JP2004170043A - 冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷媒サイクルを備えた冷却装置において、蒸発器における冷却能力の向上を図ると共に、低圧側のアキュムレータを設けることなく、コンプレッサの液圧縮による損傷の発生を防止する。
【解決手段】第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路１５０を備えると共に、断熱箱体２０１と、この断熱箱体２０１内に構成され、蒸発器１５７により冷却される貯蔵室２０４と、断熱箱体２０１の開口部２０２を閉塞する蓋体２０６を備え、中間冷却回路１５０の配管の一部を断熱箱体２０１の開口部２０２に配設してフレームパイプ１５０Ａを形成する。
【選択図】 図２
【解決手段】第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路１５０を備えると共に、断熱箱体２０１と、この断熱箱体２０１内に構成され、蒸発器１５７により冷却される貯蔵室２０４と、断熱箱体２０１の開口部２０２を閉塞する蓋体２０６を備え、中間冷却回路１５０の配管の一部を断熱箱体２０１の開口部２０２に配設してフレームパイプ１５０Ａを形成する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して構成された冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷却装置は、ロータリコンプレッサ（コンプレッサ）、ガスクーラ、絞り手段（膨張弁等）及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、ロータリコンプレッサの回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった。
【０００３】
また、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷却装置においても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いる冷媒サイクルの冷却装置が開発されてきている。
【０００４】
このような冷却装置では、コンプレッサ内に液冷媒が戻って、液圧縮することを防ぐために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸込側との間にアキュムレータを配設し、このアキュムレータに液冷媒を溜め、ガスのみをコンプレッサに吸い込ませる構成とされていた。そして、アキュムレータ内の液冷媒がコンプレッサに戻らないように絞り手段を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷媒サイクルの低圧側にアキュムレータを設けることは、その分多くの冷媒充填量が必要となる。また、液バックを防止するためには絞り手段の開度を小さくし、或いは、アキュムレータの容量を拡大しなければならず、冷却能力の低下や設置スペースの拡大を招くという問題が生じていた。
【０００７】
また、蒸発器での蒸発温度が０℃以下、例えば−５０℃以下の超低温域となるようにすることは、圧縮比が非常に高くなり、コンプレッサ自体の温度又は冷媒サイクル内に吐出される冷媒ガスの温度が高くなる関係上極めて困難となっていた。
【０００８】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、冷却装置において、蒸発器における冷却能力の向上を図ると共に、低圧側のアキュムレータを設けることなく、コンプレッサの液圧縮による損傷の発生を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の冷却装置では、コンプレッサは、密閉容器内に第１及び第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の回転圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を備え、この中間冷却回路の少なくとも一部を、結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所に配設したので、第１の回転圧縮要素で圧縮され吐出された冷媒が結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所を通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができるようになる。
【００１０】
一方、冷媒により冷却装置の結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所は加熱されるので、結露、若しくは、凍結を未然に防ぐことができるようになる。
【００１１】
請求項２の発明では上記発明に加えて、断熱箱体と、この断熱箱体内に構成され、蒸発器により冷却される貯蔵室と、断熱箱体の開口部を閉塞する蓋体を備え、中間冷却回路の少なくとも一部を断熱箱体の開口部に配設したので、第１の回転圧縮要素で圧縮され吐出された冷媒が断熱箱体の開口部を通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができる。
【００１２】
一方、冷媒により断熱箱体の開口部が加熱されるので、当該開口部の結露、若しくは、凍結を未然に回避することができるようになる。
【００１３】
請求項３の発明では上記各発明に加えて、ガスクーラから出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と蒸発器を出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器を備えるので、蒸発器から出た冷媒は内部熱交換器でガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と熱交換して熱を奪うので、冷媒の過熱度を確保してコンプレッサにおける液圧縮を回避することができるようになる。
【００１４】
また、本発明では請求項４の如く蒸発器における冷媒の蒸発温度を０℃以下、例えば−５０℃以下の超低温域とする場合に極めて有効となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の冷却装置２００に使用するコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図、図２は本発明の冷却装置２００の冷媒回路図である。
