JP2000249411A - 蒸気圧縮式冷凍装置 - Google Patents
蒸気圧縮式冷凍装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装置
は、フロンを冷媒とする冷凍機と比べてＣＯＰが低く、
また圧縮機１の入口の過熱度を制御しないと、液圧縮に
よる圧縮機１の故障、オイルの潤滑不良を起こす。 【解決手段】 蒸気圧縮式冷凍装置に冷媒が等エントロ
ピー膨張する膨張機４を用い、膨張機４の出側もしくは
前記蒸発器５の中のいずれかに取り付けられ湿り状態の
冷媒の温度と、蒸発器５の出側と圧縮機１の入側の間に
取り付けられ冷媒の温度から、蒸発器５の出口、又は圧
縮機１の入口の過熱度を所定の値になるように制御す
る。
は、フロンを冷媒とする冷凍機と比べてＣＯＰが低く、
また圧縮機１の入口の過熱度を制御しないと、液圧縮に
よる圧縮機１の故障、オイルの潤滑不良を起こす。 【解決手段】 蒸気圧縮式冷凍装置に冷媒が等エントロ
ピー膨張する膨張機４を用い、膨張機４の出側もしくは
前記蒸発器５の中のいずれかに取り付けられ湿り状態の
冷媒の温度と、蒸発器５の出側と圧縮機１の入側の間に
取り付けられ冷媒の温度から、蒸発器５の出口、又は圧
縮機１の入口の過熱度を所定の値になるように制御す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素を冷媒
として用いる蒸気圧縮式冷凍装置に関するものである。
として用いる蒸気圧縮式冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明に関する蒸気圧縮式冷凍装置とし
ては、例えば図９の特開平１０−１１５４７０号公報に
開示されているものがある。
ては、例えば図９の特開平１０−１１５４７０号公報に
開示されているものがある。
【０００３】図９では、放熱器３から流出した冷媒（二
酸化炭素）を減圧するとともに、放熱器３の出口側の冷
媒温度に応じて放熱器３の出口圧力を制御する第１膨張
弁２４ａと、第１膨張弁２４ａから流出した冷媒を、液
相冷媒と気相冷媒に分離して蓄えるレシーバー２５と、
レシーバー２５から流出した冷媒を減圧するとともに、
圧縮機１入側での冷媒の過熱度が所定値となるように冷
媒の流量を調節する第２膨張弁２４ｂとを配設する。
酸化炭素）を減圧するとともに、放熱器３の出口側の冷
媒温度に応じて放熱器３の出口圧力を制御する第１膨張
弁２４ａと、第１膨張弁２４ａから流出した冷媒を、液
相冷媒と気相冷媒に分離して蓄えるレシーバー２５と、
レシーバー２５から流出した冷媒を減圧するとともに、
圧縮機１入側での冷媒の過熱度が所定値となるように冷
媒の流量を調節する第２膨張弁２４ｂとを配設する。
【０００４】第１膨張弁２４ａにより、放熱器３の出口
側での冷媒温度に応じて冷媒圧力を制御することができ
るので、蒸気圧縮式冷凍装置の効率を高く維持すること
ができる。
側での冷媒温度に応じて冷媒圧力を制御することができ
るので、蒸気圧縮式冷凍装置の効率を高く維持すること
ができる。
【０００５】また、第２膨張弁２４ｂにより圧縮機１の
入口側での冷媒の過熱度が所定値に維持されているの
で、圧縮機１に液相冷媒が吸入されることが防止され
る。したがって液相冷媒が吸入されることによる圧縮機
１の損傷を防止することができる。
入口側での冷媒の過熱度が所定値に維持されているの
で、圧縮機１に液相冷媒が吸入されることが防止され
る。したがって液相冷媒が吸入されることによる圧縮機
１の損傷を防止することができる。
【０００６】また圧縮機１の入口側での過熱度を所定値
とすることにより、液相冷媒が圧縮機１に吸入されるこ
とを防止しているので、蒸発器５の出口側に液相冷媒と
気相冷媒とを分離して気相冷媒のみを圧縮機１に向けて
流出させるアキュームレータを配設する必要がない。
とすることにより、液相冷媒が圧縮機１に吸入されるこ
とを防止しているので、蒸発器５の出口側に液相冷媒と
気相冷媒とを分離して気相冷媒のみを圧縮機１に向けて
流出させるアキュームレータを配設する必要がない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の膨
張弁を２つ使用する蒸気圧縮式冷凍装置では、一方を放
熱器３の出口圧力を最適な所定の圧力に制御するのに用
い、他方を蒸発器５の出口、又は圧縮機１の入口での過
熱度の調整に使用することにより、液圧縮による圧縮機
１の故障を防止するとはできるが、冷凍機の成績係数
（ＣＯＰ）は、従来のフロンを冷媒とする冷凍機のＣＯ
Ｐに及ばない。
張弁を２つ使用する蒸気圧縮式冷凍装置では、一方を放
熱器３の出口圧力を最適な所定の圧力に制御するのに用
い、他方を蒸発器５の出口、又は圧縮機１の入口での過
熱度の調整に使用することにより、液圧縮による圧縮機
１の故障を防止するとはできるが、冷凍機の成績係数
（ＣＯＰ）は、従来のフロンを冷媒とする冷凍機のＣＯ
Ｐに及ばない。
【０００８】また過熱度を大きく取りすぎると、冷媒を
圧縮するときに温度が上昇して、オイルの潤滑不良を起
こす。
圧縮するときに温度が上昇して、オイルの潤滑不良を起
こす。
【０００９】本発明は上記問題を除くことを目的とす
る。
