JP4356146B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
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Description
【発明の属する技術分野】
【0002】
本願発明は、冷蔵庫等に用いられる冷凍装置に関するものである。
【従来の技術】
【0003】
冷蔵庫等に用いられる冷凍装置の場合、蒸発器の冷却能力を最大限に発揮させるために、凝縮器からの液冷媒に過冷却を付けることが行われている。例えば、凝縮器の出口側に過冷却熱交換器を設け、該過冷却熱交換器において、前記凝縮器からの液冷媒と該液冷媒から分岐された後に減圧された気液混合冷媒とを熱交換させて蒸発潜熱により過冷却を付けるという方法がある。
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところが、上記したように過冷却を付ける場合、十分な過冷却を付けるためには過冷却熱交換器における液冷媒と気液混合冷媒との熱交換距離(換言すれば、熱交換に要する距離)を大きくしなければならないし、ガス側に過熱が付くおそれもある。特に、凝縮器を空冷とした場合、外気温度が低く、庫内温度が高い条件(即ち、高低圧差がなくなり、減圧機構として用いられる感温膨張弁の能力が足らなくなる条件)においては、感温膨張弁を有効に使う為に、より大きな過冷却度が必要となる。
【0005】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、蒸発器における冷却能力を最大限に発揮させるに足る十分な過冷却をとり得るようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1の発明では、上記課題を解決するための手段として、圧縮機1、凝縮器2、減圧機構3および蒸発器4を冷媒配管を介して順次接続してなる冷凍装置において、前記凝縮器2と減圧機構3との間に、該凝縮器2からの液冷媒を第1の熱媒体(例えば、外部熱媒体)により過冷却する第1の過冷却熱交換器6と、該第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒を第2の熱媒体(例えば、気液混合冷媒)の蒸発潜熱によりさらに過冷却する第2の過冷却熱交換器7とを設けるとともに、前記第2の過冷却熱交換器7を、外周面に鋸歯状のフィン27を形成してなり、前記第1の過冷却熱交換器6からの過冷却冷媒が供給される内管25と前記凝縮器2からの液冷媒の一部を減圧したものが供給される外管26とからなる二重管式熱交換器により構成している。
【0007】
上記のように構成したことにより、第1の過冷却熱交換器6において第1の熱媒体(例えば、外部熱媒体)との熱交換により凝縮器2からの液冷媒に過冷却がつけられた後、第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒に、第2の過冷却熱交換器7において第2の熱媒体(例えば、気液混合冷媒)の蒸発潜熱によりさらに過冷却が付けられて蒸発器4に供給されることとなる。従って、蒸発器4における冷却能力を最大限に発揮させるに足る十分な過冷却が得られる。しかも、第2の過冷却熱交換器7を、外周面に鋸歯状のフィン27を形成してなり、前記第1の過冷却熱交換器6からの過冷却冷媒が供給される内管25と前記凝縮器2からの液冷媒の一部を減圧したものが供給される外管26とからなる二重管式熱交換器により構成しているので、優れた伝熱性能を有するとともに圧力損失を著しく低減できるところから、過冷却熱交換器として極めて有効である。また、第2の過冷却熱交換器7において第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒が飽和状態の液冷媒の一部を減圧したものと熱交換することとなり、より大きな過冷却度が得られる。
【発明の実施の形態】
【0008】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【0009】
第1の実施の形態
図1には、本願発明の第1の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路が示されている。
【0010】
この冷凍装置は、並列に接続された一対の圧縮機1,1、室外ファン8を付設した空冷凝縮器2、減圧機構として作用する膨張弁3および並列に接続された一対の蒸発器4,4を冷媒配管を介して順次接続して構成されている。
【0011】
前記凝縮器2と膨張弁3との間には、該凝縮器2の出口側に接続されたレシーバ5と、該レシーバ5の液相部からの液冷媒を第1の熱媒体である外部熱媒体(例えば、室外空気)により過冷却する空冷の第1の過冷却熱交換器6と、該第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒を第2の熱媒体である気液混合冷媒の蒸発潜熱によりさらに過冷却する第2の過冷却熱交換器7とが設けられている。なお、本実施の形態においては、前記室外ファン8は、凝縮器2と第1の過冷却熱交換器6とに共用されている。
【0012】
