WO2001022008A1

WO2001022008A1 - Dispositif de refrigeration par compression a allure multiple

Info

Publication number: WO2001022008A1
Application number: PCT/JP2000/006585
Authority: WO
Inventors: Masaya Tadano; Atsushi Oda; Toshiyuki Ebara; Takashi Yamakawa
Original assignee: Sanyo Electric Co., Ltd.
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2001-03-29
Also published as: CN1376251A; US6568198B1; CN1171050C; EP1215449A4; NO20021455D0; NO20021455L; EP1215449A1

Description

明細書

多段圧縮冷凍装置技術分野

本発明は、複数の圧縮手段を有する圧縮機を用いて冷媒を多段圧縮する多段圧縮冷凍装置に関する。背景技術

従来、冷蔵庫や空気調和装置などに用いられる冷凍装置には、夫々の口一タリ —用シリンダの内部で回転するローラから成る 2 つの圧縮手段を同一の密閉容器内に収納したロータリー型の圧縮機を用い、各圧縮手段を低段側圧縮手段と高段側圧縮手段として、低段側圧縮手段により一段圧縮した冷媒ガスを高段側圧縮手段に吸い込ませることにより、冷媒を多段圧縮するものが知られている。

斯かる多段圧縮冷凍装置によれば、一圧縮当たりのトルク変動を抑制しながら高圧縮比を得ることができる。

しかし、上記多段圧縮冷凍装置では、比熱比の高い冷媒を用いた場合、高段側圧縮手段が吸い込む低段側圧縮手段のガス冷媒温度が高くなるため、吸気効率が低下し、さらに入力側ガス冷媒温度が高くなつてしまう問題がある。また、高段側圧縮手段の吐出ガス冷媒温度も高くなるため、潤滑油としてエステル油（例えば P〇 E ：ポリオールエステル）を用いた場合には、潤滑油が熱による加水分解を起こし、酸とアルコールが生成される。そして、この酸によってスラッジが発生し、キヤビラリ一チューブが詰まる問題が発生すると共に、潤滑特性も劣化する。更に、冷凍効果も低下するため装置効率が悪化する問題もあった。

このため、低段側圧縮手段で圧縮後の吐出ガス冷媒を冷却して、高段側圧縮手段が吸い込むガス冷媒温度を下げ、高段側圧縮手段の吐出ガス冷媒温度を低く抑える構成が提案されている。即ち、この種の従来の多段圧縮冷凍装置として、例えば第 5図に示すように、低段側圧縮手段及び高段側圧縮手段からなる多段圧縮機 5 1 1 、凝縮器 5 1 2 、第 1 減圧手段 5 1 3、中間冷却器 5 1 4、第 2減圧手段 5 1 5及び蒸発器 5 1 6 とを有し、凝縮器 5 1 2 から出た冷媒を分流して一方の冷媒を第 1 減圧手段 5 1 3 に導入し、他方の冷媒を中間冷却器 5 1 4及び第 2 減圧手段 5 1 5 から蒸発器 5 1 6 に夫々流し、中間冷却器 5 1 4 において、前記他方の冷媒を第 1 減圧手段 5 1 3から出た一方の冷媒と熱交換させると共に、蒸発器 5 1 6 から出た冷媒を低段側圧縮手段に吸い込ませ、中間冷却器 5 1 4での熱交換後の一方の冷媒を低段側圧縮手段から吐出された冷媒に混ぜて高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成されている。

この多段圧縮冷凍装置の冷凍サイクルの冷媒は、第 6 図の P— h線図における実線で示すように状態変化する。即ち、図示のように、従来装置では、第 1 減圧手段 5 1 3 から出た一方の冷媒と、第 2減圧手段 5 1 5 に流入する冷媒とを中間冷却器 5 1 4で熱交換させ、第 2減圧手段 5 1 5 に流入する冷媒を冷却して第 6 図に示すェンタルビ一 ό H o分減少させている。これにより、蒸発器 5 1 6でのヱンタルビー差を大きくとることができる。

しかしながら、上記従来装置は、起動開始初期に、中間冷却器 5 1 4の熱交換部の配管等が保有する顕熱の影響により、中間冷却器 5 1 4で第 2減圧手段 5 1 5 に流入する冷媒が充分に冷却されずに、第 6 図の点線で示したように、定常時のェンタルビ一 δ H o分の過冷却を行うことができなかった。そのため、起動閧始初期には蒸発器 5 1 6 でのェンタルビ一差を大きくとることができないという問題があった。

また、上記従来によると、圧縮機 5 1 1 の停止後に凝縮器 5 1 2 にある高温の冷媒が第 2減圧手段 5 1 5 を介して蒸発器 5 1 6 に流れ込み、蒸発器 5 1 6 内に多量の液冷媒が滞溜する事態を招いていた。このため、圧縮機 5 1 1 を再起動後に、蒸発器 5 1 6 内の液冷媒が全て蒸発し、所定の蒸発温度まで低下した定常状態に至るまで、かなりの時間を要することとなり、冷凍装置の効率を低下させていた。

