JPS6240632B2 - - Google Patents

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ｃ、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ｇ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、圧縮機ａと蒸発器ｄとを連結する吸
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ｇ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ｃと冷媒
量調節容器ｅとの接続位置ｇ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ｅとの接続位置ｇ
の温度より低いため、冷媒量調節容器ｅの内部の
冷媒の一部が凝縮する。よつて、絞り装置ｃと冷
媒量調節容器ｅとの接続位置ｇ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度の
方が大きくなる。つまり、吸入管ｆの温度の方
が、前記接続位置ｇの温度よも低い場合には、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
負荷に対する変化と、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
熱伝達によつて冷媒量調節容器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
よつて冷媒量調節容器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
つ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わし、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わして
いる。そして、冷媒量調節容器ｅに侵入する全熱
量は、ｑ１とｑ２とを加えた熱量になり、この全
侵入熱量は曲線ｑ３であらわしている。ここで、
曲線ｑ３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であらわされる負荷
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
変動があつ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つて、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。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、負荷変動があつて
も、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒の過冷却度が
変化するだけであつて、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であらわされる負荷よりも、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れ、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、ほとんど冷媒量の調節機能を果たさないとい
う欠点があつた。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つた。

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５
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および蒸発器４をそれ
ぞれ環状に連結する。絞り装置３の途中の第一の
接続位置３ａには第一の冷媒量調節容器５が連結
され、絞り装置３の途中で前記第一の接続位置３
ａよりも凝縮器２側に位置する第二の接続位置３
ｂには第二の冷媒量調節容器６が連結されてい
る。また、吸入管８は、圧縮機１と蒸発器４とを
連結している。また、凝縮器２と絞り装置３とを
連結する接続管７には分岐管７ａが設けられ、こ
の分岐管７ａの一端は、接続管７の途中の分岐点
７ｂに連結され、分岐管７ａの他端は、前記接続
管７の途中で、前記分岐点７ｂよりも絞り装置３
側に位置している合流点７ｃに連結されている。
さらに、第４図に示すように、吸入管８と分岐管
７ａとは、それぞれ第一の冷媒量調節容器５を貫
通し、さらに、第５図に示すように、前記吸入管
８は第二の冷媒量調節容器６をも貫通している。

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５と絞り装置３との接続位置３ａの温度
と、第二の冷媒量調節容器６と絞り装置３との接
続位置３ｂの温度とは、あまり変化しない。ま
た、第一の冷媒量調節容器５と第二の冷媒量調節
容器６に蓄積される冷媒の質量は、それぞれ吸入
管８の温度と第一の接続位置３ａの温度との差
と、吸入管８の温度と第二の接続位置３ｂの温度
との差に関係する。さらに、第二の接続位置３ｂ
は、第一の接続位置３ａよりも、凝縮器側にあ
る。すなわち、第一の接続位置３ａの飽和温度よ
りも常に高いため、第一の冷媒量調節容器５も第
二の冷媒量調節容器６も同じ吸入管８と熱交換す
るわけだが、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷
媒の湿り度の方が、第一の冷媒量調節容器５の内
部の冷媒の湿り度よりも常に大きくなる。

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５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
と連続される第一の接続位置３ａの温度よりも、
負荷が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、分岐管７ａの温
度は前記第一の接続位置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、第一の接続位置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５の内部の冷媒は、第一の接続位置３
ａ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５の内部の冷媒の湿り度と第一
の接続位置３ａの冷媒の湿り度は異なることにな
る。

また、第二の冷媒量調節容器６を貫通している
吸入管８の温度は、第二の接続位置３ｂの温度よ
りも、通常の負荷や低負荷の場合には低くなる
が、高負荷の場合には、吸入管８は、第二の接続
位置３ｂとほぼ同じ温度となる。このため、第二
の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の温度は、第二
の接続位置３ｂとほぼ同じ温度となる。このた
め、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の温度
は、第二の接続位置３ｂの冷媒の温度よりも、通
常の負荷や低負荷の場合には、低くなる。また、
高負荷では、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷
媒は、第二の接続位置３ｂの冷媒の温度と等しい
飽和温度を示すが、第二の冷媒量調節容器６の内
部の冷媒の湿り度と第二の接続位置３ｂ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５と第二の冷媒量調節容器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５と第二の冷媒量調節容器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、横軸に分岐管７ａの管径をとり、縦
軸に第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り
度をとつて、ある設計熱負荷条件のもとでの第一
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
点で示される管径の分岐管７ａを用いたとする
と、設計熱負荷条件のもとでは、第一の冷媒量調
節容器５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、分岐管７
ａの管径を適当に選択することによつて、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。

