特許 5738751 圧縮式冷凍機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5738751

(24)【登録日】2015年5月1日

(45)【発行日】2015年6月24日

(54)【発明の名称】圧縮式冷凍機

(51)【国際特許分類】

   F25B 7/00 20060101AFI20150604BHJP

【ＦＩ】

   F25B7/00 Z

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2011-286758(P2011-286758)

(22)【出願日】2011年12月27日

(65)【公開番号】特開2013-134043(P2013-134043A)

(43)【公開日】2013年7月8日

【審査請求日】2014年4月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】503164502

【氏名又は名称】荏原冷熱システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087066

【弁理士】

【氏名又は名称】熊谷 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100159503

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 正人

(74)【代理人】

【識別番号】100125265

【弁理士】

【氏名又は名称】貝塚 亮平

(72)【発明者】

【氏名】内村 知行

【審査官】 松井 裕典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０６９５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３７１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８０４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０９５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２０３１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２７３０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９６４４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００−７／００

Ｆ２５Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧凝縮器と低圧凝縮器、高圧蒸発器と低圧蒸発器、前記高圧凝縮器に接続された圧縮機と前記低圧凝縮器に接続された圧縮機を備え、前記高圧凝縮器で凝縮した冷媒を前記低圧凝縮器に導入する圧縮式冷凍機であって、
前記低圧凝縮器の冷媒出口に接続された出口配管と該出口配管から分岐する分岐配管を具備し、前記低圧凝縮器から前記出口配管を通して前記高圧蒸発器に供給する冷媒の一部を前記分岐配管を通して前記低圧蒸発器に供給する分岐手段を備え、前記出口配管に制御弁を設けると共に、前記分岐配管に制御弁を設けたことを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項2】

請求項１に記載の圧縮式冷凍機において、
前記低圧蒸発器に供給する冷媒の流量を前記低圧蒸発器の冷媒液面レベル及び／又は前記高圧蒸発器の冷媒液面レベルにより前記出口配管に設けた制御弁又は前記分岐配管に設けた制御弁のいずれか又は両方を制御して制御することを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項3】

請求項１に記載の圧縮式冷凍機において、
前記低圧蒸発器に供給する冷媒の流量を当該圧縮式冷凍機の冷凍負荷又は相当する物理量により前記出口配管に設けた制御弁又は前記分岐配管に設けた制御弁のいずれか又は両方を制御して制御することを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
前記高圧凝縮器に接続された圧縮機と前記高圧凝縮器の間、前記低圧凝縮器に接続された圧縮機と前記低圧凝縮器との間、若しくは前記高圧凝縮器と前記低圧凝縮器との間の少なくともいずれかに制御弁を設けたことを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項5】

請求項４に記載の圧縮式冷凍機において、
前記出口配管に設けた前記制御弁は前記高圧蒸発器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力で前記高圧蒸発器の冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御され、
前記分岐配管に設けた前記制御弁は前記低圧蒸発器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力で前記低圧蒸発器の冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御することを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項6】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
前記出口配管に設けた制御弁に代えオリフィスを設け、
前記低圧凝縮器から前記高圧蒸発器に供給する冷媒は、前記出口配管と該出口配管に設けた前記オリフィスを通して前記高圧蒸発器に供給されるようになっており、
前記高圧蒸発器にオーバーフロー堰と、該オーバーフロー堰を越流した冷媒を通す越流冷媒配管と、該越流冷媒配管に設けたオリフィスとを備え、
前記高圧蒸発器に供給され、前記オーバーフロー堰を越流した冷媒は前記越流冷媒配管と該越流冷媒配管に設けた前記オリフィスを通して前記低圧蒸発器に供給するように構成したことを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項7】

請求項６に記載の圧縮式冷凍機において、
前記分岐配管の制御弁は前記低圧蒸発器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力でその冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御することを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項8】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
前記低圧凝縮器に接続された圧縮機は、前記高圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して前記低圧凝縮器に送る低圧圧縮機であり、
前記高圧凝縮器に接続された圧縮機は、前記低圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して前記高圧凝縮器に送る高圧圧縮機であり、
前記低圧凝縮器の冷媒出口に制御弁を備えた出口配管を接続し、該出口配管を通して前記低圧凝縮器から冷媒を供給する中間冷却器を設け、
前記中間冷却器で冷却された冷媒を前記中間冷却器の冷媒出口にオリフィスを備えた出口配管を接続し、該出口配管及びオリフィスを通して前記中間冷却器からの冷媒を前記高圧蒸発器に供給するようにし、
前記低圧蒸発器には前記中間冷却器の冷媒出口に接続した前記出口配管を分岐し制御弁を備えた分岐配管を通して冷媒を供給することを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項9】

請求項８に記載の圧縮式冷凍機において、
前記低圧凝縮器の冷媒出口に接続された出口配管の制御弁は前記低圧凝縮器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力でその冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御し、
前記分岐配管の制御弁は前記低圧蒸発器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力でその冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御することを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
単一の缶胴を隔壁で上下に仕切って上部室と下部室とに構成し、
前記上部室に前記高圧凝縮器を配置すると共に、下部室に前記低圧凝縮器を配置し、
前記隔壁にオリフィスとしての孔を設け、前記高圧凝縮器から前記低圧凝縮器への冷媒の導入は前記隔壁に設けた孔を通して行うことを特徴とする圧縮式冷凍機。

【請求項11】

請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の圧縮式冷凍機において、
前記高圧蒸発器と前記低圧蒸発器を単一の缶胴に配置したことを特徴とする圧縮式冷凍機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮式冷凍機に関し、特に二重冷凍サイクルを備えた高性能の圧縮式冷凍機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

図１１は従来のこの種の二重冷凍サイクルを備えた圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１００は、低圧蒸発器１０１、高圧蒸発器１０２、低圧圧縮機１０３、高圧圧縮機１０４、低圧凝縮器１０５、及び高圧凝縮器１０６、低圧膨張弁１０７、高圧膨張弁１０８を備えている。

【0003】

低圧蒸発器１０１で蒸発された冷媒蒸気は低圧圧縮機１０３に送られ圧縮され、該圧縮された冷媒蒸気は低圧凝縮器１０５で凝縮され冷媒凝縮液となり、該冷媒凝縮液は低圧膨張弁１０７を介して低圧蒸発器１０１に送られ、低圧側冷凍サイクルが構成される。また、高圧蒸発器１０２で蒸発した冷媒蒸気は高圧圧縮機１０４に送られ圧縮され、該圧縮された冷媒蒸気は高圧凝縮器１０６で凝縮され冷媒凝縮液となり、該冷媒凝縮液は高圧膨張弁１０８を介して高圧蒸発器１０２に送られ、高圧側冷凍サイクルが構成される。

