JP2018059655A - Refrigeration cycle device - Google Patents

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文紀 河野
伊織 丸橋
Iori Maruhashi
伊織 丸橋
朋一郎 田村
Tomoichiro Tamura
朋一郎 田村
道美 日下
Michimi Kusaka
道美 日下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for sufficiently securing a flow rate of a refrigerant from a condenser to an evaporator.SOLUTION: A refrigeration cycle device (100) includes: an evaporator (6); a compressor (3); a condenser (4); a steam route (7) including a first portion (7a) for connecting an outlet of the evaporator (6) and an inlet of the compressor (3) and a second portion (7b) for connecting an outlet of the compressor (3) and an inlet of the condenser (4); a return route (5) for connecting an outlet of the condenser (4) and an inlet of the evaporator (6); a valve (8) disposed in a return route (5); and a heat exchanger (9) disposed between the outlet of the condenser (4) and an inlet of the valve (8) in the return route (5) and configured to exchange heat between a refrigerant in the evaporator (6) and a refrigerant to be supplied to the valve (8).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。   The present disclosure relates to a refrigeration cycle apparatus.

空気調和装置、チラー装置などの冷凍サイクル装置には、フロン冷媒又は代替フロン冷媒が広く利用されている。しかし、これらの冷媒は、オゾン層の破壊、地球温暖化などの課題を有している。そこで、地球環境に対する負荷が極めて小さい冷媒として水を用いた空気調和装置が提案されている。   In refrigeration cycle apparatuses such as air conditioners and chiller apparatuses, chlorofluorocarbon refrigerants or alternative chlorofluorocarbon refrigerants are widely used. However, these refrigerants have problems such as destruction of the ozone layer and global warming. Then, the air conditioning apparatus which used water as a refrigerant | coolant with a very small load with respect to a global environment is proposed.

図4に示すように、従来の冷凍サイクル装置300は、蒸発器301、第1圧縮機302、第2圧縮機303、凝縮器304、蒸気経路305、液経路306及び膨張機構307を備えている。冷凍サイクル装置300では、冷媒として水が使用されている。   As shown in FIG. 4, the conventional refrigeration cycle apparatus 300 includes an evaporator 301, a first compressor 302, a second compressor 303, a condenser 304, a vapor path 305, a liquid path 306, and an expansion mechanism 307. . In the refrigeration cycle apparatus 300, water is used as a refrigerant.

国際公開第2012/147366号International Publication No. 2012/147366

水を冷媒として用いた冷凍サイクル装置は、低真空域の圧力で動作する。このような冷凍サイクル装置においては、液相の冷媒の体積に比べて気相の冷媒の体積が非常に大きい。このことは、凝縮器から蒸発器に冷媒を移動させるための経路における冷媒の流量の制御を困難にする。   A refrigeration cycle apparatus using water as a refrigerant operates at a pressure in a low vacuum region. In such a refrigeration cycle apparatus, the volume of the gas phase refrigerant is much larger than the volume of the liquid phase refrigerant. This makes it difficult to control the flow rate of the refrigerant in the path for moving the refrigerant from the condenser to the evaporator.

本開示は、凝縮器から蒸発器への冷媒の流量を十分に確保するための技術を提供することを目的とする。   An object of the present disclosure is to provide a technique for sufficiently securing the flow rate of the refrigerant from the condenser to the evaporator.

すなわち、本開示は、
蒸発器と、
少なくとも1つの圧縮機を含む圧縮機構と、
凝縮器と、
前記蒸発器の出口と前記圧縮機構の入口とを接続している第1部分、及び、前記圧縮機構の出口と前記凝縮器の入口とを接続している第2部分を含む蒸気経路と、
前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とを接続している戻し経路と、
前記戻し経路に配置された弁と、
前記凝縮器の出口と前記弁の入口との間において前記戻し経路に配置され、前記蒸発器の内部の冷媒と前記弁に供給されるべき冷媒とを熱交換させるように構成された熱交換器と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
That is, this disclosure
An evaporator,
A compression mechanism including at least one compressor;
A condenser,
A vapor path including a first portion connecting the outlet of the evaporator and the inlet of the compression mechanism, and a second portion connecting the outlet of the compression mechanism and the inlet of the condenser;
A return path connecting the outlet of the condenser and the inlet of the evaporator;
A valve disposed in the return path;
A heat exchanger arranged in the return path between the outlet of the condenser and the inlet of the valve and configured to exchange heat between the refrigerant inside the evaporator and the refrigerant to be supplied to the valve When,
A refrigeration cycle apparatus is provided.

本開示の技術によれば、凝縮器から蒸発器への冷媒の流量を十分に確保することができる。つまり、長時間にわたって定常的な運転が可能な冷凍サイクル装置を提供できる。   According to the technology of the present disclosure, it is possible to sufficiently ensure the flow rate of the refrigerant from the condenser to the evaporator. That is, it is possible to provide a refrigeration cycle apparatus capable of steady operation for a long time.

図1は、本開示の実施形態1にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 of the present disclosure. 図2は、変形例にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to a modification. 図3は、本開示の実施形態2にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of the refrigeration cycle apparatus according to the second embodiment of the present disclosure. 図4は、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of the refrigeration cycle apparatus described in Patent Document 1.

(本開示の基礎となった知見)
液相状態での体積に比べて気相状態での体積が非常に大きい冷媒が冷凍サイクル装置に使用されている場合、次のような課題が生じやすい。すなわち、膨張弁の下流側において配管内に蒸気がトラップされることにより、配管内における流動圧力損失が大幅に増加する。また、膨張弁の内部のフラッシュ蒸気によって流路の閉塞が起こる。これらの要因により、凝縮器から蒸発器に戻されるべき冷媒の流量が大幅に減少したり、凝縮器から蒸発器に向けて冷媒が流れなくなったりする。その結果、蒸発器において冷媒が枯渇し、冷凍サイクル装置の運転を継続することが困難になる。
(Knowledge that became the basis of this disclosure)
When a refrigerant having a very large volume in the gas phase compared to the volume in the liquid phase is used in the refrigeration cycle apparatus, the following problems are likely to occur. That is, when the steam is trapped in the pipe on the downstream side of the expansion valve, the flow pressure loss in the pipe is greatly increased. Further, the flow path is blocked by the flash vapor inside the expansion valve. Due to these factors, the flow rate of the refrigerant to be returned from the condenser to the evaporator is greatly reduced, or the refrigerant does not flow from the condenser toward the evaporator. As a result, the refrigerant is depleted in the evaporator, making it difficult to continue the operation of the refrigeration cycle apparatus.

本開示の第1態様にかかる冷凍サイクル装置は、
蒸発器と、
少なくとも1つの圧縮機を含む圧縮機構と、
凝縮器と、
前記蒸発器の出口と前記圧縮機構の入口とを接続している第1部分、及び、前記圧縮機構の出口と前記凝縮器の入口とを接続している第2部分を含む蒸気経路と、
前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とを接続している戻し経路と、
前記戻し経路に配置された弁と、
前記凝縮器の出口と前記弁の入口との間において前記戻し経路に配置され、前記蒸発器の内部の冷媒と前記弁に供給されるべき冷媒とを熱交換させるように構成された熱交換器と、
を備えたものである。
The refrigeration cycle apparatus according to the first aspect of the present disclosure includes:
An evaporator,
A compression mechanism including at least one compressor;
A condenser,
A vapor path including a first portion connecting the outlet of the evaporator and the inlet of the compression mechanism, and a second portion connecting the outlet of the compression mechanism and the inlet of the condenser;
A return path connecting the outlet of the condenser and the inlet of the evaporator;
A valve disposed in the return path;
A heat exchanger arranged in the return path between the outlet of the condenser and the inlet of the valve and configured to exchange heat between the refrigerant inside the evaporator and the refrigerant to be supplied to the valve When,
It is equipped with.

