(57)【要約】冷媒回路と潤滑剤冷却器回路とを含む冷媒蒸気圧縮システムが提供される。潤滑剤冷却器回路は、圧縮装置と関連する潤滑剤を冷却するように圧縮装置と動作的に関連して設けられており、加熱媒体の流れに対して冷媒熱吸収熱交換器の下流に設けられた熱交換コイルを含む。潤滑剤冷却器熱交換器は、冷媒熱吸収熱交換器を出る冷却された加熱媒体と熱交換関係で潤滑剤を通過させる流路を定める。
2011510258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒圧縮装置と、この圧縮装置から受け入れた高圧の冷媒を冷却媒体と熱交換関係で通過させる冷媒熱放出熱交換器と、低圧の冷媒を加熱媒体と熱交換関係で通過させる冷媒熱吸収熱交換器と、を備える冷媒回路と、
前記圧縮装置と関連する潤滑剤を冷却するように該圧縮装置と動作的に関連して設けられ、前記加熱媒体の流れに対して前記冷媒熱吸収熱交換器の下流に配置されるとともに、前記潤滑剤を前記冷媒熱吸収熱交換器から出る冷却された加熱媒体と熱交換関係で通過させる流路を定める熱交換器コイルを含む潤滑剤冷却器回路と、を有することを特徴とする冷媒蒸気圧縮システム
【請求項２】
前記冷媒熱吸収熱交換器は、冷媒蒸発器熱交換器を含み、前記加熱媒体は、空調された環境からの空気を含むことを特徴とする請求項１記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３】
前記空調された環境は、冷凍輸送コンテナの傷みやすい貨物の貯蔵領域を含むことを特徴とする請求項２記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項４】
潤滑剤冷却器熱交換コイルは、冷却すべき潤滑剤を潤滑剤冷却器熱交換コイルを通って潤滑剤流路へ導く入口レッグ部と、冷却された潤滑剤を潤滑剤冷却器熱交換コイルを通って潤滑剤流路から取り出す出口レッグ部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項５】
前記圧縮装置は、圧縮機構を収容するケースを有する密閉式圧縮機と、前記圧縮機構を駆動する油冷モータと、前記モータを冷却する潤滑油を回収する油だめと、を有し、潤滑剤冷却器熱交換コイルの入口レッグ部は、冷却すべき潤滑油を受け入れるように前記密閉式圧縮機の油だめと流体的に連通しており、潤滑剤冷却器熱交換コイルの出口レッグ部は、冷却された潤滑油を油だめに戻すように前記密閉式圧縮機の油だめと流体的に連通していることを特徴とする請求項４記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項６】
前記圧縮装置は、圧縮機構を収容するケースを有する密閉式圧縮機と、前記圧縮機構を駆動するモータとを有しており、
前記潤滑剤冷却器回路は、前記圧縮機の冷媒流れに対して上流でかつ冷媒熱放出熱交換器の冷媒流れに対して下流で主冷媒回路に配置された油分離器をさらに含み、潤滑剤冷却器熱交換コイルの入口レッグ部は、冷却すべき潤滑油を受け入れるように前記油分離器と流体的に連通しており、潤滑剤冷却器熱交換コイルの出口レッグ部は、冷却された潤滑油を前記密閉式圧縮機に戻すように該密閉式圧縮機と流体的に連通していることを特徴とする請求項４記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷媒蒸気圧縮システムに関し、特に、冷媒蒸気圧縮システムの圧縮装置の圧縮機構を潤滑する潤滑剤の温度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒蒸気圧縮システムは、当該技術ではよく知られており、住居、オフィスビル、病院、学校、レストランや他の施設における空調された快適区域に供給される空気を調和するために一般に使用されている。冷媒蒸気圧縮システムは、輸送用冷凍システムでも一般に使用されており、傷みやすい品物を輸送するトラック、トレーラー、コンテナなどの温度制御された荷台に供給される空気を冷却する。従来の冷媒蒸気圧縮システムは、圧縮機、冷媒熱放出熱交換器、膨張装置および冷媒蒸発器として機能する冷媒熱吸収熱交換器の４つの基本的な構成要素を含む。冷媒熱放出熱交換器は、冷媒蒸気圧縮システムが亜臨界サイクルで動作しているか遷臨界サイクルで動作しているかによって、冷媒凝縮器または冷媒ガス冷却器として機能する。これらの基本的な冷媒システム構成要素は、閉じた冷媒回路として冷媒管路で連結されるとともに、周知の冷媒蒸気圧縮サイクルと同様に配置され、使用される特定の冷媒に従って亜臨界の圧力範囲で動作する。
