JP4722963B2 - 冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、ＨＦＣ系冷媒を使用した冷凍装置、冷凍装置ユニット、空冷式凝縮機ユニット及び冷凍装置用圧縮機ユニットに関し、特に安定した運転と冷凍能力の増大による性能向上を可能とするものである。

従来の冷凍装置としては、例えば、特許文献１に記載されているように、圧縮機ユニットと空冷式凝縮器ユニットとを分離した構造の空冷セパレート式冷凍装置において、前記空冷式凝縮器ユニット内に受液器を内蔵する空冷式冷凍装置が知られている。
特開平８−１５９５６８号公報

上記従来技術のものは、単に圧縮機ユニットの小型化・サービススペースの確保・液インジェクションの冷却性能の低下防止については考慮されているものの、オゾン層に影響のないＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒の使用については考慮されていない。また、液インジェクションの取出口を低圧側機器内に形成しているため、接続される低圧側機器の種類により配管系統の複雑化を招く恐れがあった。

本発明の目的は、ＨＦＣ系冷媒を使用し冷凍するものにおいても、凝縮したＨＦＣ系液冷媒が凝縮器から膨張弁に至る配管途中でフラッシュガスとなるのを抑制し、安定した運転と冷凍能力の増大を図ることにある。

本発明の他の目的は、冷凍機を圧縮機ユニットと空冷式凝縮器ユニットで構成した空冷セパレート式の冷凍機において、コンパクトな圧縮機ユニットとし、屋内への設置スペースを低減することにある。

本発明のさらに他の目的は、ＨＦＣ系液冷媒の過冷却度をより大きく取ることができるようにし、低圧側機器や液インジェクションラインに導かれる液冷媒に未凝縮ガスが混入するのを防止することにある。

本発明の他の目的は、配管系統の簡素化を図ることにある。

上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は、ＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒を用い、スクロール圧縮機と、前記圧縮機から吐出されたＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒を凝縮させるための凝縮器と、前記凝縮器からの冷媒を、蒸発器を有する低圧機器側に送るための冷媒配管と、前記低圧機器側からの冷媒を前記圧縮機に送るための冷媒配管とを備える冷凍機において、前記凝縮器で凝縮された冷媒が流入する受液器と、前記受液器からの液冷媒のみを取り出し、この液冷媒を更に冷却して過冷却状態とすることで液冷媒が前記低圧機器に至る冷媒配管途中でフラッシュガスになることが抑制されるようにした過冷却器と、該過冷却器からの冷媒を低圧機器側に流すための冷媒配管の途中に設けられ、冷媒中に混入した水分を除去すると共にフィルタとしての機能も有するドライヤと、冷媒の状態を観察可能なサイトグラスと、前記サイトグラス上流であって前記受液器の下流側の前記液冷媒を前記スクロール圧縮機における圧縮途中の中間圧力室に注入するための液インジェクションラインとを備え、前記液インジェクションラインには、電磁弁と、液インジェクションの量を制御すると共に、全閉にすることも可能な電子膨張弁が設けられ、且つ前記電磁弁は冷凍機運転中における前記圧縮機の一時停止時には閉とされるように制御され、前記電子膨張弁が冷凍機運転中における圧縮機の一時停止時の度に全閉となるのを防止するように構成したことにある。

本発明の第２の特徴は、前記冷凍機において、前記ＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒はＲ４０４Ａである。

本発明の第３の特徴は、前記冷凍機において、前記液インジェクションラインは前記受液器内から直接液冷媒を取り出すことである。

上記のように構成した本発明によれば以下の効果がある。

すなわち本発明においては、ＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒、特にＲ４０４ＡやＲ５０７Ａは、液冷媒配管の途中でフラッシュガスが発生し易く、液冷媒配管の途中、即ち膨張弁の上流側でフラッシュガスが発生すると、冷凍性能が著しく低下する冷媒であるという新たな課題を見出し、これを解決するために、受液器に溜められた乾き度０の液冷媒のみを取り出す過冷却器により、Ｒ４０４Ａであっても過冷却状態とすることで、液冷媒が低圧機器に至る冷媒配管途中でフラッシュガスになることを抑制することができる。

本発明においては、電磁弁は圧縮機停止時には閉とされるので、圧縮機の一次停止時の度に電子膨張弁が全閉となるのを防止できるから、全閉にできる回数に制限のある電子膨張弁の寿命を大幅に向上できる効果がある。

