WO2005024313A1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

　冷凍装置は、凝縮器２と膨張部３との間の主流路１０から分岐されて圧縮機１へ接続される二つの副流路１１，１１を備える。この各副流路１１において、過冷却用膨張部１２と、この過冷却用膨張部１２の出口側の冷媒と上記主流路１０の冷媒とを熱交換する過冷却用熱交換器１３とを設けているので、主流路１０の冷媒が、二つの過冷却用熱交換器１３，１３を通過する毎に、この冷媒の液過冷却度を大きくすることができる。これにより、膨張部３直前の冷媒の液過冷却度をさらに大きくして、冷凍能力およびエネルギー効率を向上できる冷凍装置を提供する。

Description

技術分野

[0001] この発明は、例えば、圧縮機と凝縮器と膨張部と蒸発器とを順次接続した冷凍装置 に関する。

背景技術

[0002] 従来の冷凍装置では、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを順次環状に接続し、 明

上記凝縮器と上記膨張弁との間に過冷却用熱交換器が配置されていた。そして、上 田

記凝縮器からの液冷媒は分岐されて、一方の液冷媒は、主流液とされ、他方の液冷 媒は、過冷却用膨張弁を通った後に、上記過冷却用熱交換器を介して上記主流液 を過冷却し、上記圧縮機の圧縮室へ導かれてレ、た（特開平 11-248264号公報：特 許文献 1参照)。

[0003] し力しながら、上記従来の冷凍装置では、上記膨張弁直前の冷媒の液過冷却度を さらに大きくすることはできず、冷凍能力およびエネルギー効率（COP)の向上に限 度があった。

特許文献 1 :特開平 11—248264号公報（図 1)

発明の開示 発明が解決しょうとする課題

[0004] そこで、この発明の課題は、膨張部直前の冷媒の液過冷却度をさらに大きくして、 冷凍能力およびエネルギー効率（COP)を向上できる冷凍装置を提供することにある

課題を解決するための手段

[0005] 上記課題を解決するため、この発明の冷凍装置は、

圧縮機と、凝縮器と、膨張部と、蒸発器とを備え、

上記圧縮機、上記凝縮器、上記膨張部および上記蒸発器は、順次接続されており 上記凝縮器と上記膨張部との間の主流路から分岐されて上記圧縮機へ接続される 少なくとも二つの副流路と、

この各副流路に設けられた過冷却用膨張部と、

この過冷却用膨張部の出口側の冷媒と上記主流路の冷媒とを熱交換する過冷却 用熱交換器とを備えることを特徴としている。

[0006] この発明の冷凍装置によれば、上記過冷却用熱交換器を上記主流路に沿って少 なくとも二つ設けているので、上記主流路の冷媒が上記複数の過冷却用熱交換器を 通過する毎に、この冷媒の液過冷却度（SC)を大きくすることができる。

[0007] すなわち、この発明の冷凍装置は、いわゆる、三段以上の膨張のェコノマイザサイ クルを有するので、従来の二段膨張のェコノマイザサイクルを有する冷凍装置に比 ベて、上記膨張部直前の冷媒の液過冷却度をさらに大きくして、冷凍能力およびェ ネルギー効率（COP)を一層向上できる。

[0008] また、一実施形態の冷凍装置では、上記圧縮機は、スクリューロータとこのスクリュ 一ロータを両側力 挟むように嚙み合う一対のゲートロータとを有するシングルスタリ ユー圧縮機であり、上記副流路は、二つ存在し、

一方の上記副流路は、上記一対のゲートロータを境界とした一方側に接続され、他 方の上記副流路は、上記一対のゲートロータを境界とした他方側に接続されている。

[0009] この一実施形態の冷凍装置によれば、上記副流路および上記過冷却用熱交換器 は、二つ存在するので、上記圧縮機において、上記一対のゲートロータを境界として 二分割された圧縮空間毎に、ェコノマイザサイクルを適用でき、いわゆる、三段膨張 のェコノマイザサイクルとすることができ、性能の向上が図れる。

[0010] また、一実施形態の冷凍装置では、上記圧縮機の吐出側の冷媒の温度および圧 カを検知しこの検知結果に基づいて一方の上記副流路の上記過冷却用膨張部の 開度制御を行なう吐出側過冷却制御部と、他方の上記副流路における上記圧縮機 の吸入側の冷媒の温度および圧力を検知しこの検知結果に基づいてこの他方の副 流路の上記過冷却用膨張部の開度制御を行なう吸入側過冷却制御部とを備える。

[0011] この一実施形態の冷凍装置によれば、上記一方の過冷却用膨張部を上記吐出側 過冷却制御部にて制御し、上記他方の過冷却用膨張部を上記吸入側過冷却制御 部にて制御しているので、上記二つの過冷却用膨張部を、それぞれ、異なる温度お よび圧力に基づレ、て制御することができる。

