JPH07229652A - 冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡素な方法で冷凍機の例えば膨張弁入口の冷
媒を始動時のみ冷却することにより、始動性能を向上し
た冷凍機を提供する。 【構成】 冷却装置１０は、配管９とフィン１１と吸湿
材１２と通気性部材１３とから構成される。例えばアル
ミニウム、銅を材料とする円板からなるフィン１１は、
互いに平行になるように配管９に挿入され配管９にろう
付される。配管９の外周表面からフィン１１の外周縁部
近傍までフィン１１の表面に接触するように吸湿材１２
を充填しながら筒状の通気性部材１３で吸湿材１２とフ
ィン１１とを外側から包み固定される。蒸気圧縮式冷凍
機は、冷凍回路において受液器と膨張弁との間に付加す
る前記冷却装置１０により配管９およびフィン１１の表
面から潜熱を奪い熱交換を行なうため、始動時に高温冷
媒の放熱を促進し冷凍性能または成績係数を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般の冷凍機、詳細に
は、蒸気圧縮式冷凍機、吸収式冷凍機、吸着式冷凍機等
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一般の蒸気圧縮式冷凍機は、
圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、蒸発器の順に配管接
続した冷凍回路からなり、性能向上のため膨張弁入口の
冷媒に過冷却度を与えることが有効であることが知られ
ている。このため、例えば図１０に示す従来例の冷凍機
のように、圧縮機１、凝縮器２、受液器３、冷却用熱交
換器６、膨張弁４、蒸発器５の順に配管９で接続した冷
凍回路や、同様に特開平４−９２７１４号公報に示され
る車両用冷房装置のように、受液器の入口側と出口側に
凝縮器と冷却用熱交換器とを配設したものがある。

【０００３】このような蒸気圧縮式冷凍機は、受液器の
出口側に冷却用熱交換器を配設することにより、受液器
を出た飽和液冷媒を低温空気や低温水と熱交換してさら
に冷却し、特に冷凍機の性能の向上を可能にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の冷凍
機によると、前記従来例のものは、受液器３の出口側に
配設される冷却用熱交換器６の構造がＵ字形状に同一平
面上で複数回折返した形状の配管と配管との間に波形状
の放熱フィンを有する一般的な熱交換器の構造であり、
また、特開平４−９２７１４号公報に示されるものは、
受液器の出口側に配設される冷却用熱交換器が凝縮器と
同様の構造である。このため、両者とも冷却用熱交換器
の構造により容積、重量、コストが増大するという問題
がある。

【０００５】また、冷凍機の定常運転時には、冷凍負荷
が小さいため冷凍性能の向上はさほど要求されないにも
かかわらず、前記従来例および特開平４−９２７１４号
公報に示されるものは常時作動させるため、冷媒の圧力
損失が増加するという問題や送風機の追加により電力が
増加するという問題がある。本発明は、このような問題
を解決するためになされたもので、簡素な方法で冷凍機
の例えば膨張弁入口の冷媒を始動時のみ冷却することに
より、始動時の性能を向上した冷凍機を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの本発明による冷凍機は、請求項１では、冷媒圧縮
機、凝縮器、受液器、減圧装置、蒸発器を配管により接
続した冷凍機であって、前記受液器と前記減圧装置との
間に外気中の水分の吸湿と蒸発を行える冷却器を配し、
前記冷却器に吸湿した水分を前記受液器出口側の冷媒温
度により蒸発させることを特徴とする。

【０００７】また、本発明による冷凍機は、請求項２で
は、冷媒が流通する配管と、この配管の外周面に固定さ
れ径方向外側に拡がるフィンと、少なくとも前記フィン
の外表面に接触し水分の吸湿と蒸発とが可能な吸湿材を
有する前記冷却器を備えたことを特徴とする。また、本
発明による冷凍機は、請求項３または４では、好ましく
は、前記フィンの外表面または前記配管の外表面あるい
はその両方に接着される前記吸湿材や、前記フィンまた
は前記配管と、前記フィンまたは前記配管とを覆う通気
性部材との間に充填される前記吸湿材を有する前記冷却
器を備えたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明による冷凍機は、請求項５で
は、好ましくは、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミ
ナ、活性炭、吸湿性高分子樹脂、臭化リチウム水溶液、
塩化カルシウム水溶液からなる群から選ばれる１種類ま
たは２種類以上である前記吸湿材を有する前記冷却器を
備えたことを特徴とする。また、本発明による冷凍機
は、請求項６では、冷媒圧縮機、凝縮器、受液器、減圧
装置、蒸発器を配管により接続した冷凍機であって、前
記冷媒圧縮機と前記凝縮器との間に外気中の水分の吸湿
と蒸発を行える冷却器を配し、前記冷却器に吸湿した水
分を前記冷媒圧縮機出口側の冷媒温度により蒸発させる
ことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の冷凍機は、高温冷媒が流通する管に吸
湿材または吸収液を接触させるという簡素な方法により
吸湿材または吸収液が含有する水分と蒸発、吸収させる
冷媒冷却器を備えるため、始動時の冷凍性能または成績
係数を改善することができる。

