JP2010210133A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高段側圧縮要素に副回路からのオイルや液冷媒が吸込まれる不都合や低段側圧縮要素に主回路から液冷媒が吸込まれる不都合を未然に回避する冷凍サイクル装置。
【解決手段】密閉容器１４内に収納された低段側回転圧縮要素１５で圧縮されて密閉容器内に吐出された冷媒を同一の密閉容器内に収納された高段側回転圧縮要素１６に吸込ませて圧縮してガスクーラ８に流すと共に、当該ガスクーラから出た冷媒をオイルセパレータ９内でオイルと分離して主回路１８と副回路１７とに流し、この副回路のオイルに含まれている冷媒をスプリット熱交換器１１でオイルセパレータから主回路に流れる冷媒と熱交換させた後、密閉容器内で分離されてこのガス冷媒を高段側圧縮要素に吸込ませ、主回路に流れる冷媒を蒸発器３出口から戻る冷媒と熱交換する内部熱交換器１２を介して主膨脹弁１３から蒸発器に流した後、低段側圧縮要素に吸込ませる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスクーラから出た流体をオイルセパレータで気液分離し、液側の副回路を副膨脹弁からスプリット熱交換器に流して前記オイルセパレータの気体側の主回路に流れる冷媒を熱交換させた後、高段側圧縮要素に吸込ませ、主回路に流れる冷媒を内部熱交換器で蒸発器から戻ってくる低温の冷媒と熱交換させて主減圧装置から蒸発器に流した後、低段側圧縮要素に吸込ませるように構成した冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の冷凍サイクル装置は、二酸化炭素を冷媒として使用する場合、二酸化炭素の高低圧差が大きい冷媒で、臨界圧力が低く、圧縮により冷凍サイクルの高圧側が超臨界状態となり、放熱器側の熱源温度が高い等の原因により、放熱器出口の冷媒温度が高く条件においては、蒸発器入口の比エンタルピーが大きくなるため、冷凍能力が著しく低下する問題がある。そのため、放熱器から出た冷媒を分流器にて２つの冷媒流に分流し、一方の冷媒流を副回路に流し、他方の冷媒流を主回路に流すと共に、副回路に流れる冷媒を副膨脹弁で減圧した後に内部熱交換器の一方の通路に流し、主回路に流れる冷媒を内部熱交換器の前期一方の通路と交熱的に設けられた他方の通路に流した後、主減圧装置から蒸発器にて蒸発させる所謂スプリットサイクル（二段圧縮一段膨脹中間冷却サイクル）の冷凍サイクル装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、放熱器から出た冷媒を分流器で分流し、この分流器の一方にオイルセパレータを設け、このオイルセパレータで分離されたオイルを冷媒と共に第１減圧器に供給して内部熱交換器（スプリット熱交換器）で熱交換して第２圧縮機の吸込み側に戻してオイルのための熱交換器や減圧器を別途設けることなく圧縮機を冷却する冷凍装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００７−２６３３９０号公報 特開２００８−２４９２０９号公報

上述の特許文献１のスプリットサイクルの冷凍サイクル装置は、放熱器で放熱した後の冷媒を分流し、副膨脹弁にて減圧膨脹された副回路を流れる冷媒により、主回路を流れる冷媒を冷却できるので、蒸発器入口の比エンタルピーを小さくすることができるようになる。これにより、冷凍効果を大きくすることができる。

特許文献２のスプリットサイクルの冷凍装置は、放熱器で放熱した後の冷媒を分流器で分流し、この分流器の一方に設けられたオイルセパレータで、放熱器から出た冷媒に含まれているオイルを冷媒から分離し、分離したオイルを冷媒と一緒に第１減圧器に供給することが記載されております。

しかしながら、従来の冷凍サイクル装置は、蒸発器で蒸発した冷媒を内部熱交換で熱交換を行なわずに直接低段側圧縮要素に戻しているため、前記蒸発器で蒸発しきれなかった液冷媒が低段側圧縮要素に直接戻り、液圧縮を起こす問題があった。

