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JP7534124B2 - Refrigeration Cycle Equipment - Google Patents
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Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。 This disclosure relates to a refrigeration cycle device.

図8は、特許文献1の冷凍サイクル装置の構成図である。図8に示す冷凍サイクル装置100は、蒸発器101と、多段圧縮機102と、凝縮器103と、第一膨張弁104aと、第二膨張弁104bと、エコノマイザ熱交換器105と、を備えている。多段圧縮機102は、第一圧縮段102a及び第二圧縮段102bを有している。具体的には、多段圧縮機102はターボ圧縮機であり、圧縮段102a及び102bは翼車である。 Figure 8 is a configuration diagram of the refrigeration cycle device of Patent Document 1. The refrigeration cycle device 100 shown in Figure 8 includes an evaporator 101, a multi-stage compressor 102, a condenser 103, a first expansion valve 104a, a second expansion valve 104b, and an economizer heat exchanger 105. The multi-stage compressor 102 has a first compression stage 102a and a second compression stage 102b. Specifically, the multi-stage compressor 102 is a turbo compressor, and the compression stages 102a and 102b are impellers.

冷媒は、蒸発器101で気化し、多段圧縮機102によって圧送され、その後、凝縮器103で凝縮する。凝縮器103で凝縮された冷媒は、第一流路106a及び第二流路106bのいずれかを流れる。 The refrigerant is vaporized in the evaporator 101, pumped by the multi-stage compressor 102, and then condensed in the condenser 103. The refrigerant condensed in the condenser 103 flows through either the first flow path 106a or the second flow path 106b.

第一流路106aを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器105を流れ、第二膨張弁104bで膨張し、その後、蒸発器101に導かれる。第二流路106bを流れる冷媒は、第一膨張弁104aで膨張し、エコノマイザ熱交換器105を流れ、その後、多段圧縮機102に導かれる。 The refrigerant flowing through the first flow path 106a flows through the economizer heat exchanger 105, expands in the second expansion valve 104b, and is then guided to the evaporator 101. The refrigerant flowing through the second flow path 106b expands in the first expansion valve 104a, flows through the economizer heat exchanger 105, and is then guided to the multi-stage compressor 102.

具体的には、第二流路106bを流れる冷媒は、第一流路106aを流れる液相の冷媒とエコノマイザ熱交換器105において熱交換することによって気化する。気化により生成された気相の冷媒は、微細な液滴とともに、多段圧縮機102の圧縮過程に吸入される。具体的には、この気相の冷媒は、液滴とともに、第二圧縮段102bに吸入される。 Specifically, the refrigerant flowing through the second flow path 106b is vaporized by heat exchange with the liquid-phase refrigerant flowing through the first flow path 106a in the economizer heat exchanger 105. The gas-phase refrigerant generated by the vaporization is sucked into the compression process of the multi-stage compressor 102 together with fine droplets. Specifically, this gas-phase refrigerant is sucked into the second compression stage 102b together with the droplets.

特開2020-003124号公報JP 2020-003124 A

本開示は、多段圧縮機の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適した技術を提供する。 This disclosure provides technology suitable for suppressing the inhalation of liquid droplets during the compression process of a multi-stage compressor.

本開示は、
常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒を用いる冷凍サイクル装置であって、
蒸発器と、
多段圧縮機と、
凝縮器と、
タンクと、
をこの順に備え、
前記多段圧縮機は、第一圧縮段と、第二圧縮段と、を有し、
前記タンクは、仕切りと、前記仕切りよりも上方に位置する上方空間と、前記仕切りよりも下方に位置する下方空間と、前記上方空間と前記下方空間とを連通させる連通口と、前記上方空間に開口する入口と、前記下方空間に開口する液相出口と、前記下方空間に開口し前記液相出口よりも高い位置にある気相出口と、を有し、
前記蒸発器と、前記第一圧縮段と、前記第二圧縮段と、前記凝縮器と、前記入口と、前記上方空間と、前記連通口と、前記下方空間と、前記液相出口と、をこの順に前記冷媒が循環し、
前記気相出口から前記第二圧縮段へと気相の前記冷媒が流れる、
冷凍サイクル装置を提供する。
The present disclosure relates to
A refrigeration cycle device that uses a refrigerant containing, as a main component, a component having a saturated vapor pressure equal to or lower than atmospheric pressure at room temperature,
An evaporator;
A multi-stage compressor;
A condenser;
Tanks and
In this order,
The multi-stage compressor has a first compression stage and a second compression stage,
the tank has a partition, an upper space located above the partition, a lower space located below the partition, a communication port that communicates the upper space with the lower space, an inlet that opens into the upper space, a liquid phase outlet that opens into the lower space, and a gas phase outlet that opens into the lower space and is located at a higher position than the liquid phase outlet,
the refrigerant circulates through the evaporator, the first compression stage, the second compression stage, the condenser, the inlet, the upper space, the communication port, the lower space, and the liquid phase outlet in this order;
The refrigerant in a gas phase flows from the gas phase outlet to the second compression stage.
A refrigeration cycle device is provided.

本開示に係る技術は、多段圧縮機の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。 The technology disclosed herein is suitable for preventing droplets from being sucked into the compressor during the compression process of a multi-stage compressor.

実施の形態の冷凍サイクル装置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle device according to an embodiment of the present invention. 実施の形態の第一タンクを側方から見た拡大図FIG. 1 is an enlarged side view of a first tank according to an embodiment of the present invention; 実施の形態の第一タンクを上方から見た拡大図FIG. 1 is an enlarged view of a first tank according to an embodiment of the present invention; 実施の形態の中間流路の拡大図FIG. 1 is an enlarged view of an intermediate flow path according to an embodiment of the present invention; 変形例の中間流路の拡大図Enlarged view of the intermediate flow passage of the modified example 実施の形態の第二タンクを側方から見た拡大図FIG. 1 is an enlarged side view of a second tank according to an embodiment of the present invention; 実施の形態の第二タンクを上方から見た拡大図FIG. 1 is an enlarged view of a second tank according to an embodiment of the present invention, viewed from above. 従来の冷凍サイクル装置の構成図Diagram of a conventional refrigeration cycle device

(本開示の基礎となった知見)
図8に示す冷凍サイクル装置100の冷媒として、水を利用したとする。この場合、38℃における凝縮圧力が6.63kPaであり、6.2℃における飽和蒸気圧力が0.95kPaであるという条件下で、冷凍サイクル装置100は動作しうる。別の言い方をすると、この場合、凝縮圧力及び飽和蒸気圧力が負圧であり、それらの差圧が5.68kPaという微小な値をとるという条件下で、冷凍サイクル装置100は動作しうる。このような条件下で液体の水が飽和液線付近で沸騰するとき、水の約14500倍もの体積を有する水蒸気が発生しうる(甲藤 好朗著、「伝熱」第44巻No.187、社団法人日本伝熱学会、p.15-20、「沸騰の科学(2)」の(2)低圧沸騰を参照)。
(Findings that form the basis of this disclosure)
Suppose water is used as the refrigerant in the refrigeration cycle device 100 shown in FIG. 8. In this case, the refrigeration cycle device 100 can operate under the condition that the condensation pressure at 38° C. is 6.63 kPa and the saturated vapor pressure at 6.2° C. is 0.95 kPa. In other words, the refrigeration cycle device 100 can operate under the condition that the condensation pressure and the saturated vapor pressure are negative pressures and the differential pressure between them is a minute value of 5.68 kPa. Under such conditions, when liquid water boils near the saturated liquid line, water vapor having a volume about 14,500 times that of water can be generated (Yoshiaki Katto, "Heat Transfer", Vol. 44, No. 187, Japan Society of Heat Transfer, pp. 15-20, see (2) Low Pressure Boiling in "The Science of Boiling (2)").

第一膨張弁104aを通過した後、水は、気液二相の状態でエコノマイザ熱交換器105に流入する。気液二相の水は、エコノマイザ熱交換器105で熱を受ける。これにより、気液二相の水に含まれた液相の水は、沸騰及び蒸発する。 After passing through the first expansion valve 104a, the water flows into the economizer heat exchanger 105 in a two-phase gas-liquid state. The two-phase water receives heat in the economizer heat exchanger 105. As a result, the liquid water contained in the two-phase water boils and evaporates.

上記のとおり、巨視的には、エコノマイザ熱交換器105において、気液二相の水に含まれた液相の水が蒸発すると説明できる。微視的には、この液相の水は、蒸気と接触する境界面で、膨大な体積の蒸気を発生させながら蒸発する。この際、水が膜となって蒸気を包み、これにより泡が形成される。この泡が熱を受けると、泡における蒸気の体積が増加する。この体積増加に伴い、泡は、最終的には破裂する。泡が破裂すると、微小な水滴が多量に発生する。 As described above, macroscopically, it can be explained that in the economizer heat exchanger 105, the liquid water contained in the two-phase water evaporates. Microscopically, this liquid water evaporates while generating a huge volume of steam at the boundary surface where it comes into contact with the steam. During this process, the water forms a film that envelops the steam, forming bubbles. When these bubbles receive heat, the volume of the steam in the bubbles increases. As the volume increases, the bubbles eventually burst. When the bubbles burst, a large amount of tiny water droplets are generated.

このようにして、エコノマイザ熱交換器105で多量の微小な水滴が発生する。一方、蒸発過程において、水の体積は急激に増加する。これらの現象が相俟って、水滴は、そのすべてが蒸気に相変化していない状態で、エコノマイザ熱交換器105から多段圧縮機102の圧縮段102bへと吸入される。圧縮段102bへの水滴の吸入は、圧縮段102bにおけるエロージョンを引き起こしうる。エロージョンは、多段圧縮機102の性能を低下させうる。 In this way, a large amount of tiny water droplets are generated in the economizer heat exchanger 105. Meanwhile, during the evaporation process, the volume of the water increases rapidly. Due to the combination of these phenomena, the water droplets are sucked from the economizer heat exchanger 105 into the compression stage 102b of the multi-stage compressor 102 without all of them changing phase to steam. The sucking of the water droplets into the compression stage 102b can cause erosion in the compression stage 102b. The erosion can degrade the performance of the multi-stage compressor 102.

そこで、本発明者らは、多段圧縮機の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適した技術を検討した。 Therefore, the inventors investigated a technology suitable for preventing droplets from being sucked into the compression process of a multi-stage compressor.

(本開示に係る一態様の概要)
本開示の第1態様に係る冷凍サイクル装置は、
常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒を用いる冷凍サイクル装置であって、
蒸発器と、
多段圧縮機と、
凝縮器と、
タンクと、
をこの順に備え、
前記多段圧縮機は、第一圧縮段と、第二圧縮段と、を有し、
前記タンクは、仕切りと、前記仕切りよりも上方に位置する上方空間と、前記仕切りよりも下方に位置する下方空間と、前記上方空間と前記下方空間とを連通させる連通口と、前記上方空間に開口する入口と、前記下方空間に開口する液相出口と、前記下方空間に開口し前記液相出口よりも高い位置にある気相出口と、を有し、
前記蒸発器と、前記第一圧縮段と、前記第二圧縮段と、前記凝縮器と、前記入口と、前記上方空間と、前記連通口と、前記下方空間と、前記液相出口と、をこの順に前記冷媒が循環し、
前記気相出口から前記第二圧縮段へと気相の前記冷媒が流れる。
(Summary of one aspect of the present disclosure)
A refrigeration cycle device according to a first aspect of the present disclosure includes:
A refrigeration cycle device that uses a refrigerant containing, as a main component, a component having a saturated vapor pressure equal to or lower than atmospheric pressure at room temperature,
An evaporator;
A multi-stage compressor;
A condenser;
Tanks and
In this order,
The multi-stage compressor has a first compression stage and a second compression stage,
the tank has a partition, an upper space located above the partition, a lower space located below the partition, a communication port that communicates the upper space with the lower space, an inlet that opens into the upper space, a liquid phase outlet that opens into the lower space, and a gas phase outlet that opens into the lower space and is located at a higher position than the liquid phase outlet,
the refrigerant circulates through the evaporator, the first compression stage, the second compression stage, the condenser, the inlet, the upper space, the communication port, the lower space, and the liquid phase outlet in this order;
The refrigerant in a vapor phase flows from the vapor phase outlet to the second compression stage.

第1態様に係る技術は、多段圧縮機の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、第1態様に係る技術は、第二圧縮段に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。 The technology according to the first aspect is suitable for preventing droplets from being sucked into the compression process of a multi-stage compressor. Specifically, the technology according to the first aspect is suitable for preventing droplets from being sucked into the second compression stage.

本開示の第2態様において、例えば、第1態様に係る冷凍サイクル装置では、
気液二相の前記冷媒が、前記入口から前記上方空間に流入してもよく、
前記上方空間において、気液二相の前記冷媒が減圧されることにより液滴が生成され前記液滴を前記仕切りの上面が受けとめることによって、気液二相の前記冷媒が気液分離されてもよく、
液相の前記冷媒が、前記仕切りの前記上面を伝って流れ前記連通口から滴下されることによって前記下方空間に貯留され、その後前記液相出口から流出してもよく、
気相の前記冷媒が、前記上方空間から、前記連通口と前記下方空間とをこの順に介して、前記気相出口に移動してもよい。
In a second aspect of the present disclosure, for example, in the refrigeration cycle apparatus according to the first aspect,
The refrigerant in a gas-liquid two-phase state may flow into the upper space from the inlet,
In the upper space, the refrigerant in a gas-liquid two-phase state may be decompressed to generate liquid droplets, and the liquid droplets may be received by an upper surface of the partition, thereby separating the refrigerant in the gas-liquid two-phase state into gas and liquid.
The refrigerant in a liquid phase may flow along the upper surface of the partition, drip from the communication port, and be stored in the lower space, and then flow out from the liquid phase outlet,
The refrigerant in a gas phase may move from the upper space through the communication port and the lower space in this order to the gas phase outlet.

第2態様の冷媒の挙動は、タンクにおける冷媒の挙動の具体例である。 The behavior of the refrigerant in the second aspect is a specific example of the behavior of the refrigerant in a tank.