【００１６】
各図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１７】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１８】
電動要素１４は所謂磁極集中巻き式のＤＣモータであり、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４はステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００１９】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４により偏心回転される上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００２０】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー６６、下部カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００２１】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００２２】
そして、冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ２）が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）など既存のオイルが使用される。
【００２３】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は後述する中間冷却回路１５０に設けられた断熱箱体２０１の開口部２０２、中間熱交換器１５９を経てスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２４】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。
【００２５】
そして、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２６】
次に、図２において、上述したコンプレッサ１０は図２に示す冷媒回路の一部を構成する。即ち、コンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１５４の入口に接続される。そして、このガスクーラ１５４を出た配管は内部熱交換器１６０を通過する。この内部熱交換器１６０はガスクーラ１５４から出た第２の回転圧縮要素３４からの高圧側の冷媒と蒸発器１５７から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。
【００２７】
そして、この内部熱交換器１６０を通過した高圧側の冷媒は、絞り手段としての膨張弁１５６に至る。この膨張弁１５６の出口は蒸発器１５７の入口に接続され、蒸発器１５７を出た配管は内部熱交換器１６０に至る。そして、内部熱交換器１６０から出た配管は冷媒導入管９４に接続されている。
【００２８】
また、図２において、中間冷却回路１５０の配管の一部は中間熱交換器１５９を通過した後、放熱する断熱箱体２０１の開口部２０２に設けられたフレームパイプ（フレームヒータ）１５０Ａを通過するように配設されている。
【００２９】
図３は本発明の冷却装置２００の斜視図である。図３において、２００は理化学実験などに使用されるフリーザーであり、２０１は前記断熱箱体である。この断熱箱体２０１は図示しない金属製の内箱と外箱から成り、内箱と外箱の間には断熱材が充填されている。また、断熱箱体２０１の内箱の断熱材側（外面）には前述した蒸発器１５７が設けられている。そして、断熱箱体２０１の内箱内には、前記蒸発器１５７にて冷却される貯蔵室２０４が構成されている。断熱箱体２０１は開口部２０２を蓋体２０６により開閉可能に閉塞できるように形成されている。また、断熱箱体２０１の開口部２０２の全周には、前述した前記中間冷却回路１５０の一部の配管が埋設されたフレームパイプ１５０Ａが構成されている。
【００３０】
このフレームパイプ１５０Ａは当該フレームパイプ１５０Ａを通過する冷媒から熱を奪い、開口部２０２やその付近を加熱して、結露や凍結の発生を防止するために設けられたものである。尚、図３において、２０８は前記コンプレッサ１０、ガスクーラ１５４、内部熱交換器１６０、膨張弁１５６及び中間熱交換器１５９などが収納されている機械室である。
【００３１】
以上の構成で次に本発明の冷却装置２００の動作を説明する。ターミナル２０及び図示されない配線を介してコンプレッサ１０の電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３２】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３３】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２に入り、スリーブ１４４から出て中間冷却回路１５０に流入する。そして、この中間冷却回路１５０が中間熱交換器１５９を通過する過程で空冷方式により放熱した後、冷却装置２００の開口部２０２の全周に渡って埋設されたフレームパイプ１５０Ａを通過する。冷媒はそこで開口部２０２周辺の冷気により熱を奪われて更に冷却される。
【００３４】
一方、冷却装置２００の開口部２０２は中間圧の冷媒によって加熱され、結露や凍結の発生を未然に防止することができる。このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１５０を通過させることで、中間熱交換器１５９及び開口部２０２に形成されたフレームパイプ１５０Ａにて効果的に冷却することができるので、密閉容器１２内の温度上昇を抑え、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率も向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒が冷却されることで、第２の回転圧縮要素３４で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになる。
【００３５】
