JPH04148160A

JPH04148160A - 二元冷凍サイクル

Info

Publication number: JPH04148160A
Application number: JP27226590A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yasuda; 弘安田; Kyuhei Ishihane; 久平石羽根; Tatsuo Hayashida; 林田　辰雄; Takeo Ogawa; 尾川　健男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1992-05-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、低温発生用に用いられる二元冷凍サイクルの
容量制御法に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、上記のように、容量制限の際。

高温側および低温側冷凍サイクルの吸入配管に設けられ
た弁の開度をそれぞれ調整することによって行われてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、二元冷凍サイクルの冷却能力の最大値
は、吸入配管の弁開度が全開の場合が最大であり、吸入
弁を絞ることによって、容量制御が可能となる。このた
め、容量制御幅を大きくするためには、大形圧縮機が必
要であり、コストが高くなるという問題点があった。ま
た、吸入配管は、ガス状冷媒が流れるため、大口径の弁
が必要となり、操作性が悪くなるという問題点があった
。

また、吸入配管を絞って、冷媒流量を低下させても、圧
縮機は一定の回転数で運転しているため、エネルギー効
率が悪いという問題があった。

本発明の目的は、これらの問題点を解決して、容量制御
幅が広く、操作性がよく、かつ、エネルギ効率の良い二
元冷凍サイクルを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、二元冷凍サイクルｑ高温側お
よび低温側に容量可変圧縮機を用いた先のである。

さらに、二元冷凍サイクルの容量制御性向上、冷却効率
向上および信頼性向上を図るために、スクロール圧縮機
を用いたものである。

［作用〕二元冷凍サイクルにおいて、高温側および低温側め容量
制御圧縮機は、回転数可変形のスクール圧縮機を用いる
。スクロール圧縮機は、運転中に生じる大きな圧力比状
態でも、能力低下がなく、インバータによる、きめ細か
い回転数変化が行えるので制御性に優れている。また、
従来技術の様に吸入配管を絞って、冷却能力を変えるの
ではなく、回転数変化によるため、エネルギ効率が向上
する。また、スクロール圧縮機の圧縮行程の途中に液冷
媒をインジェクションすることにより、吐出ガス温度の
低下が可能とするので、大きな圧力比運転状態でも、信
頼性の高い運転が可能となる〔実施例〕以下、本発明の実施例を、第１図〜第３図により説明す
る。

第１図において、ｌ、２，３．４は高温側冷凍サイクル
の構成機器であり、ｌは容量制御圧縮機、２は凝縮器、
３は膨張弁、４は蒸発器を示している。５，６，７，８
，９は、低温側冷凍サイクルの構成機器であり、５は容
量制御圧縮機、６は凝縮器、７は膨張弁、８は蒸発器、
９は、停止時の圧力上昇を防止するための膨張タンクを
示している。高温側冷凍サイクルの蒸発器４と低温側冷
凍サイクルの凝縮器６とは熱交換関係におかれており、
低温側冷凍サイクルの凝縮廃熱が高温側冷凍サイクルの
蒸発器で吸熱される構成になっている。

高温側冷凍サイクル用冷媒として、通常Ｒ５０２、又は
Ｒ２２が用いられ、低温側冷凍サイクル用冷媒としてＲ
１３、又はＲ５０３が用いられ、低温側蒸発器８で、−
９０℃〜−７０℃の低温を発生することが可能である。

本実施例において、圧縮機１および５は、容量制御可能
な圧縮機であり、これらの容量制御によって蒸発器８が
設置される低温環境での負荷変動に対応することができ
る６圧縮機の容量制御法として、圧縮機用モータの回転
数を変える方法、複数台圧縮機を用いて運転台数を切換
える方法、往復式圧縮機において、複数のシリンダの一
部を使用しない、いわゆるアンローダ機構を用いる方法
等が考えられる。これらの方法は、従来技術の様に吸入
配管を絞って容量を変える方法ではないので、容量制御
時にエネルギ効率が低下することない。

第２図は、これらのうち、高温側および低温側圧縮機と
して、それぞれ複数台圧縮機を用いた場合の実施例であ
る。すなわち、高温側には１−１゜１−２で示される２
台の圧縮機が、又、低温側には、５−１．５−２で示さ
れる２台の圧縮機が用いられており、蒸発器８の冷却能
力を調整することができる。

第３図は、他の実施例を示しており、高温側および低温
側圧縮機１，５には、それぞれインバータ、１０．１１
が接続されており、圧縮機用モータの回転速度を調整す
る構成となっている。圧縮機として、第４図に示される
スクロール形圧縮機が用いられている。第４図において
、１２は、固定スクロール、１３は旋回スクロール、１
４は吐出ポートを示している。第５図は、スクロール圧
縮機の体積効率をＡとして、従来の往復動圧縮機の体積
効率Ｂと、運転時の高圧圧力と低圧圧力の比（圧力比）
に対して示したものである。スクロール圧縮機゛では固
定スクロールと旋回スクロールとによって形成される複
数の圧縮室間の差圧が小さいため漏れが少なく、低温発
生時に冷凍サイクルの運転点として必要となる大きい圧
力比条件において、往復動圧縮機に比較して、効率が高
いという特徴があり、二元冷凍サイイクルの効率を高め
る効果がある。さらに、本圧縮機は、上述の様に複数の
圧縮室を形成するため、一回転中のトルク速度が小さく
、インバータによる回転数変化に適しており、たとえば
、２５　Ｈｚ〜９０Ｈｚ（１５００ｒｐｍ〜５４００ｒ
ｐｍ）の範囲で低振動。