本開示の第3態様において、例えば、第1又は第2態様に係る冷凍サイクル装置では、
前記タンクを上方から観察したとき、前記気相出口と前記入口とを結ぶ第一直線に直交し前記入口を通る第二直線に関し、前記気相出口及び前記連通口は互いに反対側にあってもよい。
In a third aspect of the present disclosure, for example, in the refrigeration cycle apparatus according to the first or second aspect,
When the tank is observed from above, the gas phase outlet and the communication port may be located on opposite sides of a second line that is perpendicular to a first line connecting the gas phase outlet and the inlet and passes through the inlet.

第3態様は、多段圧縮機の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、第3態様に係る技術は、第二圧縮段に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。 The third aspect is suitable for suppressing the intake of liquid droplets into the compression process of a multi-stage compressor. Specifically, the technology related to the third aspect is suitable for suppressing the intake of liquid droplets into the second compression stage.

本開示の第4態様において、例えば、第1から第3態様のいずれか1つに係る冷凍サイクル装置では、
前記仕切りは、前記連通口に隣接する位置において、前記連通口に近づくにつれて高さが減少している傾斜部を含んでいてもよい。
In a fourth aspect of the present disclosure, for example, in the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to third aspects,
The partition may include, at a position adjacent to the communication port, a sloping portion whose height decreases toward the communication port.

第4態様によれば、液相の冷媒が仕切りの上面を伝って連通口へとスムーズに流れやすい。 According to the fourth aspect, the liquid phase refrigerant can easily flow smoothly along the top surface of the partition to the communication port.

本開示の第5態様において、例えば、第1から第4態様のいずれか1つに係る冷凍サイクル装置では、
前記タンクを第一タンクと称し、前記仕切りを第一仕切りと称し、前記上方空間を第一上方空間と称し、前記下方空間を第一下方空間と称し、前記連通口を第一連通口と称し、前記入口を第一入口と称し、前記液相出口を第一液相出口と称し、前記気相出口を第一気相出口と称することとしたとき、
前記冷凍サイクル装置は、第二タンクをさらに備えていてもよく、
前記多段圧縮機は、第三圧縮段をさらに有していてもよく、
前記第二タンクは、第二仕切りと、前記第二仕切りよりも上方に位置する第二上方空間と、前記第二仕切りよりも下方に位置する第二下方空間と、前記第二上方空間と前記第二下方空間とを連通させる第二連通口と、前記第二上方空間に開口する第二入口と、前記第二下方空間に開口する第二液相出口と、前記第二下方空間に開口し前記第二液相出口よりも高い位置にある第二気相出口と、を有していてもよく、
前記蒸発器と、前記第三圧縮段と、前記第一圧縮段と、前記第二圧縮段と、前記凝縮器と、前記第一入口と、前記第一上方空間と、前記第一連通口と、前記第一下方空間と、前記第一液相出口と、前記第二入口と、前記第二上方空間と、前記第二連通口と、前記第二下方空間と、前記第二液相出口と、をこの順に前記冷媒が循環してもよく、
前記第二気相出口から前記第一圧縮段へと気相の前記冷媒が流れてもよい。
In a fifth aspect of the present disclosure, for example, in the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to fourth aspects,
When the tank is referred to as a first tank, the partition is referred to as a first partition, the upper space is referred to as a first upper space, the lower space is referred to as a first lower space, the communication port is referred to as a first communication port, the inlet is referred to as a first inlet, the liquid phase outlet is referred to as a first liquid phase outlet, and the gas phase outlet is referred to as a first gas phase outlet,
The refrigeration cycle apparatus may further include a second tank,
The multi-stage compressor may further include a third compression stage,
The second tank may have a second partition, a second upper space located above the second partition, a second lower space located below the second partition, a second communication port that communicates the second upper space with the second lower space, a second inlet that opens into the second upper space, a second liquid phase outlet that opens into the second lower space, and a second gas phase outlet that opens into the second lower space and is located at a higher position than the second liquid phase outlet,
the refrigerant may be circulated through the evaporator, the third compression stage, the first compression stage, the second compression stage, the condenser, the first inlet, the first upper space, the first communication port, the first lower space, the first liquid phase outlet, the second inlet, the second upper space, the second communication port, the second lower space, and the second liquid phase outlet in this order,
The refrigerant may flow in a vapor phase from the second vapor phase outlet to the first compression stage.

第5態様は、多段圧縮機の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、第5態様に係る技術は、第一圧縮段に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。 The fifth aspect is suitable for suppressing the intake of liquid droplets during the compression process of a multi-stage compressor. Specifically, the technology related to the fifth aspect is suitable for suppressing the intake of liquid droplets into the first compression stage.

本開示の第6態様において、例えば、第1から第5態様のいずれか1つに係る冷凍サイクル装置は、前記第一液相出口と前記第二入口とを接続している中間流路をさらに備えていてもよく、
前記中間流路は、低位部と、前記低位部よりも高い位置にある高位部と、を有していてもよく、
前記第一液相出口と、前記低位部と、前記高位部と、前記第二入口と、をこの順に前記冷媒が流れてもよい。
In a sixth aspect of the present disclosure, for example, the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to fifth aspects may further include an intermediate flow path connecting the first liquid phase outlet and the second inlet,
The intermediate flow path may have a low portion and a high portion located higher than the low portion,
The refrigerant may flow through the first liquid phase outlet, the lower portion, the higher portion, and the second inlet in this order.

第6態様によれば、第一圧縮段から吐出された気相の冷媒が、第一タンクの第一気相出口、第一下方空間、第一液相出口、中間流路、第二タンクの第二入口、第二上方空間、第二連通口、第二下方空間及び第二気相出口をこの順に通って第一圧縮段に戻ってくるというループが形成され難い。このため、多段圧縮機の性能を確保し易い。 According to the sixth aspect, it is difficult to form a loop in which the gas phase refrigerant discharged from the first compression stage passes through the first gas phase outlet of the first tank, the first lower space, the first liquid phase outlet, the intermediate flow path, the second inlet of the second tank, the second upper space, the second communication port, the second lower space, and the second gas phase outlet in this order, and then returns to the first compression stage. This makes it easier to ensure the performance of the multi-stage compressor.

本開示の第7態様において、例えば、第1から第6態様のいずれか1つに係る冷凍サイクル装置では、
前記冷凍サイクル装置は、前記高位部よりも低い位置において延びるバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、をさらに備えていてもよく、
前記バイパス弁の開度がゼロよりも大きい状態において、前記高位部をバイパスして、前記第一液相出口と、前記バイパス流路と、前記第二入口と、をこの順に前記冷媒が流れてもよい。
In a seventh aspect of the present disclosure, for example, in the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to sixth aspects,
The refrigeration cycle apparatus may further include a bypass flow path extending at a position lower than the high-level portion, and a bypass valve provided in the bypass flow path,
When the opening degree of the bypass valve is greater than zero, the refrigerant may bypass the high-level portion and flow through the first liquid phase outlet, the bypass flow path, and the second inlet in this order.

第7態様によれば、多段圧縮機の圧縮段間の差圧が小さい小負荷条件でも、該差圧が大きい大負荷条件でも、バイパス弁の開度を調整することにより、冷凍サイクル装置を適切に動作させることができる。 According to the seventh aspect, the refrigeration cycle device can be operated appropriately by adjusting the opening of the bypass valve, both under low load conditions where the pressure difference between the compression stages of the multi-stage compressor is small, and under high load conditions where the pressure difference is large.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態によって本開示が限定されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to these embodiments.

以下の実施の形態では、「多段圧縮機」という用語を用いることがある。以下の実施の形態では、「多段圧縮機」の「多段」は、2段以上であることを意味する。 In the following embodiments, the term "multi-stage compressor" may be used. In the following embodiments, "multi-stage" in "multi-stage compressor" means two or more stages.

以下の実施の形態では、「常温」という用語を用いることがある。以下の実施の形態では、「常温」とは、日本産業規格JIS Z8703で規定されているとおり、20℃±15℃を指すものとする。 In the following embodiments, the term "room temperature" may be used. In the following embodiments, "room temperature" refers to 20°C ± 15°C, as specified in Japanese Industrial Standard JIS Z8703.

以下の実施の形態では、「主成分」という用語を用いることがある。以下の実施の形態では、「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。 In the following embodiments, the term "main component" may be used. In the following embodiments, "main component" refers to the component that is contained in the largest amount by mass.

以下の実施の形態では、「上方」及び「下方」は、それぞれ、鉛直方向における上方及び下方を意味する。「高い位置」及び「低い位置」は、鉛直方向における高い位置及び低い位置を意味する。 In the following embodiments, "above" and "below" respectively mean above and below in the vertical direction. "High position" and "low position" mean high and low positions in the vertical direction.

以下の実施の形態では、第一、第二、第三・・・という序数詞を用いることがある。ある要素に序数詞が付されている場合に、より若番の同種類の要素が存在することは必須ではない。必要に応じて序数詞の番号を変更することができる。 In the following embodiments, ordinal numbers such as first, second, third, etc. may be used. When an element is assigned an ordinal number, it is not necessary that there is an element of the same type with a lower number. The number of the ordinal number can be changed as necessary.

(実施の形態1)
以下、図1を用いて、実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIG.

[1-1.構成]
図1は、本実施の形態の冷凍サイクル装置200の構成図である。冷凍サイクル装置200では、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒が流れる。このような冷媒としては、水を主成分として含む冷媒、R1233zdを主成分として含む冷媒等が挙げられる。冷凍サイクル装置200の運転時において、冷凍サイクル装置200の内部の圧力は、例えば、大気圧よりも低い。
[1-1. Configuration]
1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus 200 according to the present embodiment. In the refrigeration cycle apparatus 200, a refrigerant containing, as a main component, a component having a saturated vapor pressure equal to or lower than atmospheric pressure at room temperature flows. Examples of such refrigerant include a refrigerant containing water as a main component, a refrigerant containing R1233zd as a main component, and the like. When the refrigeration cycle apparatus 200 is in operation, the pressure inside the refrigeration cycle apparatus 200 is, for example, lower than atmospheric pressure.

冷凍サイクル装置200は、蒸発器201と、多段圧縮機202と、凝縮器204と、第一弁205と、第一タンク207と、第二タンク210と、第二弁213とを、備えている。蒸発器201と、多段圧縮機202と、凝縮器204と、第一弁205と、第一タンク207と、第二タンク210と、第二弁213とは、この順に接続されている。蒸発器201と、多段圧縮機202と、凝縮器204と、第一弁205と、第一タンク207と、第二タンク210と、第二弁213とを、この順に冷媒が流れる。 The refrigeration cycle device 200 includes an evaporator 201, a multi-stage compressor 202, a condenser 204, a first valve 205, a first tank 207, a second tank 210, and a second valve 213. The evaporator 201, the multi-stage compressor 202, the condenser 204, the first valve 205, the first tank 207, the second tank 210, and the second valve 213 are connected in this order. The refrigerant flows through the evaporator 201, the multi-stage compressor 202, the condenser 204, the first valve 205, the first tank 207, the second tank 210, and the second valve 213 in this order.

冷凍サイクル装置200は、第一流路221と、第二流路222と、第三流路223と、第四流路224と、中間流路209と、バイパス流路214と、第五流路225と、第一気相流路208と、第二気相流路211とを備えている。第一流路221は、蒸発器201と多段圧縮機202とを接続している。第二流路222は、多段圧縮機202と凝縮器204とを接続している。第三流路223は、凝縮器204と第一弁205とを接続している。第四流路224は、第一弁205と第一タンク207とを接続している。中間流路209は、第一タンク207と第二タンク210とを接続している。バイパス流路214は、中間流路209の一部をバイパスするように、中間流路209の2つの地点を接続している。第五流路225は、第二タンク210と第二弁213とを接続している。第一気相流路208は、第二タンク210及び蒸発器201をバイパスするように、第一タンク207と多段圧縮機202とを接続している。第二気相流路211は、蒸発器201をバイパスするように、第二タンク210と多段圧縮機202とを接続している。 The refrigeration cycle device 200 includes a first flow path 221, a second flow path 222, a third flow path 223, a fourth flow path 224, an intermediate flow path 209, a bypass flow path 214, a fifth flow path 225, a first gas phase flow path 208, and a second gas phase flow path 211. The first flow path 221 connects the evaporator 201 and the multi-stage compressor 202. The second flow path 222 connects the multi-stage compressor 202 and the condenser 204. The third flow path 223 connects the condenser 204 and the first valve 205. The fourth flow path 224 connects the first valve 205 and the first tank 207. The intermediate flow path 209 connects the first tank 207 and the second tank 210. The bypass flow path 214 connects two points of the intermediate flow path 209 so as to bypass a part of the intermediate flow path 209. The fifth flow path 225 connects the second tank 210 and the second valve 213. The first gas phase flow path 208 connects the first tank 207 and the multi-stage compressor 202 so as to bypass the second tank 210 and the evaporator 201. The second gas phase flow path 211 connects the second tank 210 and the multi-stage compressor 202 so as to bypass the evaporator 201.

冷凍サイクル装置200は、バイパス弁217を備えている。バイパス弁217は、バイパス流路214に設けられている。 The refrigeration cycle device 200 is equipped with a bypass valve 217. The bypass valve 217 is provided in the bypass flow path 214.

以下、冷凍サイクル装置200の構成要素について、さらに説明する。 The components of the refrigeration cycle device 200 are further described below.

蒸発器201では、外部からの加熱媒体と、液相の冷媒と、が熱交換する。この熱交換によって、液相の冷媒が蒸発し、気相の冷媒が生成される。蒸発器201は、プレート式の熱交換器であってもよく、シェルアンドチューブ式の熱交換器であってもよく、噴霧式の熱交換器であってもよく、直接接触式の熱交換器であってもよい。 In the evaporator 201, heat exchange occurs between an external heating medium and a liquid-phase refrigerant. This heat exchange causes the liquid-phase refrigerant to evaporate and generate a gas-phase refrigerant. The evaporator 201 may be a plate-type heat exchanger, a shell-and-tube-type heat exchanger, a spray-type heat exchanger, or a direct-contact-type heat exchanger.

第一流路221は、蒸発器201から多段圧縮機202へと気相の冷媒を導く。具体的には、第一流路221は、蒸発器201から多段圧縮機202の第三圧縮段202cへと気相の冷媒を導く。 The first flow path 221 guides the gas phase refrigerant from the evaporator 201 to the multi-stage compressor 202. Specifically, the first flow path 221 guides the gas phase refrigerant from the evaporator 201 to the third compression stage 202c of the multi-stage compressor 202.

