(57)【要約】【課題】安定的な運転を実現する観点から有利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（１）は、蒸発器（１０）、多段圧縮機（２０）、凝縮器（３０）、第一タンク（４０）、第一気相流路（４２）、第一戻し路（４５）、第二タンク（５０）、第二気相流路（５２）、及び第二戻し流路（５５）を備える。多段圧縮機（２０）は、第一段（２１ａ）、第二段（２１ｂ）、第三段（２１ｃ）、第一連通路（２３ａ）、及び第二連通路（２３ｂ）を有する。第一気相流路（４２）は、気相冷媒を第一タンク（４０）から第二連通路（２３ｂ）に導く。第二気相流路（５２）は、気相冷媒を第二タンク（５０）から第一連通路（２３ａ）に導く。第一気相流路（４２）の上端は、第二気相流路（５２）の下端より上に位置する。第一気相流路（４２）の上端及び下端は、第三段（２１ｃ）の上端より下に位置する。【選択図】図１
2020204454.tif 000002
【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気化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、前記第一段を通過した前記気相冷媒を前記第二段に導く第一連通路と、前記第二段を通過した前記気相冷媒を前記第三段に導く第二連通路とを有する、多段圧縮機と、
前記多段圧縮機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、
前記凝縮器から導かれた前記液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を前記第一タンクから前記第二連通路に導く第一気相流路と、
前記第一タンクに貯留された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導く第一戻し路と、
前記第一戻し路を通過した前記液相冷媒を貯留する第二タンクと、
前記第一タンクから導かれた前記液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を前記第二タンクから前記第一連通路に導く第二気相流路と、
前記第二タンクに貯留された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導く第二戻し路と、を備え、
前記第一気相流路の上端は、前記第二気相流路の下端より上に位置し、
前記第一気相流路の前記上端及び前記第一気相流路の下端は、前記第三段の上端より下に位置し、
前記第二気相流路の上端は、前記第一段の下端より上に位置する、
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記凝縮器から前記第一タンクに導かれる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に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第二戻し路及び前記蒸発器に接続され、前記蒸発器に導かれる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又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第一戻し路に接続され、前記第一戻し路における前記液相冷媒の流量を調整する中間流量調整機構と、
前記第一タンクの下部に配置された圧力センサと、
前記第一タンクの下部に配置された温度センサと、をさらに備え、
前記圧力センサ及び前記温度センサの検知結果に基づいて、前記中間流量調整機構によって前記第一戻し路における前記液相冷媒の流量を調整する、
請求項１から３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（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る冷凍サイクル装置の安定的な運転を図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を用いつつ、安定的な運転を実現する観点から有利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気化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、前記第一段を通過した前記気相冷媒を前記第二段に導く第一連通路と、前記第二段を通過した前記気相冷媒を前記第三段に導く第二連通路とを有する、多段圧縮機と、
前記多段圧縮機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、
前記凝縮器から導かれた前記液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を前記第一タンクから前記第二連通路に導く第一気相流路と、
