JP4023415B2 - 蒸気圧縮式冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、低温側の熱を高温側に移動させる冷凍機のうち複数台の圧縮機を有する蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、特にエジェクタサイクルに適用して有効である。

エジェクタサイクルとは、エジェクタにて冷媒を減圧膨張させて蒸発器にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機の吸入圧を上昇させる蒸気圧縮式冷凍機である（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１１９７号公報

ところで、膨張弁等の減圧手段により等エンタルピ的に冷媒を減圧する蒸気圧縮式冷凍機（以下、膨張弁サイクルと呼ぶ。）では、膨張弁を流出した冷媒が蒸発器に流れ込むのに対して、エジェクタサイクルでは、エジェクタを流出した冷媒は気液分離器に流入し、気液分離器にて分離された液相冷媒が蒸発器に供給され、気液分離器にて分離された気相冷媒が圧縮機に吸入される。

つまり、膨張弁サイクルでは、冷媒が圧縮機→放熱器→膨張弁→蒸発器→圧縮機の順に循環する１つの冷媒流れとなるのに対して、エジェクタサイクルでは、圧縮機→放熱器（高圧側熱交換器）→エジェクタ→気液分離器→圧縮機の順に循環する冷媒流れと、気液分離器→蒸発器→エジェクタ→気液分離器の順に循環する冷媒流れとが存在することとなる。

そして、エジェクタサイクルでは、気液分離器から飽和液状態の冷媒が低圧側熱交換器に流入するため、仮に、エジェクタサイクルにおいて、膨張弁サイクルに用いられる低圧側熱交換器と同一体格の低圧側熱交換器を用いると、低圧側熱交換器を流れる液相冷媒量が膨張弁サイクルより増大するので、サイクルに封入する必要がある冷媒を膨脹弁サイクルに比べて増大させる必要がある。

これに呼応して、冷媒中に混合する冷凍機油の量を増大させる必要があるが、冷媒中に混合する冷凍機油の量を増大させると、必然的に圧縮機から吐出する冷媒中に混在する冷凍機油の量が増大する。

因みに、冷凍機油とは、圧縮機内の摺動部やベアリング等を潤滑する潤滑油を言う。

また、冷凍機油を多量に含んだ冷媒が、高圧側熱交換器や低圧側熱交換器等の熱交換器内に流入すると、冷媒に比べて動粘度が大きい冷凍機油が熱交換器の内壁に付着して熱交換効率を低下させるので、通常、圧縮機の吐出側、つまり高圧側熱交換器の冷媒入口側に冷媒中に混合された冷凍機油を分離抽出するオイルセパレータを設け、キャピラリーチューブ等の絞り手段にて構成されてオイル戻し回路を介してオイルセパレータにて分離抽出された冷凍機油を圧縮機の吸入側に戻している。

また、複数台の圧縮機を有する蒸気圧縮式冷凍機においては、全ての圧縮機を稼動させる高負荷運転モードと、全ての圧縮機を稼動させることなく複数台の圧縮機のいずれかのみを稼動させる低負荷運転モードとを切り換えて蒸気圧縮式冷凍機を運転するので、稼動している圧縮機から吐出した高圧冷媒が、稼動していない圧縮機に流れ込むことを防止するために、図２に示すように、各圧縮機１０ａ、１０ｂの吐出側に繋がる冷媒回路に圧縮機１０ｃ、１０ｄを設けている。

そして、図２に示す冷凍機、つまり、冷媒流れに対して並列に配置されて冷媒を吸入圧縮する複数台の圧縮機１０ａ、１０ｂと、この圧縮機１０ａ、１０ｂから吐出された高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器２０と、低圧冷媒を蒸発させて吸熱する低圧側熱交換器３０と、高圧側熱交換器２０の冷媒入口側に設けられて冷媒中に混合された冷凍機油を分離抽出するオイルセパレータ７０と、このオイルセパレータ７０にて分離抽出された冷凍機油を圧縮機１０ａ、１０ｂの吸入側に戻すオイル戻し回路７１を有する冷凍機において、複数台の圧縮機１０ａ、１０ｂ全てが停止した直後においては、高圧側熱交換器２０側に残存する圧力と低圧側熱交換器３０側に残存する圧力との差圧が大きく、かつ、圧縮機１０ａ、１０ｂの吐出側には圧縮機１０ｃ、１０ｄが設けられているので、オイルセパレータ７０にて分離抽出された冷凍機油が、オイル戻し回路７１を経由して圧縮機１０ａ、１０ｂの吸入側に戻ってくる。