【００１０】

【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実施例）本発明を蒸気圧縮式冷凍機に適用した第
１実施例を図１〜図３に示す。図２に示すように、蒸気
圧縮式冷凍機２０は、圧縮機１と凝縮器２と受液器３と
膨張弁４と蒸発器５と冷却器１０と、これらを接続する
配管９とから構成される。圧縮機１から吐出された冷媒
は、凝縮器２、受液器３、冷却器１０、膨張弁４、蒸発
器５を経由して圧縮機１に至る冷凍回路を循環する。

【００１１】図１に示すように、冷却器１０は、配管９
とフィン１１と吸湿材１２と通気性部材１３とから構成
される。配管９は、例えばアルミニウム、銅を材料と
し、円筒形状からなり管内を冷媒が流れる。フィン１１
は、例えばアルミニウム、銅を材料とし、配管９と同軸
状の複数の円板から構成され、配管９を流れる冷媒と吸
湿材１２との間の熱交換を容易にするため配管９の外周
縁に環状に設けられる。

【００１２】配管９の軸方向に隣合う各フィン１１は、
互いに平行になるように設定され、各フィン１１の間隔
は、吸湿材１２の水蒸気の出入りが困難にならない程度
の例えば１〜５ｍｍ程度の一定間隔である。また、配管
９の外周表面からフィン１１の外周端部までの長さは、
冷却器１０に要求される冷却量および吸湿材１２の充填
量の関係から決定されるが、例えば５〜４０ｍｍ程度で
ある。

【００１３】吸湿材１２は、例えばゼオライト、シリカ
ゲル、活性アルミナ、活性炭等の吸着剤、吸湿性高分子
樹脂等を材料とし、フィン１１の外表面または前記配管
の外表面あるいはその両方に接触するように充填され、
空気中の水分を吸収し補水させるために使用される。吸
湿材１２の充填量は、例えばカーエアコン用にシリカゲ
ルを使用する場合、５０〜２００ｇ程度である。また、
吸湿材１２にシリカゲルを使用した場合、シリカゲルの
粒径は、水蒸気の出入りが困難にならない程度の例えば
１０μｍ以上の粒径である。

【００１４】通気性部材１３は、水蒸気を抵抗なく容易
に通過させることができる例えば木綿、化学繊維、金属
を材料とし、配管９の外周表面からフィン１１の外周縁
部近傍まで充填された吸湿材１２をフィン１１と共に外
側から包み固定する。このため、通気性部材１３は、吸
湿材１２が脱落しない形状であれば良く例えば筒状の
布、筒状の網、またはセラミック、焼結金属、発泡金属
を材料とした通気性が良好な成形部材を使用してもよ
い。

【００１５】配管９の軸方向に対する冷却器１０の長さ
は、冷却器１０に要求される冷却量および吸湿材１２の
充填量の関係から決定され、カーエアコン用に使用する
場合、例えば５０ｍｍ程度である。組立て時、複数の各
フィン１１が互いに平行になるように配管９をフィン１
１に挿入した後、配管９とフィン１１とをろう付し、配
管９の外周表面からフィン１１の外周縁部近傍までフィ
ン１１の表面に接触するように吸湿材１２を充填しなが
ら筒状の通気性部材１３で吸湿材１２とフィン１１とを
外側から包み固定する。通気性部材１３は、吸湿材１２
が外に漏れ出ない程度に端部１３ａを配管９に接着また
はかしめることにより固定される。

【００１６】蒸気圧縮式冷凍機２０の冷媒回路の動作を
冷媒の流れに沿って説明する。初期始動時、外気温に近
い温度の低圧気体の冷媒は、圧縮機１で断熱圧縮され高
温高圧気体に変化した後、凝縮器２に送られ、外部へ熱
を放熱し例えば５０℃程度の高温高圧液体になる。その
後、高温高圧液体の冷媒は、受液器３で一時貯蔵された
後、冷却器１０に送られ、冷却器１０により吸湿材１２
が補水していた水分の大部分を水蒸気として気化させる
まで冷媒は冷却され受液器出口より低温の高圧液体にな
る。さらに冷媒は、膨張弁４に送られ、冷媒の一部が膨
張弁４により霧状になってさらに温度が低下し、例えば
０℃程度の低温低圧気液二相状態に変化した後、蒸発器
５に送られ外部から吸熱し低温低圧の気体になり再び圧
縮機１に送られ循環する。この冷媒の循環による蒸発器
５の吸熱作用により、蒸発器５を流通する空気は冷却さ
れる。

