JP2005098635A - Refrigeration cycle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、二酸化炭素(CO2 ) などの超臨界流体が冷媒として用いられる冷凍サイクルに関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle in which a supercritical fluid such as carbon dioxide (CO 2 ) is used as a refrigerant.
この種の冷凍サイクルにおいては、圧縮機から吐出する冷媒の温度が高負荷時において非常に高くなるので、冷凍サイクルを構成する各部材の耐久性を著しく損なう恐れがある。特に、ゴム材や樹脂材にあっては、耐久性を確保できる許容温度が他の部材に比べて低いことから、高負荷時になると、吐出冷媒温度がこの許容温度を上回り、破損するなどの恐れが生じる。 In this type of refrigeration cycle, the temperature of the refrigerant discharged from the compressor becomes very high when the load is high, and the durability of each member constituting the refrigeration cycle may be significantly impaired. In particular, in rubber materials and resin materials, the allowable temperature at which durability can be ensured is lower than that of other members. Therefore, when the load is high, the discharge refrigerant temperature will exceed this allowable temperature and may be damaged. Occurs.
また、二酸化炭素などを冷媒とする超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、冷房能力を増大させる目的や圧縮機による液圧縮を防止する目的で放熱器を経た高圧冷媒と圧縮機へ吸入される低圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器が設けられる。 In a supercritical vapor compression refrigeration cycle using carbon dioxide or the like as a refrigerant, high-pressure refrigerant passed through a radiator and low-pressure sucked into the compressor for the purpose of increasing cooling capacity or preventing liquid compression by the compressor. An internal heat exchanger for exchanging heat with the refrigerant is provided.
このため、従来においては、特許文献1に示されるように、アキュムレータで分離された液冷媒やオイルを内部熱交換器の入口側に回収し、圧縮機の吸入冷媒の過熱度が過昇するのを抑えるようにしたものや、特許文献2及び3に示されるように、アキュムレータ内のガス冷媒を内部熱交換器の出口側と圧縮機の吸入側との間に回収するもの等が提案されている。
しかしながら、特許文献1の構成にあっては、エバポレータで吸熱された冷媒にアキュムレータ内の冷えた液冷媒やオイルが混合されるので、圧縮機の吸入冷媒温度を低下させ、引いては圧縮機の吐出冷媒温度を低下させることが可能となるが、液冷媒やオイルは内部熱交換器を通過することになるので、内部熱交換器での圧力損失が増加するという不都合がある。
However, in the configuration of
また、特許文献2及び3の構成にあっては、アキュムレータ内のガス冷媒を内部熱交換器を迂回させて供給し、内部熱交換器から流出したガス冷媒と混合させるようにしているので、ガス冷媒を効果的に回収するためには、迂回通路の配管径や回収量を調節する調整弁を大きくしなければならず、小型化、軽量化、及び低コスト化の要請に反するものであった。
In the configurations of
そこで、この発明においては、圧縮機の吐出冷媒温度の上昇を防止する構成において、内部熱交換器の圧損の増加を防ぎ、また、かかる構成を構築する上で必要となるコンポーネントの小型化、軽量化、低コスト化を図ることが可能な冷凍サイクルを提供することを主たる課題としている。 Therefore, in the present invention, in the configuration for preventing the rise in the refrigerant discharge refrigerant temperature, the increase in pressure loss of the internal heat exchanger is prevented, and the size and weight of components required for constructing such a configuration are reduced. The main challenge is to provide a refrigeration cycle that can be reduced in cost and cost.
