冷凍循環(huán)裝置制造方法
【專利摘要】冷凍循環(huán)裝置(1A)具備:將蒸發(fā)器(25)、第1壓縮機(jī)(21)、中間冷卻器(8)、第2壓縮機(jī)(22)以及冷凝器(23)按該順序連接起來的主回路(2);和使蒸發(fā)器(25)中存積的冷媒液經(jīng)由吸熱用熱交換器(6)循環(huán)的蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路(5)。中間冷卻器(8)是通過冷媒液冷卻由第1壓縮機(jī)(21)壓縮的冷媒蒸汽的熱交換器。供給路(71)將流經(jīng)第1循環(huán)路(5)的冷媒液的一部分供給到中間冷卻器(8)，回收路(73)將冷媒液從中間冷卻器(8)回收到蒸發(fā)器(25)。
【專利說明】冷凍循環(huán)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及冷凍循環(huán)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為冷凍循環(huán)裝置，廣泛利用使用了氟利昂冷媒或替代氟利昂冷媒的裝置。但是，這些冷媒具有破壞臭氧層和導(dǎo)致全球變暖等的問題。為此，提出了將水用作對地球環(huán)境的負(fù)擔(dān)極小的冷媒的冷凍循環(huán)裝置。例如，在專利文獻(xiàn)I中，作為這樣的冷凍循環(huán)裝置，公開了一種制冷專用的空調(diào)裝置。
[0003]然而，在使用水作為冷媒的情況下，需要以很高的壓縮比來壓縮大量的冷媒蒸汽。為此，在專利文獻(xiàn)I公開的空調(diào)裝置中，作為壓縮機(jī)采用離心型壓縮機(jī)與容積型壓縮機(jī)這2臺壓縮機(jī)，并將它們以串聯(lián)的方式配置，用容積型壓縮機(jī)對由離心型壓縮機(jī)壓縮了的冷媒蒸汽進(jìn)一步進(jìn)行壓縮。
[0004]另外，在將水用作冷媒的情況下，由于在物性上從壓縮機(jī)排出的冷媒的溫度為高溫，所以構(gòu)成空調(diào)裝置的高壓側(cè)部分的構(gòu)件的耐老化性降低。對此，如專利文獻(xiàn)I所公開的空調(diào)裝置那樣，在上游側(cè)的壓縮機(jī)與下游側(cè)的壓縮機(jī)之間配置中間冷卻器，在壓縮行程的中途使冷媒蒸汽的溫度暫時(shí)降低是很有效的。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-122012號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]-發(fā)明要解決的課題-
[0009]本公開的目的在于提供一種冷凍循環(huán)裝置，其具有熱交換效率高的中間冷卻器，并使用了像水那樣在常溫(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn):20°C ±15°C /JIS Z8703)下的飽和蒸汽壓為負(fù)壓的冷媒。
[0010]-用于解決課題的手段-
[0011]本公開提供一種冷凍循環(huán)裝置，其具備:主回路，其是使常溫下的飽和蒸汽壓為負(fù)壓的冷媒循環(huán)的主回路，將存積冷媒液并且在內(nèi)部使冷媒液蒸發(fā)的蒸發(fā)器、壓縮冷媒蒸汽的第I壓縮機(jī)、冷卻冷媒蒸汽的中間冷卻器、壓縮冷媒蒸汽的第2壓縮機(jī)以及在內(nèi)部使冷媒蒸汽凝結(jié)并且存積冷媒液的冷凝器，按照該順序進(jìn)行連接；和蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路，其經(jīng)由吸熱用熱交換器使上述蒸發(fā)器中存積的冷媒液循環(huán)，上述中間冷卻器是通過冷媒液冷卻由上述第I壓縮機(jī)壓縮過的冷媒蒸汽的熱交換器，上述冷凍循環(huán)裝置還具備:供給路，其將流經(jīng)上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路的冷媒液的一部分供給到上述中間冷卻器；和回收路，其將冷媒液從上述中間冷卻器回收到上述蒸發(fā)器。
[0012]-發(fā)明效果-
[0013]根據(jù)本公開，能提供一種具有熱交換效率高的中間冷卻器的冷凍循環(huán)裝置。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本公開的一實(shí)施方式所涉及的冷凍循環(huán)裝置的構(gòu)成圖；
[0015]圖2是中間冷卻器的剖面圖；
[0016]圖3是變形例的冷凍循環(huán)裝置的構(gòu)成圖；
[0017]圖4是其他變形例的冷凍循環(huán)裝置的構(gòu)成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本公開的第I方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，其具備:
[0019]主回路，其是使常溫下的飽和蒸汽壓為負(fù)壓的冷媒循環(huán)的主回路，將存積冷媒液并且在內(nèi)部使冷媒液蒸發(fā)的蒸發(fā)器、壓縮冷媒蒸汽的第I壓縮機(jī)、冷卻冷媒蒸汽的中間冷卻器、壓縮冷媒蒸汽的第2壓縮機(jī)以及在內(nèi)部使冷媒蒸汽凝結(jié)并且存積冷媒液的冷凝器，按照該順序進(jìn)行連接；和
[0020]蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路，其經(jīng)由吸熱用熱交換器使上述蒸發(fā)器中存積的冷媒液循環(huán)，
