JPH05322323A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換式アキュムレータを備えた冷凍装置に
おいて、蒸発器の利用効率を高めて冷凍能力を向上させ
る。 【構成】 吸入冷媒と自動膨張弁３上流側の高圧液冷媒
との熱交換を行うように構成された熱交換式アキュムレ
ータ５を設け、アキュムレータ５からその上流側の吸入
管まで下り勾配をもった油戻し管８を設けて、その一端
をアキュムレータ５の目標液面位置に開口させる。油戻
し管８に高圧液冷媒との熱交換を行うためのパイロット
熱交換器９を設け、自動膨張弁３の感温筒３ａを油戻し
管８のパイロット熱交換器９の出口側に取付けて、油戻
し管８出口の過熱度を一定にするよう自動膨張弁３の開
度を調節し、熱交換式アキュムレータ５の液面位置を制
御する。これにより、油戻し機能を確保し、冷媒状態を
適正に維持し、過熱度の確保により蒸発器４全体を湿り
状態で使用可能として、冷凍能力を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸入冷媒と高圧液冷媒
との熱交換を行う熱交換式アキュムレータを備えた冷凍
装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭９４−９０９５
８号公報に開示されるごとく、圧縮機（ａ）、凝縮器
（ｂ）、感温式自動膨張弁（ｃ）及び満液式蒸発器
（ｄ）を順次接続してなる冷媒回路（ｘ）を備えた冷凍
装置において、蒸発器（ｄ）から圧縮機に（ａ）吸入さ
れる低圧冷媒と自動膨張弁（ｃ）下流側の高圧液冷媒と
の熱交換を行うように構成された熱交換式アキュムレー
タ（ｅ）を設けるとともに、満液式蒸発器（ｄ）と熱交
換式アキュムレータ（ｅ）間に油戻し管（ｆ）を設ける
一方、蒸発器（ｄ）から流出する低圧冷媒の一部を取り
出すパイロット管（ｇ）を設け、このパイロット管
（ｇ）を流れる冷媒とアキュムレータ（ｅ）出口の高圧
液冷媒との熱交換を行うパイロット熱交換器（ｈ）を設
けて、パイロット管（ｇ）のパイロット熱交換器（ｈ）
出口側に上記自動膨張弁（ｃ）の感温筒（ｉ）を取り付
けることにより、冷凍能力の向上と満液式蒸発器（ｄ）
の液面制御精度の向上を図ろうとするものは公知の技術
である。

【０００３】すなわち、蒸発器（ｄ）で冷凍負荷が低下
すると冷媒液面が上昇するが、そのとき、アキュムレー
タにおける高圧冷媒との熱交換量が少なくなると、これ
に伴い低圧冷媒の温度、つまり過熱度が小さくなり、自
動膨張弁（ｃ）が絞られて蒸発器の冷媒液面が低下す
る。一方、蒸発器（ｄ）で冷凍負荷が増大すると冷媒液
面が低下するが、そのとき、冷媒が油戻し管（ｆ）を流
れなくなり、アキュムレータ（ｅ）の熱交換量が大きく
なるので、低圧冷媒の過熱度が大きくなって、自動膨張
弁（ｃ）が開き、蒸発器（ｄ）の冷媒液面が上昇する。
以上のような作用により、満液式蒸発器（ｄ）の液面を
正確に一定位置に制御するとともに、熱交換式アキュム
レータ（ｅ）で過熱度を確保することで、ある程度蒸発
器（ｄ）の冷媒状態を湿り気味にして、冷凍能力の向上
を図るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものにおいて、以下のような問題があった。

【０００５】すなわち、満液式蒸発器（ｄ）の冷媒状態
は湿り状態とすることはできるが、液面を制御するため
にはどうしても蒸発器（ｄ）の上部に過熱領域が存在せ
ざるを得ず、その部分は熱交換に寄与しないので、冷凍
能力の向上を図る上で一定の限界があった。