上記課題を達成するために、この発明に係る冷凍サイクルは、冷媒を昇圧する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器により冷却された冷媒を減圧する膨張装置と、前記膨張装置で減圧された冷媒を蒸発する蒸発器と、前記蒸発器を経た冷媒を気液分離すると共に冷媒中のオイルを分離するアキュムレータと、前記アキュムレータから前記圧縮機へ導かれる低圧冷媒と前記放熱器から前記膨張装置へ導かれる高圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器とを有する冷凍サイクルにおいて、前記アキュムレータ内の液冷媒又はオイルを前記内部熱交換器を迂回させて該内部熱交換器と圧縮機との間に回収可能とする回収通路と、この回収通路を介して回収される前記液冷媒又はオイルの量を調節可能とする調整弁とを設けたことを特徴としている(請求項1)。 To achieve the above object, a refrigeration cycle according to the present invention includes a compressor that boosts a refrigerant, a radiator that cools the refrigerant compressed by the compressor, and a refrigerant that is cooled by the radiator. An expansion device, an evaporator that evaporates the refrigerant decompressed by the expansion device, an accumulator that separates the refrigerant that has passed through the evaporator and separates oil in the refrigerant, and that is led from the accumulator to the compressor In a refrigeration cycle having a low-pressure refrigerant and an internal heat exchanger for exchanging heat between the low-pressure refrigerant and the high-pressure refrigerant guided from the radiator to the expansion device, the liquid refrigerant or oil in the accumulator bypasses the internal heat exchanger and A recovery passage that can be recovered between the internal heat exchanger and the compressor, and an adjustment valve that can adjust the amount of the liquid refrigerant or oil recovered through the recovery passage; It is characterized by comprising (claim 1).
したがって、アキュムレータ内で分離された液冷媒又はオイルを内部熱交換器と圧縮機との間に回収して内部熱交換器を通過したガス冷媒と混合させるようにしたので、圧縮機に吸入される冷媒温度を下げることが可能となり、引いては圧縮機の吐出冷媒温度を低下させることが可能となる。また、アキュムレータ内で分離された液冷媒又はオイルを内部熱交換器をバイパスさせて内部熱交換器と圧縮機との間に回収するようにしたので、内部熱交換器での圧損を避けることが可能となり、また、回収通路を介して液冷媒やオイルが回収されるので、回収通路の配管径をガス冷媒を通過させる場合よりも小さくすることが可能となり、小型、軽量化を図ることが可能となる。 Therefore, the liquid refrigerant or oil separated in the accumulator is collected between the internal heat exchanger and the compressor and mixed with the gas refrigerant that has passed through the internal heat exchanger, so that it is sucked into the compressor. It becomes possible to lower the refrigerant temperature and, in turn, lower the refrigerant discharge refrigerant temperature. Moreover, the liquid refrigerant or oil separated in the accumulator is recovered between the internal heat exchanger and the compressor by bypassing the internal heat exchanger, so that pressure loss in the internal heat exchanger can be avoided. In addition, since liquid refrigerant and oil are recovered through the recovery passage, the pipe diameter of the recovery passage can be made smaller than when the gas refrigerant is passed, and the size and weight can be reduced. It becomes.
上述した構成は、圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出冷媒温度センサと、吐出冷媒温度センサによって検出された吐出冷媒温度に応じて調整弁を制御する制御手段とを設けて具体化してもよく(請求項2)、外気温、サイクル内の圧力、室内温度等に基づき、サイクル負荷が高く吐出温度が高くなると予測される場合に調整弁を制御する制御手段を設けて具体化してもよい(請求項3)。さらに、冷凍サイクルの軽量、小型化、低コストを実現するために、アキュムレータ内部に内部熱交換器と調整弁とを内蔵させるようにしてもよい(請求項4)。
尚、このような上述したサイクル構成は、圧縮機の吐出冷媒温度が高負荷時において非常に高くなる二酸化炭素を冷媒とする超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに適している(請求項5)。
The above-described configuration may be embodied by providing a discharge refrigerant temperature sensor that detects the discharge refrigerant temperature of the compressor and a control unit that controls the adjustment valve according to the discharge refrigerant temperature detected by the discharge refrigerant temperature sensor. (Claim 2) Based on the outside air temperature, the pressure in the cycle, the room temperature, and the like, it may be embodied by providing a control means for controlling the regulating valve when the cycle load is predicted to be high and the discharge temperature becomes high ( Claim 3). Furthermore, in order to realize light weight, downsizing, and low cost of the refrigeration cycle, an internal heat exchanger and a regulating valve may be built in the accumulator.
In addition, such a cycle configuration as described above is suitable for a supercritical vapor compression refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant, which has a very high discharge refrigerant temperature when the load is high.
