JP4115414B2 - Refrigeration equipment - Google Patents
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Description
本発明は、気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の中間圧部に導入可能な手段を備える冷凍装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration apparatus including means capable of introducing a gas refrigerant separated by a gas-liquid separator into an intermediate pressure portion of a compressor.
一般に、圧縮機、放熱器、減圧装置、気液分離器を備え、この気液分離器で分離されたガス冷媒を、上記圧縮機の中間圧部に導入可能な手段を備える冷凍装置が知られている(特許文献1参照)。この種の冷凍装置では、上記気液分離器で分離されたガス冷媒を、ガスの状態のまま、上記圧縮機の中間圧部に導入するため、当該圧縮機における効率を向上させることができるといった効果が得られる。
ところで、この種の従来の冷凍装置において、冷凍サイクル中に選択的に異なる温度帯で機能する吸熱器を含む吸熱手段を設ける場合がある。 By the way, in this kind of conventional refrigeration apparatus, a heat absorption means including a heat absorber that selectively functions in different temperature zones may be provided during the refrigeration cycle.
例えば、これを冷蔵室、冷凍室を備える冷蔵庫に適用する場合、冷凍サイクル中に冷蔵用、或いは冷凍用として機能する吸熱器を配置し、いずれか一の吸熱器の機能を利用して冷蔵、或いは冷凍運転を行うことになるが、この場合には、いずれの運転時にも、その効率を落とすことなく高効率で運転することが重要になる。 For example, when this is applied to a refrigerator having a refrigerator compartment or a freezer compartment, a heat absorber functioning as a refrigerator or a refrigerator is arranged in the refrigeration cycle, and the refrigerator is refrigerated using the function of any one of the heat absorbers. Alternatively, the refrigeration operation is performed. In this case, it is important to operate at a high efficiency without reducing the efficiency at any operation.
そこで、本発明の目的は、選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段を、冷凍サイクル中に設けた場合、いずれの温度帯においても、その効率を落とすことなく高効率の運転を可能にした冷凍装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to enable high-efficiency operation without reducing the efficiency in any temperature zone when heat absorption means that selectively function in different temperature zones is provided in the refrigeration cycle. It is to provide a refrigeration apparatus.
上記目的を達成するため、本発明は、1段圧縮部と2段圧縮部とを含み、前記1段圧縮部と2段圧縮部との間に中間冷却器を備える圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、気液分離器と、この気液分離器で分離された、超臨界圧力となるガス冷媒を前記圧縮機の中間冷却器と2段圧縮部との間に導入可能な手段と、前記気液分離器で分離された液冷媒を循環させる低圧側回路と、この低圧側回路には選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段と、この吸熱手段を高い温度帯で機能させる場合、前記気液分離器で分離された前記ガス冷媒の前記圧縮機の中間冷却器と2段圧縮部との間への導入を禁止する禁止手段を備え、前記吸熱手段が互いに異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備え、夫々の吸熱器が選択的に機能し、当該吸熱器を経た冷風を、夫々対応する温度帯に制御される室に導く手段を備えたことを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention includes a first-stage compressing section and the second-stage compressing section, a compressor having an intermediate cooler between the first-stage compressing section and the second-stage compressing section, a radiator A decompressor , a gas-liquid separator , and a means capable of introducing a gas refrigerant separated by the gas-liquid separator and having a supercritical pressure between the intermediate cooler and the two-stage compression unit of the compressor ; , a low pressure side circuit for circulating the separated liquid refrigerant in the gas-liquid separator, a heat absorbing means which function in selected distinct temperature zone in the low pressure side circuit, the field to work the endothermic device with high temperature zone if, comprising a prohibiting means for prohibiting the introduction to between the intermediate cooler and the second-stage compressing section of the compressor of the gas refrigerant separated in the gas-liquid separator, the heat absorbing means mutually different temperature zones It has a plurality of functioning heat sinks, each of the heat sinks functions selectively, and cool air that has passed through the heat sinks Further, it is characterized in that means for guiding to a chamber controlled in a corresponding temperature zone is provided.