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、冷媒
を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出側に連通した放熱器
と、該放熱器からの冷媒を受け膨張させる膨張機と、該
膨張機に連通し前記圧縮機の入側に接続された蒸発器
と、前記膨張機に取り付けられ回転数が一定のままで前
記膨張機への冷媒量を変化させる膨張比制御手段と、前
記膨張機の出側もしくは前記蒸発器の中のいずれかに取
り付けられ、湿り状態の冷媒の温度を検出する第２温度
検出手段と、前記蒸発器の出側と前記圧縮機の入側の間
に取り付けられ、冷媒の温度を検出する第１温度検出手
段と、前記第１温度検出手段と前記第２温度検出手段か
らの信号を受け取る演算手段と、該演算手段からの信号
を前記膨張比制御手段に取り込み、該膨張比制御手段で
膨張機への冷媒供給量を変えることで、蒸発器出口、又
は圧縮機入口の過熱度を所定の値になるように制御する
ことを特徴とする。
を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出側に連通した放熱器
と、該放熱器からの冷媒を受け膨張させる膨張機と、該
膨張機に連通し前記圧縮機の入側に接続された蒸発器
と、前記膨張機に取り付けられ回転数が一定のままで前
記膨張機への冷媒量を変化させる膨張比制御手段と、前
記膨張機の出側もしくは前記蒸発器の中のいずれかに取
り付けられ、湿り状態の冷媒の温度を検出する第２温度
検出手段と、前記蒸発器の出側と前記圧縮機の入側の間
に取り付けられ、冷媒の温度を検出する第１温度検出手
段と、前記第１温度検出手段と前記第２温度検出手段か
らの信号を受け取る演算手段と、該演算手段からの信号
を前記膨張比制御手段に取り込み、該膨張比制御手段で
膨張機への冷媒供給量を変えることで、蒸発器出口、又
は圧縮機入口の過熱度を所定の値になるように制御する
ことを特徴とする。
【００１１】請求項１の発明では、膨張機に膨張比制御
手段を取り付け、膨張機の回転数を一定のままで、膨張
機への冷媒供給量を変化させることにより、蒸発器出
口、又は圧縮機入口の過熱度を所定の値になるように制
御する。
手段を取り付け、膨張機の回転数を一定のままで、膨張
機への冷媒供給量を変化させることにより、蒸発器出
口、又は圧縮機入口の過熱度を所定の値になるように制
御する。
【００１２】図１１のｐ−ｈ線図に示すように、Ａ点が
Ｆ点より左側にあるときは、冷媒が湿り状態であり、こ
のままの状態で圧縮機に流入すると圧縮機の故障の原因
になる。したがって冷媒が飽和曲線の気相であるＦ点よ
り右側にくるようにしなければならない。
Ｆ点より左側にあるときは、冷媒が湿り状態であり、こ
のままの状態で圧縮機に流入すると圧縮機の故障の原因
になる。したがって冷媒が飽和曲線の気相であるＦ点よ
り右側にくるようにしなければならない。
【００１３】また従来の蒸気圧縮式冷凍装置の膨張弁で
は等エンタルピー膨張するが、膨張機を使用すると等エ
ントロピー膨張するため、ＣＯＰは向上する。
は等エンタルピー膨張するが、膨張機を使用すると等エ
ントロピー膨張するため、ＣＯＰは向上する。
【００１４】請求項２の発明は、湿り状態の冷媒の温度
を検出する前記第２温度検出手段が、冷媒の圧力を検出
する圧力検出手段であり、前記圧力検出手段は前記膨張
機の出側と前記圧縮機の入側の間に取り付けられたこと
を特徴とする。
を検出する前記第２温度検出手段が、冷媒の圧力を検出
する圧力検出手段であり、前記圧力検出手段は前記膨張
機の出側と前記圧縮機の入側の間に取り付けられたこと
を特徴とする。
【００１５】請求項２の発明では、前記膨張機の出側も
しくは前記蒸発器の中では、冷媒は図１１に示す飽和曲
線の内側のにあり、このとき冷媒の圧力と温度は比例関
係にある。そのため冷媒の圧力から冷媒の過熱度を算出
して制御することができる。
しくは前記蒸発器の中では、冷媒は図１１に示す飽和曲
線の内側のにあり、このとき冷媒の圧力と温度は比例関
係にある。そのため冷媒の圧力から冷媒の過熱度を算出
して制御することができる。
【００１６】請求項３の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機
と、該圧縮機の出側に連通した放熱器と、該放熱器から
の冷媒を受け膨張させる膨張機と、該膨張機に連通し前
記圧縮機の入側に接続された蒸発器と、前記膨張機に接
続して負荷の大きさを変化させ、膨張機回転数を制御す
る回転数制御手段と、前記膨張機の出側もしくは前記蒸
発器の中のいずれかに取り付けられ、湿り状態の冷媒の
温度を検出する前記第２温度検出手段と、前記蒸発器の
出側と前記圧縮機の入側の間に取り付けられ、冷媒の温
度を検出する前記第１温度検出手段と、前記第１温度検
出手段と前記第２温度検出手段からの信号を受け取る演
算手段と、該演算手段からの信号を前記回転数制御手段
に取り込み、該回転数制御手段で膨張機を通過する冷媒
量を変えることで、蒸発器出口、又は圧縮機入口の過熱
度を所定の値になるように制御することを特徴とする。
と、該圧縮機の出側に連通した放熱器と、該放熱器から
の冷媒を受け膨張させる膨張機と、該膨張機に連通し前