多段圧縮機202は、気相の冷媒を圧送する。多段圧縮機202は、複数の圧縮段を有している。これらの圧縮段は、互いに接続されている。 The multi-stage compressor 202 pumps gas-phase refrigerant. The multi-stage compressor 202 has multiple compression stages. These compression stages are connected to each other.

本実施の形態では、多段圧縮機202は、ターボ圧縮機である。圧縮段は、翼車である。 In this embodiment, the multi-stage compressor 202 is a turbo compressor. The compression stages are impellers.

図1に示す例では、多段圧縮機202は、第一圧縮段202aと、第二圧縮段202bと、第三圧縮段202cと、第一連通路203aと、第二連通路203bとを有している。第三圧縮段202cと、第二連通路203bと、第一圧縮段202aと、第一連通路203aと、第二圧縮段202bとは、この順に接続されている。圧縮段202a、202b及び202cは、翼車である。 In the example shown in FIG. 1, the multi-stage compressor 202 has a first compression stage 202a, a second compression stage 202b, a third compression stage 202c, a first communication passage 203a, and a second communication passage 203b. The third compression stage 202c, the second communication passage 203b, the first compression stage 202a, the first communication passage 203a, and the second compression stage 202b are connected in this order. The compression stages 202a, 202b, and 202c are impellers.

気相の冷媒が、第三圧縮段202cで圧縮され、第二連通路203bを流れ、第一圧縮段202aで圧縮され、第一連通路203aを流れ、その後、第二圧縮段202bで圧縮される。連通路203a及び203bを、圧縮流路と称することができる。 The gas phase refrigerant is compressed in the third compression stage 202c, flows through the second communication passage 203b, is compressed in the first compression stage 202a, flows through the first communication passage 203a, and is then compressed in the second compression stage 202b. The communication passages 203a and 203b can be referred to as the compression flow path.

図1に示す例では、多段圧縮機202は、三段構成の圧縮機である。ただし、多段圧縮機202が有する圧縮段の数は、特に限定されない。 In the example shown in FIG. 1, the multi-stage compressor 202 is a three-stage compressor. However, the number of compression stages that the multi-stage compressor 202 has is not particularly limited.

第二流路222は、多段圧縮機202から凝縮器204へと気相の冷媒を導く。具体的には、第二流路222は、多段圧縮機202の第二圧縮段202bから凝縮器204へと気相の冷媒を導く。 The second flow path 222 guides the gas phase refrigerant from the multi-stage compressor 202 to the condenser 204. Specifically, the second flow path 222 guides the gas phase refrigerant from the second compression stage 202b of the multi-stage compressor 202 to the condenser 204.

凝縮器204では、外部からの冷却媒体と、気相の冷媒と、が熱交換する。この熱交換によって、気相の冷媒が凝縮し、液相の冷媒が生成される。凝縮器204は、プレート式の熱交換器であってもよく、シェルアンドチューブ式の熱交換器であってもよく、噴霧式の熱交換器であってもよく、直接接触式の熱交換器であってもよい。 In the condenser 204, heat exchange occurs between the cooling medium from the outside and the gas phase refrigerant. This heat exchange causes the gas phase refrigerant to condense, generating a liquid phase refrigerant. The condenser 204 may be a plate type heat exchanger, a shell-and-tube type heat exchanger, a spray type heat exchanger, or a direct contact type heat exchanger.

第三流路223は、凝縮器204から第一弁205へと冷媒を導く。第三流路223において、液相の冷媒の一部は減圧により気化する。このため、第三流路223により、第一弁205に気液二相の冷媒が導かれる。 The third flow path 223 guides the refrigerant from the condenser 204 to the first valve 205. In the third flow path 223, a portion of the liquid-phase refrigerant is vaporized due to reduced pressure. Therefore, the gas-liquid two-phase refrigerant is guided to the first valve 205 by the third flow path 223.

第一弁205は、第一弁205を流れる気液二相の冷媒の流量を調整する。第一弁205を、高段側流量調整弁と称することができる。 The first valve 205 adjusts the flow rate of the two-phase gas-liquid refrigerant flowing through the first valve 205. The first valve 205 can be referred to as a high-stage flow rate adjustment valve.

第四流路224は、第一弁205から第一タンク207へと気液二相の冷媒を導く。第四流路224を、高段側流路と称することができる。 The fourth flow path 224 guides the gas-liquid two-phase refrigerant from the first valve 205 to the first tank 207. The fourth flow path 224 can be referred to as the high-stage side flow path.

第一タンク207において、気液二相の冷媒は、気化冷却されながら気液分離される。第一タンク207を、高段側気化冷却タンクと称することができる。 In the first tank 207, the two-phase gas-liquid refrigerant is separated into gas and liquid while being evaporatively cooled. The first tank 207 can be referred to as a high-stage evaporative cooling tank.

図2は、本実施の形態の第一タンク207を側方から見た拡大図である。図2に示すように、本実施の形態では、第一タンク207は、第一仕切り207aを有している。第一仕切り207aは、第一タンク207の第一内部空間207sを、第一上方空間207uと第一下方空間207dとに仕切っている。第一仕切り207aには、第一連通口207cが設けられている。第一連通口207cを介して第一上方空間207uと第一下方空間207dとが連通している。 Figure 2 is an enlarged side view of the first tank 207 of this embodiment. As shown in Figure 2, in this embodiment, the first tank 207 has a first partition 207a. The first partition 207a divides the first internal space 207s of the first tank 207 into a first upper space 207u and a first lower space 207d. The first partition 207a is provided with a first communication port 207c. The first upper space 207u and the first lower space 207d are in communication with each other via the first communication port 207c.

第一タンク207には、第一入口207iと、第一気相出口207ogと、第一液相出口207olと、が設けられている。第一入口207iは、第四流路224に接続されているとともに、第一上方空間207uに面している。第一気相出口207ogは、第一下方空間207dに面しているとともに、第一気相流路208に接続されている。第一液相出口207olは、第一下方空間207dに面しているとともに、中間流路209に接続されている。第一気相出口207ogは、第一液相出口207olよりも高い位置に設けられている。第一仕切り207aを、高段側遮閉物と称することができる。 The first tank 207 is provided with a first inlet 207i, a first gas phase outlet 207og, and a first liquid phase outlet 207ol. The first inlet 207i is connected to the fourth flow path 224 and faces the first upper space 207u. The first gas phase outlet 207og faces the first lower space 207d and is connected to the first gas phase flow path 208. The first liquid phase outlet 207ol faces the first lower space 207d and is connected to the intermediate flow path 209. The first gas phase outlet 207og is provided at a higher position than the first liquid phase outlet 207ol. The first partition 207a can be referred to as a high stage side shield.

図2に示すように、本実施の形態では、第一仕切り207aは、第一傾斜部207aiを有している。第一傾斜部207aiは、第一連通口207cに隣接する位置に設けられている。第一傾斜部207aiは、第一連通口207cに近づくにつれて高さが低くなっている。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, the first partition 207a has a first inclined portion 207ai. The first inclined portion 207ai is provided at a position adjacent to the first communication opening 207c. The height of the first inclined portion 207ai decreases as it approaches the first communication opening 207c.

図2に示すように、本実施の形態では、第一タンク207は、第一底壁207bwと、第一天井壁207cwと、第一側壁207swと、を有している。第一側壁207swは、第一底壁207bw及び第一天井壁207cwを接続している。第一天井壁207cwに、第一入口207iが設けられている。第一側壁207swに、第一気相出口207og及び第一液相出口207olが設けられている。また、第一側壁207swは、第一連通口207cに露出している。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, the first tank 207 has a first bottom wall 207bw, a first ceiling wall 207cw, and a first side wall 207sw. The first side wall 207sw connects the first bottom wall 207bw and the first ceiling wall 207cw. A first inlet 207i is provided in the first ceiling wall 207cw. A first gas phase outlet 207og and a first liquid phase outlet 207ol are provided in the first side wall 207sw. In addition, the first side wall 207sw is exposed to the first communication port 207c.

図3は、本実施の形態の第一タンク207を上方から見た拡大図である。第一タンク207を上方から観察したとき、第一気相出口207ogと第一入口207iとを結ぶ直線を第一直線207xと定義し、第一直線207xに直交し第一入口207iを通る直線を第二直線207yと定義する。このとき、本実施の形態では、第一タンク207を上方から観察したとき、第二直線207yに関し、第一気相出口207og及び第一連通口207cは互いに反対側にある。具体的には、第一タンク207を上方から観察したとき、第一直線207x上において、第一気相出口207ogと、第一入口207iと、第一連通口207cとが、この順に現れる。なお、図3では、第一仕切り207a等の図示は省略している。 Figure 3 is an enlarged view of the first tank 207 of this embodiment as viewed from above. When the first tank 207 is observed from above, a straight line connecting the first gas phase outlet 207og and the first inlet 207i is defined as a first straight line 207x, and a straight line perpendicular to the first straight line 207x and passing through the first inlet 207i is defined as a second straight line 207y. In this embodiment, when the first tank 207 is observed from above, the first gas phase outlet 207og and the first communication port 207c are on opposite sides of the second straight line 207y. Specifically, when the first tank 207 is observed from above, the first gas phase outlet 207og, the first inlet 207i, and the first communication port 207c appear in this order on the first straight line 207x. Note that the first partition 207a and the like are not shown in Figure 3.

第一タンク207では、気液二相の冷媒が第一入口207iから流入する。第一タンク207において気液分離により得られた気相の冷媒は、第一気相出口207ogから流出する。第一タンク207において気液分離により得られた液相の冷媒は、第一液相出口207olから流出する。 In the first tank 207, gas-liquid two-phase refrigerant flows in from the first inlet 207i. The gas-phase refrigerant obtained by gas-liquid separation in the first tank 207 flows out from the first gas-phase outlet 207og. The liquid-phase refrigerant obtained by gas-liquid separation in the first tank 207 flows out from the first liquid-phase outlet 207ol.

第一気相流路208は、第二タンク210及び蒸発器201をバイパスして、第一タンク207から多段圧縮機202へと気相の冷媒を導く。具体的には、第一気相流路208は、第一タンク207から第一連通路203aへと気相の冷媒を導く。第一気相流路208を、高段側気相流路と称することができる。第一連通路203aに導かれた気相の冷媒は、第二圧縮段202bに吸い込まれる。 The first gas phase flow path 208 bypasses the second tank 210 and the evaporator 201 and guides the gas phase refrigerant from the first tank 207 to the multi-stage compressor 202. Specifically, the first gas phase flow path 208 guides the gas phase refrigerant from the first tank 207 to the first communication passage 203a. The first gas phase flow path 208 can be referred to as a high-stage gas phase flow path. The gas phase refrigerant guided to the first communication passage 203a is sucked into the second compression stage 202b.

中間流路209は、第一タンク207から第二タンク210へと冷媒を導く。中間流路209において、液相の冷媒の一部は減圧により気化する。このため、中間流路209により、第二タンク210に気液二相の冷媒が導かれる。 The intermediate flow path 209 guides the refrigerant from the first tank 207 to the second tank 210. In the intermediate flow path 209, a portion of the liquid-phase refrigerant is vaporized by reducing the pressure. Therefore, the gas-liquid two-phase refrigerant is guided to the second tank 210 by the intermediate flow path 209.

図4は、本実施の形態の中間流路209の拡大図である。図4に示すように、本実施の形態では、中間流路209は、低位部209Lと、高位部209Hと、を有している。第一液相出口207olと、低位部209Lと、高位部209Hと、第二タンク210の第二入口210iとは、この順に接続されている。高位部209Hは、第一液相出口207ol、低位部209L及び第二入口210iに比べ、高い位置に設けられている。 Figure 4 is an enlarged view of the intermediate flow path 209 in this embodiment. As shown in Figure 4, in this embodiment, the intermediate flow path 209 has a low-level section 209L and a high-level section 209H. The first liquid phase outlet 207ol, the low-level section 209L, the high-level section 209H, and the second inlet 210i of the second tank 210 are connected in this order. The high-level section 209H is located at a higher position than the first liquid phase outlet 207ol, the low-level section 209L, and the second inlet 210i.

図4に示すように、本実施の形態では、中間流路209は上方に突出したU字部を有し、高位部209HはU字部の頂部である。ただし、中間流路209の構成は、これに限定されない。図5は、変形例の中間流路209の拡大図である。図5の例では、中間流路209は上方に突出した矩形部を有し、高位部209Hは矩形部の上辺部である。 As shown in FIG. 4, in this embodiment, the intermediate flow path 209 has a U-shaped portion that protrudes upward, and the high portion 209H is the apex of the U-shaped portion. However, the configuration of the intermediate flow path 209 is not limited to this. FIG. 5 is an enlarged view of the intermediate flow path 209 in a modified example. In the example of FIG. 5, the intermediate flow path 209 has a rectangular portion that protrudes upward, and the high portion 209H is the upper side of the rectangular portion.

バイパス流路214は、中間流路209の一部をバイパスするように、中間流路209の2つの地点を接続している。具体的には、バイパス流路214は、高位部209Hをバイパスするように、中間流路209の2つの地点を接続している。バイパス流路214は、高位部209Hよりも低い位置において延びている。中間流路209と同様、バイパス流路214においても、液相の冷媒の一部は減圧により気化しうる。 The bypass flow path 214 connects two points of the intermediate flow path 209 so as to bypass a portion of the intermediate flow path 209. Specifically, the bypass flow path 214 connects two points of the intermediate flow path 209 so as to bypass the high-level portion 209H. The bypass flow path 214 extends at a position lower than the high-level portion 209H. As with the intermediate flow path 209, in the bypass flow path 214, a portion of the liquid-phase refrigerant can be vaporized by reducing pressure.

第二タンク210において、気液二相の冷媒は、気化冷却されながら気液分離される。第二タンク210を、低段側気化冷却タンクと称することができる。 In the second tank 210, the two-phase gas-liquid refrigerant is separated into gas and liquid while being evaporatively cooled. The second tank 210 can be referred to as a low-stage evaporative cooling tank.

