JP2646894B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置

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JP2646894B2
JP2646894B2 JP17245891A JP17245891A JP2646894B2 JP 2646894 B2 JP2646894 B2 JP 2646894B2 JP 17245891 A JP17245891 A JP 17245891A JP 17245891 A JP17245891 A JP 17245891A JP 2646894 B2 JP2646894 B2 JP 2646894B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/13Economisers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2400/23Separators

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  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、インバータ駆動イン
ジェクション圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の高効率
化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は、例えば特開昭62−23364
5号公報で示された、従来のエコノマイザ付ガスインジ
ェクション式冷凍サイクルを使用した空気調和装置であ
り、非利用側熱交換器(室外側熱交換器)8、圧縮機
1、利用側熱交換器(室内側熱交換器)4、第1減圧器
5、冷媒を気相と液相に分離する気液分離器6及び、第
2減圧器7をこの順序に接続して構成する冷媒回路、上
記気液分離器6の気相部と上記圧縮機1の中間圧領域を
接続するエコノマイザ配管10を備え、この配管10の
長さは、冷房、暖房の能力増加、成績係数増加がモリエ
ル線図で決まる値よりも大きくなるような値に設定する
ようにした冷凍サイクル装置である。図7にスクロール
式ガスインジェクション圧縮機を備えたときの冷媒回路
の構成図を示している。スクロール式圧縮機1は同形状
の圧縮室1a、1bがあり、エコノマイザ配管10a、
10bから各圧縮室1a、1bごとに冷媒注入口13
a、13bを設けている。
【0003】次に動作の説明をする。まず暖房運転時の
動作について説明する。圧縮機1で圧縮された高温高圧
のガス冷媒は吐出配管2から四方弁3を経て利用側熱交
換器4へ導かれ、ここでガス冷媒は凝縮し液化する。つ
まり利用側熱交換器4は凝縮器となる。この際凝縮熱を
利用側熱交換器4より放出し、暖房運転を行う。その後
液冷媒は第1減圧器5を通り、低温中圧の気液二相のガ
ス冷媒になり、気液分離器6に導かれる。ここで気相と
液相に分離した冷媒の液相のみが第2減圧器7を通り、
ここで低温低圧の気液二相のになった冷媒は非利用側熱
交換器8へ導かれ、ここで気液二相のガス冷媒は、外気
から熱をもらい蒸発しガス化する。つまり非利用側熱交
換器8は蒸発器となる。その後、アキュムレータ9を通
り圧縮機1の吸入口へ導かれる。さらに、気液分離器内
のガス冷媒は、エコノマイザ配管10を通り圧縮機1の
圧縮室内が気液分離器圧力のなるまで冷媒が注入する。
したがって、圧縮機1から吐出された冷媒の循環量は圧
縮機1へ吸入される冷媒循環量より、気液分離器から注
入されるガス冷媒量だけ増加することになる。
【0004】次に、冷房運転時の動作について説明す
る。この場合、四方弁3を切り換えることにより、利用
側熱交換器4を蒸発器、非利用側熱交換器8を凝縮器と
して使用する。以降の動作は暖房運転時の動作と同様な
のでここでは説明を省略する。
【0005】また実開昭63−150096号公報は多
気筒圧縮機を使用した空気調和装置であり、多気筒圧縮