この対策として、一方の弁が冷媒の逆流に応じて全閉状態となり、その弁と開閉状態が連動する他方の弁からなる一体弁を、蒸発器 5 1 6の冷媒流入側及び吐出側に設け、圧縮機 5 1 1 の停止後、蒸発器 5 1 6の冷媒吐出側に設けた一方の弁が圧縮機 5 1 1 からの冷媒の逆流に応じて全閉状態となり、それに応じて他方の弁も全閉状態となるようにして、蒸発器 5 1 6 内への第 2減圧手段 5 1 5側からの高温液冷媒の流入を防止する方策が考えられる。

この構成により、蒸発器 5 1 6 に液冷媒が流れ込むのを防止できるが、上記した従来装置のように、凝縮器 5 1 2 から出た冷媒を分流して一方の冷媒を圧縮機 5 1 1 の低段側圧縮手段から吐出された冷媒に混ぜて高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成されている場合には、圧縮機 5 1 1 の停止後に凝縮器 5 1 2 内の高温の液冷媒が分流回路側の中間冷却器 5 1 4 に流れ込み、圧縮機 5 1 1 を再起動した場合に、中間冷却器 5 1 4の熱交換部の配管等が保有する顕熱の影響により、中間冷却器 5 1 4によって第 2 減圧手段 5 1 5 に流入する冷媒が充分に冷却されずに、第 6 図の点線で示したように、定常時のェンタルピ一 δ H o分の過冷却を行うことができなかった。そのため、起動開始初期には蒸発器 5 1 6でのェンタルビ一差を大きくとることができないという問題があった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであって、中間冷却器を用いて低段側圧縮手段で圧縮後の吐出ガス冷媒を冷却して、高段側圧縮手段の吐出ガス冷媒温度を低く抑えることにより、冷凍装置の起動初期における蒸発器でのェンタルビ —差を大きくして冷凍効果を増大させ、効率を向上させた多段圧縮冷凍装置を提供することを第 1 の目的とする。

また、多段圧縮機の停止時に蒸発器内及び中間冷却器に液冷媒が流入しないようにして、冷凍装置の起動初期における蒸発器でのェンタルビー差を大きくして冷凍効果を增大させ、効率を向上させた多段圧縮冷凍装置を提供することを第 2 の目的とする。発明の開示

本発明は、低段側圧縮手段及び高段側圧縮手段を有する圧縮機、凝縮器、第 1 減圧手段、第 1 中間冷却器、第 2減圧手段及び蒸発器とを備え、前記高段側圧縮手段から凝縮器を経て吐出される冷媒を分流して、一方の冷媒を第 1 減圧手段から第 1 中間冷却器に流すと共に、他方の冷媒を第 1 中間冷却器に流入して前記一方の冷媒と熱交換させた後、第 2減圧手段から蒸発器に流し、蒸発器から出た冷媒を低段側圧縮手段に吸い込ませる一方、前記第 1 中間冷却器から出た前記一方の冷媒を前記低段側圧縮手段から吐出される冷媒と共に高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成した多段圧縮冷凍装置において、前記蒸発器と低段側圧縮手段との間に第 2 中間冷却器を設け、該第 2 中間冷却器で前記蒸発器から出た冷媒と熱交換させた前記他方の冷媒を前記第 1 中間冷却器に流入させることを特徴とする。

この構成により、高段側圧縮手段の吐出ガス冷媒温度を低く抑えると共に、冷凍装置の起動初期における蒸発器でのェンタルビ一差を従来装置に比べて大きくすることができる。

さらに、前記第 1 中間冷却器から出た冷媒が流入する第 3 中間冷却器を備え、前記凝縮器から出た冷媒を前記第 3 中間冷却器と熱交換させると共に、該第 3 中間冷却器から出た冷媒を低段側圧縮手段から吐出された冷媒と共に高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成しても良い。この構成を用いることにより、上記効果を一層促進することができる。

また、前記他方の冷媒を減圧する第 3減圧手段を備え、前記第 3減圧手段に流入する前記他方の冷媒を前記第 2 中間冷却器と熱交換させる構成としても良い。この構成を用いることにより、蒸発器入口の冷媒温度を一層低下させることが可能となる。

