(57)【要約】【課題】吸熱器に流入する冷媒が気化することを抑制する冷凍装置を提供する。【解決手段】圧縮機２と、放熱器３と、吸熱器４とを有する冷凍サイクル１内を冷媒が循環する冷凍装置であって、放熱器３を通過した冷媒が流れる第１流路と、第１流路から分岐し冷媒が流れる第２流路と、第１流路を流れる冷媒と、第２流路を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器６とを備え、第１流路を流れ、熱交換器６を通過した冷媒を吸熱器４に流入させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、放熱器と、吸熱器とを有する冷凍サイクル内を冷媒が循環する冷凍装置であって、
前記放熱器を通過した前記冷媒が流れる第１流路と、
前記第１流路から分岐し前記冷媒が流れる第２流路と、
前記第１流路を流れる前記冷媒と、前記第２流路を流れる前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを備え、
前記第１流路を流れ、前記熱交換器を通過した前記冷媒を前記吸熱器に流入させることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置であって、
前記第１流路において前記熱交換器よりも上流側に設けられ、前記第１流路を流れる前記冷媒を減圧する第１膨張弁と、
前記第２流路において前記熱交換器よりも上流側に設けられ、前記第２流路を流れる前記冷媒を減圧する第２膨張弁とを備え、
前記第２膨張弁の減圧比は、前記第１膨張弁の減圧比よりも大きく設定され、
前記熱交換器は、前記第２流路を流れる前記冷媒によって前記第１流路を流れる前記冷媒を冷却する過冷却器である、
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２に記載の冷凍装置であって、
前記第１流路において前記第１膨張弁よりも下流側に設けられ、前記第１流路を流れる前記冷媒を減圧する第３膨張弁を備え、
前記過冷却器は、前記第１膨張弁と前記第３膨張弁との間に設けられる、
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の冷凍装置であって、
前記第１膨張弁と前記過冷却器との間の前記第１流路に設けられた気液分離器と、
前記気液分離器によって分離された気相状態の冷媒が流れ、前記気相状態の冷媒を前記圧縮機に流入させる第３流路とを備え、
前記過冷却器を通過した前記冷媒が流れる前記第２流路は、前記第３流路に合流する、
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項３に記載の冷凍装置であって、
前記第１膨張弁と前記第３膨張弁との間の前記第１流路に設けられ、前記過冷却器を有する気液分離器と、
前記気液分離器によって分離された気相状態の冷媒が流れ、前記気相状態の冷媒を前記圧縮機に流入させる第３流路とを備え、
前記気液分離器内に貯留された液相状態の冷媒と熱交換した前記冷媒が流れる前記第２流路は、前記第３流路に合流する、
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の冷凍装置であって、
前記圧縮機は、第１圧縮機と、前記第１圧縮機よりも前記放熱器側に設けた第２圧縮機とを直列に配置して構成され、
前記第３流路は、前記第２流路を流れた前記冷媒、及び前記気液分離器の前記気相状態の冷媒を前記第２圧縮機に流入させる、
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】
本発明は冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放熱器と吸熱器との間に第１膨張弁、及び第２膨張弁を設け、さらに第１膨張弁と第２膨張弁との間に気液分離器を設けた冷凍装置が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５６１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の技術では、複数の膨張弁を通過し、冷媒が減圧された場合に、液相状態の冷媒の一部が配管の中で気化し、吸熱器に気相状態の冷媒が流入するおそれがあり、吸熱器における吸熱性能が低下するおそれがある。特に、上記の技術では、ある程度の容積を持つ気液分離器が設けられており、冷媒が気液分離器に流入することで冷媒の圧力がさらに低下し、冷媒が気化し易くなり、上記問題が発生し易くなる。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、冷媒が吸熱器に流入する前に気化することを抑止し、吸熱器の吸熱性能を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様に係る冷凍装置は、圧縮機と、放熱器と、吸熱器とを有する冷凍サイクル内を冷媒が循環する冷凍装置であって、放熱器を通過した冷媒が流れる第１流路と、第１流路から分岐し冷媒が流れる第２流路と、第１流路を流れる冷媒と、第２流路を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを備え、第１流路を流れ、熱交換器を通過した冷媒を吸熱器に流入させる。