このため、高圧側圧力と低圧側圧力とが均圧するまで、オイルセパレータ７０にて分離抽出された冷凍機油が、オイル戻し回路７１を経由して圧縮機１０ａ、１０ｂの吸入側に戻り続けるので、圧縮機１０ａ、１０ｂの吸入側に多量の冷凍機油が溜まってしまう。

そして、圧縮機１０ａ、１０ｂの吸入側に多量の冷凍機油が溜まった状態で、圧縮機１０ａ、１０ｂが起動すると、圧縮機１０ａ、１０ｂが液体である冷凍機油を多量に吸引してしまうので、液圧縮による過圧縮状態となり、圧縮機１０ａ、１０ｂが損傷してしまうおそれが高い。

これに対しては、図３に示すように、高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路とを連通させるバイパス回路８０、及びこのバイパス回路８０を開閉するバイパスバルブ８１を設けるとともに、複数台の圧縮機１０ａ、１０ｂが停止したときには、バイパスバルブ８１を開くようにすればよいが、この手段では、以下のような問題が新たに発生する。

すなわち、高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路とは、圧力差に加えて温度差も大きい。

このとき、高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路との圧力差は、バイパスバルブ８１を開くことにより比較的に短時間（例えば３０秒程度）で均圧するものの、高圧側熱交換器２０及び低圧側熱交換器３０は、比較的に大きな熱容量を有しいるので、高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路とが均圧しても、高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路との温度差は、圧力差ほど小さくならない。

したがって、バイパスバルブ８１を開いて高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路とが均圧した直後にバイパスバルブ８１を閉じると、図４に示すように、高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路との温度差により、高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路との圧力差が発生してしまう。

このため、高圧側熱交換器２０側の冷媒回路と低圧側熱交換器３０側の冷媒回路とを十分に均圧せるためには、圧縮機１０ａ、１０ｂ、つまり蒸気圧縮式冷凍機が停止した後、次回起動時までバイパスバルブ８１を開き続けることが望ましい。

一方、バイパスバルブ８１が故障しても、蒸気圧縮式冷凍機の運転に支障が発生しないようにするためには、バイパスバルブ８１を常時閉（ノーマルクローズ）型のバルブを採用することが望ましい。

なお、常時閉（ノーマルクローズ）型のバルブとは、例えば電磁弁等においては、通電していないときに閉状態となり、通電したときに開状態となるバルブを言う。

しかし、バイパスバルブ８１として、常時閉型のバルブを採用すると、蒸気圧縮式冷凍機が停止した後、次回起動時までバイパスバルブ８１に通電し続ける必要があるので、暗電流、つまり車両等が停止している間に消費される電流が増大する。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な蒸気圧縮式冷凍機を提供し、第２には、起動時に過圧縮により圧縮機が損傷してしまうことを防止することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、冷媒流れに対して並列に配置され、冷媒を吸入圧縮する複数台の圧縮機（１０ａ、１０ｂ）と、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）から吐出された高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、低圧冷媒を蒸発させて吸熱する低圧側熱交換器（３０）と、高圧側熱交換器（２０）の冷媒入口側に設けられ、冷媒中に混合された冷凍機油を分離抽出するオイルセパレータ（７０）と、オイルセパレータ（７０）にて分離抽出された冷凍機油を圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吸入側に戻すオイル戻し回路（７１）と、高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路とを連通させるバイパス回路（８０）と、バイパス回路（８０）を開閉するバイパスバルブ（８１）と、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）に繋がる冷媒回路（９１、９２）を開閉する圧縮機用バルブ（９０）と、複数台の圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が停止した時から所定時間が経過するまでバイパスバルブ（８１）を開き、所定時間の経過後、バイパスバルブ（８１）を閉じるとともに、圧縮機用バルブ（９０）を開くように両バルブ（８１、９０）を制御する制御装置（１００）とを備えることを特徴とする。

