JP4115296B2 - Transcritical refrigerant cycle equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して構成され、高圧側が超臨界圧力となる遷臨界冷媒サイクル装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種冷媒サイクル装置は、ロータリコンプレッサ(コンプレッサ)、ガスクーラ、絞り手段(膨張弁等)及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル(冷媒回路)が構成されている。そして、ロータリコンプレッサの回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった。
【0003】
ここで、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷媒サイクルにおいても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素(CO2)を冷媒として用い、高圧側を超臨界圧力として運転する遷臨界冷媒サイクルを用いた装置が開発されて来ている。
【0004】
このような遷臨界冷媒サイクル装置では、コンプレッサ内に液冷媒が戻って、液圧縮することを防ぐために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸込側との間の低圧側にアキュムレータを配設し、このアキュムレータに液冷媒を溜め、ガスのみをコンプレッサに吸い込ませる構成とされていた。そして、アキュムレータ内の液冷媒がコンプレッサに戻らないように絞り手段を調整していた(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特公平7−18602号公報
【0006】
しかしながら、冷媒サイクルの低圧側にアキュムレータを設けることは、その分多くの冷媒充填量を必要とする。また、液バックを防止するためには絞り手段の開度を小さくし、或いは、アキュムレータの容量を拡大しなければならず、冷却能力の低下や設置スペースの拡大を招く。そこで、係るアキュムレータを設けること無く、コンプレッサにおける液圧縮を解消するために、出願人は従来図4に示す冷媒サイクル装置の開発を試みた。
【0007】
図4において、10は内部中間圧型多段(2段)圧縮式ロータリコンプレッサを示しており、密閉容器12内の駆動要素としての電動要素14とこの電動要素14の回転軸16で駆動される第1の回転圧縮要素32及び第2の回転圧縮要素34を備えて構成されている。
【0008】
この場合の遷臨界冷媒サイクル装置の動作を説明する。コンプレッサ10の冷媒導入管94から吸い込まれた低圧の冷媒は、第1の回転圧縮要素32で圧縮されて中間圧となり、密閉容器12内に吐出される。その後、冷媒導入管92から出て中間冷却回路150Aに流入する。中間冷却回路150Aはガスクーラ154Aを通過するように設けられており、そこで、空冷方式により放熱される。ここで中間圧の冷媒はガスクーラ154Aにて熱が奪われる。
【0009】
その後、第2の回転圧縮要素34に吸い込まれて2段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管96より外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【0010】
冷媒吐出管96から吐出された冷媒ガスはガスクーラ154Aに流入し、そこで空冷方式により放熱された後、内部熱交換器160を通過する。冷媒はそこで蒸発器157を出た低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。その後、冷媒は膨張弁156にて減圧され、その過程でガス/液混合状態となり、次に蒸発器157に流入して蒸発する。蒸発器157から出た冷媒は内部熱交換器160を通過し、そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪って加熱される。
【0011】
そして、内部熱交換器160で加熱された冷媒は冷媒導入管94からロータリコンプレッサ10の第1の回転圧縮要素32内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。このように、蒸発器157から出た冷媒を内部熱交換器160により高圧側の冷媒にて加熱することで過熱度を取ることができるようになり、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ10に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、コンプレッサ10が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【0012】
また、第1の回転圧縮要素32で圧縮された冷媒を中間冷却回路150Aを通過させることで、ガスクーラ154Aにて効果的に冷却することができ、第2の回転圧縮要素34における圧縮効率の向上を図ることができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前記ガスクーラ154Aとしては従来では多数の熱交換用フィンと各フィンを貫通して設けられた冷媒配管と成るフィンアンドチューブタイプの熱交換器が用いられ、ファンにより係るガスクーラ154Aに通風して空冷する構成とされていた。しかしながら、このようなガスクーラ154Aを屋外設置の自動販売機のようは劣悪な環境で使用した場合、前記フィンがゴミ等により目詰まりを起こして、熱交換能力が低下すると云う問題が生じる。そこで、ガスクーラを全体が渦状に巻かれたロールドチューブオンシートタイプの熱交換器で構成することが考えられる。