この場合において、前記禁止手段が開閉弁で構成されていてもよい。また、前記吸熱手段が互いに異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備え、夫々の吸熱器が選択的に機能し、当該吸熱器を経た冷風を、夫々対応する温度帯に制御される室に導く手段を備えていてもよい。前記吸熱器が夫々対応する温度帯に制御される室に設置されていてもよい。前記吸熱手段が選択的に異なる温度帯で機能する一つの吸熱器を備え、この吸熱器を経た冷風を、夫々異なる温度帯に制御される複数の室に切換ダンパを介して選択的に導く手段を備えていてもよい。前記吸熱器が低い温度帯に制御される室に設置されていてもよい。すべての場合において、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を封入してもよい。 In this case, the prohibiting means may be constituted by an on-off valve. In addition, the heat absorption means includes a plurality of heat absorbers that function in different temperature zones, each of the heat absorbers selectively functions, and the cold air that has passed through the heat absorber is controlled in a corresponding temperature zone. Means for guiding may be provided. Each of the heat absorbers may be installed in a room controlled in a corresponding temperature zone. The heat absorption means includes one heat absorber that selectively functions in different temperature zones, and the cool air that has passed through the heat absorber is selectively guided to a plurality of chambers that are controlled in different temperature zones through switching dampers. May be provided. The heat absorber may be installed in a chamber controlled in a low temperature zone. In all cases, a refrigerant whose high pressure side becomes supercritical pressure during operation may be enclosed.
本発明では、選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段を、液冷媒を循環させる低圧側回路に備え、この吸熱手段を高い温度帯で機能させる場合には、気液分離器で分離されたガス冷媒の圧縮機の中間圧部への導入を禁止する禁止手段を備えたため、夫々の温度帯において、高効率の運転が可能になる。 In the present invention, the heat absorption means that selectively function in different temperature zones is provided in the low-pressure circuit that circulates the liquid refrigerant, and when this heat absorption means functions in the high temperature zone, it is separated by the gas-liquid separator. Since the prohibiting means for prohibiting the introduction of the gas refrigerant to the intermediate pressure portion of the compressor is provided, high-efficiency operation is possible in each temperature range.
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態を示す冷媒回路図である。この冷凍装置30は、圧縮機1、放熱器2、第1膨張弁(減圧装置)3、並びに気液分離器4を順に備えて構成される。この圧縮機1から、放熱器2を経て第1膨張弁3の入口に至るまでの冷媒回路が高圧側回路を構成する。上記圧縮機1は2段圧縮機であり、1段圧縮部1Aと、2段圧縮部1Bとを含み、1段圧縮部1Aと、2段圧縮部1Bとの間に中間冷却器1Cを備える。8は逆止弁である。また、この冷凍装置30は、気液分離器4で分離されたガス冷媒を、圧縮機1の中間圧部に導入可能な手段5を備える。本構成では、中間圧部は、中間冷却器1Cと2段圧縮部1Bとの間である。ここでの圧縮機1は、2段圧縮機に限定するものではなく、それが、例えば、1段圧縮機であれば、導入手段5は、1段圧縮機の中間圧部に戻すものであればよい。この導入手段5はガス管6と、このガス管6に設けられた開閉弁91とで構成される。従って、開閉弁91の開閉によって、ガス冷媒の中間圧部への導入が開始され、或いは停止される。
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing an embodiment of the present invention. The
また、この冷凍装置30は、気液分離器4で分離された液冷媒を循環させるための低圧側回路9が設けられ、この低圧側回路9には、選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段10が設けられる。この吸熱手段10は、第2膨張弁11と、一つの吸熱器14とを備えて構成される。この第2膨張弁11の弁開度を制御することにより、一つの吸熱器14における蒸発圧力が制御される。ここでの蒸発圧力が上昇すれば、吸熱器14での蒸発温度が高くなり、冷蔵運転となる。また、ここでの蒸発圧力が低下すれば、吸熱器14での蒸発温度が低くなり、冷凍運転となる。この吸熱器14を経た冷媒は、逆止弁8を経て、圧縮機1の吸込部に戻される。
Further, the
本実施形態では、吸熱器14を経た冷風を、夫々異なる温度帯に制御される複数の室(冷蔵室21、冷凍室22)に選択的に導く手段23を備えて構成される。この手段23は、送風ダクト24、並びに切換ダンパ25を含み、この切換ダンパ25には、冷蔵、冷凍運転を切り換えるコントローラ26が接続されている。このコントローラ26は、膨張弁3,11と開閉弁91にも接続されており、例えば、冷凍室22の負荷が増大した場合、切換ダンパ25を、図示の位置に倒し、冷風を、冷凍室22に導く(冷凍運転)。この冷凍運転時には、開閉弁91を開いて、破線矢印で示すように、気液分離器4で分離されたガス冷媒を、圧縮機1の中間圧部に導入する。また、冷蔵室21の負荷が増大した場合、切換ダンパ25を、図示の位置と反対の位置に倒し、冷風を、冷蔵室21に導く(冷蔵運転)。この冷蔵運転時には、開閉弁91を閉じ、圧縮機1の中間圧部へのガス冷媒の導入を禁止する。開閉弁91は禁止手段を構成する。
In this embodiment, it comprises a
上述した冷媒回路内には、夏場で、外気温度が30℃以上になった場合、或いは、負荷が大きくなった場合等の条件によって、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒、例えば、二酸化炭素冷媒が封入されている。高圧側回路内が超臨界圧力で運転される冷媒には、ほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。 In the refrigerant circuit described above, a refrigerant in which the high pressure side becomes a supercritical pressure during operation, for example, when the outside air temperature becomes 30 ° C. or higher in summer or when the load becomes large, for example, Carbon refrigerant is enclosed. Other examples of the refrigerant that is operated at a supercritical pressure in the high-pressure side circuit include ethylene, diborane, ethane, nitrogen oxide, and the like.