そして、本発明では、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が停止した時から所定時間が経過するまでバイパスバルブ（８１）を開いて高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路とを均圧化するとともに、バイパスバルブ（８１）を閉じた後は、圧縮機用バルブ（９０）を開くことにより、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）を介して高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路とを連通させるので、高圧側熱交換器（２０）側と低圧側熱交換器（３０）側と温度差が大きくても、温度差により高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路との間で冷凍機油が流れるほどの圧力差が発生してしまうことを防止できる。

したがって、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が停止している間に圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吸入側に多量の冷凍機油が溜まってしまうことを未然に防止できるので、起動時に過圧縮により圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が損傷してしまうことを防止するでき得る。

請求項２に記載の発明では、冷媒流れに対して並列に配置され、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）から吐出された高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、低圧冷媒を蒸発させて吸熱する低圧側熱交換器（３０）と、高圧側熱交換器（２０）から流出した高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル（４１）、ノズル（４１）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側熱交換器（３０）にて蒸発した気相冷媒を吸引し、ノズル（４１）から噴射する冷媒と低圧側熱交換器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が低圧側熱交換器（３０）側に接続された気液分離器（５０）と、高圧側熱交換器（２０）の冷媒入口側に設けられ、冷媒中に混合された冷凍機油を分離抽出するオイルセパレータ（７０）と、オイルセパレータ（７０）にて分離抽出された冷凍機油を圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吸入側に戻すオイル戻し回路（７１）と、高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路とを連通させるバイパス回路（８０）と、バイパス回路（８０）を開閉するバイパスバルブ（８１）と、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）に繋がる冷媒回路（９１、９２）を開閉する圧縮機用バルブ（９０）と、複数台の圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が停止した時から所定時間が経過するまでバイパスバルブ（８１）を開き、所定時間の経過後、バイパスバルブ（８１）を閉じるとともに、圧縮機用バルブ（９０）を開くように両バルブ（８１、９０）を制御する制御装置（１００）とを備えることを特徴とする。

そして、本発明では、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が停止した時から所定時間が経過するまでバイパスバルブ（８１）を開いて高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路とを均圧化するとともに、バイパスバルブ（８１）を閉じた後は、圧縮機用バルブ（９０）を開くことにより、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）を介して高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路とを連通させるので、高圧側熱交換器（２０）側と低圧側熱交換器（３０）側と温度差が大きくても、温度差により高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路との間で冷凍機油が流れるほどの圧力差が発生してしまうことを防止できる。

したがって、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が停止している間に圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吸入側に多量の冷凍機油が溜まってしまうことを未然に防止できるので、起動時に過圧縮により圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が損傷してしまうことを防止するでき得る。

請求項３に記載の発明では、圧縮機用バルブ（９０）は、圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吐出側に繋がる冷媒回路（９１、９２）を開閉することを特徴とするものである。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本実施形態は、本発明に係るエジェクタサイクルを、食品や飲料等を冷蔵・冷凍保存するショーケース又は食品や飲料等を冷蔵・冷凍保存した状態で運搬する冷凍車等の庫内の温度を空調装置等に比べて低い温度とする必要性がある蒸気圧縮式冷凍機に適用したものであって、図１はエジェクタサイクルの模式図である。

圧縮機１０ａ、１０ｂは電動モータから動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、これら２台の圧縮機１０ａ、１０ｂは冷媒流れに対して並列に配置されている。なお、以下、２台の圧縮機１０ａ、１０ｂを共に意味するときは圧縮機１０と表記し、各圧縮機を個別に表記するときは、圧縮機１０ａまたは圧縮機１０ｂと表記する。

