JPH0113969Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は受液器を備えた冷媒の潜熱を利用する
蒸気圧縮式の冷凍装置に関するものである。

第１図は従来の冷凍装置の冷媒回路を示す図
で、圧縮機１を出た高温高圧の冷媒ガスは、凝縮
器２にて放熱して凝縮液化し、受液器３を通り絞
り装置４に至る。ここで減圧された冷媒は、蒸発
器５にて周囲より熱を奪い、蒸発・気化し圧縮機
１に戻り冷凍サイクルを完了する。この場合のモ
リエル線図は第２図に示す通りになり、圧縮機１
での入力は₃−₂に冷媒循環量をかけた値であ
り、蒸発器５において周囲より奪う熱量は₂−
₁に冷媒循環量をかけた値である。従つてこの
場合の成積係数は₂−₁／₃−₂となる。一般にこ
の 値は空気調和機にあつては２よりも大きな値であ
り、冷凍食品や乳製品を貯蔵するために使用する
冷凍装置にあつては２以下となるのが普通であ
る。特に冷凍食品のように低い温度で使用する場
合はこの成積係数は、１またはそれ以下の値にま
で低下してしまう。この成積係数を向上させるた
めに考案されたのが第３図に示す冷媒回路であ
る。この場合は、圧縮機１を出た高温高圧の冷媒
ガスは凝縮器２にて放熱して凝縮液化し、受液器
３を通つた液冷媒は気液熱交換器６によつて吸入
ガスに熱を奪われ、絞り装置４に至る。

ここで減圧された冷媒は、蒸発器５にて周囲か
ら熱を奪い蒸発気化して気液熱交換器６に入る。
ここで先に述べたとおり、圧縮機１に戻り冷凍サ
イクルを完了する。この場合のモリエル線図は第
４図に示す通りになる。圧縮機１での入力は₆
−₅に冷媒循環量をかけた値であり、蒸発器５
において周囲から奪う熱量は₂−₄に冷媒循環
量をかけた値である。気液熱交換器６において液
冷媒の失なう熱量は、蒸発器を出たガス冷媒が得
る熱量に等しい。前者は₁−₄に冷媒循環量を
かけた値であり、後者は₅−₂に冷媒循環量を
かけた値である。このことにより蒸発器５におい
て周囲から奪う熱量である₂−₄に冷媒循環量
をかけた値は、₅−₁に冷媒循環量をかけた値
に等しい。従つてこの場合の成積係数は
₅−₁／₆−₅となる。圧縮機１の入力は、蒸発圧
力 が同じであるときは、圧縮機に吸入される冷媒の
エンタルピの大小によつてあまり変化しない。そ
のため第１図の場合の回路に比べて第３図の回路
では成積係数が向上する。しかしながら気液熱交
換器６において熱交換可能なのは、最大でも吸入
ガスの温度が受液器３の出口における液冷媒の温
度に上昇するまで吸収する熱量であり、気液熱交
換器６による成積係数向上には限界がある。また
通常、冷凍装置にあつては吸入ガス温度を無制限
に高くすることができない。なぜならば、あまり
吸入ガスの過熱度を大きくすると圧縮機の吐出ガ
ス温度が高くなりすぎ、圧縮機の軸受部の潤滑に
使用している油の劣化をまねき、圧縮機を損傷す
るおそれがあるためである。

一例としては、冷媒R502を使用した場合の理
論成積係数について示すこととする。ここで凝縮
圧力飽和温度としては45℃をとり、蒸発圧力飽和
温度として−40℃をとることとする。また凝縮器
２を出た冷媒の過冷却度は3degとする。すなわ
ち第１図の回路の場合には、絞り装置４の入口部
における液冷媒の温度は42℃となる。さらに蒸発
器５の出口におけるガス冷媒の過熱度は5degと
して考える。

すなわち蒸発器５の出口におけるガス冷媒の温
度は−35℃となる。この場合第２図に示したモリ
エル線図において ₁＝112.46kcal／Kg ₂＝131.35 〃 ₃＝143.35 〃 となる。従つてこの場合の成積係数（η₁）は η₁＝₂−₁／₃−₂＝131.35−112.46／143.35
−131.35＝1.574 である。

第３図の気液熱交換器６を用いた冷媒回路の場
合には、気液熱交換器６によつてガス冷媒は20℃
まで加熱されるものとすると、第４図に示したモ
リエル線図において ₅＝139.95kcal／Kg ₆＝155.25 〃 となる。従つてこの場合の成積係数（η₂）は η₂＝₅−₁／₆−₅＝139.95−112.46／155.25−1
39.95＝1.797 である。

本考案は上記した点に鑑み、提案されたもの
で、受液器を備えた冷媒の潜熱を利用する蒸気圧
縮式の冷凍装置において、前記受液器内下部の液
冷媒中に付設された蒸発器を有し、同受液器中の
液冷媒を冷却して過冷却を与える副冷凍装置を設
けたことを特徴とし、その目的とするところは、
冷凍能力及び効率を向上させることのできる冷凍
装置を提供しようとするものである。

以下、本考案を図示実施例に基づいて説明す
る。

第５図において１１は主圧縮機、１２は凝縮
器、１３は受液器、１４は絞り装置、１５は蒸発
器で以上により主冷媒回路を構成している。

一方、上記受液器１３中の液冷媒を冷却するた
めの冷凍装置として、副圧縮機２１、凝縮器２
２、絞り装置２４、蒸発器２５により副冷媒回路
を構成している。

主冷媒回路において主圧縮機１１を出た高温高
圧の冷媒ガスは凝縮器１２にて放熱して、凝縮液
化し、受液器１３に溜る。この受液器１３におい
て液冷媒は副冷媒回路の蒸発器２５に放熱し、よ
り低温の液冷媒となつて絞り装置１４に至る。こ
こで減圧された冷媒は蒸発器１５にて周囲から熱
を奪い蒸発気化して主圧縮機１１に戻り冷凍サイ
クルを完了する。同時に副冷媒回路においては、
副圧縮機２１を出た高温高圧の冷媒ガスは、凝縮
器２２にて放熱して凝縮液化し、絞り装置２４に
至る。ここで減圧された冷媒は、蒸発器２５に入
る。ここで先に述べた通り主冷媒回路の液冷媒か
ら吸熱して蒸発気化し副圧縮機２１に戻り冷凍サ
イクルを完了する。

第６図に第５図の冷媒回路を用いた場合の主冷
媒回路のモリエル線図を示す。この場合、蒸発圧
力飽和温度：蒸発器１５の出口における過熱度、
凝縮圧力飽和温度：凝縮器１２の出口における過
冷却度は前記した従来のものの第１図に示す冷媒
回路の場合と同じとする。

この時、主圧縮機１１の入力は、₃−₂に主
冷媒回路の冷媒循環量をかけた値（以下主冷媒循
環量と呼ぶ）となる。第６図において₁−₇で
示されるエンタルピ差に主冷媒循環量をかけて得
られる熱量は、第５図における受液器１３におい
て主冷媒回路の液冷媒が副冷媒回路の蒸発器２５
によつて冷却される熱量である。そしてこの値は
モリエル線図上で明らかなように、そのまゝ蒸発
器１５において周囲から熱を奪うことが出来る値
である。副冷媒回路はその運転点が主冷媒回路に
対して独立している。すなわち副冷媒回路におい
ては冷媒を主冷媒回路と同じにする必要もなく、
さらにその蒸発圧力飽和温度を主冷媒回路のそれ
に対して十分に高い温度にすることができ、従つ
てこの副冷媒回路の成積係数は主冷媒回路の成積
係数に比べて十分大きなものとすることができ
る。すなわち蒸発器１５において周囲から奪う熱
量のうち、₁−₇に主冷媒循環量をかけた値の
熱量に対しては成積係数を高くすることができ
る。つまりより小さな入力によつて冷凍能力が向
上できることになる。従つて全体としては第１図
に示した従来のものの回路の場合に比べて成積係
数が高くなる。

一例として主冷媒回路側には冷媒としてR502
を用いた場合の理論成積係数について示すことに
する。ここで第１図の場合の例と同じく凝縮圧力
飽和温度として45℃をとり、蒸発圧力飽和温度と
して−40℃をとるものとする。また凝縮器１２を
出た冷媒の過冷却度は3degとする。すなわち、
受液器１３の入口部における液冷媒の温度は42℃
とする。さらに蒸発器１５の出口におけるガス冷
媒の温度は−35℃とする。また受液器１３の出口
での液冷媒の温度は10℃となるものとする。この
場合第６図に示したモリエル線図において ₁＝112.46kcal／Kg ₂＝131.35 〃 ₃＝143.35 〃 ₇＝102.83 〃 となる。

ここで蒸発器１５において周囲から奪うことの
できる熱量は、₂−₇に主冷媒循環量をかけた
値である。また、受液器１３において副冷媒回路
側に放熱する熱量は₁−₇に主冷媒循環量をか
けた値である。主冷媒回路での主圧縮機１１の入
力は、₃−₂に主冷媒循環量をかけた値であ
る。

副冷媒回路には冷媒としてR22を用いるものと
し、この副冷媒回路のモリエル線図を第７図に示
す。ここで凝縮圧力飽和温度として主冷媒回路と
同じ45℃をとり、蒸発圧力飽和温度として０℃を
とることとする。また、凝縮器２２を出た冷媒の
過冷却度は3degとする。すなわち絞り装置２４
の入口における液冷媒の温度は42℃とする。さら
に蒸発器２５の出口のガス温度は５℃とする。こ
の場合、第７図に示したモリエル線図において ₁₁＝112.50kcal／Kg ₁₂＝149.91 〃 ₁₃＝157.58 〃 となる。この副冷媒回路の成積係数（η¹）は η¹＝₁₂−₁₁／₁₃−₁₂＝144.91−112.50／157
.58−149.91＝4.877 となる。すなわち蒸発器２５において主冷媒回路
から奪う熱量を１とするとき副圧縮機２１の入力
は１／4.877である。