【００１７】定常運転時、冷却器１０の吸湿材１２が補
水していた水分の大部分が水蒸気になり気化が完了して
いるため、蒸気圧縮式冷凍機２０の冷媒回路は、冷却器
１０が付加されていない場合と同様の動作をする。次に
前記蒸気圧縮式冷凍機２０の動作に基づいて冷却器１０
の作動を説明する。

【００１８】蒸気圧縮式冷凍機２０の始動直後、高温高
圧液体の冷媒が冷却器１０の配管９を通過するため、冷
却器１０の配管９、フィン１１および、これらに接触あ
るいは熱交換可能に固定される吸湿材１２が加熱され
る。このとき、図３に示すような吸湿特性を有する例え
ばシリカゲル、活性アルミナを材料とする吸湿材１２
は、平衡吸湿量が吸湿材１２の温度の上昇に伴い実線で
示す曲線１５上の点Ａから点Ｂへ向かって徐々に減少し
始めるため、補水していた水分を気化させ、通気性部材
１３を通して外部へ水蒸気の放出を開始する。これと同
時に吸湿材１２は、接触する配管９およびフィン１１の
表面から水分を気化するための潜熱を奪うため、配管９
およびフィン１１は冷却され、また配管９を通過する冷
媒も冷却される。これにより、受液器３から出た高温高
圧液体の冷媒は、冷却器１０により放熱を促進し、蒸気
圧縮式冷凍機２０の冷凍性能または成績係数を向上させ
る。この作動は、吸湿材１２が補水していた水分をすべ
て水蒸気として気化させ、通気性部材１３を通して外部
へ放出するまで持続される。冷却器１０における水分放
出後は、冷却効果が生じないため蒸気圧縮式冷凍機２０
は、冷却器１０が付加されていない冷凍機と同様の冷凍
性能または成績係数である。

【００１９】蒸気圧縮式冷凍機２０の停止後、高温高圧
の液体の冷媒が自然放熱等により外気温程度まで温度が
低下することに伴い、配管９、フィン１１および、これ
らに接触する吸湿材１２も同様に外気温程度まで温度が
低下する。これにより、図３に示すような吸湿特性を有
する例えばシリカゲル、活性アルミナを材料とする吸湿
材１２は、平衡吸湿量が吸湿材１２の温度の低下に伴い
実線で示す曲線１５上の点Ｂから点Ａへ向かって徐々に
増加し始めるため、自発的に外気中の水蒸気を吸湿して
補水する。したがって、保守作業者による冷却器１０へ
の給水作業を必要としない。

【００２０】以上のことから、受液器３と膨張弁４との
間に付加した冷却器１０は、配管９およびフィン１１の
表面から潜熱を奪い熱交換を行なうため、従来例で示し
た顕熱による熱交換を行なう冷却用熱交換器６と比較し
て熱交換効率を著しく向上させることが可能であり、蒸
気圧縮式冷凍機２０の始動時に高温冷媒の放熱を促進し
始動時の冷凍性能または成績係数を改善させることがで
きる。

【００２１】なお、本発明では、フィンの形状は、円板
に限らず配管を流れる冷媒と吸湿材との間の熱交換が可
能であれば、矩形、多角形、その他複雑な形状でもよ
い。また、配管とフィンとの固定方法は、配管をフィン
に圧入する方法や、配管をフィンに挿入後に配管を拡管
し圧着する方法等でもよい。さらに、配管とフィンとを
一体成形した配管を用いてもよい。

【００２２】（第２実施例）本発明の第２実施例を図４
に示す。第２実施例による蒸気圧縮式冷凍機は、冷却器
１０を圧縮機１と凝縮器２との間に付加した点が第１実
施例の蒸気圧縮式冷凍機２０と異なる。図４に示すよう
に、蒸気圧縮式冷凍機３０の冷媒回路は、圧縮機１と凝
縮器２と受液器３と膨張弁４と蒸発器５と冷却器１０
と、これらを接続する配管９とから構成され、この冷媒
回路を流れる冷媒は、圧縮機１から冷却器１０、凝縮器
２、受液器３、膨張弁４、蒸発器５を経由して圧縮機１
に至る冷凍回路を循環する。

