(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧凝縮器と低圧凝縮器、少なくとも１以上の蒸発器、前記高圧凝縮器に接続された圧縮機と前記低圧凝縮器に接続されたもうひとつの圧縮機を備え、前記高圧凝縮器に接続された圧縮機と前記低圧凝縮器に接続されたもうひとつの圧縮機は、それぞれ独立した駆動モータにより回転駆動されるようになっている二重冷凍サイクルを具備する圧縮式冷凍機であって、
前記蒸発器に前記圧縮機を接続すると共に、前記蒸発器に前記もうひとつの圧縮機を接続し、
前記低圧凝縮器から前記蒸発器へ冷媒を導く冷媒配管を備えると共に、該冷媒配管の途中に膨張弁を設け、
前記高圧凝縮器で凝縮した冷媒液を略全量前記低圧凝縮器に導入すると共に、前記高圧凝縮器に接続された前記圧縮機と前記高圧凝縮器との間、前記低圧凝縮器に接続された前記もうひとつの圧縮機と前記低圧凝縮器との間、若しくは前記高圧凝縮器と前記低圧凝縮器との間の少なくともいずれかに制御弁を設け、
前記制御弁は、前記いずれかの圧縮機の運転と連動して開閉することを特徴とする圧縮式冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮式冷凍機において、
前記蒸発器は、高圧蒸発器と低圧蒸発器からなり、
前記低圧凝縮器の出口に、冷媒を冷却する中間冷却器を設けたことを特徴とする圧縮式冷凍機。
【請求項３】
請求項２に記載の圧縮式冷凍機において、
前記中間冷却器からの冷媒蒸気を前記低圧凝縮器に接続された前記もうひとつの圧縮機の中間吸込み口に導入することを特徴とする圧縮式冷凍機。
【請求項４】
請求項３に記載の圧縮式冷凍機において、
前記低圧凝縮器に接続された前記もうひとつの圧縮機は、前記高圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して前記低圧凝縮器に送る低ヘッド圧縮機であり、
前記高圧凝縮器に接続された前記圧縮機は、前記低圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して前記高圧凝縮器に送る高ヘッド圧縮機であり、
前記低圧凝縮器の出口に冷媒を冷却する中間冷却器を設け、該中間冷却器の冷媒蒸気を前記低ヘッド圧縮機の中間吸込み口に導入することを特徴とする圧縮式冷凍機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
単一の缶胴を隔壁で上下に仕切って上部室と下部室とに構成し、
前記上部室に前記高圧凝縮器を配置すると共に、下部室に前記低圧凝縮器を配置し、
前記隔壁に孔を設け、前記高圧凝縮器から前記低圧凝縮器へ冷媒の導入は前記隔壁に設けた孔を通して行うことを特徴とする圧縮式冷凍機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
前記低圧蒸発器に供給される冷媒は、前記高圧蒸発器で該高圧蒸発器の蒸発温度まで冷却された冷媒であることを特徴とする圧縮式冷凍機。
【請求項７】
請求項６に記載の圧縮式冷凍機において、
前記高圧蒸発器の入口に、冷媒を冷却する中間冷却器を設けたことを特徴とする圧縮式冷凍機。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
前記高圧蒸発器と前記低圧蒸発器を単一の缶胴に配置したことを特徴とする圧縮式冷凍機。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
前記高圧蒸発器にオーバーフロー堰を設け、
前記オーバーフロー堰を越えた冷媒が前記低圧蒸発器に流入するように構成したことを特徴とする圧縮式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮冷凍機に関し、特に二重冷凍サイクルを備えた高性能の圧縮式冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来のこの種の二重冷凍サイクルを備えた圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１００は、低圧側蒸発器１０１、高圧側蒸発器１０２、低圧側圧縮機１０３、高圧側圧縮機１０４、低圧側凝縮器１０５、及び高圧側凝縮器１０６、低圧側膨張弁１０７、高圧側膨張弁１０８を備えている。
【０００３】