図6は、本実施の形態の第二タンク210を側方から見た拡大図である。図6に示すように、本実施の形態では、第二タンク210は、第二仕切り210aを有している。第二仕切り210aは、第二タンク210の第二内部空間210sを、第二上方空間210uと第二下方空間210dとに仕切っている。第二仕切り210aには、第二連通口210cが設けられている。第二連通口210cを介して第二上方空間210uと第二下方空間210dとが連通している。 Figure 6 is an enlarged side view of the second tank 210 of this embodiment. As shown in Figure 6, in this embodiment, the second tank 210 has a second partition 210a. The second partition 210a divides the second internal space 210s of the second tank 210 into a second upper space 210u and a second lower space 210d. The second partition 210a is provided with a second communication port 210c. The second upper space 210u and the second lower space 210d are in communication with each other via the second communication port 210c.

第二タンク210には、第二入口210iと、第二気相出口210ogと、第二液相出口210olと、が設けられている。第二入口210iは、中間流路209に接続されているとともに、第二上方空間210uに面している。第二気相出口210ogは、第二下方空間210dに面しているとともに、第二気相流路211に接続されている。第二液相出口210olは、第二下方空間210dに面しているとともに、第五流路225に接続されている。第二気相出口210ogは、第二液相出口210olよりも高い位置に設けられている。第二仕切り210aを、低段側遮閉物と称することができる。 The second tank 210 is provided with a second inlet 210i, a second gas phase outlet 210og, and a second liquid phase outlet 210ol. The second inlet 210i is connected to the intermediate flow path 209 and faces the second upper space 210u. The second gas phase outlet 210og faces the second lower space 210d and is connected to the second gas phase flow path 211. The second liquid phase outlet 210ol faces the second lower space 210d and is connected to the fifth flow path 225. The second gas phase outlet 210og is provided at a higher position than the second liquid phase outlet 210ol. The second partition 210a can be referred to as a low stage side shield.

図6に示すように、本実施の形態では、第二仕切り210aは、第二傾斜部210aiを有している。第二傾斜部210aiは、第二連通口210cに隣接する位置に設けられている。第二傾斜部210aiは、第二連通口210cに近づくにつれて高さが低くなっている。 As shown in FIG. 6, in this embodiment, the second partition 210a has a second inclined portion 210ai. The second inclined portion 210ai is provided at a position adjacent to the second communication port 210c. The height of the second inclined portion 210ai decreases as it approaches the second communication port 210c.

図6に示すように、本実施の形態では、第二タンク210は、第二底壁210bwと、第二天井壁210cwと、第二側壁210swと、を有している。第二側壁210swは、第二底壁210bw及び第二天井壁210cwを接続している。第二天井壁210cwに、第二入口210iが設けられている。第二側壁210swに、第二気相出口210ogが設けられている。第二底壁210bwに、第二液相出口210olが設けられている。また、第二側壁210swは、第二連通口210cに露出している。 As shown in FIG. 6, in this embodiment, the second tank 210 has a second bottom wall 210bw, a second ceiling wall 210cw, and a second side wall 210sw. The second side wall 210sw connects the second bottom wall 210bw and the second ceiling wall 210cw. A second inlet 210i is provided in the second ceiling wall 210cw. A second gas phase outlet 210og is provided in the second side wall 210sw. A second liquid phase outlet 210ol is provided in the second bottom wall 210bw. In addition, the second side wall 210sw is exposed to the second communication port 210c.

第二側壁210swではなく第二底壁210bwに第二液相出口210olが設けられていると、第二タンク210内に貯留されている液相の冷媒が少ないときであっても、第五流路225に液相の冷媒を供給し易い。ただし、第二側壁210swに第二液相出口210olが設けられていてもよい。 If the second liquid phase outlet 210ol is provided on the second bottom wall 210bw instead of the second side wall 210sw, it is easier to supply liquid phase refrigerant to the fifth flow path 225 even when the amount of liquid phase refrigerant stored in the second tank 210 is small. However, the second liquid phase outlet 210ol may be provided on the second side wall 210sw.

図2及び図6から理解されるように、第一底壁207bwと第一気相出口207ogの距離である第一距離は、第二底壁210bwと第二気相出口210ogの距離である第二距離よりも大きい。 2 and 6, the first distance, which is the distance between the first bottom wall 207bw and the first gas phase outlet 207og, is greater than the second distance, which is the distance between the second bottom wall 210bw and the second gas phase outlet 210og.

以下、第一距離>第二距離の利点について説明する。第一気相流路208における圧損を低減する観点からは、第一気相流路208は短いほうがいい。ただし、このようにすると、第一タンク207における蒸気圧は低くなり易い。第一タンク207における蒸気圧が低いと、第一タンク207と第二タンク210の間の圧力差が小さくなり易い。このような構成が採用されている場合において第一圧縮段202aの吸込み口と吐出口の間の差圧が過渡的に小さくなると、もともと小さくなり易いタンク207及び210の間の圧力差がさらに減少しうる。このことにより、中間流路209から第一タンク207への液相の冷媒の逆流が生じうる。しかし、第一距離>第二距離であれば、第一距離を確保し易い。このため、上記逆流に伴って第一タンク207の液位が上昇したとしても、液位と第一気相出口207ogとの間の距離を十分に確保し易い。 The advantages of the first distance > the second distance are explained below. From the viewpoint of reducing the pressure loss in the first gas phase flow path 208, it is better for the first gas phase flow path 208 to be short. However, if this is done, the vapor pressure in the first tank 207 is likely to be low. If the vapor pressure in the first tank 207 is low, the pressure difference between the first tank 207 and the second tank 210 is likely to be small. When such a configuration is adopted, if the pressure difference between the suction port and the discharge port of the first compression stage 202a becomes transiently small, the pressure difference between the tanks 207 and 210, which is already likely to be small, may be further reduced. This may cause a backflow of the liquid phase refrigerant from the intermediate flow path 209 to the first tank 207. However, if the first distance > the second distance, it is easy to ensure the first distance. Therefore, even if the liquid level in the first tank 207 rises due to the backflow, it is easy to ensure a sufficient distance between the liquid level and the first gas phase outlet 207og.

ただし、第一距離と第二距離は、同じであってもよい。また、第一距離は、第二距離よりも小さくてもよい。 However, the first distance and the second distance may be the same. Also, the first distance may be smaller than the second distance.

図7は、本実施の形態の第二タンク210を上方から見た拡大図である。第二タンク210を上方から観察したとき、第二気相出口210ogと第二入口210iとを結ぶ直線を第三直線210xと定義し、第三直線210xに直交し第二入口210iを通る直線を第四直線210yと定義する。このとき、本実施の形態では、第二タンク210を上方から観察したとき、第四直線210yに関し、第二気相出口210og及び第二連通口210cは互いに反対側にある。具体的には、第二タンク210を上方から観察したとき、第三直線210x上において、第二気相出口210ogと、第二入口210iと、第二連通口210cとが、この順に現れる。なお、図7では、第二仕切り210a等の図示は省略している。 Figure 7 is an enlarged view of the second tank 210 of this embodiment as viewed from above. When the second tank 210 is observed from above, the straight line connecting the second gas phase outlet 210og and the second inlet 210i is defined as the third straight line 210x, and the straight line perpendicular to the third straight line 210x and passing through the second inlet 210i is defined as the fourth straight line 210y. In this embodiment, when the second tank 210 is observed from above, the second gas phase outlet 210og and the second communication port 210c are on opposite sides of the fourth straight line 210y. Specifically, when the second tank 210 is observed from above, the second gas phase outlet 210og, the second inlet 210i, and the second communication port 210c appear in this order on the third straight line 210x. Note that the second partition 210a and the like are not shown in Figure 7.

第二タンク210では、気液二相の冷媒が第二入口210iから流入する。第二タンク210において気液分離により得られた気相の冷媒は、第二気相出口210ogから流出する。第二タンク210において気液分離により得られた液相の冷媒は、第二液相出口210olから流出する。 In the second tank 210, gas-liquid two-phase refrigerant flows in from the second inlet 210i. The gas-phase refrigerant obtained by gas-liquid separation in the second tank 210 flows out from the second gas-phase outlet 210og. The liquid-phase refrigerant obtained by gas-liquid separation in the second tank 210 flows out from the second liquid-phase outlet 210ol.

第二気相流路211は、蒸発器201をバイパスして、第二タンク210から多段圧縮機202へと気相の冷媒を導く。具体的には、第二気相流路211は、第二タンク210から第二連通路203bへと気相の冷媒を導く。第二気相流路211を、低段側気相流路と称することができる。第二連通路203bに導かれた気相の冷媒は、第一圧縮段202aに吸い込まれる。 The second gas phase flow path 211 bypasses the evaporator 201 and guides the gas phase refrigerant from the second tank 210 to the multi-stage compressor 202. Specifically, the second gas phase flow path 211 guides the gas phase refrigerant from the second tank 210 to the second communication passage 203b. The second gas phase flow path 211 can be referred to as a low-stage gas phase flow path. The gas phase refrigerant guided to the second communication passage 203b is sucked into the first compression stage 202a.

第五流路225は、第二タンク210から第二弁213へと液相の冷媒を導く。第五流路225を、低段液相流路と称することができる。 The fifth flow path 225 guides liquid phase refrigerant from the second tank 210 to the second valve 213. The fifth flow path 225 can be referred to as a low-stage liquid phase flow path.

第二弁213は、第一弁205を流れる液相の冷媒の流量を調整する。第二弁213を、低段側流量調整弁と称することができる。 The second valve 213 adjusts the flow rate of the liquid phase refrigerant flowing through the first valve 205. The second valve 213 can be referred to as a low-stage flow rate adjustment valve.

第一弁205、例えば、単孔型又は多孔型の可変オリフィス弁である。この点は、第二弁213及びバイパス弁217についても同様である。 The first valve 205 is, for example, a single-hole or multi-hole variable orifice valve. The same applies to the second valve 213 and the bypass valve 217.

[1-2.動作]
以上のように構成された冷凍サイクル装置200について、以下、その動作及び作用を、図面を参照しながら説明する。
[1-2. Operation]
The operation and function of the refrigeration cycle apparatus 200 configured as above will be described below with reference to the drawings.

[1-2-1.第一状態における動作]
冷凍サイクル装置200は、第一状態をとることができる。第一状態は、バイパス弁217の開度が相対的に小さい状態である。ここで、開度が相対的に小さいとは、開度がゼロであることを含む概念である。本実施の形態の第一状態では、バイパス弁217の開度はゼロである。本実施の形態では、冷凍サイクル装置200は、大負荷時において、第一状態をとりうる。具体的には、冷凍サイクル装置200は、定格負荷時において、第一状態をとりうる。本実施の形態では、大負荷時において、蒸発器201における蒸発後の冷媒と凝縮器204における凝縮後の冷媒との温度差が大きく、多段圧縮機202の回転数が高く、多段圧縮機202における圧縮段間の差圧が大きい。典型的には、定格負荷時において、上記の温度差、回転数及び差圧は、定格範囲にある。
[1-2-1. Operation in the first state]
The refrigeration cycle apparatus 200 can be in a first state. In the first state, the opening degree of the bypass valve 217 is relatively small. Here, the concept of the opening degree being relatively small includes the opening degree being zero. In the first state of the present embodiment, the opening degree of the bypass valve 217 is zero. In the present embodiment, the refrigeration cycle apparatus 200 can be in the first state at a high load. Specifically, the refrigeration cycle apparatus 200 can be in the first state at a rated load. In the present embodiment, at a high load, the temperature difference between the refrigerant after evaporation in the evaporator 201 and the refrigerant after condensation in the condenser 204 is large, the rotation speed of the multi-stage compressor 202 is high, and the pressure difference between the compression stages in the multi-stage compressor 202 is large. Typically, at a rated load, the above temperature difference, rotation speed, and pressure difference are in the rated range.

以下、第一状態にある冷凍サイクル装置200の動作について、説明する。 The operation of the refrigeration cycle device 200 in the first state is described below.

蒸発器201において、貯留された液相の冷媒と、外部からの加熱媒体と、が熱交換する。この熱交換によって、液相の冷媒が蒸発し、気相の冷媒が生成される。 In the evaporator 201, heat is exchanged between the stored liquid-phase refrigerant and the heating medium from the outside. This heat exchange causes the liquid-phase refrigerant to evaporate, generating gas-phase refrigerant.

次に、気相の冷媒は、多段圧縮機202において、各圧縮段によって順次圧縮される。具体的には、気相の冷媒は、第三圧縮段202cで圧縮され、第二連通路203bを流れ、第一圧縮段202aで圧縮され、第一連通路203aを流れ、その後、第二圧縮段202bで圧縮される。 Next, the gas phase refrigerant is compressed sequentially by each compression stage in the multi-stage compressor 202. Specifically, the gas phase refrigerant is compressed in the third compression stage 202c, flows through the second communication passage 203b, is compressed in the first compression stage 202a, flows through the first communication passage 203a, and is then compressed in the second compression stage 202b.

次に、凝縮器204において、気相の冷媒と、外部からの冷却媒体と、が熱交換する。この熱交換によって、気相の冷媒が凝縮し、生成された液相の冷媒が凝縮器204において貯留される。 Next, in the condenser 204, heat exchange occurs between the gas phase refrigerant and the cooling medium from the outside. This heat exchange causes the gas phase refrigerant to condense, and the resulting liquid phase refrigerant is stored in the condenser 204.

次に、第三流路223において、液相の冷媒の一部は減圧により気化する。このようにして、第三流路223において、気液二相の冷媒が生成される。次に、第一弁205において、気液二相の冷媒の流量が調整される。次に、気液二相の冷媒は、第四流路224を流れる。 Next, in the third flow path 223, a portion of the liquid-phase refrigerant is vaporized by reducing pressure. In this way, a two-phase gas-liquid refrigerant is generated in the third flow path 223. Next, the flow rate of the two-phase gas-liquid refrigerant is adjusted in the first valve 205. Next, the two-phase gas-liquid refrigerant flows through the fourth flow path 224.

