(57)【要約】【課題】エコノマイザを備えた新規な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置（１ａ）は、蒸発器（１０）と、多段圧縮機（２０）と、凝縮器（３０）と、エコノマイザ（４０）とを備える。蒸発器（１０）は、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む液相冷媒を貯留しつつ前記液相冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する。エコノマイザ（４０）は、液相冷媒を貯留する第一タンク（４１）と、液相冷媒を貯留する第二タンク（４２）と、第一タンク（４１）と第二タンク（４２）とを接続する戻し路（４５）を有する。戻し路（４５）は、第一タンク（４１）の下部（４１ａ）から下方に延びている第一部位（４５ａ）と、第二タンク（４２）及び第一部位（４５ａ）に接続されているとともに下部（４１ａ）よりも上方に延びている第二部位（４５ｂ）とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む液相冷媒を貯留しつつ前記液相冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する蒸発器と、
前記蒸発器で生成された前記気相冷媒を圧縮する第一段と、前記第一段を通過した前記気相冷媒を圧縮する第二段と、前記第二段を通過した前記気相冷媒を圧縮する第三段とを有する、多段圧縮機と、
前記第三段を通過した前記気相冷媒を凝縮させて液相冷媒を生成する凝縮器と、
前記凝縮器から導かれた前記液相冷媒を貯留する第一タンクと、前記第一タンクを通過した前記液相冷媒を貯留する第二タンクと、前記第一タンクと前記第二タンクとを接続する戻し路とを有し、前記凝縮器で生成された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導くとともに減圧により生成された気相冷媒を前記多段圧縮機に導くエコノマイザと、を備え、
前記エコノマイザは、前記第一タンクから、前記第二段の吐出口と前記第三段の吸入口との間で前記多段圧縮機に前記気相冷媒を導き、かつ、前記第二タンクから、前記第一段の吐出口と前記第二段の吸入口との間で前記多段圧縮機に前記気相冷媒を導き、
前記戻し路は、前記第一タンクの下部に接続されているとともに前記下部から下方に延びている第一部位と、前記第二タンク及び前記第一部位に接続されているとともに前記下部よりも上方に延びている第二部位と、を含む、
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第二部位は、前記第二タンクに貯留された前記液相冷媒の液面より上方で前記第二タンクに接続されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記凝縮器と前記第一タンクとの間に配置され、前記液相冷媒の流量を調整する第一弁をさらに備えた、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第一弁は、前記凝縮器よりも下方に配置されている、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第二タンクと前記蒸発器との間に配置され、前記液相冷媒の流量を調整する第二弁をさらに備えた、請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記第二弁は、前記第二タンクよりも下方に配置されている、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記冷凍サイクル装置に存在する液相冷媒を、前記第一段、前記第二段、及び前記第三段の少なくとも１つで圧縮過程にある前記気相冷媒と接触させて、前記気相冷媒を冷却する、請求項１から６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エコノマイザを備えた冷凍サイクル装置が知られている。
【０００３】
