JP4427675B2

JP4427675B2 - 冷凍サイクル

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Publication number: JP4427675B2
Application number: JP2001091541A
Authority: JP
Inventors: 敏彦福島; 正雄今成; 禎夫関谷; 俊幸北條
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: JP2002286257A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍サイクルに係り、特に、蓄熱運転時に予め蓄熱槽内の水を氷にしておき、蓄熱利用運転時には蓄熱槽内の前記氷を利用して冷房運転を行う冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍サイクルとしては、例えば特開平１０−２６７３２９号公報に記載されたものがある。この冷凍サイクルは、蒸発器で蒸発した冷媒の一部を高圧側の圧縮機で圧縮した後、室外に設置した凝縮器で凝縮するとともに、蒸発器で蒸発した残りの冷媒を低圧側の圧縮機で圧縮し、前記凝縮器で凝縮した冷媒と混合させてから蓄熱槽内の氷を利用して冷却してから、蒸発器に循環させるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の冷凍サイクルでは、高圧側の圧縮機は蒸発器で蒸発した冷媒を圧縮し、その圧縮した冷媒を室外に設置した凝縮器で凝縮するため、圧力比が大きくなるという欠点がある。圧力比が大きくなると圧縮機の効率が低下し、消費電力が増加する。
【０００４】
また、室外の凝縮器で凝縮した冷媒と、低圧側の圧縮機で圧縮した冷媒とを混合させて蓄熱槽内の氷で冷却するため、氷で冷却する冷媒流量が多くなり氷の使用量が増加するという欠点もある。
【０００５】
本発明の課題は、圧縮機の圧力比を小さく抑えることができ、さらには氷の使用量を少なくすることが可能な冷凍サイクルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の冷凍サイクルは、蒸発器で蒸発した冷媒を圧縮する第１の圧縮手段と、第１の圧縮手段で圧縮した冷媒の一部を凝縮する第１の凝縮器と、第１の圧縮手段で圧縮した残りの冷媒を更に圧縮する第２の圧縮手段と、第２の圧縮手段で圧縮した冷媒を凝縮する第２の凝縮器と、第２の凝縮器で凝縮した冷媒を減圧する第１の減圧器と、第１の減圧器で減圧した冷媒および第１の凝縮器で凝縮した冷媒を取り込んで、該冷媒を更に減圧してから蒸発器に送る第２の減圧器と、第１の圧縮手段の吐出側から分岐して第２の圧縮手段をバイパスしてこの第２の圧縮手段の吐出側に接続された第１の配管と、第１の配管の分岐部と第２の圧縮手段の吸入側との間に設けられた第１の弁と、第１の配管に設けられた第２の弁と、第１の配管の分岐部と第１の凝縮器との間に設けられた第３の弁と、この第３の弁と第１の凝縮器との間から分岐して第１の圧縮手段の吸入側に接続された第２の配管と、この第２の配管に設けられた第４の弁と、第１の減圧器で減圧した冷媒および第１の凝縮器で凝縮した冷媒の合流部と第２の減圧器との間に設けられた第５の弁とを備え、蓄熱運転時は、第１，第３，第５の弁を閉じ、第２，第４の弁を開いて、第２の圧縮手段を駆動させず、第１の圧縮手段だけを駆動させて、第１の凝縮器を蒸発器として作用させて蓄熱媒体を冷却して蓄熱させ、蓄熱利用運転時は、第２，第４の弁を閉じ、第１，第３，第５の弁を開いて、第１の圧縮手段と第２の圧縮手段の双方を駆動させて、第１の凝縮器は蓄熱媒体で冷媒を冷却して蓄熱を利用し、第２の凝縮器は冷媒を外気または冷却水で冷却して凝縮することを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、蒸発器で蒸発した冷媒は低圧側の第１の圧縮手段で圧縮され、その一部が第１の凝縮器に送られ、残りの冷媒は高圧側の第２の圧縮手段で更に圧縮される。このように冷媒の圧縮を２段階に分けて行うことにより、特に高圧側の第２の圧縮手段の圧力比を小さくすることができる。また、第１の圧縮手段で圧縮された冷媒は、その一部が第１の凝縮器で蓄熱媒体によって冷却されて凝縮され、残りの冷媒は第２の圧縮手段で圧縮された後、第２の凝縮器に送られ、この第２の凝縮器で外気または冷却水によって冷却されて凝縮されるため、第１の凝縮器における蓄熱媒体、すなわち氷の使用量を抑えることができる。