次に、気液二相の冷媒は、第一タンク207に流入する。第一入口207iから第一上方空間207uに流入した気液二相の冷媒は膨張する。この膨張により、液滴が生じる。具体的には、この膨張が生じたとたんに、体積の大きい気相の冷媒が生成される。この際、液が膜となって気相の冷媒を包み、これにより泡が形成される。泡における気相の冷媒の体積が増加することにより、泡は最終的には破裂する。泡が破裂すると液滴が発生する。生じた液滴を、第一仕切り207aの上面が受ける。このようにして、第一タンク207において、冷媒の気液分離が行われる。 Next, the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the first tank 207. The gas-liquid two-phase refrigerant that flows into the first upper space 207u from the first inlet 207i expands. This expansion produces droplets. Specifically, as soon as this expansion occurs, a large volume of gas-phase refrigerant is generated. At this time, the liquid forms a film that envelops the gas-phase refrigerant, thereby forming bubbles. As the volume of the gas-phase refrigerant in the bubbles increases, the bubbles eventually burst. When the bubbles burst, droplets are produced. The resulting droplets are received by the upper surface of the first partition 207a. In this way, gas-liquid separation of the refrigerant is performed in the first tank 207.

本実施の形態では、凝縮器204から吐出されてから第一タンク207に流入するまでに冷媒が流れる流路に、圧縮機が設けられていない。このことは、第一タンク207に気液二相の冷媒を供給することに適している。 In this embodiment, no compressor is provided in the flow path through which the refrigerant flows from when it is discharged from the condenser 204 until it flows into the first tank 207. This is suitable for supplying a two-phase gas-liquid refrigerant to the first tank 207.

気液分離により得られた気相の冷媒は、第一上方空間207uから、第一連通口207cを介して第一下方空間207dに移動し、第一気相出口207ogから流出する。一方、気液分離により得られた液相の冷媒は、第一仕切り207aの第一傾斜部207aiを伝って流れ、第一連通口207cから第一下方空間207dへと滴下され、第一下方空間207dの底部において貯留される。貯留された液相の冷媒は、第一液相出口207olから流出する。 The gas-phase refrigerant obtained by gas-liquid separation moves from the first upper space 207u through the first communication port 207c to the first lower space 207d and flows out from the first gas-phase outlet 207og. On the other hand, the liquid-phase refrigerant obtained by gas-liquid separation flows along the first inclined portion 207ai of the first partition 207a, drips from the first communication port 207c into the first lower space 207d, and is stored at the bottom of the first lower space 207d. The stored liquid-phase refrigerant flows out from the first liquid-phase outlet 207ol.

第一気相出口207ogから流出した気相の冷媒は、第一気相流路208に流入する。その後、気相の冷媒は、第一連通路203aを介して第二圧縮段202bの吸込み口に吸入される。 The gas phase refrigerant flowing out of the first gas phase outlet 207og flows into the first gas phase flow path 208. The gas phase refrigerant is then sucked into the suction port of the second compression stage 202b via the first communication passage 203a.

本実施の形態では、第一タンク207において、液相の冷媒は、第一仕切り207aの上面を伝って流れる。このようにすれば、液相の冷媒の表面積が大きい状態を維持しつつ液相の冷媒を移動させることができる。このため、本実施の形態によれば、沸騰現象を抑制し易い。このことは、第一連通路203aを介して第二圧縮段202bに吸い込まれるべき気相の冷媒に液滴が混入することを抑制し、これにより多段圧縮機202の性能を維持するのに適している。 In this embodiment, in the first tank 207, the liquid phase refrigerant flows along the upper surface of the first partition 207a. In this way, the liquid phase refrigerant can be moved while maintaining a large surface area of the liquid phase refrigerant. Therefore, according to this embodiment, it is easy to suppress the boiling phenomenon. This prevents liquid droplets from being mixed into the gas phase refrigerant to be sucked into the second compression stage 202b via the first communication passage 203a, and is therefore suitable for maintaining the performance of the multi-stage compressor 202.

第一液相出口207olから流出した液相の冷媒は、中間流路209に流入する。中間流路209において、液相の冷媒の一部は減圧により気化する。 The liquid phase refrigerant flowing out of the first liquid phase outlet 207ol flows into the intermediate flow path 209. In the intermediate flow path 209, a portion of the liquid phase refrigerant is vaporized due to reduced pressure.

ところで、仮に、第一タンク207内で気液分離により生成された液相の冷媒が、直ちに中間流路209を介して第二タンク210に流出したとする。その場合、第一タンク207では、液相の冷媒が第一下方空間207dの底部に実質的に貯留されない。第一タンク207が液相の冷媒を実質的に貯留していない状態になると、第一圧縮段202aの吐出口、第一連通路203a、第一気相流路208、第一タンク207、中間流路209、第二タンク210、第二気相流路211、第二連通路203b及び第一圧縮段202aの吸込み口の順に気相の冷媒が流れるループが形成されうる。第一圧縮段202aから吐出された気相の冷媒が第二圧縮段202bに吸い込まれるのではなくこのようなループを流れる状態にあっては、第一圧縮段202aが、多段圧縮機202の圧縮性能に貢献し難い。つまり、圧縮性能の観点から、第一圧縮段202aが実質的に“見えなく”なる。例えば、多段圧縮機202が三段構成の圧縮機である場合、二段構成の圧縮機との同程度の圧縮性能しか発揮しないという事態を招きうる。 Now, suppose that the liquid-phase refrigerant generated by gas-liquid separation in the first tank 207 immediately flows into the second tank 210 through the intermediate flow path 209. In that case, in the first tank 207, the liquid-phase refrigerant is not substantially stored at the bottom of the first lower space 207d. When the first tank 207 is in a state where the liquid-phase refrigerant is not substantially stored, a loop may be formed in which the gas-phase refrigerant flows in the order of the discharge port of the first compression stage 202a, the first communication passage 203a, the first gas-phase flow path 208, the first tank 207, the intermediate flow path 209, the second tank 210, the second gas-phase flow path 211, the second communication passage 203b, and the suction port of the first compression stage 202a. In a state where the gas-phase refrigerant discharged from the first compression stage 202a flows through such a loop instead of being sucked into the second compression stage 202b, the first compression stage 202a is unlikely to contribute to the compression performance of the multi-stage compressor 202. In other words, from the perspective of compression performance, the first compression stage 202a becomes essentially "invisible." For example, if the multi-stage compressor 202 is a three-stage compressor, it may result in a situation where it only exhibits compression performance equivalent to that of a two-stage compressor.

この点、本実施の形態では、上記のループが形成され難い。具体的には、中間流路209において、第一液相出口207olから第二入口210iに向かって順に、低位部209Lと、高位部209Hと、が現れる。このため、第一液相出口207olから中間流路209を介して第二入口210iに液相成分を含む冷媒が流れる場合において、低位部209Lと高位部209Hとの間の水位ヘッド差により、冷媒の流れを制限できる。このため、第一タンク207が冷媒を実質的に貯留していない状態になり難い。このことは、上記のようなループが形成されるのを防ぎ、多段圧縮機202の圧縮性能が低下するのを防ぐのに貢献しうる。 In this respect, in this embodiment, the above-mentioned loop is unlikely to form. Specifically, in the intermediate flow path 209, a low-level portion 209L and a high-level portion 209H appear in order from the first liquid-phase outlet 207ol toward the second inlet 210i. Therefore, when a refrigerant containing a liquid phase component flows from the first liquid-phase outlet 207ol to the second inlet 210i via the intermediate flow path 209, the flow of the refrigerant can be restricted by the water level head difference between the low-level portion 209L and the high-level portion 209H. Therefore, the first tank 207 is unlikely to be in a state where it does not substantially store refrigerant. This can contribute to preventing the above-mentioned loop from being formed and preventing a decrease in the compression performance of the multi-stage compressor 202.

中間流路209における部分的な気化により生成された気液二相の冷媒が、第二タンク210に流入する。第二入口210iから第二上方空間210uに流入した気液二相の冷媒は膨張する。この膨張により、液滴が生じる。具体的には、この膨張が生じたとたんに、体積の大きい気相の冷媒が生成される。この際、液が膜となって気相の冷媒を包み、これにより泡が形成される。泡における気相の冷媒の体積が増加することにより、泡は最終的には破裂する。泡が破裂すると液滴が発生する。生じた液滴を、第二仕切り210aの上面が受ける。このようにして、第二タンク210において、冷媒の気液分離が行われる。 The gas-liquid two-phase refrigerant generated by partial evaporation in the intermediate flow path 209 flows into the second tank 210. The gas-liquid two-phase refrigerant that flows into the second upper space 210u from the second inlet 210i expands. This expansion generates droplets. Specifically, as soon as this expansion occurs, a large volume of gas-phase refrigerant is generated. At this time, the liquid forms a film that envelops the gas-phase refrigerant, thereby forming bubbles. As the volume of the gas-phase refrigerant in the bubbles increases, the bubbles eventually burst. When the bubbles burst, droplets are generated. The resulting droplets are received by the upper surface of the second partition 210a. In this way, gas-liquid separation of the refrigerant is performed in the second tank 210.

気液分離により得られた気相の冷媒は、第二上方空間210uから、第二連通口210cを介して第二下方空間210dに移動し、第二気相出口210ogから流出する。一方、気液分離により得られた液相の冷媒は、第二仕切り210aの第二傾斜部210aiを伝って流れ、第二連通口210cから第二下方空間210dへと滴下され、第二下方空間210dの底部において貯留される。貯留された液相の冷媒は、第二液相出口210olから流出する。 The gas-phase refrigerant obtained by gas-liquid separation moves from the second upper space 210u through the second communication port 210c to the second lower space 210d and flows out from the second gas-phase outlet 210og. Meanwhile, the liquid-phase refrigerant obtained by gas-liquid separation flows along the second inclined portion 210ai of the second partition 210a, drips from the second communication port 210c into the second lower space 210d, and is stored at the bottom of the second lower space 210d. The stored liquid-phase refrigerant flows out from the second liquid-phase outlet 210ol.

第二気相出口210ogから流出した気相の冷媒は、第二気相流路211に流入する。その後、気相の冷媒は、第二連通路203bを介して第一圧縮段202aの吸込み口に吸入される。 The gas phase refrigerant flowing out from the second gas phase outlet 210og flows into the second gas phase flow path 211. The gas phase refrigerant is then sucked into the suction port of the first compression stage 202a via the second communication passage 203b.

本実施の形態では、第二タンク210において、液相の冷媒は、第二仕切り210aの上面を伝って流れる。このようにすれば、液相の冷媒の表面積が大きい状態を維持しつつ液相の冷媒を移動させることができる。このため、本実施の形態によれば、沸騰現象を抑制し易い。このことは、第二連通路203bを介して第一圧縮段202aに吸い込まれるべき気相の冷媒に液滴が混入することを抑制し、これにより多段圧縮機202の性能を維持するのに適している。 In this embodiment, in the second tank 210, the liquid phase refrigerant flows along the upper surface of the second partition 210a. In this way, the liquid phase refrigerant can be moved while maintaining a large surface area of the liquid phase refrigerant. Therefore, according to this embodiment, it is easy to suppress the boiling phenomenon. This prevents liquid droplets from being mixed into the gas phase refrigerant to be sucked into the first compression stage 202a via the second communication passage 203b, and is therefore suitable for maintaining the performance of the multi-stage compressor 202.

第二液相出口210olから流出した液相の冷媒は、第五流路225を流れる。次に、第二弁213において、液相の冷媒の流量が調整される。次に、液相の冷媒は、蒸発器201に流入する。 The liquid phase refrigerant flowing out of the second liquid phase outlet 210ol flows through the fifth flow path 225. Next, the flow rate of the liquid phase refrigerant is adjusted in the second valve 213. Next, the liquid phase refrigerant flows into the evaporator 201.

[1-2-2.第二状態における動作]
冷凍サイクル装置200は、第二状態をとることができる。第二状態は、バイパス弁217の開度が相対的に大きい状態である。本実施の形態では、第二状態は、バイパス弁217の開度が全開である状態である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置200は、小負荷時において、第二状態をとりうる。具体的には、冷凍サイクル装置200は、部分負荷時において、第二状態をとりうる。本実施の形態では、小負荷時において、蒸発器201における蒸発後の冷媒と凝縮器204における凝縮後の冷媒との温度差が小さく、多段圧縮機202の回転数が低く、多段圧縮機202における圧縮段間の差圧が小さい。部分負荷時とは、例えば、冷凍サイクル装置200の起動時、停止時等である。
[1-2-2. Operation in the second state]
The refrigeration cycle apparatus 200 can be in a second state. In the second state, the opening degree of the bypass valve 217 is relatively large. In the present embodiment, the second state is a state in which the opening degree of the bypass valve 217 is fully open. In the present embodiment, the refrigeration cycle apparatus 200 can be in the second state at a small load. Specifically, the refrigeration cycle apparatus 200 can be in the second state at a partial load. In the present embodiment, at a small load, the temperature difference between the refrigerant after evaporation in the evaporator 201 and the refrigerant after condensation in the condenser 204 is small, the rotation speed of the multi-stage compressor 202 is low, and the pressure difference between the compression stages in the multi-stage compressor 202 is small. The partial load state is, for example, when the refrigeration cycle apparatus 200 is started or stopped.

以下、第二状態にある冷凍サイクル装置200の動作について、説明する。なお、以下では、第一状態と同様の内容については、その説明を省略する。 The operation of the refrigeration cycle device 200 in the second state will be described below. Note that the description of the same contents as in the first state will be omitted below.

第二状態においても、第一状態と同様、第一液相出口207olから流出した液相の冷媒は、中間流路209に流入する。ただし、第二状態では、中間流路209に流入した冷媒は、中間流路209の途中でバイパス流路214に流入する。冷媒は、高位部209Hをバイパスするようにバイパス流路214を流れ、中間流路209に戻る。中間流路209及び/又はバイパス流路214において、液相の冷媒の一部は減圧により気化する。中間流路209及び/又はバイパス流路214を流れた冷媒は、第二タンク210に流入する。 In the second state, as in the first state, the liquid-phase refrigerant flowing out from the first liquid-phase outlet 207ol flows into the intermediate flow path 209. However, in the second state, the refrigerant that flows into the intermediate flow path 209 flows into the bypass flow path 214 midway through the intermediate flow path 209. The refrigerant flows through the bypass flow path 214 to bypass the high-level portion 209H, and returns to the intermediate flow path 209. In the intermediate flow path 209 and/or the bypass flow path 214, a portion of the liquid-phase refrigerant is vaporized by reduced pressure. The refrigerant that flows through the intermediate flow path 209 and/or the bypass flow path 214 flows into the second tank 210.

