(57)【要約】  冷凍装置の分野に関する本発明は、予期しない構造および動作を可能にするように設計され、かつ、既存の類似装置を用いることにより達成されるものより効率的である。本発明は、中に圧縮シリンダ（３）が位置し、一方、蒸発器からの流入管（５）および、流体を凝縮器へ導く吐出管（６）が突出しているシェル（２）からなる圧縮機（１）と、圧縮機（１）に結合し、圧縮機（１）内に位置する圧縮シリンダ（３）からの管（８）によって流体供給され、排出管（１１）を備えた少なくとも１つの予備凝縮器（７）と、圧縮機（１）の外部領域の内部にあり、予備凝縮器（７）の排出管（１１）を介して予備凝縮器（７）と協働し、圧縮機（１）のシェル（２）の周りに取り付けられた管を含む熱交換器（９１）とからなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中に圧縮シリンダ（３）が位置し、一方、蒸発器からの流入管（５）および、流体を凝縮器へ導く吐出管（６）が突出しているシェル（２）からなる圧縮機（１）と、
圧縮機（１）に結合し、圧縮機（１）内に位置する圧縮シリンダ（３）からの管（８）によって流体供給され、排出管（１１）を備えた少なくとも１つの予備凝縮器（７）と、
圧縮機（１）の外部領域の内部にあり、予備凝縮器（７）の排出管（１１）を介して予備凝縮器（７）と協働する熱交換器（９１）と
を含むことを特徴とする、圧縮機冷却システム。
【請求項２】
熱交換器（９１）が、圧縮機（１）のシェル（２）の周りに取り付けられた管を含むことを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
予備凝縮器（７）および熱交換器（９１）が、圧縮機（１）内に位置する少なくとも１つの追加的な内部熱交換器（９）と協働し、内部熱交換器（９）が、予備凝縮器（７）の排出管（１１）の端部に取り付けられたスプリング管（１０）を介して予備凝縮器（７）と協働することを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項４】
追加的な内部熱交換器（９）がシェル（２）内に位置し、圧縮機（１）の高温部分と共に位置付けされており、追加的な内部熱交換器（９）が、予備凝縮器（７）から、予備凝縮器（７）の排出管（１１）の端部に取り付けられたスプリング管（１０）を介して流体を受け取り、かつ、予備凝縮器（７）内で処理された流体を、排出スプリング管（１２）を通って吐出管（６）へ導くことを特徴とする、請求項３に記載の冷却システム。
【請求項５】
追加的な内部熱交換器（９）が、圧縮シリンダ（３）に結合されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の冷却システム。
【請求項６】
追加的な内部熱交換器（９）が、利用可能な場合、圧縮シリンダ（３）のキャップ（４）に結合されていることを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の冷却システム。
【請求項７】
中に圧縮シリンダ（３）が位置し、一方、蒸発器からの流入管（５）および、流体を凝縮器へ導く吐出管（６）が突出しているシェル（２）からなる圧縮機またはマイクロ圧縮機（１）と、
圧縮機（１）に結合し、圧縮機（１）内に位置する圧縮シリンダ（３）からの管（８）によって流体供給され、排出管（１１）を備えた少なくとも１つの予備凝縮器（７）と、
圧縮機（１）の外部領域の内部にあり、予備凝縮器（７）の排出管（１１）を介して予備凝縮器（７）と協働する熱交換器（９１）と
を含むことを特徴とする冷却システムから提供される圧縮機。
【請求項８】
圧縮機（１）が、圧縮機（１）内に位置する少なくとも１つの追加的な内部熱交換器（９）を含み、追加的な内部熱交換器（９）が、予備凝縮器（７）の排出管（１１）の端部に取り付けられたスプリング管（１０）を介して予備凝縮器（７）と協働することを特徴とする、請求項１に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予備凝縮器を用いることによる圧縮機冷却システム、より具体的にはマイクロ圧縮機に関し、本発明は冷凍装置の分野に関連し、既知のシステムを用いることにより達成された、より効率的な動作を可能にするように設計された。
【背景技術】
【０００２】