【0014】
このロールドチューブオンシートタイプの熱交換器は、鋼板などの熱良導性の金属板上に冷媒配管を蛇行状に溶接固定し、その状態で全体を例えば矩形の渦巻き状に巻くことによって熱交換面積の確保とコンパクト化を図ったものであり、フィンアンドチューブタイプの熱交換器に比較してゴミなどによって目詰まりし難い利点がある。
【0015】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、高圧側が超臨界圧力となる冷媒サイクル装置において、ガスクーラをロールドチューブオンシートタイプの熱交換器にて構成し、該熱交換器の特性を生かしながら効率の改善を図ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の遷臨界冷媒サイクル装置では、コンプレッサは、第1及び第2の圧縮要素を備え、ガスクーラは、熱良導性の板材と当該板材に取り付けられた冷媒配管とから成るロールドチューブオンシートタイプの熱交換器であって、このガスクーラは、全体が渦状となるように巻くことで組み立てられると共に、このガスクーラを空冷するためのファンと、第1の圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路とを設け、ガスクーラをファンの空気吸込側に配置し、中間冷却回路をファンの空気吐出側に配置したので、中間冷却回路を流れる冷媒を、ガスクーラを空冷する通風により効果的に冷却することができるようになる。
【0017】
請求項2の発明の遷臨界冷媒サイクル装置では上記発明に加えて、ガスクーラの渦の軸方向にファンによる風が通過するように配置したので、目詰まり等による放熱効果の低下を未然に回避することができるようになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図1は本発明の遷臨界冷媒サイクル装置に使用するコンプレッサの実施例として、第1の回転圧縮要素(第1の圧縮要素)32及び第2の回転圧縮要素(第2の圧縮要素)34を備えた内部中間圧型多段(2段)圧縮式のロータリコンプレッサ10の縦断面図、図2は本発明の遷臨界冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【0019】
各図において、10は二酸化炭素(CO2)を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ10は鋼板からなる円筒状の密閉容器12と、この密閉容器12の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素14及びこの電動要素14の下側に配置され、電動要素14の回転軸16により駆動される第1の回転圧縮要素32(1段目)及び第2の回転圧縮要素34(2段目)から成る回転圧縮機構部18にて構成されている。
【0020】
密閉容器12は底部をオイル溜めとし、電動要素14と回転圧縮機構部18を収納する容器本体12Aと、この容器本体12Aの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ(蓋体)12Bとで構成され、且つ、このエンドキャップ12Bの上面中心には円形の取付孔12Dが形成されており、この取付孔12Dには電動要素14に電力を供給するためのターミナル(配線を省略)20が取り付けられている。
【0021】
電動要素14は所謂磁極集中巻き式のDCモータであり、密閉容器12の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ22と、このステータ22の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ24とからなる。このロータ24は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸16に固定されている。ステータ22は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体26と、この積層体26の歯部に直巻き(集中巻き)方式により巻装されたステータコイル28を有している。また、ロータ24はステータ22と同様に電磁鋼板の積層体30で形成され、この積層体30内に永久磁石MGを挿入して形成されている。
【0022】
前記第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34との間には中間仕切板36が挟持されている。即ち、第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34は、中間仕切板36と、この中間仕切板36の上下に配置された上シリンダ38、下シリンダ40と、この上下シリンダ38、40内を、180度の位相差を有して回転軸16に設けられた上下偏心部42、44により偏心回転される上下ローラ46、48と、この上下ローラ46、48に当接して上下シリンダ38、40内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン50、52と、上シリンダ38の上側の開口面及び下シリンダ40の下側の開口面を閉塞して回転軸16の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材54及び下部支持部材56にて構成されている。
