JP2010151390A

JP2010151390A - 温度調整装置

Info

Publication number: JP2010151390A
Application number: JP2008331023A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yokoyama; 真司横山; Yoshihiro Suzuki; 美博鈴木; Eiji Takizawa; 栄治瀧澤
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】熱交換器内での熱媒体の圧力損失の増加を回避しつつ熱交換器から圧縮機への油戻りを円滑にする。
【解決手段】圧縮機１０で圧縮された潤滑油を含有する熱媒体を冷却する第１熱交換器１２、膨張弁１４、熱媒体を加温する第２熱交換器１６、アキュムレータ１８とを具備し、第２熱交換器に供給した温度調整対象の冷却水を、熱媒体との熱交換によって所定温度に調整する温度調整装置であって、圧縮機に対して最も高い位置に設置された第１熱交換器から膨張弁、第２熱交換器及びアキュムレータの順序で順次低位置方向に配設され、且つ第１熱交換器及び第２熱交換器の各々には、熱交換器内で凝縮した潤滑油が重力で熱交換器外に排出されるように、熱媒体の供給口が熱媒体の出口よりも高い位置に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は温度調整装置に関し、更に詳細には潤滑油を含有する熱媒体を用いた温度調整装置に関する。

温度調整装置として、例えば冷蔵庫等で冷蔵庫内の空気を冷却して所望温度に調整する冷却装置として、下記特許文献１に図４に示す冷却装置が提案されている。
図４に示す冷却装置では、圧縮機１００で圧縮された潤滑油が混合した熱媒体を、放熱器である第１熱交換器１０２で放熱させた後、キャピラリー等の膨張手段１０４によって断熱的に膨張して冷却し、第２冷却器１０６に供給する。第２冷却器１０６は、フィンアンドチューブ方式の熱交換器であって、冷蔵庫内の空気を所望温度に冷却する。
第２冷却器１０６を通過した熱媒体は、圧縮機１００によって再度圧縮されて、第１熱交換器１０２に供給される。
かかる第１熱交換器１０２及び第２熱交換器１０６では、潤滑油を同伴する熱媒体が通過する熱交換チューブが折り曲げられている。このため、熱交換チューブの折り曲げられた箇所に潤滑油が溜まり、放熱効率や熱交換効率が低下するおそれがあった。
この点、特許文献１には、熱交換チューブの折り曲げられた部分の内径を、同一熱交換器を構成する熱交換チューブの直管部分の内径よりも細くし、熱交換チューブの折り曲げられた部分の流速を早くして、潤滑油が溜まり難くしている。
特開２００３−１５６２６６号公報

前掲の特許文献１に提案された冷却装置によれば、第１熱交換器１０２及び第２熱交換器１０６が、熱交換チューブの折り曲げられた箇所に潤滑油が溜まることに因る放熱効率や熱交換効率が低下するおそれを解消できる。
しかしながら、熱交換チューブの折り曲げられた部分の内径を、同一熱交換器を構成する熱交換チューブの直管部分の内径よりも細くすることによって、熱交換チューブの折り曲げられた部分での熱媒体の圧力損失が増大し、圧縮機１００の吐出圧が高くなる。
この様に、圧縮機１００の吐出圧が高くなることは、省エネルギーの観点からは好ましくない。
そこで、本発明は、熱媒体の流速を向上して凝縮した潤滑油が熱交換チューブ内に溜まることを防止すべく、熱交換チューブの一部の内径を細くし、熱交換器内での熱媒体の圧力損失が増大する従来の温度調整装置の課題を解決し、熱交換器内での圧力損失の増大を招くことなく凝縮した潤滑油が圧縮機に容易に戻る温度調整装置を提供することにある。

