JP2004293958A - 冷媒サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスクーラと補助熱交換器における冷媒の放熱能力を使用条件により低コストで最適なものとすることができる冷媒サイクル装置を提供する
【解決手段】コンプレッサ１０から吐出された冷媒を一旦放熱させた後、当該コンプレッサ１０に戻すための補助冷却回路としての中間冷却回路１５０と、この中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１及びガスクーラ１５４に通風するためのファン１１１を設け、インタークーラ１５１とガスクーラ１５４の通風面積を略同一とする。
【選択図】 図３

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（膨張弁等）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。
【０００３】
ここで、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷媒サイクルにおいても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用い、高圧側を超臨界圧力として運転する冷媒サイクルを用いた装置が開発されて来ている。
【０００４】
このような冷媒サイクル装置では、コンプレッサ内に液冷媒が戻って、液圧縮することを防ぐために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸込側との間の低圧側にアキュムレータを配設し、このアキュムレータに液冷媒を溜め、ガスのみをコンプレッサに吸い込ませる構成としていた。そして、アキュムレータ内の液冷媒がコンプレッサに戻らないように絞り手段を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００６】
しかしながら、冷媒サイクルの低圧側にアキュムレータを設けることは、その分多くの冷媒充填量を必要とする。また、液バックを防止するためには絞り手段の開度を小さくし、或いは、アキュムレータの容量を拡大しなければならず、冷却能力の低下や設置スペースの拡大を招く。そこで、係るアキュムレータを設けること無く、コンプレッサにおける液圧縮を解消するために、出願人は従来図４に示す冷媒サイクル装置の開発を試みた。
【０００７】
図４において、１０は内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを示しており、密閉容器１２内の駆動要素としての電動要素１４とこの電動要素１４の回転軸１６で駆動される第１の回転圧縮要素３２及び第２の回転圧縮要素３４を備えて構成されている。
【０００８】
この場合の冷媒サイクル装置の動作を説明する。コンプレッサ１０の冷媒導入管９４から吸い込まれた低圧の冷媒は、第１の回転圧縮要素３２で圧縮されて中間圧となり、密閉容器１２内に吐出される。その後、冷媒導入管９２Ａに入り、補助冷却回路としての中間冷却回路１５０Ａに流入する。この中間冷却回路１５０Ａは熱交換器１５４Ａ内に設けられたインタークーラを通過するように設けられており、そこで、空冷方式により放熱される。ここで中間圧の冷媒は熱交換器１５４Ａにて熱が奪われる。その後、冷媒導入管９２Ｂから第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれて２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管９６より外部に吐出される。
【０００９】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスは熱交換器１５４Ａ内に設けられたガスクーラに流入し、そこで空冷方式により放熱された後、内部熱交換器１６０を通過する。冷媒はそこで蒸発器１５７を出た低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。その後、冷媒は膨張弁１５６にて減圧され、その過程でガス／液混合状態となり、次に蒸発器１５７に流入して蒸発する。蒸発器１５７から出た冷媒は内部熱交換器１６０を通過し、そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪って加熱される。
【００１０】
そして、内部熱交換器１６０で加熱された冷媒は冷媒導入管９４からロータリコンプレッサ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。このように、蒸発器１５７から出た冷媒を内部熱交換器１６０により高圧側の冷媒にて加熱することで過熱度を取ることができるようになり、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。
【００１１】
また、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒を中間冷却回路１５０Ａを通過させることで、熱交換器１５４Ａのインタークーラにて効果的に冷却することができ、第２の回転圧縮要素３４の圧縮効率を向上させることができるようになる。
【００１２】
