(57)【要約】    【課題】  蒸発器出口の冷媒をできるだけ飽和状態に近づけつつ圧縮機吸入側の冷媒を乾き状態にして、液圧縮による圧縮機の破損を防止しかつ蒸発器の性能を向上できる冷凍装置を提供すること。    【解決手段】  この冷凍装置は、圧縮機１の吸入側の冷媒と凝縮器２の出口側の冷媒とを熱交換させる過冷却用の熱交換器５を設けている。この熱交換器５により、蒸発器４出口の冷媒が湿り状態にあるとき、この湿り状態の冷媒を、凝縮器２の出口側の冷媒により、乾き状態にできると共に、凝縮器２の出口側の冷媒を、蒸発器４出口の冷媒により、一層過冷却することができる。【選択図】  図１
2005083608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１）と凝縮器（２）と膨張手段（３）と蒸発器（４）とを順次接続した冷凍装置において、
上記圧縮機（１）の吸入側の冷媒と上記凝縮器（２）の出口側の冷媒とを熱交換する過冷却用の熱交換器（５）を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置において、
上記冷媒は、非共沸混合冷媒であることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の冷凍装置において、
上記蒸発器（４）は、上記冷媒にて液熱媒体を冷却するものであって、
積層された複数の伝熱プレート（１０）を備え、隣接するこの伝熱プレート（１０，１０）の間に交互に冷媒流通路（２０）と液熱媒体流通路（３０）とが形成されると共に、上記各伝熱プレート（１０）に、上記冷媒流通路（２０）にのみ連通する上記冷媒の流入路（２１）および流出路（２２）と、上記液熱媒体流通路（３０）にのみ連通する上記液熱媒体の流入路（３１）および流出路（３２）とが形成されることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、圧縮機と凝縮器と膨張手段と蒸発器とを順次接続した冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍装置では、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを順次環状に接続し、上記圧縮機の吸入側における冷媒の圧力および温度をセンサにて検知し、この検知結果に基づいて、上記膨張弁を制御して、上記蒸発器出口の冷媒の過熱度（スーパーヒート）を制御していた（特公平６−６５９４０号公報：特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、この過熱度が約０℃になるように制御して、上記蒸発器出口の冷媒を飽和状態に近づけることで、上記蒸発器の内部を液で満たすことができる。このとき、上記蒸発器の有効伝熱面積を多く確保できることから、上記蒸発器の小型化が可能になる。
【０００４】
しかしながら、上記従来の冷凍装置では、上記過熱度が約０℃になるように制御したとき、上記圧縮機に吸入される冷媒が湿り状態になって、上記圧縮機が液圧縮による破損を生ずる問題があった。
【特許文献１】特公平６−６５９４０号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、この発明の課題は、蒸発器出口の冷媒をできるだけ飽和状態に近づけつつ圧縮機吸入側の冷媒を乾き状態にして、液圧縮による圧縮機の破損を防止しかつ蒸発器の性能を向上できる冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、この発明の冷凍装置は、圧縮機と凝縮器と膨張手段と蒸発器とを順次接続した冷凍装置において、
上記圧縮機の吸入側の冷媒と上記凝縮器の出口側の冷媒とを熱交換する過冷却用の熱交換器を設けたことを特徴としている。
【０００７】
この発明の冷凍装置によれば、上記熱交換器により、上記圧縮機の吸入側の冷媒と上記凝縮器の出口側の冷媒とを熱交換するので、上記蒸発器出口の冷媒が湿り状態にあるとき、この湿り状態の冷媒を、上記凝縮器の出口側の冷媒により、乾き状態にできる。また、同時に、上記凝縮器の出口側の冷媒を、上記蒸発器出口の冷媒により、一層過冷却することができる。
【０００８】
したがって、上記蒸発器出口の冷媒を飽和状態に近づけても（過熱度を約０℃にしても）、その冷媒は上記圧縮機に吸入されるときには乾き状態であるので、上記圧縮機の液圧縮による破損を回避しつつ、上記蒸発器の内部を液で満たすことができる。このため、上記蒸発器の熱交換の効率を高くでき、伝熱面積を小さくして上記蒸発器の小型化が可能になる。また、上記凝縮器の出口側の冷媒を一層過冷却できるので、上記蒸発器入口の二相状態が液リッチとなり、上記蒸発器内の冷媒の分配を均等にして、上記蒸発器内の冷媒の偏流を防止できる。このため、上記蒸発器の性能をさらに向上して、上記蒸発器を一層小さくできる。