本開示の第1態様によれば、凝縮器の液相の冷媒は、凝縮器から弁への経路上において熱交換器で冷却され、過冷却状態になる。したがって、弁を通過した冷媒のフラッシュ蒸発量が減少し、ボイド率も減少する。冷媒は、液相の状態を保ったまま、弁を通過する。そのため、弁を通過する冷媒の流量を十分に確保することが可能になる。また、蒸発器の内部に貯留された液相の冷媒及び/又は蒸発器で発生した気相の冷媒によって、凝縮器から弁に供給されるべき冷媒を効率的に冷却することができる。空気、冷却水などの冷却用流体を外部から供給する必要も無い。冷凍サイクルの熱収支の計算も容易である。   According to the first aspect of the present disclosure, the liquid-phase refrigerant of the condenser is cooled by the heat exchanger on the path from the condenser to the valve, and becomes a supercooled state. Therefore, the flash evaporation amount of the refrigerant that has passed through the valve is reduced, and the void ratio is also reduced. The refrigerant passes through the valve while maintaining the liquid phase state. Therefore, it becomes possible to ensure a sufficient flow rate of the refrigerant passing through the valve. In addition, the refrigerant to be supplied from the condenser to the valve can be efficiently cooled by the liquid-phase refrigerant stored in the evaporator and / or the gas-phase refrigerant generated in the evaporator. There is no need to supply a cooling fluid such as air or cooling water from the outside. It is easy to calculate the heat balance of the refrigeration cycle.

本開示の第2態様において、例えば、第1態様にかかる冷凍サイクル装置の前記熱交換器は、前記蒸発器の内部に配置されている。第2態様によれば、空気、冷却水などの冷却用流体を外部から供給する必要が無いうえ、蒸発器の中から冷媒を外部に取り出す必要もない。したがって、冷凍サイクル装置の構造の複雑化を避けることができる。   In the second aspect of the present disclosure, for example, the heat exchanger of the refrigeration cycle apparatus according to the first aspect is disposed inside the evaporator. According to the second aspect, it is not necessary to supply a cooling fluid such as air or cooling water from the outside, and it is not necessary to take out the refrigerant from the evaporator. Therefore, complication of the structure of the refrigeration cycle apparatus can be avoided.

本開示の第3態様において、例えば、第2態様にかかる冷凍サイクル装置の前記蒸発器は、水平面に平行な気液界面が内部に形成されるように構成された耐圧容器であり、前記熱交換器は、前記蒸発器の内部における下部に配置されている。第3態様によれば、熱交換器に液相の冷媒を確実に接触させることができるので、効率的な熱交換を期待できる。その結果、サイズの小さい熱交換器を採用することが可能になる。   In the third aspect of the present disclosure, for example, the evaporator of the refrigeration cycle apparatus according to the second aspect is a pressure vessel configured so that a gas-liquid interface parallel to a horizontal plane is formed therein, and the heat exchange The vessel is arranged in the lower part inside the evaporator. According to the third aspect, liquid phase refrigerant can be reliably brought into contact with the heat exchanger, so that efficient heat exchange can be expected. As a result, it is possible to employ a heat exchanger with a small size.

本開示の第4態様において、例えば、第1〜第3態様のいずれか1つにかかる冷凍サイクル装置の前記圧縮機構は、第1圧縮機、第2圧縮機、及び、前記第1圧縮機の吐出口と前記第2圧縮機の吸入口とを接続している中間経路とを含み、前記中間経路は、中間冷却器を含み、前記戻し経路は、前記凝縮器の出口と前記中間冷却器とを接続している上流側部分と、前記中間冷却器と前記蒸発器の入口とを接続している下流側部分とを含み、前記下流側部分に前記弁及び前記熱交換器が配置されている。このような構成によれば、第1圧縮機で圧縮された気相の冷媒の温度を凝縮器から蒸発器に移されるべき液相の冷媒で効率的に冷却することができる。   In the fourth aspect of the present disclosure, for example, the compression mechanism of the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to third aspects includes a first compressor, a second compressor, and the first compressor. An intermediate path connecting the discharge port and the suction port of the second compressor, the intermediate path includes an intermediate cooler, and the return path includes an outlet of the condenser, the intermediate cooler, And an upstream part connecting the intermediate cooler and the inlet of the evaporator, and the valve and the heat exchanger are arranged in the downstream part . According to such a configuration, the temperature of the gas-phase refrigerant compressed by the first compressor can be efficiently cooled by the liquid-phase refrigerant to be transferred from the condenser to the evaporator.

本開示の第5態様において、例えば、第4態様にかかる冷凍サイクル装置の前記戻し経路の前記下流側部分に配置された前記弁及び前記熱交換器をそれぞれ第1弁及び第1熱交換器と定義したとき、前記冷凍サイクル装置は、前記戻し経路の前記上流側部分に配置された第2弁と、前記凝縮器の出口と前記第2弁の入口との間において前記戻し経路の前記上流側部分に配置された第2熱交換器と、をさらに備えている。第5態様によれば、凝縮器の液相の冷媒は、凝縮器から第2弁への経路上において第2熱交換器で冷却され、過冷却状態になる。したがって、第2弁を通過した冷媒のフラッシュ蒸発量が減少し、ボイド率も減少する。冷媒は、液相の状態を保ったまま、第2弁を通過する。そのため、第2弁を通過する冷媒の流量を十分に確保することが可能になる。   In the fifth aspect of the present disclosure, for example, the valve and the heat exchanger arranged in the downstream portion of the return path of the refrigeration cycle apparatus according to the fourth aspect are respectively a first valve and a first heat exchanger. When defined, the refrigeration cycle apparatus includes the second valve disposed in the upstream portion of the return path, and the upstream side of the return path between the outlet of the condenser and the inlet of the second valve. And a second heat exchanger disposed in the portion. According to the fifth aspect, the liquid-phase refrigerant of the condenser is cooled by the second heat exchanger on the path from the condenser to the second valve, and is in a supercooled state. Therefore, the flash evaporation amount of the refrigerant that has passed through the second valve is reduced, and the void ratio is also reduced. The refrigerant passes through the second valve while maintaining the liquid phase state. Therefore, it becomes possible to ensure a sufficient flow rate of the refrigerant passing through the second valve.

本開示の第6態様において、例えば、第5態様にかかる冷凍サイクル装置の前記第2熱交換器は、前記中間冷却器の内部に配置されている。第6態様によれば、空気、冷却水などの冷却用流体を外部から供給する必要が無いうえ、中間冷却器の中から冷媒を外部に取り出す必要もない。したがって、冷凍サイクル装置の構造の複雑化を避けることができる。   In the sixth aspect of the present disclosure, for example, the second heat exchanger of the refrigeration cycle apparatus according to the fifth aspect is disposed inside the intermediate cooler. According to the sixth aspect, there is no need to supply a cooling fluid such as air or cooling water from the outside, and there is no need to take out the refrigerant from the intermediate cooler. Therefore, complication of the structure of the refrigeration cycle apparatus can be avoided.

本開示の第7態様において、例えば、第1〜第6態様にかかる冷凍サイクル装置には、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒が充填されている。上記した各構成は、このような冷媒を用いた冷凍サイクル装置において特に高い効果を発揮する。   In the seventh aspect of the present disclosure, for example, the refrigeration cycle apparatus according to the first to sixth aspects is filled with a refrigerant having a negative saturated vapor pressure at normal temperature. Each configuration described above exhibits a particularly high effect in a refrigeration cycle apparatus using such a refrigerant.