図５に示す通り、例えば、特許文献１には、エコノマイザサイクル冷凍装置３００が記載されている。エコノマイザサイクル冷凍装置３００は、中間インジェクション圧縮機３１１、凝縮器３１２、エコノマイザ３１３、主膨張弁３１４、及び蒸発器３１５が順に連結されてなる循環冷媒流路を備えている。エコノマイザサイクル冷凍装置３００は、エコノマイザ３１３と主膨張弁３１４との間で循環冷媒流路から分岐する分岐流路を備えている。分岐流路には、上流側から順にエコノマイザ用膨張弁３１６とエコノマイザ３１３とが設けられている。エコノマイザ用膨張弁３１６で減圧された冷媒がエコノマイザ３１３に導入され、エコノマイザ３１３で循環冷媒流路を循環する冷媒との熱交換を行った後に、中間インジェクション圧縮機３１１の中間インジェクションポート３１１ａに戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒が用いられているわけではない。このため、特許文献１に記載の技術は、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒が用いられ、かつ、エコノマイザを備えた冷凍サイクル装置を提供する観点から再検討の余地を有する。
【０００６】
そこで、本開示は、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒が用いられ、かつ、エコノマイザを備えた、新規な冷凍サイクル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、
常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む液相冷媒を貯留しつつ前記液相冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する蒸発器と、
前記蒸発器で生成された前記気相冷媒を圧縮する第一段と、前記第一段を通過した前記気相冷媒を圧縮する第二段と、前記第二段を通過した前記気相冷媒を圧縮する第三段とを有する、多段圧縮機と、
前記第三段を通過した前記気相冷媒を凝縮させて液相冷媒を生成する凝縮器と、
前記凝縮器から導かれた前記液相冷媒を貯留する第一タンクと、前記第一タンクを通過した前記液相冷媒を貯留する第二タンクと、前記第一タンクと前記第二タンクとを接続する戻し路とを有し、前記凝縮器で生成された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導くとともに減圧により生成された気相冷媒を前記多段圧縮機に導くエコノマイザと、を備え、
前記エコノマイザは、前記第一タンクから、前記第二段の吐出口と前記第三段の吸入口との間で前記多段圧縮機に前記気相冷媒を導き、かつ、前記第二タンクから、前記第一段の吐出口と前記第二段の吸入口との間で前記多段圧縮機に前記気相冷媒を導き、
前記戻し路は、前記第一タンクの下部に接続されているとともに前記下部から下方に延びている第一部位と、前記第二タンク及び前記第一部位に接続されているとともに前記下部よりも上方に延びている第二部位と、を含む、
冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒が用いられ、かつ、エコノマイザを備えた、新規な冷凍サイクル装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の冷凍サイクル装置の一例を示す構成図である。
【図２】図２は、図１に示す冷凍サイクル装置のモリエル線図である。
【図３】図３は、膨張弁における流量と圧力損失との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本開示の冷凍サイクル装置の別の一例を示す構成図である。
【図５】図５は、従来の冷凍サイクル装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示の基礎となった知見）
常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒の気相状態における密度は、他の冷媒に比べて小さくなりやすい。このため、液相冷媒の減圧により気相冷媒が発生する場合に、冷媒の体積に対する気相冷媒の体積の割合が大きく、冷凍サイクルにおいて冷媒の流量を適切に調整できない可能性がある。例えば、凝縮器を通過した液相冷媒の減圧により発生した気相冷媒を凝縮器に送るために、冷凍サイクル装置にエコノマイザを設けることが考えられる。この場合、エコノマイザが設けられた冷媒の流路において冷媒の流量を適切に調整するためには、特許文献１に記載の技術では想定されていない新たな工夫が必要である。そこで、本発明者らは、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒が用いられ、かつ、エコノマイザを備えた新たな冷凍サイクル装置を提供すべく鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、本開示の冷凍サイクル装置を案出した。