一方、前記熱交換器１５４Ａは前述する如くガスクーラと中間冷却回路１５０Ａのインタークーラにて構成されている。ここで、冷媒サイクル装置に例えば、マイクロチューブ熱交換器１５４Ａを使用した場合の構造を図５を用いて説明する。図５に示す如く熱交換器１５４Ａは、上側にインタークーラ１５１Ａ、下側にガスクーラ１５５Ａが配置されている。インタークーラ１５１Ａの入口のヘッダ２０１にはコンプレッサ１０の密閉容器１２内と接続された冷媒導入管９２Ａが接続される。ヘッダ２０１は各マイクロチューブ２０４・・の一端に接続され、当該マイクロチューブ２０４・・に形成された複数の微小冷媒通路に冷媒を分流するためのものである。前記マイクロチューブ２０４・・は略コの字形状を呈しており、このコの字形状の部分には複数のフィン２０５・・が取り付けられている。また、マイクロチューブ２０４・・の他端はインタークーラ１５１Ａの出口のヘッダ２０２に接続されており、各微小冷媒通路を流れた冷媒は、ここで合流する。この出口のヘッダ２０２はコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４と接続された冷媒導入管９２Ｂと接続される。
【００１３】
そして、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒が冷媒導入管９２Ａから熱交換器１５４Ａのインタークーラ１５１Ａの入口のヘッダ２０１内に流入し、分流されてマイクロチューブ２０４・・内の微小冷媒通路に入り、そこを通過する過程で、ファン２１１の通風を受けて冷媒が放熱する。その後、出口のヘッダ２０２で冷媒が合流し、熱交換器１５４Ａから出て、冷媒導入管９２Ｂから第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる構成となっている。
【００１４】
また、ガスクーラ１５５Ａの入口のヘッダ２０７にはコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６が接続される。ヘッダ２０７は各マイクロチューブ２１０・・の一端に接続され、当該マイクロチューブ２１０内に形成された微小冷媒通路に冷媒を分流するためのものである。前記マイクロチューブ２１０・・は蛇行状に形成されており、この蛇行状の部分には複数のフィン２０５・・が取り付けられている。また、マイクロチューブ２１０・・の他端はガスクーラ１５５Ａの出口のヘッダ２０８に接続されており、マイクロチューブ２１０・・内の各微小冷媒通路を流れた冷媒は、ここで合流する。この出口のヘッダ２０８は内部熱交換器１６０を通過する配管と接続されている。
【００１５】
そして、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４から吐出された冷媒が冷媒吐出管９６から熱交換器１５４Ａのガスクーラ１５５Ａの入口のヘッダ２０７内に流入し、分流されてマイクロチューブ２１０・・内の微小冷媒通路に入り、そこを通過する過程で、ファン２１１の通風を受けて冷媒が放熱する。その後、出口のヘッダ２０８で冷媒が合流し、熱交換器１５４Ａから出て内部熱交換器１６０を通過する構成となっている。
【００１６】
このように、熱交換器１５４Ａをガスクーラ１５５Ａと中間冷却回路１５０Ａのインタークーラ１５１Ａにて構成することで、冷媒サイクル装置のガスクーラ１５５Ａとインタークーラ１５１Ａとを別々に形成する必要がないので、設置スペースの縮小を図ることができるようになる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
係る熱交換器１５４Ａを備えた冷媒サイクル装置は使用条件に応じて熱交換器１５４Ａのガスクーラ１５５Ａとインタークーラ１５１Ａの放熱能力の比率を変更する必要がある。即ち、通常冷却装置として使用する場合には、冷媒サイクル内の冷媒循環量が多い場合であっても、第２の回転圧縮要素３４から吐出される冷媒ガスを効果的に冷却して、蒸発器１５７における冷却効率（冷凍効率）の向上を図ることが望まれる。このため、ガスクーラ１５５Ａの放熱能力が比較的高くなるように設定する必要がある。
【００１８】
一方、冷媒サイクル装置を被冷却空間の温度が−３０℃以下となるような超低温用の冷却装置として使用する場合には、膨張弁１５６の流路抵抗を大きくしたり、中間冷却回路１５０における冷媒の放熱能力の向上を図って、第２の回転圧縮要素３４から吐出される冷媒ガスの温度上昇を極力抑えることで、蒸発器１５７において超低温領域で冷媒を蒸発させることが望まれる。このため、中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１Ａの放熱能力が比較的高くなるように設定する必要がある。
【００１９】
しかしながら、従来の熱交換器１５４Ａでは熱交換器１５４Ａ内のガスクーラ１５５Ａとインタークーラ１５１Ａに使用するマイクロチューブ２０４、２１０の形状が異なるため、その都度、設計変更を行う必要があった。そのため、生産コストが増大するという問題が生じていた。
【００２０】
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、ガスクーラと補助冷媒回路における冷媒の放熱能力を低コストで、使用条件により最適なものとすることができる冷媒サイクル装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【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、コンプレッサから吐出された冷媒を一旦放熱させた後、当該コンプレッサに戻すための補助冷却回路と、この補助冷却回路及びガスクーラに通風するためのファンを設け、補助冷却回路とガスクーラの通風面積を略同一としたので、例えば、請求項２のようにファンによる通風に対してガスクーラを補助冷却回路の上流側に配置すれば、ガスクーラを、空冷する通風により効果的に冷却することができるようになる。
【００２２】