上記構成において、気液分離器4で分離されたガス冷媒は、これを低圧側回路9に循環させたとしても、冷却に使用することができず、これを1段圧縮部1Aの吸い込みに戻すことは、冷凍サイクルの効率を低下させる。
In the above configuration, even if the gas refrigerant separated by the gas-
そこで、ガス冷媒を、圧縮機1の中間圧部に導入することになるが、本実施形態では、上述したコントローラ26による制御に基づいて、当該ガス冷媒を、温度帯の低い冷凍運転時には、圧縮機1の中間圧部に導入する一方で、温度帯の高い冷蔵運転時には、その中間圧部へのガス冷媒の導入を禁止する。
Therefore, although the gas refrigerant is introduced into the intermediate pressure portion of the
図2は、冷蔵、冷凍運転に係わらず、共に、ガス冷媒を圧縮機1の第1中間圧部Xに導入した場合における、2段圧縮2段膨張サイクルを示すph線図である。
FIG. 2 is a ph diagram showing a two-stage compression and two-stage expansion cycle when a gas refrigerant is introduced into the first intermediate pressure portion X of the
図2において、冷凍運転時(冷凍−26℃付近)には、実線で示すサイクルが形成される。(1)は、1段圧縮部1Aの吸い込み、(2)は、1段圧縮部1Aの吐出、(3)は、中間冷却器1Cの出口であり、2段圧縮部1Bの吸い込み、(4)は、2段圧縮部1Aの吐出である。圧縮機1から吐出された冷媒は、放熱器2を通って循環し冷却される。(5)は、第1膨張弁3の入口、(6)は、第1膨張弁3の出口であり、この状態では、ガス/液体の2相混合体になる。
In FIG. 2, a cycle indicated by a solid line is formed during the freezing operation (freezing at around −26 ° C.). (1) is the suction of the first-
ここでのガスと液体の比率は、L1(ガス)の線分の長さと、L2(液体)の線分の長さとの比に相当する。この冷媒は2相混合体の状態で気液分離器4に入る。そして、ここで分離されたガス冷媒は、圧縮機1の中間圧部、即ち、中間冷却器1Cと2段圧縮部1Bとの間に導入される。(21)は、気液分離器4の出口であり、ここを経た冷媒は、(3)の2段圧縮部1Bの吸い込みに至り、2段圧縮部1Bで圧縮される。一方、気液分離器4で分離された液冷媒は低圧側回路9を循環する。(7)は、気液分離器4の出口であり、第2膨張弁11の入口、(8)は、第2膨張弁11の出口、(22)は、吸熱器14の出口である。この吸熱器14に入った液冷媒は、蒸発して熱を吸収する。(1)は、1段圧縮部1Aの吸い込みである。
The ratio of gas to liquid here corresponds to the ratio between the length of the line segment of L1 (gas) and the length of the line segment of L2 (liquid). This refrigerant enters the gas-
これに対し、冷蔵運転時(冷蔵−5℃付近)には、破線で示すサイクルが形成される。即ち、(9)1段圧縮部1Aの吸い込み、(10)1段圧縮部1Aの吐出、(11)中間冷却器1Cの出口であり、2段圧縮部1Bの吸い込み、(12)2段圧縮部1Bの吐出、(5)第1膨張弁3の入口、(13)第1膨張弁3の出口、(14)気液分離器4の出口であり、第2膨張弁11の入口、(15)第2膨張弁11の出口、(9)1段圧縮部1Aの吸い込み、の順に状態が変化する。
On the other hand, the cycle shown with a broken line is formed at the time of refrigeration operation (refrigeration -5 degreeC vicinity). That is, (9) suction of the first
ところで、図2を参照すると、破線のサイクル(冷蔵運転時)での、第1膨張弁3の出口の圧力(13)は、実線のサイクル(冷凍運転時)での、第1膨張弁3の出口の圧力(6)に比べ、かなり高くなる。第1膨張弁3の出口の圧力が高くなると、気液分離器4に入る前の冷媒中のガス分が少なくなる。上述したように、気液分離器4の入口でのガスと液体との比率は、L1(ガス)とL2(液体)の比、或いはL3(ガス)とL4(液体)の比に相当するからである。これに従うと、実線のサイクル時(冷凍運転時)には、かなりの量のガス冷媒が、圧縮機1の中間圧部に導入されるが、破線のサイクル時(冷蔵運転時)には、導入されるガス冷媒量がわずかになる。