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５の内部の冷媒の湿り度（換言す
ると、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、第６図で説明したように、分岐
管７ａの管径を適宜に選択することによつて、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、通常負荷の場合、先に説明したように、第
二の冷媒量調節容器６を貫通している吸入管８の
温度は、第二の接続位置３ｂの温度よりも低いた
め、第二の冷媒量調節容器６の内部は過冷却液で
占められる。

通常の負荷範囲以内で、上記の負荷よりも、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を通つて、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５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、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、減少する。この減
少した冷媒は、結局、絞り装置３の途中の第一の
接続位置３ａから、第一の冷媒量調節容器５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８の温度は減少し、絞り装
置３の途中の第一の接続位置３ａの温度と釣合う
ことになる。

また、第二の冷媒量調節容器６の内部は、負荷
変動前と同様、過冷却液で占められるので、第二
の冷媒量調節容器６に蓄積される冷媒の質量は、
ほとんど変化しない。

次に、通常の負荷範囲内で、先に述べたある負
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を通つて圧
縮機１に吸い込まれる。つまり、第一の冷媒量調
節容器５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、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５
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８の温度
は上昇して第一の接続位置３ａの温度と釣合う。
また、第二の冷媒量調節容器６の内部は、負荷変
動前と同様、過冷却部液で占められるので、その
内部に蓄積される冷媒の質量は、ほとんど変化し
ない。

通常の負荷範囲よりも、負荷がさらに低い場合
（低負荷）の冷媒量調節装置の作用について説明
する。

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５の内
部は、ほ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
路中から除去されることになる。また、第二の冷
媒量調節容器６の内部は、通常負荷の場合と同様
過冷却液で占められるので、その内部に蓄積され
る冷媒の質量は、ほとんど変化しない。

次に、通常負荷よりも負荷がさらに高い場合
（高負荷）の冷媒量調節装置の作用について説明
する。

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、ほ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、このように
吸入管８の温度が高くなると、吸入管８の温度と
第二の接続位置３ｂの温度がほぼ等しくなるの
で、第二の冷媒量調節容器６の内部は、気液二相
の飽和状態となる。つまり、負荷の増大にしたが
つて、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の湿
り度は、小さくなり、その内部に含まれる冷媒の
質量は少なくなる。

第７図は、横軸に負荷の大きさをとり、縦軸に
第一の冷媒量調節容器５と第二の冷媒量調節容器
６の内部に蓄積される冷媒の質量をとつて、負荷
の変動に対する冷媒量の変化を示したものであ
る。第７図より明らかなように、低負荷、通常負
荷の範囲では、第一の冷媒量調節容器５が冷媒量
調節を行い、高負荷の範囲では、主として第二の
冷媒量調節容器６が冷媒量調節を行う。

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から分岐させた分岐管７
ａ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８図では前記接続管７ａを分
岐させずに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、第３図、第４図、第５図および第８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、
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、吸入管
８と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、分岐管７ａ
と吸入管８とを第一の冷媒量調節容器５に接触さ
せる。また、吸入管８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を絞り装置
の途中、あるいは、絞り装置と蒸発器との間の第
一の接続位置に連結し、また、第二の冷媒量調節
容器を絞り装置の途中で前記第一の接続位置より
も凝縮器側に位置する第二の接続位置に連結し、
凝縮器と絞り装置とを連結する接続管を、また
は、前記接続管から分岐した分岐管を前記第一の
冷媒量調節容器に熱交換的に配設させ、さらに、
吸入管を第一の冷媒量調節容器と第二の冷媒量調
節容器とに順次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、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。

又、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。さらに、低負荷時の圧縮機への液戻りを防
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第一の冷媒量調節容器を示
す一部断面拡大図、第５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図は同第一の冷
媒量調節容器内の冷媒の湿り度を示す説明図、第
７図は同第一および第二の冷媒量調節容器内の冷
媒の質量変化を示す説明図、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、５……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、３ａ……第一の接続位置、３
ｂ……第二の接続位置、７ａ……分岐管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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、前記絞り装置の途中の第一
   の接続位置に第一の冷媒量調節容器を連結すると
   共に、前記絞り装置の途中で前記第一の接続位置
   よりも凝縮器側に位置する第二の接続位置に第二
   の冷媒量調節容器を連結し、前記凝縮器と絞り装
   置とを連結する連続管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、前記圧縮機と
   蒸発器とを連結する吸入管を第一の冷媒量調節容
   器と第二の冷媒量調節容器とに順次熱交換的に配
   設させてなる冷凍装置における冷媒量調節装置。