機の各圧縮室に各々ガスインジェクションポートを設け
ている。また、各圧縮室のガスインジェクションポート
に電磁弁を設け電磁弁の開閉により能力制御を行ってい
る。
【0006】また特開昭55−20370号公報は、多
気筒圧縮機を使用した空気調和装置であり、多気筒圧縮
機の各圧縮室に各々液インジェクションポートを設けて
いる。また、各圧縮室の吸入口と各圧縮室の液インジェ
クションポートに電磁弁を設け電磁弁の開閉により能力
制御を行っている。
【0007】また特開昭55−14935号公報は2つ
のインジェクションポートを設けたロータリ式圧縮機で
あり第1のポートをガスインジェクションを第2のポー
トを液インジェクションに使用している。
【0008】また特開昭59−147955号公報は2
つのインジェクションポートを設け、各気液分離器から
圧縮機へガスインジェクションさせる回路を設けてい
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷凍サイクル装
置は以上の様に構成されているので、インバータ駆動冷
凍サイクル装置として使用する場合、圧縮機1を低速運
転を行うと、気液分離器6からエコノマイザ配管10を
通り、圧縮機1の圧縮室へ注入される冷媒量は過剰にな
り気液分離器6へ逆流が生じる。また高速運転時は注入
される冷媒量が不足する。この注入冷媒量不足を対策す
るため、注入口径を拡大しようとしても構造的な制約に
より不可能であった。これらの事から、十分に暖房・冷
房能力が得られず、かつ成績係数が低下するという問題
点があった。
【0010】また、実開昭63−150096号公報
は、各圧縮室にガスインジェクションを行うポートが一
つしか設けていないので、特開昭62−233645号
公報と同様インバータ駆動の圧縮機として使用すると、
運転速度の変化に伴い最適の冷媒量をインジェクション
することができず、十分な暖房・冷房能力が得られず、
かつ成績係数が低下する問題点があった。
【0011】さらに、特開昭55−20370号公報
は、能力制御をロータリ式の複数のシリンダ圧縮機を運
転切り換え及びインジェクションの有、無によって行っ
ており、段階的な能力変化しか行えず、十分な快適性が
得られない問題点があった。
【0012】また、特開昭59−147955号公報
は、各圧縮室に液インジェクションを行うポートが一つ
しか設けていない。そのため、室内・室外温度等の変化
により、空調負荷が変化し凝縮圧力・蒸発圧力が変動す
ると、液インジェクション量が変化する。この時、イン
ジェクション不足の場合は、冷房・暖房能力が減少し、
インジェクション過剰になると、圧縮機は液圧縮運転状
態になり、圧縮機が停止し、さらに圧縮機破損につなが
る危険性があるという問題点があった。
【0013】また、特開昭55−14935号公報は、
能力増加を目的にガスインジェクション、吐出温度の冷
却を目的として液インジェクションをおこなっている。
従って、インジェクションによる能力増加及び効率増加
は1つのインジェクションポートにより行っているた
め、圧縮機をインバータ駆動にし、速度可変で運転する
と、特開昭62−233645号公報と同様、運転速度
の変化に伴い最適の冷媒量をインジェクションすること
ができず、十分な暖房・冷房能力が得られず、かつ成績
係数が低下する問題点があった。また、低速運転を行う
と液インジェクションポートから注入される液冷媒量が
増加し液圧縮運転を行う危険性があり、信頼性に欠ける
問題点があった。
【0014】さらに、特開昭55−14935号公報
は、ロータリ式圧縮機に限定しているが、液およびガス
インジェクションを行う場合は、構造的にインジェクシ
ョン時間が長くとれないため、インジェクションポート
径を大きく設ける必要がある。そのため、圧縮室内の無
効容積が増加するため、効率が悪化する。したがって、
インジェクション時間が長くとれるスクロール式圧縮機
を使用した方が、高いインジェクション効果が得られ
る。
【0015】さらに、特開昭59−147955号公報
は、複数の気液分離器を設け、圧力の異なるガス冷媒を
圧縮機にインジェクションしているので、これをインバ
