(57)【要約】      （修正有）【課題】高温用熱交換器と低温用熱交換器からなる、温度帯の異なる複数の熱交換器を有する冷凍装置において、冷凍サイクルの運転効率を向上させる。【解決手段】低温用熱交換器と低温用圧縮機とで構成される冷媒回路と、高温用熱交換器と高温用圧縮機とで構成される冷媒回路からなる冷凍サイクル装置において、冷媒間熱交換器を用いて、低温用圧縮機に供給される冷媒の熱を高温用圧縮機に供給される冷媒に与えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が、第一圧縮機、第一熱交換器、第一膨張手段、吸熱器の順に循環する第一の冷媒回路と、第二圧縮機、第二熱交換器、第二膨張手段、前記吸熱器の順に循環する第二の冷媒回路とを有し、
前記第一膨張手段と前記吸熱器との間の冷媒の一部を、前記第一圧縮機の吸入側の冷媒と熱交換させる冷媒間熱交換器を設け、前記冷媒間熱交換器を通過した冷媒を第二圧縮機の吸入側に戻すようにした冷凍サイクル装置。
【請求項２】
冷媒が、第一圧縮手段、第一熱交換器、第一膨張手段、主膨張手段、吸熱器、低圧側圧縮手段の順に循環する第一の冷媒回路と、第二圧縮手段、第二熱交換器、第二膨張手段、前記主膨張手段、前記吸熱器、前記低圧側圧縮手段の順に循環する第二の冷媒回路とを有し、
前記主膨張手段と前記第一膨張手段との間の冷媒の一部を、前記低圧側圧縮手段の下流側であって前記第一圧縮手段の吸入側の冷媒と熱交換させる冷媒間熱交換器を設け、前記冷媒間熱交換器を通過した冷媒を前記第二圧縮手段の吸入側にインジェクションするようにした冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記吸熱器の下流側の冷媒を、前記第一熱交換器の下流側の冷媒と熱交換するようにしたことを特徴とする、請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機の冷凍サイクルの発明であって、より詳細には、温度帯の異なる複数の熱交換器を有する冷凍装置に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温用熱交換器と低温用熱交換器からなる、温度帯の異なる複数の熱交換器を有する冷凍装置において、それぞれの熱交換器に冷媒を供給するため、高温用熱交換器に冷媒を供給する高温用圧縮手段としての高温用圧縮機と、低温用熱交換器に冷媒を供給する低温用圧縮手段としての低温用圧縮機とを備えた冷凍装置がある。（特許文献１）
このような冷凍装置においては、低温用熱交換器は高温用熱交換器に比べ温度が低いため、低温用圧縮手段の吐出冷媒の温度も高温用圧縮手段の吐出冷媒温度に比べ低温で良いが、吸熱器を経て低温用圧縮手段および高温用圧縮手段に導入される冷媒の温度は同じである。
【０００３】
ここで低温と高温とを作り出すためには、圧縮手段あるいは熱交換器で冷媒温度をコントロールすることが考えられるが、低温用圧縮手段に、高温用圧縮手段に導入される冷媒と同じ温度の冷媒を供給しているため、低温用熱交換器を含む冷凍サイクルの熱が有効に利用されていない。
【０００４】
また、上述した冷凍装置においては、凝縮器の温度を高くするためには圧縮機からの冷媒吐出圧力を高くする必要があるため、圧縮機での圧縮比を大きくする必要がある。しかしながら、単段圧縮で圧縮比を大きくすると圧縮機での損失が多くなるため、高い吐出圧力が必要な場合には、冷媒の圧縮を低圧圧縮手段と高圧圧縮手段からなる複数の圧縮手段で行う、多段圧縮が採用されている。
【０００５】
しかしながら、上述したような多段圧縮を採用した冷凍装置の場合、高い圧力で冷凍サイクルの運転を行い凝縮器の温度を高くすることが可能であるが、圧縮機の吐出温度が高温になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２０９０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高温用熱交換器と低温用熱交換器からなる、温度帯の異なる複数の熱交換器を有する冷凍装置において、冷凍サイクルの運転効率をよくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上述の課題を解決するため、請求項１に関する発明は、冷媒が、第一圧縮機、第一熱交換器、第一膨張手段、吸熱器の順に循環する第一の冷媒回路と、第二圧縮機、第二熱交換器、第二膨張手段、前記吸熱器の順に循環する第二の冷媒回路とを有し、
前記第一膨張手段および前記第二膨張手段の下流側であって前記吸熱器の上流側の冷媒の一部を、前記第一圧縮機の吸入側の冷媒と熱交換させる冷媒間熱交換器を設け、前記冷媒間熱交換器を通過した冷媒を第二圧縮機の吸入側に戻すようにしたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に関する発明は、冷媒が、第一圧縮手段、第一熱交換器、第一膨張手段、主膨張手段、吸熱器、低圧側圧縮手段の順に循環する第一の冷媒回路と、第二圧縮手段、第二熱交換器、第二膨張手段、前記主膨張手段、前記吸熱器、前記低圧側圧縮手段の順に循環する第二の冷媒回路とを有し、