By the way, referring to FIG. 2, the pressure (13) at the outlet of the
即ち、冷凍運転時には、圧縮機1の中間圧部に導入されるガスの冷媒量が多くなり、冷却に寄与しないガス分を低圧回路9に循環させない分だけ、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。特に、本構成では、冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、気液分離器4で分離されるガス及び液体の比率において、フロン系冷媒に比べ、ガス分が多くなり、その多くのガス分を、圧縮機1の中間圧部に導入することで、より高い効率向上が図られる。これに対して、温度帯の高い冷蔵運転時には、圧縮機1の中間圧部に導入される、ガス冷媒の発生量(L3)自体が少なくなるため、仮に、そこにガス冷媒を導入させる構成にしたとしても、例えば、配管構成等が複雑化するだけで、それほど圧縮機1の圧縮効率を向上させることができない。
That is, during the refrigeration operation, the refrigerant amount of the gas introduced into the intermediate pressure portion of the
本実施形態では、より効果の高い冷凍運転時に限って、ガス冷媒を圧縮機1の中間圧部に導入する一方で、温度帯の高い冷蔵運転時には、その中間圧部へのガス冷媒の導入を禁止する構成としたため、簡単な配管構成で、しかも簡単な制御によって、可変サイクルが実現され、圧縮機1の効率向上が図られる。
In the present embodiment, the gas refrigerant is introduced into the intermediate pressure portion of the
また、本実施形態では、選択的に異なる温度帯で機能する吸熱手段10の全て、即ち、第2膨張弁11、及び吸熱器14が、低圧側回路9に設けられているため、例えば、冷蔵運転を行う場合も、或いは冷凍運転を行う場合も、その効率を落とすことなく、きわめて高効率な運転を行うことが可能になる。
In the present embodiment, all of the
図3は、冷蔵庫への適用例を示す。 FIG. 3 shows an application example to a refrigerator.
この冷蔵庫40は、上段に冷蔵室41を備え、下段に冷凍室42を備えて構成されている。この冷凍室42の奥部には、庫内仕切り壁43が設けられ、この庫内仕切り壁43で仕切られた風路44内には、上述した吸熱器14が設置されている。上記風路44の入口Aには、第1切換ダンパ45が配置され、この第1切換ダンパ45は、風路44の入口Aを閉じる位置(破線位置)と、開く位置(実線位置)との間において切り換えられる。また、冷蔵庫40の背壁47には、背側風路46が形成され、第1切換ダンパ45が、破線位置に切り換えられた場合、この背側風路46を介して、風路44の入口Aと冷蔵室41とが連通する。また、上記風路44の出口Bには、ファン48と第2切換ダンパ49が配置され、この第2切換ダンパ49は、風路44の出口Bを閉じる位置(破線位置)と、開く位置(実線位置)との間で切り換えられ、この実線位置では、第2切換ダンパ49が中間仕切り壁50の開口51を塞ぐ。
The
上記構成では、冷凍運転中において、圧縮機1がオンし、ファン48がオンし、開閉弁91が開かれ、各ダンパ45,49が実線位置に切り換えられる。これによって、冷凍室42内の空気が吸熱器14を循環し、冷凍室42に供給される。冷蔵運転中には、開閉弁91が閉じられ、各ダンパ45,49が破線位置に切り換えられる。これによって、冷蔵室41内の空気が、背側風路46を介して風路44に入り、吸熱器14を循環し、冷蔵室41に供給される。
In the above configuration, during the refrigeration operation, the
図4は、別の構成を示す。図3と比較した場合、風路44の出入口におけるダンパ構成が相違する。入口Aのダンパが、2つのダンパ145A,145Bで構成され、出口Bのダンパが、2つのダンパ149A,149Bで構成される。本構成であっても、略同様の作用効果を得ることができる。
FIG. 4 shows another configuration. When compared with FIG. 3, the damper configuration at the entrance / exit of the
図5は、別の冷媒回路の構成を示す。 FIG. 5 shows the configuration of another refrigerant circuit.
