JP5430598B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図2は、冷凍サイクル装置100の冷凍サイクル動作を示すP−h線図である。図1及び図2に基づいて、冷凍サイクル装置100の構成及び動作について説明する。この冷凍サイクル装置100は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行なうものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1に示すA〜Jは、図2に示す状態A〜状態Jに対応している。
冷凍サイクル装置100は、コンデンシングユニット1及びユニットクーラー2を有している。コンデンシングユニット1には、二段圧縮機3、油分離器4、空冷凝縮器5、それに付随する室外ファン6、受液器7、及び、エコノマイザー(内部熱交換器)8が搭載されている。また、ユニットクーラー2には、液開閉弁12、膨張弁(第1膨張手段)13、及び、室内冷却器(蒸発器)14が搭載されている。そして、二段圧縮機3、油分離器4、空冷凝縮器5、受液器7、エコノマイザー8の一次側流路、液開閉弁12、膨張弁13、及び、室内冷却器14が冷媒配管50で順次接続されて閉回路(冷凍サイクル)が形成されている。
二段圧縮機3は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。二段圧縮機3は、低段側圧縮部15と高段側圧縮部16を有するとともに、これら圧縮部を駆動するための駆動モーター(図示せず)を内蔵している。また、二段圧縮機3の低段側圧縮部15と高段側圧縮部16との間に形成される中間圧部分にはインジェクションポート17が備えられている。そして、インジェクションポート17を介して、冷凍機油や高圧液冷媒を冷却した後のバイパス冷媒が注入されるようになっている。なお、インジェクションポート17から注入されるバイパス冷媒は、膨張弁9や膨張弁10によって流量が調整されている。なお、ここでは、インジェクションポート17を備えた二段圧縮機3を例に示しているが、2台以上の圧縮機を直列に接続して搭載してもよい。
油分離器4は、二段圧縮機3の吐出側に設置され、二段圧縮機3から吐出された吐出ガス冷媒と、冷媒とともに吐出された冷凍機油と、を分離するものである。この油分離器4で吐出ガス冷媒と分離された冷凍機油は、油分離器4と二段圧縮機3とを接続している油供給路18を通って二段圧縮機3の低段側圧縮部15、高段側圧縮部16のそれぞれに戻される。
油供給路18は、油分離器4と二段圧縮機3とを接続し、油分離器4で分離された冷凍機油を二段圧縮機3に供給する油流路である。この油供給路18には、水−油冷却器20、冷媒−油冷却器11の2つの熱交換器が配備されている。そして、油供給路18は、冷媒−油冷却器11の下流側で分岐され、低段側圧縮部15と高段側圧縮部16のそれぞれに接続されるようになっている。
水−油冷却器20は、油分離器4の冷凍機油の流れの下流側に設置され、給水路22を流れる水と油分離器4で分離された冷凍機油とで熱交換するものである。つまり、水−油冷却器20は、二段圧縮機3から冷媒とともに吐出された冷凍機油を冷却する第1油冷却器として機能する。
冷媒−油冷却器11は、水−油冷却器20の冷凍機油の流れの下流側に設置され、水−油冷却器20から流出し油供給路18を流れる冷凍機油と、第1分岐配管51を流れ膨張弁10で流量が調整された冷媒と、で熱交換するものである。つまり、冷媒−油冷却器11は、二段圧縮機3から冷媒とともに吐出された冷凍機油を冷却する第2油冷却器として機能する。
空冷凝縮器5は、油分離器4の冷媒の流れ下流側に設置されている。この空冷凝縮器5は、二段圧縮機3から吐出され、油分離器4で分離された高温高圧のガス冷媒と空気とが熱交換するものである。なお、空冷凝縮器5は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成するとよい。
空冷凝縮器5の近傍に設置され、空冷凝縮器5に空気を供給するものである。
受液器7は、空冷凝縮器5から流出した冷媒のうち余剰冷媒を貯留するためのものである。
エコノマイザー8は、受液器7から流出した冷媒(一次側)と、第2分岐配管52を流れ膨張弁9で流量が調整された冷媒と、で熱交換するものである。
液開閉弁12は、ユニットクーラー2内においてエコノマイザー8と膨張弁13との間に設置され、冷媒流路を開閉するものである。
膨張弁13は、ユニットクーラー2内において液開閉弁12と室内冷却器14との間に設置され、冷媒を減圧して膨張させるものである。膨張弁13は、たとえば冷媒の流量の調節等を行なうことが可能なステッピングモーター(図示せず)により絞り開度を調整することが可能な電子膨張弁等で構成するとよい。
室内冷却器14は、ユニットクーラー2内において膨張弁13と二段圧縮機3との間に設置され、膨張弁13で減圧された低温低圧の冷媒と被冷熱流体(たとえば空気など)とで熱交換するものである。室内冷却器14は、たとえばプレート式熱交換器や、フィン・アンド・チューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器等で構成することができる。
膨張弁9は、第2分岐配管52のエコノマイザー8の二次側流路の入口側に設置され、第2分岐配管52を流れる冷媒を減圧して膨張させるとともに、第2分岐配管52を流れる冷媒の流量を調整するものである。膨張弁9は、たとえば冷媒の流量の調節等を行なうことが可能なステッピングモーター(図示せず)により絞り開度を調整することが可能な電子膨張弁等で構成するとよい。
膨張弁10は、第1分岐配管51の冷媒−油冷却器11の冷媒の流れ下流側に設置され、第1分岐配管51を流れる冷媒を減圧して膨張させるとともに、第1分岐配管51を流れる冷媒の流量を調整するものである。膨張弁10は、たとえば冷媒の流量の調節等を行なうことが可能なステッピングモーター(図示せず)により絞り開度を調整することが可能な電子膨張弁等で構成するとよい。
空冷凝縮器5に吹きかける水を供給するものである。
