JP2010043856A - 冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮用熱変換装置の小型・軽量化を図り、これを用いた冷凍システムの小型化とコスト低減化並びに省エネルギ化を推進し、地球環境の保全に一翼を担わせることが出来る冷凍システムを提供する。
【解決手段】圧縮機１と、圧縮機１から吐出したガス冷媒を等圧変化により冷却する熱交換装置３と、熱交換装置で一部液化した残りのガス冷媒を該ガス冷媒の加速現象によって冷媒の熱エネルギを速度エネルギに変換することにより減圧、及びエンタルピ減少を伴って液化する螺旋状管６と、螺旋状管で液化した冷媒を該冷媒の加速現象によって冷媒の熱エネルギを速度エネルギに変換することにより減圧、及びエンタルピ減少を伴って冷却する螺旋状細管８と、螺旋状細管８で冷却した液冷媒を等圧変化により加熱する蒸発器１１と、を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、凝縮用熱変換装置を用いた冷凍システムに関する。

冷蔵庫、冷凍庫、冷房装置等、被冷却物を冷却する装置に用いられる冷凍システムは、システムの大小、用途に拘らず同じ原理に基づき、ほぼ同じ構成要素から構成される。
図４は一般的な冷凍システムの動作を説明するための構成図である。
図４に示すように、一般に冷凍システムは、圧縮機１、凝縮器１３、レシーバタンク１４、膨張弁１５、蒸発器１１を冷媒配管２２で援続して構成され、システム内に充填された冷媒がシステム内を矢印２１の方向に循環して熱を運ぶ。この冷媒の循環を冷凍サイクルという。従来、膨張弁１５の代わりに、キャピラリチューブを使用することもあるが、この場合、例えば内径が０．８ｍｍ程度のきわめて細い管である。

圧縮機１で冷媒ガスは圧縮され高温・高圧冷媒ガスとなり凝縮器１３に送られる。凝縮器１３では高温・高圧冷媒ガスが熱を放出して冷却され、中温・冷媒液となり、これがレシーバタンク１４に一端貯留される。
膨張弁１５を開くと、中温・冷媒液は圧縮機１によって冷媒ガスを吸引され減圧されている蒸発器１１に入り、蒸発して蒸発熱により温度が下がり中温・冷媒液は低温・冷媒液となる。そして、低温・冷媒液は周囲から熱を奪って周囲（被冷却物）を冷却すると同時に、低温冷媒ガスとなり、圧縮機１に入り、再び圧縮されて高温・高圧冷媒ガスとなって循環する。

上記の通り冷凍サイクルでは、冷媒が蒸発器１１で周囲の被冷却物を冷やして得た熱を凝縮器１３で放熱して循環する。
蒸発器１１では、図４の蒸発器１１の下方に示した冷媒の相変化説明図のように、冷媒は蒸発器１１の入口付近では殆ど液体であるが、蒸発器１１内を進むに従い気化してガスが増え、蒸発器１１の出口付近では完全にガス化する。蒸発器では冷媒がちょうど完全にガス化するのが効率が良いとされているが、一般には、蒸発器１１の出口より前で完全にガス化し、更に、温度が上がって出ていく。

一方、凝縮器１３では、図４の凝縮器１３の上方に示した冷媒の相変化説明図のように、冷媒は凝縮器１３の入口付近では高温・高圧ガスであるが、凝縮器１３内を進むに従い冷却されて次第に液化して、凝縮器１３の出口付近では、ほぼ液化する。
冷凍サイクルの効率を高めるために、各構成要素に様々な改良が加えられているが、特に、凝縮器に於いて冷媒を効率よく液化することが重要である。

図５は、現在、一般に家庭用冷蔵庫等に使用されている冷凍サイクルの概略の構成図である。冷凍サイクル中に封入された冷媒（フロン、代替フロン等）は矢印２１の方向に循環する。まず、圧縮機１で高温高圧の冷媒ガスとなり、大型の凝縮器１３で空気冷却されて凝縮液化（大よそ９０％液・１０％ガス状態のまま）し、レシーバタンク（液化タンク）１４を経て膨張弁１５で減圧膨張され低温低圧の冷媒液となり、蒸発器１１に送られて熱交換する（庫内は氷温）事により、蒸発気化して低温冷媒ガスとなり圧縮機１に戻るようにしたものである。業務用冷蔵庫等、特殊なものは必要に応じて凝縮器１３は冷却用のファン１３−１を供え強制冷却される。
凝縮器１３は冷媒の流れるパイプと周辺の空気が接触して熱交換を行い、冷媒を冷却、液化するものであるから、パイプの表面積は広いことが好ましく、冷凍システム全体に占める体積が大きくなる。

