ヒートポンプ装置及び冷媒用往復動型圧縮機
【課題】簡素な構成で、往復動型圧縮機の吐出冷媒ガス温度を低下させることにより、体積効率の低下や、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を防止する。
【解決手段】冷媒循環路２に往復動型圧縮機３、凝縮器５、膨張弁７及び蒸発器８を介設したヒートポンプサイクルを構成してなるヒートポンプ装置１において、凝縮器５で凝縮した冷媒液の一部を往復動型圧縮機３のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室に戻す冷媒液戻し流路９を設け、該冷媒液戻し流路９を介して吐出室３６に冷媒液の一部を供給し、冷媒液の蒸発潜熱により吐出ガス通路を冷却するように構成した。
【解決手段】冷媒循環路２に往復動型圧縮機３、凝縮器５、膨張弁７及び蒸発器８を介設したヒートポンプサイクルを構成してなるヒートポンプ装置１において、凝縮器５で凝縮した冷媒液の一部を往復動型圧縮機３のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室に戻す冷媒液戻し流路９を設け、該冷媒液戻し流路９を介して吐出室３６に冷媒液の一部を供給し、冷媒液の蒸発潜熱により吐出ガス通路を冷却するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置等のヒートポンプ装置に組み込んだ往復動型圧縮機から吐出する冷媒ガスの温度上昇を抑えることにより、往復動型圧縮機の体積効率を向上させ、さらには、該往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力向上を可能にしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、往復動型圧縮機では、ケーシング内に吸入ガス通路及び吐出ガス通路を設けるのが一般的である。冷凍装置等のヒートポンプ装置に組み込まれた往復動型圧縮機では、高温の吐出ガスと低温の吸入ガスがケーシングの壁面を介して熱交換し、吸入ガスがシリンダに吸い込まれるまでに吸入ガスの温度が上昇してしまう。そのため、吸入ガスがシリンダに吸入される前に膨張し、比容積が大きくなり、循環質量流量が無視できないほど減少する。従って、圧縮機での体積効率の低下を招き、往復動型圧縮機が組み込まれた冷凍装置の冷凍能力又はヒートポンプ装置の加熱能力を低下させることになる。
【０００３】
特に、アンモニアガスは、比熱比が比較的大きいため、吐出温度が高く、また、図１１に示すように、温度上昇に対して、比容積が大きくなる特性をもっている。このような熱媒を用いる場合は、圧縮機のケーシング内部での吸入ガスの加熱（温度上昇）をできるだけ抑える必要がある。
【０００４】
特許文献１（特開２０００−１８１５４号公報）には、往復動型圧縮機において、圧縮時のシリンダ室内温度が過度に高くなることを抑えて、潤滑油の劣化や焼付きの問題を解消するための手段が開示されている。この手段は、ピストンが収納された複数のシリンダ室の周囲に空洞部を設け、該空洞部に冷却用媒体としてアキュムレータから帰還した帰還冷媒を導入することにより、シリンダ室を冷却する手段が開示されている。シリンダ室を冷却した帰還冷媒は連通孔を介して吸入室に導出される。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された手段では、シリンダの周囲に空洞部を設け、該空洞部に帰還冷媒を導入することによって、シリンダの冷却を行なうものである。従って、吐出ガスを冷却するものではないため、吸入ガスがシリンダに吸入される前に、吸入ガスと吐出ガスがケーシングの壁面を通して熱交換してしまい、シリンダに吸入される前の吸入ガスの温度上昇を防止できない。従って、圧縮機での体積効率の低下を招き、往復動型圧縮機が組み込まれた冷凍装置の冷凍能力又はヒートポンプ装置の加熱能力を低下させることになる。
【０００７】
また、シリンダ室の周囲に冷却用媒体を導入する空洞部を設けるため、圧縮機が大型化かつ重量化してしまうとともに、該空洞部に多量の冷却用媒体を供給するために、圧縮機が組み込まれた冷凍装置等のヒートポンプ装置の能力を低下させてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、簡素な構成で、往復動型圧縮機の吐出ガス温度を低下させることにより、往復動型圧縮機の体積効率の低下や、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を防止することを目的とする。
より具体的には往復動型圧縮機において該圧縮機内部での吸入ガスの加熱を抑え、冷凍能力（体積効率）を向上させると共に、冷却水を使用しない往復動型圧縮機を用いた高効率ヒートポンプ装置や冷凍装置を提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明は、圧縮機の吐出側の（吐出室又は該吐出室に連通した吐出直後の吐出空間の）高温冷媒ガス空間に冷媒サイクルの冷媒液（凝縮液）を噴射して冷却して、前記高温冷媒ガスの吐出温度を低下させるもので、
より具体的には、本発明のヒートポンプ装置は、
冷媒循環路に往復動型圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を介設したヒートポンプサイクルを構成してなるヒートポンプ装置において、
凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、
該冷媒液戻し流路を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給し、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したものである。
【００１０】
本発明のヒートポンプ装置では、往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室から吐出しその後凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を吐出室又は該吐出空間に戻すようにする。そして、吐出室又は該吐出空間で該冷媒液を吐出ガスの熱で蒸発させ、吐出ガスから蒸発潜熱を奪うことによって、吐出室又は該吐出空間を冷却する。吐出室又は該吐出空間を冷却することによって、吐出室又は該吐出空間から吸入室又はガス通路への熱伝達を抑制するようにしたものである。
【００１１】
これによって、シリンダに吸入される前の冷媒ガスの温度上昇を防止できる。従って、体積膨張を抑制して、往復動型圧縮機の体積効率の低下を防ぎ、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を抑制することができる。
このように、冷媒の蒸発潜熱で吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間を冷却でき、冷却水等を使用しないため、砂漠地帯など冷却水がない所でも適用できる。そのため、低コストで環境問題も起こらない。
【００１２】
本発明のヒートポンプ装置において、前記吐出室又は吐出空間に冷媒液戻し流路に接続された噴射ノズルを設け、冷媒液を該噴射ノズルから該吐出室又は吐出空間に噴射するように構成するとよい。これによって、吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間での冷媒液の蒸発を促進でき、冷却効果を高めることができる。
【００１３】
本発明のヒートポンプ装置において、往復動型圧縮機が低段圧縮機と高段圧縮機とからなる多段圧縮機である場合、高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を低段圧縮機の吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、該冷媒液戻し流路を介して低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給するように構成するとよい。
【００１４】
高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮された冷媒液は、低段圧縮機の吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間より高圧であるので、増圧機を用いることなく、低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に供給できる。このため、冷媒液を供給するための動力や機器類が不要になる。
【００１５】
前記構成に加えて、高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に戻す第２の冷媒液戻し流路を設けると共に、該第２の冷媒液戻し流路に増圧機を介設し、第２の冷媒液戻し流路を介して高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給するように構成してもよい。
高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に凝縮器で凝縮した熱媒液の一部を供給する場合は、高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間と凝縮器は同一圧力であるので、熱媒液戻し流路に例えば液ポンプ等の増圧機を介設する必要がある。
これによって、低段圧縮機及び高段圧縮機の両方の吸入ガスを冷却できる。
【００１６】
また、本発明のヒートポンプ装置において、凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に冷媒液熱交換器を介設し、該冷媒液熱交換器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の該吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続して、凝縮器から出た冷媒液を低段圧縮機から吐出された冷媒ガスで冷却するように構成するとよい。
これによって、冷媒循環路を凝縮器から膨張弁に向う冷媒液を、該冷媒液熱交換器で低段圧縮機から吐出され冷却された冷媒ガスで冷却するようにしているので、冷凍装置等のヒートポンプ装置の能力を向上できる。
【００１７】
なお、凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に冷媒液熱交換器を介設し、該冷媒液熱交換器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の前記吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続して、凝縮器から出た冷媒液を低段圧縮機から吐出された冷媒ガスで冷却するように構成し、
前記冷媒液熱交換器を冷媒液戻し流路又は第２の冷媒液戻し流路の上流側の冷媒循環路に介設し、該冷媒液熱交換器で冷却した冷媒液の一部を冷媒液戻し流路又は第２の冷媒液戻し流路に供給するように構成してもよい。
これによって、該冷媒液熱交換器で冷却された冷媒液を低段圧縮機又は高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に供給できるので、吐出ガスの冷却効果をさらに高める高段圧縮機とができる。
【００１８】
また、本発明のヒートポンプ装置において、凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に中間冷却器を介設し、該中間冷却器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の該吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続し、該中間冷却器で凝縮器から出た冷媒液の一部を蒸発させることにより、凝縮器から出た他の冷媒液及び低段圧縮機から吐出された冷媒ガスを冷却するように構成するとよい。
【００１９】
これによって、ヒートポンプ装置の能力を向上できるとともに、中間冷却器で冷却された後の過冷却された高圧の冷媒液の一部を低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に供給できるので、低段圧縮機の吐出ガスの冷却効果をさらに高めることができると共に、冷媒液の供給量を減少できるので、低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に設けられる噴射ノズルを小型化することができる。
【００２０】
冷媒として、比熱比が大きいＮＨ３を用いた場合、ＮＨ３は温度上昇により比容積が他の冷媒と比べて大きくなる特性がある。シリンダへ吸入される前の吸入ガスの温度上昇による体積膨張が著しい。しかし、本発明を適用すれば、シリンダに吸入される前のＮＨ３ガスの温度上昇を抑えることができるので、ヒートポンプ装置の能力低下を招かない。
【００２１】
次に、前記本発明のヒートポンプ装置に適用可能な第１の本発明の冷媒用往復動型圧縮機は、
シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、
吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を受け入れる冷媒液供給口を吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に設け、該冷媒液供給口を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液を受け入れ、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したものである。
