JPH1163694A - 冷却サイクル - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超臨界流体を多効サイクルの冷媒として用い
る場合でも、気液分離装置内に常に液相冷媒が存在する
ようにし、冷却性能の改善を図るようにした冷却サイク
ルを提供する。 【解決手段】 圧縮機２、放熱器３、第１の絞り弁４、
気液分離器５、第２の絞り弁６、蒸発器７を配管接続し
て主経路６を構成し、この主経路６に気液分離器５から
気相冷媒を圧縮機２へ帰還させるバイパス経路９を設け
る。気液分離器内の液相冷媒が不足した場合には、第１
の絞り弁４による開度を小さくしてここを通過する冷媒
の減圧の程度を大きくし、常に気液分離器内に液相冷媒
が存在するようにする。
る場合でも、気液分離装置内に常に液相冷媒が存在する
ようにし、冷却性能の改善を図るようにした冷却サイク
ルを提供する。 【解決手段】 圧縮機２、放熱器３、第１の絞り弁４、
気液分離器５、第２の絞り弁６、蒸発器７を配管接続し
て主経路６を構成し、この主経路６に気液分離器５から
気相冷媒を圧縮機２へ帰還させるバイパス経路９を設け
る。気液分離器内の液相冷媒が不足した場合には、第１
の絞り弁４による開度を小さくしてここを通過する冷媒
の減圧の程度を大きくし、常に気液分離器内に液相冷媒
が存在するようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＣＯ2 等の超臨
界流体を冷媒として用い、気液分離装置からの気相冷媒
を圧縮室へ帰還するようにした多効サイクル（ガスイン
ジェクションサイクル）を備えた冷却サイクルに関す
る。
界流体を冷媒として用い、気液分離装置からの気相冷媒
を圧縮室へ帰還するようにした多効サイクル（ガスイン
ジェクションサイクル）を備えた冷却サイクルに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】多効サイクル（ガスインジェクションサ
イクル）を備えた冷却サイクルとして、従来、特開平５
−４５００７号公報等に示される構成が公知となってい
る。これは、図７に示すような構成を有しているもの
で、以下においてこの図面に基づいて説明すると、冷却
サイクル１は、圧縮機２、放熱器３、第１の減圧手段
４、気液分離器５、第２の減圧手段６、蒸発器７を順次
接続して構成された主経路８を有すると共に、気液分離
器５と圧縮機２との間を接続するバイパス経路９を有し
ており、気液分離器５で分離された気相冷媒を圧縮機２
へ帰還させ、これにより冷却性能を向上するようにした
ものである。また、同公報には、バイパス経路９の途中
に、凝縮器３から流出される冷媒と気液分離器５から帰
還する気相冷媒とを熱交換させる熱交換器を設け、帰還
する気相冷媒に液滴冷媒が混在しているような場合で
も、完全なガス状態として圧縮機２へ戻すようにした構
成も開示されている。
イクル）を備えた冷却サイクルとして、従来、特開平５
−４５００７号公報等に示される構成が公知となってい
る。これは、図７に示すような構成を有しているもの
で、以下においてこの図面に基づいて説明すると、冷却
サイクル１は、圧縮機２、放熱器３、第１の減圧手段
４、気液分離器５、第２の減圧手段６、蒸発器７を順次
接続して構成された主経路８を有すると共に、気液分離
器５と圧縮機２との間を接続するバイパス経路９を有し
ており、気液分離器５で分離された気相冷媒を圧縮機２
へ帰還させ、これにより冷却性能を向上するようにした
ものである。また、同公報には、バイパス経路９の途中
に、凝縮器３から流出される冷媒と気液分離器５から帰
還する気相冷媒とを熱交換させる熱交換器を設け、帰還
する気相冷媒に液滴冷媒が混在しているような場合で
も、完全なガス状態として圧縮機２へ戻すようにした構
成も開示されている。
【０００３】ところで、自然環境に適した代替冷媒が模
索される昨今において、フロンガスを用いるよりも以前
に利用されていた炭酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）が再び注目さ
れている。このようなＣＯ2 を用いた冷却サイクルは、
ＣＯ2 の臨界温度が３１℃であることから、高圧側ライ
ンが超臨界領域で用いられる構成となっており、十分な
冷凍性能を得る必要から高圧側ラインの圧力を１００Ｋ
ｇ／ｃｍ2 前後に高めると共に、上述した多効サイクル
を利用することなどが検討されている
索される昨今において、フロンガスを用いるよりも以前
に利用されていた炭酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）が再び注目さ
れている。このようなＣＯ2 を用いた冷却サイクルは、
ＣＯ2 の臨界温度が３１℃であることから、高圧側ライ
ンが超臨界領域で用いられる構成となっており、十分な
