(57)【要約】【課題】冷凍サイクルの低温部に冷凍機油を浸入させないようにして、蒸発器で冷凍機油が滞留し、伝熱面に凝着して、伝熱性能を阻害させないようにする。【解決手段】油冷式圧縮機１４、油分離器１６、凝縮器１８、膨張弁２２及び蒸発器２４を含む冷媒の閉じた流路１２を備え、冷媒ｒに対して難溶解性の油ｑを用いて冷媒循環サイクルを構成する冷凍サイクルにおいて、油冷式圧縮機１４の吐出側に設けられた油分離器１６で冷媒ガスｒ０に含まれる冷凍機油ｑ０を一次分離し、一次分離された冷凍機油ｑ０を油冷式圧縮機１４に戻すと共に、一次分離後の冷媒ガスｒ０を凝縮器１８で凝縮して、冷媒液ｒ１と含油液ｑ１を上下二層分離し、二層分離後の含油液ｑ１を油冷式圧縮機１４の中間圧以上の冷媒ガス領域に供給する。【選択図】図１
2010014349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒の閉じた流路を備え、冷媒に対して難溶解性の油を用いて冷媒循環サイクルを構成する冷凍サイクルにおいて、
油冷式圧縮機の吐出側に設けられた油分離器で冷媒に含まれる油を一次分離し、一次分離された油を油冷式圧縮機に戻すと共に、
一次分離後の冷媒を凝縮器で凝縮して、冷媒液と油分を上下二層分離し、
二層分離後の含油液を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に供給することを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒の閉じた流路を備え、冷媒に対して難溶解性の油を用いて冷媒循環サイクルを構成する冷凍サイクルにおいて、
油冷式圧縮機の吐出側に設けられた油分離器で冷媒に含まれる油を一次分離し、一次分離された油を油冷式圧縮機に戻すと共に、
一次分離後の冷媒を凝縮器で凝縮した後、該凝縮器の下流側に設けられた受液槽で冷媒液と油分を上下二層分離し、
二層分離後の含油液を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に供給することを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項３】
前記凝縮器又は受液槽と蒸発器間の冷媒流路に設けられた液冷却器で、前記二層分離後の冷媒液を、油冷式圧縮機の中間圧に減圧された含油液の蒸発潜熱で過冷却し、
液冷却器から出たガス状の含油冷媒を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒の閉じた流路を備え、冷媒に対して難溶解性の油を用いて冷媒循環サイクルを構成する油冷式冷凍機において、
油冷式圧縮機の吐出側に設けられ冷媒に含まれる油を一次分離する油分離器、及び一次分離された油を油冷式圧縮機に戻す油戻し路と、
一次分離後の冷媒を凝縮して、冷媒液と油分とに上下二層分離すると共に、冷媒液貯留高さ域に冷媒流路が接続され、含油液貯留高さ域に含油液管が接続された凝縮器と、を備え、
該含油液管を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に接続して、含油液を該冷媒ガス領域に供給するように構成したことを特徴とする油冷式冷凍機。
【請求項５】
油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒の閉じた流路を備え、冷媒に対して難溶解性の油を用いて冷媒循環サイクルを構成する油冷式冷凍機において、
油冷式圧縮機の吐出側に設けられ冷媒に含まれる油を一次分離する油分離器、及び一次分離された油を油冷式圧縮機に戻す油戻し路と、
凝縮器の下流側に設けられ、該凝縮器で凝縮された一次分離後の冷媒液を冷媒液と油分とに上下二層分離すると共に、冷媒液貯留高さ域に冷媒流路が接続され、含油液貯留高さ域に含油液管が接続された受液槽と、を備え、
該含油液管を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に接続して、含油液を該冷媒ガス領域に供給するように構成したことを特徴とする油冷式冷凍機。
【請求項６】