【００１１】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る冷凍サイクル装置は、
常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む液相冷媒を貯留しつつ前記液相冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する蒸発器と、
前記蒸発器で生成された前記気相冷媒を圧縮する第一段と、前記第一段を通過した前記気相冷媒を圧縮する第二段と、前記第二段を通過した前記気相冷媒を圧縮する第三段とを有する、多段圧縮機と、
前記第三段を通過した前記気相冷媒を凝縮させて液相冷媒を生成する凝縮器と、
前記凝縮器から導かれた前記液相冷媒を貯留する第一タンクと、前記第一タンクを通過した前記液相冷媒を貯留する第二タンクと、前記第一タンクと前記第二タンクとを接続する戻し路とを有し、前記凝縮器で生成された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導くとともに減圧により生成された気相冷媒を前記多段圧縮機に導くエコノマイザと、を備え、
前記エコノマイザは、前記第一タンクから、前記第二段の吐出口と前記第三段の吸入口との間で前記多段圧縮機に前記気相冷媒を導き、かつ、前記第二タンクから、前記第一段の吐出口と前記第二段の吸入口との間で前記多段圧縮機に前記気相冷媒を導き、
前記戻し路は、前記第一タンクの下部に接続されているとともに前記下部から下方に延びている第一部位と、前記第二タンク及び前記第一部位に接続されているとともに前記下部よりも上方に延びている第二部位と、を含む。
【００１２】
第１態様によれば、第一タンクにおける飽和蒸気圧と第二タンクにおける飽和蒸気圧との差によって冷媒が第一タンクから第二タンクに導かれる。このとき、戻し路の第一部位は、第一タンクの下部に接続されているとともに下部から下方に延びているので、第一タンクの下部における液相冷媒の位置水頭により第一部位における液相冷媒の圧力が高まる。これにより、冷媒は、過冷却液の状態で第一部位を流れやすい。加えて、第二部位は、第一タンクの下部よりも上方に延びているので、第一タンクにおける飽和蒸気圧と第二タンクにおける飽和蒸気圧との差により冷媒が第二タンクに適切に導かれやすい。このため、冷凍サイクル装置において冷媒循環量の調整がしやすい。
【００１３】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る冷凍サイクル装置では、前記第二部位は、前記第二タンクに貯留された前記液相冷媒の液面より上方で前記第二タンクに接続されていてもよい。第２態様によれば、前記戻し路を通過して第二タンクに導かれた液相冷媒が気相冷媒と接触して気化しやすい。これにより、第二タンクに導かれた液相冷媒から気化熱が奪われることにより、その液相冷媒の液面の温度が第二タンクにおける飽和蒸気圧に対応する温度に変化しやすい。このため、冷凍サイクル装置において冷媒循環量の調整がしやすい。
【００１４】
本開示の第３態様において、例えば、第１態様又は第２態様に係る冷凍サイクル装置は、前記凝縮器と前記第一タンクとの間に配置され、前記液相冷媒の流量を調整する第一弁をさらに備えていてもよい。第３態様によれば、第一弁を用いて、凝縮器から第一タンクに導かれる液相冷媒の流量を調整できる。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第３態様に係る冷凍サイクル装置では、前記第一弁は、前記凝縮器よりも下方に配置されている。第４態様によれば、凝縮器に存在する液相冷媒の位置水頭により、過冷却液の状態で液相冷媒が第一弁を通過しやすい。これにより、液相冷媒が第一弁を通過することに伴う減圧により気相冷媒が発生することを抑制でき、冷凍サイクル装置において冷媒循環量の調整がしやすい。
【００１６】
