(57)【要約】【課題】超臨界で冷媒を使用する冷凍サイクルであっても、膨張器に供給される冷媒を十分に冷却して液状にでき、成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図ることの可能な冷凍システムを提供する。【解決手段】放熱器(13)と膨張器(18)との間の配管と蒸発器(20)と圧縮機(10)との間の配管とを跨いで内部熱交換要素(30)を設け、アキュムレータ(40)を内部熱交換要素(30)より下流側の内部熱交換要素(30)と圧縮機(10)との間の配管に介装するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、該放熱器で冷却された冷媒を減圧膨張させる膨張器と、該膨張器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを順次配管接続してなる冷凍システムであって、
前記放熱器と前記膨張器との間の配管と前記蒸発器と前記圧縮機との間の配管とに跨いで設けられ、前記放熱器から前記膨張器に向かう冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機に向かう冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換要素と、
前記内部熱交換要素と前記圧縮機との間の配管に介装され、液状の冷媒を貯留するアキュムレータと、
を備えたことを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
前記冷媒は超臨界で使用するものであることを特徴とする、請求項１記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記圧縮機は第１圧縮機と該第１圧縮機の下流側に直列に接続された第２圧縮機とからなるとともに前記膨張器は第１膨張器と該第１膨張器の下流側に直列に接続された第２膨張器とからなり、
前記第１膨張器と前記第２膨張器との間に介装され、冷媒の気液分離を行って液状の冷媒を前記第２膨張器に供給する気液分離器と、
該気液分離器と前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機間の管路とを連結して設けられ、前記気液分離器で分離された気体状の冷媒をインジェクションガスとして前記第２圧縮機に供給するガスインジェクション管路とを備え、
前記内部熱交換要素は、前記気液分離器と前記第２膨張器との間に介装されていることを特徴とする、請求項１または２記載の冷凍システム。
【請求項４】
前記圧縮機は一つであり、
前記第１膨張器と前記第２膨張器との間に介装され、冷媒の気液分離を行って液状の冷媒を前記第２膨張器に供給する気液分離器と、
該気液分離器と前記圧縮機の圧縮中間圧部とを連通して設けられ、前記気液分離器で分離された気体状の冷媒をインジェクションガスとして前記圧縮機の圧縮中間圧部に供給するガスインジェクション管路とを備え、
前記内部熱交換要素は、前記気液分離器と前記第２膨張器との間に介装されていることを特徴とする、請求項１または２記載の冷凍システム。
【請求項５】
前記気液分離器からの液状の冷媒を一時的に貯留する受液器を備え、
該受液器は、前記気液分離器と一体に設けられていることを特徴とする、請求項３または４記載の冷凍システム。
【請求項６】
前記蒸発器は複数からなるとともに前記膨張器は複数からなり、
前記内部熱交換要素から前記膨張器及び前記蒸発器を経て再び前記内部熱交換要素に向かう管路は複数の分岐管路に分岐し合流しており、
前記複数の蒸発器は、互いに並列となるよう各々前記分岐管路に配設され、前記複数の膨張器は、各々前記分岐管路に前記蒸発器と直列に配設されていることを特徴とする、請求項１または２記載の冷凍システム。
【請求項７】
前記蒸発器は複数からなるとともに前記第２膨張器は複数からなり、
前記内部熱交換要素から前記第２膨張器及び前記蒸発器を経て再び前記内部熱交換要素に向かう管路は複数の分岐管路に分岐し合流しており、
前記複数の蒸発器は、互いに並列となるよう各々前記分岐管路に配設され、前記複数の第２膨張器は、各々前記分岐管路に前記蒸発器と直列に配設されていることを特徴とする、請求項３乃至５のいずれか記載の冷凍システム。
【請求項８】
前記分岐管路は３本以上であって該分岐管路の分岐部は２箇所以上あり、
前記内部熱交換要素は、複数からなり、これら分岐部の手前にそれぞれ配設されていることを特徴とする、請求項６または７記載の冷凍システム。
【請求項９】
