JPH0263143B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は冷凍機やヒートポンプ等のエコノマイ
ザー装置に関する。本発明はさらにそのような装
置を装着した機械にも関するものである。

従来技術 回転容積型圧縮機又は遠心多段式圧縮機を使用
している冷凍システム等にエコノマイザー装置を
設けることが知られている。

そのようなシステムの例が第１図又は第２図に
示されており、圧縮機１が導管２から吸入された
冷媒ガスを受け、ガスは凝縮器３及び貯留タンク
４に吐出されて液体になる。このタンクは実際に
は凝縮器の一部であることが多いが、ここでは説
明を容易にするためにタンクを分離して示してあ
る。

凝縮された液体はこのタンクから導管５を介し
て蒸発タンク６に至り、蒸発タンク６の上方部分
は導管７によつて圧縮機ケーシングの吸入圧と吐
出圧との中間圧が存在する部位に設けられた少く
とも１個のポート８に接続される。中間タンクに
おいてガスから分離された液体は、導管９を介し
て膨脹弁１１を通つた後で蒸発器１０に流れる。
膨脹弁１１又は蒸発器１０において蒸発したガス
は導管２を介して圧縮機に戻る。

貯留タンク４と蒸発タンク６との間にはバルブ
１２が取付けられる。このバルブ１２は蒸発タン
ク６のレベルを測定するフロート１３によつて制
御される。同様に、膨脹弁１１は蒸発器１０出口
部における過熱を測定する装置１４によつて制御
される。

蒸発器１０からの冷却がさらに要求されるとき
には、装置１４は膨脹弁１１を開かせ、蒸発タン
ク６内の液体レベルが低下し、バルブ１２の開口
度が大きくなる。

このようなエコノマイザー装置の利点は、蒸発
器１０へ向かう液体を冷却するために形成された
ガスの一部が吸入圧によつてではなく中間圧によ
つて再圧縮されることにある。これによつて圧縮
機の効率が向上し、冷却能力が向上する。

しかしながら、この装置には多くの欠点も含ま
れている。先づ、付加のタンク６及び冷媒をタン
クに充填するための追加の負荷が必要なので嵩張
つたものとなり高価なものとなる。さらに、フロ
ートを使用する装置は確実性に乏しい。次いで、
システムの制御が困難なことにある。というの
は、膨脹弁１１は凝縮器と蒸発器の間にある圧力
の下ではもはや作用されずに中間圧と吸入圧との
間の圧力の下で作用するからであり、さらに、エ
コノマイザー自体が作動しないような時、例えば
圧縮機がスライドを具えたスクリユー圧縮機であ
つて圧縮機が部分負荷状態にあるような時には、
このシステムを作用させることができないからで
ある。このような状態においてはポート８におけ
る圧力は事実上吸入圧と等しくなり、蒸発タンク
６と蒸発器１０との間に圧力差がなくなつて液体
が循環できなくなる。従つて、導管７にチエツク
バルブを設けるような追加の装置を設けねばなら
なくなる。しかしながら、そのような追加の装置
を設けると、チエツクバルブの再開放時に導管７
を介して圧縮器に液体バーストが引起され、チエ
ツクバルブが閉じられるときに凝縮器圧力にあつ
た液体が、突然中間圧に戻ろうとする。そのよう
なバーストは圧縮機に損傷をもたらす可能性があ
る。

従つて、第２図に示すような装置を使用するの
が普通になつており、導管９と膨脹弁１１とは貯
留タンク４に直接的に接続され、エコノマイザー
ライン８に配置された補助蒸発器１６によつて冷
却され且つ過熱測定手段１８によつて制御される
膨脹弁１７によつて供給される交換装置を具えて
いる。

このような装置においては、膨脹弁１１は蒸発
器と凝縮器との間の圧力の差の下で常に作用する
ので、第１図の装置の欠点の多くは克服されてい
る。

しかしながら、このような装置には又別の欠点
があらわれる。この装置は蒸発器−交換装置及び
追加の膨脹弁１７を必要とするのでやはり高価な
ものである。他方、交換装置の作動は１５と１６
の間に温度差を必要とし、この温度差は通常約５
℃のオーダーにある。膨脹弁１１に到達する液体
は第１図の場合よりも冷却されておらず、従つ
て、エコノマイザーの性能が実質的に低下し、低
圧縮領域においては効果がないとさえ言える。