[0021]上述中間冷卻器是通過冷媒液冷卻由上述第I壓縮機(jī)壓縮的冷媒蒸汽的熱交換器，
[0022]上述冷凍循環(huán)裝置還具備:
[0023]供給路，其將流經(jīng)上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路的冷媒液的一部分供給到上述中間冷卻器；和
[0024]回收路，其將冷媒液從上述中間冷卻器回收到上述蒸發(fā)器。
[0025]根據(jù)第I方式，流經(jīng)上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路的冷媒液在循環(huán)于冷凍循環(huán)裝置的冷媒液當(dāng)中是相對低溫的。該相對低溫的冷媒液被供給到中間冷卻器，所以用于冷卻的流體與作為冷卻對象的冷媒蒸汽之間的溫度差較大。因此，中間冷卻器中的一定的單位導(dǎo)熱面積的熱交換量較大。其結(jié)果，中間冷卻器的熱交換率高。
[0026]本公開的第2方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第I方式的基礎(chǔ)上，上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路包括:輸送路，其將冷媒液從上述蒸發(fā)器向上述吸熱用熱交換器引導(dǎo)，并在該輸送路上設(shè)有泵；和返回路，其將冷媒液從上述吸熱用熱交換器向上述蒸發(fā)器引導(dǎo)，上述供給路在上述泵的下游側(cè)從上述輸送路分支。根據(jù)第2方式，由于供給路從循環(huán)于冷凍循環(huán)裝置的冷媒當(dāng)中為最低溫的輸送路分支，所以中間冷卻器的熱交換率高。
[0027]本公開的第3方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第I方式的基礎(chǔ)上，上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路包括:輸送路，其將冷媒液從上述蒸發(fā)器向上述吸熱用熱交換器引導(dǎo)，并在該輸送路上設(shè)有泵；和返回路，其將冷媒液從上述吸熱用熱交換器向上述蒸發(fā)器引導(dǎo)，上述供給路從上述返回路分支。根據(jù)第3方式，由于流經(jīng)輸送路的冷媒液全部通過吸熱用熱交換器，所以吸熱用熱交換器的效率高。
[0028]本公開的第4方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第I方式?第3方式的任一方式的基礎(chǔ)上，對流經(jīng)上述供給路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的供給側(cè)流量調(diào)整閥設(shè)于上述供給路，或者，對流經(jīng)上述回收路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的回收側(cè)流量調(diào)整閥設(shè)于上述回收路。根據(jù)第4方式，能根據(jù)冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，對供給到中間冷卻器的冷媒液的流量、或者從中間冷卻器回收的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整。[0029]本公開的第5方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第I方式?第4方式的任一方式的基礎(chǔ)上，上述中間冷卻器是使由上述第I壓縮機(jī)壓縮的冷媒蒸汽與冷媒液直接接觸來進(jìn)行冷卻的熱交換器。根據(jù)第5方式，由于通過采用直接接觸式的熱交換器而削減冷媒液與冷媒蒸汽之間的導(dǎo)熱阻力，所以中間冷卻器的熱交換效率得到提高。由此，由于為了發(fā)揮規(guī)定的冷卻能力中間冷卻器所要求的導(dǎo)熱面積變小，所以能實(shí)現(xiàn)中間冷卻器的小型化。
[0030]本公開的第6方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第5方式的基礎(chǔ)上，上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路，(i)包括:輸送路，其將冷媒液從上述蒸發(fā)器向上述吸熱用熱交換器引導(dǎo)，并在該輸送路上設(shè)有泵；和返回路，其將冷媒液從上述吸熱用熱交換器向上述蒸發(fā)器引導(dǎo)，上述供給路在上述泵的下游側(cè)從上述輸送路分支，或者(ii)包括:輸送路，其將冷媒液從上述蒸發(fā)器向上述吸熱用熱交換器引導(dǎo)，并在該輸送路上設(shè)有泵；和返回路，其將冷媒液從上述吸熱用熱交換器向上述蒸發(fā)器引導(dǎo)，上述供給路從上述返回路分支。根據(jù)第6方式，在第5方式中，能得到與第2方式或者第3方式相同的效果。
[0031]本公開的第7方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第6方式的基礎(chǔ)上，，冷媒液通過上述供給路向上述中間冷卻器的供給，是通過設(shè)于上述輸送路的上述泵的動(dòng)力來進(jìn)行的，冷媒液通過上述回收路從上述中間冷卻器向蒸發(fā)器的回收，是通過上述中間冷卻器內(nèi)與上述蒸發(fā)器內(nèi)的冷媒蒸汽的壓力差以及液面的位頭差來進(jìn)行的。根據(jù)第7方式，能將為了將中間冷卻器的液存留的冷媒液回收到蒸發(fā)器所需的動(dòng)力僅抑制為設(shè)于輸送路的泵的動(dòng)力。
