(57)【要約】【課題】冷媒回路に流出するオイル成分を適切に回収しつつ、冷凍効率の向上を図ることができる冷凍サイクル装置を提供すること。【解決手段】蒸発器１１と、蒸発器１１で蒸発した冷媒を吸引して圧縮する圧縮機構１２と、圧縮機構１２で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器１３と、放熱器１３で放熱した冷媒を２つに分流し、分流した一方の冷媒を冷媒減圧器１４４にて減圧させ、減圧させた冷媒の蒸発作用により他方の冷媒を中間冷却器１４５で冷却させる分流機構１４と、中間冷却器１４５で冷却された冷媒を断熱膨張させて蒸発器１１に送出する膨張機構１５とを冷媒配管１６にて順次接続して構成された冷媒回路１０を備え、圧縮機構１２で圧縮された冷媒に含まれているオイル成分を油分離器１７１で分離させ、分離したオイル成分を補助減圧器１７３で減圧させ、減圧させたオイル成分により放熱器１３で放熱した冷媒を冷却する油分離機構１７を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した冷媒を吸引して圧縮する圧縮機構と、
前記圧縮機構で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した冷媒を２つに分流し、分流した一方の冷媒を冷媒減圧器にて減圧させ、この冷媒減圧器で減圧させた冷媒の蒸発作用により分流した他方の冷媒を中間冷却器で冷却させる分流機構と、
前記分流機構における中間冷却器で冷却された冷媒を断熱膨張させて前記蒸発器に送出する膨張機構と
を冷媒配管にて順次接続して構成された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置において、
前記圧縮機構で圧縮された冷媒に含まれているオイル成分を油分離器で分離させ、分離したオイル成分を補助減圧器で減圧させ、減圧させたオイル成分により前記放熱器で放熱した冷媒を冷却する油分離機構を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記油分離機構は、
前記圧縮機構から前記放熱器に至る冷媒配管に配設され、かつ前記圧縮機構で圧縮された冷媒に含まれるオイル成分を分離する油分離器と、
前記油分離器にて分離されたオイル成分を前記圧縮機構に導く油分離流路と、
前記油分離流路に配設され、該油分離流路を通過するオイル成分を減圧させる補助減圧器と、
前記補助減圧器で減圧されたオイル成分により、前記分流機構にて分流した前記他方の冷媒を冷却する過冷却器と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記油分離機構は、
前記圧縮機構から前記放熱器に至る冷媒配管に配設され、かつ前記圧縮機構で圧縮された冷媒に含まれるオイル成分を分離する油分離器と、
前記油分離器にて分離されたオイル成分を前記圧縮機構に導く油分離流路と、
前記油分離流路に配設され、該油分離流路を通過するオイル成分を減圧させる補助減圧器と、
前記補助減圧器で減圧されたオイル成分により、前記放熱器から前記分流機構に至る冷媒配管を通過する冷媒を冷却する過冷却器と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記油分離機構は、前記油分離器で分離されて前記補助減圧器に向けて通過するオイル成分を放熱させるオイルクーラを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ショーケースや自動販売機等に適用される冷凍サイクル装置において、二酸化炭素を冷媒として二段圧縮一段膨張冷凍サイクルを採用したものが知られている。このような冷凍サイクル装置においては、二酸化炭素が封入された冷媒回路を有しており、かかる冷媒回路は、蒸発器と、圧縮機構と、放熱器と、分流機構と、膨張機構とが冷媒配管にて順次接続されて構成されている。
【０００３】
蒸発器は、供給された冷媒を蒸発させることで周囲空気を冷却する熱交換器である。圧縮機構は、蒸発器で蒸発した冷媒を吸引して圧縮する第１圧縮機と、この第１圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる中間熱交換器と、この中間熱交換器で放熱した冷媒を圧縮する第２圧縮機とを有している。
【０００４】
放熱器は、圧縮機構で圧縮された冷媒を放熱させることで周囲空気を加熱する熱交換器である。分流機構は、放熱器で放熱した冷媒を分流器にて第１冷媒流路を通過する冷媒と第２冷媒流路を通過する冷媒とに分流し、第１冷媒流路を通過する冷媒を減圧器にて減圧させ、この減圧器で減圧させた冷媒の蒸発作用により第２冷媒流路を通過する冷媒を中間冷却器で冷却させるものである。膨張機構は、分流機構における中間冷却器で冷却された冷媒を断熱膨張させて蒸発器に送出するものである。
【０００５】
かかる冷凍サイクル装置では、分流機構における中間冷却器にて第２冷媒流路を通過する冷媒が第１冷媒流路を通過する冷媒に冷却されることで、蒸発器の入口におけるエンタルピが減少し、これにより冷凍成績係数を増大させることができる。
【０００６】