前記油冷式圧縮機を高段機と低段機で構成し、前記含油液管を高段機と低段機を結ぶ冷媒流路に接続し、ガス状の含油冷媒を該冷媒流路に供給するように構成したことを特徴とする請求項４又は５に記載の油冷式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油冷式圧縮機を用いた冷凍機において、冷媒に含まれる微量の冷凍機油が冷凍サイクルの低温部に流れる前に冷媒から冷凍機油を分離・回収することで、冷凍機の性能低下を防止するようにした冷凍サイクル及びこの冷凍サイクルを実現するための油冷式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、冷凍機では、圧縮機の潤滑、冷却及びシールを目的として使用する冷凍機油の一部が、回収されず冷媒に含まれて冷凍サイクルを構成する冷媒の閉回路の中を循環してしまう。特に、アンモニアを冷媒とする冷凍機では、アンモニアは一般的な冷凍機油と相溶性がなく、両者は二層に分離する性質をもっているため、低温部である蒸発器では、油が流動性を失って滞留する。滞留した油が蒸発器の伝熱を阻害して、冷凍機の性能を低下させる問題がある。
【０００３】
アンモニアを冷媒として使用し、通常の低温装置に使用される従来の二段圧縮式の冷凍機を図４に基づいて説明する。
図４において、冷凍機０１０は、冷媒の閉回路０１２に、圧縮機０１４、油分離器０１６、凝縮器０１８、液冷却器０２０、膨張弁０２２、及び蒸発器０２４がこの順に介設されてなる。圧縮機０１４は、低段機０１４ａと高段機０１４ｂとで構成され、低段機０１４ａと高段機０１４ｂが冷媒閉回路０１２に直列に配置されている。
【０００４】
低段機０１４ａで圧縮されたアンモニア冷媒ガスは、さらに高段機０１４ｂで圧縮される。冷凍機油ｑ０は、低段機０１４ａ及び高段機０１４ｂに供給され、潤滑、冷却及びシールの役割を果たし、冷媒ガスｒ０と一緒に高段機０１４ｂから吐出される。油分離器０１６で大半の油ｑ０が冷媒ガスｒ０から分離され、油分離器０１６の底部に溜まる。油分離器０１６の底部に溜まった油ｑ０は、油戻し路０２６を経由して、低段機０１４ａ及び高段機０１４ｂに戻される。
【０００５】
油分離器０１６から出た未分離の微量の油分を含んだ高圧の冷媒ガスｒ０は、凝縮器０１８に至り、凝縮器０１８で図示しない熱交換器で冷却されて液化する。凝縮器０１８で液化された冷媒液ｒ１は、凝縮器０１８の下流側で、一部が分岐路０２８を通り、分岐路０２８を通った冷媒液ｒ２は、膨張弁０３０で高段機０１４ｂの吸入圧力（中間圧力）まで減圧されて、液冷却器０２０に供給される。
【０００６】
分岐路０２８は液冷却器０２０の内部を貫通しており、液冷却器０２０の内部で冷媒閉回路０１２を通る冷媒液ｒ１と分岐路０２８を通る冷媒液ｒ２とが熱交換される。液冷却器０２０で、冷媒液ｒ１は冷媒液ｒ２と熱交換し、冷媒液ｒ２に蒸発潜熱を吸収されて過冷却される。これによって、冷凍機０１０の冷凍能力を増幅させることができる。
【０００７】
過冷却された冷媒液ｒ１は、膨張弁０２２で減圧されてさらに低温になり、蒸発器０２４において気化して、被冷却物質から蒸発潜熱を奪い、被冷却物質を所定の温度まで冷却する。蒸発器０２４で気化した冷媒ガスｒ３は、再び圧縮機０１４の低段機０１４ａに吸収されて、圧縮される。
一方、冷媒液ｒ２は、液冷却器０２０で冷媒液ｒ１から蒸発潜熱を吸収して気化し、冷媒ガスｒ４となって、低段機０１４ａと高段機０１４ｂの間の冷媒閉回路０１２ａに戻される。このサイクルを繰り返すことで、冷凍サイクルが作動している。
【０００８】
一般的なナフテン系の冷凍機油の流動点は、−３５℃付近にある。もし、蒸発器０２４での冷媒の蒸発温度がこの温度域まで低下する冷凍機では、油分離器０１６で分離しきれずに冷媒と一緒に流れてきた油分が、低温部の蒸発器０２４で流動性が低下して滞留するおそれがある。そして、滞留した油分が蒸発器０２４の伝熱面に凝着することで、伝熱性能を阻害し，冷凍機の冷凍能力を低下させるおそれがある。
【０００９】
そこで、従来は、分離性能の良い油分離器を使用して、冷媒に随伴する油を極力低減される方策を用いていたが、油分離器が高価となる割には、油の冷媒への混入を全く無くすことは困難であり、冷凍機の冷却性能が低下する時間を延ばすに過ぎない。
【００１０】
特許文献１（特許第３２３７８６７号公報）には、蒸発器及び凝縮器として機能する受液器に滞留した油を定期的及び自動的に圧縮機に戻すことにより、無人運転を可能にしたアンモニア冷凍機が開示されている。この冷凍機は、圧縮機の吐出側に油分離器を設けて、冷媒から油を分離すると共に、蒸発器の出口側に油溜部を設け、該油溜部に冷媒に含まれた油を溜め、該油溜部と受液器（凝縮器）とを結ぶ油戻し路を設け、除霜サイクル時に該油戻し路を開放して、油溜部に溜まった油を受液器に戻すようにし、さらに、受液器に戻った油を膨張弁を介設した経路を経て、圧縮機の吸入側に戻すようにしたものである。