前記第一タンクに貯留された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導く第一戻し路と、
前記第一戻し路を通過した前記液相冷媒を貯留する第二タンクと、
前記第一タンクから導かれた前記液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を前記第二タンクから前記第一連通路に導く第二気相流路と、
前記第二タンクに貯留された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導く第二戻し路と、を備え、
前記第一気相流路の上端は、前記第二気相流路の下端より上に位置し、
前記第一気相流路の前記上端及び前記第一気相流路の下端は、前記第三段の上端より下に位置し、
前記第二気相流路の上端は、前記第一段の下端より上に位置する、
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を用いつつ、安定的な運転を実現する観点から有利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模式的に示す構成図である。
【図２】図２は、図１に示す冷凍サイクル装置における圧縮機と気相流路との位置関係を示す図である。
【図３】図３は、本開示の冷凍サイクル装置の別の一例を模式的に示す構成図である。
【図４】図４は、本開示の冷凍サイクル装置のさらに別の一例を模式的に示す構成図である。
【図５】図５は、従来のエコノマイザサイクル冷凍装置を示す構成図である。
【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気相冷媒を多段圧縮機によって圧縮することが考えられる。この場合、凝縮器から蒸発器に向かって導かれる液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を多段圧縮機の圧縮段同士の間に導くことが考えられる。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減圧するとき、フルオロカーボン等の冷媒とは異なり、微小な圧力損失で大きな温度変化が生じ、冷媒において沸騰が不規則に起こりうる。例えば、冷媒が水であると、１００Ｐａの圧力損失で約１℃以上の温度変化が生じうる。また、沸騰により液体の水の体積の約１４５００倍の体積を有する水蒸気が発生しうる（「伝熱」第44巻No.187、社団法人日本伝熱学会、ｐ.15-20、「沸騰の科学（２）」の（２）低圧沸騰を参照）。常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分は、このような特性を有するので、冷媒の減圧に伴い冷媒の体積の大半が気相冷媒によって占められるようになる。このため、多段圧縮機の圧縮段同士の間に気相冷媒を導く流路における圧力損失が大きく、多量の気相冷媒が発生すると、冷凍サイクル装置において冷媒の循環量が低下しやすい。その結果、冷凍サイクル装置の安定的な運転が困難になる。そこで、本発明者らは、凝縮器から蒸発器に向かって導かれる液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を圧縮段同士の間に導く流路の圧力損失を小さく保つのに有利な冷凍サイクル装置の構成について鋭意検討を重ねた。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気化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、前記第一段を通過した前記気相冷媒を前記第二段に導く第一連通路と、前記第二段を通過した前記気相冷媒を前記第三段に導く第二連通路とを有する、多段圧縮機と、
前記多段圧縮機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、
前記凝縮器から導かれた前記液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を前記第一タンクから前記第二連通路に導く第一気相流路と、
前記第一タンクに貯留された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導く第一戻し路と、
前記第一戻し路を通過した前記液相冷媒を貯留する第二タンクと、
前記第一タンクから導かれた前記液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を前記第二タンクから前記第一連通路に導く第二気相流路と、
前記第二タンクに貯留された前記液相冷媒を前記蒸発器に向かって導く第二戻し路と、を備え、
前記第一気相流路の上端は、前記第二気相流路の下端より上に位置し、
前記第一気相流路の前記上端及び前記第一気相流路の下端は、前記第三段の上端より下に位置し、
前記第二気相流路の上端は、前記第一段の下端より上に位置する。
【００１２】