そして、冷媒回路に流出したオイル成分を回収するべく、オイルセパレータにて放熱器で放熱した冷媒からオイル成分を分離し、かかるオイル成分を分流器で分流させた冷媒とともに第１冷媒流路を通過させて圧縮機構に戻している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４９２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した特許文献１に提案されている冷凍サイクル装置では、放熱器で放熱した冷媒からオイル成分を分離しているので、放熱器の配管内には超臨界状態となる冷媒（二酸化炭素）に溶解若しくは混じり合ったオイル成分が供給されることとなる。そのため、放熱器における冷媒と周囲空気との熱交換がオイル成分により阻害され、結果的に、放熱器における熱交換性能の低下を招来し、冷凍効率が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みて、冷媒回路に流出するオイル成分を適切に回収しつつ、冷凍効率の向上を図ることができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る冷凍サイクル装置は、供給された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒を吸引して圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱した冷媒を２つに分流し、分流した一方の冷媒を冷媒減圧器にて減圧させ、この冷媒減圧器で減圧させた冷媒の蒸発作用により分流した他方の冷媒を中間冷却器で冷却させる分流機構と、前記分流機構における中間冷却器で冷却された冷媒を断熱膨張させて前記蒸発器に送出する膨張機構とを冷媒配管にて順次接続して構成された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構で圧縮された冷媒に含まれているオイル成分を油分離器で分離させ、分離したオイル成分を補助減圧器で減圧させ、減圧させたオイル成分により前記放熱器で放熱した冷媒を冷却する油分離機構を備えたことを特徴とする。ここで、油分離機構で分離させる「オイル成分」には、潤滑油のみならず、この潤滑油に混じり合った冷媒も含まれるものとする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る冷凍サイクル装置は、上述した請求項１において、前記油分離機構は、前記圧縮機構から前記放熱器に至る冷媒配管に配設され、かつ前記圧縮機構で圧縮された冷媒に含まれるオイル成分を分離する油分離器と、前記油分離器にて分離されたオイル成分を前記圧縮機構に導く油分離流路と、前記油分離流路に配設され、該油分離流路を通過するオイル成分を減圧させる補助減圧器と、前記補助減圧器で減圧されたオイル成分により、前記分流機構にて分流した前記他方の冷媒を冷却する過冷却器とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る冷凍サイクル装置は、上述した請求項１において、前記油分離機構は、前記圧縮機構から前記放熱器に至る冷媒配管に配設され、かつ前記圧縮機構で圧縮された冷媒に含まれるオイル成分を分離する油分離器と、前記油分離器にて分離されたオイル成分を前記圧縮機構に導く油分離流路と、前記油分離流路に配設され、該油分離流路を通過するオイル成分を減圧させる補助減圧器と、前記補助減圧器で減圧されたオイル成分により、前記放熱器から前記分流機構に至る冷媒配管を通過する冷媒を冷却する過冷却器とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る冷凍サイクル装置は、上述した請求項１〜３のいずれか１つにおいて、前記油分離機構は、前記油分離器で分離されて前記補助減圧器に向けて通過するオイル成分を放熱させるオイルクーラを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る冷凍サイクル装置は、上述した請求項１〜４のいずれか１つにおいて、前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、油分離機構が圧縮機構で圧縮された冷媒に含まれているオイル成分を油分離器で分離させるので、放熱器にオイル成分が供給されることを抑制でき、放熱器での熱交換性能の低下を回避することができる。また、油分離機構が油分離器で分離したオイル成分を補助減圧器で減圧させ、減圧させたオイル成分により放熱器で放熱した冷媒を冷却するので、中間冷却器での冷却効果も相俟って膨張機構に至る冷媒のエンタルピを十分に減少させることができる。蒸発器でのエンタルピの変化量を十分に大きくすることができ、冷凍成績係数を向上させることができる。従って、冷媒回路に流出するオイル成分を適切に回収しつつ、冷凍効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１である冷凍サイクル装置を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示した冷凍サイクル装置における冷媒回路のＰ−ｈ線図（モリエル線図）である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２である冷凍サイクル装置を示す模式図である。
【図４】図４は、図３に示した冷凍サイクル装置における冷媒回路のＰ−ｈ線図（モリエル線図）である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３である冷凍サイクル装置を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示した冷凍サイクル装置における冷媒回路のＰ−ｈ線図（モリエル線図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷凍サイクル装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１である冷凍サイクル装置を示す模式図である。ここで例示する冷凍サイクル装置は、ショーケース等に適用され、冷却対象となる収容庫の内部雰囲気を冷却するものであり、内部に冷媒（例えば二酸化炭素）を封入した冷媒回路１０を有している。