また、本発明は、低段側圧縮手段及び高段側圧縮手段を有する圧縮機、凝縮器、第 1 減圧手段、第 1 中間冷却器、第 2減圧手段及び蒸発器とを備え、前記高段側圧縮手段から凝縮器を経て吐出される冷媒を分流して一方の冷媒を第 1 減圧手段から第 1 中間冷却器に、他方の冷媒を前記第 1 中間冷却器から第 2減圧手段経て前記蒸発器に夫々流し、前記第 1 中間冷却器で前記第 1 減圧手段から出た一方の冷媒と前記他方の冷媒とを熱交換させると共に、前記蒸発器から出た冷媒を前記低段側圧縮手段に吸い込ませる一方、前記第 1 中間冷却器から出た前記一方の冷媒を前記低段側圧縮手段から吐出された冷媒と共に高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成した多段圧縮冷凍装置において、前記低段側圧縮手段の冷媒流入側に設けられ、前記蒸発器側への所定量の冷媒の逆流に応じて全閉状態となる第 1 弁機構と、前記蒸発器の冷媒流入側に設けられ、前記第 1 弁機構の開閉動作に連動して開閉される第 2弁機構と、前記凝縮器の冷媒吐出側に設けられ、前記第 1 弁機構の開閉動作に連動して開閉される第 3弁機構と、を備えていることを特徴とする。

この構成により、圧縮機の停止後における第 1 弁機構側へのガス冷媒の逆流により、第 1 弁機構に連動して第 2 弁機構及び第 3 弁機構が全閉状態となるので、蒸発器内及び第 1 中間冷却器に液冷媒が流入するのを防止することができる。

また、前記第 1 減圧手段の冷媒流入側に設けられ、前記第 1 弁機構の開閉動作に連動して開閉される第 4弁機構を備えている構成としても良い。これにより、圧縮機の停止時に冷媒配管内に滞溜する液冷媒が第 1 中間冷却器内に流れ込むのを防止することができる。

さらに、前記圧縮機は、密閉容器の内部に電動要素と、該電動要素に連結される駆動軸により駆動される低段圧縮要素及び高段圧縮要素からなる回転圧縮要素とを配置し、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素の吸入側とを連通管を介して直列接続した多段圧縮機構を形成する多段圧縮式口一タリコンブレッサで構成しても良い。

また、前記圧縮機を停止する場合に、該圧縮機を一定時間逆回転させた後、停止させる構成とすると良い。この構成により、圧縮機の停止後に圧縮機吐出側のガス冷媒を素早く第 1 弁機構側へ逆流させることができる。

前記第 1 弁機構と、前記第 2 弁機構、第 3弁機構及び第 4弁機構とは、それそれ一体弁で構成させることができる。

前記第 2減圧手段はキヤビラリ一チューブで構成し、前記第 2 弁機構は前記キャビラリ一チューブの冷媒流入側に設ける構成としても良い。この構成を用いることにより、冷蔵庫などのように蒸発器が庫内に配置されるものの場合、配管長が長いキヤビラリ一チューブを介して他の構成部品が庫外の同一個所に配置されているため、一体弁を同一の庫外個所に取り付けることができ、装置構成の大型化を招く虞れがない。

また、前記第 1 中間冷却器に流入する前記他方の冷媒を減圧する第 3減圧手段と、該第 3減圧手段に流入する前記他方の冷媒と、前記蒸発器から吐出された冷媒とを熱交換させる第 2 中間冷却器を備えた構成としても良い。この構成により、冷凍装置の起動初期における蒸発器でのェンタルビ一差を従来装置に比べて大きくすることができる。さらに、前記第 1 中間冷却器との熱交換後の前記一方の冷媒と、前記凝縮器から吐出された冷媒とを熱交換させる第 3 中間冷却器を備えた構成としても良い。図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の一実施形態例である多段圧縮冷凍装置の冷媒回路図である。第 2 図は本発明に適用する 2段圧縮式口一夕リコンブレッサの要部縦断面図である。

第 3図は本発明の多段圧縮冷凍装置の P— h線図である。

第 4図は本発明による多段圧縮冷凍装置の他の例を示す冷媒回路図である。

第 5図は従来の多段圧縮冷凍装置の冷媒回路図である。

第 6 図は従来の多段圧縮冷凍装置の P— h線図である。発明を実施するための最良の形態

以下、第 1 図から第 4図を参照して、本発明の多段圧縮冷凍装置の実施形態例について説明する。

先ず、第 2 図において、本発明の多段圧縮手段としての 2段圧縮式ロータリコンブレッサ 1 0は、鋼板からなる円筒状密閉容器 1 2、この密閉容器 1 2 内の上部空間に配置された電動要素としての駆動電動機 1 4、及び電動機 1 4の下部空間に配置され、且つこの電動機 1 4 に連結されるクランク軸（駆動軸） 1 6 により駆動される圧縮要素としての回転圧縮機構 1 8 を含む。

また、密閉容器 1 2 は底部をオイル溜とし、電動機 1 4及び回転圧縮機構 1 8 を収容する容器本体 1 2 Aと、この容器本体 1 2 Aの上部開口を密閉する蓋体 1 2 B との 2部材で構成され、蓋体 1 2 Bには電動機 1 4 に外部電力を供給する夕 —ミナル端子（給電配線は省略） 2 0が取り付けてられている。