凝縮器２０は圧縮機１０から吐出した高温・高圧の冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却凝縮する放熱器をなす高圧側熱交換器であり、蒸発器３０は、庫内に吹き出す空気と低圧冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷凍能力を発揮する低圧側熱交換器である。

エジェクタ４０は凝縮器２０から流出する冷媒を減圧膨張させて蒸発器３０にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させるエジェクタである。

そして、エジェクタ４０は、流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル４１、ノズル４１から噴射する高い速度の冷媒流の巻き込み作用により蒸発器３０にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル４１から噴射する冷媒流とを混合する混合部４２、及びノズル４１から噴射する冷媒と蒸発器３０から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ４３等からなるものである。

このとき、混合部４２においては、駆動流の運動量と吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部４２においても冷媒の圧力が（静圧）が上昇する。

一方、ディフューザ４３においては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギ（動圧）を圧力エネルギ（静圧）に変換するので、エジェクタ４０においては、混合部４２及びディフューザ４３の両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、以下、混合部４２とディフューザ４３とを総称して昇圧部と呼ぶ。

因みに、本実施形態では、ノズル４１から噴出する冷媒の速度を音速以上まで加速するために、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部を有するラバールノズル（流体工学（東京大学出版会）参照）を採用しているが、勿論、先細ノズルを採用してもよいことは言うまでもない。

また、気液分離器５０はエジェクタ４０から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器５０の気相冷媒流出口は圧縮機１０の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器３０側に接続されている。

可変絞り装置６０は、凝縮器２０とエジェクタ４０との間の冷媒通路、つまりノズル４１の冷媒流れ上流側に設けられて凝縮器２０から流出した高圧冷媒を気液二相域まで減圧膨脹させる膨脹弁であり、この可変絞り装置６０は、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲（例えば、０．１ｄｅｇ〜１０ｄｅｇ）になるように絞り開度を制御するもので、周知の外部均圧式膨脹弁と同様な構造のもである。

具体的には、絞り開度を変化させる弁体６１、蒸発器３０の冷媒出口側の冷媒温度を感知して内圧が変化する背圧室６２を構成する薄膜状のダイヤフラム６３、弁体６１とダイヤフラム６３とを連結してダイヤフラム６３の変位を弁体６１に伝える連接棒６４、背圧室６２の体積を縮小させる向きのバネ圧を作用させるバネ６５、及びダイヤフラム６３を挟んで背圧室６２と反対側の圧力室６６に蒸発器３０の冷媒出口側の冷媒圧力を導く外均管６７等からなるものである。

なお、背圧室６２は、蒸発器３０の冷媒出口側の冷媒温度を感知する感温筒６２ａと連通しており、蒸発器３０の冷媒出口側の冷媒温度は感温筒６２ａを介して背圧室６２に伝達される。

このため、可変絞り装置６０は、蒸発器３０内の圧力、つまり蒸発器３０での熱負荷が高くなって蒸発器３０出口側における冷媒過熱度が大きくなったときには、可変絞り装置６０の絞り開度を小さくしてノズル４１から噴射される駆動流の流速を大きくすることにより、吸引流、つまり蒸発器３０を循環する冷媒量を増大させ、逆に、蒸発器３０内の圧力が低下して蒸発器３０出口側における冷媒過熱度が小さくなったときには、可変絞り装置６０の開度を大きくしてノズル４１から噴射される駆動流の流速を小さくして、蒸発器３０を循環する冷媒量を減少させる。

オイルセパレータ７０は冷媒中に混合された冷凍機油を分離抽出するもので、このオイルセパレータ７０は、凝縮器２０のの冷媒入口側に設けられている。

なお、オイルセパレータとしては、冷凍機油が混合した冷媒を高速で回転させて冷媒と冷凍機油とを分離する遠心分離方式、冷凍機油が混合した冷媒を高速で壁面に衝突させて冷媒と冷凍機油とを分離する衝突分離方式等があり、本実施形態では、遠心分離方式を採用している。

オイル戻し回路７１は、オイルセパレータ７０にて分離抽出された冷凍機油を圧縮機１０の吸入側に戻す回路であり、このオイル戻し回路７１は、キャピラリーチューブ（細管）やオリフィス等の絞り開度が固定された固定絞りにて構成されており、本実施形態では、キャピラリーチューブを採用している。

