JPS587903B2 - レイトウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸発器出口における冷媒の乾き度を適正値に保
持せしめ、蒸発器を略全伝熱面積にわたり高い熱伝達率
のままで有効利用することにより、蒸発器の小形化をは
かるとともに、液もどりによる圧縮機損傷事故防止をは
かり得る冷凍装置に関する。

従来、冷凍装置において負荷の変動に応じて冷媒流量を
制御する冷媒制御方式は種々提案され、実用化されてい
るが、この中の代表的なものとして圧縮機への液バック
防止のため蒸発器出口の過熱度を５℃過熱とする方式が
ある。

この方式は、下記理由により、蒸発器を略全伝熱面積に
わたり高い熱伝達率のままで作動せしめることができな
いので、蒸発器が大型化する欠点があった。

すなわち、蒸発器における乾き度に対する熱伝達率は、
蒸発器の冷却管内で内周壁面にうすい冷媒液膜が形成さ
れている間すなわち乾き度０．３〜０．９位までは熱伝
達率が高いのに対し、乾き度が０．９を超えると大部分
がガス化され前記内周壁面に冷媒液膜が形成されず冷媒
ガスが接触する状態となって熱伝達率が急激に低下する
様相を呈するのである。

従って乾き度が０９から所定の過熱度までに供される一
部の蒸発器（全伝熱面積の約２０％）の能力が前記乾き
度０．３〜０．９の間で発揮される能力に比して前記熱
伝達率の急激低下のため極めて小さく、このため、前記
乾き度が０．９を超える部分に相当する一部の蒸発器（
前記約２０％分）は有効に作動せず、残りの全伝熱面積
の約８０％分しか有効に利用することができなかったの
で、その分だけ蒸発器が大型となるのである。

この欠点を解消するには蒸発器出口を湿り状態に制御す
ればよいのであるが、従来装置は下記理由により湿り制
御ができなかった。

すなわち、蒸発器で蒸発した全量の冷媒が流通する吸入
管に感温筒を取付けていたことおよび膨張弁は過熱度を
０℃以上に設定しておかないと開かない構造となってい
ることのために蒸発器出口を湿り状態に制御することが
できなかった。

以下、膨張弁の構造を簡単に説明すると、膨張弁はダイ
ヤフラム室をダイヤフラムで上下２室に仕切り、この上
部室にかかる感温筒の圧力Ｐ１（弁を開く方向に働く）
と下部室にかかる均圧管の圧力Ｐ２および過熱度設定用
バネの圧力Ｐ３の合力（Ｐ２＋Ｐ３）（弁を閉じる方向
に働く）とがつり合ったとき、所定の弁開度に保持され
る構造となっている。

例えば、過熱度が５℃となるようにバネの圧力Ｐ３をセ
ットした場合、蒸発器出口側の吸入管を流通する冷媒の
過熱度が５℃のときＰ１＝Ｐ２＋Ｐ３となり、膨張弁は
所定の弁開度に保持され、蒸発器へ適正な冷媒量が供給
される。

これに対し、吸入管中の冷媒の過熱度が０℃以下すなわ
ち液ガス混合の湿り状態となった場合には、感温筒の圧
力と蒸発圧力との関係はＰ１＝Ｐ２となる。

従って、全体としてＰ１＜Ｐ２＋Ｐ３となる。

すなわち、従来装置において、吸入管中を流通する冷媒
を湿り状態にしようとすると、膨張弁は閉止状態となる
。

従って、膨張弁から蒸発器へ冷媒が流れなくなり、運転
不可能となる。

一方、湿り状態で蒸発器へ冷媒を流すためには前記過熱
度設定用バネをはずして膨張弁を開状態に設定すればよ
いが、しかし、この場合は例えば乾き度が０．３の場合
でも０．９の場合でもモリエル線図上蒸発圧力と蒸発温
度に相当する蒸発圧力とは同じであるので、膨張弁の開
度は一定となり流量調節が不可能となる。

従って、いずれの場合でも、従来装置は、蒸発器出口の
冷媒を適正な湿り状態に制御することができなかった。

かかる制御方式とは別に凝縮器出口における過冷却度に
より膨張弁を調節させる方式のものもある。

これは蒸発器負荷の変動に対しては２次的な制御となる
ため、蒸発器出口ガスの状態が変動する問題がある。

しかも、これは凝縮器出口及び膨張弁入口を過冷却液で
シールさせる制御方式であるから、液管中に受液器を設
置できず、従って低圧ラインのアキュムレータで冷媒量
の調節を行わせる必要があって、圧縮機への液戻りの不
都合が生じる欠点があった。