【0004】

低圧凝縮器１０５と高圧凝縮器１０６とは冷却水１１０が通る配管により、低圧蒸発器１０１と高圧蒸発器１０２とは冷水１２０が通る配管によりそれぞれ連絡されており、冷却水１１０は低圧凝縮器１０５から高圧凝縮器１０６へ、冷水１２０は高圧蒸発器１０２から低圧蒸発器１０１へと流れるようになっている。低圧蒸発器１０１及び高圧蒸発器１０２では、冷水１２０から熱を奪って冷媒を蒸発させ、冷水１２０を冷却させる。また、低圧凝縮器１０５及び高圧凝縮器１０６では、圧縮された冷媒が冷却水１１０により冷却され冷媒凝縮液となる。

【0005】

二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機は、一般に高圧側冷凍サイクルと低圧側冷凍サイクルの２つの冷凍サイクルを冷水及び冷却水で連絡することと、一方或いは両方の冷凍サイクルの圧縮ヘッドを小さくすることで省エネルギー化を図る冷凍機である。その接続方法などによりいくつかのパターンがあるが、基本的に、凝縮器、蒸発器、圧縮機、中間冷却器、膨張弁、過冷却器などの要素機器は、各々２台必要となる。これはコスト的に大きな負担となる。

【0006】

更に、冷凍サイクルがモータ等の機器に連通している場合には、冷媒の偏りを検出して補正することが必要となる。また、二重冷凍サイクルはそれ自体非常に高効率の冷凍サイクルであるが、更なる効率化が望まれている。

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載されているような技術では、依然として冷凍サイクル側の機器、即ち凝縮器、蒸発器、中間冷却器、膨張弁、過冷却器等の要素機器が各々２台必要となり、コスト的に大きな負担になるという問題や、更に高効率化に応えることができなかった。なお、冷媒の偏りを是正し定格負荷から部分負荷（低負荷条件）までの幅広い範囲で高効率運転が行える圧縮式冷凍機としては、特許文献１に紹介したものがあるが、主電動機を１台として圧縮機のコストダウンを図ったことに伴う問題点を解決しようとするものであり、圧縮式冷凍機を用いた「二重冷凍サイクル」のコストダウンを図ったものではなく、冷凍効率の改善を図ったものでもない。

【0008】

そこで本特許出願の発明者は先行する他の特許出願（特許文献２等）において、既存の二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機に比して高効率で、且つ圧縮式冷凍機を構成する要素機器が少なくて済み安価な圧縮式冷凍機を提供することを目的とし、高圧凝縮器と低圧凝縮器、高圧蒸発器と低圧蒸発器、前記高圧凝縮器に接続された圧縮機と前記低圧凝縮器に接続された圧縮機を備え、前記高圧凝縮器で凝縮した冷媒を前記低圧凝縮器に導入する圧縮式冷凍機を提案している。同発明は、従来は２台づつ必要とされた中間冷却器、膨張弁、過冷却器などを１台とすることで、２重冷凍サイクルの冷凍機の大幅なコストダウンを実現するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００９−２３６４２７号公報

【特許文献2】特開２０１１−６９５５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上記特許出願の発明に係る圧縮式冷凍機では、低圧蒸発器に供給される冷媒の温度が同発明以前の圧縮式冷凍機に比して大幅に低くなるので冷凍サイクルの効率が改善する反面、減圧に伴う気化（所謂フラッシュ）により発生する冷媒蒸気が減少することで、低圧蒸発器内における冷媒の流動が不活発となり、特に部分負荷時に伝熱性能が低下しやすいという問題があった。

【0011】

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、既存の二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機に比して高効率で、且つ圧縮式冷凍機を構成する要素機器が少なくて済み安価であり、且つ低負荷時の冷凍機の効率を向上することができる圧縮式冷凍機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、本願発明は、高圧凝縮器と低圧凝縮器、高圧蒸発器と低圧蒸発器、前記高圧凝縮器に接続された圧縮機と前記低圧凝縮器に接続された圧縮機を備え、前記高圧凝縮器で凝縮した冷媒を前記低圧凝縮器に導入する圧縮式冷凍機であって、前記低圧凝縮器の冷媒出口に接続された出口配管と該出口配管から分岐する分岐配管を具備し、前記低圧凝縮器から前記出口配管を通して前記高圧蒸発器に供給する冷媒の一部を前記分岐配管を通して前記低圧蒸発器に供給する分岐手段を備え、前記出口配管に制御弁を設けると共に、前記分岐配管に制御弁を設けたことを特徴とする。

【0013】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記低圧蒸発器に供給する冷媒の流量を前記低圧蒸発器の冷媒液面レベル及び／又は前記高圧蒸発器の冷媒液面レベルにより前記出口配管に設けた制御弁又は前記分岐配管に設けた制御弁のいずれか又は両方を制御して制御することを特徴とする。

【0014】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記低圧蒸発器に供給する冷媒の流量を当該圧縮式冷凍機の冷凍負荷又は相当する物理量により前記出口配管に設けた制御弁又は前記分岐配管に設けた制御弁のいずれか又は両方を制御して制御することを特徴とする。ここで、圧縮式冷凍機の冷凍負荷とは、「冷水の出入口温度×冷却水量」に相当する量で、ここで必要となる冷水流量は需要先（客先）から信号でもらう等が一般的である。また、相当する物理量とは、・冷水の出入口温度差、・高圧蒸発器と低圧蒸発器の圧力差、・冷水の入口温度、・冷凍機の圧縮機の容量制御装置の開度、圧縮機の電流値等がある。これらの物理量は冷凍機が一般的に検出している物理量であり、客先からの提供を受ける必要が少ない。

【0016】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記高圧凝縮器に接続された圧縮機と前記高圧凝縮器の間、前記低圧凝縮器に接続された圧縮機と前記低圧凝縮器との間、若しくは前記高圧凝縮器と前記低圧凝縮器との間の少なくともいずれかに制御弁を設けたことを特徴とする。

【0018】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記出口配管に設けた前記制御弁は前記高圧蒸発器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力で前記高圧蒸発器の冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御され、前記分岐配管に設けた前記制御弁は前記低圧蒸発器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力で前記低圧蒸発器の冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御することを特徴とする。