前記主膨張手段の下流側であって前記吸熱器の上流側の冷媒の一部を、前記低圧側圧縮手段の下流側であって前記第一圧縮手段の吸入側の冷媒と熱交換させる冷媒間熱交換器を設け、前記冷媒間熱交換器を通過した冷媒を前記第二圧縮手段の吸入側にインジェクションするようにしたことを特徴としている。
【００１０】
さらには、請求項３に関する発明は、前記吸熱器の下流側の冷媒を、前記第一熱交換器の下流側の冷媒と熱交換するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
低温用熱交換器は高温用熱交換器に比べ温度が低いため、低温用圧縮手段の吐出冷媒の温度も高温用圧縮手段の吐出冷媒温度に比べ低温で良いが、吸熱器を経て低温用圧縮手段および高温用圧縮手段に導入される冷媒の温度は同じであるため、冷媒間熱交換器を用いない場合には、圧縮手段及び熱交換器で冷媒温度をコントロールし、低温と高温とを作り出す必要がある。
【００１２】
請求項１および請求項２に係わる発明によれば、冷媒の一部を、低温用熱交換器に冷媒を供給する第一圧縮機の吸入側の冷媒と熱交換させる冷媒間熱交換器を通過させ、高温用熱交換器に冷媒を供給する第二圧縮機の吸入側に戻すようにすることで、吸熱器から、低温用圧縮手段を経て低温用熱交換器に供給される冷媒および、高温用圧縮手段を経て高温用熱交換器に供給される冷媒のうち、低温用熱交換器に供給される冷媒の熱を、冷媒が低温用圧縮手段に導入される前に高温用熱交換器に供給される冷媒に与えることが可能になる。
【００１３】
このように、低温用熱交換器には不必要となる熱を、低温用圧縮手段に冷媒が吸入される前に高温用圧縮手段の吸入冷媒に伝達し、高温用熱交換器で利用することが可能となるため、冷凍サイクルの運転効率を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項３に係わる発明は、低温用熱交換器の出口側冷媒と吸熱器の出口側冷媒とを熱交換させることで、吸熱器の出口側冷媒に熱を与えることが可能となるため、低温用熱交換器を通過した冷媒の過冷却を得ると同時に、膨張手段で減圧された冷媒に熱を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例である冷凍サイクルの説明図である。
【図２】本発明の他の実施例である冷凍サイクルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、実施例としては、空気調和機等に用いられて温水を生成する冷凍サイクル装置であって、多段圧縮を行うものを例として説明することとする。
【００１７】
図１は、本発明に係る第一の実施例を示す冷凍サイクル装置の説明図であり、図２は本発明に係る第二の実施例を示す説明図である。これらの冷凍サイクル装置は、第一熱交換器41としての低温用熱交換器と、第二熱交換器42としての高温用熱交換器とを備え、第一熱交換器41から第二熱交換器42の順に水を循環させ温水を得るための水回路71を有している。
【００１８】
水を第一熱交換器41から第二熱交換器42の順に循環させることで、高い温度の熱交換器のみで水と冷媒を熱交換させる場合に比べ、それぞれの熱交換器を順に通過する水と冷媒の温度差を少なくすることができるため、冷媒と水の熱交換効率を高くすることができる。
【実施例１】
【００１９】
図１に示すように、実施例１における冷凍サイクル装置は、冷媒が、第一圧縮機としての低温用圧縮機11、第一熱交換器41、第一膨張手段21、主膨張手段23、吸熱器43、低圧側圧縮機10の順に循環する第一の冷媒回路と、第二圧縮機としての高温用圧縮機12、第二熱交換器42、第二膨張手段22、主膨張手段23、吸熱器43、低圧側圧縮機10の順に循環する第二の冷媒回路とを有し、主膨張手段10と第一膨張手段21との間の冷媒の一部を、低圧側圧縮機10の下流側であって第一圧縮機11の吸入側の冷媒と熱交換させる主冷媒間熱交換器33を設け、主冷媒間熱交換器33を通過した冷媒を高温用圧縮機12の吸入側に、インジェクションポート61を介してインジェクションするようにした冷凍サイクル装置である。
【００２０】
このように、高温用圧縮機12の吸入側に主膨張手段10と第一膨張手段21との間の冷媒の一部をインジェクションするようにしたため、高温用圧縮機12吐出冷媒の温度が高くなることを防止できる。
【００２１】
また、主冷媒間熱交換器33で低温用圧縮機11の吸入側の冷媒と高温用圧縮機12の吸入側にインジェクションする冷媒とを熱交換させるようにしたため、低温側冷媒回路の冷媒の熱を、高温側冷媒回路に与えることが可能となる。