また、中間熱交換器１５９とフレームパイプ１５０Ａが通過する開口部２０２との二段階で冷媒を冷却することができるため、中間熱交換器１５９の容量を大きくする必要がないので、冷却装置２００の機械室２０８をよりコンパクトにすることができる。
【００３６】
そして、冷却された中間圧の冷媒ガスは上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の低圧室側に吸入され、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２を経て冷媒吐出管９６より外部に吐出される。
【００３７】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスはガスクーラ１５４に流入し、そこで空冷方式により放熱した後、内部熱交換器１６０を通過する。冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。
【００３８】
この内部熱交換器１６０の存在により、ガスクーラ１５４を出て、内部熱交換器１６０を通過する冷媒は、低圧側の冷媒に熱を奪われるので、この分、当該冷媒の過冷却度が大きくなる。そのため、蒸発器１５７における冷却能力が向上する。
【００３９】
係る内部熱交換器１６０で冷却された高圧側の冷媒ガスは膨張弁１５６に至る。冷媒は膨張弁１５６において圧力が低下して、その後、蒸発器１５７内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、吸熱作用を発揮して断熱箱体２０１の内箱を冷却する。これにより、貯蔵室２０４は内箱の壁面から冷却される。
【００４０】
このとき、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１５０を通過させて、密閉容器１２内及び第２の回転圧縮要素３４の冷媒の温度上昇を抑えるという効果と、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスを、内部熱交換器１６０を通過させて、膨張弁１５６前の冷媒の過冷却度が大きくなるという効果によって、蒸発器１５７における冷媒の冷却能力が向上する。
【００４１】
即ち、この場合における蒸発器１５７での蒸発温度を０℃以下、例えば−５０℃以下の超低温域に容易に到達させることができるようになる。また、同時にコンプレッサ１０での消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００４２】
その後、冷媒は蒸発器１５７から流出して、内部熱交換器１６０に至る。そこで前述の高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。ここで、蒸発器１５７で蒸発して低温となり、蒸発器１５７を出た冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態であるが、内部熱交換器１６０を通過させて高圧側の冷媒と熱交換させることで、冷媒が加熱される。これにより、冷媒は過熱度が取れて完全に気体となる。
【００４３】
これにより、蒸発器１５７から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになる。特に、運転条件により余剰冷媒が発生するような場合においても、内部熱交換器１６０により、低圧側冷媒を加熱しているので、低圧側のアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、コンプレッサ１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００４４】
また、コンプレッサ１０の吐出温度や内部温度を上昇させないサイクルとすることで、冷却装置２００の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４５】
尚、内部熱交換器１６０で加熱された冷媒は、冷媒導入管９４からコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００４６】
このように、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路１５０を備え、この中間冷却回路１５０の配管の一部を、断熱箱体２０１の開口部２０２に配設してフレームパイプ１５０Ａを構成したので、第１の回転圧縮要素３２で圧縮され吐出された冷媒が断熱箱体２０１の開口部２０２に設けられたフレームパイプ１５０Ａを通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができるようになる。
【００４７】
これにより、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率を向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒が冷却されることで、第２の回転圧縮要素３４で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになる。
【００４８】
一方、冷媒により冷却装置２００の結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所は加熱されるので、結露、若しくは、凍結を未然に回避することができるようになる。
【００４９】
また、ガスクーラ１５４から出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒と蒸発器１５７を出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器１６０を備えることで、蒸発器１５７から出た冷媒は内部熱交換器１６０でガスクーラ１５４を出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒と熱交換して熱を奪うので、確実に冷媒の過熱度を確保してコンプレッサ１０における液圧縮を回避できるようになる。
【００５０】
他方、ガスクーラ１５４を出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒は、内部熱交換器１６０において蒸発器１５７を出た冷媒に熱を奪われるので、それにより、膨張弁１５６前の冷媒の過冷却度が大きくなる。それにより、蒸発器１５７における冷却能力が更に向上する。
【００５１】