また、本発明においては、過冷却される前の液冷媒のみを取出して液インジェクションでき、液圧縮の可能性を回避できる効果がある。

Ｒ４０４Ａ，Ｒ５０７Ａ等の冷凍装置用ＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒は、従来のＲ２２等のＨＣＦＣ系冷媒に比べ、冷媒物性上、凝縮液冷媒が過冷却されにくく、例えばＲ４０４Ａでは、Ｒ２２と同等の過冷却度を得るために必要な熱交換量が約２倍となる。

一方、Ｒ４０４ＡはＲ２２と比べて蒸発潜熱が約７割と小さく、このため過冷却度をなるべく大きくとることにより冷凍能力を拡大することができる。また、凝縮液冷媒で圧縮機の吐出ガス冷却を行う液インジェクション方式においては、安定した過冷却液を圧縮機中間圧部分（圧縮室）に供給することは、信頼性上重要な要因となる。

したがって、ＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒においては、凝縮液の過冷却を十分に行うことは冷凍能力拡大，信頼性向上のために極めて重要である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

図１は本発明の一実施例における冷凍装置の基本冷凍サイクルを示す図で、図において、Ａは凝縮器を空冷し且つ圧縮機やアキュームレータ等も一つの容器内に納めた空冷一体型の冷凍機（凝縮器ユニット）、Ｂは蒸発器や膨張弁等を備える低圧側機器（蒸発器ユニット）であり、これらの冷凍機Ａと低圧側機器Ｂとが配管接続部１５，１６において接続され冷凍サイクルが構成されている。

図１の具体的構成を更に詳細に述べると、１はスクロール圧縮機、２は圧縮機下流側に設けられた凝縮器、３は前記凝縮器２と一体構造に構成された過冷却器で、前記圧縮機１から吐出されたＲ４０４ＡやＲ５０７Ａなどのガス冷媒は、凝縮器２において冷却ファン１４により冷却され、凝縮して液冷媒となる。一度凝縮した液冷媒は一旦受液器５に蓄えられ、その後この受液器から乾き度０の液冷媒のみが取り出され、前記過冷却器３に導かれ、過冷却されるように構成されている。

過冷却器３で過冷却された液冷媒は、冷凍機Ａ内に設けられたドライヤ（冷媒中の水分を吸着除去する水分除去装置）９、サイトグラス（冷媒の流動状態を観察するもの）８を通過し、配管接続部１５を経て低圧側機器ＩＩ側に流れ、電磁弁７、膨張弁６、蒸発器４と流れて蒸発し、再びガス冷媒となったのち配管接側部１６を経て冷凍機Ａ側に流れ、アキュームレータ１３を通過後、前記圧縮機１へ吸入される。前記サイトグラス８は冷媒の流動状態を観察するだけでなく、冷媒中に含まれる水分の含有状態も観察できるようになっており、水分量がある一定量を越えると色の変わるインジケータも備えている。

ドライヤ９とサイトグラス８間の冷媒配管とスクロール圧縮機１の中間圧力室（圧縮室）とは液インジェクション配管１０で接続されており、この液インジェクション配管１０には電磁弁１２及び液インジェクション量を制御する電子膨張弁１１が設けられている。この液インジェクションラインを有することにより、スクロール圧縮機１の中間圧力室に液冷媒をインジェクションし、圧縮ガスを冷却することによりスクロール圧縮機１の吐出ガス温度を許容値以下に保つようにしている。なお、ドライヤ９はフィルタとしての機能もあり、その下流側に液インジェクションラインを設けることにより、ごみなどが電子膨張弁１１に流れるのを防止することができ、電子膨張弁１１を保護することができる。

また、上記電磁弁１２は圧縮機１の停止時には閉とされるように制御され、電子膨張弁１１が冷凍機運転中における圧縮機の一次停止時の度に全閉となるのを防止し、これにより電子膨張弁１１の寿命を向上することができる。すなわち、電子膨張弁は全閉にできる回数に制限があり、全閉の頻度が高くなるとその分寿命が短くなるという特徴があるためである。

なお、この液インジェクションラインの液冷媒取り出し部は上記以外であっても液冷媒を取り出せる部分なら良く、例えば受液器５内や過冷却器３より下流側の液冷媒配管から液冷媒を取り出すようにしても良い。