低圧側蒸発器１０１で蒸発された冷媒蒸気は低圧側圧縮機１０３に送られ圧縮され、該圧縮された冷媒蒸気は低圧側凝縮器１０５で凝縮され冷媒凝縮液となり、該凝縮冷媒液は低圧側膨張弁１０７を介して低圧側蒸発器１０１に送られ、低圧側冷凍サイクルが構成される。また、高圧側蒸発器１０２で蒸発した冷媒蒸気は高圧側圧縮機１０４に送られ圧縮され、該圧縮された冷媒蒸気は高圧側凝縮器１０６で凝縮され冷媒凝縮液となり、該冷媒凝縮液は高圧側膨張弁１０８を介して高圧側蒸発器１０２に送られ、高圧側冷凍サイクルが構成される。
【０００４】
低圧側凝縮器１０５と高圧側凝縮器１０６とは冷却水１１０が通る配管により、低圧側蒸発器１０１と高圧側蒸発器１０２とは冷水１２０が通る配管によりそれぞれ連絡されており、冷却水１１０は低圧側凝縮器１０５から高圧側凝縮器１０６へ、冷水１２０は高圧側蒸発器１０２から低圧側蒸発器１０１へと流れるようになっている。低圧側蒸発器１０１及び高圧側蒸発器１０２では、冷水１２０から熱を奪って冷媒を蒸発させ、冷水１２０を冷却させる。また、低圧側凝縮器１０５及び高圧側凝縮器１０６では、圧縮冷媒が冷却水１１０により冷却され冷媒凝縮液となる。
【０００５】
二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機は、一般に高圧側冷凍サイクルと低圧側冷凍サイクルの２つの冷凍サイクルを冷水及び冷却水で連絡することで、一方或いは両方の冷凍サイクルの圧縮ヘッドを小さくすることで省エネルギー化を図る冷凍機である。その接続方法などによりいくつかのパターンがあるが、基本的に、凝縮器、蒸発器、圧縮機、中間冷却器、膨張弁、過冷却器などの要素機器は、各々２台必要となる。これはコスト的に大きな負担となる。
【０００６】
更に、冷凍サイクルがモータ等の機器に連通している場合には、冷媒の偏りを検出して補正することが必要となる。また、二重冷凍サイクルはそれ自体非常に高効率の冷凍サイクルであるが、更なる効率化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３６４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術では上記のように、凝縮器、蒸発器、圧縮機、中間冷却器、膨張弁、過冷却器などの要素機器が各々２台必要となり、コスト的に大きな負担になるとい問題や、更なる高効率化に答えることができなかった。また、圧縮機を１台のみ運転する場合、多数の制御弁を要し、更に凝縮器の隔壁に高い耐圧が必要になるなどの問題があった。なお、冷媒の偏りを是正し低格負荷から部分負荷（低負荷条件）までの幅広い範囲で高効率運転が行える圧縮機式冷凍機としては、特許文献１に紹介したものがあるが、二重冷凍サイクル圧縮機式冷凍機のコストダウンと効率の改善を図ったものではない。
【０００９】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、既存の二重冷凍サイクル圧縮式冷凍機に比して高効率で、且つ安価な圧縮式冷凍機を提供することを目的とする。また、低負荷時の冷凍機の効率を向上することができる圧縮式冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明は、高圧凝縮器と低圧凝縮器、少なくとも１以上の蒸発器、高圧凝縮器に接続された圧縮機と低圧凝縮器に接続されたもうひとつの圧縮機を備え、高圧凝縮器に接続された圧縮機と低圧凝縮器に接続されたもうひとつの圧縮機は、それぞれ独立した駆動モータにより回転駆動されるようになっている二重冷凍サイクルを具備する圧縮式冷凍機であって、蒸発器に圧縮機を接続すると共に、蒸発器にもうひとつの圧縮機を接続し、低圧凝縮器から蒸発器へ冷媒を導く冷媒配管を備えると共に、該冷媒配管の途中に膨張弁を設け、高圧凝縮器で凝縮した冷媒液を略全量低圧凝縮器に導入すると共に、高圧凝縮器に接続された圧縮機と高圧凝縮器との間、低圧凝縮器に接続されたもうひとつの圧縮機と低圧凝縮器との間、若しくは高圧凝縮器と低圧凝縮器との間の少なくともいずれかに制御弁を設け、制御弁は、いずれかの圧縮機の運転と連動して開閉することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記圧縮式冷凍機において、蒸発器は、高圧蒸発器と低圧蒸発器からなり、低圧凝縮器の出口に、冷媒を冷却する