JPS5845451A - 冷凍装置における冷媒量調節装置 - Google Patents

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】 本発明は、負荷の変化に対して、冷媒回路中を流れる冷
媒循環量を変化させ、負荷に応じて最高冷凍能力を発揮
させることができる冷媒量調節装置の改良に関するもの
である。

従来、冷媒量調節装置を備えた冷凍装置は、第１図に示
すように、圧縮機ａ、凝縮器す、絞り装置Ｃ９蒸発器ｄ
をそれぞれ環状に連結し、冷媒量調節容器ｅを絞り装置
Ｃの途中の接続位置ｑに、あるいは、絞シ装置Ｃと蒸発
器ｄとの間に連結し、さらに、圧縮機ａと蒸発器ｄｉ連
結する吸入管ｆを冷媒量調節容器ｅに貫通させた構成が
知られている。

このような構成にした場合、絞り装置Ｃと冷媒量調節容
器ｅとの接続位置ｑの冷媒は、気液二相の飽和状態であ
る。だから、もし、吸入管ｆが冷媒量調節容器ｅを貫通
していなければ、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒状態は
、絞り装置ｉＣと冷媒量調節容器ｅとの接続位置ｑの冷
媒と同じ飽和状態になる。しかし、吸入管ｆが冷媒量調
節容器ｅを貫通している場合には、通常、吸入管量の温
度は絞り装置Ｃと冷媒量゛調節容器ｅとの接続位ｔｉｔ
、ｑの温度よりも低いため、冷媒量調節容器ｅの内部の
冷媒の一部が凝縮する。よって、絞り装置Ｃと冷媒量調
節容器ｅとの接続位置ｑの冷媒の湿９度よりも、冷媒量
調節容器ｅの内部の冷媒の湿υ度の方が大きくなる。つ
まシ、吸入管ｆの温度の万が、前記接続位置ｑの温度よ
りも低い場合には、冷媒量調節容器θに冷媒が蓄積され
るだけである。

上述した冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒状態の負荷に対
する変化を、第２図を用いて説明する。

冷媒量調節容器ｅの熱収支を考える場合、その主な熱量
は、冷媒量調節容器ｅの周囲の空気からの熱伝達によっ
て冷媒量調節容器ｅに侵入する熱量と、冷媒量調節容器
ｅを貫通している吸入管ｆによって冷媒量調節容器θか
ら奪われる熱量とがある。第２図は、横軸に冷凍装置の
負荷の大きさをとり、縦軸に冷媒量調節容器ｅへの侵入
熱量をとって、冷凍装置の負荷変動に対する冷媒量調節
容器ｅの熱収支を説明したものである。ただし、侵入熱
量が負ということは、冷媒量調節容器ｅより熱量が奪わ
れることを意味している。第２図において、曲線ｑ１は
負荷に対する周囲空気から侵入する熱量の変化をあられ
し、曲線ｑ２は負荷に対する吸入管ｆから侵入する熱量
の変化をあられしている。そして、冷媒量調節容器ｅに
侵入する全熱量は、ｑｌと９２とを加えた熱量になか、
この全侵入熱量は曲線ｑ３であられしている。ここで、
曲線ｑ５上の点Ｉは、冷媒量調節容器ｅへの侵入熱量が
ないことを意味している。

ところで、冷媒量調節容器ｅが冷媒量の調節機能を果た
す場合は、この点Ｘであられされる負荷をほぼ中心とし
て、その前後のある範囲の負荷変動の場合だけである。

なぜなら、点Ｘの負荷よりも負荷がかなり大きくなると
、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒は常に過熱蒸気の状態
となり、負荷変動があっても冷媒量調節容器ｅの内部の
冷媒の過熱度が変化するだけであって、冷媒量調節容器
ｅの内部に蓄積される冷媒の質量には、はとんど変化が
ない。逆に、点Ｘの負荷よりも負荷がかなシ小さくなる
と、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒は常に過冷却液状態
となり、負荷変動があっても、冷媒量調節容器ｅの内部
の冷媒の過冷却度が変化するだけであって、冷媒量調節
容器ｅの内部に蓄積される冷媒の質量にはほとんど変化
がない。しかし、冷凍装置が使用される通常の負荷の範
囲は、第２図の点ｍと点ｎで示される範囲である。つま
り、冷凍装置が使用される通常の負荷範囲は、点Ｉであ
られされる負荷よりも、がなり低いメいうことになる。