【０００８】
また、本発明では、第１の減圧器は、第２の凝縮器で凝縮した冷媒を、第１の凝縮器の出口圧力まで減圧することを特徴としている。このようにすれば、第１の減圧器で減圧された冷媒と、第１の凝縮器で凝縮された冷媒とを混合させて、蒸発器へスムーズに送ることができる。
【０００９】
また、本発明の冷凍サイクルは、蒸発器で蒸発した冷媒を圧縮する第１の圧縮手段と、第１の圧縮手段で圧縮した冷媒の一部を凝縮する第１の凝縮器と、第１の圧縮手段で圧縮した残りの冷媒を更に圧縮する第２の圧縮手段と、第２の圧縮手段で圧縮した冷媒を凝縮する第２の凝縮器と、第２の凝縮器で凝縮した冷媒を蒸発器の入口圧力まで減圧し当該蒸発器に送る第１の減圧器と、第１の凝縮器で凝縮した冷媒を蒸発器の入口圧力まで減圧し当該蒸発器に送る第２の減圧器と、第１の圧縮手段の吐出側から分岐して第２の圧縮手段をバイパスしてこの第２の圧縮手段の吐出側に接続された第１の配管と、第１の配管の分岐部と第２の圧縮手段の吸入側との間に設けられた第１の弁と、第１の配管に設けられた第２の弁と、第１の配管の分岐部と第１の凝縮器との間に設けられた第３の弁と、この第３の弁と第１の凝縮器との間から分岐して第１の圧縮手段の吸入側に接続された第２の配管と、この第２の配管に設けられた第４の弁と、第１の減圧器で減圧した冷媒および第２の減圧器で減圧した冷媒の合流部と蒸発器との間に設けられた第５の弁とを備え、蓄熱運転時は、第１，第３，第５の弁を閉じ、第２，第４の弁を開いて、第２の圧縮手段を駆動させず、第１の圧縮手段だけを駆動させて、第１の凝縮器を蒸発器として作用させて蓄熱媒体を冷却して蓄熱させ、蓄熱利用運転時は、第２，第４の弁を閉じ、第１，第３，第５の弁を開いて、第１の圧縮手段と第２の圧縮手段の双方を駆動させて、第１の凝縮器は蓄熱媒体で冷媒を冷却して蓄熱を利用し、第２の凝縮器は冷媒を外気または冷却水で冷却して凝縮することを特徴としている。
【００１０】
上記構成の場合も、同様に、高圧側の第２の圧縮手段の圧力比を小さくすることができ、また第１の凝縮器における氷の使用量を抑えることができる。さらに、第２の凝縮器で凝縮した冷媒は第１の減圧器によって蒸発器の入口圧力まで減圧され、第１の凝縮器で凝縮した冷媒は第２の減圧器によって同じく蒸発器の入口圧力まで減圧されているので、両冷媒は混合して蒸発器へスムーズに流れる。
【００１１】
第１の圧縮手段および第２の圧縮手段は一つの圧縮機で構成することができる。そして圧縮機は、圧縮過程の途中で圧縮ガスの一部を吐出するように構成するとよい。
【００１２】
また、第１の圧縮手段で圧縮した冷媒を、第２の圧縮手段で圧縮する前に、第２の凝縮器で凝縮した冷媒または蓄熱媒体によって冷却する冷却手段を設けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による冷凍サイクルの構成図である。本冷凍サイクルには第１の圧縮機１と第２の圧縮機２が設けられている。第１の圧縮機１の吐出側には配管２０が取り付けられ、この配管２０から分岐した配管２１に第２の圧縮機２の吸込側が接続されている。第２の圧縮機２の吐出側には配管２２が取り付けられ、この配管２２は配管２０と合流した後に凝縮器３に接続されている。また、配管２０から分岐した配管２３が設けられ、この配管２３は蓄熱槽５内の製氷用伝熱管４の一端に接続されている。蓄熱槽５の内部には、蓄熱媒体として水１５が張られている。
【００１４】
