JPH02238255A

JPH02238255A - 冷媒温度を検出して冷媒負荷を制御する方法及びその装置

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Publication number: JPH02238255A
Application number: JP1201476A
Authority: JP
Inventors: Charles Gregory; チャールズ・グレゴリィ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1990-09-20
Also published as: DE68910041T2; EP0354037A3; CA1330261C; AU624852B2; DE68910041D1; EP0354037B1; ATE96220T1; AU4001989A; EP0354037A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利川分野〕この発明は、冷凍システムにおいて冷媒温度を検出する
方法および装置、そして特に冷凍Ｖｉ置の蒸発器におい
て冷媒ｆＬ｛ｉ７を制１Ｂする方法および装置に関する
．〔従来の技術及び、発明が解決しようとする課題〕圧縮
機作動される標準的冷凍システムは閉回路から構成され
、ここでは吸引ラインからの低温低圧の冷媒蒸気が圧縮
機に流入し、そこで高温高圧蒸気に圧縮され、それから
この高温蒸気が吐出ラインを介して単一または複数の凝
縮コイルへ流入し、そこでその凝縮温度より低温に冷却
されて、液体にされる．この液体は凝縮器から戻りライ
ンを介して液体受容部に流入し、また受容部から液体ラ
インを介して、表示装置およびフィルタ／ドライヤへ流
入し、そこから最適値に維持されるサーモスタット制御
される膨張バルブへ送られ、この液体冷媒流は単一また
は複数の蒸発コイルへ送られ、そこで蒸発し、その結果
として温度降下ならびにコイルおよびその周囲環境の冷
却をもたらし、得られた蒸気は吸引ラインを介して庄縮
機に戻り、回路が完成される．いかなる液体冷媒も、損傷する可能性のある圧ＩＩＩａ
に到達することを防止するように、膨張バルブ（通常、
ＴＸバルブと呼ばれる）を制御することが重要であり、
通常、このバルブの制御は、バルブの装填ダイアフラム
カプセルに金属毛細管により連結された、遠隔温度検出
用流体含有球体から構成されている．カプセルは検出球
体の温度の変化に応答して、バルブを通る流動を調整す
る．同等の電気的センサも開発されている．センサ球体
またはその同等物は通常、蒸発コイルまたはコイル群が
そこに吐出するようにした吐出マニホルドからの出口に
おいて、吸引ラインに緊密にクランプ止めされて、この
点における蒲気の温度を検出するようになっている．液
体の蒸発体の温度特性は極めて標準的なものであり、す
なわちその温度は、何らかの蒸発すべき液体が存在する
限りは、それぞれの蒸発（飽和）温度付近で比較的一定
であると共に、それからすべての液体が失なわれた時は
、比較的急速に上昇する．蒸発器から全く液体が漏出し
ないようにするため、センサが飽和温度より十分に高い
作動温度に設定されており、これら２つの温度間の差は
過熱度として知られている．一例として、この種のシス
テムの飽和温度に関する極めて一般的な温度範囲は、約
−７℃〜約４．５℃（２０”Ｆ〜４０°Ｆ）であるのに
対して、この種のシステムに関する制御温度範囲は、−
ｔ℃〜ｌＯ℃（３０°Ｆ〜５　０　”　Ｆ）である。

理論的には、さらに低い過熱度値、たとえば１℃（２″
’Ｆ）を利用することが可能であるが、従来の実施形態
においては、この状態では液体冷媒が蒸発器のマニホル
ド出口に完全に存在しないようにするには不十分である
ことが解っており、そこでそれより高い値が一般的に利
用されている。

過熱度値が所定量付近で変化するにつれて、ＴＸバルブ
は開閉し、また理論的には、その値において極めて正確
に維持するように作動すべきであるが、実際には、セン
サによる温度の検出とＴＸバルブの作動との間に、タイ
ムラグが有し、さらに通常は十分な速さで応答すること
ができず、その結果、過熱度値が変動することから、よ
り高い値が必要になり、したがってシステムの効率が低
下される。したがって、吸引ライン中の冷媒蒸気の温度
をより正確に決定（測定）し、それにより効率を改善す
ることができるような、この種のシステムのための温度
センサの必要性は絶えることがない．商業的冷凍機においては、蒸発器は多数、しばしば５０
の別々の「回路コイル」から構成され、これらのコイル
は並列に連結されて、個々のコイルが大きすぎる長さを
有して、その結果として高い圧力降下を生じるというこ
となしに、十分な冷却容量を達成できるようになされて
いる．これらの回路コイルはセットから構成され、各セ
ットはそれ自体の膨張バルブと、セットのバルブとコイ
ルとの間に挿入配置された共通分配器とを備えており、
この分配器の目的は、分配器から各回路コイルのパイプ
流入口へ通じる、等しい長さの個々の小径供給パイプ間
に可能な限り等しく、流量を分割することである。すべ
ての回路コイルパイプ吐出口は、共通吐出口マニホルド
または直立パイプに連結される。バルブおよび分配器が
等しい量の液体冷媒を回路コイルへ供給するように、そ
してすべての回路コイルを可能な限り、長さおよび流動
特性が等しくなるように配慮するにもかかわらず、実際
に変動数、たとえば異なるコイル上を通過する空気流量
の差、および各コイルにおける圧力降下値の小さな差に
より、液体冷奴はあるコイルにおいては、別のコイルに
おけるのと異なる割合で蒸発することが認められている
。その結果として、最少量の周囲の熱を吸収するｊ１１
−または複数の回路コイルが、液体冷媒が蒸発する簡に
それ自体に沿ってさらに流動することを許容し、したが
ってこれら単一または複数のコイルがＴＸバルブを制御
し、かつそれを遮断することになり、残りのコイルは液
体冷媒に不足し、不足するコイルにおいて冷媒蒸気が過
度に過熱され、したがってシステムの冷却容量が低減さ
れる。この減少量は、総容量の約２５〜３５％にもなる
。