【０００９】
また、一実施形態の冷凍装置では、上記冷媒は、非共沸混合冷媒である。
【００１０】
この一実施形態の冷凍装置によれば、上記冷媒として、沸点が異なる複数の冷媒からなって偏流が生じやすい非共沸混合冷媒を用いていても、上記過冷却用の熱交換器の存在によって、上記蒸発器の中を確実に液で満たして、上記蒸発器内の冷媒の偏流を確実に防止でき、かつ、上記圧縮機の液圧縮を防止できる。
【００１１】
また、一実施形態の冷凍装置では、上記蒸発器は、上記冷媒にて液熱媒体を冷却するものであって、積層された複数の伝熱プレートを備え、隣接するこの伝熱プレートの間に交互に冷媒流通路と液熱媒体流通路とが形成されると共に、上記各伝熱プレートに、上記冷媒流通路にのみ連通する上記冷媒の流入路および流出路と、上記液熱媒体流通路にのみ連通する上記液熱媒体の流入路および流出路とが形成される。
【００１２】
この一実施形態の冷凍装置によれば、上記蒸発器は、いわゆる、プレート式熱交換器であるので、上記冷媒による上記液熱媒体への冷却効率を向上させることができる。また、上記冷媒の偏流が抑制されているので、上記液熱媒体が水である場合、この水の流路が部分的に凍結することがなく、性能の低下を防ぐことができる。要するに、上記過冷却用の熱交換器を設ける冷凍装置として、上記蒸発器が、上記液熱媒体流路の断面積の小さなプレート式熱交換器である場合に好適となる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の冷凍装置によれば、上記圧縮機の吸入側の冷媒と上記凝縮器の出口側の冷媒とを熱交換する過冷却用の熱交換器を設けているので、上記蒸発器出口の冷媒をできるだけ飽和状態に近づけつつ上記圧縮機吸入側の冷媒を乾き状態にして、上記圧縮機の破損を防止しかつ上記蒸発器の性能を向上できる。
【００１４】
また、一実施形態の冷凍装置によれば、上記冷媒として非共沸混合冷媒を用いても、上記過冷却用の熱交換器の存在によって、上記蒸発器内の冷媒の偏流を防止でき、かつ、上記圧縮機の液圧縮を防止できる。
【００１５】
また、一実施形態の冷凍装置によれば、上記蒸発器は、いわゆる、プレート式熱交換器であるので、上記冷媒による上記液熱媒体への冷却効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１７】
図１は、この発明の冷凍装置の一実施形態である簡略構成図を示している。この冷凍装置は、圧縮機１と凝縮器２と膨張手段３と蒸発器４とを順次環状に接続して、冷媒を用いた冷凍サイクルを構成する。
【００１８】
この冷凍サイクルを説明すると、上記圧縮機１にて吐出される気相の冷媒は、上記凝縮器２において熱を奪われて、液相状態になり、この液相の冷媒は、上記膨張手段３により、減圧されて、気相と液相の二相状態になる。その後、この二相の冷媒は、上記蒸発器４において熱を与えられて、気相状態になり、この気相の冷媒は、上記圧縮機１にて吸入されて加圧された後に、再び、上記圧縮機１にて吐出される。
【００１９】
上記凝縮器２は、ファン７を備え、このファン７の空冷により、上記冷媒が冷却される。上記蒸発器４は、水（液熱媒体）にて上記冷媒を加熱すると共にこの水を冷却するものであり、すなわち、水と冷媒との熱交換器である。
【００２０】
上記圧縮機１の吸入側の配管には、上記圧縮機１の吸入側における冷媒の圧力および温度を検知するセンサ６が設けられる。
【００２１】
上記膨張手段３は、電子制御された膨張弁であり、上記センサ６による検知結果に基づいて、上記蒸発器４の出口における冷媒の過熱度（スーパーヒート）を制御するように構成されている。ここで、過熱度とは、飽和状態の温度との差を示す温度である。なお、上記膨張手段３としては、キャピラリーチューブ等を用いてもよい。
【００２２】
そして、この冷凍装置は、上記圧縮機１の吸入側の冷媒（上記圧縮機１と上記蒸発器４との間の冷媒）と、上記凝縮器２の出口側の冷媒（上記凝縮器２と上記膨張手段３との間の冷媒）とを、熱交換する過冷却用の熱交換器５を設けている。具体的に述べると、上記熱交換器５は、上記圧縮機１と上記蒸発器４との間の配管（上記圧縮機１の吸入側配管）と、上記凝縮器２と上記膨張手段３との間の配管（上記凝縮器２の出口側配管）とにわたって配置される。なお、上記熱交換器５としては、例えば、二重管式熱交換器やシェルアンドチューブ式熱交換器やプレート式熱交換器等を用いる。
【００２３】
上記構成の冷凍装置によれば、上記過冷却用の熱交換器５を設けているので、上記蒸発器４の出口の冷媒が湿り状態にあるとき、この湿り状態の冷媒を、上記凝縮器２の出口側の冷媒により、乾き状態にできる。また、同時に、上記凝縮器２の出口側の冷媒を、上記蒸発器４の出口の冷媒により、一層過冷却することができる。
【００２４】