発明の概要 本発明の目的は安価で効率的なエコノマイザー
装置を提供することにある。

本発明により、圧縮機と、圧縮機の吐出側に接
続された凝縮機、膨脹装置、及び圧縮機吸入側に
接続された蒸発器を含む回路とから成る冷凍又は
ヒートポンプ等の装置のためのエコノマイザー装
置であつて、エコノマイザー装置は上記回路の膨
脹装置と蒸発器との間に配置され且つ膨脹装置を
通つて作られた液体と気体を分離する分離装置及
び分離装置を圧縮器の吐出圧と吸入圧との中間圧
のある部位にそのケーシングを貫通して設けられ
た少くとも１個のポートに接続する気体導管及び
前記分離装置を蒸発器に接続する少くとも１個の
液体導管とを具備するものにおいて、前記分離装
置はブレードを具えてハウジング内に回転自在に
取付けられたロータから成り、前記気体導管はハ
ウジングの中央部に開口し、前記液体導管はハウ
ジングの環状周辺部に開口し、エコノマイザー装
置はさらに前記液体導管に配置された弁装置と作
動中に前記分離装置の環状周辺部に輪状に形成さ
れる液体の輪の半径方向の寸法を持続させるよう
に前記弁装置を制御する制御手段とを具備するこ
とを特徴とするエコノマイザー装置、が提供され
る。

本発明の好ましい態様によると、ロータは圧縮
機軸に取付けられる。

本発明によるエコノマイザー装置は従来技術の
欠点を克服するものである。特に、装置が非常に
コンパクトにできること。即ち、上述の分離装置
や交換装置と比べると、追加の液体タンクが不要
であり、ブレードを具えて圧縮機軸の端部に取付
けられるロータの価格は非常に安価なものであ
る。本装置によつて送られた液体はその極限まで
即ち分離された気体の飽和蒸気圧に相当する温度
まで過冷されること。同時に、遠心効果により、
遠心装置の出口における圧力はこの圧力より高
く、蒸発器への流れがさらに容易になる。膨脹弁
はエコノマイザー装置と蒸発器の間でなく凝縮器
とエコノマイザー装置の間に配置されるので、常
に実質的な差圧の下で作用する。

さらに、流体冷媒の粘度は非常に低いために、
本装置はほんのわずかのエネルギーしか必要とし
ない。ロータの周囲に形成される液体の輪の粘性
摩擦は無視できる程度であり、膨脹タービンに結
合して膨脹エネルギーの一部を周知方法によつて
回収すれば遠心ロータさえ使用できるであろう。

上記の結果は、圧縮機軸を50又は60ヘルツの周
波数で3000又は3600rpmで２極モータにより駆動
させ、そのような速度で満足のいく気体−液体分
離を確実に行うロータの大きさは、スクリユーピ
ニオン圧縮機の容量を制御するためのスライドの
アクチユエータ間に配置できるような小さなもの
として、達成されることができることが示され
る。このスライドについては例えばフランス特許
第2321613号に記載されている。

実施例 以下本発明の実施例について図面を参照して説
明する。

第３図に示すシステムにおいて、第１図及び第
２図の要素に対応する要素には同一の符号が付さ
れており、圧縮機１の吐出側には凝縮機３が接続
され、貯留タンク４が続いている。圧縮機１の吸
入側２には蒸発器１０の出口側が接続される。貯
留タンク４から出た液体冷媒は膨脹弁１１を通
り、そこで部分的に蒸発される。このようにして
得られた液体−ガス混合物は、孔１９を介して静
止ハウジング２０に到達し、ハウジング内にはブ
レード２２を具えたロータ２１が回転可能に取付
けられており、このロータはモータ２４によつて
駆動される圧縮機の軸又は補助モータに結合され
た軸２３によつて駆動される。

