JP2006090563A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受液器から減圧手段に至る管路での液冷媒の気化を抑制して過冷却器の冷却能力を安定させる。
【解決手段】 受液器９に溜められた液冷媒を抜き出して減圧手段であるキャピラリ３１を介して過冷却器１３に導いて蒸発させて過冷却することにより、冷凍サイクルの効率を向上するとともに、液冷媒が管路内で気化するのを抑制する冷凍装置において、受液器９から抜き出された液冷媒を熱交換器１１で冷却することにより、受液器９からキャピラリ３１に至る管路で気泡が発生することを抑制できる。その結果、過冷却器１３に導入される冷媒流量の変動を抑制でき、冷却能力を安定させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

冷凍装置は、一般に、圧縮機から吐出されるガス冷媒を凝縮器で凝縮し、この凝縮により液化した冷媒を膨張弁で減圧し、減圧された冷媒を蒸発器で蒸発させて圧縮機に戻す冷凍サイクルを有している。このような冷凍装置において、凝縮器で液化された冷媒を過冷却器で過冷却することにより、冷凍サイクルの効率を向上するとともに、液冷媒が管路内で気化するのを抑制している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された過冷却器は、凝縮器から排出される液冷媒の一部を蒸発させ、その蒸発潜熱により蒸発器に導入される冷媒を過冷却しているが、その液冷媒は凝縮器から蒸発器に至る冷媒管路に設けた受液器から液冷媒を抜き出し、減圧手段を介して過冷却器に導入するようにしている。

特開２００３−２７９１６９号公報（第１−２図、第２−３頁参照）

しかし、特許文献１に記載された過冷却方法は、過冷却器の冷却性能を安定させることについて配慮されていない。すなわち、受液器内は、通常、気液２相の冷媒が平衡状態にあることから、わずかな温度上昇や圧力低下によって液冷媒が気化する状態にある。このため、例えば外気からの入熱や圧力損失などにより受液器から抜き出された液冷媒の管路で液冷媒が気化して気泡が発生すると、過冷却器の減圧手段を通る冷媒流量が変動して冷却能力が変動することになる。

本発明の課題は、受液器から抜き出された液冷媒の気化を抑制して過冷却器の冷却能力を安定させることにある。

上記課題を解決するために、本発明の冷凍装置は、ガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器により液化された冷媒を蒸発させる蒸発器と、凝縮器と蒸発器とを連結する冷媒管路に設けられた過冷却器と、冷媒管路に設けられた受液器と、受液器に溜められた液冷媒を抜き出して減圧手段を介して過冷却器に導いて蒸発させる過冷却手段とを備え、受液器と減圧手段を連結する管路に液冷媒を冷却する熱交換器を設けたことを特徴とする。

すなわち、受液器から抜き出した液冷媒を熱交換器で冷却して気化しにくくすることにより、受液器から減圧手段に至る管路で気泡が発生することを抑制する。その結果、減圧手段を介して過冷却器に導入される冷媒流量の変動を抑制でき、冷却能力を安定させることができる。

また、熱交換器は、凝縮器を冷却する気流中に配置してもよい。また、過冷却器で蒸発した冷媒は圧縮機の中間圧力部に戻すようにする。さらに、圧縮機の中間圧力部に、熱交換器と減圧手段とを連結する管路から分岐した管路を他の減圧手段を介して連結し、圧縮機を液インジェクションにより冷却する構成にする。

本発明によれば、受液器から減圧手段に至る管路での液冷媒の気化を抑制して過冷却器の冷却能力を安定させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の冷凍装置の一実施形態を示す系統構成図である。本実施形態の冷凍装置は、図１に示すように、本体１とクーラ３を冷媒管路で連結して構成されている。本体１は、圧縮機５、凝縮器７、受液器９、熱交換器１１および過冷却器１３を備えている。クーラ３は膨張弁１５および蒸発器１７を備えている。