【００１１】
特許文献２（特開平１１−９４３７８号公報）には、油冷式圧縮機を用いた油冷式冷凍機において、油冷式圧縮機の吐出側で油分離器及び油クーラをなくし、凝縮器で冷媒に含まれる油を分離し、分離した油を圧縮機に戻すようにした構成が開示されている。この目的は、油分離器及び油クーラをなくして、冷凍機の油戻し手段を小型化、単純化しようとするものである。
【００１２】
特許文献３（特許第３４１８９１７号公報）には、アンモニア冷媒を用いる冷凍機において、アンモニア冷媒に含まれる油の分離及び圧縮機への返油を自動化した油冷式冷凍機が開示されている。特許文献３の図２、図３、図５及び図６には、凝縮器の出口側に設けられた受液器で冷媒液と油分とを分離し、そのうち含油液を減圧してエコノマイザ用熱交換器に送り、このエコノマイザ用熱交換器で、含油液と冷媒液とを熱交換させ、該含油液から冷媒液が蒸発した後の残った油分を圧縮機吸入側の冷媒閉回路に戻す油戻し手段が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】特許第３２３７８６７号公報
【特許文献２】特開平１１−９４３７８号公報
【特許文献３】特許第３４１８９１７号公報（図２、図３、図５及び図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１に開示された冷凍機では、油分離器のみで冷媒から油を分離しているので、冷媒には油分離器で分離しきれない油が存在する。そのため、冷媒と一緒に流れてきた油が、低温部の蒸発器に達し、前述のように、油の流動性が低下して蒸発器に滞留し、蒸発器の伝熱面に凝着することで、伝熱性能を阻害し，冷凍機の冷凍能力を低下させるおそれがある。
【００１５】
特許文献２に開示された冷凍機では、油分離器をなくし、凝縮器のみで冷媒液から油を分離しているために、油を高精度で分離することは困難である。そのため、分離しきれずに冷媒と一緒に流れてきた油が、低温部の蒸発器に達し、蒸発器で流動性が低下して滞留し、蒸発器の伝熱面に凝着することで、伝熱性能を阻害し，冷凍機の冷凍能力を低下させるおそれがある。
【００１６】
特許文献３に開示された冷凍機では、エコノマイザ用熱交換器で冷媒液の冷却に供した後の油分を圧縮機吸入側の低温部の冷媒閉回路に戻すようにしているので、該冷媒閉回路内で油分の流動性が低下し、圧縮機内での冷媒ガスの流動を阻害するおそれがある。そのため、圧縮機の体積効率を低下させ、冷凍機の冷凍能力を低下させるおそれがある。
【００１７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、冷凍サイクルを構成する冷凍機の低温部に冷凍機油を浸入させないようにして、低温部の蒸発器で冷凍機油が滞留しないようにし、これによって、冷凍機油が蒸発器の伝熱面に凝着して伝熱性能を阻害し，冷凍機の冷凍能力を低下させるおそれをなくすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
かかる目的を達成するため、第１の本発明の冷凍サイクルは、
油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒の閉じた流路を備え、冷媒に対して難溶解性の油を用いて冷媒循環サイクルを構成する冷凍サイクルにおいて、
油冷式圧縮機の吐出側に設けられた油分離器で冷媒に含まれる油を一次分離し、一次分離された油を油冷式圧縮機に戻すと共に、
一次分離後の冷媒を凝縮器で凝縮して、冷媒液と油分を上下二層分離し、
二層分離後の含油液を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に供給するものである。
【００１９】
第１の本発明の冷凍サイクルでは、冷媒に対して難溶解性の冷凍機油を用いているため、冷媒と油とは液相状態では、容易に二層分離する。また、油は気温レベルの温度では十分に流動性を有する。これらの性質を利用して、冷凍サイクルの高温側に位置する凝縮器で、冷媒液と油分とを、それらの比重差を利用して上下に二層分離により、両者を高精度に分離することが可能となる。