ブレードの回転によつて、孔１９から入つた液
体は周辺部に放り出され、一方、ガスはロータ軸
線の回りのガス領域にとどまつて、導管７に接続
された孔２５からハウジング２０を出る。孔２５
はハウジング２０のガス領域に開口されており、
さらに詳細には、ハウジング２０の一端壁の中心
部に開口されている。

ハウジング壁を貫通して形成された孔２６が、
導管３０から、ブレードの回りに液体の輪２８を
半径方向にほぼ一定な厚さに維持するに適した装
置２７を介して、導管９に接続される。従つて、
液体の輪はハウジング２０内の圧力とは独立的に
維持される。ハウジング内の圧力は圧縮機１の作
動状態によつて実際に大きく、例えば１：３で示
される範囲ほど変化する。特に、スクリユー圧縮
機の場合には、その吐出量が吸入ポートからのね
じ山の隔離の遅れを調節することによつて行わ
れ、導管７を介してハウジング２０に伝達される
ポート８における圧力が、吐出量の設定によつて
吸入圧とは多かれ少なかれ異つているものであ
る。

液体の輪２８の厚さを一定に保つ一方策は、遠
心力によつてもたらされた圧力を測定し、ガスの
圧力及びハウジング２０を出る液体の圧力を比較
し、装置２７内に設けられたバルブの開口度を大
きくしたり小さくしたりして蒸発器へ向かつて液
体を放出せしめることである。

装置２７の１実施例が第４図に示されている。
孔２６からくる液体は導管３０を介してボア３１
の一端に至り、ボア３１内には軸線方向に可動な
ピストン３２が挿入されていて、ピストンの運動
によつてボア３１を形成する壁に設けられた３３
又は３４のような半径方向の穴を覆つたり開放し
たりする。これらの穴はシリンダの回りに螺旋状
に配置され、よつて、導管３０から遠ざかるピス
トン３２が穴をボア３１によつて形成される室に
シーケンス的に開放し、導管３０と通じさせる。

ハウジング２０のガス領域に通じる導管２９が
導管３０とは反対側のボア３１端部に開口してい
る。従つて、ピストン３１の一側に導管２９を介
してもたらされる圧力は、遠心力分離装置の中央
部におけるガス圧力である。さらに、ピストン３
２と導管２９が開口するボア端壁との間にコンプ
レツシヨンスプリング３５が配置される。スプリ
ング３５はピストン３２を導管３０に向かつて押
し、従つて、３３や３４のような穴を閉じようと
する。

装置２７の作動は次の通りである。ピストン３
２の下方面には孔２６からきた液体の圧力がかか
り、一方、ピストンの他方の面にはガス圧力及び
スプリング付勢力がかかつている。

従つて、ピストン３２はスプリング力がガス及
び液体間の差圧即ち遠心力によつて作られた差圧
と釣合つた位置で落着こうとし、これは所定の回
転速度においては液体の輪２８の厚さにほとんど
比例的である。

この厚さが増加すると、差圧が大きくなり、よ
つて、ピストン３２は新らしい次の穴が開口する
まで上方に押され、装置２７を通る流れが孔１９
からきた液体の流れと釣合つて、液体の輪の厚さ
が元の厚さに復元される。

スプリングの付勢力がその変位量に対してわず
かに変化することは望ましいことである。これは
十分長いスプリングを使用することによつて得ら
れる。穴に面する体積は非常に大きいのでこの圧
力は穴を通る流れには影響されない。さらに、穴
はピストン３２の移動方向に直角なので穴への流
れの方向はピストン３２の下方面に動的圧力負荷
をもたらすものではない。

３３で示されるような穴を通つた液体はその圧
力を急速に低下させ、霧状になる。液体−ガス混
合物はマニホルド室３６に集められ、導管９を介
して蒸発器へ向かう。

第５図にはフランス特許第1331998号及び第
2321613号による、円筒状スクリユーとコントロ
ールスライドとを有する圧縮機の部分断面図が示
されている。圧縮機の軸に取付けた第３図の分離
装置の実際的な態様がこの圧縮機に見られる。

