JPH0550666B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍機やヒートポンプ等に適用され
る冷凍サイクルに関し、特に非共沸混合冷媒を用
いかつエコノマイザを備えた冷凍サイクルに関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、エコノマイザを有する冷凍サイクルとし
ては第５図に示すものが公知であり、スクリユー
圧縮機１、凝縮器２、エコノマイザ３、第１膨張
弁４、及び蒸発器５を含むクローズドループ６
と、エコノマイザ３の入側で分岐され第２膨張弁
７を介してエコノマイザ３の熱交換部８を通つて
圧縮機１の中間圧力状態にあるガス閉じ込み空間
に開口するエコノマイザホール９に通じるエコノ
マイザライン１０とを備えており、第１、第２の
膨張弁４，７の開度を蒸発器５、エコノマイザ３
の出側に配置された温度検出器１１，１２からの
信号に基づいて調節するように構成されている。

この冷凍サイクルにおける各位置ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈでの冷媒の状態は、第７図の
Ｔ（温度）−Ｓ（エントロピ）線図に同符号で示し
た状態に対応しており、エコノマイザ３を設けた
ことにより、Ｔ−Ｓ線図上の点ｇ，g′，ｙ，ｘで
囲まれた部分の面積だけ蒸発器５の冷却能力が増
加したことになる。

ところで、この場合蒸発器５の出口ｈの状態及
びエコノマイザ３の出口ｆの状態は、温度検出器
１１，１２により飽和ガスないし過熱ガスの状態
に制御されている。従つて、エコノマイザ３から
のガスと圧縮機１の中間段でのガスとの合流ガス
温度は第７図のＴ−Ｓ線図上のｊの温度と変わら
ず、中間段から吐出までの圧縮は、過熱ガスから
の圧縮となり、飽和ガスからの圧縮に比して多く
の動力を必要とすることになる。

このような動力損失を少なくするために、本出
願人は先に、第６図に示すように、エコノマイザ
３の出側に配置した温度検出器１２の代わりに、
凝縮器２の入側の温度検出器１３を配置し、この
温度検出器１３からの信号に基づいて第２の膨張
弁７を調節するように構成し、エコノマイザ３内
での冷媒の気化が、圧縮機１内で液圧縮を起こさ
ない範囲で部分的に行なわれるようにし、エコノ
マイザ３出口f′の状態を、ガス一液（湿りガス）
状態としてえ中間段圧縮ガスを冷却するようにし
て、中間段でのガス状態をｊからj′まで飽和状態
に近づけ、ハツチングを施した分（正確にはそれ
から中間段で合流後蒸発したガスの圧縮動力分を
引いた分）、動力損失を低減するようにしたもの
を提案している。

ところが、このような冷凍サイクルに非共沸混
合冷媒を用いて実施した場合、凝縮器２の入側に
配置した温度検出器１３によつて第２膨張弁７を
制御するだけでは、中間段における合流ガスの状
態j′を飽和点ｆに充分に近づけるようにエコノマ
イザ３の出口f′の状態を制御するには充分な精度
が得られないという問題がある。

又、非共沸混合冷媒の成分比が経時的に変化す
ると、その特性が変化し、圧力−温度の関係が一
定でなくなることによつてもそのような問題を生
じることになる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の問題点を解決するために
なされたものであつて、エコノマイザを備えた冷
凍サイクルにおいて圧縮機の中間段における合流
ガスの状態が飽和点に充分に近づくように制御で
きる非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルの提供
を目的とする。

また本発明は、さらに非共沸混合冷媒の成分比
が変化した場合にも合流ガスの状態が飽和点に充
分に近づくように制御できる非共沸混合冷媒を用
いた冷凍サイクルの提供を目的とする。

〔発明の構成〕

本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル
は、圧縮機と凝縮器とエコノマイザと蒸発器用の
第１膨張弁と蒸発器とを含むクローズドループと
エコノマイザの入側で分岐して第２膨張弁を介し
てエコノマイザ内の熱交換部を通り圧縮機の中間
圧力状態にあるガス閉じ込み空間に開口するエコ
ノマイザラインとを備えている。そして、エコノ
マイザの出側に冷媒の圧力と温度を検出する圧力
検出器と温度検出器を設け、検出圧力から飽和蒸
気線に基づいて飽和温度を演算し、この飽和温度
に対して予め設定された湿り度となる飽和温度と
の温度差を設定し、この設定温度差と実際の飽和
温度と検出温度との温度差を無くすように温度調
節器にて第２膨張弁を制御することによつて、中
間段での合流ガス状態が飽和ガス状態となるよう
にしたことを特徴とするものである。

