JP2643427B2 - 冷凍機冷媒制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は大気中の水分を除去して減湿させる除湿機等
の冷凍機においてその通過気体を冷却する冷媒の通流を
制御する冷凍機冷媒制御装置に関する。

［従来の技術］ 大気中には大量の水分が含まれているため、その湿分
量を低下させる必要がある場合には除湿機が使用され
る。この除湿機には主として大気空気を冷却して過飽和
水分を結露させることにより除湿する湿式除湿機と、大
気空気を水分吸着材中に通過させて除湿する乾式除湿機
とがある。

湿式除湿機は、最も簡便で底コストであるため、広く
一般的に使用されている。しかしながら、この湿式除湿
機においては、入口空気の湿度及び湿度の変化に伴い、
冷却負荷が低下した場合は、冷却フィン部に結霜を生じ
るため、規定された能力で冷凍機を運転できなくなると
いう難点がある。このため、後述する冷媒制御装置が使
用されているものの、一般的には、除湿可能な気体の露
点の下限が約12℃であり、20℃の湿度の下では相対湿度
が約60％の気体が除湿可能な下限とされている。

一方、乾式除湿機はシリカゲル又は活性アルミナ等の
物理吸着材を使用した大気中に含まれる水分を吸着除去
するので、原理的には除湿可能な水分量について下限は
ない。

しかしながら、自由工程運動している水分分子を吸着
するものであるため、空気温度が高くなるにつれて除湿
効率が低下する。このため、露点が−30℃又は−50℃と
いう超乾燥空気を得たい場合には、取入れた空気を一旦
冷却した後吸着材に通して除湿する手段が一般的に採用
されている。この場合には、冷却負荷の低下に起因する
結露という湿式除湿の場合と同様の問題がある。特に、
乾式除湿の場合には、取入れた空気の冷却温度が低い方
が除湿レベルが飛躍的に向上するため、冷却フィン部へ
の結露が生じない範囲で取入れた空気を可及的に低い温
度に冷却する必要がある。

次に、上述の各除湿機に使用される冷媒制御装置につ
いて説明する。第３図は、一例として湿式除湿機に使用
されている冷媒制御装置を示すブロック図である。取り
入れた処理空気１は蒸発器４により冷却され、蒸発器中
から出た冷却空気２は凝縮器５により湿分を加えない状
態で加熱されて再熱空気又は乾燥空気３となる。

一方、蒸発器４の冷媒ガス出口と冷媒ガスの圧縮機６
における冷媒ガス入口との間には、冷媒ガスの通流管13
が連結されており、圧縮機６の冷媒ガス出口と凝縮器５
の冷媒ガス入口との間には通流管14が連結されている。
また、冷媒を貯留するレシーバタンク７の冷媒出口と蒸
発器４の冷媒ガス入口との間には通流管15が連結されて
おり、凝縮器５の冷媒出口とレシーバタンク７の冷媒入
口との間には通流管16が連結されている。そして、蒸発
器４から圧縮機６に冷媒ガスを供給する通流管13の途中
には蒸発圧力調整弁10及び温度計12が介装されている。
また、レシーバタンク７から蒸発器４へ冷媒ガスを供給
する通流管15の途中には、蒸発器４側に膨張弁９が介装
され、レシーバタンク７側にドライヤー８が介装されて
いる。そして、この通流管15における膨張弁９の下流側
の位置と、通流管14との間には通流管17が連結されてお
り、この通流管17にはホットガス弁（開閉弁）11が介装
されている。

このように構成された冷媒ガスの制御装置において
は、圧縮機６により高温圧縮された冷媒ガスは通流管14
を介して凝縮器５に送給され、凝縮器５により冷却凝縮
された後、この冷媒は通流管16を介してレシーバータン
ク７に供給されて蓄積される。これにより、凝縮器５に
おいては、処理空気１の冷却空気２が水分量が一定のま
まで加熱されて、乾燥空気３が得られる。

