JP2551978B2 - 冷凍サイクルにおける蒸発コントロール構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、ビルなどの建物の冷房や製氷機における冷
凍などを行うために、冷媒ガスを冷却液化する凝縮部
と、冷媒液を蒸発気化する蒸発部と、蒸発部に供給する
前に凝縮部で液化された冷媒液の流量を調節する流量調
節弁とを備えた冷凍サイクルにおける蒸発コントロール
構造に関する。

＜従来の技術＞ 上述のような冷凍サイクルにおいて、冷媒液を蒸発部
で蒸発させる場合、熱交換効率の面から、蒸発部の熱交
換用流路内には、冷媒を液体と蒸気とが混じり合った湿
り蒸気の状態で充満させる、いわゆる満液状態にして熱
交換を行わせる方が好ましい。

そのため、従来では、次のような構成を採用してい
た。

A.第１従来例 液面レベル感知方式と称されるもので、蒸発部を構成
する蒸発器に連通管を連通接続するとともに、その連通
管内における液面をレベルセンサによって感知するよう
に構成し、一方、蒸発器への冷媒液供給管路に、冷媒液
の供給量を調整する流量制御弁を設け、レベルセンサに
よって感知される液面が設定レベル以上に維持されるよ
うに流量制御弁を自動的に作動し、蒸発器全体に湿り蒸
気を充満させるようにしている。

B.第２従来例 エジェクター方式と称させるもので、蒸発器の出口側
にアキャムレータを連通接続するとともに、そのアキュ
ムレータと蒸発器の入口側とを連通接続し、蒸発器では
満液状態にしながら、そこからの冷媒液をアキュムレー
タに流動させ、アキュムレータにおいて冷媒液と冷媒ガ
スとを分離し、冷媒ガスをアキュムレータから取り出し
ながら、冷媒液を蒸発器に戻すようにしている（特公昭
58−7902参照）。

C.第３従来例 過熱度コントロールと称されるもので、蒸発器におい
て、満液状態で熱交換を行う部分に加えて、完全飽和ガ
スである乾き蒸気として取り出すための過熱度用熱交換
生分を備えている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、従来の構成によれば、それぞれ次のよ
うな欠点があった。

a.第１従来例の欠点 起動時などのように、蒸発器での液面が瞬間的に変動
した場合に、それに対する流量制御弁の追従性が悪くて
冷媒液バックを生じ、冷媒の循環を阻害する欠点があっ
た。

b.第２従来例の欠点 蒸発器での負荷変動にかかわらず、アキュムレータに
おいて冷媒液と冷媒ガスとを分離して完全飽和ガスを取
り出そうとすると、アキュムレータとして大型のものが
必要になり、冷媒充填量が増大して冷凍サイクルの効率
を低下する欠点があった。

c.第３従来例の欠点 蒸発器に過熱度用熱交換部分を備えさせるために蒸発
器が大型化し、第２従来例の場合と同様に冷媒充填量が
増大して冷凍サイクルの効率を低下する欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、蒸発器を大型化すること無く、蒸発器では満液状
態で熱交換を行いながら、完全飽和ガスを良好に取り出
すことができるようにすることを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、このような目的を達成するために、冷媒ガ
スを冷却液化する凝縮部と、冷媒液を蒸発気化する蒸発
部と、その蒸発部に供給する前に凝縮部で液化された冷
媒液の流量を調節する流量調節弁とを備えた冷凍サイク
ルにおいて、蒸発部の出口に連通接続された配管に、混
入した冷媒液を捕集するトラップを設け、蒸発部の出口
側とトラップの下流側箇所とにわたって、冷媒ガスの一
部を取り出すバイパス配管を連通接続し、そのバイパス
配管に、取り出された冷媒ガスを加熱する加熱手段と、
その加熱手段による加熱後の冷媒ガスの温度を感知する
温度センサとを付設し、温度センサによる感知温度を設
定温度範囲内に維持するように、その感知温度が高い程
開度が大になる状態で流量調節弁の開度を自動的に調整
する開度調整機構を設けて構成する。

＜作用＞ 本発明の冷凍サイクルにおける蒸発コントロール構造
の構成によれば、設定温度範囲として、加熱手段による
加熱に伴って完全飽和ガスが得られる状態の温度範囲を
設定しておくことにより、蒸発部では、冷媒を湿り蒸気
の状態で充満しておき、冷媒液が取り出されることをト
ラップで防止しながら、バイパス配管に取り出される冷
媒ガスの一部を加熱し、その加熱された高温冷媒ガスの
熱によりトラップを通じて流される湿り蒸気を加熱し、
完全飽和状体の冷媒ガスを得ることができる。