凝縮器３は室外に設置され、この凝縮器３には途中に室外機膨張弁８を有する配管２４が取り付けられている。また配管２４から分岐した配管２５が設けられ、この配管２５は製氷用伝熱管４の他端に接続されている。配管２４は２つに分岐し、その分岐した配管２４には室内機膨張弁７を介して蒸発器６がそれぞれ接続されている。２つの蒸発器６は室内に設置されている。
【００１５】
各蒸発器６には配管２６がそれぞれ取り付けられ、各配管２６は１つに合流した後に第１の圧縮機１の吸込側に接続されている。また第１の圧縮機１の直前で、配管２６には、配管２３から分岐した配管２７が接続されている。
【００１６】
また、配管２１には弁９が、配管２０には弁１０が、配管２３には弁１１が、配管２７には弁１２が、配管２４には弁１３がそれぞれ設けられている。
【００１７】
なお、第１の圧縮機１は第１の圧縮手段を、第２の圧縮機２は第２の圧縮手段を、蓄熱槽５内の製氷用伝熱管４は第１の凝縮器を、凝縮器３は第２の凝縮器を、室外機膨張弁８は第１の減圧器を、室内機膨張弁７は第２の減圧器をそれぞれ構成している。
【００１８】
上記構成の冷凍サイクルにおいて、蓄熱運転を行う場合には、弁９，１１，１３を閉じ、弁１０，１２を開く。そして、第２の圧縮機２は駆動させず、第１の圧縮機１だけを駆動させると、第１の圧縮機１から配管２０に吐出された高温・高圧のガス冷媒は、図の破線の矢印のように、弁１０を通過し、さらに配管２２を介して凝縮器３に流入し、凝縮・液化される。凝縮器３で凝縮・液化された冷媒は配管２４に流れ、膨脹弁８で減圧された後、配管２５を介して蓄熱槽５内の製氷用伝熱管４に到達し、ここで蓄熱槽５内の水１５から熱を奪いながら蒸発する。このとき、蓄熱槽５内の水１５は冷却されて、製氷用伝熱管４の周りには氷（図示省略）が生成される。その後、冷媒は製氷用伝熱管４から配管２７に流れ弁１２を通過し、配管２６を介して第１の圧縮機１に吸入される。
【００１９】
次に上記冷凍サイクルにおいて、蓄熱を利用して冷房運転（蓄熱利用運転）を行う場合には、弁９，１１，１３を開き、弁１０，１２を閉じる。この場合は、第１の圧縮機１と第２の圧縮機２の双方を駆動させる。そうすると、蒸発器６で室内の空気から熱を奪って蒸発したガス冷媒は、図の実線の矢印のように、配管２６を介して第１の圧縮機１に吸入されて圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となる。そして高温・高圧のガス冷媒は配管２０に吐出され、一部は配管２３に流れて弁１１を通過し、製氷用伝熱管４に流入し、上記蓄熱運転時に製氷用伝熱管４の周りに生成された氷で冷却され凝縮・液化する。また、配管２０に吐出された残りのガス冷媒は、配管２１に流れて弁９を通過し、第２の圧縮機２に吸入されて圧縮された後、配管２２に吐出され配管２２を介して凝縮器３に流入し、凝縮・液化される。
【００２０】
凝縮器３で凝縮・液化された冷媒は配管２４に流れ、膨脹弁８により減圧される。このとき、冷媒は製氷用伝熱管４で凝縮・液化した冷媒の圧力まで減圧される。そして、膨張弁８により減圧された冷媒と、製氷用伝熱管４で凝縮・液化した冷媒は合流して弁１３を通過した後、膨脹弁７で更に減圧されて蒸発器６に流入する。蒸発器６に流入した冷媒はガス冷媒となって再び第１の圧縮機１に吸入される。
【００２１】
ここで、蓄熱利用運転の状態を、図２に示すモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を使用して説明する。なお、図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，ＧおよびＨは、図１中に丸付き記号Ａ〜Ｈで示した位置における冷媒の状態を表している。第１の圧縮機１の入口においてＡの状態（圧力ｐ_０、エンタルピーｈ_Ａ）であった冷媒は、圧縮されて状態Ｂ（ｐ_１，ｈ_Ｂ）になる。状態Ｂの冷媒のうち、流量Ｇ_１は蓄熱槽５内に設置された製氷用伝熱管４内で凝縮・液化して状態Ｆ（ｐ_１，ｈ_Ｆ）の液冷媒となる。
【００２２】