記圧縮機の入側に接続された蒸発器と、前記膨張機に接
続して負荷の大きさを変化させ、膨張機回転数を制御す
る回転数制御手段と、前記膨張機の出側もしくは前記蒸
発器の中のいずれかに取り付けられ、湿り状態の冷媒の
温度を検出する前記第２温度検出手段と、前記蒸発器の
出側と前記圧縮機の入側の間に取り付けられ、冷媒の温
度を検出する前記第１温度検出手段と、前記第１温度検
出手段と前記第２温度検出手段からの信号を受け取る演
算手段と、該演算手段からの信号を前記回転数制御手段
に取り込み、該回転数制御手段で膨張機を通過する冷媒
量を変えることで、蒸発器出口、又は圧縮機入口の過熱
度を所定の値になるように制御することを特徴とする。
【００１７】請求項３の発明では、回転数制御手段を使
い膨張機負荷の大きさを変えることにより膨張機の回転
数を変えて、膨張機を通過する冷媒量を調整することに
より、蒸発器出口、又は圧縮機入口の過熱度を所定の値
になるように制御する。
い膨張機負荷の大きさを変えることにより膨張機の回転
数を変えて、膨張機を通過する冷媒量を調整することに
より、蒸発器出口、又は圧縮機入口の過熱度を所定の値
になるように制御する。
【００１８】ここで膨張機を通過する冷媒量は次式より
求められる。
求められる。
【００１９】
【数式１】（膨張機を通過する冷媒量）＝（膨張機への
１回転当たりの冷媒供給量）×（膨張機の回転数） ここでは膨張機の回転数を変えることにより、膨張機を
通過する冷媒量を変化させる。
１回転当たりの冷媒供給量）×（膨張機の回転数） ここでは膨張機の回転数を変えることにより、膨張機を
通過する冷媒量を変化させる。
【００２０】請求項４の発明は、湿り状態の冷媒の温度
を検出する前記第２温度検出手段が、冷媒の圧力を検出
する圧力検出手段であり、前記圧力検出手段は前記膨張
機の出側と前記圧縮機の入側の間に取り付けられたこと
を特徴とする。
を検出する前記第２温度検出手段が、冷媒の圧力を検出
する圧力検出手段であり、前記圧力検出手段は前記膨張
機の出側と前記圧縮機の入側の間に取り付けられたこと
を特徴とする。
【００２１】請求項４の発明では、前記膨張機の出側も
しくは前記蒸発器の中では、冷媒は飽和曲線の内側のに
あり、このとき冷媒の圧力と温度は比例関係にある。そ
のため冷媒の圧力から冷媒の過熱度を算出することがで
き、回転数を制御することができる。
しくは前記蒸発器の中では、冷媒は飽和曲線の内側のに
あり、このとき冷媒の圧力と温度は比例関係にある。そ
のため冷媒の圧力から冷媒の過熱度を算出することがで
き、回転数を制御することができる。
【００２２】請求項５の発明は、前記回転数制御手段が
発電機であることを特徴とする。
発電機であることを特徴とする。
【００２３】請求項５の発明では、膨張機の負荷に発電
機を用いることにより、負荷として得たエネルギーを、
制御補記への電力供給や、圧縮機への動力として回収が
可能である。したがって装置全体の効率を向上すること
ができる。
機を用いることにより、負荷として得たエネルギーを、
制御補記への電力供給や、圧縮機への動力として回収が
可能である。したがって装置全体の効率を向上すること
ができる。
【００２４】請求項６の発明は、前記膨張比制御手段と
前記回転数制御手段の両方を備えることを特徴とする。
前記回転数制御手段の両方を備えることを特徴とする。
【００２５】請求項６の発明では、前記膨張比制御手段
と前記回転数制御手段の両方を備えることにより、膨張
機の運転状態に合わせて制御手段を切り換えることがで
きる。また蒸発器出口、又は圧縮機入口の過熱度を所定
の値になるように制御する幅も大きく取ることができ
る。
と前記回転数制御手段の両方を備えることにより、膨張
機の運転状態に合わせて制御手段を切り換えることがで
きる。また蒸発器出口、又は圧縮機入口の過熱度を所定
の値になるように制御する幅も大きく取ることができ
る。
【００２６】請求項７の発明は、前記放熱器の出側と前
記膨張機の入側の間に第２膨張機を設け、前記放熱器の
出口圧力を高ＣＯＰとなるように制御することを特徴と
する。
記膨張機の入側の間に第２膨張機を設け、前記放熱器の
出口圧力を高ＣＯＰとなるように制御することを特徴と
する。
【００２７】請求項７の発明では、放熱器３の出側に配
設した第２膨張機は、高ＣＯＰとなる最適な所定の圧力
に制御するのに用い、前記膨張機の入側の間に設けた膨
張機により圧縮機１の入口での過熱度の調整に使用する
ことができる。
設した第２膨張機は、高ＣＯＰとなる最適な所定の圧力
に制御するのに用い、前記膨張機の入側の間に設けた膨
張機により圧縮機１の入口での過熱度の調整に使用する
ことができる。
【００２８】従来の膨張弁に変えて、冷媒を等エントロ
ピー膨張する膨張機を用いることにより、液圧縮による
圧縮機の故障を防止しながらＣＯＰを向上することがで
きる。また、等エントロピー膨張する第２膨張機を配設
することにより、放熱器の出口圧力を所定の圧力に制御
することが可能で、さらにＣＯＰを向上することができ
る。
ピー膨張する膨張機を用いることにより、液圧縮による
圧縮機の故障を防止しながらＣＯＰを向上することがで
きる。また、等エントロピー膨張する第２膨張機を配設