【００２３】蒸気圧縮式冷凍機３０の冷媒回路の動作を
冷媒の流れに沿って説明する。始動時、外気温に近い温
度の低圧気体の冷媒は、圧縮機１で断熱圧縮され高温高
圧の気体に変化した後、冷却器１０に送られ、冷却器１
０により吸湿材１２が補水していた水分の大部分を水蒸
気として気化させるまで冷媒は冷却され圧縮機出口の気
体より低温の高圧気体になる。その後、この高圧気体の
冷媒は、凝縮器２に送られ、外部へ熱を放熱し高圧液体
になる。さらに冷媒は、受液器３で一時貯蔵された後、
膨張弁４に送られ、膨張弁４により例えば０℃程度の低
温低圧気液二相状態に変化した後、蒸発器５に送られ外
部から吸熱し低温低圧の気体になり再び圧縮機１に送ら
れ循環する。この冷媒の循環による蒸発器５の吸熱作用
により、蒸発器５を流通する空気は冷却される。

【００２４】定常運転時は、第１実施例と同様、蒸気圧
縮式冷凍機３０の冷媒回路は、冷却器１０が付加されて
いない場合と同様の動作をする。この第２実施例による
と、圧縮機１と凝縮器２との間に付加した冷却器１０
が、蒸気圧縮式冷凍機３０の始動時に凝縮器２の補助的
役割を果し高温冷媒の放熱を促進するため始動時の冷凍
性能または成績係数を改善させることができる。

【００２５】（第３実施例）本発明の第３実施例を図５
および図６に示す。第３実施例は、吸湿材を凝縮器の放
熱面上に接着したことにより、第２実施例の冷却器１０
の機能を凝縮器にもたせた点が第２実施例と異なる。図
５および図６に示すように、凝縮器４０は、チューブ４
１とコルゲートフィン４２と吸湿材４３とから構成され
る。

【００２６】チューブ４１は、高圧に耐えるように横断
形状が矩形の四辺状に形成された筒状の管をＵ字形状に
同一平面上で複数回折返した形状を有する。チューブ４
１の内部に冷媒が流れ、またＵ字形状に折返した隣合う
チューブ４１の間には、コルゲートフィン４２が設けら
れる。コルゲートフィン４２は、Ｕ字形状に折返したチ
ューブ４１の間隔に適合した波状の薄板から構成され、
波状の山部と谷部とでチューブ４１に接触するようにろ
う付等により固定される。また、コルゲートフィン４２
の表面は、通風抵抗の増加を極力抑えるため粒径の極め
て小さい吸湿材４３が接着される。この場合、吸湿材４
３が接着されるにより固定されるため通気性部材は必要
ない。

【００２７】この第３実施例によると、この凝縮器４０
に接着された吸湿材４３が凝縮器４０の表面から潜熱を
奪い熱交換を行なうため、凝縮器４０を冷凍回路に使用
した場合、第２実施例の冷却器１０を付加した場合と同
様、蒸気圧縮式冷凍機の始動時に高温冷媒の放熱を促進
し始動時の冷凍性能または成績係数を改善させることが
可能である。

【００２８】（第４実施例）本発明の第４実施例を図７
および図８に示す。第４実施例による冷却器は、フィン
の形状をひげ状にして、このひげ状のフィンの表面に吸
湿材を接着した点が第１実施例の冷却器１０と異なる。
図７および図８に示すように、冷却器５０は、配管９と
スパイラルフィン５１と吸湿材１２とから構成される。

【００２９】スパイラルフィン５１は、配管９に接触す
る帯状の基部５１と、基部５１の表面から配管９の径方
向外側へ伸びるひげ状のひげ部５２とから構成され、配
管９の外周面に螺旋状に巻付け固定される。吸湿材１２
は、配管９の表面およびスパイラルフィン５１のひげ部
５２の表面に接着される。

【００３０】この第４実施例によると、配管９の表面お
よびスパイラルフィン５１のひげ部５２の表面に接着さ
れた吸湿材１２が配管９およびスパイラルフィン５１の
表面から潜熱を奪い熱交換を行なうため、冷却器５０を
冷凍回路に使用した場合、第１実施例の冷却器１０を付
加した場合と同様、蒸気圧縮式冷凍機の始動時に高温冷
媒の放熱を促進し始動時の冷凍性能または成績係数を改
善させることが可能である。なお、スパイラルフィンの
代わりにスカイブドフィン等を使用しても同様の効果が
得られる。

【００３１】（第５実施例）本発明の第５実施例を図９
に示す。第５実施例による冷却器は、吸湿材１２に代わ
りに液体状の吸収液を使用し、この吸収液が貯溜される
液槽を設けた点が第１実施例の冷却器１０と異なる。図
９に示すように、冷却器６０は、配管９とフィン１１と
液槽６１と吸収液６２と通気性部材６３とから構成され
る。