前記内部熱交換要素は配管同士を抱き合わせるよう構成されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか記載の冷凍システム。
【請求項１０】
前記アキュムレータは、前記内部熱交換要素と一体に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍システムに係り、詳しくは超臨界で冷媒を使用する冷凍サイクルにおいて高効率を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷凍サイクルは、圧縮機、放熱器（凝縮器）、膨張器、蒸発器（吸熱器）がそれぞれ管路で連結され、管路内を冷媒が相変化しながら流れるように構成されている。即ち、冷凍サイクルは、圧縮機で圧縮された冷媒が放熱器を経て放熱して液化し、膨張器で膨張させられた冷媒が蒸発器を経て吸熱して気化するよう構成されている。
また、近年では、従来多用されていたフロンに代えて環境を配慮した種々の冷媒が使用されており、このような冷媒として例えば二酸化炭素（ＣＯ２）等が公知である。
【０００３】
ところで、上記ＣＯ２を含め、冷媒は、外気温が高いと放熱器を経て液化したはずの冷媒の一部が膨張器に至るまでの間に気化し、所謂フラッシュガスを発生し易いという性質を有している。このようにフラッシュガスが発生し易いと、蒸発器において有効に作用する液状の冷媒量が減少したり圧損が増大したりして吸熱効率が悪くなり、成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力が悪化し好ましいことではない。
【０００４】
そこで、例えば放熱器と蒸発器との間に第１及び第２の二つの膨張器を備えるとともにこれら二つの膨張器間に気液分離器を備え、気液分離器で分離された気体状の冷媒を圧縮機に供給する一方、液状の冷媒を第２の膨張器に供給するように図ったガスインジェクションサイクル（エコノマイザーサイクル）が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
そして、特許文献１に開示の技術では、放熱器から第１の膨張器に供給される冷媒を過冷却させるべく、放熱器と第１の膨張器との間に内部熱交換器を設け、気液分離器を経た気体状の冷媒で第１の膨張器に供給される冷媒を冷却するようにしている。
また、特許文献２に開示の技術では、気液分離器から第２の膨張器に供給される冷媒を過冷却させるべく、気液分離器と第２の膨張器との間に内部熱交換器を設けるとともに蒸発器と当該内部熱交換器との間に別の第２の気液分離器を設け、蒸発器を出て当該第２の気液分離器を経た気体状の冷媒で第２の膨張器に供給される冷媒を冷却するようにしている。
【特許文献１】特開平１１−６３６９４号公報
【特許文献２】特開２００１−１１６３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示の技術においては、放熱器と第１の膨張器との間の冷媒を内部熱交換器で冷却するようにしているものの、このような構成では冷媒が気液分離器から第２の膨張器に至るまでに依然としてフラッシュガスを発生し兼ねず、好ましいとは言い難い。
一方、効率よく冷媒のエネルギを活用するためには、蒸発器後の冷媒は過熱度ゼロが理想であるところ、現実には環境条件の変動等により必ずや液状の冷媒が蒸発器から流出するもので、特許文献２によれば第２の気液分離器がアキュムレータとして機能することで液状の冷媒の圧縮機への循環が防止されている。
【０００７】
ところが、このような特許文献２の構成では、内部熱交換器において第２の気液分離器を経た気体状の冷媒（ガス冷媒）のみによって熱交換を行うため、顕熱利用となり、液状の冷媒が全く活用されず、内部熱交換器において潜熱利用ができないという問題がある。このように顕熱利用だけであると、冷媒を十分に過冷却できず、やはり冷媒が第２の膨張器に至るまでにフラッシュガスを発生し兼ねず、好ましいことではない。
【０００８】
また、上記特許文献１、２では、蒸発器が一つである場合についてのみ開示されているが、蒸発器を並列に複数設けた場合、分岐部に至るまでにフラッシュガスが発生してしまうと冷媒を各蒸発器に均等に分流させることが困難となり、分流のバランスが崩れ、各蒸発器間で吸熱性能にばらつきが生じるという問題もある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、超臨界で冷媒を使用する冷凍サイクルであっても、膨張器に供給される冷媒を十分に冷却して液状にでき、成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図ることの可能な冷