【0019】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記出口配管に設けた制御弁に代えオリフィスを設け、前記低圧凝縮器から前記高圧蒸発器に供給する冷媒は、前記出口配管と該出口配管に設けた前記オリフィスを通して前記高圧蒸発器に供給されるようになっており、前記高圧蒸発器にオーバーフロー堰と、該オーバーフロー堰を越流した冷媒を通す越流冷媒配管と、該越流冷媒配管に設けたオリフィスとを備え、前記高圧蒸発器に供給され、前記オーバーフロー堰を越流した冷媒は前記越流冷媒配管と該越流冷媒配管に設けた前記オリフィスを通して前記低圧蒸発器に供給するように構成したことを特徴とする。

【0020】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記分岐配管の制御弁は前記低圧蒸発器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力でその冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御することを特徴とする。

【0021】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記低圧凝縮器に接続された圧縮機は、前記高圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して前記低圧凝縮器に送る低圧圧縮機であり、前記高圧凝縮器に接続された圧縮機は、前記低圧蒸発器の冷媒蒸気を圧縮して前記高圧凝縮器に送る高圧圧縮機であり、前記低圧凝縮器の冷媒出口に制御弁を備えた出口配管を接続し、該出口配管を通して前記低圧凝縮器から冷媒を供給する中間冷却器を設け、前記中間冷却器で冷却された冷媒を前記中間冷却器の冷媒出口にオリフィスを備えた出口配管を接続し、該出口配管及びオリフィスを通して前記中間冷却器からの冷媒を前記高圧蒸発器に供給するようにし、前記低圧蒸発器には前記中間冷却器の冷媒出口に接続した前記出口配管を分岐し制御弁を備えた分岐配管を通して冷媒を供給することを特徴とする。

【0022】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記低圧凝縮器の冷媒出口に接続された出口配管の制御弁は前記低圧凝縮器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力でその冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御し、前記分岐配管の制御弁は前記低圧蒸発器の冷媒液面レベルを検出する液面検出器の出力でその冷媒液面レベルが所定レベルになるように制御することを特徴とする。

【0023】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、単一の缶胴を隔壁で上下に仕切って上部室と下部室とに構成し、前記上部室に前記高圧凝縮器を配置すると共に、下部室に前記低圧凝縮器を配置し、前記隔壁にオリフィスとしての孔を設け、前記高圧凝縮器から前記低圧凝縮器への冷媒の導入は前記隔壁に設けた孔を通して行うことを特徴とする。

【0024】

また、本願発明は、上記圧縮式冷凍機において、前記高圧蒸発器と前記低圧蒸発器を単一の缶胴に配置したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

本願発明において、高圧凝縮器で凝縮した冷媒液を低圧凝縮器に導入すると、低圧凝縮器若しくは中間冷却器の冷媒を直接低圧蒸発器に供給するよりも、一度高圧蒸発器に供給し、高圧蒸発器における冷媒温度まで冷媒を冷却した後に、低圧蒸発器に供給した方が、冷凍サイクル上、効率が改善される。しかしながら、蒸発器として満液式の蒸発器を使用する場合、供給される冷媒温度が低すぎると蒸発器内で冷媒のフラッシュ量が少なくなり、熱交換器内部の冷媒の流動が不活発となって伝熱性能が低下する可能性がある。そこで本願発明では、高圧蒸発器に供給する低圧凝縮器若しくは中間冷却器からの冷媒の一部を分岐して低圧蒸発器に供給するので、該低圧蒸発器の冷媒の流動が活性化し、伝熱性能が向上するから、低圧蒸発器の熱交換器を小型にすることができる。

【0026】

また、本願発明では、低圧蒸発器及び高圧蒸発器に冷媒液面レベルを検出する液面検出器を設け、低圧蒸発器及び高圧蒸発器の液面レベルが一定になるように供給される冷媒量を制御するので、低圧蒸発器及び高圧蒸発器の冷媒液面レベルが適正に維持され伝熱が良好に維持されると共に、各蒸発器内の冷媒量が一定となり、高圧凝縮器の冷媒量も略一定となり、冷媒蒸気の吹き抜け等が抑止される。

【0027】

また、本願発明では、高圧蒸発器にオーバーフロー堰を設け低圧凝縮器から高圧蒸発器及び低圧蒸発器に供給される冷媒量を低圧凝縮器内の冷媒液面レベルが一定に維持されるように供給すると共に、高圧蒸発器にオーバーフロー堰を越流した冷媒を低圧蒸発器にオリフィスを介して供給することにより、高圧蒸発器に過剰に供給された冷媒は低圧蒸発器に供給されることになり、高圧蒸発器の冷媒量が適正に維持されるだけでなく、高圧蒸発器内で冷却された冷媒が供給されることで、サイクル効率も改善される。また、低圧蒸発器に供給される冷媒量を制御する制御弁が一つで済むことと、オーバーフロー堰を越流する冷媒越流量が少なく抑えられることから、オーバーフロー堰を含むオーバーフロー機構が小さくなり、装置の低廉化に寄与する。

【0028】

また、本願発明では、低圧凝縮器から冷媒を中間冷却器に供給し、該中間冷却器で冷却された冷媒を冷媒出口にオリフィスを通して高圧蒸発器に供給するようにし、この高圧蒸発器に供給される冷媒を分岐して制御弁を通し低圧蒸発器に供給するので、低圧凝縮器内と低圧蒸発器内の冷媒量が略一定となり、高圧蒸発器内の冷媒量も略一定となる。

【0029】

また、本願発明では、低圧蒸発器に流入する冷媒は高圧蒸発器の飽和温度まで冷却されるため低圧蒸発器の負荷が小さくなる。更に、中間冷却器や膨張弁などの機器が１台で済むことになり、これにより既存の二重冷凍サイクルを具備する圧縮式冷凍機に比して安価で更に効率のよい圧縮式冷凍機を提供できるという効果が得られる。

【0030】

更に、本願発明では、圧縮機と凝縮器との間に設けられた制御弁を操作することにより、低負荷時には２台の圧縮機のどちらか一方のみにより冷凍機を運転することが可能となる。これにより、低負荷時の冷凍機の効率を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明に係る圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。

【図2】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図3】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図4】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図5】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図6】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図7】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図8】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図9】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図10】本発明に係る圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。

