして、可動スクロール(50)の第１平板部(51)、第２平板部(52)、及び第１可動側ラップ(53)と、第１固定側ラップ(42)を備える固定スクロール(40)の第１固定側部材(41)とが、第１圧縮機構(31)を形成している。
また、本体機構(30)では、第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)と第２平板部(52)と第３平板部(49)とによって、第２圧縮室(72)が形成されている。そして、可動スクロール(50)の第２平板部(52)及び第２可動側ラップ(54)と、第３平板部(49)及び第２固定側ラップ(47)を備える固定スクロール(40)の第２固定側部材(46)とが、第２圧縮機構(32)を形成している。
また、上記本体機構(30)では、第２圧縮機構(32)における圧縮比が第１圧縮機構(31)における圧縮比よりも大きくなっている。つまり、第２圧縮室(72)における最小容積に対する最大容積の比は、第１圧縮室(71)における最小容積に対する最大容積の比よりも大きな値に設定されている。尚、ここでは、第２圧縮機構(32)における圧縮比を第１圧縮機構(31)における圧縮比よりも大きく設定しているが、スクロール圧縮機(10)の使用条件によっては、第２圧縮機構(32)における圧縮比が第１圧縮機構(31)における圧縮比よりも小さく設定される場合もあり得る。
さらに、上記本体機構(30)では、第２圧縮機構(32)における押しのけ容積が第１圧縮機構(31)における押しのけ容積よりも少なくなっている。ただし、スクロール圧縮機(10)の使用条件によっては、第２圧縮機構(32)における押しのけ容積が第１圧縮機構(31)における押しのけ容積よりも多く設定される場合もあり得るし、両圧縮機構(31,32)の押しのけ容積が同じ場合もあり得る。
可動スクロール(50)の第１平板部(51)には、その中央部に吐出口（第１吐出口）(63)が形成されている。この第１吐出口(63)は、第１平板部(51)を貫通している。また、この第１平板部(51)には、軸受部(64)が形成されている。この軸受部(64)は、略円筒状に形成され、第１平板部(51)の背面側（図２における下面側）に突設されている。更に、軸受部(64)の下端部には、鍔状の鍔部(65)が形成されている。
軸受部(64)の鍔部(65)の下面とハウジング(33)の間には、シールリング(38)が設けられている。このシールリング(38)の内側には、駆動軸(20)の給油通路を通じて高圧の冷凍機油が供給されている。シールリング(38)の内側へ高圧の冷凍機油を送り込むと、鍔部(65)の底面に油圧が作用して可動スクロール(50)が上方へ押し上げられる。
第１平板部(51)の軸受部(64)には、駆動軸(20)の偏心部(21)が挿入されている。偏心部(21)の上端面には、吐出通路(22)の入口端が開口している。この吐出通路(22)は、その入口端付近がやや大径に形成され、その内部に筒状シール(23)とコイルばね(24)とが設置されている。筒状シール(23)は、その内径が第１吐出口(63)の直径よりも僅かに大きい管状に形成され、コイルばね(24)によって第１平板部(51)の背面に押し付けられている。また、吐出通路(22)の出口端は、駆動軸(20)の側面における固定子(17)と下部軸受(19)の間に開口している（図１参照）。
第１平板部(51)とハウジング(33)の間には、オルダムリング(39)が介設されている。このオルダムリング(39)は、図示しないが、第１平板部(51)と係合する一対のキーと、ハウジング(33)と係合する一対のキーとを備えている。そして、オルダムリング(39)は、可動スクロール(50)の自転防止機構を構成している。
図６に示すように、本実施形態のスクロール圧縮機(10)は、冷凍装置の冷媒回路(90)に設けられる。この冷媒回路(90)では、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。
上記冷媒回路(90)には、凝縮器(91,94)と膨張弁(92,95)とが２つずつ設けられている。この冷媒回路(90)において、第２凝縮器(94)での冷媒凝縮温度は、第１凝縮器(91)での冷媒凝縮温度よりも高く設定されている。