一方、残りの状態Ｂの冷媒（流量Ｇ_２）は第２の圧縮機２で圧縮されて状態Ｃ（ｐ_２，ｈ_Ｃ）の過熱ガスとなった後、凝縮器３で凝縮・液化されて状態Ｄ（ｐ_２，ｈ_Ｄ）の液冷媒となり、さらに膨脹弁８でｐ_１まで減圧されて気液二相の状態Ｅ（ｐ_１，ｈ_Ｅ）となる。この流量Ｇ_１の状態Ｆの冷媒と流量Ｇ_２の状態Ｅの冷媒は、混合されて流量Ｇ_１＋Ｇ_２の状態Ｇ（ｐ_１，ｈ_Ｇ）の冷媒なって膨脹弁７で減圧され状態Ｈ（ｐ_０，ｈ_Ｈ）となった後、蒸発器６で蒸発して状態Ａ（ｐ_０，ｈ_Ａ）となり再び第一の圧縮機１に吸入される。
【００２３】
圧縮機を駆動する動力は、圧縮機出入口冷媒のエンタルピー差と冷媒流量の積に比例するので、従来の冷凍サイクルでは第２の圧縮機２の入力はＧ_２×（ｈ_Ｃ−ｈ_Ａ）に比例した値になるのに対し、本実施の形態による冷凍サイクルでは第２の圧縮機２の入力はＧ_２×（ｈ_Ｃ−ｈ_Ｂ）に比例することになり、従来の（ｈ_Ｃ−ｈ_Ｂ）／（ｈ_Ｃ−ｈ_Ａ）に圧縮機入力を低減できる。また、一般に圧縮機の効率は、圧力比（吐出圧力／吸入圧力）が大きくなると低下するので、圧力比ｐ_２／ｐ_１＜ｐ_２／ｐ_０である本実施の形態による冷凍サイクルの方が第２の圧縮機２を運転する際の効率も良くなり、更に圧縮機入力を低減できることになる。
【００２４】
また、冷凍サイクルにおいて、蓄熱槽５内の氷の使用量は、蓄熱利用運転時に製氷用伝熱管４内を流れる冷媒流量に比例するが、従来の冷凍サイクルではＧ_１＋Ｇ_２の冷媒が製氷用伝熱管４を流れるのに対し、本実施の形態の冷凍サイクルではＧ_１の冷媒が流れるので、氷の使用量を低減できる。
【００２５】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２による冷凍サイクルの構成図である。本冷凍サイクルでは、過冷却水熱交換器４０が設けられ、この過冷却水熱交換器４０には、配管２０から分岐した配管２３と、配管２４から分岐した配管２５がそれぞれ接続されている。また、過冷却水熱交換器４０には水ポンプ４１を有する配管２８が接続されている。
【００２６】
本実施の形態の冷凍サイクルで蓄熱運転を行う場合は、実施の形態１と同様に、第１の圧縮機１で圧縮した冷媒を凝縮器３で凝縮・液化し膨脹弁８で減圧した後、過冷却水熱交換器４０内で蒸発させる。このとき、水ポンプ４１によって蓄熱槽５内の水１５を過冷却水熱交換器４０内に通すと、水１５は冷却されて−２℃程度の過冷却水になる。そして、この過冷却水を蓄熱槽５内に戻して過冷却解除すると、シャーベット状の氷４２となる。
【００２７】
蓄熱利用運転を行う場合には、過冷却水熱交換器４０を第１の凝縮器として使用する。すなわち、第１の圧縮機１で圧縮されたガス冷媒の一部を過冷却水熱交換器４０に流し、このガス冷媒を水ポンプ４１で循環する蓄熱槽５内の水１５によって冷却して凝縮・液化させ、実施の形態１と同様の手順で冷房運転を行う。
【００２８】
本実施の形態によれば、実施の形態１の場合よりも蓄熱運転時の蒸発温度を高くすることができ、その結果、製氷ＣＯＰ（成績係数）が向上するので省電力の効果が大きい。
【００２９】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３による冷凍サイクルの構成図である。本冷凍サイクルでは、蓄熱槽５の上方に複数の流下液膜式製氷板４３が設けられ、この流下液膜式製氷板４３には、配管２０から分岐した配管２３と、配管２４から分岐した配管２５がそれぞれ接続されている。また、流下液膜式製氷板４３間には散水管４４が設けられ、各散水管４４には水ポンプ４１を有する配管２８が接続されている。
【００３０】
本実施の形態の冷凍サイクルで蓄熱運転を行う場合には、第１の圧縮機１で圧縮された冷媒を凝縮器３で凝縮・液化し膨脹弁８で減圧した後に、流下液膜式製氷板４３内で蒸発させる。このとき、蓄熱槽５内の水１５を水ポンプ４１によって散水管４４より散水すると、水１５は冷却されて流下液膜式製氷板４３の表面に氷（図示省略）として付着する。その氷は次第に成長して板状の氷となり、所定の厚さになると、流下液膜式製氷板４３への冷媒の供給を停止して、板状の氷を蓄熱槽５内に落下させ蓄える。この操作を、所定の蓄熱運転時間の間、繰り返す。