電動機 1 4は、密閉容器 1 2 の上部空間の内周に沿って環状に取り付けられたステ一タ 2 2 と、このステ一タ 2 2 の内側に若干の間隙を設けて配置された口一夕 2 4 とからなる。このロータ 2 4 には、その中心を通り鉛直方向に延びるクランク軸 1 6 がー体に設けられている。

ステ一夕 2 2 は、リング状の電磁鋼板を積層した積層体 2 6 と、この積層体 2 6 に卷装された複数のコイル 2 8 を有している。また、ロータ 2 4 もステ一夕 2 2 と同じように電磁鋼板の積層体 3 0で構成されている。本実施の形態例では、電動機 1 4 として交流モータを用いているが、永久磁石を埋装し D Cモータとする ½合 2¾る。

回転圧縮機構 1 8は、低段側圧縮手段としての低段圧縮要素 3 2 と高段側圧縮手段としての高段圧縮要素 3 4 を含む。すなわち、中間仕切板 3 6 と、この中間仕切板 3 6の上下に設けられた上下シリンダ 3 8 , 4 0 と、この上下シリンダ 3 8， 4 0 内をクランク軸 1 6 に設けた上下偏心部 4 2， 4 4 に連結されて回転する上下ローラ 4 6， 4 8 と、この上下ローラ 4 6， 4 8 に当接して上下各シリンダ 3 8 , 4 0 を吸入室（吸入側）と圧縮室（吐出側）に区画する上下べ一ン 5 0， 5 2 と、上下シリンダ 3 8 , 4 0の各開口面を閉塞するクランク軸 1 6 の各軸受部を兼用する上部支持部材 5 4 と下部支持部材 5 6 とで構成される。

上部支持部材 5 4及び下部支持部材 5 6 には、図示しない弁装置を介して上下シリンダ 3 8 , 4 0 と適宜連通する吐出消音室 5 8， 6 0 が形成されると共に、これらの各吐出消音室等の関口部は上部プレート 6 2 と下部ブレー卜 6 4で閉塞されている。

上下べーン 5 0， 5 2 は、上下シリンダ 3 8， 4 0のシリンダ壁に形成された半径方向の案内溝 6 6， 6 8 に摺動可能に配置され、且つスプリング 7 0， 7 2 により上下ローラ 4 6 , 4 8 に常時当接するように付勢されている。

そして、下シリンダ 4 0では 1 段目（低段側）の圧縮作用が行われ、上シリンダ 3 8 では下シリンダ 4 0 で圧縮された冷媒ガスを更に圧縮する 2 段目（高段側）の圧縮作用が行われる。

上述の回転圧縮機構 1 8 を構成する上部支持部材 5 4、上シリンダ 3 8、中間仕切板 8 6、下シリンダ 4 0及び下部支持部材 5 6は、この順に配置され上部ブレート 6 2及び下部プレート 6 4 と共に複数本の取付ボルト Ί 4 を用いて連結固定させれている。

また、クランク軸 1 6 には軸中心にストレ一卜のオイル孔 7 6 とこの孔 7 6 に横方向の給油孔 7 8， 8 0 を介して連なる螺旋状給油溝 8 2 , 8 4 を外周面に形成して、軸受け及び各摺動部にオイルを供給するようにしている。この実施形態例では、冷媒として R 4 0 4 Aを使用し、また、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、 P A Gオイル（ポリアルキレングリコール系オイル）、エーテル油、エステル油等既存のォィルを使用している。

上述の回転圧縮機構 1 8の低段圧縮要素 3 2では、吸入側冷媒圧力が 0 . 0 5 M P aであり、吐出側冷媒圧力が 0. 1 8 MP aである。そして、高段圧縮要素 3 4では、吸入側冷媒圧力が 0. 1 8 MP aであり、吐出側冷媒圧力が 1 . 9 0 MP aである。

また、上下シリンダ 3 8 , 4 0には、冷媒を導入する上下冷媒吸込通路（図示せず）と、圧縮された冷媒を吐出消音室 5 8， 6 0を経由して吐出する冷媒吐出通路 8 6 とが設けられている。そして、この各冷媒吸込通路と冷媒吐出通路 8 6 には、密閉客器 1 2に固定される接続管 9 0 , 9 2， 9 4を介して冷媒配管 9 8， 1 0 0， 1 0 2が接続される。また、冷媒配管 1 0 0および 1 0 2の間には、気液分離器として作用するサクシヨンマフラ一 1 0 6が接続されている。

このサクシヨンマフラ一 1 0 6には、コンブレッサ 1 0の外部に設けられ、後述するように第 3中間冷却器（図示せず）から出た冷媒を冷媒配管 2 0 1 を介して合流させている。