【図11】従来の二重冷凍サイクルを備えた圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明に係る二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−１は、低圧蒸発器（ＥＬ）１２、高圧蒸発器（ＥＨ）１４、低圧圧縮機１６、高圧圧縮機１８、低圧凝縮器（ＣＬ）２０、及び高圧凝縮器（ＣＨ）２２を備えている。各機器は冷媒配管で接続され、低圧圧縮機１６及び高圧圧縮機１８はそれぞれ独立した駆動モータ（Ｍ）で回転駆動される。

【0033】

低圧蒸発器１２で蒸発された冷媒蒸気は低圧圧縮機１６に送られ圧縮され、該圧縮された冷媒蒸気は制御弁Ｖ２を通って低圧凝縮器２０に流入し凝縮され冷媒凝縮液となり、該冷媒凝縮液は制御弁（膨張弁）２６を通って高圧蒸発器１４に送られる。該高圧蒸発器１４で蒸発した冷媒蒸気は高圧圧縮機１８に送られ圧縮され、該圧縮された冷媒蒸気は制御弁Ｖ１を通って高圧凝縮器２２に送られ凝縮されて冷媒凝縮液となり、該冷媒凝縮液はオリフィス２４を通って低圧凝縮器２０に導入される。

【0034】

なお、図示は省略するが、図１１と同様、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０とは冷却水が通る配管により、低圧蒸発器１２と高圧蒸発器１４とは冷水の通る配管によりそれぞれ連絡されており、冷却水は低圧凝縮器２０から高圧凝縮器２２へ、冷水は高圧蒸発器１４から低圧蒸発器１２へと流れる。高圧蒸発器１４及び低圧蒸発器１２では、冷水から熱を奪って冷媒を蒸発させ、冷水を冷却させる。また、低圧凝縮器２０及び高圧凝縮器２２では、圧縮された冷媒が冷却水により冷却され冷媒凝縮液となる。

【0035】

本圧縮式冷凍機１０−１では、上記のように高圧凝縮器２２で凝縮した冷媒液はオリフィス２４を通って低圧凝縮器２０へと送られる。低圧凝縮器２０には冷媒を過冷却させる過冷却器３８（図２参照）を設けてもよい。低圧凝縮器２０で凝縮した冷媒液は制御弁（膨張弁）２６を通して膨張して高圧蒸発器１４へ送られる。低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４にはそれぞれ液面検出器（ＬＶ）２８、液面検出器（ＬＶ）３０を備えており、低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４の冷媒液面レベルを一定とするよう、制御弁（膨張弁）２６及び冷媒を移動させる冷媒移動弁３２の開度が制御される。具体的には、低圧蒸発器１２の液面レベルの変化を液面検出器２８で検出し、冷媒移動弁３２の開度を制御することにより、高圧蒸発器１４から低圧蒸発器１２へ移動する冷媒量を調整し、高圧蒸発器１４の冷媒液面を液面検出器３０で検出し、制御弁（膨張弁）２６の開度を制御することにより、低圧凝縮器２０から高圧蒸発器１４に移動する冷媒凝縮液量を制御して、低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４の冷媒液面レベルが一定になるようにする。

【0036】

図２は、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０を合体させた凝縮器の構成を示す図である。図示するように、凝縮器３４は単一の缶胴（ケーシング）３５を隔壁３６で上下に仕切り、該隔壁３６を介在させて上部室に高圧凝縮器２２を下部室に低圧凝縮器２０を配置し、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０が上下に重なり合って配置された構成である。隔壁３６にはオリフィス２４として機能する小孔３６ａが設けられており、該小孔３６ａを通って冷媒は高圧凝縮器２２から低圧凝縮器２０に移動する。小孔３６ａの大きさは、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０の圧力差と冷媒凝縮液の量により設計されるが、一般的に多少大きくても、蒸気の比容積は液に比べて格段に大きく、特に低圧冷媒とされるＨＦＣ２４５ｆａやＨＣＦＣ１２３では、冷媒蒸気の吹き抜け量は小さく、性能への影響は小さい。また、一般に圧力差がつく場合は冷媒凝縮液量が多くなるので、流量特性上、吹き抜け流量は抑制される。

【0037】

図３は、高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２を合体させた蒸発器４０の構成を示す図である。図示するように、蒸発器４０は単一の缶胴（ケーシング）４１内を隔壁４２で左右に仕切り、該隔壁４２を挟んで高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２を水平に配置している。高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２はオーバーフロー堰４４を介して隣り合っており、高圧蒸発器１４からオーバーフロー堰４４を越えて溢れた冷媒液は、隔壁４２に設けた小孔４２ａを通って低圧蒸発器１２側へと移動する。この場合も、小孔４２ａからの冷媒の吹き抜け流量は抑制される。

【0038】

図４は本発明に係る二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−２は、低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４、低圧圧縮機１６、高圧圧縮機１８、低圧凝縮器２０、及び高圧凝縮器２２を備えている点は、圧縮式冷凍機１０−１と同様である。但し、オリフィス２４に代えて、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０との間に制御弁Ｖ３を設けている。この制御弁Ｖ３は、開閉操作を行うことができる以外は、オリフィス２４と同等の機能を有する。

【0039】

図１に示す圧縮式冷凍機１０−１では、高圧蒸発器１４及び低圧蒸発器１２の双方の冷媒液面レベルを液面検出器３０、液面検出器２８で監視し、その冷媒液面レベルの変化により冷媒移動弁３２と制御弁（膨張弁）２６の開度を制御した。図４に示す圧縮式冷凍機１０−２では、図３に示すように高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２の間にオーバーフロー堰４４を設け、該オーバーフロー堰４４をオーバーフローした冷媒液を隔壁４２に設けたオリフィス４６としての小孔４２ａを介して低圧蒸発器１２側に送る。ここで、制御弁（膨張弁）２６の開度は低圧蒸発器１２の液面レベルを液面検出器２８で監視し、その液面レベルの変化に応じて制御する。

【0040】

このようにすると、高圧蒸発器１４の液面レベルはオーバーフロー堰４４により一定に保たれ、制御弁（膨張弁）２６の開閉により低圧凝縮器２０から高圧蒸発器１４に供給される冷媒液量が変化し、オーバーフロー量が増減することになる。従って、低圧蒸発器１２の冷媒液面レベルを液面検出器２８で検出し、該冷媒液面レベル検出値によって制御弁（膨張弁）２６の開度を制御することで、低圧蒸発器１２の冷媒量と冷媒循環量は適切に制御されることになる。