【００３１】
蓄熱利用運転を行う場合には、流下液膜式製氷板４３を第１の凝縮器として使用する。すなわち、第１の圧縮機１で圧縮されたガス冷媒の一部を流下液膜式製氷板４３に流し、このガス冷媒を散水管４４から散水される水１５によって冷却して凝縮・液化させ、実施の形態１と同様の手順で冷房運転を行う。
【００３２】
本実施の形態によれば、流下液膜式製氷板４３上で氷が厚く成長する前に氷を落下できるので、製氷時の熱抵抗を小さくでき、実施の形態１の場合よりも蒸発温度を高くできる。このため、第１の圧縮機１の入力を低減でき更に省電力が可能となる。また既存の蓄熱槽５の上に流下液膜式製氷板４３を設置することにより、これを氷蓄熱槽に改造でき蓄熱容量の増加を図ることができる。
【００３３】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４による冷凍サイクルの構成図である。本冷凍サイクルでは、製氷用伝熱管４に接続された配管２５に室内膨張弁７が設けられ、凝縮器３で凝縮・液化した冷媒および製氷用伝熱管４で凝縮・液化した冷媒は、それぞれ室外機膨脹弁８および室内機膨脹弁７で蒸発器６の入口圧力まで減圧され、その後、合流して蒸発器６に流入するようになっている。
【００３４】
本実施の形態の冷凍サイクルでは、図６に示すように、室外機膨脹弁８を出た状態Ｅの冷媒と、製氷用伝熱管４を出た状態Ｇの冷媒が混合して状態Ｈの冷媒となって蒸発器６まで流れる。このため、実施の形態１では図２のＧの状態の液冷媒が蒸発器６までの配管を流れるのに対し、本実施の形態の冷凍サイクルでは状態Ｈの二相状態の冷媒が配管を流れることになるので、サイクルに封入する冷媒量を低減できる。特に蒸発器６に至る配管が長い場合には冷媒封入量の低減効果は大となる。
【００３５】
（実施の形態５）
図７は本発明の実施の形態５を示している。本実施の形態は圧縮機に関するもので、圧縮過程の途中から圧縮ガスの一部を吐出するようにして、第１の圧縮手段と第２の圧縮手段を一つの圧縮機で構成した例で、特に密閉型スクロール圧縮機に適用した例である。
【００３６】
本実施の形態の圧縮機は、図７に示すように、チャンバ５０に固定された固定スクロール５１と、固定スクロール５１に対向して配置された旋回スクロール５２とを備え、固定スクロール５１および旋回スクロール５２は、互いに渦巻き状のラップ（歯）が接触して複数の圧縮室５３を形成している。また、旋回スクロール５２は、クランク軸５４を介してモータ５５のロータ５６に連結され、モータ５５が回転すると、固定スクロール５１の中心軸周りに一定の旋回半径で自転することなく公転する。これにより、圧縮室５３の体積が変化して固定スクロール５１の外周部に設けられた吸入管５７から圧力ｐ_０のガス冷媒Ｇ_１＋Ｇ_２を吸入する。吸入されたガス冷媒は旋回スクロール５２の旋回につれて圧縮されながら固定スクロール５１の中心部へ移動し、その一部Ｇ_１は、圧縮室５３の途中に設けられた第１の吐出管５８から圧力ｐ_１で外部に吐出される。残りのガス冷媒Ｇ_２は更に圧縮され圧力ｐ_２となって固定スクロール５１の中心に設けられた吐出ポート５９からチャンバ５０内に吐出され、モータ５５を冷却した後、チャンバ５０に設けられた第２の吐出管６０からチャンバ５０外に吐出される。
【００３７】
チャンバ５０内が圧縮機吐出圧力に維持され、この圧力により潤滑油６１を給油管６２から圧縮機の軸受や摺動部へ給油する構造の高圧チャンバ方式の圧縮機では、これを第１の圧縮機１や第２の圧縮機２に使用するとチャンバ５０内の圧力が低下して潤滑を損なう恐れがあるが、本実施の形態によれば、チャンバ５０内は常に高圧に保たれるので圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００３８】
（実施の形態６）