当技術分野で知られているように、冷凍サイクルは典型的には、低圧ガスを、凝縮器に入る高圧および高温のガスに変換する圧縮機からなり、凝縮器においてそのようなガスは高圧の過冷却液体になり、次いで、その液体は膨張装置に入り、蒸発器に導くために流体圧力が下げられる。蒸発器は、過冷却液体を低圧飽和蒸気に変換し、蒸気はさらに吸入ラインの中へ導かれ、圧縮機へ再び入り、新しい冷凍サイクルを始める。
【０００３】
圧縮機は、その動作特性により、通常冷凍システムの最も熱い部分を構成し、その部分の温度は、システムが位置する場所の室温の関数である。しかしながら、室温が高すぎる場合には、圧縮機の内温を推定し得る限界がある。その上、圧縮機の動作温度はまた、圧縮機と共に用いられる軸受設計に影響を及ぼし、そのような条件の下での動作に耐えるために圧縮機を厳しい承認テストに従うべきである。さらに、圧縮機の効率の悪さの大部分は、その圧縮中の冷却剤の加熱と同様に、吸入弁と圧縮シリンダとの間のその流路中に結果として生じる冷却ガスの過熱に関連する。
【０００４】
吸入路を通る冷却剤の加熱は、圧縮機構成要素との熱交換によって引き起こされ、圧縮機構成要素は冷却剤流体より熱い。次に、圧縮過程における冷却剤の加熱は主に、ピストンによってかかる作用が加わることと、そしてまた、圧縮の初期段階のシリンダ壁からの加熱部分とが原因で生じる。
【０００５】
圧縮中の加熱に関して、壁とシリンダとの間の熱交換が高まれば、冷却剤温度がシリンダ壁の温度を超える瞬間から、そのような加熱を回避することができるであろう。しかしながら、圧縮が速すぎ、熱交換領域が小さいため、熱交換は加熱を回避するには不十分であり、その結果、圧縮の終わりには冷却剤温度の値が高くなる。さらに、シリンダ壁の温度は高く、これにより、圧縮サイクルの間ずっと冷却剤加熱時間が長くなる。
【０００６】
圧縮中の冷却剤加熱の結果として、加熱された冷却剤は、圧縮機の最も大きい熱源になり、圧縮機構成要素の加熱、ひいては吸入路に沿った冷却剤の加熱の主な原因となる。したがって、その圧縮過程中に冷却剤を冷却することができる、または、圧縮（熱源減少）後にガス温度を低下させる効果的な解決策は、圧縮効率に影響を及ぼし、結果的に、吸入中の冷却剤の過熱による損失に影響を与える。
【０００７】
この目的を達成するために、いくつかの技術的解決策が開発された。それらの中で、欧州特許第０１７３０１３号明細書は、圧縮機に入る前にガス温度を低下させるために、システム吸入ラインに位置する外部熱交換器を使用することを開示しているが、圧縮ステップ中に生じるガス加熱を弱めるいかなる形態も提供していない。
【０００８】
一方、米国特許第４９３６１１２号明細書は、圧縮機モータの温度を低下させることのみをさせる、互いに溶接された複数の抵抗板（または恐らくコイル）を含む、内部熱交換器のみを備えた圧縮機について記述している。
【０００９】
特許第５２０９５９６号公報は、圧縮機を出る圧縮ガスを冷却し、かつ、圧縮機内部の温度を下げる前記ガスによって、その温度を下げさせることによって、圧縮ガスを圧縮機の内側に戻すための「プリクーラ」と名付けられた要素を有する回転式圧縮機について記述している。この回転式圧縮機は、動作中に装置が到達する温度が高いため、効率に限界を示す。同様に、米国特許第５４３９３５８号明細書は、複数の熱交換器を有するマニホールドに結合するガス再循環ダクトの使用について記述しているが、熱交換器は、その部分から空気がそのようなダクトへ流れる空気圧縮機の温度を効果的に低下させない。
【００１０】
したがって、現在の最先端技術で用いられている解決策はガス温度を低下させるが、圧縮機装置自体を追加的にかつ同時に冷却する手段をより直接的でより効果的に提供していないことに留意されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第０１７３０１３号明細書
【特許文献２】米国特許第４９３６１１２号明細書
【特許文献３】特許第５２０９５９６号公報
【特許文献４】米国特許第５４３９３５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の欠点を考慮し、かつ、それらを解決する目的のため、本発明の目的のうちの１つは、圧縮過程中のガス温度を低下させるために、圧縮機表面から熱を除去させる冷却システムを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、圧縮流体から外部環境へ熱を排出する役割を果たし、予備凝縮器として機能する外部熱交換器を使用することによって、圧縮機自体の冷却と同時に、吸入路内のガス過熱を減少させることができる冷却システムを提供することである。