冷凍性能を得る必要から高圧側ラインの圧力を１００Ｋ
ｇ／ｃｍ2 前後に高めると共に、上述した多効サイクル
を利用することなどが検討されている
【０００４】上述した多効サイクルの冷媒としてＣＯ2
を用いた場合には、モリエール線図で見ると、図３の実
線で示されるような状態変化を呈する。つまり、Ａ点で
示される圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒は、放熱
器３によって液化されることなく冷却されてＢ点に至
り、その後、第１の減圧手段４で中間圧に減圧されてＣ
点で示す気液混合の冷媒となり、気液分離器５において
気相冷媒とＤ点で示す液相冷媒とに分離される。分離さ
れた液相冷媒は、更に第２の減圧手段６によって減圧さ
れてＥ点で示す低圧低温の湿り蒸気となり、蒸発器７で
蒸発気化されてＦ点に至り、再び圧縮機２で圧縮され
る。これと同時に気液分離器５で分離された気相冷媒
は、バイパス経路９を通過する過程においてＨ点を経て
完全な気相となり、圧縮機２に戻されて蒸発器７を通過
した低圧気相冷媒と混合する。即ち、Ｆ点から圧縮機２
で圧縮された気相冷媒は、中間圧まで圧縮された時点で
気液分離器５から帰還される気相冷媒と混合してＩ点か
らＧ点の気相状態となり、その後、Ａ点に戻される。
を用いた場合には、モリエール線図で見ると、図３の実
線で示されるような状態変化を呈する。つまり、Ａ点で
示される圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒は、放熱
器３によって液化されることなく冷却されてＢ点に至
り、その後、第１の減圧手段４で中間圧に減圧されてＣ
点で示す気液混合の冷媒となり、気液分離器５において
気相冷媒とＤ点で示す液相冷媒とに分離される。分離さ
れた液相冷媒は、更に第２の減圧手段６によって減圧さ
れてＥ点で示す低圧低温の湿り蒸気となり、蒸発器７で
蒸発気化されてＦ点に至り、再び圧縮機２で圧縮され
る。これと同時に気液分離器５で分離された気相冷媒
は、バイパス経路９を通過する過程においてＨ点を経て
完全な気相となり、圧縮機２に戻されて蒸発器７を通過
した低圧気相冷媒と混合する。即ち、Ｆ点から圧縮機２
で圧縮された気相冷媒は、中間圧まで圧縮された時点で
気液分離器５から帰還される気相冷媒と混合してＩ点か
らＧ点の気相状態となり、その後、Ａ点に戻される。
【０００５】このような多効サイクルでは、気液分離器
５において気相冷媒と液相冷媒とに分離され、この液相
冷媒によってエンタルピーをＣ点からＤ点に減少させる
ところに意義があり、気液分離器５で分離された気相冷
媒が帰還される分だけ蒸発器７を流れる冷媒流量は減少
するものの、冷却能力をＣ点とＤ点とのエンタルピー差
に相当する能力分だけ高めることができる。
５において気相冷媒と液相冷媒とに分離され、この液相
冷媒によってエンタルピーをＣ点からＤ点に減少させる
ところに意義があり、気液分離器５で分離された気相冷
媒が帰還される分だけ蒸発器７を流れる冷媒流量は減少
するものの、冷却能力をＣ点とＤ点とのエンタルピー差
に相当する能力分だけ高めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
多効サイクルによる超臨界流体の状態変化は、適切にサ
イクルが制御されている場合において形成されるもの
で、減圧手段の調節がうまくいかない場合には冷却性能
の低下を招く。これは、第１の減圧手段４の開度が第２
の減圧手段６の開度より非常に大きくなるような場合に
は、気液分離器５内の圧力が放熱器側の圧力（高圧側ラ
インの圧力）に近づき、図８に示されるようにＣ点が気
相領域に達して気液分離器内に液相冷媒が形成されない
状態となり、第２の減圧手段６では気相冷媒がそのまま
減圧されてしまうことによる。つまり、液相冷媒を気液
分離器内で形成することができないためにエンタルピー
をＣ点よりも小さくすることができず、結局、冷凍効果
（Ｑ）は、放熱器３の出口側のエンタルピーによって決
定されてしまうためである。
多効サイクルによる超臨界流体の状態変化は、適切にサ
イクルが制御されている場合において形成されるもの
で、減圧手段の調節がうまくいかない場合には冷却性能
の低下を招く。これは、第１の減圧手段４の開度が第２
の減圧手段６の開度より非常に大きくなるような場合に
は、気液分離器５内の圧力が放熱器側の圧力（高圧側ラ
インの圧力）に近づき、図８に示されるようにＣ点が気
相領域に達して気液分離器内に液相冷媒が形成されない
状態となり、第２の減圧手段６では気相冷媒がそのまま
減圧されてしまうことによる。つまり、液相冷媒を気液
分離器内で形成することができないためにエンタルピー
をＣ点よりも小さくすることができず、結局、冷凍効果
（Ｑ）は、放熱器３の出口側のエンタルピーによって決
定されてしまうためである。
【０００７】このような現象は、既存のサイクル構成を