することにより、放熱器の出口圧力を所定の圧力に制御
することが可能で、さらにＣＯＰを向上することができ
る。
【００２９】請求項８の発明は、前記放熱器の出側と前
記膨張機の入側の間の前記第２膨張機が膨張弁であるこ
とを特徴とする。
記膨張機の入側の間の前記第２膨張機が膨張弁であるこ
とを特徴とする。
【００３０】請求項８の発明では、前記請求項７の第２
膨張機に変えて構造の簡単な膨張弁を使用することによ
り、装置全体を低コスト、コンパクトにすることが可能
である。
膨張機に変えて構造の簡単な膨張弁を使用することによ
り、装置全体を低コスト、コンパクトにすることが可能
である。
【００３１】請求項９の発明は、前記冷媒が二酸化炭素
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
【００３２】請求項９の発明では、蒸気圧縮式冷凍装置
の冷媒に二酸化炭素を用いることにより、フロンで指摘
されているオゾン層の破壊、地球温暖化といった問題が
無くなり、また、可燃性や毒性も無いことから、取り扱
う上での危険もない。
の冷媒に二酸化炭素を用いることにより、フロンで指摘
されているオゾン層の破壊、地球温暖化といった問題が
無くなり、また、可燃性や毒性も無いことから、取り扱
う上での危険もない。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下本発明に係わる蒸気圧縮式冷
凍装置を具体的な実施例により説明する。
凍装置を具体的な実施例により説明する。
【００３４】第１実施例 図１は本発明の第１実施例で、冷媒には二酸化炭素を使
用する。原動機１２により駆動される圧縮機１により圧
縮された冷媒は、放熱器３で冷却され、その後、膨張比
制御手段１０が取り付けられた膨張機４を通過する際に
主軸１１を駆動する。このとき冷媒は膨張機４内で等エ
ントロピー膨張し、蒸発器５内で外部より吸熱して気化
した後、再び圧縮機１へ戻る。この閉回路は配管１３に
より連結され、性能、信頼性向上のためオイルセパレー
タ２、アキュームレータ６を設ける場合もある。
用する。原動機１２により駆動される圧縮機１により圧
縮された冷媒は、放熱器３で冷却され、その後、膨張比
制御手段１０が取り付けられた膨張機４を通過する際に
主軸１１を駆動する。このとき冷媒は膨張機４内で等エ
ントロピー膨張し、蒸発器５内で外部より吸熱して気化
した後、再び圧縮機１へ戻る。この閉回路は配管１３に
より連結され、性能、信頼性向上のためオイルセパレー
タ２、アキュームレータ６を設ける場合もある。
【００３５】膨張比制御手段１０を制御する為の演算手
段９への入力として、蒸発器５の出側に第１温度センサ
７ａ、蒸発器５の中に第２温度センサ７ｂが取り付けら
れる。膨張機４は、主軸１１で圧縮機１、原動機１２と
連結する。
段９への入力として、蒸発器５の出側に第１温度センサ
７ａ、蒸発器５の中に第２温度センサ７ｂが取り付けら
れる。膨張機４は、主軸１１で圧縮機１、原動機１２と
連結する。
【００３６】蒸発器５の出側に配設された第１温度セン
サ７ａと、蒸発器５の中に配設された第２温度センサ７
ｂからの信号は演算手段９に取り込まれる。この取り込
まれた信号から図１１のｐ−ｈ線図に示すＡ点が冷媒の
飽和曲線と交わるＦ点より右側にあるかどうかの過熱度
を判断する。
サ７ａと、蒸発器５の中に配設された第２温度センサ７
ｂからの信号は演算手段９に取り込まれる。この取り込
まれた信号から図１１のｐ−ｈ線図に示すＡ点が冷媒の
飽和曲線と交わるＦ点より右側にあるかどうかの過熱度
を判断する。
【００３７】このとき過熱度が設定値より小さいと判断
すると、図１３の膨張比制御フローに示すように、膨張
機４への１回転当たりの冷媒供給量を少なくして膨張機
４を通過する冷媒量を少なくする。また、過熱度が設定
値より大きいと判断すると、膨張機４への１回転当たり
の冷媒供給量を多くして膨張機４を通過する冷媒量を多
くする。
すると、図１３の膨張比制御フローに示すように、膨張
機４への１回転当たりの冷媒供給量を少なくして膨張機
４を通過する冷媒量を少なくする。また、過熱度が設定
値より大きいと判断すると、膨張機４への１回転当たり
の冷媒供給量を多くして膨張機４を通過する冷媒量を多
くする。
【００３８】上記制御をすることで圧縮機１に湿り冷媒
の流入を防止することが可能であり、また膨張機４を使
用するため図１１の点線で示す膨張機での膨張のように
なり、ＣＯＰを高めることができる。
の流入を防止することが可能であり、また膨張機４を使
用するため図１１の点線で示す膨張機での膨張のように
なり、ＣＯＰを高めることができる。
【００３９】図２は、本発明を具現化した膨張機４の断
面図である。４気筒のシリンダ１５へ冷媒を出し入れす
るロータリーバルブ２７内の回転弁１４が、主軸１１に
より回転するように取り付けられる。膨張比制御手段１
０は圧縮機４の右端部に取り付けられ、膨張比制御手段
１０とロータリーバルブ２７内の回転弁１４は連結棒２
８で連結される。
面図である。４気筒のシリンダ１５へ冷媒を出し入れす
るロータリーバルブ２７内の回転弁１４が、主軸１１に
より回転するように取り付けられる。膨張比制御手段１