このような従来の冷凍システムに於いては、熱交換器として作用する蒸発器１１に対して、熱源側交換器として作用する凝縮器１３が大型構造と成らざるを得ない事から、装置のコンパクト化を図る為に凝縮器１３を小型化しようと色々な検討が成されている。例えば、特許文献１には圧縮機から吐出した高温・高圧冷媒ガスの一部を螺旋状の管を通して冷却ファンで冷却し、この冷媒で圧縮機から吐出した残りの高温・高圧冷媒ガスを効率よく冷却する冷凍システムが開示されている。また、特許文献２には圧縮機から吐出した冷媒を螺旋状の管を通して冷却ファンで冷却し、更に別の細管で減圧して液化させるシステムが開示されている。
特開平１０−２５９９５８号公報 特開２００２−１２２３６５号公報

しかし、特許文献１に記載の冷凍システムは、圧縮機から吐出した冷媒を２系統に分け、熱交換を行うための２層の熱交換器を必要としているため、その構造が複雑になる問題がある。また、特許文献２に記載のシステムでは、細管を減圧するために従来の冷凍システムには無い減圧手段を新たに追加しなければならないという問題点がある。
本発明は、上記従来の冷凍システムが抱える問題点を解消するためになされたものであり、その目的は凝縮用熱変換装置の小型・軽量化を図り、これを用いた冷凍システムの小型化とコスト低減化並びに省エネルギ化を推進し、地球環境の保全に一翼を担わせることが出来る冷凍システムを提供する事にある。

本発明は、圧縮機と、圧縮機から吐出したガス冷媒を等圧変化により冷却する熱交換装置と、熱交換装置で一部液化した残りのガス冷媒を該ガス冷媒の加速現象によって冷媒の熱エネルギを速度エネルギに変換することにより減圧、及びエンタルピ減少を伴って液化する螺旋状管と、螺旋状管で液化した冷媒を該冷媒の加速現象によって冷媒の熱エネルギを速度エネルギに変換することにより減圧、及びエンタルピ減少を伴って冷却する螺旋状細管と、螺旋状細管で冷却した液冷媒を等圧変化により加熱する蒸発器と、を含んで構成され、前記熱交換装置、前記螺旋状管及び前記螺旋状細管が凝縮用熱変換装置を構成し、前記凝縮用熱変換装置の出口圧力が前記圧縮機の吸い込み圧力とほぼ等しい、ことを特徴とする。ここで、好ましくは、前記熱交換装置、前記螺旋状管及び前記螺旋状細管の順に流路を細くしてもよい。前記螺旋状管及び前記螺旋状細管の流速が、前記熱交換装置の流速の２倍以上に設定されていてもよい。

前記熱交換装置は、前記圧縮機から吐出される高温・高圧冷媒ガスの５乃至５０重量％を液化させるミニ熱交換装置であってもよい。
前記熱交換装置には冷却用のファンが付設され、前記圧縮機から吐出される冷媒ガスの温度が所定の温度以上の場合に、前記ファンが稼働してもよい。

本発明では、凝縮用熱交換面積が大きい事が冷凍システムの大型化をもたらす主たる原因であった点に着目して、新規な凝縮用熱変換装置の完成に基づき、凝縮用熱交換面積の飛躍的な縮小を図ることを可能としたものであって、この凝縮用熱変換装置を用いることにより冷凍システムの構造をコンパクト化し得て、産業用に関しては過剰なエネルギ消費を低減し、容積量が増し社会に寄与するところ、正に多大な発明であり、地球現境の保全に一翼を担わせることが出来る。

本発明の一実施の形態を示す構成図である。 本発明の一実施の形態による冷凍システムのＰ−ｈ線図である。 ａ〜ｅは凝縮用熱変換装置を構成する主要構成要素の平面図である。 一般的な冷凍システムの構成図である。 従来の冷凍システムの構成図である。