【０００３】
圧縮機は、低圧低温の冷媒蒸気を高圧高温の冷媒蒸気に圧縮するように機能する。圧縮機が往復動圧縮機、スクロール圧縮機、回転圧縮機またはスクリュー圧縮機であるかにかかわらず、モータによって駆動されるとともに圧縮機を通過する冷媒蒸気を圧縮するように相互に作用する回転要素もしくは周回要素を有する圧縮機構を含む。圧縮機構およびその部品の摩耗を減少させるとともに、相互作用する要素の間の間隙を封止して圧縮プロセスにおける冷媒蒸気の漏れを減少させるために、圧縮機を潤滑することが一般的である。潤滑剤が圧縮プロセスで発生する高温にさらされて熱せられると、潤滑剤の粘性が減少して摩擦減少能力および封止効果が損なわれる。従って、潤滑剤を冷却するのが一般的である。
【０００４】
例えば、特許文献１は、膨張後のエコノマイザ冷媒流れとの熱交換によって圧縮機の潤滑油を冷却する冷凍システムを開示している。特許文献２は、蒸発器を出る冷媒蒸気と熱交換関係に配置された熱交換コイルに圧縮機の潤滑油を通過させて潤滑油を冷却する冷凍システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５８９９０９１号明細書
【特許文献２】米国特許第６０５８７２７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態では、冷媒回路と潤滑剤冷却器回路とを有する冷媒蒸気圧縮システムが提供される。
【０００７】
冷媒回路は、冷媒が流れて冷凍サイクルをなすように設けられた冷媒圧縮装置と、圧縮装置から高圧で受け入れた冷媒を冷却媒体と熱交換関係で通過させる冷媒熱放出熱交換器と、低圧の冷媒を加熱媒体と熱交換関係で通過させる冷媒熱吸収熱交換器と、冷媒冷却器回路と、を含む。冷媒冷却器回路は、圧縮装置と関連する潤滑剤を冷却するために圧縮装置と動作的に関連して設けられており、加熱媒体の流れに対して冷媒熱吸収熱交換器の下流に配置された熱交換コイルを含む。潤滑剤冷却器熱交換器は、冷媒熱吸収熱交換器を出る冷却された加熱媒体と熱交換関係で冷媒を通過させる流路を定める。潤滑剤冷却器熱交換器コイルは、さらに、冷却すべき潤滑剤を潤滑剤冷却器熱交換コイルを通って潤滑剤流路へ導く入口レッグ部と、冷却された潤滑剤を潤滑剤冷却器熱交換コイルを通って潤滑剤流路から取り出す出口レッグ部と、を含みうる。
【０００８】
冷媒蒸気圧縮システムの一実施例では、圧縮装置は、圧縮機構を収容するケースを有する密閉式圧縮機と、圧縮機構を駆動する油冷モータと、モータを冷却する潤滑油を回収する油だめと、を有する。この実施例では、潤滑剤冷却器熱交換コイルの入口レッグ部は、冷却すべき潤滑油を受け入れるように油だめと流体的に連通しており、潤滑剤冷却器熱交換コイルの出口レッグ部は、冷却された潤滑油を油だめに戻すように油だめと流体的に連通している。
【０００９】
冷媒蒸気圧縮システムの他の実施例では、圧縮装置は、圧縮機構を収容するケースを有する密閉式圧縮機と、圧縮機構を駆動するモータと、を有し、潤滑剤冷却器回路がさらに油分離器を含んでいる。油分離器は、密閉式圧縮機の冷媒流れに対して上流でかつ冷媒熱放出熱交換器の冷媒流れに対して下流で主冷媒回路に配置される。この実施例では、潤滑剤冷却器熱交換コイルの入口レッグ部は、冷却すべき潤滑油を受け入れるように油分離器と流体的に連通しており、潤滑剤冷却器熱交換コイルの出口レッグ部は、密閉式圧縮機に冷却された潤滑油を戻すように密閉式圧縮機と流体的に連通している。
【００１０】
一実施例では、冷媒熱吸収熱交換器は、冷媒蒸発器熱交換器であり、加熱媒体は、冷凍輸送コンテナの傷みやすい貨物の貯蔵領域などの空調された環境からの空気である。
【００１１】