【００３２】配管９は、第１実施例と同様のフィン１１
を備え、液槽６１の一方の側面から他方の側面へ貫通す
る。液槽６１は、上部に開口部を有する容器からなり、
配管９のフィン１１により液槽６１に貯溜される吸収液
６２と熱交換する。吸収液６２は、例えば臭化リチウム
水溶液、塩化カルシウム水溶液からなり、吸収液６２に
よりフィン１１の全部が浸されるところまで吸収液６２
が液槽６１に貯溜されている。

【００３３】通気性部材６３は、大気中の塵等が液槽６
１へ侵入するのを防止するため、液槽６１の開口部全面
を覆うように設けられる。この第５実施例によると、液
槽６１に溜められた吸収液６２がフィン１１の表面から
潜熱を奪い熱交換を行なうため、冷却器６０を冷凍回路
に使用した場合、第１実施例の冷却器１０を付加した場
合と同様、蒸気圧縮式冷凍機の始動時に高温冷媒の放熱
を促進し始動時の冷凍性能または成績係数を改善させる
ことが可能である。

【００３４】

【発明の効果】本発明の冷凍機によると、配管内を流れ
る高温冷媒と熱交換を行なうことにより冷媒を冷却する
ことができる冷却器を冷凍回路に使用することにより、
冷却器に水分が残存する期間中の冷凍性能または成績係
数を改善させることができ、構造上の容積、重量、コス
トが削減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による冷却器の部分断面図
である。

【図２】本発明の第１実施例による蒸気圧縮式冷凍機の
冷媒回路を示す回路図である。

【図３】本発明の第１実施例による冷却器の吸湿材の吸
湿材温度に対する平衡吸湿量を示す吸湿特性図である。

【図４】本発明の第２実施例による冷凍機の冷媒回路を
示す回路図である。

【図５】本発明の第３実施例による吸湿材を接着した凝
縮器の概略構成図である。

【図６】本発明の第３実施例の図５に示す円内拡大図で
ある。

【図７】本発明の第４実施例による冷却器の概略構成図
である。

【図８】本発明の第４実施例の図７に示す円内拡大断面
図である。

【図９】本発明の第５実施例による冷却器の概略構成図
である。

【図１０】従来の冷凍機の冷媒回路を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機（冷媒圧縮機） ２ 凝縮器 ３ 受液器 ４ 膨張弁 ５ 蒸発器 ９ 配管 １０ 冷却機 １１ フィン １２ 吸湿材 １３ 通気性部材 ２０ 蒸気圧縮式冷凍機 ４０ 凝縮器 ４１ チューブ（配管） ４２ コルゲートフィン（フィン） ４３ 吸湿材 ６２ 吸収液（吸湿材）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装
   置、蒸発器を配管により接続した冷凍機であって、 前記受液器と前記減圧装置との間に外気中の水分の吸湿
   と蒸発を行える冷却器を配し、 前記冷却器に吸湿した水分を前記受液器出口側の冷媒温
   度により蒸発させることを特徴とする冷凍機。
2. 【請求項２】 前記冷却器は、冷媒が流通する配管と、
   この配管の外周面に固定され径方向外側に拡がるフィン
   と、少なくとも前記フィンの外表面に接触し水分の吸湿
   と蒸発とが可能な吸湿材を備えることを特徴とする請求
   項１記載の冷凍機。
3. 【請求項３】 前記吸湿材は、前記フィンの外表面また
   は前記配管の外表面あるいはその両方に接着されること
   を特徴とする請求項２記載の冷凍機。
4. 【請求項４】 前記吸湿材は、前記フィンまたは前記配
   管と、前記フィンまたは前記配管とを覆う通気性部材と
   の間に充填されることを特徴とする請求項２記載の冷凍
   機。
5. 【請求項５】 前記吸湿材は、ゼオライト、シリカゲ
   ル、活性アルミナ、活性炭、吸湿性高分子樹脂、臭化リ
   チウム水溶液、および塩化カルシウム水溶液からなる群
   から選ばれる１種類または２種類以上であることを特徴
   とする請求項２、３または４記載の冷凍機。
6. 【請求項６】 冷媒圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装
   置、蒸発器を配管により接続した冷凍機であって、 前記冷媒圧縮機と前記凝縮器との間に外気中の水分の吸
   湿と蒸発を行える冷却器を配し、 前記冷却器に吸湿した水分を前記冷媒圧縮機出口側の冷
   媒温度により蒸発させることを特徴とする冷凍機。