(57)【要約】【課題】液化した冷媒を過冷するサブクーラを備える冷却装置において、サブクーラを小型化すること。【解決手段】凝縮器２０は、第１冷媒冷却流体通路２１と第２冷媒冷却流体通路２２とを備える。第２冷媒冷却流体通路２２には、第１冷媒冷却流体通路２１を通過した後の冷媒冷却流体Ｗ１が流れる。凝縮器２０で液化された液相の冷媒ＣＦ＿Ｌは、サブクーラ３０で過冷される。サブクーラ３０には、凝縮器２０へ供給される冷媒冷却流体Ｗ１の一部を分岐させて供給する。サブクーラ３０を通過して、液相の冷媒ＣＦ＿Ｌを冷却した後の冷媒冷却流体Ｗ１は、第１冷媒冷却流体通路２１を通過して気相の冷媒ＣＦ＿Ｇを冷却した冷媒冷却流体Ｗ１と合流して、第２冷媒冷却流体通路２２へ流入する。【選択図】        図１
2008190829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮された冷媒を液相の冷媒に相変化させる凝縮器と、
前記凝縮器に設けられて、前記圧縮機で圧縮された冷媒と熱交換する冷媒冷却流体が通過する第１冷媒冷却流体通路と、
前記凝縮器に設けられて、前記第１の冷媒冷却流体を通過した後の前記冷媒冷却流体が通過して、前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記冷媒冷却流体と熱交換させる第２冷媒冷却流体通路と、
前記第１冷媒冷却流体通路へ流入する前記冷媒冷却流体の一部が流れて、前記凝縮器で相変化した液相の冷媒を冷却するサブクーラと、を有し、
前記サブクーラを通過した前記冷媒冷却流体を、前記凝縮器を流れる前記冷媒冷却流体に合流させることを特徴とする冷媒冷却装置。
【請求項２】
前記サブクーラを通過した前記冷媒冷却流体は、前記第１冷媒冷却流体通路を通過した後の前記冷媒冷却流体と合流させることを特徴とする請求項１に記載の冷媒冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒冷却流体を前記サブクーラに分岐させる部分と前記サブクーラとの間に設けられて、前記圧縮機の負荷に応じて、前記サブクーラに分岐させる前記冷媒冷却流体の流量を調整するサブクーラ用流量調整手段を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷媒冷却装置。
【請求項４】
前記サブクーラは、前記凝縮器のケース内に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷媒冷却装置。
【請求項５】
前記第１冷媒冷却流体通路と、前記サブクーラとへ前記冷媒冷却流体を流入させる冷媒冷却流体導入部と、
前記第１冷媒冷却流体通路と前記第２冷媒冷却流体通路とを接続する通路接続部と、
前記サブクーラを通過した前記冷媒冷却流体を前記接続部へ導入するサブクーラ排出部と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の冷媒冷却装置。
【請求項６】
気相の冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を気相から液相に相変化させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷媒冷却装置と、
前記冷媒冷却装置を通過した前記冷媒を、気相と液相とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離された液相の前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
を含んで構成されることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化した冷媒を過冷するサブクーラを備える冷媒冷却装置及び冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ冷凍機のような冷却装置は、建物の空調設備、あるいは製氷装置や冷蔵装置に用いられる。