本開示の第５態様において、例えば、第１態様から第４態様のいずれか１つの態様に係る冷凍サイクル装置は、前記第二タンクと前記蒸発器との間に配置され、前記液相冷媒の流量を調整する第二弁をさらに備えていてもよい。第５態様によれば、第二弁を用いて、第二タンクから蒸発器に導かれる液相冷媒の流量を調整できる。
【００１７】
本開示の第６態様において、例えば、第５態様に係る冷凍サイクル装置では、前記第二弁は、前記第二タンクよりも下方に配置されていてもよい。第６態様によれば、第二タンクに存在する液相冷媒の位置水頭により、過冷却液の状態で液相冷媒が第二弁を通過しやすい。これにより、液相冷媒が第一弁を通過することに伴う減圧により気相冷媒が発生することを抑制でき、冷凍サイクル装置において冷媒循環量の調整がしやすい。
【００１８】
本開示の第７態様において、例えば、第１態様から第６態様のいずれか１つの態様に係る冷凍サイクル装置では、前記冷凍サイクル装置に存在する液相冷媒を、前記第一段、前記第二段、及び前記第三段の少なくとも１つで圧縮過程にある前記気相冷媒と接触させて、前記気相冷媒を冷却してもよい。第７態様によれば、圧縮過程において発生する過熱度を低減でき、冷凍サイクル装置の効率を高めやすい。
【００１９】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２０】
（実施形態）
図１は、本開示の冷凍サイクル装置の一例の構成を示している。冷凍サイクル装置１ａは、蒸発器１０と、多段圧縮機２０と、凝縮器３０と、エコノマイザ４０とを備えている。
【００２１】
蒸発器１０は、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む液相冷媒を貯留しつつ液相冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する。本明細書において「主成分」とは、質量基準で最も多く含まれる成分を意味する。
【００２２】
多段圧縮機２０は、第一段２１と、第二段２２と、第三段２３とを有する。第一段２１は、蒸発器１０で生成された気相冷媒を圧縮する。第二段２２は、第一段２１を通過した気相冷媒を圧縮する。第三段２３は、第二段２２を通過した気相冷媒を圧縮する。凝縮器３０は、第三段２３を通過した気相冷媒を凝縮させて液相冷媒を生成する。
【００２３】
エコノマイザ４０は、第一タンク４１と、第二タンク４２と、戻し路４５とを有する。第一タンク４１は、凝縮器３０から導かれた液相冷媒を貯留する。第二タンク４２は、第一タンク４１を通過した液相冷媒を貯留する。戻し路４５は、第一タンク４１と第二タンク４２とを接続している。エコノマイザ４０は、凝縮器３０で生成された液相冷媒を蒸発器１０に向かって導くとともに減圧により生成された気相冷媒を多段圧縮機２０に導く。エコノマイザ４０は、第一タンク４１から、第二段２２の吐出口と第三段２３の吸入口との間で多段圧縮機２０に気相冷媒を導く。加えて、エコノマイザ４０は、第二タンク４２から、第一段２１の吐出口と第二段２２の吸入口との間で多段圧縮機２０に気相冷媒を導く。戻し路４５は、第一部位４５ａと、第二部位４５ｂとを含んでいる。第一部位４５ａは、第一タンク４１の下部４１ａに接続されているとともに下部４１ａから下方に延びている。第二部位４５ｂは、第二タンク４２及び第一部位４５ａに接続されているとともに下部４１ａよりも上方に延びている。
【００２４】
図２は、冷凍サイクル装置１ａにおける冷媒の状態の一例を示すモリエル線図である。図２における点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、及びｋは、それぞれ、冷凍サイクル装置１ａにおいて点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、及びｋで示された位置での冷媒の状態を示す。第一タンク４１における飽和蒸気圧と第二タンク４２における飽和蒸気圧との差により第一タンク４１の液相冷媒が第二タンク４２に向かって移動する。図２において点ｇで示す、冷凍サイクル装置１ａにおいて第一タンク４１に存在する飽和液の状態の液相冷媒が第一部位４５ａに導かれると、点ｈで示すように、第一部位４５ａにおける液相冷媒の圧力が高まる。なぜなら、下部４１ａにおける液相冷媒の位置水頭により第一部位４５ａにおける液相冷媒の圧力が高まるからである。これにより、点ｈに示す通り、第一部位４５ａにおいて液相冷媒が過冷却液の状態で存在しやすい。さらに、液相冷媒は減圧されながら第二部位４５ｂを通過し、第二タンク４２へと移動する。このとき、第一タンク４１における飽和蒸気圧と第二タンク４２における飽和蒸気圧との差により、第二部位４５ｂにおいて液相冷媒の状態が保たれやすい。このため、冷凍サイクル装置１ａにおいて冷媒循環量の調整がしやすい。
