JPH03105155A - エコノマイザ付冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷媒回路にエコノマイザが配設された冷凍装
置に関し、特にリキッドインジェクションにより圧縮機
の吐出ガス温度を制御するようにしたものに関する。

（従来の技術） 従来より、例えば「冷凍空調便覧、第４版、基礎編（昭
和５６年５月３０日、社団法人　日本冷凍協会発行）」
の第３８２頁に開示されているように、圧縮機及び凝縮
器の容量を制御しながら冷凍能力を増大させるエコノマ
イザを備えた冷凍装置は知られている。このエコノマイ
ザ付冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、受液器、主減圧弁、
蒸発器及び液滴分離器を順次配管により接続した冷媒回
路を備えるとともに、受液器からの液冷媒を減圧弁によ
り減圧して中間冷却器（エコノマイザ）でガス化したの
ち圧縮機の中間圧となる箇所にバイパスさせるバイパス
路を備え、中間冷却器での冷媒の蒸発熱で主冷媒回路の
液冷媒を過冷却するようにしたものである。

また、この他、上記文献には、液冷媒を液管で減圧した
後、レシーバでガス冷媒と液冷媒とを分離し、そのガス
冷媒を圧縮機の中間圧となる箇所にバイパスさせ、低温
の液冷媒のみを蒸発器で蒸発させるようにしたエコノマ
イザレシーバを設けたものも開示されている。そして、
このようなエコノマイザサイクルにより、冷凍サイクル
のエンタルビ変化がエコノマイザを使用しないときより
も増大し、冷凍効果を増大させることができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記圧縮機として使用されるターボ式、スク
リュー式、スクロール式等の回転型圧縮機では、性能向
上の点で圧縮部分の隙間を可及的に小さくすることが望
ましい。しかし、実際にはこの圧縮部分の隙間を小さく
するのに限度があり、その要因は、吐出ガス温度の変動
により圧縮部分が熱膨張してメタル接触を招来すること
による。

そして、このメタル接触を回避するために、吐出ガス温
度が所定値以上に上昇すると圧縮機を停止させる保護装
置（吐出管サーモ）を設けるほか、リキッドインジェク
ションを行って吐出ガス温度を安定させ、圧縮部分の熱
膨張を抑えることがなされている。

上記リキッドインジェクションにより吐出ガス温度の上
昇を抑える場合、保護装置の温度セットを低く設定し、
かつ該保護装置が圧縮機の正常運転中に作動しないよう
、常にインジェクション用の液冷媒を確保する必要があ
る。例えば圧縮機の起動時にインジェクション路の冷媒
取出し口に液冷媒がないと、起動直後に吐出ガス温度が
急激に上昇して保護装置の作動を招き、圧縮機が停止す
る。

そこで、例えば第２図に示す如く、圧縮機（ａ）、凝縮
器（ｂ）、自動膨張弁（ｅ）及び蒸発器（ｄ）を順次接
続してなる冷媒回路（ｅ）に対し、凝縮器（ｂ）から膨
張弁（Ｃ）に至る冷媒の一部を圧縮機（ａ）の中間圧と
なる箇所に吐出させるインジェクション路（１’）の冷
媒取出し口にレシーバ等の液溜り（ｇ）を配置し、この
液溜り（ｇ）内の液冷媒によりインジェクション用液冷
媒を確保するようになされているが、冷媒回路（ｅ）に
液溜り（ｇ）を要し、冷凍装置が大型化しかつ構造が複
雑になるのは否めない。

尚、図中、（ｃ１）は蒸発器（ｄ）の吐出側配管に配置
された感温筒で、膨張弁（ｃ）の開度を制御するもので
ある。（ｈ）はインジェクション路（ｆ）を開閉する電
磁弁、（Ｉ〉はインジェクション路（ｒ）の冷媒を減圧
する自動膨張弁で、圧縮機（ａ）の吐出側配管に配置し
た感温筒（Ｉ１）により開度が調整される。（ｊ）は水
を冷却する水冷却器で、水人口（ｋ１）及び水出口（ｋ
２）を有する密閉シエル（ｋ）内に蒸発器（ｄ）が配設
されたシェルアンドチューブ式熱交換器からなる。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的
は、上記従来のエコノマイザを利用することにより、レ
シーバ等の液溜りを要することなく、インジェクション
用の液冷媒を確保するようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成すべく、請求項（１）に係る発明では
、冷媒回路の凝縮器から減圧機構に至る液冷媒の一部を
インジェクション路により圧縮機の中間圧となる箇所に
バイパスさせるとともに、そのインジェクション路にエ
コノマイザを配設し、インジェクション路の冷媒取出し
口をエコノマイザの２次側とする。