特許文献１には、凝縮器で液化した冷媒を過冷するサブクーラを備えるターボ冷凍機が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５０６０１号公報、図４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、サブクーラを備えると、装置全体として大型化するため、サブクーラはできるだけ小型化したい要請がある。この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凝縮器で液化した冷媒を過冷するサブクーラを備える冷却装置において、サブクーラを小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る冷媒冷却装置は、圧縮機で圧縮された気相の冷媒を液相の冷媒に相変化させる凝縮器と、前記凝縮器に設けられて、前記圧縮機で圧縮された冷媒と熱交換する冷媒冷却流体が通過する第１冷媒冷却流体通路と、前記凝縮器に設けられて、前記第１の冷媒冷却流体を通過した後の前記冷媒冷却流体が通過して、前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記冷媒冷却流体と熱交換させる第２冷媒冷却流体通路と、前記第１冷媒冷却流体通路へ流入する前記冷媒冷却流体の一部が流れて、前記凝縮器で相変化した液相の冷媒を冷却するサブクーラと、を有し、前記サブクーラを通過した前記冷媒冷却流体を、前記凝縮器を流れる前記冷媒冷却流体に合流させることを特徴とする。
【０００６】
この冷媒冷却装置は、圧縮機で圧縮された気相の冷媒と、凝縮器内で熱交換する冷媒冷却流体の一部を分岐してサブクーラに流す。そして、サブクーラを通過した冷媒冷却流体を、凝縮器を流れる冷媒冷却流体に凝縮器内で合流させて、凝縮器に供給した冷媒冷却流体とともに冷媒を気相から液相に相変化させる。これによって、サブクーラの伝熱面積を小さくすることができるので、サブクーラを小型化することができる。
【０００７】
本発明の好ましい態様として、前記サブクーラを通過した前記冷媒冷却流体は、前記第１冷媒冷却流体通路を通過した後の前記冷媒冷却流体と合流させることが望ましい。これによって、このようにすれば、サブクーラを通過して液相の冷媒を過冷した冷媒冷却流体を、凝縮器に供給された冷媒冷却流体と早い時期に合流させることができるので、凝縮器においては、サブクーラを通過した冷媒冷却流体によって気相の冷媒を冷却する期間をより長くすることができる。その結果、気相の冷媒をより効率よく液相の冷媒へ相変化させることができる。
【０００８】
本発明の好ましい態様として、前記冷媒冷却流体を前記サブクーラに分岐させる部分と前記サブクーラとの間に設けられて、前記圧縮機の負荷に応じて、前記サブクーラに分岐させる前記冷媒冷却流体の流量を調整するサブクーラ用流量調整手段を設けることが望ましい。これによって、圧縮機の負荷が低減した場合にサージングが発生するおそれを低減して、圧縮機の運転範囲を拡大することができる。
【０００９】
本発明の好ましい態様として、前記サブクーラは、前記凝縮器のケース内に配置されることが望ましい。本発明においては、サブクーラを小型化することができるので、サブクーラを凝縮器のケース内に配置して、凝縮器と一体化することができる。これによって、冷媒冷却装置全体を小型化することができる。
【００１０】
本発明の好ましい態様として、前記第１冷媒冷却流体通路と、前記サブクーラとへ前記冷媒冷却流体を流入させる冷媒冷却流体導入部と、前記第１冷媒冷却流体通路と前記第２冷媒冷却流体通路とを接続する通路接続部と、前記サブクーラを通過した前記冷媒冷却流体を前記接続部へ導入するサブクーラ排出部と、を備えることが望ましい。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る冷却装置は、気相の冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を気相から液相に相変化させる前記冷媒冷却装置と、前記冷媒冷却装置を通過した前記冷媒を、気相と液相とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された液相の前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１２】