【００２２】
前記構成により、吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を該吐出室又は吐出空間に供給し、該冷媒液の蒸発潜熱で該吐出室又は吐出空間を冷却できる。これによって、該吐出室又は吐出空間の温度上昇をなくし、シリンダに吸入される前の吸入ガスの昇温を防止できるので、吸入ガスの比容積の増大を抑えることができ、体積効率の低下を抑えることができる。従って、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を抑制することができる。
【００２３】
第１の本発明の冷媒用往復動型圧縮機において、該吐出室又は吐出空間に冷媒液供給口に連通した噴射ノズルを設け、冷媒液を該噴射ノズルを介して該吐出室又は吐出空間に噴射するように構成するとよい。これによって、該吐出室又は吐出空間での冷媒液の蒸発を促進でき、冷却効果を高めることができる。
【００２４】
また、前記本発明のヒートポンプ装置に適用可能な第２の本発明の冷媒用往復動型圧縮機は、
シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、
吸入室と吐出室間に断熱材を介装し、吸入室と吐出室間の伝熱を遮断するように構成したものである。
【００２５】
かかる構成によれば、吐出室と吸入室との間に断熱材を介装するという簡易な手段で、吐出室の熱が吸入室に伝達するのを防止できる。これによって、シリンダに吸入される前の冷媒ガスの昇温を防止できるので、該冷媒ガスの比容積の増大を抑え、体積効率の低下を抑えることができる。これによって、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を抑制することができる。
【００２６】
さらに、第１の本発明の往復動型圧縮機と第２の本発明の往復動型圧縮機の構成を組み合わせることにより、吐出室から吸入室への熱伝熱を相乗的に抑制することができる。
即ち、吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を受け入れる冷媒液供給口を該吐出室又は吐出空間に設け、該冷媒液供給口を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液を受け入れ、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成すると共に、吐出室と吸入室との間に断熱材を介装したことにより、吐出室から吸入室への伝熱を効果的に抑えることができる。
【００２７】
また、第１の本発明又は第２の本発明の冷媒用往復動型圧縮機において、シリンダ上部組立体を、シリンダを遮蔽し吐出ガス通路を形成すると共に、該吐出ガス通路に吐出弁を設けた遮蔽板と、該遮蔽板の上方を覆って吐出室を形成したヘッドカバーと、該遮蔽板の下方に配置されシリンダを内包するとともに吸入弁を内蔵したバルブプレートと、該バルブプレートの下方に配置され吸入室を形成したシリンダ外包体とで構成するとともに、バルブプレートとシリンダ外包体との間に板状の断熱性ガスケットを介装し、バルブプレート及び断熱性ガスケットを拡径してバルブプレート及び断熱性ガスケットの外周端縁部を前記ヘッドカバーとシリンダ外包体の接合部で両側から挟持固定するとよい。
【００２８】
かかる構成とすれば、断熱性ガスケットをバルブプレートとシリンダ外包体との間に容易に固定できる。そして、バルブプレートとシリンダ外包体との間に断熱性ガスケットを配置することによって、シリンダ外包体形成された吸入室と、遮蔽板の上方に形成された吐出室との間の遮熱を効果的に行なうことができる。
【００２９】
また、シリンダ外包体が複数のシリンダを内包する場合には、複数のシリンダで挟まれる領域で、断熱性ガスケットとの間に断熱空間を形成するとよい。これによって、さらに断熱効果を向上できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のヒートポンプ装置によれば、冷媒循環路に往復動型圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を介設したヒートポンプサイクルを構成してなるヒートポンプ装置において、
凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、該冷媒液戻し流路を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給し、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したことにより、往復動型圧縮機の吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間から吸入室又は該吸入室に連通した吸入空間への伝熱を抑制して、シリンダに吸入される前の吸入ガスの温度上昇と体積膨張を抑え、往復動圧縮機の体積効率の低下を防止できる。これによって、ＮＨ３等比熱比の大きな冷媒を用いた場合であっても、ヒートポンプ装置の能力低下を防止できる。また、冷却水等を使用しないため、砂漠地帯など冷却水がない所でも適用でき、低コストで環境汚染も起こらない。
【００３１】
第１の本発明の冷媒用往復動型圧縮機によれば、シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を受け入れる冷媒液供給口を吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に設け、該冷媒液供給口を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液を受け入れ、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したことにより、該吐出室又は吐出空間から吸入室又は該吸入室に連通した吸入空間への伝熱を抑制して、シリンダに吸入される前の吸入ガスの温度上昇と体積膨張を抑え、往復動圧縮機の体積効率の低下を防止できる。これによって、前記本発明のヒートポンプ装置に適用することで、ヒートポンプ装置の能力低下を防止できる。
【００３２】
第２の本発明の往復動型圧縮機によれば、シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、吸入室と吐出室間に断熱材を介装し、吸入室と吐出室間の伝熱を遮断するように構成したことにより、簡易な手段で、吐出室の熱が吸入室に伝達するのを抑制でき、前記第１の本発明の往復動型圧縮機と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図２】前記第１実施形態の冷凍装置に組み込まれる往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体を示す立面断面図である。
【図３】前記第１実施形態に係る往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体の展開斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係る冷凍装置に組み込まれる往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体を示す立面断面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図１１】アンモニアガスの比容積の変化を示す線図である。
【図１２】本発明の第９実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３５】
（実施形態１）
本発明を冷凍装置に適用した第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る（往復動型圧縮機３が単段機の例）冷凍装置の系統図である。
図１において、冷凍装置１は、冷媒としてＮＨ３を用いる冷媒循環路２を備え、該冷媒循環路２に、往復動型圧縮機３と、往復動型圧縮機３の下流側に順に、油分離器４と、凝縮器５と、受液器６と、膨張弁７と、蒸発器８とが介設されて、冷凍サイクルを構成している。
【００３６】
往復動型圧縮機３は、シリンダ３０１と吐出弁３０２を介して連通する吐出室３０３と、シリンダ３０１と吸入弁３０４を介して連通する吸入室３０５とを備えている。吐出室３０３は、吐出弁３０２のすぐ出口側に設けられ、冷媒循環路２に連通している。吸入室３０５は吸入弁３０４のすぐ出口側に設けられ、冷媒循環路２に連通している。シリンダ３０１で圧縮され高圧となった冷媒ガスは、吐出弁３０２から吐出室３０３に吐出される。
【００３７】
吐出室３０３から冷媒循環路２に吐出された冷媒ガスは、油分離器４で潤滑油を分離された後、凝縮器５で放熱し凝縮する。凝縮した冷媒液は、一旦受液器６に貯留される。受液器６から出た冷媒液は、膨張弁７で減圧され、蒸発器８で蒸発する。蒸発器８では負荷から蒸発潜熱を吸収する。その後、冷媒ガスは往復動圧縮機２の吸入室３０５に吸入され、さらに吸入弁３０４を介してシリンダ３０１に吸入される。図１中の各部位に記入された温度は、その部位での冷媒（ＮＨ３）の温度を示す。
【００３８】
本実施形態では、受液器６の下流側で冷媒液を冷媒循環路２から分岐する分岐路９が設けられている。分岐路９は吐出室３０３の内壁に設けられた噴射ノズル３０６に接続されている。分岐路９には液ポンプ１１と液ポンプ１１の下流側に圧力調整弁１２が介設されている。冷媒液の一部は分岐路９を通り、液ポンプ１１の回転数制御及び圧力調整弁１２で圧力調整され、吐出室３０３より高圧となって、噴射ノズル３０６から吐出室３０３の内部に噴霧される。吐出室３０３内に噴射された冷媒液は、吐出室３０３内の冷媒ガスから蒸発潜熱を吸収して蒸発する。
【００３９】
これによって、吐出室３０３内の温度を低下させるため、吐出室３０３から吸入室３０５への伝熱を抑制できる。従って、シリンダ３０１に吸入される前の冷媒ガスの昇温を抑制できる。
尚、本実施例においては、凝縮器５に空冷凝縮器を、又往復動型圧縮機３の潤滑油の冷却高圧液式又は直膨式オイルクーラー（不図示）を用いることにより冷却水を使用しない往復動型圧縮機の高効率のヒートポンプ装置や冷凍装置が可能となる。
更に本実施例においては、往復動型圧縮機３に対して受液器６の位置を重力方向に上方に高くして液ヘッドをつけることにより、液ポンプ１１を省くことも可能である。（下記の他の実施例についても同様である。）
【００４０】
図２及び図３は、往復動型圧縮機３のシリンダ上部組立体２０の具体的な構造例を示す。本実施形態の往復動型圧縮機３は、２個のシリンダが組みになっている。
図２において、シリンダ２１の内部にピストン２２が摺動自在に配置されている。シリンダ２１はシリンダ外包体２３に装着されている。シリンダ外包体２３の上部にはバルブプレート３１が配置され、バルブプレート３１の開口３１ａは、シリンダ２１の上部開口に合わせて配置されている。バルブプレート３１に空洞部が穿設され、該空洞部にリング形をなす板状の吸入弁２５とその上方に筍スプリング２６が収納されている。
【００４１】
筍スプリング２６の弾性力が吸入弁２５をシリンダ２１の上端に設けられた弁座２７に押し付けるように作用している。吸入弁２５の下方には吸入室２４が設けられ、吸入室２４は、吸入弁２５に作用している筍スプリング２６の弾性力に抗して冷媒ガスにより吸入弁２５を押し上げることにより、シリンダ２１の内部と連通する。
【００４２】
バルブプレート３１の上部に円板形状をなすバルブケージ３２を設けてバルブプレート３１の開口３１ａを遮蔽している。バルブケージ３２の下面には、ボルト３３により截頭円錐形の弁プレート３４が結合されている。弁プレート３４のバルブケージ３２に対する位置決めは、位置合わせ棒３５を両者の位置決め孔に通すことによって行なわれる。弁プレート３４の形状はピストン２２の頭部形状に嵌合し、ピストン２２がシリンダ２１の上端に達した時に、シリンダ２１内に空間ができないようにしている。
【００４３】
バルブケージ３２には吐出ガス通路３６ａが穿設されるとともに、吐出ガス通路３６ａに筍スプリング３７が装着され、筍スプリング３７の下方に、リング形をなす板状の吐出弁３８が装着されている。吐出弁３８の下方には、弁プレート３４の周縁部に形成された弁座３４ａと、バルブプレート３１と一体の弁座３１ｂが配置されている。シリンダ２１の吐出ガス圧が小さい時に、吐出弁３８は、筍スプリング３７の弾性力によって弁座３４ａ及び３１ｂに押し付けられて、吐出ガス通路３６ａを遮断している。ピストン２２が上昇してシリンダ２１の吐出ガス圧が大きくなると、吐出ガスが吐出弁３８を押し上げて吐出ガス通路３６ａを開放する。
【００４４】
シリンダ外包体２３とバルブプレート３１の間には、断熱材からなる板状の断熱性ガスケット３９が介装されている。バルブケージ３２の上方には、ヘッドカバー４０が配置され、バルブケージ３２の上方に吐出室３６を形成している。吐出室３６は吐出ガス通路３６ａに連通すると共に、シリンダ２１から吐出した高圧の吐出ガスを冷媒循環路２に送る。ヘッドカバー４０に穿設された貫通孔４０ａには分岐管路９が接続され、ヘッドカバー内壁の開口には噴射ノズル３０６が取り付けられている。これによって、分岐管路９内の冷媒液が吐出室３６に噴霧される。
【００４５】
図３に示すように、ヘッドカバー４０の周縁部にはボルト座４１が設けられるとともに、ボルト座４１、バルブプレート３１、断熱性ガスケット３９及びシリンダ外包体２３の周縁部にはボルト孔４２〜４５が穿設され、これらの部材をボルト孔４２〜４５を介して図示しないボルトによって一体に結合している。
【００４６】
