JP3336032B2 - インジェクション回路を備えた冷凍回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体の冷却と冷却した
気体のヒータによる温度制御により所定温度雰囲気を得
るにあたり該気体の冷却に用いるインジェクション回路
を備えた冷凍回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境試験装置等におけるかかる冷凍回路
では古くからフロンＲ５０２等の冷媒が使用されてきた
が、近年、この種の冷媒は環境破壊の恐れがあることか
ら、その代替として例えばフロンＲ２２等の冷媒に変更
されつつある。フロンＲ２２等の代替冷媒はその特性か
ら冷凍回路における圧縮機で断熱圧縮したとき、圧縮機
吐出部の冷媒温度が高くなり易く、そのため冷媒の劣
化、圧縮機オイルの劣化等を引き起こす。

【０００３】それ故、この種の代替冷媒を用いるとき
は、図４に例示するように、凝縮器２の出口側で本回路
６に受液器３を設け、この受液器３に溜まった凝縮液冷
媒の一部を、膨張機構７１を含んでロータリ型、スクロ
ール型等の圧縮機１のシリンダのインジェクション口
（中間インジェクション口）１１に接続されたインジェ
クション回路７に流入させ、該膨張機構７１を経て圧縮
機１へ注入するようにし、これによって圧縮機１を冷却
して、その異常昇温を防止することが行われている。

【０００４】なお、凝縮冷媒の一部を圧縮機の吸入口に
戻す方式もあるが、前述のように中間インジェクション
口に戻す方が圧縮機の冷却効果は大きい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記受
液器３は、一般に、本回路６の冷媒容量に対し、かなり
大きい割合の冷媒容量を有するので、冷凍回路全体とし
てみるとき、この受液器３のために高価な冷媒を多量に
必要とし、それだけ不経済である。環境試験装置等、各
種の装置に採用されている冷凍回路は、通常、装置の小
型化、高価な冷媒の節約のため、その回路容積をできる
だけ小さくすることが要請される。従って、冷媒容量を
増加させる前記受液器の使用は望ましくない。

【０００６】そこで本発明は、気体の冷却と冷却した気
体のヒータによる温度制御により所定温度雰囲気を得る
にあたり該気体の冷却のために用いるインジェクション
回路を備えた冷凍回路であって、従来の受液器を用いる
場合に比べると冷媒量を大幅に節約でき、それでいてイ
ンジェクション回路へ簡単、確実に凝縮液冷媒を供給し
て圧縮機の異常昇温を防止し、その運転状態を安定化さ
せることができるインジェクション回路を備えた冷凍回
路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決すべく研究を重ね、次のことを見出した。一般に冷凍
回路は圧縮機の冷媒吐出口に凝縮器、膨張機構及び蒸発
器が順次配管接続され、蒸発器の冷媒出口が圧縮機の冷
媒吸入口に配管接続されている回路（以下本回路とい
う）を含んでおり、該本回路の凝縮器を出て膨張機構へ
流入する冷媒は全て液冷媒となるように回路設計される
が、所定の空間を温度制御するにあたり、冷凍回路の蒸
発器により気体を冷却し、この冷却された気体をヒータ
の適宜の運転により所望温度に向け制御するような場
合、該空間に高温雰囲気を得ようとするとき、凝縮器を
出て本回路の膨張機構へ流入する冷媒はガス混じりの冷
媒であってもよく、圧縮機へ通じるインジェクション回
路に液冷媒が流れ、圧縮機が正常に運転されれば足り
る。そして、このような観点から、冷凍回路における冷
媒容量を必要最小にとどめ、冷媒を節約することが望ま
れる。

【０００８】かかる冷凍回路においては、凝縮器を出た
冷媒がガス混じりのものであるとき、該冷媒の一部を気
液分離して気体冷媒は本回路に戻し、インジェクション
回路には液冷媒のみが流入するように構成すればよい。
しかも、この気液分離に用いる気液分離器は市販のもの
を利用でき、従来の受液器より冷媒容量の小さいこの気
液分離器を採用する方が冷凍回路の冷媒容量は一層少な
く済む。また、凝縮器を出た冷媒が全て液冷媒となる場
合であっても、本回路を流れる冷媒はそのままにしてお
き、気液分離器に流入した液冷媒はその一部がインジェ
クション回路に、残部が本回路に流れるようにしておけ
ば、冷凍回路の運転に何ら支障はない。