図８は本発明の実施の形態６を示している。本実施の形態も、実施の形態５と同様、圧縮過程の途中から圧縮ガスの一部を吐出するようにして、第１の圧縮手段と第２の圧縮手段を一つの圧縮機で構成した例で、特にローリングピストン型のロータリ圧縮機に適用した例である。一般に、図８に示す圧縮機構も図７と同様、チャンバ内に設置されるが、本図ではチャンバを省略してある。本実施の形態に係る圧縮機構を図７と同様、高圧チャンバ内に設置した場合について説明する。
【００３９】
シリンダ６３内にはローラ６４が設けられ、このローラ６４は、モータのロータ（図示省略）に固定された回転軸６５に対して偏心して配置されている。そして、回転軸６５が回転すると、ローラ６４はシリンダ６３の内壁に密着しながら回転する。シリンダ６３とローラ６４との間には低圧室６６と高圧室６７が形成され、低圧室６６はシリンダ６３に形成された吸入ポート６８に、高圧室６７はシリンダ６３に形成された第１の吐出ポート６９および第２の吐出ポート７０にそれぞれ連通している。低圧室６６と高圧室６７は、バネ７１でローラ６４に押付けられたベーン７２によって仕切られている。また、第１の吐出ポート６９には第１の吐出弁７３が、第２の吐出ポート７０には第２の吐出弁７４がそれぞれ設けられている。
【００４０】
上記構成において、ローラ６４が回転すると、チャンバ（図示省略）外から吸入ポート６８を介してガス冷媒Ｇ_１＋Ｇ_２が低圧室６６内に吸込まれ、同時に高圧室６７内のガス冷媒は圧縮される。更にローラ６４が回転し、高圧室６７内のガス冷媒の圧力がｐ_１以上になると、第１の吐出弁７３が開いてガス冷媒Ｇ_１が第１の吐出ポート６９を介して吐出管（図示省略）からチャンバ外に吐出される。ローラ６４が更に回転し、ローラ６４とシリンダ６３の内壁との接線シール部７５が第１の吐出ポート６９を通過すると、高圧室６７内のガス冷媒の圧力は上昇しｐ_２以上となって、第２の吐出弁７４が開きガス冷媒Ｇ_２が第２の吐出ポート７０からチャンバ内に吐出され、その後、吐出管（図示省略）からチャンバ外に吐出される。接線シール部７５がベーン７２の位置に達すると、高圧室６７の体積は最小、低圧室６６の体積は最大となり吐出および吸入行程が終了する。
【００４１】
図７または図８のように構成することにより、圧縮機一台で、実施の形態１〜４で示した第１の圧縮機１および第２の圧縮機２と同様の作用効果を得ることができるので、構成部品点数が低減し、廉価な冷凍サイクルを実現できる。
【００４２】
（実施の形態７）
図９は本発明の実施の形態７による冷凍サイクルの構成図である。本冷凍サイクルでは図７に示した圧縮機が使用され、この圧縮機８０の第１の吐出管５８は配管２９に、第２の吐出管６０は配管３０にそれぞれ接続されている。配管２９は途中に弁１１を有し、製氷用伝熱管４の一側に接続されている。また配管３０は凝縮器３に接続されている。
【００４３】
本実施の形態の冷凍サイクルでは、蓄熱運転時には、弁１１と弁１３を閉じ、弁１２を開き、製氷用伝熱管４を蒸発器とするサイクルを構成する。また蓄熱利用運転時には、弁１１と弁１３を開き、弁１２を閉じて、製氷用伝熱管４を第１の凝縮器、凝縮器３を第２の凝縮器とするサイクルを構成する。
【００４４】
このように構成すると、圧縮機を１台、弁を２個省略できるので、冷凍サイクルを簡素化でき、廉価な冷凍サイクルを提供できる。なお、圧縮機８０としては、図８に示した圧縮機を使用することもできる。
【００４５】
（実施の形態８）
図１０は本発明の実施の形態８による冷凍サイクルの構成図である。本冷凍サイクルでは、凝縮器３出口の配管２４と第２の圧縮機２の吸入直前の配管２１とを、インジェクション弁３１を有する配管３２（インジェクション回路）で接続し、蓄熱利用運転時に凝縮器３出口の液冷媒を第２の圧縮機２の吸入側にインジェクションするように構成されている。ここでは、インジェクション弁３１を有する配管３２は冷却手段を構成している。
【００４６】