以下、本発明の実施形態の好ましい例について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る凝縮用熱変換装置３０を用いた冷凍システムの冷凍サイクルの構成図である。なお、この明細書では、「熱交換装置」と「熱変換装置」の用語は、区別して使用する。
冷凍システムは圧縮機１とミニ熱交換装置（等圧冷却部）３と螺旋状管（減圧液化部）６と螺旋状細管（減圧冷却部）８と蒸発器１１とを要素機器として備え、それらの機器を冷媒配管２、４、１０、サクション管１２、大短管（膨張部）５、分岐管（膨張部）７、集合管（膨張部）９によって接続し、冷媒を矢印２１の方向に循環させる事によって冷凍機能が具現されている。なお、ミニ熱交換装置３、或いは後述するミニファン３−１の「ミニ」は「小型」の意味であり、従来に比べて凝縮器が小さくできる本発明の特徴を明確にするために用いている。
図４に示した従来の冷凍システムの凝縮器１３、レシーバタンク１４、膨張弁１５に相当する部分が、本実施の形態では凝縮用熱変換装置３０としてミニ熱交換装置３、冷媒配管４、大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、及び集合管９で構成される。

圧縮機１、蒸発器１１は、現行の冷凍システムに使用される物と構造・機能が基本的に変わらないので、ここでは詳細な説明を省略し、本実施の形態の特徴である凝縮用熱変換装置３０について詳細に説明する。

図２は、本実施の形態に係る凝縮用熱変換装置３０を用いた冷凍システムの冷凍サイクルのＰ−ｈ線図である。破線は、従来のサイクルを示し、実線は、本実施の形態のサイクルを示している。従来のサイクルでは、圧縮機による断熱圧縮（点ａ〜点ｂ）、凝縮器による等圧変化の放熱による凝縮（点ｂ〜点ｃ）、膨張弁の絞り現象による等エンタルピ変化（点ｃ〜点ｄ）、蒸発器による等圧、等温膨張の吸熱による蒸発（点ｄ〜点ａ）によりサイクルが完了している。

本実施の形態では、圧縮機１から高温（４０℃以上）・高圧（０．６ＭＰａ以上）ガス状の冷媒が吐出され（点ｈ〜点ｉ）、凝縮用熱変換装置３０を構成するミニ熱交換装置３で冷媒の一部（５〜５０重量％）が液化する（点ｉ〜点ｊ）。
図１ではミニ熱交換装置３は冷媒の通るパイプに放熱ファンを設けた通常の空冷タイプを示したが、ミニ熱交換装置３はこのタイプに限らず、水冷タイプその他でもよいことは言うまでもない。従来の冷凍システムの凝縮器では圧縮機から吐出される高温・高圧ガスをほぼ全部液化するが、それに比べて本発明の凝縮用熱変換装置３０のミニ熱交換装置３は高温・高圧ガスの一部を液化するので、非常に小型にすることが可能である。同じタイプの熱交換装置（凝縮器）を有する同じ冷却能力の冷凍システムで比較して、本実施の形態のミニ熱交換装置は従来の凝縮器の１／１０程度にすることが可能である。
なお、ミニ熱交換装置３にはミニファン３−１が備えられており、後述するように、所定の運転状態になった場合に稼働して、熱交換能力を高めることができる。

ミニ熱交換装置３で一部液化された冷媒は、冷媒配管４、大短管５を経て螺旋状管６に入る。冷媒流路の断面積で見ると、ミニ熱交換装置３を基準にして、一旦、大短管５で大きくなり、螺旋状管６では、ミニ熱交換装置３の断面積よりも小さくなる。

図３は大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、及び、集合管９の形状を示す平面図である。
大短管５の寸法は図３（ａ）に示すように中央の太い部分の長さＬ１が１０〜５０ｍｍ、内径Ｄ１が８〜２０ｍｍの円筒状である。その両端は冷媒配管４と螺旋状管６に接続されるので、その形状はそれぞれ冷媒配管４と螺旋状管６を挿入して、接続できる寸法の円筒状になっている。中央の太い部分の内径Ｄ１は冷媒配管４と螺旋状管６のいずれの内径よりも大きく設定されるのが好ましい。
螺旋状管６は図３（ｂ）に示すように細管を螺旋伏に巻いた形態である。その内径や巻き数は、冷凍システムの冷凍能力等、様々な仕様から決定されるが、内径で２〜１５０ｍｍまで許容し、望ましくは内径２〜５０ｍｍ、実質的に最も望ましくは内径３〜８ｍｍである。例えば、フロン冷媒Ｒ１３４ａを用いた２０００ｃａｌ／ｈ程度の冷凍機の揚合、細管の内径５ｍｍ、巻き数は２３巻き、螺旋の径３０ｍｍで、細管の長さは２．３ｍである。なお、冷媒配管２、４の内径は７．７ｍｍ、冷媒配管１０およびサクション管１２の内径は１０．７ｍｍである。