なお、本実施形態では、シリンダ外包体２３は２個のシリンダ２１を内包するものである。そのため、シリンダ外包体２３には２個のシリンダ２１が嵌合される２個の開口２３ａが穿設されている。そして、２個の開口２３ａの間には凹部４６が設けられており、この凹部４６が断熱性ガスケット３９との間に断熱空間ｉを形成している。
【００４７】
図２及び図３の往復動型圧縮機３は、ピストン２２が下降した時にシリンダ２１内に低圧が形成され、これによって、吸入ガスｇ１が筍スプリング２６の弾性力に抗して吸入弁２５を押し上げ、シリンダ２１内に導入される。次に、ピストン２２が上昇してシリンダ２１内を高圧にすると、高圧の吐出ガスｇ２が筍スプリング３７の弾性力に抗して吐出弁３８を押し上げ、吐出ガス通路３６ａを経て吐出室３６に排出される。
【００４８】
往復動型圧縮機２が冷凍装置１に組み込まれた場合、例えば、吸入室２４の温度は−２０〜０℃、吸入圧は０．２〜０．４ＭＰａであり、吐出室３６の温度は１２０〜１４０℃、吐出圧は１．３〜１．６ＭＰａである。
【００４９】
シリンダ上部組立体２０は、高温となった吐出ガスｇ２により加熱されるが、本実施形態では、分岐管路９から吐出室３６内に冷媒液が噴射ノズル３０６を介して噴霧され、噴霧された冷媒液が吐出ガスから蒸発潜熱を吸収して吐出ガスを冷却すると共に、バルブプレート３１とシリンダ外包体２３との間に断熱性ガスケット３９を介装しているので、吐出ガスｇ２の熱がシリンダ外包体２３まで伝達して吸入室２４を流れる吸入ガスｇ１を加熱するのを効率的に抑制できる。
【００５０】
従って、シリンダ２１内に吸入される前の吸入ガスｇ１の昇温を抑制することができるので、吸入ガスｇ１の体積膨張を抑制できる。例えば、図１に示すように、噴射ノズル３０６に３５℃の冷媒液を噴射することで、吐出室３０３内の吐出ガス温度を５０℃に抑制でき、吸入室３０５内の吸入ガス温度を−１０℃に抑制できる。そのため、シリンダ２１内に吸入される冷媒ガスの体積膨張を防止でき、往復動型圧縮機３の体積効率の低下を抑制することができる。これによって、往復動型圧縮機３が組み込まれた冷凍装置１の冷凍能力の低下を抑制することができる。
【００５１】
特に、冷媒として用いているＮＨ３は比熱比が大きく、温度上昇により体積膨張が著しいので、往復動型圧縮機の体積効率の低下が大きくなる。しかし、本発明により、往復動型圧縮機３の体積効率の低下を抑え、冷凍装置１の冷凍能力を維持させることができる。
また、本実施形態では、冷媒液の蒸発潜熱と断熱性ガスケット１９によって吸入ガスの温度上昇を抑えており、冷却水等を必要としないので、砂漠地帯でも適用可能であり、しかも環境汚染を生じない利点がある。
【００５２】
本実施形態において、冷媒液を噴射ノズル３０６により吐出室３６に微細粒として噴霧しているので、吐出ガスからの蒸発潜熱の吸収効果を向上できる。また、断熱性ガスケット３９は、吸入室２４からシリンダ外包体２３の周縁部まで延設されているので、断熱性ガスケット３９が配設された広い領域で吐出ガス熱を遮断している。従って、吐出ガス熱がシリンダ外包体２３側まで伝達するのを有効に遮断できる。
加えて、シリンダ外包体２３で複数のシリンダ２１の間に断熱空間ｉを設けているので、さらに断熱効果を向上させることができる。
【００５３】
（実施形態２）
次に、本発明の冷凍装置に係る第２実施形態（往復動型圧縮機３ａ、３ｂが組合せ二段機及び単機二段機の場合で、二段圧縮一段膨張において受液器６と蒸発器８入口側の膨張器７との間の冷媒経路2aに中間冷却器を用いていない例である。）を図４に基づいて説明する。図４において、本実施形態の冷凍装置は、往復動圧縮機が低段圧縮機３ａと高段圧縮機３ｂとからなる２段圧縮機で構成されている。低段圧縮機３ａ及び高段圧縮機３ｂのシリンダ上部組立体の構成は、図２及び図３に示す前記第１実施形態の構成と同一である。
受液器６から出た冷媒液は冷媒循環路２ａを通って膨張弁７に至る。膨張弁７で減圧された冷媒液は、蒸発器８で負荷から蒸発潜熱を奪って蒸発し、蒸発した冷媒ガスは、低段圧縮機３ａの吸入室３０５に吸入される。吸入室３０５に吸入された冷媒ガスは、吸入弁３０４を介してシリンダ３０１に吸入され、シリンダ３０１で圧縮される。
【００５４】
シリンダ３０１で圧縮された冷媒ガスは、吐出弁３０２を経て吐出室３０３に到り、吐出室３０３から冷媒循環路２ｂに吐出される。冷媒循環路２ｂに吐出された冷媒ガスは、油分離器４ａで潤滑油を分離された後、高段圧縮機３ｂの吸入室３０５に吸入される。
高段圧縮機３ｂの吸入室３０５に吸入された冷媒ガスは、高段圧縮機３ｂのシリンダ３０１内で圧縮され、吐出室３０３から冷媒循環路２ｃに吐出される。冷媒循環路２ｃに吐出された冷媒ガスは、油分離器４ｂで潤滑油を分離された後、凝縮器５で放熱して凝縮する。
【００５５】
本実施形態では、受液器６の下流側で冷媒循環路２ａから分岐する分岐路５１を設けている。分岐路５１には液ポンプ５２及び圧力調整弁５３が介設されている。分岐路５１の末端は高段圧縮機３ｂの吐出室３０３に接続されている。冷媒液は、液ポンプ５３の回転数制御及び圧力調整弁５３の圧力制御により、高段圧縮機３ｂの吐出室３０３より高い圧力に加圧され、吐出室３０３内で噴射ノズル３０６から噴霧される。
【００５６】
分岐路５１より下流側の冷媒循環路２ａから分岐路５４が分岐され、分岐路５４は低段圧縮機３ａの吐出室３０３の内壁面に設けられた噴射ノズル３０６に接続されている。低段圧縮機３ａの吐出室３０３内は、分岐路５４より低圧であるので、冷媒液を増圧させる必要がなく、そのまま吐出室３０３内に供給できる。
【００５７】
本実施形態では、分岐路５１及び５４から高段圧縮機３ｂ及び低段圧縮機３ａの吐出室３０３に冷媒液を噴霧し、該冷媒液を吐出室３０３内の吐出ガスの保有熱で蒸発させ、吐出ガスから蒸発潜熱を奪って吐出ガスを冷却する。従って、低段圧縮機３ａ及び高段圧縮機３ｂにおいて、吐出室３０３から吸入室３０５への熱伝達を抑えることができる。
また、図２及び図３に示すように、低段圧縮機３ａ及び高段圧縮機３ｂのシリンダヘッド２０には、バルブプレート３１とシリンダ外包体２３との間に断熱性ガスケット３９を介装しているので、断熱性ガスケット３９によって吐出室３６から吸入室２４への熱伝達を抑制できる。
【００５８】
図４に示すように、低段圧縮機３ａの吸入室３０５の温度を−２５℃に抑え、高段圧縮機３ｂの吸入室３０５の温度を１５℃に抑えることができるので、往復動型圧縮機の体積効率の低下を抑え、冷凍装置１の冷凍能力を維持できる。
【００５９】
なお、高段圧縮機３ｂの吐出室３０３と分岐路５１の圧力は同一であるので、冷媒液を分岐路５１から高段圧縮機３ｂの吐出室３０３に供給する場合には、液ポンプ５２及び圧力調整弁５３で増圧する必要がある。一方、低段圧縮機３ａの吐出室３０３は分岐路５４より低圧であるので、冷媒液を分岐路５４から低段圧縮機３ａの吐出室３０３に供給する場合に増圧する必要はない。従って、増圧機が不要であり、動力低減を可能とする。
【００６０】
低段圧縮機３ａの吸入ガス温度は、高段圧縮機３ｂの吸入ガス温度と比べて低い。例えば、低段圧縮機３ａの吸入ガス温度は−３０℃であり、高段圧縮機側と比べて吐出ガスとの温度差が大きい。従って、吐出ガスからの熱伝達による吸入ガスの温度上昇の影響は、低段圧縮機３ａのほうが受けやすい。そのため、少なくとも低段圧縮機３ａの吐出室３０３に分岐路５４から冷媒液を供給するようにすれば、吸入ガスの温度抑制効果をより大きくし、冷凍能力の低下をより抑えることができる。
【００６１】
（実施形態３）
次に本発明に係る冷凍装置の第３実施形態（二段圧縮機3a、３ｂの一段膨張において中間冷却器６１を用いる場合の１で、中間冷却器６１は受液器６よりの冷媒液を伝熱管６１ａを通して膨張弁７及び蒸発器８へ送り、中間冷却器６１では冷媒液の膨張はさせていない。）を図５に基づいて説明する。図５において、本実施形態では、受液器６の下流側で冷媒循環路２ａに液ガス熱交換器６１を介在させ、液ガス熱交換器６１に油分離器４ａの下流側の冷媒循環路２ｂを接続している。そして、受液器６から出た冷媒液と油分離器４ａの下流側の吐出冷媒ガスとを液ガス熱交換器６１で熱交換させ、該吐出冷媒ガスによって該冷媒液を冷却するようにしている。その他の構成は、図４に示す前記第２実施形態と同一である。同一構成の部材又は機器には、第２実施形態と同一の符号を付しており、それらの説明を省略する。
【００６２】
低段圧縮機３ａの吐出室３０３には、分岐路５４を介して受液器６の下流側の冷媒液を供給し、該冷媒液を図２に示すように、噴射ノズル３０６を介して吐出室３０３に噴霧している。そして、該冷媒液を蒸発させて吐出室３０３内の吐出ガスの温度を低下させている。例えば、凝縮温度が３５℃で、蒸発温度が−３０℃の場合、凝縮器５及び受液器６内の冷媒液の温度は３５℃であり、この冷媒液を吐出室３０３内で蒸発させ、蒸発潜熱を吸収することにより、吐出室３０３内の吐出ガス温度を１０℃に冷却できる。
【００６３】
この１０℃の吐出ガスを液ガス熱交換器６１に導入し、液ガス熱交換器６１で受液器６から出た３５℃の冷媒液を３０℃に冷却することができる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、前記第２実施形態と同様の作用効果を得ることができるほか、液ガス熱交換器６１において、低段圧縮機３ａの吐出ガスで受液器６出口側の冷媒液を冷却するようにしているので、冷凍装置１の冷凍能力をさらに向上させ、ＣＯＰを向上させることができる。
本実施例の高段側往復圧縮機３ｂについては、ヘッドカバー（吐出室３０３）内への液インジェクション（噴射ノズル３０６）を省きヘッドカバーを水冷にしてもよく、又は温度条件により空冷にしてもよい。
【００６５】
（実施形態４）
次に本発明の冷凍装置に係る第４実施形態（二段圧縮機3a、３ｂの一段膨張において中間冷却器６１を用いる場合の２で、中間冷却器６１に関しては第3実施形態と同様な構成である。）を図６に基づいて説明する。図６において、本実施形態では、液ガス熱交換器６１の下流側で冷媒出口管路７０から分岐路７１を分岐させ、分岐路７１を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に接続している。その他の構成は、前記第３実施形態と同一であるので、同一の部材又は機器の説明を省略する。
分岐路７１の末端は低段圧縮機３ａの吐出室３０３内に配設された噴射ノズル３０６に接続されており、吐出室３０３の構成も前記第１〜第３実施形態と同一である。
【００６６】
本実施形態によれば、低段圧縮機３ａ及び高段圧縮機３ｂの吐出室３０３における吐出ガスの冷却効果に加えて、液ガス熱交換器６１で過冷却された後の低温度（３０℃）の冷媒液を分岐路７１を介して低段圧縮機３２ａの吐出室３０３に供給しているので、該吐出室３０３の吐出ガスの冷却効果をさらに向上できる。そのため、分岐路７１に供給する冷媒液量を少なくできるので、噴射ノズル３０６を小型化できる利点がある。
又、本実施例においても、高段側往復圧縮機３ｂについては、ヘッドカバー（吐出室３０３）内への液インジェクション（噴射ノズル３０６）を省きヘッドカバーを水冷にしてもよく、又は温度条件により空冷にしてもよいことは前記実施例と同様である。
【００６７】
（実施形態５）
次に、本発明の冷凍装置に係る第５実施形態を図７（二段圧縮機3a、３ｂの一段膨張において中間冷却器８１を用いる場合の３で、中間冷却器８１内を、膨張弁８３により冷媒液を液噴射して強制冷却している。）に基づいて説明する。本実施形態は、図６に示す前記第４実施形態の液ガス熱交換器６１を中間冷却器８１に置き換えたものであり、中間冷却器８１廻り以外の他の構成は第４実施形態と同一である。中間冷却器８１では、中間冷却器８１の上流側で冷媒循環路２ａから分岐する分岐路８２を設け、分岐路８２に膨張弁８３を介設している。
【００６８】
本実施形態の中間冷却器８１は、中間冷却器８１の内部に冷媒循環路２ａに連通した伝熱管路８１ａが配設され、管路８１ａの外側に低段圧縮機３ａの吐出冷媒ガスが充満する空間が形成される。そして、管路８１ａ内を流れる冷媒液と吐出冷媒ガスとは、管路８１ａの管壁を通して熱交換される。
又、中間冷却器８１の伝熱管路８１ａの熱交換された冷媒液は、出口側管路７０を介して膨張弁７に導かれる。
又、液ガス熱交換器６１の下流側で冷媒出口管路７０から分岐路７１を分岐させ、分岐路７１を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に接続している。
【００６９】
かかる構成において、分岐路８２に流入した冷媒液は膨張弁８３を通って減圧された後、中間冷却器８１に流入する。該冷媒液は中間冷却器８１内で蒸発し蒸発潜熱を奪うので、冷媒循環路２ａから中間冷却器８１の管路８１ａに流入した冷媒液の冷却効果を増すことができる。中間冷却器８１で冷媒液は、例えば２５℃に冷却される。
【００７０】
従って、本実施形態によれば、前記第４実施形態と比べて、中間冷却器８１による冷媒液の冷却効果を高めることができるので、中間冷却器８１の出口側の熱媒液の温度をさらに低減できる。そのため、分岐路７１から低段圧縮機３ａの吐出室３０３に供給される冷媒液の温度をさらに低下できるので、低段圧縮機３ａの吐出ガスの温度抑制効果を第４実施形態と比べてさらに向上できる。また、膨張弁７に流入する冷媒液の冷却効果も向上するため、冷凍装置１の冷凍能力をさらに向上できる。
【００７１】
（実施形態６）
次に、本発明の冷凍装置に係る第６実施形態（二段圧縮二段膨張の場合で、本実施例は中間冷却器９１を設け、受液器６よりの冷媒液は膨張弁９２より、中間冷却器９１内の膨張空間91aに噴出され、その下方の液空間に受液した冷媒液を膨張弁７を介して蒸発器８に導かれ、これにより二段膨張が可能となる。）を図８に基づいて説明する。本実施形態は、図５に示す第３実施形態と比べて、第３実施形態の液ガス熱交換器６１を中間冷却器９１と置き換えたものである。そして、中間冷却器９１の上流側の冷媒循環路２ａに膨張弁９２を介設している。その他の構成は第３実施形態と同一である。