【００１９】
冷媒回路１０は、冷媒を循環させるものであり、蒸発器１１、圧縮機構１２、放熱器１３、分流機構１４及び膨張機構１５を冷媒配管１６にて順次接続して構成してある。
【００２０】
蒸発器１１は、上記収容庫に配設してあり、供給された冷媒を蒸発させることにより収容庫の内部雰囲気を冷却する熱交換器である。
【００２１】
圧縮機構１２は、上記収容庫の外部に配設してあり、第１圧縮機１２１と、中間熱交換器１２２と、第２圧縮機１２３とを圧縮冷媒流路１２４で順次接続して構成してある。第１圧縮機１２１は、蒸発器１１で蒸発した冷媒を吸引して圧縮するものである。中間熱交換器１２２は、第１圧縮機１２１で圧縮された冷媒を放熱させて冷却するものである。第２圧縮機１２３は、中間熱交換器１２２で放熱した冷媒を吸引して圧縮するものである。
【００２２】
放熱器１３は、圧縮機構１２と同様に収容庫の外部に配設してあり、圧縮機構１２で圧縮した冷媒、すなわち第２圧縮機１２３で圧縮した冷媒を周囲空気と熱交換させることで放熱させる熱交換器である。この放熱器１３は、冷媒が通過する管路が上記中間熱交換器１２２における管路とは分離されているが、これら管路に貫かれているフィンは共通化されていることで、中間熱交換器１２２と一体化されている。
【００２３】
分流機構１４は、圧縮機構１２及び放熱器１３と同様に収容庫の外部に配設してあり、分流器１４１と、冷媒減圧器１４４と、中間冷却器１４５とを備えて構成してある。分流器１４１は、放熱器１３で放熱した冷媒を２つに分流するもので、分流した一方の冷媒を第１冷媒流路１４２に送出し、他方の冷媒を第２冷媒流路１４３に送出するものである。ここで、第１冷媒流路１４２は、一端が分流器１４１に接続され、他端が合流器１４６を介して圧縮冷媒流路１２４に接続してあり、分流器１４１で分流されて送出された一方の冷媒を圧縮冷媒流路１２４へ通過させるものである。また、第２冷媒流路１４３は、一端が分流器１４１に接続され、他端が膨張機構１５に連結された冷媒配管１６に接続してあり、分流器１４１で分流されて送出された他方の冷媒を膨張機構１５へ通過させるものである。
【００２４】
冷媒減圧器１４４は、第１冷媒流路１４２に配設してあり、例えば開度（減圧量）が調整可能な膨張弁等で構成してある。この冷媒減圧器１４４は、第１冷媒流路１４２を通過する冷媒を減圧して膨張させるものである。
【００２５】
中間冷却器１４５は、第１冷媒流路１４２を通過し、かつ冷媒減圧器１４４で減圧された冷媒（一方の冷媒）と、第２冷媒流路１４３を通過する冷媒（他方の冷媒）とを熱交換させる熱交換器である。つまり、中間冷却器１４５は、冷媒減圧器１４４で減圧させた冷媒の蒸発作用により第２冷媒流路１４３を通過する冷媒を冷却させるものである。
【００２６】
膨張機構１５は、収容庫の外部に配設してある。この膨張機構１５は、例えば膨張弁やキャピラリーチューブ等により構成してあり、自身の入口に連通する態様で接続された冷媒配管１６を通じて供給された冷媒、すなわち分流機構１４における中間冷却器１４５にて冷却された冷媒を減圧して断熱膨張させて気液２相状態（低圧冷媒）にし、上記蒸発器１１に送出するものである。
【００２７】
このような構成を有する冷媒回路１０は、上記構成の他に油分離機構１７を有している。油分離機構１７は、油分離器１７１と、油分離流路１７２と、補助減圧器１７３と、過冷却器１７４とを備えて構成してある。
【００２８】
油分離器１７１は、圧縮機構１２から放熱器１３に至る冷媒配管１６に配設してある。この油分離器１７１は、圧縮機構１２で圧縮された冷媒に含まれるオイル成分（潤滑油及びこの潤滑油に混じり合った冷媒）を分離、すなわち超臨界状態にある冷媒からこの冷媒に溶解若しくは混じり合ったオイル成分を分離するものである。
【００２９】
油分離流路１７２は、油分離器１７１で分離したオイル成分を圧縮機構１２の所定のオイル溜まりに導くための流路である。
【００３０】
補助減圧器１７３は、油分離流路１７２に配設してある。この補助減圧器１７３は、油分離流路１７２を通過するオイル成分を減圧させるものであり、より詳細には、減圧したオイル成分が放熱器１３で放熱した冷媒を冷却することができる程度にまでオイル成分を減圧させるものである。
【００３１】
過冷却器１７４は、油分離流路１７２を通過し、かつ補助減圧器１７３で減圧されたオイル成分と、第２冷媒流路１４３を通過する冷媒（他方の冷媒）とを熱交換させる熱交換器である。つまり、過冷却器１７４は、補助減圧器１７３で減圧させたオイル成分により第２冷媒流路１４３を通過する冷媒を冷却させるものである。
【００３２】
以上説明したような構成を有する本実施の形態１の冷凍サイクル装置では、次のようにして冷媒回路１０において冷媒が循環することにより、蒸発器１１が配設された収容庫の内部雰囲気を冷却することができる。ここで、図２は、図１に示した冷凍サイクル装置における冷媒回路のＰ−ｈ線図（モリエル線図）であり、かかるＰ−ｈ線図を用いて説明する。
【００３３】