０は圧縮機４の右端部に取り付けられ、膨張比制御手段
１０とロータリーバルブ２７内の回転弁１４は連結棒２
８で連結される。
【００４０】高圧の冷媒が放熱器３より高圧ポートを流
動してロータリーバルブ２７に流入する。ロータリーバ
ルブ２７に流入した高圧の冷媒は給排気孔を通り、シリ
ンダ１５に送られる。シリンダ１５に送られた冷媒はこ
こで等エントロピー膨張して再び給排気孔を通り、ロー
タリーバルブ２７に送られる。ロータリーバルブ２７に
送られた低圧の冷媒は、低圧ポートを通り、低圧ポート
から蒸発器５に送られる。
動してロータリーバルブ２７に流入する。ロータリーバ
ルブ２７に流入した高圧の冷媒は給排気孔を通り、シリ
ンダ１５に送られる。シリンダ１５に送られた冷媒はこ
こで等エントロピー膨張して再び給排気孔を通り、ロー
タリーバルブ２７に送られる。ロータリーバルブ２７に
送られた低圧の冷媒は、低圧ポートを通り、低圧ポート
から蒸発器５に送られる。
【００４１】図３は図２のロータリーバルブ２７の断面
図である。ロータリーバルブ２７内の回転弁１４が回転
すると、断面Ａ−Ａに示すように、各シリンダー１５に
取り付けられた給排気孔１６と、回転弁１４に刻まれた
高圧流路１８と低圧流路１９は交互に連通され、冷媒が
給排気する。
図である。ロータリーバルブ２７内の回転弁１４が回転
すると、断面Ａ−Ａに示すように、各シリンダー１５に
取り付けられた給排気孔１６と、回転弁１４に刻まれた
高圧流路１８と低圧流路１９は交互に連通され、冷媒が
給排気する。
【００４２】本実施例では４気筒のシリンダー１５から
構成されるため、各シリンダーは９０°の位相差で冷媒
の給排気が行われる。回転弁１４は、膨張比制御手段１
０と連結しており、軸方向への移動が可能になってい
る。
構成されるため、各シリンダーは９０°の位相差で冷媒
の給排気が行われる。回転弁１４は、膨張比制御手段１
０と連結しており、軸方向への移動が可能になってい
る。
【００４３】図４は、ロータリーバルブ２７の回転弁１
４を平面展開した動作説明図である。図４の（ａ）に示
す回転弁１４は、連結している主軸１１により回転し、
（ｃ）の回転弁を平面展開した図に示すように、給排気
孔１６は回転弁１４に刻まれた高圧流路１８と低圧流路
１９に交互に連通して、排気−吸入−膨張−排気の順に
サイクルを繰り返す。
４を平面展開した動作説明図である。図４の（ａ）に示
す回転弁１４は、連結している主軸１１により回転し、
（ｃ）の回転弁を平面展開した図に示すように、給排気
孔１６は回転弁１４に刻まれた高圧流路１８と低圧流路
１９に交互に連通して、排気−吸入−膨張−排気の順に
サイクルを繰り返す。
【００４４】膨張機４は、図２に示すピストン２０が吸
入（上死点、又は上死点近く）から膨張終了（下死点、
又は下死点近く）まで移動する間に動力を発生する。こ
れが位相のずれた複数のシリンダ１５内で順番に行われ
る。放熱器３の出口圧力は、（ｃ）に示すように給排気
孔１６と高圧流路１８の重なっている長さ（吸入してい
る長さ）Ｘ１、Ｘ２により変化する。
入（上死点、又は上死点近く）から膨張終了（下死点、
又は下死点近く）まで移動する間に動力を発生する。こ
れが位相のずれた複数のシリンダ１５内で順番に行われ
る。放熱器３の出口圧力は、（ｃ）に示すように給排気
孔１６と高圧流路１８の重なっている長さ（吸入してい
る長さ）Ｘ１、Ｘ２により変化する。
【００４５】吸入長さを長くすると膨張機４を通過する
冷媒量は増えるので、放熱器３の出口圧力は下がり、逆
に吸入長さを短くすれば膨張機４を通過する冷媒量は減
少するため、放熱器３の出口圧力は高くなる。
冷媒量は増えるので、放熱器３の出口圧力は下がり、逆
に吸入長さを短くすれば膨張機４を通過する冷媒量は減
少するため、放熱器３の出口圧力は高くなる。
【００４６】そこで、回転弁１４を膨張比制御手段１０
を使い、軸方向（Ｙ１、Ｙ２方向）へ移動させて給排気
孔１６と高圧流路１８の相対位置を変えることで、給排
気孔１６と高圧流路１８の重なり長さ（吸入長さ）Ｘ
１、Ｘ２が変化して、放熱器３の出口圧力を変えること
ができる。
を使い、軸方向（Ｙ１、Ｙ２方向）へ移動させて給排気
孔１６と高圧流路１８の相対位置を変えることで、給排
気孔１６と高圧流路１８の重なり長さ（吸入長さ）Ｘ
１、Ｘ２が変化して、放熱器３の出口圧力を変えること
ができる。
【００４７】図４の（ｂ）、（ｄ）は、給排気孔１６が
それぞれ軸方向Ｙ２、Ｙ１の位置にあるときの、図２の
シリンダ１５内での冷媒の状態を示すものである。給排
気孔１６が軸方向がＹ２で、回転方向がＦの位置にある
とき、給排気孔１６は閉じており、シリンダ１５内の高
圧の冷媒は、ピストン２０により膨張する。また、給排
気孔１６が軸方向がＹ１で、回転方向がＦの位置にある
とき、給排気孔１６は開で、高圧の冷媒はシリンダ１５
に流入する。
それぞれ軸方向Ｙ２、Ｙ１の位置にあるときの、図２の
シリンダ１５内での冷媒の状態を示すものである。給排
気孔１６が軸方向がＹ２で、回転方向がＦの位置にある
とき、給排気孔１６は閉じており、シリンダ１５内の高
圧の冷媒は、ピストン２０により膨張する。また、給排
気孔１６が軸方向がＹ１で、回転方向がＦの位置にある
とき、給排気孔１６は開で、高圧の冷媒はシリンダ１５