第１態様によれば、第一気相流路の上端が第二気相流路の下端より上に位置することにより、第一タンクから第二タンクに液相冷媒が導かれるように、第一タンクと第二タンクとの高さの差が調整されやすい。加えて、第一気相流路の上端及び下端は、第三段の下端より下に位置し、第二気相流路の上端が第一段の下端より上に位置することにより、第一気相流路及び第二気相流路が気相冷媒を導くべき位置の近くに配置されやすい。これにより、第一気相流路をなす配管の長さ及び第二気相流路をなす配管の長さを短くでき、第一気相流路及び第二気相流路における圧力損失を小さくできる。その結果、冷凍サイクル装置において冷媒の循環量の低下を抑制でき、冷凍サイクル装置を安定的に運転できる。
【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は、前記凝縮器から前記第一タンクに導かれる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２態様によれば、第一弁を用いて、第一タンクに導かれる液相冷媒の流量を調整でき、より確実に冷凍サイクル装置において冷媒の循環量の低下を抑制できる。その結果、冷凍サイクル装置を安定的に運転できる。
【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、前記第二戻し路及び前記蒸発器に接続され、前記蒸発器に導かれる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３態様によれば、第二弁を用いて、蒸発器に導かれる液相冷媒の流量を調整でき、より確実に冷凍サイクル装置において冷媒の循環量の低下を抑制できる。その結果、冷凍サイクル装置を安定的に運転できる。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第１態様から第３態様のいずれか１つの態様に係る冷凍サイクル装置は、前記第一戻し路に接続され、前記第一戻し路における前記液相冷媒の流量を調整する中間流量調整機構と、前記第一タンクの下部に配置された圧力センサと、前記第一タンクの下部に配置された温度センサと、をさらに備えていてもよく、前記圧力センサ及び前記温度センサの検知結果に基づいて、前記中間流量調整機構によって前記第一戻し路における前記液相冷媒の流量を調整してもよい。第４態様によれば、中間流量調整機構は、第一タンクにおける液相冷媒の液位の変動に応じて第一戻し路における液相冷媒の流量を調整できる。多段圧縮機の各段間の差圧が増大して第一タンクから第二タンクに液相冷媒が過剰に戻されること抑制でき、第二気相流路における圧力損失が低減される。その結果、冷凍サイクル装置において冷媒の循環量の低下を抑制でき、冷凍サイクル装置を安定的に運転できる。
【００１６】
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。
【００１７】
（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１は、蒸発器１０と、多段圧縮機２０と、凝縮器３０と、第一タンク４０と、第一気相流路４２と、第一戻し路４５と、第二タンク５０と、第二気相流路５２と、第二戻し流路５５とを備えている。
【００１８】
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気化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。
【００１９】
多段圧縮機２０は、第一段２１ａと、第二段２１ｂと、第三段２１ｃとを有する。加えて、多段圧縮機２０は、第一連通路２３ａと、第二連通路２３ｂとを有する。第一段２１ａは、蒸発器１０で生成された気相冷媒を圧縮する。第二段２１ｂは、第一段２１ａを通過した気相冷媒を圧縮する。第三段２１ｃは、第二段２１ｂを通過した気相冷媒を圧縮する。第一連通路２３ａは、第一段２１ａを通過した気相冷媒を第二段２１ｂに導く。第二連通路２３ｂは、第二段２１ｂを通過した気相冷媒を第三段２１ｃに導く。凝縮器３０は、多段圧縮機２０を通過した気相冷媒を凝縮させて液相冷媒を生成する。
【００２０】
第一タンク４０は、凝縮器３０から導かれた液相冷媒を貯留する。第一気相流路４２は、凝縮器３０から導かれた液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を第一タンク４０から第二連通路２３ｂに導く。第一戻し路４５は、第一タンク４０に貯留された液相冷媒を蒸発器１０に向かって導く。
【００２１】
第二タンク５０は、第一戻し路４５を通過した液相冷媒を貯留する。第二気相流路５２は、第一タンク４０から導かれた液相冷媒の減圧により生成された気相冷媒を第二タンク５０から第一連通路２３ａに導く。第二戻し路５５は、第二タンク５０に貯留された液相冷媒を蒸発器１０に向かって導く。
【００２２】