具体的には、第１図に示すように、圧縮機（１）、凝縮
器（２）、主減圧機構（３）及び蒸発器（８）を順次配
管（９）により接続してなる主冷媒回路（１０）と、該
主冷媒回路（１０）の凝縮器（２）から主減圧機構（３
）に流れる冷媒の一部を主減圧機構（３〉及び蒸発器（
８）をバイパスさせて圧縮機（１）の中間圧となる箇所
に吐出させるインジェクション路（１７）とを設けると
ともに、上記インジェクション路（１７）には、インジ
ェクション路（１７）を流れる冷媒を減圧する副減圧機
構と、該副減圧機構による冷媒の減圧効果に基づき、上
記蒸発器（８）から主減圧機構（３）に流れる液冷媒を
過冷却して冷凍能力を増大させるエコノマイザとを配設
する。

そして、上記インジェクション路（１７）を、エコノマ
イザにより過冷却された液冷媒を取出可能に主冷媒回路
（１０）に接続する。

また、請求項（２Ｊに係る発明では、上記副減圧機構を
、圧縮機（１）の吐出側ガス管（９ｂ）に配置された感
温筒（１９ａ）を有する自動膨張弁（ｌ９）とする。

さらに、請求項（３）に係る発明では、上記エコノマイ
ザは、主冷媒回路（ｌＯ）の一部を構成する内管（Ｉ２
〉と、該陶管（｛２）の回りに環状空間（Ｉ４）をあけ
て配置され、該環状空間（１４）がインジェクション路
（１７）の一部を構成する外管（ｌ３）との２重管構造
で、かつ副減圧機構で減圧された冷媒と内管（１２）内
の液冷媒とを熱交換させる中間冷却器（ｌ１）で構戊す
る。

（作用） 上記の構成により、請求項（１）に係る発明では、主冷
媒回路（ｌＯ）の凝縮器（２）から主減圧機構（３）に
流れる冷媒の一部がインジェクション路（１７）に流れ
、この冷媒は副減圧機構で減圧された後、エコノマイザ
で主冷媒回路（１０〉の液冷媒を過冷却し、この過冷却
により冷凍能力が増大する。そして、上記エコノマイザ
通過後の冷媒は圧縮機（１）の中間圧となる箇所に吐出
され、このリキッドインジェクションにより圧縮機（１
）の吐出ガス温度が一定温度に制御される。

その場合、上記インジェクション路（１７）は、エコノ
マイザにより過冷却された液冷媒を取り出すように主冷
媒回路（１０）に接続されているので、インジェクショ
ン路（１７）のエコノマイザには常に過冷却された液冷
媒が流れることとなり、この液冷媒によってインジェク
ション用液冷媒が確保される。よって液溜りが不要とな
り、回路構成の簡単化及び冷凍装置の小形化を図ること
ができる。

請求項（２）に係る発明では、エコノマイザにより過冷
却された液冷媒がインジェクション用の冷媒として使用
されるので、このインジェクション用冷媒の量は比較的
少量で済むこととなる。このため、上記副減圧機構が、
圧縮機＜１）の吐出管に感温筒（１９ａ）を有する自動
膨張弁（１９）とされていると、冷媒量の少ない分だけ
膨張弁（１９〉を小形化でき、コストダウン化を図ると
ともに、その耐久性、信頼性を向上させることができる
。

請求項（３）に係る発明では、上記エコノマイザが内管
（１２）及び外管（ｌ３〉からなる中間冷却器（１１）
で構成され、両管（１２），　（１３）間の環状空間（
ｌ４）を副減圧機構で減圧された冷媒が流れ、この冷媒
により内管（ｌ２〉内の液冷媒が過伶却されるので、エ
コノマイザとしての効果を良好に発揮できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る冷水用のエコノマイザ付
冷凍装置（Ａ）の全体構成を示し、＜１）はターボ式、
スクリュー式、スクロール式等の圧縮機、（２）は凝縮
器、（３）は主減圧機構としての外部均圧式の蒸発器用
自動膨張弁である。（４）は水を冷却するための水冷却
器であって、この水冷却器（４〉は、下部に水入口（５
）が、また上部に水出口（６〉がそれぞれ開口された密
閉シェル（７）と、該シェル（７）内に熱交換可能に配
設された伝熱管からなる蒸発器（８）とで構成されてい
る。そして、上記圧縮機（ｌ）、凝縮器（２）、膨張弁
（３）及び蒸発器（８）（伝熱管）は順次液管（９ａ）
及びガス管（９ｂ）からなる配管（９）によって冷媒循
環可能に接続されており、凝縮器（２）で奪った冷熱を
蒸・発器〈８）に移動させて水冷却器（４）内の水を冷
却するようにした主冷媒回路（ｌＯ）が構成されている
。（３ａ）は蒸発器（８）の出口側ガス管（９ｂ）に配
設された感温筒で、上記自動膨張弁（３）の開度を制御
するものである。