＜実施例＞ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

＜第１実施例＞ 第１図は、冷凍サイクルの全体構成図であり、冷媒ガ
スを冷却液化する凝縮部としての凝縮器１に冷媒液配管
２と冷媒ガス配管３とが連通接続され、その冷媒液配管
２に、ビルなどの建物の各階に設けられた液ヘッダー４
…が連通接続され、一方、冷媒ガス配管３に、各階に設
けられたガスヘッダー５…が連通接続されている。

各階には、蒸発部としての冷房用コイル６および送風
ファン７を備えた空調用室内ユニット８…が設置され、
冷房用コイル６…と液ヘッダー４およびガスヘッダー５
が連通接続され、冷媒を凝縮器１と空調用室内ユニット
８…それぞれの冷房用コイル６とにわたって循環流動さ
せ、建物内の各室内に対する冷房を行うことができるよ
うに冷凍サイクルが構成されている。

図中、９…は、それぞれ各階に対するメインバルブを
示し、10…は、それぞれ各冷房用コイル６に対する流量
調節弁を示している。

また、11は氷蓄熱槽を示し、この氷蓄熱槽11には製氷
機12連通接続され、ポンプ13によって氷蓄熱槽11から製
氷機12に水を供給するとともに、製氷機12で作製した微
細な氷を氷蓄熱槽11に戻すように構成されている。

更に、前記凝縮器１内の冷却用配管14と氷蓄熱槽11と
がポンプ15を介して連通接続され、氷蓄熱槽11で得られ
た冷却水を凝縮器１に供給するように構成されている。

前記冷媒液配管２の凝縮器１の下方箇所には、気液分
離用の受液器16が設けられている。

前記冷房用コイル６の出口側に連通接続された下流側
程高く位置すうように上勾配で配置された冷媒ガス配管
３には、第２図の要部詳細の構成図に示すように、混入
した冷媒液を捕集するトラップ17が設けられ、そのトラ
ップ17の下流側箇所と冷房用コイル６の出口側とにわた
って、トラップ17側程低く位置するように傾斜させた状
態で、冷房用コイル６からの冷媒ガスの一部を取り出す
バイパス配管18が連通接続されている。

また、トラップ17の下部には、気液分離装置17aが付
設され、その気液分離装置17aと冷房用コイル６の入口
側とにわたって液戻し管17bが連通接続され、トラップ1
7に溜まる液を冷房用コイル６側に戻すように構成され
ている。

前記バイパス配管18には、加熱手段としてのパイロッ
トヒータ19が付設され、バイパス配管18内に取り出され
た冷媒ガスを加熱するように構成されている。

また、バイパス配管18において、パイロットヒータ19
よりも下流側箇所に、温度センサとしての感温筒20が付
設され、パイロットヒータ19によって加熱された冷媒ガ
スの温度を感知するように構成され、そして、その感温
筒20と流量調節弁10とが連通管20aを介して連通接続さ
れている。

感温筒20よりも下流側において、冷媒ガス配管３と流
量調節弁10とが均圧管21を介して連通接続されている。

前記流量調節弁10は、第３図の縦断面図に示すよう
に、弁箱22に摺動可能に弁体23を設けるとともに、その
弁体23の弁棒24にダイアフラム25を一体連結して構成さ
れている。

前記弁棒24には、弁体23を閉じ側に変位するように付
勢する圧縮コイルスプリング26側の空間に前記均圧管21
が連通接続され、かつ、それとは反対側の空間に前記感
温筒20の連通管20aが連通接続されており、感温筒20に
よる冷媒ガスの温度感知に伴う内圧変化に伴い、その内
圧が、前記圧縮コイルスプリング26のスプリング圧と均
圧管21を通じて伝えられる冷媒ガスの圧力との和よりも
大きくなったときに、弁体23を開き側に変位させ、か
つ、その状態から冷媒ガスの温度が高くなって感温筒20
の内圧が上昇するに伴い、弁体23の開度が大になるよう
に自動的調整され、これにより、感温筒20の感知温度が
設定温度範囲内に維持されるように開度調整機構が構成
されている。

前記感温筒20の設定温度範囲としては、パイロットヒ
ータ19で加熱された冷媒ガスはもちろんのこと、その加
熱された冷媒ガスと混入して冷媒ガス配管３に取り出さ
れる冷媒ガスも完全飽和ガスになるに足る温度範囲に設
定されている。