又、第２の本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷
凍サイクルは、上記冷凍サイクルにおいて、凝縮
器の出側に冷媒の圧力と温度を検出する第２の圧
力検出器と第２の温度検出器を設け、凝縮器の出
側における冷媒圧力からその飽和温度を演算し、
実際の検知温度との差によつてＴ−Ｓ線図上での
飽和蒸気線の移動量を検知し、それに基づいて上
記飽和温度を補正することによつて冷媒の成分比
が変化した場合にも中間段での合流ガス状態が精
度良く飽和ガス状態に近づくようにしたことを特
徴とするものである。

実施例 １ 次に、本発明の一実施例を第１図〜第３図に基
づいて説明する。

第１図の冷凍サイクルは、冷媒として非共沸混
合冷媒を用いているが、機器としての構成につい
ては、第５図及び第６図に示したものと、第２膨
張弁７を制御するための検出器を除いて他の構成
要素は実質的に同一であり、対応する構成要素に
同一符号に付して説明を省略する。

この冷凍サイクルの第１図における各位置ａ，
ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，f′，ｇ，ｈ，ｊは第３図Ｔ
−Ｓ線図上に同符号で示した状態に対応してい
る。このＴ−Ｓ線図では、冷媒として非共沸混合
冷媒を用いているため、凝縮過程ｂ→ｃ及び蒸気
過程ｄ→f′→ｆ，ｇ→ｈにおいて同一圧力下で温
度勾配を持つている。

エコノマイザ３の出側にはその冷媒の温度を検
出する温度検出器１４と圧力を検出する圧力検出
器１５とが配置され、これら検出器１４，１５か
らの信号に基づいて第２膨張弁７を制御するよう
に構成されている。

この制御部の詳細を第２図により説明すると、
圧力−飽和温度演算器１８によつて予め組み込ま
れた飽和蒸気線ｂ→ｆ→ｈに基づいて圧力検出器
１５で検出された圧力からｆ点における飽和温度
を演算する。一方混合冷媒の蒸発過程では上記の
ように同一圧力において温度勾配を持つているの
で、エコノマイザ３の出口f′とｆ点との温度差は
f′における湿り度に対応している。そのため、こ
の湿り度が圧縮機１の中間段での合流ガスが飽和
状態に近づくように予め設定された値になるよう
にエコノマイザ出口温度設定器１８にてエコノマ
イザ３の出口f′の温度を設定し、温度検出器１４
による検出温度が設定温度に一致するように温度
調節器２０にて第２膨張弁７を制御するようにさ
れている。これによつてエコノマイザ３の出口
f′における冷媒の湿り度を精度良く所望の湿り度
に制御することができるのである。

実施例 ２ 上記実施例では混合冷媒の成分比が変化しない
ものとしたが、機器の設置状態等によつて経時的
に変化することがあり、その場合冷媒の特性が例
えば第４図に実線で示す状態から破線で示す状態
に変わり、実線で示す特性を前提にして上記のよ
うに制御しても精度の良い制御ができなくなる可
能性がある。そこで、この実施例においては、第
１図及び第２図に仮想線で示すように、凝縮器２
の出側ｃにおける冷媒の温度と圧力を検出する温
度検出器１６と圧力検出器１７を配設し、圧力−
飽和温度演算器２１にて第４図のｃ点における温
度を演算し、温度検出器１６にて検出されたc′点
の温度と演算された温度との差から特性の変化を
演算器２２にて演算し、その結果に基づいて前記
圧力−飽和温度演算器１８の演算に補正を加え、
飽和点のｆ点からf″点へのずれを補償して制御す
るようにしている。

尚、以上のエコノマイザ３の出口における冷媒
の湿り度の制御は、蒸発器５の出口における飽和
ガス状態ｈの制御にも同様に適用可能であり、そ
の場合は設定温度を検出圧力から演算された飽和
温度に一致させるように制御すれば良い。

〔発明の効果〕

本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷媒サイクル
は、以上のように、エコノマイザの出側に冷媒の
圧力と温度を検出する圧力検出器と温度検出器を
設け、検出圧力から演算された飽和温度に基づく
設定温度と検出温度との差によつて第２膨張弁を
制御する温度調節器を設けた構成である。