以上述べたように、この発明によれば、アキュムレータから圧縮機へ導かれる低圧冷媒と放熱器から膨張装置へ導かれる高圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備えた冷凍サイクルにおいて、アキュムレータ内の液冷媒又はオイルを回収通路を介して内部熱交換器を迂回させ、内部熱交換器と圧縮機との間に回収可能とし、この回収通路を介して回収される液冷媒又はオイルの量を調整弁によって調節するようにしたので、圧縮機の吸入冷媒温度を下げることが可能となり、引いては吐出冷媒温度を下げることが可能となる。また、内部熱交換器での圧損の増加を避けることができると共に回収通路の配管径をガス冷媒を通過させる場合よりも小さく設定することが可能となるので、調整弁の小型化が図れ、冷凍サイクルの軽量化、小型化、低コスト化を図ることが可能となる。 As described above, according to the present invention, in the refrigeration cycle including the internal heat exchanger for exchanging heat between the low-pressure refrigerant led from the accumulator to the compressor and the high-pressure refrigerant led from the radiator to the expansion device, The liquid refrigerant or oil is bypassed through the internal heat exchanger via the recovery passage, and can be recovered between the internal heat exchanger and the compressor, and the amount of liquid refrigerant or oil recovered through the recovery passage is reduced. Since the adjustment is made by the adjusting valve, the intake refrigerant temperature of the compressor can be lowered, and the discharge refrigerant temperature can be lowered. In addition, an increase in pressure loss in the internal heat exchanger can be avoided and the pipe diameter of the recovery passage can be set smaller than when the gas refrigerant is allowed to pass. It becomes possible to reduce the weight, size and cost of the cycle.
以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1において、冷凍サイクル1は、冷媒を昇圧する圧縮機2と、圧縮機2で圧縮された冷媒を冷却する放熱器3と、放熱器3により冷却された冷媒を減圧する膨張装置4と、膨張装置4で減圧された冷媒を蒸発気化する蒸発器5と、蒸発器5を経た冷媒を気液分離すると共に冷媒中に混在しているオイル(潤滑油)を分離するアキュムレータ6と、アキュムレータ6から圧縮機2へ導かれる低圧冷媒と放熱器3から膨張装置4へ導かれる高圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器7とを有して構成されている。
In FIG. 1, a
即ち、冷凍サイクル1は、圧縮機2の吐出側が放熱器3を介して内部熱交換器7の高圧流路7aに接続され、この高圧流路7aの流出側が膨張装置4に接続されている。また、膨張装置4の流出側が蒸発器5を介してアキュムレータ6の流入口に接続され、アキュムレータ6の流出口が内部熱交換器7の低圧流路7bを介して圧縮機2の吸入側に接続されている。したがって、圧縮機2の吐出側から放熱器3及び高圧流路7aを介して膨張装置4に至る経路により高圧ライン8が構成され、膨張装置4の流出側から蒸発器5、アキュムレータ6、及び低圧流路7bを介して圧縮機2に至る経路により低圧ライン9が構成されている。
That is, in the
上述した冷凍サイクル1は、冷媒として二酸化炭素(CO2 )が用いられており、圧縮機2で昇圧された冷媒は、高温高圧の超臨界圧の冷媒として放熱器3に入り、ここで放熱して冷却される。その後、内部熱交換器7の高圧流路7aに入り、アキュムレータ6から流出する低温のガス冷媒と熱交換して更に冷却され、液化されることなく膨張装置4へ送られる。そして、この膨張装置4において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器5においてここを通過する空気と熱交換して蒸発気化し、気液が混合する二相冷媒としてアキュムレータ6に流入される。
In the
アキュムレータ6に流入された冷媒は、ここで気液が分離されると共に冷媒中に混在しているオイルが分離され、分離された液冷媒とオイルはアキュムレータ内に残留し、ガス冷媒は内部熱交換器7の低圧流路7bに送られ、ここで放熱器3から流出する高温冷媒と熱交換してさらに吸熱し、完全にガス化された状態で圧縮機2へ戻される。
The refrigerant flowing into the
ところで、本構成においては、図2にも示されるように、上述した冷凍サイクル1に対して、一端がアキュムレータ6の底部に開口し、他端が内部熱交換器7の低圧流路7bと圧縮機2の吸入側との間に接続された回収通路10が設けられ、この回収通路10の開度を電磁弁からなる調整弁11によって調節するようにしている。