【００２０】
第１の本発明の冷凍サイクルでは、まず、油冷式圧縮機の冷媒吐出側に設けられた油分離器で冷媒に含まれる油を一次分離する。一次分離された油を油冷式圧縮機に戻す。この一次分離によって、大部分の油が冷媒から分離されて、圧縮機に戻される。
次に、一次分離後の冷媒を凝縮器で凝縮させると共に、凝縮した冷媒液と油分とを二層分離することで、両者を高精度に分離できる。従って、二層分離後の冷媒を低温部に送っても、油による流動性の低下等の問題を起こさない。
【００２１】
凝縮器で二層分離された含油液は、まだ気温レベル以上の温度域にある。この温度域の含油液を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に送ることで、油の流動性を十分に確保できる。そのため、冷媒ガスによって油分の滞留を起さずに、油分を圧縮機の高圧段側へ送ることができる。なお、本明細書で「含油液」とは、冷凍機油と冷媒液とが混じった液をいう。
また、「中間圧以上」とは、１段圧縮では吸入閉じ込み以降の圧縮工程内の圧力、２段圧縮機では、低段機の吐出圧又は高段機の吸入圧以上をいう。
【００２２】
このように、圧縮機吐出側の冷媒ガスに含まれる油を油分離器での一次分離と凝縮器での二層分離とを組み合わせることによって、冷媒と油分とを高精度に分離し、二層分離後の冷媒を冷凍機の低温部に送るようにしているので、蒸発器での油の滞留を招くことがない。
そのため、蒸発器での伝熱性能を低下させず、冷凍機の冷凍能力を高く維持できる。また、二次分離後の油を圧縮機の比較的高温度部分に戻すことで、油の流動性を安価に防ぐことができ、これによって、冷凍機の性能を低下させずに、連続稼動が可能になる。
【００２３】
第２の本発明の冷凍サイクルは、
油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒の閉じた流路を備え、冷媒に対して難溶解性の油を用いて冷媒循環サイクルを構成する冷凍サイクルにおいて、
油冷式圧縮機の吐出側に設けられた油分離器で冷媒に含まれる油を一次分離し、一次分離された油を油冷式圧縮機に戻すと共に、
一次分離後の冷媒を凝縮器で凝縮した後、該凝縮器の下流側に設けられた受液槽で冷媒液と油分を上下二層分離し、
二層分離後の含油液を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に供給するものである。
【００２４】
第２の本発明の冷凍サイクルは、凝縮器の下流側に設けられた受液槽で、凝縮後の冷媒液を二層分離するようにしたものである。このように、凝縮器に冷媒の凝縮を行なわせ、受液槽に冷媒液の二層分離を行なわせて、機能分担させることにより、凝縮器及び受液槽を夫々の機能に最適な構造とすることができ、凝縮機能及び二層分離機能を共に向上できる。
【００２５】
第１又は第２の本発明の冷凍サイクルにおいて、凝縮器又は受液槽と蒸発器間の冷媒流路に設けられた液冷却器で、二層分離後の冷媒液を、油冷式圧縮機の中間圧に減圧された含油液の蒸発潜熱で過冷却し、液冷却器から出たガス状の含油冷媒を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に供給するようにするとよい。
【００２６】
これによって、冷凍機の冷凍効果を増大できると共に、液冷却器で冷媒液から蒸発潜熱を奪うことにより含油液に含まれる冷媒液を気化した状態で、圧縮機に供給できるので、圧縮機の稼動に悪影響を与えない。この場合、含油液は圧縮機の中間圧以上の圧力を保有しているので、圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に容易に供給することができると共に、含油液は液冷却器で蒸発潜熱を吸収し、保有熱量が増加しているので、圧縮機内で、含有する油分の滞留防止効果をさらに高めることができる。
【００２７】
前記第１の本発明の冷凍サイクルの実施に直接使用可能な第１の本発明の油冷式冷凍機は、
油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒の閉じた流路を備え、冷媒に対して難溶解性の油を用いて冷媒循環サイクルを構成する油冷式冷凍機において、
油冷式圧縮機の吐出側に設けられ冷媒に含まれる油を一次分離する油分離器、及び一次分離された油を油冷式圧縮機に戻す油戻し路と、