本構成では、図1と比較した場合、吸熱手段10の構成が相違している。この吸熱手段10は、三方弁11と、第1キャピラリーチューブ12と、第1キャピラリーチューブ12に直列に設けられた冷蔵用の吸熱器57と、これらと並列に設けられた第2キャピラリーチューブ13と、第2キャピラリーチューブ13に直列に設けられた冷凍用の吸熱器58とを備えて構成される。59は逆止弁である。三方弁11の切り換えによって、第1キャピラリーチューブ12に冷媒が流れると、一つの吸熱器14に流れる流量が増し、冷蔵運転が行われる。また、第2キャピラリーチューブ13に冷媒が流れると、一つの吸熱器14に流れる流量が減り、冷凍運転が行われる。
In this configuration, when compared with FIG. 1, the configuration of the
図6は、冷蔵庫への適用例を示す。 FIG. 6 shows an application example to a refrigerator.
この冷蔵庫40は、上段に冷蔵室41を備え、下段に冷凍室42を備えて構成されている。そして、各室41,42の奥部には、夫々庫内仕切り壁61,62が設けられ、この庫内仕切り壁61,62で仕切られた風路44内には、上述した吸熱器57,58、並びにファン63,64が設置されている。本構成では、冷蔵運転、及び冷凍運転のサーモオン、サーモオフに従い、三方弁11を切り換えて、いずれか一方の吸熱器57,58に冷媒を流し、それに対応したファン62,63を駆動する。
The
図7は、別の構成を示す。図6と比較した場合、吸熱手段10の構成が相違する。この吸熱手段10は、三方弁が省略される一方で、各キャピラリーチューブ12,13に直列に電動弁65,66が接続される。本構成では、冷蔵運転、及び冷凍運転のサーモオン、サーモオフに従い、上記電動弁65,66をオン、又はオフさせ、いずれか一方の吸熱器57,58に選択的に冷媒を流すと共に、それに対応したファン62,63を駆動する。これら実施形態でも、略同様の作用効果が得られる。
FIG. 7 shows another configuration. Compared with FIG. 6, the configuration of the
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。上記実施形態では、禁止手段を開閉弁91で構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、冷凍運転時に、ガス分を圧縮機1の中間圧部に導入し、冷蔵運転時には、その導入を禁止することが可能であれば、逆止弁等を組み合わせて形成した回路構成であってもよい。また、上記実施形態では、冷媒回路中に二酸化炭素冷媒を封入しているが、これに限定されるものではなく、それ以外のフロン系冷媒等を封入したものにも適用可能なことは云うまでもない。さらに、上記導入手段5は、その運転状況に応じて、ガス分を圧縮機1の中間圧部に導入できればよく、その具体的構成、並びに、その導入位置は任意である。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on one Embodiment, this invention is not limited to this, A various change implementation is possible. In the above embodiment, the prohibiting means is configured by the on-off
1 圧縮機
2 放熱器
3 減圧装置
4 気液分離器
5 導入手段
6 ガス管
10 吸熱手段
14 吸熱器
21 冷蔵室
22 冷凍室
25 切換ダンパ
30 冷凍装置
91 開閉弁
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記吸熱手段が互いに異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備え、夫々の吸熱器が選択的に機能し、当該吸熱器を経た冷風を、夫々対応する温度帯に制御される室に導く手段を備えたことを特徴とする冷凍装置。 And a first-stage compressing section and the second-stage compressing section, a compressor having an intermediate cooler between the first-stage compressing section and the second-stage compressing section, a radiator, a pressure reducing device, a gas-liquid separator, separated by the gas-liquid separator, a unit can be introduced between the intermediate cooler and the second-stage compressing section of the compressor of the gas refrigerant that reaches a supercritical pressure, the liquid separated by the gas-liquid separator a low pressure side circuit for circulating a refrigerant, and a heat absorbing means which function in selected distinct temperature zone in the low pressure side circuit, if to function this endothermic device at a high temperature zone, separated by the gas-liquid separator comprising a prohibiting means for prohibiting the introduction to between the intermediate cooler and the second-stage compressing section of the compressor of the gas refrigerant,
The heat absorption means includes a plurality of heat absorbers that function in different temperature zones, each of the heat absorbers selectively functions, and the cool air that has passed through the heat absorber is guided to a chamber that is controlled to a corresponding temperature zone. A refrigeration apparatus comprising:
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