JPS6240635B2 - - 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方
法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、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と蒸
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、その一端は、接続管７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７
ｂ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と第一の分岐管７ａとは、
それぞれ第一の冷媒量調節容器５に熱交換的に配
設されている。また、吸入管８には第一の開閉弁
１０を備えた第二の分岐管８ａが設けられ、その
一端は、吸入管８の途中の第二の分岐点８ｂと連
結され、第二の分岐管８ａの他端は、吸入管８の
途中で、前記第二の分岐管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１１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側に位置している第三
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５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５
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５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５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、第一の分岐管７ａ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。

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。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、第一の分岐管７ａの管径を適当に選
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、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の内部の冷媒は過熱蒸気となる。

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
らの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の途中の接
続位置３ａの温度と釣合うことになる。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、負
荷変動前と同様、過熱蒸気であるので、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、通常の負荷範囲以内で、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
度は上昇して前記接続位置３ａの温度と釣合う。
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、負荷変動前と同様、過熱蒸気であるの
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。

この場合にも、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、ほとんど飽和蒸気ある
いは過熱蒸気で占めらることになる。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。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、過熱蒸気で占められ、第二の冷
媒量調節容器６に含まれる冷媒の質量は、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、気液二相の飽和状態あるいは過冷
却液の状態となる。このように、第二の冷媒量調
節容器６に含まれる冷媒の質量は、通常負荷の場
合よりも増加することになるので、冷媒回路中の
過剰な冷媒が除去される。第７図は、横軸に冷凍
装置の負荷の大きさをとり、縦軸に第二の冷媒量
調節容器６に含まれる冷媒の質量をとつて、負荷
変化に対して、第二の冷媒量調節容器６によつて
冷媒回路中から除去される冷媒の質量を示したも
のである。

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８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
した第一のの分岐管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８ａ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５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方法は、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し、さらに第二の
分岐管、第三の分岐管にそれぞれ第一の開閉弁、
第二の開閉弁をそれぞれ設け、冷凍サイクルの負
荷が通常負荷範囲およびそれ以上にあるときに前
記第一の開閉弁を閉塞して第二の開閉弁を開放
し、また前記冷凍サイクルの負荷が通常負荷範囲
を下廻つたときに前記第一の開閉弁を開放して第
二の開閉弁を閉塞するため、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５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、低負荷時
の負荷変動に対しても十分に冷媒量調節機能を果
たす。このため、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図は同第二の冷媒量調節容器内の冷媒の質量を
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、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。

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環
   状に連結して冷凍サイクルを構成し、前記絞り装
   置の途中に、並列に接続された第一の冷媒量調節
   容器と第二の冷媒量調節容器の接続端を接続し、
   さらに前記凝縮器と絞り装置を連結する接続管お
   よび前記圧縮機と蒸発器を連結する吸入管をそれ
   ぞれ前記第一の冷媒量調節容器と熱交換的に配設
   し、さらに前記吸入管から分岐した第二の分岐管
   と前記圧縮機と凝縮器を連結する吐出管から分岐
   した第三の分岐管をそれぞれ前記第二の冷媒量調
   節容器と熱交換的に配設し、前記第二の分岐管、
   第三の分岐管にそれぞれ冷凍サイクルの負荷によ
   つて開閉する第一の開閉弁、第二の開閉弁をそれ
   ぞれ設け、前記冷凍サイクルの負荷が通常負荷範
   囲およびそれ以上にあるときに前記第一の開閉弁
   を閉塞して第二の開閉弁を開放し、また前記冷凍
   サイクルの負荷が通常負荷範囲を下廻つたときに
   前記第一の開閉弁を開放して第二の開閉弁を閉塞
   するようにした冷凍装置における冷媒量調節方
   法。