ＣＯ2 等の超臨界流体にそのまま利用したのでは冷却性
能が保証されないことを示しており、したがって、この
点をいかに解決するかが超臨界流体を代替冷媒として有
効に利用できるか否かの重要なポイントとなってくる。
ＣＯ2 等の超臨界流体にそのまま利用したのでは冷却性
能が保証されないことを示しており、したがって、この
点をいかに解決するかが超臨界流体を代替冷媒として有
効に利用できるか否かの重要なポイントとなってくる。
【０００８】そこで、この発明においては、超臨界流体
を多効サイクルの冷媒として用いる場合でも、気液分離
器内に常に液相冷媒が存在するようにし、冷却性能の改
善を図るようにした冷却サイクルを提供することを課題
としている。また、冷却性能は、第１の減圧手段に入る
冷媒温度が低ければ低いほど向上することから、第１の
減圧手段に入る冷媒温度の改善をも併せて図るようにし
た冷却サイクルを提供する。
を多効サイクルの冷媒として用いる場合でも、気液分離
器内に常に液相冷媒が存在するようにし、冷却性能の改
善を図るようにした冷却サイクルを提供することを課題
としている。また、冷却性能は、第１の減圧手段に入る
冷媒温度が低ければ低いほど向上することから、第１の
減圧手段に入る冷媒温度の改善をも併せて図るようにし
た冷却サイクルを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明にかかる冷却サイクルは、超臨界流体を冷
媒とし、この冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧縮機で昇
圧された冷媒を冷却する第１の熱交換器と、この第１の
熱交換器よりも冷媒下流側に配されて冷媒を減圧する第
１の減圧手段と、前記第１の減圧手段で減圧された冷媒
を気液分離する気液分離装置と、この気液分離装置で分
離された液相冷媒を減圧する第２の減圧手段と、前記第
２の減圧手段で減圧された冷媒を蒸発気化する第２の熱
交換器とを含むように順次配管接続して主経路を構成
し、前記気液分離装置と前記圧縮機とを接続して前記気
液分離装置で分離された気相冷媒を前記圧縮機へ導くバ
イパス経路を設け、前記気液分離装置内の液相冷媒量に
応じて前記第１の減圧手段による減圧量を制御すること
を特徴としている（請求項１）。
に、この発明にかかる冷却サイクルは、超臨界流体を冷
媒とし、この冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧縮機で昇
圧された冷媒を冷却する第１の熱交換器と、この第１の
熱交換器よりも冷媒下流側に配されて冷媒を減圧する第
１の減圧手段と、前記第１の減圧手段で減圧された冷媒
を気液分離する気液分離装置と、この気液分離装置で分
離された液相冷媒を減圧する第２の減圧手段と、前記第
２の減圧手段で減圧された冷媒を蒸発気化する第２の熱
交換器とを含むように順次配管接続して主経路を構成
し、前記気液分離装置と前記圧縮機とを接続して前記気
液分離装置で分離された気相冷媒を前記圧縮機へ導くバ
イパス経路を設け、前記気液分離装置内の液相冷媒量に
応じて前記第１の減圧手段による減圧量を制御すること
を特徴としている（請求項１）。
【００１０】超臨界流体としては、臨界温度が常温付近
にあるＣＯ2 、エチレン等の流体が用いられ、第１の減
圧手段による減圧量を制御する手法としては、気液分離
装置内の液相冷媒量を検出する冷媒量検出センサからの
信号によって、又は、気液分離装置内の圧力と温度を検
出する圧力センサ及び温度センサからの信号に基づく演
算によって、気液分離装置内の液相冷媒が不足している
か否かを検出し、液相冷媒が不足していると判定された
場合に第１の減圧手段による減圧の程度を大きくする構
成が考えられる。
にあるＣＯ2 、エチレン等の流体が用いられ、第１の減
圧手段による減圧量を制御する手法としては、気液分離
装置内の液相冷媒量を検出する冷媒量検出センサからの
信号によって、又は、気液分離装置内の圧力と温度を検
出する圧力センサ及び温度センサからの信号に基づく演
算によって、気液分離装置内の液相冷媒が不足している
か否かを検出し、液相冷媒が不足していると判定された
場合に第１の減圧手段による減圧の程度を大きくする構
成が考えられる。
【００１１】したがって、圧縮機で昇圧されて超臨界状
態となる高温高圧の冷媒は、第１の熱交換器によって冷
却され、第１の減圧手段によって減圧されて中間圧の気
液混合冷媒となり、気液分離装置内で気液分離される。
この気液分離装置によって分離された気相冷媒は、バイ
パス経路を通って圧縮機に帰還し、分離された液相冷媒
は、さらに第２の減圧手段によって減圧されて低温低圧
の湿り蒸気となり、蒸発器において蒸発気化されて圧縮
機へ導かれる。
態となる高温高圧の冷媒は、第１の熱交換器によって冷
却され、第１の減圧手段によって減圧されて中間圧の気