図２は、冷凍サイクル装置１における多段圧縮機２０と、第一気相流路４２と、第二気相流路５２との位置関係を示している。図２において、矢印ｚで示す方向が重力方向である。第一気相流路４２の上端４２ｔは、第二気相流路５２の下端５２ｂより上に位置している。このような構成によれば、第一タンク４０から第二タンク５０に液相冷媒が導かれるように、第一タンク４０と第二タンク５０との高さの差が調整されやすい。第一気相流路４２の上端４２ｔ及び第一気相流路４２の下端４２ｂは、第三段２１ｃの上端より下に位置している。第二気相流路５２の上端５２ｔは、第一段２１ａの下端より上に位置している。このような構成によれば、第一気相流路４２及び第二気相流路５２が気相冷媒を導くべき位置の近くに配置されやすい。これにより、第一気相流路４２をなす配管の長さ及び第二気相流路５２をなす配管の長さを短くでき、第一気相流路４２及び第二気相流路５２における圧力損失を小さく保つことができる。その結果、冷凍サイクル装置１において冷媒の循環量の低下を抑制でき、冷凍サイクル装置１を安定的に運転できる。加えて、第一気相流路４２及び第二気相流路５２における圧力損失が小さいことは、液相冷媒の減圧により生成される気相冷媒の量が少なくなることを防止するうえで有利である。
【００２３】
多段圧縮機２０において、第一段２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃ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２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃのそれぞれは、速度型の圧縮機構でありうる。第一段２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃ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。第一段２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃのそれぞれは回転軸を有する。第一段２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃの２つ以上において回転軸が一体的に構成されていてもよく、第一段２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃは、別々の回転軸を備えていてもよい。この場合、第一段２１ａの回転軸、第二段２１ｂの回転軸、及び第三段２１ｃの回転軸の２つ以上は互いに連結されていてもよく、第一段２１ａの回転軸、第二段２１ｂの回転軸、及び第三段２１ｃの回転軸は互いに連結されていなくてもよい。
【００２４】
第一段２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃのそれぞれは、例えば、ケーシング（図示省略）を有する。ケーシングの内部に回転軸及びインペラ等の部品が収容されている。第三段２１ｃの上端は、第三段２１ｃのケーシングの外面上に位置しうる。第一段２１ａの下端は、第一段２１ａのケーシングの外面上に位置しうる。
【００２５】
多段圧縮機２０において、典型的には、第一連通路２３ａは第一段２１ａの吐出口と第二段２１ｂの吸入口とを接続しており、第二連通路２３ｂは、第二段２１ｂの吐出口と第三段２１ｃの吸入口とを接続している。第一連通路２３ａには、第二気相流路５２が接続されている。第一連通路２３ａ及び第二気相流路５２は、第一段２１ａの下端より上の位置で接続されている。第二連通路２３ｂには、第二気相流路５２が接続されている。第二連通路２３ｂ及び第一気相流路４２は、第三段２１ｃの上端より下の位置で接続されている。
【００２６】
蒸発器１０は、液相冷媒を気化させて気相冷媒を生成する限り、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。
【００２７】
凝縮器３０は、気相冷媒を凝縮させて液相冷媒を生成する限り、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。
【００２８】
第一タンク４０及び第二タンク５０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。
【００２９】
冷凍サイクル装置１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１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１の運転時に、冷凍サイクル装置１の内部の圧力は、例えば、大気圧よりも低い。
【００３０】
図１に示す通り、冷凍サイクル装置１は、第一弁６１をさらに備えていてもよい。第一弁６１は、凝縮器３０から第一タンク４０に導かれる液相冷媒の流量を調整する。このような構成によれば、第一タンク４０に導かれる液相冷媒の流量を調整でき、より確実に冷凍サイクル装置１において冷媒の循環量の低下を抑制できる。その結果、冷凍サイクル装置１を安定的に運転できる。
【００３１】
図１に示す通り、冷凍サイクル装置１は、凝縮器３０を通過した冷媒を第一タンク４０に導く送り路３６をさらに備えていてもよい。第一弁６１は、例えば、送り路３６に配置されうる。
【００３２】