本実施の形態では、第一圧縮段202aの吸込み口は、第二連通路203b及び第二気相流路211を介して、第二タンク210の第二気相出口210ogに連通している。一方、第一圧縮段202aの吐出口は、第一連通路203a及び第一気相流路208を介して、第一タンク207の第一気相出口207ogに連通している。このため、多段圧縮機202における圧縮段間の差圧が小さく第一圧縮段202aの吸込み口と吐出口の間の差圧が小さい条件においては、第一タンク207の第一内部空間207sと第二タンク210の第二内部空間210sとの間も差圧が小さくなる。この場合、第一タンク207から第二タンク210へと冷媒をスムーズに流すことは難しいようにも思われる。 In this embodiment, the suction port of the first compression stage 202a is connected to the second gas phase outlet 210og of the second tank 210 via the second communication passage 203b and the second gas phase flow path 211. On the other hand, the discharge port of the first compression stage 202a is connected to the first gas phase outlet 207og of the first tank 207 via the first communication passage 203a and the first gas phase flow path 208. Therefore, under conditions where the pressure difference between the compression stages in the multi-stage compressor 202 is small and the pressure difference between the suction port and the discharge port of the first compression stage 202a is small, the pressure difference between the first internal space 207s of the first tank 207 and the second internal space 210s of the second tank 210 is also small. In this case, it seems difficult to smoothly flow the refrigerant from the first tank 207 to the second tank 210.

しかしながら、本実施の形態では、第一タンク207は、第二タンク210よりも高い位置にある。具体的には、第一タンク207において貯留される液相の冷媒の液面が、第二タンク210において貯留される液相の冷媒の液面よりも高くなるように、第一タンク207の高さ及び第二タンク210の高さが設定されている。このようにして得られる第一タンク207と第二タンク210との間の水位ヘッド差により、第一タンク207から第二タンク210に流れる冷媒を加圧できる。このようにすれば、多段圧縮機202における圧縮段間の差圧が小さくても、第一タンク207から第二タンク210へと冷媒をスムーズに流すことができる。 However, in this embodiment, the first tank 207 is located higher than the second tank 210. Specifically, the height of the first tank 207 and the height of the second tank 210 are set so that the liquid level of the liquid phase refrigerant stored in the first tank 207 is higher than the liquid level of the liquid phase refrigerant stored in the second tank 210. The water level head difference between the first tank 207 and the second tank 210 obtained in this manner can pressurize the refrigerant flowing from the first tank 207 to the second tank 210. In this way, even if the pressure difference between the compression stages in the multi-stage compressor 202 is small, the refrigerant can flow smoothly from the first tank 207 to the second tank 210.

第一状態ではバイパス弁217の開度が相対的に小さいため中間流路209に冷媒が流れ易く、その中間流路209には高位部209Hが存在する。そのため、第一状態では、多段圧縮機202における圧縮段間の差圧が大きくても、第一タンク207に貯留される液相の冷媒が過度に少なくなることを防止できる。一方、第二状態では、バイパス弁217の開度が相対的に大きい。このため、多段圧縮機202における圧縮段間の差圧が小さくても、第一タンク207から第二タンク210に十分に冷媒を流すことができる。 In the first state, the opening of the bypass valve 217 is relatively small, so that the refrigerant easily flows into the intermediate flow path 209, and the intermediate flow path 209 has a high-level portion 209H. Therefore, in the first state, even if the pressure difference between the compression stages in the multi-stage compressor 202 is large, it is possible to prevent the amount of liquid-phase refrigerant stored in the first tank 207 from becoming excessively small. On the other hand, in the second state, the opening of the bypass valve 217 is relatively large. Therefore, even if the pressure difference between the compression stages in the multi-stage compressor 202 is small, it is possible to sufficiently flow the refrigerant from the first tank 207 to the second tank 210.

本実施の形態では、第一状態においてバイパス弁217の開度はゼロであり、一方、第二状態においてバイパス弁217の開度は全開である。ただし、第一状態においてバイパス弁217の開度が非ゼロであり、第二状態においてバイパス弁217の開度が非全開であってもよい。上述のとおり、一般的には、第一状態におけるバイパス弁217の開度は、第二状態におけるバイパス弁217の開度よりも小さいと説明できる。 In this embodiment, the opening degree of the bypass valve 217 is zero in the first state, while the opening degree of the bypass valve 217 is fully open in the second state. However, the opening degree of the bypass valve 217 may be non-zero in the first state, and non-fully open in the second state. As described above, it can generally be explained that the opening degree of the bypass valve 217 in the first state is smaller than the opening degree of the bypass valve 217 in the second state.

[1-3.効果等]
本発明者らは、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む気相冷媒を多段圧縮機によって圧縮することを検討した。この場合、凝縮器から蒸発器に向かって導かれる液相の冷媒の減圧により生成された気相の冷媒を多段圧縮機の圧縮段間の流路に導くことが考えられる。
[1-3. Effects, etc.]
The inventors have considered compressing a gas-phase refrigerant containing, as a main component, a component having a saturated vapor pressure equal to or lower than atmospheric pressure at room temperature, by using a multi-stage compressor. In this case, it is considered that the gas-phase refrigerant generated by reducing the pressure of the liquid-phase refrigerant guided from the condenser to the evaporator is guided to a flow path between compression stages of the multi-stage compressor.

常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む液相冷媒を減圧するとき、フルオロカーボン等の冷媒とは異なり、微小な圧力変化で大きな温度変化が生じ、膨張時には気相の冷媒が過多となりうる。例えば、冷媒が水であると、100Paの圧力損失で約1℃以上の温度変化が生じうる。また、沸騰により液体の水の体積の約14500倍の体積を有する水蒸気が発生しうる(甲藤 好朗著、「伝熱」第44巻No.187、社団法人日本伝熱学会、p.15-20、「沸騰の科学(2)」の(2)低圧沸騰を参照)。常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分は、このような特性を有するので、冷媒の減圧に伴い冷媒の体積の大半が気相冷媒によって占められるようになる。 When a liquid-phase refrigerant containing as its main component a component with a saturated vapor pressure below atmospheric pressure at room temperature is decompressed, unlike refrigerants such as fluorocarbons, a small change in pressure can cause a large temperature change, and the gas-phase refrigerant can become excessive during expansion. For example, if the refrigerant is water, a pressure loss of 100 Pa can cause a temperature change of about 1°C or more. In addition, boiling can generate water vapor with a volume about 14,500 times the volume of liquid water (Yoshiaki Katto, "Heat Transfer", Vol. 44, No. 187, Japan Society of Heat Transfer, pp. 15-20, see (2) Low-pressure boiling in "The Science of Boiling (2)"). Components with a saturated vapor pressure below atmospheric pressure at room temperature have such characteristics, so as the refrigerant is decompressed, most of the volume of the refrigerant becomes occupied by the gas-phase refrigerant.

具体的には、本発明者らは、凝縮器よりも下流側かつ蒸発器よりも上流側に2つのタンクを設け、それらのタンクを用いて多段圧縮機の圧縮段間に導くべき気相の冷媒を生成するという構成を検討した。この構成においては、液相成分を含む冷媒がタンクに流入して膨張したとたんに、体積の大きい気相の冷媒が生成される。この際、液が膜となって気相の冷媒を包み、これにより泡が形成される。泡における気相の冷媒の体積が増加することにより、泡は最終的には破裂する。泡が破裂すると、微小な液滴が発生する。多段圧縮機の圧縮段間の流路には、多量の気相の冷媒と、液滴とが、温度平衡の状態で流入する。気相の冷媒とともに液滴が圧縮段に吸い込まれると、圧縮段においてエロージョンが生じうる。エロージョンは、多段圧縮機の性能を低下させうる。 Specifically, the inventors have considered a configuration in which two tanks are provided downstream of the condenser and upstream of the evaporator, and these tanks are used to generate gas-phase refrigerant to be introduced between the compression stages of the multi-stage compressor. In this configuration, as soon as refrigerant containing liquid phase components flows into the tank and expands, a large volume of gas-phase refrigerant is generated. At this time, the liquid forms a film that envelops the gas-phase refrigerant, thereby forming bubbles. As the volume of the gas-phase refrigerant in the bubbles increases, the bubbles eventually burst. When the bubbles burst, tiny droplets are generated. A large amount of gas-phase refrigerant and liquid droplets flow into the flow passage between the compression stages of the multi-stage compressor in a state of temperature equilibrium. If the liquid droplets are sucked into the compression stages together with the gas-phase refrigerant, erosion may occur in the compression stages. Erosion may reduce the performance of the multi-stage compressor.

これを踏まえ、発明者らは、凝縮器から蒸発器に向かって導かれる液相成分を含む冷媒が減圧され、この減圧により液滴が生じる冷凍サイクル装置において、液滴が圧縮段間の流路に混入するのを抑制する技術について鋭意検討を重ねた。実施の形態の技術は、係る検討に基づいたものである。 In light of this, the inventors have conducted extensive research into technology to prevent liquid droplets from entering the flow path between compression stages in a refrigeration cycle device in which a refrigerant containing liquid phase components is depressurized as it is guided from a condenser to an evaporator, causing liquid droplets to form as a result of this depressurization. The technology of the embodiment is based on such research.

本実施の形態において、冷凍サイクル装置200は、常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒を用いる。冷凍サイクル装置200では、蒸発器201と、多段圧縮機202と、凝縮器204と、タンク207と、をこの順に備えている。多段圧縮機202は、第一圧縮段202aと、第二圧縮段202bと、を有している。タンク207は、仕切り207aと、上方空間207uと、下方空間207dと、連通口207cと、入口207iと、液相出口207olと、気相出口207ogと、を有している。上方空間207uは、仕切り207aよりも上方に位置している。下方空間207dは、仕切り207aよりも下方に位置している。連通口207cは、上方空間207uと下方空間207dとを連通させている。入口207iは、上方空間207uに開口している。液相出口207olは、下方空間207dに開口している。気相出口207ogは、下方空間207dに開口している。気相出口207ogは、液相出口207olよりも高い位置にある。蒸発器201と、第一圧縮段202aと、第二圧縮段202bと、凝縮器204と、入口207iと、上方空間207uと、連通口207cと、下方空間207dと、液相出口207olと、をこの順に冷媒が循環する。気相出口207ogから第二圧縮段202bへと気相の冷媒が流れる。この構成によれば、仕切り207aにより、気相の冷媒とともに液滴が上方空間207uから気相出口207ogへと移動するのを妨げることができる。このため、この構成は、多段圧縮機202の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、この構成は、第二圧縮段202bに液滴が吸入されることを抑制するのに適している。液滴の吸入が抑制されることにより、第二圧縮段202bのエロージョンが抑制される。これにより、多段圧縮機202の性能低下が抑制され、冷凍サイクル装置200の能力が安定しうる。 In this embodiment, the refrigeration cycle device 200 uses a refrigerant containing, as a main component, a component having a saturated vapor pressure equal to or lower than atmospheric pressure at room temperature. The refrigeration cycle device 200 includes, in this order, an evaporator 201, a multi-stage compressor 202, a condenser 204, and a tank 207. The multi-stage compressor 202 has a first compression stage 202a and a second compression stage 202b. The tank 207 has a partition 207a, an upper space 207u, a lower space 207d, a communication port 207c, an inlet 207i, a liquid phase outlet 207ol, and a gas phase outlet 207og. The upper space 207u is located above the partition 207a. The lower space 207d is located below the partition 207a. The communication port 207c communicates the upper space 207u and the lower space 207d. The inlet 207i opens to the upper space 207u. The liquid phase outlet 207ol opens to the lower space 207d. The gas phase outlet 207og opens to the lower space 207d. The gas phase outlet 207og is located higher than the liquid phase outlet 207ol. The refrigerant circulates through the evaporator 201, the first compression stage 202a, the second compression stage 202b, the condenser 204, the inlet 207i, the upper space 207u, the communication port 207c, the lower space 207d, and the liquid phase outlet 207ol in this order. The gas phase refrigerant flows from the gas phase outlet 207og to the second compression stage 202b. According to this configuration, the partition 207a can prevent the liquid droplets from moving from the upper space 207u to the gas phase outlet 207og together with the gas phase refrigerant. Therefore, this configuration is suitable for suppressing the intake of liquid droplets during the compression process of the multi-stage compressor 202. Specifically, this configuration is suitable for suppressing the intake of liquid droplets into the second compression stage 202b. By suppressing the intake of liquid droplets, erosion of the second compression stage 202b is suppressed. This suppresses the performance degradation of the multi-stage compressor 202, and the capacity of the refrigeration cycle device 200 can be stabilized.

本実施の形態では、気液二相の冷媒が、入口207iから上方空間207uに流入する。上方空間207uにおいて、気液二相の冷媒が減圧されることにより液滴が生成され液滴を仕切り207aの上面が受けとめることによって、気液二相の冷媒が気液分離される。液相の冷媒が、仕切り207aの上面を伝って流れ連通口207cから滴下されることによって下方空間207dに貯留され、その後液相出口207olから流出する。気相の冷媒が、上方空間207uから、連通口207c及び下方空間207dをこの順に介して、気相出口207ogに移動する。 In this embodiment, the two-phase gas-liquid refrigerant flows into the upper space 207u from the inlet 207i. In the upper space 207u, the two-phase gas-liquid refrigerant is depressurized to generate droplets, which are received by the upper surface of the partition 207a, causing the two-phase gas-liquid refrigerant to be separated into gas and liquid. The liquid-phase refrigerant flows along the upper surface of the partition 207a and drips from the communication port 207c, where it is stored in the lower space 207d, and then flows out from the liquid-phase outlet 207ol. The gas-phase refrigerant moves from the upper space 207u to the gas-phase outlet 207og via the communication port 207c and the lower space 207d in this order.