このように構成すると、図１１に示すように、第１の圧縮機１から吐出され第２の圧縮機２に供給されるエンタルピーｈ_Ｂのガス冷媒Ｇ_２と、凝縮器３出口のエンタルピーｈ_Ｄの液冷媒Ｇ_ｉとが混合して状態Ｉのガス冷媒Ｇ_２＋Ｇ_ｉとなった後、第２の圧縮機２で圧縮されるので、第２の圧縮機２から吐出されるガス冷媒のエンタルピーは減少し吐出ガス温度が低下するので、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
（実施の形態９）
図１２は本発明の実施の形態９による冷凍サイクルの構成図である。本冷凍サイクルは、図９に示した冷凍サイクルに、実施の形態８と同様、インジェクション弁３１を有する配管３２を設けたものである。ここで、凝縮器３出口の液冷媒は、図７の圧縮機では第１の吐出管５８と吐出ポート５９に至る中間の圧縮室に設けられたインジェクションポートから、図８の圧縮機では第１の吐出ポート６９と第２の吐出ポート７０の間のシリンダ６１壁に設けられたインジェクションポートからそれぞれ注入される。
【００４８】
（実施の形態１０）
図１３は本発明の実施の形態１０による冷凍サイクルの構成図である。本冷凍サイクルでは、第２の圧縮機２の吸入直前の配管２１に水冷熱交換器８１が設けられ、この水冷熱交換器８１と蓄熱槽５との間には冷水ポンプ８２を有する配管３３で接続されている。ここでは、水冷熱交換器８１は冷却手段を構成している。
【００４９】
このように構成すれば、蓄熱槽５内の水１５を水冷熱交換器８１に循環させることにより、第２の圧縮機２の吸入ガス冷媒を冷却することができる。この場合、図１４に示すように、第２の圧縮機２で圧縮する冷媒の流量はＧ_２となるので、第２の圧縮機２の入力を低減できる効果もある。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧縮機の圧力比を小さく抑えることができるとともに、冷房運転時の消費電力量を低減し、氷の使用量も少ない冷凍サイクルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による冷凍サイクルの系統図である。
【図２】図１に示した冷凍サイクルの蓄熱利用運転状態を説明するｐ−ｈ線図である。
【図３】本発明の実施の形態２による冷凍サイクルの系統図である。
【図４】本発明の実施の形態３による冷凍サイクルの系統図である。
【図５】本発明の実施の形態４による冷凍サイクルの系統図である。
【図６】図５に示した冷凍サイクルの蓄熱利用運転状態を説明するｐ−ｈ線図である。
【図７】本発明の実施の形態５によるスクロール圧縮機の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態６によるローリングピストン型圧縮機の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態７による冷凍サイクルの系統図である。
【図１０】本発明の実施の形態８による冷凍サイクルの系統図である。
【図１１】図１０に示した冷凍サイクルの蓄熱利用運転状態を説明するｐ−ｈ線図である。
【図１２】本発明の実施の形態９による冷凍サイクルの系統図である。
【図１３】本発明の実施の形態１０による冷凍サイクルの系統図である。
【図１４】図１３に示した冷凍サイクルの蓄熱利用運転状態を説明するｐ−ｈ線図である。
【符号の説明】
１第１の圧縮機
２第２の圧縮機
３凝縮器
４製氷用伝熱管
５蓄熱槽
６蒸発器
７室内機膨脹弁
８室外機膨脹弁
９〜１３弁
１５水
３２インジェクション回路
４０過冷却水熱交換器
４１水ポンプ
４３流下液膜式製氷板
４４散水管
８０圧縮機
８１水冷熱交換器

Claims