これらにより、冷媒サイクルの蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度を低下させることが可能となり、例えば蒸発器１５７での蒸発温度を−５０℃以下の超低温域とすることを容易に達成することができるようになる。また、コンプレッサ１０での消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００５２】
尚、本実施例ではフレームパイプ１５０Ａを中間冷却回路１５０の中間熱交換器１５９の下流側に設けるものとしたが、中間冷却回路１５０の中間熱交換器１５９の上流側に設けても良い。
【００５３】
また、本実施例では蒸発器１５７を断熱箱体２０１の内箱の断熱材側（外面）に設けて、内箱を冷却することで、貯蔵室２０４が内箱の壁面から冷却されるものとしたが、蒸発器の位置や冷却方法はこれに限定されるものでなく、ファンによって強制的に冷気を循環させることにより貯蔵室を冷却する方法など種々の方法が適用可能である。
【００５４】
実施例では、二酸化炭素を冷媒として使用したが、これに限らず、他の冷媒、例えばフッ素系の冷媒や炭化水素系の冷媒などの冷媒を用いた場合であっても適用可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明の冷却装置によれば、コンプレッサは、密閉容器内に電動要素とこの電動要素にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の回転圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を備え、この中間冷却回路の少なくとも一部を、結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所に配設したので、第１の回転圧縮要素で圧縮され吐出された冷媒が結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所を通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができる。
【００５６】
これにより、第２の回転圧縮要素における圧縮効率を向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒が冷却されることで、第２の回転圧縮要素で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになり、膨張弁前の冷媒の過冷却度を大きくできるので、蒸発器における冷却能力が向上する。
【００５７】
一方、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒により冷却装置の結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所が加熱されるため、結露、若しくは、凍結を未然に防ぐことができるようになる。
【００５８】
請求項２の発明によれば上記発明に加えて、断熱箱体と、この断熱箱体内に構成され、蒸発器により冷却される貯蔵室と、断熱箱体の開口部を閉塞する蓋体を備え、中間冷却回路の少なくとも一部を断熱箱体の開口部に配設したので、第１の回転圧縮要素で圧縮され吐出された冷媒が断熱箱体の開口部を通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができる。
【００５９】
これにより、第２の回転圧縮要素における圧縮効率を向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒が冷却されることで、第２の回転圧縮要素で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになり、膨張弁前の冷媒の過冷却度が大きくなるので、蒸発器における冷却能力が向上する。
【００６０】
一方、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒により断熱箱体の開口部が加熱され、当該開口部の結露、若しくは、凍結を未然に回避することができるようになる。
【００６１】
請求項３の発明では上記各発明に加えて、ガスクーラから出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と蒸発器を出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器を備えるので、蒸発器から出た冷媒は内部熱交換器でガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と熱交換して熱を奪うので、冷媒の過熱度を確保してコンプレッサにおける液圧縮を回避できるようになる。
【００６２】
他方、ガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒は、内部熱交換器において蒸発器を出た冷媒に熱を奪われるので、この分、冷媒の過冷却度が大きくなる。それにより、蒸発器における冷媒ガスの冷却能力が更に向上する。
【００６３】
従って、冷媒循環量を増やさずに所望の冷却能力を容易に達成することができるようになり、コンプレッサでの消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００６４】
また、本発明では請求項４の如く蒸発器における冷媒の蒸発温度を０℃以下、例えば−５０℃以下の超低温域とする場合に極めて有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遷臨界冷媒サイクル装置を構成する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】本発明の冷却装置の冷媒回路図である。
【図３】本発明の冷却装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０ 多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
９２、９４ 冷媒導入管
９６ 冷媒吐出管
１５０ 中間冷却回路
１５０Ａ フレームパイプ
１５４ ガスクーラ
１５６ 膨張弁（絞り手段）
１５７ 蒸発器
１６０ 内部熱交換器
２００ 冷却装置
２０１ 断熱箱体
２０２ 開口部
２０４ 貯蔵室
２０６ 蓋体
２０８ 機械室
