JPS5845455A - 冷凍装置における冷媒量調節方法 - 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ｂ、絞り装置Ｃ１蒸発器ｄを
それぞれ環状に連結し、冷媒量調節容器ｅｌり装置Ｃの
途中の接続位置ｑに、あるいは絞り装置Ｃと蒸発器ｄと
の間に連結し、さらに、前記圧縮機と蒸発器とを連結す
る吸入管量を冷媒量調節容器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（ｃ−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Ｃ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ｆの温
度は絞り装置Ｃと冷媒量調節容器θとの接続位置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θ
との接続位置ｑの冷媒の湿゛り度よりも、冷媒量調節容
器ｅの内部の冷媒の湿り鼓の方が大きくなる。つま９、
吸入管ｆの温度の方が、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ｅ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によってで冷媒量調節容器ｅ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よシ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
る吸入管量から侵入する熱量の変化をあられしている。

そして１．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り、この全侵入熱量は曲線ｑ
５であられしている。ここで、曲線ｑ５上の点Ｘ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Ｉ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り小さくなる
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Ｘであられ
される負荷よりも、かなり低いということになる。

上記説明より明らかなように、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扛、負荷が極端に大きな範囲でし
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
に液戻りが生じるという短所があった。

そこで、本発明は上記従来の欠点を解消し、負荷の大き
な範囲、冷凍装置が使用される通常の負荷範囲、さらに
、低負荷の範囲とすべての負荷範囲の負荷変動に対して
も、冷媒回路中を流れる冷媒の量を変化させ、常に負荷
に応じて、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、第４図および第６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。絞り
装置３の途中には第一の冷媒量調節容器５と第二の冷媒
量調節容器６とが連結されている。また、吸入管８は圧
縮機１と水発器４とを連結している。凝縮器２と絞り装
置３とを連結する接続管７には第一の分岐管７ａが設け
られ、この第一の分岐管７ａの一端は接続′管７ａの途
中の第一の分岐点７ｂと連結され、第一の分岐管７ａの
他端は前記接続管７の途中で、前記第一の分岐点７ｂよ
りも絞り装置３側に位置している第一の合流点７Ｃと連
結されている。さらに、第４図に示すように、前記吸入
管８と第一の盆岐管７ａとは、それぞれ第一の冷媒量調
節容器６に熱交換的に配設されている。また、吸入管８
には第−の開閉弁１ｏを備えた第二の分岐管８ｔｉが設
けられ、その一端は、吸入管８の途中の第二の分岐点８
ｂと連結され、第二の分岐管８ａの他端は吸入管８の途
中で前記第二の分岐点８ｂよりも圧縮機１側に位置して
いる第二の合流点８ｃと連結されている。また、圧縮機
１と凝縮器２とを連結する吐出管９には第二の開閉弁１
１を備えた第三の分岐管９ａが設けられ、その一端は前
記吐出管９の途中の第三の分岐点９ｂと連結され、第三
の分岐管９ａの他端は吐出管９の途中で、前記第三の分
岐点９ｂよりも凝縮器２！′ｌに位置して９る第三の合
流点９Ｃと連結されている。さらに、第５図に示すよう
に、前記第二の分岐管８ａと第三の分岐管９ａとは、そ
れぞれ第二の冷媒量調節容器６に熱交換的に配設されて
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８の温度は敏感に、
かつ、大きく変化するが、第一の冷媒量調節容器６と絞
り装置３との接続位置３ａの温度はあまり変化しない。

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８の温度もある一定の温度に
保たれる。この時、第一の冷媒量調節容器６を貫通して
いる吸入管８の温度は、第一の冷媒量調節容器５と絞り
装置３との接続位置３ａの温度よりも、負荷が極端に大
きい場合には高くなり、通常の負荷や低負荷の場合には
低くなる。また、第一の分岐管７ａの温度は前記接続位
置３ａの温度よりも高い。このため第一の冷媒量調節容
器５の内部の冷媒の温度は接続位置３ａの冷媒の温度よ
りも高負荷の場合には高くなり、低負荷の場合には低く
なる。また、通常の負荷では、第一の冷媒量調節容器６
の内部の冷媒の温度は接続位置３ａの冷媒の温度と等し
い飽和温度を示すが、第一の冷媒量調節容器６の内部の
冷媒の湿り度と接続位置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、第一の冷媒量調
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
きいため、第一の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の液相
の割合の制御が重要である。

第６図は横軸に第一の分岐管７ａの管径をとり、縦軸に
第一の冷媒量調節容器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第一の冷媒量調節容器
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６図において、ｈ点で示さｎる管径の第一の分岐
管７ａを用いたとすると、設計熱負荷条件のもとでは、
第一の冷−煤量調節容器６の内部の冷媒の湿り度はｉと
なる。