凍システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するべく、請求項１の冷凍システムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、該放熱器で冷却された冷媒を減圧膨張させる膨張器と、該膨張器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを順次配管接続してなる冷凍システムであって、前記放熱器と前記膨張器との間の配管と前記蒸発器と前記圧縮機との間の配管とに跨いで設けられ、前記放熱器から前記膨張器に向かう冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機に向かう冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換要素と、前記内部熱交換要素と前記圧縮機との間の配管に介装され、液状の冷媒を貯留するアキュムレータとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の冷凍システムでは、請求項１において、前記冷媒は超臨界で使用するものであることを特徴とする。
請求項３の冷凍システムでは、請求項１または２において、前記圧縮機は第１圧縮機と該第１圧縮機の下流側に直列に接続された第２圧縮機とからなるとともに前記膨張器は第１膨張器と該第１膨張器の下流側に直列に接続された第２膨張器とからなり、前記第１膨張器と前記第２膨張器との間に介装され、冷媒の気液分離を行って液状の冷媒を前記第２膨張器に供給する気液分離器と、該気液分離器と前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機間の管路とを連結して設けられ、前記気液分離器で分離された気体状の冷媒をインジェクションガスとして前記第２圧縮機に供給するガスインジェクション管路とを備え、前記内部熱交換要素は、前記気液分離器と前記第２膨張器との間に介装されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の冷凍システムでは、請求項１または２において、前記圧縮機は一つであり、前記第１膨張器と前記第２膨張器との間に介装され、冷媒の気液分離を行って液状の冷媒を前記第２膨張器に供給する気液分離器と、該気液分離器と前記圧縮機の圧縮中間圧部とを連通して設けられ、前記気液分離器で分離された気体状の冷媒をインジェクションガスとして前記圧縮機の圧縮中間圧部に供給するガスインジェクション管路とを備え、前記内部熱交換要素は、前記気液分離器と前記第２膨張器との間に介装されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の冷凍システムでは、請求項３または４において、前記気液分離器からの液状の冷媒を一時的に貯留する受液器を備え、該受液器は、前記気液分離器と一体に設けられていることを特徴とする。
請求項６の冷凍システムでは、請求項１または２において、前記蒸発器は複数からなるとともに前記膨張器は複数からなり、前記内部熱交換要素から前記膨張器及び前記蒸発器を経て再び前記内部熱交換要素に向かう管路は複数の分岐管路に分岐し合流しており、前記複数の蒸発器は、互いに並列となるよう各々前記分岐管路に配設され、前記複数の膨張器は、各々前記分岐管路に前記蒸発器と直列に配設されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の冷凍システムでは、請求項３乃至５のいずれかにおいて、前記蒸発器は複数からなるとともに前記第２膨張器は複数からなり、前記内部熱交換要素から前記第２膨張器及び前記蒸発器を経て再び前記内部熱交換要素に向かう管路は複数の分岐管路に分岐し合流しており、前記複数の蒸発器は、互いに並列となるよう各々前記分岐管路に配設され、前記複数の第２膨張器は、各々前記分岐管路に前記蒸発器と直列に配設されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項８の冷凍システムでは、請求項６または７において、前記分岐管路は３本以上であって該分岐管路の分岐部は２箇所以上あり、前記内部熱交換要素は、複数からなり、これら分岐部の手前にそれぞれ配設されていることを特徴とする。