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して構成された冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷却装置は、ロータリコンプレッサ（コンプレッサ）、ガスクーラ、絞り手段（膨張弁等）及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、ロータリコンプレッサの回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった。
【０００３】
また、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷却装置においても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いる冷媒サイクルの冷却装置が開発されてきている。
【０００４】
このような冷却装置では、コンプレッサ内に液冷媒が戻って、液圧縮することを防ぐために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸込側との間にアキュムレータを配設し、このアキュムレータに液冷媒を溜め、ガスのみをコンプレッサに吸い込ませる構成とされていた。そして、アキュムレータ内の液冷媒がコンプレッサに戻らないように絞り手段を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷媒サイクルの低圧側にアキュムレータを設けることは、その分多くの冷媒充填量が必要となる。また、液バックを防止するためには絞り手段の開度を小さくし、或いは、アキュムレータの容量を拡大しなければならず、冷却能力の低下や設置スペースの拡大を招くという問題が生じていた。
【０００７】
また、蒸発器での蒸発温度が０℃以下、例えば−５０℃以下の超低温域となるようにすることは、圧縮比が非常に高くなり、コンプレッサ自体の温度又は冷媒サイクル内に吐出される冷媒ガスの温度が高くなる関係上極めて困難となっていた。
【０００８】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、冷却装置において、蒸発器における冷却能力の向上を図ると共に、低圧側のアキュムレータを設けることなく、コンプレッサの液圧縮による損傷の発生を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の冷却装置では、コンプレッサは、密閉容器内に第１及び第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の回転圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を備え、この中間冷却回路の少なくとも一部を、結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所に配設したので、第１の回転圧縮要素で圧縮され吐出された冷媒が結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所を通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができるようになる。
【００１０】
一方、冷媒により冷却装置の結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所は加熱されるので、結露、若しくは、凍結を未然に防ぐことができるようになる。
【００１１】
請求項２の発明では上記発明に加えて、断熱箱体と、この断熱箱体内に構成され、蒸発器により冷却される貯蔵室と、断熱箱体の開口部を閉塞する蓋体を備え、中間冷却回路の少なくとも一部を断熱箱体の開口部に配設したので、第１の回転圧縮要素で圧縮され吐出された冷媒が断熱箱体の開口部を通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができる。
【００１２】
一方、冷媒により断熱箱体の開口部が加熱されるので、当該開口部の結露、若しくは、凍結を未然に回避することができるようになる。
【００１３】
請求項３の発明では上記各発明に加えて、ガスクーラから出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と蒸発器を出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器を備えるので、蒸発器から出た冷媒は内部熱交換器でガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と熱交換して熱を奪うので、冷媒の過熱度を確保してコンプレッサにおける液圧縮を回避することができるようになる。
【００１４】
また、本発明では請求項４の如く蒸発器における冷媒の蒸発温度を０℃以下、例えば−５０℃以下の超低温域とする場合に極めて有効となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の冷却装置２００に使用するコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図、図２は本発明の冷却装置２００の冷媒回路図である。
【００１６】
各図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１７】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１８】
電動要素１４は所謂磁極集中巻き式のＤＣモータであり、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４はステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００１９】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４により偏心回転される上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００２０】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー６６、下部カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００２１】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００２２】
そして、冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ２）が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）など既存のオイルが使用される。
【００２３】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は後述する中間冷却回路１５０に設けられた断熱箱体２０１の開口部２０２、中間熱交換器１５９を経てスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２４】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。
【００２５】
そして、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２６】
次に、図２において、上述したコンプレッサ１０は図２に示す冷媒回路の一部を構成する。即ち、コンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１５４の入口に接続される。そして、このガスクーラ１５４を出た配管は内部熱交換器１６０を通過する。この内部熱交換器１６０はガスクーラ１５４から出た第２の回転圧縮要素３４からの高圧側の冷媒と蒸発器１５７から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。
【００２７】
そして、この内部熱交換器１６０を通過した高圧側の冷媒は、絞り手段としての膨張弁１５６に至る。この膨張弁１５６の出口は蒸発器１５７の入口に接続され、蒸発器１５７を出た配管は内部熱交換器１６０に至る。そして、内部熱交換器１６０から出た配管は冷媒導入管９４に接続されている。
【００２８】
また、図２において、中間冷却回路１５０の配管の一部は中間熱交換器１５９を通過した後、放熱する断熱箱体２０１の開口部２０２に設けられたフレームパイプ（フレームヒータ）１５０Ａを通過するように配設されている。
【００２９】
図３は本発明の冷却装置２００の斜視図である。図３において、２００は理化学実験などに使用されるフリーザーであり、２０１は前記断熱箱体である。この断熱箱体２０１は図示しない金属製の内箱と外箱から成り、内箱と外箱の間には断熱材が充填されている。また、断熱箱体２０１の内箱の断熱材側（外面）には前述した蒸発器１５７が設けられている。そして、断熱箱体２０１の内箱内には、前記蒸発器１５７にて冷却される貯蔵室２０４が構成されている。断熱箱体２０１は開口部２０２を蓋体２０６により開閉可能に閉塞できるように形成されている。また、断熱箱体２０１の開口部２０２の全周には、前述した前記中間冷却回路１５０の一部の配管が埋設されたフレームパイプ１５０Ａが構成されている。
【００３０】
このフレームパイプ１５０Ａは当該フレームパイプ１５０Ａを通過する冷媒から熱を奪い、開口部２０２やその付近を加熱して、結露や凍結の発生を防止するために設けられたものである。尚、図３において、２０８は前記コンプレッサ１０、ガスクーラ１５４、内部熱交換器１６０、膨張弁１５６及び中間熱交換器１５９などが収納されている機械室である。
【００３１】
以上の構成で次に本発明の冷却装置２００の動作を説明する。ターミナル２０及び図示されない配線を介してコンプレッサ１０の電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３２】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３３】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２に入り、スリーブ１４４から出て中間冷却回路１５０に流入する。そして、この中間冷却回路１５０が中間熱交換器１５９を通過する過程で空冷方式により放熱した後、冷却装置２００の開口部２０２の全周に渡って埋設されたフレームパイプ１５０Ａを通過する。冷媒はそこで開口部２０２周辺の冷気により熱を奪われて更に冷却される。
【００３４】
一方、冷却装置２００の開口部２０２は中間圧の冷媒によって加熱され、結露や凍結の発生を未然に防止することができる。このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１５０を通過させることで、中間熱交換器１５９及び開口部２０２に形成されたフレームパイプ１５０Ａにて効果的に冷却することができるので、密閉容器１２内の温度上昇を抑え、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率も向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒が冷却されることで、第２の回転圧縮要素３４で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになる。
【００３５】
また、中間熱交換器１５９とフレームパイプ１５０Ａが通過する開口部２０２との二段階で冷媒を冷却することができるため、中間熱交換器１５９の容量を大きくする必要がないので、冷却装置２００の機械室２０８をよりコンパクトにすることができる。
【００３６】
そして、冷却された中間圧の冷媒ガスは上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の低圧室側に吸入され、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２を経て冷媒吐出管９６より外部に吐出される。
【００３７】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスはガスクーラ１５４に流入し、そこで空冷方式により放熱した後、内部熱交換器１６０を通過する。冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。
【００３８】
この内部熱交換器１６０の存在により、ガスクーラ１５４を出て、内部熱交換器１６０を通過する冷媒は、低圧側の冷媒に熱を奪われるので、この分、当該冷媒の過冷却度が大きくなる。そのため、蒸発器１５７における冷却能力が向上する。
【００３９】