【００７２】
かかる構成により、冷媒循環路２ａの冷媒液は膨張弁９２を通って減圧され、中間冷却器９１の内部で低段圧縮機３ａの吐出ガスから蒸発潜熱を奪って蒸発する。なお、本実施形態の中間冷却器９１は、内部空間が形成された密閉容器形状をなし、内部空間で冷媒液と吐出ガスとが接触熱交換を行なう方式のものである。
【００７３】
本実施形態によれば、第３実施形態と比べて、液ガス熱交換器６１の代わりに中間冷却器９１を配設しているため、膨張弁７に至る冷媒液の冷却効果をさらに向上できると共に（例えば１℃に冷却可能）、高段圧縮機３ｂの吸入室３０５に供給される冷媒ガスの冷却効果も向上できる（例えば６℃に冷却可能）。
また、図７に示す第５実施形態と比べて、中間冷却器９１の内部に配設される伝熱管が不要となり、設備コストを低減することができる。
【００７４】
（実施形態７）
次に、本発明の冷凍装置に係る第７実施形態を図９に基づいて説明する。図９は、本発明の冷凍装置に組み込まれた往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体１００を示す。本実施形態の往復動型圧縮機は、２個のシリンダが対になって構成されている。
図９において、シリンダ１０１の内部にピストン１０２が摺動自在に配置されている。シリンダ１０１はシリンダ外包体１０３に装着されている。シリンダ外包体１０３の上部にはバルブプレート１１１が配置され、バルブプレート１１１の開口１１１ａが、シリンダ１０１の上部開口と同心上に配置されている。バルブプレート１１１に空洞部が穿設され、該空洞部にリング形をなす板状の吸入弁１０５とその上方に筍スプリング１０６が収納されている。
【００７５】
筍スプリング１０６の弾性力が吸入弁１０５をシリンダ１０１の上端に押し付けるように作用している。吸入弁１０５の下方には吸入ガス通路１０４ａ及び吸入ガス通路１０４ａに連通した吸入室１０４が設けられている。ピストン１０２がシリンダ１０１内を下降した時、シリンダ１０１内は低圧となり、吸入室１０４との間で差圧を生じる。この時冷媒ガスｇ１が吸入弁１０５を押し上げて、シリンダ１０１内に吸入される。
【００７６】
バルブプレート１１１の上部に円板形状をなすバルブケージ１１２を取り付けて、バルブプレート１１１の開口１１１ａを遮蔽している。バルブケージ１１２の下面には、ボルト１１３により截頭円錐形の弁プレート１１４が結合されている。
バルブケージ１１２には吐出ガス通路１１６ａが穿設されるとともに、バルブケージ１１２に筍スプリング１１７が装着され、筍スプリング１１７の下方に、吐出ガス通路１１６ａに面してリング形をなす板状の吐出弁１１８が装着されている。
ピストン１０２が上昇してシリンダ１０１の吐出ガス圧が大きくなると、吐出ガスｇ２が吐出弁１１８を押し上げて吐出ガス通路１１６ａに吐出する。
【００７７】
バルブケージ１１２の上方は、ヘッドカバー１２１で覆われ、バルブケージ１１２の上方に吐出室１１６を形成している。吐出室１１６は吐出ガス通路１１６ａに連通すると共に、シリンダ１０１から吐出した高圧の吐出ガスを冷媒循環路に送る。
吐出ガス通路１１６ａから吐出室１１６に吐出された冷媒ガスｇ２は、シリンダ外包体１０３に形成された通路１０７を通って、冷媒循環路に送られる。通路１０７は、吸入室１０４及び吸入ガス通路１０４ａとシリンダ外包体１０３の隔壁を隔てて隣接配置されている。
【００７８】
図９に示すように、ヘッドカバー１２１及びシリンダ外包体１０３には、夫々貫通孔１２１ａ及び１２１ｂが設けられ、該貫通孔には、夫々図１の分岐管路９に相当する分岐管路１２２ａ及び１２２ｂが接続されている。貫通孔１２１ａはヘッドカバー内壁に開口し、貫通孔１２１ｂは通路１０７に開口している。そして、これら開口に夫々噴射ノズル１２３ａ及び１２３ｂが取り付けられている。これによって、図示しない受液器から凝縮した冷媒液が、分岐管路１２２ａ及び１２２ｂを通って吐出室１１６及び通路１０７に噴霧される。
ヘッドカバー１２１の表面には冷却水ジャケット１２４で被覆されて密閉された冷却水充填空間１２５を形成している。冷却水ジャケット１２４に冷却水供給孔１２４ａが設けられ、冷却水供給孔１２４ａから冷却水ｗが充填される。
【００７９】
本実施形態によれば、冷媒液を噴射ノズル１２３ａ、１２３ｂにより吐出室１１６及び通路１０７に微細粒として噴霧しているので、吐出ガスからの蒸発潜熱の吸収効果を向上できる。
通路１０７は吸入室１０４及び吸入ガス通路１０４ａとシリンダ外包体１０３の隔壁を隔てて隣接配置されているが、通路１０７に噴射ノズル１２３ｂで冷媒液を噴霧し、吐出ガスの温度上昇を抑えているので、通路１０７を通る冷媒ガスによって吸入室１０４及び吸入ガス通路１０４ａを通る吸入ガスが加温するのを抑えることができる。
【００８０】
（実施形態８）
本発明の冷凍装置に係る第８実施形態を図１０に基づいて説明する。図１０において、
本実施形態は、図１〜図３に示す前記第１実施形態と比べて、冷凍装置１の受液器６の下流側で冷媒液を分岐する分岐路９をなくすと共に、単段の往復動型圧縮機３の吐出室３０３内では、分岐管路９を接続しておらず、かつ噴射ノズル３０６を装着していない。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００８１】
本実施形態では、凝縮した冷媒液の蒸発潜熱を利用した吐出室３６内の吐出ガスの冷却を行なっていない。そして、吸入室３６と吐出室２４間の熱伝達をバルブプレート３１とシリンダ外包体２３との間に介装した断熱性ガスケット３９で遮断するようにして、吸入室２４の吸入ガスの昇温を抑制している。また、図３に示すように、複数のシリンダ２１間でシリンダ外包体２３に断熱空間ｉを設けることで、断熱効果を増すようにしている。
これによって、シリンダ２１に吸入される前の吸入ガスの昇温を抑えることができるので、往復動型圧縮機の体積効率の低下を抑え、冷凍装置１の冷凍能力を維持できる。
【００８２】
（実施形態９）
次に、本発明の冷凍装置に係る第９実施形態を図１２（二段圧縮機３ａ、３ｂの一段膨張において中間冷却器８１を用いる場合で、中間冷却器８１内を、膨張弁８３により冷媒液を液噴射して強制冷却しているとともに、受液器６の常温液冷媒を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に供給している図である。）に基づいて説明する。本実施形態は、図７に示す前記第５実施形態の中間冷却器８１廻り以外の他の構成は第５実施形態と同一である。受液器６出口側の冷媒循環路２ａは中間冷却器８１を通す経路２ａと該経路２ａを分岐して中間冷却器８１をバイパスする経路２ｂ及び７１ａが設けられ、受液器６の常温液冷媒を低段圧縮機３ａの吐出室３０３のノズル３０６に接続している。
【００８３】
このような構成を取ることにより、中間熱交換器８１を通った低温液冷媒を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に供給する場合に比較してより好ましい下記のような効果がある。
【００８４】
中間熱交換器８１及び低温液体配管８１ａは外気（又は機械室温）からの加熱を避けるため断熱される。
特にバルブ等で液封状態において外部から熱侵入があると液膨脹を起こして配管部の弱いところから破壊が生じる恐れがあるが、本実施例では中間冷却器８１を通す経路２ａと該経路２ａを分岐して中間冷却器８１をバイパスする経路２ｂ及び７１ａが設けられて、受液器６の常温液冷媒を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に直接導いているので、前記した課題が解決出来る。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、往復動型圧縮機内部での吸入冷媒ガスの温度上昇を抑制することによって、高密度の冷媒ガスを吸入できるので、体積効率を向上でき、それによって、往復動型圧縮機が組み込まれた冷凍装置等のヒートポンプ装置の能力を向上させることができる。
そして更に、圧縮機内部での吸入ガスの温度上昇を抑え且つ冷却水を使用しないことも可能とした往復動型圧縮機の高効率のヒートポンプ装置や冷凍装置を得ることが出来る。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置等のヒートポンプ装置に組み込んだ往復動型圧縮機から吐出する冷媒ガスの温度上昇を抑えることにより、往復動型圧縮機の体積効率を向上させ、さらには、該往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力向上を可能にしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、往復動型圧縮機では、ケーシング内に吸入ガス通路及び吐出ガス通路を設けるのが一般的である。冷凍装置等のヒートポンプ装置に組み込まれた往復動型圧縮機では、高温の吐出ガスと低温の吸入ガスがケーシングの壁面を介して熱交換し、吸入ガスがシリンダに吸い込まれるまでに吸入ガスの温度が上昇してしまう。そのため、吸入ガスがシリンダに吸入される前に膨張し、比容積が大きくなり、循環質量流量が無視できないほど減少する。従って、圧縮機での体積効率の低下を招き、往復動型圧縮機が組み込まれた冷凍装置の冷凍能力又はヒートポンプ装置の加熱能力を低下させることになる。
【０００３】
特に、アンモニアガスは、比熱比が比較的大きいため、吐出温度が高く、また、図１１に示すように、温度上昇に対して、比容積が大きくなる特性をもっている。このような熱媒を用いる場合は、圧縮機のケーシング内部での吸入ガスの加熱（温度上昇）をできるだけ抑える必要がある。
【０００４】
特許文献１（特開２０００−１８１５４号公報）には、往復動型圧縮機において、圧縮時のシリンダ室内温度が過度に高くなることを抑えて、潤滑油の劣化や焼付きの問題を解消するための手段が開示されている。この手段は、ピストンが収納された複数のシリンダ室の周囲に空洞部を設け、該空洞部に冷却用媒体としてアキュムレータから帰還した帰還冷媒を導入することにより、シリンダ室を冷却する手段が開示されている。シリンダ室を冷却した帰還冷媒は連通孔を介して吸入室に導出される。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された手段では、シリンダの周囲に空洞部を設け、該空洞部に帰還冷媒を導入することによって、シリンダの冷却を行なうものである。従って、吐出ガスを冷却するものではないため、吸入ガスがシリンダに吸入される前に、吸入ガスと吐出ガスがケーシングの壁面を通して熱交換してしまい、シリンダに吸入される前の吸入ガスの温度上昇を防止できない。従って、圧縮機での体積効率の低下を招き、往復動型圧縮機が組み込まれた冷凍装置の冷凍能力又はヒートポンプ装置の加熱能力を低下させることになる。
【０００７】
また、シリンダ室の周囲に冷却用媒体を導入する空洞部を設けるため、圧縮機が大型化かつ重量化してしまうとともに、該空洞部に多量の冷却用媒体を供給するために、圧縮機が組み込まれた冷凍装置等のヒートポンプ装置の能力を低下させてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、簡素な構成で、往復動型圧縮機の吐出ガス温度を低下させることにより、往復動型圧縮機の体積効率の低下や、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を防止することを目的とする。
より具体的には往復動型圧縮機において該圧縮機内部での吸入ガスの加熱を抑え、冷凍能力（体積効率）を向上させると共に、冷却水を使用しない往復動型圧縮機を用いた高効率ヒートポンプ装置や冷凍装置を提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明は、圧縮機の吐出側の（吐出室又は該吐出室に連通した吐出直後の吐出空間の）高温冷媒ガス空間に冷媒サイクルの冷媒液（凝縮液）を噴射して冷却して、前記高温冷媒ガスの吐出温度を低下させるもので、
より具体的には、本発明のヒートポンプ装置は、
冷媒循環路に往復動型圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を介設したヒートポンプサイクルを構成してなるヒートポンプ装置において、
凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、
該冷媒液戻し流路を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給し、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したものである。
【００１０】
本発明のヒートポンプ装置では、往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室から吐出しその後凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を吐出室又は該吐出空間に戻すようにする。そして、吐出室又は該吐出空間で該冷媒液を吐出ガスの熱で蒸発させ、吐出ガスから蒸発潜熱を奪うことによって、吐出室又は該吐出空間を冷却する。吐出室又は該吐出空間を冷却することによって、吐出室又は該吐出空間から吸入室又はガス通路への熱伝達を抑制するようにしたものである。
【００１１】
これによって、シリンダに吸入される前の冷媒ガスの温度上昇を防止できる。従って、体積膨張を抑制して、往復動型圧縮機の体積効率の低下を防ぎ、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を抑制することができる。