本発明は、係る従来技術の課題を解決するためになされたものであり、所謂スプリットサイクルの冷凍サイクル装置において、高段側圧縮要素に副回路からのオイルや液冷媒が吸込まれる不都合や低段側圧縮要素に主回路から液冷媒が吸込まれる不都合を未然に回避し、信頼性の向上を図ることを目的とする。

すなわち、請求項１の冷凍サイクル装置は、低段側圧縮要素、高段側圧縮要素、ガスクーラ、オイルセパレータ、副膨脹弁、スプリット熱交換器、内部熱交換器、主減圧装置及び蒸発器とを備え、密閉容器内に収納された前記低段側圧縮要素で圧縮されて前記密閉容器内に吐出された冷媒を前記同一の密閉容器内に収納された前記高段側圧縮要素に吸込ませて圧縮し、この高段側圧縮要素から前記密閉容器の外部に吐出された冷媒を前記ガスクーラに流すと共に、当該ガスクーラから出た冷媒を前記オイルセパレータ内でオイルとガス冷媒とに分離して主回路と副回路とに分流し、この副回路にオイルを流すと共に、このオイルに含まれている冷媒を前記副膨脹弁からスプリット熱交換器に流して前記オイルセパレータから前記主回路に流れる冷媒と熱交換させた後、前記密閉容器内でオイルとガス冷媒とに分離されてこのガス冷媒を前記高段側圧縮要素に吸込ませ、前記主回路に流れる冷媒を前記蒸発器出口から戻る冷媒と熱交換する内部熱交換器を介して前記主減圧装置から前記蒸発器に流した後、前記内部熱交換器から前記低段側圧縮要素に吸込ませるように構成したことを特徴とする。

請求項２の冷凍サイクル装置は、前記副減圧装置は前記高段側圧縮要素からの冷媒の吐出温度あるいは前記密閉容器の温度に応じて開度を制御し、前記オイルセパレータからのオイル戻り量が多い時ほど開度を開くようにしたことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、低段側圧縮要素、高段側圧縮要素、ガスクーラ、オイルセパレータ、副膨脹弁、スプリット熱交換器、内部熱交換器、主減圧装置及び蒸発器を備え、密閉容器内に収納された前記低段側圧縮要素で圧縮されて前記密閉容器内に吐出された冷媒を前記同一の密閉容器内に収納された前記高段側圧縮要素に吸込ませて圧縮し、この高段側圧縮要素から前記密閉容器の外部に吐出された冷媒を前記ガスクーラに流すと共に、当該ガスクーラから出た冷媒を前記オイルセパレータ内でオイルとガス冷媒とに分離して主回路と副回路とに分流し、この副回路にオイルを流すと共に、このオイルに含まれている冷媒を前記副膨脹弁からスプリット熱交換器に流して前記オイルセパレータから前記主回路に流れる冷媒と熱交換させた後、前記密閉容器内でオイルとガス冷媒とに分離されてこのガス冷媒を前記高段側圧縮要素に吸込ませ、前記主回路に流れる冷媒を前記蒸発器出口から戻る冷媒と熱交換する内部熱交換器を介して前記主減圧装置から前記蒸発器に流した後、前記内部熱交換器から前記低段側圧縮要素に吸込ませるように構成したので、高段側圧縮要素から冷媒と共に、吐出されたオイルをオイルセパレータで中間圧力の密閉容器内に戻すことができると共に、このオイルに含まれている冷媒の蒸発によってスプリット熱交換器で高圧側の冷媒の温度を低下させることができ、更に蒸発器で蒸発して低温となった冷媒を内部熱交換器で熱交換し、低段側圧縮要素に吸込まれる冷媒温度を上昇させることができると共に、密閉容器内に戻すオイルの温度を低温にすることができる。