液混合冷媒となり、気液分離装置内で気液分離される。
この気液分離装置によって分離された気相冷媒は、バイ
パス経路を通って圧縮機に帰還し、分離された液相冷媒
は、さらに第２の減圧手段によって減圧されて低温低圧
の湿り蒸気となり、蒸発器において蒸発気化されて圧縮
機へ導かれる。
【００１２】第１の減圧手段は、気液分離装置内の液相
冷媒量に応じて減圧量が調節されることから、気液分離
装置内の液相冷媒量が不足するような場合には、気液分
離装置に流入される冷媒を気液混合冷媒としてここに液
相冷媒が存在しなくなるような事態を避けることがで
き、もって、図３の実線で示されるような状態変化を保
って合理的なレベルの冷却性能を維持することができ
る。
冷媒量に応じて減圧量が調節されることから、気液分離
装置内の液相冷媒量が不足するような場合には、気液分
離装置に流入される冷媒を気液混合冷媒としてここに液
相冷媒が存在しなくなるような事態を避けることがで
き、もって、図３の実線で示されるような状態変化を保
って合理的なレベルの冷却性能を維持することができ
る。
【００１３】冷却性能を高めるにあっては、気液分離装
置内に液相冷媒を確保することに加え、第１の減圧手段
に流入する冷媒温度をできるだけ低くするようにしても
よい。即ち、減圧手段の冷媒下流側において分離される
気相冷媒を、第１の熱交換器と第１の減圧手段との間を
流れる冷媒と熱交換させるようにしてもよい( 請求項
２）。このような構成によれば、第１の熱交換器で冷却
された冷媒が減圧手段より下流側の気相冷媒によってさ
らに冷却されることとなり、結果として蒸発器に流入さ
れる冷媒のエンタルピーを小さくして冷凍効果を高める
ことができる。
置内に液相冷媒を確保することに加え、第１の減圧手段
に流入する冷媒温度をできるだけ低くするようにしても
よい。即ち、減圧手段の冷媒下流側において分離される
気相冷媒を、第１の熱交換器と第１の減圧手段との間を
流れる冷媒と熱交換させるようにしてもよい( 請求項
２）。このような構成によれば、第１の熱交換器で冷却
された冷媒が減圧手段より下流側の気相冷媒によってさ
らに冷却されることとなり、結果として蒸発器に流入さ
れる冷媒のエンタルピーを小さくして冷凍効果を高める
ことができる。
【００１４】減圧手段の冷媒下流側において分離される
気相冷媒を第１の熱交換器と第１の減圧手段との間を流
れる冷媒と熱交換させる構成としては、第１及び第２の
減圧手段の間に設けられる気液分離装置から圧縮機へ帰
還する気相冷媒を第１の減圧手段の流入側において主経
路内の冷媒と熱交換させる構成や、蒸発器の冷媒下流側
に第２の気液分離装置（アキュムレータ）を設け、ここ
で分離された低温の気相冷媒を第１の減圧手段の流入側
において主経路内の冷媒と熱交換させる構成が考えられ
る。
気相冷媒を第１の熱交換器と第１の減圧手段との間を流
れる冷媒と熱交換させる構成としては、第１及び第２の
減圧手段の間に設けられる気液分離装置から圧縮機へ帰
還する気相冷媒を第１の減圧手段の流入側において主経
路内の冷媒と熱交換させる構成や、蒸発器の冷媒下流側
に第２の気液分離装置（アキュムレータ）を設け、ここ
で分離された低温の気相冷媒を第１の減圧手段の流入側
において主経路内の冷媒と熱交換させる構成が考えられ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１において、冷却サイクル１
の第１の構成例が示され、この冷却サイクル１は、冷媒
を圧縮する圧縮機２、この圧縮機２で圧縮された冷媒を
冷却する放熱器３、この放熱器３の冷媒下流側に配され
た第１の絞り弁４、第１の絞り弁４によって減圧された
冷媒を気液分離する第１の気液分離器５、この気液分離
器５の下流側に配された第２の絞り弁６、この第２の絞
り弁６によって減圧された冷媒を蒸発気化する蒸発器７
をこの順で直列に配管接続してなる主経路８を備えてい
る。この主経路８に対して、第１の気液分離器５に一端
を接続し、他端を圧縮機２の中間段に接続するバイパス
経路９が設けられており、気液分離器５で分離された気
相冷媒をこのバイパス経路９を介して圧縮機２へ導くよ
うになっている。
面に基づいて説明する。図１において、冷却サイクル１
の第１の構成例が示され、この冷却サイクル１は、冷媒
を圧縮する圧縮機２、この圧縮機２で圧縮された冷媒を
冷却する放熱器３、この放熱器３の冷媒下流側に配され
た第１の絞り弁４、第１の絞り弁４によって減圧された
冷媒を気液分離する第１の気液分離器５、この気液分離
器５の下流側に配された第２の絞り弁６、この第２の絞
り弁６によって減圧された冷媒を蒸発気化する蒸発器７
をこの順で直列に配管接続してなる主経路８を備えてい
る。この主経路８に対して、第１の気液分離器５に一端
を接続し、他端を圧縮機２の中間段に接続するバイパス
経路９が設けられており、気液分離器５で分離された気