に流入する。
【００４８】したがって回転弁１４を軸方向に移動さ
せ、給排気孔１６と回転弁１４の相対位置を変えること
により膨張機への１回転当たりの冷媒供給量を変えるこ
とができる。
せ、給排気孔１６と回転弁１４の相対位置を変えること
により膨張機への１回転当たりの冷媒供給量を変えるこ
とができる。
【００４９】上記の第１実施例は、膨張比を機械的に可
変する一例であるが、図５のようにシリンダ１５に電磁
弁である吸入弁２１、排気弁２２を設け、吸入弁２１と
排気弁２２を電気的に開閉制御する手段もある。
変する一例であるが、図５のようにシリンダ１５に電磁
弁である吸入弁２１、排気弁２２を設け、吸入弁２１と
排気弁２２を電気的に開閉制御する手段もある。
【００５０】尚、本実施例では冷媒の過熱度を制御する
のに、膨張比制御手段１０を制御する為の演算手段９へ
の入力として、蒸発器５の出側に第１温度センサ７ａ、
蒸発器５の中に第２温度センサ７ｂを用いているが、図
８に示すように第２温度センサ７ｂの代わりに、膨張機
４の出側と圧縮機１の入側の間に配設された圧力センサ
８により過熱度を算出し制御してもよい。
のに、膨張比制御手段１０を制御する為の演算手段９へ
の入力として、蒸発器５の出側に第１温度センサ７ａ、
蒸発器５の中に第２温度センサ７ｂを用いているが、図
８に示すように第２温度センサ７ｂの代わりに、膨張機
４の出側と圧縮機１の入側の間に配設された圧力センサ
８により過熱度を算出し制御してもよい。
【００５１】第２実施例 次に図６の第２実施例について詳述する。図６は図１の
膨張機４の主軸１１に負荷の大きさを可変できる発電機
１３を設けたものである。負荷の大きさを可変できる機
器としては、ファン、ポンプ等の電動機、冷媒回路用の
サブ圧縮機等でもよい。
膨張機４の主軸１１に負荷の大きさを可変できる発電機
１３を設けたものである。負荷の大きさを可変できる機
器としては、ファン、ポンプ等の電動機、冷媒回路用の
サブ圧縮機等でもよい。
【００５２】発電機１３を制御する為の演算手段９への
入力として、蒸発器５の出側に第１温度センサ７ａ、蒸
発器５の中に第２温度センサ７ｂが取り付けられる。蒸
発器５の出側に配設された第１温度センサ７ａと、蒸発
器５の中に配設された第２温度センサ７ｂからの信号は
演算手段９に取り込まれる。この取り込まれた信号から
図１１のｐ−ｈ線図に示すＡ点が冷媒の飽和曲線と交わ
るＦ点より右側にあるかどうかの過熱度を判断する。
入力として、蒸発器５の出側に第１温度センサ７ａ、蒸
発器５の中に第２温度センサ７ｂが取り付けられる。蒸
発器５の出側に配設された第１温度センサ７ａと、蒸発
器５の中に配設された第２温度センサ７ｂからの信号は
演算手段９に取り込まれる。この取り込まれた信号から
図１１のｐ−ｈ線図に示すＡ点が冷媒の飽和曲線と交わ
るＦ点より右側にあるかどうかの過熱度を判断する。
【００５３】このとき過熱度が設定値より小さいと判断
すると、演算手段９から回転数制御手段２３に信号が送
られ、発電機１３の発電量（負荷）を変えて過熱度を制
御する。
すると、演算手段９から回転数制御手段２３に信号が送
られ、発電機１３の発電量（負荷）を変えて過熱度を制
御する。
【００５４】図１４の回転数制御フローに示すように、
設定値より計測値（過熱度）が小さいと、発電機１３の
負荷を増やして膨張機４の回転数を小さくし、膨張機４
を通過する冷媒量を少なくする。また、過熱度が設定値
より大きいと判断すると、発電機１３の負荷を減らして
膨張機４の回転数を大きくし、膨張機４を通過する冷媒
量を多くする。
設定値より計測値（過熱度）が小さいと、発電機１３の
負荷を増やして膨張機４の回転数を小さくし、膨張機４
を通過する冷媒量を少なくする。また、過熱度が設定値
より大きいと判断すると、発電機１３の負荷を減らして
膨張機４の回転数を大きくし、膨張機４を通過する冷媒
量を多くする。
【００５５】上記制御をすることで圧縮機１に湿り冷媒
の流入を防止することが可能であり、また膨張機４を使
用するため図１１の点線で示す膨張機での膨張のように
なり、ＣＯＰを高めることができる。
の流入を防止することが可能であり、また膨張機４を使
用するため図１１の点線で示す膨張機での膨張のように
なり、ＣＯＰを高めることができる。
【００５６】尚、本実施例では冷媒の過熱度を制御する
のに、回転数制御手段２３を制御する為の演算手段９へ
の入力として、蒸発器５の出側に第１温度センサ７ａ、
蒸発器５の中に第２温度センサ７ｂを用いているが、第
２温度センサ７ｂの代わりに、膨張機４の出側と圧縮機
１の入側の間に圧力センサ８を配設して過熱度を算出し
制御してもよい。
のに、回転数制御手段２３を制御する為の演算手段９へ
の入力として、蒸発器５の出側に第１温度センサ７ａ、
蒸発器５の中に第２温度センサ７ｂを用いているが、第
２温度センサ７ｂの代わりに、膨張機４の出側と圧縮機
１の入側の間に圧力センサ８を配設して過熱度を算出し
制御してもよい。
【００５７】第３実施例 次に図７の第３実施例を詳述する。図７は図６の膨張機
４に膨張比制御手段１０を取り付けたもので、膨張比制
御手段１０と回転数制御手段２３の両方を備える。
４に膨張比制御手段１０を取り付けたもので、膨張比制