【００１４】
提示したシステムにはさらに、圧縮機上に巻き付けられた外部熱交換器を備え、この外部熱交換器は、二相流体の蒸発過程、および冷却すべき構成要素内の伝導による熱交換の機構により、非常に効果的である。このことから、予備凝縮器の飽和温度に近い圧縮機（ひいては圧縮機の内部構成要素）の表面温度が確立され、高い室温での圧縮機の動作が可能になる。
【００１５】
本発明のさらなる別の目的は、圧縮機のエネルギー効率の改善に加えて、吸入中の過熱による生産性の損失を減少させることができる圧縮機冷却システムを開示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、本発明の好適な実施形態による、予備凝縮器を用いる圧縮機冷却システムによって上述の目的を達成し、圧縮機冷却システムは、中に圧縮シリンダが位置し、一方、蒸発器からの流入管および、流体を凝縮器へ導く吐出管が突出しているシェルからなる圧縮機と、圧縮機に結合し、圧縮機内に位置する圧縮シリンダからの管によって流体供給され、排出管を備えた少なくとも１つの予備凝縮器と、圧縮機の外部領域の内部にあり、予備凝縮器の排出管を介して予備凝縮器と協働する熱交換器とを含む。
【００１７】
本発明の好適な一実施形態によれば、前記外部熱交換器は、圧縮機またはマイクロ圧縮機シェルの周りに固定された管を含む。
【００１８】
任意により、提示したシステムは、圧縮機内に位置し、かつ予備凝縮器の排出管の端部に接続されたスプリング管を介して予備凝縮器と協働する追加的な内部熱交換器と共に、連続して動作することができ、そのような内部熱交換器は、シェル内に位置し、圧縮機の高温部分の近くに、適用可能な場合、好ましくは圧縮シリンダまたは圧縮シリンダキャップの近くに位置付けされる。前記内部熱交換器は、予備凝縮器から、または外部熱交換器から、予備凝縮器の排出管の端部に接続されたスプリング管を介して流体を受け取り、予備凝縮器内で処理された流体を、排出スプリング管を通って排出管へ導く。
【００１９】
本発明はさらに、中に圧縮シリンダが位置し、一方、蒸発器からの流入管および、流体を凝縮器へ導く吐出管が突出しているシェルからなる圧縮機またはマイクロ圧縮機と、圧縮機に結合し、圧縮機内に位置する圧縮シリンダからの管によって流体供給され、排出管を備えた少なくとも１つの予備凝縮器と、圧縮機の外部領域の内部にあり、予備凝縮器の排出管を介して予備凝縮器と協働する熱交換器とを含む冷却システムを備えた圧縮機を含む。
【００２０】
本発明の可能な実施形態では、冷却システムを備えたそのような圧縮機はさらに、圧縮機内に位置し、かつ予備凝縮器の排出管の端部に接続されたスプリング管を介して予備凝縮器と協働する少なくとも１つの内部熱交換器をさらに含むことができる。
【００２１】
したがって、前記目的は、圧縮機装置の熱源の温度を低下させるための手段を含む圧縮機冷却システムによって達成され、ひいては圧縮初期温度を低下させ、圧縮効率を改善する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好適な一実施形態によって構築された、予備凝縮器および外部熱交換器と協働する圧縮機を示す図の概略斜視図である。
【図２】図１に示した本発明の好適な実施形態によって構築された冷凍システムを示す概略図である。
【図３】本発明の好適な実施形態によって構築された圧縮機に結合する熱交換器の正面図である。
【図４】図３に示した装置の平面図である。
【図５】冷凍システムから提供される、圧縮機シリンダキャップに結合された内部熱交換器を追加的に備えている圧縮機の代替実施形態の縦方向における部分断面部を有する正面図である。
【図６】内部熱交換器が圧縮機シリンダに結合されている、本発明の第２の可能な実施形態を示す図５の横方向における概略部分断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付図面に示した実施例に基づいて、本発明についてより詳細に以下に説明する。
【００２４】