一部液化した冷媒が螺旋状管６に入ると、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒が加速されて（冷媒の加速現象という）、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化量を増してほぼ液化し、螺旋状管６の出口では中圧(０．４〜０．６ＭＰａ)液冷媒となる（図２の点ｊ〜点ｋ）。螺旋状管６内での温度低下の主因は、螺旋状管６内において熱エネルギである冷媒のエンタルピが速度エネルギへ変換し、冷媒のエンタルピが減少し、静温度低下の現象の生起に至ったものと判断される。すなわち螺旋状管６はエンタルピを速度エネルギに変換するエネルギ変換デバイスを構成する。
上記螺旋状管６内の冷媒の流速は、本冷凍システムの設計において、ミニ熱交換装置３内の流速の２倍以上の設定が望ましい。

本構成では、上記減圧液化部を、螺旋状に巻いた螺旋状管６としたが、図２に示すように、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、ガス冷媒をほぼ液化できる構成であれば、螺旋状管に限定されず、蛇行管や直管等でもよい。この場合には、蛇行管や直管の入口、或いは管の途中の複数箇所等に適宜の絞り手段を介装することが望ましい。いずれも減圧液化部では、放熱以外の手段によって、すなわちエンタルピの速度エネルギへの変換により、ガス冷媒がほぼ液化される。

螺旋状管６で中圧液冷媒となった冷媒は、分岐管７を経て螺旋状細管８に入る。螺旋状細管８は、図３（ｄ）に示すように、螺旋状管６と同様に細管を螺旋状に巻いた形態である。螺旋状細管８の内径は螺旋状管６の内径よりも細く設定される。例えば、螺旋状管６の内径が、３〜８ｍｍに設定された場合、螺旋状細管８の内径は、１．２〜３ｍｍが望ましい。本実施の形態では、螺旋状に巻いたものを２本並列に接続しているが、３本以上を並列に接続してもよいし、１本でも可能である。また、巻き方向が異なる螺旋状細管の２本の直列に接続したもの、あるいは、それを更に並列に接続した形態でもよい。螺旋状細管８の冷媒の通る部分の断面積（複数本が並列に接続されている揚合は、複数本の断面積の合計）が螺施状管６の断面積より小さいことが好ましい。断面積を小さくすることによって、後述のように、冷媒は螺旋状細管８中をスピン回転し加速され、圧力が下がるため、冷却効果が高くなる。
例えば、２０００ｃａｌ／ｈ程度の冷凍機の場合、細管の内径２．５ｍｍ、巻き数は１９巻き、螺旋の径は１５ｍｍで、細管の長さは０．７２ｍのものを２本で並列に接続して構成される。

図３（ｃ）に示すように、分岐管７は１本の螺旋状管６から出る冷媒を２本の螺旋状細管８に分岐させる。分岐管７の主要部（太い部分）の長さＬ２は１０〜５０ｍｍ、内径Ｄ２は１０〜２０ｍｍのほぼ円筒状である。螺旋状管６、螺旋状細管８に接続される両端はそれぞれ螺旋状管６、螺旋状細管８を挿入して、接続できる寸法の円筒状になっている。本実施の形態では、螺旋状細管８は２本の細管から形成されているので、分岐管７の螺旋状細管８接続側は２本の接続孔を有しているが、接続孔の数は螺旋状細管８を構成する細管の本数と一致させる。
例えば、内径Ｄ２は螺旋状管６と螺旋状細管８のいずれの内径よりも大きく設定されるのが好ましい。