この冷却装置は、本発明に係る冷媒冷却装置を備えるので、サブクーラの伝熱面積を小さくすることができるので、サブクーラを小型化することができる。その結果、冷却装置全体を小型化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る冷媒冷却装置及び冷却装置は、凝縮器で液化した冷媒を過冷するサブクーラを備える冷却装置において、サブクーラを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る冷媒冷却装置を備える冷却装置の構成例を示す説明図である。実施形態１は、凝縮器で液化された冷媒を過冷するサブクーラを備える冷却装置において、凝縮器に供給する冷媒冷却流体の一部を分岐してサブクーラに流す。そして、サブクーラを通過した冷媒冷却流体を、凝縮器を流れる冷媒冷却流体に凝縮器内で合流させて、凝縮器に供給した冷媒冷却流体とともに冷媒を気相から液相に相変化させる点に特徴がある。
【００１６】
図１に示す冷却装置１００は、圧縮機１と、凝縮器２０と、気液分離器６と、サブクーラ３０と、蒸発器７とを主な構成要素として備えており、蒸発器７で冷却された冷却用媒体Ｗ２が、冷却用媒体供給対象１１ａ、１１ｂ、１１ｃ等へ供給される。冷却用媒体供給対象１１ａ、１１ｂ、１１ｃ等は、例えば、空調装置の室内機であり、冷却用媒体Ｗ２は、冷却用媒体供給対象１１ａ、１１ｂ、１１ｃ等が配置される部屋の内部の空気を冷却する。冷却装置１００が備える前記構成要素は、冷媒配管によって接続されており、冷媒が各構成要素で相を変化させながら循環する。
【００１７】
圧縮機１は、羽根車の回転運動によって冷媒を圧縮するターボ圧縮機であり、冷却装置１００は、いわゆるターボ冷凍機である。なお、圧縮機の種類は、ターボ圧縮機に限定されるものではない。圧縮機１は、電動機５によって駆動される第１圧縮部２と第２圧縮部３とを有している。第１圧縮部２と第２圧縮部３とは連結軸４で連結されており、両者は同軸上で回転する。蒸発器７から圧縮機１へ送られる気相の冷媒ＣＦ＿Ｇは、第１圧縮部２で圧縮された後、第２圧縮部３でさらに圧縮される。このように、圧縮機１は、蒸発器７からの気相の冷媒ＣＦ＿Ｇを２段階で圧縮し、圧力と温度とが上昇した気相の冷媒ＣＦ＿Ｇは、凝縮器２０へ送られる。
【００１８】
凝縮器２０へ送られた気相の冷媒ＣＦ＿Ｇは、凝縮器２０へ供給される冷媒冷却流体（本実施形態では水）Ｗ１と熱交換して、すなわち、熱を捨てて液化し、サブクーラ３０へ送られる。サブクーラ３０へ送られた液相の冷媒ＣＦ＿Ｌは、サブクーラ３０へ供給される冷媒冷却流体によって過冷される。サブクーラ３０に供給される冷媒冷却流体Ｗ１は、凝縮器２０へ供給される冷媒冷却流体Ｗ１と同じ水であり、凝縮器２０へ供給される冷媒冷却流体の一部がサブクーラ３０へ供給される。凝縮器２０、及びサブクーラ３０の詳細な構成は後述する。
【００１９】
サブクーラ３０で過冷された液相の冷媒ＣＦ＿Ｌは、気液分離器６へ送られて、液相の冷媒ＣＦ＿Ｌと気相の冷媒ＣＦ＿Ｇとが分離される。気液分離器６で液相の冷媒ＣＦ＿Ｌから分離された気相の冷媒ＣＦ＿Ｇは、圧縮機１が備える第１圧縮部２と第２圧縮部３との間、すなわち第２圧縮部３の入口に送られて、第１圧縮部２で圧縮された気相の冷媒ＣＦ＿Ｇとともに第２圧縮部３で圧縮されて、凝縮器２０へ送られる。
【００２０】
気液分離器６で、気相の冷媒ＣＦ＿Ｇと分離された液相の冷媒ＣＦ＿Ｌは蒸発器７へ送られて、ここで蒸発する。液相の冷媒ＣＦ＿Ｌは、蒸発器７で蒸発する際に蒸発器７に供給される冷却用媒体Ｗ２の熱を奪い、冷却用媒体Ｗ２を冷却する。蒸発器７で冷却された冷却用媒体Ｗ２は、冷却用媒体供給配管１０を介して冷却用媒体供給対象１１ａ、１１ｂ、１１ｃ等へ送られて、冷却用媒体供給対象１１ａ、１１ｂ、１１ｃ等で冷却対象の冷却に用いられる。冷却用媒体供給対象１１ａ、１１ｂ、１１ｃ等は、例えば、上述したような空調装置の室内機である。
【００２１】
冷却用媒体供給対象１１ａ、１１ｂ、１１ｃ等で冷却対象を冷却して昇温した冷却用媒体Ｗ２は、冷却用媒体回収配管１２を介して循環ポンプ１３へ送られる。そして、冷却用媒体Ｗ２は、循環ポンプ１３から冷却用媒体吐出配管１４を介して蒸発器７へ送られて、ここで再び冷却される。
【００２２】