このように、冷媒の蒸発潜熱で吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間を冷却でき、冷却水等を使用しないため、砂漠地帯など冷却水がない所でも適用できる。そのため、低コストで環境問題も起こらない。
【００１２】
本発明のヒートポンプ装置において、前記吐出室又は吐出空間に冷媒液戻し流路に接続された噴射ノズルを設け、冷媒液を該噴射ノズルから該吐出室又は吐出空間に噴射するように構成するとよい。これによって、吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間での冷媒液の蒸発を促進でき、冷却効果を高めることができる。
【００１３】
本発明のヒートポンプ装置において、往復動型圧縮機が低段圧縮機と高段圧縮機とからなる多段圧縮機である場合、高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を低段圧縮機の吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、該冷媒液戻し流路を介して低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給するように構成するとよい。
【００１４】
高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮された冷媒液は、低段圧縮機の吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間より高圧であるので、増圧機を用いることなく、低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に供給できる。このため、冷媒液を供給するための動力や機器類が不要になる。
【００１５】
前記構成に加えて、高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に戻す第２の冷媒液戻し流路を設けると共に、該第２の冷媒液戻し流路に増圧機を介設し、第２の冷媒液戻し流路を介して高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給するように構成してもよい。
高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に凝縮器で凝縮した熱媒液の一部を供給する場合は、高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間と凝縮器は同一圧力であるので、熱媒液戻し流路に例えば液ポンプ等の増圧機を介設する必要がある。
これによって、低段圧縮機及び高段圧縮機の両方の吸入ガスを冷却できる。
【００１６】
また、本発明のヒートポンプ装置において、凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に冷媒液熱交換器を介設し、該冷媒液熱交換器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の該吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続して、凝縮器から出た冷媒液を低段圧縮機から吐出された冷媒ガスで冷却するように構成するとよい。
これによって、冷媒循環路を凝縮器から膨張弁に向う冷媒液を、該冷媒液熱交換器で低段圧縮機から吐出され冷却された冷媒ガスで冷却するようにしているので、冷凍装置等のヒートポンプ装置の能力を向上できる。
【００１７】
なお、凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に冷媒液熱交換器を介設し、該冷媒液熱交換器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の前記吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続して、凝縮器から出た冷媒液を低段圧縮機から吐出された冷媒ガスで冷却するように構成し、
前記冷媒液熱交換器を冷媒液戻し流路又は第２の冷媒液戻し流路の上流側の冷媒循環路に介設し、該冷媒液熱交換器で冷却した冷媒液の一部を冷媒液戻し流路又は第２の冷媒液戻し流路に供給するように構成してもよい。
これによって、該冷媒液熱交換器で冷却された冷媒液を低段圧縮機又は高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に供給できるので、吐出ガスの冷却効果をさらに高める高段圧縮機とができる。
【００１８】
また、本発明のヒートポンプ装置において、凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に中間冷却器を介設し、該中間冷却器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の該吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続し、該中間冷却器で凝縮器から出た冷媒液の一部を蒸発させることにより、凝縮器から出た他の冷媒液及び低段圧縮機から吐出された冷媒ガスを冷却するように構成するとよい。
【００１９】
これによって、ヒートポンプ装置の能力を向上できるとともに、中間冷却器で冷却された後の過冷却された高圧の冷媒液の一部を低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に供給できるので、低段圧縮機の吐出ガスの冷却効果をさらに高めることができると共に、冷媒液の供給量を減少できるので、低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に設けられる噴射ノズルを小型化することができる。
【００２０】
冷媒として、比熱比が大きいＮＨ３を用いた場合、ＮＨ３は温度上昇により比容積が他の冷媒と比べて大きくなる特性がある。シリンダへ吸入される前の吸入ガスの温度上昇による体積膨張が著しい。しかし、本発明を適用すれば、シリンダに吸入される前のＮＨ３ガスの温度上昇を抑えることができるので、ヒートポンプ装置の能力低下を招かない。
【００２１】
次に、前記本発明のヒートポンプ装置に適用可能な第１の本発明の冷媒用往復動型圧縮機は、
シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、
吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を受け入れる冷媒液供給口を吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に設け、該冷媒液供給口を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液を受け入れ、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したものである。
【００２２】
前記構成により、吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を該吐出室又は吐出空間に供給し、該冷媒液の蒸発潜熱で該吐出室又は吐出空間を冷却できる。これによって、該吐出室又は吐出空間の温度上昇をなくし、シリンダに吸入される前の吸入ガスの昇温を防止できるので、吸入ガスの比容積の増大を抑えることができ、体積効率の低下を抑えることができる。従って、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を抑制することができる。
【００２３】
第１の本発明の冷媒用往復動型圧縮機において、該吐出室又は吐出空間に冷媒液供給口に連通した噴射ノズルを設け、冷媒液を該噴射ノズルを介して該吐出室又は吐出空間に噴射するように構成するとよい。これによって、該吐出室又は吐出空間での冷媒液の蒸発を促進でき、冷却効果を高めることができる。
【００２４】
また、前記本発明のヒートポンプ装置に適用可能な第２の本発明の冷媒用往復動型圧縮機は、
シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、
吸入室と吐出室間に断熱材を介装し、吸入室と吐出室間の伝熱を遮断するように構成したものである。
【００２５】
かかる構成によれば、吐出室と吸入室との間に断熱材を介装するという簡易な手段で、吐出室の熱が吸入室に伝達するのを防止できる。これによって、シリンダに吸入される前の冷媒ガスの昇温を防止できるので、該冷媒ガスの比容積の増大を抑え、体積効率の低下を抑えることができる。これによって、往復動型圧縮機が組み込まれたヒートポンプ装置の能力低下を抑制することができる。
【００２６】
さらに、第１の本発明の往復動型圧縮機と第２の本発明の往復動型圧縮機の構成を組み合わせることにより、吐出室から吸入室への熱伝熱を相乗的に抑制することができる。
即ち、吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を受け入れる冷媒液供給口を該吐出室又は吐出空間に設け、該冷媒液供給口を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液を受け入れ、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成すると共に、吐出室と吸入室との間に断熱材を介装したことにより、吐出室から吸入室への伝熱を効果的に抑えることができる。
【００２７】
また、第１の本発明又は第２の本発明の冷媒用往復動型圧縮機において、シリンダ上部組立体を、シリンダを遮蔽し吐出ガス通路を形成すると共に、該吐出ガス通路に吐出弁を設けた遮蔽板と、該遮蔽板の上方を覆って吐出室を形成したヘッドカバーと、該遮蔽板の下方に配置されシリンダを内包するとともに吸入弁を内蔵したバルブプレートと、該バルブプレートの下方に配置され吸入室を形成したシリンダ外包体とで構成するとともに、バルブプレートとシリンダ外包体との間に板状の断熱性ガスケットを介装し、バルブプレート及び断熱性ガスケットを拡径してバルブプレート及び断熱性ガスケットの外周端縁部を前記ヘッドカバーとシリンダ外包体の接合部で両側から挟持固定するとよい。
【００２８】
かかる構成とすれば、断熱性ガスケットをバルブプレートとシリンダ外包体との間に容易に固定できる。そして、バルブプレートとシリンダ外包体との間に断熱性ガスケットを配置することによって、シリンダ外包体形成された吸入室と、遮蔽板の上方に形成された吐出室との間の遮熱を効果的に行なうことができる。
【００２９】
また、シリンダ外包体が複数のシリンダを内包する場合には、複数のシリンダで挟まれる領域で、断熱性ガスケットとの間に断熱空間を形成するとよい。これによって、さらに断熱効果を向上できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のヒートポンプ装置によれば、冷媒循環路に往復動型圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を介設したヒートポンプサイクルを構成してなるヒートポンプ装置において、
凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、該冷媒液戻し流路を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給し、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したことにより、往復動型圧縮機の吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間から吸入室又は該吸入室に連通した吸入空間への伝熱を抑制して、シリンダに吸入される前の吸入ガスの温度上昇と体積膨張を抑え、往復動圧縮機の体積効率の低下を防止できる。これによって、ＮＨ３等比熱比の大きな冷媒を用いた場合であっても、ヒートポンプ装置の能力低下を防止できる。また、冷却水等を使用しないため、砂漠地帯など冷却水がない所でも適用でき、低コストで環境汚染も起こらない。
【００３１】
第１の本発明の冷媒用往復動型圧縮機によれば、シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を受け入れる冷媒液供給口を吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に設け、該冷媒液供給口を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液を受け入れ、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したことにより、該吐出室又は吐出空間から吸入室又は該吸入室に連通した吸入空間への伝熱を抑制して、シリンダに吸入される前の吸入ガスの温度上昇と体積膨張を抑え、往復動圧縮機の体積効率の低下を防止できる。これによって、前記本発明のヒートポンプ装置に適用することで、ヒートポンプ装置の能力低下を防止できる。
【００３２】
第２の本発明の往復動型圧縮機によれば、シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、吸入室と吐出室間に断熱材を介装し、吸入室と吐出室間の伝熱を遮断するように構成したことにより、簡易な手段で、吐出室の熱が吸入室に伝達するのを抑制でき、前記第１の本発明の往復動型圧縮機と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図２】前記第１実施形態の冷凍装置に組み込まれる往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体を示す立面断面図である。