本開示の第8態様において、例えば、第7態様にかかる冷凍サイクル装置の前記冷媒は、主成分として水を含む。水を含む冷媒は、低GWP冷媒として有用である。   In the eighth aspect of the present disclosure, for example, the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus according to the seventh aspect includes water as a main component. A refrigerant containing water is useful as a low GWP refrigerant.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments.

(実施形態1)
図1に示すように、冷凍サイクル装置100は、蒸発器6、圧縮機3、凝縮器4、蒸気経路7及び戻し経路5を備えている。戻し経路5には弁8及び熱交換器9が配置されている。気相の冷媒(冷媒蒸気)及び液相の冷媒(冷媒液)からなる群より選ばれる少なくとも1つの流体によって、弁8(第1弁)に供給されるべき冷媒が熱交換器9において冷却される。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the refrigeration cycle apparatus 100 includes an evaporator 6, a compressor 3, a condenser 4, a vapor path 7, and a return path 5. A valve 8 and a heat exchanger 9 are arranged in the return path 5. The refrigerant to be supplied to the valve 8 (first valve) is cooled in the heat exchanger 9 by at least one fluid selected from the group consisting of a gas phase refrigerant (refrigerant vapor) and a liquid phase refrigerant (refrigerant liquid). The

冷凍サイクル装置100には、常温(日本工業規格:20℃±15℃/JIS Z8703)での飽和蒸気圧が負圧(絶対圧で大気圧よりも低い圧力)の物質を主成分として含む冷媒が充填されている。このような冷媒としては、水を主成分として含む冷媒、R1233zdに代表されるHFO冷媒などが挙げられる。これらの冷媒は、低GWP冷媒として知られている。凍結防止などの理由から、水を主成分として含み、エチレングリコール、ナイブライン、無機塩類などが質量%に換算して10〜40%混合された冷媒を用いることもできる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。   The refrigeration cycle apparatus 100 includes a refrigerant mainly containing a substance having a saturated vapor pressure at normal temperature (Japanese Industrial Standard: 20 ° C. ± 15 ° C./JIS Z8703) and a negative pressure (absolute pressure lower than atmospheric pressure). Filled. Examples of such a refrigerant include a refrigerant containing water as a main component and an HFO refrigerant typified by R1233zd. These refrigerants are known as low GWP refrigerants. For reasons such as freezing prevention, it is also possible to use a refrigerant containing water as a main component and mixed with 10 to 40% in terms of mass% of ethylene glycol, naive brine, inorganic salts, and the like. The “main component” means a component that is contained most in mass ratio.

また、冷凍サイクル装置100は、吸熱回路30及び放熱回路40を備えている。吸熱回路30は、蒸発器6に接続された熱負荷である。放熱回路40は、凝縮器4に接続された熱負荷である。吸熱回路30を通じて、蒸発器6に貯留された冷媒に外部から熱が与えられる。放熱回路40を通じて、凝縮器4に貯留された冷媒から外部に熱が放出される。   The refrigeration cycle apparatus 100 includes a heat absorption circuit 30 and a heat dissipation circuit 40. The heat absorption circuit 30 is a heat load connected to the evaporator 6. The heat dissipation circuit 40 is a heat load connected to the condenser 4. Heat is given to the refrigerant stored in the evaporator 6 from the outside through the heat absorption circuit 30. Heat is released from the refrigerant stored in the condenser 4 to the outside through the heat dissipation circuit 40.

吸熱回路30は、蒸発器6に貯留された液相の冷媒を使用して、空気、水などの流体を冷却するための回路である。吸熱回路30は、熱交換器32、ポンプ34、流路30a及び流路30bを有する。流路30aは、蒸発器6に接続された一端と、熱交換器32の入口に接続された他端とを有する。流路30bは、熱交換器32の出口に接続された一端と、蒸発器6に接続された他端とを有する。ポンプ34は、流路30aに配置されている。熱交換器32の例として、フィンチューブ熱交換器、プレート熱交換器などが挙げられる。冷凍サイクル装置100が空気調和装置であるとき、熱交換器32は、室内機の一部でありうる。吸熱回路30に液相の冷媒を循環させることによって、室内の空気を冷却することができる。熱交換器32は、水、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの液体と液相の冷媒とを熱交換させる液−液熱交換器であってもよい。熱交換器32は、気体又は液体である被冷却流体の熱を冷媒に与える。   The heat absorption circuit 30 is a circuit for cooling a fluid such as air or water using the liquid-phase refrigerant stored in the evaporator 6. The heat absorption circuit 30 includes a heat exchanger 32, a pump 34, a flow path 30a, and a flow path 30b. The flow path 30 a has one end connected to the evaporator 6 and the other end connected to the inlet of the heat exchanger 32. The flow path 30 b has one end connected to the outlet of the heat exchanger 32 and the other end connected to the evaporator 6. The pump 34 is disposed in the flow path 30a. Examples of the heat exchanger 32 include a fin tube heat exchanger and a plate heat exchanger. When the refrigeration cycle apparatus 100 is an air conditioner, the heat exchanger 32 can be a part of an indoor unit. The indoor air can be cooled by circulating a liquid phase refrigerant through the heat absorption circuit 30. The heat exchanger 32 may be a liquid-liquid heat exchanger that exchanges heat between a liquid such as water, ethylene glycol, and propylene glycol and a liquid-phase refrigerant. The heat exchanger 32 gives heat of the fluid to be cooled which is a gas or a liquid to the refrigerant.

放熱回路40は、凝縮器4に貯留された冷媒から熱を奪うために使用される回路である。放熱回路40は、熱交換器42、ポンプ46、流路40a及び流路40bを有する。流路40aは、凝縮器4に接続された一端と、熱交換器42の入口に接続された他端とを有する。流路40bは、熱交換器42の出口に接続された一端と、凝縮器4に接続された他端とを有する。ポンプ46は、流路40aに配置されている。凝縮器4は、例えば、シェルチューブ熱交換器の構造を有している。流路40a及び40bは、それぞれ、凝縮器4のシェルの内部に配置された熱交換チューブ44に接続されている。熱交換器42は、例えば、フィンチューブ熱交換器である。冷凍サイクル装置100が空気調和装置であるとき、熱交換器42は、室外機の一部でありうる。放熱回路40には、水、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの液相の熱媒体が充填されている。   The heat dissipation circuit 40 is a circuit used to take heat from the refrigerant stored in the condenser 4. The heat dissipation circuit 40 includes a heat exchanger 42, a pump 46, a flow path 40a, and a flow path 40b. The flow path 40 a has one end connected to the condenser 4 and the other end connected to the inlet of the heat exchanger 42. The flow path 40 b has one end connected to the outlet of the heat exchanger 42 and the other end connected to the condenser 4. The pump 46 is disposed in the flow path 40a. The condenser 4 has, for example, a structure of a shell tube heat exchanger. The flow paths 40 a and 40 b are each connected to a heat exchange tube 44 disposed inside the shell of the condenser 4. The heat exchanger 42 is, for example, a fin tube heat exchanger. When the refrigeration cycle apparatus 100 is an air conditioner, the heat exchanger 42 can be part of an outdoor unit. The heat dissipation circuit 40 is filled with a liquid phase heat medium such as water, ethylene glycol, or propylene glycol.

蒸発器6及び吸熱回路30は、凝縮器4及び放熱回路40と同じように、シェルチューブ熱交換器の構造を有していてもよい。つまり、蒸発器6は、液相の冷媒と他の熱媒体とが間接的に熱交換する間接型の熱交換器であってもよい。凝縮器4及び放熱回路40は、蒸発器6及び吸熱回路30と同じように、液相の冷媒を熱交換器42に直接的に循環させるように構成されていてもよい。つまり、凝縮器4は、気相の冷媒と液相の冷媒とが直接的に熱交換する直接型の熱交換器であってもよい。   The evaporator 6 and the heat absorption circuit 30 may have a structure of a shell tube heat exchanger like the condenser 4 and the heat dissipation circuit 40. That is, the evaporator 6 may be an indirect heat exchanger in which the liquid phase refrigerant and other heat medium indirectly exchange heat. Similarly to the evaporator 6 and the heat absorption circuit 30, the condenser 4 and the heat dissipation circuit 40 may be configured to directly circulate liquid phase refrigerant to the heat exchanger 42. That is, the condenser 4 may be a direct heat exchanger in which heat exchange is directly performed between the gas-phase refrigerant and the liquid-phase refrigerant.