上記説明よシ明らかなように、結局、冷凍装置が使用さ
れる通常の負荷範囲では、従来の冷媒量調節容器ｅの内
部は過冷却液で占められ、負荷が極端チ大きな範囲でし
か冷媒量調節機能を果たさなく、冷凍装置が使用される
通常の負荷の範囲では、はとんど冷媒量の調節機能を果
゛たさないという欠点があった。特に低負荷時には、圧
縮機に液劣りが生じるという短所があった。

そこで、本発明は圧縮機と凝縮器；を連結する吐出管、
あるいは吐出管から分岐した分岐管を冷媒量調節容器に
熱交換的に配設して冷媒量調節容器に侵入する熱量を増
し、通常の負荷変動に対して鈴 も、冷媒回！中を流れる冷媒の量を変化さぞ、常□に負
荷に応して、冷凍装置に最高能力を発揮させることを可
能にしたものである。

本発明の一実施例を第３図ないし第４図により説明する
。第３図に示すように、圧縮機１、凝縮器２、絞り装置
３、蒸発器４をそれぞれ環状に連結する。冷媒量調節容
器６は、絞シ装置３の途中の接続位置３ａと連結されて
いる。また、吸入管６は、圧縮機１と蒸発器４とを連結
している。また、圧縮機１と凝縮器２とを連結する吐出
管７には分岐管７ａが設けられ、この分岐管７ａの一端
は吐出管７の途中の分岐点７ｂと連結され、分岐管７ａ
の他端は、前記吐出管７の途中で、前記分岐点７ｂよシ
も凝縮器２側に位置している合流点７ｃと連結されてい
る。さらに、第４図に示すよ′れている。

上記した冷媒量調節装置の作用について、以下に説明す
−る。

一般に、負荷変動に対して、吸入管６の温度は敏感に、
かつ、大きく変化するが、冷媒量調節容器６と絞シ装置
３との接続位置３ａの温度は、あまシ変化しない。

今、ある設計熱負荷条件に対して、冷凍装置が最高能力
を発揮するように、必要冷媒が充てんされているものと
する。ある一定の負荷条件のもとで、冷凍装置が運転さ
れているとすると、吸入管６の温度もある一定の温度に
保たれる。この時、冷媒量調節容器６を貫通している吸
入管６の温度は、冷媒量調節容器６と絞り装置３との接
続位置３ａの温度よりも低く、また、分岐管７ａの温度
は前記接続位置３ａの温度よりも高い。このため、冷媒
量調節容器５の内部の冷媒の温度は、冷媒量調節容器５
と絞り装置３との接続位置３ａの冷媒の温度と等しい飽
和温度を示すが、冷媒量調節容器６の内部の冷媒の湿り
度と前記接続位置３ａの冷媒の湿り度は異なることにな
る。冷媒量調節を行う際には、冷媒量調節容器６の内部
の冷媒の湿り度の調節が重要であり、換言すると、冷媒
の気体状態と液体状態の比重量の差が大会いため、冷媒
量調節容器５の内部の冷媒の液相の割合の制御が重要で
ある。第５図は、横、軸に分岐管７ａの管径をとり、縦
軸に冷媒量調節容器６の内部の冷媒の湿９度をとって、
ある設計熱負荷条件のもとての冷媒量調節容器５の内部
の冷媒の液相の割合を示したものである。例えば、第５
図において、ｈ点で示される管径の分岐管７ａを用いた
とすると、設計負荷条件のもとでは、冷媒量調節容器６
の内部の冷媒の湿り度はｉとなる。この冷媒量調節容器
６の内部の冷媒の湿り度は、上記説明したように、分岐
管７ａの管径を適当に選択することにより、任意の湿り
度が得られるか、その他の方法として、第６図に示すよ
うに、吸入管６と分岐管７ａにフィン８を設けて、その
伝熱面積金変えることによって、冷媒量調節容器６の内
部の冷媒の湿り度を適宜選ぶことができる。

