JPH0794926B2 - 低温媒体及び高温媒体兼用冷却用冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温域での冷却は固より高温域での冷却を行
なう効果的にための低温媒体及び高温媒体兼用冷却用冷
凍装置に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の低温媒体及び高温媒体兼用冷却用冷凍装置とし
ては、例えば、気象条件を再現する環境整備室、自動車
関係の試験室、植物の実験室等の如く、地球上での色々
の気象条件を再現するのに使用されている。そして、こ
の環境整備室は、広域な制御範囲を持ち、例えば−40℃
乃至＋50℃という広い範囲で温度条件を再現すると共
に、湿度制限も＋50℃のように高温になると、90％と言
うように高い条件を再現することがある。

従来、このような装置に使用されている低温媒体及び高
温媒体兼用冷却用冷凍装置としては、直接膨張冷凍機が
知られている。

これを第５図に基づいて説明する。

この直接膨張冷凍機を用いた冷凍装置は、圧縮機（冷凍
機）１と凝縮器２と膨張弁３と低圧レシーバ４と液ポン
プ５と蒸発器６とを備え、圧縮機１と凝縮器２とを高圧
ガスライン７で連結し、凝縮機２と低圧レシーバ４とを
膨張弁３を介装して高圧液ライン８で連結し、低圧レシ
ーバ４と蒸発器６とを液ポンプ５を介装して低圧液ライ
ン９で連結し、蒸発器６と低圧レシーバ４とを第一低圧
ガスライン10で連結し、低圧レシーバ４と圧縮機１とを
第二低圧ガスライン11とを連結することによって冷凍サ
イクルを形成している。

先ず、圧縮機１で圧縮し、圧縮機１で圧縮した高圧ガス
を高圧ガスライン７を介して凝縮器２へ送り、凝縮機２
で凝縮して液化する。これを高圧液ライン８を介して低
圧レシーバ４へ送る。この低圧レシーバ４の前に設けた
膨張弁３によって高圧液を膨張させて冷たい液にすると
同時に一部気化させる。低圧レシーバ４に送られたその
冷たい液は、低圧液ライン９を介して液ポンプ５によっ
て蒸発器６に送られる。蒸発器６を出たガスは、第一低
圧ガスライン10を介して低圧レシーバ４に戻り、冷たい
ガスの一部が第二低圧ガスライン11を介して圧縮機１に
送られ、上述した如き回路を循環する。

これによって蒸発器６を通過する被冷却媒体を冷却する
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

然し乍ら、斯かる従来の冷凍装置では、次に示す如き不
具合がある。

従来の冷凍サイクルに於ては、被冷却側熱媒体温度が、
例えば＋50℃の時、冷却側熱媒体温度を低温域と同じよ
うに、被冷却側熱媒体温度より５乃至６℃低く、即ち,4
5℃前後にするのが適切である。然し、凝縮圧を異常に
高くするか、或いはポンプを設けて、加圧し蒸発器を給
液することが必要になる。従って、一般には、冷却側熱
媒体温度を20℃程度までしか上昇できないため、蒸発器
に過剰な減湿を伴うこととなる。

その結果、ランニングコストが嵩むだけでなく、顕熱冷
却が不足し、冷凍機が大きくなる場合がある。又、冷却
水（高温排熱側）温度が冷却温度（低温吸熱側）よりも
低い運転場で、冷凍サイクルを行なう不合理性がある。

従来、斯かる不具合を解消するものとして、冷媒自然循
環が知られている。

冷媒自然循環によれば、例えば＋50℃の時でも、冷房し
なければならない場合、外気が32℃になっても、冷凍機
を回さなくても冷房できる。

斯くして、冷媒自然循環により、冷却水温度が冷却温度
よりも低い運転場で冷凍サイクルを行なう不合理性が解
決されるばかりでなく、冷凍サイクルによらず運転さ
れ、且つ、冷却熱媒体温度は被冷却熱媒体温度との中間
の温度となり、冷凍サイクルの運転の場合のように被冷
却熱媒体温度と冷却熱媒体温度に大きな差が生じない。
従って、蒸発器に於ても過剰な減湿を伴うことなく運転
することができる。