圧縮機構１２に吸引された冷媒は、第１圧縮機１２１で圧縮され、圧縮冷媒流路１２４を通過して中間熱交換器１２２に吐出される（ａ→ｂの過程）。中間熱交換器１２２に吐出された冷媒は、周囲空気と熱交換することで放熱して冷却される（ｂ→ｃの過程）。中間熱交換器１２２で冷却された冷媒は、圧縮冷媒流路１２４を通じて第２圧縮機１２３に吸引されて圧縮され、高温高圧の超臨界状態となって吐出される（ｃ→ｄの過程）。かかる超臨界状態となって吐出される冷媒には、圧縮機構１２を構成する第１圧縮機１２１及び第２圧縮機１２３の潤滑油が溶解若しくは混じり合っている。
【００３４】
圧縮機構１２で吐出された冷媒は、油分離器１７１でオイル成分が分離される。分離されたオイル成分は、油分離流路１７２を通過し、補助減圧器１７３により減圧される。補助減圧器１７３に減圧されたオイル成分は、油分離流路１７２を通過し、過冷却器１７４を経由して圧縮機構１２の所定のオイル溜まりに導かれる。
【００３５】
ところで、上記油分離器１７１でオイル成分が分離された冷媒は、冷媒配管１６を通過して放熱器１３に送出される。放熱器１３に送出された冷媒は、周囲空気と熱交換することで放熱して冷却される（ｄ→ｅの過程）。放熱器１３で冷却された冷媒は、冷媒配管１６を通過して分流機構１４を構成する分流器１４１にて第１冷媒流路１４２を通過する冷媒（一方の冷媒）と、第２冷媒流路１４３を通過する冷媒（他方の冷媒）とに分流される。
【００３６】
第１冷媒流路１４２を通過する冷媒は、冷媒減圧器１４４により減圧され（ｅ→ｆの過程）、その後に中間冷却器１４５を経由して合流器１４６に至り、圧縮冷媒流路１２４に合流して第２圧縮機１２３に吸引される（ｆ→ｃの過程）。
【００３７】
第２冷媒流路１４３を通過する冷媒は、過冷却器１７４にて油分離流路１７２を通過するオイル成分と熱交換を行うことにより冷却される（ｅ→ｅ′の過程）。オイル成分に冷却された冷媒は、その後に中間冷却器１４５に至り、該中間冷却器１４５にて冷媒減圧器１４４にて減圧された第１冷媒流路１４２を通過する冷媒の蒸発作用により更に冷却される（ｅ′→ｇの過程）。
【００３８】
このようにして中間冷却器１４５で冷却された冷媒は、冷媒配管１６を通じて膨張機構１５に至り、かかる膨張機構１５で減圧されて断熱膨張し、冷媒配管１６を通じて蒸発器１１に供給される（ｇ→ｈの過程）。蒸発器１１に供給された冷媒は、収容庫の内部雰囲気と熱交換を行って蒸発することで該収容庫の内部雰囲気を冷却する（ｈ→ａの過程）。これにより収容庫に収納された商品を冷却することができる。
【００３９】
蒸発器１１で蒸発した冷媒は、圧縮機構１２を構成する第１圧縮機１２１に吸引されることで圧縮機構１２に至り、冷媒回路１０での循環を繰り返すことになる。
【００４０】
以上説明したような本実施の形態１である冷凍サイクル装置においては、油分離器１７１で分離させたオイル成分を補助減圧器１７３で減圧し、過冷却器１７４にて第２冷媒流路１４３を通過する冷媒を冷却するようにしたので（ｅ→ｅ′の過程）、中間冷却器１４５での冷却効果も相俟って膨張機構１５に至る冷媒のエンタルピを十分に減少させることができる。つまり、図２中における鎖線で示す従来の冷凍サイクル装置に比しても膨張機構１５に至る冷媒のエンタルピを減少させることができる。
【００４１】
これによりｈ→ａの過程におけるエンタルピの変化量を十分に大きくすることができ、下記式（１）により定義される冷凍成績係数を向上させることができる。
【００４２】
式（１）
冷凍成績係数＝（ｈ（ａ）−ｈ（ｈ））／（（ｈ（ｂ）−ｈ（ａ））＋（ｈ（ｄ）−ｈ（ｃ）））
ここでｈ（ａ）、ｈ（ｂ）、ｈ（ｃ）、ｈ（ｄ）、ｈ（ｈ）は、それぞれ図１の符号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｈにおける比エンタルピである。
【００４３】
また、上記冷凍サイクル装置においては、圧縮機構１２から吐出されて放熱器１３に供給される冷媒から油分離器１７１によりオイル成分を分離させているので、放熱器１３にオイル成分が供給されることを抑制できる。これにより放熱器１３での熱交換性能の低下を回避することができる。
【００４４】
従って、本実施の形態１である冷凍サイクル装置によれば、冷凍成績係数を向上させることができ、また油分離器１７１により圧縮機構１２から吐出された冷媒よりオイル成分を分離させてオイル成分を回収するとともに、放熱器１３での熱交換性能の低下を回避することができるので、冷媒回路１０に流出するオイル成分を適切に回収しつつ、冷凍効率の向上を図ることができる。
【００４５】
＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２である冷凍サイクル装置を示す模式図である。ここで例示する冷凍サイクル装置は、ショーケース等に適用され、冷却対象となる収容庫の内部雰囲気を冷却するものであり、内部に冷媒（例えば二酸化炭素）を封入した冷媒回路２０を有している。
【００４６】
冷媒回路２０は、冷媒を循環させるものであり、蒸発器２１、圧縮機構２２、放熱器２３、分流機構２４及び膨張機構２５を冷媒配管２６にて順次接続して構成してある。
【００４７】
蒸発器２１は、上記収容庫に配設してあり、供給された冷媒を蒸発させることにより収容庫の内部雰囲気を冷却する熱交換器である。
【００４８】
圧縮機構２２は、上記収容庫の外部に配設してあり、第１圧縮機２２１と、中間熱交換器２２２と、第２圧縮機２２３とを圧縮冷媒流路２２４で順次接続して構成してある。第１圧縮機２２１は、蒸発器２１で蒸発した冷媒を吸引して圧縮するものである。中間熱交換器２２２は、第１圧縮機２２１で圧縮された冷媒を放熱させて冷却するものである。第２圧縮機２２３は、中間熱交換器２２２で放熱した冷媒を吸引して圧縮するものである。
【００４９】