【0041】

図５は本発明に係る二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−３は、低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４、低圧圧縮機１６−１と１６−２を備えた二段式の低圧圧縮機１６'、高圧圧縮機１８−１と１８−２を備えた二段式の高圧圧縮機１８'、低圧凝縮器２０、高圧凝縮器２２、中間冷却器（エコノマイザ）４８を備えている。

【0042】

中間冷却器４８は低圧凝縮器２０と高圧蒸発器１４との間に設ける。中間冷却器４８で気化した冷媒蒸気は、二段式の低圧圧縮機１６'の中間吸込み口へ戻している。低圧凝縮器２０から中間冷却器４８に送る冷媒凝縮液は、低圧蒸発器１２の冷媒液面レベルを液面検出器２８で監視し、膨張弁（制御弁）５２の開度を制御することにより制御する。また、中間冷却器４８からの冷媒液はオリフィス５０を通して高圧蒸発器１４に送られる。

【0043】

図６は本発明に係る二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−４は、低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４、圧縮機１７−１と１７−２を備えた二段式の高圧圧縮機１７、圧縮機１９−１と１９−２を備えた二段式の低圧圧縮機１９、低圧凝縮器２０、高圧凝縮器２２、中間冷却器（エコノマイザ）４８を備えている。

【0044】

本圧縮式冷凍機１０−４では、中間冷却器４８を低圧凝縮器２０と高圧蒸発器１４との間に設ける。低圧蒸発器１２から高圧凝縮器２２に送る冷媒蒸気を圧縮する高圧圧縮機１７と、高圧蒸発器１４から低圧凝縮器２０に送る冷媒蒸気を圧縮する低圧圧縮機１９を設けている。中間冷却器４８で気化した冷媒蒸気は、低圧圧縮機１９の中間吸込み口へ戻している。低圧凝縮器２０から中間冷却器４８に送る冷媒凝縮液は低圧蒸発器１２の液面レベルを液面検出器２８で監視し、膨張弁５２の開度を制御することにより制御する。また、中間冷却器４８からの冷媒液はオリフィス５０を通って高圧蒸発器１４に送られる。

【0045】

上記圧縮式冷凍機１０−１〜１０−４は、高圧凝縮器２２で凝縮した冷媒液をオリフィス２４（図１、図５参照）若しくは制御弁Ｖ３，Ｖ５（図４、図６参照）を通して低圧凝縮器２０へ導くことにより、高圧側の冷媒凝縮液は一部気化し、低圧側の冷媒凝縮液と同じ温度まで冷却される。ここで気化した冷媒蒸気は、低圧凝縮器２０でただちに凝縮するため、圧縮機の蒸気流量は増えず、実質的に冷凍機の負担は増えない。これにより、高圧側冷媒液は過冷却器を用いずに、低圧凝縮器２０の温度まで冷却されたと同じ状態となる。なお、図２に示すように、過冷却器３８を設け、低圧側の冷媒液を過冷却すれば、更に冷凍機効率は向上する。

【0046】

また、低圧蒸発器１２には高圧凝縮器２２或いは中間冷却器４８から直接冷媒液を導くのではなく、凝縮液を一度高圧蒸発器１４に導き、そして高圧蒸発器１４の内で該高圧蒸発器１４の蒸発温度まで冷却された冷媒液を、低圧蒸発器１２に導くことにより、膨張弁（制御弁（膨張弁）２６、５２）が１台でも低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４の２つの蒸発器に冷媒を供給でき、制御等も容易となる。中間冷却器４８を設けた場合でも１台の中間冷却器４８で全ての冷媒を冷却できる。

【0047】

また、高圧蒸発器１４は、凝縮器（高圧凝縮器２２、低圧凝縮器２０）若しくは中間冷却器４８との温度差に相当する冷媒を気化するが、低圧蒸発器１２では、その分冷媒蒸気が減少する。ここで、圧縮式冷凍機１０−４では、低圧蒸発器１２から高圧凝縮器２２への冷媒蒸気を圧縮する高圧圧縮機１７と、高圧蒸発器１４から低圧凝縮器２０への冷媒蒸気を圧縮する低圧圧縮機１９とを設けている場合、低圧圧縮機１９側の冷媒蒸気流量が増えるが、高圧圧縮機１７側の冷媒蒸気量が減少することになる。故に、所要動力が削減され、必要な動力が節減されることになる。なお、図６では、二段式の圧縮機としているが、単段の圧縮機による場合でも同様の作用効果がある。

【0048】

なお、圧縮式冷凍機１０−３のように低圧蒸発器１２から低圧凝縮器２０へ送る冷媒蒸気を圧縮する二段式の低圧圧縮機１６'と、高圧蒸発器１４から高圧凝縮器２２へ送る冷媒蒸気を圧縮する二段構成の高圧圧縮機１８'とを設けている場合、中間冷却器４８で気化分離された冷媒蒸気は、低圧圧縮機１６'の中間吸込み口に戻すほうが、凝縮器（高圧凝縮器２２、低圧凝縮器２０）と中間冷却器４８のヘッド差が小さいので有利である。

【0049】

なお、高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２、或いは高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０の、いずれか一組を、単一の蒸発器或いは凝縮器とすることも考えられる。図７は高圧蒸発器と低圧蒸発器を単一の蒸発器とした圧縮式冷凍機の概略構成例を示す図である。図示するように、本圧縮式冷凍機１０−５は高圧蒸発器と低圧蒸発器を単一の蒸発器とした蒸発器１３を備え、蒸発器１３からの冷媒蒸気を高圧圧縮機１８と低圧圧縮機１６に送り、高圧圧縮機１８で圧縮した冷媒蒸気を高圧凝縮器２２に送り冷媒凝縮液とし、低圧圧縮機１６で圧縮した冷媒蒸気を低圧凝縮器２０に送り冷媒凝縮液としている。

【0050】

高圧凝縮器２２の冷媒凝縮液をオリフィス２４を通して低圧凝縮器２０へ導入するようになっており、蒸発器１３の冷媒液面レベルを液面検出器３０で監視し、蒸発器１３の冷媒液面レベルが一定となるように、制御弁（膨張弁）２６の開度を制御し、低圧凝縮器２０から蒸発器１３に移動する冷媒凝縮液量を制御する。