然し、冷媒自然循環では、気象条件によって能力が制限
を受けるので、例えば上述した環境制御室の如く、設定
温度が激しく変動するものにあっては、外気とのバラン
スで運転できなくなるとか、運転できても能力が出ない
とか、諸々の条件があって現実的には実施されていな
い。

本発明は斯かる従来の不具合を解決するために為された
もので、その目的は、通常の直接膨張冷凍機による冷凍
サイクルに冷媒自然循環に近似した圧縮機を用いない冷
凍サイクルを組み込み、冷媒自然循環に近似した圧縮機
を用いない冷房運転を行ない、この冷房運転による冷却
機能が充分に達成されない時に、切換操作によって圧縮
機を用いて低温場を形成し、連続的に冷媒自然環境に近
似した圧縮機を用いない冷房運転が達成できるように工
夫し、以って低温域での冷却は固より高温域の冷却を合
理的に且つ経済的に行なうことの可能な低温媒体及び高
温媒体兼用冷却用冷凍装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る低温媒体及び高温媒体兼用冷却用冷凍装置
は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と低圧レシーバと液ポンプ
と蒸発器とを備え、圧縮機と凝縮器とを高圧ガスライン
で連結し、凝縮器と低圧レシーバとを膨張弁を介装して
高圧液ラインで連結し、低圧レシーバと蒸発器とを液ポ
ンプを介装して低圧液ラインで連結し、蒸発器と低圧レ
シーバとを第一低圧ガスラインで連結し、低圧レシーバ
と圧縮機とを第二低圧ガスラインとを連結することによ
って冷凍サイクルを形成して成る冷凍装置に於て、高圧
ガスラインと第一低圧ガスラインとを第一切換弁を介装
した第一バスパスラインで連結し、高圧液ラインと第二
低圧ガスラインとを第二切換弁と第二膨張弁と間接冷却
器とを介装した第二バスパスラインで連結し、第一バス
パスラインと低圧レシーバとを第三切換弁を介装した第
三バイパスラインを連結すると共に、この第三バイパス
ラインを上記第二バイパスラインに設けた間接冷却器中
を貫通させて、第二バイパスラインと熱的に連結し、第
一低圧ガスラインに於ける第一バイパスラインとの連結
部よりも低圧レシーバ側に第四切換弁を設け、第二低圧
ガスラインに蒸発圧力調整弁を設け、且つ、高圧液ライ
ンに於ける膨張弁と第二バイパスラインとの連結部との
間に第五切換弁を設けたものである。

〔作 用〕

本発明に於ては、冷却水温度が被冷却媒体温度より充分
低い場合には、圧縮機を停止し、第一切換弁を開き、第
二切換弁，第三切換弁及び蒸発圧力調整弁を閉じ、且
つ、膨張弁を開き、冷媒を冷媒自然循環により、凝縮器
→低圧レシーバ→液ポンプ→蒸発器→第一バイパスライ
ン→凝縮器という経路を循環させる。

上述の冷媒自然循環に近似した圧縮機を用いない運転で
は、冷却能力が不足する場合には、第一切換弁を閉じる
と共に第五切換弁を閉じ、第二切換弁を開き、且つ、圧
縮機を駆動して、冷媒を圧縮機→凝縮器→第二膨張弁→
間接冷却器→圧縮機という経路を循環させる。これと並
行して、第三バイパスラインの第四切換弁を開き、冷媒
を低圧レシーバ→液ポンプ→蒸発器→間接冷却器→低圧
レシーバという経路を循環させる。これによって、蒸発
器側の経路を循環する冷媒は、間接冷却器に於て、圧縮
機側の冷たい冷媒によって強制的に冷却され、冷媒自然
循環によって蒸発器を通過する被冷却媒体を冷却でき
る。従って、例えば50℃の高温熱媒体の冷却に於ても、
蒸発器側は最適な温度場で冷却できるだけでなく、圧縮
機側も冷却熱媒体温度を20℃以下で運転することが可能
となる。

又、第一切換弁，第二切換弁第三切換弁を閉じると共
に、第四切換弁を開き、圧縮機を駆動すると、冷媒が圧
縮機→凝縮器→膨張弁→低圧レシーバ→液ポンプ→蒸発
器→低圧レシーバ→圧縮機という経路を循環する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図乃至第４図は本発明の一実施例に係る低温媒体及
び高温媒体兼用冷却用冷凍装置を示すもので、20は圧縮
機を表す。