請求項９の冷凍システムでは、請求項１乃至８のいずれかにおいて、前記内部熱交換要素は配管同士を接触させるよう構成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０の冷凍システムでは、請求項１乃至７のいずれかにおいて、前記アキュムレータは、前記内部熱交換要素と一体に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の冷凍システムによれば、放熱器と膨張器との間の配管と蒸発器と圧縮機との間の配管とを跨いで内部熱交換要素を設けるようにしているので、放熱器から膨張器に向かう冷媒が蒸発器を経た冷媒によって冷却される。即ち、冷媒を例えば超臨界で使用するシステムでは、図２に示すように、膨張器に至る冷媒は飽和液線上の液冷媒であることから（破線で示す）、外気温が高いとフラッシュガスが発生して気体状の冷媒と液状の冷媒とが混在した状態になり易いのであるが、このような場合であっても膨張器に至る冷媒は過冷却状態とされ、良好に液状とされる（実線で示す）。
【００１７】
そして、この際、上述したように環境条件の変動等により現実には蒸発器からは気体状の冷媒のみならず液状の冷媒も流出するところ、本発明では液状の冷媒を貯留するアキュムレータを内部熱交換要素よりも圧縮機側に設けているので、放熱器から膨張器に向かう冷媒は蒸発器から流出する気体状の冷媒とともにかかる液状の冷媒によって顕熱利用のみならず潜熱利用によって十分に過冷却状態とされる。
【００１８】
従って、冷凍サイクルにおいて、放熱器から膨張器に向かう冷媒を良好に液状に維持でき、膨張器に至るまでに冷媒が気化して所謂フラッシュガスが発生してしまうことを防止することができる。
これにより、蒸発器の吸熱性能を高め、冷凍サイクルにおける成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
【００１９】
また、蒸発器から流出する液状の冷媒は内部熱交換要素で潜熱利用されて気化することになるため、アキュムレータに貯留される液状の冷媒の量を少なく抑えるようにでき、アキュムレータの小型化を図ることもできる。
また、請求項２の冷凍システムによれば、冷媒が超臨界で使用するもの、例えば二酸化炭素であっても、放熱器から膨張器に向かう冷媒を良好に液状に維持でき、膨張器に至るまでにフラッシュガスが発生してしまうことを防止することができる。
【００２０】
また、請求項３、４の冷凍システムによれば、ガスインジェクションサイクルを有した冷凍システムにおいて、気液分離器から第２膨張器に流れる液状の冷媒が蒸発器を経た冷媒によって冷却される。
従って、ガスインジェクションサイクルを有した冷凍システムにおいて超臨界で使用する二酸化炭素のような冷媒を用いる場合であっても、気液分離器から第２膨張器に向かう冷媒を確実に液状に維持でき、第２膨張器に至るまでにフラッシュガスが発生してしまうことを好適に防止することができる。
【００２１】
これにより、ガスインジェクションサイクルの作用に加え、蒸発器の吸熱性能を高め、冷凍サイクルにおける冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
また、請求項５の冷凍システムによれば、受液器を気液分離器と一体に設けることで、冷凍システムの簡素化、低廉化を図りながら、放熱器から膨張器に向かう冷媒を確実に液状に維持でき、膨張器に至るまでにフラッシュガスが発生してしまうことを防止することができる。
【００２２】
また、請求項６、７の冷凍システムによれば、複数の蒸発器を互いに並列となるよう各々分岐管路に配設し、複数の膨張器または第２膨張器を各々分岐管路に蒸発器と直列に配設するようにしているので、放熱器から膨張器または第２膨張器に向かう冷媒が確実に液状に維持されることになり、当該液状に維持された冷媒を各膨張器または第２膨張器に向けてそれぞれ均等にバランスよく分流させることができる。
【００２３】
これにより、各蒸発器の吸熱性能をばらつきなく高め、冷凍サイクルにおける冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
また、請求項８の冷凍システムによれば、分岐管路は３本以上であって該分岐管路の分岐部は２箇所以上あり、内部熱交換要素をこれら分岐部の手前にそれぞれ配設するようにしているので、各々分岐管路において冷媒を液状に維持でき、液状の冷媒をより一層確実に各膨張器または第２膨張器に向けて供給することができる。
【００２４】
これにより、各蒸発器の吸熱性能をより一層高め、冷凍サイクルにおける冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
また、請求項９の冷凍システムによれば、内部熱交換要素は配管同士を抱き合わせて接触させるよう構成されているので、簡単な構成にして、放熱器から膨張器または第２膨張器に向かう冷媒を良好に液状に維持でき、膨張器または第２膨張器に至るまでにフラッシュガスが発生してしまうことを防止することができる。
【００２５】
また、請求項１０の冷凍システムによれば、アキュムレータを内部熱交換要素と一体に設けることで、冷凍システムの簡素化、低廉化を図りながら、放熱器から膨張器に向かう冷媒を確実に液状に維持でき、膨張器に至るまでにフラッシュガスが発生してしまうことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１には、本発明の第１実施例に係る冷凍システムの概略構成図が示されている。
なお、本発明に係る冷凍システムは、冷凍装置、空調装置、ヒートポンプ、給湯器、及び暖房器等の種々の冷凍・空調サイクルに適用されるものである。
【００２７】
同図に示すように、本発明の第１実施例に係る冷凍システムでは、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒としており、当該冷媒を圧縮する第１圧縮機１０と、第１圧縮機１０で中間圧力まで昇圧された冷媒をさらに昇圧する第２圧縮機１２と、当該昇圧された冷媒を冷却するガス冷却器（放熱器）１３と、ガス冷却器１３よりも下流側に位置し、ガス冷却器１３で冷却された冷媒を減圧膨張する第１膨張弁（第１膨張器）１４とが順に配管接続されている。なお、第１圧縮機１０及び第２圧縮機１２は、例えばスクロール式、斜板式の圧縮機である。
【００２８】
また、第１膨張弁１４よりも下流側には、冷媒の気液分離を行う気液分離器１５が設けられており、該気液分離器１５のガス出口側と第２圧縮機１２の吸入側とが連結配管（ガスインジェクション管路）１６により接続されて所謂ガスインジェクションサイクルが構成されている。即ち、ガスインジェクションサイクルにより、気液分離器１５から第２圧縮機１２に向けてガス冷媒がインジェクションガスとして供給されるよう構成されている。なお、連結配管１６にはインジェクションガスの逆流を防止すべく逆止弁１６ａが介装されている。
【００２９】
一方、気液分離器１５の液出口側には一旦液冷媒を貯留する受液器１７が設けられ、受液器１７の下流側にはさらに第２膨張弁（第２膨張器）１８を介して蒸発器（吸熱器）２０が配管接続されており、蒸発器２０は上記第１圧縮機１０に配管接続されている。
そして、同図に示すように、気液分離器１５を経た受液器１７と第２膨張弁１８との間の配管と蒸発器２０と第１圧縮機１０との間の配管とに跨いで内部熱交換器（内部熱交換要素）３０が設けられている。この内部熱交換器３０は、ガス冷却器１３から気液分離器１５、受液器１７を経て第２膨張弁１８に向かう冷媒と蒸発器２０から第１圧縮機１０に向かう冷媒との間で熱交換を行う機能を有している。
【００３０】
さらに、同図に示すように、蒸発器２０と第１圧縮機１０間のうち内部熱交換器３０と第１圧縮機１０との間にはアキュムレータ４０が介装されている。アキュムレータ４０は気液分離器と同様の気液分離機能と受液機能とを併せ有し、配管内の液冷媒を貯留してガス冷媒のみを第１圧縮機１０に供給するよう構成されている。
また、連結配管１６からは分岐合流してバイパス管路５２が設けられており、ガス冷却器１３と第１膨張弁１４との間の配管とバイパス管路５２とに跨いでガス熱交換器５０が設けられている。このガス熱交換器５０は、ガス冷却器１３から第１膨張弁１４に向かう冷媒とインジェクションガスとの間で熱交換を行う機能を有している。なお、バイパス管路５２の連結配管１６との分岐部には流量調整弁５４が設けられており、当該流量調整弁５４により連結配管１６から分かれてバイパス管路５２に流れるインジェクションガスの量が適宜調節される。
【００３１】
以下、このように構成された本発明の第１実施例に係る冷凍システムの作用効果を説明する。ここで、図２を参照すると、当該冷凍サイクルのｐ−ｈ線図（モリエル線図）が示されており、同ｐ−ｈ線図をも参照しながら説明する。
第１圧縮機１０によって圧縮された冷媒は、気液分離器１５からのインジェクションガスとともに第２圧縮機１２で圧縮され、ＣＯ２からなる冷媒は高温高圧の超臨界状態の冷媒となってガス冷却器１３に流入し、当該ガス冷却器１３にて放熱して冷却される。
【００３２】
ガス冷却器１３を出た冷媒は、第１膨張弁１４により高圧から中間圧程度にまで膨張される。
第１膨張弁１４を出た冷媒は、気液二相状態であるため、気液分離器１５に流入してガス冷媒と液冷媒とに分離され、ガス冷媒についてはインジェクションガスとして上記の如く第２圧縮機１２に流入する一方、液冷媒については受液器１７及び内部熱交換器３０を経て第２膨張弁１８においてさらに低圧まで膨張された後、蒸発器２０に流入する。