[0032]本公開的第8方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第5方式?第7方式的任一方式的基礎(chǔ)上，在上述供給路設(shè)有對流經(jīng)該供給路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的供給側(cè)流量調(diào)整閥。根據(jù)第8方式，能對流經(jīng)供給路的冷媒的液量進(jìn)行調(diào)整。
[0033]本公開的第9方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第8方式的基礎(chǔ)上，，控制上述供給側(cè)流量調(diào)整閥，使得上述中間冷卻器內(nèi)的冷媒蒸汽的溫度不低于飽和溫度。根據(jù)第9方式，能防止中間冷卻器內(nèi)的冷媒蒸汽凝結(jié)。
[0034]本公開的第10方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第5方式?第9方式的任一方式的基礎(chǔ)上，在上述回收路設(shè)有對流經(jīng)該回收路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的回收側(cè)流量調(diào)整閥。根據(jù)第10方式，能調(diào)整流經(jīng)回收路的冷媒的量。
[0035]本公開的第11方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第7方式的基礎(chǔ)上，還具備:供給側(cè)流量調(diào)整閥，其對流經(jīng)上述供給路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整，并設(shè)于上述供給路；以及回收側(cè)流量調(diào)整閥，其對流經(jīng)上述回收路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整，并設(shè)于上述回收路。根據(jù)第11方式，能提高冷凍循環(huán)裝置的穩(wěn)定性。
[0036]本公開的第12方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第10方式或第11方式的基礎(chǔ)上，控制上述回收側(cè)流量調(diào)整閥，使得上述中間冷卻器內(nèi)的液面保持在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)第12方式，除了中間冷卻器內(nèi)的液面，還能抑制蒸發(fā)器內(nèi)的液面的過度移動(dòng)。
[0037]本公開的第13方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第5方式?第12方式的任一方式的基礎(chǔ)上，上述回收路的下游端在上述蒸發(fā)器內(nèi)的液面的下方位置與上述蒸發(fā)器相連。根據(jù)第13方式，即使在中間冷卻器內(nèi)液存留消失，也能防止冷媒蒸汽通過回收路從中間冷卻器返回到蒸發(fā)器。
[0038]本公開的第14方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第5方式?第13方式的任一方式的基礎(chǔ)上，上述中間冷卻器是填充層式或者噴霧式的熱交換器。[0039]本公開的第15方式提供一種冷凍循環(huán)裝置，在第I方式?第4方式的任一方式的基礎(chǔ)上，上述中間冷卻器是間接式的熱交換器。根據(jù)第15方式，能高精度地控制中間冷卻器中的冷媒蒸汽的冷卻的程度。
[0040]以下，參照附圖來對本公開的實(shí)施方式進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明并不被以下的實(shí)施方式所限定。
[0041]圖1表示本發(fā)明一實(shí)施方式所涉及的冷凍循環(huán)裝置1A。該冷凍循環(huán)裝置IA具備使冷媒循環(huán)的主回路2、吸熱用的第I循環(huán)路(蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路)5、散熱用的第2循環(huán)路(凝結(jié)側(cè)循環(huán)路)3以及控制裝置9。在主回路2、第I循環(huán)路5以及第2循環(huán)路3內(nèi)，填充有以水或者酒精為主成分的冷媒，主回路2、第2循環(huán)路3以及第I循環(huán)路5內(nèi)成為比大氣壓低的負(fù)壓狀態(tài)。作為冷媒，可以采用像包含水、酒精或者醚作為主成分的冷媒那樣，在常溫下的飽和蒸汽壓為負(fù)壓(就絕對壓力而言，是比大氣壓低的壓力)的冷媒。
[0042]主回路2包括蒸發(fā)器25、第I壓縮機(jī)21、中間冷卻器8、第2壓縮機(jī)22、冷凝器23以及膨脹閥24，這些設(shè)備通過流路按該順序連接。S卩，在主回路2中循環(huán)的冷媒按照蒸發(fā)器25、第I壓縮機(jī)21、中間冷卻器8、第2壓縮機(jī)22、冷凝器23以及膨脹閥24的順序通過這些設(shè)備。