この圧縮機20は、高圧ガスライン21を介して凝縮器22と
連結している。この凝縮器22は、高圧液ライン23を介し
て低圧レシーバ25と連結している。この高圧液ライン23
には、第五切換弁41と膨張弁24とが介装されている。こ
の低圧レシーバ25の液側が、低圧液ライン27を介して蒸
発器28と連結している。この低圧液ライン27には、液ポ
ンプ26が介装されている。蒸発器28の出口側と低圧レシ
ーバ25のガス側とは、第一低圧ガスライン29を介して連
結している。この第一低圧ガスライン29には、第四切換
弁39が介装されている。又、低圧レシーバ25は、第二低
圧ガスライン30を介して圧縮機20と連結している。この
第二低圧ガスライン30には、蒸発圧力調整弁40が介装さ
れている。

斯くして、圧縮機20→凝縮器22→膨張弁24→低圧レシー
バ25→液ポンプ26→蒸発器28→低圧レシーバ25→圧縮機
20という循環回路が形成されることとなる。

又、第一低圧ガスライン29と高圧ガスライン21とが、第
一バイパスライン31によって連結されている。この第一
バイパスライン31には、第一切換弁32が取り付けられて
いる。

更に、高圧液ライン23と第二低圧ガスライン30とが第二
バイパスライン33によって連結されている。この第二バ
イパスライン33には、第二切換弁34,第二膨張弁35及び
間接冷却器36が介装されている。そして、この第二バイ
パスライン33と高圧液ライン23との連結部は、高圧液ラ
イン23に於ける膨張弁24よりも凝縮器22側の位置となっ
ている。

更に又、第一バイパスライン31と低圧レシーバ25とが、
第三バイパスライン37によって連結されている。この第
三バイパスライン37は、第二バイパスライン33に設けた
間接冷却器36中を貫通し、この間接冷却器36によって冷
却こされるようになっている。又、この第三バイパスラ
イン37には、間接冷却器36よりも第一バイパスライン31
側に第三切換弁38が介装されている。

次に、以上の如く構成された本実施例の作用を説明す
る。

先ず、凝縮器22を冷却する冷却水の温度が、蒸発器28を
通過する被冷却媒体の温度よりも高い場合、例えば冷却
水の温度が32℃、被冷却媒体（空気）の温度が10℃の場
合には、第２図に示す如き通常運転とすることができ
る。

この通常運転をするためには、第一バイパスライン31の
第一切換弁32と、第二バイパスライン33の第二切換弁34
と、第三バイパスライン37の第三切換弁38とを閉じるこ
とによって、太線で示す循環経路を形成する。

この通常運転では、圧縮機20で圧縮し、圧縮機20で圧縮
した高圧ガスを高圧ガスライン21を介して凝縮器22へ送
り、凝縮器22で凝縮して液化する。これを高圧液ライン
23を介して低圧レシーバ25へ送る。この低圧レシーバ25
の前に設けた膨張弁24によって高圧液を膨張させて冷た
い液にすると同時に一部気化させる。低圧レシーバ25に
送られたその冷たい液は、低圧液ライン27を介して液ポ
ンプ26によって蒸発器28に送られる。この蒸発器28に於
て、被冷却媒体（空気）と熱交換してガス化し、そのガ
スは蒸発器28から第一低圧ガスライン29を介して低圧レ
シーバ25に戻り、冷たいガスの一部が第二低圧ガスライ
ン30を介して圧縮機20に送られ、上述した如き回路を循
環する。

そして、例えば、冷却水温度が20℃で被冷媒体温度が50
℃の場合とか、冷却水温度が５℃で被冷媒体温度が20℃
の場合等の如く、冷却水温度が被冷却媒体温度よりも充
分に低くなった場合には、第３図に示す如き冷媒自然循
環に近似した圧縮機を用いない運転とすることができ
る。

この運転状態にするためには、圧縮機20を停止し、第一
低圧ガスライン29の第四切換弁28と、第二低圧ガスライ
ン30の蒸発圧力調整弁40と、第二バイパスライン33の第
三切換弁34と第三バイパスライン37の切換弁38とを閉じ
るこによって、太線で示す循環経路を形成することがで
きる。