【００２２】
例えば、第一熱交換器41を含む低温側冷媒回路と第二熱交換器42を含む高温側冷媒回路において水回路71で温水を生成する場合、あえて第一熱交換器41の温度を第二熱交換器42よりも低くしている。上述した実施例1のような構成によれば、このような運転状況において、第一熱交換器41で不必要となる分の熱を、第二熱交換器42を含む高温側冷媒回路に与えることが可能となる。
【００２３】
さらに、吸熱器43の下流側の冷媒と、第一熱交換器41の下流側の冷媒とを、第2冷媒間熱交換器32を用いて熱交換するようになっている。この熱交換を行うことで、第一熱交換器41を通過した冷媒の過冷却を得ると同時に、吸熱器43を通過した冷媒を過熱することが可能となる。
【００２４】
このように吸熱器43を通過した冷媒に熱を与えることで、例えば吸熱器43を通過した冷媒に液相状態の冷媒が残っていたとしても、第2冷媒間熱交換器32でさらに吸熱させることで気相状態とすることが可能になる。
【００２５】
さらに、前記主膨張手段23と前記第一膨張手段21との間から前記主冷媒間熱交換器33に導入される冷媒と、前記第二熱交換器42の下流側の冷媒とを、第1冷媒間熱交換器31を用いて熱交換するようになっている。この熱交換を行うことで、前記第二熱交換器42を通過した冷媒の過冷却を得ると同時に、前記主冷媒間熱交換器33に導入される冷媒に熱を与えることが可能となる。
【００２６】
また、低圧側圧縮機10と低温用圧縮機11との間及び、低圧側圧縮機10と高温用圧縮機12との間に、第1流量調節弁51および第2流量調節弁52を配置している。
【００２７】
さらに、主膨張手段23と第一膨張手段21との間から、主冷媒間熱交換器33を介して高温用圧縮12の吸入側にインジェクションする冷媒回路に、第3流量調節弁53を配置している。
これにより、第一熱交換器41、第二熱交換器42及び冷媒間熱交換器における冷媒流量を、適宜調節するようにしている。
【００２８】
ここで吸熱器43は、図示しない送風機を用いて外気と熱交換を行うようにしても良いし、電熱ヒーターや他の冷凍サイクルなどの熱源から冷媒に熱を与えるようにしても良い。
【実施例２】
【００２９】
図２に示す実施例２においては、主膨張手段としてエジェクタ24を用いており、エジェクタ24に導入された冷媒は気液分離器62で気相冷媒と液相冷媒に分離され、気相冷媒は低圧側圧縮機10に供給される。また、気液分離器62で分離された液相冷媒は、第2冷媒間熱交換器32で第一熱交換器41の下流側の冷媒と熱交換したのち吸熱器43で熱交換され、エジェクタ24へ導入されるようになっている。
【００３０】
このように、膨張手段としてエジェクタ24を用いるため、減圧時のエネルギー損失を低減することができる。
【００３１】
また、気液分離器62で分離された液相冷媒を、第一熱交換器41の下流側の冷媒と熱交換するようにしたため、吸熱器43での吸熱と合わせ、液冷媒により多くの熱を与えることができるようになっている。
【００３２】
また、高温用熱交換器を有する冷媒回路の冷媒圧力を第二膨張手段22で減圧した後、低温用熱交換器を有する冷媒回路の冷媒と合流させ、合流した冷媒の圧力を第一膨張手段21で減圧するようにしている。これは、高温用熱交換器を有する冷媒回路の冷媒圧力の方が低温用熱交換器を有する冷媒回路の冷媒圧力よりも高いため、第一膨張手段21の上流側で高温用熱交換器を有する冷媒回路の冷媒圧力を減圧し、低温用熱交換器を有する冷媒回路の冷媒圧力と同じにした後、第一膨張手段21で減圧するためである。
【００３３】
この他、実施例１と共通する構成については同様の付番をし、詳細な説明は省略する。
【００３４】
尚、以上説明した実施例では、低圧側圧縮機を有し多段圧縮を行う冷凍サイクル装置について説明したが、これに限るものでなく、例えば、主膨張手段23を用いることなく第一膨張手段21と第二膨張手段22のみで減圧を行い、冷媒の圧縮を、低圧側圧縮機10を用いることなく低温用圧縮機11と高温用圧縮機12のみで行うようにした冷凍サイクル装置においても同様に適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
10  低圧側圧縮機
11  低温用圧縮機
12  高温用圧縮機
21  第一膨張手段
22  第二膨張手段
23  主膨張手段
24  エジェクタ
31  第1冷媒間熱交換器
32  第2冷媒間熱交換器
33  主冷媒間熱交換器
41  第一熱交換器
42  第二熱交換器
43  吸熱器
51  第1流量調節弁
52  第2流量調節弁
53  第3流量調節弁
61  インジェクションポート
62  気液分離器
71  水回路
【図１】
2010236796.tif 000003
【図２】
2010236796.tif 000004