この蒸発回路コイルの等しくない負荷は通常、不足した
回路コイルが吐出口端部方向の方が、それ以外の方向よ
り霜で覆われる程度が少ない時に、システムが短時間作
動された場合にコイルを視覚検査することにより観察さ
れ得る．この等しくない負荷は、誤ってコイルに沿う冷
媒液の等しくない分配をもたらすことがしばしばある．
米国特許第３，５５５．８４５号明細書および同第３．
７４０．９６７号明細Ｓ（共に、デンマークのダンフォ
スＡ／Ｓ）には、圧縮型冷凍装置用の強制流動蒸発器が
開示されており、そこでは蒸発器チューブの一部、また
は蒸発器チューブに直ぐ続くチューブが、その内壁をゲ
ージ繊維によりライニングされて、液体冷媒を吸収する
キャピラリシステムを提供するようになっており、この
ゲージ繊維はチューブの横断面積の半分より小さい領域
を占有し、したがって実質的な中央通路が残されて、そ
こを蒸気がゲージｔａｍに保持される液体と混合するこ
となく高速で通過することになり、これはチューブの壁
に相対的に停滞した層を効果として形成することになる
．米国特許第４，２２９，９４９号（スエーデンのスタル
冷凍ＡＢ）明細書には、流動妨害要素が蒸発器の下流側
の吸引パイプ内に配でされた冷凍システムが開示されて
おり、この要素はパイプ中の流体に対して作動し、そこ
に見られる２つの相形態（フ工一ズ）、すなわち液体粒
子および過熱蒸気に、増大された相対速度を与えて、そ
れらの間の熱移転率を増大し、冷媒が蒸気相のみにおい
て流出することを保証するようになっている．この要素
は開口を有するディスクからなり、このディスクは冷媒
の流動方向に直交して配置されると共に、温度の均等化
を加速するための乱流を発生させるようになっている．〔発明の目的〕したがって、この発明の主目的は冷凍システムの冷媒温
度を検出する新規な方法および装置、そして特に、蒸発
コイルから流出する冷媒の温度を、ＴＸバルブを制御す
る温度センサにより効率的に検出して、より正確な過熱
度制御を行なう新規な方法および装置を提供することで
ある．別の目的は、冷凍装置の蒸発コイルにおける冷媒
負荷を制御する新規な方法および装置を提供することで
ある．〔課題を解決するための手段〕この発明において、冷凍システムの蒸発コイルの吐出口
から流出する冷媒の温度を検出し、この検出温度にした
がって、液体冷媒を蒸発コイル流入口へ供給する制御可
能な蒸発器バルブを制御する方法が提供されており、こ
の方法は、コイル吐出口から乱流発生および混合装置内
部へ冷媒を供給すると共に、前記装置には冷媒流動通路
を設けると共に、その壁の少なくとも一部に熱伝導性材
料を有し、この壁部分を介して装置内部温度を検出する
ようにすること；乱流および混合発生装置、すなわち全冷媒流動を妨げ、
かつ全冷媒流動の方向を変化させて、冷媒流動中に存す
るすべての液体および蒸気冷媒相の乱流および混合、な
らびに壁部分とは混合相のみが接触することを保証する
ようにした乱流および混合発生装置により、流動通路内
に冷媒の乱流および混合を発生させること；そして温度検出装置により壁部分において装置内部温度を積出
し、検出温度にしたがって蒸発器バルブを制ｍすること
、から構成されている．また、この発明において、冷凍システムの蒸発コイル吐
出口から流出する冷媒の温度を検出し、検出温度にした
がって、液体冷媒を蒸発コイル流入口へ供給する制御可
能な蒸発器バルブを制御する装置が提供されており、こ
の装置は、乱流および混合装置であって、冷媒用の流入
口および吐出口を有すると共に、内部に冷媒流動通路を
有し、その壁の少なくとも一部分に熱伝導性材料を有し
、その壁部分を介して装置内部温度を検出するようにし
た乱流および混合装置と；流動通路に設けられて、全冷
媒流動を妨げると共に、全冷媒流動の方向の変化により
冷媒の乱流および混合を生じさせて、そこに存するすべ
ての液体および蒸気冷媒相の乱流および混合と、混合相
のみが壁部分に接触することを保証するようにした乱流
および混合発生装置と；壁部分の温度検出装置との熱伝導性接触状態において装
置内部温度を検出し、検出温度にしたがって蒸発器バル
ブを制御するように適合された装置、とを備えている。

さらにこの発明において、冷凍装置の蒸発コイルの冷媒
負荷を制？１１する新規な方法が提供されており、蒸発
コイルが、相互に並列に連結されると共に、サーモスク
ントにより制？１１される共通の冷媒流量制御バルブお
よび冷媒分配器を介してすべて冷媒を供給される複数の
回路コイルから構成されると共に、このバルブがすべて
の回路コイルからの冷媒の平均温度を検出する過熱温度
センサにより、冷媒流量を制１Ｂするように制御される
ようにした装置において、ヤンサによる温度の検出時あ
るいはその前に、回路コイルからの冷媒流動が乱流およ
び混合装置により混合されて、存在する過熱蒸気気相冷
媒により、存在する液体相冷媒を蒸気化して、流動温度
を平均化することを特徴としている．さらにこの発明において、冷凍システムに用いられる装
置が提供され、この装置は、冷媒圧縮機；圧縮機から冷媒を受容し、それを冷却する凝縮コイル；凝縮コイルから冷却された冷媒を受容するサーモスタッ
トにより制御される共通の冷媒琉動制御バルブ；相互に並列に連結されると共に、すべて共通の制御バル
ブから冷媒を供給されるようにした複数の回路コイルか
らなる蒸発コイル；流入口および吐出口を存すると共に、すべての回路コイ
ルから流出する冷媒を受容する共通部材；圧縮機、凝縮
コイル、共通制御バルブ、渾発コイル、共通部材流入口
、共通部材吐出口および圧縮機を、この順序で閉ループ
状に連結する導管装置；共通部材吐出口において冷媒を検出すると共に、制御バ
ルブを制御するためにそれに作動的に連結される過熱温
度センサ；共通部材吐出口において前記ループに設けられて、回路
コイルからの冷媒流動に乱流を発生させるとともに混合
させる前記乱流および混合装置、ならびに装置内部温度
を検出する温度検出装置、を備える装置、から構成されている．〔実施例〕この発明の方法および装置が、同一または類似部片に同
一番号が付された図面により、例示的に説明される。