【０００６】また、上記従来例のような満液式蒸発器で
ない蒸発器でも、蒸発器の出口付近に冷媒蒸気が過熱す
る領域が必要なために、この部分の熱伝達率が低くな
り、やはり、冷凍能力の向上を図る上で、一定の限界が
あった。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、熱交換式アキュムレータを備えた冷
凍装置において、蒸発器ではなく熱交換式アキュムレー
タの液面位置を制御することで過熱度を確保し蒸発器全
体を湿り状態で使用するとともに、熱交換式アキュムレ
ータの液面付近から吸入管に油を戻す構成とすること
で、油戻し機能を良好に維持しながら、冷凍能力の向上
を図ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の講じた手段は、図１に示すよう
に、圧縮機（１）、凝縮器（２）、感温筒（３ａ）を付
設した感温式自動膨張弁（３）及び蒸発器（４）を順次
接続してなる冷媒回路（７）を備えた冷凍装置を前提と
する。

【０００９】そして、上記蒸発器（４）から圧縮機
（１）に吸入される冷媒と自動膨張弁（３）上流側の高
圧液冷媒との熱交換を行うように構成された熱交換式ア
キュムレータ（５）と、一端が上記熱交換式アキュムレ
ータ（５）の目標液面位置に開口し、他端が熱交換式ア
キュムレータ（５）下流側の吸入管に開口するように下
り勾配をもって配設された油戻し管（８）と、該油戻し
管（８）中の冷媒と上記凝縮器（２）−熱交換式アキュ
ムレータ（５）間の高圧液冷媒との熱交換を行うための
パイロット熱交換器（９）とを設けるものとする。

【００１０】さらに、上記感温式自動膨張弁（３）の感
温筒（３ａ）を油戻し管（８）の上記パイロット熱交換
器（９）の出口側に配設する構成としたものである。

【００１１】請求項２の発明の講じた手段は、上記請求
項１の発明において、蒸発器（４）を満液式蒸発器で構
成したものである。

【００１２】請求項３の発明の講じた手段は、上記請求
項１又は２の発明におけるパイロット熱交換器（９）
を、油戻し管（８）と該油戻し管（８）を加熱する電気
ヒータとで構成したものである。

【００１３】請求項４の発明の講じた手段は、図２に示
すように、上記請求項１又は２の発明において、自動膨
張弁（３）と熱交換式アキュムレータ（５）との間に、
複数個の蒸発器（４ａ）〜（４ｃ）を互いに並列に接続
する構成としたものである。

【００１４】

【作用】以上の構成により、請求項１の発明では、蒸発
器（４）から圧縮機（１）に戻る冷媒が熱交換式アキュ
ムレータ（５）で液ラインの高圧液冷媒と熱交換をする
ことで吸入冷媒の過熱度が確保されるので、蒸発器
（４）を湿り状態で使用することが可能になる。また、
油戻し管（８）が熱交換式アキュムレータ（５）の目標
液面位置に開口し、かつ下り勾配で吸入管に接続されて
いることで、比重が小さく液冷媒の上方に浮き上がる油
が優先的に油戻し管（８）から圧縮機（１）に戻される
とともに、油戻し管（８）に流れる冷媒がパイロット熱
交換器（９）において高圧液冷媒との熱交換を受けるこ
とで、冷媒が確実にガス状態で圧縮機（１）に戻され
る。したがって、圧縮機（１）への液バックを生じるこ
となく、しかも蒸発器（４）が湿り状態で使用されるこ
とと相俟って、油戻し機能が良好に確保される。

【００１５】その際、油戻し管（８）が熱交換式アキュ
ムレータ（５）の自動膨張弁（３）の感温筒（３ａ）が
油戻し管（８）のパイロット熱交換器（９）出口に取付
けられているので、蒸発器（４）の熱交換量の増減に伴
いアキュムレータ（５）の液面が目標液面位置からずれ
た場合には、油戻し管（８）における冷媒の過熱度を一
定に保持するよう自動膨張弁（３）の開度が増減調節さ
れることで、液面位置が目標液面位置に一致するよう自
動的に制御され、運転状態の変化に応じて、適正な冷媒
状態が維持されることになる。