相冷媒をこのバイパス経路９を介して圧縮機２へ導くよ
うになっている。
【００１６】このサイクルでは、冷媒としてＣＯ2 が用
いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高
温高圧の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷
却する。この冷媒は、高圧側ラインにおいて１００Kg/c
m2前後まで高められて超臨界状態となっており、放熱器
３によっても液化されることなく第１の絞り弁４へ送ら
れる。そして、この第１の絞り弁４において、蒸発器７
が配される低圧ラインの圧力よりも高い圧力（中間圧）
に減圧され、この減圧された冷媒が気液混合冷媒であれ
ば、第１の気液分離器５において気相冷媒と液相冷媒に
分離され、気相冷媒はバイパス通路９を通って圧縮機２
へ帰還され、液相冷媒は第２の絞り弁６でさらに減圧さ
れて低温低圧（０℃前後、約３５Kg/cm2）の気液混合冷
媒となり、蒸発器７において気化してガス状となり、圧
縮機２へ戻される。この状態変化は、前述した図３の実
線で示すモリエール線図によって示されるようになる。
いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高
温高圧の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷
却する。この冷媒は、高圧側ラインにおいて１００Kg/c
m2前後まで高められて超臨界状態となっており、放熱器
３によっても液化されることなく第１の絞り弁４へ送ら
れる。そして、この第１の絞り弁４において、蒸発器７
が配される低圧ラインの圧力よりも高い圧力（中間圧）
に減圧され、この減圧された冷媒が気液混合冷媒であれ
ば、第１の気液分離器５において気相冷媒と液相冷媒に
分離され、気相冷媒はバイパス通路９を通って圧縮機２
へ帰還され、液相冷媒は第２の絞り弁６でさらに減圧さ
れて低温低圧（０℃前後、約３５Kg/cm2）の気液混合冷
媒となり、蒸発器７において気化してガス状となり、圧
縮機２へ戻される。この状態変化は、前述した図３の実
線で示すモリエール線図によって示されるようになる。
【００１７】第１の気液分離器５には、内部の液相冷媒
量が不足した状態にあるか否かを検出するセンサ１０が
取り付けられており、このセンサ１０は、液相冷媒の液
レベルを直接検知するものであってもいいが、この例で
は、気液分離器内の冷媒圧力と冷媒温度とを検出し、こ
れら検出結果から演算によって液位を間接的に検出する
ようにしている。センサ１０によって検出された液位に
関する信号は、コントロールユニット１１に入力され、
第１の絞り弁４の開度を制御するために利用される。
量が不足した状態にあるか否かを検出するセンサ１０が
取り付けられており、このセンサ１０は、液相冷媒の液
レベルを直接検知するものであってもいいが、この例で
は、気液分離器内の冷媒圧力と冷媒温度とを検出し、こ
れら検出結果から演算によって液位を間接的に検出する
ようにしている。センサ１０によって検出された液位に
関する信号は、コントロールユニット１１に入力され、
第１の絞り弁４の開度を制御するために利用される。
【００１８】コントロールユニット１１は、図示しない
中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポー
ト（Ｉ／Ｏ）、駆動回路等より成り、ＲＯＭに与えられ
た所定のプログラムにしたがって、図２に示すフローチ
ャートの処理を行うようになっている。
中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポー
ト（Ｉ／Ｏ）、駆動回路等より成り、ＲＯＭに与えられ
た所定のプログラムにしたがって、図２に示すフローチ
ャートの処理を行うようになっている。
【００１９】以下において、コントロールユニット１１
による第１の絞り弁４の制御動作例を説明すると、コン
トロールユニット１１はサイクルの稼動に伴ってこのル
ーチンの処理を行い、ステップ５０において圧力及び温
度を検出するセンサ１０からの信号を入力してＲＡＭに
格納し、次のステップ５２において、センサ１０によっ
て検出されたサンプリングデータに基づき、気液分離器
内の冷媒量（Ｌ）を演算する。
による第１の絞り弁４の制御動作例を説明すると、コン
トロールユニット１１はサイクルの稼動に伴ってこのル
ーチンの処理を行い、ステップ５０において圧力及び温
度を検出するセンサ１０からの信号を入力してＲＡＭに
格納し、次のステップ５２において、センサ１０によっ
て検出されたサンプリングデータに基づき、気液分離器
内の冷媒量（Ｌ）を演算する。
【００２０】そして、気液分離器内の冷媒量（Ｌ）が零
ないしはそれよりも大きく設定された所定量αより多い
場合には、通常の開度制御を継続し（ステップ５４，５