図１に示すように、本発明の目的である、熱交換器および予備凝縮器を用いる圧縮機冷却システムは、予備凝縮器７に結合する圧縮機１と、圧縮機１のシェル２内に位置し、予備凝縮器７と協働する熱交換器９１とからなる。
【００２５】
図５は、圧縮機１が、中に圧縮シリンダ３と、内キャップを有しないマイクロ圧縮機を用いる場合を除いて、そのそれぞれのキャップ４とが局在化され、蒸発器（図示せず）からの流入管５と、既に圧縮され処理された流体を凝縮器（図示せず）へ導く吐出管６とが突出しているシェル２からなり、圧縮機１が協働する予備凝縮器７と相互連結する管（または複数の管）８および１をさらに備え、予備凝縮器７が、圧縮機１内に位置する圧縮シリンダ３からのパイプ８によって流体供給されていることを詳細に明示しており、図５および図６からもより良くわかるだろう。
【００２６】
図１および図２に示した本発明の好適な実施形態によれば、熱交換器９１は、圧縮機またはマイクロ圧縮機１のシェルの周りに、それを全体的または部分的に覆って配置されたパイプからなる。
【００２７】
そのような構造によれば、予備凝縮器７は、冷凍システムが動作するのと同じ凝縮器温度で動作するため、熱交換器９１によって覆われた圧縮機１は、圧縮機１の周りに配置されたパイプ９１内で生じる蒸発性熱交換により、凝縮温度に近い低い温度を確実に有する。
【００２８】
圧縮機冷却システムおよび冷却システムを備えた圧縮機自体の両方が、圧縮機１内に位置付けされた追加的な熱交換器９を含み、熱交換器９１および予備凝縮器７と共に連続的に動作してもよいことに留意する価値がある。
【００２９】
そのような追加的な内部熱交換器９は、好ましくは、圧縮機１の高温部分に近いシェル２内に位置付けされ、内部熱交換器１は、予備凝縮器７の排出管１１の端部に接続されたスプリング管１０を介して流体を予備凝縮器７から受け取り、予備凝縮器７内で処理された流体を、排出スプリング管１２を通って吐出管６へ導くべきである。
【００３０】
図５は、前記追加的な内部熱交換器９が圧縮機１の圧縮シリンダ３に連結されて動作する、追加的な内部熱交換器９の第１の構造的可能性を示す。
【００３１】
本発明の別の実施形態が図６に示され、利用可能な場合（マイクロ圧縮機は内キャップを有しないことに留意）、追加的な内部熱交換器９は圧縮シリンダ３のキャップ４に連結されている。
【００３２】
本発明のシステムは、圧縮機１内部から外部環境へ熱を移すために、圧縮機１によって圧縮され圧送されるガス自体を使用する。一般に、使用されるガスは、圧縮機１内のその流路を、圧縮シリンダ３のキャップ４、吐出フィルタ、吐出パイプおよび最後に吐出管６を通って凝縮器（図示せず）へ向かう。
【００３３】
圧縮ガスは、圧縮機１を出ると、予備凝縮器７を通って外部環境へ熱を排出し、予備凝縮器７内では冷却剤が飽和ゾーンへ運ばれる。ここで二相性であると考えることができる、予備凝縮器７の端部での冷却剤温度は、冷凍システムのそれ自身の凝縮温度である。冷却剤は、より低いエネルギーの程度（エンタルピー）を有して熱交換器７を出ると、圧縮機１に戻り、圧縮機１のシェル２のすべての外表面に沿うパイプ９１を通って導かれる。次いで、二相性冷却剤は、センシティブな潜熱を圧縮機における加熱された本体と交換し、圧縮機の温度を下げる。熱交換を行った後、この流体は次いで、冷凍システムの他の構成要素と共に圧縮機１のインターフェースを構成する吐出管６に方向付けられる。
【００３４】
熱交換器９１は、圧縮機１の高温部分から熱を除去し、結果的に、吸入路中および圧縮中のガス過熱による損失を減少させる機能を有することを強調する価値がある。熱交換器９１の使用はさらに、圧縮機１のシェル温度を凝縮温度に相互関連させ、次いで、高い室温で動作する場合、圧縮機１がつぶれるのを防ぐ。
【００３５】
さらに、予備凝縮器７により、圧縮機の表面温度をシステム凝縮温度に非常に近くに維持することができ、これは換気だけで達成するのは難しい。
【００３６】
提示したシステムが追加的な内部熱交換器９を使用する場合、冷却することができる構成要素の例には、圧縮シリンダ３および圧縮シリンダ３のキャップ４がある。
【００３７】
図６に示すように、冷却すべき構成要素が圧縮シリンダ３である場合、圧縮流体は管８を通って圧縮機１を出て、予備凝縮器または外部熱交換器７内に熱を排出し、予備凝縮器７の排出管１１を通って圧縮機１に戻る。圧縮機１に再び入ると、冷却された流体は、スプリング管１０を通って、圧縮シリンダ３に連結された内部熱交換器９へ導かれる。内部熱交換器９を出ると、流体は、別のスプリング管１２を通って、圧縮流体が凝縮器または冷凍システムに送られるインターフェースである吐出管６へ送られる。