【0051】

上記圧縮式冷凍機１０−５では、当然にしてその効果は減少するが、従来の単一冷凍サイクルの冷凍機に比しては、高性能の冷凍機となる。また、従来の冷凍機と同様、高圧凝縮器出口のオリフィス２４を自動弁として開度を制御しても良く、制御弁（膨張弁）２６についても、従来と同様に低圧凝縮器２０の液面等により制御しても差し支えない。当然、制御弁（膨張弁）２６として所謂フロート弁等を用いてもよい。

【0052】

図８は、本発明に係る二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。本圧縮式冷凍機１０−６は、冷凍機は高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２とを備え、低圧凝縮器２０の冷媒出口に制御弁（膨張弁）２６を備えた出口配管３１を接続し、該出口配管３１の制御弁（膨張弁）２６上流側に制御弁（膨張弁）２９を備えた分岐配管３３を設けている。低圧蒸発器１２へ供給する冷媒は、低圧凝縮器２０から出口配管３１及び制御弁（膨張弁）２６を介して高圧蒸発器１４に冷媒を供給する冷媒から分岐配管３３を介して分岐し、制御弁（膨張弁）２９を介して供給している。前述したように、低圧凝縮器２０若しくは中間冷却器４８の冷媒を直接低圧蒸発器１２に供給するよりも、一度高圧蒸発器１４に供給し、高圧蒸発器１４における冷媒温度まで冷却した後に、低圧蒸発器１２に供給した方が、冷凍サイクル上、効率が改善する。

【0053】

上記のように冷媒を高圧蒸発器１４における冷媒温度まで冷却した後に、低圧蒸発器１２に供給することにより、冷凍サイクル上の効率は改善されるが、低圧蒸発器１２として満液式の蒸発器を使用する場合、供給される冷媒温度が低過ぎると低圧蒸発器１２内で冷媒蒸気が発生しないために熱交換器内部の冷媒の流動が不活発となる。即ち、低圧蒸発器１２には従来に比べて温度の下がった冷媒が流入することで低圧蒸発器１２内の冷媒のフラッシュ量が少なくなり、伝熱性能が低下する可能性があり、冷凍サイクル上の効率が改善しても、伝熱性能が低下することで、冷凍サイクル上の効率が改善の効果が相殺され、場合によっては逆効果となる可能性がある。特に、蒸発器内の冷媒流動が少ない低負荷時にはその影響が大きくなる可能性がある。このため、ここでは高圧蒸発器１４に供給される、低圧凝縮器２０の出口若しくは後述する中間冷却器の出口からの冷媒を分岐して直接低圧蒸発器１２に導入することで、冷媒温度を高くして低圧蒸発器１２内の冷媒の流動を活発化してやることで、伝熱性能を改善した。これにより、低圧蒸発器１２からの冷媒液の全量を高圧蒸発器１４に導入する場合に比してサイクル上の効率改善効果は劣るが、代わりに低圧蒸発器１２の伝熱性能も悪化しないことになる。

【0054】

この場合、図８のように低圧凝縮器２０から冷媒を供給する場合は、低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４の夫々に液面検出器２８、３０を設けてその液面を一定とするよう、低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４のそれぞれの入口に設けた制御弁２９、２６を制御する方法がある。このようにすると、低圧蒸発器１２及び高圧蒸発器１４の液面が適正に維持されて伝熱が良好に維持されるとともに、低圧蒸発器１２内及び高圧蒸発器１４内の冷媒量が一定となり、高圧凝縮器２２内の冷媒液がごく少量であることから、低圧凝縮器２０内の冷媒量も略一定となり、冷媒蒸気の吹き抜け等が抑止される。

【0055】

また、上記例では、液面検出器２８、液面検出器３０の出力により、制御弁２９、制御弁２６を制御して低圧蒸発器１２、高圧蒸発器１４の液面が一定になるようにしているが、制御弁２９、制御弁２６は圧縮冷凍機の冷凍負荷又は相当する物理量で制御するようにしてもよい。ここで、圧縮冷凍機の負荷に相当する物理量としては、「冷水（図１１の冷水１２０を参照）の出入り口温度差」、「高圧蒸発器１４と低圧蒸発器１２の圧力差」、「冷水の入口温度」、「圧縮冷凍機の圧縮機容量制御装置の開度」、「圧縮機（低圧圧縮機１６及び高圧圧縮機１８）の電流値等がある。

【0056】

また、高圧蒸発器１４に送る冷媒の一部を分岐して低圧蒸発器１２に送る冷媒流量を制御弁２６の弁開度を上記のように圧縮冷凍機の冷凍負荷による制御の他に、低圧蒸発器１２の伝熱特性そのものを、冷水出口温度と低圧蒸発器１２の蒸発温度との差（低圧蒸発器のアプローチ温度）により検出し、低圧蒸発器１２の伝熱性能が悪化した場合に、制御弁２６弁開度を大きくして低圧蒸発器１２に送る冷媒流量を多くして、低圧蒸発器１２の伝熱性能を改善することもできる。

【0057】

図９は、本発明に係る二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。本圧縮式冷凍機１０−７は、低圧凝縮器２０の冷媒出口にオリフィス５３を備えた出口配管３１の一端を接続し、他端を高圧蒸発器１４の冷媒入口に接続している。出口配管３１のオリフィス５３より低圧凝縮器２０側に制御弁（膨張弁）２９を備えた分岐管３３の一端を接続し、該分岐管３３の他端を低圧蒸発器１２の冷媒入口に接続している。低圧凝縮器２０から出口配管３１及びオリフィス５３を介して高圧蒸発器１４に送る冷媒液の一部を分岐配管３３で分岐して制御弁（膨張弁）２９を介して低圧蒸発器１２に送っている。また、低圧凝縮器２０の冷媒液面を略一定とするように液面検出器５６の出力によりの弁開度を制御している。ここで、高圧蒸発器１４にはオーバーフロー堰（ＯＦ）５８を設け、このオーバーフロー堰５８をオーバーフローした越流冷媒液を越流冷媒配管３７及びオリフィス５４を介して低圧蒸発器１２に供給することとしている。これにより、高圧蒸発器１４にて過剰に供給された冷媒は低圧蒸発器１２に送られることとなり高圧蒸発器１４内の冷媒量が適正に維持されるだけでなく、高圧蒸発器１４内で冷却された冷媒が低圧蒸発器１２に供給されることでサイクル効率の改善も図ることができる。また、制御弁（膨張弁）が制御弁２９の一つで済むことと、冷媒のオーバーフロー量が少なく抑えられることからオーバーフロー機構が小さくなり、低廉化に寄与する。