この循環経路は、所謂冷媒自然循環に近似した圧縮機を
用いない冷房運転であって、凝縮器22で凝縮して液化し
た冷媒は、高圧液ライン23を介して低圧レシーバ25へ送
られる。この際、高圧液ライン23に設けた膨張弁24は、
膨張弁としての機能を持たず、通過する高圧液の流通に
支障を与えないようになっている。そして、低圧レシー
バ25に送られたその冷たい液は、低圧液ライン27を介し
て液ポンプ26によって蒸発器28に送られる。この蒸発器
28に於て、被冷却媒体（空気）と熱交換してガス化し、
そのガスは蒸発器28から第一低圧ガスライン29の途中か
ら、第一バイパスライン31へ流入し、凝縮器22へ送られ
る。そして、再び上述した如き回路を循環する。

そして、例えば、冷却水温度が30℃で被冷媒体温度が30
℃というように両者の差が小さくなるか、或いは無くな
った場合には、第４図に示す如く、圧縮機20を用いて低
温場を形成し、冷却機能を増加させる。

この運転状態にするためには、第一バイパスライン31の
第一切換弁32と、高圧液ライン23の第五切換弁41と、第
一低圧ガスライン29の第四切換弁28と、第二低圧ガスラ
イン30の蒸発圧力調整弁40とを閉じ、第二バイパスライ
ン33の第二切換弁34と、第三バイパスライン37の第三切
換弁38とを開き、且つ、圧縮機20を駆動することによっ
て、太線で示す二つの冷却循環経路ＡとＢとを形成する
ことができる。

この冷却循環経路Ａは、所謂冷媒自然環境に近似した圧
縮機を用いない冷房経路であり、又、冷却循環経路Ｂ
は、直接膨張冷却循環回路に相当する。

先ず、冷却循環経路Ｂでは、圧縮機20で圧縮し、圧縮機
20で圧縮した高圧ガスを高圧ガスライン21を介して凝縮
器22へ送り、凝縮器22で凝縮して液化する。これを高圧
液ライン23を介して間接冷却器36へ送る。この間接冷却
器36の前に設けた第二膨張弁35によって高圧液を膨張さ
せて冷たい液にする。その後、圧縮機20に戻るという経
路を循環することとなる。

一方、冷却循環経路Ａでは、ガス化した冷媒が間接冷却
器36を通過することによって凝縮して液化し、第三バイ
パスライン37を介して低圧レシーバ25へ送られる。そし
て、低圧レシーバ25に送られたその冷たい液は、低圧液
ライン27を介して液ポンプ26によって蒸発器28に送られ
る。この蒸発器28に於て、被冷却媒体（空気）と熱交換
してガス化し、そのガスは蒸発器28から第一低圧ガスラ
イン29の途中から、第一バイパスライン31へ流入し、再
び間接冷却器36を通過し、再び上述した如き回路を循環
する。