上記主冷媒回路（ＩＯ）の液管（９ａ〉には、冷凍能力
を増大させるためのエコノマイザとしての中間冷却器（
１１）が配設されている。この中間冷却器（１１）は、
内管（ｉ２）とその周りに密閉円環状の環状空間（１４
）をあけて同心状に配置された外管（ｔ３）との２重管
からなり、内管（１２〉内が主冷媒回路（ｉｏ）の一部
とされている。また、内管（ｌ２）と外管（ｌ３）との
間の環状空間（ｌ４）のうち、その凝縮器（２）側の端
部は中間冷却器（１１）と自動膨張弁（３）との間の液
管（９ａ）に配管（ｌ５）を介して、また膨張弁（３）
側の端部は圧縮機（１）の中間圧となる箇所に配管（１
６）を介してそれぞれ接続されており、この両配管（ｌ
５）．　（１Ｂ）ないし中間冷却器（１１）の環状空間
（１４）により、・凝縮器（２）から自動膨張弁（３）
に流れる冷媒の一部を膨張弁（３）及び蒸発器（８〉を
バイパスさせて圧縮機（１）の中間圧となる箇所に吐出
させるようにしたインジェクション路（１７）が横威さ
れている。

また、上記配管（ｉ５）の途中にはインジェクンヨン路
（１７〉の冷媒の流れを開閉制御する電磁弁（ｌ８）と
、インジェクション路（１７〉を流れる冷媒を減圧する
副減圧機構としての冷却器用自動膨張弁（１９）とが液
管（９ａ）側から順に配設されている。また、上記圧縮
機（１）吐出側のガス管（９ｂ）には上記冷却器用自動
膨張弁（ｌ９）の開度を制御する感温筒（１９ａ〉が配
設されている。そして、主冷媒回路（１０〉の液管（９
ａ）を流れる液冷媒を中間冷却器（Ｕ）で冷却して過冷
却状態とするとともに、その過冷却された液冷媒の一部
を配管（１５）により取り出して自動膨張弁（ｌ９）に
より減圧し、この減圧された冷媒を中間冷却器（ｌ１）
の環状空間（１４）内で内管（１２）内の液冷媒と熱交
換させた後、圧縮機（Ｌ）の中間圧となる部分にインジ
ェクションするようになされている。

したがって、上記実施例においては、冷凍装置（Ａ）の
運転中、電磁弁（１８）が開弁状態にあるとき、主冷媒
回路（１０）の圧縮機（１）から吐出された高圧ガス冷
媒は凝縮器（２）で液化した後、中間冷却器（】１）の
内管（１２）内で冷却されて過冷却状態となる。

この岐冷媒は凝縮器用膨張弁（３）で減圧されたのち、
水冷却器（４）の蒸発器（８）で蒸発し、この蒸発した
ガス冷媒は圧縮機（１）に吸い込まれて再圧縮される。

そして、上記中間冷却器（１ｌ）での液冷媒の過冷却に
より冷凍装置（＾〉の冷凍能力が増大する。

また、上記凝縮器（２）から凝縮器用膨張弁（３）に流
れる冷媒の一部がインジェクション路（１７）に流れ、
この冷媒は冷却器用膨張弁（ｌ９）で減圧された後、中
間冷却器（ｌ１〉の環状空間〈ｌ４〉内を通り、そこで
主冷媒回路（１０〉の液冷媒を過冷却する。そして、こ
の中間冷却器（Ｉ１）を通過した冷媒は圧縮機（１）の
中間圧となる箇所に吐出され、このリキッドインジェク
ションにより圧縮機（１）の吐出ガス温度が一定温度に
制御される。

この実施例では、上記インジェクション路（１７）は主
冷媒回路（１０）に対し、中間冷却器（ｔ１〉により過
冷却された液冷媒を取り出すように中間冷却器（１ｌ〉
と自動膨張弁（３）との間の液管（９ａ）に接続されて
いるので、インジェクション路（１７）には常に過冷却
された液冷媒が流れることとなり、中間冷却器（１１）
の環状空間〈ｌ４〉に液冷媒が保有され、この液冷媒に
よってインジェクション用液冷媒が確保される。従って
、インジェクション用冷媒を溜めるためのレシーバ等の
液溜りが不要となり、この液溜りの省略により、冷凍装
置（Ａ）の回路構成を簡単にしかつ冷凍装置（Ａ）を小
形化しつつ、リキッドインジェクションにより吐出ガス
温度制御を安定して行って圧縮機（１〉の耐久性、信頼
性を向上させることができる。