さらに、上部プレート 6 2 には上部支持部材 5 4の吐出消音室 5 8 と、密閉容器 1 2の内部空間とを速通状態とする吐出管 1 0 8が設けられており、 2段目 (高段圧縮要素 3 4 ) の圧縮冷媒ガスを密閉容器 1 2内に直接吐出し、密閉容器 1 2 を内部高圧にした後、密閉容器 1 2上部の蓋体 1 2 Bに固定される接続管 9 6及び冷媒配管 1 0 4を介して外部の凝縮器（図示せず）に送出され、後述する冷媒回路を順次経由して、冷媒配管 9 8、接続管 9 0及び上シリンダ 3 8の上冷媒吸込通路を通じて再び低段圧縮要素 3 2に戻り、蒸気圧縮式冷凍サイクルを実現している。

また、低段圧縮要素 3 2における構成部品相互の嵌合クリアランスを、高段圧縮要素 3 4における構成部品相互の嵌合クリアランスよりも小さく設定している。具体的には、低段圧縮要素 3 2における構成部品相互の嵌合クリアランスを 1 0 μ πιに、高段圧縮要素 3 4における構成部品相互の嵌合クリアランスを 2 0 μ m に設定している。これにより、密閉容器 1 2 内の高圧ガスが圧力差の大きい低段圧縮要素 3 2へり一ク侵入するのを低減でき、体積効率及び圧縮効率を向上させることができる。

次に、上述した 2段圧縮式ロータリコンプレッサ 1 0 を用いた本発明の多段圧縮冷凍装置について、第 1 図の冷媒回路を参照して説明する。

第 1 図において、 1 は凝縮器であり、上記 2段圧縮式ロータリコンブレッサ 1 0から吐出された高圧冷媒が冷媒配管 1 0 4 を介して流入している。この凝縮器 1 にて凝縮され冷媒配管 1 1 0 を流れる冷媒を後述の第 3 中間冷却器 2 と熱交換させた後、この冷媒配管 1 1 0が二方に分岐されている。

3は、分岐された一方の分岐配管 1 1 2 を流れる冷媒を減圧させる第 1 減圧手段としての第 1膨張弁である。

4は、分岐された他方の分岐配管 1 1 4 を流れる冷媒を減圧させる第 3減圧手段としての第 2膨張弁であり、分岐配管 1 1 4 を流れる冷媒を後述の第 2 中間冷却器 5で蒸発器 8 の吐出冷媒と熱交換させた後、第 2膨張弁 4 に流入させている。

6は、第 1 膨張弁 3 と第 2膨張弁 4 の吐出側に接続されている第 1 中間冷却器であり、第 1 膨張弁 3 にて減圧された前記一方の冷媒と第 2膨張弁 4 にて減圧された前記他方の冷媒とをそれそれ熱交換させている。この中間冷却器 6は、第 2 膨張弁 4の吐出冷媒を一時貯溜して気液分離した後、液冷媒のみをキヤビラリ一チューブ 7 に供給する貯溜容器（図示せず）で構成されている。第 1 膨張弁 3の吐出冷媒は第 1 中間冷却器 6 での熱交換後、第 3 中間冷却器 2 に流入して、凝縮器 1 から吐出される冷媒と熱交換する。これにより、第 3 中間冷却器 2、第 2 中間冷却器 5及び第 2膨張弁 4 によつて低温となつた前記他方の冷媒が第 1 中間冷却器 6 に流入し、容器内に一時貯溜されて気液分離された後、液冷媒のみが第 2 減圧手段としてのキヤビラリ一チューブ 7 に供給されることになる。従って、外気温度の変化などによる外乱の影響に関係なく、キヤビラリーチューブ 7 に液冷媒のみを供給することができ、キヤビラリ一チューブ 7 において、流入冷媒が減圧され過ぎてしまうと共に、圧損が増加してしまい所期の性能及び蒸発温度が得られなくなる、という不具合を防止することができる。

第 2 中間冷却器 5及び第 3 中間冷却器 2 は、内管の内部を流れる冷媒と、該内管を囲む外管の内部を流れる冷媒とが熱交換する二重管構造となっており、熱交換効率向上のために、低温側の冷媒を内管内部に、高温側の冷媒を外管内部に夫々流し、その流れ方向が逆となる対向流になるように構成されている。

このように、第 2 中間冷却器 5及び第 3 中間冷却器を、外乱の影響を受けやすいが、熱交換効率の高い二重管構造とすることにより、キヤビラリ一チューブ 7 に冷媒を供給する第 1 中間冷却器 6以外の熱交換部分において、過冷却度を大きくとることが可能になる。

第 3 中間冷却器 2 からの吐出冷媒は、冷媒配管 2 0 1 を介して上述のサクションマフラ一 1 0 6 に流入し、冷媒配管 1 0 0 を介してサクシヨンマフラー 1 0 6 に流入する低段圧縮要素 3 2 からの吐出冷媒と合流させている。