本発明のさらなる理解のために、添付の図面に関連する以下の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る油冷モータによって駆動される圧縮機を含む冷媒蒸気圧縮システムの例示的な実施例を示す概略説明図である。
【図２】本発明に係る油分離器を含む冷媒蒸気圧縮システムの例示的な実施例を示す概略説明図である。
【図３】潤滑剤冷却器回路の熱交換コイルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照すると、冷媒蒸気圧縮システム１０は、動作的に関連して設けられたモータ３０によって駆動される圧縮装置２０と、冷媒熱放出熱交換器４０と、蒸発器膨張装置５５と、ここでは蒸発器とも呼ぶ冷媒熱吸収熱交換器５０と、をを含み、これらは冷媒が直列に流れる閉ループの冷媒回路として種々の冷媒管路２，４，６によって連結される。蒸発器膨張装置５５は、冷媒熱放出熱交換器４０の冷媒流れの下流でかつ蒸発器５０の冷媒流れの上流で冷媒管路４に配置される。
【００１４】
冷媒蒸気圧縮システム１０が亜臨界サイクルで動作する場合には、冷媒熱放出熱交換器４０は、圧縮装置２０から吐出された高温高圧の冷媒蒸気を冷却媒体と熱交換関係で通過させて、通過する冷媒を蒸気から液体に凝縮する冷媒凝縮熱交換器として設計される。冷媒蒸気圧縮システム１０が遷臨界サイクルで動作する場合には、冷媒熱放出熱交換器４０は、圧縮装置２０から吐出された高温高圧の冷媒蒸気を冷却媒体と熱交換関係で通過させて、通過する冷媒蒸気を凝縮することなく比較的低温まで冷却する冷媒過熱低減熱交換器として動作するように設計される。冷媒凝縮熱交換器４０は、フィンと円形チューブ式熱交換コイルまたはフィンと平形ミニチャネルチューブ式熱交換器などのフィンチューブ式熱交換器４２を含むことができる。輸送用冷凍システムの用途では、空調や商用冷凍用途と同様に、典型的な冷却媒体は、凝縮器４０を通過する周囲空気であり、この周囲空気は、凝縮器４０と動作的に関連して設けられたファン４４によって熱交換器４２を通過する冷媒と熱交換関係で導かれる。
【００１５】
蒸発器５０は、例えば、フィンと円形チューブ式熱交換コイルまたはフィンと平形ミニチャネルチューブ式熱交換器である、従来のフィンチューブ式熱交換器５２などの冷媒蒸発熱交換器を含み、冷媒蒸発熱交換器では膨張装置５５を通って膨張した冷媒が加熱流体と熱交換関係で通過し、これにより、冷媒が蒸発して典型的に過熱される。蒸発器５０への冷媒流れの計量も行う膨張装置５５は、電子式膨張弁、温度自動膨張弁または毛管などの固定オリフィス計量装置といった膨張弁とすることができる。蒸発器５０の冷媒と熱交換関係で通過する加熱流体は、蒸発器５０と動作的に関連して設けられたファン５４によって蒸発器５０を通過する空気とすることができ、この空気は冷却されるとともに一般に同時に除湿されて、冷蔵冷凍食品などの傷みやすい貨物を含む空調された環境、輸送用冷凍システムに関連する貯蔵領域、商用冷凍システムに関連する陳列ケースや冷凍室または空調された空間に供給される。
【００１６】
圧縮装置２０は、以下でより詳細に説明するように、冷媒を圧縮するとともに冷媒回路を通って循環させるように機能する。圧縮装置２０は、単段圧縮装置、例えば、スクロール圧縮機、往復動圧縮機または回転圧縮機、または少なくとも第１の低圧圧縮段と第２の高圧圧縮段を有する多段圧縮装置、例えば、スクロール圧縮機、往復動圧縮機、スクリュー圧縮機とすることができるが、これらに限定されない。図１に示す実施例では、冷媒蒸気圧縮システム１０の圧縮装置２０は、油冷モータで駆動される密閉式または半密閉式の圧縮機を含む。図２の実施例では、冷媒蒸気圧縮システム１０の圧縮装置２０は、冷媒蒸気によって冷却されたモータによって駆動される密閉式または半密閉式の圧縮機を含む。
【００１７】