軸２３は３７で示されるようなラビリンス及び
回収室３８と協働し、回収室３８は軸とラビリン
ス間で生じたガス漏れをスクリユー４０の底部に
戻し、そこから周知のように吸入部（図示せず）
に戻すようになつている。

留意すべきは、遠心ロータはコントロールスラ
イド４２のアクチユエータ４１の間にその位置を
定める程度に十分小さなものであるということで
ある。

数値例をあげれば、直径140mmのスクリユーで、
3000rpmで約2500／毎分の容積を掃気する、ス
クリユー−ピニオン圧縮機ではブレードの内径が
わずかに110mmの遠心ロータを取付ければ良いこ
とになる。孔１９を介して、（４バールで吸入さ
れた冷媒ガスＲ２２による）凝縮液体の全量、即
ち約40リツトル／毎分を送ることによつて、ポー
ト２６から出る液体は十分の一度Ｃの正確さでポ
ート２５から出るガスの飽和蒸気温度にあり且つ
可視泡を含まず、従つて、完全に分離されたもの
であり、そして、ポート２５から出るガスは液体
の３重量パーセント以下であることが測定され
た。液体の輪により創成された過圧は約035バー
ルであつた。

第３図を参照すると、膨脹弁１１の下流側で遠
心装置に行く通路には三方弁４３が配置されてい
る。三方弁４３の３個目の通路はバイパス通路４
４に接続され、バイパス通路４４の他端はバルブ
２７と蒸発器２７との間の導管９に接続される。

遠心分離装置が作動している通常時には、三方
弁４３のハウジング２０に向かう通路が開かれ、
バイパス通路４４へ向かう通路が閉じられる。

エコノマイザー装置の作動を停止させようとす
るときには、バイパス通路４４に向かう通路が開
かれてハウジング２０に向かう通路が閉じられ
る。その構造上、バルブ２７が閉じてチエツク弁
の作用をする。従つて、容量コントロールの結果
としてポート８が吸入圧になり且つ遠心装置全体
がこの圧力になつたとしても、エコノマイザーポ
ート８を開放させることが可能である。

第６図に示す態様においては、ロータ２１のブ
レード２２はハウジング２０の側壁までは延長さ
れていない。この側壁には、スイツチ５１が取付
けられ、その作動レバー５２はブレード５２であ
つてハウジング２０内にロータ２１のブレード２
２と接触しない程度に突出している。ブレード５
２に作用が働かないときには、ブレード５２は自
動的に休止位置をとる。

装置２７は電磁弁で形成され、これはスイツチ
５１により開閉形として制御される。ブレード５
２が休止位置にあるときには、電磁弁２７は閉じ
るように制御される。

ハウジング２０内に形成される液体の輪の厚さ
が小さいときには、液体の輪の大部分がロータ２
１の届かないところにあるので、これはロータ２
１のブレード２２によつて弱く駆動されており、
ゆつくり回転する。ブレード５２には作動位置に
駆動させるほど大きな圧力がかかつておらず、電
磁弁は閉じたままである。

これはハウジング２０中に液体量を増加させる
こととなり、従つて、液体がブレード２２の速度
とほぼ等しい速度でロータ２１によつて駆動され
るようになるまで半径方向の厚さが増大すること
になる。ブレード５２はより高い圧力を受けるよ
うになり、第６図に破線で示される作動位置へも
たらされる。これによつて電磁弁２７が開かれ、
液体の輪の厚さが減少してブレード５２が休止位
置になるまでこれが続く。