【０００９】本発明はこのような知見に基づき、気体の
冷却と冷却した気体のヒータによる温度制御により所定
温度雰囲気を得るにあたり該気体の冷却のために用いる
インジェクション回路を備えた冷凍回路であって、圧縮
機の冷媒吐出口に凝縮器、膨張機構及び蒸発器が順次配
管接続され、蒸発器の冷媒出口が圧縮機の冷媒吸入口に
配管接続されている回路（本回路）を有しており、前記
凝縮器を出た冷媒の一部を気液分離するための気液分離
器を該凝縮器出口側で前記本回路に分岐接続し、該気液
分離器の気体出口を前記本回路に戻し接続するととも
に、該気液分離器の液出口を、膨張機構を含んで圧縮機
インジェクション口に接続されたインジェクション回路
に接続したことを特徴とするインジェクション回路を備
えた冷凍回路を提供する。

【００１０】前記気液分離器は一般に市販されているも
のから適宜選択採用できる。また、それには冷媒の一部
のみしか流れないから、その容量は、従来のインジェク
ション回路付き冷凍回路に備わっている受液器の容量に
比べ、大幅に小さいもので足りる。気液分離器にて分離
された冷媒を本回路に戻すにあたっては、これをそのま
ま本回路における膨張機構の入口側に戻す場合のほか、
別の膨張機構を介して本回路の膨張機構より下流側で蒸
発器の入口側へ戻したり、蒸発器より下流側で圧縮機の
吸入口側に戻すこと等が考えられる。

【００１１】

【作用】本発明冷凍回路によると、冷媒は圧縮機で圧縮
されたのち凝縮器において凝縮され、凝縮器から出た冷
媒の一部は気液分離器へ流入し、残部はそのまま本回路
を流れて本回路の膨張機構を介して蒸発器へ流入し、こ
こで熱交換されたあと再び圧縮機吸入口へ戻る。気液分
離器へ流入した冷媒は、それがガス混じりの冷媒のとき
は気液分離されて気相冷媒又は該気相冷媒と液相冷媒の
一部が、また、流入した冷媒が全て液冷媒のときはその
一部が、前記本回路の膨張機構の入口側へ直接戻される
か、或いは別の膨張機構を経て蒸発器の冷媒入口側、又
は圧縮機の吸入口側へ戻される等して本回路へ戻され、
本回路を流れる冷媒に合流する。一方、気液分離器にお
ける液冷媒はその全部又は一部がインジェクション回路
へ流入し、その回路の膨張機構を経て圧縮機のインジェ
クション口へ流れ、該圧縮機の冷却に供されると共に本
回路からの冷媒に合流する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は一実施例を示しており、図２は他の実施例
を、図３はさらに他の実施例を示している。いずれの実
施例も、その蒸発器５は、所定温度雰囲気を得ようとす
る空間、例えば恒温器の如き環境試験装置の試験槽内空
間に配置され、該空間の気体の冷却に供される。なお、
このように冷却された気体は通常蒸発器の下流側に設け
られる図示しないヒータの適宜運転にて所定温度へ向け
制御される。

【００１３】これら３つの実施例は、次の点が共通して
いる。すなわち、何れの実施例冷凍回路においても、中
間インジェクション口を備えた圧縮機（ここではスクロ
ール圧縮機）１が含まれており、該圧縮機の冷媒吐出口
１３に凝縮器２、膨張機構４及び蒸発器５が順次配管接
続され、蒸発器５の冷媒出口が圧縮機１の冷媒吸入口１
２に配管接続されて本回路６が形成されている。使用冷
媒は本例ではフロンＲ２２である。

【００１４】図１の実施例では、本回路６のうち凝縮器
２の出口側の部分に分岐管８０が接続され、さらにこの
分岐管に気液分離器８が接続されている。この気液分離
器８は市販のもので足り、従来のインジェクション回路
を備えた冷凍回路における受液器３に比べると、その容
量は大幅に小さいものでよい。分離器８の液冷媒出口８
１はインジェクション回路７に接続され、このインジェ
クション回路７は膨張機構７１を含み、該膨張機構の出
口は圧縮機１のインジェクション口１１に接続されてい
る。また、分離器８の気相冷媒出口８２は管９１にて前
記分岐点より下流側、且つ、膨張機構４より上流側の本
回路６に戻し接続されている。