一方、レシーバータンク７内に蓄えられた冷媒は冷媒
用ドライヤー８を介して乾燥処理された後、膨張弁９に
送給され、更に通流管14を介して蒸発器４に供給され
る。この冷媒は蒸発器４に入って膨張し、蒸発すること
により、周囲から熱を奪う。これにより蒸発器４におい
ては、処理空気１が冷却されて除湿され、低湿低温空気
２が得られる。冷媒ガスは蒸発器４から出た後、蒸発圧
力調整弁10を介して圧縮機６に戻る。

この場合に、蒸発器４内の冷却温度を決める冷媒の蒸
発温度は蒸発圧力調整弁10により蒸発器４内の圧力を調
整することにより調節する。しかしながら、取入れた処
理空気１の冷却負荷が減少した場合に、蒸発圧力調整弁
10の出口温度が過度に低くなり、蒸発しきれない冷媒が
圧縮機６に戻るようになる。そうすると、所謂液バック
が発生し、正常な運転ができなくなる。そこで、この液
バックを停止するため、温度計12により蒸発圧力調整弁
10の出口温度を検出し、この出口温度が所定値以下にな
った場合に、それ迄凝縮機５の入口部に供給されていた
圧縮機６からの高温高圧ガス（以下、ホットガスとい
う）をホットガス弁11を開にして直接蒸発器４の冷媒ガ
ス入口に供給すると共に、蒸発器４の冷却フィン部が過
度に冷却されないように運転を調整する。

このように、従来の冷媒制御装置は、ホットガスを膨
張弁９の下流側の通流管部に供給することにより、蒸発
器４のフィン部に付着した霜を除去（デフロスト）した
り、冷凍圧縮機の保護を図っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の冷媒制御装置は、単なる空調装
置ではなく、除湿装置に適用し、しかも極力低温に空気
を冷却せんとする場合には、以下に示すような問題点が
ある。

即ち、処理空気１の温度及び／又は湿度が低下し、冷
却負荷が減少してきても、蒸発圧力調整弁10の蒸発圧力
設定値がフィン温度＋０℃以上に設定されると共に蒸発
圧力調整弁10の調整範囲内にある場合は、蒸発器４のフ
ィンに結霜することはない。

しかしながら、冷却負荷が減少し、圧縮機６への液バ
ックを防止するため、ホットガス弁11が開放され、ホッ
トガスが急に蒸発器４に導入された場合には、蒸発器４
のフィン温度が上昇してしまう。このため、所定の除湿
レベルを安定して得ることができない。また、上述の入
口空気の条件よりも冷却負荷が更に一層減少し、蒸発圧
力調整弁10の調整範囲外となったり、蒸発圧力調整弁10
の調整圧を−０℃以下の蒸発圧としていたり、又は蒸発
圧力調整弁10自体を具備していない場合には、蒸発器４
のフィン部に結霜が生じて正常な冷却作用が得られなく
なる。

湿式除湿機においては、冷却温度を可及的に低くする
必要があることから、上述のような運転が多用されてい
るが、この場合に、一定期間の運転後、必ずホットガス
弁11を開にして着霜の除去（デフロスト）を行う必要が
ある。即ち、例えば第４図に示すように、１時間の着霜
期間後、約0.2時間ホットガスを供給する。次いで、再
度１時間着霜した後、約0.2時間ホットガスを供給し、
これを繰り返す。