【0023】
一方、上部支持部材54及び下部支持部材56には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ38、40の内部とそれぞれ連通する吸込通路60(上側の吸込通路は図示せず)と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー66、下部カバー68にて閉塞することにより形成される吐出消音室62、64とが設けられている。
【0024】
尚、吐出消音室64と密閉容器12内とは、上下シリンダ38、40や中間仕切板36を貫通する連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管121が立設され、この中間吐出管121から第1の回転圧縮要素32で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器12内に吐出される。
【0025】
そして、冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素(CO2)が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油(ミネラルオイル)、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、PAG(ポリアルキルグリコール)など既存のオイルが使用される。
【0026】
密閉容器12の容器本体12Aの側面には、上部支持部材54と下部支持部材56の吸込通路60(上側は図示せず)、吐出消音室62、上部カバー66の上側(電動要素14の下端に略対応する位置)に対応する位置に、スリーブ141、142、143及び144がそれぞれ溶接固定されている。そして、スリーブ141内には上シリンダ38に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管92の一端が挿入接続され、この冷媒導入管92の一端は上シリンダ38の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管92は後述する中間冷却回路150を経てスリーブ144に至り、他端はスリーブ144内に挿入接続されて密閉容器12内に連通する。
【0027】
ここで、前述した中間冷却回路150は第1の回転圧縮要素32で圧縮された冷媒を冷却するためのものであり、前述した冷媒導入管92により全体が構成されている。この中間冷却回路150は後述するガスクーラ154を空冷するためのファン155による通風により空冷されるように配置される。この場合、中間冷却回路150の冷媒導入管92の一部は、多数の細片状若しくは針状の熱交換フィンを備えたスパイラルチューブ152にて構成されており、このスパイラルチューブ152がガスクーラ154を空冷するためのファン155の通風により空冷されるように配置される。
【0028】
即ち、実施例ではガスクーラ154はファン155の空気吸込側に配置されており、スパイラルチューブ152はファン155の空気吐出側に配置されている。
【0029】
このスパイラルチューブ152により、熱交換面積が大きくなるため、スパイラルチューブ152内を流れる冷媒は、ガスクーラ154のファン155による通風による冷却作用を効果的に受けて放熱することができるようになる。これにより、冷媒をより一層冷却して中間冷却回路150の放熱効果の改善を図ることができるようになる。
【0030】
また、スリーブ142内には下シリンダ40に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管94の一端が挿入接続され、この冷媒導入管94の一端は下シリンダ40の吸込通路60と連通する。また、スリーブ143内には冷媒吐出管96が挿入接続され、この冷媒吐出管96の一端は吐出消音室62と連通する。
【0031】
次に図2において、上述したコンプレッサ10は図2に示す遷臨界冷媒サイクル装置の冷媒回路の一部を構成する。尚、実施例の冷媒サイクル装置は例えば自動販売機に適用されるものである。即ち、コンプレッサ10の冷媒吐出管96はガスクーラ154の入口に接続される。ここで、ガスクーラ154は図3に示すようにロールドチューブオンシートタイプの熱交換器154aから構成されており、係るガスクーラ154に対応して前述した空冷用のファン155が設置されている。ガスクーラ154を構成する熱交換器154aは、鋼板などの熱良導性の金属板154b(板材)とこの金属板154bに溶接して取り付けられた冷媒配管154c(この冷媒配管154cの一端が冷媒吐出管96に接続され、他端が内部熱交換器160への配管に接続される)とから成り、全体が矩形渦状に巻かれている。尚、ロールドチューブオンシートタイプの熱交換器154aの組立方法は、先ず、熱良導性の金属板154b上に蛇行状に冷媒配管154cを溶接固定し、この状態で全体が矩形の渦状となるように所定の間隔を存して巻くことで組み立てられる。
【0032】
このような方法で組み立てられた熱交換器154aを当該熱交換器154aの渦の軸方向にファン155からの風が通過するように設置する。これにより、コンパクトながら大成る熱交換面積を確保し、ガスクーラ154内に流入したコンプレッサ10の第2の回転圧縮要素34からの高温高圧の冷媒ガスを効果的に冷却することが出来るようになる。
【0033】