６）、Ｌ≦αであれば、第１の絞り弁４の開度を小さく
して第１の絞り弁４での圧力降下を大きくし、モリエー
ル線図で示す点Ｃが、図３で示されるように、気液混合
冷媒領域となるように設定する（ステップ５４，５
８）。そして、この構成例では、ステップ５６，５８の
処理の後にステップ５０以下の処理が繰り返され、第１
の気液分離器内の冷媒を常時モニタリングして冷媒不足
が生じないようになっている。
ないしはそれよりも大きく設定された所定量αより多い
場合には、通常の開度制御を継続し（ステップ５４，５
６）、Ｌ≦αであれば、第１の絞り弁４の開度を小さく
して第１の絞り弁４での圧力降下を大きくし、モリエー
ル線図で示す点Ｃが、図３で示されるように、気液混合
冷媒領域となるように設定する（ステップ５４，５
８）。そして、この構成例では、ステップ５６，５８の
処理の後にステップ５０以下の処理が繰り返され、第１
の気液分離器内の冷媒を常時モニタリングして冷媒不足
が生じないようになっている。
【００２１】したがって、超臨界流体を用いた場合にお
いても、図８で示すような冷房性能が大きく低下するよ
うな状態を回避できると共に、経時的に冷媒がサイクル
から漏れ出るような場合においても、第１の絞り弁４の
開度が自動調節されて第１の気液分離器内の液相冷媒が
絶えることがなくなり、長期において安定した性能を確
保することができる。
いても、図８で示すような冷房性能が大きく低下するよ
うな状態を回避できると共に、経時的に冷媒がサイクル
から漏れ出るような場合においても、第１の絞り弁４の
開度が自動調節されて第１の気液分離器内の液相冷媒が
絶えることがなくなり、長期において安定した性能を確
保することができる。
【００２２】図４において、この発明の第２の構成例が
示されており、主として前記構成例と異なる点について
説明し、同一構成においては、同一番号を付して説明を
省略する。
示されており、主として前記構成例と異なる点について
説明し、同一構成においては、同一番号を付して説明を
省略する。
【００２３】このサイクル構成では、主経路８を流れる
冷媒とバイパス経路内の気相冷媒とを熱交換する補助熱
交換器１２が放熱器３と第１の絞り弁４との間に設けら
れており、放熱器３から流出される冷媒を第１の絞り弁
４より下流側のより低温の冷媒によってさらに冷却する
ようになっている。
冷媒とバイパス経路内の気相冷媒とを熱交換する補助熱
交換器１２が放熱器３と第１の絞り弁４との間に設けら
れており、放熱器３から流出される冷媒を第１の絞り弁
４より下流側のより低温の冷媒によってさらに冷却する
ようになっている。
【００２４】このような構成によれば、サイクルの状態
変化は図３の破線で示されるようになり、Ａ’点で示さ
れる圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒は放熱器３に
よってＢ点まで冷却されるが、さらに補助熱交換器１２
によってさらにＢ’点まで冷却され、第１の絞り弁４で
Ｃ’点で示す中間圧に減圧されて気液混合の冷媒とな
り、第１の気液分離器５によって気相冷媒とＤ’点で示
す液相冷媒とに分離される。液相冷媒は、更に第２の絞
り弁６によって減圧されてＥ点よりもエンタルピーの小
さいＥ’点で示す低圧低温の湿り蒸気となり、その後、
蒸発器７で蒸発気化されてＦ点に至る。これと同時に気
液分離器５で分離された気相冷媒は、補助熱交換器１２
で高圧側ラインの冷媒から熱を吸収してＨ’点を経て完
全なガス状となり、圧縮機２によって中間圧まで圧縮さ
れたＩ’点で示す気相冷媒と混合してＧ’点で示す気相
状態となる。そして、その混合された気相冷媒は、さら
に圧縮機２によって昇圧され、再びＡ’点に戻される。
変化は図３の破線で示されるようになり、Ａ’点で示さ
れる圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒は放熱器３に
よってＢ点まで冷却されるが、さらに補助熱交換器１２
によってさらにＢ’点まで冷却され、第１の絞り弁４で
Ｃ’点で示す中間圧に減圧されて気液混合の冷媒とな
り、第１の気液分離器５によって気相冷媒とＤ’点で示
す液相冷媒とに分離される。液相冷媒は、更に第２の絞
り弁６によって減圧されてＥ点よりもエンタルピーの小
さいＥ’点で示す低圧低温の湿り蒸気となり、その後、
蒸発器７で蒸発気化されてＦ点に至る。これと同時に気
液分離器５で分離された気相冷媒は、補助熱交換器１２
で高圧側ラインの冷媒から熱を吸収してＨ’点を経て完
全なガス状となり、圧縮機２によって中間圧まで圧縮さ
れたＩ’点で示す気相冷媒と混合してＧ’点で示す気相
状態となる。そして、その混合された気相冷媒は、さら
に圧縮機２によって昇圧され、再びＡ’点に戻される。
【００２５】したがって、このような多効サイクルによ
れば、第１の絞り弁４の開度がコントロールユニット１