【００１６】したがって、上述の作用により、吸入冷媒
の冷媒状態を適正に維持しながら、油戻し機能を良好に
維持しうるとともに、蒸発器（４）全体を湿り状態で使
用することが可能となり、冷凍能力が向上することにな
る。

【００１７】請求項２の発明では、熱交換式アキュムレ
ータ（５）の側で液面制御が行われるので、満液式蒸発
器の場合でも、蒸発器における液面維持のために有効に
利用できない部分を生じことなく、蒸発器（４）全体の
熱交換容量が有効に利用され、能力増大作用が顕著とな
る。

【００１８】請求項３の発明では、パイロット熱交換器
（９）において、油戻し管（８）が高圧冷媒との熱交換
でなく電気ヒータで加熱されるので、加熱量の制御が容
易となり、制御状態が安定化することになる。

【００１９】請求項４の発明では、各蒸発器（４ａ）〜
（４ｃ）について液面制御を行う必要がなく、１個の熱
交換式アキュムレータ（５）について液面制御をすれば
足りるので、回路構成が簡素化され、マルチ形冷凍装置
における製造コストが大幅に低減することになる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
き説明する。

【００２１】図１は、第１実施例に係る冷凍装置の冷媒
配管系統を示し、（１）は圧縮機、（２）は凝縮器、
（３）は感温式自動膨張弁、（４）は満液式蒸発器、
（５）はアキュムレータであって、上記各機器は冷媒配
管（６）により順次接続されている。すなわち、圧縮機
（１）から吐出された冷媒を凝縮器（２）で凝縮させた
後、自動膨張弁（３）で膨張させ、蒸発器（４）で蒸発
させてからアキュムレータ（５）で冷媒中の液冷媒を除
去して圧縮機（１）に戻すように循環させることによ
り、凝縮器（２）で得た冷熱を蒸発器（４）に移動させ
るようにした冷媒回路（７）が構成されている。

【００２２】そして、上記アキュムレータ（５）の容器
本体（５ａ）内には、冷媒回路（７）の液ラインに介設
された熱交換コイル（５ｂ）が収納されていて、この熱
交換コイル（５ｂ）内の高圧液冷媒と蒸発器（４）から
圧縮機（１）に吸入される低圧冷媒との熱交換を行わせ
るように構成されており、アキュムレータ（５）は熱交
換式アキュムレータとなっている（アキュムレータ
（５）内における吸入管の図示は省略している）。

【００２３】ここで、本発明の特徴として、上記熱交換
式アキュムレータ（５）からその下流側の吸入管まで配
り勾配をもった油戻し管（８）が設けられており、その
入口側端部は熱交換式アキュムレータ（５）の目標液面
位置に対応する部位に開口するように構成されている。
さらに、油戻し管（８）には、この油戻し管（８）を流
れる冷媒と、凝縮器（２）−アキュムレータ（５）間の
高圧液冷媒との熱交換を行わせるためのパイロット熱交
換器（９）が介設されている。そして、油戻し管（８）
のパイロット熱交換器（９）出口側には、上記自動膨張
弁（３）の感温筒（３ａ）が取り付けられており、該感
温筒（３ａ）は、パイロット熱交換器（９）で熱交換さ
れた後の低圧冷媒の過熱度を検出し、この過熱度を一定
にするよう自動膨張弁（３）の開度駆動機構を作動させ
るものである。

【００２４】すなわち、上記第１実施例では、蒸発器
（４）から圧縮機（１）に戻る冷媒が熱交換式アキュム
レータ（５）で液ラインの高圧液冷媒と熱交換をするこ
とで、吸入冷媒の過熱度が確保され、蒸発器（４）を湿
り状態で使用することが可能になる。また、油戻し管
（８）が熱交換式アキュムレータ（５）の目標液面位置
に開口し、かつ下り勾配で吸入管に接続されているの
で、比重が小さく液冷媒の上方に浮き上がる油が優先的
に油戻し管（８）から圧縮機（１）に戻され、蒸発器
（４）が湿り状態で使用されることと相俟って、油戻し
機能が向上する。しかも、油戻し管（８）の途中でパイ
ロット熱交換器（９）において高圧液冷媒との熱交換を
受けるので、液冷媒が混入してもガス状態で圧縮機
（１）に戻すことができ、圧縮機（１）への液バックを
生じることなく、油戻し機能が良好に維持されることに
なる。