また、主冷媒回路（ｌＯ〉において中間冷却器（１１）
により過冷却された液冷媒がインジェクション用の液冷
媒として使用されるので、この過冷却された冷媒のイン
ジェクションによる冷却効果が大きくなり、その分、イ
ンジェクション用岐冷媒の量は比較的少量で済むことと
なる。従って、上記冷却器用自動膨張弁（１９〉で減圧
される冷媒量も少なくなり、この冷媒量の少ない分だけ
膨張弁（１９〉を小形化でき、よってコストダウン化を
図るとともに、膨張弁（ｌ９）の耐久性、信頼性を向上
させることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）に係る発明によると
、圧縮機の吐出ガス温度の制御のためにリキッドインジ
ェクションを行う場合において、主冷媒回路の減圧機構
に至る液冷媒を過冷却するエコノマイザを利用し、イン
ジェクション用の液冷媒をエコノマイザの２次側から取
り出すようにしたことにより、従来の如くレシーバ等の
液溜りを要することなくインジェクション用の液冷媒を
確保することができ、よって冷凍機の小形化及び冷媒回
路構成の簡単化を図りつつ、圧縮機の信頼性の向上を図
ることができる。

また、請求項（２）に係る発明によれば、上記インジェ
クション路で冷媒を減圧させる副減圧機構を、圧縮機吐
出側に感温筒を有する自動膨張弁で構成したことにより
、その膨張弁で膨張させる冷媒量が少ないので、膨張弁
を小形化でき、コストダウン化及び膨張弁の耐久性、信
頼性の向上を図ることができる。

さらに、請求項（３）に係る発明によると、上記エコノ
マイザを内管及び外管からなる２重管構造の中間冷却器
で構成したことにより、両管間の環状空間を副減圧機構
で減圧された冷媒を流して、この冷媒により内管内の液
冷媒を過冷却でき、エコノマイザとしての効果を良好に
発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す冷媒配管系統図である。 第２図は従来例を示す第１図相当図である。 （Ａ）・・・冷凍装置 （１）・・・圧縮機 （２）・・・凝縮器 （３）・・・膨張弁（主減圧機構） （８）・・・蒸発器 （９）・・・配管 （９ｂ）・・・ガス管 （１０）・・・主冷媒回路 （ｌ１）・・・中間冷却器（エコノマイザ）（１２）・
・・内管 （ｌ３）・・・外管 （１４）・・・環状空間 （１７）・・・インジェクション路 （１９）・・・膨張弁（副減圧機構） （１９ａ）・・・感温筒

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（１）、凝縮器（２）、主減圧機構（３）
   及び蒸発器（８）を順次配管（９）により接続してなる
   主冷媒回路（１０）と、 上記主冷媒回路（１０）の凝縮器（２）から主減圧機構
   （３）に流れる冷媒の一部を主減圧機構（３）及び蒸発
   器（８）をバイパスさせて圧縮機（１）の中間圧となる
   箇所に吐出させるインジェクション路（１７）とを備え
   、 上記インジェクション路（１７）には、インジェクショ
   ン路（１７）を流れる冷媒を減圧する副減圧機構と、該
   副減圧機構による冷媒の減圧効果に基づき、上記蒸発器
   （８）から主減圧機構（３）に流れる液冷媒を過冷却し
   て冷凍能力を増大させるエコノマイザとが配設され、 上記インジェクション路（１７）は、エコノマイザによ
   り過冷却された液冷媒を取出可能に主冷媒回路（１０）
   に接続されていることを特徴とするエコノマイザ付冷凍
   装置。
2. （２）副減圧機構は、圧縮機（１）の吐出側ガス管（９
   ｂ）に配設された感温筒（１９ａ）を有する自動膨張弁
   （１９）であることを特徴とする請求項（１）記載のエ
   コノマイザ付冷凍装置。
3. （３）エコノマイザは、主冷媒回路（１０）の一部を構
   成する内管（１２）と、該内管（１２）の回りに環状空
   間（１４）をあけて配置され、該環状空間（１４）がイ
   ンジェクション路（１７）の一部を構成する外管（１３
   ）との２重管構造で、かつ副減圧機構で減圧された冷媒
   と内管（１２）内の液冷媒とを熱交換させる中間冷却器
   （１１）であることを特徴とする請求項（１）又は（２
   ）記載のエコノマイザ付冷凍装置。