ほぼ液化した冷媒が螺旋状細管８に入ると、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒が加速されて（冷媒の加速現象という）、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化冷媒が冷却される。螺旋状細管８出口では、減圧され、冷却されて低温の液体となり、圧力も下がり低圧（０．４ＭＰａ以下）液となる（図２の点ｋ〜点ｌ）。
螺旋状細管８内の冷媒は、図２に示すように、飽和液線Ｌに沿った状態で変化する。
この螺旋状細管８内での温度低下の主因も、螺旋状管６内での温度低下と同様に、熱エネルギである冷媒のエンタルピが速度エネルギへ変換し、エンタルピが減少し、静温度低下の現象の生起に至ったものと判断される。
すなわち、螺旋状細管８も、螺旋状管６同様に、冷媒のエンタルピを速度エネルギに変換するエネルギ変換デバイスを構成している。
上記螺旋状細管８内の冷媒の流速は、本冷凍システムの設計において、ミニ熱交換装置３内の流速の２倍以上で、螺旋状管６内の流速以上であることが望ましい。

本構成では、螺旋状細管８としたが、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液冷媒を冷却できる構成であれば、螺旋状に限定されず、蛇行管や直管等でもよい。この場合、蛇行管や直管の入口、或いは管の途中の複数箇所等に適宜の絞り手段を介装することが望ましい。いずれも本構成では、放熱以外の手段によって、すなわちエンタルピの速度エネルギへの変換により、液冷媒が冷却される。

螺旋状細管８により低温液体となった冷媒は集合管９、冷媒配管１０を通り蒸発器１１に送られる。蒸発器１１では、等圧、等温膨張の吸熱により、冷媒が蒸発し（図２の点ｌ〜点ｈ）、これにより図２のサイクルが完了する。

本サイクル中の凝縮用熱変換装置３０では、等圧冷却部（ミニ熱交換装置３）で、冷媒の一部（５〜５０重量％）を液化し（点ｉ〜点ｊ）、減圧液化部（螺旋状管６）で、冷媒が加速されて、減圧、及び冷媒エンタルピ減少を伴って、一部液化した残りのガス冷媒がほぼ液化し（点ｊ〜点ｋ）、減圧冷却部（螺旋状細管８）で、冷媒が加速されて、減圧、及び冷媒エンタルピ減少を伴って、ほぼ液化した冷媒が過冷却（点ｋ〜点ｌ）するため、冷凍サイクルのＣＯＰが向上する。また、凝縮用熱変換装置３０で冷媒を減圧するため、従来のように、細管（一般的には、内径０．８ｍｍ程度のキャピラリチューブ）や、膨張弁等の減圧機構が不要になり、冷凍サイクルを簡素化できる。さらに、減圧液化部（螺旋状管６）、及び減圧冷却部（螺旋状細管８）では、熱エネルギである冷媒エンタルピを速度エネルギへ変換し、冷媒エンタルピを減少し、静温度低下の現象の生起に至らせるため、放熱による場合に比べ、熱交換装置の小型化が図られる。
本実施の形態では、凝縮用熱変換装置３０を、等圧冷却部（ミニ熱交換装置３）、減圧液化部（螺旋状管６）、及び減圧冷却部（螺旋状細管８）で構成したが、減圧液化部（螺旋状管６）は、複数の螺旋状の管を直列接続して構成してもよく、この場合、図２の点ｊ〜点ｋでは、複数屈曲点を持つサイクル線となる。減圧冷却部（螺旋状細管８）も、複数の螺旋状の管を直列接続して構成してもよく、この場合、図２の点ｋ〜点ｌでは、複数屈曲点を持つサイクル線となる。

図３（ｃ）に示すように、集合管９は２本の螺旋状細管８から出る冷媒を１本の冷媒配管１０に集積する。集合管９の主要部（太い部分）の長さＬ３は１０〜５０ｍｍ、内径Ｄ３が８〜２０ｍｍのほぼ円筒形である。螺旋状細管８、冷媒配管１０に接続される両端はそれぞれ螺旋状細管８、冷媒配管１０を挿入して、接続できる寸法の円筒状になっている。本実施の形態では、螺旋状細管８は２本の細管から形成されているので、集合管９の螺旋状細管８接続側は２本の接続孔を有しているが、接続孔の数は螺旋状細管８を構成する細管の本数と一致させる。
例えば、内径Ｄ３は螺旋状細管８と冷媒配管１０のいずれの内径よりも大きく設定されるのが好ましい。
大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、及び、集合管９の材質は高熱伝導率の金属、例えば銅である。
冷媒は先にフロン１３４ａ（ＣＨ₂ＦＣＦ₃）を用いる例を示したが、用いる冷媒に制限はなく、引火に対する安全対策を行えばイソブタン（ＣＨ（ＣＨ₃）₃）等のノンフロン冷媒を用いることもできる。