請求項３の発明の冷媒サイクル装置では請求項１の発明に加えて、コンプレッサは第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て吐出された冷媒を補助冷却回路を経て第２の圧縮要素に吸い込ませ、圧縮してガスクーラに吐出すると共に、ファンによる通風に対して補助冷却回路をガスクーラの上流側に配置したので、補助冷媒回路を、空冷する通風により効果的に冷却することができるようになる。
【００２３】
請求項４の発明の冷媒サイクル装置では上記各発明に加えて、補助冷却回路及びガスクーラをマイクロチューブ熱交換器にて構成したことを特徴とする。
【００２４】
【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を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式のロータリコンプレッサ１０の縦断面図、図２は本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【００２５】
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中間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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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５０、５２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。
【００２９】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）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。
【００３０】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００３１】
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。
【００３２】
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６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）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。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９２Ｂが挿入接続され、この冷媒導入管９２Ｂの一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２Ｂの他端は後述する補助冷却回路としての中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１の出口に接続されている。インタークーラ１５１の入口には冷媒導入管９２Ａの一端が接続されていおり、この冷媒導入管９２Ａの他端は密閉容器１２内と連通する。
【００３３】
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９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００３４】
次に、図２において、上述したコンプレッサ１０は図２に示す冷媒サイクル装置の冷媒回路の一部を構成する。即ち、コンプレッサ１０の冷媒吐出管９６は熱交換器１５４の入口に接続される。
【００３５】
ここで、熱交換器１５４は中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１とガスクーラ１５５から構成されており、当該中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１とガスクーラ１５５に通風するためのファン１１１が設けられている。尚、本実施例の熱交換器１５４はマイクロチューブ熱交換器であり、ファン１１１による通風に対してガスクーラ１５５を前記中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１の上流側に配置している。
【００３６】
図３を用いて熱交換器１５４について説明する。図３に示すように中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１は入口のヘッダ１０１と、出口のヘッダ１０２、１本のマイクロチューブ１０４及び複数のフィン１０５にて構成されている。前記入口のヘッダ１０１にはコンプレッサ１０の密閉容器１２内と連通する冷媒導入管９２Ａの一端が接続されている（図３では図示せず）。ヘッダ１０１はマイクロチューブ１０４の一端と接続され、当該マイクロチューブ１０４内に形成された微小冷媒通路に冷媒を分流するためのものである。前記マイクロチューブ１０４は蛇行状に形成されており、この蛇行状の部分には複数のフィン１０５・・が取り付けられている。また、マイクロチューブ１０４の他端はインタークーラ１５１の出口のヘッダ１０２に接続されており、マイクロチューブ１０４内の各微小冷媒通路を流れた冷媒は、ここで合流する。この出口のヘッダ１０２は第２の回転圧縮要素３４の吸込通路と連通された冷媒導入管９２Ｂの他端と接続されている（図３では図示せず）。
【００３７】