中間冷却器を設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記圧縮式冷凍機において、中間冷却器からの冷媒蒸気を低圧凝縮器に接続されたもうひとつの圧縮機の中間吸込み口に導入することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記圧縮式冷凍機において、低圧凝縮器に接続されたもうひとつの圧縮機は、高圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して低圧凝縮器に送る低ヘッド圧縮機であり、高圧凝縮器に接続された圧縮機は、低圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して高圧凝縮器に送る高ヘッド圧縮機であり、低圧凝縮器の出口に冷媒を冷却する中間冷却器を設け、該中間冷却器の冷媒蒸気を低ヘッド圧縮機の中間吸い込み口に導入することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記圧縮式冷凍機において、単一の缶胴を隔壁で上下に仕切って上部室と下部室とに構成し、上部室に高圧凝縮器を配置すると共に、下部室に低圧凝縮器を配置し、隔壁に孔を設け、高圧凝縮器から低圧凝縮器へ冷媒の導入は隔壁に設けた孔を通して行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記圧縮式冷凍機において、低圧蒸発器に供給される冷媒は、高圧蒸発器で該高圧蒸発器の蒸発温度まで冷却された冷媒であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上記圧縮式冷凍機において、高圧蒸発器の入口に、冷媒を冷却する中間冷却器を設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記圧縮式冷凍機において、高圧蒸発器と低圧蒸発器を単一の缶胴に配置したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、上記圧縮式冷凍機において、高圧蒸発器にオーバーフロー堰を設け、オーバーフロー堰を越えた冷媒が低圧蒸発器に流入するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、高圧凝縮器で凝縮した冷媒液を略全量低圧凝縮器に導入すると共に、高圧凝縮器に接続された圧縮機と高圧凝縮器との間、低圧凝縮器に接続されたもうひとつの圧縮機と低圧凝縮器との間、若しくは高圧凝縮器と低圧凝縮器との間の少なくともいずれかに制御弁を設け、又は低圧凝縮器に接続された圧縮機は、高圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して低圧凝縮器に送る低ヘッド圧縮機であり、高圧凝縮器に接続された圧縮機は、低圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して高圧凝縮器に送る高ヘッド圧縮機であり、低圧凝縮器の出口に冷媒を冷却する中間冷却器を設け、該中間冷却器の冷媒蒸気を低ヘッド圧縮機の中間吸い込み口に導入し、高圧凝縮器で凝縮した冷媒液を低圧凝縮器に導入するようにしたので、高圧側の冷媒凝縮液は一部気化し、低圧側の冷媒凝縮液と同じ温度まで冷却され、気化した冷媒蒸気は、低圧凝縮器で凝縮するため、実質的に冷凍機の負担は増えない。
【００２０】
また、低圧蒸発器に流入する冷媒は高圧蒸発器の飽和温度まで冷却されるため低圧蒸発器の負荷が小さくなる。更に、中間冷却器や膨張弁などの機器が１台で済むことになり、これにより既存の二重冷凍サイクルを具備する圧縮式冷凍機に比して安価で更に効率のよい圧縮式冷凍機を提供できるという効果が得られる。
【００２１】
更に、圧縮機と凝縮器との間に設けられた制御弁を操作することにより、低負荷時には２台の圧縮機のどちらか一方のみにより冷凍機を運転することが可能となる。これにより、低負荷時の冷凍機の効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。
【図６】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。
【図７】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。