このように、ある設計熱負荷条件のもとで、第一の分岐
管７ａの管径を適当に選択することによって、第一の冷
媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り度を適宜選ぶことが
できる。

次に、冷凍装置が使用される通常の負荷範囲における冷
媒量調節装置の作用について説明する。

この場合には、第一の開閉弁１ｏは開き、第二の開閉弁
１１は閉じる。今、ある負荷（例えば、設計熱負荷条件
）のもとで、冷凍装置が運転されているとする。第一の
冷媒量調節容器６の内部の冷媒の湿９度（換言すると、
第一の冷媒量調節容器６の内部に含まれる冷媒の質量）
は第６図で説明したように、第一の分岐管７ａの管径を
適当に選択することによって、任意に選べる。それ故、
第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒は、ある気液二相
の飽和状態である。また、第二の分岐管・８ａを通過す
る低温の冷媒と、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒
とが熱交換するため、第二の冷媒量調節容器６の内部の
冷媒は過冷却液となる。

通常の負荷範囲以内で、上記の負荷よシも負荷が増加し
た場合について説明する。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８を通って、圧縮機１に
吸い込まれることになる。つまり、第一の冷媒量調節容
器５を貫通している吸入管８の温度は負荷変動前よりも
高くなる。このため、第一の冷媒量調節容器６の内部の
飽和液状態の冷媒が蒸発するので、第一の冷媒量調節容
器６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。その結果第一の冷媒量調節容器５の
内部に含″１ｔ′Ｌ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、第一の冷媒量調節容器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ｎることになり
、吸入管８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。また、第二の分岐管
８ａを通過する低温の冷媒と、第二の冷媒量調節容器６
の内部の冷媒とが熱交換するため、第二の冷媒量調節容
器６の内部の冷媒は負荷変動前と同様、過冷却液である
ので、第二の冷媒量調節容器６の内部□゛に含まれる冷
媒の質量は、はとんど変化しない。

次に、通常の負荷範囲以内で、先に述べたある一負荷（
例えば、設計熱負荷条件）よりも、負荷が減少した場合
について説明する。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８を通って圧縮機１に吸い込まれる。つまり、第一
の冷媒量調節容器６を貫通している吸入管８の温度は負
荷が減少する前よりも低くなる。このため、第一の冷媒
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、第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒湿り度が大き
くなり、冷媒の液相の割合が大きくなる。その結果、第
一の冷媒量調節容器５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、冷媒回路中の冷媒が第一の冷媒量調節容器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、吸込管８の温度は上昇して前記接続
位置３ａの温度と釣合う。また、第二の分岐管８ａを通
過する低温の冷媒と、第二の冷媒量調節容器６の内部の
冷媒とが熱交換するため−、第二の冷媒量調節容器６の
内部の冷媒は負荷変動前と同様、過冷却液であるので、
第二の冷媒量調節容器６の内部に含まれる冷媒の質量は
ほとんど変化しない。

次に、通常の負荷範囲よりも負荷がさらに大きな場合の
冷媒量調節装置の作用について説明する。

この場合には、第一の開閉弁１０は閉じ、第二の開閉弁
１１は開く。このように負荷が高くなると、吸入管８を
通過する冷媒の温度は、通常の負荷の場合よりも、さら
に高くなるので、第一の冷媒量調節容器５の内部は、は
とんど飽和蒸気あるいは過熱蒸気で占められることにな
る。このため、第一の冷媒量調節容器５に含まれる冷媒
の質量は通常の負荷の場合よりも減少し、その減少した
量の冷媒が、冷媒回路中に補充されることになる。

また、第三の分岐管９ａを通過する高温の冷媒と、第二
の冷媒量調節容器６の内部の冷媒とが熱交換するため、
第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒は通常負荷の場合
には過冷却液であったものが、この場合には過熱蒸気と
なる。つまり、通常負荷時に第二の冷媒量調節容器６に
蓄積されていたほとんどの冷媒が、冷媒回路中に流れ出
したことに−なる。

通常の負荷範囲よりも負荷がさらに小さな場合の冷媒量
調節装置の作用について説明する。

この場合には、第一の開閉弁１０は開き、第二の開閉弁
１１は閉じる。このように負荷が低くなると、吸入管８
を通過する冷媒の温度は通常の負荷の場合よりも、さら
に低くなるので、第一の冷媒量調節容器６の内部は、は
とんど飽和液あるいは過冷却液で占められることになる
。このため、第一の冷媒量調節容器５に含まれる冷媒の
質量′は通常の負荷の場合よりも増加し、その増加した
量の冷媒が、冷媒回路中から除却されることになる。