なお、オイル戻し回路７１は、ノズル４１での減圧量と可変絞り装置６０での減圧量との和と略同等程度の圧力損失が発生するように設定されている。

バイパス回路８０は、凝縮器２０側の冷媒回路と蒸発器３０側の冷媒回路とを連通させる冷媒回路であり、バイパスバルブ８１は、バイパス回路８０を開閉するノーマルクローズ型の電磁弁である。

なお、本実施形態では、バイパス回路８０の高圧側は、凝縮器２０側の冷媒回路のうち凝縮器２０とオイルセパレータ７０との間に接続され、バイパス回路８０の低圧側は、蒸発器３０側の冷媒回路のうち気液分離器５０と蒸発器３０との間に接続されている。

三方弁９０は、圧縮機１０ａ、１０ｂに繋がる冷媒回路９１、９２を開閉する圧縮機用バルブであり、この三方弁９０は、圧縮機１０ａに繋がる冷媒回路９１側を開いて圧縮機１０ｂに繋がる冷媒回路９２を閉じる場合、圧縮機１０ａに繋がる冷媒回路９１側を閉じて圧縮機１０ｂに繋がる冷媒回路９２を開く場合、及び両冷媒回路９１、９２を開く場合とを切り換えることができる電気式のバルブである。

なお、本実施形態では、三方弁９０を両冷媒回路９１、９２の合流部側、つまり圧縮機１０ａ、１０ｂの吐出側に配置しているが、三方弁９０を両冷媒回路９１、９２の分岐部側、つまり圧縮機１０ａ、１０ｂの吸入側に配置してもよい。

そして、バイパスバルブ８１及び三方弁９０の作動は、電子制御装置１００により制御されており、この電子制御装置１００には、圧縮機１０ａ、１０ｂの回転数を検出する回転数センサ１０１、１０２の信号が入力されている。

なお、電子制御装置１００は、回転数センサ１０１、１０２が検出した圧縮機１０ａ、１０ｂの回転数に基づいて圧縮機１０ａ、１０ｂが停止したか否かを検出する。つまり、本実施形態では、回転数センサ１０１、１０２を圧縮機１０ａ、１０ｂが停止したか否かを検出する圧縮機停止検出手段として用いる。

次に、エジェクタサイクルの概略作動を述べる。

１．基本作動
この作動は、蒸発器３０にて冷凍能力を発生させるための運転モードである。

具体的には、圧縮機１０から吐出した冷媒を凝縮器２０側に循環させる。これにより、凝縮器２０にて冷却された高圧冷媒は、可変絞り装置６０にて等エンタルピ的に気液二相域まで減圧された後、エジェクタ４０のノズル４１にて等エントロピ的に減圧膨張して、音速以上の速度で混合部４２内に流入する。

このとき、本実施形態では、可変絞り装置６０にて冷媒を一度沸騰させ、ノズル４１の入口部にて冷媒を拡大させて圧力を回復させることにより、沸騰核を生成させたまま二段目のノズルにて沸騰させることができるので、ノズル４１における冷媒の沸騰を促進することができ、冷媒の液滴を微粒化してエジェクタ効率ηｅを向上させることができる。

因みに、エジェクタ効率ηｅとは、凝縮器２０を流通する冷媒の質量流量Ｇｎとノズル４１の出入口のエンタルピ差Δｉｅとの積を分母とし、分子には、圧縮機１０の仕事としてエネルギがどの程度回収されたかを示す冷媒流量Ｇｎと蒸発器３０を流通する冷媒の質量流量Ｇｅとの和とエジェクタ４０での圧力回復ΔＰを置いて定義したものである。

なお、本実施形態では、冷媒をフロンとして高圧側冷媒圧力、つまりノズル４１に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以下としている。