一次分離後の冷媒を凝縮して、冷媒液と油分とに上下二層分離すると共に、冷媒液貯留高さ域に冷媒流路が接続され、含油液貯留高さ域に含油液管が接続された凝縮器と、を備え、
該含油液管を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に接続して、含油液を該冷媒ガス領域に供給するように構成したものである。
【００２８】
第１の本発明の油冷式圧縮機において、油冷式圧縮機の吐出側に設けられた油分離器で冷媒ガスから油を一次分離する。次に、凝縮器で冷媒液と油の比重差を利用して上下二層に分離する。凝縮器には、冷媒液貯留高さ域に冷媒閉回路を接続し、含油液貯留高さ域に含油液管を接続しているので、冷媒液を冷媒閉回路に導入し、含油液を含油液管に導入できる。
【００２９】
このように、２段階の分離工程の組み合わせにより、冷媒液から高精度に油を分離でき、二層分離後の冷媒液を低温部へ送るので、油の流動性低下による前記弊害を生じない。また、二層分離後の含油液を圧縮機の中間段圧以上の高温域の冷媒ガス通路に供給するので、含油液の流動性を確保することができる。
【００３０】
前記第２の本発明の冷凍サイクルに実施に直接使用可能な第２の本発明の油冷式冷凍機は、
油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒の閉じた流路を備え、冷媒に対して難溶解性の油を用いて冷媒循環サイクルを構成する油冷式冷凍機において、
油冷式圧縮機の吐出側に設けられ冷媒に含まれる油を一次分離する油分離器、及び一次分離された油を油冷式圧縮機に戻す油戻し路と、
凝縮器の下流側に設けられ、該凝縮器で凝縮された一次分離後の冷媒液を冷媒液と油分とに上下二層分離すると共に、冷媒液貯留高さ域に冷媒流路が接続され、含油液貯留高さ域に含油液管が接続された受液槽と、を備え、
該含油液管を油冷式圧縮機の中間圧以上の冷媒ガス領域に接続して、含油液を該冷媒ガス領域に供給するように構成したものである。
【００３１】
第２の本発明の油冷式冷凍機では、凝縮器の代わりに、凝縮器の下流側に設けた受液槽で冷媒液と油分とを二層分離するようにしたものである。このように、凝縮器に冷媒の凝縮を行なわせ、受液槽に二層分離を行なわせて、夫々の機能を分担させることにより、凝縮器及び受液槽を夫々の機能に最適な構造とすることができ、凝縮機能及び二次分離機能を共に向上できる。
【００３２】
第１及び第２の本発明の油冷式冷凍機において、油冷式圧縮機を高段機と低段機で構成し、前記含油液管を高段機と低段機を結ぶ冷媒ガス路に接続し、ガス状の含油冷媒を該冷媒流路に供給するように構成するとよい。かかる構成により、含油液管の該冷媒ガス路への接続部分の構成を簡素化でき、含油液の圧縮機側への供給が容易になる。
【発明の効果】
【００３３】
第１又は第２の本発明の冷凍サイクル、又は第１又は第２の本発明の油冷式冷凍機によれば、圧縮機吐出側の冷媒ガスに含まれる油を油分離器での一次分離と、凝縮器又は受液槽での二層分離とを組み合わせることによって、高精度に分離でき、分離後の冷媒を冷凍機の低温部に送るようにしているので、蒸発器での油の滞留を招くことがない。そのため、蒸発器での伝熱性能を低下させず、冷凍機の冷凍能力を高く維持できる。
また、分離後の油を圧縮機の比較的高温度部分に戻すことで、油の流動性を安価に防ぐことができ、これによって、冷凍機の性能を低下させずに、連続稼動を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３５】
（実施形態１）
本発明の第１実施形態に係る油冷式冷凍機を図１及び図２に基づいて説明する。図１において、油冷式冷凍機１０は、アンモニアを冷媒として使用し、冷媒閉回路１２に、圧縮機１４、油分離器１６、凝縮器１８、液冷却器２０、膨張弁２２、及び蒸発器２４がこの順で介設されている。アンモニアは一般的な冷凍機油と相溶性がなく、本実施形態でもアンモニアと相溶性がない冷凍機油を用いている。
【００３６】
油分離器１６では、冷媒ガスｒ０と冷凍機油ｑ０が一次分離される。油分離器１６で一次分離され、油分離器１６の底部に溜まった冷凍機油ｑ０は、油戻し路２６を介して圧縮機１４の低段機１４ａ及び高段機１４ｂに戻される。油分離器１６で冷媒ガスｒ０に含まれる大部分の冷凍機油ｑ０が除去される。
【００３７】