【図８】従来の二重冷凍サイクルを備えた圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明に係る圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮機式冷凍機１０−１は、低圧蒸発器（ＥＬ）１２、高圧蒸発器（ＥＨ）１４、低圧圧縮機１６、高圧圧縮機１８、低圧凝縮器（ＣＬ）２０、及び高圧凝縮器（ＣＨ）２２を備えている。各機器は冷媒配管で接続され、低圧圧縮機１６及び高圧圧縮機１８はそれぞれ独立した駆動モータＭで回転駆動されるようになっている。
【００２４】
低圧蒸発器１２で蒸発された冷媒蒸気は低圧圧縮機１６に送られ圧縮され、該圧縮された冷媒蒸気は制御弁Ｖ２を通って低圧凝縮器２０で流入し凝縮され冷媒凝縮液となり、該凝縮冷媒液は膨張弁２６を通って高圧蒸発器１４に送られる。該高圧蒸発器１４で蒸発した冷媒蒸気は高圧圧縮機１８に送られ圧縮され、該圧縮された冷媒蒸気は制御弁Ｖ１を通って高圧凝縮器２２に送られ凝縮されて冷媒凝縮液となり、該冷媒凝縮液はオリフィス２４を通って低圧凝縮器２０に導入される。
【００２５】
なお、図示は省略するが、図８と同様、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０とは冷却水が通る配管により、低圧蒸発器１２と高圧蒸発器１４とは冷水の通る配管によりそれぞれ連絡されており、冷却水は低圧凝縮器２０から高圧凝縮器２２へ、冷水は高圧蒸発器１４から低圧蒸発器１２へと流れるようになっている。高圧蒸発器１４及び低圧蒸発器１２では、冷水から熱を奪って冷媒を蒸発させ、冷水を冷却させる。また、低圧凝縮器２０及び高圧凝縮器２２では、圧縮冷媒が冷却水により冷却され冷媒凝縮液となる。
【００２６】
本圧縮式冷凍機１０−１では、上記のように高圧凝縮器２２で凝縮した冷媒液はオリフィス２４を通って低圧凝縮器２０へと送られる。低圧凝縮器２０には冷媒を過冷却させる過冷却器３８（図２参照）を設けても良い。低圧凝縮器２０で凝縮した冷媒液は膨張弁２６を通して膨張して高圧蒸発器１４へ送られる。低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４にはそれぞれ液面検出器（ＬＶ）２８、液面検出器（ＬＶ）３０を備えており、低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４の冷媒液面レベルを一定とするよう、膨張弁２６及び移動弁３２の開度が制御されるようになっている。具体的には、低圧蒸発器１２の液面レベルの変化を液面検出器２８で検出し、移動弁３２の開度を制御することにより、高圧蒸発器１４から低圧蒸発器１２へ移動する冷媒量を調整し、高圧蒸発器１４の冷媒液面を液面検出器３０で検出し、膨張弁２６の開度を制御することにより、低圧凝縮器２０から高圧蒸発器１４に移動する凝縮冷媒液量を制御して、低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４の冷媒液面レベルが一定になるようにする。
【００２７】
図２は、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０を合体した凝縮器の構成を示す図である。図示するように、凝縮器３４は単一の缶胴（ケーシング）３５を隔壁３６で上下に仕切り、該隔壁３６を介在させて上部室に高圧凝縮器２２を下部室に低圧凝縮器２０を配置し、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０が上下に重なり合って配置された構成である。隔壁３６にはオリフィス２４として機能する小孔３６ａが設けられており、該小孔３６ａを通っても冷媒は高圧凝縮器２２から低圧凝縮器２０に移動する。小孔３６ａの大きさは、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０の圧力差と凝縮冷媒液の量により設計されるが、一般的に多少大きくても、蒸気の比容積は液に比べて格段に大きく、特に低圧冷媒とされるＨＦＣ２４５ｆａやＨＣＦＣ１２３では、冷媒蒸気の吹き抜け量は小さく、性能への影響は小さい。また、一般に圧力差がつく場合は凝縮冷媒液量が多くなるので、流量特性上、吹き抜け量は自律的に抑制される。
【００２８】