本実施例によれば、サイクル系統を圧縮機、凝縮器、受液器、過冷却器の順に接続し、受液器から乾き度０の液冷媒を過冷却器に導くように構成しているので、過冷却器における伝熱効率を格段に向上させることができ、過冷却をとりにくいＲ４０４ＡやＲ５０７ＡなどのＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒についても十分に過冷却することができ、このような新冷媒を使用しても安定した運転が可能で、冷凍能力の増大による性能向上も可能となる。

図２は、冷凍機が空冷セパレート式である場合の実施例である。空冷セパレート式冷凍機は、圧縮機ユニットＡａと空冷式凝縮器ユニットＡｂから構成され、図１の場合と同様に低圧側機器Ｂと配管接続部１５，１６において接続され、また各ユニットＡａとＡｂ間は配管接続部１７，１８において接続され冷凍サイクルが構成されている。

前記空冷凝縮器ユニットＡｂ内には、凝縮器２、過冷却器３、受液器５、冷却ファン１４等が、また前記圧縮機ユニットＡａ内には、スクロール圧縮機１、アキュームレータ１３等が設けられ、図１の実施例と同様に液インジェクションラインも設けられている。

このように、冷凍機を圧縮機ユニットと空冷式凝縮器ユニットで構成した空冷セパレート式冷凍機としたものでは、受液器を空冷凝縮器ユニット内に設けることにより、圧縮機ユニット内に受液器が無くなり、その分コンパクトな圧縮機ユニットが得られる。圧縮機ユニットは一般に機械室に設置されるが本実施例によればその機械室における設置スペースを大幅に小さくできる。また、圧縮機ユニットを低圧側機器内に内蔵する場合もあるが、この場合には低圧側機器内の有効スペース拡大が図れかつサービス性の向上も図ることが出来る。

図３もほぼ図２と同じで、冷凍機が空冷セパレート式である場合の実施例であり、この空冷セパレート式冷凍機は、圧縮機ユニットＡａと空冷式凝縮器ユニットＡｂから構成されている。空冷式凝縮器ユニットＡｂは図２と同様であるが、圧縮機ユニットＡａには、気液分離器（第２受液器）１９がアキュームレータ１３の上部に仕切板２０を介して一体に構成されている点に特徴がある。その他の構成は図２のものと同じである。

このように冷凍機の圧縮機ユニット内に気液分離器を設け、アキュームレータと仕切板を介して一体構造とし、過冷却器３からの液冷媒を蒸発器からの温度の低い冷媒ガスで更に冷却する構造とすることにより、液冷媒の過冷却度をより大きく取ることができ、低圧側機器Ｂや液インジェクションライン１０に導かれる液冷媒に未凝縮ガスが混入するのを防止することができる。

本実施例は特に圧縮機ユニットと凝縮器ユニットが遠く離れた場所に設置され、接続配管距離が長くなる場合等に有効で、液配管における圧力損失が大きくなりフラッシュガスが発生しやすい場合でも圧縮機ユニット内に気液分離器（第２レシーバ）を設けることにより安定した運転が得られる。

図４及び図５はそれぞれ空冷セパレート式冷凍機の機器配置構成例を示したものである。

従来は一般に図４に示すように、圧縮機ユニットＡａにはスクロール圧縮機１、受液器５、アキュームレータ１３が図のように配置され、空冷式凝縮器ユニットＡｂと配管接続部１７，１８で接続されていた。

これに対し本発明では、図５に示すように、圧縮機ユニットＡａにはスクロール圧縮機１とアキュームレータ１３等が設けられ、受液器５は圧縮機ユニットＡａではなく、図に示すように空冷式凝縮器ユニットＡｂ内に設けられている。

このように受液器を空冷式凝縮器ユニット内に移動したことにより、圧縮機ユニットをコンパクトにすることができ、しかも図に示すように、空冷式凝縮器ユニット内のデットスペースに配置できるから空冷式凝縮器ユニット自体も大形化せず、冷凍機全体として小形化が図れる。