【0058】

図９に示す圧縮式冷凍機において、低圧蒸発器１２には高圧蒸発器１４からオーバーフロー堰５８を越流し越流冷媒配管３７及びオリフィス５４を通って供給される冷媒と、分岐管３３の制御弁（膨張弁）２９を通って供給される冷媒とが供給されている。ここで、制御弁２９が全閉の場合、図１と略同一とになる。冷水の出入り温度差等により圧縮冷凍機の低負荷を検出した場合、制御弁２９を開いて低圧凝縮器２０の熱い冷媒を低圧蒸発器１２に送ることで、低圧蒸発器１２の伝熱性能の改善を図ることができる。これにより高圧凝縮器２２で凝縮した冷媒を低圧凝縮器２０に導入することで二重冷凍サイクルの圧縮冷凍機のサイクル効率を改善するという効果は低下するが、低圧蒸発器１２の伝熱性能の低下を改善することになる。

【0059】

図１０は、本発明に係る二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機の他の概略構成例を示す図である。本圧縮式冷凍機１０−８では、低圧凝縮器２０の冷媒出口に接続した出口配管３１に制御弁５２を設け、低圧凝縮器２０からの冷媒を中間冷却器（ＥＣＯ）４８に供給するようにしている。中間冷却器４８の冷媒出口にはオリフィス５０を備えた出口配管３９を接続し、該出口配管３９に制御弁（膨張弁）６０を備えた分岐配管４３を接続している。中間冷却器４８からの冷媒は出口配管３９及びオリフィス５０を介して高圧蒸発器１４に供給され、該高圧蒸発器１４に供給され冷媒の一部を分岐し、分岐配管４３及び制御弁６０を介して低圧蒸発器１２に供給する。本圧縮式冷凍機１０−８では、低圧凝縮器２０内の冷媒液面を略一定とするよう、制御弁５２の開度を低圧凝縮器２０の冷媒液面レベルを検出する液面検出器６２の出力で制御して低圧凝縮器２０から中間冷却器４８への冷媒供給量を制御すると共に、中間冷却器４８から低圧蒸発器１２に供給される冷媒流量は制御弁６０の開度を低圧蒸発器１２の液面検出器２８の出力により制御している。ここで、低圧蒸発器１２への冷媒供給量は、低圧蒸発器１２の冷媒液面が略一定となるように、低圧蒸発器１２の液面検出器２８の出力により制御される。このようにすると、低圧凝縮器２０内と低圧蒸発器１２内の冷媒量が略一定となるため、高圧蒸発器１４内の冷媒量も略一定となる。なお、二段式の低圧圧縮機１６’の低圧圧縮機１６−１と高圧凝縮器２２との間には制御弁Ｖ７が接続され、低圧圧縮機１６−１からの圧縮冷媒は制御弁Ｖ７を通して高圧凝縮器２２に供給される。

【0060】

次に上記本発明に係る二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機について、圧縮機の一方のみを停止する場合について説明する。圧縮機は運転中には冷媒は一方向にしか流れないが、停止すると、冷媒が逆流するため、特段の配慮が必要となる。また、冷媒配管を通して缶胴同士が均圧化するため、運転中の缶胴と停止中の缶胴とが隣り合っている場合などには運転中とは全く異なる圧力差が生じ、通常の隔壁では耐圧が不足する等の課題があることが知られている。更に、各々の熱交換器の接続状態によっては、望ましくない冷媒の移動と、それに伴う熱の移動とが生じて、冷凍機の効率を悪化させるという問題もある。

【0061】

例えば、図１１に示す従来構成の二重冷凍サイクルの圧縮式冷凍機１００では、高圧側圧縮機１０４を停止すると、高圧側圧縮機１０４を通して高圧側凝縮器１０６と高圧側蒸発器１０２とが均圧化するために、高圧側凝縮器１０６の圧力は高圧側蒸発器１０２と略同じ圧力となる。一方、高圧側蒸発器１０２の圧力は、通水されている冷却水１１０により冷却され、略低圧側蒸発器１０１と等しくなる。従って、高圧側凝縮器１０６と低圧側凝縮器１０５との間には、低圧側圧縮機１０３の出入り圧力差と略等しい圧力差がかかる。高圧側凝縮器１０６と低圧側凝縮器１０５とは、前述したように一つの缶胴を隔壁により区分することが好ましいが、このように大きな圧力差（ＨＦＣ２４５ｆａの冷媒の場合で、０．２ＭＰａ程度）が生じると、隔壁の設計が難しくなる。更に凝縮器同士や蒸発器同士が、配管や圧縮機のシール管等を通じて連通している場合等では、望ましくない冷媒の移動が生じて効率を低下させる。そのために、本発明に係る圧縮式冷凍機では、次のような方法を採る。

【0062】

先ず、図１の圧縮式冷凍機１０−１では、高圧凝縮器２２と高圧圧縮機１８との間に制御弁Ｖ１を設け、高圧圧縮機１８を停止する場合には、該制御弁Ｖ１を閉止することとした。このようにすると、高圧蒸発器１４における冷媒の蒸発が止まり、制御弁（膨張弁）２６により高圧蒸発器１４は減圧され、一部気化した冷媒が、逆に高圧蒸発器１４において凝縮液化することになる。一方、低圧蒸発器１２は、低圧圧縮機１６が運転中であるために、高圧蒸発器１４よりも低圧となるため、この圧力差に駆動されて冷媒は高圧蒸発器１４から低圧蒸発器１２へと移動する。従って、冷凍機の運転は問題なく継続される。

【0063】

上記圧縮式冷凍機１０−１では、更に低圧凝縮器２０と低圧圧縮機１６との間にも制御弁Ｖ２を設け、低圧圧縮機１６を停止する場合には、該制御弁Ｖ２を閉止することとした。このようにすると、高圧圧縮機１８の運転により、高圧凝縮器２２で凝縮した冷媒液は、凝縮しなかった冷媒蒸気とともに、オリフィス２４を通って低圧凝縮器２０へと流れる。低圧凝縮器２０における冷却水の温度は、高圧凝縮器２２のそれよりも低いため、冷媒液の一部が一度気化するが、低圧凝縮器２０では未凝縮の蒸気とともにこれを冷却凝縮する。ここで、低圧圧縮機１６が運転していないため、低圧凝縮器２０の熱負荷は非常に小さく、冷媒液は、冷凍機の冷却水入口温度に非常に近い温度まで冷却される。このため、冷凍機の効率は更に向上する。但し、この場合には運転中の高圧蒸発器１４の方が、低圧蒸発器１２よりも低圧となり、冷媒が逆流する可能性がある。その場合は、冷媒移動弁３２を閉止するのがよい。