前記第2の過冷却熱交換器7には、前記レシーバ5の液相部からの液冷媒の一部が感温膨張弁9により減圧して供給されることとなっている。該感温膨張弁9の感温筒9aは、前記第2の過冷却熱交換器7と前記圧縮機1,1の吸入管10とを接続するガス配管11に付設されている。つまり、感温膨張弁9は、ガス配管11を流れるガス冷媒の温度に応じて開度制御されることとなっているのである。なお、図2に示すように、感温膨張弁9の感温筒9aを圧縮機1,1の吸入管10に付設して、吸入管10を流れるガス冷媒の温度に応じて感温膨張弁9の開度制御を行うようにしてもよく、この場合には、システム全体の運転状態(即ち、湿り運転か否か)に対応した制御が行える。
【0013】
符号12はホットガスパイパス回路であり、該ホットガスパイパス回路12には、低圧が低下し過ぎたときにバキューム運転を防止すべく開作動される電磁開閉弁13が介設されている。
【0014】
前記圧縮機1,1の吐出側には、ガス冷媒中に含まれる潤滑油を分離する油分離器14が設けられており、該油分離器14で分離された潤滑油は、油戻し管15を介して圧縮機1,1の吸入管10に戻されるようになっている。符号16は油戻し時に開作動される電磁開閉弁である。
【0015】
図面中、符号17は室内ファン、18,19は蒸発器4,4への冷媒供給を制御する電磁開閉弁、20は第2の過冷却熱交換器7への冷媒供給を制御する電磁開閉弁、21は吸入圧力を検知する圧力センサー、22は吐出管温度を検知する吐出管温度センサー、23は外気温度を検知する外気温度センサー、24は閉鎖弁である。
【0016】
ところで、本実施の形態における第2の過冷却熱交換器7は、図3に示すように、内管25と外管26とからなる二重管式熱交換器とされており、前記内管25としては、外周面に鋸歯状のフィン27を形成してなるサーモエクセル管(商品名)が採用されており、内管25には、第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒が供給され、外管26には、レシーバ5の液相部からの液冷媒の一部が感温膨張弁9により減圧されて供給されることとなっている。内管25として用いられているサーモエクセル管は、優れた伝熱性能を有するとともに圧力損失を著しく低減できるところから、過冷却熱交換器として極めて有効である。
【0017】
ちなみに、サーモエクセル管と外周面に螺旋状フィンを有するローフィンチューブとにおける熱通過率Kおよび圧力損失ΔPを比較したところ、図4および図5に示す結果が得られた。この結果から、サーモエクセル管が伝熱性能に優れ且つ圧力損失も小さいことが分かる。
【0018】
上記のように構成された冷凍装置においては、次のような作用効果が得られる。
【0019】
圧縮機1,1から吐出されたガス冷媒は、凝縮器2において凝縮液化された後、レシーバ5へ送られる。該レシーバ5の液相部からの液冷媒は、大部分が第1の過冷却熱交換器6において第1の熱媒体(例えば、外部熱媒体である室外空気)との熱交換により過冷却されるが、さらなる過冷却が必要な場合(即ち、電磁開閉弁20が開作動されている場合)には、前記液相部からの液冷媒の一部は、感温膨張弁9によって減圧されて第2の過冷却熱交換器7に供給される。
【0020】
第2の過冷却熱交換器7においては、第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒が、第2の熱媒体である気液混合冷媒(即ち、レシーバ5の液相部からの液冷媒の一部が減圧されて供給される)の蒸発潜熱によりさらに過冷却される。第2の過冷却熱交換器7において蒸発したガス冷媒は、ガス管11を介して圧縮機1,1の吸入管11に送られる。このとき、感温膨張弁9は、ガス管11内を流れるガス冷媒の温度に応じて適正な開度(即ち、第2の過冷却熱交換器7の出口におけるガス冷媒がやや湿りとなる開度)に制御される。
【0021】
第2の過冷却熱交換器7からの過冷却液冷媒は、膨張弁3で減圧されて蒸発器4,4に供給されて蒸発し、得られた蒸発潜熱が冷蔵熱源として利用される。ここで、蒸発器4,4の能力を最大限に発揮させるためには、蒸発器4,4の出口側のガス冷媒が湿り加減となるように膨張弁3の開度制御が行われるが、第1および第2の過冷却熱交換器6,7により過冷却を付けることで、蒸発器4,4の出口側に流れる冷媒循環量を減少させることができるので、トータル能力がアップする。
【0022】
また、外気温度が低く、庫内温度が高い条件(即ち、高低圧差がなくなり、膨張弁3の能力が足らなくなる条件)においても、十分な過冷却が付けられるところから、能力を確保することができる。
【0023】
第2の実施の形態
図6および図7には、本願発明の第2の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路が示されている。
【0024】
この場合、第2の過冷却熱交換器7に供給される第2の熱媒体である気液混合冷媒は、第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒の一部を減圧したものとされている。このようにすると、第2の過冷却熱交換器7において第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒が該過冷却液冷媒の一部を減圧したものと熱交換することとなり、より大きな過冷却度が得られる。なお、この場合にも、過冷却液冷媒の一部を減圧するための感温膨張弁9の感温筒9aを、図6に示すように、ガス管11に付設してもよいし、図7に示すように、圧縮機1,1の吸入管10に付設して、吸入管10を流れるガス冷媒の温度に応じて感温膨張弁9の開度制御を行うようにしてもよく、この場合には、システム全体の運転状態(即ち、湿り運転か否か)に対応した制御が行える。その他の構成および作用効果は、第1の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0025】