図２は凝縮器１８の模式的断面図である。図２において、凝縮器１８は、容器状の本体１８ａからなる。凝縮器１８には冷媒を冷却して液化する熱交換器が配設されているが、図２ではその図示を省略している。容器状本体１８ａの内部に導入された冷媒ガスｒ０は、図示しない熱交換器で冷却されて液化し、容器状本体１８ａ内に貯留する。アンモニアは油より比重が小さく、かつアンモニアと油とは相溶性がないので、容器状本体１８ａの内部では、両者は上下二層に容易に分離する。そしてアンモニア冷媒液ｒ１が上層に位置し、冷凍機油ｑ０に冷媒液が混ざった含油液ｑ１が下層に位置する。
【００３８】
凝縮器１８には、冷媒液貯留高さ域にノズル１８ｂが設けられ、油層貯留高さ域にノズル１８ｃが設けられている。ノズル１８ｂは冷媒閉回路１２に接続され、ノズル１８ｃは含油液管３２に接続されている。凝縮器１８で、一次分離で冷媒ｒ０に残留した微量の油分ｑ０が冷媒液から分離され、凝縮器１８の出口側の冷媒閉回路１２には、油分を含まない冷媒液ｒ１が取り出される。そして、含油液管３２には油分及び冷媒液を含む含油液ｑ１が取り出される。
【００３９】
凝縮器１８の下流側で、含油液管３２には膨張弁３０が介設され、膨張弁３０の下流側で液冷却器２０に接続されている。さらに、含油液管３２は、液冷却器２０の下流側で圧縮機１４の低段機１４ａと高段機１４ｂ間を結ぶ冷媒閉回路１２ａに接続されている。
凝縮器１８を出た冷媒液ｒ１は液冷却器２０に達する。一方、含油液管３２を流れる含油液ｑ１は、含油液管３２に介設された膨張弁３０を通る際に、低段機１４ａの吐出圧（高段機１４ｂの吸入圧力）（中間圧力）と同等の圧力まで減圧される。減圧された含油液ｑ１が液冷却器２０内に配設された含油液管３２を通る。
【００４０】
液冷却器２０の内部で、冷媒液ｒ１と含油液ｑ１とは、含油液管３２の管壁を介して熱交換する。このとき、含油液ｑ１は冷媒液ｒ１から蒸発潜熱を奪い、含油液ｑ１に含まれる冷媒液が気化する。一方、冷媒液ｒ１は含油液ｑ１によって過冷却される。ここで、冷媒液ｒ１を過冷却することで、冷凍機１０の冷凍能力を高めることができる。
【００４１】
液冷却器２０を出た冷媒液ｒ１は、膨張弁２２を通ることで減圧され、蒸発器２４で気化して被冷却物質を設定温度まで冷却する。蒸発器２４を出た冷媒ガスｒ３は圧縮機１４に吸入される。
【００４２】
一方、液冷却器２０を出た含油液ｑ１は、含油液ｑ１に含まれる冷媒液が気化した状態の含油冷媒ガスｑ２となって、圧縮機１４の低段機１４ａと高段機１４ｂ間を結ぶ冷媒閉回路１２ａに供給される。含油冷媒ガスｑ２は、高段機１４ｂの吸入圧力まで減圧されており、冷媒閉回路１２ａを通る冷媒ガスと略同一圧力となっている。従って、含油冷媒ガスｑ２を冷媒閉回路１２ａに供給するのは容易である。
【００４３】
また、含油冷媒ガスｑ２の温度は、高段機１４ｂの吸入圧力の飽和温度で相当する温度（０℃近辺）となっており、この温度で含油冷媒ガスｑ２に含まれる油分の流動性を十分に確保できる。従って、含油冷媒ガスｑ２を冷媒閉回路１２ａに供給しても、高段機１４ｂでの冷媒ガスｒ０の流動性を低下させるおそれがない。従って、冷凍機１０の冷凍能力を低下させるおそれがない。
【００４４】
本実施形態によれば、油分離器１６でアンモニア冷媒ガスｒ０から冷凍機油ｑ０を一次分離し、その後、凝縮器１８で冷媒液ｒ１から油分を二層分離しているので、二層分離後の冷媒液ｒ１から油分を高精度で分離できる。そのため、低温部の蒸発器２４に油分を含まない冷媒液ｒ２を供給できる。従って、油分が蒸発器２４に滞留して伝熱面に凝着するおそれがなく、さらに蒸発器２４での伝熱を阻害して冷凍機１０の冷却性能を低下させるおそれがない。
【００４５】
また、液冷却器２０で含油液ｑ１に含まれる冷媒液を気化させた含油冷媒ガスｑ２は、それ自体で高温状態となっている。この含油冷媒ガスｑ２を含油冷媒ガスｑ２に含まれる油分が流動性を失う低温領域に送らず、冷媒閉回路１２のうち、含油冷媒ガスｑ２に含まれる油分がその流動性を保持する比較的高温度の領域、即ち、低段機１４ａと高段機１４ｂ間の冷媒閉回路１２ａに戻しているので、圧縮機１４での冷媒ガスの流動性を阻害せず、安価な構成で、冷凍機１０の性能低下を防ぎ、冷凍機１０の連続稼動を可能にできる。
【００４６】