上記集合管９、分岐管７、及び大短管５は、それぞれ冷媒配管よりも内径が大きく形成される。冷媒は、圧縮機１により吸引され、これら管を通過するたびに、脈動現象に似た作用を受ける。各管は、上流の冷媒を下流に引き込み、これにより、冷媒が加速されると云える。分岐管７により、螺旋状管６の冷媒が下流に引き込まれ、集合管９により、螺旋状細管８の冷媒が下流に引き込まれ、引き込み作用を受けて、冷媒にスピン回転が与えられる。

螺旋状細管８は、本実施形態では分岐管７からの螺旋状細管８の内部を流れる冷媒液を加速させ、減圧機能を行わせることが出来る。冷媒は螺旋状細管８の出ロからは、低温低圧冷媒液となり、蒸発器１１で熱を奪い、低圧気液混合冷媒（或いは完全に気化してもよい）となり、サクション管１２を経て低圧気液冷媒として圧縮機に戻り、圧縮機のステータの熱を奪うことが出来る。

本冷凍サイクルは細管を用いて冷媒を高速で循環させるため、冷媒量が同一規模の従来技術による装置より少なくてよいので、図５に示したレシーバタンク１４が不要である。
一般に冷媒として用いられている代替フロンは、オゾン層の破壊はないものの、地球温暖化の原因となる物質であり、その使用量を低減できることは地球環境の保全に有効である。また、圧縮機の動力も低減でき省エネの観点からも好ましい。
また、螺旋状管６、螺旋状細管８が圧力を制限するので、膨張弁１５も不要となる。

これまでに説明したように、本実施の形態の冷凍サイクルでは、螺旋状管６、及び、螺旋状細管８をどのように減圧して、高温・高圧冷媒ガスを効率よく低温冷媒液にするかが設計上重要である。
従って、本発明において重要な構成要素部材である大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、集合管９、及び、冷媒配管２、４、１０、１２は、用いられる金属の材質、管の長さ及び径、ピッチ及び巻き方向の各条件は、想定される運転条件で数々の試験を重ね、冷媒サイクルの各部の冷媒の温度、圧力等を測定して設定する。

具体的な冷凍サイクルの各部の冷媒の温度、圧力の例を以下に示す。図１の（Ａ）から（Ｋ）の各温度、圧力は以下の通りである。冷媒はフロンＲ１３４ａを用いた。
（Ａ）中温・高圧冷媒ガス、０．７ＭＰａ、４０℃、（Ｂ）高圧気液冷媒（９０％ガス・１０％液）、０．７ＭＰａ、３８℃、（Ｃ）（Ｄ）高圧気液冷媒、０．７ＭＰａ、３８℃、（Ｅ）中圧冷媒液、０．５ＭＰａ、２２℃、（Ｆ）中圧冷媒液、０．５ＭＰａ、２１℃、（Ｇ）低圧冷媒液、０．３ＭＰａ、８℃、（Ｈ）低圧冷媒液、０．０７ＭＰａ、−２５℃、（Ｉ）低圧冷媒液、０．０７ＭＰａ、−２５℃、（Ｊ）低圧気液冷媒、０．０７ＭＰａ、−２５℃、（Ｋ）低圧気液冷媒、０．０７ＭＰａ、−１５℃となる。
この場合、図１の各部の寸法は以下の通りである。
冷媒配管２、４の内径は７．７ｍｍ（断面積は４６．５ｍｍ²）、大短管５の太い部分は長さ３０ｍｍ、内径１０．７ｍｍ（断面積は８９．９ｍｍ²）、螺旋状管６は内径５ｍｍ（断面積は１９．６ｍｍ²）、長さ２．３ｍの細管を３０ｍｍ径の螺旋状に２３巻きしたものであり、分岐管７の太い部分の長さは３０ｍｍ、内径は１３．８ｍｍ（断面積は１４９．５ｍｍ²）であり、螺旋状細管８を構成する２本の細管の内径は２．５ｍｍ（１本の細管の断面積は４．９ｍｍ²で、２本合計では９．８ｍｍ²）、長さ７１ｃｍの細管を１５ｍｍ径の螺旋状に１９巻きしたものであり、集合管９の太い部分の長さは３０ｍｍ、内径は１３．８ｍｍ（断面積は１４９．５ｍｍ²）、冷媒配管１０、及び、サクション管１２の内径は１０．７ｍｍ（断面積は８９．９ｍｍ²）である。
等圧冷却部（冷媒配管２、４）の断面積を基準とした場合、減圧液化部（螺旋状管６）、減圧冷却部（螺旋状細管８）の順に各断面積は徐々に小さくして、減圧液化部（螺旋状管６）の断面積は４０〜５０％、減圧冷却部（螺旋状細管８）の断面積は２０〜３０％に設定することが望ましい。
大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、及び、集合管９の材質は銅である。