このホットガス期間においては、着霜していた霜は溶
けて水滴となり、ドレンを介して排出されるが、その一
部は蒸発器４のフィン部を通過する空気を加湿すること
になり、第４図に示すように除湿空気の露点が上昇す
る。而して、乾燥空気３には一定の除湿レベルが必要と
されるため、このようなホットガス期間があることは極
めて不都合である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、処理空気の冷却負荷が変動しても、冷凍機を停止す
ることなく、且つ一定の冷却空気温度又は湿度レベルに
保持して運転することができる冷凍機冷媒制御装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る冷凍機冷媒制御装置は、処理空気を冷却
して、冷却ガスを得る蒸発器と、前記冷却ガスを加熱し
て乾燥空気を得る凝縮器とを備えた冷凍機において、前
記蒸発器及び凝縮器に対する冷媒の供給を制御する冷媒
制御装置であって、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、冷媒
を貯留する受留機と、前記蒸発器の冷媒ガス出口と前記
圧縮機の冷媒ガス入口との間に連結され蒸発圧力調整弁
を介装した第１の通流管と、前記圧縮機の冷媒ガス出口
と前記凝縮器の冷媒ガス入口との間に連結された第２の
通流管と、前記凝縮器の冷媒出口と前記受留機との間に
連結された第３の通流管と、前記受留機と前記蒸発器の
冷媒ガス入口との間に連結された膨張弁を介装した第４
の通流管と、前記圧縮機から出た冷媒ガスを前記第４の
通流管における前記膨張弁よりも上流側の位置に導くと
共に第１の開閉弁を介装した第５の通流管と、前記第１
の通流管における前記蒸発圧力調整弁の上流側にて、冷
媒温度、冷媒圧力又は第１の通流管の管壁温度を検出す
る第１の検出器と、を有し、前記第１の検出器の検出結
果に基づいて前記開閉弁を開にして前記圧縮機から出た
冷媒ガスを前記第４の通流管における前記膨張弁の上流
側の位置に導入することを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、第１の検出器が第１の通流管を通
流する冷媒ガスの温度又は圧力が所定の設定値以下にな
ったことを検出すると、第１の開閉を開にし、圧縮機か
らの高温、高圧の冷媒ガスを第４の通流管の膨張弁の上
流側に導入する。このように、圧縮機からの冷媒ガスを
膨張弁の上流側に導入するので、高温、高圧の冷媒ガス
が直接蒸発器に導入されることはなく、急激又は過剰に
蒸発器が冷却されることを防止できる。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について
説明する。

第１図は本発明を除湿装置に適用した第１の実施例に
係る冷媒制御装置を示すブロック図である。この第１図
において第３図と同一物には同一符号を付して説明を省
略する。

本実施例は、温度計22を通流管13における蒸発圧力調
整弁10の上流側の位置に設けると共に、レシーバータン
ク７からの冷媒を蒸発器４に供給する通流管15における
膨張弁９の上流側の位置と通流管14とを通流管20により
連結し、この通流管15の途中に介装した膨張弁９とドラ
イヤー８との間に、圧縮機６からの冷媒ガスを通流管20
を介して供給するように構成した点が従来の冷媒制御装
置と異なる。この通流管20にはホットガス弁（第11の開
閉弁）21を介装してある。

本実施例においては、蒸発圧力調整弁10に入る冷媒ガ
スの温度を温度計22により検出し、この検出温度が設定
値以下となった場合にホットガス弁21を開にし、圧縮機
６からのホットガスを膨張弁９の上流側の位置にて通流
管15に供給する。このホットガスはレシーバタンク７か
らの冷媒と共に、膨張弁９を介して蒸発器４に導入さ
れ、冷媒は膨張して蒸発すると共に、前記ホットガスは
蒸発器４内の圧力を高める。

このようにすれば、冷媒蒸発温度自体を通常運転時に
着霜しない限界のマイナス温度に設定できる。このた
め、処理空気１の冷却負荷が低下した場合には、蒸発器
４のフィンを貫く冷媒配管自体の温度が低下してフィン
に着霜する条件となるのを待って蒸発器４にホットガス
を供給できる。

また、このときに供給されたホットガスは膨張弁９の
上流側の通流管21に導入されるので、急激且つ過度に蒸
発器４が冷却されることを防止できる。

また、本制御回路におけるホットガスの役割は、一度
着霜した霜のデフロストではなく、着霜が生じないよう
にすることである。従って、膨張弁９の下流側にホット
ガスを導入する従来技術に比して瞬時的効果は得られな
いものの、着霜を防止し、且つ除湿レベルを良好な安定
状態に保持することができる。なお、本実施例では、取
入れられた処理空気１の冷却負荷が短時間に大きく変動
する場合には、追随制御はし難いが、通常、除湿が必要
とされる場合には、数時間に亘る緩やかな冷却能力の負
荷変動が生じるものであり、本実施例の制御装置でも十
分対応できる。