[0012] したがって、上記二つの過冷却用膨張部において、共通の温度および圧力に基づ いて制御することにより生じる開閉動作のハンチングを回避して、安定した冷却効果 を得ること力できる。

発明の効果

[0013] この発明の冷凍装置によれば、上記過冷却用熱交換器を上記主流路に沿って少 なくとも二つ設けているので、上記膨張部直前の冷媒の液過冷却度を大きくして、冷 凍能力およびエネルギー効率を向上できる。

[0014] また、一実施形態の冷凍装置によれば、上記圧縮機の二分割された圧縮空間毎に ェコノマイザサイクルを適用するので、性能の向上が図れる。

[0015] また、一実施形態の冷凍装置によれば、上記二つの過冷却用膨張部を、それぞれ 、異なる温度および圧力に基づいて制御しているので、上記二つの過冷却用膨張部 における開閉動作の競り合いを防止して、安定した冷却効果を得ることができる。 図面の簡単な説明

[0016] [図 1]本発明の冷凍装置の一実施形態を示す簡略構成図である。

[図 2]本発明の冷凍装置と従来の冷凍装置とを比較した PH線図である。

[図 3]吐出側過冷却制御部および吸入側過冷却制御部の制御を示すフローチャート である。

符号の説明

[0017] 1 圧縮機

la スクリューロータ

lb ゲートロータ

2 凝縮器

3 膨張部

4 蒸発器

10 主流路

11 副流路

12 過冷却用膨張部 13 過冷却用熱交換器

14 吐出側過冷却制御部

15 吸入側過冷却制御部

発明を実施するための最良の形態

[0018] 以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

[0019] 図 1は、この発明の冷凍装置の一実施形態である簡略構成図を示している。この冷 凍装置は、圧縮機 1と凝縮器 2と膨張部 3と蒸発器 4とを順次環状に接続して、冷媒を 用レ、た冷凍サイクルを構成する。

[0020] この冷凍サイクルを説明すると、上記圧縮機 1にて吐出される気相の冷媒は、上記 凝縮器 2において熱を奪われて、液相状態になり、この液相の冷媒は、上記膨張部 3 により、減圧されて、気相と液相の二相状態になる。その後、この二相の冷媒 (湿りガ ス）は、上記蒸発器 4において熱を与えられて、気相状態になり、この気相の冷媒は、 上記圧縮機 1にて吸入されて加圧された後に、再び、上記圧縮機 1にて吐出される。

[0021] 上記圧縮機 1としては、例えば、シングルスクリュー圧縮機を用いる。具体的に述べ ると、上記圧縮機 1は、スクリューロータ laと、このスクリューロータ laを両側から挟む ように嚙み合う一対のゲートロータ lb, lbとを備え、上記スクリューロータ laのスクリュ 一溝と上記一対のゲートロータ lb, lbの歯部との嚙み合いにより圧縮室が形成され 、この圧縮室にて上記冷媒が高圧に圧縮される。

[0022] 上記凝縮器 2は、ファン 7を備え、このファン 7の空冷により、上記冷媒が冷却される 。上記膨張部 3としては、例えば、電子制御された膨張弁や、キヤピラリーチューブを 用いる。上記蒸発器 4としては、例えば、上記冷媒にて水 (液熱媒体)を冷却する熱 交換器を用いる。

[0023] そして、この冷凍装置は、上記凝縮器 2と上記膨張部 3との間の主流路 10から分岐 されて上記圧縮機 1へ接続される二つの副流路 11 , 11を備える。なお、上記主流路 10および上記副流路 1 1は、配管にて構成される。

[0024] 具体的に述べると、上記主流路 10の上流側と下流側とからの分岐により、上流側 の副流路 11と下流側の副流路 11とが形成される。この上流側の副流路 11は、上記 一対のゲートロータ lb， lbを境界とした一方側に接続され、この下流側の副流路 11 は、上記一対のゲートロータ lb, lbを境界とした他方側に接続されている。すなわち 、上記上流側の副流路 11は、上記一対のゲートロータ lb, lbを境界とした一方側に 存在する上記圧縮室の中途部に連通し、上記下流側の副流路 11は、上記一対のゲ ートロータ lb， lbを境界とした他方側に存在する上記圧縮室の中途部に連通する。

[0025] また、この各副流路 11において、過冷却用膨張部 12と、この過冷却用膨張部 12 の出口側の冷媒と上記主流路 10の冷媒とを熱交換する過冷却用熱交換器 13とを設 けている。