密閉式または半密閉式の圧縮機では、圧縮機の圧縮機構と動作的に関連して設けられた圧縮機駆動モータ３０は、一般に圧縮機２０のハウジング内で圧縮機構とは反対側の駆動シャフトの端部に配置される。圧縮機駆動モータ３０は、油冷モータとすることができ、この場合にはモータは圧縮機ハウジング内の油だめ３２に配置される。潤滑油は、圧縮機構の相互に作用する要素を潤滑するとともに、間隙を封止して圧縮プロセスにおける相互に作用する要素の間の漏れを減少させる機能も有する。しかし、圧縮機駆動モータ３０は、冷媒蒸気によって冷却することもでき、これは、圧縮機駆動モータが圧縮機ハウジング内の比較的高い領域に配置されている場合である。冷媒蒸気冷却モータを有する圧縮機では、一般に、圧縮機構の相互に作用する要素を潤滑するとともに、間隙を封止して圧縮プロセスにおいて相互に作用する要素の間の漏れを減少させるために、冷媒蒸気圧縮システムの冷媒回路を循環する冷媒に潤滑剤が加えられる。
【００１８】
本発明の冷媒蒸気圧縮システム１０は、油冷却器回路６０を含み、この油冷却器回路６０は、蒸発器ファン５４によって蒸発器５０の熱交換器５２を通過する冷却空気と熱交換関係に設けられた油冷却器熱交換チューブコイル６２を有する。図３に最もよく示されているように、油冷却器熱交換コイル６２は、入口レッグ部６４と出口レッグ部６６とを有する。蒸発器５０から出る冷却空気流れに配置される油冷却器熱交換コイル６２の長さは、所望の潤滑油戻り温度、潤滑油の質量流量、潤滑油の特性および圧縮機駆動モータが放出する熱の量に従って、個別的に判断する必要がある。
【００１９】
次に図１を参照すると、この図に示す実施例では、油冷却器熱交換コイル６２の第１のレッグ部６４は、圧縮機２０の油だめ３２から潤滑油を受け入れるように油だめと流体的に連通しており、出口レッグ部６６は、冷却された潤滑油を油だめ３２に戻すように油だめと連通している。潤滑油は、圧縮機ハウジング内に配置されて圧縮機駆動モータ３０によって駆動される潤滑油ポンプ（図示省略）によって、油だめ３２から入口レッグ部６４を通り、油冷却器熱交換コイル６２を通過し、出口レッグ部６６を介して油だめ３２に戻るように循環する。
【００２０】
続いて図２を参照すると、冷媒蒸気圧縮システム１０は、圧縮装置２０を駆動する冷媒蒸気冷却モータを有する。この実施例では、冷媒蒸気圧縮システム１０の油冷却器回路６０は、圧縮機２０の冷媒流れの下流でかつ冷媒熱放出熱交換器４０の冷媒流れの上流の冷媒管路２に配置された油分離器７０をさらに含む。動作時には、圧縮機２０から吐出された冷媒蒸気が、混入した潤滑油とともに油分離器７０に流入し、ここで潤滑油が冷媒蒸気から分離して油分離器の下部リザーバ７２に回収される。この実施例では、油冷却器熱交換コイル６２の入口レッグ部６４は、油分離器７０の下部リザーバ７２から潤滑油を受け入れるように下部リザーバと流体的に連通しており、出口レッグ部６６は、圧縮機の吸込側に冷却された潤滑油を戻すように圧縮機２０と流体的に連通している。回収された潤滑油は、圧縮機吐出圧力を有するので、圧力差によって入口レッグ部６４を通って油冷却器熱交換コイル６０を通過し、続いて、出口レッグ部６６を介して圧縮機２０の吸込側に戻る。
【００２１】
いずれの実施例でも、油冷却器熱交換コイル６０を通って流れる潤滑油は、蒸発器５０を通って空調された環境に戻る冷却空気と熱交換関係で通過するに従って、典型的に約３℃〜約２０℃（約３７．４°Ｆ〜約６８°Ｆ）冷却される。蒸発器５０からの冷却空気は、高温の潤滑油と熱交換関係で通過するに従って、典型的に約１℃〜約３℃（約１．８°Ｆ〜約５．４°Ｆ）より小さい温度だけ僅かに再加熱される。
【００２２】
ここでは図１，図２に示すエコノマイズされていない基本的な冷媒蒸気圧縮システムに関して説明したが、油冷却器回路６０は、基本的な冷媒蒸気圧縮サイクルの種々の変形例とともに用いることができることを理解されたい。例えば、冷媒蒸気圧縮システムは、エコノマイザ回路、圧縮機負荷軽減回路、フラッシュタンクレシーバや他の機能向上要素を備えることができる。
【００２３】
上述の説明は、単に本発明の教示内容を例示するものである。当業者であれば分かるように、以下の請求項によって定められる本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに、具体的に説明した発明およびその同等物に種々の改良や変更を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2011510258.tif 000006