また、本実施例においては、冷却負荷が極端に少ない
空気、例えば冬季の外気を導入するようなときには、蒸
発圧力調整弁10の調整範囲を超えることとなるため、冷
凍機の低圧防止弁により、又は強制的に冷凍機を停止さ
せることにより、冷凍機の保護を図る必要がある。

第２図は本発明の第２の実施例に係る冷媒制御装置を
示すブロック図である。なお、第２図において第１図と
同一物には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例は上述のような大きな負荷変動があっても、
常に冷凍機を運転させながら安定した除湿を行うことが
できるように構成したものである。

つまり、第２図に示すごとく、通流管20に着霜防止用
の流量調節弁23を介装し、この通流管20と通流管14との
連結位置と、通流管13における蒸発圧力調整弁10の下流
側の位置との間に通流管24を連結してある。そして、こ
の通流管24に圧縮機保護用ホットガス弁26と同じく圧縮
機保護用の流量制御弁27を介装し、更に、圧縮機６に導
入される直前の冷媒圧力、冷媒温度又は冷媒配管温度を
検出する検出器22を通流管13に設けてある。

このように構成された冷媒制御装置においては、検出
器22の検出値が設定値以下となると、圧縮機６の保護用
ホットガス弁27を開放し、圧縮機６の直前にホットガス
を供給する。前述したように蒸発器４内での着霜を防止
するために、検出器22の検出結果に基づいてホットガス
弁22を開にしてホットガスを膨張弁９の上流側の通流管
15に供給する。そして、各ホットガス通流管20,24に設
けたホットガスの流量調節弁23,27を調節して通流管15
及び通流管13へのホットガスの分流量を調整すれば、多
少の冷却負荷変動に伴う着霜の防止は勿論のこと、大き
な冷却負荷変動により蒸発圧力調整弁の調整範囲を超え
るようなことがあっても、圧縮機６を停止することな
く、円滑で安定した除湿運転を維持できることとなる。

次に、本発明の第１及び第２の実施例に係る除湿器を
実際に運転した結果について、従来例と比較して下記第
１表に示す。

この第１表において、エンタルピーは該当空気が保有
するエネルギ状態を示し、例えば25℃及びRH（相対温
度）80％の空気を５℃及びRH90％に冷却するのに必要な
冷却能力は風量がQkg/時間の場合は、25℃及びRH80％の
エンタルピーが15.8kal/kgであり、５℃及びRH90％のエ
ンタルピーが4.1kal/kgであるから、 q_C＝Ｑ（kg/時間）×（15.8−4.1）（kal/kg） となる。従って、空気のエネルギ状態が大きく変動する
と、冷却すべきエネルギ量も大きく変わる。

一方、冷凍機自体の冷却出力調整は困難であり、且
つ、オン−オフ制御に伴う圧縮機の起動・停止を頻繁に
行うことは好ましくないため、極力、冷凍機は連続して
安定稼働させ、冷却能力の余剰分は本発明及び従来例で
示したようにホットガスを供給して能力調整する手段が
使用されている。

また、従来例における冷媒蒸発温度設定値は、通常は
＋０乃至２℃程度に設定されているが、その場合、空気
温度は10℃程度まで冷却するのが限度となるが、本実施
例と比較するためにこの空気温度は本実施例及び比較例
で同一設定値とした。これにより、フィン温度を十分冷
却し、除湿性能を最大限発揮できるようにした。従来例
の25℃、RH40％（ｂ欄）では、第４図に示すように露点
が大きく変動することとなる。

一方、10℃及び40％（第１表Ｃ欄）では入口空気の露
点自体が−３℃レベルであり、着霜しない０℃以上で
は、除湿不可であるため、入口条件を検出することによ
り、又は冷凍器の低圧制御により、従来例では冷凍器が
停止させる。本発明の第１の実施例でも同様に停止させ
る。

しかしながら、本発明の第２の実施例においては、凝
縮器５を別途空冷又は水冷で行うこととし、蒸発器４の
後段に乾式除湿機が配置される場合に、この乾式除湿機
の入口空気の除湿はできなくても空気温度自体を極力下
げておくことは乾式除湿機の性能を大幅に向上させるこ
ととなり、その意味では本発明の第２の実施例に示すよ
うに10℃、RH40％以下でも安定した冷凍機の運転ができ
る冷媒制御が必要となってくる。