蒸発器6は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。蒸発器6は、液相の冷媒を貯留するとともに、冷媒を内部で蒸発させる。水平面に平行な気液界面が蒸発器6の内部に形成されうる。吸熱回路30で加熱された冷媒が蒸発器6の中で沸騰及び蒸発する。つまり、蒸発器6に貯留された冷媒液の一部は、吸熱回路30で加熱され、飽和状態の液相の冷媒を加熱するために使用される。蒸発器6に貯留された液相の冷媒の温度、及び、蒸発器6で発生した気相の冷媒の温度は、例えば5℃である。   The evaporator 6 is comprised by the container which has heat insulation and pressure resistance, for example. The evaporator 6 stores the liquid-phase refrigerant and evaporates the refrigerant inside. A gas-liquid interface parallel to the horizontal plane can be formed inside the evaporator 6. The refrigerant heated in the endothermic circuit 30 boils and evaporates in the evaporator 6. That is, a part of the refrigerant liquid stored in the evaporator 6 is heated by the heat absorption circuit 30 and used to heat the liquid refrigerant in the saturated state. The temperature of the liquid-phase refrigerant stored in the evaporator 6 and the temperature of the gas-phase refrigerant generated in the evaporator 6 are 5 ° C., for example.

圧縮機3は、蒸発器6で発生した気相の冷媒を吸入して圧縮する。圧縮機3は、容積型圧縮機であってもよいし、速度型圧縮機であってもよい。容積型圧縮機とは、容積変化によって冷媒を吸入及び吐出し、冷媒の圧力を上昇させる圧縮機である。容積型圧縮機として、ロータリ圧縮機、スクリュー圧縮機、スクロール圧縮機などが挙げられる。速度型圧縮機とは、冷媒に運動量を与え、冷媒の速度を減速することによって冷媒の圧力を上昇させる圧縮機である。速度型圧縮機(ターボ圧縮機)として、遠心圧縮機、軸流圧縮機などが挙げられる。圧縮機3は、インバータによって駆動されるモータなど、回転数を変化させるための機構を備えていてもよい。圧縮機3の吐出口における冷媒の温度は、例えば120℃である。   The compressor 3 sucks and compresses the gas-phase refrigerant generated in the evaporator 6. The compressor 3 may be a positive displacement compressor or a speed compressor. The positive displacement compressor is a compressor that sucks and discharges a refrigerant according to a change in volume and raises the pressure of the refrigerant. Examples of the positive displacement compressor include a rotary compressor, a screw compressor, and a scroll compressor. The speed type compressor is a compressor that increases the pressure of the refrigerant by giving momentum to the refrigerant and decelerating the speed of the refrigerant. Examples of the speed type compressor (turbo compressor) include a centrifugal compressor and an axial flow compressor. The compressor 3 may include a mechanism for changing the rotation speed, such as a motor driven by an inverter. The temperature of the refrigerant at the discharge port of the compressor 3 is 120 ° C., for example.

蒸気経路7は、第1部分7a及び第2部分7bを有する。第1部分7aは、蒸発器6の出口(蒸気出口)と圧縮機3の吸入口とを接続している。第2部分7bは、圧縮機3の吐出口と凝縮器4の入口(蒸気入口)とを接続している。蒸発器6で発生した気相の冷媒は、蒸気経路7の第1部分7aを通じて、圧縮機3に導かれる。圧縮機3で圧縮された冷媒は、蒸気経路7の第2部分7bを通じて、凝縮器4に導かれる。蒸気経路7は、複数の配管によって構成されうる。   The steam path 7 has a first portion 7a and a second portion 7b. The first portion 7 a connects the outlet (steam outlet) of the evaporator 6 and the suction port of the compressor 3. The second portion 7 b connects the discharge port of the compressor 3 and the inlet (steam inlet) of the condenser 4. The gas-phase refrigerant generated in the evaporator 6 is guided to the compressor 3 through the first portion 7 a of the vapor path 7. The refrigerant compressed by the compressor 3 is guided to the condenser 4 through the second portion 7 b of the vapor path 7. The steam path 7 can be configured by a plurality of pipes.

凝縮器4は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。凝縮器4は、冷媒を凝縮させるとともに、冷媒を凝縮させることによって生じた液相の冷媒を貯留する。水平面に平行な気液界面が凝縮器4の内部に形成されうる。本実施形態では、過熱状態の冷媒の冷媒が、外部環境に熱を放出することによって冷却された熱媒体に間接的に接触して凝縮する。つまり、気相の冷媒は、放熱回路40の熱媒体によって冷却され、凝縮する。凝縮器4に貯留された液相の冷媒の温度は、例えば35℃である。   The condenser 4 is comprised by the container which has heat insulation and pressure resistance, for example. The condenser 4 condenses the refrigerant and stores a liquid-phase refrigerant generated by condensing the refrigerant. A gas-liquid interface parallel to the horizontal plane can be formed inside the condenser 4. In the present embodiment, the refrigerant of the overheated refrigerant indirectly condenses by condensing with the heat medium cooled by releasing heat to the external environment. That is, the gas-phase refrigerant is cooled and condensed by the heat medium of the heat dissipation circuit 40. The temperature of the liquid-phase refrigerant stored in the condenser 4 is 35 ° C., for example.

戻し経路5は、凝縮器4から蒸発器6に冷媒を戻すための経路である。戻し経路5は、凝縮器4の出口と蒸発器6の入口とを接続している。戻し経路5に弁8及び熱交換器9が配置されている。詳細には、戻し経路5は、第1部分5a及び第2部分5bを含む。第1部分5aは、凝縮器4の出口(液出口)と弁8の入口とを接続している。第2部分5bは、弁8の出口と蒸発器6の入口(液入口)とを接続している。熱交換器9は、凝縮器4の出口と弁8の入口との間において戻し経路5に配置されている。戻し経路5は、複数の配管によって構成されうる。   The return path 5 is a path for returning the refrigerant from the condenser 4 to the evaporator 6. The return path 5 connects the outlet of the condenser 4 and the inlet of the evaporator 6. A valve 8 and a heat exchanger 9 are arranged in the return path 5. Specifically, the return path 5 includes a first portion 5a and a second portion 5b. The first portion 5 a connects the outlet (liquid outlet) of the condenser 4 and the inlet of the valve 8. The second portion 5 b connects the outlet of the valve 8 and the inlet (liquid inlet) of the evaporator 6. The heat exchanger 9 is arranged in the return path 5 between the outlet of the condenser 4 and the inlet of the valve 8. The return path 5 can be constituted by a plurality of pipes.

弁8は、戻し経路5における冷媒の流量を制御するための弁である。弁8は、典型的には、流量制御弁(電動膨張弁)であり、キャピラリチューブのように一定の流路断面積を有する弁であってもよい。   The valve 8 is a valve for controlling the flow rate of the refrigerant in the return path 5. The valve 8 is typically a flow control valve (electric expansion valve), and may be a valve having a constant flow path cross-sectional area such as a capillary tube.