また、含油冷媒ガスｑ２は、膨張弁３０で低段機１４ａの吐出圧と同等の圧力まで減圧されているので、冷媒閉回路１２ａに供給するのが容易である。また、含油液管３２は冷媒閉回路１２ａに接続されているので、その接続構造を簡素化できる。さらに、含油冷媒ガスｑ２は、液冷却器２０で蒸発潜熱を吸収しているので、保有熱が多い。従って、圧縮機内で、含有する油分の滞留防止効果をさらに高めることができる。
【００４７】
（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態に係る油冷式冷凍機を図３に基づいて説明する。
図３において、油冷式冷凍機１０は、凝縮器１８の下流側の冷媒閉回路１２に受液槽３４を介設している。そして、油分離器１６で一次分離した冷媒ガスｒ０をまず凝縮器１８で凝縮する。本実施形態では、凝縮器１８は、前記第１実施形態と異なり、凝縮機能のみを有する構成となっている。その後、受液槽３４で凝縮した冷媒液を冷媒液ｒ１と含油液ｑ１に二層分離するようにする。
【００４８】
そのため、受液槽３４では、図２に図示される凝縮器１８の構成と同様に、冷媒液ｒ１が貯留される高さ域に、冷媒閉回路１２に接続されるノズル１８ｂを設け、含油液ｑ１が貯留する高さ域に、含油液管３２に接続されるノズル１８ｃを設けている。その他の構成は前記第１実施形態と同一であり、同一の機器に図１の符号と同一の符号を付している。
【００４９】
かかる構成において、該受液槽３４に一次分離後の冷媒液ｒ１を貯留させて、冷媒液ｒ１と含油液ｑ１とを比重差により二次分離させる。
かかる構成とすることによって、凝縮器１８に冷媒の凝縮作用を行なわせ、受液槽３４に二次分離作用を行なわせるように機能分担でき、凝縮器１８及び受液槽３４を夫々の機能に合った構成とすることができるので、第１実施形態の場合と比べて、凝縮効果及び二層分離効果を共に向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、油冷式圧縮機を用いた油冷式冷凍機において、冷媒に含まれる冷凍機油による流動障害を解消し、油冷式冷凍機の性能低下を安価な構成で防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る油冷式冷凍機の全体構成図である。
【図２】前記実施形態に係る凝縮器の模式的断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る油冷式冷凍機の全体構成図である。
【図４】従来の冷凍機の全体構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０            冷凍機
１２            冷媒閉回路
１４            圧縮機
１４ａ          低段機
１４ｂ          高段機
１６            油分離器
１８            凝縮器
１８ｂ、１８ｃ    ノズル
２２、３０      膨張弁
２４            蒸発器
２６            油戻し路
３２            含油液管
３４            受液槽
ｑ０            冷凍機油
ｑ１            含油液
ｑ２            含油冷媒ガス
ｒ０、ｒ３、ｒ４      アンモニア冷媒ガス
ｒ１、ｒ２    アンモニア冷媒液
【図１】
2010014349.tif 000003
【図２】
2010014349.tif 000004
【図３】
2010014349.tif 000005
【図４】
2010014349.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月4日(2008.7.4)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、油冷式圧縮機を用いた冷凍機において、冷媒に含まれる微量の冷凍機油が冷凍サイクルの低温部に流れる前に冷媒から冷凍機油を分離・回収することで、冷凍機の性能低下を防止するようにした冷凍サイクル及びこの冷凍サイクルを実現するための油冷式冷凍機に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
アンモニアを冷媒として使用し、通常の低温装置に使用される従来の二段圧縮式の冷凍機を図４に基づいて説明する。