蒸発器７は、入口側ヘッダー７ｈｉと、出口側ヘッダー７ｈｅと、液相の冷媒ＣＦ＿Ｌを溜める冷媒溜め７ｒと、入口側ヘッダー７ｈｉと出口側ヘッダー７ｈｅとを接続する冷却用媒体通路７ｃとで構成される。冷却用媒体通路７ｃは管であり、複数設けられる。そして、冷却用媒体通路７ｃは、冷媒溜め７ｒを貫通して、入口側ヘッダー７ｈｉと出口側ヘッダー７ｈｅとを接続する。
【００２３】
冷却用媒体供給対象１１ａ、１１ｂ、１１ｃ等で熱交換して昇温し、循環ポンプ１３から吐出された冷却用媒体Ｗ２は、蒸発器７の入口側ヘッダー７ｈｉへ供給される。入口側ヘッダー７ｈｉへ供給された冷却用媒体Ｗ２は、複数の冷却用媒体通路７ｃを通って、冷媒溜め７ｒ内に溜められている液相の冷媒ＣＦ＿Ｌと熱交換する。この過程で、冷却用媒体Ｗ２は、液相の冷媒ＣＦ＿Ｌに熱を捨てて温度が低下する。
【００２４】
液相の冷媒ＣＦ＿Ｌと熱交換した後の冷却用媒体Ｗ２は、出口側ヘッダー７ｈｅへ集められて、冷却用媒体供給配管１０へ送り出される。冷却用媒体Ｗ２と熱交換した液相の冷媒ＣＦ＿Ｌは、蒸発器７の冷媒溜め７ｒ内で蒸発して気相の冷媒ＣＦ＿Ｇとなり、圧縮機１の第１圧縮部２へ送られて圧縮される。
【００２５】
本実施形態において、冷媒冷却装置５０は、凝縮器２０とサブクーラ３０とで構成される。凝縮器２０は、凝縮室２０ｒと、第１冷媒冷却流体通路２１と、第２冷媒冷却流体通路２２とを備えている。凝縮室２０ｒは、凝縮器２０のケース（凝縮器ケース）２０ｓと、凝縮器ケース２０ｓ内に配置される第１仕切り部材２６ａと、凝縮器ケース２０ｓ内に配置される第２仕切り部材２６ｂとで囲まれる空間である。
【００２６】
凝縮室２０ｒには、第１冷媒冷却流体通路２１と、第２冷媒冷却流体通路２２とが配置されており、圧縮機１から気相の冷媒ＣＦ＿Ｇが供給される。圧縮機１から凝縮室２０ｒに供給される気相の冷媒ＣＦ＿Ｇは、第１冷媒冷却流体通路２１及び第２冷媒冷却流体通路２２を流れる冷媒冷却流体Ｗ１と熱交換して凝縮して、液相の冷媒ＣＦ＿Ｌに相変化する。
【００２７】
第１冷媒冷却流体通路２１は、冷媒冷却流体導入部２０ｈｉと通路接続部２０ｈｊとを接続するとともに、凝縮室２０ｒを貫通する複数の管２１ｃで構成される。また、第２冷媒冷却流体通路２２は、通路接続部２０ｈｊと冷媒冷却流体排出部２０ｈｅとを接続するとともに、凝縮室２０ｒを貫通複数の管２２ｃで構成される。
【００２８】
第１冷媒冷却流体通路２１と第２冷媒冷却流体通路２２とは、通路接続部２０ｈｊによって接続される。冷媒冷却流体供給手段である供給ポンプ８から凝縮器２０へ供給された冷媒冷却流体Ｗ１は、第１冷媒冷却流体通路２１を流れた後、通路接続部２０ｈｊを通過して第２冷媒冷却流体通路２２を流れる。このように、本実施形態の凝縮器２０は、凝縮室２０ｒを複数回（より具体的には２回）通過する過程で、気相の冷媒ＣＦ＿Ｇを液相の冷媒ＣＦ＿Ｌに相変化させる。
【００２９】
冷媒冷却流体導入部２０ｈｉと冷媒冷却流体排出部２０ｈｅとは、凝縮器２０の同じ側に、互いに隣接して設けられており、両者は、分離部材２４で分離されている。冷媒冷却流体導入部２０ｈｉ及び冷媒冷却流体排出部２０ｈｅは、凝縮器ケース２０ｓと、第１仕切り部材２６ａと、分離部材２４とで囲まれる空間で構成される。冷媒冷却流体排出部２０ｈｅは、気相の冷媒ＣＦ＿Ｇと熱交換して昇温し、第２冷媒冷却流体通路２２を構成する複数の管２２ｃから流出した冷媒冷却流体Ｗ１を、凝縮器２０の外部へ排出するためのものである。
【００３０】
本実施形態では、凝縮器２０へ供給する冷媒冷却流体Ｗ１の一部を、サブクーラ３０へ流す。ここで、本実施形態において、サブクーラ３０は、凝縮器２０のケース（凝縮器ケース）２０ｓ内に配置されて、凝縮器２０と一体で構成される。冷媒冷却流体導入部２０ｈｉは、第１冷媒冷却流体通路２１を構成する複数の管２１ｃの他、サブクーラ３０を構成する複数の冷媒冷却流体管３０ｃが接続されている。
【００３１】
このような構成によって、冷媒冷却流体導入部２０ｈｉは、供給ポンプ８から供給される冷媒冷却流体Ｗ１を、第１冷媒冷却流体通路２１を構成する複数の管２１ｃと、サブクーラ３０を構成する複数の冷媒冷却流体管３０ｃとへ流す。これによって、凝縮器２０へ供給する冷媒冷却流体Ｗ１の一部を、サブクーラ３０へ流すことができる。
【００３２】
