JP4111921B2 - エコノマイザポートを通しての気液冷媒の注入 - Google Patents

Description

本発明は気液混合物がエコノマイザポートを介して中間圧チャンバ内に注入されて、気体注入と液体注入のための別のポートの必要性を無くした冷凍機用圧縮機に関する。

圧縮機は空調機や冷凍機などの冷媒圧縮用途に際して冷媒を圧縮するために用いられる。冷凍回路の最も効果的な制御を提供するために、多くの挑戦がなされている。とりわけ、ある種の運転状態において、冷凍回路のために容量増加または効率増大を成し遂げることが望ましい。容量増大又は効率増大を成し遂げるための一つの方法としては、冷凍回路にエコノマイザ回路を包含させることである。エコノマイザ回路は、コンデンサの下流の主冷媒流と、コンデンサの下流で分岐されて膨張バルブを通過する第２の冷媒流と、の間で実質的な熱交換をもたらす。主冷媒流は第２の冷媒流によって冷却される。

このようにして、コンデンサからの主冷媒流は、それ自身の膨張バルブを通過して蒸発器に入る前に、第２の冷媒流で冷却される。主冷媒流がより低い温度にて膨張バルブに入るので、蒸発器で熱を吸収する容量が増大し、システムの冷却容量の増大をもたらす。第２の冷媒流の冷媒は、吸入部の下流でかつ吐出部の上流にある点で圧縮機の圧縮チャンバに入る。すなわち、第２の冷媒流の冷媒は中間の圧縮点にあるエコノマイザポートに注入される。注入蒸気は中間圧であるから、これを吐出圧ないしコンデンサ圧まで圧縮するために必要なエネルギは、吸入圧つまり蒸発器圧で注入される場合よりも、少なくなる。このことは、圧縮機の比仕事量の低減をもたらし、換言すれば、システム効率の改良をもたらす。

エコノマイザを利用する圧縮機の一つの型は、スクロール圧縮機である。典型的には、離間した一対のエコノマイザ注入ポートが中間圧チャンバ内に液体を注入する。

最近、本出願の譲渡人は、アンローダバルブ機能がエコノマイザポートを通して作用するというシステムを開発した。バルブはアンローダ機能を制御するために選択的に開放され、液体がアンローダバルブを通してエコノマイザポートから吸入供給ラインに戻るようにしている。

更には、冷媒の吐出温度を低減するために、時には、圧縮チャンバ内に気液混合冷媒を供給することが望ましい。ある種の運転状態においては、吐出温度を低下させることは非常に有利である。特に、高い飽和凝縮温度、高い圧縮比、又は、高過熱状態にあっては、吐出温度を低下させることが望ましい。圧縮チャンバ内に気液混合冷媒を注入することは、吐出温度を低下させることに効果的である。しかしながら、一般的には、別々の注入ポートが用いられて来た。エコノマイザ運転又は気液注入の両方のためではなくて、単一の組のポートを設けることもまた一般的である。

本発明の開示した実施例においては、エコノマイザ帰還ラインが、コンデンサの下流で液体冷媒を分流させる液体分岐と選択的に連通する。この液体分岐ラインにおけるバルブは、その液体をエコノマイザ帰還ラインに選択的に連通させ、最終的に、エコノマイザポートを通して圧縮チャンバに連通させる。このバルブは冷媒の吐出温度を低下させることが望まれるときに開放することができる。このバルブはエコノマイザバルブが開放しているときに組み合わせて開くことができ、あるいは、エコノマイザバルブが閉まっているときに用いることができる。更には、バルブはアンローダ運転中に液体を供給するために利用することもできる。

エコノマイザポートを通して液体を注入することにより、別々のエコノマイザポート及び液体注入ポートの設定は不必要になる。さらに、中間位置への液体冷媒の注入は、従来技術における吸入部での注入よりも圧縮機溜まりを希釈しない。