圧縮機５はガス冷媒を圧縮するものであり、圧縮機５の吐出口は凝縮器７の一端に連結されている。凝縮器７は、図示していない空気の流路内に配置され、空気と冷媒とを熱交換するようになっている。凝縮器７の他端、つまり凝縮されて液化した冷媒の出口は、冷媒管路１９を介して受液器９に連結されている。受液器９は、液相部に一端を連通させて冷媒管路２１が設けられており、冷媒管路２１の他端は、クーラ３の膨張弁１５を介して蒸発器１７の一端に連結されている。蒸発器１７は、冷媒と例えば空気やブラインなどの冷却対象との熱交換を行うようになっている。蒸発器１７の他端、すなわち蒸発器で気化した冷媒の出口は、冷媒配管２２を介して本体１の圧縮機５の吸込口に連結されている。また、冷媒管路２１には、冷媒の状況を確認するためのサイトグラス２３が設けられている。

次に、本実施形態の特徴部および過冷却手段について説明する。過冷却器１３は冷媒管路２１に設けられ、熱交換器１１は受液器９から過冷却器１３に至る冷媒管路２１に設けられている。熱交換器１１は、凝縮器７を通流する空気の流路に配置されている。熱交換器１１から過冷却器１３に至る冷媒管路２１から分岐管２７が分岐し、電磁弁２９および減圧手段であるキャピラリ３１を介して過冷却器１３の流路２５の一端に連結されている。キャピラリ３１は流路２５内の圧力が所定の値になるように調整されている。流路２５の他端は圧縮機５の中間圧力部に連結されている。ここで、中間圧力部とは、例えば、ロータリー式の圧縮機における圧縮途中の圧力室や、複数の圧縮機を直列に配置してなる多段式の圧縮機における中間圧力ポートをいう。また、分岐管２７から分岐管３３が分岐して設けられ、電磁弁３５および減圧手段である電子式膨張弁３７を介して圧縮機５の中間圧力部に連結されている。すなわち、分岐管３３は過冷却器１３をバイパスして圧縮機５の中間圧力部に液冷媒を供給するものである。また、電子式膨張弁３７は、圧縮機５の温度が設定温度になるように開度が制御される。

このように構成した冷凍装置の動作について説明する。まず、冷凍装置の運転が開始されると、圧縮機５はガス冷媒を圧縮して凝縮器７に吐出する。凝縮器７に流入したガス冷媒は、凝縮器７を通流する空気により冷却されて凝縮し液化する。凝縮器７で液化された冷媒は、冷媒管路１９を介して受液器９に流入する。受液器９に流入した冷媒は、容器内で気相と液相に分離される。受液器９内の液冷媒は、飽和温度に近いため過冷却度が少ない。したがって、冷媒配管における圧力損失や外熱などにより液冷媒が再蒸発するフラッシュ現象が発生しやすい状態になっている。この液冷媒は、受液器９内の液相部から冷媒管路２１を介して抜き出され、熱交換器１１で空気により過冷却され、安定した状態になる。

熱交換器１１で過冷却された冷媒は、後述するように過冷却器１３において液冷媒を蒸発させて得た蒸発潜熱により過冷却される。過冷却器１３で過冷却された冷媒は膨張弁１５で減圧されて蒸発器１７に流入する。蒸発器１７に流入した液冷媒は蒸発して冷却対象を冷却する。蒸発器１７において蒸発した冷媒は冷媒管路２２を介して圧縮機５に戻される。

一方、熱交換器１１で過冷却された冷媒の一部は、分岐管２７に流入し電磁弁２９を通流してキャピラリ３１で減圧されて過冷却器１３の流路２５に流入する。流路２５に流入した冷媒は、流路２５内で蒸発し冷媒管路２１内の冷媒を過冷却し、流路２５から排出された冷媒は、圧縮機５の中間圧力部に注入される。このいわゆる中間圧インジェクションにより圧縮機５が冷却されることになる。