このように、マイクロチューブ１０４を蛇行状に形成し、この蛇行状の部分に複数のフィン１０５を取り付けることで、コンパクトながら大成る熱交換面積を確保し、中間冷却回路１５０に流入したコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２からの中間圧の冷媒ガスをインタークーラ１５１にて効果的に冷却することができるようになる。
【００３８】
一方、ガスクーラ１５５は入口のヘッダ１０７と、出口のヘッダ１０８、２本のマイクロチューブ１１０・・及びフィン１０５にて構成されており、前記入口のヘッダ１０７にはコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６が接続されている（図３では図示せず）。ヘッダ１０７は各マイクロチューブ１１０・・の一端と接続され、各マイクロチューブ１１０・・内に形成された微小冷媒通路に冷媒を分流するためのものである。前記マイクロチューブ１１０・・は前記インタークーラ１５１のマイクロチューブ１０４と同様に蛇行状に形成されており、この蛇行状の部分には複数のフィン１０５・・が取り付けられている。ここで、上記のようにインタークーラ１５１のマイクロチューブ１０４及びこれに取り付けられたフィン１０５とガスクーラ１５５のそれぞれのマイクロチューブ１１０・・・及びこれらに取り付けられたフィン１０５は同じ形状を呈している。即ち、中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１とガスクーラ１５５の通風面積が略同一とされている。また、マイクロチューブ１１０・・の他端はガスクーラ１５５の出口のヘッダ１０８に接続されており、マイクロチューブ１１０・・内の各微小冷媒通路を流れた冷媒は、ここで合流する。この出口のヘッダ１０８は内部熱交換器１６０を通過する配管と接続されている。
【００３９】
このように、マイクロチューブ１１０を蛇行状に形成し、この蛇行状の部分に複数のフィン１０５を取り付けることで、コンパクトながら大成る熱交換面積を確保し、熱交換器１５４に流入したコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４からの高温高圧の冷媒ガスをガスクーラ１５５にて効果的に冷却することができるようになる。
【００４０】
また、前述の如くファン１１１による通風に対してガスクーラ１５５を中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１の上流側となるように配置したので、ガスクーラ１５５における放熱能力の向上を図ることができるようになる。
【００４１】
そして、この熱交換器１５４のガスクーラ１５５を出た配管は内部熱交換器１６０を通過する。この内部熱交換器１６０は熱交換器１５４のガスクーラ１５５から出た高圧側の冷媒と蒸発器１５７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。
【００４２】
内部熱交換器１６０を通過した配管は絞り手段としての膨張弁１５６に至る。そして、膨張弁１５６の出口は蒸発器１５７の入口に接続され、蒸発器１５７を出た配管は内部熱交換器１６０を経て冷媒導入管９４に接続される。
【００４３】
また、前述した中間冷却回路１５０は、コンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を一旦放熱させた後、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４に戻すためのものであり、当該中間冷却回路１５０は冷媒導入管９２Ａ及び冷媒導入管９２Ｂと前記熱交換器１５４のインタークーラ１５１にて構成されている。
【００４４】
以上の構成で次に本発明の冷媒サイクル装置の動作を説明する。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に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸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。
【００４５】
これにより、冷媒導入管９４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下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００４６】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスはスリーブ１４４から出て冷媒導入管９２Ａに入り、中間冷却回路１５０を通過する。そして、冷媒はこの中間冷却回路１５０が熱交換器１５４のインタークーラ１５１を通過する過程で熱交換器１５４のファン１１１による通風により空冷方式で放熱する。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１５０を通過させることで効果的に冷却することができるので、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。
【００４７】