また、係る熱交換器154aは、従来のようなフィンチューブタイプの熱交換器に比較してゴミ等による目詰まりが生じ難いので、屋外設置の自動販売機などに使用される場合のような劣悪な環境下においても目詰まりによる熱交換能力の低下を未然に回避することができるようになる。更に、前述した如く中間冷却回路150を構成する冷媒導入管92の一部のスパイラルチューブ152がガスクーラ154を空冷するためのファン155の通風により空冷されるように配置しているので、中間冷却回路150を流れる冷媒も効果的に冷却することが出来るようになる。
【0034】
更にまた、中間冷却回路150の冷媒導入管92をガスクーラ154に取り付けないので、ガスクーラ154の組立作業性も悪化することが無くなる。
【0035】
そして、このガスクーラ154を出た配管は内部熱交換器160を通過する。この内部熱交換器160はガスクーラ154から出た高圧側の冷媒と蒸発器157から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。
【0036】
内部熱交換器160を通過した配管は絞り手段としての膨張弁156に至る。そして、膨張弁156の出口は蒸発器157の入口に接続され、蒸発器157を出た配管は内部熱交換器160を経て冷媒導入管94に接続される。
【0037】
以上の構成で次に本発明の遷臨界冷媒サイクル装置の動作を説明する。ターミナル20及び図示されない配線を介してコンプレッサ10の電動要素14のステータコイル28に通電されると、電動要素14が起動してロータ24が回転する。この回転により回転軸16と一体に設けた上下偏心部42、44に嵌合された上下ローラ46、48が上下シリンダ38、40内を偏心回転する。
【0038】
これにより、冷媒導入管94及び下部支持部材56に形成された吸込通路60を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ40の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ48とベーン52の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ40の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管121から密閉容器12内に吐出される。これによって、密閉容器12内は中間圧となる。
【0039】
そして、密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスはスリーブ144から出て冷媒導入管92に入り、中間冷却回路150を通過する。そして、冷媒はこの中間冷却回路150、特に、前述したスパイラルチューブ152内を通過する過程でガスクーラ154のファン155による通風により空冷方式で放熱する。このように、第1の回転圧縮要素32で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路150を通過させることで効果的に冷却することができるので、密閉容器12内の温度上昇を抑え、第2の回転圧縮要素34における圧縮効率も向上させることができるようになる。
【0040】
そして、冷却された中間圧の冷媒ガスは上部支持部材54に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから第2の回転圧縮要素34の上シリンダ38の低圧室側に吸入され、ローラ46とベーン50の動作により2段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材54に形成された吐出消音室62を経て冷媒吐出管96より外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【0041】
冷媒吐出管96から吐出された冷媒ガスはガスクーラ154に流入し、そこでファン155により空冷方式で放熱した後、ガスクーラ154から出て内部熱交換器160を通過する。冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。内部熱交換器160で冷却された高圧側の冷媒ガスは膨張弁156に至る。尚、膨張弁156の入口では冷媒ガスはまだ気体の状態である。冷媒は膨張弁156における圧力低下により、ガス/液体の二相混合体とされ、その状態で蒸発器157内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。
【0042】
以上のように、第1の回転圧縮要素32で圧縮された中間圧の冷媒ガスを、スパイラルチューブ152を備えた中間冷却回路150に流して放熱させ、密閉容器12内の温度上昇を抑えるという効果によって、第2の回転圧縮要素34における圧縮効率の向上を図ることができるようになり、加えて、第2の回転圧縮要素34で圧縮された冷媒ガスをロールドチューブオンシートタイプの熱交換器154aを備えたガスクーラ154にて冷却することで、放熱能力を維持することができるという効果によって、蒸発器157における冷却能力の向上を図ることができるようになる。
【0043】
その後、冷媒は蒸発器157から流出して、内部熱交換器160を通過する。そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。このように、蒸発器157で蒸発して低温となり、蒸発器157を出た冷媒は完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合もある。そこで、内部熱交換器160を通過させて高圧側の冷媒と熱交換させることで、冷媒は過熱度が取れて完全に気体となる。これにより、低圧側にアキュムレータを設けること無く、コンプレッサ10に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、コンプレッサ10が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【0044】