本発明の請求項２によれば、前記副減圧装置を前記高段側圧縮要素からの冷媒の吐出温度あるいは前記密閉容器の温度が高くなればその開度を大きくなるようにしたので、前記オイルセパレータに貯留しているオイル量に関係なく中間圧力の密閉容器内に戻す冷温の冷媒量を必要量にすることができ、高段側圧縮要素から吐出される冷媒の温度を一定にすることができる。

本発明の一実施例を示す業務用冷凍庫の斜視図である。 本発明の業務用冷凍庫の機械室を示す平面図である。 図1の業務用冷凍庫に使用した冷凍サイクル装置の冷媒回路である。

本発明は、所謂スプリットサイクルの冷凍サイクル装置において、オイルに含まれている冷媒を副回路のスプリット熱交換器内で蒸発させて主回路の高温の冷媒を低客して温度を下げると共に、前記オイルの温度を下げて中間圧力の密閉容器内に戻して前期密閉容器内のオイル不足を防止すると共に、高段側圧縮要素の吸込み口に液体が直接戻らないようにする特別な液溜め器を用いずに実現した。
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。

図1は、本発明の一実施例を示す業務用冷凍庫の斜視図である。この業務用冷凍庫１は、ホテルやレストラン等の厨房に設置され、前面の開口する断熱箱体２で形成されている。この断熱箱体２内には、調理済みの食品や食材などを収納する図示しない冷凍室設けられている。

また、冷凍室内上部には、冷凍サイクル装置Ｒ（冷却装置）の冷却器３（蒸発器）が取付けられており、この冷却器によって冷凍室内は所定の凍結温度（例えば−２０℃）に冷却されている。更に、断熱箱体２の天面には前面パネル４及び両側面と後面を構成するパネル５によって機械室６がされており、この機械室５内には図２に示すように冷凍サイクル装置Ｒを構成する２段回転圧縮機７、ガスクーラ８（凝縮器）、オイルセパレータ９、副膨張弁１０（副減圧装置）、スプリット熱交換器１１、内部熱交換器１２、主膨脹弁１３（主減圧装置）で構成され、前記冷却器３と共に周知の冷媒回路を構成している。

２段回転圧縮機７は、密閉容器１４内に低段側回転圧縮要素１５と高段側回転圧縮要素１６とを収納して構成されており、密閉容器１４内には低段側回転圧縮要素１５で圧縮された二酸化炭素の冷媒が吐出され、密閉容器１４内の中間圧力の冷媒が高段側回転圧縮要素１６に吸込まれて高圧に圧縮され、密閉容器１４外部のガスクーラ８に吐出されて放熱される。

ガスクーラ８の出口側に設けられたオイルセパレータ９は、２段回転圧縮機７から冷媒と共に吐出されたオイルを分離し、分離されたオイルをオイルセパレータ９の下から副回路１７で副膨脹弁１０を介してスプリット熱交換器１１から中間圧力の密閉容器１４内に戻すようにしている。副膨脹弁１０では、オイルに混入している冷媒を減圧膨脹させて液化させスプリット熱交換器１１内で蒸発させてオイルセパレータ９で分離されて上から主回路１９に流す冷媒を冷却するようにしている。副回路１７を流れるオイルは混入されている冷媒がスプリット熱交換器１１内で蒸発することで冷却されて中間圧力の密閉容器１４内に戻るため、２段回転圧縮機７の温度を下げることができるようにしている。また、オイルは密閉容器１４内の空間に戻るため、高段側回転圧縮要素１６に直接吸込まれることがなく、液圧縮を未然に防止できるようにされている。更に、副膨脹弁１０は、２段回転圧縮機７の高段側回転圧縮要素１６の吐出温度や密閉容器１４の温度に応じて開度を制御し、オイルセパレータ９から戻すオイル量を変えて冷媒による冷却を制御すると共に、冷媒量を調整してＣＯＰ（成績係数）をも向上させるようにしている。