そして、冷却された中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２Ｂから上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから第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とベーン５０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を経て冷媒吐出管９６より外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００４８】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスは熱交換器１５４のガスクーラ１５５に流入し、そこでファン１１１により空冷方式で放熱した後、熱交換器１５４から出て内部熱交換器１６０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。内部熱交換器１６０で冷却された高圧側の冷媒ガスは膨張弁１５６に至る。尚、膨張弁１５６の入口では冷媒ガスはまだ超臨界の状態である。冷媒は膨張弁１５６における圧力低下により、気体／液体の二相混合体とされ、その状態で蒸発器１５７内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。
【００４９】
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、インタークーラ１５１を備えた中間冷却回路１５０に流して放熱させ、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１６０を通過させて低圧側の冷媒ガスと熱交換させることで蒸発器１５７における冷却能力（冷凍能力）の向上を図ることができるようになる。
【００５０】
また、熱交換器１５４のファン１１１による通風に対してガスクーラ１５５を中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１の上流側に配置したことで、ガスクーラ１５５内を流れる第２の回転圧縮要素３４から吐出された高温高圧の冷媒を効果的に冷却することができる。
【００５１】
これにより、ガスクーラ１５５における冷媒の放熱能力を向上させることができるようになる。特に、冷媒サイクル内の冷媒循環量が多い場合であっても、コンプレッサ１０から吐出された高温高圧の冷媒を充分に冷却することができるので、蒸発器１５７における冷却効率の向上を図ることができるようになる。
【００５２】
その後、冷媒は蒸発器１５７から流出して、内部熱交換器１６０を通過する。そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。このように、蒸発器１５７で蒸発して低温となり、蒸発器１５７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１６０を通過させて高圧側の冷媒と熱交換させることで、冷媒は過熱度が取れて完全に気体となる。これにより、低圧側にアキュムレータを設けること無く、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。
【００５３】
尚、内部熱交換器１６０で加熱された冷媒は、冷媒導入管９４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。
【００５４】
このように、中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１とガスクーラ１５５の通風面積を略同一とすることで、一形状のマイクロチューブを生産するだけで両方に用いることができるので生産コストを削減することができるようになる。
【００５５】
また、上記実施例の如く、ファン１１１による通風に対してガスクーラ１５５を前記中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１の上流側に配置すれば、ガスクーラ１５５内を流れる第２の回転圧縮要素３４から吐出された高温高圧の冷媒を効果的に冷却することができる。
【００５６】
これにより、冷媒サイクル内の冷媒循環量が多い場合であっても、コンプレッサ１０から吐出された高温高圧の冷媒を充分に冷却することができるので、蒸発器１５７における冷却効率（冷凍効率）の向上を図ることができるようになる。
【００５７】
他方、ファン１１１による通風に対して前記中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１をガスクーラ１５５の上流側に配置すれば、インタークーラ１５１内を流れる第１の回転圧縮要素３２から吐出された中間圧の冷媒を効果的に冷却することができる。
【００５８】
これにより、インタークーラ１５１における冷媒の放熱能力を向上させることができるようになる。特に、冷媒サイクル装置をフリーザーなどの超低温用の冷却装置として使用する場合には、膨張弁１５６の流路抵抗を大きくして、蒸発器１５７において冷媒がより低温領域で蒸発するようにしたり、蒸発器１５７に流入する冷媒の温度を低くする必要がある。
【００５９】
このとき、中間冷却回路１５０により第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒を冷却することで、コンプレッサ１０の運転性能の向上が向上し、且つ、第２の回転圧縮要素３４から吐出される冷媒の温度上昇を効果的に抑えることができるので、蒸発器１５７において−３０℃以下の超低温領域で冷媒を蒸発させることができるようになり、当該冷媒サイクル装置の性能の向上を図ることができるようになる。
【００６０】
これらにより、冷媒サイクル装置の熱交換器１５４のガスクーラ１５５と中間冷却回路１５０のインタークーラ１５１の放熱能力を使用条件により最適なものと容易にすることができるようになる。
【００６１】
従って、冷媒サイクル装置の生産コストを著しく低減することができるようになる。また、冷媒サイクル装置の汎用性を高めることができるようになる。
【００６２】