タンク207を上方から観察したとき、気相出口207ogと入口207iとを結ぶ直線を第一直線207xと定義し、第一直線207xに直交し入口207iを通る直線を第二直線207yと定義する。このとき、本実施の形態では、タンク207を上方から観察したとき、第二直線207yに関し、気相出口207og及び連通口207cは、互いに反対側にある。この構成によれば、連通口207cを、気相出口207ogから遠い位置に設けることができる。このため、気相の冷媒とともに液滴が上方空間207uから連通口207c及び下方空間207dをこの順に介して気相出口207ogに移動するのを防止し易い。よって、この構成は、多段圧縮機202の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、この構成は、第二圧縮段202bに液滴が吸入されることを抑制するのに適している。 When the tank 207 is observed from above, the straight line connecting the gas phase outlet 207og and the inlet 207i is defined as the first straight line 207x, and the straight line perpendicular to the first straight line 207x and passing through the inlet 207i is defined as the second straight line 207y. In this embodiment, when the tank 207 is observed from above, the gas phase outlet 207og and the communication port 207c are on opposite sides of each other with respect to the second straight line 207y. With this configuration, the communication port 207c can be provided at a position far from the gas phase outlet 207og. For this reason, it is easy to prevent liquid droplets from moving from the upper space 207u to the gas phase outlet 207og through the communication port 207c and the lower space 207d in this order together with the gas phase refrigerant. Therefore, this configuration is suitable for suppressing the inhalation of liquid droplets during the compression process of the multi-stage compressor 202. Specifically, this configuration is suitable for suppressing the intake of droplets into the second compression stage 202b.

本実施の形態では、仕切り207aは、連通口207cに隣接する位置において、傾斜部207aiを含んでいる。傾斜部207aiの高さは、連通口207cに近づくにつれて減少している。この構成によれば、液相の冷媒が仕切り207aの上面を伝って連通口207cへとスムーズに流れやすい。また、この構成によれば、仕切り207aの上面を伝って連通口207cに到達した液相の冷媒が仕切り207aの下面を伝って気相出口207ogに移動するのを防止できる。このため、この構成は、多段圧縮機202の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、この構成は、第二圧縮段202bに液滴が吸入されることを抑制するのに適している。この構成に基づく液滴吸入抑制作用は、気相出口207ogと連通口207cとの距離が確保されている場合に特に現れ易い。 In this embodiment, the partition 207a includes an inclined portion 207ai at a position adjacent to the communication port 207c. The height of the inclined portion 207ai decreases as it approaches the communication port 207c. With this configuration, the liquid phase refrigerant can easily flow smoothly along the upper surface of the partition 207a to the communication port 207c. In addition, with this configuration, the liquid phase refrigerant that has reached the communication port 207c along the upper surface of the partition 207a can be prevented from moving along the lower surface of the partition 207a to the gas phase outlet 207og. Therefore, this configuration is suitable for suppressing the intake of droplets during the compression process of the multi-stage compressor 202. Specifically, this configuration is suitable for suppressing the intake of droplets into the second compression stage 202b. The droplet intake suppression effect based on this configuration is particularly likely to occur when the distance between the gas phase outlet 207og and the communication port 207c is secured.

上述のとおり、タンク207を第一タンク207と称することができる。仕切り207aを第一仕切り207aと称することができる。上方空間207uを第一上方空間207uと称することができる。下方空間207dを第一下方空間207dと称することができる。連通口207cを第一連通口207cと称することができる。入口207iを第一入口207iと称することができる。液相出口207olを第一液相出口207olと称することができる。気相出口207ogを第一気相出口207ogと称することができる。 As described above, the tank 207 can be referred to as the first tank 207. The partition 207a can be referred to as the first partition 207a. The upper space 207u can be referred to as the first upper space 207u. The lower space 207d can be referred to as the first lower space 207d. The communication port 207c can be referred to as the first communication port 207c. The inlet 207i can be referred to as the first inlet 207i. The liquid phase outlet 207ol can be referred to as the first liquid phase outlet 207ol. The gas phase outlet 207og can be referred to as the first gas phase outlet 207og.

本実施の形態では、冷凍サイクル装置200は、第二タンク210を備えている。多段圧縮機202は、第三圧縮段202cを有している。第二タンク210は、第二仕切り210aと、第二上方空間210uと、第二下方空間210dと、第二連通口210cと、第二入口210iと、第二液相出口210olと、第二気相出口210ogと、を有している。第二上方空間210uは、第二仕切り210aよりも上方に位置している。第二下方空間210dは、第二仕切り210aよりも下方に位置している。第二連通口210cは、第二上方空間210uと第二下方空間210dとを連通させている。第二入口210iは、第二上方空間210uに開口している。第二液相出口210olは、第二下方空間210dに開口している。第二気相出口210ogは、第二下方空間210dに開口している。第二気相出口210ogは、第二液相出口210olよりも高い位置にある。蒸発器201と、第三圧縮段202cと、第一圧縮段202aと、第二圧縮段202bと、凝縮器204と、第一入口207iと、第一上方空間207uと、第一連通口207cと、第一下方空間207dと、第一液相出口207olと、第二入口207iと、第二上方空間210uと、第二連通口210cと、第二下方空間210dと、第二液相出口210olと、をこの順に冷媒が循環する。第二気相出口210ogから第一圧縮段202aへと気相の冷媒が流れる。この構成は、多段圧縮機202の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、この構成は、第一圧縮段202aに液滴が吸入されることを抑制するのに適している。 In this embodiment, the refrigeration cycle device 200 includes a second tank 210. The multi-stage compressor 202 includes a third compression stage 202c. The second tank 210 includes a second partition 210a, a second upper space 210u, a second lower space 210d, a second communication port 210c, a second inlet 210i, a second liquid phase outlet 210ol, and a second gas phase outlet 210og. The second upper space 210u is located above the second partition 210a. The second lower space 210d is located below the second partition 210a. The second communication port 210c communicates the second upper space 210u and the second lower space 210d. The second inlet 210i opens into the second upper space 210u. The second liquid phase outlet 210ol opens into the second lower space 210d. The second gas phase outlet 210og is open to the second lower space 210d. The second gas phase outlet 210og is located at a higher position than the second liquid phase outlet 210ol. The refrigerant circulates through the evaporator 201, the third compression stage 202c, the first compression stage 202a, the second compression stage 202b, the condenser 204, the first inlet 207i, the first upper space 207u, the first communication port 207c, the first lower space 207d, the first liquid phase outlet 207ol, the second inlet 207i, the second upper space 210u, the second communication port 210c, the second lower space 210d, and the second liquid phase outlet 210ol in this order. The gas phase refrigerant flows from the second gas phase outlet 210og to the first compression stage 202a. This configuration is suitable for suppressing the intake of liquid droplets during the compression process of the multi-stage compressor 202. Specifically, this configuration is suitable for suppressing the intake of droplets into the first compression stage 202a.

本実施の形態では、気液二相の冷媒が、第二入口210iから第二上方空間210uに流入する。第二上方空間210uにおいて、気液二相の冷媒が減圧されることにより液滴が生成され液滴を第二仕切り210aの上面が受けとめることによって、気液二相の冷媒が気液分離される。液相の冷媒が、第二仕切り210aの上面を伝って流れ第二連通口210cから滴下されることによって第二下方空間210dに貯留され、その後第二液相出口210olから流出する。気相の冷媒が、第二上方空間210uから、第二連通口210c及び第二下方空間210dをこの順に介して、第二気相出口210ogに移動する。 In this embodiment, the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the second upper space 210u from the second inlet 210i. In the second upper space 210u, the gas-liquid two-phase refrigerant is depressurized to generate droplets, which are received by the upper surface of the second partition 210a, causing the gas-liquid two-phase refrigerant to be separated into gas and liquid. The liquid phase refrigerant flows along the upper surface of the second partition 210a and drips from the second communication port 210c, thereby being stored in the second lower space 210d, and then flows out from the second liquid phase outlet 210ol. The gas phase refrigerant moves from the second upper space 210u to the second gas phase outlet 210og via the second communication port 210c and the second lower space 210d in this order.

第二タンク210を上方から観察したとき、第二気相出口210ogと第二入口210iとを結ぶ直線を第三直線210xと定義し、第三直線210xに直交し第二入口210iを通る直線を第四直線210yと定義する。このとき、本実施の形態では、第二タンク210を上方から観察したとき、第四直線210yに関し、第二気相出口210og及び第二連通口210cは、互いに反対側にある。この構成によれば、第二連通口210cを、第二気相出口210ogから遠い位置に設けることができる。このため、気相の冷媒とともに液滴が第二上方空間210uから第二連通口210c及び第二下方空間210dをこの順に介して第二気相出口210ogに移動するのを防止し易い。よって、この構成は、多段圧縮機202の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、この構成は、第一圧縮段202aに液滴が吸入されることを抑制するのに適している。 When the second tank 210 is observed from above, the straight line connecting the second gas phase outlet 210og and the second inlet 210i is defined as the third straight line 210x, and the straight line perpendicular to the third straight line 210x and passing through the second inlet 210i is defined as the fourth straight line 210y. In this embodiment, when the second tank 210 is observed from above, the second gas phase outlet 210og and the second communication port 210c are on opposite sides of the fourth straight line 210y. According to this configuration, the second communication port 210c can be provided at a position far from the second gas phase outlet 210og. Therefore, it is easy to prevent liquid droplets from moving from the second upper space 210u to the second gas phase outlet 210og through the second communication port 210c and the second lower space 210d in this order together with the gas phase refrigerant. Therefore, this configuration is suitable for suppressing the inhalation of liquid droplets during the compression process of the multi-stage compressor 202. Specifically, this configuration is suitable for suppressing the intake of droplets into the first compression stage 202a.

本実施の形態では、第二仕切り210aは、第二連通口210cに隣接する位置において、第二傾斜部210aiを含んでいる。第二傾斜部210aiの高さは、第二連通口210cに近づくにつれて減少している。この構成によれば、液相の冷媒が第二仕切り210aの上面を伝って第二連通口210cへとスムーズに流れやすい。また、この構成によれば、第二仕切り210aの上面を伝って第二連通口210cに到達した液相の冷媒が第二仕切り210aの下面を伝って第二気相出口210ogに移動するのを防止できる。このため、この構成は、多段圧縮機202の圧縮過程に液滴が吸入されることを抑制するのに適している。具体的には、この構成は、第一圧縮段202aに液滴が吸入されることを抑制するのに適している。この構成に基づく液滴吸入抑制作用は、第二気相出口210ogと第二連通口210cとの距離が確保されている場合に特に現れ易い。 In this embodiment, the second partition 210a includes a second inclined portion 210ai at a position adjacent to the second communication port 210c. The height of the second inclined portion 210ai decreases as it approaches the second communication port 210c. With this configuration, the liquid phase refrigerant can easily flow smoothly along the upper surface of the second partition 210a to the second communication port 210c. In addition, with this configuration, the liquid phase refrigerant that has reached the second communication port 210c along the upper surface of the second partition 210a can be prevented from moving along the lower surface of the second partition 210a to the second gas phase outlet 210og. For this reason, this configuration is suitable for suppressing the intake of liquid droplets during the compression process of the multi-stage compressor 202. Specifically, this configuration is suitable for suppressing the intake of liquid droplets into the first compression stage 202a. The droplet suction suppression effect based on this configuration is particularly likely to occur when a sufficient distance is maintained between the second gas phase outlet 210og and the second communication port 210c.

本実施の形態では、冷凍サイクル装置200は、中間流路209を備えている。中間流路209は、第一液相出口207olと第二入口210iとを接続している。中間流路209は、低位部209Lと、高位部209Hと、を有している。高位部209Hは、低位部209Lよりも高い位置にある。第一液相出口207olと、低位部209Lと、高位部209Hと、第二入口210iと、をこの順に冷媒が流れる。この構成によれば、第一液相出口207olから中間流路209を介して第二入口210i液相成分を含む冷媒が流れる場合において、低位部209Lと高位部209Hとの間の水位ヘッド差により、冷媒の流れを制限できる。このため、第一タンク207が液相の冷媒を実質的に貯留していない状態になり難い。このため、第一圧縮段202aから吐出された気相の冷媒が、第一タンク207の第一気相出口207og、第一下方空間207d、第一液相出口207ol、中間流路209、第二タンク210の第二入口210i、第二上方空間210u、第二連通口210c、第二下方空間210d及び第二気相出口210ogをこの順に通って第一圧縮段202aに戻ってくるというループが形成され難い。このため、多段圧縮機202の性能を確保し易い。 In this embodiment, the refrigeration cycle device 200 is provided with an intermediate flow path 209. The intermediate flow path 209 connects the first liquid phase outlet 207ol and the second inlet 210i. The intermediate flow path 209 has a low-level portion 209L and a high-level portion 209H. The high-level portion 209H is located higher than the low-level portion 209L. The refrigerant flows through the first liquid phase outlet 207ol, the low-level portion 209L, the high-level portion 209H, and the second inlet 210i in this order. According to this configuration, when a refrigerant containing a liquid phase component flows from the first liquid phase outlet 207ol through the intermediate flow path 209 to the second inlet 210i, the flow of the refrigerant can be restricted by the water level head difference between the low-level portion 209L and the high-level portion 209H. Therefore, it is difficult for the first tank 207 to be in a state where the liquid phase refrigerant is not substantially stored. Therefore, it is difficult to form a loop in which the gas phase refrigerant discharged from the first compression stage 202a passes through the first gas phase outlet 207og of the first tank 207, the first lower space 207d, the first liquid phase outlet 207ol, the intermediate flow path 209, the second inlet 210i of the second tank 210, the second upper space 210u, the second communication port 210c, the second lower space 210d, and the second gas phase outlet 210og in this order, and returns to the first compression stage 202a. Therefore, it is easy to ensure the performance of the multi-stage compressor 202.

本実施の形態では、冷凍サイクル装置200は、バイパス流路214と、バイパス弁217と、を備えている。バイパス流路214は、高位部209Hよりも低い位置において延びている。バイパス弁217は、バイパス流路214に設けられている。バイパス弁217の開度がゼロよりも大きい状態において、高位部209Hをバイパスして、第一液相出口207olと、バイパス流路214と、第二入口210iと、をこの順に冷媒が流れる。この構成によれば、多段圧縮機202の圧縮段間の差圧が小さい小負荷条件でも、該差圧が大きい大負荷条件でも、バイパス弁217の開度を調整することにより、冷凍サイクル装置200を適切に動作させることができる。 In this embodiment, the refrigeration cycle device 200 includes a bypass flow path 214 and a bypass valve 217. The bypass flow path 214 extends at a position lower than the high-level portion 209H. The bypass valve 217 is provided in the bypass flow path 214. When the opening degree of the bypass valve 217 is greater than zero, the refrigerant bypasses the high-level portion 209H and flows through the first liquid phase outlet 207ol, the bypass flow path 214, and the second inlet 210i in this order. With this configuration, the opening degree of the bypass valve 217 can be adjusted to operate the refrigeration cycle device 200 appropriately, both under low-load conditions where the pressure difference between the compression stages of the multi-stage compressor 202 is small, and under high-load conditions where the pressure difference is large.