放熱器２３は、圧縮機構２２と同様に収容庫の外部に配設してあり、圧縮機構２２で圧縮した冷媒、すなわち第２圧縮機２２３で圧縮した冷媒を周囲空気と熱交換させることで放熱させる熱交換器である。この放熱器２３は、冷媒が通過する管路が上記中間熱交換器２２２における管路とは分離されているが、これら管路に貫かれているフィンは共通化されていることで、中間熱交換器２２２と一体化されている。
【００５０】
分流機構２４は、圧縮機構２２及び放熱器２３と同様に収容庫の外部に配設してあり、分流器２４１と、冷媒減圧器２４４と、中間冷却器２４５とを備えて構成してある。分流器２４１は、放熱器２３で放熱した冷媒を２つに分流するもので、分流した一方の冷媒を第１冷媒流路２４２に送出し、他方の冷媒を第２冷媒流路２４３に送出するものである。ここで、第１冷媒流路２４２は、一端が分流器２４１に接続され、他端が合流器２４６を介して圧縮冷媒流路２２４に接続してあり、分流器２４１で分流されて送出された一方の冷媒を圧縮冷媒流路２２４へ通過させるものである。また、第２冷媒流路２４３は、一端が分流器２４１に接続され、他端が膨張機構２５に連結された冷媒配管２６に接続してあり、分流器２４１で分流されて送出された他方の冷媒を膨張機構２５へ通過させるものである。
【００５１】
冷媒減圧器２４４は、第１冷媒流路２４２に配設してあり、例えば開度（減圧量）が調整可能な膨張弁等で構成してある。この冷媒減圧器２４４は、第１冷媒流路２４２を通過する冷媒を減圧して膨張させるものである。
【００５２】
中間冷却器２４５は、第１冷媒流路２４２を通過し、かつ冷媒減圧器２４４で減圧された冷媒（一方の冷媒）と、第２冷媒流路２４３を通過する冷媒（他方の冷媒）とを熱交換させる熱交換器である。つまり、中間冷却器２４５は、冷媒減圧器２４４で減圧させた冷媒の蒸発作用により第２冷媒流路２４３を通過する冷媒を冷却させるものである。
【００５３】
膨張機構２５は、収容庫の外部に配設してある。この膨張機構２５は、例えば膨張弁やキャピラリーチューブ等により構成してあり、自身の入口に連通する態様で接続された冷媒配管２６を通じて供給された冷媒、すなわち分流機構２４における中間冷却器２４５にて冷却された冷媒を減圧して断熱膨張させて気液２相状態（低圧冷媒）にし、上記蒸発器２１に送出するものである。
【００５４】
このような構成を有する冷媒回路２０は、上記構成の他に油分離機構２７を有している。油分離機構２７は、油分離器２７１と、油分離流路２７２と、補助減圧器２７３と、過冷却器２７４とを備えて構成してある。
【００５５】
油分離器２７１は、圧縮機構２２から放熱器２３に至る冷媒配管２６に配設してある。この油分離器２７１は、圧縮機構２２で圧縮された冷媒に含まれるオイル成分（潤滑油及びこの潤滑油に混じり合った冷媒）を分離、すなわち超臨界状態にある冷媒からこの冷媒に溶解若しくは混じり合ったオイル成分を分離するものである。
【００５６】
油分離流路２７２は、油分離器２７１で分離したオイル成分を圧縮機構２２の所定のオイル溜まりに導くための流路である。
【００５７】
補助減圧器２７３は、油分離流路２７２に配設してある。この補助減圧器２７３は、油分離流路２７２を通過するオイル成分を減圧させるものであり、より詳細には、減圧したオイル成分が放熱器２３で放熱した冷媒を冷却することができる程度にまでオイル成分を減圧させるものである。
【００５８】
過冷却器２７４は、油分離流路２７２を通過し、かつ補助減圧器２７３で減圧されたオイル成分と、放熱器２３で放熱して分流器２４１に向けて冷媒配管２６を通過する冷媒とを熱交換させる熱交換器である。つまり、過冷却器２７４は、補助減圧器２７３で減圧させたオイル成分により放熱器２３で放熱した冷媒を冷却させるものである。
【００５９】
以上説明したような構成を有する本実施の形態２の冷凍サイクル装置では、次のようにして冷媒回路２０において冷媒が循環することにより、蒸発器２１が配設された収容庫の内部雰囲気を冷却することができる。ここで、図４は、図３に示した冷凍サイクル装置における冷媒回路のＰ−ｈ線図（モリエル線図）であり、かかるＰ−ｈ線図を用いて説明する。
【００６０】
圧縮機構２２に吸引された冷媒は、第１圧縮機２２１で圧縮され、圧縮冷媒流路２２４を通過して中間熱交換器２２２に吐出される（ｉ→ｊの過程）。中間熱交換器２２２に吐出された冷媒は、周囲空気と熱交換することで放熱して冷却される（ｊ→ｋの過程）。中間熱交換器２２２で冷却された冷媒は、圧縮冷媒流路２２４を通じて第２圧縮機２２３に吸引されて圧縮され、高温高圧の超臨界状態となって吐出される（ｋ→ｍの過程）。かかる超臨界状態となって吐出される冷媒には、圧縮機構２２を構成する第１圧縮機２２１及び第２圧縮機２２３の潤滑油が溶解若しくは混じり合っている。
【００６１】
圧縮機構２２で吐出された冷媒は、油分離器２７１でオイル成分が分離される。分離されたオイル成分は、油分離流路２７２を通過し、補助減圧器２７３により減圧される。補助減圧器２７３に減圧されたオイル成分は、油分離流路２７２を通過し、過冷却器２７４を経由して圧縮機構２２の所定のオイル溜まりに導かれる。
【００６２】
ところで、上記油分離器２７１でオイル成分が分離された冷媒は、冷媒配管２６を通過して放熱器２３に送出される。放熱器２３に送出された冷媒は、周囲空気と熱交換することで放熱して冷却される（ｍ→ｎの過程）。
【００６３】
放熱器２３で冷却された冷媒は、過冷却器２７４にて油分離流路２７２を通過するオイル成分と熱交換を行うことにより冷却される（ｎ→ｎ′の過程）。オイル成分に冷却された冷媒は、冷媒配管２６を通過して分流機構２４を構成する分流器２４１にて第１冷媒流路２４２を通過する冷媒（一方の冷媒）と、第２冷媒流路２４３を通過する冷媒（他方の冷媒）とに分流される。