サクシヨンマフラ一 1 0 6 から吐出されるガス冷媒は、冷媒配管 1 0 2 を経由して高段圧縮要素 3 4 に吸い込ませている。

7は、第 2減圧手段としてのキヤビラリチューブであり、第 2膨張弁 4の吐出冷媒を中間冷却器 6 と熱交換させた後の冷媒を減圧している。キヤビラリチューブ 7 からの吐出冷媒は蒸発器 8 に供給され、冷媒を蒸発させ外部空気と熱交換させている。蒸発器 8 の吐出側には上記第 2 中間冷却器 5 が接続されており、冷媒配管 1 1 4 を流れる分流冷媒と熱交換した後、その吐出冷媒は冷媒配管 9 8 を絰由してコンブレッサ 1 0の低段圧縮要素 3 2 の接続管 9 0に供給されている。以上によって、本発明の多段圧縮冷凍装置の冷凍サイクルが構成されている。ここで、上記第 1 中間冷却器 6、第 2 中間冷却器 5及び第 3 中間冷却器 2 は周囲から熱を奪うことによって冷却作用を発揮しており、この第 1 中間冷却器 6 , 第 2 中間冷却器 5 , 第 3 中間冷却器 2 における熱交換部を夫々第 1過冷却部、第 2過冷却部、第 3過冷却部と以下称する。

また、上記説明において、第 2過冷却部において冷却された冷媒を第 2膨張弁 4 を経由して第 1過冷却部において熱交換させる構成にしているのは、実験の結果、過冷却を分散させて行わせる際、一度過冷却を行った後の冷媒を膨張させた後に、過冷却を行わせることによりその際の熱交換効率が良くなることが確認できたためである。

次に、上記冷凍サイクルにおける冷媒の状態について、第 3 図に示す P— h線図に基づき説明する。尚、図において装置定常期の冷媒状態を実線で、装置起動初期における冷媒状態を点線で示している。

第 3 図において、 A点はコンブレヅサ 1 0の高段圧縮要素 3 4 からの吐出冷媒の状態を示しており、凝縮器 1 にて凝縮されて B点まで状態変化する。その後、冷媒は第 3過冷却部において第 3 中間冷却器 2 との熱交換により冷却されて C点に至る

そして、 C点の冷媒は分流されて、一方の分流した冷媒が第 1 膨張弁 3 にて減圧されて D点まで圧力低下した後、中間冷却器 6 に流入している。

また、 C点の冷媒の分流された他方の冷媒は、第 2過冷却部において蒸発器 8 の吐出側に接続されている第 2 中間冷却器 5 との熱交換により冷却されて H点に至り、第 2膨張弁 4 にて減圧されて I 点まで圧力低下する。そして、第 1 過冷却部において、 I 点の冷媒が第 1 中間冷却器 6 と熱交換して J点に状態変化すると共に、 D点の冷媒が第 1 中間冷却器 6の出口において E点まで状態変化する。

F点は、第 3過冷却部における凝縮器 1 から出た B点の冷媒との熱交換により、第 3 中間冷却器 2の吐出冷媒の状態を示している。

また、 J点の冷媒はキヤビラリ一チューブ 7 にて減圧され、 K点まで圧力低下した後、蒸発器 8 に流入する。そして、蒸発器 8 にて蒸発した冷媒（ L点）が第 2過冷却部における熱交換により、第 2 中間冷却器 5の出口で M点まで状態変化した後、コンプレッサー 1 0の低段圧縮要素 3 2 に流入している。

そして、低段圧縮要素 3 2 にて 1 段目の圧縮がされ、 N点まで圧力上昇した高温、高圧の吐出冷媒が、サクシヨンマフラ一 1 0 6 において、第 3 中間冷却器 2 からの吐出冷媒（ F点）と混ざり、冷媒が冷却され G点まで状態変化する。その温度低下させた G点の冷媒をコンブレッサ 1 0の高段圧縮要素 3 4 に吸入させて、 2段目の圧縮させ（ A点）、凝縮器 1 に吐出している。

このように、第 3過冷却部において凝縮器 1 からの吐出冷媒の過冷却を行わせると共に、キヤビラリーチューブ 7及び蒸発器 8 に流れる他方の冷媒をさらに第 1過冷却部及び第 2過冷却部において過冷却することができる。

また、過冷却部を分散させることにより、各過冷却部の保有する顕熱の熱容量を小さくすることができ、装置起動初期（図 3破線）においても従来に比べ過冷却を行うことができ、蒸発器 8でのェンタルビ一差（ ό Η ) を大きくとることができる。

特に、第 1過冷却部に加えて、蒸発器 8出口の低温冷媒と熱交換する第 2過冷却部を設けることにより、装置の起動開始後の短時間でキヤビラリ一チューブ 7 及び蒸発器 8に流れる他方の冷媒の過冷却を充分に行うことができる。