本発明は上記の事実に鑑み、従来のこの種冷凍装置が有
する諸欠点を悉く排除し得る安定性の良い、かつ経済的
な冷凍装置を提供しようとして成されたものであり、特
に複数パスの冷媒分流路をもつ蒸発器の１パスを例えば
、熱交換面積を大きくシ、或は流量を減らし若しくは低
圧冷媒よりも高温の流体と熱交換させるなどの手段によ
って他のパスに比し熱交換量を犬ならしめ、前記１パス
の出口で合流前の冷媒を過熱状態となしこの過熱度によ
って膨張弁の開度を調節することにより蒸発器出口をほ
ゞ一定の乾き度に保持し得る如く前記１パスを除く他の
冷媒分流路を湿り状態に制御させる如くなすとともに、
アキュムレータ内下方に、前記凝縮器と膨張弁とを連絡
する冷媒配管の途中に形成した熱交換コイルを設け、低
圧液冷媒を加熱蒸発せしめて、圧縮機へ乾き飽和ガスを
もどすようにしたことを特徴とする。

さらに本発明を添附図面に示す各具体的実施例を参照し
つつ説明する。

第１図は本発明装置に係る冷凍回路図であり１は圧縮機
、２は凝縮器、３は受液器、４は膨張弁、５は蒸発器、
６は熱交換器形のアキュムレークであり、これ等を図示
の循環回路に形成して、凝縮器２で室外空気に放熱を、
蒸発器５で室内空気からの吸熱を行わせるようになって
いる。

アキュムレータ６は圧縮機１の吸入管に連結したＵ字出
口管６ｃを、その流入口が器体６ａ内上部に開口する如
く立設させて、図示しないが、屈曲底部及び立上り部に
、液面部及び気相部に夫々臨む油吸上げ孔と均圧孔とを
穿設させている。

そしてアキュムレータ６は本体頂部に開口させた入口管
６ｂを、蒸発器５と連結させる一方、器内下方に加熱装
置としての熱交換コイル７を、横設して有していて該コ
イル７を、受液器３出口と膨張弁４とを連絡する液管途
中に介挿させている。

また８は膨張弁４の開度を制御するための感温筒であり
、この配設位置に関しては本発明の特徴を成すところで
あり、以下蒸発器５の構造と併せて説明する。

先ず、第１図に示す蒸発器５はクロスフィンコイル形の
熱交換器であり、流入側分流器と合流用の流出側ヘツダ
ーきの間に熱交換チューブを並列に接続して複数パスの
冷媒分流路を形成したものである。

前記複数パスのうちの１つの冷媒分流路は他の冷媒分流
路より長く形成するものであり、この長さはこの１つの
冷媒分流路の熱交換量（すなわち冷媒１〜当り周囲の被
冷却物（例えば空気）からうばう熱量（ｋｃａｌ）のこ
と）が他の冷媒分流路の前記熱交換量に比して大きくな
るように、かつ出口における冷媒が過熱状態になるよう
に決定される。

そしてこの過熱状態の冷媒温度を感知し得るように、感
温筒８が前記１つの冷媒分流路の出口で合流前である流
出側ヘツダーまでに配設されている。

次に第２図に示す蒸発器５−１はクロスフィンコイル形
熱交換器で流入側分流器９ａ、流出側ヘッダー９ｂ間に
熱交換チューブを並列接続して複数パスの冷媒分流路を
形成した熱交換器である。

本実施例においては１つの冷媒分流路９ｃを他のそれと
は異らせて、分流器９ａ直後の入口部に加熱ヒーター１
０を装着させた構成となしたものである。

又第３図イに示す蒸発器５−２は第２図と同形態のクロ
スフィンコイル形熱交換器で形成され、１つの冷媒分流
路９′ｃの入口部に、第３図口に示す如く抵抗管１１を
介挿させて冷媒流通量を他の冷媒分流路よりも少くさせ
た構造と成している。

さらに第４図々示の蒸発器５−３は１つの冷媒分流路９
”ｃの下流側となる部分に、加熱ヒーター１０を熱交換
的に装着し、該ヒーター１０の発熱によって冷媒が過熱
状態になるようにした構成である。

上記の各例は何れも１つの冷媒分流路を他の冷媒分流路
に比して熱交換量を増大せしめる如く成すことにより、
前記１つの冷媒分流路出口の冷媒を過熱させるよう種々
特殊な形態を有する構造としたものである。

それ等は何れも本発明装置に係る蒸発器であることは勿
論であるが、この各例のほかに蒸発器５の１つの冷媒分
流路をフィンピッチを小さくして吸熱面積を増やし、又
は分流器からの分岐管長を長くするなどの各種変形が可
能であり、それ等変形も当然本発明に包含される。