図１に示す通り、冷凍サイクル装置１は、第二弁６２をさらに備えていてもよい。第二弁６２は、第二戻し路５５及び蒸発器１０に接続されており、蒸発器１０に導かれる液相冷媒の流量を調整する。このような構成によれば、蒸発器１０に導かれる液相冷媒の流量を調整でき、より確実に冷凍サイクル装置１において冷媒の循環量の低下を抑制できる。その結果、冷凍サイクル装置１を安定的に運転できる。
【００３３】
蒸発器１０には、液相冷媒が貯留されていてもよい。この場合、第二弁６２は、例えば、蒸発器１０に貯留された液相冷媒の液面よりも上で蒸発器１０に接続されている。
【００３４】
第一弁６１及び第二弁６２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６１及び第二弁６２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６１及び第二弁６２は、例えば、単孔型又は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。また、第一弁６１及び第二弁６２のそれぞれは、飽和蒸気圧以上の圧力を有する過冷却液の状態に液相冷媒を調整しうる。
【００３５】
冷凍サイクル装置１の運転の一例を説明する。蒸発器１０に存在する液相冷媒は、蒸発器１０の外部からの吸熱によって気化し、多段圧縮機２０に供給され、第一段２１ａで圧縮される。第一段２１ａを通過した気相冷媒は、第一連通路２３ａを通って第二段２１ｂに供給され、第二段２１ｂにおいてさらに圧縮される。第二段２１ｂを通過した気相冷媒は、第二連通路２３ｂを通って第三段２１ｃに供給され、第三段２１ｃにおいてさらに圧縮される。
【００３６】
第三段２１ｃを通過した気相冷媒は、凝縮器３０に導かれる。凝縮器３０において、気相冷媒が凝縮して液相冷媒が生成される。液相冷媒は、凝縮器３０に貯留されうる。凝縮器３０に貯留された液相冷媒は、送り路３６を通って第一タンク４０に導かれる。第一弁６１により第一タンク４０に供給される液相冷媒の流量が調整される。液相冷媒の一部は減圧により気化し、第一タンク４０に気液二相状態の冷媒が導かれる。気相冷媒は、第一気相流路４２を通って第一タンク４０から第二連通路２３ｂに導かれ、第二段２１ｂを通過した気相冷媒と共に第三段２１ｃに供給される。液相冷媒は、第一タンク４０に貯留され、その後、第一戻し路４５を通って第二タンク５０に導かれる。このとき、液相冷媒の一部は減圧によって気化し、第二タンク５０に気相二相状態の冷媒が供給される。気相冷媒は、第二気相流路５２を通って第二タンク５０から第一連通路２３ａに導かれ、第一段２１ａを通過した気相冷媒と共に第二段２１ｂに供給される。液相冷媒は、第二タンク５０の内部に貯留される。このように、第一タンク４０及び第二タンク５０のそれぞれに、気液二相状態の冷媒が導かれ、第一タンク４０及び第二タンク５０において気化冷却が生じる。
【００３７】
第二タンク５０に貯留された液相冷媒は、第二戻し路５５及び第二弁６２を通って蒸発器１０に導かれる。液相冷媒が第二弁６２を通過することにより、蒸発器１０に導かれる液相冷媒の流量が調整される。
【００３８】
冷凍サイクル装置１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１は、図３に示す冷凍サイクル装置２又は図３に示す冷凍サイクル装置３のように変更されてもよい。冷凍サイクル装置２及び３は、特に説明する部分を除き、冷凍サイクル装置１と同様に構成されている。冷凍サイクル装置１の構成要素と同一又は対応する冷凍サイクル装置２及び３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１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２及び３にも当てはまる。
【００３９】
冷凍サイクル装置２は、冷凍サイクル装置２に存在する液相冷媒を、第一段２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃ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２の効率を高めやすい。
【００４０】
図３に示す通り、冷凍サイクル装置２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２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する流路である。供給路７０は、例えば、第一段２１ａ、第二段２１ｂ、及び第三段２１ｃ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。
【００４１】