【００２５】その際、油戻し管（８）が熱交換式アキュ
ムレータ（５）の自動膨張弁（３）の感温筒（３ａ）が
油戻し管（８）のパイロット熱交換器（９）出口に取付
けられていることから、下記の作用でアキュムレータ
（５）の液面が適正位置を保つよう制御される。すなわ
ち、蒸発器（４）の熱交換量の増大等によりアキュムレ
ータ（５）への冷媒流入量が増してその液面が目標液面
位置から上昇すると、油戻し管（８）における冷媒の過
熱度が低下するので、自動膨張弁（３）が閉じられる方
向に調節され、アキュムレータ（５）への冷媒流入量が
低減することで液面が下降する一方、蒸発器（４）の熱
交換量の増大等によりアキュムレータ（５）への冷媒流
入量が低減してその液面が下降すると、油戻し管（８）
における冷媒の過熱度が増大するので、自動膨張弁
（３）が開かれる方向に調節され、アキュムレータ
（５）への冷媒流入量が低減することで液面が上昇す
る。この作用によって、液面位置が目標液面位置に一致
するよう自動的に制御され、運転状態の変化に応じて、
適正な冷媒状態を維持することができる。

【００２６】したがって、吸入冷媒の冷媒状態を適正に
維持しながら油戻し機能を良好に維持しうるとともに、
蒸発器（４）全体を湿り状態で使用することができ、よ
って、冷凍能力の向上を図ることができるのである。

【００２７】なお、上記第１実施例では、蒸発器（４）
を満液式蒸発器としたが、本発明の蒸発器は満液式のも
のに限定されることがない。つまり、乾式のものでも過
熱度を確保するために熱交換に有効利用できない部分が
あるが、熱交換式アキュムレータ（５）で過熱度を確保
する構成とすることで、蒸発器全体を湿り状態として使
用することが可能になり、冷凍能力の向上を図ることが
できる。

【００２８】ただし、特に満液式蒸発器の場合、蒸発器
における液面維持のために、熱交換器の上方に熱交換に
寄与しない領域が生じるが、上記実施例のごとく、熱交
換式アキュムレータ（５）の側で液面制御を行うように
したことで、蒸発器（４）全体を湿り状態として利用効
率の向上を図ることができ、能力増大効果が顕著とな
る。

【００２９】また、実施例は省略するが、上記第１実施
例のパイロット熱交換器（９）において、油戻し管
（８）を高圧冷媒との熱交換でなく電気ヒータで加熱す
るように構成してもよい。その場合、加熱量の制御が容
易であるので、制御状態の安定化を図ることができる利
点がある。

【００３０】次に、請求項４の発明に係る第２実施例に
ついて説明する。図２は第２実施例の冷凍装置の冷媒配
管系統を示し、上記第１実施例の冷媒配管系統（図１）
と基本的な構成は同じであるが、本実施例では、自動膨
張弁（３）−熱交換式アキュムレータ（５）間に、複数
の満液式蒸発器（４ａ）〜（４ｃ）が各々減圧度調節用
キャピラリチュ―ブ（１０ａ）〜（１０ｃ）と共に、互
いに並列に接続されている。