本発明のこれらの特徴ならびに他の特徴は、以降の説明および図面により最も良く理解できるであろう。

図１は、スクロール圧縮機２２を含む冷凍回路２０を示す。図１Ａに示すように、圧縮機２２は旋回スクロール２３と非旋回スクロール２５を含む。知られているように、二つのスクロール部材で圧縮チャンバ２４を画成する。エコノマイザ注入ライン２６が、エコノマイズされた液体を吸入圧と吐出圧との中間で圧縮チャンバ２４に戻すように注入するために、二つの注入ポート２８と連通している。本発明はスクロール圧縮機において詳細に開示するが、本発明はその他の型の圧縮機にも適用可能である。特に、スクリュー圧縮機は本発明によって利益を得ることであろう。

知られているように、圧縮機からの吐出ライン３０がコンデンサ３２に導かれている。コンデンサ出口３４がエコノマイザ熱交換器４０に導かれている。分岐ライン３６が出口ライン３４の一部から分岐して膨張バルブ３８を通過する。ライン３４とライン３６を流れる二つの流体が熱交換器４０を通過するとき、ライン３６の流体によりライン３４の流体から熱が奪われる。主流ライン３４はエコノマイザ熱交換機４０の出口４４まで続き、最終的に主膨張バルブ４６に続く。膨張バルブ４６から冷媒は蒸発器４８を通過する。蒸発器４８から冷媒はライン４９を経て圧縮機２２の吸入ポート５１に戻る。分岐ライン３６はエコノマイザ熱交換器４０の第２の出口２６に続き、最終的に圧縮機２２に至り、ここで冷媒は注入ポート２８を通して圧縮チャンバ２４内に入る。

米国特許第５，９９６，３６４号に開示されているように、選択的ライン５２は、吸入ライン４９をエコノマイザライン２６に結ぶために選択的に開放されるバル５３を有する。バルブ５３が開放すると、エコノマイザバルブ５４は典型的には閉じられる。バルブ５３が開放されると、冷媒はポート２８を経てライン５２に移動し、かつ吸入ライン４９に帰還する。この制御は、容量の減少が要求されたときコントローラ６０によって生じる。再び、エコノマイザ運転が要求されたときには、コントローラ６０は、バルブ５４を開き、バルブ５３を閉じる。バルブ５４はライン２６に位置するように示されているが、代わりに、バルブ５４をライン３６に位置するようにしてもよいことを理解すべきである。

この点について開示した回路は一般的なものである。本発明は、コンデンサ３２から液体を分流させる分岐５６を含むことにある。バルブ５８と膨張バルブ５７がライン５６に設けられており、エコノマイザライン２６への液体の流れを制御する。ライン２６内に液体を含むことにより、液体が中間圧の位置で圧縮チャンバ２４内に注入される。エコノマイザポート２８がエコノマイザ蒸気に加えて液体を注入するために利用されるので、圧縮機には追加的な流路構造は不必要である。かくして本発明は、中間圧の圧縮チャンバ内に液体を注入することができ、圧縮機に追加的な連通路等を設ける必要無しに、吐出温度の低減を達成できる。

バルブ５８はコントローラ６０によって制御され、エコノマイザバルブ５４の開状態に関連して、あるいは、アンローダバルブ５３の開状態に関連して、液体を注入するように開放される。

一般的に、コントローラ６０は、どの形式の運転状態が圧縮チャンバ２４内への液体の注入に有利であるかを決定するようにプログラムされる。

バルブ５７とバルブ５８は別の構成要素として説明し図示したが、これらを一つの構成要素として結合することができることを理解すべきである。またバルブ３６とバルブ５４も一つの構成要素として結合できる。さらに、膨張バルブ３６，５７は、キャピラリチューブ又は固定オリフィスとすることもできる。

図２に示す第２の実施例１２０は、分岐１５６がエコノマイザ熱交換器の出口４４と主膨張バルブ４６との中間にあるほかは図１の実施例に類似している。さらに、分岐１５６は、膨張バルブ１５７を通り遮断バルブ１５８に至る液体を分流させる。遮断バルブ１５８は、ライン２６内に液体を注入するために開き、最終的にはエコノマイザ注入ポート２８内に注入する。この実施例における運転と制御は、図１の実施例に類似している。