熱交換器9(第1熱交換器)は、凝縮器4から弁8に供給されるべき冷媒を冷却するための熱交換器である。詳細には、熱交換器9は、蒸発器6の内部の冷媒と弁8に供給されるべき冷媒とを熱交換させるように構成されている。凝縮器4に貯留された液相の冷媒は、凝縮圧に対応した飽和温度を有する。凝縮器4の液相の冷媒は、凝縮器4から弁8への経路上において熱交換器9で冷却され、過冷却状態になる。したがって、弁8を通過した冷媒のフラッシュ蒸発量が減少し、ボイド率(気液体積比)も減少する。冷媒は、液相の状態を保ったまま、弁8を通過する。そのため、弁8を通過する冷媒の流量を十分に確保することが可能になる。定格条件、部分負荷条件、過負荷条件などの幅広い運転条件において、長時間にわたって冷凍サイクル装置100の定常的な運転が可能になる。熱交換器9が蒸発器6の内部の気相の冷媒に接しているとき、弁8の入口における冷媒の温度は、例えば、7〜15℃の範囲にある。熱交換器9が蒸発器6の内部の液相の冷媒に接しているとき、弁8の入口における冷媒は、より低い温度(例えば5℃)を示す。   The heat exchanger 9 (first heat exchanger) is a heat exchanger for cooling the refrigerant to be supplied from the condenser 4 to the valve 8. Specifically, the heat exchanger 9 is configured to exchange heat between the refrigerant inside the evaporator 6 and the refrigerant to be supplied to the valve 8. The liquid phase refrigerant stored in the condenser 4 has a saturation temperature corresponding to the condensation pressure. The liquid-phase refrigerant in the condenser 4 is cooled by the heat exchanger 9 on the path from the condenser 4 to the valve 8 and is in a supercooled state. Therefore, the flash evaporation amount of the refrigerant that has passed through the valve 8 is reduced, and the void ratio (gas-liquid volume ratio) is also reduced. The refrigerant passes through the valve 8 while maintaining the liquid phase state. Therefore, it is possible to ensure a sufficient flow rate of the refrigerant passing through the valve 8. Under a wide range of operating conditions such as rated conditions, partial load conditions, and overload conditions, the refrigeration cycle apparatus 100 can be stably operated over a long period of time. When the heat exchanger 9 is in contact with the gas-phase refrigerant inside the evaporator 6, the temperature of the refrigerant at the inlet of the valve 8 is, for example, in the range of 7 to 15 ° C. When the heat exchanger 9 is in contact with the liquid-phase refrigerant inside the evaporator 6, the refrigerant at the inlet of the valve 8 exhibits a lower temperature (for example, 5 ° C.).

本実施形態では、熱交換器9は、蒸発器6の内部に配置されている。したがって、凝縮器4から弁8に供給されるべき冷媒は、蒸発器6の内部に貯留された液相の冷媒及び/又は蒸発器6で発生した気相の冷媒に熱を奪われ、冷却される。空気、冷却水などの冷却用流体を外部から供給する必要が無いうえ、蒸発器6の中から冷媒を外部に取り出す必要もない。したがって、本実施形態によれば、冷凍サイクル装置100の構造の複雑化を避けることができる。また、冷凍サイクルの熱収支の計算も容易である。   In the present embodiment, the heat exchanger 9 is disposed inside the evaporator 6. Therefore, the refrigerant to be supplied from the condenser 4 to the valve 8 is cooled by removing heat from the liquid-phase refrigerant stored in the evaporator 6 and / or the gas-phase refrigerant generated in the evaporator 6. The It is not necessary to supply a cooling fluid such as air or cooling water from the outside, and it is not necessary to take out the refrigerant from the evaporator 6 to the outside. Therefore, according to this embodiment, complication of the structure of the refrigeration cycle apparatus 100 can be avoided. It is also easy to calculate the heat balance of the refrigeration cycle.

詳細には、熱交換器9は、蒸発器6の内部における下部に配置されている。蒸発器6の下部とは、鉛直方向(高さ方向)に関する蒸発器6の中間の位置よりも下側の部分を意味する。蒸発器6の下部に熱交換器9の全体が位置していてもよい。このような構成によれば、熱交換器9に液相の冷媒を確実に接触させることができるので、効率的な熱交換を期待できる。その結果、サイズの小さい熱交換器9を採用することが可能になる。   Specifically, the heat exchanger 9 is arranged in the lower part inside the evaporator 6. The lower part of the evaporator 6 means a part below the middle position of the evaporator 6 in the vertical direction (height direction). The entire heat exchanger 9 may be located below the evaporator 6. According to such a configuration, the liquid phase refrigerant can be reliably brought into contact with the heat exchanger 9, so that efficient heat exchange can be expected. As a result, it is possible to employ a heat exchanger 9 having a small size.

熱交換器9の構造は特に限定されない。熱交換器9は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器の構造を有していてもよい。熱交換器9がシェルチューブ熱交換器の構造を有する場合、蒸発器6を構成する容器が熱交換器9のシェルに兼用される。熱交換器9は、蒸発器6の内部に配置された、蛇行又は巻回された伝熱管を含む。   The structure of the heat exchanger 9 is not particularly limited. The heat exchanger 9 may have a known heat exchanger structure such as a fin tube heat exchanger or a shell tube heat exchanger. When the heat exchanger 9 has a structure of a shell tube heat exchanger, the container constituting the evaporator 6 is also used as the shell of the heat exchanger 9. The heat exchanger 9 includes a meandering or wound heat transfer tube disposed inside the evaporator 6.

本実施形態において、戻し経路5の出口端(詳細には、第2部分5bの出口端)は、蒸発器6の空間部分に位置している。このような位置に戻し経路5の出口端が位置していると、蒸発器6に貯留された液相の冷媒による圧力が弁8の出口側に加わることを回避できる。その結果、より正確な流量制御を達成できる。   In the present embodiment, the outlet end of the return path 5 (specifically, the outlet end of the second portion 5 b) is located in the space portion of the evaporator 6. When the outlet end of the return path 5 is located at such a position, it is possible to avoid applying pressure due to the liquid-phase refrigerant stored in the evaporator 6 to the outlet side of the valve 8. As a result, more accurate flow rate control can be achieved.

(変形例)
図2に示す冷凍サイクル装置102において、熱交換器9は、蒸発器6の外部に配置されている。この構成によれば、弁8に供給されるべき冷媒は、気相の冷媒、液相の冷媒、及び、他の熱媒体からなる群より選ばれる少なくとも1つの冷却用流体によって、熱交換器9において冷却されうる。他の熱媒体は、空気であってもよいし、水であってもよい。冷凍サイクル装置102のその他の構成は、図1を参照して説明した通りである。
(Modification)
In the refrigeration cycle apparatus 102 shown in FIG. 2, the heat exchanger 9 is disposed outside the evaporator 6. According to this configuration, the refrigerant to be supplied to the valve 8 is the heat exchanger 9 by at least one cooling fluid selected from the group consisting of a gas phase refrigerant, a liquid phase refrigerant, and another heat medium. Can be cooled. The other heat medium may be air or water. Other configurations of the refrigeration cycle apparatus 102 are as described with reference to FIG.

本変形例においても熱交換器9の構造は特に限定されない。例えば、空気、気相の冷媒などの冷却用気体で戻し経路5を流れる冷媒を冷却する場合には、熱交換器9は、フィンチューブ熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器などの気−液熱交換器の構造を有しうる。冷却水、液相の冷媒などの冷却用液体で戻し経路5を流れる冷媒を冷却する場合には、熱交換器9は、プレート熱交換器、ブレージング熱交換器、二重管熱交換器などの液−液熱交換器の構造を有しうる。   Also in this modification, the structure of the heat exchanger 9 is not particularly limited. For example, when the refrigerant flowing through the return path 5 is cooled with a cooling gas such as air or a gas-phase refrigerant, the heat exchanger 9 is a gas-liquid such as a finned tube heat exchanger or a shell and tube heat exchanger. It may have a heat exchanger structure. When cooling the coolant flowing through the return path 5 with cooling liquid such as cooling water or liquid phase coolant, the heat exchanger 9 is a plate heat exchanger, brazing heat exchanger, double pipe heat exchanger, or the like. It may have a liquid-liquid heat exchanger structure.