図３は、高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２を合体した蒸発器４０の構成を示す図である。図示するように、蒸発器４０は単一の缶胴（ケーシング）４１内を隔壁４２で仕切り、該隔壁４２を挟んで高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２を水平に配置している。高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２はオーバーフロー堰４４を介して隣り合っており、高圧蒸発器１４からオーバーフロー堰４４を越えて溢れた冷媒液は、隔壁４２に設けた小孔４２ａを通って低圧蒸発器１２へと移動する。この場合も、小孔４２ａからの冷媒吹き抜けは自律的に抑制される。
【００２９】
図４は本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−２は、低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４、低圧圧縮機１６、高圧圧縮機１８、低圧凝縮器２０、及び高圧凝縮器２２を備えている点は、圧縮式冷凍機１０−１と同様である。但し、オリフィス２４に代えて、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０との間に制御弁Ｖ３を設けている。この制御弁Ｖ３は、開閉操作を行うことができる以外は、オリフィス２４と同等である。
【００３０】
図１に示す圧縮式冷凍機１０−１では、高圧蒸発器１４及び低圧蒸発器１２の双方の冷媒液面レベルを液面検出器３０、液面検出器２８で監視し、その冷媒液面レベルの変化により移動弁３２と膨張弁２６の開度を制御した。図４に示す圧縮式冷凍機１０−２では、図３に示すように高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２の間にオーバーフロー堰４４を設け、該オーバーフロー堰４４をオーバーフローした冷媒液を隔壁４２に設けたオリフィス４６としての小孔４２ａを介して低圧蒸発器１２に送ることとした。ここで、膨張弁２６の開度は低圧蒸発器１２の液面レベルを液面検出器２８で監視し、その液面レベルの変化に応じて制御することとする。
【００３１】
このようにすると、高圧蒸発器１４の液面レベルはオーバーフロー堰４４により一定に保たれ、膨張弁２６の開閉により低圧凝縮器２０から高圧凝縮器２２に供給される冷媒液量が変化し、オーバーフロー量が増減することになる。従って、低圧蒸発器１２の冷媒液面レベルを液面検出器２８で検出し、該冷媒液面レベル検出値によって膨張弁２６の開度を制御することで、低圧蒸発器１２の冷媒量と冷媒循環量は適切に制御されることになる。
【００３２】
図５は本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−３は、低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４、低圧圧縮機１６−１と１６−２を備えた二段式の低圧圧縮機１６’、高圧圧縮機１８−１と１８−２を備えた二段式の高圧圧縮機１８’、低圧凝縮器２０、高圧凝縮器２２、中間冷却器（エコノマイザ）４８を備えている。
【００３３】
中間冷却器４８は低圧凝縮器２０と高圧蒸発器１４との間に設ける。中間冷却器４８で気化した冷媒蒸気は、二段式の低圧圧縮機１６’の中間吸い込み口へ戻している。低圧凝縮器２０から中間冷却器４８に送る凝縮冷媒液は低圧蒸発器１２の冷媒液面レベルを液面検出器２８で監視し、膨張弁５２の開度を制御することにより制御する。また、中間冷却器４８からの冷媒液はオリフィス５０を通して高圧蒸発器１４に送られるようになっている。
【００３４】
図６は本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−４は、低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４、圧縮機１７−１と１７−２を備えた二段式の高ヘッド圧縮機１７、圧縮機１９−１と１９−２を備えた二段式の低ヘッド圧縮機１９、低圧凝縮器２０、高圧凝縮器２２、中間冷却器（エコノマイザ）４８を備えている。
【００３５】