【0064】

上記の場合、どちらの場合であっても、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０の圧力は、オリフィス２４を通して連通されるために略等しくなる。従って、隔壁にかかる圧力は通常の運転中と同程度かそれ以下となり、隔壁に格別耐圧を持たせる必要がなくなる。なお、上記圧縮式冷凍機１０−１は２個の制御弁Ｖ１、Ｖ２を有しているが、常に停止する圧縮機を一方の圧縮機（低圧圧縮機１６又は高圧圧縮機１８）に限定すれば、一方すなわち停止する側のみでよい。

【0065】

次に、図４の圧縮式冷凍機１０−２について説明する。本圧縮式冷凍機１０−２では、図１の圧縮機（低圧圧縮機１６、高圧圧縮機１８）と凝縮器（低圧凝縮器２０、高圧凝縮器２２）との間に制御弁Ｖ１、Ｖ２を設けることに代えて、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０との間に、制御弁Ｖ３を設け、高圧圧縮機１８を停止する場合、該制御弁Ｖ３を閉止することとした。このようにすると、高圧凝縮器２２内の冷媒は気化すると高圧圧縮機１８を通って高圧蒸発器１４へと流入するが、高圧凝縮器２２内の冷媒保有量はごく少ないため、冷媒が無くなると逆流は生じなくなる。このとき、高圧凝縮器２２は高圧蒸発器１４とは同じ圧力となるため、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０とが隣り合わせの場合は、隔壁に耐圧が必要となるが、一般に冷媒蒸気の制御弁と冷媒液の制御弁では、比容積が大きく異なるために、冷媒液の制御弁である制御弁Ｖ３は小さい。そのため、大きい２つの制御弁Ｖ１，Ｖ２を具備する圧縮式冷凍機１０−１に比して、安価に製作することが可能となる。なお、冷媒の循環については、圧縮式冷凍機１０−１と同様である。

【0066】

次に、図５の圧縮式冷凍機１０−３について説明する。本圧縮式冷凍機１０−３では、高圧圧縮機１８−１と高圧凝縮器２２の間に制御弁Ｖ４を設け、高圧圧縮機１８'を停止する場合にこれを閉止することとした。この場合の作用及び効果は図１の圧縮式冷凍機１０−１と同等である。但し、本圧縮式冷凍機１０−３では低圧圧縮機１６−１と低圧凝縮器２０の間には制御弁を設けていない。なぜなら、ここに制御弁を設けても、低圧圧縮機１６'を停止すると、中間冷却器４８から低圧圧縮機１６'へと冷媒が逆流するため、そこにも制御弁を設ける必要があり、一つの制御弁の操作のみで圧縮機を１台停止させるということが達成できない、即ち「圧縮式冷凍機を構成する要素機器が少なくて済み」という本願の目的が達成できないからである。こうすることで、本圧縮式冷凍機１０−３では制御弁Ｖ４の一つの操作のみで圧縮機を１台停止できる。

【0067】

次に、図６の圧縮式冷凍機１０−４について説明する。本圧縮式冷凍機１０−４では、高圧凝縮器２２と低圧凝縮器２０との間に制御弁Ｖ５を設け、高圧圧縮機１７を停止した場合に、これを閉止することとした。この場合も、図４の圧縮式冷凍機１０−２と同等の作用効果を得ることができる。

【0068】

次に、図７の圧縮式冷凍機１０−５について説明する。本圧縮式冷凍機１０−５では高圧圧縮機１８と高圧凝縮器２２との間に、制御弁Ｖ６を設けている。この場合も、図１の圧縮式冷凍機１０−１と同等の作用効果を得ることができる。

【0069】

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態例では、低圧圧縮機と高圧圧縮機をそれぞれ個別の駆動モータで回転駆動する例を示したが、１個の駆動モータで低圧圧縮機と高圧圧縮機を回転駆動するように構成してもよい。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用効果を奏する以上、本願発明の技術範囲である。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本願発明において、高圧凝縮器で凝縮した冷媒液を低圧凝縮器に導入すると、低圧凝縮器若しくは中間冷却器の冷媒を直接低圧蒸発器に供給するよりも、一度高圧蒸発器に供給し、高圧蒸発器における冷媒温度まで冷媒を冷却した後に、低圧蒸発器に供給した方が、冷凍サイクル上、効率が改善される。しかしながら、蒸発器として満液式の蒸発器を使用する場合、供給される冷媒温度が低すぎると蒸発器内で所謂フラッシュによる冷媒ガスが発生しないため、熱交換器内部の冷媒の流動が不活発となる。そこで本願発明では、高圧蒸発器に供給する低圧凝縮器若しくは中間冷却器からの冷媒の一部を分岐して低圧蒸発器に供給するので、該低圧蒸発器の冷媒の流動が活性化されるから、低圧蒸発器の伝熱性能が改善されることから、低圧蒸発器を小型にすることができる圧縮式冷凍機として利用できる。また、圧縮機を１台停止して運転できるので、特に低負荷時に冷凍機の性能を低下させず、追従させることができる圧縮式冷凍機として利用できる。

【符号の説明】

【0071】

１０−１〜８ 圧縮式冷凍機
１２ 低圧蒸発器
１３ 蒸発器
１４ 高圧蒸発器
１６ 低圧圧縮機
１６' 低圧圧縮機
１７ 高圧圧縮機
１８ 高圧圧縮機
１８' 高圧圧縮機
１９ 低圧圧縮機
２０ 低圧凝縮器
２２ 高圧凝縮器
２４ オリフィス
２６ 制御弁（膨張弁）
２８ 液面検出器
２９ 制御弁（膨張弁）
３０ 液面検出器
３１ 出口配管
３２ 冷媒移動弁
３３ 分岐配管
３４ 凝縮器
３５ 缶胴（ケーシング）
３６ 隔壁
３７ 越流冷媒配管
３８ 過冷却器
４０ 蒸発器
４１ 缶胴（ケーシング）
４２ 隔壁
４４ オーバーフロー堰
４６ オリフィス
４８ 中間冷却器（エコノマイザ）
５０ オリフィス
５２ 制御弁（膨張弁）
５３ オリフィス
５４ オリフィス
５６ 液面検出器
５８ オーバーフロー堰
６２ 液面検出器
Ｖ１〜Ｖ７ 制御弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】