第 4図は、本発明による多段圧縮冷凍装置の冷媒回路図の他の構成例を示したもので、第 1図と同一符号は同一または相当部分を示し、第 1 図の構成と異なる点は、冷媒配管 9 8の途中に、コンブレッサ 1 0から蒸発器 8側への冷媒が所定量以上逆流することによって全閉状態となる構造の第 1弁機構 1 1 A , 1 I Β , 1 1 Cが設けられ、キヤビラリ一チューブ 7の冷媒流入側の冷媒配管途中には第 1弁機構 1 1 Aの開閉動作に連動して閧閉される第 2弁機構 1 2 と、凝縮器 1 の冷媒吐出侧に設けられ、第 1 弁機構 1 1 8の開閉動作に連動して開閉される第 3 弁機構 1 3 と、第 1膨張弁 3の冷媒流入側の分岐配管 1 1 2途中に設けられ、第 1弁機構 1 1 cの開閉動作に連動して開閉される第 4弁機構 1 4 とが設けられている点である。これら第 1弁機構 1 1 Αと第 2弁機構 1 2、第 1弁機構 1 I Bと第 3弁機構 1 3、第 1弁機構 1 1 Cと第 4弁機構 1 4はそれそれ一体弁で構成されている。

この構成で、コンブレッサ 1 0の起動時には、コンブレッサ 1 0の回転開始に伴い、コンブレッサ 1 0側の圧力が蒸発器 8側の圧力に比べ小さくなることにより、蒸発器 8からコンブレッサ 1 0側へ冷媒が流れ出して第 1弁機構 1 1 A， 1 I B， 1 1 c、第 2弁機構 1 2、第 3弁機構 1 3、及び第 4弁機構 1 4が全閉状態から全開状態になる。

一方、コンプレッサー 1 0の停止時には、コンブレッサ 1 0は一定時間定常運転時とは逆の回転をさせた後、停止させるように制御している。これにより、第 1弁機構 1 1 A， 1 I B , 1 l c、第 2弁機構 1 2、第 3弁機構 1 3、及び第 4 弁機構 1 4は、定常運転時には全開状態となっているが、上記コンブレッサ 1 0 の逆回転により、コンブレッサ 1 0から蒸発器 8側へ冷媒が所定量以上逆流して、第 1弁機構 1 1 A， 1 I B , 1 l c、第 2弁機構 1 2、第 3弁機構 1 3、及び第 4弁機構 1 4が全閉状態になる。この結果、コンブレッサ 1 ◦の停止後に、凝縮器 1 及び配管内に滞溜している高温の液冷媒が、蒸発器 8 内及び第 1 中間冷却器 6 に液冷媒が流れ込むのを防止することができる。

尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

例えば、上記実施の形態例では、多段圧縮手段として内部高圧型 2段圧縮式口 —タリコンブレッサ 1 0 を用いた場合について説明したが、これに限らず、密閉容器 1 2 内部を低段圧縮要素 3 2 の吸入側冷媒圧力と路同等にした内部低圧型、若しくは密閉容器 1 2 内部を低段圧縮要素 3 2 の吐出側冷媒圧力と略同等にした内部中間圧型のコンブレッサを用いた場合にも本発明は適用可能である。

また、第 1過冷却部、第 2過冷却部及び第 3過冷却部を有する構成について説明したが、特許請求の範囲第 4項に係る発明は、これに限らず、単一の中間冷却器にて過冷却を行う上記従来装置（図 4 ) にも適用可能である。

さらに、上記実施形態例では、使用冷媒として R 1 3 4 aを用いる場合について説明したが、これに限らず他の冷媒を用いても同様の効果を期待し得る。産業上の利用可能性

以上述べたとおり本発明によれば、低段側圧縮手段で圧縮後の吐出ガス冷媒を冷却して、高段側圧縮手段の吐出ガス冷媒温度を低く抑えることができると共に、冷凍装置の起動初期における蒸発器でのェンタルビ一差を大きくして冷凍効果を増大させて効率を向上させることができる。

また、圧縮機の停止後における第 1 弁機構側へのガス冷媒の逆流により、第 1 弁機構に連動して第 2 弁機構及び第 3弁機構が全閉状態となるので、蒸発器内及び中間冷却器に液冷媒が流入するのを防止することができる。これにより、冷凍装置の起動初期における蒸発器でのェンタルビ一差を大きくして冷凍効果を増大させた多段圧縮冷凍装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 低段側圧縮手段及び高段側圧縮手段を有する圧縮機、凝縮器、第 1 減圧手段、第 1 中間冷却器、第 2減圧手段及び蒸発器とを備え、前記高段側圧縮手段から凝縮器を経て吐出される冷媒を分流して、一方の冷媒を第 1 減圧手段から第 1 中間冷却器に流すと共に、他方の冷媒を第 1 中間冷却器に流入して前記一方の冷媒と熱交換させた後、第 2減圧手段から蒸発器に流し、蒸発器から出た冷媒を低段側圧縮手段に吸い込ませる一方、前記第 1 中間冷却器から出た前記一方の冷媒を前 3己低段側圧縮手段から吐出される冷媒と共に高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成した多段圧縮冷凍装置において、