【００２５】
下部４１ａの位置は、下部４１ａに液相冷媒が存在するように定められている。下部４１ａは、第一タンク４１の底部に位置していてもよいし、第一タンク４１の底部の近くの側部に位置していてもよい。
【００２６】
第一部位４５ａの容積は、例えば、圧縮される冷媒の流量（ｋｇ／分）が所望の範囲に保たれるように調整されている。また、下部４１ａの高さと、第一部位４５ａの最下部との高さの差Δｈ２は、第一部位４５ａをなす管の長手方向に垂直な断面において管の内面によって囲まれた部分の面積Ａから決定されうる。
【００２７】
下部４１ａの高さと、第二部位４５ｂの最上部との高さの差Δｈ１［ｍ］は、例えば、定格運転時の第一タンク４１における飽和蒸気圧及び第二タンク４２における飽和蒸気圧に基づいて決定されうる。例えば、定格運転時の第一タンク４１における飽和蒸気圧及び第二タンク４２における飽和蒸気圧がそれぞれＰ２[ｋＰａ]及びＰ１[ｋＰａ]であるとすると、Δｈ１［ｍ］＝（Ｐ２−Ｐ１）÷９７．７０６と決定されうる。第二部位４５ｂの最上部には、第二部位４５ｂと第二タンク４２との接続部が含まれうる。
【００２８】
第二部位４５ｂは、例えば、第二タンク４２に貯留された液相冷媒の液面より上方で第二タンクに接続されている。これにより、第二部位４５ｂを通過して第二タンク４２の内部に導かれた液相冷媒が気相冷媒と接触して気化しやすい。このため、第二タンクに導かれた液相冷媒から気化熱が奪われることにより、その液相冷媒の液面の温度が第二タンクにおける飽和蒸気圧に対応する温度に変化しやすい。その結果、冷凍サイクル装置１ａにおいて冷媒循環量の調整がしやすい。
【００２９】
蒸発器１０は、液相冷媒を貯留でき、かつ、蒸発器１０の外部からの吸熱が可能な限り、特定の態様に限定されない。蒸発器１０は、例えば、シェルアンドチューブ熱交換器及びプレート熱交換器等の間接接触型の熱交換器であってもよく、噴霧式又は充填材式の熱交換器等の直接接触型の熱交換器であってもよい。蒸発器１０は、空冷式の熱交換器であってもよい。
【００３０】
凝縮器３０は、液相冷媒を貯留でき、凝縮器３０の外部への放熱が可能な限り、特定の態様に限定されない。凝縮器３０は、例えば、シェルアンドチューブ熱交換器及びプレート熱交換器等の間接接触型の熱交換器であってもよく、噴霧式又は充填材式の熱交換器等の直接接触式の熱交換器であってもよい。凝縮器３０は、空冷式の熱交換器であってもよい。
【００３１】
多段圧縮機２０において、第一段２１、第二段２２、及び第三段２３のそれぞれは、速度型の圧縮機構であってもよいし、容積型の圧縮機構であってもよい。冷媒の流量を大きくする観点から、第一段２１、第二段２２、及び第三段２３のそれぞれは、速度型の圧縮機構でありうる。第一段２１、第二段２２、及び第三段２３の一部が速度型の圧縮機構であり、その他が容積型の圧縮機構であってもよい。
【００３２】
図１に示す通り、多段圧縮機２０は、例えば、第一中間路２５ａ及び第二中間路２５ｂを有する。第一中間路２５ａは、第一段２１の吐出口と第二段２２の吸入口とを接続している。第二中間路２５ｂは、第二段２２の吐出口と第三段２３の吸入口とを接続している。
【００３３】
エコノマイザ４０において、第一タンク４１及び第二タンク４２のそれぞれは、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。エコノマイザ４０は、例えば、第一インジェクション路４６及び第二インジェクション路４７を有する。第一インジェクション路４６は、第一タンク４１と、第二中間路２５ｂとを接続している。これにより、第一タンク４１に存在する気相冷媒が第二段２２の吐出口と第三段２３の吸入口との間で多段圧縮機２０に導かれる。第二インジェクション路４７は、第二タンク４２と、第一中間路２５ａとを接続している。これにより、第二タンク４２に存在する気相冷媒が第一段２１の吐出口と第二段２２の吸入口との間で多段圧縮機２０に導かれる。
【００３４】
冷凍サイクル装置１ａにおける冷媒は、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む限り、特定の冷媒に限定されない。冷凍サイクル装置１ａにおける冷媒は、例えば、水を主成分として含む冷媒でありうる。冷凍サイクル装置１ａの運転時に、冷凍サイクル装置１ａの内部の圧力は、例えば、大気圧よりも低い。