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、書き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用できる。 As described above, the first embodiment has been described as an example of the technology disclosed in this application. However, the technology in this disclosure is not limited to this, and can also be applied to embodiments in which changes, rewrites, additions, omissions, etc. have been made.

本開示に係る冷凍サイクル装置の技術によれば、多段圧縮機の圧縮段間に水滴が流入するのが抑制され、多段圧縮機の性能を維持することが可能になる。この技術は、冷凍サイクル装置を用いた空気調和装置、チラー、蓄熱装置等の用途にも適用可能できる。 The technology of the refrigeration cycle device disclosed herein prevents water droplets from flowing between the compression stages of a multi-stage compressor, making it possible to maintain the performance of the multi-stage compressor. This technology can also be applied to applications such as air conditioners, chillers, and heat storage devices that use refrigeration cycle devices.

100 冷凍サイクル装置
101 蒸発器
102 多段圧縮機
102a 第一圧縮段
102b 第二圧縮段
103 凝縮器
104a 第一膨張弁
104b 第二膨張弁
105 エコノマイザ熱交換器
106a 第一流路
106b 第二流路
200 冷凍サイクル装置
201 蒸発器
202 多段圧縮機
202a 第一圧縮段
202b 第二圧縮段
202c 第三圧縮段
203a 第一連通路
203b 第二連通路
204 凝縮器
205 第一弁
207 第一タンク
207a 第一仕切り
207ai 第一傾斜部
207s 第一内部空間
207u 第一上方空間
207d 第一下方空間
207c 第一連通口
207bw 第一底壁
207sw 第一側壁
207cw 第一天井壁
207i 第一入口
207ol 第一液相出口
207og 第一気相出口
207x 第一直線
207y 第二直線
208 第一気相流路
209 中間流路
209L 低位部
209H 高位部
210 第二タンク
210a 第二仕切り
210ai 第二傾斜部
210s 第二内部空間
210u 第二上方空間
210d 第二下方空間
210c 第二連通口
210bw 第二底壁
210sw 第二側壁
210cw 第二天井壁
210i 第二入口
210ol 第二液相出口
210og 第二気相出口
210x 第三直線
210y 第四直線
211 第二気相流路
213 第二弁
214 バイパス流路
217 バイパス弁
221 第一流路
222 第二流路
223 第三流路
224 第四流路
225 第五流路
100 Refrigeration cycle device 101 Evaporator 102 Multi-stage compressor 102a First compression stage 102b Second compression stage 103 Condenser 104a First expansion valve 104b Second expansion valve 105 Economizer heat exchanger 106a First flow path 106b Second flow path 200 Refrigeration cycle device 201 Evaporator 202 Multi-stage compressor 202a First compression stage 202b Second compression stage 202c Third compression stage 203a First communication passage 203b Second communication passage 204 Condenser 205 First valve 207 First tank 207a First partition 207ai First inclined portion 207s First internal space 207u First upper space 207d First lower space 207c First communication port 207bw First bottom wall 207sw First side wall 207cw First ceiling wall 207i First inlet 207ol First liquid phase outlet 207og First gas phase outlet 207x First straight line 207y Second straight line 208 First gas phase flow path 209 Intermediate flow path 209L Low level section 209H High level section 210 Second tank 210a Second partition 210ai Second inclined section 210s Second internal space 210u Second upper space 210d Second lower space 210c Second communication port 210bw Second bottom wall 210sw Second side wall 210cw Second ceiling wall 210i Second inlet 210ol Second liquid phase outlet 210og Second gas phase outlet 210x Third straight line 210y Fourth straight line 211 Second gas phase flow path 213 Second valve 214 Bypass flow path 217 Bypass valve 221 First flow path 222 Second flow path 223 Third flow path 224 Fourth flow path 225 Fifth flow path

Claims (6)

常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒を用いる冷凍サイクル装置であって、
蒸発器と、
多段圧縮機と、
凝縮器と、
第一タンクと、
をこの順に備え、
前記多段圧縮機は、第一圧縮段と、第二圧縮段と、を有し、
前記第一タンクは、第一仕切りと、前記第一仕切りよりも上方に位置する第一上方空間と、前記第一仕切りよりも下方に位置する第一下方空間と、前記第一上方空間と前記第一下方空間とを連通させる第一連通口と、前記第一上方空間に開口する第一入口と、前記第一下方空間に開口する第一液相出口と、前記第一下方空間に開口し前記第一液相出口よりも高い位置にある第一気相出口と、を有し、
前記蒸発器と、前記第一圧縮段と、前記第二圧縮段と、前記凝縮器と、前記第一入口と、前記第一上方空間と、前記第一連通口と、前記第一下方空間と、前記第一液相出口と、をこの順に前記冷媒が循環し、
前記第一気相出口から前記第二圧縮段へと気相の前記冷媒が流れ、
気液二相の前記冷媒が、前記第一入口から前記第一上方空間に流入し、
前記第一上方空間において、気液二相の前記冷媒が減圧されて膨張することにより形成された泡が破裂することにより液滴が生成され前記液滴を前記第一仕切りの上面が受けとめることによって、気液二相の前記冷媒が気液分離され、
液相の前記冷媒が、前記第一仕切りの前記上面を伝って流れ前記第一連通口から滴下されることによって前記第一下方空間に貯留され、その後前記第一液相出口から流出し、
気相の前記冷媒が、前記第一上方空間から、前記第一連通口と前記第一下方空間とをこの順に介して、前記第一気相出口に移動する、
冷凍サイクル装置。
A refrigeration cycle device that uses a refrigerant containing, as a main component, a component having a saturated vapor pressure equal to or lower than atmospheric pressure at room temperature,
An evaporator;
A multi-stage compressor;
A condenser;
The first tank,
In this order,
The multi-stage compressor has a first compression stage and a second compression stage,
the first tank has a first partition, a first upper space located above the first partition, a first lower space located below the first partition, a first communication port connecting the first upper space and the first lower space, a first inlet opening into the first upper space, a first liquid phase outlet opening into the first lower space, and a first gas phase outlet opening into the first lower space and located at a higher position than the first liquid phase outlet,
the refrigerant circulates through the evaporator, the first compression stage, the second compression stage, the condenser, the first inlet, the first upper space, the first communication port, the first lower space, and the first liquid phase outlet in this order;
the refrigerant in a gas phase flows from the first gas phase outlet to the second compression stage;
The refrigerant in a gas-liquid two-phase state flows into the first upper space from the first inlet,
In the first upper space, bubbles formed by the gas-liquid two-phase refrigerant being decompressed and expanding burst, generating liquid droplets, which are received by the upper surface of the first partition, causing the gas-liquid two-phase refrigerant to separate into gas and liquid,
the refrigerant in a liquid phase flows along the upper surface of the first partition and drips from the first communication port to be stored in the first lower space, and then flows out from the first liquid phase outlet,
The refrigerant in a gas phase moves from the first upper space through the first communication port and the first lower space in this order to the first gas phase outlet.
Refrigeration cycle equipment.
常温において大気圧以下の飽和蒸気圧を有する成分を主成分として含む冷媒を用いる冷凍サイクル装置であって、
蒸発器と、
多段圧縮機と、
凝縮器と、
第一タンクと、
をこの順に備え、
前記多段圧縮機は、第一圧縮段と、第二圧縮段と、を有し、
前記第一タンクは、第一仕切りと、前記第一仕切りよりも上方に位置する第一上方空間と、前記第一仕切りよりも下方に位置する第一下方空間と、前記第一上方空間と前記第一下方空間とを連通させる第一連通口と、前記第一上方空間に開口する第一入口と、前記第一下方空間に開口する第一液相出口と、前記第一下方空間に開口し前記第一液相出口よりも高い位置にある第一気相出口と、を有し、
前記蒸発器と、前記第一圧縮段と、前記第二圧縮段と、前記凝縮器と、前記第一入口と、前記第一上方空間と、前記第一連通口と、前記第一下方空間と、前記第一液相出口と、をこの順に前記冷媒が循環し、
前記第一気相出口から前記第二圧縮段へと気相の前記冷媒が流れ、
前記冷凍サイクル装置は、第二タンクをさらに備え、
前記多段圧縮機は、第三圧縮段をさらに有し、
前記第二タンクは、第二仕切りと、前記第二仕切りよりも上方に位置する第二上方空間と、前記第二仕切りよりも下方に位置する第二下方空間と、前記第二上方空間と前記第二下方空間とを連通させる第二連通口と、前記第二上方空間に開口する第二入口と、前記第二下方空間に開口する第二液相出口と、前記第二下方空間に開口し前記第二液相出口よりも高い位置にある第二気相出口と、を有し、
前記蒸発器と、前記第三圧縮段と、前記第一圧縮段と、前記第二圧縮段と、前記凝縮器
と、前記第一入口と、前記第一上方空間と、前記第一連通口と、前記第一下方空間と、前記第一液相出口と、前記第二入口と、前記第二上方空間と、前記第二連通口と、前記第二下方空間と、前記第二液相出口と、をこの順に前記冷媒が循環し、
前記第二気相出口から前記第一圧縮段へと気相の前記冷媒が流れ、
前記冷凍サイクル装置は、前記第一液相出口と前記第二入口とを接続している中間流路をさらに備え、
前記中間流路は、低位部と、前記低位部よりも高い位置にある高位部と、を有し、
前記第一液相出口と、前記低位部と、前記高位部と、前記第二入口と、をこの順に前記冷媒が流れる、
冷凍サイクル装置。
A refrigeration cycle device that uses a refrigerant containing, as a main component, a component having a saturated vapor pressure equal to or lower than atmospheric pressure at room temperature,
An evaporator;
A multi-stage compressor;
A condenser;
The first tank,
In this order,
The multi-stage compressor has a first compression stage and a second compression stage,
the first tank has a first partition, a first upper space located above the first partition, a first lower space located below the first partition, a first communication port connecting the first upper space and the first lower space, a first inlet opening into the first upper space, a first liquid phase outlet opening into the first lower space, and a first gas phase outlet opening into the first lower space and located at a higher position than the first liquid phase outlet,
the refrigerant circulates through the evaporator, the first compression stage, the second compression stage, the condenser, the first inlet, the first upper space, the first communication port, the first lower space, and the first liquid phase outlet in this order;
the refrigerant in a gas phase flows from the first gas phase outlet to the second compression stage;
The refrigeration cycle apparatus further includes a second tank,
The multi-stage compressor further comprises a third compression stage,
the second tank has a second partition, a second upper space located above the second partition, a second lower space located below the second partition, a second communication port connecting the second upper space and the second lower space, a second inlet opening into the second upper space, a second liquid phase outlet opening into the second lower space, and a second gas phase outlet opening into the second lower space and located at a higher position than the second liquid phase outlet,
the refrigerant circulates through the evaporator, the third compression stage, the first compression stage, the second compression stage, the condenser, the first inlet, the first upper space, the first communication port, the first lower space, the first liquid phase outlet, the second inlet, the second upper space, the second communication port, the second lower space, and the second liquid phase outlet in this order;
the refrigerant in a gas phase flows from the second gas phase outlet to the first compression stage;
The refrigeration cycle apparatus further includes an intermediate flow path connecting the first liquid phase outlet and the second inlet,
The intermediate flow path has a low portion and a high portion located higher than the low portion,
The refrigerant flows through the first liquid phase outlet, the lower portion, the higher portion, and the second inlet in this order.
Refrigeration cycle equipment.
前記冷凍サイクル装置は、前記高位部よりも低い位置において延びるバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、をさらに備え、
前記バイパス弁の開度がゼロよりも大きい状態において、前記高位部をバイパスして、前記第一液相出口と、前記バイパス流路と、前記第二入口と、をこの順に前記冷媒が流れる、
請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
The refrigeration cycle apparatus further includes a bypass flow path extending at a position lower than the high-level portion, and a bypass valve provided in the bypass flow path,
When the opening degree of the bypass valve is greater than zero, the refrigerant bypasses the high-level portion and flows through the first liquid phase outlet, the bypass flow path, and the second inlet in this order.
The refrigeration cycle device according to claim 2.
気液二相の前記冷媒が、前記第一入口から前記第一上方空間に流入し、
前記第一上方空間において、気液二相の前記冷媒が減圧されることにより液滴が生成され前記液滴を前記第一仕切りの上面が受けとめることによって、気液二相の前記冷媒が気液分離され、
液相の前記冷媒が、前記第一仕切りの前記上面を伝って流れ前記第一連通口から滴下されることによって前記第一下方空間に貯留され、その後前記第一液相出口から流出し、
気相の前記冷媒が、前記第一上方空間から、前記第一連通口と前記第一下方空間とをこの順に介して、前記第一気相出口に移動する、
請求項2又は3に記載の冷凍サイクル装置。
The refrigerant in a gas-liquid two-phase state flows into the first upper space from the first inlet,
In the first upper space, the refrigerant in a gas-liquid two-phase state is decompressed to generate liquid droplets, and the liquid droplets are received by the upper surface of the first partition, whereby the refrigerant in a gas-liquid two-phase state is separated into gas and liquid,
the refrigerant in a liquid phase flows along the upper surface of the first partition and drips from the first communication port to be stored in the first lower space, and then flows out from the first liquid phase outlet,
The refrigerant in a gas phase moves from the first upper space through the first communication port and the first lower space in this order to the first gas phase outlet.
The refrigeration cycle device according to claim 2 or 3.
前記第一タンクを上方から観察したとき、前記第一気相出口と前記第一入口とを結ぶ第一直線に直交し前記第一入口を通る第二直線に関し、前記第一気相出口及び前記第一連通口は互いに反対側にある、
請求項1から4のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
When the first tank is observed from above, the first gas phase outlet and the first communication port are located on opposite sides to each other with respect to a second line that is perpendicular to a first line connecting the first gas phase outlet and the first inlet and passes through the first inlet.
The refrigeration cycle device according to any one of claims 1 to 4.
前記第一仕切りは、前記第一連通口に隣接する位置において、前記第一連通口に近づくにつれて高さが減少している傾斜部を含む、
請求項1から5のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
The first partition includes an inclined portion having a height decreasing toward the first communication port at a position adjacent to the first communication port.
The refrigeration cycle device according to any one of claims 1 to 5.
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