【図３】前記第１実施形態に係る往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体の展開斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係る冷凍装置に組み込まれる往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体を示す立面断面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図１１】アンモニアガスの比容積の変化を示す線図である。
【図１２】本発明の第９実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３５】
（実施形態１）
本発明を冷凍装置に適用した第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る（往復動型圧縮機３が単段機の例）冷凍装置の系統図である。
図１において、冷凍装置１は、冷媒としてＮＨ３を用いる冷媒循環路２を備え、該冷媒循環路２に、往復動型圧縮機３と、往復動型圧縮機３の下流側に順に、油分離器４と、凝縮器５と、受液器６と、膨張弁７と、蒸発器８とが介設されて、冷凍サイクルを構成している。
【００３６】
往復動型圧縮機３は、シリンダ３０１と吐出弁３０２を介して連通する吐出室３０３と、シリンダ３０１と吸入弁３０４を介して連通する吸入室３０５とを備えている。吐出室３０３は、吐出弁３０２のすぐ出口側に設けられ、冷媒循環路２に連通している。吸入室３０５は吸入弁３０４のすぐ出口側に設けられ、冷媒循環路２に連通している。シリンダ３０１で圧縮され高圧となった冷媒ガスは、吐出弁３０２から吐出室３０３に吐出される。
【００３７】
吐出室３０３から冷媒循環路２に吐出された冷媒ガスは、油分離器４で潤滑油を分離された後、凝縮器５で放熱し凝縮する。凝縮した冷媒液は、一旦受液器６に貯留される。受液器６から出た冷媒液は、膨張弁７で減圧され、蒸発器８で蒸発する。蒸発器８では負荷から蒸発潜熱を吸収する。その後、冷媒ガスは往復動圧縮機２の吸入室３０５に吸入され、さらに吸入弁３０４を介してシリンダ３０１に吸入される。図１中の各部位に記入された温度は、その部位での冷媒（ＮＨ３）の温度を示す。
【００３８】
本実施形態では、受液器６の下流側で冷媒液を冷媒循環路２から分岐する分岐路９が設けられている。分岐路９は吐出室３０３の内壁に設けられた噴射ノズル３０６に接続されている。分岐路９には液ポンプ１１と液ポンプ１１の下流側に圧力調整弁１２が介設されている。冷媒液の一部は分岐路９を通り、液ポンプ１１の回転数制御及び圧力調整弁１２で圧力調整され、吐出室３０３より高圧となって、噴射ノズル３０６から吐出室３０３の内部に噴霧される。吐出室３０３内に噴射された冷媒液は、吐出室３０３内の冷媒ガスから蒸発潜熱を吸収して蒸発する。
【００３９】
これによって、吐出室３０３内の温度を低下させるため、吐出室３０３から吸入室３０５への伝熱を抑制できる。従って、シリンダ３０１に吸入される前の冷媒ガスの昇温を抑制できる。
尚、本実施例においては、凝縮器５に空冷凝縮器を、又往復動型圧縮機３の潤滑油の冷却高圧液式又は直膨式オイルクーラー（不図示）を用いることにより冷却水を使用しない往復動型圧縮機の高効率のヒートポンプ装置や冷凍装置が可能となる。
更に本実施例においては、往復動型圧縮機３に対して受液器６の位置を重力方向に上方に高くして液ヘッドをつけることにより、液ポンプ１１を省くことも可能である。（下記の他の実施例についても同様である。）
【００４０】
図２及び図３は、往復動型圧縮機３のシリンダ上部組立体２０の具体的な構造例を示す。本実施形態の往復動型圧縮機３は、２個のシリンダが組みになっている。
図２において、シリンダ２１の内部にピストン２２が摺動自在に配置されている。シリンダ２１はシリンダ外包体２３に装着されている。シリンダ外包体２３の上部にはバルブプレート３１が配置され、バルブプレート３１の開口３１ａは、シリンダ２１の上部開口に合わせて配置されている。バルブプレート３１に空洞部が穿設され、該空洞部にリング形をなす板状の吸入弁２５とその上方に筍スプリング２６が収納されている。
【００４１】
筍スプリング２６の弾性力が吸入弁２５をシリンダ２１の上端に設けられた弁座２７に押し付けるように作用している。吸入弁２５の下方には吸入室２４が設けられ、吸入室２４は、吸入弁２５に作用している筍スプリング２６の弾性力に抗して冷媒ガスにより吸入弁２５を押し上げることにより、シリンダ２１の内部と連通する。
【００４２】
バルブプレート３１の上部に円板形状をなすバルブケージ３２を設けてバルブプレート３１の開口３１ａを遮蔽している。バルブケージ３２の下面には、ボルト３３により截頭円錐形の弁プレート３４が結合されている。弁プレート３４のバルブケージ３２に対する位置決めは、位置合わせ棒３５を両者の位置決め孔に通すことによって行なわれる。弁プレート３４の形状はピストン２２の頭部形状に嵌合し、ピストン２２がシリンダ２１の上端に達した時に、シリンダ２１内に空間ができないようにしている。
【００４３】
バルブケージ３２には吐出ガス通路３６ａが穿設されるとともに、吐出ガス通路３６ａに筍スプリング３７が装着され、筍スプリング３７の下方に、リング形をなす板状の吐出弁３８が装着されている。吐出弁３８の下方には、弁プレート３４の周縁部に形成された弁座３４ａと、バルブプレート３１と一体の弁座３１ｂが配置されている。シリンダ２１の吐出ガス圧が小さい時に、吐出弁３８は、筍スプリング３７の弾性力によって弁座３４ａ及び３１ｂに押し付けられて、吐出ガス通路３６ａを遮断している。ピストン２２が上昇してシリンダ２１の吐出ガス圧が大きくなると、吐出ガスが吐出弁３８を押し上げて吐出ガス通路３６ａを開放する。
【００４４】
シリンダ外包体２３とバルブプレート３１の間には、断熱材からなる板状の断熱性ガスケット３９が介装されている。バルブケージ３２の上方には、ヘッドカバー４０が配置され、バルブケージ３２の上方に吐出室３６を形成している。吐出室３６は吐出ガス通路３６ａに連通すると共に、シリンダ２１から吐出した高圧の吐出ガスを冷媒循環路２に送る。ヘッドカバー４０に穿設された貫通孔４０ａには分岐管路９が接続され、ヘッドカバー内壁の開口には噴射ノズル３０６が取り付けられている。これによって、分岐管路９内の冷媒液が吐出室３６に噴霧される。
【００４５】
図３に示すように、ヘッドカバー４０の周縁部にはボルト座４１が設けられるとともに、ボルト座４１、バルブプレート３１、断熱性ガスケット３９及びシリンダ外包体２３の周縁部にはボルト孔４２〜４５が穿設され、これらの部材をボルト孔４２〜４５を介して図示しないボルトによって一体に結合している。
【００４６】
なお、本実施形態では、シリンダ外包体２３は２個のシリンダ２１を内包するものである。そのため、シリンダ外包体２３には２個のシリンダ２１が嵌合される２個の開口２３ａが穿設されている。そして、２個の開口２３ａの間には凹部４６が設けられており、この凹部４６が断熱性ガスケット３９との間に断熱空間ｉを形成している。
【００４７】
図２及び図３の往復動型圧縮機３は、ピストン２２が下降した時にシリンダ２１内に低圧が形成され、これによって、吸入ガスｇ１が筍スプリング２６の弾性力に抗して吸入弁２５を押し上げ、シリンダ２１内に導入される。次に、ピストン２２が上昇してシリンダ２１内を高圧にすると、高圧の吐出ガスｇ２が筍スプリング３７の弾性力に抗して吐出弁３８を押し上げ、吐出ガス通路３６ａを経て吐出室３６に排出される。
【００４８】
往復動型圧縮機２が冷凍装置１に組み込まれた場合、例えば、吸入室２４の温度は−２０〜０℃、吸入圧は０．２〜０．４ＭＰａであり、吐出室３６の温度は１２０〜１４０℃、吐出圧は１．３〜１．６ＭＰａである。
【００４９】
シリンダ上部組立体２０は、高温となった吐出ガスｇ２により加熱されるが、本実施形態では、分岐管路９から吐出室３６内に冷媒液が噴射ノズル３０６を介して噴霧され、噴霧された冷媒液が吐出ガスから蒸発潜熱を吸収して吐出ガスを冷却すると共に、バルブプレート３１とシリンダ外包体２３との間に断熱性ガスケット３９を介装しているので、吐出ガスｇ２の熱がシリンダ外包体２３まで伝達して吸入室２４を流れる吸入ガスｇ１を加熱するのを効率的に抑制できる。
【００５０】
従って、シリンダ２１内に吸入される前の吸入ガスｇ１の昇温を抑制することができるので、吸入ガスｇ１の体積膨張を抑制できる。例えば、図１に示すように、噴射ノズル３０６に３５℃の冷媒液を噴射することで、吐出室３０３内の吐出ガス温度を５０℃に抑制でき、吸入室３０５内の吸入ガス温度を−１０℃に抑制できる。そのため、シリンダ２１内に吸入される冷媒ガスの体積膨張を防止でき、往復動型圧縮機３の体積効率の低下を抑制することができる。これによって、往復動型圧縮機３が組み込まれた冷凍装置１の冷凍能力の低下を抑制することができる。
【００５１】
特に、冷媒として用いているＮＨ３は比熱比が大きく、温度上昇により体積膨張が著しいので、往復動型圧縮機の体積効率の低下が大きくなる。しかし、本発明により、往復動型圧縮機３の体積効率の低下を抑え、冷凍装置１の冷凍能力を維持させることができる。
また、本実施形態では、冷媒液の蒸発潜熱と断熱性ガスケット１９によって吸入ガスの温度上昇を抑えており、冷却水等を必要としないので、砂漠地帯でも適用可能であり、しかも環境汚染を生じない利点がある。
【００５２】
本実施形態において、冷媒液を噴射ノズル３０６により吐出室３６に微細粒として噴霧しているので、吐出ガスからの蒸発潜熱の吸収効果を向上できる。また、断熱性ガスケット３９は、吸入室２４からシリンダ外包体２３の周縁部まで延設されているので、断熱性ガスケット３９が配設された広い領域で吐出ガス熱を遮断している。従って、吐出ガス熱がシリンダ外包体２３側まで伝達するのを有効に遮断できる。
加えて、シリンダ外包体２３で複数のシリンダ２１の間に断熱空間ｉを設けているので、さらに断熱効果を向上させることができる。
【００５３】
（実施形態２）
次に、本発明の冷凍装置に係る第２実施形態（往復動型圧縮機３ａ、３ｂが組合せ二段機及び単機二段機の場合で、二段圧縮一段膨張において受液器６と蒸発器８入口側の膨張器７との間の冷媒経路2aに中間冷却器を用いていない例である。）を図４に基づいて説明する。図４において、本実施形態の冷凍装置は、往復動圧縮機が低段圧縮機３ａと高段圧縮機３ｂとからなる２段圧縮機で構成されている。低段圧縮機３ａ及び高段圧縮機３ｂのシリンダ上部組立体の構成は、図２及び図３に示す前記第１実施形態の構成と同一である。
受液器６から出た冷媒液は冷媒循環路２ａを通って膨張弁７に至る。膨張弁７で減圧された冷媒液は、蒸発器８で負荷から蒸発潜熱を奪って蒸発し、蒸発した冷媒ガスは、低段圧縮機３ａの吸入室３０５に吸入される。吸入室３０５に吸入された冷媒ガスは、吸入弁３０４を介してシリンダ３０１に吸入され、シリンダ３０１で圧縮される。
【００５４】
シリンダ３０１で圧縮された冷媒ガスは、吐出弁３０２を経て吐出室３０３に到り、吐出室３０３から冷媒循環路２ｂに吐出される。冷媒循環路２ｂに吐出された冷媒ガスは、油分離器４ａで潤滑油を分離された後、高段圧縮機３ｂの吸入室３０５に吸入される。
高段圧縮機３ｂの吸入室３０５に吸入された冷媒ガスは、高段圧縮機３ｂのシリンダ３０１内で圧縮され、吐出室３０３から冷媒循環路２ｃに吐出される。冷媒循環路２ｃに吐出された冷媒ガスは、油分離器４ｂで潤滑油を分離された後、凝縮器５で放熱して凝縮する。
【００５５】
本実施形態では、受液器６の下流側で冷媒循環路２ａから分岐する分岐路５１を設けている。分岐路５１には液ポンプ５２及び圧力調整弁５３が介設されている。分岐路５１の末端は高段圧縮機３ｂの吐出室３０３に接続されている。冷媒液は、液ポンプ５３の回転数制御及び圧力調整弁５３の圧力制御により、高段圧縮機３ｂの吐出室３０３より高い圧力に加圧され、吐出室３０３内で噴射ノズル３０６から噴霧される。
【００５６】
分岐路５１より下流側の冷媒循環路２ａから分岐路５４が分岐され、分岐路５４は低段圧縮機３ａの吐出室３０３の内壁面に設けられた噴射ノズル３０６に接続されている。低段圧縮機３ａの吐出室３０３内は、分岐路５４より低圧であるので、冷媒液を増圧させる必要がなく、そのまま吐出室３０３内に供給できる。
【００５７】
本実施形態では、分岐路５１及び５４から高段圧縮機３ｂ及び低段圧縮機３ａの吐出室３０３に冷媒液を噴霧し、該冷媒液を吐出室３０３内の吐出ガスの保有熱で蒸発させ、吐出ガスから蒸発潜熱を奪って吐出ガスを冷却する。従って、低段圧縮機３ａ及び高段圧縮機３ｂにおいて、吐出室３０３から吸入室３０５への熱伝達を抑えることができる。
また、図２及び図３に示すように、低段圧縮機３ａ及び高段圧縮機３ｂのシリンダヘッド２０には、バルブプレート３１とシリンダ外包体２３との間に断熱性ガスケット３９を介装しているので、断熱性ガスケット３９によって吐出室３６から吸入室２４への熱伝達を抑制できる。
【００５８】
図４に示すように、低段圧縮機３ａの吸入室３０５の温度を−２５℃に抑え、高段圧縮機３ｂの吸入室３０５の温度を１５℃に抑えることができるので、往復動型圧縮機の体積効率の低下を抑え、冷凍装置１の冷凍能力を維持できる。
【００５９】
なお、高段圧縮機３ｂの吐出室３０３と分岐路５１の圧力は同一であるので、冷媒液を分岐路５１から高段圧縮機３ｂの吐出室３０３に供給する場合には、液ポンプ５２及び圧力調整弁５３で増圧する必要がある。一方、低段圧縮機３ａの吐出室３０３は分岐路５４より低圧であるので、冷媒液を分岐路５４から低段圧縮機３ａの吐出室３０３に供給する場合に増圧する必要はない。従って、増圧機が不要であり、動力低減を可能とする。
【００６０】