次に、負荷変動した場合の冷媒量調節装置の作用につい
て説明する。先ず、負荷が減少した場合を考えると、こ
の負荷条件で冷凍装置が最高能力を発揮する冷媒量より
も過剰の冷媒が冷媒回路中を循環することになるので、
過熱度のほとんどない冷媒が、吸入管６を通って圧縮機
１に吸い込まれる。あるいは、冷媒の一部が液状のまま
吸入管６を通って圧縮機１に吸い込まれることになり、
吸入管６の温度は、負荷が減少する前よりも、低くなる
。さらに、負荷が減少すれば、一般に、圧縮機１から吐
出された冷媒の温度は減少するだめ分岐管７ａの温度も
減少する。このように、負荷が減少すれば、冷媒量調節
容器６を貫通している吸入管６と分岐管下ａとの温度の
両方共に減少する。このため、冷媒量調節容器５の内部
の飽和蒸気状態の冷媒が凝縮するので、冷媒量調節容器
６の内部の冷媒の湿り度が大きくなり、冷媒の液相の割
合が大きくなる。その結果、冷媒量調節容器６の内部に
含まれる冷媒の質量は、負荷変動前と比較すると、増加
する。この増加した冷媒は、結局、絞り装置３の途中の
接続位置３ａから、冷媒回路中の冷媒が冷媒量調節容器
６に流れこんだ冷媒であるため、冷媒回路中の過剰な冷
媒が除去されたことになり、吸入管６の温度は上昇して
前記接続位置３ａの温度と釣合う。

次に負荷が増加した場合の冷媒量調節装置の作用につい
て説明する。負荷が増加すると、この負荷条件で冷凍装
置が最高能力を発揮できる冷媒量よりも、冷媒回路中を
循環する冷媒量が不足することになるので、過熱度の大
きい冷媒が吸入管６を通って、圧縮機１に吸い込まれる
ことになる。

つまり、吸入管６の温度は、負荷変動前よりも高くなる
。また、負荷が増加すれば、一般に、圧縮機１から吐出
された冷媒の温度は高くなるため、分岐管７ａの温度も
高くなる。このように、負荷が増加すれば、冷媒量調節
容器５を貫通している吸入管６と分岐管７ａとの温度が
、両方共に高くなる。このため、冷媒量調節容器５の内
部の飽和液状態の冷媒が蒸発するので、冷媒量調節容器
５の内部の冷媒の湿り度は小さくなり、冷媒の液相の割
合が小さくなる。その結果、冷媒量調節容器６の内部に
含まれる冷媒の質量は、負荷変動前と比較すると、減少
する。この減少した冷媒は、結局、絞り装置３の途中の
接続位置３ａから、冷媒量調節容器６の内部の冷媒が、
冷媒回路中に流れこんだ冷媒であるため、不足していた
冷媒回路中に冷媒が補給されることになり、吸入管６の
温度は減少し、絞り装置３の途中の接続位置３ａの温度
と釣合うことになる。

上述した冷媒量調節容器６の内部の冷媒状態の負荷に対
する変化を、第７図を用いて説明する。

冷媒量調節容器６の熱収支を考える場合、従来例で説明
したように、その主な熱量は、冷媒量調節容器６の周囲
の空気からの熱伝達によって冷媒量調節容器６に侵入す
る熱量と、冷媒量調節容器５を貫通している吸入管Ｏに
よって冷媒量調節容器６から奪われる熱量とがある。さ
らに、本発明では、冷媒量調節容器６を貫通している分
岐管７ａから冷媒量調節容器５に侵入する熱量が存在す
る。

第７図は、横軸に冷凍装装置の負荷の大きさをとり、縦
軸に冷媒量調節容器５への侵入熱量をとって、冷凍装置
の負荷変動に対する冷媒量調節容器５の熱収支を説明し
たものである。ただし、侵入熱量が負ということは、冷
媒量調節容器６より熱量が奪われることである。第７図
において、曲ｑ４は負荷に対する周囲空気から侵入する
熱量の変化をあられし、曲線ｑ５は負荷に対する吸入管
６から侵入する熱量の変化をあられしている。さらに、
−曲線ｑ６は、負荷に対する分岐管７ａから侵入する熱
量の変化をあられしている。又、冷媒量調節容器５に侵
入する全熱量は、ｑ４と９５と９６とを加えた熱量にな
り、この全侵入熱量は、曲線ｑ７であられしている。曲
線ｑ７上の点ｙは、冷媒量調節容器５への侵入熱量がな
いことをあられしている。