【００３３】
蒸発器２０では液冷媒が外気からの吸熱により気化してガス冷媒となる。実際には、蒸発器２０を出た冷媒は、完全には気化せずに液冷媒を含む気液二相状態であり、気液二相状態のまま内部熱交換器３０を経てアキュムレータ４０に至り、アキュムレータ４０において気液分離される。そして、ガス冷媒のみが第１圧縮機１０に向かいサイクル内を循環する。一方、液冷媒についてはアキュムレータ４０に貯留される。なお、アキュムレータ４０に貯留した冷媒は、サイクル内における冷媒のバッファ機能を有しており、これによりサイクル内において冷媒の相平衡が保持されている。
【００３４】
ところで、上述した如く、受液器１７と第２膨張弁１８との間の配管と蒸発器２０とアキュムレータ４０との間の配管との間には内部熱交換器３０が設けられている。これより、受液器１７から第２膨張弁１８に向かう液冷媒は、蒸発器２０を出た気液二相状態の冷媒によって冷却される。
即ち、上述した如く、冷媒を超臨界で使用するシステムでは、第２膨張弁１８に至る冷媒は飽和液線上の液冷媒であることから（図２に破線で示す）、受液器１７から第２膨張弁１８までの間では、外気温が高いと冷媒は液化しても配管内で気化して所謂フラッシュガスを発生し、気体状の冷媒と液状の冷媒とが混在した状態になり易いのであるが、当該冷媒が蒸発器２０を出た気液二相状態の冷媒との熱交換によって過冷却状態とされてかかるフラッシュガスの発生が抑制され、良好に液状とされる（図２に実線で示す）。
【００３５】
この際、特に、アキュムレータ４０に至る前の蒸発器２０を出た冷媒は気液二相状態であるため、ガス冷媒と液冷媒とが混在しており、受液器１７と第２膨張弁１８との間の配管を流れる冷媒は、蒸発器２０を出たガス冷媒のみならず液冷媒によって良好に過冷却状態にまで冷却される。つまり、受液器１７から第２膨張弁１８に向かう冷媒は、顕熱利用のみならず液冷媒の潜熱利用によって十分に冷却されて液状に保持され、ガス冷媒の顕熱利用による熱交換だけの場合に比べてフラッシュガスの発生がより一層良好に抑制される。
【００３６】
これにより、蒸発器２０の吸熱性能を高めることが可能となり、ガスインジェクションサイクルの作用に加え、冷凍サイクルにおける成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
また、ここでは、ガス冷却器１３と第１膨張弁１４との間の配管とバイパス管路５２との間にはガス熱交換器５０が設けられており、流量調整弁５４の調節によりガス冷却器１３から第１膨張弁１４に向かう冷媒は、気液分離器１５から第２圧縮機１２に向かうインジェクションガスによっても冷却される。
【００３７】
これにより、ガス冷却器１３から第２膨張弁１８を経て蒸発器２０に向かう冷媒のエンタルピを増加させて、ＣＯＰひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
また、蒸発器２０から流出する液冷媒は内部熱交換器３０で潜熱利用されて気化するので、内部熱交換器３０と第１圧縮機１０との間にアキュムレータ４０を介装することで、アキュムレータ４０に貯留される液冷媒を少なく抑えるようにでき、アキュムレータ４０の小型化を図ることも可能である。
【００３８】
次に、第２実施例について説明する。
図３には、本発明の第２実施例に係る冷凍システムの概略構成図が示されている。
当該第２実施例に係る冷凍システムでは、複数の蒸発器２０ａ、２０ｂを有している点が上記第１実施例と異なっており、以下、第１実施例と同一部分については説明を省略し、第１実施例と異なる部分を中心に説明する。
【００３９】
同図に示すように、内部熱交換器３０から再び内部熱交換器３０に向かう配管は複数の分岐管路２１、２２に分岐し合流しており、各分岐管路２１、２２にはそれぞれ蒸発器２０ａ、２０ｂが互いに並列となるように配設されている。このような構成は、例えばコンビニエンスストア等において複数の冷凍装置を有する場合に多用される。
また、各分岐管路２１、２２には、蒸発器２０ａ、２０ｂの各上流に直列に位置して第２膨張弁１８ａ、１８ｂがそれぞれ設けられている。
【００４０】
このように複数の直列をなす第２膨張弁１８ａ、蒸発器２０ａと直列をなす第２膨張弁１８ｂ、２０ｂとが互いに並列となるように設けられていると、上述したように、例えば各分岐管路２１、２２の分岐部に至るまでにフラッシュガスが発生してしまうと冷媒を各蒸発器２０ａ、２０ｂに均等に分流させることが困難となり、蒸発器２０ａ、２０ｂ間で吸熱性能にばらつきが生じるおそれがある。
【００４１】