係る内部熱交換器１６０で冷却された高圧側の冷媒ガスは膨張弁１５６に至る。冷媒は膨張弁１５６において圧力が低下して、その後、蒸発器１５７内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、吸熱作用を発揮して断熱箱体２０１の内箱を冷却する。これにより、貯蔵室２０４は内箱の壁面から冷却される。
【００４０】
このとき、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを中間冷却回路１５０を通過させて、密閉容器１２内及び第２の回転圧縮要素３４の冷媒の温度上昇を抑えるという効果と、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスを、内部熱交換器１６０を通過させて、膨張弁１５６前の冷媒の過冷却度が大きくなるという効果によって、蒸発器１５７における冷媒の冷却能力が向上する。
【００４１】
即ち、この場合における蒸発器１５７での蒸発温度を０℃以下、例えば−５０℃以下の超低温域に容易に到達させることができるようになる。また、同時にコンプレッサ１０での消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００４２】
その後、冷媒は蒸発器１５７から流出して、内部熱交換器１６０に至る。そこで前述の高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。ここで、蒸発器１５７で蒸発して低温となり、蒸発器１５７を出た冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態であるが、内部熱交換器１６０を通過させて高圧側の冷媒と熱交換させることで、冷媒が加熱される。これにより、冷媒は過熱度が取れて完全に気体となる。
【００４３】
これにより、蒸発器１５７から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになる。特に、運転条件により余剰冷媒が発生するような場合においても、内部熱交換器１６０により、低圧側冷媒を加熱しているので、低圧側のアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、コンプレッサ１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００４４】
また、コンプレッサ１０の吐出温度や内部温度を上昇させないサイクルとすることで、冷却装置２００の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４５】
尚、内部熱交換器１６０で加熱された冷媒は、冷媒導入管９４からコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００４６】
このように、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路１５０を備え、この中間冷却回路１５０の配管の一部を、断熱箱体２０１の開口部２０２に配設してフレームパイプ１５０Ａを構成したので、第１の回転圧縮要素３２で圧縮され吐出された冷媒が断熱箱体２０１の開口部２０２に設けられたフレームパイプ１５０Ａを通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができるようになる。
【００４７】
これにより、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率を向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒が冷却されることで、第２の回転圧縮要素３４で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになる。
【００４８】
一方、冷媒により冷却装置２００の結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所は加熱されるので、結露、若しくは、凍結を未然に回避することができるようになる。
【００４９】
また、ガスクーラ１５４から出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒と蒸発器１５７を出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器１６０を備えることで、蒸発器１５７から出た冷媒は内部熱交換器１６０でガスクーラ１５４を出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒と熱交換して熱を奪うので、確実に冷媒の過熱度を確保してコンプレッサ１０における液圧縮を回避できるようになる。
【００５０】
他方、ガスクーラ１５４を出た第２の回転圧縮要素３４からの冷媒は、内部熱交換器１６０において蒸発器１５７を出た冷媒に熱を奪われるので、それにより、膨張弁１５６前の冷媒の過冷却度が大きくなる。それにより、蒸発器１５７における冷却能力が更に向上する。
【００５１】
これらにより、冷媒サイクルの蒸発器１５７における冷媒の蒸発温度を低下させることが可能となり、例えば蒸発器１５７での蒸発温度を−５０℃以下の超低温域とすることを容易に達成することができるようになる。また、コンプレッサ１０での消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００５２】
尚、本実施例ではフレームパイプ１５０Ａを中間冷却回路１５０の中間熱交換器１５９の下流側に設けるものとしたが、中間冷却回路１５０の中間熱交換器１５９の上流側に設けても良い。
【００５３】
また、本実施例では蒸発器１５７を断熱箱体２０１の内箱の断熱材側（外面）に設けて、内箱を冷却することで、貯蔵室２０４が内箱の壁面から冷却されるものとしたが、蒸発器の位置や冷却方法はこれに限定されるものでなく、ファンによって強制的に冷気を循環させることにより貯蔵室を冷却する方法など種々の方法が適用可能である。
【００５４】