いま、第７図において、冷凍装置が使用される通常の負
荷が、点ｍと点ｎの範囲であられされるとすると、第５
図で説明したように、分岐管７ａの管径を適当に選択す
ることによって、曲線ｑ７上の点ｙ’に通常の負荷範囲
である点ｍと点ｎとの間に位置させることが可能となる
。

次に、第８図に本発明による冷媒量調節装置の他の実施
例を示す。先に説明した第３図と第８図との異なる点は
、第３図では圧縮機１と凝縮器２とを連結する吐出管７
から分岐させた分岐管Ｔａを冷媒量調節容器６に貫通さ
せたことを特徴としており、第８図では圧縮機１と凝縮
器２とを連結する吐出管７を分岐させずに冷媒量調節容
器６に貫通さぜたことを特徴としている点である。

第８図で示される冷媒量調節装置も、先の実施例と同様
の作用効果が得られる。ここで、第３図と同一のものに
は同一の番号を付して説明を省略する。

なお、日３図、第４図、第６図および第８図に示した例
では、圧縮機１と凝縮器２と１連結する吐出管７″′と
、あるいは、前記吐出管７から分岐した分岐管７ａと吸
入管６とを冷媒量調節容器６に遁 貫通させたものであるが、この貫Ｉ盲せたことの・意味
は、吐出管７、あるいは、分岐管７＆と吸入管６とをそ
れぞれ冷媒量調節容器６と熱交換させることである。故
に、吐出管７、あるいは、分岐管７ａと吸入管６とを冷
媒量調節容器６に接触させるなどして、熱交換させるよ
うに配設させてもよい。

上述のように、本発明の冷媒量調節装置は、圧縮機、凝
縮器、絞り装置、蒸発益金それぞれ環状に連結し冷媒量
調節容器を絞り装置の途中の接続位置に、あるいは、絞
り装置と蒸発器との間に連結し、さらに、圧縮機と凝縮
器とを連結する吐出管、あるいは前記吐出管から分岐し
た分岐管と吸入管と金前明冷媒量調節容器に熱交換的に
配設させたものである。このため、従来の冷媒量調節装
置よりも広い範囲の負荷変動に対して、冷媒量の調節が
可能である。

さらに、従来の冷媒量調節装置と異なり、圧縮機と凝縮
器とを連結する吐出管、あるいは、前記吐出管の一部を
分岐させた分岐管を冷媒量調節容器に熱交換的に配設さ
せているため、前記吐出管の管径を、又は、前記分岐管
の管径を適当に選ぶことにより、設計負荷条件時に、冷
媒量調節容器に蓄積できる冷媒量を任意に選択できる。

このため、設計時に考えられる最高負荷条件と最低負荷
条件に対して、冷媒量調節機能が十分に果たせるように
、容易に冷媒量調節容器の大きさを決定できるという利
点がある。

又、本発明による冷媒量調節装置は、特に、低負荷時の
冷媒量調節も十分に行えるため、圧縮機への液戻りを完
全に防止できるという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷媒量調節装置を備えた冷凍サイクル図
、第２図は同冷媒量調節容器の熱収支を示す説明図、第
３図は本発明の一実施例における冷媒量調節装置を備え
た冷凍サイクル図、第４図は本発明に用いられる冷媒量
調節容器を示す一部断面拡大図、第６図は同冷媒量調節
容器内の冷媒の湿り度を示す説明図、第６図は冷媒量調
節容器の他の例を示す断面図、第７図は本発明の一実施
例における冷媒量調節容器の熱収支を示す説明図、第８
図は本発明の他の実施例における冷凍サイクル図である
。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・凝縮器、３・・
・・・・絞り装置、４・・・・・・蒸発器、６・・・・
・・冷媒量調節容器、６・・・・・・吸入管、７・・・
・・・吐出管、７ａ・・・・・・分岐管。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第　２　図 り 貢 第　３　図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそれぞれ環状に連
   結し、前記絞シ装置の途中に、あるいは、前記絞シ装置
   と蒸発器との間に冷媒量調節容器を連絡し、この冷媒量
   調節容器に、前記圧縮機と凝縮器とを、連結する吐出管
   、あるいは、前記吐出管から分岐した分岐管と、前記蒸
   発器と圧縮機とを連結する吸入管とを熱交換的に配設し
   てなる冷凍装置における冷媒量調節装置。