本発明者等は、図４に示す冷却装置について検討したところと、圧縮機１００で圧縮された潤滑油を含有する熱媒体が、第１熱交換器１０２及び第２熱交換器１０６を構成する熱交換チューブを下から上に流れる部分が存在する。
しかも、熱媒体が下から上に流れる熱交換チューブでは、熱媒体が熱交換チューブの上方に移動するに伴って、潤滑油及び熱媒体が凝縮し、熱媒体の流速は低下する。
このため、熱交換チューブ内で凝縮した潤滑油は、熱交換チューブの下方に溜まり易くなるものと考えられる。
本発明者等は、かかる知見に基づいて、熱交換器内での圧力損失の増大を招くことなく凝縮した潤滑油を圧縮機に戻すには、熱交換器等で凝縮した潤滑油を自重によって圧縮機に戻すことが最も容易であると考え検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、吐出される圧縮熱媒体中に潤滑油が同伴する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された熱媒体を冷却する第１熱交換器と、前記第１熱交換器で冷却された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却する膨張手段と、前記膨張手段で膨張されて冷却された熱媒体を加温する第２熱交換器と、前記第２熱交換器を通過した熱媒体を前記圧縮機に供給する供給手段とを具備し、前記第１熱交換器又は第２熱交換器に供給された温度調整対象の流体が、熱媒体との熱交換によって所定温度に調整される温度調整装置であって、前記熱媒体と同伴して凝縮した潤滑油が自重によって圧縮機に戻るように、前記第１熱交換器、膨張手段、第２熱交換器及び供給手段が前記圧縮機よりも高い位置に配設されていると共に、最も高い位置に配設された前記第１熱交換器から膨張手段、第２熱交換器及び供給手段の順序で順次低位置方向に配設され、且つ前記第１熱交換器及び第２熱交換器の各々には、前記熱交換器内で凝縮した潤滑油が自重で熱交換器外に排出されるように、熱媒体の供給口が熱媒体の出口よりも高い位置に設けられていることを特徴とする温度調整装置にある。
かかる本発明において、第１熱交換器、膨張手段、第２熱交換器及び供給手段を連結し、凝縮した潤滑油及び熱媒体が通過する配管を、前記熱媒体が水平方向又は上方から下方方向に通過する配管とすることによって、凝縮した潤滑油が配管内に溜まる事態を防止できる。
また、第１熱交換器としてフィンアンドチューブ方式の熱交換器を用い、第２熱交換器としてプレート方式の熱交換器を用いることが熱交換の効率面の観点から好適である。
更に、供給手段には、第２熱交換器の出口から排出された潤滑油含有の熱媒体を、気液分離して貯留するアキュームレータを含むことによって、圧縮機に液状の熱媒体を供給する事態を防止できる。

本発明に係る温度調整装置では、圧縮機よりも高い位置に配設された第１熱交換器、膨張手段、第２熱交換器及び供給手段が、最も高い位置に配設された第１熱交換器から膨張手段、第２熱交換器及び供給手段の順序で順次低位置方向に配設され、且つ第１熱交換器及び第２熱交換器の各々には、熱交換器内で凝縮した潤滑油が自重で熱交換器外に排出されるように、熱媒体の供給口が熱媒体の出口よりも高い位置に設けられている。
このため、本発明に係る温度調整装置を構成する第１熱交換器、膨張手段、第２熱交換器及び供給手段の各部材内で凝縮した潤滑油は、自重と熱媒体の移動とによって各部材内から排出されて圧縮機に戻すことができる。
その結果、熱交換器内での熱媒体の圧力損失増大の事態、例えば熱交換器を構成する熱交換チューブの内径を細くして、熱交換チューブ内の熱媒体の流速を高めることを施すことなく、凝縮した潤滑油を圧縮機に戻すことができる。

本発明に係る温度調整装置の一例として冷却装置の例を図１に示す。図１に示す冷却装置では、圧縮機１０で圧縮した潤滑油が同伴した熱媒体を、放熱器である第１熱交換器１２で放熱した後、膨張手段としての膨張弁１４によって断熱的に膨張して冷却し、第２熱交換器１６に供給する。
この第１熱交換器１２は、熱交換チューブにフィンが設けられたフィンアンドチューブ方式の熱交換器であって、図４に示す第１熱交換器１０６の様に、潤滑油含有の熱媒体が供給される熱交換チューブは、その一部が水平部分となるようにジグザグ状に折り曲げられている。かかる第１熱交換器１２では、潤滑油含有の熱媒体が供給される供給口は第１熱交換器１２の上部に設けられており、熱媒体が排出される排出口は第１熱交換器１２の下部に設けられている。
この第１熱交換器１２では、熱交換チューブに供給された潤滑油が同伴する熱媒体は、熱交換チューブの外周面側に供給される空気によって冷却される。