【００３８】
圧縮シリンダ３内で交換された熱は、シリンダ３の壁温および、さらに吸入室Ｓ内の流体温度を低下させる。したがって、入っていく冷却剤流体がシリンダ３を冷却することに加えて、シリンダ３内での加熱が低減され、圧縮中の壁への熱交換は最大になり、圧縮過程の熱力学的効率がより大きくなる。
【００３９】
あるいは、図５に示すように、内部熱交換器９を圧縮シリンダ３のキャップ４（利用可能な場合）に結合することができる。この構造では、圧縮流体は、予備凝縮器７の供給管（パイプ）８を通って圧縮機１を出て、予備凝縮器７内に熱を排出し、管１１を通って圧縮機１に戻る。圧縮機１に再び入ると、冷却された流体は、スプリング管１０を通って、圧縮シリンダ３のキャップ４に連結された内部熱交換器９へ導かれる。前に挙げた実施形態で起こることと同様に、内部熱交換器９を出ると、流体は、別のスプリング管１２を通って、圧縮流体を冷凍システムの凝縮器へ導く吐出管６に方向付けられる。
【００４０】
シリンダ３のキャップ４内で交換された熱は、ヘッドの内部およびすべての部分の圧縮ガスの温度を低下させる。圧縮ガスは圧縮機１の主な熱源であるため、圧縮機１の温度を低下させると圧縮機１の構成要素の全体的な温度が低下する。このように、初期の圧縮温度が低下すると、その結果、圧縮過程の熱力学的効率が大きくなる。
【００４１】
本発明の目的である、予備凝縮器７を用いる圧縮機冷却システムを使用する利点は、信頼性およびエネルギー効率の態様に関する。信頼性に関して、提案したシステムによって起こる圧縮機１の高温部分の冷却により、圧縮機１内に存在している油の劣化およびその熱的物理特性の不可逆変化を生じさせ得るだろう臨界温度が回避される。
【００４２】
しかしながら、最も大きい利点は、圧縮機１の増加したエネルギー効率に関連している。圧縮機１の高温部分から外部環境へ熱を移すことによって、吸入路内でガス過熱が低減され、その結果、圧縮過程の始めの冷却剤の密度が増加し、ひいては圧縮機１によって圧縮され圧送される質量が増加する。したがって、圧縮機１の性能係数（ＣＯＰ）が増加する。
【００４３】
提案した解決策はまた、全体としての冷凍システムの動作に対して利点を生み出す。予備凝縮器７を追加することによって、外部環境への熱交換がより大きくなり、その結果、吐出管６を通って循環する冷却剤の温度がより低くなる。このように、冷却剤がより低い温度で冷却システムに送られると、凝縮器は大きくなりすぎ、凝縮システム圧力が低下する。
【００４４】
したがって、これにより熱交換に必要とされる温度差が低下するため、冷凍サイクルの効率が増加する。さらに、凝縮器は大きくなりすぎるため、プルダウンピーク圧力も低下し、圧縮機１において適正なチャージおよび過剰温度を壊す可能性がある、圧縮機１にとって大変重要な状況である。
【００４５】
本発明の好適な一構造的方法を示したが、当業者は、特許請求の範囲での保護の精神および範囲から逸脱することなく、いかなる省略、置換および構造変更も行うことができることが理解されると言う価値がある。また、同じ結果を達成するために、実質的に同じ方法で同じ機能を行う要素のすべての組合せが本発明の範囲内にあることも明示されている。他者によって記述された実施形態の要素の交換も十分に意図され考慮される。
【００４６】
しかしながら、上記の図に基づいて提供された記述は、本発明のシステムに可能な実施形態のうちのいくつかにのみ関係し、本発明の目的の実際の範囲は添付の特許請求の範囲に定義されていることを理解されたい。
【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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【国際調査報告】
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2014507625.tif 000010
2014507625.tif 000011
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