【００６４】
第１冷媒流路２４２を通過する冷媒は、冷媒減圧器２４４により減圧され（ｎ′→ｏの過程）、その後に中間冷却器２４５を経由して合流器２４６に至り、圧縮冷媒流路２２４に合流して第２圧縮機２２３に吸引される（ｏ→ｋの過程）。
【００６５】
第２冷媒流路２４３を通過する冷媒は、その後に中間冷却器２４５に至り、該中間冷却器２４５にて冷媒減圧器２４４にて減圧された第１冷媒流路２４２を通過する冷媒の蒸発作用により更に冷却される（ｎ′→ｐの過程）。
【００６６】
このようにして中間冷却器２４５で冷却された冷媒は、冷媒配管２６を通じて膨張機構２５に至り、かかる膨張機構２５で減圧されて断熱膨張し、冷媒配管２６を通じて蒸発器２１に供給される（ｐ→ｑの過程）。蒸発器２１に供給された冷媒は、収容庫の内部雰囲気と熱交換を行って蒸発することで該収容庫の内部雰囲気を冷却する（ｑ→ｉの過程）。これにより収容庫に収納された商品を冷却することができる。
【００６７】
蒸発器２１で蒸発した冷媒は、圧縮機構２２を構成する第１圧縮機２２１に吸引されることで圧縮機構２２に至り、冷媒回路２０での循環を繰り返すことになる。
【００６８】
以上説明したような本実施の形態２である冷凍サイクル装置においては、油分離器２７１で分離させたオイル成分を補助減圧器２７３で減圧し、過冷却器２７４にて放熱器２３で放熱した冷媒を冷却するようにしたので（ｎ→ｎ′の過程）、中間冷却器２４５での冷却効果も相俟って膨張機構２５に至る冷媒のエンタルピを十分に減少させることができる。つまり、図４中における鎖線で示す従来の冷凍サイクル装置に比しても膨張機構２５に至る冷媒のエンタルピを減少させることができる。
【００６９】
これによりｑ→ｉの過程におけるエンタルピの変化量を十分に大きくすることができ、下記式（２）により定義される冷凍成績係数を向上させることができる。
【００７０】
式（２）
冷凍成績係数＝（ｈ（ｉ）−ｈ（ｑ））／（（ｈ（ｊ）−ｈ（ｉ））＋（ｈ（ｍ）−ｈ（ｋ）））
ここでｈ（ｉ）、ｈ（ｊ）、ｈ（ｋ）、ｈ（ｍ）、ｈ（ｑ）は、それぞれ図３の符号ｉ、ｊ、ｋ、ｍ、ｑにおける比エンタルピである。
【００７１】
また、上記冷凍サイクル装置においては、圧縮機構２２から吐出されて放熱器２３に供給される冷媒から油分離器２７１によりオイル成分を分離させているので、放熱器２３にオイル成分が供給されることを抑制できる。これにより放熱器２３での熱交換性能の低下を回避することができる。
【００７２】
従って、本実施の形態２である冷凍サイクル装置によれば、冷凍成績係数を向上させることができ、また油分離器２７１により圧縮機構２２から吐出された冷媒よりオイル成分を分離させてオイル成分を回収するとともに、放熱器２３での熱交換性能の低下を回避することができるので、冷媒回路２０に流出するオイル成分を適切に回収しつつ、冷凍効率の向上を図ることができる。
【００７３】
＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３である冷凍サイクル装置を示す模式図である。ここで例示する冷凍サイクル装置は、ショーケース等に適用され、冷却対象となる収容庫の内部雰囲気を冷却するものであり、内部に冷媒（例えば二酸化炭素）を封入した冷媒回路３０を有している。
【００７４】
冷媒回路３０は、冷媒を循環させるものであり、蒸発器３１、圧縮機構３２、放熱器３３、分流機構３４及び膨張機構３５を冷媒配管３６にて順次接続して構成してある。
【００７５】
蒸発器３１は、上記収容庫に配設してあり、供給された冷媒を蒸発させることにより収容庫の内部雰囲気を冷却する熱交換器である。
【００７６】
圧縮機構３２は、上記収容庫の外部に配設してあり、第１圧縮機３２１と、中間熱交換器３２２と、第２圧縮機３２３とを圧縮冷媒流路３２４で順次接続して構成してある。第１圧縮機３２１は、蒸発器３１で蒸発した冷媒を吸引して圧縮するものである。中間熱交換器３２２は、第１圧縮機３２１で圧縮された冷媒を放熱させて冷却するものである。第２圧縮機３２３は、中間熱交換器３２２で放熱した冷媒を吸引して圧縮するものである。
【００７７】
放熱器３３は、圧縮機構３２と同様に収容庫の外部に配設してあり、圧縮機構３２で圧縮した冷媒、すなわち第２圧縮機３２３で圧縮した冷媒を周囲空気と熱交換させることで放熱させる熱交換器である。この放熱器３３は、冷媒が通過する管路が上記中間熱交換器３２２における管路とは分離されているが、これら管路に貫かれているフィンは共通化されていることで、中間熱交換器３２２と一体化されている。
【００７８】
分流機構３４は、圧縮機構３２及び放熱器３３と同様に収容庫の外部に配設してあり、分流器３４１と、冷媒減圧器３４４と、中間冷却器３４５とを備えて構成してある。分流器３４１は、放熱器３３で放熱した冷媒を２つに分流するもので、分流した一方の冷媒を第１冷媒流路３４２に送出し、他方の冷媒を第２冷媒流路３４３に送出するものである。ここで、第１冷媒流路３４２は、一端が分流器３４１に接続され、他端が合流器３４６を介して圧縮冷媒流路３２４に接続してあり、分流器３４１で分流されて送出された一方の冷媒を圧縮冷媒流路３２４へ通過させるものである。また、第２冷媒流路３４３は、一端が分流器３４１に接続され、他端が膨張機構３５に連結された冷媒配管３６に接続してあり、分流器３４１で分流されて送出された他方の冷媒を膨張機構３５へ通過させるものである。
【００７９】