これにより、エコノマイザの出側に冷媒の圧力
と温度を検出する圧力検出器と温度検出器を設
け、検出圧力から飽和蒸気線に基づいて飽和温度
を演算し、この飽和温度に対して予め設定された
湿り度となる温度を設定し、この設定温度と実際
の検出温度との差を無くすように温度調節器にて
第２膨張弁を制御するようにしているので、圧縮
機の中間段での合流ガス状態を精度良く飽和ガス
状態とすることができ、過熱ガスからの圧縮のた
めに生ずる動力損失を大幅に低減することができ
る。

また、第２の発明の非共沸混合冷媒を用いた冷
媒サイクルは、以上のように、エコノマイザの出
側に冷媒の圧力と温度を検出する第１の圧力検出
器と第１の温度検出器を設け、凝縮器の出側に冷
媒の圧力と温度を検出する第２の圧力検出器と第
２の温度検出器を設け、第１の圧力検出器で検出
された圧力から演算されかつ第２の圧力検出器で
検出された圧力から演算された飽和温度と第２の
温度検出器で検出された温度との差に応じて補正
された飽和温度に基づく設定温度と第１の温度検
出器で検出された温度との差によつて第２膨張弁
を制御する温度調節器を設けた構成である。

これにより、凝縮器の出側に冷媒の圧力と温度
検出をする第２の圧力検出器と第２の温度検出器
を設け、凝縮器の出側における冷媒圧力からその
飽和温度を演算し、実際の検知温度との差によつ
てＴ−Ｓ線図上での飽和蒸気線の移動量を検知
し、それに基づいて上記飽和温度を補正するよう
にしているので、非共沸混合冷媒の成分比が変化
した場合にも中間段での合流ガス状態を精度良く
飽和ガス状態に近づけることができ、動力損失低
減効果の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は
膨張弁制御部の構成図、第３図はＴ−Ｓ線図、第
４図は冷媒の成分比が変化した状態のＴ−Ｓ線
図、第５図は従来例の構成図、第６図は本出願人
が先に提案した冷凍サイクルの構成図、第７図は
そのＴ−Ｓ線図である。 １は圧縮機、２は凝縮器、３はエコノマイザ、
４は第１膨張弁、５は蒸発器、６はクローズドル
ープ、７は第２膨張弁、８は熱交換部、１０はエ
コノマイザライン、１４，１６は温度検出器、１
５，１７は圧力検出器、１８，２１は圧力−飽和
温度演算器、１９はエコノマイザ出口温度設定
器、２２は演算器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機と凝縮器とエコノマイザと蒸発器用の
   第１膨張弁と蒸発器とを含むクローズドループ
   と、エコノマイザの入側で分岐して第２膨張弁を
   介してエコノマイザ内の熱交換部を通り圧縮機の
   中間圧力状態にあるガス閉じ込み空間に開口する
   エコノマイザラインとを備えた非共沸混合冷媒を
   用いた冷凍サイクルにおいて、エコノマイザの出
   側に冷媒の圧力と温度を検出する圧力検出器と温
   度検出器を設け、検出圧力から演算された飽和温
   度に基づく設定温度と検出温度との差によつて第
   ２膨張弁を制御する温度調節器を設けたことを特
   徴とする非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル。 ２ 圧縮機と凝縮器とエコノマイザと蒸発器用の
   第１膨張弁と蒸発器とを含むクローズドループ
   と、エコノマイザの入側で分岐して第２膨張弁を
   介してエコノマイザ内の熱交換部を通り圧縮機の
   中間圧力状態にあるガス閉じ込み空間に開口する
   エコノマイザラインとを備えた非共沸混合冷媒を
   用いた冷凍サイクルにおいて、エコノマイザの出
   側に冷媒の圧力と温度を検出する第１の圧力検出
   器と第１の温度検出器を設け、凝縮器の出側に冷
   媒の圧力と温度を検出する第２の圧力検出器と第
   ２の温度検出器を設け、第１の圧力検出器で検出
   された圧力から演算されかつ第２の圧力検出器で
   検出された圧力から演算された飽和温度と第２の
   温度検出器で検出された温度との差に応じて補正
   された飽和温度に基づく設定温度と第１の温度検
   出器で検出された温度との差によつて第２膨張弁
   を制御する温度調節器を設けたことを特徴とする
   非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル。