(57)【要約】【課題】圧縮機内でのオイル挙動等を安定化させ、且つ、信頼性を向上させることができる冷凍装置を提供する。【解決手段】圧縮機２と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器７とを備えた冷凍装置において、蒸発器の熱交換部を、メイン熱交換部７Ａと、このメイン熱交換部７Ａの下流に配置されるサブ熱交換部７Ｂとに分割し、このサブ熱交換部とメイン熱交換部との間に、このメイン熱交換部を経た冷媒を気液分離する気液分離手段９を設け、この気液分離手段９により分離された液冷媒を、サブ熱交換部に供給する液冷媒供給手段１１を設け、気液分離手段により分離されたガス冷媒を、サブ熱交換部をバイパスさせて、圧縮機２の吸込管に供給するガス冷媒供給手段１３を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器とを備えた冷凍装置において、
前記蒸発器の熱交換部を、複数の熱交換部に分割し、それぞれの熱交換部間に、上流の熱交換部を経た冷媒を気液分離する気液分離手段を設け、この気液分離手段により分離された液冷媒を、下流の熱交換部に供給する液冷媒供給手段を設け、気液分離手段により分離されたガス冷媒を、下流の熱交換部をバイパスさせて、前記圧縮機の吸込管に供給するガス冷媒供給手段を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器とを備えた冷凍装置において、
前記蒸発器の熱交換部を、メイン熱交換部と、このメイン熱交換部の下流に配置されるサブ熱交換部とに分割し、このサブ熱交換部とメイン熱交換部との間に、このメイン熱交換部を経た冷媒を気液分離する気液分離手段を設け、この気液分離手段により分離された液冷媒を、サブ熱交換部に供給する液冷媒供給手段を設け、気液分離手段により分離されたガス冷媒を、サブ熱交換部をバイパスさせて、前記圧縮機の吸込管に供給するガス冷媒供給手段を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
圧縮機と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器とを備えた冷凍装置において、
前記蒸発器と前記圧縮機との間に、前記蒸発器を経た冷媒を気液分離する気液分離手段を設け、この気液分離手段により分離された液冷媒と前記圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒との間で熱交換し、気液分離手段により分離された液冷媒をガス化させる冷媒熱交換器を設け、
この冷媒熱交換器を経てガス化させた冷媒を、気液分離手段により分離されたガス冷媒と合流させて、前記圧縮機の吸込管に供給するガス冷媒供給手段を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
前記気液分離手段が大口径のパイプで構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の冷凍装置。
【請求項５】
冷凍サイクル内に高圧側が超臨界圧力となる冷媒が封入されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機への液バックを抑制した冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を、閉ループの冷媒配管で接続してなる冷凍装置が知られている。
【０００３】
この種のものでは、圧縮機への液バックを抑制するため、圧縮機の吸込管にアキュームレータを接続するのが一般的である（特許文献１参照）。なお、本明細書において、冷凍装置は、ヒートポンプを含むものとする。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１６５５１９号公報（図１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の構成では、液バックの液冷媒が、アキュームレータに一時的に保有されるにしても、その一部は、吸込管下部のオイル戻し孔等から液状態のまま圧縮機に吸い込まれる構成となっているため、オイル挙動等が不安定となり、圧縮機の信頼性が損なわれるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、圧縮機内でのオイル挙動等を安定化させ、且つ、圧縮機の信頼性を向上させることができる冷凍装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器とを備えた冷凍装置において、前記蒸発器の熱交換部を、複数の熱交換部に分割し、それぞれの熱交換部間に、上流の熱交換部を経た冷媒を気液分離する気液分離手段を設け、この気液分離手段により分離された液冷媒を、下流の熱交換部に供給する液冷媒供給手段を設け、気液分離手段により分離されたガス冷媒を、下流の熱交換部をバイパスさせて、前記圧縮機の吸込管に供給するガス冷媒供給手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、圧縮機と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器とを備えた冷凍装置において、前記蒸発器の熱交換部を、メイン熱交換部と、このメイン熱交換部の下流に配置されるサブ熱交換部とに分割し、このサブ熱交換部とメイン熱交換部との間に、このメイン熱交換部を経た冷媒を気液分離する気液分離手段を設け、この気液分離手段により分離された液冷媒を、サブ熱交換部に供給する液冷媒供給手段を設け、気液分離手段により分離されたガス冷媒を、サブ熱交換部をバイパスさせて、前記圧縮機の吸込管に供給するガス冷媒供給手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、圧縮機と、この圧縮機の吸込管に接続された蒸発器とを備えた冷凍装置において、前記蒸発器と前記圧縮機との間に、蒸発器を経た冷媒を気液分離する気液分離手段を設け、この気液分離手段により分離された液冷媒と圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒との間で熱交換し、気液分離手段により分離された液冷媒をガス化させる冷媒熱交換器を設け、この冷媒熱交換器を経てガス化させた冷媒を、気液分離手段により分離されたガス冷媒と合流させて、圧縮機の吸込管に供給するガス冷媒供給手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項記載のものにおいて、前記気液分離手段が大口径のパイプで構成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項記載のものにおいて、冷凍サイクル内に高圧側が超臨界圧力となる冷媒が封入されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。この冷凍装置３０は、圧縮機２、熱交換器（凝縮器）３、減圧装置（電子制御弁）５、及び蒸発器７を閉ループの冷媒配管で接続して構成されている。
【００１４】
蒸発器７の熱交換部は、メイン熱交換部７Ａと、このメイン熱交換部７Ａの下流に配置されるサブ熱交換部７Ｂとに分割されている。各熱交換部は、フィン・アンド・チューブ式の熱交換器を構成している。
【００１５】
サブ熱交換部７Ｂとメイン熱交換部７Ａとの間には、このメイン熱交換部７Ａを経た冷媒を、重力によって気液分離する気液分離器（気液分離手段）９が設けられている。この気液分離器９により分離された液冷媒は、当該気液分離器９の下部に溜まり、下部導出管（液冷媒供給手段）１１を経て、サブ熱交換部７Ｂに流入する。そして、このサブ熱交換部７Ｂでほぼ完全に気化した後、気液分離器９の上部に接続された、上部導出管（ガス冷媒供給手段）１３を経て、圧縮機２の吸込管１５に戻される。
【００１６】
また、気液分離器９により分離されたガス冷媒は、当該気液分離器９の上部に接続された、上部導出管１３を経て、サブ熱交換部７Ｂをバイパスして、圧縮機２の吸込管１５に戻される。
【００１７】
図２は、エンタルピ・圧力線図を示している。圧縮機２の出口は状態ａで示される。冷媒は、凝縮器３を通って循環し、そこで状態ｂまで冷却され、熱を冷却空気に放出する。ついで、冷媒は、減圧装置５での圧力低下により、状態ｃに至り、メイン熱交換部７Ａに流入する。このメイン熱交換部７Ａでは、通常ガス化された冷媒が状態ｄに至り、液バックする冷媒は状態ｅに止まり、これら状態ｄ，ｅの冷媒が混在した状態で、気液分離器９に流入する。この気液分離器９では、冷媒が気液分離される。液冷媒は、サブ熱交換部７Ｂで気化し、状態ｇとなった後、上部導出管１３で状態ｄのガス冷媒と合流し、状態ｆとなって、圧縮機２の吸込管１５に戻される。
【００１８】
図２では、フロン系冷媒を使用した例を示したが、この冷凍システムでは、高圧側が超臨界圧力となる二酸化炭素冷媒を使用することが可能である。この超臨界圧力で運転される冷媒には、二酸化炭素冷媒のほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。この二酸化炭素冷媒等を使用した場合には、高圧側が超臨界圧力で運転されるために、熱交換器３では、ほとんど凝縮することがない。
【００１９】
本実施形態では、気液分離器９、並びにサブ熱交換部７Ｂが配置されたため、圧縮機２に液バックすることがない。従って、従来型のアキュームレータが不要になる。サブ熱交換部７Ｂを通過した冷媒は、ほぼ完全に気化して圧縮機２に戻されるため、従来のように、吸込管下部のオイル戻し孔等から液状態のまま冷媒が圧縮機に吸い込まれることがなくなり、オイル挙動等が安定化し、圧縮機２の信頼性を向上させることができる。サブ熱交換部７Ｂの上部は、乾き状態となり、或いは過熱ガス状態となるため、当該部位への着霜が抑制される。除霜運転時に、液バックしても、サブ熱交換部７Ｂで気化するため、圧縮機２への液バックを抑えることができる。
【００２０】
気液分離器９は、液冷媒を貯める必要がなく、冷媒の流速を遅くして、気液分離するだけでよいため、小容量の容器とすることができる。
【００２１】
また、メイン熱交換部７Ａから液バックする液冷媒は、状態ｅにおけるエンタルピの飽和液であり、その量は、
｛（状態ｄのエンタルピ）−（状態ｅのエンタルピ）
／（状態ｄのエンタルピ）−（状態ｈのエンタルピ）｝×冷媒循環量
となるため少量である。従って、下部導出管１１、及びサブ熱交換部７Ｂの冷媒管の口径（細管）を小さくすることができる。また、サブ熱交換部７Ｂは少量の液分のみを蒸発すればよく、各熱交換部７Ｂ，７Ａ内は、共に湿り蒸気となるため、高効率である。
【００２２】
図３は、別の実施形態を示す。
【００２３】
本構成では、図１の実施形態と比較した場合、気液分離器が大口径の円筒状パイプ１９で構成される。その他の構成はほぼ同じである。このパイプ１９の断面積は、当該パイプ１９への入口管２０の断面積よりも大きく設定される。図１の容器９と比較した場合、気液分離器を、単なるパイプで構成することができるため、低コストに抑えることができる。上部導出管１３の流量と、下部導出管１１及びサブ熱交換部７Ｂを流れる流量との比率は、双方の経路抵抗比により決定される。従って、双方の経路抵抗を適度に選択することにより、液冷媒をすみやかに処理することが可能になる。
【００２４】
図４は、さらに別の実施形態を示す。
【００２５】
この冷凍装置３０は、圧縮機２、凝縮器３、減圧装置（電子制御弁）５、及び蒸発器１７を閉ループの冷媒配管で接続して構成される。
【００２６】
本実施形態では、上述した蒸発器１７の熱交換部が、３つの熱交換部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃに分割されており、上流側の２つの熱交換部１７Ａ，１７Ｂ間には、上流の熱交換部１７Ａを経た冷媒を気液分離する気液分離器２１が設けられ、かつ下流側の２つの熱交換部１７Ｂ，１７Ｃ間には、上流の熱交換部１７Ｂを経た冷媒を気液分離する気液分離器２２が設けられる。
【００２７】
一方の気液分離器２１により分離された液冷媒は、その下流の熱交換部１７Ｂに下から供給され、他方の気液分離器２２により分離された液冷媒は、その下流の熱交換部１７Ｃに下から供給される。この熱交換部１７Ｃの出口管２３と、各気液分離器２１，２２の上部に接続された上部導出管２１Ａ，２２Ａとは、ガス管２４に合流し、ガス管２４を経たガス冷媒は、圧縮機２の吸込管１５を経て、圧縮機２に戻される。
【００２８】
図５は、エンタルピ・圧力線図を示している。圧縮機２の出口は状態ａで示される。冷媒は、凝縮器３を通って循環し、そこで状態ｂまで冷却され、熱を冷却空気に放出する。ついで、冷媒は、減圧装置５での圧力低下により状態ｃに至り、熱交換部１７Ａに流入する。熱交換部１７Ａの出口では状態ｊに至り、気液分離器２１に流入する。ここで液バックした冷媒は、管３１を経て、熱交換部１７Ｂに流入し、その出口では状態ｋに至り、気液分離器２２に流入する。そして、ここで液バックした冷媒は、管３２を経て、熱交換部１７Ｃに流入し、その出口では状態ｌに至る。
【００２９】
各気液分離器２１，２２で分離されたガス冷媒は、上部導出管２１Ａ，２２Ａから導出され、状態ｍに至る。この状態ｍのガス冷媒と、状態ｌのガス冷媒とがガス管２４で合流し、このガス冷媒は状態ｎに至り、圧縮機２の吸込管１５を経て、圧縮機２に戻される。
【００３０】
上記構成では、蒸発器１７を、複数の熱交換部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃに分割し、各熱交換部でガス化した冷媒を分離し、液冷媒を各下流の熱交換部に供給し、そこで順にガス化させるため、熱交換効率が向上し、各熱交換部の圧力損失を低減させることができる。
【００３１】
図６は、さらに別の実施形態を示す。
【００３２】
この冷凍装置３０は、圧縮機２、凝縮器３、減圧装置（電子制御弁）５、及び蒸発器７を閉ループの冷媒配管で接続して構成される。
【００３３】
本実施形態では、蒸発器７と圧縮機２との間に、蒸発器７を経た冷媒を気液分離する気液分離器３７が設けられる。そして、この気液分離器３７により分離された液冷媒を導出する管３８と、圧縮機２から吐出され、凝縮器３を経た高圧ガス冷媒を導出する管３９とからなる冷媒熱交換器４０が設けられ、この冷媒熱交換器４０では、気液分離器３７により分離された液冷媒が、高圧ガス冷媒からの熱を受けてガス化される。管３８内でガス化された冷媒と、気液分離器３７で分離されたガス冷媒とは合流管（ガス冷媒供給手段）４１で合流し、圧縮機２の吸込管１５を経て、この圧縮機２に戻される。
【００３４】
これによれば、圧縮機２に液バックすることがない。従って、従来型のアキュームレータが不要になる。冷媒熱交換器４０を通過した冷媒は、ほぼ完全に気化して圧縮機２に戻されるため、従来のように、吸込管下部のオイル戻し孔等から液状態のまま冷媒が圧縮機に吸い込まれることがなくなり、オイル挙動等が安定化し、圧縮機２の信頼性を向上させることができる。この場合、冷媒熱交換器４０を構成する管３８，３９の口径は小口径でよいため、冷媒熱交換器４０の形状を小型化することができ、加工上有利になる。
【００３５】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明では、圧縮機内でのオイル挙動等を安定化させ、且つ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図２】エンタルピ・圧力線図である。
【図３】別の実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図４】別の実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図５】エンタルピ・圧力線図である。
【図６】さらに別の実施の形態を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
２  圧縮機
３  凝縮器
５  減圧装置
７  蒸発器
７Ａ  メイン熱交換部
７Ｂ  サブ熱交換部
９，１９，２１，２２，３７  気液分離器（気液分離手段）
１１  液冷媒供給手段
１３  ガス冷媒供給手段
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ  熱交換部
３０  冷凍装置
３８，３９  管
４０  冷媒熱交換器
【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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