冷媒減圧器３４４は、第１冷媒流路３４２に配設してあり、例えば開度（減圧量）が調整可能な膨張弁等で構成してある。この冷媒減圧器３４４は、第１冷媒流路３４２を通過する冷媒を減圧して膨張させるものである。
【００８０】
中間冷却器３４５は、第１冷媒流路３４２を通過し、かつ冷媒減圧器３４４で減圧された冷媒（一方の冷媒）と、第２冷媒流路３４３を通過する冷媒（他方の冷媒）とを熱交換させる熱交換器である。つまり、中間冷却器３４５は、冷媒減圧器３４４で減圧させた冷媒の蒸発作用により第２冷媒流路３４３を通過する冷媒を冷却させるものである。
【００８１】
膨張機構３５は、収容庫の外部に配設してある。この膨張機構３５は、例えば膨張弁やキャピラリーチューブ等により構成してあり、自身の入口に連通する態様で接続された冷媒配管３６を通じて供給された冷媒、すなわち分流機構３４における中間冷却器３４５にて冷却された冷媒を減圧して断熱膨張させて気液２相状態（低圧冷媒）にし、上記蒸発器３１に送出するものである。
【００８２】
このような構成を有する冷媒回路３０は、上記構成の他に油分離機構３７を有している。油分離機構３７は、油分離器３７１と、油分離流路３７２と、オイルクーラ３７３と、補助減圧器３７４と、過冷却器３７５とを備えて構成してある。
【００８３】
油分離器３７１は、圧縮機構３２から放熱器３３に至る冷媒配管３６に配設してある。この油分離器３７１は、圧縮機構３２で圧縮された冷媒に含まれるオイル成分（潤滑油及びこの潤滑油に混じり合った冷媒）を分離、すなわち超臨界状態にある冷媒からこの冷媒に溶解若しくは混じり合ったオイル成分を分離するものである。
【００８４】
油分離流路３７２は、油分離器３７１で分離したオイル成分を圧縮機構３２の所定のオイル溜まりに導くための流路である。
【００８５】
オイルクーラ３７３は、油分離流路３７２に配設してある。このオイルクーラ３７３は、油分離流路３７２を通過するオイル成分を周囲空気と熱交換させることで放熱させて冷却する熱交換器である。このオイルクーラ３７３は、オイル成分が通過する管路が上記中間熱交換器３２２及び上記放熱器３３における各管路とは分離されているが、これら管路に貫かれているフィンは共通化されていることで、中間熱交換器３２２及び放熱器３３と一体化されている。
【００８６】
補助減圧器３７４は、油分離流路３７２に配設してある。この補助減圧器３７４は、油分離流路３７２を通過し、かつオイルクーラ３７３で冷却されたオイル成分を減圧させるものであり、より詳細には、減圧したオイル成分が放熱器３３で放熱した冷媒を冷却することができる程度にまでオイル成分を減圧させるものである。
【００８７】
過冷却器３７５は、油分離流路３７２を通過し、かつ補助減圧器３７４で減圧されたオイル成分と、第２冷媒流路３４３を通過する冷媒（他方の冷媒）とを熱交換させる熱交換器である。つまり、過冷却器３７５は、補助減圧器３７４で減圧させたオイル成分により第２冷媒流路３４３を通過する冷媒を冷却させるものである。
【００８８】
以上説明したような構成を有する本実施の形態３の冷凍サイクル装置では、次のようにして冷媒回路３０において冷媒が循環することにより、蒸発器３１が配設された収容庫の内部雰囲気を冷却することができる。ここで、図６は、図５に示した冷凍サイクル装置における冷媒回路のＰ−ｈ線図（モリエル線図）であり、かかるＰ−ｈ線図を用いて説明する。
【００８９】
圧縮機構３２に吸引された冷媒は、第１圧縮機３２１で圧縮され、圧縮冷媒流路３２４を通過して中間熱交換器３２２に吐出される（ｒ→ｓの過程）。中間熱交換器３２２に吐出された冷媒は、周囲空気と熱交換することで放熱して冷却される（ｓ→ｔの過程）。中間熱交換器３２２で冷却された冷媒は、圧縮冷媒流路３２４を通じて第２圧縮機３２３に吸引されて圧縮され、高温高圧の超臨界状態となって吐出される（ｔ→ｕの過程）。かかる超臨界状態となって吐出される冷媒には、圧縮機構３２を構成する第１圧縮機３２１及び第２圧縮機３２３の潤滑油が溶解若しくは混じり合っている。
【００９０】
圧縮機構３２で吐出された冷媒は、油分離器３７１でオイル成分が分離される。分離されたオイル成分は、油分離流路３７２を通過し、オイルクーラ３７３に送出される。オイルクーラ３７３に送出されたオイル成分は、周囲空気と熱交換することで放熱して冷却される。このオイルクーラ３７３により冷却されたオイル成分は、補助減圧器３７４により減圧される。補助減圧器３７４に減圧されたオイル成分は、油分離流路３７２を通過し、過冷却器３７５を経由して圧縮機構３２の所定のオイル溜まりに導かれる。
【００９１】
ところで、上記油分離器３７１でオイル成分が分離された冷媒は、冷媒配管３６を通過して放熱器３３に送出される。放熱器３３に送出された冷媒は、周囲空気と熱交換することで放熱して冷却される（ｕ→ｖの過程）。放熱器３３で冷却された冷媒は、冷媒配管３６を通過して分流機構３４を構成する分流器３４１にて第１冷媒流路３４２を通過する冷媒（一方の冷媒）と、第２冷媒流路３４３を通過する冷媒（他方の冷媒）とに分流される。
【００９２】
第１冷媒流路３４２を通過する冷媒は、冷媒減圧器３４４により減圧され（ｖ→ｗの過程）、その後に中間冷却器３４５を経由して合流器３４６に至り、圧縮冷媒流路３２４に合流して第２圧縮機３２３に吸引される（ｗ→ｔの過程）。
【００９３】
第２冷媒流路３４３を通過する冷媒は、過冷却器３７５にて油分離流路３７２を通過するオイル成分と熱交換を行うことにより冷却される（ｖ→ｖ′の過程）。オイル成分に冷却された冷媒は、その後に中間冷却器３４５に至り、該中間冷却器３４５にて冷媒減圧器３４４にて減圧された第１冷媒流路３４２を通過する冷媒の蒸発作用により更に冷却される（ｖ′→ｘの過程）。