以上のことより、主冷媒回路において蒸発器１
５にて周囲から奪う熱量を１とすると、主圧縮機
の入力は₃−₂／₂−₇であり、受液器１３におい
て 副冷媒回路側へ放熱する熱量、すなわち副冷媒回
路が主冷媒回路から奪う熱量は、₁−₇／₂−₇と
な る。この時、副圧縮機２１の入力は、１／η¹×₁ −₇／₂−₇である。成積係数η₃は全入力に対
する 有効熱量、ここでは蒸発器１５にて周囲から奪う
熱量であるので η₃＝１／i₃−i₂／i₂−i₇＋１／η¹×i₁−i₇／i₂−i₇＝
₂−₇／₃−₂＋i₁−i₇／η¹＝131.35−102.83／1
43.35−131.35＋112.46−102.83／4.877 ＝28.52／13.9746＝2.041 となる。この値は第１図の回路の場合の例で示し
た成積係数1.574に対し約30％大きい値であり第
３図の回路の場合に対しても約14％大きい値とな
る。

以上から明らかなように、本考案になる冷媒装
置は、冷凍機の成積係数を容易に向上させること
ができ、エネルギ節約に貢献し得るものである。

なお、第８図に示すように、気液熱交換器１６
を備えた冷媒回路に対しても同様に適用すること
ができる。

この場合、主冷媒回路において、主圧縮機１１
を出た高温・高圧の冷媒ガスは凝縮器１２にて放
熱して凝縮液化し受液器１３に溜る。この受液器
１３において液冷媒は副冷媒回路の蒸発器２５に
放熱し、より低温の液冷媒となつて気液熱交換器
１６に入る。ここで主冷媒回路の吸入ガスに熱を
奪われさらに低温の液冷媒となつて絞り装置１４
に至り減圧されて蒸発器１５で周囲から熱を奪い
蒸発気化して気液熱交換器１６へ入る。ここで先
に述べた通り、液冷媒の熱を奪い加熱されて主圧
縮機１１に戻り冷凍サイクルを完了する。

副冷媒回路の作用は、前記した通りであり、第
８図に示す冷媒回路の理論成積係数（η₄）は下式
で示される。

η₄＝１／i₆−i₅／i₅−i₇＋１／η¹×i₁−i₇
／i₅−i₇＝₅−₇／₆−₅＋i₁−i₇／η¹ 具体的な例として、R502の理論成積係数η₄を求
めると、前記の場合と同じく凝縮圧力飽和温度45
℃、過冷却度3deg、蒸発圧力飽和温度−40℃、
過熱度5degとする。

また、受液器出口液冷媒温度は10℃、主圧縮機
の吸入ガス温度は０℃とすると、この場合、第９
図に示したモリエル線図において ₁＝112.46kcal／Kg ₂＝131.35 〃 ₅＝136.73 〃 ₆＝150.88 〃 ₇＝102.83 〃 すなわち η₄＝136.73−102.83／150.88−136.73＋112
.46−102.83／4.877＝33.90／16.1246＝2.102 となる。この値は第１図の回路の例で示した成積
係数1.574に対し約34％大きい値であり、第３図
に示した回路に対しては、約17％、第５図に示し
た回路に対しても約３％大きい値である。

なお、以上の実施例において、基本冷凍サイク
ル及び気液熱交換器を有する冷凍サイクルに対し
て適用した例を示したが、この他以下に述べるサ
イクルに対しても適用することが可能である。

Ａ 多段圧縮冷凍装置 Ｂ 多元冷凍装置の各サイクル Ｃ 混合冷媒冷凍サイクル また、副冷媒回路にも主冷媒回路と同じ蒸気圧
縮式冷凍装置を用いる例を示したが、これは必ず
しも蒸気圧縮式冷凍装置である必要はない。例え
ば、吸収式冷凍機等であつても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のものの一例を示す冷媒回路図、
第２図はそのモリエル線図、第３図は従来のもの
の他の例を示す冷媒回路図、第４図はそのモリエ
ル線図、第５図は本考案の一実施例を示す冷媒回
路図、第６図はその主冷媒回路のモリエル線図、
第７図は副冷媒回路のモリエル線図、第８図は他
の実施例を示す冷媒回路図、第９図はその主冷媒
回路のモリエル線図である。 １１：主圧縮機、１２：凝縮器、１３：受液
器、１４：絞り装置、１５：蒸発器、１６：気液
熱交換器、２１：副圧縮機、２２：凝縮器、２
４：絞り装置、２５：蒸発器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 受液器を備えた冷媒の潜熱を利用する蒸気圧縮
   式の冷凍装置において、前記受液器内下部の液冷
   媒中に付設された蒸発器を有し、同受液器中の液
   冷媒を冷却して過冷却を与える副冷凍装置を設け
   たことを特徴とする冷凍装置。