(実施形態2)
本実施形態にかかる冷凍サイクル装置104は、複数の圧縮機3及び13を備えている点において、実施形態1で説明した冷凍サイクル装置100と異なる。本実施形態において、実施形態1における圧縮機3を第1圧縮機3と称する。弁8及び熱交換器9をそれぞれ第1弁8及び第1熱交換器9と称する。実施形態1に関する説明は、本実施形態にも援用される。
(Embodiment 2)
The refrigeration cycle apparatus 104 according to the present embodiment is different from the refrigeration cycle apparatus 100 described in the first embodiment in that it includes a plurality of compressors 3 and 13. In the present embodiment, the compressor 3 in the first embodiment is referred to as a first compressor 3. The valve 8 and the heat exchanger 9 are referred to as a first valve 8 and a first heat exchanger 9, respectively. The description regarding the first embodiment is also incorporated in this embodiment.

冷凍サイクル装置104は、実施形態1の冷凍サイクル装置100の構成に加え、第2圧縮機13及び中間経路12をさらに備えている。中間経路12は、第1圧縮機3の吐出口に接続された一端と、第2圧縮機13の吸入口に接続された他端とを有する。第1圧縮機3、中間経路12及び第2圧縮機13は、圧縮機構20を構成している。蒸気経路7の第1部分7aによって蒸発器6と第1圧縮機3とが接続されている。蒸気経路7の第2部分7bによって第2圧縮機13と凝縮器4とが接続されている。言い換えれば、蒸気経路7の第1部分7aによって蒸発器6の出口と圧縮機構20の入口とが接続されている。蒸気経路7の第2部分7bによって圧縮機構20の出口と凝縮器4の入口とが接続されている。   The refrigeration cycle apparatus 104 further includes a second compressor 13 and an intermediate path 12 in addition to the configuration of the refrigeration cycle apparatus 100 of the first embodiment. The intermediate path 12 has one end connected to the discharge port of the first compressor 3 and the other end connected to the suction port of the second compressor 13. The first compressor 3, the intermediate path 12, and the second compressor 13 constitute a compression mechanism 20. The evaporator 6 and the first compressor 3 are connected by the first portion 7 a of the steam path 7. The second compressor 13 and the condenser 4 are connected by the second portion 7 b of the steam path 7. In other words, the outlet of the evaporator 6 and the inlet of the compression mechanism 20 are connected by the first portion 7 a of the steam path 7. The outlet of the compression mechanism 20 and the inlet of the condenser 4 are connected by the second portion 7 b of the steam path 7.

中間経路12は、第1部分12a、中間冷却器22、及び、第2部分12bを有する。中間経路12は、第1圧縮機3から第2圧縮機13に冷媒を導くための経路である。中間経路12の第1部分12aは、第1圧縮機3の吐出口に接続された一端と、中間冷却器22に接続された他端とを有する。第1部分12aは、第1圧縮機3で圧縮された冷媒を中間冷却器22に導くための経路である。中間経路12の第2部分12bは、中間冷却器22に接続された一端と、第2圧縮機13の吸入口に接続された他端とを有する。第2部分12bは、中間冷却器22で冷却された冷媒を第2圧縮機13に導くための経路である。中間冷却器22は、第1圧縮機3と第2圧縮機13との間に配置されている。気相の冷媒は、第1圧縮機3で圧縮された後、中間冷却器22において冷却され、第2圧縮機13でさらに圧縮される。   The intermediate path 12 includes a first portion 12a, an intermediate cooler 22, and a second portion 12b. The intermediate path 12 is a path for guiding the refrigerant from the first compressor 3 to the second compressor 13. The first portion 12 a of the intermediate path 12 has one end connected to the discharge port of the first compressor 3 and the other end connected to the intermediate cooler 22. The first portion 12 a is a path for guiding the refrigerant compressed by the first compressor 3 to the intermediate cooler 22. The second portion 12 b of the intermediate path 12 has one end connected to the intermediate cooler 22 and the other end connected to the suction port of the second compressor 13. The second portion 12 b is a path for guiding the refrigerant cooled by the intermediate cooler 22 to the second compressor 13. The intermediate cooler 22 is disposed between the first compressor 3 and the second compressor 13. The gas-phase refrigerant is compressed by the first compressor 3, cooled by the intermediate cooler 22, and further compressed by the second compressor 13.

第1圧縮機3と同じように、第2圧縮機13は、容積型圧縮機であってもよいし、速度型圧縮機であってもよい。第1圧縮機3の型式は、第2圧縮機13の型式と同一であってもよいし、異なっていてもよい。第2圧縮機13は、インバータによって駆動されるモータなど、回転数を変化させるための機構を備えていてもよい。第1圧縮機3の吐出口における冷媒の温度、及び、第2圧縮機13の吐出口における冷媒の温度は、例えば120℃である。   As with the first compressor 3, the second compressor 13 may be a positive displacement compressor or a speed compressor. The model of the first compressor 3 may be the same as or different from the model of the second compressor 13. The second compressor 13 may include a mechanism for changing the rotational speed, such as a motor driven by an inverter. The temperature of the refrigerant at the discharge port of the first compressor 3 and the temperature of the refrigerant at the discharge port of the second compressor 13 are 120 ° C., for example.

中間冷却器22は、中間圧室を有する、液相の冷媒を貯留可能なタンクである。中間冷却器22は、典型的には、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。中間冷却器22に貯留される液相の冷媒の温度は、例えば20℃である。   The intermediate cooler 22 is a tank having an intermediate pressure chamber and capable of storing a liquid-phase refrigerant. The intercooler 22 is typically configured by a container having heat insulation and pressure resistance. The temperature of the liquid refrigerant stored in the intercooler 22 is, for example, 20 ° C.

本実施形態において、戻し経路5は、上流側部分15及び下流側部分25を含む。上流側部分15は、凝縮器4の出口と中間冷却器22とを接続している。下流側部分25は、中間冷却器22と蒸発器6の入口とを接続している。戻し経路5の上流側部分15は、凝縮器4に貯留された液相の冷媒を中間冷却器22に導くための経路である。戻し経路5の下流側部分25は、中間冷却器22に貯留された液相の冷媒を蒸発器6に導くための経路である。第1弁8及び第1熱交換器9は、下流側部分25に配置されている。このような構成によれば、第1圧縮機3で圧縮された気相の冷媒の温度を凝縮器4から蒸発器6に移されるべき液相の冷媒で効率的に冷却することができる。   In the present embodiment, the return path 5 includes an upstream portion 15 and a downstream portion 25. The upstream portion 15 connects the outlet of the condenser 4 and the intermediate cooler 22. The downstream portion 25 connects the intermediate cooler 22 and the inlet of the evaporator 6. The upstream portion 15 of the return path 5 is a path for guiding the liquid-phase refrigerant stored in the condenser 4 to the intermediate cooler 22. The downstream portion 25 of the return path 5 is a path for guiding the liquid-phase refrigerant stored in the intermediate cooler 22 to the evaporator 6. The first valve 8 and the first heat exchanger 9 are disposed in the downstream portion 25. According to such a configuration, the temperature of the gas-phase refrigerant compressed by the first compressor 3 can be efficiently cooled with the liquid-phase refrigerant to be transferred from the condenser 4 to the evaporator 6.