【発明の効果】
【０００７】
この態様によると、吸熱器に流入する冷媒を熱交換器によって冷却することで、冷媒が気化することを抑制することができ、吸熱器の吸熱性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の冷凍サイクルの概略構成図である。
【図２】冷凍サイクルの比エンタルピと冷媒の圧力との関係を示す図である。
【図３】第２実施形態の冷凍サイクルの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
本発明の第１実施形態の冷凍装置の冷凍サイクル１について図１を用いて説明する。図１は、冷凍サイクル１の概略構成図である。
【００１１】
冷凍サイクル１は、圧縮機２と、放熱器３と、吸熱器４と、気液分離器５と、過冷却器６と、第１膨張弁７と、第２膨張弁８と、第３膨張弁９とを備える。冷凍サイクル１では、吸熱器４の出口と放熱器３の入口とが第１冷媒流路２０によって接続され、第１冷媒流路２０に、圧縮機２が配置される。また、冷凍サイクル１では、放熱器３の出口と吸熱器４の入口とが第２冷媒流路２１によって接続され、第２冷媒流路２１に、第１膨張弁７、気液分離器５、過冷却器６、及び第３膨張弁９が、放熱器３側から順に配置される。また、冷凍サイクル１では、放熱器３と第１膨張弁７との間の第２冷媒流路２１から第３冷媒流路２２が分岐しており、第３冷媒流路２２に、第２膨張弁８、及び過冷却器６が、放熱器３側から順に配置される。
【００１２】
圧縮機２は、第１冷媒流路２０上に、第１圧縮機２ａと第２圧縮機２ｂとを直列に配置して構成される。第１圧縮機２ａは冷媒を圧縮し、第２圧縮機２ｂは第１圧縮機２ａによって圧縮された冷媒を更に圧縮する。
【００１３】
放熱器３は、第１圧縮機２ａ、及び第２圧縮機２ｂによって圧縮されて温度が高くなった冷媒を、例えば空気との熱交換によって冷却し、冷媒を液化する。
【００１４】
第１膨張弁７は、放熱器３で液化され、第２冷媒流路２１を流れる冷媒を減圧する。第２膨張弁８は、放熱器３で液化され、第３冷媒流路２２を流れる冷媒を減圧する。
【００１５】
第１膨張弁７、及び第２膨張弁８は、過冷却器６において、第２冷媒流路２１を流れる冷媒を第３冷媒流路２２を流れる冷媒によって過冷却可能となるように、第２冷媒流路２１を流れる冷媒、及び第３冷媒流路２２を流れる冷媒を減圧させる。つまり、過冷却器６において、第２冷媒流路２１の冷媒の温度よりも、第３冷媒流路２２の冷媒の温度が低くなるように、各減圧比が設定されており、第２膨張弁８の減圧比は第１膨張弁７の減圧比よりも大きい。
【００１６】
気液分離器５は、第１膨張弁７によって減圧された冷媒を、液相と気相とに分離する。気液分離器５には、第２冷媒流路２１の他に、第４冷媒流路２３が接続されており、分離された気相状態の冷媒は、第４冷媒流路２３を介して第２圧縮機２ｂに流入する。
【００１７】
過冷却器６では、第２冷媒流路２１、及び第３冷媒流路２２が近接するように配置されており、気液分離器５によって分離され、第２冷媒流路２１を流れる液相状態の冷媒を、第３冷媒流路２２を流れる冷媒によって過冷却する。
【００１８】
第３冷媒流路２２は、過冷却器６の下流側で第４冷媒流路２３と合流し、第３冷媒流路２２を流れた冷媒は、第４冷媒流路２３を介して第２圧縮機２ｂに流入する。
【００１９】
第３膨張弁９は、過冷却器６によって過冷却された冷媒が、吸熱器４において気化するように、第２冷媒流路２１を流れる冷媒を減圧する。
【００２０】
吸熱器４は、第３膨張弁９によって減圧された冷媒を、例えば空気との熱交換によって気化する。吸熱器４で冷媒が気化する際に、吸熱器４の周囲の空気が冷却される。
【００２１】
次に本実施形態の冷凍サイクル１の作用について図２を用いて説明する。図２は、冷凍サイクル１の比エンタルピと冷媒の圧力との関係を示す図である。
【００２２】
第１圧縮機２ａ、及び第２圧縮機２ｂによって冷媒を圧縮することで、冷媒の圧力は高くなる（図２中ａ点、ｂ点）。圧力が高くなった冷媒は、放熱器３による熱交換によって冷却され、液化する（図２中ｃ点）。液化した冷媒は、第２冷媒流路２１、及び第２冷媒流路２１から分岐する第３冷媒流路２２を流れる。
【００２３】
第２冷媒流路２１を流れる冷媒は、第１膨張弁７によって減圧され（図２中ｄ点）、気液分離器５によって液相と気相とに分離される。分離された液相状態の冷媒は、過冷却器６において、第３冷媒流路２２を流れる冷媒によって過冷却される（図２中ｅ点）。過冷却された第２冷媒流路２１を流れる冷媒は、第３膨張弁９によってさらに減圧され（図２中ｆ点）、吸熱器４に流入する。第２冷媒流路２１を流れる冷媒は、過冷却器６によって過冷却されるので、第３膨張弁９によって減圧された場合でも、気化し難く、液相の状態で吸熱器４に流入する。一方、分離された気相状態の冷媒は、第４冷媒流路２３を介して第２圧縮機２ｂに流入する（図２中ｇ点）。
【００２４】