サブクーラ３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１は、凝縮器２０の通路接続部２０ｈｊに隣接して配置されるサブクーラ排出部３０ｈｅへ流入する。通路接続部２０ｈｊ及びサブクーラ排出部３０ｈｅは、凝縮器ケース２０ｓと、第１仕切り部材２６ａとで囲まれる空間で構成される。このように、通路接続部２０ｈｊとサブクーラ排出部３０ｈｅとは、一体に構成される。
【００３３】
これによって、サブクーラ排出部３０ｈｅに流出した冷媒冷却流体Ｗ１は、第１冷媒冷却流体通路２１を通過して通路接続部２０ｈｊへ流出した冷媒冷却流体Ｗ１と合流する。なお、本実施形態において、サブクーラ排出部３０ｈｅと通路接続部２０ｈｊとの間には、連通孔２５が設けられている。このようにすれば、連通孔２５の径を調整したり、連通孔２５の位置に流量調整手段（例えばオリフィス）等を設けたりすることにより、サブクーラ３０を流れる冷媒冷却流体Ｗ１の流量を調整することができる。
【００３４】
このような構成により、第１冷媒冷却流体通路２１に供給される前にサブクーラ３０へ分岐して流された冷媒冷却流体Ｗ１は、第１冷媒冷却流体通路２１を通過した冷媒冷却流体Ｗ１と合流する。そして、合流した第１冷媒冷却流体通路２１を通過した冷媒冷却流体Ｗ１及びサブクーラ３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１は、通路接続部２０ｈｊから第２冷媒冷却流体通路２２へ流入する。
【００３５】
本実施形態に係る冷媒冷却装置５０は、冷媒冷却流体導入部２０ｈｉによって第１冷媒冷却流体通路２１とサブクーラ３０とに冷媒冷却流体Ｗ１を供給し、通路接続部２０ｈｊで第１冷媒冷却流体通路２１と第２冷媒冷却流体通路２２とを接続する。また、サブクーラ排出部３０ｈｅと通路接続部２０ｈｊとは隣接して配置されるとともに、一体に構成される。これによって、冷媒冷却流体Ｗ１を第１冷媒冷却流体通路２１とサブクーラ３０とに分岐させる部分や、サブクーラ３０の出口と第１冷媒冷却流体通路２１とサブクーラ３０とを接続する部分等に配管を用いる必要がないので、装置構成を簡略化できる。
【００３６】
図２−１は、本実施形態の冷媒冷却装置の構成を示す概略図である。図２−２は、従来の冷媒冷却装置の構成を示す概略図である。図３は、サブクーラの伝熱面積割合と、サブクーラへ流れる冷媒冷却流体の割合との関係を示す説明図である。図３において、実線（１）は、本実施形態に係る冷媒冷却装置５０の全伝熱面積割合を示し、一点鎖線（２）は、本実施形態に係る冷媒冷却装置５０が備える凝縮器２０の伝熱面積割合を示す。波線（３）は、従来の冷媒冷却装置２５０の全伝熱面積割合を示し、二点鎖線（４）は、従来の冷媒冷却装置２５０が備える凝縮器２２０の伝熱面積割合を示す。太い点線（５）は、本実施形態に係る冷媒冷却装置５０が備えるサブクーラ３０の伝熱面積割合、及び従来の冷媒冷却装置２５０が備えるサブクーラ２３０の伝熱面積割合を示す。伝熱面積割合は、従来の冷媒冷却装置２５０においてサブクーラ２３０への冷媒冷却流体割合がＱＲ１のときにおけるサブクーラ２３０の伝熱面積割合、凝縮器２２０の伝熱面積割合、冷媒冷却装置２５０の伝熱面積割合を１とする。また、サブクーラへの冷媒冷却流体割合は、冷媒冷却装置へ供給される冷媒冷却流体（凝縮器及びサブクーラへの冷媒冷却流体割合）の流量に対する、サブクーラへ供給される冷媒冷却流体の流量の割合である。
【００３７】
凝縮器で相変化して、サブクーラへ導入される液相の冷媒ＣＦ＿Ｌの温度（サブクーラ入口冷媒温度）をＴｃｉ、サブクーラ３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１の温度（サブクーラ出口冷媒冷却流体温度）をＴｓｅとする。サブクーラ出口冷媒冷却流体温度をＴｓｅと、サブクーラ入口冷媒温度Ｔｃｉとの差が大きいほど、伝熱の駆動力である対数平均温度差を大きくできるので、サブクーラに要求される伝熱面積を小さくすることができる。
【００３８】
図２−２に示す凝縮器２２０は、凝縮器２２０へ供給する冷媒冷却流体Ｗ１の一部をサブクーラ２３０へ分岐させて、凝縮器２２０で相変化した液相の冷媒ＣＦ＿Ｌと熱交換させる。そして、サブクーラ２３０を通過した後の冷媒冷却流体Ｗ１は、凝縮器２２０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１と合流させる。
【００３９】