しかしながら、このような構成であっても、受液器１７と各第２膨張弁１８ａ、１８ｂとの間の配管と蒸発器２０ａ、２０ｂとアキュムレータ４０との間の配管との間には内部熱交換器３０が設けられていることから、受液器１７から各分岐管路２１、２２の分岐部に向かう液冷媒は、蒸発器２０ａ、２０ｂを出た気液二相状態の冷媒によって良好に過冷却状態にまで冷却され、フラッシュガスの発生が抑制される。
【００４２】
従って、複数の蒸発器２０ａ、２０ｂを互いに並列に設けた場合であっても、冷媒を確実に液状に維持したまま各第２膨張弁１８ａ、１８ｂに均等にバランスよく分流させることが可能となる。
即ち、各分岐管路２１、２２にそれぞれ第２膨張弁１８ａ、１８ｂを設けることにより、冷媒を液状に維持したまま各分岐管路２１、２２に確実に均等に分流させることができ、各蒸発器２０ａ、２０ｂの吸熱性能をより一層ばらつきなく高め、冷凍サイクルにおける冷凍能力のさらなる向上を図ることが可能である。
【００４３】
なお、ここでは各分岐管路２１、２２にそれぞれ第２膨張弁１８ａ、１８ｂを設けているが、各分岐管路２１、２２に蒸発器２０ａ、２０ｂ、分岐前の管路に上記第１実施例と同様の第２膨張弁１８を一つだけ配設することも可能である。このような構成であっても、内部熱交換器３０がない場合に比べて第２膨張弁１８に向かう冷媒が良好に液状に保持されるため、安定的に冷媒を供給することが可能である。
【００４４】
これにより、第２膨張弁１８が一つであっても、複数の蒸発器２０ａ、２０ｂ間で吸熱性能にばらつきが生じることが低減され、各蒸発器２０ａ、２０ｂにおける吸熱性能を高めることができる。
次に、第３実施例について説明する。
図４には、本発明の第３実施例に係る冷凍システムの概略構成図が示されている。
【００４５】
当該第３実施例に係る冷凍システムでは、内部熱交換器３０から再び内部熱交換器３０に向かう配管が３本以上の複数（ここでは３本）の分岐管路２１、２２、２３に分岐され、複数の蒸発器２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び第２膨張弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃとともに複数の内部熱交換器（内部熱交換要素）３０ａ、３０ｂを有している点が上記第１、２実施例と異なっており、以下、第１、２実施例と同一部分については説明を省略し、第１、２実施例と異なる部分を中心に説明する。
【００４６】
同図に示すように、当該第３実施例では、受液器１７の下流側で配管は複数の分岐管路２１、２２、２３に分岐し合流しており、各分岐管路２１、２２、２３には、それぞれ蒸発器２０ａ、２０ｂ、２０ｃが互いに並列となるように配設され、蒸発器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの各上流に直列に位置して第２膨張弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃが設けられている。そして、分岐管路２１、２２、２３の２箇所以上の分岐部（ここでは２箇所）の各上流に位置してそれぞれ内部熱交換器３０ａ、３０ｂが設けられている。
【００４７】
このように分岐管路２１、２２、２３の分岐部の手前にそれぞれ内部熱交換器３０ａ、３０ｂが設けられていると、各分岐管路２１、２２、２３において冷媒を良好に液状にでき、液状の冷媒を確実に各第２膨張弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃに向けて供給することができる。
これにより、複数の蒸発器２０ａ、２０ｂ、２０ｃを設ける場合において、各蒸発器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの吸熱性能を高め、冷凍サイクルにおける冷凍能力のさらなる向上を図ることが可能である。
【００４８】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、内部熱交換器３０或いは内部熱交換器３０ａ、３０ｂを用いて熱交換を行うようにしているが、第１乃至第３実施例において、内部熱交換要素は配管同士を抱き合わせて接触させるようなものであってもよい。即ち、図５を参照すると、本発明の他の実施例として上記第３実施例の内部熱交換器３０ａ、３０ｂに代えて配管同士を抱き合わせて接触させた構成が模式的に例示されているが、内部熱交換要素は、このように配管同士を単に接触させるだけの構成であってもよい。このようにすれば、簡単な構成にして、フラッシュガスの発生を好適に防止することができる。
【００４９】