すなわち、副膨脹弁１０は、高段側回転圧縮要素１６の吐出温度や密閉容器１４の温度が高い時に開度を開いて戻り冷媒量を増やして２段回転圧縮機７を冷却し、高段側回転圧縮要素１６の吐出温度や密閉容器１４の温度が低い時に開度を閉じて戻り冷媒量を減らして２段回転圧縮機７を冷却し過ぎないようにしている。また、副膨脹弁１０は、オイルが多い時とオイルが少ない時では同じ冷媒量を戻す時にオイルが多い時に開度が開くようにしている。

スプリット熱交換器１１内で冷却された主回路１８の冷媒は、内部熱交換器１２内で冷却器３の出口側から戻ってくる低温の冷媒によって過冷却され、主膨脹弁１３で減圧膨脹して冷却器３で蒸発して冷凍室を凍結温度に冷却するようにしている。内部熱交換器１２で過冷却する冷却器３出口から戻ってくる冷媒は熱交換によって加熱され、蒸発しきれなかった液冷媒が冷却器３の出口側から流出しても確実に気化させられ、２段回転圧縮機７の低段側回転圧縮要素１５の吸込み側に液バック防止用のアキュムレータ等の液溜めを設ける必要がなくなる。

オイルセパレータ９の副回路１７の副膨脹弁１０は、オイルセパレータ９内に溜まるオイル量が運転状態によって変動し、オイル量が少ない場合に冷媒も一緒に流れやすくなるため、絞り通路抵抗を大きくして流量を少なくし、オイル量が多い場合に冷媒が流れにくいため、絞り通路抵抗を小さくして流量を多くして一定の冷却温度を維持できるようにすると共に、オイルセパレータ９内にオイルが多く溜まっているときに密閉容器１４内のオイル量が少ないため、２段回転圧縮機７のオイル不足による焼付け等を防止するためにオイル戻り量を多くするようにしている。

以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能なことは云うまでもない。

３ 蒸発器
８ ガスクーラ
９ オイルセパレータ
１０ 副膨脹弁（副減圧装置）
１１ スプリット熱交換器
１２ 内部熱交換器
１３ 主膨脹弁（主減圧装置）
１４ 密閉容器
１５ 低段側回転圧縮要素
１６ 高段側回転圧縮要素
１７ 副回路
１８ 主回路

Claims (2)

1. 低段側圧縮要素、高段側圧縮要素、ガスクーラ、オイルセパレータ、副膨脹弁、スプリット熱交換器、内部熱交換器、主減圧装置及び蒸発器を備え、密閉容器内に収納された前記低段側圧縮要素で圧縮されて前記密閉容器内に吐出された冷媒を前記同一の密閉容器内に収納された前記高段側圧縮要素に吸込ませて圧縮し、この高段側圧縮要素から前記密閉容器の外部に吐出された冷媒を前記ガスクーラに流すと共に、当該ガスクーラから出た冷媒を前記オイルセパレータ内でオイルとガス冷媒とに分離して主回路と副回路とに分流し、この副回路にオイルを流すと共に、このオイルに含まれている冷媒を前記副膨脹弁からスプリット熱交換器に流して前記オイルセパレータから前記主回路に流れる冷媒と熱交換させた後、前記密閉容器内でオイルとガス冷媒とに分離されてこのガス冷媒を前記高段側圧縮要素に吸込ませ、前記主回路に流れる冷媒を前記蒸発器出口から戻る冷媒と熱交換する内部熱交換器を介して前記主減圧装置から前記蒸発器に流した後、前記内部熱交換器から前記低段側圧縮要素に吸込ませるように構成したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記副減圧装置は前記高段側圧縮要素からの冷媒の吐出温度あるいは前記密閉容器の温度が高くなればその開度を大きくなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
   

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