By the way, in this structure, as FIG. 2 also shows, with respect to the refrigerating
12は、圧縮機2の吐出冷媒温度Tdを検出する吐出冷媒温度センサであり、この吐出冷媒温度センサ12から出力される温度信号は、コントロールユニット13に入力される。このコントロールユニット13は、中央演算装置(CPU)、読出専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、入出力ポート等を備えると共に調整弁11を駆動制御する駆動回路を有して構成され、所定の間隔で実行される図3で示す制御ルーチンによって調整弁11を制御するようにしている。即ち、所定の間隔で吐出冷媒温度Tdを入力し(ステップ50)、入力された吐出冷媒温度Tdが規定温度以上であるか否かを判定し(ステップ52)、規定温度以上であると判定された場合には、吐出冷媒温度Tdが大きいほど調整弁11の開度が大きくなるよう(回収通路10を介して回収されるオイル又は液冷媒の量が多くなるよう)吐出冷媒温度Tdに応じて調整弁11の開度を調整している(ステップ54)。
A discharge refrigerant temperature sensor 12 detects the discharge refrigerant temperature Td of the
したがって、アキュムレータ6内で分離されたオイル20aは、図2に示されるように、液冷媒20bよりも比重が大きいことから液冷媒20bよりも下方に溜まるので、調整弁11によって回収通路10が開状態になると、液冷媒に先駆けて回収通路10を介して内部熱交換器7と圧縮機2との間に回収される。また、アキュムレータ6内のオイル20aが回収された後は、液冷媒20bが回収通路10を介して内部熱交換器7と圧縮機2との間に回収され、内部熱交換器7を通過したガス冷媒と混合されて圧縮機2へ回収されることとなる。このため、内部熱交換器7を通過した低圧ガス冷媒は、高温の高圧ガス冷媒と熱交換するので温度が高められるが、アキュムレータ6内の冷却されたオイル20a又は液冷媒20bと混合することで再び冷却されることになり、圧縮機2の吸入温度を低下させることが可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 2, the oil 20a separated in the
以上のメカニズムを図4のモリエル線図に基づき説明すると、回収通路10を有しない従来の構成においては、モリエル線図において、A1→B1→C→D→E→A1と変化するが、本構成においては、回収通路10を介して回収された低温のオイル20a又は液冷媒20bが内部熱交換器7を通過したガス冷媒と混合することになるので、内部熱交換器7によって一旦増加したエンタルピがA1からA2に低下することとなる。したがって、本冷凍サイクルにおいては、回収通路10を介して回収されるオイル10a又は液冷媒10bの有無によって冷凍効果は殆ど変化しないが、圧縮機の吐出側のエンタルピはB1からB2に低下することになる。よって、上述した構成においては、圧縮機2の吸入冷媒温度を低下させ、引いては圧縮機2の吐出冷媒温度を低下させることが可能となる。
The above mechanism will be described with reference to the Mollier diagram of FIG. 4. In the conventional configuration without the recovery passage 10, the A1 → B1 → C → D → E → A1 changes in the Mollier diagram. , The low-temperature oil 20a or liquid refrigerant 20b recovered through the recovery passage 10 is mixed with the gas refrigerant that has passed through the
実際に、吐出冷媒温度Tdが高くなる条件でアキュムレータ6からのオイルを内部熱交換器7をバイパスさせて内部熱交換器と圧縮機との間に回収し、吐出冷媒温度の変化をみると、図5に示されるように、オイル回収量が多いほど吐出冷媒温度を低くすることが可能であった。また、その時の冷房能力の変化は、図6に示されるように、オイル回収量に拘わらずほぼ同等に維持されることが確認された。
Actually, the oil from the
したがって、上述の構成においては、圧縮機の吐出冷媒温度Tdの上昇によるコンポーネントの破損を防止することが可能となり、また、圧縮機2の吐出冷媒温度を低下させるために、アキュムレータ6内のオイル20a又は液冷媒20bを内部熱交換器7をバイパスさせて回収するようにしたので、内部熱交換器7にオイルや液冷媒が流れることによる圧損の増加を避けることが可能となる。さらに、回収通路10を介して流れる流体がオイル又は液冷媒であるので、回収通路10を構成する配管をガス冷媒を流す配管に比べて径を小さくすることが可能となり、また、回収通路10に設けられる調整弁11も小型にすることが可能となる。このため、コンポーネントの小型化、軽量化、低コスト化を図ることが可能となる。
Therefore, in the above-described configuration, it is possible to prevent damage to components due to an increase in the discharge refrigerant temperature Td of the compressor, and in order to reduce the discharge refrigerant temperature of the
尚、上述の構成においては、アキュムレータ6の下部に回収通路10を接続してアキュムレータ6内のオイル20a又は液冷媒20bを回収するようにしたが、アキュムレータ6内のオイル又は液冷媒を回収する構成としては、上述した構成に限定されず、回収通路10を構成する配管をアキュムレータ内に挿入し、この挿入された部分に、オイル回収用又は液冷媒回収用の調整弁を設けるようにしてもよい。