また、上記実施形態では、第１圧縮機１０及び第２圧縮機１２を設け、インジェクションガスを第２圧縮機１２に供給するようにガスインジェクションサイクルを構成したが、図６に一部分を示すように、本発明のさらに他の実施例として、ガスインジェクションサイクルを一つの圧縮機１０’を含んで構成し、気液分離器１５のガス出口側と圧縮機１０’の圧縮中間圧部とを連結配管１６により接続するようにしてもよい。この場合であっても、インジェクションガスが圧縮機１０’の圧縮中間圧部に供給され、ガスインジェクションサイクルに関し上記同様の作用効果を得ることができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、内部熱交換器３０或いは内部熱交換器３０ａ、３０ｂとアキュムレータ４０とをそれぞれ個別に設けるようにしているが、これらを一体にするようにしてもよい。このようにすれば、冷凍システムの簡素化、低廉化を図りながら、フラッシュガスの発生を好適に防止することができる。
また、上記実施形態では、気液分離器１５の液出口側に受液器１７を別途設けるようにしているが、これらを一体にするようにしてもよい。このようにすれば、やはり冷凍システムの簡素化、低廉化を図りながら、フラッシュガスの発生を好適に防止することができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、ガスインジェクションサイクルを有した冷凍システムについて説明したが、ガスインジェクションサイクルについては必ずしも設けなくてもよい。即ち、図示しないものの、第１圧縮機１０及び第２圧縮機１２を一つの圧縮機とし、第１膨張弁１４及び第２膨張弁１８を一つの膨張弁（膨張器）とし、気液分離器１５、連結配管１６、受液器１７を省略した通常の冷凍サイクルにおいて、ガス冷却器１３と膨張弁との間の配管に内部熱交換器３０或いは内部熱交換器３０ａ、３０ｂを設けるようにしてもよい。このようにガスインジェクションサイクルを有しない構成であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００５２】
また、上記実施形態では、ガス熱交換器５０を設けるようにしているが、ガス熱交換器５０については必ずしも設けなくてもよい。即ち、図示しないものの、ガス熱交換器５０を設けることなく内部熱交換器３０或いは内部熱交換器３０ａ、３０ｂを設けるだけで、本発明の効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いるようにしているが、冷媒は超臨界で使用する二酸化炭素に限られるものではなく、冷媒を超臨界で使用するか否かに拘わらず、冷媒の種類に拘わらず、本発明を好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施例に係る冷凍システムの概略構成図である。
【図２】本発明に係る冷凍システムのｐ−ｈ線図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る冷凍システムの概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施例に係る冷凍システムの概略構成図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る冷凍システムの概略構成図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例に係る冷凍システムの概略構成図の一部である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  第１圧縮機
１０’  圧縮機
１２  第２圧縮機
１３  ガス冷却器（放熱器）
１４  第１膨張弁（第１膨張器）
１５  気液分離器
１６  連結配管（ガスインジェクション管路）
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  第２膨張弁（第２膨張器、膨張器）
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  蒸発器
２１、２２、２３  分岐管路
３０、３０ａ、３０ｂ内部熱交換器（内部熱交換要素）
４０  アキュムレータ
５０  ガス熱交換器
【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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【図６】
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