例えば、上記蒸発器４出口の冷媒の過熱度を約０℃にし、上記凝縮器２出口の冷媒の温度を約５０℃にし、上記蒸発器４入口の冷媒の温度を約５℃にする。
【００２５】
したがって、上記蒸発器４の出口の冷媒を飽和状態に近づけても（過熱度を約０℃にしても）、その冷媒は上記圧縮機１に吸入されるときには乾き状態であるので、上記圧縮機１の液圧縮による破損を回避しつつ、上記蒸発器４の内部を液で満たすことができる。
【００２６】
このように、上記蒸発器４の熱交換の効率を高くでき、上記蒸発器４の小型化が可能になる。また、上記凝縮器２の出口側の冷媒を一層過冷却できるので、上記蒸発器４内部を満液にして、上記蒸発器４内の冷媒の偏流を防止できる。
【００２７】
上記冷媒としては、非共沸混合冷媒を用いているが、その他の冷媒を用いてもよい。ここで、非共沸混合冷媒とは、沸点が異なる複数の冷媒を混合したものであって、例えばＲ４０７Ｃ等である。
【００２８】
このように、上記冷媒として、偏流が生じやすい非共沸混合冷媒を用いていても、上記過冷却用の熱交換器５の存在によって、上記蒸発器４の中を確実に液で満たして、上記蒸発器４内の冷媒の偏流を確実に防止でき、かつ、上記圧縮機１の液圧縮を防止できる。
【００２９】
上記蒸発器４は、プレート式熱交換器であり、図２の作用説明を兼ねた簡略構成図に示すように、積層された複数の伝熱プレート１０を備え、隣接するこの伝熱プレート１０，１０の間に交互に冷媒流通路２０と液熱媒体流通路３０とが形成されると共に、上記各伝熱プレート１０に、上記冷媒流通路２０にのみ連通する上記冷媒の流入路２１および流出路２２と、上記液熱媒体流通路３０にのみ連通する上記液熱媒体の流入路３１および流出路３２とが形成される。なお、この場合、上記液熱媒体は水である。
【００３０】
具体的に述べると、上記伝熱プレート１０は、金属製の平板からなり、隣接する上記伝熱プレート１０，１０において、この伝熱プレート１０の周縁部同士が、当接し、この周縁部が、ろう付けにより接合されて一体に構成されている。なお、図２では、隣接する上記伝熱プレート１０，１０の間の隙間を実際よりも大きく描いている。
【００３１】
各伝熱プレート１０の四隅部には、それぞれ、孔部１１が設けられ、この孔部１１の周囲には、適宜、シール部１２が設けられる。そして、上記孔部１１および上記シール部１２により、上記冷媒の流入路２１および流出路２２と、上記液熱媒体の流入路３１および流出路３２とが形成される。
【００３２】
そして、上記冷媒は、実線の矢印に示すように、順次、流入路２１、上記冷媒流通路２０および上記流出路２２を流れ、上記液熱媒体は、破線の矢印に示すように、順次、流入路３１、上記液熱媒体流通路３０および上記流出路３２を流れ、上記冷媒流通路２０を流れる上記冷媒と、上記液熱媒体流通路３０を流れる上記液熱媒体とが、互いに熱交換を行う。
【００３３】
従って、上記蒸発器４はプレート式熱交換器であるので、上記冷媒による上記液熱媒体への冷却効率を向上させることができる。
【００３４】
このように、上記蒸発器４にプレート式熱交換器を用いても、上記過冷却用の熱交換器５を備えているので、上記蒸発器４の内部が満液となって、上記蒸発器４内の上記冷媒の偏流が抑制されて、性能の低下を防ぐことができる。また、上記液熱媒体（水）の上記流路３０，３１，３２が部分的に凍結することがない。要するに、上記過冷却用の熱交換器５を設ける冷凍装置として、上記蒸発器４が、上記液熱媒体流路３０，３１，３２の断面積の小さなプレート式熱交換器である場合に好適となる。
【００３５】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されず、この発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、上記蒸発器４の液熱媒体は、水以外に、エチレングリコール等であってもよい。また、上記蒸発器４の熱媒体は、液体（水）以外に、気体（エア）であってもよい。また、上記蒸発器４としては、上記プレート式熱交換器以外に、二重管式熱交換器やシェルアンドチューブ式熱交換器等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の冷凍装置の一実施形態を示す簡略構成図である。
【図２】蒸発器がプレート式熱交換器である場合の作用説明を兼ねた簡略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    圧縮機
２    凝縮器
３    膨張手段
４    蒸発器
５    過冷却用の熱交換器
１０  伝熱プレート
２０  冷媒流通路
２１  （冷媒の）流入路
２２  （冷媒の）流出路
３０  液熱媒体流通路
３１  （液熱媒体の）流入路
３２  （液熱媒体の）流出路
【図１】
2005083608.tif 000003
【図２】
2005083608.tif 000004