本圧縮式冷凍機１０−４では、中間冷却器４８を低圧凝縮器２０と高圧蒸発器１４との間に設ける。低圧蒸発器１２から高圧凝縮器２２に送る冷媒蒸気を圧縮する高ヘッド圧縮機１７と、高圧蒸発器１４から低圧凝縮器２０に送る冷媒蒸気を圧縮する低ヘッド圧縮機１９を設けている。中間冷却器４８で気化した冷媒蒸気は、低ヘッド圧縮機１９の中間吸込み口へ戻している。低圧凝縮器２０から中間冷却器４８に送る凝縮冷媒液は低圧蒸発器１２の液面レベルを液面検出器２８で監視し、膨張弁５２の開度を制御することにより制御する。また、中間冷却器４８からの冷媒液はオリフィス５０を通って高圧蒸発器１４に送られるようになっている。
【００３６】
上記圧縮式冷凍機１０−１〜１０−４は、高圧凝縮器２２で凝縮した冷媒液をオリフィス２４（図１、図５参照）若しくは制御弁Ｖ３，Ｖ５（図４、図６参照）を通して低圧凝縮器２０へ導くことにより、高圧側の冷媒凝縮液は一部気化し、低圧側の冷媒凝縮液と同じ温度まで冷却される。ここで気化した冷媒蒸気は、低圧凝縮器２０でただちに凝縮するため、圧縮機の蒸気流量は増えず、実質的に冷凍機の負担は増えない。これにより、高圧側冷媒液は過冷却器を用いずに、低圧凝縮器２０の温度まで冷却されたと同じ状態となる。なお、図２に示すように、過冷却器３８を設け、低圧側の冷媒液を過冷却すれば、更に冷却効率は向上する。
【００３７】
また、低圧蒸発器１２には高圧凝縮器２２或いは中間冷却器４８から直接冷媒液を導くのではなく、凝縮液を一度高圧蒸発器１４に導き、そして高圧蒸発器１４の内で該高圧蒸発器１４の蒸発温度まで冷却された冷媒液を、低圧蒸発器１２に導くことにより、膨張弁（膨張弁２６、５２）が１台でも低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４の２つの蒸発器に冷媒を供給でき、制御等も容易となる。中間冷却器４８を設けた場合でも１台の中間冷却器４８で全ての冷媒を冷却できる。
【００３８】
また、高圧蒸発器１４は、凝縮器（高圧凝縮器２２、低圧凝縮器２０）若しくは中間冷却器４８との温度差に相当する冷媒を気化するが、低圧蒸発器１２では、その分冷媒蒸気が減少する。ここで、圧縮式冷凍機１０−４では、低圧蒸発器１２から高圧凝縮器２２への冷媒蒸気を圧縮する高ヘッド圧縮機１７と、高圧蒸発器１４から低圧凝縮器２０への冷媒蒸気を圧縮する低ヘッド圧縮機１９とを設けている場合、低ヘッド圧縮機１９側の冷媒蒸気流量が増えるが、高ヘッド圧縮機１７側の冷媒蒸気量が減少することになる。故に、所要動力が削減され、必要な動力が節減されることになる。なお、図６では、二段式の圧縮機としているが、単段の圧縮機による場合でも同様の作用効果がある。
【００３９】
なお、圧縮式冷凍機１０−３のように低圧蒸発器１２から低圧凝縮器２０へ送る冷媒蒸気を圧縮する二段式の低圧圧縮機１６’と、高圧蒸発器１４から高圧凝縮器２２へ送る冷媒蒸気を圧縮する二段構成の高圧圧縮機１８’とを設けている場合、中間冷却器４８で気化分離された冷媒蒸気は、低圧圧縮機１６’の中間吸込み口に戻すほうが、凝縮器（高圧凝縮器２２、低圧凝縮器２０）と中間冷却器４８のヘッド差が小さいので有利である。
【００４０】
なお、高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２、或いは高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０の、いずれか一組を、単一の蒸発器或いは凝縮器とすることも考えられる。図７は高圧蒸発器と低圧蒸発器を単一の蒸発器とした圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−５は高圧蒸発器と低圧蒸発器を単一の蒸発器とした蒸発器１３を備え、蒸発器１３からの冷媒蒸気を高圧圧縮機１８と低圧圧縮機１６に送り、高圧圧縮機１８で圧縮した冷媒蒸気を高圧凝縮器２２に送り凝縮冷媒液とし、低圧圧縮機１６で圧縮した冷媒蒸気を低圧凝縮器２０に送り凝縮冷媒液としている。
【００４１】
高圧凝縮器２２の凝縮冷媒液をオリフィス２４を通して低圧凝縮器２０へ導入するようになっており、蒸発器１３の冷媒液面レベルを液面検出器３０で監視し、蒸発器１３の冷媒液面レベルが一定となるように、膨張弁２６の開度を制御し、低圧凝縮器２０から蒸発器１３に移動する凝縮冷媒液量を制御する。
【００４２】
