CN102889704A - 气液分离型冷冻装置 - Google Patents

Abstract

提供能通过抑制高压液态冷煤的过冷却与对压缩机的吸入气体冷煤的过热以谋求冷冻能力的提升与油的劣化防止的气液分离型冷冻装置。气液分离型冷冻装置，是通过由冷媒配管L1～L5串联至少压缩机1、冷凝器2、膨胀阀(减压器)4、气液分离器5及蒸发器6而构成死循环的冷煤循环回路，其设有气液热交换器3，其是对从前述冷凝器2流向前述膨胀阀4的液态冷煤通过该液态冷煤的喷射及与被前述气液分离器5分离的气体冷煤及来自前述蒸发器6的气体冷煤的热交换而使过冷却。

Description

气液分离型冷冻装置

技术领域

本发明是关于将以冷凝器凝结的液态冷煤在气液热交换器过冷却以提高冷冻能力的气液分离型冷冻装置。

背景技术

一般而言，冷冻装置是通过冷媒配管串联压缩机、冷凝器、减压器、及蒸发器而构成死循环的冷煤循环回路，将被压缩机压缩的高压气体冷煤通过在冷凝器的放热而使的液化成为液态冷煤，通过膨胀阀等减压器使此高压液态冷煤膨胀并减压后，在蒸发器使沸点已降低的低压液态冷煤蒸发，从库内等夺取此时的蒸发潜热，由此冷却库内等。

作为提升此种冷冻装置的冷冻能力或性能系数(COP)的方法，例如已于专利文献1提出一种方法，其是设置气液热交换器并使以冷凝器液化的高压液态冷煤与抽出其一部分并使之减压的低压气体冷煤热交换以将高压液态冷煤过冷却。

又，于专利文献2提出的方法，是设置气液热交换器(辅助热交换器)与气液分离器并使以冷凝器液化的高压液态冷煤与在气液分离器分离的低压气体冷煤在气液热交换器热交换而将高压液态冷煤过冷却。

[专利文献]

[专利文献1]日本实开平1-169772号公报

[专利文献2]日本特开平11-014167号公报

发明内容

然而，专利文献1，2中提出的方法中，由于被压缩机吸入的气体冷煤会过热，因此有压缩机的吐出温度过度上升而使润滑压缩机内的油(冷冻机油)劣化的问题。

本发明有鉴于上述问题而完成，其目的在于，提供能通过抑制高压液态冷煤的过冷却与对压缩机的吸入气体冷煤的过热以谋求冷冻能力的提升与油的劣化防止的气液分离型冷冻装置。

为达成上述目的，本发明为一种气液分离型冷冻装置，是通过冷媒配管串联至少压缩机、冷凝器、减压器、气液分离器及蒸发器而构成死循环的冷煤循环回路，其特征在于：设有气液热交换器，是使从前述冷凝器流向前述减压器的液态冷煤，通过该液态冷煤的喷射及与被前述气液分离器分离的气体冷煤及来自前述蒸发器的气体冷煤的热交换而过冷却。

本发明中，于前述气液热交换器设置使从前述冷凝器流向前述减压器的液态冷煤流通的液侧通路、与使被喷射的液态冷煤与被前述气液分离器分离的气体冷煤及来自前述蒸发器的气体冷煤混合并流通的气体侧通路，将该气体侧流路连接于前述压缩机的吸入侧。

本发明中，于前述冷煤配管的隔着前述压缩机其上游侧与下游侧分别设置蓄压器与油分离器，将从前述油分离器延伸的油返回管连接于冷煤配管的前述蓄压器的上游侧。

根据本发明，从冷凝器流向减压器的高压液态冷煤，由于通过在气液热交换器被喷射的液态冷煤与被气液分离器分离的低压气体冷煤及以蒸发器蒸发的低压气体冷煤的热交换而被过冷却，因此能与其过冷却量的热量对应地使在蒸发器的蒸发潜热变大而提高冷冻能力。

又，气液热交换器中供高压液态冷煤的过冷却的低压气体冷煤，由于通过与高压液态冷煤的热交换而温度变高，因此即使压缩机的负荷变动亦不会凝结，不会产生于压缩机吸入液态冷煤而该压缩机的负荷增大等的问题。其中，气液热交换器中供高压液态冷煤的过冷却而温度变高的气体冷煤，由于通过被喷射至气液热交换器的液态冷煤的蒸发而被冷却，因此可抑制被压缩机吸入的气体冷煤的过热。因此，可抑制压缩机的吐出温度的上升而防止压缩机内的油劣化。