前記蒸発器と低段側圧縮手段との間に第 2 中間冷却器を設け、該第 2 中間冷却器で前記蒸発器から出た冷媒と熱交換させた前記他方の冷媒を前記第 1 中間冷却器に流入させることを特徴とする多段圧縮冷凍装,。

2 . 前記第 1 中間冷却器から出た冷媒が流入する第 3 中間冷却器を設け、前記凝縮器から出た冷媒を前記第 3 中問冷却器で前記凝縮器から出た冷媒と熱交換させると共に、該第 3 中問冷却器から出た冷媒を前記低段側圧縮手段から吐出された冷媒と共に前記高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成したことを特徴とする請求項 1 に記載の多段圧縮冷凍装置。

3 . 前記第 2 中間冷却器から出た前記他方の冷媒を流入して減圧する第 3減圧手段を設け、前記第 3減圧手段から出た前記他方の冷媒を前記第 2 中間冷却器に流入させることを特徴とする請求項 1 又は 2 に記載の多段圧縮冷凍装置。

4 . 低段側圧縮手段及び高段側圧縮手段を有する圧縮機、凝縮器、第 1 減圧手段、第 1 中間冷却器、第 2減圧手段及び蒸発器とを備え、前記高段側圧縮手段から凝縮器を経て吐出される冷媒を分流して一方の冷媒を第 1 減圧手段から第 1 中間冷却器に、他方の冷媒を前記第 1 中間冷却器から第 2減圧手段経て前記蒸発器に夫々流し、前記第 1 中間冷却器で前記第 1 減圧手段から出た一方の冷媒と前記他方の冷媒とを熱交換させると共に、前記蒸発器から出た冷媒を前記低段側圧縮手段に吸い込ませる一方、前記第 1 中間冷却器から出た前記一方の冷媒を前記低段側圧縮手段から吐出された冷媒と共に高段側圧縮手段に吸い込ませるように構成した多段圧縮冷凍装置において、前記低段側圧縮手段の冷媒流入側に設けられ、前記蒸発器側への所定量の冷媒の逆流に応じて全閉状態となる第 1 弁機構と、前記蒸発器の冷媒流入側に設けられ、前記第 1 弁機構の開閉動作に連動して開閉される第 2弁機構と、前記凝縮器の冷媒吐出側に設けられ、前記第 1 弁機構の開閉動作に連動して開閉される第 3 弁機構と、を備えていることを特徴とする多段圧縮冷凍装置。

5 . 前記第 1 減圧手段の冷媒流入側に設けられ、前記第 1 弁機構の開閉動作に連動して開閉される第 4弁機構を備えていることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の多段圧縮冷凍装置。

6 . 前記圧縮機は、密閉容器の内部に電動要素と、該電動要素に連結される駆動軸により駆動される低段圧縮要素及び高段圧縮要素からなる回転圧縮要素とを配 mし、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素の吸入側とを連通管を介して直列接続した多段圧縮機構を形成する多段圧縮式口一タリコンブレッサであることを特徴とする請求の範囲第 4項又は第 5項のいずれかに記載の多段圧縮冷凍

7 . 前記圧縮機を停止する場合に、該圧縮機を一定時間逆回転させた後、停止させることを特徴とする請求の範囲第 4項乃至第 6項記載の多段圧縮冷凍装置。

8 . 前記第 1 弁機構と、前記第 2 弁機構、第 3弁機構及び第 4弁機構とは、それそれ一体弁で構成されていることを特徴とする請求の範囲第 4項乃至第 7項のいずれかに記載の多段圧縮冷凍装置。

9 . 前記第 2減圧手段はキヤビラリ一チューブで構成され、前記第 2弁機構は前記キヤビラリ一チューブの冷媒流入側に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 4項乃至第 8項のいずれかに記載の多段圧縮冷凍装置。

1 0 . 前記第 1 中間冷却器に流入する前記他方の冷媒を減圧する第 3減圧手段と、該第 3減圧手段に流入する前記他方の冷媒と、前記蒸発器から吐出された冷媒とを熱交換させる第 2 中間冷却器を備えていることを特徴とする請求の範囲第 4項乃至第 9項のいずれかに記載の多段圧縮冷凍装置。

1 1 . 前記第 1 中間冷却器での熱交換後の前記一方の冷媒と、前記凝縮器から吐出された冷媒とを熱交換させる第 3 中間冷却器を備えていることを特徴とする請求項 1 0記載の多段圧縮冷凍装置。