本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、例えば液体の輪の厚さをほぼ一定に保つため
にその他の手段を用いることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエコノマイザー装置を有する冷
凍システムの線図、第２図は同じく他のシステム
における線図、第３図は本発明による冷凍システ
ムの線図、第４図は分離装置のロータの回りに液
体の輪を維持させるバルブの断面図、第５図は本
発明によるエコノマイザー装置を具えたスクリユ
ー−ピニオン圧縮機の断面図、第６図はロータ軸
線に直角な平面に沿つた断面図でエコノマイザー
装置の他の態様を示す図である。 １……圧縮機、３……凝縮器、７……ガス導
管、９……液体導管、１０……蒸発器、１１……
膨脹弁、２０……ハウジング、２１……ロータ、
２２……ブレード、２７……バルブ、２８……液
体の輪、３１……ボア、３２……ピストン、３
３，３４……穴、３５……スプリング、３６……
マニホルド室、５１……スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機と、圧縮機の吐出側に接続された凝縮
   機、膨脹装置、及び圧縮機吸入側に接続される蒸
   発器を含む回路とから成る冷凍又はヒートポンプ
   等の装置のためのエコノマイザー装置であつて、
   該エコノマイザー装置は上記回路の膨脹装置と蒸
   発器との間に配置され且つ膨脹装置を通つて作ら
   れた液体と気体を分離する分離装置及び該分離装
   置を圧縮機の吐出圧と吸入圧との中間圧のある部
   位にそのケーシングを貫通して設けられた少くと
   も１個のポートに接続する気体導管及び前記分離
   装置を蒸発器に接続する少くとも１個の液体導管
   とを具備するものにおいて、前記分離装置はブレ
   ードを具えてハウジング内に回転自在に取付けら
   れたロータから成り、前記気体導管はハウジング
   の中央部に開口し、前記液体導管はハウジングの
   環状周辺部に開口し、エコノマイザー装置はさら
   に前記液体導管に配置された弁装置と作動中に前
   記分離装置の環状周辺部に輪状に形成される液体
   の輪の半径方向の寸法を維持するように前記弁装
   置を制御する制御手段とを具備することを特徴と
   するエコノマイザー装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のエコノマイザー
   装置において、前記液体導管に配置された弁装置
   の前記制御手段は前記気体導管の圧力と前記液体
   導管の圧力との差圧により作動することを特徴と
   するエコノマイザー装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のエコノマイザー
   装置において、前記液体導管に配置された弁装置
   はその側壁を貫通して軸線方向に延びる穴手段を
   有するボアと、該ボア内を可動で一方向にハウジ
   ング内の気体圧力及びスプリング付勢力を受け反
   対方向に前記液体導管の液体圧力を受けるピスト
   ンとから成り、前記穴手段は蒸発器入口に接続さ
   れた導管と通じていることを特徴とするエコノマ
   イザー装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載のエコノマイザー
   装置において、前記穴手段は螺旋形状に配置され
   た複数個の穴から成ることを特徴とするエコノマ
   イザー装置。 ５ 特許請求の範囲第３項又は第４項記載のエコ
   ノマイザー装置において、前記穴手段は蒸発器入
   口導管に接続されたマニホルド室に開口すること
   を特徴とするエコノマイザー装置。 ６ 特許請求の範囲第２項記載のエコノマイザー
   装置において、前記液体導管に配置された弁装置
   はハウジングの環状周辺部に形成される液体の輪
   の速度によつて作動可能な手段によつて制御され
   ることを特徴とするエコノマイザー装置。 ７ 特許請求の範囲第６項記載のエコノマイザー
   装置において、前記液体導管に配置された弁装置
   は電磁弁であり、前記速度によつて作動可能な手
   段はその制御部材がそのハウジング壁から突出し
   たブレードであるスイツチであることを特徴とす
   るエコノマイザー装置。 ８ 特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項
   記載のエコノマイザー装置において、ロータはコ
   ンプレツサ軸により駆動されることを特徴とする
   エコノマイザー装置。 ９ 特許請求の範囲第１項記載のエコノマイザー
   装置において、圧縮機は作動状態を調節するため
   のスライドを具えたスクリユー圧縮機であること
   を特徴とするエコノマイザー。 １０ 特許請求の範囲第１項記載のエコノマイザ
   ー装置において、蒸発器の入口と、前記分離装置
   の入口に直列に配置された三方弁との間にバイパ
   スが設けられることを特徴とするエコノマイザー
   装置。