低段圧縮機３ａの吸入ガス温度は、高段圧縮機３ｂの吸入ガス温度と比べて低い。例えば、低段圧縮機３ａの吸入ガス温度は−３０℃であり、高段圧縮機側と比べて吐出ガスとの温度差が大きい。従って、吐出ガスからの熱伝達による吸入ガスの温度上昇の影響は、低段圧縮機３ａのほうが受けやすい。そのため、少なくとも低段圧縮機３ａの吐出室３０３に分岐路５４から冷媒液を供給するようにすれば、吸入ガスの温度抑制効果をより大きくし、冷凍能力の低下をより抑えることができる。
【００６１】
（実施形態３）
次に本発明に係る冷凍装置の第３実施形態（二段圧縮機3a、３ｂの一段膨張において中間冷却器６１を用いる場合の１で、中間冷却器６１は受液器６よりの冷媒液を伝熱管６１ａを通して膨張弁７及び蒸発器８へ送り、中間冷却器６１では冷媒液の膨張はさせていない。）を図５に基づいて説明する。図５において、本実施形態では、受液器６の下流側で冷媒循環路２ａに液ガス熱交換器６１を介在させ、液ガス熱交換器６１に油分離器４ａの下流側の冷媒循環路２ｂを接続している。そして、受液器６から出た冷媒液と油分離器４ａの下流側の吐出冷媒ガスとを液ガス熱交換器６１で熱交換させ、該吐出冷媒ガスによって該冷媒液を冷却するようにしている。その他の構成は、図４に示す前記第２実施形態と同一である。同一構成の部材又は機器には、第２実施形態と同一の符号を付しており、それらの説明を省略する。
【００６２】
低段圧縮機３ａの吐出室３０３には、分岐路５４を介して受液器６の下流側の冷媒液を供給し、該冷媒液を図２に示すように、噴射ノズル３０６を介して吐出室３０３に噴霧している。そして、該冷媒液を蒸発させて吐出室３０３内の吐出ガスの温度を低下させている。例えば、凝縮温度が３５℃で、蒸発温度が−３０℃の場合、凝縮器５及び受液器６内の冷媒液の温度は３５℃であり、この冷媒液を吐出室３０３内で蒸発させ、蒸発潜熱を吸収することにより、吐出室３０３内の吐出ガス温度を１０℃に冷却できる。
【００６３】
この１０℃の吐出ガスを液ガス熱交換器６１に導入し、液ガス熱交換器６１で受液器６から出た３５℃の冷媒液を３０℃に冷却することができる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、前記第２実施形態と同様の作用効果を得ることができるほか、液ガス熱交換器６１において、低段圧縮機３ａの吐出ガスで受液器６出口側の冷媒液を冷却するようにしているので、冷凍装置１の冷凍能力をさらに向上させ、ＣＯＰを向上させることができる。
本実施例の高段側往復圧縮機３ｂについては、ヘッドカバー（吐出室３０３）内への液インジェクション（噴射ノズル３０６）を省きヘッドカバーを水冷にしてもよく、又は温度条件により空冷にしてもよい。
【００６５】
（実施形態４）
次に本発明の冷凍装置に係る第４実施形態（二段圧縮機3a、３ｂの一段膨張において中間冷却器６１を用いる場合の２で、中間冷却器６１に関しては第3実施形態と同様な構成である。）を図６に基づいて説明する。図６において、本実施形態では、液ガス熱交換器６１の下流側で冷媒出口管路７０から分岐路７１を分岐させ、分岐路７１を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に接続している。その他の構成は、前記第３実施形態と同一であるので、同一の部材又は機器の説明を省略する。
分岐路７１の末端は低段圧縮機３ａの吐出室３０３内に配設された噴射ノズル３０６に接続されており、吐出室３０３の構成も前記第１〜第３実施形態と同一である。
【００６６】
本実施形態によれば、低段圧縮機３ａ及び高段圧縮機３ｂの吐出室３０３における吐出ガスの冷却効果に加えて、液ガス熱交換器６１で過冷却された後の低温度（３０℃）の冷媒液を分岐路７１を介して低段圧縮機３２ａの吐出室３０３に供給しているので、該吐出室３０３の吐出ガスの冷却効果をさらに向上できる。そのため、分岐路７１に供給する冷媒液量を少なくできるので、噴射ノズル３０６を小型化できる利点がある。
又、本実施例においても、高段側往復圧縮機３ｂについては、ヘッドカバー（吐出室３０３）内への液インジェクション（噴射ノズル３０６）を省きヘッドカバーを水冷にしてもよく、又は温度条件により空冷にしてもよいことは前記実施例と同様である。
【００６７】
（実施形態５）
次に、本発明の冷凍装置に係る第５実施形態を図７（二段圧縮機3a、３ｂの一段膨張において中間冷却器８１を用いる場合の３で、中間冷却器８１内を、膨張弁８３により冷媒液を液噴射して強制冷却している。）に基づいて説明する。本実施形態は、図６に示す前記第４実施形態の液ガス熱交換器６１を中間冷却器８１に置き換えたものであり、中間冷却器８１廻り以外の他の構成は第４実施形態と同一である。中間冷却器８１では、中間冷却器８１の上流側で冷媒循環路２ａから分岐する分岐路８２を設け、分岐路８２に膨張弁８３を介設している。
【００６８】
本実施形態の中間冷却器８１は、中間冷却器８１の内部に冷媒循環路２ａに連通した伝熱管路８１ａが配設され、管路８１ａの外側に低段圧縮機３ａの吐出冷媒ガスが充満する空間が形成される。そして、管路８１ａ内を流れる冷媒液と吐出冷媒ガスとは、管路８１ａの管壁を通して熱交換される。
又、中間冷却器８１の伝熱管路８１ａの熱交換された冷媒液は、出口側管路７０を介して膨張弁７に導かれる。
又、液ガス熱交換器６１の下流側で冷媒出口管路７０から分岐路７１を分岐させ、分岐路７１を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に接続している。
【００６９】
かかる構成において、分岐路８２に流入した冷媒液は膨張弁８３を通って減圧された後、中間冷却器８１に流入する。該冷媒液は中間冷却器８１内で蒸発し蒸発潜熱を奪うので、冷媒循環路２ａから中間冷却器８１の管路８１ａに流入した冷媒液の冷却効果を増すことができる。中間冷却器８１で冷媒液は、例えば２５℃に冷却される。
【００７０】
従って、本実施形態によれば、前記第４実施形態と比べて、中間冷却器８１による冷媒液の冷却効果を高めることができるので、中間冷却器８１の出口側の熱媒液の温度をさらに低減できる。そのため、分岐路７１から低段圧縮機３ａの吐出室３０３に供給される冷媒液の温度をさらに低下できるので、低段圧縮機３ａの吐出ガスの温度抑制効果を第４実施形態と比べてさらに向上できる。また、膨張弁７に流入する冷媒液の冷却効果も向上するため、冷凍装置１の冷凍能力をさらに向上できる。
【００７１】
（実施形態６）
次に、本発明の冷凍装置に係る第６実施形態（二段圧縮二段膨張の場合で、本実施例は中間冷却器９１を設け、受液器６よりの冷媒液は膨張弁９２より、中間冷却器９１内の膨張空間91aに噴出され、その下方の液空間に受液した冷媒液を膨張弁７を介して蒸発器８に導かれ、これにより二段膨張が可能となる。）を図８に基づいて説明する。本実施形態は、図５に示す第３実施形態と比べて、第３実施形態の液ガス熱交換器６１を中間冷却器９１と置き換えたものである。そして、中間冷却器９１の上流側の冷媒循環路２ａに膨張弁９２を介設している。その他の構成は第３実施形態と同一である。
【００７２】
かかる構成により、冷媒循環路２ａの冷媒液は膨張弁９２を通って減圧され、中間冷却器９１の内部で低段圧縮機３ａの吐出ガスから蒸発潜熱を奪って蒸発する。なお、本実施形態の中間冷却器９１は、内部空間が形成された密閉容器形状をなし、内部空間で冷媒液と吐出ガスとが接触熱交換を行なう方式のものである。
【００７３】
本実施形態によれば、第３実施形態と比べて、液ガス熱交換器６１の代わりに中間冷却器９１を配設しているため、膨張弁７に至る冷媒液の冷却効果をさらに向上できると共に（例えば１℃に冷却可能）、高段圧縮機３ｂの吸入室３０５に供給される冷媒ガスの冷却効果も向上できる（例えば６℃に冷却可能）。
また、図７に示す第５実施形態と比べて、中間冷却器９１の内部に配設される伝熱管が不要となり、設備コストを低減することができる。
【００７４】
（実施形態７）
次に、本発明の冷凍装置に係る第７実施形態を図９に基づいて説明する。図９は、本発明の冷凍装置に組み込まれた往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体１００を示す。本実施形態の往復動型圧縮機は、２個のシリンダが対になって構成されている。
図９において、シリンダ１０１の内部にピストン１０２が摺動自在に配置されている。シリンダ１０１はシリンダ外包体１０３に装着されている。シリンダ外包体１０３の上部にはバルブプレート１１１が配置され、バルブプレート１１１の開口１１１ａが、シリンダ１０１の上部開口と同心上に配置されている。バルブプレート１１１に空洞部が穿設され、該空洞部にリング形をなす板状の吸入弁１０５とその上方に筍スプリング１０６が収納されている。
【００７５】
筍スプリング１０６の弾性力が吸入弁１０５をシリンダ１０１の上端に押し付けるように作用している。吸入弁１０５の下方には吸入ガス通路１０４ａ及び吸入ガス通路１０４ａに連通した吸入室１０４が設けられている。ピストン１０２がシリンダ１０１内を下降した時、シリンダ１０１内は低圧となり、吸入室１０４との間で差圧を生じる。この時冷媒ガスｇ１が吸入弁１０５を押し上げて、シリンダ１０１内に吸入される。
【００７６】
バルブプレート１１１の上部に円板形状をなすバルブケージ１１２を取り付けて、バルブプレート１１１の開口１１１ａを遮蔽している。バルブケージ１１２の下面には、ボルト１１３により截頭円錐形の弁プレート１１４が結合されている。
バルブケージ１１２には吐出ガス通路１１６ａが穿設されるとともに、バルブケージ１１２に筍スプリング１１７が装着され、筍スプリング１１７の下方に、吐出ガス通路１１６ａに面してリング形をなす板状の吐出弁１１８が装着されている。
ピストン１０２が上昇してシリンダ１０１の吐出ガス圧が大きくなると、吐出ガスｇ２が吐出弁１１８を押し上げて吐出ガス通路１１６ａに吐出する。
【００７７】
バルブケージ１１２の上方は、ヘッドカバー１２１で覆われ、バルブケージ１１２の上方に吐出室１１６を形成している。吐出室１１６は吐出ガス通路１１６ａに連通すると共に、シリンダ１０１から吐出した高圧の吐出ガスを冷媒循環路に送る。
吐出ガス通路１１６ａから吐出室１１６に吐出された冷媒ガスｇ２は、シリンダ外包体１０３に形成された通路１０７を通って、冷媒循環路に送られる。通路１０７は、吸入室１０４及び吸入ガス通路１０４ａとシリンダ外包体１０３の隔壁を隔てて隣接配置されている。
【００７８】
図９に示すように、ヘッドカバー１２１及びシリンダ外包体１０３には、夫々貫通孔１２１ａ及び１２１ｂが設けられ、該貫通孔には、夫々図１の分岐管路９に相当する分岐管路１２２ａ及び１２２ｂが接続されている。貫通孔１２１ａはヘッドカバー内壁に開口し、貫通孔１２１ｂは通路１０７に開口している。そして、これら開口に夫々噴射ノズル１２３ａ及び１２３ｂが取り付けられている。これによって、図示しない受液器から凝縮した冷媒液が、分岐管路１２２ａ及び１２２ｂを通って吐出室１１６及び通路１０７に噴霧される。
ヘッドカバー１２１の表面には冷却水ジャケット１２４で被覆されて密閉された冷却水充填空間１２５を形成している。冷却水ジャケット１２４に冷却水供給孔１２４ａが設けられ、冷却水供給孔１２４ａから冷却水ｗが充填される。
【００７９】
本実施形態によれば、冷媒液を噴射ノズル１２３ａ、１２３ｂにより吐出室１１６及び通路１０７に微細粒として噴霧しているので、吐出ガスからの蒸発潜熱の吸収効果を向上できる。
通路１０７は吸入室１０４及び吸入ガス通路１０４ａとシリンダ外包体１０３の隔壁を隔てて隣接配置されているが、通路１０７に噴射ノズル１２３ｂで冷媒液を噴霧し、吐出ガスの温度上昇を抑えているので、通路１０７を通る冷媒ガスによって吸入室１０４及び吸入ガス通路１０４ａを通る吸入ガスが加温するのを抑えることができる。
【００８０】
（実施形態８）
本発明の冷凍装置に係る第８実施形態を図１０に基づいて説明する。図１０において、
本実施形態は、図１〜図３に示す前記第１実施形態と比べて、冷凍装置１の受液器６の下流側で冷媒液を分岐する分岐路９をなくすと共に、単段の往復動型圧縮機３の吐出室３０３内では、分岐管路９を接続しておらず、かつ噴射ノズル３０６を装着していない。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００８１】
本実施形態では、凝縮した冷媒液の蒸発潜熱を利用した吐出室３６内の吐出ガスの冷却を行なっていない。そして、吸入室３６と吐出室２４間の熱伝達をバルブプレート３１とシリンダ外包体２３との間に介装した断熱性ガスケット３９で遮断するようにして、吸入室２４の吸入ガスの昇温を抑制している。また、図３に示すように、複数のシリンダ２１間でシリンダ外包体２３に断熱空間ｉを設けることで、断熱効果を増すようにしている。
これによって、シリンダ２１に吸入される前の吸入ガスの昇温を抑えることができるので、往復動型圧縮機の体積効率の低下を抑え、冷凍装置１の冷凍能力を維持できる。
【００８２】
（実施形態９）
次に、本発明の冷凍装置に係る第９実施形態を図１２（二段圧縮機３ａ、３ｂの一段膨張において中間冷却器８１を用いる場合で、中間冷却器８１内を、膨張弁８３により冷媒液を液噴射して強制冷却しているとともに、受液器６の常温液冷媒を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に供給している図である。）に基づいて説明する。本実施形態は、図７に示す前記第５実施形態の中間冷却器８１廻り以外の他の構成は第５実施形態と同一である。受液器６出口側の冷媒循環路２ａは中間冷却器８１を通す経路２ａと該経路２ａを分岐して中間冷却器８１をバイパスする経路２ｂ及び７１ａが設けられ、受液器６の常温液冷媒を低段圧縮機３ａの吐出室３０３のノズル３０６に接続している。
【００８３】
このような構成を取ることにより、中間熱交換器８１を通った低温液冷媒を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に供給する場合に比較してより好ましい下記のような効果がある。