従来の冷媒冷却装置２５０では、サブクーラ２３０へ分岐させる冷媒冷却流体Ｗ１の割合が小さいため、サブクーラ出口冷媒冷却流体温度をＴｓｅと、サブクーラ入口冷媒温度Ｔｃｉとの差を大きくできなかった。その結果として、サブクーラに要求される伝熱面積が大きくなっており、サブクーラ２３０の大型化を招いていた。また、サブクーラ２３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１の温度は、凝縮器２２０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１の温度と同程度であるため、サブクーラ２３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１を凝縮器２２０で利用することはできなかった。
【００４０】
図３に示すように、サブクーラへ流す冷媒冷却流体Ｗ１の流量の割合が多くなるほど、サブクーラの伝熱面積は小さくなる。しかし、従来の冷媒冷却装置２５０では、サブクーラ２３０へ流す冷媒冷却流体Ｗ１の流量の割合が多くなると、凝縮器２２０の伝熱面積が増加して、冷媒冷却装置２５０全体の伝熱面積は増加する。その結果、サブクーラ２３０は小型化できても、冷媒冷却装置２５０全体は大型化してしまうという問題がある。
【００４１】
本実施形態に係る冷媒冷却装置５０では、サブクーラ３０へ分岐させる冷媒冷却流体Ｗ１の割合を従来の値（ＱＲ１）よりも増加させて、サブクーラ３０の伝熱面積を低減する。このとき、サブクーラ３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１を、凝縮器２０へ供給した冷媒冷却流体Ｗ１と凝縮器２０内で合流させて、凝縮器２０へ分岐した冷媒冷却流体Ｗ１とともに、気相の冷媒ＣＦ＿Ｇを液相の冷媒ＣＦ＿Ｌへ相変化させる。このため、サブクーラ出口冷媒冷却流体温度Ｔｓｅを、凝縮器２０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１の温度よりも低くなるように、サブクーラ３０へ分岐させる冷媒冷却流体Ｗ１の流量の割合を決定する。
【００４２】
このような構成により、サブクーラ出口冷媒冷却流体温度をＴｓｅと、サブクーラ入口冷媒温度Ｔｃｉとの差を従来よりも大きくすることができるので、伝熱の駆動力である対数平均温度差を従来よりも大きくすることができる。その結果、サブクーラに要求される伝熱面積を小さくすることができるので、サブクーラ３０を従来よりも小型化することができる（図３の太い点線（５）参照）。これによって、本実施形態に係る冷媒冷却装置５０のように、凝縮器２０内にサブクーラ３０を配置することもできる。
【００４３】
また、図３の２点鎖線（４）に示すように、従来の冷媒冷却装置２５０では、サブクーラ２３０へ分岐させる冷媒冷却流体Ｗ１の流量の割合を増加させると、凝縮器２２０へ流れる冷媒冷却流体Ｗ１の流量が減る。このため、凝縮器２２０に必要な伝熱量を確保するために、凝縮器２２０の伝熱面積は増加する。その結果として、図３の破線で示すように、冷媒冷却装置２５０の全伝熱面積の増加、大型化を招く。
【００４４】
本実施形態に係る構成では、サブクーラ３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１を、凝縮器２０内で合流させて、気相の冷媒ＣＦ＿Ｇを液相の冷媒ＣＦ＿Ｌへ相変化させるために用いる。これによって、図３の一点鎖線（２）に示すように、分岐流量の増加とともに凝縮器２２０へ流れる冷媒冷却流体Ｗ１の流量が減少しても、凝縮器２０の伝熱面積の増加を従来構成よりも小さくできる。その結果、図３の実線（１）に示すように、冷媒冷却装置５０全体の伝熱面積は従来よりも小さくでき、装置の小型化を図ることができる。
【００４５】
図４は、実施形態１の変形例に係る冷媒冷却装置の構成を示す説明図である。この冷媒冷却装置５０'は、第１冷媒冷却流体通路２１及び第２冷媒冷却流体通路２２に加え、第２冷媒冷却流体通路２２を通過した冷媒冷却流体Ｗ１を流して、気相の冷媒ＣＦ＿Ｇを液相の冷媒ＣＦ＿Ｌへ相変化させる第３冷媒冷却流体通路２３を備える。この場合、サブクーラ３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１は、第１冷媒冷却流体通路２１と第２冷媒冷却流体通路２２との間、すなわち、第１冷媒冷却流体通路２１の出口で合流させる。