[0043]蒸發(fā)器25存積冷媒液，并且在內(nèi)部使冷媒液蒸發(fā)。具體而言，在蒸發(fā)器25中存積的冷媒液通過第I循環(huán)路5經(jīng)由吸熱用熱交換器6而被循環(huán)。在蒸發(fā)器25內(nèi)，在吸熱用熱交換器6中被加熱并從第I循環(huán)路5的下游端返回到該蒸發(fā)器25內(nèi)的冷媒液在減壓條件下沸騰。此外，返回到蒸發(fā)器25內(nèi)的冷媒液也可以從第I循環(huán)路5的下游端被噴霧。
[0044]第I循環(huán)路5包括:將冷媒液從蒸發(fā)器25向吸熱用熱交換器6引導(dǎo)，并設(shè)有壓送冷媒液的第I泵53的第I輸送路51;和將冷媒液從吸熱用熱交換器6向蒸發(fā)器25引導(dǎo)的第I返回路52。例如，在冷凍循環(huán)裝置IA是進(jìn)行室內(nèi)的制冷的空調(diào)裝置的情況下，吸熱用熱交換器6被設(shè)置在室內(nèi)，將由送風(fēng)機(jī)61供給的室內(nèi)的空氣通過與冷媒液的熱交換來進(jìn)行冷卻。此外，第I泵53被配置在從該泵的吸入口到蒸發(fā)器25內(nèi)的液面的高度比必要有效吸頭(required NPSH)大這樣的位置。
[0045]第I壓縮機(jī)21以及第2壓縮機(jī)22對冷媒蒸汽進(jìn)行兩級壓縮。第I壓縮機(jī)21以及第2壓縮機(jī)22可以是容積型壓縮機(jī)，也可以是離心型壓縮機(jī)。從第I壓縮機(jī)21排出的冷媒蒸汽的溫度例如是140°C，從第2壓縮機(jī)22排出的冷媒蒸汽的溫度例如是170°C。
[0046]中間冷卻器8對從第I壓縮機(jī)21排出的冷媒蒸汽在被吸入第2壓縮機(jī)22前進(jìn)行冷卻。此外，關(guān)于中間冷卻器8的構(gòu)成，在后面詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0047]冷凝器23在內(nèi)部使冷媒蒸汽凝結(jié)，并且存積冷媒液。具體而言，在冷凝器23中存積的冷媒液通過第2循環(huán)路3經(jīng)由吸熱用熱交換器4而被循環(huán)。在冷凝器23內(nèi)，從第2壓縮機(jī)22排出的冷媒蒸汽，通過與被吸熱用熱交換器4冷卻并從第2循環(huán)路3的下游端返回到該冷凝器23內(nèi)的冷媒液直接接觸而凝結(jié)。此外，返回到冷凝器23內(nèi)的冷媒液也可以從第2循環(huán)路3的下游端被噴霧。
[0048]第2循環(huán)路3包括:將冷媒液從冷凝器23向散熱用熱交換器4引導(dǎo)，并設(shè)有壓送冷媒液的第2泵33的第2輸送路31;和將冷媒液從散熱用熱交換器4向冷凝器23引導(dǎo)的第2返回路32。例如，在冷凍循環(huán)裝置IA是進(jìn)行室內(nèi)的制冷的空調(diào)裝置的情況下，吸熱用熱交換器4被設(shè)置在室外，對由送風(fēng)機(jī)41供給的室外的空氣通過與冷媒液的熱交換來進(jìn)行加熱。此外，第2泵33被配置在從該泵的吸入口到冷凝器23內(nèi)的液面的高度比必要有效吸頭(required NPSH)大這樣的位置。
[0049]但是，冷凍循環(huán)裝置IA未必需要是制冷專用的空調(diào)裝置。例如，只要將設(shè)置在室內(nèi)的第I熱交換器以及設(shè)置在室外的第2熱交換器分別經(jīng)由四通閥與蒸發(fā)器25以及冷凝器23連接，就能得到可切換制冷運(yùn)轉(zhuǎn)與制熱運(yùn)轉(zhuǎn)的空調(diào)裝置。在該情況下，第I熱交換器以及第2熱交換器的雙方作為吸熱用熱交換器6以及散熱用熱交換器4發(fā)揮作用。另外，冷凍循環(huán)裝置IA未必需要是空調(diào)裝置，例如也可以是冷卻裝置。進(jìn)而，吸熱用熱交換器6的冷卻對象以及散熱用熱交換器4的加熱對象也可以是空氣以外的氣體或者液體。換句話說，散熱用熱交換器4以及吸熱用熱交換器6的規(guī)格只要是間接式就沒有特別限定。
[0050]膨脹閥24是將凝結(jié)的冷媒液減壓的減壓機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子。膨脹閥24由控制裝置9控制。減壓后的冷媒液的溫度例如是10°C。但是，作為減壓機(jī)構(gòu)例如也可以采用下述構(gòu)成:在主回路2不設(shè)置膨脹閥24，蒸發(fā)器25內(nèi)的冷媒液的液面比冷凝器23內(nèi)的冷媒液的液面聞。
[0051]接下來，對中間冷卻器8的構(gòu)成詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0052]中間冷卻器8是通過從第I循環(huán)路5抽出的冷媒液對由第I壓縮機(jī)21壓縮的冷媒蒸汽進(jìn)行冷卻的熱交換器。中間冷卻器8例如是通過使由第I壓縮機(jī)21壓縮的冷媒蒸汽與從第I循環(huán)路5抽出的冷媒液直接接觸來進(jìn)行冷卻的直接接觸式的熱交換器。另外，中間冷卻器8也可以是殼管式熱交換器等的間接式的熱交換器。在作為中間冷卻器8中的冷卻方式而采用直接接觸式的情況下，與采用間接式時(shí)相比可以實(shí)現(xiàn)大幅度的小型化。
[0053]在本實(shí)施方式中，中間冷卻器8是直接接觸式的熱交換器。詳細(xì)而言，中間冷卻器8是圖2所示的填充層式的熱交換器。具體而言，中間冷卻器8具有沿著鉛垂方向延伸的圓筒狀的容器80、和配置在容器80內(nèi)的填充層87。填充層87的上方配置有分散并放出冷媒液的分散器84，液流入管83貫通容器80的頂板壁而與分散器84連接。另一方面，在容器80的底部，由將冷媒蒸汽冷卻后的冷媒液形成液存留85，在容器80的底壁設(shè)有排除液存留85的冷媒液的液出口 86。另外，在容器80的側(cè)壁，經(jīng)由流路與第I壓縮機(jī)21連接的蒸汽入口 81設(shè)于下部，經(jīng)由流路與第2壓縮機(jī)22連接的蒸汽出口 82設(shè)于上部。但是，中間冷卻器8也可以是從圖2所示的構(gòu)成省略掉填充層87，取代分散器84而配置噴霧器的噴霧式的熱交換器。
[0054]返回到圖1，在冷凍循環(huán)裝置IA中，設(shè)有將流經(jīng)第I循環(huán)路5的冷媒液的一部分供給到中間冷卻器8的供給路71、和將冷媒液從中間冷卻器8回收到蒸發(fā)器25的回收路73。在本實(shí)施方式中，供給路71在第I泵53的下游側(cè)從第I輸送路51分支。
[0055]供給路71的下游端與上述的液流入管83相連，回收路73的上游端與上述的液出口 86相連。優(yōu)選回收路73的下游端在蒸發(fā)器25內(nèi)的液面下方的位置與蒸發(fā)器25相連。若這樣構(gòu)成，即使在中間冷卻器8內(nèi)液存留85消失，也可以防止冷媒蒸汽通過回收路73從中間冷卻器8返回到蒸發(fā)器25。
[0056]冷媒液通過供給路71向中間冷卻器8的供給是通過設(shè)于第I輸送路51的第I泵53的動(dòng)力來進(jìn)行的。即，第I泵53抵抗中間冷卻器8內(nèi)與蒸發(fā)器25內(nèi)的壓力差而從供給路71的下游端壓出冷媒液。
[0057]冷媒液通過回收路73從中間冷卻器8向蒸發(fā)器25的回收是通過中間冷卻器8內(nèi)與蒸發(fā)器25內(nèi)的冷媒蒸汽的壓力差以及液面的位頭差來進(jìn)行。此時(shí)，優(yōu)選中間冷卻器8的蒸汽入口 81配置成位于蒸發(fā)器25內(nèi)的液面的上方。這是因?yàn)?在冷凍循環(huán)裝置IA停止時(shí)即使中間冷卻器8內(nèi)的液面上升到與蒸發(fā)器25內(nèi)的液面相同的位置時(shí)，中間冷卻器8的蒸汽入口 81也不會沉入液存留85中。
[0058]在本實(shí)施方式中，在供給路71設(shè)有對流經(jīng)該供給路71的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的第I流量調(diào)整閥(供給側(cè)流量調(diào)整閥)72，在回收路73設(shè)有對流經(jīng)該回收路73的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的第2流量調(diào)整閥(回收側(cè)流量調(diào)整閥)74。但是，也可以省略第I流量調(diào)整閥72，由第I泵53對流經(jīng)供給路71的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整。但是，在該情況下，由于流經(jīng)供給路71與第I循環(huán)路5的冷媒液的流量的比率被固定，所以與存在第I流量調(diào)整閥72的構(gòu)成相比，系統(tǒng)的工作點(diǎn)被限定。另外，根據(jù)中間冷卻器8的液存留85的變動(dòng)寬度等，也可以省略第2流量調(diào)整閥74。
[0059]第I泵53的轉(zhuǎn)速根據(jù)冷凍循環(huán)裝置IA的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況變動(dòng)。該第I泵53的轉(zhuǎn)速的變動(dòng)對流經(jīng)供給路71的冷媒液的流量帶來影響。因此，為了根據(jù)第I泵的53的轉(zhuǎn)速的變動(dòng)來調(diào)整供給路71的冷媒液的流量，優(yōu)選在供給路71設(shè)置第I流量調(diào)整閥72。另外，中間冷卻器8的內(nèi)部的冷媒蒸汽的壓力與蒸發(fā)器25的內(nèi)部的冷媒蒸汽的壓力之差根據(jù)冷凍循環(huán)裝置IA的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等變動(dòng)。為了根據(jù)該壓力差的變動(dòng)來調(diào)整流經(jīng)回收路73的冷媒液的流量，優(yōu)選在回收路73設(shè)置第2流量調(diào)整閥74。這樣，為了對應(yīng)于冷凍循環(huán)裝置IA的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的變化來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，優(yōu)選冷凍循環(huán)裝置IA同時(shí)具備第I流量調(diào)整閥72以及第2流量調(diào)整閥74。
[0060]在本實(shí)施方式中，由于通過回收路73可確保對在中間冷卻器8內(nèi)完成了與冷媒蒸汽的熱交換的冷媒液進(jìn)行回收的路徑，所以即使由第I流量調(diào)整閥72實(shí)現(xiàn)的流量調(diào)整為較低的精度，也能避免供給到中間冷卻器8的冷媒液的不足或者過剩。因此，能使用廉價(jià)的閥來作為第I流量調(diào)整閥72。
[0061]第I流量調(diào)整閥72被控制裝置9控制，以充分冷卻中間冷卻器8內(nèi)的冷媒蒸汽的同時(shí)，冷媒蒸汽的溫度不低于飽和溫度。例如，也可以在中間冷卻器8與第2壓縮機(jī)22之間的流路或者中間冷卻器8設(shè)置溫度傳感器，基于該溫度傳感器的檢測值控制第I流量調(diào)整閥72。
[0062]在中間冷卻器8中，優(yōu)選進(jìn)行僅基于顯熱的冷媒蒸汽的冷卻。在該情況下，由于從第I壓縮機(jī)21排出的冷媒蒸汽的流量與被吸入到第2壓縮機(jī)22的冷媒蒸汽的流量相等，所以控制得到簡化。為了實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)，只要控制第I流量調(diào)整閥72，來確保為了防止冷劑蒸汽與熱交換后的冷媒液被加熱到飽和溫度所需的足夠的冷媒液的流量即可。或者，在中間冷卻器8中，也能使從供給路71供給的冷媒液的全部量蒸發(fā)。
[0063]第2流量調(diào)整閥74被控制裝置9控制，使得中間冷卻器8內(nèi)的液面保持在一定的范圍內(nèi)。由此，不僅中間冷卻器8內(nèi)的液面，還能抑制蒸發(fā)器25內(nèi)的液面的過度移動(dòng)。為了避免蒸汽入口 81被堵塞以及在冷媒蒸汽的流路中產(chǎn)生氣泡，中間冷卻器8內(nèi)的液面優(yōu)選保持在蒸汽入口 81的下方、容器80的底壁的上方。若采用該構(gòu)成，由于削減了液存留85所需的容積(從容器80的底壁到蒸汽入口 81的高度)，所以能使容器80小型化。例如，在僅由顯熱進(jìn)行冷媒蒸汽的冷卻的情況下，只要以變更了第I流量調(diào)整閥72的開度的量，將第2流量調(diào)整閥74的開度變更成相同的方向即可。[0064]接下來，對冷凍循環(huán)裝置IA的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0065]由第I壓縮機(jī)21壓縮的冷媒蒸汽，在中間冷卻器8中，被從蒸發(fā)器25通過第I輸送路51的上游部分以及供給路71而供給的低溫的冷媒液冷卻后，被吸入的第2壓縮機(jī)22。在第2壓縮機(jī)22中進(jìn)一步被壓縮的冷媒蒸汽在冷凝器23中，通過與由第I熱交換器4進(jìn)行了過冷卻的冷媒液進(jìn)行熱交換，由此發(fā)生凝結(jié)。由冷凝器23凝結(jié)了的冷媒液的一部分通過第2泵33而被壓送到散熱用熱交換器4，在此向空氣或其他流體散熱。由冷凝器23凝結(jié)了的冷媒液的剩余經(jīng)由膨脹閥24被導(dǎo)入蒸發(fā)器25。膨脹閥24的開度例如基于從第2壓縮機(jī)22排出的冷媒蒸汽的壓力來控制。即，在從第2壓縮機(jī)22排出的冷媒蒸汽的壓力比規(guī)定值高的情況下，進(jìn)行使膨脹閥24的開度變大的控制。蒸發(fā)器25內(nèi)的冷媒液的一部分通過第I泵53被壓送到吸熱用熱交換器6，在此從空氣或其他流體吸熱后，返回到蒸發(fā)器25。蒸發(fā)器25內(nèi)的冷媒液通過減壓下的沸騰而蒸發(fā)，蒸發(fā)的冷媒蒸汽被吸入到第I壓縮機(jī)21。
[0066]流經(jīng)第I循環(huán)路5的冷媒液的一部分由第I泵53通過供給路71被壓送到中間冷卻器8。流經(jīng)供給路71的冷媒液的量由第I流量調(diào)整閥72設(shè)定。通過由中間冷卻器8在被吸入第2壓縮機(jī)22前冷卻冷媒蒸汽，從而在冷媒中包含雜質(zhì)的情況下，能減少水垢向第2壓縮機(jī)22的附著，并且能減低被吸入到第2壓縮機(jī)22的冷媒蒸汽的溫度。由此，能提高第2壓縮機(jī)22的可靠性。
[0067]在冷凍循環(huán)裝置IA內(nèi)循環(huán)的冷媒之中，相對低溫的第I循環(huán)路(蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路)中流過的冷媒液被供給到中間冷卻器8。由于冷媒蒸汽與冷卻用熱介質(zhì)的溫度差較大，所以中間冷卻器8的熱交換效率高。
[0068]另外，在冷凍循環(huán)裝置IA中，由于冷卻冷媒蒸汽的中間冷卻器8采用直接接觸式的熱交換器，所以與采用間接式的熱交換器的情況比較，每單位導(dǎo)熱面的熱交換量增大，實(shí)現(xiàn)了中間冷卻器8的大幅度的小型化。這是因?yàn)?在直接接觸式的熱交換器中，不產(chǎn)生間接式熱交換器中在將冷卻用熱介質(zhì)與冷媒蒸汽隔開的導(dǎo)熱構(gòu)件和冷媒蒸汽的界面產(chǎn)生的莫大的導(dǎo)熱阻力。進(jìn)而，在本實(shí)施方式的冷凍循環(huán)裝置1A，采用在冷凍循環(huán)裝置IA中循環(huán)的冷媒液來實(shí)現(xiàn)中間冷卻器8中的冷媒蒸汽的冷卻。因此，能防止在從冷凍循環(huán)裝置的外部導(dǎo)入冷卻用的水的情況下產(chǎn)生的冷凍循環(huán)裝置的冷媒量的變動(dòng)。
[0069]另外，由于采用系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的冷媒溫度最低的從第I輸送路51抽出的冷媒液來進(jìn)行中間冷卻器8的冷媒蒸汽的冷卻，從而冷媒蒸汽與冷卻用熱介質(zhì)的溫度差最大化。例如，在將從第I壓縮機(jī)21排出的140°C的冷媒蒸汽通過中間冷卻器8冷卻到50°C之際，在中間冷卻器8中采用了室外的35°C的空氣的情況下(中間冷卻器8為間接式的熱交換器的情況)，作為溫度差的指標(biāo)的LMTD (熱交換器的入口與出口的冷媒蒸汽與冷媒液的溫度差的對數(shù)平均值)為32.4°C。與此相對，在本實(shí)施方式的冷凍循環(huán)裝置IA中，由于可以冷卻利用10°C的冷媒液，所以LMTD放大到74.4°C。這樣，通過將冷媒蒸汽與冷卻用熱介質(zhì)的溫度差最大化，從而實(shí)現(xiàn)了熱交換效率的進(jìn)一步提高。(其中，上述2個(gè)LMTD將冷媒設(shè)為水，將冷媒蒸汽與冷卻用熱介質(zhì)的質(zhì)量比設(shè)為3: 50來進(jìn)行計(jì)算而得到的結(jié)果。)
[0070]另外，在回收路73中，由于通過中間冷卻器8內(nèi)與蒸發(fā)器25內(nèi)的冷媒蒸汽的壓力差以及液面的位頭差來壓送冷媒液，所以在壓縮行程的中途的冷媒蒸汽的冷卻所需的驅(qū)動(dòng)力能僅抑制為用于將冷媒液通過供給路71進(jìn)行壓送的第I泵53的動(dòng)力。另外，能將中間冷卻器8的液存留85的冷媒液被回收到蒸發(fā)器25所需的動(dòng)力，僅抑制為在輸送路51設(shè)置的第I泵53的動(dòng)力。
[0071]〈變形例〉
[0072]上述實(shí)施方式的冷凍循環(huán)裝置IA可以進(jìn)行各種變形。
[0073]例如，供給路71的上游端只要是在第I泵53的下游側(cè)，也可以與第I循環(huán)路5的某個(gè)位置相連。即，如圖3所示的變形例的冷凍循環(huán)裝置IB那樣，供給路71也可以從第I返回路52分支。
[0074]如圖3所示，在供給路71從第I返回路52分支的情況下，與供給路71從第I輸送路51分支的情況(上述實(shí)施方式的冷凍循環(huán)裝置1A)相比，被供給到中間冷卻器8的冷媒液的溫度變高。其結(jié)果，在變形例的冷凍循環(huán)裝置IB中，中間冷卻器8中的冷媒蒸汽與冷媒液的溫度差比上述實(shí)施方式的冷凍循環(huán)裝置IA的溫度差小，中間冷卻器8大型化。但是，由于流經(jīng)第I輸送路51的冷媒液全部通過吸熱用熱交換器6，所以關(guān)于吸熱用熱交換器6的效率，冷凍循環(huán)裝置IB比冷凍循環(huán)裝置IA有一些提高。
[0075]在比較上述實(shí)施方式的冷凍循環(huán)裝置IA與變形例的冷凍循環(huán)裝置IB之際，由于作為系統(tǒng)全體的熱的流動(dòng)不變，所以供給路71的上游端的位置對系統(tǒng)效率本身不會帶來太大影響。但是，在考慮了系統(tǒng)的構(gòu)成時(shí)，根據(jù)使中間冷卻器8高效率化并小型化、和使吸熱用熱交換器6高效率化并小型化哪個(gè)會產(chǎn)生高的附加值，來決定最佳的實(shí)施方式。
[0076]冷凍循環(huán)裝置IA也可以如圖4所示的冷凍循環(huán)裝置IC那樣進(jìn)行變形。在本變形例中，對與冷凍循環(huán)裝置IA的構(gòu)成相同或者對應(yīng)的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號。冷凍循環(huán)裝置IC與冷凍循環(huán)裝置IA的不同點(diǎn)在于，取代直接接觸式的熱交換器、即中間冷卻器8，而設(shè)置了間接式的熱交換器、即中間冷卻器8A。中間冷卻器8A例如是殼管式熱交換器。由第I壓縮機(jī)21壓縮的冷媒蒸汽在中間冷卻器8A的殼與管之間的空間流動(dòng)，從供給路71供給的冷媒液在中間冷卻器8A的管的內(nèi)部流動(dòng)。由此，進(jìn)行冷媒蒸汽與冷媒液的熱交換。根據(jù)該構(gòu)成，能高精度地控制中間冷卻器8A中的冷媒蒸汽的冷卻程度。因此，在中間冷卻器8A中，能抑制冷媒蒸汽被過度地冷卻、凝結(jié)。此外，根據(jù)本變形例，為了調(diào)整供給路71的冷媒液的流量以及回收路73的冷媒液的流量，冷凍循環(huán)裝置IC只要具備第I流量調(diào)整閥72以及第2流量調(diào)整閥74的某一方即可。進(jìn)而，如圖3所示，冷凍循環(huán)裝置IC也可以變形為供給路71從第I返回路52分支。
[0077]另外，冷凝器23未必一定要是直接接觸式的熱交換器，也可以是間接式的熱交換器。在該情況下，在冷凝器23內(nèi)由冷媒蒸汽加熱的熱介質(zhì)在第2循環(huán)路3內(nèi)循環(huán)。
[0078]-工業(yè)實(shí)用性-
[0079]本發(fā)明的冷凍循環(huán)裝置對于家庭用空調(diào)、產(chǎn)業(yè)用空調(diào)等特別有用。
【權(quán)利要求】
1.一種冷凍循環(huán)裝置，其具備: 主回路，其是使常溫下的飽和蒸汽壓為負(fù)壓的冷媒循環(huán)的主回路，將存積冷媒液并且在內(nèi)部使冷媒液蒸發(fā)的蒸發(fā)器、壓縮冷媒蒸汽的第I壓縮機(jī)、冷卻冷媒蒸汽的中間冷卻器、壓縮冷媒蒸汽的第2壓縮機(jī)以及在內(nèi)部使冷媒蒸汽凝結(jié)并且存積冷媒液的冷凝器，按照該順序進(jìn)行連接；和 蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路，其經(jīng)由吸熱用熱交換器使上述蒸發(fā)器中存積的冷媒液循環(huán)， 上述中間冷卻器是通過冷媒液冷卻由上述第I壓縮機(jī)壓縮的冷媒蒸汽的熱交換器， 上述冷凍循環(huán)裝置還具備: 供給路，其將流經(jīng)上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路的冷媒液的一部分供給到上述中間冷卻器；和 回收路，其將冷媒液從上述中間冷卻器回收到上述蒸發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路包括:輸送路，其將冷媒液從上述蒸發(fā)器向上述吸熱用熱交換器引導(dǎo)，并在該輸送路上設(shè)有泵；和返回路，其將冷媒液從上述吸熱用熱交換器向上述蒸發(fā)器引導(dǎo)， 上述供給路在上述泵的下游側(cè)從上述輸送路分支。