尚、内部熱交換器160で加熱された冷媒は、冷媒導入管94からコンプレッサ10の第1の回転圧縮要素32内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【0045】
このように、熱良導性の金属板154b(板材)と当該金属板154bに取り付けられた冷媒配管154cとから成り、全体が矩形の渦状に巻かれたロールドチューブオンシートタイプの熱交換器154aにてガスクーラ154を構成すると共に、第1の回転圧縮要素32から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路150を設け、この中間冷却回路150を、ガスクーラ154を空冷するためのファン155の通風により空冷されるように配置したので、中間冷却回路150を流れる冷媒を、ロールドチューブオンシートタイプのガスクーラ154を空冷するファン155の通風により効果的に冷却することができるようになる。
【0046】
これにより、ガスクーラ154の目詰まり等による放熱効果の低下を未然に回避しながら、中間冷却回路150における放熱効果を確保することができるようになる。また、このとき中間冷却回路150の配管をガスクーラ154の金属板154bに取り付ける必要が無いので、ガスクーラ154の構造の簡素化を図り、生産コストの低減を図ることができる。
【0047】
また、中間冷却回路150を構成する冷媒導入管92の一部を、多数の細片状若しくは針状の熱交換フィンを備えたスパイラルチューブ152にて構成し、このスパイラルチューブ152がガスクーラ154を空冷するためのファン155の通風により空冷されるように配置しているので、中間冷却回路150の放熱効果の改善も図ることができるようになる。
【0048】
尚、本実施例では中間冷却回路150の冷媒導入管92の少なくとも一部をスパイラルチューブ152にて構成し、このスパイラルチューブ152がガスクーラ154を空冷するためのファン155の通風により空冷されるように配置するものとしたが、これに限らず、例えば、中間冷却回路150を構成する冷媒導入管92の一部を、ガスクーラ154の熱交換器154aと一体に設けても良い。
【0049】
この場合には、前記金属板154b上に冷媒吐出管96に接続される前記冷媒配管154cとは独立して冷媒導入管92の一部(別体で構成する)を溶接固定し、全体を矩形渦状となるように巻くことで熱交換器154aを構成する。これにより、中間冷却回路150とガスクーラ154を含めた高圧側の一層の小型化を図り、遷臨界冷媒サイクル(実施例では自動販売機の冷媒サイクル)の設置スペースを更に縮小することができるようになるようになる。
【0050】
また、本実施例では二酸化炭素を冷媒として使用したが、冷媒はそれに限定されるものではなく、遷臨界冷媒サイクルにて使用可能な種々の冷媒が適用可能である。
【0051】
更に、本実施例ではコンプレッサ10は内部中間圧型の多段(2段)圧縮式ロータリコンプレッサを用いて説明したが、本発明に使用可能なコンプレッサはこれに限定されるものではなく、2段以上の圧縮要素を備えた多段圧縮式コンプレッサであれば本発明は有効である。
【0052】
【発明の効果】
以上詳述する如く本発明によれば、ガスクーラをロールドチューブオンシートタイプの熱交換器にて構成して目詰まり等による放熱効果の低下を未然に回避し、且つ、全体の小型化を図りながら、中間冷却回路における放熱効果を確保し、コンプレッサの運転効率の向上を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の冷媒サイクル装置に使用する実施例のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図2】 本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図3】 ロールドチューブオンシートタイプの熱交換器の拡大図である。
【図4】 従来の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
10 多段圧縮式ロータリコンプレッサ
12 密閉容器
14 電動要素
32 第1の回転圧縮要素
34 第2の回転圧縮要素
92、94 冷媒導入管
96 冷媒吐出管
150 中間冷却回路
152 スパイラルチューブ
154 ガスクーラ
154a 熱交換器
154b 金属板
154c 冷媒配管
155 ファン
156 膨張弁(絞り手段)
157 蒸発器
160 内部熱交換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transcritical refrigerant cycle apparatus that is configured by sequentially connecting a compressor, a gas cooler, a throttle means, and an evaporator, and that has a high pressure side at a supercritical pressure.