図４において、油冷式冷凍機０１０は、冷媒の閉回路０１２に、圧縮機０１４、油分離器０１６、凝縮器０１８、液冷却器０２０、膨張弁０２２、及び蒸発器０２４がこの順に介設されてなる。圧縮機０１４は、低段機０１４ａと高段機０１４ｂとで構成され、低段機０１４ａと高段機０１４ｂが冷媒閉回路０１２に直列に配置されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
分岐路０２８は液冷却器０２０の内部を貫通しており、液冷却器０２０の内部で冷媒閉回路０１２を通る冷媒液ｒ１と分岐路０２８を通る冷媒液ｒ２とが熱交換される。液冷却器０２０で、冷媒液ｒ１は冷媒液ｒ２と熱交換し、冷媒液ｒ２に蒸発潜熱を吸収されて過冷却される。これによって、油冷式冷凍機０１０の冷凍能力を増幅させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
第１の本発明の油冷式冷凍機において、油冷式圧縮機の吐出側に設けられた油分離器で冷媒ガスから油を一次分離する。次に、凝縮器で冷媒液と油の比重差を利用して上下二層に分離する。凝縮器には、冷媒液貯留高さ域に冷媒閉回路を接続し、含油液貯留高さ域に含油液管を接続しているので、冷媒液を冷媒閉回路に導入し、含油液を含油液管に導入できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
液冷却器２０の内部で、冷媒液ｒ１と含油液ｑ１とは、含油液管３２の管壁を介して熱交換する。このとき、含油液ｑ１は冷媒液ｒ１から蒸発潜熱を奪い、含油液ｑ１に含まれる冷媒液が気化する。一方、冷媒液ｒ１は含油液ｑ１によって過冷却される。ここで、冷媒液ｒ１を過冷却することで、油冷式冷凍機１０の冷凍能力を高めることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
また、含油冷媒ガスｑ２の温度は、高段機１４ｂの吸入圧力の飽和温度で相当する温度（０℃近辺）となっており、この温度で含油冷媒ガスｑ２に含まれる油分の流動性を十分に確保できる。従って、含油冷媒ガスｑ２を冷媒閉回路１２ａに供給しても、高段機１４ｂでの冷媒ガスｒ０の流動性を低下させるおそれがない。従って、油冷式冷凍機１０の冷凍能力を低下させるおそれがない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
本実施形態によれば、油分離器１６でアンモニア冷媒ガスｒ０から冷凍機油ｑ０を一次分離し、その後、凝縮器１８で冷媒液ｒ１から油分を二層分離しているので、二層分離後の冷媒液ｒ１から油分を高精度で分離できる。そのため、低温部の蒸発器２４に油分を含まない冷媒液ｒ２を供給できる。従って、油分が蒸発器２４に滞留して伝熱面に凝着するおそれがなく、さらに蒸発器２４での伝熱を阻害して油冷式冷凍機１０の冷却性能を低下させるおそれがない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
また、液冷却器２０で含油液ｑ１に含まれる冷媒液を気化させた含油冷媒ガスｑ２は、それ自体で高温状態となっている。この含油冷媒ガスｑ２を含油冷媒ガスｑ２に含まれる油分が流動性を失う低温領域に送らず、冷媒閉回路１２のうち、含油冷媒ガスｑ２に含まれる油分がその流動性を保持する比較的高温度の領域、即ち、低段機１４ａと高段機１４ｂ間の冷媒閉回路１２ａに戻しているので、圧縮機１４での冷媒ガスの流動性を阻害せず、安価な構成で、油冷式冷凍機１０の性能低下を防ぎ、油冷式冷凍機１０の連続稼動を可能にできる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
１０            油冷式冷凍機
１２            冷媒閉回路
１４            圧縮機
１４ａ          低段機
１４ｂ          高段機
１６            油分離器
１８            凝縮器
１８ｂ、１８ｃ    ノズル
２２、３０      膨張弁
２４            蒸発器
２６            油戻し路
３２            含油液管
３４            受液槽
ｑ０            冷凍機油
ｑ１            含油液
ｑ２            含油冷媒ガス
ｒ０、ｒ３、ｒ４      アンモニア冷媒ガス
ｒ１、ｒ２    アンモニア冷媒液