第１表からわかるように、処理空気入口条件がａから
出発してa,b,cと変化した場合、フィン温度は従来例に
おいては−1.7℃（ｂの場合）となり、結霜の条件とな
った。また、処理空気入口条件がｃとなった場合、第１
の実施例では圧縮機の停止が発生したが、第２の実施例
ではフィン温度はマイナスとならず、結霜が生じなかっ
た。

なお、本発明でいう冷凍サイクル装置とは所謂基本機
器を具備しているものをいい、第１図及び第２図の冷凍
制御回路は基本フローのみを示したものである。この他
に、通常具備される低圧防止弁及び高圧防止弁等の補助
機器を付加してもよいことは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る冷凍機の冷媒制御
装置によれば、処理空気の冷却負荷変動があっても、一
定の条件での冷却が可能となり、本発明を除湿装置に適
用すれば、効率的な除湿が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る冷媒制御装置を示
すブロック図、第２図は同じく本発明の第２の実施例に
係る冷媒制御装置を示すブロック図、第３図は従来の冷
媒制御装置を示すブロック図、第４図は第３図に示す冷
媒制御装置での除湿態様を示すグラフ図である。 1:処理空気、2;冷却空気、3;再熱空気（乾燥空気）、4;
蒸発器（冷却器）、5;凝縮器、6;圧縮機、7;レシーバー
タンク、8;ドライヤー、9;膨張弁、10;蒸発圧力調整
弁、11,21,26;ホットガス弁、13,第１通流管、14;第２
通流管、15;第４通流管、16;第３通流管、23,27;流量調
節弁

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理空気を冷却して、冷却ガスを得る蒸発
   器と、前記冷却ガスを加熱して乾燥空気を得る凝縮器と
   を備えた冷凍機において、前記蒸発器及び凝縮器に対す
   る冷媒の供給を制御する冷媒制御装置であって、冷媒ガ
   スを圧縮する圧縮機と、冷媒を貯留する受留機と、前記
   蒸発器の冷媒ガス出口と前記圧縮機の冷媒ガス入口との
   間に連結され蒸発圧力調整弁を介装した第１の通流管
   と、前記圧縮機の冷媒ガス出口と前記凝縮器の冷媒ガス
   入口との間に連結された第２の通流管と、前記凝縮器の
   冷媒出口と前記受留機との間に連結された第３の通流管
   と、前記受留機と前記蒸発器の冷媒ガス入口との間に連
   結され膨張弁を介装した第４の通流管と、前記圧縮機か
   ら出た冷媒ガスを前記第４の通流管における前記膨張弁
   よりも上流側の位置に導くと共に第１の開閉弁を介装し
   た第５の通流管と、前記第１の通流管における前記蒸発
   圧力調整弁の上流側にて、冷媒温度、冷媒圧力又は第１
   の通流管の管壁温度を検出する第１の検出器と、を有
   し、前記第１の検出器の検出結果に基づいて前記開閉弁
   を開にして前記圧縮機から出た冷媒ガスを前記第４の通
   流管における前記膨張弁の上流側の位置に導入すること
   を特徴とする冷凍機冷媒制御装置。
2. 【請求項２】前記第１の通流管における前記蒸発圧力調
   整弁の下流側の位置と、前記第２の通流管との間に連結
   され第２の開閉弁を備えた第６の通流管と、前記第１の
   通流管における前記第６の流通管との連結位置より下流
   側の位置にて、冷媒温度、冷媒圧力又は第１の通流管の
   管壁温度を検出する第２の検出器と、を有し、前記第２
   の検出器の検出結果に基づいて前記第２の開閉弁を開に
   して前記圧縮機から出た冷媒ガスを前記第１の通流管に
   導入することを特徴とする請求項１に記載の冷凍機冷媒
   制御装置。
3. 【請求項３】前記第６の通流管には冷媒の流量を調節す
   る流量調節弁を設けたことを特等とする請求項２に記載
   の冷凍機冷媒制御装置。