[0002]
[Prior art]
In this type of conventional refrigerant cycle apparatus, a rotary compressor (compressor), a gas cooler, a throttle means (expansion valve, etc.), an evaporator, and the like are sequentially connected in an annular manner to form a refrigerant cycle (refrigerant circuit). Then, the refrigerant gas is sucked into the low pressure chamber side of the cylinder from the suction port of the rotary compression element of the rotary compressor, and is compressed by the operation of the roller and the vane to become a high temperature and high pressure refrigerant gas. It is discharged to the gas cooler through the silencer chamber. The refrigerant gas radiates heat in the gas cooler, and is then squeezed by the squeezing means and supplied to the evaporator. Therefore, the refrigerant evaporates, and at that time, the cooling effect is exhibited by absorbing heat from the surroundings.
[0003]
Here, in recent years, in order to deal with global environmental problems, even in this type of refrigerant cycle, carbon dioxide (CO 2 ), which is a natural refrigerant, is used as a refrigerant without using conventional chlorofluorocarbon, and the high pressure side is used as a supercritical pressure. Devices using transcritical refrigerant cycles to operate have been developed.
[0004]
In such a transcritical refrigerant cycle device, in order to prevent the liquid refrigerant from returning and compressing into the compressor, an accumulator is disposed on the low pressure side between the outlet side of the evaporator and the suction side of the compressor, This accumulator is configured to store liquid refrigerant and suck only gas into the compressor. And the throttle means was adjusted so that the liquid refrigerant in an accumulator may not return to a compressor (for example, refer to patent documents 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 7-18602 [0006]
However, providing an accumulator on the low-pressure side of the refrigerant cycle requires a larger amount of refrigerant filling. Further, in order to prevent liquid back, the opening of the throttle means must be reduced or the capacity of the accumulator must be increased, leading to a reduction in cooling capacity and an increase in installation space. Therefore, in order to eliminate the liquid compression in the compressor without providing such an accumulator, the applicant tried to develop the refrigerant cycle apparatus shown in FIG.
[0007]
In FIG. 4,
[0008]
The operation of the transcritical refrigerant cycle device in this case will be described. The low-pressure refrigerant sucked from the
[0009]
Thereafter, the second
[0010]
The refrigerant gas discharged from the
[0011]
The refrigerant heated by the
[0012]
Further, by allowing the refrigerant compressed by the first
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Here, as the
[0014]
In this rolled tube on sheet type heat exchanger, a refrigerant pipe is welded and fixed in a meandering manner on a heat conductive metal plate such as a steel plate, and the whole is wound in a rectangular spiral shape in that state, for example. The replacement area is secured and the size is reduced, and there is an advantage that it is less likely to be clogged with dust or the like than a fin-and-tube heat exchanger.
[0015]
The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and in a refrigerant cycle device in which the high pressure side is a supercritical pressure, the gas cooler is configured by a rolled tube on sheet type heat exchanger. An object of the present invention is to improve efficiency while taking advantage of the characteristics of the heat exchanger.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
That is, in the transcritical refrigerant cycle apparatus of the present invention, the compressor includes first and second compression elements, and the gas cooler is a rolled tube including a thermally conductive plate material and a refrigerant pipe attached to the plate material. This is an on-sheet type heat exchanger, and the gas cooler is assembled by winding it in a spiral shape, and a fan for air-cooling the gas cooler and a refrigerant discharged from the first compression element an intermediate cooling circuit for dissipating provided, arranged gas cooler on the air suction side of the fan, since the place of the intermediate cooling circuit to the air discharge side of the fan, the refrigerant flowing through the intermediate cooling circuit, by ventilation for cooling the gas cooler It becomes possible to cool effectively.