蒸発器で蒸発した冷媒を圧縮する第１の圧縮手段と、該第１の圧縮手段で圧縮した冷媒の一部を凝縮する第１の凝縮器と、前記第１の圧縮手段で圧縮した残りの冷媒を更に圧縮する第２の圧縮手段と、前記第２の圧縮手段で圧縮した冷媒を凝縮する第２の凝縮器と、前記第２の凝縮器で凝縮した冷媒を減圧する第１の減圧器と、前記第１の減圧器で減圧した冷媒および前記第１の凝縮器で凝縮した冷媒を取り込んで、該冷媒を更に減圧してから前記蒸発器に送る第２の減圧器と、前記第１の圧縮手段の吐出側から分岐して前記第２の圧縮手段をバイパスして該第２の圧縮手段の吐出側に接続された第１の配管と、前記第１の配管の分岐部と前記第２の圧縮手段の吸入側との間に設けられた第１の弁と、前記第１の配管に設けられた第２の弁と、前記第１の配管の分岐部と前記第１の凝縮器との間に設けられた第３の弁と、該第３の弁と前記第１の凝縮器との間から分岐して前記第１の圧縮手段の吸入側に接続された第２の配管と、該第２の配管に設けられた第４の弁と、前記第１の減圧器で減圧した冷媒および前記第１の凝縮器で凝縮した冷媒の合流部と前記第２の減圧器との間に設けられた第５の弁とを備え、
蓄熱運転時は、前記第１，第３，第５の弁を閉じ、前記第２，第４の弁を開いて、前記第２の圧縮手段を駆動させず、第１の圧縮手段だけを駆動させて、前記第１の凝縮器を蒸発器として作用させて蓄熱媒体を冷却して蓄熱させ、
蓄熱利用運転時は、前記第２，第４の弁を閉じ、前記第１，第３，第５の弁を開いて、前記第１の圧縮手段と前記第２の圧縮手段の双方を駆動させて、前記第１の凝縮器は前記蓄熱媒体で冷媒を冷却して蓄熱を利用し、前記第２の凝縮器は冷媒を外気または冷却水で冷却して凝縮することを特徴とする冷凍サイクル。
請求項１に記載の冷凍サイクルにおいて、
前記第１の減圧器は、前記第２の凝縮器で凝縮した冷媒を、前記第１の凝縮器の出口圧力まで減圧することを特徴とする冷凍サイクル。
蒸発器で蒸発した冷媒を圧縮する第１の圧縮手段と、該第１の圧縮手段で圧縮した冷媒の一部を凝縮する第１の凝縮器と、前記第１の圧縮手段で圧縮した残りの冷媒を更に圧縮する第２の圧縮手段と、前記第２の圧縮手段で圧縮した冷媒を凝縮する第２の凝縮器と、前記第２の凝縮器で凝縮した冷媒を前記蒸発器の入口圧力まで減圧し当該蒸発器に送る第１の減圧器と、前記第１の凝縮器で凝縮した冷媒を前記蒸発器の入口圧力まで減圧し当該蒸発器に送る第２の減圧器と、前記第１の圧縮手段の吐出側から分岐して前記第２の圧縮手段をバイパスして該第２の圧縮手段の吐出側に接続された第１の配管と、前記第１の配管の分岐部と前記第２の圧縮手段の吸入側との間に設けられた第１の弁と、前記第１の配管に設けられた第２の弁と、前記第１の配管の分岐部と前記第１の凝縮器との間に設けられた第３の弁と、該第３の弁と前記第１の凝縮器との間から分岐して前記第１の圧縮手段の吸入側に接続された第２の配管と、該第２の配管に設けられた第４の弁と、前記第１の減圧器で減圧した冷媒および前記第２の減圧器で減圧した冷媒の合流部と前記蒸発器との間に設けられた第５の弁とを備え、
蓄熱運転時は、前記第１，第３，第５の弁を閉じ、前記第２，第４の弁を開いて、前記第２の圧縮手段を駆動させず、第１の圧縮手段だけを駆動させて、前記第１の凝縮器を蒸発器として作用させて蓄熱媒体を冷却して蓄熱させ、
蓄熱利用運転時は、前記第２，第４の弁を閉じ、前記第１，第３，第５の弁を開いて、前記第１の圧縮手段と前記第２の圧縮手段の双方を駆動させて、前記第１の凝縮器は前記蓄熱媒体で冷媒を冷却して蓄熱を利用し、前記第２の凝縮器は冷媒を外気または冷却水で冷却して凝縮することを特徴とする冷凍サイクル。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクルにおいて、
前記第１の圧縮手段および前記第２の圧縮手段を、一つの圧縮機で構成したことを特徴とする冷凍サイクル。
請求項４に記載の冷凍サイクルにおいて、
前記圧縮機は、圧縮過程の途中で圧縮ガスの一部を吐出する構成であることを特徴とする冷凍サイクル。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクルにおいて、
前記第１の圧縮手段で圧縮した冷媒を、前記第２の圧縮手段で圧縮する前に、前記第２の凝縮器で凝縮した冷媒または前記蓄熱媒体によって冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。