【００３５】
冷凍サイクル装置１ａは、例えば、第一弁５１をさらに備えている。第一弁５１は、凝縮器３０と第一タンク４１との間に配置され、液相冷媒の流量を調整する。このため、第一弁５１を用いて、凝縮器３０から第一タンク４１に導かれる液相冷媒の流量を調整できる。
【００３６】
第一弁５１は、例えば、凝縮器３０よりも下方に配置されている。この場合、例えば、図２の点ｅ及び点ｆに示すように、凝縮器３０に存在する液相冷媒の位置水頭により、過冷却液の状態で液相冷媒が第一弁５１を通過しやすい。これにより、液相冷媒が第一弁５１を通過することに伴う減圧により気相冷媒が発生することを抑制でき、冷凍サイクル装置１ａにおいて冷媒循環量の調整がしやすい。
【００３７】
図１に示す通り、冷凍サイクル装置１ａは、例えば、凝縮器３０と第一タンク４１とを接続する第一接続路３５を備えている。第一弁５１は、例えば、第一接続路３５に配置されている。
【００３８】
冷凍サイクル装置１ａは、例えば、第二弁５２をさらに備えている。第二弁５２は、第二タンク４２と蒸発器１０との間に配置され、液相冷媒の流量を調整する。第二弁５２を用いて、第二タンク４２から蒸発器１０に導かれる液相冷媒の流量を調整できる。
【００３９】
第二弁５２は、例えば、第二タンク４２よりも下方に配置されている。この場合、例えば、図２の点ｉ及び点ｊに示すように、第二タンク４２に存在する液相冷媒の位置水頭により、過冷却液の状態で液相冷媒が第二弁５２を通過しやすい。これにより、液相冷媒が第二弁５２を通過することに伴う減圧により気相冷媒が発生することを抑制でき、冷凍サイクル装置１ａにおいて冷媒循環量の調整がしやすい。
【００４０】
図１に示す通り、冷凍サイクル装置１ａは、例えば、第二タンク４２と蒸発器１０とを接続する第二接続路１５を備えている。第二弁５２は、例えば、第二接続路１５に配置されている。
【００４１】
第一弁５１及び第二弁５２のそれぞれは、液相冷媒の流量を調整できる限り、特定の弁に限定されない。第一弁５１及び第二弁５２のそれぞれは、例えば、液相冷媒の流量を調整することにより、冷媒の圧力の調整又は流路の断面積の調整が可能である。第一弁５１及び第二弁５２は、例えば、多孔型の可変オリフィス弁、減圧弁、バタフライ弁、又はボール弁でありうる。
【００４２】
図３は、従来の膨張弁における流量Ｑと、膨張弁の入口における冷媒の圧力と膨張弁の出口における冷媒の圧力との差ΔＰとの関係を示すグラフである。冷凍サイクル装置の設計において、冷媒に適した膨張弁が選択される。例えば、膨張弁の選定には、下記の式（１）によって決定される流量係数Ｃｖが用いられる。Ｃｖが一定であれば、圧力差ΔＰが拡大するほど、膨張弁を通過する冷媒の流量Ｑが増加する。式（１）において、Ｇは液相冷媒の比重を意味する。
Ｃｖ＝０．３６６×Ｑ（Ｇ／ΔＰ）1/2      （１）
【００４３】
一方、第一弁５１及び第二弁５２のそれぞれは、流量Ｑの変動に対してΔＰが変化しにくい弁を使用してもよい。この場合、ΔＰを小さく保ちつつ流量Ｑを変動させることができる。このことは、液相冷媒が第一弁５１又は第二弁５２を通過することに伴う減圧により気相冷媒が発生することを抑制する観点から有利である。加えて、冷凍サイクル装置１ａにおいて冷媒循環量の調整がしやすい。
【００４４】
図２を参照しつつ、冷凍サイクル装置１ａの運転の一例を説明する。冷凍サイクル装置１ａの定格運転時又は部分負荷運転時において、多段圧縮機２０は、例えば、冷媒の状態が点ａ、点ｂ、点ｃ、及び点ｄの順番で変化するように気相冷媒を圧縮する。次に、多段圧縮機２０を通過した気相冷媒は、凝縮器３０において凝縮し、点ｅで示す状態に変化する。その後、凝縮器３０に貯留された液相冷媒の位置水頭により液相冷媒の圧力が高まり、液相冷媒は第一接続路３５において点ｆで示す過冷却液の状態になる。
【００４５】