冷媒回路(90)において、第１凝縮器(91)は、その一端がスクロール圧縮機(10)の第１吐出ポート(74)に接続され、その他端が第１膨張弁(92)の一端に接続されている。一方、第２凝縮器(94)は、その一端がスクロール圧縮機(10)の第２吐出ポート(75)に接続され、その他端が第２膨張弁(95)の一端に接続されている。第１膨張弁(92)及び第２膨張弁(95)の他端は、合流して蒸発器(93)の一端に接続されている。蒸発器(93)の他端は、分岐してスクロール圧縮機(10)の第１吸入ポート(73)及び第２吸入ポート(76)に接続されている。
−運転動作−
スクロール圧縮機(10)において、電動機(16)で発生した回転動力は、駆動軸(20)によって可動スクロール(50)に伝達される。駆動軸(20)の偏心部(21)と係合する可動スクロール(50)は、オルダムリング(39)によって案内され、自転することなく公転運動だけを行う。
可動スクロール(50)の公転運動に伴い、蒸発器(93)で蒸発した低圧冷媒が第１吸入ポート(73)と第２吸入ポート(76)へ吸入される。この低圧冷媒は、第１圧縮室(71)及び第２圧縮室(72)へ流入する。そして、可動スクロール(50)の第１可動側ラップ(53)が移動するにつれて第１圧縮室(71)の容積が小さくなり、第１圧縮室(71)内の冷媒が圧縮されるとともに、第２可動側ラップ(54)が移動するに連れて第２圧縮室(72)の容積が小さくなり、第２圧縮室(72)の冷媒が圧縮される。
第１圧縮室(71)で圧縮された冷媒は、吐出口(63)を通って吐出通路(22)へ流入する。その後、高圧冷媒は、吐出通路(22)から高圧室(13)へ流入し、第１吐出ポート(74)を通ってケーシング(11)から送り出される。また、第２圧縮室(72)で圧縮された冷媒は、第２吐出ポート(75)を通ってケーシング(11)から送り出される。
このように、スクロール圧縮機(10)では、第１圧縮機構(31)で圧縮された冷媒が第１吐出ポート(74)から吐出され、第２圧縮機構(32)で圧縮された冷媒が第２吐出ポート(75)から吐出される。第２吐出ポート(75)から吐出された冷媒の圧力は、第１吐出ポート(74)から吐出された冷媒の圧力よりも高くなっている。第１吐出ポート(74)から吐出された冷媒は、第１凝縮器(91)で凝縮した後に第１膨張弁(92)で減圧される。一方、第２吐出ポート(75)から吐出された冷媒は、第２凝縮器(94)で凝縮した後に第２膨張弁(95)で減圧される。
第１膨張弁(92)で減圧された冷媒と第２膨張弁(95)で減圧された冷媒とは、合流した後に蒸発器(93)へ導入されて蒸発し、その後に二手に分流される。分流された一方の冷媒は、第１吸入ポート(73)を通じて第１圧縮機構(31)の第１圧縮室(71)へ吸入される。一方、分流された残りの冷媒は、第２吸入ポート(76)を通じて第２圧縮機構(32)の第２圧縮室(72)へ吸入される。
このように、本実施形態によれば、冷媒凝縮温度の相違する２つの凝縮器(91,94)が設けられた冷媒回路(90)において、１台のスクロール圧縮機(10)だけで冷媒の圧縮を行うことができ、冷凍装置の構成を簡素化できる。
−実施形態１の効果−
この実施形態１では、冷媒凝縮温度が異なる２系統（複数系統）の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を備えた冷凍装置において、２つの圧縮機構(31,32)を有する１台のスクロール圧縮機(10)で冷媒回路(90)を駆動できる。そして、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比と押しのけ容積が異なるため、各冷媒循環経路には、それぞれに適した圧力比と循環量の冷媒を供給でき、ロスの少ない効率的な運転を行うことができる。また、圧縮機(10)を一台にしているため、設置スペースが少なくて済むとともに、装置のコストも低減できる。
さらに、この実施形態１では、圧縮機構(31,32)を２段に重ねたスクロール圧縮機(10)を用いており、圧縮機構が第１圧縮機構(31)だけのもの（第２平板部(52)に第２可動側ラップ(54)がなく、第２固定部材(46)も第２吸入ポート(76)・第２吐出ポート(75)もないもの）に、第２可動側ラップ(54)が付いた第２平板部(52)と第２固定部材(46)と第２吸入ポート(76)・第２吐出ポート(75)だけを付加すればこの圧縮機になるので、従来のスクロール圧縮機と部品を共用することもでき、その点でもコストダウンを実現できる。