本発明装置の構造は叙上の如くであり、次に第１図・第
２図を参照しつつその作用を述べる。

図示の冷房サイクルにおいては吐出ガス１１が吐出管を
通り、実線矢示の流通となり、凝縮器２において外気と
熱交換を行い乾き度が０．０５なるフラッシュ状態の飽
和冷媒ｉ２となって受液器３に一旦貯溜される。

その後、アキュムレータ６内の熱交換コイル７部におい
て、低圧冷媒液と熱交換して過冷却される。

この過冷却冷媒ｉ３は膨脹弁４で減圧膨脹されて低温低
圧冷媒ｉ４となった後、次いで蒸発器５に至って蒸発す
る。

そして蒸発器５の流出側ヘツダーで合流した後、蒸発器
５出口における冷媒１７は乾き度Ｘ≒０．８５なる湿り
冷媒となる。

この湿り冷媒１７はアキュムレータ６で熱交換コイル７
内の高圧冷媒１２と熱交換して乾き飽和ガスｉ８となっ
た後、圧縮機１に吸入されるのである。

以上の冷媒流通が繰り返されるが、本発明装置は、蒸発
器５の１つの冷媒分流路における出口冷媒の過熱度を設
定値に規制す可く、この出口部であって合流前までの間
に添着した感温筒８の制御指令によって膨脹弁４を調節
することにより、流出側ヘツダーで合流した後の蒸発器
５出口の冷媒を湿り状態に制御させている点を特徴とす
るものである。

例えば出口冷媒を乾き度Ｘ＝０．８５に制御できる過程
を以下説明する。

まず、通常の冷房運転時においては、膨脹弁４で減圧さ
れた液冷媒は分流器により蒸発器５の各パスの冷媒分流
路に分流される。

ここで他の冷媒分流路より長く形成した１つの冷媒分流
路では、低圧液冷媒は室内空気と熱交換して液冷媒から
ガス冷媒に蒸発（乾き度０→１．０）する。

つぎにこのガス冷媒は、過熱度が５℃となるまで加熱さ
れ、こののち流出側ヘツダーに流入する。

一方、前記１つの冷媒分流路より短かく形成した他の各
パスの冷媒分流路では、冷媒の乾き度が０→０．８４の
湿り状態になるように蒸発する。

この湿り状態の冷媒は、流出側ヘッダーに流入したのち
、前記過熱ガスと合流して混合し、合流後乾き度０．８
５の湿り状態となって吸入管を流通するのである。

つぎに室内温度が上昇した場合には、吸入管中の冷媒の
乾き度は０．８５→０．８８に上昇する。

この場合、前記１つの冷媒分流路の出口から流出側ヘツ
ダーまでのガス冷媒の過熱度が５℃→１０℃に上昇し、
他の冷媒分流路の出口では０．８４→０．８７に上昇す
る。

そして前記１０℃の過熱度上昇を感温筒８が感知するこ
とにより、膨張弁４の弁開度が大きくなり、蒸発器５の
各冷媒分流路に分流される液冷媒量が増加する。

斯くして前記１つの冷媒分流路における冷媒の過熱度が
１０℃→５℃にもどるとともに、他の各冷媒分流路にお
ける冷媒の乾き度も０．８７→０，８４にもどる。

そして合流後の乾き度が０．８５にもどり、膨張弁４の
弁開度はこのままの状態で安定し運転を継続するのであ
る。

以上の如く、蒸発器出口の冷媒を乾き度０．８５の湿り
状態に制御することにより、蒸発器５の略全伝熱面積に
わたり熱伝達率の高い部分を利用できるので、従来より
蒸発器の能力向上を計ることができるのである。

なお蒸発器５の出口冷媒１７は乾き度がＸ≒０．８５の
値を示す湿りガス状態となり、アキュムレータ６に多量
流れ込んで液位を設定レベルに保持すると共に、器体６
ａ内で高圧冷媒により加熱されて蒸発した後、乾き飽和
ガス（Ｘ中１）となって圧縮機１に吸入される。