一方、混合部４２に流入した高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用（ＪＩＳ Ｚ ８１２６ 番号２．１．２．３等参照）により、蒸発器３０内で蒸発した冷媒が混合部４２内に吸引されるため、低圧側の冷媒が気液分離器５０→蒸発器３０→エジェクタ４０（昇圧部）→気液分離器５０の順に循環する。

そして、蒸発器３０から吸引された冷媒（吸引流）とノズル４１から吹き出す冷媒（駆動流）とは、混合部４２にて混合しながらディフューザ４３にてその動圧が静圧に変換されて気液分離器５０に戻る。

なお、蒸発器３０にて大きな冷凍能力を発揮させる場合や外気温度が高い場合等の冷凍負荷が大きいときには、２台の圧縮機１０ａ、１０ｂを共に稼動させ、冷凍負荷が小さいときには、２台の圧縮機１０ａ、１０ｂのうちいずれか一方の圧縮機（例えば、圧縮機１０ａ）のみ稼動させる。

２．冷凍機停止モード
この運転モードは、２台の圧縮機１０ａ、１０ｂを共に停止させる場合に実行されるものである。

具体的には、電子制御装置１００は、圧縮機１０ａ、１０ｂが停止した時から所定時間（例えば、３０ｓｅｃ）が経過するまでバイパスバルブ８１に通電してバイパス回路８０を開き、所定時間が経過した時に、バイパスバルブ８１への通電を遮断してバイパス回路８０を閉じるとともに、三方弁９０を開くことにより、圧縮機１０ａに繋がる冷媒回路９１側及び圧縮機１０ｂに繋がる冷媒回路９２のうち少なくとも一方（例えば、冷媒回路９１）を開く。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態では、圧縮機１０ａ、１０ｂが停止した時から所定時間が経過するまでバイパスバルブ８１を開いて凝縮器２０側の冷媒回路と蒸発器３０側の冷媒回路とを均圧化するとともに、バイパスバルブ８１を閉じた後は、三方弁９０を開くことにより、圧縮機１０ａに繋がる冷媒回路９１側及び圧縮機１０ｂに繋がる冷媒回路９２のうち少なくとも一方を開いて、圧縮機１０を介して凝縮器２０側の冷媒回路と蒸発器３０側の冷媒回路とを連通させるので、凝縮器２０側と蒸発器３０側と温度差が大きくても、温度差により凝縮器２０側の冷媒回路と蒸発器３０側の冷媒回路との間で冷凍機油が流れるほどの圧力差が発生してしまうことを防止できる。

つまり、本実施形態は、圧縮機１０ａ、１０ｂが停止したときには、先ず、バイパスバルブ８１を開いて凝縮器２０側の冷媒回路と蒸発器３０側の冷媒回路と均圧化し、その後、圧縮機１０に繋がる冷媒回路９１、９２を介して凝縮器２０側の冷媒回路と蒸発器３０側の冷媒回路とを連通させることにより、均圧した状態を保持するものである。

したがって、圧縮機１０が停止している間に圧縮機１０の吸入側に多量の冷凍機油が溜まってしまうことを未然に防止できるので、起動時に過圧縮により圧縮機１０が損傷してしまうことを防止するでき得る。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、圧縮機１０ａ、１０ｂは電動モータから動力を得て冷媒を吸入圧縮したが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンジン等の内燃機関から動力を得て冷媒を吸入圧縮してもよい。

上述の実施形態では、本発明を食品や飲料等を冷蔵・冷凍保存するショーケース等に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば空調装置に用の蒸気圧縮式冷凍機に適用してもよい。

また、本実施形態では、可変絞り装置６０として外部均圧式温度膨張弁を採用したが、可変絞り装置６０として内部均圧式温度膨張弁を採用してもよい。

また、上述の実施形態では、可変絞り装置６０とノズル４１とが別々に設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば可変絞り装置６０とノズル４１（エジェクタ４０）とを一体化してもよい。

また、「発明が解決しようとする課題」の説明では、膨脹弁サイクルとエジェクタサイクルとを比較して説明したが、上記問題は、程度の差はあるものの、膨張弁サイクルにも発生するので、本発明は膨脹弁サイクルにも適用できる。