第3の実施の形態
図8には、本願発明の第3の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路が示されている。
【0026】
この場合、第2の過冷却熱交換器7に供給される第2の熱媒体である気液混合冷媒は、凝縮器2からの液冷媒の一部を減圧したものとされている。このようにすると、二つの過冷却熱交換器6,7を簡単な回路で構成することができる。なお、この場合にも、過冷却液冷媒の一部を減圧するための感温膨張弁9の感温筒9aを、図8に示すように、ガス管11に付設してもよいし、圧縮機1,1の吸入管10に付設して、吸入管10を流れるガス冷媒の温度に応じて感温膨張弁9の開度制御を行うようにしてもよく、この場合には、システム全体の運転状態(即ち、湿り運転か否か)に対応した制御が行える。その他の構成および作用効果は、第1の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【発明の効果】
【0027】
請求項1の発明によれば、圧縮機1、凝縮器2、減圧機構3および蒸発器4を冷媒配管を介して順次接続してなる冷凍装置において、前記凝縮器2と減圧機構3との間に、該凝縮器2からの液冷媒を第1の熱媒体(例えば、外部熱媒体)により過冷却する第1の過冷却熱交換器6と、該第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒を第2の熱媒体(例えば、気液混合冷媒)の蒸発潜熱によりさらに過冷却する第2の過冷却熱交換器7とを設けて、第1の過冷却熱交換器6において第1の熱媒体(例えば、外部熱媒体)との熱交換により凝縮器2からの液冷媒に過冷却がつけられた後、第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒に、第2の過冷却熱交換器7において第2の熱媒体(例えば、気液混合冷媒)の蒸発潜熱によりさらに過冷却が付けられて蒸発器4に供給されるようにしたので、蒸発器4における冷却能力を最大限に発揮させるに足る十分な過冷却が得られることとなり、低外気温度時における能力が確保できるとともに、トータル能力をアップさせることもできるという効果がある。しかも、第2の過冷却熱交換器7を、外周面に鋸歯状のフィン27を形成してなり、前記第1の過冷却熱交換器6からの過冷却冷媒が供給される内管25と前記凝縮器2からの液冷媒の一部を減圧したものが供給される外管26とからなる二重管式熱交換器により構成しているので、優れた伝熱性能を有するとともに圧力損失を著しく低減できるところから、過冷却熱交換器として極めて有効であるという効果もある。また、第2の過冷却熱交換器7において第1の過冷却熱交換器6からの過冷却液冷媒が飽和状態の液冷媒の一部を減圧したものと熱交換することとなり、より大きな過冷却度が得られるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の第1の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。
【図2】 本願発明の第1の実施の形態にかかる冷凍装置の変形例を示す冷媒回路図である。
【図3】 本願発明の第1の実施の形態にかかる冷凍装置における第2の過冷却熱交換器を示す拡大断面図である。
【図4】 サーモエクセル管とローフィンチューブとの熱通過率を比較した特性図である。
【図5】 サーモエクセル管とローフィンチューブとの圧力損失を比較した特性図である。
【図6】 本願発明の第2の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。
【図7】 本願発明の第2の実施の形態にかかる冷凍装置の変形例を示す冷媒回路図である。
【図8】 本願発明の第3の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
1は圧縮機、2は凝縮器、3は減圧機構(膨張弁)、4は蒸発器、5はレシーバ、6は第1の過冷却熱交換器、7は第2の過冷却熱交換器、9は感温膨張弁。
Claims (1)
- 圧縮機(1)、凝縮器(2)、減圧機構(3)および蒸発器(4)を冷媒配管を介して順次接続してなる冷凍装置であって、前記凝縮器(2)と減圧機構(3)との間には、該凝縮器(2)からの液冷媒を第1の熱媒体により過冷却する第1の過冷却熱交換器(6)と、該第1の過冷却熱交換器(6)からの過冷却液冷媒を第2の熱媒体の蒸発潜熱によりさらに過冷却する第2の過冷却熱交換器(7)とを設けるとともに、前記第2の過冷却熱交換器(7)を、外周面に鋸歯状のフィン(27)を形成してなり、前記第1の過冷却熱交換器(6)からの過冷却冷媒が供給される内管(25)と前記凝縮器(2)からの液冷媒の一部を減圧したものが供給される外管(26)とからなる二重管式熱交換器により構成したことを特徴とする冷凍装置。
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