以上の構成により、冷房用コイル６では湿り蒸気の状
態で熱交換を行わせ、そこから取り出すときでも、乾き
度を100％としたときに、例えば、85〜90％程度とな
り、そして、バイパス配管18からの高温冷媒ガスとの混
入により、冷媒ガス配管３に乾き度が100％の完全飽和
ガスが取り出させれるようになっている。

図中27は、過熱度調整用ネジを示している。

前記均圧管21の途中箇所には、三方電磁弁28を介して
冷媒液配管２が連通接続され、冷媒ガスの洩れなどの異
常が発生したときに、冷媒液を流量調節弁10に供給し、
流量調節弁10を閉じて冷媒ガスの洩れ出し量が極力少な
くなるように構成されている。

＜第２実施例＞ 第４図は、第２実施例の要部の詳細を示す構成図であ
る。この第２実施例では、蒸発部として、製氷機などに
使用される二重管式熱交換器29が用いられ、内管29a内
に水やブラインなどの被冷却液が流動されるとともに、
外管29b内に、流量調節弁10で減圧された冷媒が湿り蒸
気の状態で通されるように構成されている。

他の構成は第１実施例と同じであり、同番号を付して
その説明は省略する。

上記第１および第２実施例では、温度センサとして感
温筒20を用い、その感知温度の変化に伴う内圧変化を利
用して、流量調節弁10の開度を直接的に調整するように
しているが、例えば、温度センサとして、サーミスタや
熱電対などを用いるとともに、その測定温度をマイクロ
コンピュータに入力して、測定温度に対応した流量調節
弁10の開度を演算処理するように構成し、一方、流量調
節弁10として電子式のものを用い、前記マイクロコンピ
ュータからの駆動出力により、演算された開度が自動的
に得られるように構成しても良い。

上記実施例の冷凍サイクルは、冷媒の気化と液化によ
り、冷媒を自然循環によって流動させるように構成する
ものであるが、圧縮工程と膨張工程とを有する冷凍サイ
クルに適用でき、その場合は、流量調節弁として膨張弁
を利用し、その膨張弁の開度調節によって、上述の蒸発
コントロールを行えば良い。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、バイパス配管およびトラップを付加
し、バイパス配管に加熱手段と温度センサを設けること
により、蒸発部を大型化すること無く、蒸発部では、冷
媒を湿り蒸気の状態で充満しておきながら、完全飽和状
態の冷媒ガスを得るから、蒸発部での熱交換効率を向上
でき、しかも、トラップによって冷媒液バックを防止で
き、更に、従来例のようなアキュムレータや過熱度用熱
交換部分を付加しないから、冷媒充填量を増加させずに
済むために冷凍サイクルの効率を阻害することを回避で
き、全体として、高効率で良好に蒸発処理を行って完全
飽和ガスを得ることができる安定した冷凍サイクルを構
築できるようになった。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る冷凍サイクルにおける蒸発コント
ロール構造の実施例を示し、第１図は、冷凍サイクルの
全体構成図、第２図は、第１実施例の要部の詳細を示す
構成図、第３図は、流量調節弁の縦断面図、第４図は、
第２実施例の要部の詳細を示す構成図である。 １……凝縮部としての凝縮器 ６……蒸発部としての冷房用コイル 10……流量調節弁 17……トラップ 18……バイパス配管 19……加熱手段としてのパイロットヒータ 20……温度センサとしての感温筒 29……蒸発部としての二重管式熱交換器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒ガスを冷却液化する凝縮部と、 冷媒液を蒸発気化する蒸発部と、 前記蒸発部に供給する前に前記凝縮部で液化された冷媒
   液の流量を調節する流量調節弁とを備えた冷凍サイクル
   であって、 前記蒸発部の出口に連通接続された配管に、混入した冷
   媒液を捕集するトラップを設け、前記蒸発部の出口側と
   前記トラップの下流側箇所とにわたって、冷媒ガスの一
   部を取り出すバイパス配管を連通接続し、前記バイパス
   配管に、取り出された冷媒ガスを加熱する加熱手段と、
   その加熱手段による加熱後の冷媒ガスの温度を感知する
   温度センサとを付設し、前記温度センサによる感知温度
   を設定温度範囲内に維持するように、その感知温度が高
   い程開度が大になる状態で前記流量調節弁の開度を自動
   的に調整する開度調整機構を設けたことを特徴とする冷
   凍サイクルにおける蒸発コントロール構造。