附图说明

图1是本发明的气液分离型冷冻装置的冷煤回路图。

图2是本发明的气液分离型冷冻装置的气液热交换器的剖面图。

图3是显示冷煤的状态变化的莫利尔线图。

【主要元件代表符号】

1         压缩机

2         冷凝器

3         气液热交换器

4         膨胀阀

5         气液分离器

6         蒸发器

7         油分离器

8         接受器槽

9         干燥机

10        窥镜

11        蓄压器

12，13    毛细管

14        合流用孔口

L1～L5    冷煤配管

L6        油返回管

L7        喷射配管

L8        冷煤配管

S         空间

V1～V3    电磁开闭阀

V4        吸入压调整阀

V5        电磁开闭阀

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施形态。

图1是本发明的气液分离型冷冻装置的冷煤回路图，图2是该气液分离型冷冻装置的气液热交换器的剖面图。

本发明的气液分离型冷冻装置，如图1所示，基本上是通过冷媒配管L1，L2，L3，L4，L5连接压缩机1、冷凝器2、气液热交换器3、作为减压器的膨胀阀4、气液分离器5、蒸发器6等主要机器而构成。

又，于上述冷煤配管L1连接有油分离器7与电磁开闭阀V1，于冷煤配管L2连接有电磁开闭阀V2、接受器槽8、干燥机(D)9、窥镜(S.G)10及电磁开闭阀V3。又，于冷煤配管L5连接有吸入压调整阀(ZSP阀)V4与蓄压器11，从前述油分离器7延伸的油返回管L6连接于冷煤配管L5的前述吸入压调整阀V4与蓄压器11之间，于其途中设有流量控制用的毛细管12。

又，从前述冷煤配管L2的窥镜10与电磁开闭阀V3之间分歧出喷射配管L7，此喷射配管L7连接于前述气液热交换器3，于其途中设有电磁开闭阀V5与流量控制用的毛细管13。

再者，从前述气液分离器5的上部延伸的冷煤配管L8与从前述蒸发器6延伸的前述冷煤配管L5连接于前述气液热交换器3，冷煤配管L5从气液热交换器3导出而连接于前述压缩机1的吸入侧。

此处，根据图2说明气液热交换器3的内部构造。

于气液热交换器3的轴中心部贯通有构成气体侧通路的粗圆管状的前述冷煤配管L5，于气液热交换器3内的冷煤配管L5周围形成有圆筒状的空间S。又，于冷煤配管L5的外周，螺旋状地卷绕有构成液侧通路的前述冷煤配管L2。又，在形成于气液热交换器3内的前述空间S分别开口有前述喷射配管L7与从气液分离器5延伸的前述冷煤配管L8。

又，于构成气体侧通路的冷煤配管L5的一部分安装有合流用孔口14，冷煤配管L5内部的气体通路与空间S透过合流用孔口14而互相连通。

其次，以下使用图3所示的莫利尔线图(P-i线图)说明如以上构成的气液分离型冷冻装置的作用。

在压缩机1被驱动源即未图标电动马达驱动后，处于图3中的a所示的状态(压力P₁，焓i₁)的气体冷煤被压缩机1压缩而成为于图3以b所示的状态(压力P₂，焓i₂)的高温高压的气体冷煤(压缩步骤)，此气体冷煤通过冷煤配管L1被往冷凝器2导入。此外，此时的压缩机1的压缩动力W(热量换算)是以(i₂-i₁)表示。

冷凝器2中，高温高压的气体冷煤是往外气放出凝结热Q₂，而以图3中的b→c的方式状态变化(相变化)而液化(凝结步骤)，成为于图3以c所示的状态(压力P₂，焓i₃)的高压液态冷煤。此外，此时的放热量(凝结热)Q₂是以(i₂-i₃)表示。

接着，如上所述在冷凝器2液化的高压液态冷煤，其一部分虽通过喷射配管L7而被喷射至气液热交换器3的空间S，但此液态冷煤是被减压而绝热膨胀(等焓膨胀)，成为于图3以d所示的状态(压力P₁，焓i₃)，其一部分是气体化。

其它大部分的高压液态冷煤，虽于冷煤配管L2朝向膨胀阀4流动的过程中通过气液热交换器3，但如后所述，在气液分离器5被分离的状态d’(压力P₁，焓i₃’)的低压气体冷煤从冷煤配管L8被导入气液热交换器3内的空间S(参照图2)，且在蒸发器6蒸发而气化的状态a’(压力P₁，焓i₁’)的低压气体冷煤在气液热交换器3内的冷煤配管L5流动。此时，被喷射至气液热交换器3的空间S而气体化的气体冷煤与在气液分离器5被分离而导入空间S的气体冷煤，通过合流用孔口14流入冷煤配管L5内的气体侧通路并合流，三个气体冷煤在被混合的状态下流动于冷煤配管L5，在其过程中在与流动于螺旋状冷煤配管L2的高压液态冷煤之间进行热交换而将该高压液态冷煤过冷却。亦即从冷凝器2流向膨胀阀4的高压液态冷煤通过气液热交换器3而被过冷却，以成为图3的c→c’的状态(压力P₂，焓i₃’)的方式状态变化，而被过冷却图示的ΔQ₂(＝i₃-i₃’)的量。