ータ駆動の圧縮機で運転すると、低速運転時、凝縮圧力
(高圧)と蒸発圧力(低圧)との圧力差が小さくなり、
気液分離器間の圧力がほぼ等しくなるため、気液分離器
が一つだけ設けた場合と効果はほぼ等しくなる。さら
に、インジェクション冷媒の流量制御機構を設けていな
いので、低速運転時はインジェクション冷媒の過剰によ
り、冷媒の逆流が生じる。また、高速運転時はインジェ
クション冷媒の不足により、十分な暖房及び冷房能力が
えられなくなり、また効率の増加も少なくなるという問
題点があった。
【0016】本発明は、インバータ駆動ガスインジェク
ション式冷凍サイクル装置において低速運転時及び高速
運転時に十分に冷房運転や暖房能力が確保でき、かつ成
績係数の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的と
する。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、第1減圧器、
気液分離器(エコノマイザ)、及び第2減圧器、蒸発器
をこの順序に接続した冷凍サイクルと、気液分離器の気
相部と前記圧縮機の中間圧領域を接続するエコノマイザ
配管とを備えた冷凍サイクル装置において、前記エコノ
マイザ配管から前記圧縮機の一つの圧縮室へ接続される
複数個の注入口を備える。
【0018】この発明に係る請求項2の冷凍サイクル装
置は、請求項1の冷凍サイクル装置において、圧縮機の
一つの圧縮室へ接続される複数個の注入口の口径を異な
るようにした。
【0019】
【作用】この発明における請求項1の冷凍サイクル装置
は、複数個の注入口により、注入断面積が大きくとれ多
量の冷媒を圧縮室に注入することができる。
【0020】この発明における請求項2の冷凍サイクル
装置は、複数個の注入口の口径を異なるようにしたこと
により、注入口の数を少なくすることができる。
【0021】
【実施例】実施例1. 図1はエコノマイザ付ガスインジェクション式冷凍サイ
クルを使用した冷凍サイクル装置の概略図であり、非利
用側熱交換器8、圧縮機1、利用側熱交換器4、第1減
圧器5、冷媒を気相と液相に分離する気液分離器6及
び、第2減圧器7をこの順序に接続して構成する冷媒回
路、上記気液分離器6の気相部と上記圧縮機の中間圧領
域を接続するエコノマイザ配管10を備えている。図2
にスクロール式ガスインジェクション圧縮機を備えたと
きの冷媒回路の構成図を示している。スクロール式圧縮
機は同形状の二つの圧縮室があり、エコノマイザ配管か
ら各圧縮室ごとに注入口径の異なる2個の冷媒注入口1
3を設け、途中に逆止弁12と電磁弁11を設けてい
る。また、冷媒注入口13aと13cの口径は、13b
と13dより小さくしてある。
【0022】次に暖房運転時の動作について説明する。
圧縮機1で圧縮された高温高圧のガス冷媒は吐出配管2
から四方弁3を経て利用側熱交換器4へ導かれ、ここで
ガス冷媒は凝縮し液化する。つまり利用側熱交換器4は
凝縮器となる。この際凝縮熱を利用側熱交換器4より放
出し、暖房運転を行う。その後液冷媒は第1減圧器5を
通り、低温中圧の気液二相のガス冷媒になり、気液分離
器6に導かれる。ここで気相と液相に分離した冷媒の液
相のみが第2減圧器7を通り、ここで低温低圧の気液二
相のになった冷媒は非利用側熱交換器8へ導かれ、ここ
で気液二相のガス冷媒は、外気から熱をもらい蒸発しガ
ス化する。つまり非利用側熱交換器8は蒸発器となる。
その後、アキュムレータ9を通り圧縮機1へ導かれる。
さらに、気液分離器6内のガス冷媒は、エコノマイザ配
管10を通り圧縮機1の圧縮室内が気液分離器圧力のな
るまで冷媒が注入する。したがって、圧縮機1から吐出
された冷媒の循環量は圧縮機1へ吸入される冷媒循環量
より、気液分離器6から注入されるガス冷媒だけ増加す
ることになる。
【0023】次に、冷房運転時の動作について説明す
る。この場合、四方弁3を切り換えることにより、利用
側熱交換器4を蒸発器、非利用側熱交換器8を凝縮器と
使用する。以降の動作は暖房運転時の動作と同様なので
ここでは説明を省略する。