In the above-described configuration, the recovery passage 10 is connected to the lower portion of the
また、アキュムレータ6に内部熱交換器7を内蔵させ、オイル又は液冷媒の回収用通路と回収量を調節する調整弁とをアキュムレータの内部に設けるようにしてもよい。このような構成においては、アキュムレータ6の外部に新たな配管を増設する必要がないので、冷凍サイクル1の軽量化、小型化、低コスト化が実現しやすいものとなる。
Further, the
さらに、上述の構成においては、吐出冷媒温度が所定値以上の場合に回収量を調節するようにしたが、外気温、サイクル内の圧力、室内温度等に基づき、サイクル負荷が高く吐出温度が高くなると予測される場合に前記調整弁を制御して回収量を調節するようにしてもよい。具体的には、室内温度や外気又は放熱器3の入口空気温度が所定温度以上となった場合に回収量を調節するようにしても、蒸発器5の出口空気温度又は低圧ラインの圧力が所定値以上となった場合に回収量を調節するようにしても、空調ユニットの送風量が所定風量以上となった場合に回収量を調節するようにしてもよい。
Further, in the above-described configuration, the recovery amount is adjusted when the discharge refrigerant temperature is equal to or higher than the predetermined value. If it is predicted that this will occur, the amount of recovery may be adjusted by controlling the adjustment valve. Specifically, the outlet air temperature of the
1 冷凍サイクル
2 圧縮機
3 放熱器
4 膨張装置
5 蒸発器
6 アキュムレータ
7 内部熱交換器
10 回収通路
11 調整弁
12 吐出冷媒温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記アキュムレータ内の液冷媒又はオイルを前記内部熱交換器を迂回させて該内部熱交換器と圧縮機との間に回収可能とする回収通路と、
この回収通路を介して回収される前記液冷媒又はオイルの量を調節可能とする調整弁とを設けたことを特徴とする冷凍サイクル。 A compressor for boosting the refrigerant; a radiator for cooling the refrigerant compressed by the compressor; an expansion device for decompressing the refrigerant cooled by the radiator; and an evaporation for evaporating the refrigerant decompressed by the expansion device An accumulator for separating the refrigerant that has passed through the evaporator from gas and liquid, and separating oil in the refrigerant, a low-pressure refrigerant that is led from the accumulator to the compressor, and a high-pressure refrigerant that is led from the radiator to the expansion device In a refrigeration cycle having an internal heat exchanger for exchanging heat,
A recovery passage that allows the liquid refrigerant or oil in the accumulator to be bypassed the internal heat exchanger and recovered between the internal heat exchanger and the compressor;
A refrigeration cycle, comprising: an adjustment valve capable of adjusting an amount of the liquid refrigerant or oil recovered through the recovery passage.
前記吐出冷媒温度センサによって検出された吐出冷媒温度に応じて前記調整弁を制御する制御手段とを具備することを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル。 A discharge refrigerant temperature sensor for detecting a discharge refrigerant temperature of the compressor;
2. The refrigeration cycle according to claim 1, further comprising control means for controlling the regulating valve in accordance with a discharge refrigerant temperature detected by the discharge refrigerant temperature sensor.
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