また、どちらか一方の系統の圧縮比が大きく、吐出ガス温度が高くなる条件であっても、上下の圧縮室(71,72)で発生する熱が中間にある平板部(52)を介して移動するため、温度上昇が緩和される。したがって、装置の信頼性を高められる。
《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。この実施形態２は、図７に示すように、冷媒回路(90)の構成が実施形態１と異なるものである。スクロール圧縮機(10)の構成は実施形態１と同じである。そこで、冷媒回路(90)の構成についてのみ説明する。
この冷媒回路(90)には、膨張弁(92,95)と蒸発器(93,96)とが２つずつ設けられている。この冷媒回路(90)において、第２蒸発器(96)での冷媒蒸発温度は、第１蒸発器(93)での冷媒蒸発温度よりも低く設定されている。
冷媒回路(90)において、スクロール圧縮機(10)の第１吐出ポート(74)及び第２吐出ポート(75)は、合流して凝縮器(91)の一端に接続されている。凝縮器(91)の他端は、分岐して第１膨張弁(92)と第２膨張弁(95)とに接続されている。第１蒸発器(93)は、その一端が第１膨張弁(92)に接続され、その他端がスクロール圧縮機(10)の第１吸入ポート(73)に接続されている。第２蒸発器(96)は、その一端が第２膨張弁(95)に接続され、その他端がスクロール圧縮機(10)の第２吸入ポート(76)に接続されている。
スクロール圧縮機(10)では、第１圧縮機構(31)で圧縮された冷媒が第１吐出ポート(74)から吐出され、第２圧縮機構(32)で圧縮された冷媒が第２吐出ポート(75)から吐出される。第１吐出ポート(74)及び第２吐出ポート(75)からは、同じ圧力の冷媒が吐出される。第１吐出ポート(74)及び第２吐出ポート(75)から吐出された冷媒は、凝縮器(91)で凝縮し、その後に凝縮器(91)から流出して二手に分流される。
分流された一方の冷媒は、第１膨張弁(92)で減圧された後に第１蒸発器(93)で蒸発し、第１吸入ポート(73)を通じて第１圧縮機構(31)の第１圧縮室(71)へ吸入される。一方、分流された残りの冷媒は、第２膨張弁(95)で減圧された後に第２蒸発器(96)で蒸発し、第２吸入ポート(76)を通じて第２圧縮機構(32)の第２圧縮室(72)へ吸入される。その際、冷媒回路(90)では、第２膨張弁(95)の開度が第１膨張弁(92)の開度よりも小さく設定され、第２蒸発器(96)での冷媒蒸発圧力が第１蒸発器(93)での冷媒蒸発圧力よりも低く設定される。
この実施形態２では、冷媒蒸発温度が異なる２系統（複数系統）の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を備えた冷凍装置において、２つの圧縮機構(31,32)を有する１台のスクロール圧縮機(10)で冷媒回路(90)を駆動できる。そして、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比と押しのけ容積が異なるため、各冷媒循環経路には、それぞれに適した圧力比の冷媒をそれぞれに適した循環量で供給でき、ロスの少ない効率的な運転を行うことができる。また、圧縮機(10)を一台にしているため、設置スペースが少なくて済むとともに、装置のコストも低減できる。
−実施形態２の変形例−
実施形態２において、冷媒回路(90)は図８に示すように構成してもよい。
この冷媒回路(90)にも、膨張弁(92,95)と蒸発器(93,96)とが２つずつ設けられている。また、第２蒸発器(96)での冷媒蒸発温度が、第１蒸発器(93)での冷媒蒸発温度よりも低く設定されている点も、図７の例と同じである。
この例では、スクロール圧縮機(10)の第１吐出ポート(74)は、凝縮器(91)の一端に接続されている。凝縮器(91)の他端は、分岐して第１膨張弁(92)と第２膨張弁(95)とに接続されている。第１蒸発器(93)は、その一端が第１膨張弁(92)に接続され、その他端がスクロール圧縮機(10)の第１吸入ポート(73)に接続されている。第２蒸発器(96)は、その一端が第２膨張弁(95)に接続され、その他端がスクロール圧縮機(10)の第２吸入ポート(76)に接続されている。また、スクロール圧縮機(10)の第２吐出ポート(75)は、第１蒸発器(93)と第１吸入ポート(73)の間の吸入配管に接続されている。
この例では、冷媒回路(90)における冷媒の総循環量のうち、例えば９０％が第１蒸発器(93)を流れ、残りの１０％が第２蒸発器(96)を流れる。