【0024】低速運転で定格運転に最適な冷媒注入口の
口径を使用した場合、前記運転動作の説明において、気
液分離器6から注入されるガス冷媒は定格運転に比べ過
剰になるため、この場合注入口径の小さいもの13a、
13cを使用する。従って電磁弁11a、11dは開、
11b、11cは閉状態にある。定格運転時は、この運
転に適した冷媒注入口径のもの13b、13dを使用す
る。従って電磁弁11a、11cは閉、11b、11d
は開状態にある。高速運転の場合は、定格運転時に比べ
注入冷媒量が不足するため、大小2つの注入口を同時に
使用する制御をおこなう。従って電磁弁11は全て開の
状態にある。
【0025】なお、冷媒注入口径と中間圧力(気液分離
器内圧力)の関係を図3に示しておく。
【0026】実施例2.実施例1では、気液分離器から
のガス冷媒量を、運転周波数ごとに注入口径の異なる注
入口により制御を行ったが、同一口径の複数個の注入口
を設けて、制御を行っても、注入口の数は増えるが、そ
のほかは同様の効果が得られる。
【0027】実施例3.実施例1では、圧縮室内冷媒の
逆流を防止するための逆止弁を気液分離器と注入冷媒量
制御用の電磁弁との間に設けたが、圧縮室内の無効容積
を少なくするように注入口の直前に設けてもよい。図1
にスクロール式圧縮機を使用した時の冷凍サイクル装置
の例を示した。
【0028】なお、本実施例では注入口を複数個で説明
したが、例えば3個、4個でも上記実施例と同様の効果
を奏する。
【0029】
【発明の効果】この発明は次に記載する効果を奏する。
請求項1の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、第1
減圧器、気液分離器(エコノマイザ)、及び第2減圧
器、蒸発器をこの順序に接続した冷凍サイクルと、気液
分離器の気相部と前記圧縮機の中間圧領域を接続するエ
コノマイザ配管とを備えた冷凍サイクル装置において、
前記エコノマイザ配管から前記圧縮機の一つの圧縮室へ
接続される複数個の注入口を備えた構成にしたので、圧
縮機の構造上の制約を受けずに、冷媒注入量を増加でき
る。
【0030】請求項2の冷凍サイクル装置は、請求項1
の冷凍サイクル装置において、圧縮機の一つの圧縮室へ
接続される複数個の注入口の口径を異なるようにした構
成にしたので、注入口の数を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1による冷凍サイクル装置の
構成図である。
【図2】この発明の実施例1による冷凍サイクル装置の
スクロール圧縮機を使用した時の構成図である。
【図3】この発明の実施例1による冷凍サイクル装置の
冷媒注入口径と中間圧力の関係を示す図である。
【図4】この発明の実施例1による冷凍サイクル装置の
モリエル線図である。
【図5】この発明の実施例3による冷凍サイクル装置の
構成図である。
【図6】従来の冷凍サイクル装置の構成図である。
【図7】従来の冷凍サイクル装置のスクロール圧縮機を
使用した時の構成図である。
【符号の説明】
1 圧縮機 4 利用側熱交換器 5 第1減圧器 6 気液分離器 7 第2減圧器 8 非利用側熱交換器 10 エコノマイザ配管 13a、13b 注入口

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、第1減圧器、気液分離
    器(エコノマイザ)、及び第2減圧器、蒸発器をこの順
    序に接続した冷凍サイクルと、気液分離器の気相部と前
    記圧縮機の中間圧領域を接続するエコノマイザ配管とを
    備えた冷凍サイクル装置において、前記エコノマイザ配
    管から前記圧縮機の一つの圧縮室へ接続される複数個の
    注入口を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 【請求項2】 圧縮機の一つの圧縮室へ接続される複数
    個の注入口の口径を異なるようにしたことを特徴とする
    冷凍サイクル装置。
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