第３冷媒流路２２を流れる冷媒は、第２膨張弁８によって減圧され、第２冷媒流路２１を流れる冷媒よりも温度が低くなり（図２中ｈ点）、過冷却器６において、第２冷媒流路２１を流れる冷媒を過冷却することで気化し、第４冷媒流路２３を流れる気相状態の冷媒と共に、第２圧縮機２ｂに流入する（図２中ｇ点）。なお、図２においては、ｃ点とｈ点との間の比エンタルピと圧力との関係を説明のため破線で示す。また、ｃ点とｄ点との間の比エンタルピ、及びｃ点とｈ点との間の比エンタルピは等しいが、図２においては説明のためにずらして記載している。
【００２５】
吸熱器４に流入した冷媒は、吸熱器４における熱交換によって気化し、気相状態の冷媒は第１圧縮機２ａに流入する（図２中ｉ点）。
【００２６】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００２７】
第２冷媒流路２１を流れる冷媒と、第２冷媒流路２１から分岐した第３冷媒流路２２を流れる冷媒との間で熱交換を行い、第２冷媒流路２１を流れる冷媒を過冷却する過冷却器６を設ける。過冷却器６によって吸熱器４に流入する冷媒を過冷却することで、吸熱器４に流入するまでの間に冷媒が気化することを抑制し、吸熱器４における吸熱性能を向上することができる。また、第２冷媒流路２１を流れる冷媒と、第２冷媒流路２１から分岐した第３冷媒流路２２を流れる冷媒との間で熱交換を行うことで、過冷却のために温度調整装置を別途設ける必要がなく、冷凍サイクル１が大型化することを抑制することができる。
【００２８】
第３冷媒流路２２に設けた第２膨張弁８における減圧比を第２冷媒流路２１に設けた第１膨張弁７における減圧比よりも大きくする。これにより、過冷却器６において第２冷媒流路２１を流れる冷媒を、第３冷媒流路２２を流れる冷媒によって過冷却することができ、簡易な構成で、過冷却器６において第２冷媒流路２１を流れる冷媒を過冷却することができる。
【００２９】
第３膨張弁９に気液混合状態で冷媒が流入すると、第３膨張弁９から吐出される冷媒の吐出量が安定せず、ハンチングが生じるおそれがある。本実施形態では、第１膨張弁７と第３膨張弁９との間に過冷却器６を設け、第３膨張弁９に流入する冷媒を過冷却器６で過冷却する。これにより、冷媒が気化することを抑制し、第３膨張弁９に気液混合状態の冷媒が流入することを抑制することができ、第３膨張弁９から吐出される冷媒にハンチングが生じることを抑制することができる。
【００３０】
第１膨張弁７と過冷却器６との間に、気液分離器５を設け、第２冷媒流路２１を流れる冷媒を気相と液相とに分離し、液相状態の冷媒のみを過冷却器６に流入させる。これにより、吸熱器４に気相状態の冷媒が流入することを抑制することができ、また、過冷却器６において冷媒をより過冷却することができ、冷媒の気化を抑制することができ、吸熱器４における吸熱性能を向上することができる。
【００３１】
気液分離器５によって分離された気相状態の冷媒を第４冷媒流路２３を介して第２圧縮機２ｂに流入させる。また、過冷却器６を通過した気相状態の冷媒が流れる第２冷媒流路２１を第４冷媒流路２３に合流させ、過冷却器６を通過した気相状態の冷媒を第４冷媒流路２３を介して第２圧縮機２ｂに流入させる。このように、気相状態の冷媒が第２圧縮機２ｂに戻されるので、冷凍サイクル１を循環する冷媒の流量が少なくなることを抑制することができる。
【００３２】
次に本発明の第２実施形態について図３を用いて説明する。図３は、第２実施形態の冷凍サイクル１の概略構成図である。第２実施形態については第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００３３】
第２実施形態の冷凍サイクル１は、気液分離器３０、及び過冷却器３１が一体となっている。具体的には、第３冷媒流路２２の一部が気液分離器３０の内部を通るように設けられており、第３冷媒流路２２を流れる冷媒によって気液分離器３０の液相状態の冷媒を過冷却する。つまり、気液分離器３０の内部を通る第３冷媒流路２２の一部が過冷却器３１として機能する。なお、過冷却器３１として機能する第３冷媒流路２２の一部は、気液分離器３０に貯留された液相状態の冷媒に浸るように設けられており、液相状態の冷媒は、第３冷媒流路２２を流れる冷媒によって過冷却される。
【００３４】
本発明の第２実施形態の効果について説明する。
【００３５】
過冷却器３１と気液分離器３０とを一体化する。これにより、過冷却器を気液分離器と別体として設ける場合よりも、冷凍サイクル１を小型にすることができ、冷凍サイクル１のレイアウト性を向上することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００３７】
１      冷凍サイクル
２      圧縮機
２ａ    第１圧縮機
２ｂ    第２圧縮機
３      放熱器
４      吸熱器
５      気液分離器
６      過冷却器（熱交換器）
７      第１膨張弁
８      第２膨張弁
９      第３膨張弁
２１    第２冷媒流路（第１流路）
２２    第３冷媒流路（第２流路）
２３    第４冷媒流路（第３流路）
３０    気液分離器
３１    過冷却器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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