【００８４】
中間熱交換器８１及び低温液体配管８１ａは外気（又は機械室温）からの加熱を避けるため断熱される。
特にバルブ等で液封状態において外部から熱侵入があると液膨脹を起こして配管部の弱いところから破壊が生じる恐れがあるが、本実施例では中間冷却器８１を通す経路２ａと該経路２ａを分岐して中間冷却器８１をバイパスする経路２ｂ及び７１ａが設けられて、受液器６の常温液冷媒を低段圧縮機３ａの吐出室３０３に直接導いているので、前記した課題が解決出来る。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、往復動型圧縮機内部での吸入冷媒ガスの温度上昇を抑制することによって、高密度の冷媒ガスを吸入できるので、体積効率を向上でき、それによって、往復動型圧縮機が組み込まれた冷凍装置等のヒートポンプ装置の能力を向上させることができる。
そして更に、圧縮機内部での吸入ガスの温度上昇を抑え且つ冷却水を使用しないことも可能とした往復動型圧縮機の高効率のヒートポンプ装置や冷凍装置を得ることが出来る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒循環路に往復動型圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を介設したヒートポンプサイクルを構成してなるヒートポンプ装置において、
凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、
該冷媒液戻し流路を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給し、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記吐出室又は吐出空間に冷媒液戻し流路に接続された噴射ノズルを設け、冷媒液を該噴射ノズルから該吐出室又は吐出空間に噴射するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
往復動型圧縮機が低段圧縮機と高段圧縮機とからなり、高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を低段圧縮機の吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、
該冷媒液戻し流路を介して低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を高段圧縮機の前記吐出室又は吐出空間に戻す第２の冷媒液戻し流路を設けると共に、該第２の冷媒液戻し流路に増圧機を介設し、
第２の冷媒液戻し流路を介して高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に冷媒液熱交換器を介設し、該冷媒液熱交換器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の前記吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続して、凝縮器から出た冷媒液を低段圧縮機から吐出された冷媒ガスで冷却するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に冷媒液熱交換器を介設し、該冷媒液熱交換器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の前記吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続して、凝縮器から出た冷媒液を低段圧縮機から吐出された冷媒ガスで冷却するように構成し
前記冷媒液熱交換器を冷媒液戻し流路又は第２の冷媒液戻し流路の上流側の冷媒循環路に介設し、該冷媒液熱交換器で冷却した冷媒液の一部を冷媒液戻し流路又は第２の冷媒液戻し流路に供給するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に中間冷却器を介設し、該中間冷却器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の前記吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続し、
該中間冷却器で凝縮器から出た冷媒液の一部を蒸発させることにより、凝縮器から出た他の冷媒液及び低段圧縮機から吐出された冷媒ガスを冷却するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
冷媒として、比熱比が大きいＮＨ３を用いることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、
吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を受け入れる冷媒液供給口を吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に設け、
該冷媒液供給口を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液を受け入れ、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したことを特徴とする冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１０】
前記吐出室又は吐出空間に冷媒液供給口に連通した噴射ノズルを設け、冷媒液を該噴射ノズルを介して該吐出室又は吐出空間に噴射するように構成したことを特徴とする請求項９に記載の冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１１】
吸入室と吐出室間に断熱材を介装し、吸入室と吐出室間の伝熱を遮断するように構成したことを特徴とする請求項９に記載の冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１２】
シリンダ上部組立体を、
シリンダを遮蔽し吐出ガス通路を形成すると共に、該吐出ガス通路に吐出弁を設けた遮蔽板と、
該遮蔽板の上方を覆って吐出室を形成したヘッドカバーと、
該遮蔽板の下方に配置されシリンダを内包するとともに吸入弁を内蔵したバルブプレートと、
該バルブプレートの下方に配置され吸入室を形成したシリンダ外包体とで構成するとともに、
バルブプレートとシリンダ外包体との間に板状の断熱性ガスケットを介装し、
バルブプレート及び断熱性ガスケットを拡径してバルブプレート及び断熱性ガスケットの外周端縁部を前記ヘッドカバーとシリンダ外包体の接合部で両側から挟持固定したことを特徴とする請求項１1に記載の冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１３】
シリンダ外包体が複数のシリンダを内包し、該複数のシリンダで挟まれる領域で断熱性ガスケットとの間に断熱空間を形成されてなることを特徴とする請求項１２に記載の冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１】
冷媒循環路に往復動型圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を介設したヒートポンプサイクルを構成してなるヒートポンプ装置において、
凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を往復動型圧縮機のシリンダ上部組立体に設けられた吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、
該冷媒液戻し流路を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給し、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記吐出室又は吐出空間に冷媒液戻し流路に接続された噴射ノズルを設け、冷媒液を該噴射ノズルから該吐出室又は吐出空間に噴射するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
往復動型圧縮機が低段圧縮機と高段圧縮機とからなり、高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を低段圧縮機の吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に戻す冷媒液戻し流路を設け、
該冷媒液戻し流路を介して低段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
高段圧縮機から吐出され凝縮器で凝縮した冷媒液の一部を高段圧縮機の前記吐出室又は吐出空間に戻す第２の冷媒液戻し流路を設けると共に、該第２の冷媒液戻し流路に増圧機を介設し、
第２の冷媒液戻し流路を介して高段圧縮機の該吐出室又は吐出空間に冷媒液の一部を供給するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に冷媒液熱交換器を介設し、該冷媒液熱交換器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の前記吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続して、凝縮器から出た冷媒液を低段圧縮機から吐出された冷媒ガスで冷却するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に冷媒液熱交換器を介設し、該冷媒液熱交換器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の前記吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続して、凝縮器から出た冷媒液を低段圧縮機から吐出された冷媒ガスで冷却するように構成し
前記冷媒液熱交換器を冷媒液戻し流路又は第２の冷媒液戻し流路の上流側の冷媒循環路に介設し、該冷媒液熱交換器で冷却した冷媒液の一部を冷媒液戻し流路又は第２の冷媒液戻し流路に供給するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
凝縮器と膨張弁間の冷媒循環路に中間冷却器を介設し、該中間冷却器に低段圧縮機から吐出した冷媒ガスを高段圧縮機の前記吸入室又は吸入空間に導く冷媒循環路を接続し、
該中間冷却器で凝縮器から出た冷媒液の一部を蒸発させることにより、凝縮器から出た他の冷媒液及び低段圧縮機から吐出された冷媒ガスを冷却するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
冷媒として、比熱比が大きいＮＨ３を用いることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
シリンダ上部組立体に吸入弁を介してシリンダと連通する吸入室と、吐出弁を介してシリンダと連通する吐出室とを備えてなる冷媒用往復動型圧縮機において、
吐出ガスを凝縮して得られた冷媒液の一部を受け入れる冷媒液供給口を吐出室又は該吐出室に連通した吐出空間に設け、
該冷媒液供給口を介して該吐出室又は吐出空間に冷媒液を受け入れ、冷媒液の蒸発潜熱により該吐出室又は吐出空間を冷却するように構成したことを特徴とする冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１０】
前記吐出室又は吐出空間に冷媒液供給口に連通した噴射ノズルを設け、冷媒液を該噴射ノズルを介して該吐出室又は吐出空間に噴射するように構成したことを特徴とする請求項９に記載の冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１１】
吸入室と吐出室間に断熱材を介装し、吸入室と吐出室間の伝熱を遮断するように構成したことを特徴とする請求項９に記載の冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１２】
シリンダ上部組立体を、
シリンダを遮蔽し吐出ガス通路を形成すると共に、該吐出ガス通路に吐出弁を設けた遮蔽板と、
該遮蔽板の上方を覆って吐出室を形成したヘッドカバーと、
該遮蔽板の下方に配置されシリンダを内包するとともに吸入弁を内蔵したバルブプレートと、
該バルブプレートの下方に配置され吸入室を形成したシリンダ外包体とで構成するとともに、
バルブプレートとシリンダ外包体との間に板状の断熱性ガスケットを介装し、
バルブプレート及び断熱性ガスケットを拡径してバルブプレート及び断熱性ガスケットの外周端縁部を前記ヘッドカバーとシリンダ外包体の接合部で両側から挟持固定したことを特徴とする請求項１1に記載の冷媒用往復動型圧縮機。
【請求項１３】
シリンダ外包体が複数のシリンダを内包し、該複数のシリンダで挟まれる領域で断熱性ガスケットとの間に断熱空間を形成されてなることを特徴とする請求項１２に記載の冷媒用往復動型圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１６３１９２（Ｐ２０１１−１６３１９２Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０８８（Ｐ２０１０−２６０８８）
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【Ｆターム（参考）】
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