上記圧縮式冷凍機１０−５では、当然にしてその効果は減少するが、従来の単一冷凍サイクルの冷凍機に比しては、高性能の冷凍機となる。また、従来の冷凍機と同様、高圧凝縮器出口のオリフィス２４を自動弁として開度を制御しても良く、膨張弁２６についても、従来と同様に低圧凝縮器２０の液面等により制御しても差し支えない。当然、所謂フロート弁等によっても良い。
【００４３】
次に上記本発明に係る圧縮式冷凍機について、圧縮機の一方のみを停止する場合について説明する。圧縮機は運転中には冷媒は一方方向にしか流れないが、停止すると、冷媒が逆流するため、特段の配慮が必要となる。また、冷媒配管を通して缶同同士が均圧するため、運転中の缶胴と停止中の缶胴とが隣り合っている場合などには運転中とは全く異なる圧力差が生じ、通常の隔壁では耐圧が不足する等の課題があることが知られている。更に、各々の熱交換器の接続によっては、望ましくない冷媒の移動と、それに伴う熱の移動とが生じて、冷凍機の効率を悪化させるという問題もある。
【００４４】
例えば、図８に示す従来構成の圧縮式冷凍機１００では、圧縮機１０４を停止すると、圧縮機１０４を通して高圧側凝縮器１０６と、高圧側蒸発器１０２とが均圧するために、高圧側凝縮器１０６の圧力は高圧側蒸発器１０２と略同じ圧力となる。一方、高圧側蒸発器１０２の圧力は、通水されている冷却水１１０により冷却され、略低圧側蒸発器１０１と等しくなる。従って、高圧側凝縮器１０６と低圧側凝縮器１０５との間には、圧縮機の出入り圧力差と略等しい圧力差がかかる。高圧側凝縮器１０６と低圧側凝縮器１０５とは、前述したように一つの缶胴を隔壁により区分することが好ましいが、このように大きな圧力差（ＨＦＣ２４５ｆａの冷媒の場合で、０．２ＭＰａ程度）が生じると、隔壁の設計が難しい。更に凝縮器同士や蒸発器同士が、配管や圧縮機のシール管等を通じて連通している場合等では、望ましくない冷媒の移動が生じて効率を低下させる。そのために、本発明に係る圧縮式冷凍機では、次のような方法を採る。
【００４５】
先ず、図１の圧縮式冷凍機１０−１では、高圧凝縮器２２と高圧圧縮機１８との間に制御弁Ｖ１を設け、高圧圧縮機１８を停止する場合には、該制御弁Ｖ１を閉止することとした。このようにすると、高圧蒸発器１４における冷媒の蒸発が止まり、膨張弁２６により減圧され、一部気化した冷媒が、逆に高圧蒸発器１４において凝縮液化することになる。一方、低圧蒸発器１２は、低圧圧縮機１６が運転中であるために、高圧蒸発器１４よりも低圧となるため、この圧力差に駆動されて冷媒は高圧蒸発器１４から低圧蒸発器１２へと移動する。従って、冷凍機の運転は問題なく継続される。
【００４６】
上記圧縮式冷凍機１０−１では、更に低圧凝縮器２０と低圧圧縮機１６との間にも制御弁Ｖ２を設け、低圧圧縮機１６を停止する場合には、該制御弁Ｖ２を閉止することとした。このようにすると、高圧圧縮機１８の運転により、高圧凝縮器２２で凝縮した冷媒液は、凝縮しなかった冷媒蒸気とともに、オリフィス２４を通って低圧凝縮器２０へと流れる。低圧凝縮器２０における冷却水の温度は、高圧凝縮器２２のそれよりも低いため、冷媒液の一部が一度気化するが、低圧凝縮器２０では未凝縮の蒸気とともにこれを冷却凝縮する。ここで、低圧圧縮機１６が運転していないため、低圧凝縮器２０の熱負荷は非常に小さく、冷媒液は、冷凍機の冷却水入口温度に非常に近い温度まで冷却される。このため、冷凍機の効率は更に向上する。但し、この場合には運転中の高圧蒸発器１４の方が、低圧蒸発器１２よりも低圧となり、冷媒が逆流する可能性がある。その場合は、移動弁３２を閉止するのが良い。
【００４７】
上記の場合、どちらの場合であっても、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０の圧力は、オリフィス２４を通して連通されるために略等しくなる。従って、隔壁にかかる圧力は通常の運転中と同程度かそれ以下となり、隔壁に格別耐圧を持たせる必要がなくなる。なお、上記圧縮式冷凍機１０−１は２の制御弁Ｖ１、Ｖ２を有しているが、常に停止する圧縮機を一方の圧縮機（低圧圧縮機１６又は高圧圧縮機１８）に限定すれば、一方のみでよいことは言うまでもない。
【００４８】