また、第二の冷媒量調節容器６の内部は通常の負荷の場
合と同様、過冷却液で占められることになる。

次に、第７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７図との異なる点は
第３図では凝縮器２と絞り装置３−　とを連結する接続
管７から分岐させた第一の分岐管７ａを第一の冷媒量調
節容器５に貫通させたことを特徴としており、第７図で
は前記第一の接続管７ａを分岐させずに第一の冷媒量調
節容器６に貫通させたことを特徴としている点である。

第７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、第３図、第４図、第５図および第７図に示した例
では凝縮器２と絞り装置３とを連結する接続管７と、あ
るいは前記接続管７から分岐した第一の分岐管７ａと吸
入管８とを第一の冷媒量調節容器５に貫通させ、さらに
、吸入管８から分岐した第二の分岐管８ａと、吐出管９
から分岐した第三の分岐管９ａとを第二の冷媒量調節容
器６に貫通させたものであるが、この貫通させたことの
意味は接続管７あるいは第一の分岐管７ａと吸入管８と
をそれぞれ第一の冷媒量調節容器５と熱交換させること
、さらに、第二の分岐管８シと第三の分岐管９ａとをそ
れぞれ第二の冷媒量調節容器６と熱交換させることであ
る。故に、接続管７あるいは第一の分岐管７ａと吸入管
８とを第一の冷媒量調節容器６に接触させる。また、第
二の分岐管８ａと第三の分岐管９ａとを第二の冷媒量調
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、絞り装置および蒸発器をそれぞれ環状に連結し、第
一の冷媒量調節容器と第二の冷媒量調節容器とを凝縮器
と蒸発器との間に連結し、凝縮器と絞り装置とを連結す
る接続管と、または前記接続管から分岐した第一の分岐
管と吸入管とを前記第一の冷媒量調節容器に熱交換的に
配設させ、さらに、吸入管から分岐した第二の分岐管と
、圧縮機と凝縮器とを連結する吐出管から分岐した第三
の分岐管とをそれぞれ前記第二の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１、い 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、凝縮器と絞り
装置とを連結する接続管を、あるいは前記接続管の一部
を分岐させた第一の分岐管を第一の冷媒量調節容器に熱
交換的に配設させているため、前記接続管の管径を、ま
たは前記第一の分岐管の管径を適当に選ぶことにより、
設計熱負荷条件時に、第一の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、容易に第一の冷媒量調
節容器の大きさを決定できるという利点がある。

また、本発明による冷媒量調節装置は、第二の冷媒量調
節容器を備えているので、特に、高負荷時の負荷変動に
対しても十分に冷媒量調節機能を果たすことができる。

また、低負荷時の圧縮機への液戻りを完全に防止できる
という長所も有する。

【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第一の
冷媒量調節容器を示す一部断面拡大図、第６図は同第二
の冷媒量調節容器を示す一部断面拡大図、第６図は同第
−の冷媒量調節容器内の冷媒の湿り度を示す説明図、第
７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・・
・・・・絞シ装置、４・・・・・・蒸発器、６・・・・
・・第一の冷媒量調節容器、６・・・・・・第二の冷媒
量調節容器、７・・・・・・接続管、８・・・・・・吸
入管、９・・・・・・吐出管、７ａ・・・・・・第一の
分岐管、　　８ａ・・・・・・第二の分岐管、９ａ・・
・・・・第三の分岐管、１０・・・・・・第一の開閉弁
、１１・・・・・・第二の開閉弁。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第６図 第３図 第４図　　　　第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器をそれぞれ環状
   に連結し、前記凝縮器と蒸発器との間に＋ノ 第一の冷媒量調節容器と第二の冷媒量調節検器とを連結
   し、前記凝縮器と絞り装置とを連結する接続管または前
   記接続管から分岐した第一の分岐管と、前記圧縮機と凝
   縮器とを連結する吸入管とを−前記第一の冷媒量調節容
   器に熱交換的に配設させ、さらに、前記吸入管から分岐
   し第一の開閉弁を有した第二の分岐管と、前記圧縮機と
   凝縮器とを連結する吐出管から分岐し第二の開閉弁を有
   した第三の分岐管とをそれぞれ前記第二の冷媒量調節容
   器に熱交換的に配設させ、通常負荷時に前記第一の開閉
   弁を開き、かつ、前記第二の開閉弁を閉じることを特徴
   とする冷凍装置における冷媒量調節装置。