【００４６】
このようにすれば、サブクーラ３０を通過して液相の冷媒を過冷した冷媒冷却流体Ｗ１を、凝縮器２０に供給された冷媒冷却流体Ｗ１と早い時期に合流させることができるので、サブクーラ３０を通過した冷媒冷却流体Ｗ１を、より長期間凝縮器２０で気相の冷媒ＣＦ＿Ｇの冷却に用いることができる。その結果、気相の冷媒ＣＦ＿Ｇをより効率よく液相の冷媒ＣＦ＿Ｌへ相変化させることができ、好ましい。
【００４７】
図５は、実施形態１の変形例に係る冷媒冷却装置を備える冷却装置の構成を示す説明図である。この冷媒冷却装置５０ａは、サブクーラ３０ａが、凝縮器２０と別体で構成してある。冷却装置１０１の仕様によっては、冷媒冷却装置５０ａのサブクーラ３０ａを凝縮器２０と分離することにより、サブクーラ３０ａの配置の自由度を向上させることができる。この場合でも、図１に示す冷媒冷却装置５０と同様にサブクーラ３０ａを小型化することができるので、サブクーラ３０ａの配置の自由度をより向上させることができる。
【００４８】
以上、本実施形態では、凝縮器に供給する冷媒冷却流体の一部を分岐してサブクーラに流す。そして、サブクーラを通過した冷媒冷却流体を、凝縮器を流れる冷媒冷却流体に凝縮器内で合流させて、凝縮器に供給した冷媒冷却流体とともに冷媒を気相から液相に相変化させる。これによって、サブクーラの伝熱面積を小さくすることができるので、サブクーラを小型化することができる。また、凝縮器の伝熱面積とサブクーラの伝熱面積との総和も小さくすることができるので、凝縮器とサブクーラとを含んで構成される冷媒冷却装置を小型化することができる。
【００４９】
（実施形態２）
実施形態２は、上記実施形態１とほぼ同様の構成であるが、少なくとも、冷媒冷却装置のサブクーラへ供給する冷媒冷却流体の流量を調整可能にした点が異なる。他の構成は、実施形態１と同様である。
【００５０】
図６は、実施形態２に係る冷媒冷却装置を備える冷却装置の構成例を示す説明図である。図７は、実施形態２の変形例に係る冷媒冷却装置を備える冷却装置の構成例を示す説明図である。図６に示すように、冷却装置１０２が備える冷媒冷却装置５０ｂは、凝縮器用流量調整手段である第１流量調整弁４０と、サブクーラ用流量調整手段である第２流量調整弁４１とを備える。
【００５１】
サブクーラ用流量調整手段である第２流量調整弁４１は、冷媒冷却装置５０ｂの凝縮器２０へ供給する冷媒冷却流体Ｗ１の流量を調整する。サブクーラ用流量調整手段である第２流量調整弁４１は、冷媒冷却装置５０ｂのサブクーラ３０ａへ供給する冷媒冷却流体Ｗ１の流量を調整する。なお、第２流量調整弁４１は、サブクーラ３０ａの入口側に配置しても出口側に配置してもよい。
【００５２】
第１流量調整弁４０及び第２流量調整弁４１を制御して、第１流量調整弁４０及び第２流量調整弁４１を流れる冷媒冷却流体Ｗ１の流量を調整することによって、凝縮器２０へ流れる冷媒冷却流体Ｗ１の流量Ｑ１と、サブクーラ３０ａへ流れる冷媒冷却流体Ｗ１の流量Ｑ２との比率を調整することができる。
【００５３】
第１流量調整弁４０及び第２流量調整弁４１は、流量制御装置６０により制御される。流量制御装置６０は、冷媒冷却装置５０ｂの冷媒出口部分、すなわちサブクーラ３０ａの冷媒出口部分に備えられた冷媒流量検出手段である流量計６１で測定される、冷却装置１０２を流れる冷媒ＣＦの流量に基づいて、第１流量調整弁４０及び第２流量調整弁４１を制御する。これによって、冷却装置１０２を流れる冷媒ＣＦの流量に基づいて、凝縮器２０へ流れる冷媒冷却流体の流量Ｑ１とサブクーラ３０ａへ流れる冷媒冷却流体の流量Ｑ２とが制御される。
【００５４】
例えば、圧縮機１の負荷が低下した場合、圧縮機１で圧縮される冷媒ＣＦの流量が低下すると、圧縮機１にサージングが発生するおそれが高くなる。このため、サブクーラ３０ａを流れる冷媒冷却流体の流量Ｑ２をそれまでよりも低減し、あるいは前記流量Ｑ２＝０とすることで、圧縮機１で圧縮される冷媒ＣＦの流量（より具体的には第２圧縮部３で圧縮される冷媒ＣＦの流量）を増加させる。これによって、圧縮機１のサージングを回避する。
【００５５】