第１図において、この発明の方法および装置が通用され
得る典型的な冷凍システムは、吸引流入口１２および高
圧吐出口１４を有する冷媒圧縮機１０を備え、この圧縮
機は圧縮された高温冷媒流体を導管１５を介して、流入
口１８および吐出口２０を有する凝縮コイル１６へ供給
する．コイルｌ６からの冷却された冷媒は導管２１を介
して、液体アキュムレータ２２へ、それから導管２４に
より、フィルタ／ドライヤ２６、液体表示装置２８およ
びサーモスタットにより制御される共通の冷媒流量制４
１ＴＸバルブ３０を介して、分配装置３２へ送られ、そ
こから蒸発コイルの２つの並列に連接された回路コイル
３４ａおよび３４ｂに流入される．図示の便利のために
、２つの回路コイルのみが図示されているが、実際には
、単一の大型蒸発コイルに５０もの回路コイルを設ける
ことができ、各回路コイルは各流入口バイプ３６ａおよ
び３６ｂにより、共通分配装置３２に連結される．実際
には、すべての回路コイル３４ａ，３４ｂ．・・・等、
およびすべてのパイプ３６ａ．３６ｂ・・・等は可能な
限り同一長さで等しく形成し、冷媒がそれらに対して可
能な限り等しく分配されるように配慮される，各回路コイルはそれぞれ流入口３８ａ，３８ｂと、それ
ぞれ吐出口４０ａ，４０ｂを有し、後者はすべて共通ヘ
ソグーパイブ４２（時には、直立パイプまたはマニホル
ドと呼ばれる）に連結され、その単一吐出口４４は、こ
の発明の乱流発生および混合装置４８の流入口４６に連
結される。過熱温度検出球体５０であって、それにより
ＴＸバルブ３０が制御されるようにしたものが、クラン
ブ５１により装置４８の外部に緊密にクランプ止めされ
て、その内部との間に良好な熱交換が行なわれるように
すると共に、キャビラリチューブ５２によりバルブ３０
に連結される．装置４８の吐出口５４は導管５６により
ポンプ流入口１２に連結されて、システム回路を完成し
ている．通常のファン５８および６０が、周囲空気をそ
れぞれコイル１６および３４ａ．３４ｂ上に循環させる
ために配置される。この種のシステムが通常包含する多
くの他の回路要素、制１ｎ装置および表示装置はこの発
明の一部を構成するものではなく、したがって説明する
必要はないであろう。冷媒の流動方向は破線矢印により
表示されている．第２図も参照すると、この特別の装置４８は高伝導性材
料、たとえば銅または真ちゅうから形成されると共に、
第１の内部円筒パイプ６２を備え、その一端部はフラン
ジを形成されて、流入口４６を構成し、他端部６４は閉
鎖されている．第２の大径の外部円筒パイプ６６が、第
１内部パイプをそれと同軸に包囲し、流入口４６に隣接
する端部においてパイプに密閉されると共に、他端部は
フランジが形成されて、吐出口５４を構成している。

内部パイプの内部は、ステンレススチールの開メッシュ
材料からなる螺旋巻きコイル６７を充填されている．内
部パイプは複数の孔６８を備え、この孔６８はパイプの
長さおよび周縁に沿って一様に分配されると共に、流入
口４６から流入する冷媒蒸気およびそれに同伴される液
体を、外部バイブ６６の内壁に対して強制的に送出する
ようになっている．したがって、パイプおよび孔は装置
内部において、流入口と吐出口との間に方向変動流動経
路を提供しており、すなわち、メノシュコイル６７によ
り形成された多数の曲がりくねった経路、高速流動流体
の突然の方向変化、流体が閉鎖端部に衝突することによ
る内部バイプ６２内での乱流、および外部パイプの内壁
に対する衝突による、２つのパイプ間の環状室７０にお
ける乱流、が組合されることにより、流動経路内のすべ
ての冷媒流動が、液体または蒸気相にあるかどうかにか
かわらず、すべて完全に混合され、かつ乱流状態になさ
れると共に、特に、比較的高速の蒸気相が液体相から分
離されて装置内を流動する可能性を生じないようにする
ことができる．さらに、外部パイプ内壁に対する高速流
体の強力な衝突により、冷媒あるいは常にそれに同伴さ
れる潤滑油からなる、比較的停滞性を有するバリア層が
破壊されると共に、内壁から除去されることにより、冷
媒から壁部を介してセンサ球体５０への熱の効率的な移
転が妨げられることはない．したがって球体は、完全に
乱流混合されると共に温度が平均化された冷媒流動であ
って、ヘソグーバイプ４２の吐出口から受容されたもの
の温度のみを検出すると共に、さらに、冷媒温度の変化
に極めて敏感であり、かつ平均化された冷媒温度に相当
する装置内部温度を正確に測定する。装置４８のこの乱
流発生および混合機能はこうして、システムにどのよう
な構造の蒸発コイルが利用されたとしても、有効である
．この装置がここに特別に説明されたシステム、すなわち
複数の回路コイルを備えるものに用いられる場合、各蒸
発回路コイル中の流体の流動を乱流化し混合させること
に加えて、多数の混合機能を果たし、したがってすべて
の回路コイルからの流体流動は相互に完全に混合され、
したがってその別々の温度のすべてが平均化され、この
平均の回路コイル温度が球体５０により検出される。さ
らに、この完全な乱流化および混合により、たとえ単一
または複数の回路コイルがその供給された冷媒のすべて
を蒸発させない場合でも、混合装置に到達する少量の液
体は直ちに霧化され、その結果、残りのコイルからの過
熱蒸気から得られる熱により、容易に蒸発される。した
がって、不足状態にある単一または複数のコイルに対す
る冷媒の供給量は増大され、最終的には、発生された過
熱蒸気が、負荷不足状態の単一または複数のコイルから
の液体冷媒を蒸発することができない状態になる．パイブ６２および６６の径は、その結果としての流動通
路の流動容量が、ほぼ吸引チューブ５６の残りのものの
容量になるように構成されると共に、開口６８の数およ
びサイズは、ほぼ同一流動容量が達成されるように構成
する．これらの流動容量は、吸引チューブの通常の流動
容量の約０．５〜１．５倍に変化でき、ここでは外部チ
ューブ内壁に対して流体を十分に強制的に衝突させるこ
とができるように、開口６８の流動容量を吸引チューブ
のそれよりいくらか小さく低減させることが好ましい．約３〜５１１．Ｐ．のシステムに利用されるようにした
特別の実施例においては、外部バイプ６６は約２　０〜
２　５ａｍ　（８〜１　０ｉｎ．　）の長さ、および４
．Ｏｃｓ　（１．６ｉｎ．　）の外径を有し、内部パイ
プ６２は２．７　５ｃｍ　（１．１ｉｎ．　）の外径を
有すると共に、０．４　７（Ｊ　（０．１　９ｉｎ．　
）の径を有する一様に隔置された４０の孔６８が設けら
れている．長さに対して斜めに波形にされると共に、ｌ
ＱｃｍＸｌ５ｃｍ（　４　ｉｎ．　ｘ　６　ｉｎ．　）
の大きさを有する、ステンレススチール製微細ワヤーメ
ッシュ片からなるメッシュ挿入体６７が、パイプ内に挿
入され得るように十分に緊密に螺旋巻きされ、そしてそ
の空間を完全に満たすように膨張される．図面において
、そのように緊密にロール巻きされた螺旋形状を正確に
説明することは不可能であることを理解されたい．約１　０　−　１　５１１．Ｐ．のシステムを目的とし
た別の実施例においては、外部パイプ６６は５．２５ｃ
ｍ（２．１ｉｎ．）の外径を有し、内部バイプ６２は４
．０ｃｍ　（１．６ｉｎ．　）の外径を有し、孔６８は
０．６ｃｍ　（０．２　５ｉｎ．　）の径を有している
。実際には、この発明の装置における圧力降下は十分に
小さく、通常は約Ｑ．　Ｑ　７　ｋｇ／ｃｊ　（　ｌ　
ｐｓｉ　）より小さいから、認識できる程の効率損失が
生じることはなく、したがっていかなる損失も、通常達
成されるかなり改善された全体的効率により十分に補償
される。

降下量は十分に小さいから、たとえ不可能ではないとし
ても、標準的な冷凍設備において用いられる圧力針によ
り検出することは困難である。

これらの問題点が長期間にわたって存在していたにもか
かわらず、温度検出およびＴＸバルブの制御を十分に改
善する乱流発生装置および／または混合装置をどのよう
に提供するか、そしてコイル型システムにおいて、同一
の目的のために、多数の個々の回路コイルからの冷媒流
動の温度を平均化すること、は理解されていなかったも
のと考えられ、出願人の知る範囲では、米国特許第３，
５５５，８４５号、同第３，７４０，９６７号および同
第４，２２２，９４９号の各明細書において提案されて
いる構成のものは、商業的設備として利用されていない
。したがって、出願人の知る範囲における当産業分野に
おける文献においては、回路コイルの長さを可能な限り
等しくし、すべての回路コイルを共通のヘ７グーパイプ
へ吐出させ、かつセンサ球体をヘソグーパイプからの吐
出パイプの外部にクランプすることが、可能な作業のす
べてであり、その時温度は可能な限り正る′僅に測定さ
れると共に、流動体は達成される最大範囲まで混合され
ると考えられている．この誤った考えは、蒸発コイルおよび吐出パイプまたは
マニホルド中の、冷媒流体の流動条件の十分な認識に欠
ける結果によるものと考えられる。

冷媒はコイルに低体積液体として流入し、その限定され
た空間内で高体積蒸気に蒸発し、その結果、蒸気の流出
速度は比較的高く、この発明の高度に−１実な乱流およ
び／または混合方法および対応装置が設けられない場合
は、すべての流体の流動を包含し、コイル中の流動は層
塊状ＬＡ輌あり、液体粒子は混合されることなく同伴流
動状態に維持され、異なるコイルからの流動が混合され
、かつ平均化される可能性は全く、あるいはほとんどな
い．その結果、温度が球体５０により検出される前に、
たとえ少量の液体冷媒さえも蒸発される可能性が、ほと
んどない。乱流および混合は流動通路の横断面全体にわ
たって行なわれることが重要であり、その理由は、何ら
かの間隙があれば、対応する部分の高速流体がそこを通
過して、層流状態が維持されて、液体粒子が同伴され、
装置の目的がｈ４傷されるからである。従来の装置にお
いて、センサ球体５０を吸引パイプ５６に沿ってさらに
配置することによっても、状況はそれ程良好になること
はなく、その理由は、パイプに沿っても流動は比較的層
流状態を維持しており、蒸発器吐出口から、そしてＴＸ
バルブから球体までの距離を追加する場合は、バルブ作
動の遅延時間が増大することから、付加的な困難性がも
たらされる．現在の問題点の認識に欠ける証拠として、等しく負荷を
受けるためのコイルに関する最良の物理的構成について
の議論が従来存在していると共に、これまでも十分にそ
の議論がなされており、従来の冷凍システムにおいては
、過熱温度を可能な限り正確に検出すると共に、最小過
熱度において作動させるために、センサ球体５０を吸引
パイプの周縁上に適切に位置決めすることが重要である
と考えられてきた。ＴＸバルブの製造業者はその設備マ
ニュアルにおいて、センサ球体の適切な位置の重要性を
強調するが、そのための明確な位置は指示していない．
そこでは、球体が吸引パイプの水平部分に固定されるこ
とが好まし《、かつその径により異なる位置において、
その周縁上の異なる位置にクランプされるべきであるこ
とが推奨されているが、一その位置は最終的には、その
設備にあたり適切および／または実用的であると考えら
れる状況にしたがって、設置者により選定されており、
その結果は、しばしば良好ではない．理論的に理想的な
位置は、水平吸引パイプの周縁の６時位置であり、そこ
では、パイプ中を通過ずるいかなる少量の液体冷媒をも
、最も正確に検出することができ、したがって最少量の
過熱度を可能にすることができる。実際にはこれは、満
足できる位置ではなく、その理由は冷媒中に潤滑油が存
在し、これがパイプの底部に沿って流動し、センサ球体
を冷媒流体から熱的に絶縁するからである。

したがって、この球体に関する通常の位置は、パイプ周
縁上の４時または８時位置である．完全な乱流および混
合が提供される場合は、装置周縁上のセンサ球体の位置
は全く重要なことではないことが解っており、据付けの
観点から可能な限りバルブに近接して、かつ引続く保守
のためのアクセスにとって最も便利な位置に設置するこ
とができる．またセンサは、好ましい位置である、混合
装置の壁上に直接設置される必要はなく、装置の吐出口
に可能な限り近接して設置される．さらに、センサ球体
を吸引パイプの水平部分に配置することが全く不要であ
り、また装置の姿勢がその性能に何ら影響を与えないこ
とも明らかになっている．また、この装置は、流入口が
吐出口であるように、あるいは逆の状態で設置された場
合に比較的鈍惑であることも明らかになっているが、当
然この状態は推奨されるものではな《、そのような状態
においては作動効率のわずかな低下が認められる．この
発明の装置の有効性は、蒸発コイルをその据付け前およ
び後に視覚検査することにより、容易に明らかになる．
据付け前は通常、異なる回路コイル上の霜の付着状態は
一様でなく、そのいくつかは吐出口まで完全に霜が形成
されているのに対して、他のものは吐出口から後方の実
質的な距離まで霜が形成されることがなく、これ・は後
者が冷媒に不足しており、その最大冷却容量より低い容
量で運転されていることを示している。また、蒸発器の
共通吐出口部材は部分的に霜が形成されているにすぎな
い。装置が据付けられた場合は、すべての回路コイルは
、吸引マニホルドの全長と同様に、ほぼ等しく霜が形成
され、すべての回路コイルが現在、完全設計容量で運転
されていることが示される．そこで、過熱度量を従来の
約５．５’Ｃ（１０’Ｆ）から２℃（４　”Ｆ　）の低
い値まで低下することも、安全性を有して可能であるこ
とが明らかである．据付け状態によっては、システムの
結果として得られる冷却容量の改善度は、２５〜３５％
にも到達することができ、従来はシステムが可能な容量
のわずか７４〜８０％で運転されていたことが示されて
いる。

特別の例として、２　０　０　総１１．Ｐ．の圧縮機と
８つの強制空気蒸発コイルとを利用する設備において、
システムはこの発明の装置を据付け前は、室温を１３℃
（５５°Ｆ）から−１９℃（−２°Ｆ）まで冷却するた
めに、３時間１０分を要した。この装置を据付けた場合
は、要する時間は２時間１ｏ分で、効率が２９％改善さ
れたか、あるいは圧縮機の出力が約２　５　８　１１．
Ｐ．に増大されたものと考えられる．この発明の利用により得られる重要な利点は、その予期
されない性質が示されることと共に、バルブが冷媒流量
の制御を失なうことのない状態で、ＴＸバルブのサイズ
を蒸発コイルの容量に緊密に適合させる必要なく装着さ
せる場合に得られる融通性である。ＴＸバルブの容量は
、その流動開口のサイズおよび開口を横切るヘッド圧力
の両方により決定され、従来の設備においては、この適
合が可能な限り緊密であることが重要であった。たとえ
ば、ある製造業者が０．５〜１８０トンの範囲をカバー
するために、２１の異なるサイズのバルブを提供する際
、０．５〜３トンの範囲においては０．５トンの増分で
構成され、その後は最大値まで漸進的に増大する間隔で
構成される。バルブが大きすぎて、高過熱値が利用され
る場合は、蒸発器に対して過供給および供給不足が生じ
、その結果、効率は低下し、開放中のバルブの流動容量
が大きいことから、液体が圧縮機まで到達する危険があ
る．他方、バルブおよびコイルサイズが緊密に適合して
いる場合は、ヘッド圧力を最小値より高く維持すること
が必要になり、その理由は、そうしないとバルブの流動
容量が小さくなりすぎるからである．これは、空気冷却
される凝縮器が極めて効率的で、かつ低いヘッド圧力で
運転されるような冬期には、システムにとって不利であ
り、それを可能な種々の技術により技術的に高度に維持
することが必要になる．これは、冷媒を圧縮するために
必要な動力も、対応して高い不経済な値に維持されなけ
ればならないことを意味している。

この制ｊｎの喪失は実際に容易に観察される．たとえば
、何らかの理由、たとえばヒューズの破断により蒸発器
ファンが停止した場合、あるいは冷却されるべき製品の
流れが中断された場合、コイルの負荷は、バルブにより
制御され得るより急速に、突然下降し、液体は圧縮機に
あふれ、霜で覆われることになる。液体冷媒は潤滑剤を
洗い流し、バルブの破損および損傷の原因になる。また
、自動コイル除霜システムが満足に運転されず、かつコ
イルが氷により覆われ、各コイルの負荷が下降して、制
御が失なわれた場合、これはコイルの視覚検査により容
易に検出されることは明らかである。

単一または複数のこの発明の装置を設置することにより
、この負荷容量の緊密な適合はもはや不要となり、過大
サイズのバルブを有効状態で利用するこができる．特別
の例、すなわち１．５トンの蒸発器を備えるシステムに
おいて、最初の２トンの割合のバルブが８トンの割合の
バルブに交換された場合、約０．５°〜１℃（１＠〜２
°Ｆ）の範囲を過熱値が変動した状態で、十分な制御が
維持された。したがって大径オリフィスのＴＸバルブに
おいて、バルブを通る冷媒流量を十分な大きさに維持す
るために、ヘッド圧力を技術的に高い値に保持する必要
は、もはや無く、それをさらに低い値に低下させること
が可能であり、最大の蒸発器容量において適切な過熱度
制御が維持される．これは、システムの効率を最大にす
るだけでなく、設置サイズの範囲全体にとって必要にな
る異なるサイズのバルブ数を、低減させる可能性をも提
供している．前述のように、センサ球体５０は最大の混合が行なわれ
る装置吐出口５４に、可能な限り近接して装置に装着す
ることが好ましい．第３図の実施例においては、外部チ
ューブ６６に長い一体首部分６６ａが設けられ，．この
首部分６６ａは吐出口５４を構成すると共に、装置への
球体の固定を容易にしている。この実施例において、内
部パイプ６２の内部は、第１図の実施例におけるロール
巻きスクリーンの代りに、混合媒体としての金属ウール
８６により完全に満たされている．第４図は別の構成装
置を示し、そこではこの発明の第２の乱流／混合装置４
　８．ｂであって、ここでは参照数字４８ａを付されて
いる第１装置４８と本質的に同一の構造を有するものが
、第１装置と直列に連結されており、センサ球体５０が
下流側装置４８ａ上に装着されている．第２装では付加
的な混合を提供すると共に、対応してＴＸバルブの性能
を改善しており、その際、各内部通路および孔６８の流
動容量を適切に選択することにより、吸引ラインに沿う
圧力降下をそれ程大きくならないようにすることができ
る．メッシュコイル６７　（または金属ウール体８６）
は一方または両方の装置に装着することができ、図には
装置４８ａに装着された状態が示されている．第５図は、Ｕ字形連結器７８ａおよび７８ｂにより連結
される、２つの丁字形連結部７４および７６を形成する
導管により冷媒流動通路が提供される実施例を示してお
り、連結器は冷媒の流動速度を増大するため、小さい内
部横断面径を有する．連結部７４は、共通ヘンダー４２
からの冷媒流動を２つの別々のほぼ等しい副流動に分割
し、この副流動は丁字形クロスバーの横壁に衝突するこ
とにより乱流化されるようになっており、かつ２つの流
動は別々に連結器７８ａおよび７８ｂを高速で移動する
と共に、連結部７６のクロスバーにおける先頭部の衝突
により単一流動に再結合される．この２つの乱流副流動
の衝突により、さらに良好な混合がもたらされ、したが
って冷媒が、球体５０が取付けられる第２丁字形結合部
の脚部７７へ配送される前に、効果的な混合および乱流
化が行なわれる．この実施例においては冷媒流動は２つ
の副流動にのみ分割されているが、別の実施例において
は、３つ以上に分割され、そのすべてが同時または順次
再結合されるようになついる。

第６図は、装置７２に装置４８が続いて配置された構成
のものを示しており、ここでは２つの装置を組合せた効
果が得られると共に、この場合は球体５０は下流側装置
４８に取付けられる。

第７図は別の実施例を示し、ここでは装置が容器８０に
より構成され、容器８０は未乱流化、未混合冷媒のため
の流入口８２と、容器の長さに沿って他方から隔置され
た乱流化および混合された冷媒のための吐出口８４を備
えており、流入口および吐出口の両方は容器の長手力向
軸心に対して半径方向に配置され、したがって流体の流
動経路の方向が急激に変化されている。容器の内部は多
孔性乱流化・および混合媒体８６を満たされ、すべての
媒体は流入口から吐出口へ移動する際に、この媒体を通
過しなければならない．媒体８６における無数の相互に
連結された無秩序なチャンネルを介して冷媒流動が移動
することにより、必要な完全乱流化および／または混合
が保証される．適切な媒体としては、たとえば金属ウー
ル、発泡体またはスクリーン、あるいは他の適切な金属
媒体、特にステンレススチールまたはアルミニウムから
なるものがあり、これらは十分に緻密に詰込まれて、大
きな圧力降下をもたらすことなく、所望量の乱流および
混合を達成するように構成されている。他の媒体、たと
えば開放セル型多孔性プラスチック、およびセラミック
フォームも利用できる．センサ球体５０は、十分に熱伝
導性を有する容器外壁に対して、可能な限り吐出口８４
に近接した位置に、確実にクランブ止めされる．一例と
して、容器８０は１　０ｃｓ＋　（４１ｎ．　）の径と
２５ｃｍ（１０ｉｎ．　）の長さを有すると共に、ステ
ンレススチール・ウールが詰込まれている．ウール体は
少なくとも一層のワイヤーメッシュにより包囲されて、
ウール片が破損してシステム内に流入できないようにす
ることが好ましい．第８図は、第７図の装置８０が第２の下流側装置４８の
ための予備乱流化および予備混合装置として利用して、
再び２つの装置の組合された効果を得るようにした構成
のものを示す。

第９図は、装置が直線状パイプ６６からなり、その内部
全体に緊密に巻回されたワイヤーメソシュ６７が満たさ
れ、したがって再び冷媒流動全体が妨げられ、必要な範
囲まで十分に乱流化および混合されるようにした実施例
、を示している。この実施例においては、ワイヤーメッ
シュのすき間内における以外、流動経路に急激な変化は
存在しないから、この装置は、これまで述べた乱流化お
よび混合装置におけるより長い経路を提供するように、
長く形成することが好ましく、センサ球体５０は他の実
施例と同様に、可能な限り吐出口端部５４に近接して取
付けられる．ｖ！密に螺旋巻きされたステンレススチー
ル製メッシュを包含する、４．ＯｅＩＩ（１．６ｉｎ．
　）の外径を有するバイブ６６を利用し、１０Ｈ．Ｐ．
の容世の圧縮機を備えるシステムにおいて、設置される
装置に必要な付加長さの一例として、パイプは装置４８
にとって必要とされる２　０〜２　５ｃｍ　（８〜１　
０ｉｎ．　）の長さに比較して、４　５ｃｍ　（１　Ｂ
ｉｎ．　）の長さを有している．しかし、別の特別の例
においては、流入口および吐出口間の直線状包囲体を備
える装置は、２５１（１０ｉｎ．）の長さ、および４ｃ
ｎ　（１．６ｉｎ．　）の外径を有するパイプ片から構
成されている．約２５ｃａＸ　１　５ｃｍ　（ｌ　Ｏｉ
ｎ．　　ｘ　６ｉｎ．　）の大きさで６龍（０．　２　
５　ｉｎ．　）の厚さを有する、空調用フィルタとして
利用されるような、織られたアルミニウムストランドか
ら形成される永久性アルミニウムフィルタ材料片が、円
筒内に緊密にロール巻きされて、端部からパイプ内に挿
入される．この装置は、約１０１１．Ｐ．の容量を有す
るコイルと共に利用され、センサ球体は装置の直ぐ下流
側の吸引ラインに固定される．比較的短い長さにもかか
わらず、コイルの冷却容量がほぼ２０％増大された結果
が得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例装置を包含する典型的冷
凍システムの概略図、第２図は第１図の第１実施例装置
の拡大縦断面図、第３図は第２実施例装置を示す第２図
と同様の断面図、第４図は第２図の第１実施例装置と直
列に配置された２つの装置の縦断面図、第５図は第４実
施例装置の正面図、第６図は第２図装置と第５図装置を
直列に配置して構成される装置の一部縦断面図、第７図
は第５実施例装置の縦断面図、第８図は第２図装置と第
７図装置を直列に配置して構成される装置の縦断面図、
第９図は第６実施例装置の縦断面図である．１０・・・冷媒圧縮機、１２・・・吸引流入口、１４・
・・高圧吐出口、１５・・・導管、ｌ６・・・ａｍコイ
ル、ｌ８・・・流入口、２０・・・吐出口、２１・・・
導管、２２・・・液体アキュムレー夕、２４・・・導管
、２６・・・フィルタ／ドライヤ、２８・・・液体表示
装置、３０・・・ＴＸバルブ、３２・・・分配装置、３
４ａ．３４ｂ・・・回路コイル、３６ａ，３６ｂ・・・
流入口パイプ、３８ａ，３８ｂ・・・流入口、４０ａ，
４０ｂ・・・吐出口、４２・・・共通へ７グーパイプ、
４４・・・単一吐出口、４６・・・流入口、４８・・・
混合装置、４８ａ・・・下流側装置、４８ｂ・・・乱流
／混合装置、５０・・・過熱温度検出球体、５１・・・
クランプ、５２・・・キャピラリチューブ、５４・・・
吐出口、５６・・・導管、５８．６０・・・ファン、６
２・・・内部円筒パイプ、６４・・・他端部、６６・・
・外部円筒パイプ、６６ａ・・・首部分、６７・・・螺
旋巻きコイル、６８・・・孔、７０・・・環状室、７２
・・・装置、７４．７６・・・丁字形連結部、７７・・
・脚部、７８ａ．７８ｂ・・・Ｕ字形連結器、８０・・
・容器、８２・・・流入口、８４・・・吐出口、８６金
属ウール．Ｆ１６１特許出願人　　チャールズ・グレゴリイ代理人　弁理士
　　薬　　師　　　　　　稔代理人　弁理士　　依　　
田　　孝次郎代理人　弁理士　　高　　木　　正　　行
ＦＩＧ．２ＦＩＧ．９