[0026] 具体的に述べると、上記主流路 10に沿って、上流側の過冷却用熱交換器（高段の ェコノマイザ） 13と下流側の過冷却用熱交換器 (低段のェコノマイザ） 13とが配置さ れる。なお、図 1では、上記各副流路 11において、上記副流路 11は、上記過冷却用 熱交換器 13の下流側にて上記主流路 10から分岐されているが、上記過冷却用熱 交換器 13の上流側にて上記主流路 10から分岐されるようにしてもよい。

[0027] 次に、上記二つの過冷却用熱交換器 13, 13の作用を説明すると、上記凝縮器 2か ら出た上記主流路 10における液相の冷媒は、まず、上記上流側の副流路 11に分流 される。この上流側の副流路 11における液相の冷媒は、上記過冷却用膨張部 12に て減圧されて、気相と液相の二相の冷媒になり、この二相の冷媒は、上記上流側の 過冷却用熱交換器 13を介して、上記主流路 10の液相の冷媒カ 熱を奪って、気相 の冷媒になり、この気相の冷媒は、上記圧縮機 1に吸入される。このとき、上記主流 路 10における液相の冷媒は、上記上流側の過冷却用熱交換器 13を介して、冷却さ れる。

[0028] その後、この冷却された上記主流路 10における液相の冷媒は、上記下流側の副 流路 11に分流される。この下流側の副流路 11における液相の冷媒は、上記過冷却 用膨張部 12にて減圧されて、気相と液相の二相の冷媒になり、この二相の冷媒は、 上記下流側の過冷却用熱交換器 13を介して、上記主流路 10の液相の冷媒から熱 を奪って、気相の冷媒になり、この気相の冷媒は、上記圧縮機 1に吸入される。このと き、上記主流路 10における液相の冷媒は、上記下流側の過冷却用熱交換器 13を 介して、冷却される。

[0029] 上記構成の冷凍装置によれば、上記二つの過冷却用熱交換器 13, 13を設けてい るので、上記主流路 10の冷媒が上記二つの過冷却用熱交換器 13， 13を通過する 毎に、この冷媒の液過冷却度を大きくすることができる。

[0030] すなわち、この発明の冷凍装置は、三つの膨張部 3, 12, 12と二つの過冷却用熱 交換器 13, 13とから成る三段膨張のェコノマイザサイクルを有するので、従来の、二 つの膨張弁と一つの過冷却用熱交換器とから成る二段膨張のェコノマイザサイクノレ を有する冷凍装置に比べて、上記膨張部 3直前の冷媒の液過冷却度をさらに大きく して、冷凍能力およびエネルギー効率（C〇P)を一層向上できる。

[0031] 具体的に述べると、図 2に示すように、実線にて示した上記発明の冷凍装置（三段 膨張)では、上流側の過冷却用熱交換器 (三段膨張 ECO上段）と下流側の過冷却 用熱交換器 (三段膨張 ECO下段)とにより、点線にて示した上記従来の冷凍装置（ 二段膨張）に比べて、液過冷却度（SC)が大きくなつて、冷凍能力が向上する。

[0032] さらに、この発明の冷凍装置は、図 1に示すように、上記圧縮機 1の吐出側の冷媒 の温度および圧力を検知しこの検知結果に基づいて上記下流の過冷却用膨張部 1 2の開度制御を行なう吐出側過冷却制御部 14と、上記上流側の副流路 11における 上記圧縮機 1の吸入側の冷媒の温度および圧力を検知しこの検知結果に基づいて 上記上流の過冷却用膨張部 12の開度制御を行なう吸入側過冷却制御部 15とを備 える。

[0033] 具体的に述べると、上記吐出側過冷却制御部 14は、上記圧縮機 1の吐出配管内 の冷媒の温度および高圧圧力値から現在の現 SH値を算出し、予め設定された目標 SH値と比較することで開度制御を行なう。上記吸入側過冷却制御部 15は、上記上 流側の過冷却用熱交換器 13の出口配管内の冷媒の温度および圧力値から現在の 現 SH値を算出し、予め設定された目標 SH値と比較することで開度制御を行なう。こ こで、上記 SH値とは、過熱度 (スーパーヒート）であり、飽和状態の温度との差を示す 温度をいう。

[0034] 上記過冷却用膨張部 12としては、感温式膨張弁を用いており、電子膨張弁に比べ て安価なものにできる。もちろん、上記過冷却用膨張部 12として、電子膨張弁を用い てもよい。