また、分岐管２７に流入した冷媒の一部は、分岐管２７から分岐した分岐管３３を介して分流し、電磁弁３５および電子式膨張弁３７で減圧されて圧縮機５の中間圧力部に注入される。このとき、電子式膨張弁３７は圧縮機５の温度に応じて開度が調整され、圧縮機５の温度が適正に保たれている。さらに、電磁弁２９、３５は、例えば、圧縮機５の吐出ガス温度、吐出ガス過熱度、周囲温度、液冷媒配管温度などが所定値以下になった時に閉じられるように制御されている。これによれば、圧縮機５に過大な量の冷媒が流入することを防止し、例えば、圧縮機５の温度が下がり過ぎて鉱油の粘度が上がるなどの不具合を回避できる。さらに、過冷却器１３を介して圧縮機５に冷媒を注入する経路と過冷却器１３を介さずに圧縮機５に冷媒を注入する経路とが並列に独立しているので、過冷却器１３に供給する液冷媒の量に関係なく圧縮機５に注入する冷媒量を調整できる。

以上のように本実施形態によれば、熱交換器１１を設けて液冷媒を過冷却することによって、熱交換器１１から後流側の冷媒管路において液冷媒の状態を安定させることができ、圧力損失や外熱などによって液冷媒が冷媒管路内で再蒸発するフラッシュ現象を抑制することができる。これにより、キャピラリ３１に流入する液冷媒の流れを安定させられるので過冷却器１３の流路２５に導入される冷媒流量の変動を抑制することができる。したがって、過冷却器１３の冷却能力を安定させることができる。

さらに、電子膨張弁３７に流入する液冷媒の流れも安定するので、圧縮機５の冷却を安定して行うことができる。なお、過冷却器１３で気化した冷媒は圧縮機５の吸込口に戻すことができるが、冷媒を圧縮機５の吸込口に戻すと圧縮機５が本来吸い込む冷媒量が減って冷媒循環量が低下することになる。そこで、本実施形態では圧縮機５の中間圧力部に冷媒を戻すようにして冷媒循環量の低下を抑制している。

また、本実施形態では、過冷却器１３に導入される液冷媒を減圧するための減圧手段としてキャピラリ３１を用いる構成とした。これは、過冷却器１３に流入する液冷媒の変動が抑制されるので減圧手段を可変にする必要がないからである。しかし、本実施形態では、キャピラリ３１に代えて一般に広く知られている膨張弁などの減圧手段を用いることができる。

また、本実施形態では、熱交換器１１と過冷却器１３の間の冷媒管路２１から分岐管２７を分岐させる構成としたが、分岐管２７は熱交換器１１の後流側の冷媒管路２１から分岐していればよく、例えば過冷却器１３から膨張弁１５に至る冷媒管路２１から分岐した構成としてもよい。

また、本実施形態では、凝縮器７に通流する空気の流路に熱交換器１１を配置する構成とすることで小型化を図ることができるが、これに限らず、凝縮器７および熱交換器１１の配置は任意にすることができる。

本発明の冷凍装置の一実施形態を示す系統構成図である。

符号の説明

１ 本体
３ クーラ
５ 圧縮機
７ 凝縮器
９ 受液器
１１ 熱交換器
１３ 過冷却器
１５ 膨張弁
１７ 蒸発器
２１ 冷媒管路
２７、３３ 分岐管
２９、３５ 電磁弁
３１ キャピラリ
３７ 電子式膨張弁

Claims (3)

1. ガス冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器により液化された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する冷媒管路に設けられた過冷却器と、前記冷媒管路に設けられた受液器と、該受液器に溜められた液冷媒を抜き出して減圧手段を介して前記過冷却器に導いて蒸発させる過冷却手段とを備えた冷凍装置において、
   前記受液器と前記減圧手段を連結する管路に前記液冷媒を冷却する熱交換器を設けたことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記熱交換器を前記凝縮器を冷却する気流中に配置したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記過冷却器で蒸発した冷媒を前記圧縮機の中間圧力部に戻す管路と、前記熱交換器と前記減圧手段とを連結する管路から分岐して他の減圧手段を介して前記圧縮機の中間圧力部に連結された管路とを備えてなる請求項１または２に記載の冷凍装置。
   

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