【００９４】
このようにして中間冷却器３４５で冷却された冷媒は、冷媒配管３６を通じて膨張機構３５に至り、かかる膨張機構３５で減圧されて断熱膨張し、冷媒配管３６を通じて蒸発器３１に供給される（ｘ→ｙの過程）。蒸発器３１に供給された冷媒は、収容庫の内部雰囲気と熱交換を行って蒸発することで該収容庫の内部雰囲気を冷却する（ｙ→ｒの過程）。これにより収容庫に収納された商品を冷却することができる。
【００９５】
蒸発器３１で蒸発した冷媒は、圧縮機構３２を構成する第１圧縮機３２１に吸引されることで圧縮機構３２に至り、冷媒回路３０での循環を繰り返すことになる。
【００９６】
以上説明したような本実施の形態３である冷凍サイクル装置においては、油分離器３７１で分離させたオイル成分をオイルクーラ３７３で放熱させて冷却し、更に補助減圧器３７４で減圧することで、過冷却器３７５にて第２冷媒流路３４３を通過する冷媒を冷却するようにしたので（ｖ→ｖ′の過程）、中間冷却器３４５での冷却効果も相俟って膨張機構３５に至る冷媒のエンタルピを十分に減少させることができる。つまり、図６中における鎖線で示す従来の冷凍サイクル装置に比しても膨張機構３５に至る冷媒のエンタルピを減少させることができる。
【００９７】
これによりｙ→ｒの過程におけるエンタルピの変化量を十分に大きくすることができ、下記式（３）により定義される冷凍成績係数を向上させることができる。
【００９８】
式（３）
冷凍成績係数＝（ｈ（ｒ）−ｈ（ｙ））／（（ｈ（ｓ）−ｈ（ｒ））＋（ｈ（ｕ）−ｈ（ｔ）））
ここでｈ（ｒ）、ｈ（ｓ）、ｈ（ｔ）、ｈ（ｕ）、ｈ（ｙ）は、それぞれ図５の符号ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｙにおける比エンタルピである。
【００９９】
また、上記冷凍サイクル装置においては、圧縮機構３２から吐出されて放熱器３３に供給される冷媒から油分離器３７１によりオイル成分を分離させているので、放熱器３３にオイル成分が供給されることを抑制できる。これにより放熱器３３での熱交換性能の低下を回避することができる。
【０１００】
従って、本実施の形態３である冷凍サイクル装置によれば、冷凍成績係数を向上させることができ、また油分離器３７１により圧縮機構３２から吐出された冷媒よりオイル成分を分離させてオイル成分を回収するとともに、放熱器３３での熱交換性能の低下を回避することができるので、冷媒回路３０に流出するオイル成分を適切に回収しつつ、冷凍効率の向上を図ることができる。
【０１０１】
以上本発明の好適な実施の形態１〜３について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
【０１０２】
上述した実施の形態３の冷凍サイクル装置は、実施の形態１における冷凍サイクル装置にオイルクーラ３７３を付加したものであったが、本発明においては、実施の形態２における冷凍サイクル装置にオイルクーラを付加しても良い。このような構成によっても冷媒回路に流出するオイル成分を適切に回収しつつ、冷凍効率の向上を図ることができる。
【０１０３】
上述した実施の形態２の冷凍サイクル装置では、過冷却器２７４が放熱器２３と分離したものであったが、本発明においては、過冷却器を放熱器と一体化させても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上のように、本発明に係る冷凍サイクル装置は、例えばショーケース等において商品を所望の温度に冷却するのに有用である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  冷媒回路
１１  蒸発器
１２  圧縮機構
１２１  第１圧縮機
１２２  中間熱交換器
１２３  第２圧縮機
１２４  圧縮冷媒流路
１３  放熱器
１４  分流機構
１４１  分流器
１４２  第１冷媒流路
１４３  第２冷媒流路
１４４  冷媒減圧器
１４５  中間冷却器
１４６  合流器
１５  膨張機構
１６  冷媒配管
１７  油分離機構
１７１  油分離器
１７２  油分離流路
１７３  補助減圧器
１７４  過冷却器
２０  冷媒回路
２１  蒸発器
２２  圧縮機構
２２１  第１圧縮機
２２２  中間熱交換器
２２３  第２圧縮機
２２４  圧縮冷媒流路
２３  放熱器
２４  分流機構
２４１  分流器
２４２  第１冷媒流路
２４３  第２冷媒流路
２４４  冷媒減圧器
２４５  中間冷却器
２４６  合流器
２５  膨張機構
２６  冷媒配管
２７  油分離機構
２７１  油分離器
２７２  油分離流路
２７３  補助減圧器
２７４  過冷却器
３０  冷媒回路
３１  蒸発器
３２  圧縮機構
３２１  第１圧縮機
３２２  中間熱交換器
３２３  第２圧縮機
３２４  圧縮冷媒流路
３３  放熱器
３４  分流機構
３４１  分流器
３４２  第１冷媒流路
３４３  第２冷媒流路
３４４  冷媒減圧器
３４５  中間冷却器
３４６  合流器
３５  膨張機構
３６  冷媒配管
３７  油分離機構
３７１  油分離器
３７２  油分離流路
３７３  オイルクーラ
３７４  補助減圧器
３７５  過冷却器
【図１】
2013108735.tif 000003
【図２】
2013108735.tif 000004
【図３】
2013108735.tif 000005
【図４】
2013108735.tif 000006
【図５】
2013108735.tif 000007
【図６】
2013108735.tif 000008