スクロール圧縮機(10)では、第１圧縮機構(31)で圧縮された冷媒が第１吐出ポート(74)から吐出され、第２圧縮機構(32)で圧縮された冷媒が第２吐出ポート(75)から吐出される。第１吐出ポート(74)からは、第２吐出ポート(75)からよりも高い圧力の冷媒が吐出される。第１吐出ポート(74)から吐出された冷媒は、凝縮器(91)で凝縮し、その後に凝縮器(91)から流出して二手に分流される。
分流された一方の冷媒は、第１膨張弁(92)で減圧された後に第１蒸発器(93)で蒸発し、第２吐出ポート(75)から吐出された冷媒と合流した後、第１吸入ポート(73)を通じて第１圧縮機構(31)の第１圧縮室(71)へ吸入される。一方、凝縮器(91)の下流で分流された残りの冷媒は、第２膨張弁(95)で減圧された後に第２蒸発器(96)で蒸発し、第２吸入ポート(76)を通じて第２圧縮機構(32)の第２圧縮室(72)へ吸入される。その際、冷媒回路(90)では、第２膨張弁(95)の開度が第１膨張弁(92)の開度よりも小さく設定され、第２蒸発器(96)での冷媒蒸発圧力が第１蒸発器(93)での冷媒蒸発圧力よりも低く設定される。また、第２吐出ポート(75)から吐出された冷媒は、第１吸入ポート(73)から第１圧縮機構(31)に吸入され、２段圧縮される。
この実施形態２では、冷媒蒸発温度が異なる２系統（複数系統）の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を備えた冷凍装置において、２つの圧縮機構(31,32)を有する１台のスクロール圧縮機(10)で冷媒回路(90)を駆動できる。そして、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比と押しのけ容積が異なるため、各冷媒循環経路には、それぞれに適した圧力比の冷媒をそれぞれに適した循環量で供給でき、ロスの少ない効率的な運転を行うことができる。また、圧縮機(10)を一台にしているため、設置スペースが少なくて済むとともに、装置のコストも低減できる。
また、図７の例において、第１の蒸発温度と第２の蒸発温度の温度差が大きい場合（この冷媒回路(90)を冷蔵と冷凍、または空調と冷凍など適用する場合）には、第２圧縮機構(32)の必要圧縮比が大きくなり、冷媒の漏れ量が増えたり、吐出温度が高くなりすぎたりするおそれがあるが、この図８の変形例では２段圧縮を採用したことによって第２圧縮機構(32)を過度に大きな圧縮比で運転しなくてもよいため、冷媒の漏れ量を抑えることができるうえ、第２圧縮機構(32)からの吐出ガスを第１圧縮機構(31)への吸入ガスと混合することにより過度の温度上昇も抑えられる。また、第２圧縮機構(32)の吐出温度が上昇しすぎると冷媒ガスや潤滑油の劣化の原因にもなるが、そのような問題も防止できる。
一方、第１の蒸発温度と第２の蒸発温度の温度差が小さい場合は、第２圧縮機構(32)の必要圧縮比もそれほど大きくならないため、図８のように２段で圧縮すると吐出ロスが問題になるおそれがあり、その場合は図７の構成を採用するとよい。
そこで、冷媒回路(90)を、図９に示すように、図７の回路と図８の回路に切り換えることができるように構成するとよい。この例では、図８の冷媒回路(90)において、第２吐出ポート(75)に接続された吐出配管が、第１蒸発器(93)と第１吸入ポート(73)の間の吸入配管に合流する手前に三方切換弁(97)を設け、この三方切換弁(97)を第１吐出ポート(74)に接続された吐出配管に接続している。
このようにすると、図７の冷媒回路(90)と図８の冷媒回路(90)を適宜切り換えて運転できるため、冷媒回路の運転条件等にあわせた運転が可能になる。
《発明の実施形態３》
本発明の実施形態３について説明する。この実施形態３のスクロール圧縮機(10)は、本体機構(30)の構造が実施形態１，２とは異なる例である。
この本体機構(30)は、可動スクロール(50)をいわゆる両歯型に構成したものである。この可動スクロール(50)は、図１０に示すように、一枚の平板部(55)と、この平板部(55)の下面に形成された第１可動側ラップ(53)と、平板部(55)の上面に形成された第２可動側ラップ(54)とを備えている。上記可動スクロール(50)の平板部(55)の下面には軸受部(64)が形成され、該軸受部(64)には駆動軸(20)の偏心部(21)が挿入されている。