尚、本実施例では熱交換器としてマイクロチューブ熱交換器１５４を使用したが、本発明はこれに限らず、ガスクーラと中間冷却回路のインタークーラにて構成される熱交換器であれば、他の熱交換器であっても有効である。
【００６３】
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、炭化水素系の冷媒や亜酸化窒素など、種々の冷媒が適用可能である。
【００６４】
更に、本実施例ではコンプレッサ１０は内部中間圧型の多段（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、請求項１、請求項２又は請求項４の発明では、単段のコンプレッサであっても構わない。但し、この場合には補助冷却回路はディスーパーヒータとして使用されるものである。
【００６５】
また、請求項３の発明では、コンプレッサは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。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述する如く本発明によれば、コンプレッサから吐出された冷媒を一旦放熱させた後、当該コンプレッサに戻すための補助冷却回路と、この補助冷却回路及びガスクーラに通風するためのファンを設け、補助冷却回路とガスクーラの通風面積を略同一としたので、例えば、請求項２のようにファンによる通風に対してガスクーラを補助冷却回路の上流側に配置すれば、ガスクーラを、空冷する通風により効果的に冷却することができるようになる。
【００６７】
これにより、冷媒サイクル内の冷媒循環量が多い場合であっても、コンプレッサから吐出された高温高圧の冷媒を充分に冷却することができるので、蒸発器における冷却効率の向上を図ることができるようになる。
【００６８】
請求項３の発明の冷媒サイクル装置では上記各発明に加えて、コンプレッサは第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て吐出された冷媒を補助冷却回路を経て第２の圧縮要素に吸い込ませ、圧縮してガスクーラに吐出すると共に、ファンによる通風に対して補助冷却回路をガスクーラの上流側に配置したので、補助冷媒回路を、空冷する通風により効果的に冷却することができるようになる。
【００６９】
これにより、冷媒サイクル装置をフリーザーなどの超低温用の冷却装置として使用する場合にも、補助冷却回路により第２の圧縮要素に吸い込まれる冷媒を冷却することで、コンプレッサの運転性能の向上が向上し、且つ、第２の圧縮要素から吐出される冷媒の温度上昇を効果的に抑えることができるので、蒸発器において−３０℃以下の超低温領域で冷媒を蒸発させることができるようになり、当該冷媒サイクル装置の性能の向上を図ることができるようになる。
【００７０】
これらにより、冷媒サイクル装置の熱交換器のガスクーラと補助冷却回路の放熱能力を使用条件により低コストで最適なものと容易にすることができるようになる。
【００７１】
請求項４の発明の冷媒サイクル装置では上記各発明に加えて、補助冷却回路及びガスクーラをマイクロチューブ熱交換器にて構成したので、補助冷却回路及びガスクーラの小型化を図りながら、放熱能力の改善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】マイクロチューブ熱交換器の斜視図である。
【図４】従来の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図５】従来のマイクロチューブ熱交換器の斜視図である。
【符号の説明】
１０ 多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
９２Ａ、９２Ｂ、９４ 冷媒導入管
９６ 冷媒吐出管
１０１、１０７ 入口のヘッダ
１０２、１０８ 出口のヘッダ
１０４、１１０ マイクロチューブ
１０５ フィン
１１１ ファン
１５０ 中間冷却回路
１５１ インタークーラ
１５４ 熱交換器
１５５ ガスクーラ
１５６ 膨張弁（絞り手段）
１５７ 蒸発器
１６０ 内部熱交換器

Claims (4)

  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、
    前記コンプレッサから吐出された冷媒を一旦放熱させた後、当該コンプレッサに戻すための補助冷却回路と、該補助冷却回路及び前記ガスクーラに通風するためのファンを設け、
    前記補助冷却回路と前記ガスクーラの通風面積を略同一としたことを特徴とする冷媒サイクル装置。
  2. 前記ファンによる通風に対して前記ガスクーラを前記補助冷却回路の上流側に配置したことを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
  3. 前記コンプレッサは第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て吐出された冷媒を前記補助冷却回路を経て前記第２の圧縮要素に吸い込ませ、圧縮して前記ガスクーラに吐出すると共に、
    前記ファンによる通風に対して前記補助冷却回路を前記ガスクーラの上流側に配置したことを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
  4. 前記補助冷却回路及び前記ガスクーラをマイクロチューブ熱交換器にて構成したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の冷媒サイクル装置。
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