散水バルブ21は、給水路22の任意の場所(図1では、水−油冷却器20の水の流れ上流側)に設置され、水流路を開閉するものである。
空冷凝縮器5の近傍に設置され、給水路22から供給された水を空気上流側から空冷凝縮器5に散布するものである。この散水ノズル19は、一般的に広く普及されているようなスプレーノズルで構成することができる。つまり、散水ノズル19は、空冷凝縮器5に向けて水を噴霧することにより、空冷凝縮器5に水を供給するようになっている。
冷凍サイクル装置100に用いられる冷媒には、たとえばR410A、R407C、R404AなどのHFC(ハイドロフルオロカーボン)冷媒、R22などのHCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などがあるが、これに限定されず同様な役割を果たすものであれば、他の冷媒であってもよい。
冷凍サイクル装置100の冷却運転時の動作について説明する。
二段圧縮機3から吐出された高温高圧のガス冷媒(状態A)は、油分離器4へ流入し、冷媒とともに吐出された冷凍機油が分離される。続いて、油分離器4から流出したガス冷媒は、空冷凝縮器5で外気に放熱し、凝縮して高圧液冷媒(状態B)となる。ここで室外ファン6は、冷媒の凝縮圧力が予め定められている所定値となるように空冷凝縮器5からの放熱量を調整している。つまり、室外ファン6は、冷媒の凝縮圧力が予め定められている所定値となるように回転数が制御される。凝縮温度は、たとえば外気温度よりも10℃程度高い温度に調整される。
コンデンシングユニット1は、自らの消費電力、あるいは凝縮圧力や外気温度が定められている所定値を超えると、凝縮圧力を低下させるために散水バルブ21を開放するようになっている。散水バルブ21の開放により、まず常温の水が給水路22を介して水−油冷却器20に供給される。水−油冷却器20では、油分離器4で分離されたたとえば80℃程度の冷凍機油と供給水とが熱交換を行なう。ここで供給水は70℃程度まで温度上昇した後、散水ノズル19から空冷凝縮器5に向かって散布される。
図5は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図5に基づいて、冷凍サイクル装置200の構成及び動作について説明する。この冷凍サイクル装置200は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行なうものである。なお、この実施の形態2では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、冷媒回路構成など実施の形態1と同一の箇所については説明を割愛するものとする。
図6は、本発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図6に基づいて、冷凍サイクル装置300の構成及び動作について説明する。この冷凍サイクル装置300は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行なうものである。なお、この実施の形態3では上述した実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に説明するものとし、冷媒回路構成など実施の形態1及び実施の形態2と同一の箇所については説明を割愛するものとする。
Claims (5)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が流入する空冷凝縮器と、
前記空冷凝縮器から流出した冷媒を減圧する第1膨張手段と、
前記第1膨張手段で減圧された冷媒が流入する冷却器と、
前記空冷凝縮器に散布する水を供給する給水路と、
前記給水路から供給された水を前記空冷凝縮器に散布する散水手段と、
前記圧縮機から冷媒とともに吐出された冷凍機油を前記圧縮機に戻す油供給路と、
前記給水路を流れる水と前記油供給路を流れる冷凍機油との間で熱交換を行なう第1油冷却器と、
前記圧縮機の吐出側に設けられ、前記冷凍機油を前記圧縮機から吐出された冷媒と分離する油分離器と、
前記空冷凝縮器の下流側から分岐し、第2膨張手段を介して前記圧縮機の中間圧力室に接続される第1中間圧バイパス路と、
前記水との熱交換後の冷凍機油と前記第1中間圧バイパス路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう第2油冷却器と、を備え、
前記第1油冷却器においては、
前記油分離器で分離された冷凍機油と前記給水路を流れる水との間で熱交換を行なう
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記空冷凝縮器の下流側から分岐し、第3膨張手段を介して前記圧縮機の中間圧力室に接続される第2中間圧バイパス路と、
前記空冷凝縮器と前記第1膨張手段との間の冷媒と、前記第2中間圧バイパス路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう内部熱交換器と、を備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第3膨張手段の開度制御によって、
前記圧縮機の中間圧力室に注入される冷媒の量を調整可能にしている
ことを特徴とする請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機を低段側圧縮部と高段側圧縮部を備えた二段圧縮機で構成し、
前記第1中間圧バイパス路及び前記第2中間圧バイパス路を前記二段圧縮機の中間圧力室に連通しているインジェクションポートに接続する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記散水手段を散水ノズルで構成し、
前記散水ノズルは、
前記給水路から供給された水を前記空冷凝縮器の空気上流側から前記空冷凝縮器に向けて噴霧する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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