御手段１０と回転数制御手段２３の両方を備える。
【００５８】本実施例では蒸発器５の出口、又は圧縮機
１の入口での過熱度制御範囲を広くでき、より広い負荷
に対応できる。
１の入口での過熱度制御範囲を広くでき、より広い負荷
に対応できる。
【００５９】第４実施例 図１２は第４実施例で、放熱器３の出側と膨張機４の間
に第２膨張機２９を配設する。放熱器３の出側に配設し
た第２膨張機２９は、図１０に示すＣＯＰ最適圧力線と
なるように放熱器３の出口圧力を制御し、膨張機４は圧
縮機１への過熱度の制御に使用する。
に第２膨張機２９を配設する。放熱器３の出側に配設し
た第２膨張機２９は、図１０に示すＣＯＰ最適圧力線と
なるように放熱器３の出口圧力を制御し、膨張機４は圧
縮機１への過熱度の制御に使用する。
【００６０】本実施例では液圧縮による圧縮機１の故障
を防止しながら高ＣＯＰでの稼動が可能となる。
を防止しながら高ＣＯＰでの稼動が可能となる。
【００６１】尚、第４実施例では、放熱器３の出側と膨
張機４の間に第２膨張機２９を配設したが、機械式ある
いは電気式の膨張弁を用いてもよい。
張機４の間に第２膨張機２９を配設したが、機械式ある
いは電気式の膨張弁を用いてもよい。
【００６２】
【発明の効果】本発明の膨張機を使用する蒸気圧縮式冷
凍装置によれば、圧縮機入口の過熱度を制御しながら、
高ＣＯＰでの運転が可能である。したがって液圧縮によ
る圧縮機の故障、過熱度を大きく取りすぎることによ
り、オイル温度の上昇による潤滑不良を防止することが
できる。
凍装置によれば、圧縮機入口の過熱度を制御しながら、
高ＣＯＰでの運転が可能である。したがって液圧縮によ
る圧縮機の故障、過熱度を大きく取りすぎることによ
り、オイル温度の上昇による潤滑不良を防止することが
できる。
【図１】本発明の第１実施例を具現化した、蒸気圧縮式
冷凍装置の回路図である。
冷凍装置の回路図である。
【図２】本発明の膨張機の断面図である。
【図３】本発明の膨張機のロータリーバルブ断面図であ
る。
る。
【図４】本発明のロータリーバルブの回転弁を平面展開
した動作説明図である。
した動作説明図である。
【図５】本発明の膨張比制御手段を電気的な弁の開閉で
行う装置の回路図である。
行う装置の回路図である。
【図６】本発明の第２実施例を具現化した、蒸気圧縮式
冷凍装置の回路図である。
冷凍装置の回路図である。
【図７】本発明の第３実施例を具現化した、蒸気圧縮式
冷凍装置の回路図である。
冷凍装置の回路図である。
【図８】本発明の第１実施例の変形を具現化した、蒸気
圧縮式冷凍装置の回路図である。
圧縮式冷凍装置の回路図である。
【図９】従来の蒸気圧縮式冷凍装置の回路図である。
【図１０】蒸気圧縮式冷凍装置を用いたときのＣＯＰの
最適圧力線図である。
最適圧力線図である。
【図１１】蒸気圧縮式冷凍装置のｐ−ｈ線図である。
【図１２】本発明の第４実施例を具現化した、回路図で
ある。
ある。
【図１３】本発明の膨張比制御フローである。
【図１４】本発明の回転数制御フローである。
１…圧縮機 ２…オイルセパレータ ３…放熱器 ４…膨張機 ５…蒸発器 ６…アキュームレータ ７ａ…第１温度センサ（第１温度検出手段） ７ｂ…第２温度センサ（第２温度検出手段） ８…圧力センサ（検出手段） ９…演算手段 １０…膨張比制御手段 １１…主軸 １２…原動機 １３…発電機 １４…回転弁 １５…シリンダ １６…給排気孔 １８…高圧流路 １９…低圧流路 ２０…ピストン ２１…吸入弁 ２２…排気弁 ２３…回転数制御手段 ２４…膨張弁 ２４ａ…第１膨張弁 ２４ｂ…第２膨張弁 ２５…レシーバー ２６…斜板 ２７…ロータリーバルブ ２８…連結棒 ２９…第２膨張機
Claims (9)
- 【請求項１】 冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出
側に連通した放熱器と、該放熱器からの冷媒を受け膨張
させる膨張機と、該膨張機に連通し前記圧縮機の入側に
接続された蒸発器と、前記膨張機に取り付けられ回転数
が一定のままで前記膨張機への冷媒量を変化させる膨張
比制御手段と、前記膨張機の出側もしくは前記蒸発器の
中のいずれかに取り付けられ、湿り状態の冷媒の温度を
検出する第２温度検出手段と、前記蒸発器の出側と前記
圧縮機の入側の間に取り付けられ、冷媒の温度を検出す
る第１温度検出手段と、前記第１温度検出手段と前記第
２温度検出手段からの信号を受け取る演算手段と、該演
算手段からの信号を前記膨張比制御手段に取り込み、該
膨張比制御手段で膨張機への冷媒供給量を変えること
で、蒸発器出口、又は圧縮機入口の過熱度を所定の値に
なるように制御することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍装
置。 - 【請求項２】 湿り状態の冷媒の温度を検出する前記第
２温度検出手段が、冷媒の圧力を検出する圧力検出手段
であり、前記圧力検出手段は前記膨張機の出側と前記圧
縮機の入側の間に取り付けられたことを特徴とする請求
項１記載の蒸気圧縮式冷凍装置。 - 【請求項３】 冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出