次に、図４の圧縮式冷凍機１０−２について説明する。本圧縮式冷凍機１０−２では、図１の圧縮機（低圧圧縮機１６、高圧圧縮機１８）と凝縮器（低圧凝縮器２０、高圧凝縮器２２）との間に制御弁Ｖ１、Ｖ２を設けることに代えて、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０との間に、制御弁Ｖ３を設け、高圧圧縮機１８を停止する場合、該制御弁Ｖ３を閉止することとした。このようにすると、高圧凝縮器２２内の冷媒は気化すると高圧圧縮機１８を通って高圧蒸発器１４へと流入するが、高圧凝縮器２２内の冷媒保有量はごく少ないため、冷媒が無くなると逆流は生じなくなる。このとき、高圧凝縮器２２は高圧蒸発器１４とは同じ圧力となるため、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０とが隣り合わせの場合は、隔壁に耐圧が必要となるが、一般に冷媒蒸気の制御弁と冷媒液の制御弁では、比容積が大きく異なるために、冷媒液の制御弁である制御弁Ｖ３が小さい。そのため、大きい２つの制御弁Ｖ１，Ｖ２を具備する圧縮式冷凍機１０−１に比して、安価に製作することが可能となる。なお、冷媒の循環については、圧縮式冷凍機１０−１と同様である。
【００４９】
次に、図５の圧縮式冷凍機１０−３について説明する。本圧縮式冷凍機１０−３では、高圧圧縮機１８−１と高圧凝縮器２２の間に制御弁Ｖ４を設け、高圧圧縮機１８’を停止する場合にこれを閉止することとした。この場合は作用及び効果は図１の圧縮式冷凍機１０−１と同等である。但し、本圧縮式冷凍機１０−３では低圧圧縮機１６−１と低圧凝縮器２０の間には制御弁を設けていない。なぜならば、ここで制御弁を設けても、低圧圧縮機１６’を停止すると、中間冷却器４８から低圧圧縮機１６’へと冷媒が逆流するため、ここにも制御弁を設ける必要があるからである。即ち、本圧縮式冷凍機１０−３では制御弁Ｖ４の一つの操作のみで圧縮機を１台停止できることになる。
【００５０】
次に、図６の圧縮式冷凍機１０−４について説明する。本圧縮式冷凍機１０−４では、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０との間に制御弁Ｖ５を設け、高ヘッド圧縮機１７を停止した場合に、これを閉止することとした。この場合も、図４の圧縮式冷凍機１０−２と同等の作用効果を得ることができる。
【００５１】
次に、図７の圧縮式冷凍機１０−５について説明する。本圧縮式冷凍機１０−５では高圧圧縮機１８と高圧凝縮器２２との間に、制御弁Ｖ６を設けている。この場合も、図１の圧縮式冷凍機１０−１と同等の作用効果を得ることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用効果を奏する以上、本願発明の技術範囲である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機であって、低圧凝縮器に高圧凝縮器で凝縮した冷媒を導入し、低圧蒸発器に高圧蒸発器で蒸発温度まで冷却された冷媒を導入するので、高圧側の冷媒凝縮液は一部気化し、低圧側の冷媒凝縮液と同じ温度まで冷却され、気化した冷媒蒸気は、低圧凝縮器で凝縮するため、実施的に冷凍機の負担は増えない。また、低圧蒸発器に流入する冷媒は高圧蒸発器の飽和温度まで冷却されているために低圧蒸発器の負荷が小さくなる。更に、中間冷却器や膨張弁等の機器が１台で済むことになり、これにより、既存の二重冷凍サイクル圧縮式冷凍機に比して安価で、更に効率のよい圧縮式冷凍機として利用できる。また、圧縮機を１台停止して運転できるので、特に低負荷時に冷凍機の性能を低下させず、追従させることができる圧縮式冷凍機として利用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１０−１〜４  圧縮式冷凍機
１２  低圧蒸発器
１３  蒸発器
１４  高圧蒸発器
１６  低圧圧縮機
１６’  低圧圧縮機
１７  高ヘッド圧縮機
１８  高圧圧縮機
１８’  高圧圧縮機
１９  低ヘッド圧縮機
２０  低圧凝縮器
２２  高圧凝縮器
２４  オリフィス
２６  膨張弁
２８  液面検出器
３０  液面検出器
３２  移動弁
３４  凝縮器
３５  缶胴（ケーシング）
３６  隔壁
３８  過冷却器
４０  蒸発器
４１  缶胴（ケーシング）
４２  隔壁
４４  オーバーフロー堰
４６  オリフィス
４８  中間冷却器（エコノマイザ）
５０  オリフィス
Ｖ１〜Ｖ５  制御弁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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