固定スクロール(40)は、上記可動スクロール(50)の下方の位置でケーシング(11)に固定された第１固定側部材(41)と、第１固定側部材(41)の上面に固定された第２固定側部材(46)とを備えている。第１固定側部材(41)には、上記第１可動側ラップ(53)が噛合する第１固定側ラップ(42)が形成され、第２固定側部材(46)には、上記第２可動側ラップ(54)が噛合する第２固定側ラップ(47)が形成されている。そして、第１固定側部材(41)と可動スクロール(50)とによって第１圧縮機構(31)の第１圧縮室(71)が形成され、第２固定側部材(46)と可動スクロール(50)とによって第２圧縮機構(32)の第２圧縮室(72)が形成されている。第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)は、実施形態１，２と同様に、圧縮比と押しのけ容積が相違している。
第２固定部材(46)と可動スクロール(50)との間には、可動スクロール(50)の自転を防止するオルダムリング(39)が装着されている。また、第１固定側部材(41)は主軸受(34)を有し、該主軸受(34)によって駆動軸(20)が回転自在に支持されている。
ケーシング(11)内には、本体機構(30)のすぐ上方に仕切板(85)が固定されている。この仕切板(85)には第２固定側部材(46)の上端部(86)が挿入されるとともにＯリング(87)が装着され、該Ｏリング(87)により仕切板(85)の上下の空間をシールしている。また、第２固定側部材(46)の外周面にもＯリング(88)が装着され、該Ｏリング(88)により、その上下の空間をシールしている。
上記ケーシング(11)には、第１固定側部材(41)を通って第１圧縮室(71)に連通する第１吸入ポート(73)と、第２固定側部材(46)を通って第２圧縮室(72)に連通する第２吸入ポート(76)が設けられている。また、ケーシング(11)には、第１圧縮室(71)から第１吐出口(63)を通って第１固定側部材(41)の下方の空間に流出した冷媒を吐出する第１吐出ポート(74)と、第２圧縮室(72)から第２吐出口(66)を通って仕切板(85)の上方の空間に流出した冷媒を吐出する第２吐出ポート(75)とが設けられている。
その他の構成については上記各実施形態とほぼ同様であるため、ここでは説明を省略する。なお、実施形態１，２と同一の符号は、実施形態１，２のものと同じ構成要素であることを示している。
このスクロール圧縮機(10)を用いた冷媒回路については図示を省略しているが、実施形態１において図６に示したように２台の凝縮器(91,94)の冷媒凝縮温度が異なる冷媒回路(90)や、実施形態２において図７〜図９に示したように２台の蒸発器(93,96)の冷媒蒸発温度が異なる冷媒回路(90)に適用することが可能である。
そして、この実施形態３においても、冷媒凝縮温度や冷媒蒸発温度が異なる２系統（複数系統）の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を備えた冷凍装置において、２つの圧縮機構(31,32)を有する１台のスクロール圧縮機(10)で冷媒回路(90)を駆動できる。そして、第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比と押しのけ容積が異なるため、各冷媒循環経路には、それぞれに適した圧力比の冷媒をそれぞれに適した循環量で供給でき、ロスの少ない効率的な運転を行うことができる。また、圧縮機(10)を一台にしているため、設置スペースが少なくて済むとともに、装置のコストも低減できる。
さらに、この実施形態３によれば、平板部(55)の一方の面に立設された第１可動側ラップ(53)と該平板部(55)の他方の面に立設された第２可動側ラップ(54)とを有する可動スクロール(50)を用いているので、部品点数を少なくでき、コストダウンを図ることができる。また、可動スクロール(50)の平板部(55)の上下でスラスト荷重が作用するが、その作用方向が逆のため、通常の片側だけに可動側ラップがあるスクロール圧縮機よりスラスト軸受けロスが少なく高効率である。
さらに、どちらか一方の系統の圧縮比が大きく、吐出ガス温度が高くなる条件であっても、上下の圧縮室(71,72)で発生する熱が中間にある平板部(55)を介して移動するため、温度上昇が緩和される。したがって、装置の信頼性を高められる。