以上述べた本発明によれば、サイクル系統を圧縮機、凝縮器、受液器、過冷却器の順に接続し、受液器から例えば乾き度０の液冷媒を過冷却器に導くように構成することにより、過冷却器における伝熱効率を格段に向上させることができ、過冷却をとりにくいＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒に対し十分に過冷却することができる。したがって、ＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒を使用してもフラッシュガスの発生しない安定した運転が可能となり、冷凍能力を増大させて性能向上をはかることができる効果がある。特に、液インジェクションラインも設けるものではＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒を使用しても、安定に液冷媒を液インジェクションラインに供給でき、より安定させて性能向上をはかることができる。

また、冷凍機を圧縮機ユニットと空冷式凝縮器ユニットで構成した空冷セパレート式冷凍機としたものでは、受液器を空冷凝縮器ユニット内に設けることにより、圧縮機ユニット内に受液器が無くなり、その分コンパクトな圧縮機ユニットが得られる効果がある。

さらに、空冷セパレート式冷凍機の圧縮機ユニット内に気液分離器を設け、アキュームレータと仕切板を介して一体構造とし、液冷媒とガス冷媒との熱交換を行うようにしたものでは、液冷媒の過冷却度をより大きく取ることが可能となり、低圧側機器や液インジェクションラインに導かれる液冷媒に未凝縮ガスが混入するのを防止できる効果がある。

また、液インジェクションラインの取出口を冷凍機内あるいは圧縮機ユニット内の冷媒配管に設けるものでは冷凍機に接続される低圧機器がいかなる種類のものであっても、配管系統の複雑化を招くことがない効果がある。

本発明の一実施例における冷凍装置の基本冷凍サイクルを示す図である。 冷凍機が空冷セパレート式である場合の本発明の実施例を示す冷凍サイクル図である。 冷凍機が空冷セパレート式である場合の本発明の別の実施例を示す冷凍サイクル図である。 従来の空冷セパレート式冷凍機の基本配置構成を示す平面図である。 本発明における空冷セパレート式冷凍機の基本配置構成を示す平面図である。

符号の説明

Ａ・・・空冷一体型冷凍機、Ａａ・・・圧縮機ユニット、Ａｂ・・・空冷式凝縮器ユニット、Ｂ・・・低圧側機器、１・・・圧縮機（スクロール圧縮機）、２・・・凝縮器、３・・・過冷却器、４・・・蒸発器、５・・・受液器、６・・・膨張弁、７・・・電磁弁、８・・・サイトグラス、９・・・ドライヤ、１０・・・液インジェクション配管、１１・・・電子膨張弁、１２・・・電磁弁、１３・・・アキュームレータ、１４・・・冷却ファン、１５，１６，１７，１８・・・配管接続部、１９・・・気液分離器（第２受液器）、２０・・・仕切板。

Claims (3)

1. ＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒を用い、スクロール圧縮機と、前記圧縮機から吐出されたＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒を凝縮させるための凝縮器と、前記凝縮器からの冷媒を、蒸発器を有する低圧機器側に送るための冷媒配管と、前記低圧機器側からの冷媒を前記圧縮機に送るための冷媒配管とを備える冷凍機において、
   前記凝縮器で凝縮された冷媒が流入する受液器と、
   前記受液器からの液冷媒のみを取り出し、この液冷媒を更に冷却して過冷却状態とすることで液冷媒が前記低圧機器に至る冷媒配管途中でフラッシュガスになることが抑制されるようにした過冷却器と、
   該過冷却器からの冷媒を低圧機器側に流すための冷媒配管の途中に設けられ、冷媒中に混入した水分を除去すると共にフィルタとしての機能も有するドライヤと、
   冷媒の状態を観察可能なサイトグラスと、
   前記サイトグラス上流であって前記受液器の下流側の前記液冷媒を前記スクロール圧縮機における圧縮途中の中間圧力室に注入するための液インジェクションラインとを備え、
   前記液インジェクションラインには、電磁弁と、液インジェクションの量を制御すると共に、全閉にすることも可能な電子膨張弁が設けられ、且つ前記電磁弁は冷凍機運転中における前記圧縮機の一時停止時には閉とされるように制御され、前記電子膨張弁が冷凍機運転中における圧縮機の一時停止時の度に全閉となるのを防止するように構成したことを特徴とする冷凍機。
2. 請求項１記載の冷凍機において、
   前記ＨＦＣ系疑似共沸混合冷媒はＲ４０４Ａであることを特徴とする冷凍機。
3. 請求項１記載の冷凍機において、
   前記液インジェクションラインは前記受液器内から直接液冷媒を取り出すことを特徴とする冷凍機。

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