[0035] 次に、図 3にて、上記吐出側過冷却制御部 14および上記吸入側過冷却制御部 15 の作用を説明する。

[0036] まず、上記吐出側過冷却制御部 14の制御動作について説明する。制御動作がス タートすると（S101)、上記現 SH値 (B)が上記目標 SH値 (A)よりも大きレ、か否かを 判断し (S102)、大きい場合は、上記下流側の感温式膨張弁 12の開動作を行ない（ S103)、逆に、大きくない場合は、上記現 SH値 (B)が上記目標 SH値 (A)よりも小さ いか否かを判断する（S104)。そして、小さい場合は、上記下流側の感温式膨張弁 1 2の閉動作を行ない（S105)、逆に、小さくない場合は、上記下流側の感温式膨張弁 12の動作を行なわなレ、（S 106)。

[0037] 次に、上記吸入側過冷却制御部 15の制御動作について説明する。制御動作がス タートすると（S201)、上記現 SH値 (D)が上記目標 SH値（C)よりも大きレ、か否かを 判断し (S202)、大きい場合は、上記上流側の感温式膨張弁 12の開動作を行ない（ S203)、逆に、大きくない場合は、上記現 SH値 (D)が上記目標 SH値 (C)よりも小さ いか否かを判断する（S204)。そして、小さい場合は、上記上流側の感温式膨張弁 1 2の閉動作を行ない（S205)、逆に、小さくない場合は、上記上流側の感温式膨張弁 12の動作を行なわなレ、（S206)。

[0038] このように、上記下流側の過冷却用膨張部 12を上記吐出側過冷却制御部 14にて 制御し、上記上流側の過冷却用膨張部 12を上記吸入側過冷却制御部 15にて制御 しているので、上記二つの過冷却用膨張部 12, 12を、それぞれ、異なる温度および 圧力に基づレヽて制御することができる。

[0039] したがって、上記二つの過冷却用膨張部 12, 12において、共通の温度および圧 力に基づいて制御することにより生じる開閉動作のハンチングを回避して、安定した 冷却効果を得ることができる。例えば、上記二つの過冷却用膨張部 12， 12を上記吐 出側過冷却制御部 14にて制御する場合、上記二つの過冷却用膨張部 12, 12は、 共通の圧力および温度により制御されることになるので、開閉動作がハンチングして 、安定した冷却効果が得られなレ、可能性がある。

[0040] なお、この発明は上述の実施形態に限定されず、この発明の要旨を逸脱しない範 囲で設計変更可能である。例えば、上記上流側の過冷却用膨張部 12を上記吐出側 過冷却制御部 14にて制御し、上記下流側の過冷却用膨張部 12を上記下流側の副 流路 11に別途設けた吸入側過冷却制御部 15にて制御するようにしてもよい。また、 上記副流路 11と上記過冷却用膨張部 12と上記過冷却用熱交換器 13とを、それぞ れ、三つ以上設けてもよぐこの場合、一つの上記過冷却用膨張部 12を上記吐出側 過冷却制御部 14にて制御し、その他の上記過冷却用膨張部 12を、それぞれ、各上 記副流路 11に設けた吸入側過冷却制御部 15にて制御するようにする。

Claims

請求の範囲

[1] 圧縮機（1)と、

凝縮器 (2)と、

膨張部（3)と、

蒸発器 (4)と

を備え、

上記圧縮機（1)、上記凝縮器 (2)、上記膨張部（3)および上記蒸発器 (4)は、順次 接続されており、

上記凝縮器 (2)と上記膨張部（3)との間の主流路（10)から分岐されて上記圧縮機 (1)へ接続される少なくとも二つの副流路（11)と、

この各副流路（11 )に設けられた過冷却用膨張部（12)と、

この過冷却用膨張部（12)の出口側の冷媒と上記主流路（10)の冷媒とを熱交換す る過冷却用熱交換器（13)と

を備えることを特徴とする冷凍装置。

[2] 請求項 1に記載の冷凍装置において、

上記圧縮機（1)は、スクリューロータ（la)とこのスクリューロータ（l a)を両側から挟 むように嚙み合う一対のゲートロータ（lb, lb)とを有するシングルスクリュー圧縮機で あり、上記副流路（11 )は、二つ存在し、

一方の上記副流路（11)は、上記一対のゲートロータ（lb, lb)を境界とした一方側 に接続され、他方の上記副流路（11)は、上記一対のゲートロータ（lb， lb)を境界と した他方側に接続されていることを特徴とする冷凍装置。

[3] 請求項 2に記載の冷凍装置において、

上記圧縮機（1)の吐出側の冷媒の温度および圧力を検知しこの検知結果に基づ レ、て一方の上記副流路（11)の上記過冷却用膨張部（12)の開度制御を行なう吐出 側過冷却制御部（14)と、

他方の上記副流路（11)における上記圧縮機（1)の吸入側の冷媒の温度および圧 カを検知しこの検知結果に基づいてこの他方の副流路（11)の上記過冷却用膨張 部（12)の開度制御を行なう吸入側過冷却制御部（15)と を備えることを特徴とする冷凍装置。