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
例えば、本発明は、３系統以上の冷媒凝縮温度と冷媒蒸発温度がある冷媒回路で、そのうちの２系統を駆動する場合にも適用可能である。また、上記実施形態では、２系統の冷媒循環経路における冷媒凝縮温度または冷媒蒸発温度が同一の冷媒回路に本発明を適用した例を説明したが、本発明は、２系統の冷媒循環経路における冷媒凝縮温度及び冷媒蒸発温度がすべて異なる冷媒回路（第１圧縮機構(31)の入口側と出口側、第２圧縮機構(32)の入口側と出口側がすべて異なる圧力（温度）になる冷媒回路）にも適用可能である。
また、１つのケーシング(11)内に設けられる２つの圧縮機構(31,32)は、必ずしも押しのけ容積が異なるものでなくてもよく、膨張弁などの制御によって異なる蒸発温度に対応するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明は、冷媒回路が冷媒蒸発温度や冷媒凝縮温度の異なる運転が可能な複数系統の冷媒循環経路を有する冷凍装置について有用である。
10 圧縮機
11 ケーシング
31 第１圧縮機構
32 第２圧縮機構
40 固定スクロール
42 第１固定側ラップ
47 第２固定側ラップ
50 可動スクロール
51 第１平板部
52 第２平板部
53 第１可動側ラップ
54 第２可動側ラップ
55 平板部
90 冷媒回路

Claims (2)

  1. 冷媒蒸発温度及び冷媒凝縮温度の少なくとも一方が異なる運転が可能な複数系統の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を備えた冷凍装置であって、
    冷媒回路(90)の圧縮機(10)が、第１の冷媒循環経路に接続される第１圧縮機構(31)と、第２の冷媒循環経路に接続される第２圧縮機構(32)とを、一つのケーシング(11)内に備え、
    第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比が相違し、
    第１圧縮機構(31)及び第２圧縮機構(32)がスクロール圧縮機構であり、
    第１平板部(51)、第１可動側ラップ(53)、第２平板部(52)、及び第２可動側ラップ(54)が順に積層されて一体化された可動スクロール(50)と、第１可動側ラップ(53)に噛合する第１固定側ラップ(42)と第２可動側ラップ(54)に噛合する第２固定側ラップ(47)とを有する固定スクロール(40)とを備え、
    第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)により第１圧縮機構(31)が構成され、
    第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)により第２圧縮機構(32)が構成されていることを特徴とする冷凍装置。
  2. 冷媒蒸発温度及び冷媒凝縮温度の少なくとも一方が異なる運転が可能な複数系統の冷媒循環経路を有する冷媒回路(90)を備えた冷凍装置であって、
    冷媒回路(90)の圧縮機(10)が、第１の冷媒循環経路に接続される第１圧縮機構(31)と、第２の冷媒循環経路に接続される第２圧縮機構(32)とを、一つのケーシング(11)内に備え、
    第１圧縮機構(31)と第２圧縮機構(32)の圧縮比が相違し、
    第１圧縮機構(31)及び第２圧縮機構(32)がスクロール圧縮機構であり、
    平板部(55)の一方の面に立設された第１可動側ラップ(53)と該平板部(55)の他方の面に立設された第２可動側ラップ(54)とを有する可動スクロール(50)と、第１可動側ラップ(53)に噛合する第１固定側ラップ(42)と第２可動側ラップ(54)に噛合する第２固定側ラップ(47)とを有する固定スクロール(40)とを備え、
    第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)により第１圧縮機構(31)が構成され、
    第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)により第２圧縮機構(31)が構成されていることを特徴とする冷凍装置。
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