すなわち、圧縮機１は、第１圧縮部２よりも第２圧縮部３の方がサージングは発生しやすいが、サブクーラ３０ａを流れる冷媒冷却流体の流量Ｑ２を低減すると、サブクーラ３０ａによる液相の冷媒ＣＦ＿Ｌの冷却が抑制される結果、気液分離器６においては気相の冷媒ＣＦ＿Ｇの割合が増加する。これによって、圧縮機１の第２圧縮部３を流れる気相の冷媒ＣＦ＿Ｇの流量が増加するので、第２圧縮部３にサージングが発生するおそれを低減できる。
【００５６】
また、圧縮機１の負荷が増加した場合、サブクーラ３０ａを流れる冷媒冷却流体の流量Ｑ２をそれまでよりも増加して、圧縮機１で圧縮される冷媒ＣＦの流量（より具体的には第２圧縮部３で圧縮される冷媒ＣＦの流量）を低減して、圧縮機１の負荷を低減する。このように、本実施形態においては、圧縮機１の負荷が低下するにしたがって、サブクーラ３０ａを流れる冷媒冷却流体の流量Ｑ２を低下させる。これによって、本実施形態に係る冷却装置１０２は、圧縮機１の運転範囲を拡大することができる。
【００５７】
図７に示す冷媒冷却装置５０ｃは、図６に示す冷媒冷却装置５０ｂにおいて、凝縮器用流量調整手段である第１流量調整弁４０の代わりに、オリフィス４２を用いる点が異なる。このようにすることで、高価な流量調整弁の個数を低減することができる。
【００５８】
以上、本実施形態では、少なくとも、冷媒冷却装置のサブクーラへ供給する冷媒冷却流体の流量を調整可能にする。これによって、圧縮機の負荷に応じてサブクーラを流れる冷媒冷却流体の流量を調整して、圧縮機を流れる気相の冷媒の流量を制御できるので、圧縮機の負荷が低減した場合にサージングが発生するおそれを低減できる。その結果、圧縮機の運転範囲を拡大することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係る冷媒冷却装置及び冷却装置は、液化した冷媒を過冷するサブクーラを備える冷却装置に有用であり、特に、サブクーラを小型化することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態１に係る冷媒冷却装置を備える冷却装置の構成例を示す説明図である。
【図２−１】本実施形態の冷媒冷却装置の構成を示す概略図である。
【図２−２】従来の冷媒冷却装置の構成を示す概略図である。
【図３】サブクーラの伝熱面積割合と、サブクーラへ流れる冷媒冷却流体の割合との関係を示す説明図である。
【図４】実施形態１の変形例に係る冷媒冷却装置の構成を示す説明図である。
【図５】実施形態１の変形例に係る冷媒冷却装置を備える冷却装置の構成を示す説明図である。
【図６】実施形態２に係る冷媒冷却装置を備える冷却装置の構成例を示す説明図である。
【図７】実施形態２の変形例に係る冷媒冷却装置を備える冷却装置の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  圧縮機
２  第１圧縮部
３  第２圧縮部
６  気液分離器
７  蒸発器
７ｈｅ  出口側ヘッダー
７ｈｉ  入口側ヘッダー
７ｃ  冷却用媒体通路
８  供給ポンプ
２０、２２０  凝縮器
２０ｓ  凝縮器ケース
２０ｒ  凝縮室
２０ｈｅ  冷媒冷却流体排出部
２０ｈｉ  冷媒冷却流体導入部
２０ｈｊ  通路接続部
２１  第１冷媒冷却流体通路
２１ｃ  管
２２  第２冷媒冷却流体通路
２２ｃ  管
２３  第３冷媒冷却流体通路
２４  分離部材
２５  連通孔
２６ａ  第１部材
２６ｂ  第２部材
３０、３０ａ、２３０  サブクーラ
３０ｃ  冷媒冷却流体管
３０ｈｅ  サブクーラ排出部
４０  第１流量調整弁
４１  第２流量調整弁
４２  オリフィス
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、２５０  冷媒冷却装置
６０  流量制御装置
６１  流量計
１００、１０１、１０２  冷却装置
【図１】
2008190829.tif 000003
【図２−１】
2008190829.tif 000004
【図２−２】
2008190829.tif 000005
【図３】
2008190829.tif 000006
【図４】
2008190829.tif 000007
【図５】
2008190829.tif 000008
【図６】
2008190829.tif 000009
【図７】
2008190829.tif 000010