Claims

【特許請求の範囲】

（１）冷凍システムの蒸発コイルの吐出口から流出する
冷媒の温度を検出し、液体冷媒を蒸発コイルの流入口ヘ
供給する制御可能な蒸発器バルブを制御する方法であっ
て、コイル吐出口から乱流発生および混合装置内部へ冷
媒を供給すると共に、前記装置には冷媒流動通路を設け
ると共に、その壁の少なくとも一部に熱伝導性材料を有
し、この壁部分を介して包囲体内部温度を検出するよう
にすること、乱流および混合発生装置、すなわち全冷媒
流動を妨げ、かつ全冷媒流動の方向を変化させて、冷媒
流動中に存するすべての液体および蒸気冷媒相の乱流化
および混合を保証し、かつ壁部分とは混合相のみが接触
することを保証するようにした前記乱流および混合発生
装置により、流動通路内に冷媒の乱流および混合を発生
させること、および温度検出装置により壁部分において
包囲体の内部温度を検出し、検出温度にしたがって蒸発
器バルブを制御することを特徴とする、冷媒温度を検出
して冷媒負荷を制御する方法。
（２）乱流および混合発生装置が、第１通路において冷
媒を受容すると共に、それを複数の孔を介して第２通路
へ送給するようになっており、前記孔を通過する流動が
第２通路の第１面に衝突することにより、流動方向の急
激な変化がもたらされ、第１面に対して乱流流動が発生
されるようにし、前記温度検出装置が第２通路の第２面
に接触して、第２通路壁を介して第１面と熱交換接触状
態にあることを特徴とする、請求項１記載の方法。
（３）冷媒が第１通路内にその一端部において導入され
ると共に、第１通路の他端部が遮断されて、冷媒流動が
端部に衝突することにより第１通路内に乱流が発生され
るようにしたことを特徴とする、請求項２記載の方法。
（４）第１通路が通路内の冷媒の流動を妨げる混合装置
を内部に備えることを特徴とする、請求項２または３記
載の方法。
（５）第１通路内の混合装置が金属ウール、金属発泡体
、金属スクリーン、プラスチックフォームまたは多孔性
セラミックフォームから選択されることを特徴とする、
請求項４記載の方法。
（６）乱流および混合発生装置が導管装置から形成され
、この導管装置が冷媒流動を２またはそれ以上の別々の
乱流流動に分割すると共に、引続き相互に衝突させるこ
とにより別々の流動を再結合して、両者間に乱流を発生
させるようになっており、かつ温度検出装置が２つの流
動の再結合点に配置されることを特徴とする、請求項１
記載の方法。
（７）乱流および混合発生導管装置が、冷媒の流動方向
に対して横方向の装置の面に対して衝突させることによ
り、冷媒を前記２またはそれ以上の別々の乱流流動に分
割するようにしたことを特徴とする、請求項６記載の方
法。
（８）乱流および混合発生装置が室内部に、全冷媒流動
を妨げると共に、冷媒がそれを介して流入口および吐出
口間を通過するようにした多孔性混合媒体を備えること
を特徴とする、請求項１記載の方法。
（９）前記多孔性混合媒体が金属ウール、金属フォーム
、金属スクリーン、プラスチックフォームまたは多孔性
セラミックフォームから選択されることを特徴とする、
請求項８記載の方法。
（１０）包囲体に対する流入口および吐出口が、包囲体
を通る冷媒の流動方向に対して半径方向にあり、対応し
てその流動方向を急激に変化させていることを特徴とす
る、請求項８または９記載の方法。
（１１）２つの乱流および混合発生装置が相互に直列に
配置されて、冷媒の乱流および混合を増大させて、温度
検出を改善するようにしたことを特徴とする、請求項１
〜１０のいずれか一つの項記載の方法。
（１２）冷凍装置の蒸発コイルの冷媒負荷の制御が、相
互に並列に連結された複数の回路コイルにより行なわれ
ると共に、これらすべてが冷媒を、共通のサーモスタッ
トにより制御された流動制御バルブおよび冷媒分配装置
を介して供結され、バルブが共通の過熱温度センサによ
り、冷媒流動を制御するために制御されるようにしたこ
とを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つの項記
載の方法。
（１３）冷凍システムの蒸発コイル吐出口から流出する
冷媒の温度を検出し、液体冷媒を蒸発コイル流入口ヘ供
給する制御可能な蒸発器バルブを制御する装置であって
、乱流および混合装置であって冷媒用の流入口および吐
出口を有すると共に、内部に冷媒流動通路を備え、その
壁の少なくとも一部分に熱伝導性材料を有し、その壁部
分を介して包囲体内部温度を検出するようにした乱流お
よび混合装置と、流動通路に設けられて、全冷媒流動を
妨げると共に、全冷媒流動の方向の変化により冷媒の乱
流および混合を生じさせて、そこに存するすべての液体
および蒸気冷媒相の乱流化および混合を保証すると共に
、混合相が壁部分に接触することを保証するようにした
乱流および混合発生装置と、包囲体の内部温度を検出す
るために、温度検出装置が壁部分と熱伝導接触状態にあ
ると共に、検出温度にしたがって蒸発器バルブを制御す
るように適合された装置とを備えていることを特徴とす
る、冷媒温度を検出して冷媒負荷を制御する装置。
（１４）乱流および混合発生装置が、両者間に共通の壁
を有する第１および第２通路を形成する装置を備え、前
記共通壁は複数の孔を有し、この孔を介して冷媒が第１
通路から第２通路へ流動されると共に、この孔が、流動
を第２通路の第１面に衝突させることにより、流動方向
を急激に変化させることにより、前記流動の乱流および
混合を第２通路内に発生させるようになっていることを
特徴とする、請求項１３記載の装置。
（１５）第１通路が第１チューブ状部材により形成され
、かつ第２通路が、第１チューブ状部材を包囲すると共
に両者間に環状第２通路を形成する第２チューブ状部材
により形成され、前記孔が第１チューブ状部材の壁に設
けられると共に、冷媒流動を第２チューブ状部材の内壁
に対して指向させるようになっていることを特徴とする
、請求項１４記載の装置。
（１６）第１チューブ状部材の一方の開口端が、第１通
路に対する流入口を構成し、かつ部材の他端部が閉鎖さ
れて、冷媒流動が閉鎖端に衝突する結果、第１通路内に
乱流を発生させるようになっていることを特徴とする、
請求項１５記載の装置。
（１７）第１通路が多孔性混合媒体で満たされ、この媒
体を介して冷媒が流入口から多数の孔へ通過するように
したことを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一
つの項記載の装置。
（１８）前記多孔性混合媒体が金属ウール、金属フォー
ム、金属スクリーン、プラスチックフォームまたは多孔
性セラミックフォームから選沢されることを特徴とする
、請求項１７記載の装置。
（１９）乱流および混合装置が、冷媒流動を２またはそ
れ以上の別々の流動に分割する第１連結装置と、これら
の流動を相互に衝突させることにより前記別々の流動を
引続いて結合して、両者間に乱流を発生させる第２連結
装置と、第１および第２連結装置を連結して、それらの
間に別々の流動を行なわせる導管装置とを備え、温度検
出装置が第２連結装置の位置に配置されることを特徴と
する、請求項１３記載の装置。
（２０）第１連結装置が、冷媒流動をその装置内への流
動方向に対して横方向に配置された、連結装置の面に対
して衝突させることにより、冷媒流動を２またはそれ以
上の別々の流動に分割することを特徴とする、請求項１
９記載の装置。
（２１）乱流および混合装置が装置内に多孔性混合媒体
を備え、冷媒がこの媒体を介して流入口から吐出口ヘ通
過されるようにしたことを特徴とする、請求項１３記載
の装置。
（２２）前記多孔性混合媒体が金属ウール、金属フォー
ム、金属スクリーン、プラスチックフォームまたは多孔
性セラミックフォームから選択されることを特徴とする
、請求項２１記載の装置。
（２３）包囲体に対する流入口および吐出口が、包囲体
を通る冷媒の流動方向に対して半径方向にあり、対応し
てその方向の急激な変化を生じさせるようになっている
ことを特徴とする、請求項２１または２２記載の装置。
（２４）２つの乱流および混合装置が相互に直列に連結
されて、冷媒の乱流および混合状態を増大させて、温度
検出を改善するようにしたことを特徴とする、請求項１
３〜２３のいずれか一つの項記載の装置。
（２５）複数の回路コイルからなる蒸発コイルであって
、この回路コイルが相互に並列に連結されて、すべての
コイルが共通の制御バルブから蒸発のために冷媒を供給
されるようにした蒸発コイルと、回路コイルのすベてか
ら冷媒を受容する蒸発コイル共通部材と、前記共通部材
内の冷媒の温度を検出すると共に、制御バルブに対して
、それを制御するために作動的に連結される共通過熱温
度センサとを備える冷凍システムにおいて利用されるこ
とを特徴とする、請求項１３〜２４のいずれか一つの項
記載の装置。