参考のために、図４に示した従来の冷凍サイクルの（Ｌ）〜（Ｐ）の各温度、圧力は以下の通りである。冷媒はフロンＲ１３４ａを用いた。
（Ｌ）高圧冷媒ガス、０．９５ＭＰａ、９０℃、（Ｍ）高圧冷媒液ガス（液体９０％・気体１０％）０．９５ＭＰａ、４８℃、（Ｎ）高圧冷媒液ガス、０．９５ＭＰａ、４５℃、（Ｏ）低圧冷媒液ガス、０．１ＭＰａ、−１０℃、（Ｐ）低圧冷媒ガス、０．１ＭＰａ、１５℃となる。

また、本実施の形態の冷凍サイクルでは、螺旋状管６、及び、螺旋状細管８は圧縮機１の吸引により減圧される。従って、冷凍システムに過負荷がかかると、圧縮機１に過負荷がかかる。圧縮機１に備えられた温度センサ、あるいは圧縮機１から吐出された冷媒ガスの温度を計る温度センサが所定の温度を超えた場合には、過負荷であると制御部（図示せず）で判断し、ミニファン３−１が稼働し、ミニ熱交換装置３の冷媒液化能力を増強する。本発明に係る冷凍システムはあらゆる冷却装置に適用可能である。家庭用、業務用冷凍冷蔵庫、室外機不要の冷風装置、排熱量の少ないスポットクーラー、冷却器不要のコールドテーブル、瞬時冷却装置、フロンガス液化再生装置等に適用できる。

１ 圧縮機
２、４、１０ 冷媒配管
３ ミニ熱交換装置（等圧冷却部）
３−１ ミニファン
６ 螺旋状管（減圧液化部）
８ 螺旋状細管（減圧冷却部）
１１ 蒸発器
１１−１ ファン
３０ 凝縮用熱変換装置

Claims (5)

1. 圧縮機と、
   圧縮機から吐出したガス冷媒を等圧変化により冷却する熱交換装置と、
   熱交換装置で一部液化した残りのガス冷媒を該ガス冷媒の加速現象によって冷媒の熱エネルギを速度エネルギに変換することにより減圧、及びエンタルピ減少を伴って液化する螺旋状管と、
   螺旋状管で液化した冷媒を該冷媒の加速現象によって冷媒の熱エネルギを速度エネルギに変換することにより減圧、及びエンタルピ減少を伴って冷却する螺旋状細管と、
   螺旋状細管で冷却した液冷媒を等圧変化により加熱する蒸発器と、
   を含んで構成され、
   前記熱交換装置、前記螺旋状管及び前記螺旋状細管が凝縮用熱変換装置を構成し、前記凝縮用熱変換装置の出口圧力が前記圧縮機の吸い込み圧力とほぼ等しい、ことを特徴とする冷凍システム。
2. 前記熱交換装置、前記螺旋状管及び前記螺旋状細管の順に流路を細くしたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記螺旋状管及び前記螺旋状細管の流速が、前記熱交換装置の流速の２倍以上に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍システム。
4. 前記熱交換装置は、前記圧縮機から吐出される高温・高圧冷媒ガスの５乃至５０重量％を液化させるミニ熱交換装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍システム。
5. 前記熱交換装置には冷却用のファンが付設され、前記圧縮機から吐出される冷媒ガスの温度が所定の温度以上の場合に、前記ファンが稼働することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷凍システム。

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