[0017]
In addition to the above-described invention, the transcritical refrigerant cycle device according to the second aspect of the invention is arranged so that the wind by the fan passes in the axial direction of the vortex of the gas cooler, so that a reduction in the heat radiation effect due to clogging or the like is avoided. Will be able to.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a compressor used in the transcritical refrigerant cycle apparatus of the present invention, which includes a first rotary compression element (first compression element) 32 and a second rotary compression element (second compression element) 34. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the internal intermediate pressure type multi-stage (two-stage)
[0019]
In each figure,
[0020]
The sealed
[0021]
The
[0022]
An
[0023]
On the other hand, the
[0024]
The discharge silencer chamber 64 and the inside of the sealed
[0025]
And, as the refrigerant, the above-mentioned carbon dioxide (CO 2 ), which is a natural refrigerant in consideration of flammability and toxicity, is used as the refrigerant, and the oil as the lubricating oil is, for example, mineral oil (mineral oil), Existing oils such as alkylbenzene oil, ether oil, ester oil, and PAG (polyalkyl glycol) are used.
[0026]
On the side surface of the container
[0027]
Here, the
[0028]
That is, in the embodiment, the
[0029]
Since the heat exchange area is increased by the
[0030]
In addition, one end of a
[0031]
Next, in FIG. 2, the
[0032]
The
[0033]
Further, the
[0034]
Furthermore, since the
[0035]
Then, the piping exiting this gas cooler 154 passes through the
[0036]
The pipe that has passed through the
[0037]
Next, the operation of the transcritical refrigerant cycle apparatus of the present invention having the above configuration will be described. When the
[0038]
As a result, the low-pressure refrigerant gas sucked into the low-pressure chamber side of the
[0039]
The intermediate-pressure refrigerant gas in the sealed
[0040]
The cooled intermediate pressure refrigerant gas is sucked from a suction port (not shown) into a low pressure chamber side of the
[0041]
The refrigerant gas discharged from the
[0042]
As described above, the intermediate pressure refrigerant gas compressed by the first
[0043]
Thereafter, the refrigerant flows out of the
[0044]
The refrigerant heated by the
[0045]
Thus, a rolled tube on sheet type heat exchanger comprising the heat
[0046]
As a result, the heat dissipation effect in the
[0047]
Further, a part of the
[0048]
In this embodiment, at least a part of the
[0049]
In this case, a part (configured separately) of the
[0050]
In this embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant. However, the refrigerant is not limited thereto, and various refrigerants that can be used in the transcritical refrigerant cycle are applicable.
[0051]
Further, in the present embodiment, the
[0052]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the gas cooler is configured by a rolled tube on sheet type heat exchanger to prevent a reduction in heat radiation effect due to clogging and the like, and to reduce the overall size. However, the heat dissipation effect in the intermediate cooling circuit can be secured, and the operation efficiency of the compressor can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotary compressor of an embodiment used in a refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram of the refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a rolled tube on sheet type heat exchanger.
FIG. 4 is a refrigerant circuit diagram of a conventional refrigerant cycle device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記コンプレッサは、第1及び第2の圧縮要素を備え、
前記ガスクーラは、熱良導性の板材と当該板材に取り付けられた冷媒配管とから成るロールドチューブオンシートタイプの熱交換器であって、
該ガスクーラは、全体が渦状となるように巻くことで組み立てられると共に、
該ガスクーラを空冷するためのファンと、前記第1の圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路とを設け、
前記ガスクーラを前記ファンの空気吸込側に配置し、前記中間冷却回路を前記ファンの空気吐出側に配置したことを特徴とする遷臨界冷媒サイクル装置。A refrigerant cycle device configured by sequentially connecting a compressor, a gas cooler, a throttle means, and an evaporator, wherein the high pressure side is a supercritical pressure,
The compressor comprises first and second compression elements;
The gas cooler is a rolled tube on sheet type heat exchanger composed of a thermally conductive plate material and a refrigerant pipe attached to the plate material,
The gas cooler is assembled by winding so that the whole is spiral,
A fan for air-cooling the gas cooler, an intermediate cooling circuit for radiating heat of the refrigerant discharged from the first compression element is provided,
The transcritical refrigerant cycle device, wherein the gas cooler is disposed on an air suction side of the fan, and the intermediate cooling circuit is disposed on an air discharge side of the fan .
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