図３は更に他の実施例２２０を示すもので、ここではエコノマイザ膨張バルブ２３８が電子膨張バルブとなっている。このようなバルブは、コントローラ６０によって、エコノマイザ回路を過溢流させるために制御することができ、エコノマイザ運転が生じたときにはいつでも、制御された量の液体冷媒が、エコノマイザ帰還ライン２６を介して戻るようにすることができる。これにより、別の液体注入ラインを設ける必要性が無くなる。

液体冷媒を分流させることは当業技術分野の通常のレベル内にある。更に、図においては別々の“コントローラ”が示されているが、単一のコンピュータ制御で図示の全ての要素を制御してもよいことを理解すべきである。

かくして、本発明は、圧縮機２２へ追加的な連通路を設けること無しに、エコノマイザシステムにおいて、圧縮チャンバ内に中間圧で液体冷媒を注入することを達成できる。

好適な実施例を開示したが、当業技術分野の通常の者はいくらかの変形例が本発明の範囲内に入ることを認めることであろう。そのため、特許請求の範囲については本発明の真の範囲と内容を決定するように検討すべきである。

本発明を実施した冷凍システムの略図である。 スクロール圧縮機の断面図である。 第２の実施例を示す。 更に他の実施例を示す。

Claims (10)

1. 吸入ライン、吐出ライン、および、吸入圧と吐出圧との中間の圧力の中間圧圧縮チャンバを有する圧縮機と、
   前記圧縮機の吐出ラインと連通したコンデンサと、
   エコノマイザ熱交換器と、前記コンデンサの出口から流体を分流するエコノマイザ分岐と、
   を備え、
   前記エコノマイザ熱交換器において前記コンデンサの主出口ラインと前記エコノマイザ分岐との間で熱交換されるように、前記分岐は、前記エコノマイザ熱交換器の上流のエコノマイザ膨張バルブを通過し、
   前記主流ラインは主膨張装置を通過して蒸発器に至り、
   前記エコノマイザ流はエコノマイザバルブを通過して、エコノマイザ流体を前記中間圧圧縮チャンバに戻すようにエコノマイザ帰還ラインおよび注入ポートに流入し、
   さらに、
   液体冷媒を分流し前記エコノマイザポートを経て前記圧縮チャンバに注入する液体分岐ラインを備えてなる冷凍サイクル。
2. 前記圧縮機はスクロール圧縮機であって、前記中間圧圧縮チャンバと連通する一対のエコノマイザ注入ポートが離間して設けられている請求項１に記載の冷凍サイクル。
3. 前記エコノマイザ帰還ラインと前記吸入ラインとを結ぶラインにアンローダバルブが設けられているとともに、このアンローダバルブを選択的に開放するコントローラを有する請求項１に記載の冷媒サイクル。
4. 前記分岐ラインを前記エコノマイザ帰還ラインに結ぶラインに、別の液体注入バルブが含まれ、該液体注入バルブは、前記アンローダバルブが開放されたときに開放されるように制御される請求項１に記載の冷凍サイクル。
5. 前記エコノマイザバルブと前記液体注入バルブは両方ともに同時に開放される請求項４に記載の冷凍サイクル。
6. 前記液体分岐ラインは、前記エコノマイザ分岐と前記コンデンサ吐出ラインとの中間位置で分流される請求項１に記載の冷凍サイクル。
7. 前記液体分岐は前記主出口ラインにあって前記エコノマイザ熱交換器と前記主膨張装置との中間位置にある請求項１に記載の冷凍サイクル。
8. 前記液体分岐ラインは前記エコノマイザ分岐により設けられており、追加的な液体を前記エコノマイザ帰還ラインに注入すべく前記エコノマイザ膨張バルブが制御される請求項１に記載の冷凍サイクル。
9. 前記液体分岐ラインの分岐は、前記エコノマイザ熱交換器と前記コンデンサとの中間位置に位置し、この分岐が流体を膨張装置へと分流し、かつ前記中間圧圧縮チャンバへ流入する前に追加のバルブを通過することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
10. 前記液体分岐ラインは、前記エコノマイザポートを通して、液体冷媒を前記中間圧圧縮チャンバへ直接に注入することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。

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