その後、液相冷媒は、第一タンク４１に導かれ、液相冷媒が点ｇで示す飽和液の状態で第一タンク４１に貯留される。一方、このとき発生した気相冷媒は、第一インジェクション路４６を通って多段圧縮機２０に導かれる。第一タンク４１の下部４１ａに存在する液相冷媒の位置水頭により第一部位４５ａにおける液相冷媒はΔｈ２に応じて昇圧され、点ｈで示す過冷却液の状態になる。その後、液相冷媒は、減圧しながら第二部位４５ｂを通過して第二タンク４２に導かれる。第二タンク４２に導かれた液相冷媒は、第二タンク４２に存在する気相冷媒と接触してその一部が気化し、液相冷媒から気化熱が奪われることにより、その液相冷媒の液面の温度が第二タンク４２における飽和蒸気圧に対応する温度に変化する。このため、第二タンク４２において液相冷媒は、点ｉに示す飽和液の状態で貯留される。一方、第二タンク４２において、液相冷媒の気化により発生した気相冷媒は、第二インジェクション路４７を通って多段圧縮機２０に導かれる。第二タンク４２に貯留された液相冷媒の位置水頭により液相冷媒の圧力が高まり、液相冷媒は第二接続路１５において点ｊで示す過冷却液の状態になる。
【００４６】
その後、蒸発器１０に導かれた液相冷媒は、減圧により、点ｋで示す飽和液の状態に変化する。また、蒸発器１０における吸熱により発生した点ａで示す飽和蒸気の状態の気相冷媒が多段圧縮機２０に導かれる。
【００４７】
冷凍サイクル装置１ａの起動運転時に、第二段２２から吐出された気相冷媒より低い温度で第一タンク４１に液相冷媒が貯留されていると、第二段２２から吐出された気相冷媒が凝縮する可能性がある。しかし、冷凍サイクル装置１ａによれば、第一部位４５ａにおいて液相冷媒が過冷却液の状態で存在しやすいので、第一タンク４１における気相冷媒と液相冷媒との界面を小さくでき、気相冷媒の凝縮を抑制しやすい。
【００４８】
冷凍サイクル装置１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、冷凍サイクル装置１ａは、図４に示す冷凍サイクル装置１ｂの様に変更されてもよい。冷凍サイクル装置１ｂは、特に説明する部分を除き、冷凍サイクル装置１ａと同様に構成されている。冷凍サイクル装置１ａの構成要素と同一又は対応する冷凍サイクル装置１ｂの構成要素には、同一の符号を付し詳細な説明を省略する。冷凍サイクル装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、冷凍サイクル装置１ｂにも当てはまる。
【００４９】
冷凍サイクル装置１ｂは、冷凍サイクル装置１ｂに存在する液相冷媒を、第一段２１、第二段２２、及び第三段２３の少なくとも１つで圧縮過程にある気相冷媒と接触させて、気相冷媒を冷却する。これにより、圧縮過程において発生する過熱度を低減でき、冷凍サイクル装置１ｂの効率を高めやすい。
【００５０】
図４に示す通り、冷凍サイクル装置１ｂは、例えば、供給路７０を備えている。供給路７０は、冷凍サイクル装置１ｂに存在する液相冷媒を、圧縮過程にある気相冷媒と接触させるために供給される流路である。供給路７０は、例えば、第一段２１、第二段２２、及び第三段２３の少なくとも１つの内部の気相冷媒の流路に接続されており、気相冷媒の流路に向かって液相冷媒を噴射するように構成されている。液相冷媒は、気相冷媒の流路に向かって噴霧されてもよい。供給路７０は、例えば、蒸発器１０に接続されている。これにより、蒸発器１０に貯留された液相冷媒を圧縮過程にある気相冷媒と接触させるために供給できる。なお、供給路７０は、凝縮器３０に接続されていてもよい。この場合、凝縮器３０に貯留された液相冷媒を圧縮過程にある気相冷媒と接触させるために供給できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本開示の冷凍サイクル装置は、空気調和装置、チラー、蓄熱装置などに有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ、１ｂ      冷凍サイクル装置
１０            蒸発器
２０            多段圧縮機
２１            第一段
２２            第二段
２３            第三段
３０            凝縮器
４０            エコノマイザ
４１            第一タンク
４１ａ          下部
４２            第二タンク
４５            戻し路
４５ａ          第一部位
４５ｂ          第二部位
５１            第一弁
５２            第二弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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