冷凍サイクル装置104は、さらに、第2弁18及び第2熱交換器19を備えている。第2弁18は、戻し経路5の上流側部分15に配置されている。第2熱交換器19は、凝縮器4の出口と第2弁18の入口との間において戻し経路5の上流側部分15に配置されている。第1弁8は、戻し経路5の下流側部分25に配置されている。第1熱交換器9は、中間冷却器22の出口と第1弁8の入口との間において戻し経路5の下流側部分25に配置されている。   The refrigeration cycle apparatus 104 further includes a second valve 18 and a second heat exchanger 19. The second valve 18 is disposed in the upstream portion 15 of the return path 5. The second heat exchanger 19 is disposed in the upstream portion 15 of the return path 5 between the outlet of the condenser 4 and the inlet of the second valve 18. The first valve 8 is disposed in the downstream portion 25 of the return path 5. The first heat exchanger 9 is disposed in the downstream portion 25 of the return path 5 between the outlet of the intermediate cooler 22 and the inlet of the first valve 8.

戻し経路5の上流側部分15は、第1部分15a及び第2部分15bを含む。第1部分15aは、凝縮器4の出口(液出口)と第2弁18の入口とを接続している。第2部分15bは、第2弁18の出口と中間冷却器22の入口(液入口)とを接続している。戻し経路5の下流側部分25も、第1部分25a及び第2部分25bを含む。第1部分25aは、中間冷却器22の出口(液出口)と第1弁8の入口とを接続している。第2部分25bは、第1弁8の出口と蒸発器6の入口(液入口)とを接続している。戻し経路5は、複数の配管によって構成されうる。   The upstream portion 15 of the return path 5 includes a first portion 15a and a second portion 15b. The first portion 15 a connects the outlet (liquid outlet) of the condenser 4 and the inlet of the second valve 18. The second portion 15 b connects the outlet of the second valve 18 and the inlet (liquid inlet) of the intercooler 22. The downstream portion 25 of the return path 5 also includes a first portion 25a and a second portion 25b. The first portion 25 a connects the outlet (liquid outlet) of the intercooler 22 and the inlet of the first valve 8. The second portion 25 b connects the outlet of the first valve 8 and the inlet (liquid inlet) of the evaporator 6. The return path 5 can be constituted by a plurality of pipes.

第2弁18は、戻し経路5の上流側部分15における冷媒の流量を制御するための弁である。第2弁18は、典型的には、流量制御弁(電動膨張弁)であり、キャピラリチューブのように一定の流路断面積を有する弁であってもよい。   The second valve 18 is a valve for controlling the flow rate of the refrigerant in the upstream portion 15 of the return path 5. The second valve 18 is typically a flow control valve (electric expansion valve), and may be a valve having a constant flow path cross-sectional area such as a capillary tube.

第2熱交換器19は、凝縮器4から第2弁18に供給されるべき冷媒を冷却するための熱交換器である。詳細には、第2熱交換器19は、中間冷却器22の内部の冷媒と第2弁18に供給されるべき冷媒とを熱交換させるように構成されている。中間冷却器22に貯留された液相の冷媒は、凝縮圧に対応した飽和温度を有する。凝縮器4の液相の冷媒は、凝縮器4から第2弁18への経路上において第2熱交換器19で冷却され、過冷却状態になる。したがって、第2弁18を通過した冷媒のフラッシュ蒸発量が減少し、ボイド率(気液体積比)も減少する。冷媒は、液相の状態を保ったまま、第2弁18を通過する。そのため、第2弁18を通過する冷媒の流量を十分に確保することが可能になる。定格条件、部分負荷条件、過負荷条件などの幅広い運転条件において、長時間にわたって冷凍サイクル装置104の定常的な運転が可能になる。第2弁18の入口における冷媒の温度は、例えば20℃である。   The second heat exchanger 19 is a heat exchanger for cooling the refrigerant to be supplied from the condenser 4 to the second valve 18. Specifically, the second heat exchanger 19 is configured to exchange heat between the refrigerant in the intermediate cooler 22 and the refrigerant to be supplied to the second valve 18. The liquid-phase refrigerant stored in the intercooler 22 has a saturation temperature corresponding to the condensation pressure. The liquid-phase refrigerant in the condenser 4 is cooled by the second heat exchanger 19 on the path from the condenser 4 to the second valve 18 and is in a supercooled state. Accordingly, the flash evaporation amount of the refrigerant that has passed through the second valve 18 is reduced, and the void ratio (gas-liquid volume ratio) is also reduced. The refrigerant passes through the second valve 18 while maintaining a liquid phase state. Therefore, it is possible to ensure a sufficient flow rate of the refrigerant passing through the second valve 18. Under a wide range of operating conditions such as rated conditions, partial load conditions, and overload conditions, the refrigeration cycle apparatus 104 can be steadily operated for a long time. The temperature of the refrigerant at the inlet of the second valve 18 is, for example, 20 ° C.

本実施形態では、第2熱交換器19は、中間冷却器22の内部に配置されている。したがって、凝縮器4から第2弁19に供給されるべき冷媒は、中間冷却器22の内部に貯留された液相の冷媒及び/又は中間冷却器22の内部の気相の冷媒に熱を奪われ、冷却される。空気、冷却水などの冷却用流体を外部から供給する必要が無いうえ、中間冷却器22の中から冷媒を外部に取り出す必要もない。したがって、本実施形態によれば、冷凍サイクル装置104の構造の複雑化を避けることができる。また、冷凍サイクルの熱収支の計算も容易である。   In the present embodiment, the second heat exchanger 19 is disposed inside the intermediate cooler 22. Therefore, the refrigerant to be supplied from the condenser 4 to the second valve 19 takes heat to the liquid-phase refrigerant stored in the intermediate cooler 22 and / or the gas-phase refrigerant in the intermediate cooler 22. And cooled. It is not necessary to supply a cooling fluid such as air or cooling water from the outside, and it is not necessary to take out the refrigerant from the intermediate cooler 22 to the outside. Therefore, according to this embodiment, the structure of the refrigeration cycle apparatus 104 can be prevented from becoming complicated. It is also easy to calculate the heat balance of the refrigeration cycle.

詳細には、第2熱交換器19は、中間冷却器22の内部における下部に配置されている。中間冷却器22の下部とは、鉛直方向(高さ方向)に関する中間冷却器22の中間の位置よりも下側の部分を意味する。中間冷却器22の下部に第2熱交換器19の全体が位置している。このような構成によれば、第2熱交換器19に液相の冷媒を確実に接触させることができるので、効率的な熱交換を期待できる。その結果、サイズの小さい第2熱交換器19を採用することが可能になる。   Specifically, the second heat exchanger 19 is disposed in the lower part inside the intermediate cooler 22. The lower part of the intermediate cooler 22 means a part below the intermediate position of the intermediate cooler 22 in the vertical direction (height direction). The entire second heat exchanger 19 is located below the intermediate cooler 22. According to such a configuration, since the liquid refrigerant can be brought into contact with the second heat exchanger 19 with certainty, efficient heat exchange can be expected. As a result, the second heat exchanger 19 having a small size can be employed.

第1熱交換器9と同じように、第2熱交換器19の構造は特に限定されない。第2熱交換器19は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器の構造を有していてもよい。第2熱交換器19がシェルチューブ熱交換器の構造を有する場合、中間冷却器22を構成する容器が第2熱交換器19のシェルに兼用される。第2熱交換器19は、中間冷却器22の内部に配置された、蛇行又は巻回された伝熱管を含む。   As with the first heat exchanger 9, the structure of the second heat exchanger 19 is not particularly limited. The 2nd heat exchanger 19 may have the structure of well-known heat exchangers, such as a fin tube heat exchanger and a shell tube heat exchanger. When the second heat exchanger 19 has a shell tube heat exchanger structure, the container constituting the intermediate cooler 22 is also used as the shell of the second heat exchanger 19. The second heat exchanger 19 includes a meandering or wound heat transfer tube disposed inside the intercooler 22.