以上述べた如く、本実施例によれば、切換弁の切換によ
って、冷却水温度が被冷却媒体温度より高い場合には、
通常の冷凍サイクルによる運転を行ない、冷却水温度が
被冷却媒体温度より充分に低くなった場合には、冷媒自
然循環に近似した圧縮機を用いない冷房運転を行ない、
且つ、冷却水温度と被冷却媒体温度との差が無い場合又
は小さい場合には、圧縮器を駆動して強制的に低温場を
形成することによって冷媒自然循環に近似した圧縮機を
用いない冷房運転を続行できる。従って、特に、例え
ば、40℃乃至50℃という高温で且つ冷却が必要な環境制
御室に於ては、連続的に冷媒自然循環に近似した圧縮機
を用いない冷却を高温域で運転することが可能となり、
蒸発器の冷却熱媒体温度を従来の冷凍サイクル運転のよ
うに20℃前後に低くすることなく、被冷却熱媒体温度よ
り５乃至７℃低い温度で過剰な減湿を伴わず効果的に冷
却することができ、且つ、圧縮機側も20℃以下の低圧場
で無理なく運転することが可能となる。而も、冷却水が
充分に低くなり、圧縮機を運転する必要がなくなった場
合には、速やかに圧縮機を停止することができる。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と
低圧レシーバと液ポンプと蒸発器とを備え、圧縮機と凝
縮器とを高圧ガスラインで連結し、凝縮器と低圧レシー
バとを膨張弁を介装して高圧液ラインで連結し、低圧レ
シーバと蒸発器とを液ポンプを介装して低圧液ラインで
連結し、蒸発器と低圧レシーバとを第一低圧ガスライン
で連結し、低圧レシーバと圧縮機とを第二低圧ガスライ
ンとを連結することによって冷凍サイクルを形成して成
る冷凍装置に於て、高圧ガスラインと第一低圧ガスライ
ンとを第一切換弁を介装した第一バスパスラインで連結
し、高圧液ラインと第二低圧ガスラインとを第二切換弁
と第二膨張弁と間接冷却器とを介装した第二バスパスラ
インで連結し、第一バスパスラインと低圧レシーバとを
第三切換弁を介装した第三バイパスラインを連結すると
共に、この第三バイパスラインを上記第二バイパスライ
ンに設けた間接冷却器中を貫通させて、第二バイパスラ
インと熱的に連結し、第一低圧ガスラインに於ける第一
バイパスラインとの連結部よりも低圧レシーバ側に第四
切換弁を設け、第二低圧ガスラインに蒸発圧力調整弁を
設け、且つ、高圧液ラインに於ける膨張弁と第二バイパ
スラインとの連結部との間に第五切換弁を設けものであ
るから、例えば、冷却水温度が年間５乃至32℃程度にな
り、被冷却媒体温度が冷却水温度よりも充分高い場合が
多い環境制御室に於ては、圧縮機を停止して冷媒自然循
環に近似した圧縮機を用いない冷房によって冷却するこ
とが可能となり、従来の冷凍機による冷却システムに比
してランニングコストが非常に安価となる。又、熱冷却
媒体の温度が冷却水の温度よりも高い場で圧縮機を運転
するという不合理性を無くすことが可能となるため、シ
ステムの優位性が高い。更に、切換弁の切換によって三
種類のモードを選ぶことができるので、任意の運転モー
ドに円滑に移行することができる。

〔主要の部分の符号の説明〕

20……圧縮機 21……高圧ガスライン 22……凝縮器 23……高圧液ライン 24……膨張弁 25……低圧レシーバ 26……液ポンプ 27……低圧液ライン 28……蒸発器 29……第一低圧ガスライン 30……第二低圧ガスライン 31……第一バイパスライン 32……第一切換弁 33……第二バイパスライン 34……第二切換弁 35……第二膨張弁 36……間接冷却器 37……第三バイパスライン 38……第三切換弁 39……第四切換弁 40……蒸発圧力調整弁 41……第五切換弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と凝縮器と膨張弁と低圧レシーバと
   液ポンプと蒸発器とを備え、圧縮機と凝縮器とを高圧ガ
   スラインで連結し、凝縮器と低圧レシーバとを膨張弁を
   介装して高圧液ラインで連結し、低圧レシーバと蒸発器
   とを液ポンプを介装して低圧液ラインで連結し、蒸発器
   と低圧レシーバとを第一低圧ガスラインで連結し、低圧
   レシーバと圧縮機とを第二低圧ガスラインとを連結する
   ことによって冷凍サイクルを形成して成る冷凍装置に於
   て、高圧ガスラインと第一低圧ガスラインとを第一切換
   弁を介装した第一バスパスラインで連結し、高圧液ライ
   ンと第二低圧ガスラインとを第二切換弁と第二膨張弁と
   間接冷却器とを介装した第二バスパスラインで連結し、
   第一バスパスラインと低圧レシーバとを第三切換弁を介
   装した第三バイパスラインを連結すると共に、この第三
   バイパスラインを上記第二バイパスラインに設けた間接
   冷却器中を貫通させて、第二バイパスラインと熱的に連
   結し、第一低圧ガスラインに於ける第一バイパスライン
   との連結部よりも低圧レシーバ側に第四切換弁を設け、
   第二低圧ガスラインに蒸発圧力調整弁を設け、且つ、高
   圧液ラインに於ける膨張弁と第二バイパスラインとの連
   結部との間に第五切換弁を設けたことを特徴とする低温
   媒体及び高温媒体兼用冷却用冷凍装置。