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路包括:輸送路，其將冷媒液從上述蒸發(fā)器向上述吸熱用熱交換器引導(dǎo)，并在該輸送路上設(shè)有泵；和返回路，其將冷媒液從上述吸熱用熱交換器向上述蒸發(fā)器引導(dǎo)，. 上述供給路從上述返回路分支。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 對流經(jīng)上述供給路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的供給側(cè)流量調(diào)整閥設(shè)于上述供給路，或者，對流經(jīng)上述回收路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的回收側(cè)流量調(diào)整閥設(shè)于上述回收路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 上述中間冷卻器是使由上述第I壓縮機(jī)壓縮的冷媒蒸汽與冷媒液直接接觸來進(jìn)行冷卻的熱交換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 上述蒸發(fā)側(cè)循環(huán)路， (i)包括:輸送路，其將冷媒液從上述蒸發(fā)器向上述吸熱用熱交換器引導(dǎo)，并在該輸送路上設(shè)有泵；和返回路，其將冷媒液從上述吸熱用熱交換器向上述蒸發(fā)器引導(dǎo)， 上述供給路在上述泵的下游側(cè)從上述輸送路分支， 或者(ii)包括:輸送路，其將冷媒液從上述蒸發(fā)器向上述吸熱用熱交換器引導(dǎo)，并在該輸送路上設(shè)有泵；和返回路，其將冷媒液從上述吸熱用熱交換器向上述蒸發(fā)器引導(dǎo)， 上述供給路從上述返回路分支。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 冷媒液通過上述供給路向上述中間冷卻器的供給，是通過設(shè)于上述輸送路的上述泵的動(dòng)力來進(jìn)行的， 冷媒液通過上述回收路從上述中間冷卻器向蒸發(fā)器的回收，是通過上述中間冷卻器內(nèi)與上述蒸發(fā)器內(nèi)的冷媒蒸汽的壓力差以及液面的位頭差來進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 在上述供給路設(shè)有對流經(jīng)該供給路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的供給側(cè)流量調(diào)整閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 控制上述供給側(cè)流量調(diào)整閥，使得上述中間冷卻器內(nèi)的冷媒蒸汽的溫度不低于飽和溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 在上述回收路設(shè)有對流經(jīng)該回收路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整的回收側(cè)流量調(diào)整閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷凍循環(huán)裝置，其中，還具備: 供給側(cè)流量調(diào)整閥，其對流經(jīng)上述供給路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整，并設(shè)于上述供給路；以及 回收側(cè)流量調(diào)整閥，其對流經(jīng)上述回收路的冷媒液的流量進(jìn)行調(diào)整，并設(shè)于上述回收路。
12.根據(jù)權(quán)利要·求10所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 控制上述回收側(cè)流量調(diào)整閥，使得上述中間冷卻器內(nèi)的液面保持在一定的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 上述回收路的下游端在上述蒸發(fā)器內(nèi)的液面的下方位置與上述蒸發(fā)器相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 上述中間冷卻器是填充層式或者噴霧式的熱交換器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍循環(huán)裝置，其中， 上述中間冷卻器是間接式的熱交換器。
【文檔編號】F25B1/10GK103429970SQ201380000874
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月18日
【發(fā)明者】松浦尭宏, 田村朋一郎, 河野文紀(jì) 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社