図４に示す通り、冷凍サイクル装置３は、中間流量調整機構６３と、圧力センサ４６と、温度センサ４７とをさらに備えている。中間流量調整機構６３は、第一戻し路４５に接続されている。中間流量調整機構６３は、第一戻し路４５における液相冷媒の流量を調整する。圧力センサ４６は、第一タンク４０の下部に配置されている。また、温度センサ４７は、第一タンク４０の下部に配置されている。第一タンク４０の下部は、典型的には、第一タンク４０に貯留された液相冷媒の液面より下方の第一タンク４０の部位である。冷凍サイクル装置３は、圧力センサ４６及び温度センサ４７の検知結果に基づいて、中間流量調整機構６３によって第一戻し路４５における液相冷媒の流量を調整する。
【００４２】
冷凍サイクル装置３において、第一戻し路４５は、例えば、矩形状に形成された部分を有し、中間流量調整機構６３はその部分に接続されている。中間流量調整機構６３は、第一戻し路４５における液相冷媒の流量を調整できる限り特定の機構に限定されない。中間流量調整機構６３は、例えば、単孔型又は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。
【００４３】
冷凍サイクル装置３において、中間流量調整機構６３によって第一戻し路４５における液相冷媒の流量を調整する方法の一例を説明する。圧力センサ４６は、第一タンク４０に貯留された液相冷媒の液位に対応する水頭と第一タンク４０における冷媒の蒸気圧との和に相当する圧力を検知する。一方、温度センサ４７は、第一タンク４０に貯留された液相冷媒の温度を検知する。温度センサ４７の検知結果により、第一タンク４０における飽和蒸気圧を試算できる。圧力センサ４６の検知結果が示す圧力から、温度センサ４７の検知結果に基づき試算された飽和蒸気圧を差し引いた差を決定する。その差の変化量に基づき、中間流量調整機構６３を用いて、第一戻し路４５における液相冷媒の流量が調整される。これにより、圧力センサ４６の検出結果を利用して第一タンク４０に貯留された液相冷媒の液位に対応する物理量を求めることができる。このため、例えば、冷凍サイクル装置３の能力が低い状態で運転されているときに、第一タンク４０に貯留された冷媒は、中間流量調整機構６３によってその流量が調整された状態で第二タンク５０に送られる。これにより、冷媒は、気化冷却されながら気液分離され、第二気相流路５２を通って圧縮機２０に戻される。
【００４４】
このように、冷凍サイクル装置３によれば、圧力センサ４６及び温度センサ４７の検知結果に基づき、第一タンク４０に貯留された液相冷媒の液位の変動に対応する物理量の変動を求めることができる。加えて、冷凍サイクル装置３は、その物理量の変動に基づいて中間流量調整機構６３を用いて第一戻し路４５における液相冷媒の流量を調整できる。これにより、冷凍サイクル装置３が発揮する能力が増大することによって、圧縮機２０における各段間の差圧が増大しても、第一タンク４０から第二タンク５０に送られる冷媒の量が過多となることを抑制できる。その結果、第二気相流路５２における圧力損失を低減でき、冷凍サイクル装置３において冷媒の循環量の低下を抑制でき、冷凍サイクル装置３が発揮する能力が低下することを防止できる。
【００４５】
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、冷凍サイクル装置１、２、及び３について説明した。しかし、本開示における技術は、これらに限定されず、これらの例示に対し、変更、書き換え、付加、又は省略等を行った実施形態にも適用できる。
【００４６】
冷凍サイクル装置３では、第一戻し路４５の矩形状に形成された部分に中間流量調整機構６３が接続されている態様が示されている。しかし、中間流量調整機構６３の接続の態様は、第一戻し路４５における液相冷媒の流量を中間流量調整機構６３が調整できる限り、このような態様に限定されない。このため、冷凍サイクル装置３において、第一戻し路４５は、矩形状に形成された部分を有していなくてもよい。
【００４７】
なお、上記の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置換え、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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】
【００４９】
１、２、３    冷凍サイクル装置
１０          蒸発器
２０          多段圧縮機
２１ａ        第一段
２１ｂ        第二段
２１ｃ        第三段
２３ａ        第一連通路
２３ｂ        第二連通路
３０          凝縮器
４０          第一タンク
４２          第一気相流路
４５          第一戻し路
４６          圧力センサ
４７          温度センサ
５０          第二タンク
５２          第二気相流路
５５          第二戻し路
６１          第一弁
６２          第二弁
６３          中間流量調整機構
【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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