【００３１】本第２実施例では、従来のように各蒸発器
について液面制御を行う必要がなく、１個の熱交換式ア
キュムレータ（５）について液面制御をすれば足りるの
で、回路構成が簡素化され、マルチ形冷凍装置における
製造コストを大幅に低減しうる利点がある。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、冷凍装置の構造として、熱交換式アキュムレー
タにより蒸発器から圧縮機に吸入される冷媒と自動膨張
弁上流側の高圧液冷媒との熱交換を行わせ、アキュムレ
ータとその下流側の吸入管との間に下り勾配をもった油
戻し管を設け、その入口側端部を熱交換器アキュムレー
タの目標液面位置に開口させる一方、油戻し管中の流体
と上記凝縮器−熱交換式アキュムレータ間の高圧液冷媒
との熱交換を行うためのパイロット熱交換器を設け、自
動膨張弁の感温筒を油戻し管のパイロット熱交換器の出
口側に取付ける構造とし、アキュムレータの液面を、油
戻し管における冷媒の過熱度を一定にするよう作動する
自動膨張弁で制御するようにしたので、冷媒状態を適正
に維持しながら油戻し機能を良好に維持しうるととも
に、熱交換式アキュムレータでの高圧液冷媒との熱交換
により冷媒の過熱度を確保することで、蒸発器を湿り状
態で使用することができ、よって、冷凍能力の向上を図
ることができる。

【００３３】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
発明における蒸発器を満液式蒸発器としたので、熱交換
式アキュムレータの側で液面制御を行うことで、満液式
蒸発器における液面維持のために有効に利用できない領
域を生じことなく、蒸発器の利用効率を高めることがで
き、よって、著効を発揮することができる。

【００３４】請求項３の発明によれば、上記請求項１又
は２記載の冷凍装置において、パイロット熱交換器にお
ける油戻し管の冷媒の加熱を電気ヒータで行うようにし
たので、加熱量の制御の容易化と制御状態の安定化とを
図ることができる。

【００３５】請求項４の発明によれば、上記請求項１又
は２記載の冷凍装置において、自動膨張弁−熱交換式ア
キュムレータ間に複数の蒸発器を互いに並列に接続する
構成としたので、各蒸発器について液面制御を行うこと
なく１個の熱交換式アキュムレータについて液面制御を
することにより、回路構成の簡素化を図ることができ、
よって、マルチ形冷凍装置における製造コストの低減を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る冷凍装置の冷媒配管系統図で
ある。

【図２】第２実施例に係る冷凍装置の冷媒配管系統図で
ある。

【図３】従来の冷凍装置の冷媒配管系統図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ３ 自動膨張弁 ３ａ 感温筒 ４ 蒸発器 ５ 熱交換式アキュムレータ ７ 冷媒回路 ８ 油戻し管 ９ パイロット熱交換器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１）、凝縮器（２）、感温筒
   （３ａ）を付設した感温式自動膨張弁（３）及び蒸発器
   （４）を順次接続してなる冷媒回路（７）を備えた冷凍
   装置において、 上記蒸発器（４）から圧縮機（１）に吸入される冷媒と
   自動膨張弁（３）上流側の高圧液冷媒との熱交換を行う
   ように構成された熱交換式アキュムレータ（５）と、 一端が上記熱交換式アキュムレータ（５）の目標液面位
   置に開口し、他端が熱交換式アキュムレータ（５）下流
   側の吸入管に開口するように下り勾配をもって配設され
   た油戻し管（８）と、 該油戻し管（８）中の冷媒と上記凝縮器（２）−熱交換
   式アキュムレータ（５）間の高圧液冷媒との熱交換を行
   うためのパイロット熱交換器（９）とを備えるととも
   に、 上記感温式自動膨張弁（３）の感温筒（３ａ）は油戻し
   管（８）の上記パイロット熱交換器（９）の出口側に配
   設されていることを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の冷凍装置において、 蒸発器（４）は満液式蒸発器であることを特徴とする冷
   凍装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の冷凍装置におい
   て、 パイロット式熱交換器（９）は、油戻し管（８）と該油
   戻し管（８）を加熱する電気ヒータとで構成したことを
   特徴とする冷凍装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の冷凍装置におい
   て、 自動膨張弁（３）と熱交換式アキュムレータ（５）との
   間には、複数個の蒸発器（４ａ）〜（４ｃ）が互いに並
   列に接続されていることを特徴とする冷凍装置。