側に連通した放熱器と、該放熱器からの冷媒を受け膨張
させる膨張機と、該膨張機に連通し前記圧縮機の入側に
接続された蒸発器と、前記膨張機に接続して負荷の大き
さを変化させ、膨張機回転数を制御する回転数制御手段
と、前記膨張機の出側もしくは前記蒸発器の中のいずれ
かに取り付けられ、湿り状態の冷媒の温度を検出する前
記第２温度検出手段と、前記蒸発器の出側と前記圧縮機
の入側の間に取り付けられ、冷媒の温度を検出する前記
第１温度検出手段と、前記第１温度検出手段と前記第２
温度検出手段からの信号を受け取る演算手段と、該演算
手段からの信号を前記回転数制御手段に取り込み、該回
転数制御手段で膨張機を通過する冷媒量を変えること
で、蒸発器出口、又は圧縮機入口の過熱度を所定の値に
なるように制御することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍装
置。 - 【請求項４】 湿り状態の冷媒の温度を検出する前記第
２温度検出手段が、冷媒の圧力を検出する圧力検出手段
であり、前記圧力検出手段は前記膨張機の出側と前記圧
縮機の入側の間に取り付けられたことを特徴とする請求
項３記載の蒸気圧縮式冷凍装置。 - 【請求項５】 前記回転数制御手段が発電機であること
を特徴とする請求項３及び４記載の蒸気圧縮式冷凍装
置。 - 【請求項６】 前記膨張比制御手段と前記回転数制御手
段の両方を備えることを特徴とする請求項１及び３記載
の蒸気圧縮式冷凍装置。 - 【請求項７】 前記放熱器の出側と前記膨張機の入側の
間に第２膨張機を設け、前記放熱器の出口圧力を高ＣＯ
Ｐとなるように制御することを特徴とする請求項１、
３、６記載の蒸気圧縮式冷凍装置。 - 【請求項８】 前記放熱器の出側と前記膨張機の入側の
間の前記第２膨張機が膨張弁であることを特徴とする請
求項７記載の蒸気圧縮式冷凍装置。 - 【請求項９】 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴
とする請求項１〜８記載の蒸気圧縮式冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11048655A JP2000249411A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 蒸気圧縮式冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11048655A JP2000249411A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 蒸気圧縮式冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000249411A true JP2000249411A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12809379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11048655A Pending JP2000249411A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 蒸気圧縮式冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000249411A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002156163A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 空気調和装置 |
| EP1369648A3 (en) * | 2002-06-04 | 2004-02-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Supercritical refrigerant cycle system |
| WO2006120819A1 (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ヒートポンプ |
| EP1764566A1 (en) * | 2004-04-27 | 2007-03-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Heat pump device |
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| WO2016130870A1 (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | Parker-Hannifin Corporation | Gear expander for energy recovery |
-
1999
- 1999-02-25 JP JP11048655A patent/JP2000249411A/ja active Pending
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