一般的に、フィンアンドチューブ方式の熱交換器は、図４に示す第１熱交換器１０６の様に、熱媒体を供給する配管よりも細いＵ字状に折り曲げられた複数本の熱交換チューブの各々を、その直管部分が水平となるように並列に配列されている。これらの熱交換チューブの各外周面には、フィンが設けられており、その伝熱面積を拡大している。
かかるフィンアンドチューブ方式の熱交換器では、従来、熱交換器の下方に設けられた供給口から熱媒体を供給し、熱交換器の上方に設けられた排出口から熱媒体を排出している。比重が小さくて上昇し易い半ガス状態の熱媒体の通りがよくなるものと考えられたからである。
しかし、熱交換器の下方に設けられた供給口から供給された熱媒体は、熱交換器の上方に設けられた排出口方向に移動しつつ凝縮されるため、熱交換チューブ内での熱媒体の流速は上方ほど低下する。
このため、潤滑油含有の熱媒体では、熱媒体の凝縮に伴って凝縮した潤滑油は、熱媒体の流速によって、熱交換器の上方に設けられた排出口まで移動できず、熱交換チューブの下方に溜まり易くなる。
この点、図１に示す温度調整装置では、フィンアンドチューブ方式の熱交換器を採用した第１熱交換器１２の上部に、熱交換チューブの各々に熱媒体を供給する供給口１２ａ，１２ａ・・が設けられている。この供給口１２ａ，１２ａ・・には、熱媒体を供給する供給配管Ｐ_０から分岐された分岐配管が接続されている。
更に、第１熱交換器１２の下部には、熱交換チューブの各々からの熱媒体の排出口１２ｂ、１２ｂ・・が設けられている。この排出口１２ｂ、１２ｂ・・の各々に接続された分岐管によって、排出口１２ｂ、１２ｂ・・の各々から排出された熱媒体が配管Ｐ_１に集合される。
かかる第１熱交換器１２では、その上部に設けられた供給口１２ａ，１２ａ・・に供給された熱媒体は、熱交換チューブの各々を流下しつつ凝縮される。その際に、同伴していた潤滑油も凝縮する。
凝縮した熱媒体及び潤滑油は、未凝縮（ガス状）の熱媒体の流動と自重とによって、第１熱交換器１２の下部に設けられた排出口１２ｂ、１２ｂ・・から押し出されて配管Ｐ_１に至る。

また、第２熱交換器１６は、上下方向に複数枚のプレートが積層されており、プレート間の隙間を交互に潤滑油含有の熱媒体と冷却水とが通過するプレート方式の熱交換器である。かかる第２熱交換器１６でも、潤滑油含有の熱媒体が供給される供給口は第２熱交換器１６の上部に設けられており、熱媒体を排出する排出口は第２熱交換器１６の下部に設けられている。
この第２熱交換器１６では、熱媒体と冷却水とが向流に流れて熱交換し、冷却水を所望温度に冷却する。
かかる第２熱交換器１６を通過した熱媒体は、アキュムレータ１８で気液分離され、気体状の熱媒体は圧縮機１０に供給される。
図１に示す冷却装置では、第１熱交換器１２、膨張弁１４、第２熱交換器１６及びアキュムレータ１８は、圧縮機１０よりも高い位置に配設されていると共に、最も高い位置に配設された第１熱交換器１６から膨張弁１４、第２熱交換器１６及びアキュムレータ１８の順序で順次低位置方向に配設されている。
ここで、各機器の各々を、上位位置の機器の排出口を、その直下位置の機器の供給口よりも上方に位置するように配設することによって、第１熱交換器１２、膨張弁１４、第２熱交換器１６及びアキュムレータ１８を連結し、凝縮した潤滑油及び熱媒体が通過する配管Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３の各々を、熱媒体が水平方向又は上方から下方方向に通過する配管とすることができる。
特に、水平方向に延びる配管には、その上流から下流の方向に若干の傾斜（例えば１／１００〜１／１０）を設けることによって、配管内に溜まる潤滑油を更に一層少なくできる。
尚、図１に示す冷却装置では、圧縮機１０から第1熱交換器１２への配管Ｐ_０のみが、下方から上方に熱媒体が流れるが、配管Ｐ_０を流れる熱媒体は、圧縮機１０で圧縮された高温の熱媒体であり且つ流量も多いため、熱媒体に同伴している潤滑油が配管Ｐ_０に溜まるおそれはない。

かかる図１に示す冷却装置では、第１熱交換器１２及び第２熱交換器１６の内部で凝縮した潤滑油は、その自重と熱媒体の流動とによって、各熱交換器外に排出される。
更に、熱交換器外に排出された潤滑油は、配管内に溜まることなく、その自重及び熱媒体の流動によって下方に移動し、アキュムレータ１８を経由して、圧縮機１０に再供給される。
このため、熱交換器を構成する熱交換チューブの一部の内径を細くして、熱媒体の流速を高めるような、熱交換器内での熱媒体の圧力損失を招く事態を惹起することなく、熱交換器等で凝縮した潤滑油をアキュムレータ１８に戻すことができる。
図１に示す冷却装置では、第２熱交換器１６として、プレート方式の熱交換器を用いたが、図２に示す様に、二重管式熱交換器を用いることができる。この二重管式熱交換器では、内管内を流れる冷却水と外管内を流れる熱媒体とが向流となるように供給される。
また、図１及び図２に示す冷却装置では、第２熱交換器１６に供給する温度調整対象として冷却水を用いたが、温度調整対象として空気を第２熱交換器１６に供給する場合には、図３に示す様に、第２熱交換器１６として、第１熱交換器１２と同様に、熱交換チューブにフィンが設けられたフィンアンドチューブ方式の熱交換器を用いる。