１によって調節されて気液分離器内に液相冷媒が確保さ
れると同時に、冷凍効果をＥ点とＥ’点とのエンタルピ
ー差（Ｑ２−Ｑ１）に相当する能力分だけ高めることが
できる。
れば、第１の絞り弁４の開度がコントロールユニット１
１によって調節されて気液分離器内に液相冷媒が確保さ
れると同時に、冷凍効果をＥ点とＥ’点とのエンタルピ
ー差（Ｑ２−Ｑ１）に相当する能力分だけ高めることが
できる。
【００２６】尚、上記構成において、過熱度制御を更に
付加したい場合には、蒸発器７に関する温度に応じて第
２の絞り弁６の開度を調節するようにすればよく、たと
えば、第５図に示されるように、第２の絞り弁６を感熱
膨張弁とし、蒸発器６から流出する冷媒の過熱度の変化
を感温筒１３で感知し、蒸発器６に流入する冷媒量を調
節して過熱度を一定に保つようにするとよい。
付加したい場合には、蒸発器７に関する温度に応じて第
２の絞り弁６の開度を調節するようにすればよく、たと
えば、第５図に示されるように、第２の絞り弁６を感熱
膨張弁とし、蒸発器６から流出する冷媒の過熱度の変化
を感温筒１３で感知し、蒸発器６に流入する冷媒量を調
節して過熱度を一定に保つようにするとよい。
【００２７】図６において、この発明の第３の構成例が
示されており、この構成例においては、第１の気液分離
器５と圧縮機２との間を接続するバイパス経路９が図１
で示す構成と同様になっているが、蒸発器７と圧縮機２
との間に第２の気液分離器（アキュムレータ）１４を配
し、ここで、蒸発器７から流出した冷媒に混在する液相
冷媒を分離し、気相冷媒のみを圧縮機２へ戻すようにな
っている。
示されており、この構成例においては、第１の気液分離
器５と圧縮機２との間を接続するバイパス経路９が図１
で示す構成と同様になっているが、蒸発器７と圧縮機２
との間に第２の気液分離器（アキュムレータ）１４を配
し、ここで、蒸発器７から流出した冷媒に混在する液相
冷媒を分離し、気相冷媒のみを圧縮機２へ戻すようにな
っている。
【００２８】そして、放熱器３と第１の絞り弁４との間
には、高圧側ラインの冷媒と第２の気液分離器（アキュ
ムレータ）１４によって分離された気相冷媒とを熱交換
する補助熱交換器１２’が設けられており、放熱器３か
ら流出される冷媒が蒸発器下流側の冷媒によってさらに
冷却されるようになっている。
には、高圧側ラインの冷媒と第２の気液分離器（アキュ
ムレータ）１４によって分離された気相冷媒とを熱交換
する補助熱交換器１２’が設けられており、放熱器３か
ら流出される冷媒が蒸発器下流側の冷媒によってさらに
冷却されるようになっている。
【００２９】このような構成によれば、上述したごとく
第１の気液分離器内に液相冷媒を確保することができる
と共に、放熱器３から流出した冷媒をさらに冷却してサ
イクルの冷却性能を高めることができ、運転効率を向上
させることができる。
第１の気液分離器内に液相冷媒を確保することができる
と共に、放熱器３から流出した冷媒をさらに冷却してサ
イクルの冷却性能を高めることができ、運転効率を向上
させることができる。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
多効サイクル（ガスインジェクションサイクル）に超臨
界流体を冷媒として用いるような場合に、気液分離装置
内の液相冷媒量に応じて、第１の減圧手段による減圧量
を制御し、もって気液分離装置内に液相冷媒が存在しな
くなる事態を避けることができ、合理的なレベルの冷却
性能を維持することができる。
多効サイクル（ガスインジェクションサイクル）に超臨
界流体を冷媒として用いるような場合に、気液分離装置
内の液相冷媒量に応じて、第１の減圧手段による減圧量
を制御し、もって気液分離装置内に液相冷媒が存在しな
くなる事態を避けることができ、合理的なレベルの冷却
性能を維持することができる。
【００３１】また、冷媒が少々漏れても、気液分離装置
には常に液相冷媒が存在することとなるので、サイクル
バランスが経時的に変化して冷却性能が低下するような
事態もなくすことができる。
には常に液相冷媒が存在することとなるので、サイクル
バランスが経時的に変化して冷却性能が低下するような
事態もなくすことができる。
【００３２】さらに、減圧手段の冷媒下流側において分
離される気相冷媒を、第１の熱交換器と第１の減圧手段
との間を流れる冷媒と熱交換させる場合には、第１の減
圧手段に流入される冷媒の温度をさらに低下させること
ができ、サイクルの冷却性能を一層向上させることが可
能となる。
離される気相冷媒を、第１の熱交換器と第１の減圧手段
との間を流れる冷媒と熱交換させる場合には、第１の減
圧手段に流入される冷媒の温度をさらに低下させること
ができ、サイクルの冷却性能を一層向上させることが可
能となる。
【図１】図１は、本発明にかかる冷却サイクルの第１の
構成例を示す構成図である。
構成例を示す構成図である。