これと逆に室内空気が低下した場合には、蒸発器５の蒸
発圧力が下り、出口冷媒１７の乾き度がＸ＜０．８５と
なる。

従って感温筒８添着部の冷媒ｉ５の過熱度は５℃から１
℃へと低下する。

これを感温筒８で感知し、前記過熱度１℃を５℃にもど
すために膨張弁４は弁が絞られる。

このため蒸発器５へ供給される液冷媒量は減少する。

従って蒸発器５を出る冷媒１７は乾き度が０．８５の湿
りガスにもどる。

そしてこの状態で膨張弁４の弁開度が安定する。

このように蒸発器５出口冷媒１７は乾き度がＸ≒０．８
５の値を示す湿りガス状態となり、アキュムレータ６に
流れ込む冷媒量が減ってきて、液位を設定レベルに保持
すると共に器体６ａ内で高圧冷媒により加熱され蒸発し
た後、乾き飽和ガス（Ｘ≒１）となって圧縮機１に吸入
される。

かくして冷凍負荷が過負荷であるかまたは軽負荷である
か即ち冷凍負荷の如伺にか５わりなく、蒸発器５出口を
湿り状態とすることができる。

本発明は以上述べたように、圧縮機１、凝縮器２、感温
筒８を有する膨張弁４、蒸発器５およびアキュムレータ
６からなる冷凍装置において、前記アキュムレータ６内
下方に、前記凝縮器２と膨張弁４とを連絡する冷媒配管
の途中に形成した熱交換コイル７を設け、低圧液冷媒を
加熱蒸発せしめる一方、前記蒸発器５を複数パスの冷媒
分流路を並列に有する熱交換器に形成し、前記複数パス
中の１つの冷媒分流路の熱交換量を他の冷媒分流路の前
記熱交換量に比して大ならしめる如く成すきともに前記
１つの冷媒分流路の出口で合流前までに前記感温筒８を
配設して前記１つの冷媒分流路の出口で合流前の冷媒を
過熱状態となし、この過熱度で前記膨張弁４の開度を調
節することにより、前記他の冷媒分流路を湿り状態に制
御し、合流後の蒸発器５の出口をほゾ一定の湿り状態に
制御せしめる如く成したから、蒸発器５を略全伝熱面積
にわたり高い熱伝達率のままで有効利用をすることがで
きる。

すなわち、従来装置であれば、例えば４パスの冷媒分流
路を有する蒸発器の場合には、４パスの冷媒分流路全部
で過熱度をとっていたのに対し、本装置においては４パ
スの冷媒分流路のうち１つの冷媒分流路のみで過熱度を
とるようにした構成である。

従って、本装置は他の３つの冷媒分流路の出口に至るま
で湿り状態とし、合流後の蒸発器出口を湿り状態とする
ことができる。

このため、本装置においては、１つの冷媒分流路を除く
他の冷媒分流路の入口から出口までにわたり高い熱伝達
率による熱交換を行わせることができる。

このようにして、従来、過熱度をとるために供されてい
た蒸発器の伝熱管部分も高い熱伝達率のままで有効に熱
交換作用し得る如く改善したので、同等の能力を発揮す
るには従来に比して蒸発器を能力向上分だけ小さくでき
、コストダウン及びコンパクト化が計れるのである。

しかも蒸発器５出口の湿り状態の冷媒をアキュムレータ
６で液ガス分離せしめ、かつ前記、熱交換コイル７で液
冷媒を加熱蒸発せしめることにより、圧縮機１には乾き
飽和ガスを返すよう制御することができる。

従って、圧縮機への液バックによる損傷事故を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置に係る基準冷凍回路の配管系統図、
第２図は第１図における蒸発器の略示構造図、第３図イ
は本発明の他の実施例に係る蒸発器の略示構造図、第３
図口は第３図イにおける要部拡大断面図、第４図は本発
明装置の例に係る配管系統図である。 １……圧縮機、２……凝縮器、４……膨張弁、５……蒸
発器、６……アキュムレータ、８……感温筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機１、凝縮器２、感温筒８を有する膨張弁４、
   蒸発器５およびアキュムレータ６からなる冷凍装置にお
   いて、前記アキュムレーク６内下方に、前記凝縮器２と
   膨張弁４とを連絡する冷媒配管の途中に形成した熱交換
   コイル７を設け、低圧液冷媒を加熱蒸発せしめる一方、
   前記蒸発器５を複数パスの冷媒分流路を並列に有する熱
   交換器に形成し、前記複数パス中の１つの冷媒分流路に
   おける熱交換量を他の冷媒分流路の熱交換量に比して大
   ならしめる如く成すとともに前記１つの冷媒分流路の出
   口で合流前までに前記感温筒８を配設して前記１つの冷
   媒分流路の出口で合流前の冷媒を過熱状態となし、この
   過熱度で前記膨張弁４の開度を調節することにより、前
   記他の冷媒分流路を湿り状態に制御し、合流後の蒸発器
   ５出口における冷媒をほゞ一定の湿り状態に制御せしめ
   る如く成したことを特徴とする冷凍装置。