実施例では、二酸化炭素を冷媒として使用したが、これに限らず、他の冷媒、例えばフッ素系の冷媒や炭化水素系の冷媒などの冷媒を用いた場合であっても適用可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明の冷却装置によれば、コンプレッサは、密閉容器内に電動要素とこの電動要素にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を第２の回転圧縮要素に吸い込んで圧縮し、ガスクーラに吐出すると共に、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を備え、この中間冷却回路の少なくとも一部を、結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所に配設したので、第１の回転圧縮要素で圧縮され吐出された冷媒が結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所を通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができる。
【００５６】
これにより、第２の回転圧縮要素における圧縮効率を向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒が冷却されることで、第２の回転圧縮要素で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになり、膨張弁前の冷媒の過冷却度を大きくできるので、蒸発器における冷却能力が向上する。
【００５７】
一方、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒により冷却装置の結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所が加熱されるため、結露、若しくは、凍結を未然に防ぐことができるようになる。
【００５８】
請求項２の発明によれば上記発明に加えて、断熱箱体と、この断熱箱体内に構成され、蒸発器により冷却される貯蔵室と、断熱箱体の開口部を閉塞する蓋体を備え、中間冷却回路の少なくとも一部を断熱箱体の開口部に配設したので、第１の回転圧縮要素で圧縮され吐出された冷媒が断熱箱体の開口部を通過することで熱を奪われるので、冷媒の温度を下げることができる。
【００５９】
これにより、第２の回転圧縮要素における圧縮効率を向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒が冷却されることで、第２の回転圧縮要素で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになり、膨張弁前の冷媒の過冷却度が大きくなるので、蒸発器における冷却能力が向上する。
【００６０】
一方、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒により断熱箱体の開口部が加熱され、当該開口部の結露、若しくは、凍結を未然に回避することができるようになる。
【００６１】
請求項３の発明では上記各発明に加えて、ガスクーラから出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と蒸発器を出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器を備えるので、蒸発器から出た冷媒は内部熱交換器でガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒と熱交換して熱を奪うので、冷媒の過熱度を確保してコンプレッサにおける液圧縮を回避できるようになる。
【００６２】
他方、ガスクーラを出た第２の回転圧縮要素からの冷媒は、内部熱交換器において蒸発器を出た冷媒に熱を奪われるので、この分、冷媒の過冷却度が大きくなる。それにより、蒸発器における冷媒ガスの冷却能力が更に向上する。
【００６３】
従って、冷媒循環量を増やさずに所望の冷却能力を容易に達成することができるようになり、コンプレッサでの消費電力の低減も図ることができるようになる。
【００６４】
また、本発明では請求項４の如く蒸発器における冷媒の蒸発温度を０℃以下、例えば−５０℃以下の超低温域とする場合に極めて有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遷臨界冷媒サイクル装置を構成する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】本発明の冷却装置の冷媒回路図である。
【図３】本発明の冷却装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０ 多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
９２、９４ 冷媒導入管
９６ 冷媒吐出管
１５０ 中間冷却回路
１５０Ａ フレームパイプ
１５４ ガスクーラ
１５６ 膨張弁（絞り手段）
１５７ 蒸発器
１６０ 内部熱交換器
２００ 冷却装置
２０１ 断熱箱体
２０２ 開口部
２０４ 貯蔵室
２０６ 蓋体
２０８ 機械室
Claims (4)
- コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して構成された冷媒サイクルを備える冷却装置において、
前記コンプレッサは、密閉容器内に第１及び第２の回転圧縮要素を備え、前記第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒を前記第２の回転圧縮要素に吸い込んで圧縮し、前記ガスクーラに吐出すると共に、
前記第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒を放熱させるための中間冷却回路を備え、
該中間冷却回路の少なくとも一部を、結露、若しくは、凍結の防止が必要な箇所に配設したことを特徴とする冷却装置。 - 断熱箱体と、該断熱箱体内に構成され、前記蒸発器により冷却される貯蔵室と、前記断熱箱体の開口部を閉塞する蓋体を備え、
前記中間冷却回路の少なくとも一部を前記断熱箱体の開口部に配設したことを特徴とする請求項１の冷却装置。 - 前記ガスクーラから出た前記第２の回転圧縮要素からの冷媒と前記蒸発器を出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２の冷却装置。
- 前記蒸発器における冷媒の蒸発温度は０℃以下であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の冷却装置。
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