【００１５】図２の実施例では、気液分離器８の気相冷
媒出口８２が膨張機構９３を含む管９２にて本回路の膨
張機構４より下流側、且つ、蒸発器５より上流側で本回
路６に戻し接続されている。その他の点は図１の実施例
と同構成である。図３に示す実施例では、気液分離器８
の気相冷媒出口８２が、さらに別の膨張機構９５を含む
管９４にて蒸発器５より下流側、且つ、圧縮機１の吸入
口１２より上流側で本回路６に戻し接続されている。そ
の他の点は図１に示す実施例と同構成である。

【００１６】以上説明した各実施例によると、冷媒は圧
縮機１で圧縮されたのち凝縮器２において凝縮され、凝
縮器２から出た冷媒の一部は気液分離器８へ流入し、残
部はそのまま本回路６を流れる。本回路６を流れる冷媒
は本回路における膨張機構４にて膨張して蒸発器５へ流
入し、ここで熱交換されたのち圧縮機１の吸入口１２へ
戻る。

【００１７】一方、気液分離器８へ流入した冷媒は該分
離器で気液分離され、分離された液冷媒の全部又は一部
はインジェクション回路７へ流入し、そこの膨張機構７
１を経て、圧縮機１のインジェクション口１１へ流入
し、これによって圧縮機１を冷却して、該圧縮機の異常
昇温を防止しつつ本回路からの冷媒に合流する。気液分
離器８にて分離された気相冷媒又は該気相冷媒と液冷媒
の一部は、図１の実施例では本回路６の膨張機構４の入
口側に戻され、本回路を流れる冷媒と合流してそのまま
本回路を流れる。

【００１８】図２の実施例では分離器８を出た気相冷媒
又は該気相冷媒と液冷媒の一部は膨張機構９３を通って
本回路へ戻され、そこの冷媒と合流して蒸発器５へ流入
したのち熱交換されて圧縮機１へ戻る。図３の実施例で
は分離器８を出た気相冷媒又は該気相冷媒と液冷媒の一
部は膨張機構９５を通って本回路６へ戻され、そこの冷
媒と合流して圧縮機へ戻る。

【００１９】なお、前記いずれの実施例でも、分離器８
へ流入する冷媒が全て液冷媒のときは、分離器８におけ
る液冷媒の一部がインジェクション回路７へ流れ、残部
は本回路へ戻される。前記いずれの実施例においても、
使用される気液分離器８はその容量が小さいものである
から、この気液分離器８が備わっていても、冷凍回路全
体の冷媒の容量は、従来の受液器を使用する冷凍回路に
比べて大幅に少なく済み、それだけ全体を安価に提供す
ることができる。また、圧縮機インジェクション口１１
には常時液冷媒が流れるから、その運転状態は安定す
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、気
体の冷却と冷却した気体のヒータによる温度制御により
所定温度雰囲気を得るにあたり該気体の冷却のために用
いるインジェクション回路を備えた冷凍回路であって、
従来の受液器を用いる場合に比べると冷媒量を大幅に節
約でき、それでいてインジェクション回路へ簡単、確実
に凝縮液冷媒を供給して圧縮機の異常昇温を防止し、そ
の運転状態を安定化させることができるインジェクショ
ン回路を備えた冷凍回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成図である。

【図２】本発明の他の実施例の回路構成図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例の回路構成図であ
る。

【図４】従来例の回路構成図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ４ 本回路の膨張機構 ５ 蒸発器 ６ 本回路 ７ インジェクション回路 ７１ インジェクションの膨張機構 ８ 気液分離器 ８１ 分離器８の液冷媒出口 ８２ 分離器８の気相冷媒出口 ９１、９２、９４ 気相冷媒戻し管 ９３ 気相冷媒戻し管９２中の膨張機構 ９５ 気相冷媒戻し管９４中の膨張機構

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体の冷却と冷却した気体のヒータによ
   る温度制御により所定温度雰囲気を得るにあたり該気体
   の冷却のために用いるインジェクション回路を備えた冷
   凍回路であって、圧縮機の冷媒吐出口に凝縮器、膨張機
   構及び蒸発器が順次配管接続され、該蒸発器の冷媒出口
   が該圧縮機の冷媒吸入口に配管接続されている本回路を
   含んでおり、前記凝縮器を出た冷媒の一部を気液分離す
   るための気液分離器を該凝縮器出口側で前記本回路に分
   岐接続し、該気液分離器の気体出口を前記本回路に戻し
   接続するとともに、該気液分離器の液出口を、膨張機構
   を含んで圧縮機インジェクション口に接続されたインジ
   ェクション回路に接続したことを特徴とするインジェク
   ション回路を備えた冷凍回路。