また、上述の実施形態では、三方弁９０にて圧縮機用バルブを構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば圧縮機１０ａに繋がる冷媒回路９１及び圧縮機１０ｂに繋がる冷媒回路９２それぞれに電磁式開閉弁を配置する等して圧縮機用バルブを構成してもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものではればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。 従来の技術に係るエジェクタサイクルの模式図である。 従来の技術に係るエジェクタサイクルの模式図である。 従来の技術に係るエジェクタサイクルの圧力挙動を示すグラフである。

符号の説明

１０…圧縮機、２０…凝縮器、３０…蒸発器、４０…エジェクタ、
５０…気液分離器、６０…可変絞り装置、７０…オイルセパレータ、
８０…バイパス回路、８１…バイパスバルブ８１、８０…三方弁、
１００…電子制御装置。

Claims (3)

1. 低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
   冷媒流れに対して並列に配置され、冷媒を吸入圧縮する複数台の圧縮機（１０ａ、１０ｂ）と、
   前記圧縮機（１０ａ、１０ｂ）から吐出された高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、
   低圧冷媒を蒸発させて吸熱する低圧側熱交換器（３０）と、
   前記高圧側熱交換器（２０）の冷媒入口側に設けられ、冷媒中に混合された冷凍機油を分離抽出するオイルセパレータ（７０）と、
   前記オイルセパレータ（７０）にて分離抽出された冷凍機油を前記圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吸入側に戻すオイル戻し回路（７１）と、
   前記高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と前記低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路とを連通させるバイパス回路（８０）と、
   前記バイパス回路（８０）を開閉するバイパスバルブ（８１）と、
   前記圧縮機（１０ａ、１０ｂ）に繋がる冷媒回路（９１、９２）を開閉する圧縮機用バルブ（９０）と、
   前記複数台の圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が停止した時から所定時間が経過するまで前記バイパスバルブ（８１）を開き、前記所定時間の経過後、前記バイパスバルブ（８１）を閉じるとともに、前記圧縮機用バルブ（９０）を開くように前記両バルブ（８１、９０）を制御する制御装置（１００）とを備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
2. 冷媒流れに対して並列に配置され、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
   前記圧縮機（１０ａ、１０ｂ）から吐出された高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、
   低圧冷媒を蒸発させて吸熱する低圧側熱交換器（３０）と、
   前記高圧側熱交換器（２０）から流出した高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル（４１）、前記ノズル（４１）から噴射する高い速度の冷媒流により前記低圧側熱交換器（３０）にて蒸発した気相冷媒を吸引し、前記ノズル（４１）から噴射する冷媒と前記低圧側熱交換器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、
   前記エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が前記圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が前記低圧側熱交換器（３０）側に接続された気液分離器（５０）と、
   前記高圧側熱交換器（２０）の冷媒入口側に設けられ、冷媒中に混合された冷凍機油を分離抽出するオイルセパレータ（７０）と、
   前記オイルセパレータ（７０）にて分離抽出された冷凍機油を前記圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吸入側に戻すオイル戻し回路（７１）と、
   前記高圧側熱交換器（２０）側の冷媒回路と前記低圧側熱交換器（３０）側の冷媒回路とを連通させるバイパス回路（８０）と、
   前記バイパス回路（８０）を開閉するバイパスバルブ（８１）と、
   前記圧縮機（１０ａ、１０ｂ）に繋がる冷媒回路（９１、９２）を開閉する圧縮機用バルブ（９０）と、
   前記複数台の圧縮機（１０ａ、１０ｂ）が停止した時から所定時間が経過するまで前記バイパスバルブ（８１）を開き、前記所定時間の経過後、前記バイパスバルブ（８１）を閉じるとともに、前記圧縮機用バルブ（９０）を開くように前記両バルブ（８１、９０）を制御する制御装置（１００）とを備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
3. 前記圧縮機用バルブ（９０）は、前記圧縮機（１０ａ、１０ｂ）の吐出側に繋がる冷媒回路（９１、９２）を開閉することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気圧縮式冷凍機。

Images