このフィンアンドチューブ方式の第２熱交換器１６は、フィンアンドチューブ方式の熱交換器を採用した第２熱交換器１６の上部に、熱交換チューブの各々に熱媒体を供給する供給口１６ａ，１６ａ・・が設けられている。この供給口１６ａ，１６ａ・・には、膨張弁１４を通過した熱媒体を供給する配管Ｐ_１から分岐された分岐配管が接続されている。
更に、第２熱交換器１６の下部には、熱交換チューブの各々からの熱媒体の排出口１６ｂ、１６ｂ・・が設けられている。この排出口１６ｂ、１６ｂ・・の各々に接続された分岐管によって、排出口１６ｂ、１６ｂ・・の各々から排出された熱媒体が配管Ｐ_３に集合される。
かかる第２熱交換器１６では、その上部に設けられた供給口１６ａ，１６ａ・・に供給された熱媒体は、熱交換チューブの各々を流下しつつ凝縮される。その際に、同伴していた潤滑油も凝縮する。
凝縮した熱媒体及び潤滑油は、未凝縮（ガス状）の熱媒体の流動と自重とによって、第２熱交換器１６の下部に設けられた排出口１６ｂ、１６ｂ・・から押し出されて配管Ｐ_３に至る。
図３に示す第２熱交換器１６には、温度調整対象の空気が供給され、熱交換チューブに供給される熱媒体と熱交換し、空気を所望温度に冷却する。

以上、説明してきた図１〜図３の温度調整装置は、冷却装置として用いているが、加温装置としても用いることができる。
この場合には、図１〜図３に示す第１熱交換器１２に、温度調整対象の流体を供給することによって、第１熱交換器１２を通過する流体を所望温度に加温できる。
図１〜図３に示す第１熱交換器１２は、フィンアンドチューブ方式の熱交換器であるため、温度調整対象としては空気であるが、第１熱交換器１２として、第２熱交換器１６と同様に、プレート方式の熱交換器又は二重管式熱交換器を採用し、水等の液体を所定温度に加温することも可能である。
この様に、図１〜図３に示す温度調整装置を加温装置として用いる場合、第２熱交換器１６は、ヒートポンプの吸熱器として機能する。このため、第２熱交換器１６には、排熱として処分する流体を供給してもよい。
尚、本発明において言う「熱媒体中に潤滑油が同伴する」とは、潤滑油が熱媒体中に含有されている状態を言い、例えば潤滑油が油滴状、ミスト状、塊粒状、フレーク状等の種々の形態で熱媒体中に含有されている状態を含む。

本発明に係る温度調整装置の一例を説明する概略配管図である。本発明に係る温度調整装置の他の例を説明する概略配管図である。本発明に係る温度調整装置の他の例を説明する概略配管図である。従来の冷却装置を説明する概略配管図である。

符号の説明

１０圧縮機
１２第１熱交換器
１２ａ，１６ａ供給口
１２ｂ，１６ｂ排出口
１４膨張弁
１６第２熱交換器
１８アキュムレータ

Claims

吐出される圧縮熱媒体中に潤滑油が同伴する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された熱媒体を冷却する第１熱交換器と、前記第１熱交換器で冷却された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却する膨張手段と、前記膨張手段で膨張されて冷却された熱媒体を加温する第２熱交換器と、前記第２熱交換器を通過した熱媒体を前記圧縮機に供給する供給手段とを具備し、
前記第１熱交換器又は第２熱交換器に供給された温度調整対象の流体が、熱媒体との熱交換によって所定温度に調整される温度調整装置であって、
前記熱媒体と同伴して凝縮した潤滑油が自重によって圧縮機に戻るように、前記第１熱交換器、膨張手段、第２熱交換器及び供給手段が前記圧縮機よりも高い位置に配設されていると共に、最も高い位置に配設された前記第１熱交換器から膨張手段、第２熱交換器及び供給手段の順序で順次低位置方向に配設され、
且つ前記第１熱交換器及び第２熱交換器の各々には、前記熱交換器内で凝縮した潤滑油が自重で熱交換器外に排出されるように、熱媒体の供給口が熱媒体の出口よりも高い位置に設けられていることを特徴とする温度調整装置。
第１熱交換器、膨張手段、第２熱交換器及び供給手段を連結し、凝縮した潤滑油及び熱媒体が通過する配管が、前記熱媒体が水平方向又は上方から下方方向に通過する配管である請求項１記載の温度調整装置。
第１熱交換器がフィンアンドチューブ方式の熱交換器であり、第２熱交換器がプレート方式の熱交換器である請求項１又は請求項２記載の温度調整装置。
供給手段には、第２熱交換器の出口から排出された潤滑油及び熱媒体を、気液分離して貯留するアキュームレータを含む請求項１〜３のいずれか一項記載の温度調整装置。