【図２】図２は、図１で示す冷却サイクルのコントロー
ルユニットによる第１の絞り弁を制御する制御動作例を
示すフローチャートである。
ルユニットによる第１の絞り弁を制御する制御動作例を
示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明にかかる冷却サイクルのモリエ
ール線図である。
ール線図である。
【図４】図４は、本発明にかかる冷却サイクルの第２の
構成例を示す構成図である。
構成例を示す構成図である。
【図５】図５は、図４の構成例の変形例を示す構成図で
ある。
ある。
【図６】図６は、本発明にかかる冷却サイクルの第３の
構成例を示す構成図である。
構成例を示す構成図である。
【図７】図７は、従来の多効サイクル（ガスインジェク
ションサイクル）を示す構成図である。
ションサイクル）を示す構成図である。
【図８】図８は、従来の多効サイクル（ガスインジェク
ションサイクル）によって生じ得る冷媒の状態変化を示
すモリエール線図である。
ションサイクル）によって生じ得る冷媒の状態変化を示
すモリエール線図である。
１ 冷却サイクル ２ 圧縮機 ３ 放熱器 ４ 第１の絞り弁 ５ 第１の気液分離器 ６ 第２の絞り弁 ７ 蒸発器 ８ 主経路 ９ バイパス経路 １０ センサ １１ コントロールユニット １２，１２’ 補助熱交換器 １４ 第２の気液分離器
Claims (2)
- 【請求項１】 超臨界流体を冷媒とし、 この冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧縮機で昇圧された
冷媒を冷却する第１の熱交換器と、この第１の熱交換器
よりも冷媒下流側に配されて冷媒を減圧する第１の減圧
手段と、前記第１の減圧手段で減圧された冷媒を気液分
離する気液分離装置と、この気液分離装置で分離された
液相冷媒を減圧する第２の減圧手段と、前記第２の減圧
手段で減圧された冷媒を蒸発気化する第２の熱交換器と
を含むように順次配管接続して主経路を構成し、 前記気液分離装置と前記圧縮機とを接続して前記気液分
離装置で分離された気相冷媒を前記圧縮機へ導くバイパ
ス経路を設け、 前記気液分離装置内の液相冷媒量に応じて、前記第１の
減圧手段による減圧量を制御するようにしたことを特徴
とする冷却サイクル。 - 【請求項２】 前記減圧手段よりも冷媒下流側において
分離される気相冷媒を、前記第１の熱交換器と前記第１
の減圧手段との間を流れる冷媒と熱交換させるようにし
たことを特徴とする請求項１記載の冷却サイクル。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24042297A JPH1163694A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 冷却サイクル |
| PCT/JP1998/003556 WO1999010686A1 (en) | 1997-08-21 | 1998-08-11 | Cooling cycle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24042297A JPH1163694A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 冷却サイクル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1163694A true JPH1163694A (ja) | 1999-03-05 |
Family
ID=17059251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24042297A Pending JPH1163694A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 冷却サイクル |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1163694A (ja) |
| WO (1) | WO1999010686A1 (ja) |
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- 1997-08-21 JP JP24042297A patent/JPH1163694A/ja active Pending
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1998
- 1998-08-11 WO PCT/JP1998/003556 patent/WO1999010686A1/ja not_active Ceased
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