本実施形態において、戻し経路5の上流側部分15の出口端(詳細には、第2部分15bの出口端)は、中間冷却器22の空間部分に位置している。このような位置に上流側部分15の出口端が位置していると、中間冷却器22に貯留された液相の冷媒による圧力が第2弁18の出口側に加わることを回避できる。その結果、より正確な流量制御を達成できる。   In the present embodiment, the outlet end of the upstream portion 15 of the return path 5 (specifically, the outlet end of the second portion 15 b) is located in the space portion of the intermediate cooler 22. When the outlet end of the upstream portion 15 is located at such a position, it is possible to avoid applying pressure due to the liquid-phase refrigerant stored in the intermediate cooler 22 to the outlet side of the second valve 18. As a result, more accurate flow rate control can be achieved.

本実施形態によれば、実施形態1で得られる効果に加え、次のような効果が得られる。凝縮器4に貯留された液相の冷媒は、凝縮圧に対応する飽和温度を有する。液相の冷媒は、凝縮器4から中間冷却器22に導かれる。液相の冷媒は、第2熱交換器19において中間冷却器22に貯留された液相の冷媒と熱交換し、中間冷却器22の内部の蒸気圧に対応した飽和温度まで冷却される。その結果、第2弁18を通過する冷媒のフラッシュ蒸発が抑制される。冷媒は、液相の状態を保ちながら第2弁18を通過する。そのため、所定流量の冷媒が第2弁18を流れることができる。2段圧縮及び2段膨張によって高効率化された冷凍サイクルにおいても、定格負荷条件及び部分負荷条件を含む全ての運転条件で長時間の運転が可能になる。   According to the present embodiment, in addition to the effects obtained in the first embodiment, the following effects can be obtained. The liquid phase refrigerant stored in the condenser 4 has a saturation temperature corresponding to the condensation pressure. The liquid phase refrigerant is guided from the condenser 4 to the intercooler 22. The liquid phase refrigerant exchanges heat with the liquid phase refrigerant stored in the intermediate cooler 22 in the second heat exchanger 19 and is cooled to a saturation temperature corresponding to the vapor pressure inside the intermediate cooler 22. As a result, flash evaporation of the refrigerant passing through the second valve 18 is suppressed. The refrigerant passes through the second valve 18 while maintaining a liquid phase state. Therefore, a predetermined flow rate of refrigerant can flow through the second valve 18. Even in a refrigeration cycle that has been made highly efficient by two-stage compression and two-stage expansion, long-time operation is possible under all operating conditions including rated load conditions and partial load conditions.

本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、空気調和装置、チラー、蓄熱装置などに有用であり、家庭用エアコン及び業務用エアコンに特に有用である。   The refrigeration cycle apparatus disclosed in the present specification is useful for an air conditioner, a chiller, a heat storage device, and the like, and is particularly useful for a domestic air conditioner and a commercial air conditioner.

3 圧縮機
4 凝縮器
5 戻し経路
5a 戻し経路の第1部分
5b 戻し経路の第2部分
6 蒸発器
7 蒸気経路
7a 蒸気経路の第1部分
7b 蒸気経路の第2部分
8 第1弁
9 第1熱交換器
12 中間経路
13 第2圧縮機
15 上流側部分
18 第2弁
19 第2熱交換器
20 圧縮機構
22 中間冷却器
25 下流側部分
100,102,104 冷凍サイクル装置
3 Compressor 4 Condenser 5 Return path 5a First part 5b of return path Second part 6 of return path Evaporator 7 Steam path 7a First part 7b of steam path Second part 8 of steam path First valve 9 First Heat exchanger 12 Intermediate path 13 Second compressor 15 Upstream portion 18 Second valve 19 Second heat exchanger 20 Compression mechanism 22 Intermediate cooler 25 Downstream portions 100, 102, 104 Refrigeration cycle apparatus

Claims (8)

蒸発器と、
少なくとも1つの圧縮機を含む圧縮機構と、
凝縮器と、
前記蒸発器の出口と前記圧縮機構の入口とを接続している第1部分、及び、前記圧縮機構の出口と前記凝縮器の入口とを接続している第2部分を含む蒸気経路と、
前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とを接続している戻し経路と、
前記戻し経路に配置された弁と、
前記凝縮器の出口と前記弁の入口との間において前記戻し経路に配置され、前記蒸発器の内部の冷媒と前記弁に供給されるべき冷媒とを熱交換させるように構成された熱交換器と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
An evaporator,
A compression mechanism including at least one compressor;
A condenser,
A vapor path including a first portion connecting the outlet of the evaporator and the inlet of the compression mechanism, and a second portion connecting the outlet of the compression mechanism and the inlet of the condenser;
A return path connecting the outlet of the condenser and the inlet of the evaporator;
A valve disposed in the return path;
A heat exchanger arranged in the return path between the outlet of the condenser and the inlet of the valve and configured to exchange heat between the refrigerant inside the evaporator and the refrigerant to be supplied to the valve When,
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記熱交換器は、前記蒸発器の内部に配置されている、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the heat exchanger is disposed inside the evaporator. 前記蒸発器は、水平面に平行な気液界面が内部に形成されるように構成された耐圧容器であり、
前記熱交換器は、前記蒸発器の内部における下部に配置されている、請求項2に冷凍サイクル装置。
The evaporator is a pressure vessel configured so that a gas-liquid interface parallel to a horizontal plane is formed inside,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 2, wherein the heat exchanger is disposed at a lower portion inside the evaporator.
前記圧縮機構は、第1圧縮機、第2圧縮機、及び、前記第1圧縮機の吐出口と前記第2圧縮機の吸入口とを接続している中間経路とを含み、
前記中間経路は、中間冷却器を含み、
前記戻し経路は、前記凝縮器の出口と前記中間冷却器とを接続している上流側部分と、前記中間冷却器と前記蒸発器の入口とを接続している下流側部分とを含み、
前記下流側部分に前記弁及び前記熱交換器が配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
The compression mechanism includes a first compressor, a second compressor, and an intermediate path connecting a discharge port of the first compressor and a suction port of the second compressor,
The intermediate path includes an intermediate cooler;
The return path includes an upstream portion connecting the outlet of the condenser and the intermediate cooler, and a downstream portion connecting the intermediate cooler and the inlet of the evaporator;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the valve and the heat exchanger are arranged in the downstream portion.
前記戻し経路の前記下流側部分に配置された前記弁及び前記熱交換器をそれぞれ第1弁及び第1熱交換器と定義したとき、
前記冷凍サイクル装置は、
前記戻し経路の前記上流側部分に配置された第2弁と、
前記凝縮器の出口と前記第2弁の入口との間において前記戻し経路の前記上流側部分に配置された第2熱交換器と、
をさらに備えている、請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
When the valve and the heat exchanger arranged in the downstream portion of the return path are defined as a first valve and a first heat exchanger, respectively,
The refrigeration cycle apparatus includes:
A second valve disposed in the upstream portion of the return path;
A second heat exchanger disposed in the upstream portion of the return path between the outlet of the condenser and the inlet of the second valve;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 4, further comprising:
前記第2熱交換器は、前記中間冷却器の内部に配置されている、請求項5に記載の冷凍サイクル装置。   The said 2nd heat exchanger is a refrigerating-cycle apparatus of Claim 5 arrange | positioned inside the said intercooler. 前記冷凍サイクル装置には、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒が充填されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the refrigeration cycle apparatus is filled with a refrigerant having a negative saturated vapor pressure at room temperature. 前記冷媒は、主成分として水を含む、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。


The refrigeration cycle apparatus according to claim 7, wherein the refrigerant includes water as a main component.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109442776A (en) * 2018-11-30 2019-03-08 中国科学院广州能源研究所 A kind of water refrigerant air-conditioning equipment
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