如此，在气液热交换器3被过冷却的高压液态冷煤是通过通过膨胀阀4被减压而绝热膨胀(等焓膨胀)(膨胀步骤)，以成为图3的c’→d’的状态(压力P₁，焓i₃’)的方式状态变化，其一部分气体化。接着，一部分气体化的冷煤通过冷煤配管L3被导入气液分离器5而被气液分离，低压气体冷煤如前所述从冷煤配管L8被导入气液热交换器3以供在该处流动的高压液态冷煤的过冷却。

又，状态d’(压力P₁，焓i₃’)的低压液态冷煤通过冷煤配管L4而被导入蒸发器6，在通过该蒸发器6的过程中从周围被夺取蒸发热Q₁，以图3的d’→a’(压力P₁，焓i₁’)的方式状态变化而蒸发(蒸发步骤)，成为状态a’的气体冷煤。此时的蒸发热量(蒸发潜热)Q₁虽是以(i₁’-i₃’)表示，但如前所述，由于在气液热交换器3将高压液态冷煤过冷却ΔQ₂(＝i₃-i₃’)的量，因此能与此过冷却量的热量ΔQ₁对应地增大蒸发热量Q₁，而对应其量提高冷冻能力。

其后，在蒸发器6蒸发的低压气体冷煤，由于如前所述在流动于气液热交换器3的过程中供流动于冷煤配管L2的高压液态冷煤的过冷却，因此温度上升，在被吸入压缩机1的阶段下状态以图3所示的a’→a(压力P₁，焓i₁)的方式变化，而过热图示的热量ΔQ₁(＝i₁-i₁’)。接着，此气体冷煤被压缩机1再度压缩，其后亦反复相同的状态变化(冷冻循环)，但从压缩机1吐出的高压气体冷煤所含的油是通过油分离器7而与冷煤分离，被分离的油，从油返回配管L6往冷煤配管L5返回，在蓄压器11与气体冷煤混合而被压缩机1吸引，以供压缩机1内的各部的润滑。

进而，本发明的气液分离型冷冻装置，虽是反复以上说明的冷冻循环而通过在蒸发器6的低压液态冷煤的蒸发所伴随的吸热来进行所需的冷冻，但根据本发明的气液分离型冷冻装置能得到如以下的效果。

亦即，从冷凝器2流向膨胀阀4的高压液态冷煤，由于通过在气液热交换器3被喷射的高压液态冷煤与被气液分离器5分离的低压气体冷煤及以蒸发器6蒸发的低压气体冷煤的热交换而被过冷却，因此能与其过冷却量的热量对应地使在蒸发器6的蒸发潜热变大而提高冷冻能力。

又，气液热交换器3中供高压液态冷煤的过冷却的低压气体冷煤，由于通过与高压液态冷煤的热交换而温度变高，因此成为过热状态，即使压缩机1的负荷变动亦不会凝结，不会产生于压缩机1吸入液态冷煤而该压缩机1的负荷增大等之问题。其中，气液热交换器3中供高压液态冷煤的过冷却而温度变高的气体冷煤，由于通过被喷射至气液热交换器3的液态冷煤的蒸发而被冷却，因此可抑制被压缩机1吸入的气体冷煤的过热。因此，可抑制压缩机1的吐出温度的上升而防止压缩机1内的油劣化。

此外，本实施形态中，虽使用膨胀阀作为减压器，但亦能使用毛细管或涡管等其它任意者来作为减压器。

Claims (3)

1.一种气液分离型冷冻装置，是通过冷煤配管串联至少压缩机、冷凝器、减压器、气液分离器及蒸发器而构成死循环的冷煤循环回路，其特征在于：

设有气液热交换器，是使从前述冷凝器流向前述减压器的液态冷煤，通过该液态冷煤的喷射及与被前述气液分离器分离的气体冷煤及来自前述蒸发器的气体冷煤的热交换而过冷却。

2.如权利要求1的气液分离型冷冻装置，其特征在于，于前述气液热交换器设置使从前述冷凝器流向前述减压器的液态冷煤流通的液侧通路、与使被喷射的液态冷煤与被前述气液分离器分离的气体冷煤及来自前述蒸发器的气体冷煤混合并流通的气体侧通路，将该气体侧流路连接于前述压缩机的吸入侧。

3.如权利要求1或2的气液分离型冷冻装置，其特征在于，于前述冷煤配管的隔着前述压缩机其上游侧与下游侧分别设置蓄压器与油分离器，将从前述油分离器延伸的油返回管连接于冷煤配管的前述蓄压器的上游侧。

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