低騒音できめ細かい容量変化が可能である。

また、第６図は、冷媒液インジェクション機構付のスク
ロール圧縮機を示す０図において、１７は液インジェク
ション用パイプを示しており、このパイプを通してスク
ロール圧縮機の圧縮行程の途中に液冷媒をインジェクシ
ョンすることによって、吐出ガス冷媒の温度上昇を防止
する。前記の様に、低温発生用冷凍サイクルでは、圧力
比が大きくなるため、冷媒ガスの圧縮過程において、冷
媒ガス温度が上昇しやすいという問題点があった。

第７図は、この圧縮機を用いた場合の実施例を示す。図
において、１５は高温側冷凍サイクル用圧縮機の液イン
ジェクションラインを示しており、抵抗体６と電磁弁１
７を介して、凝縮器２と膨張弁３の間の液冷媒配管に接
続されている。また。

同様に、低温側サイクルの液インジェクションライン１
８は、抵抗体１９と電磁弁２０を介して、凝縮器６と膨
張弁７との間の液冷媒配管に接続されている。それぞれ
の冷凍サイクルの吐出ガス温度を検知して、必要に応じ
て、電磁弁１７．２０の開閉を指令することによって、
吐出ガス温度の過度の上昇を防止しながら、信頼性の高
い運転をすることができる。

第８図は、第７図の液インジェクションライン１５およ
び１８の途中に抵抗１６．１９と電磁弁１７．２０の代
わりに、パルスモータ等の電気信号で開度調節ができる
電動弁２１および２２を設けた場合の実施例である。こ
の場合には、第７図の実施例の場合より、きめ細かく吐
出ガス温度の制御が行えるので、さらに信頼性向上に効
果が期待できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、二元冷凍サイクルの高温側および低温
側に容量可変圧縮機を用いたので、低温環境において、
負荷に対応して、エネルギ効率を低下させないで、冷却
能力の変化が可能である。

また、容量可変圧縮機として、回転数可変形スクロール
圧縮機を用いたので、広い負荷に対応して、低振動、低
騒音できめ細かい容量制御が可能である。

また、圧縮機として、冷媒液インジェクション付スクロ
ール圧縮機を用いることにより、冷媒吐出ガス温度の過
度の上昇を防止する運転が可能となるので、二元冷凍サ
イクルの信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すサイクル構成図、第
２図及び第３図はそれぞれ本発明の第２゜第３実施例を
示すサイクル構成図、第４図は本発明の実施例の一構成
部品の平面図、第５図は第４図の構成部品の特性図、第
６図は本発明の実施例の一構成部品の縦断面図、第７図
及び第８図はそれぞれ本発明の第４．第５実施例を示す
サイクル構成図である。１・・・高温側冷、凍サイクルの圧縮機、２・・・高温
側冷凍サイクル凝縮器、３・・・高温側冷凍サイクル膨
張弁、４・・・高温側冷凍サイクル蒸発器、５・・・低
温側冷凍サイクル圧縮機、６・・・低温側冷凍サイクル
凝縮器、７・・・低温側冷凍サイクル膨張弁、８・・・
低温側冷凍サイクル蒸発器、９・・・膨張タンク、１−
１゜１−２・・・高温側冷凍サイクルの圧縮機、５−１
゜５−２・・・低温側冷凍サイクルの圧縮機、１０・・
・高温側圧縮機用インバータ、１１・・・低温側圧縮機
用インバータ、１２・・・固定スクロール、１３・・・
旋回スクロール、１４・・・吐出ポート、１５・・・高
温側サイクルの液インジェクションライン、１６・・・
絞り抵抗、１７・・・電磁弁、１８・・・低温側サイク
ルの液インジェクションライン、１９・・・絞り抵抗、
２０冨図篤図遁図囁図て図圧カシ乙築図 ■ 図

Claims

【特許請求の範囲】１、高温側の冷凍サイクルの蒸発器と低温側の冷凍サイ
クルの凝縮器とを熱交換関係に置いて構成される二元冷
凍サイクルにおいて、高温側および低温側冷凍サイクル
に容量可変圧縮機を用いたことを特徴とする二元冷凍サ
イクル。２、請求項第１項において、容量可変圧縮機が、回転数
可変形スクロール式圧縮機であることを特徴とする二元
冷凍サイクル。３、請求項第２項において、圧縮機は、液インジェクシ
ョンポートを備えたスクロール圧縮機であることを特徴
とする二元冷凍サイクル。