JPH0842937A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】地球環境への影響の少ない冷媒を使用し、高効
率で動作圧力を適性にできる冷凍装置を提供する。 【構成】冷媒と、冷媒と吸収作用を有する溶液を封入し
た冷凍装置において、圧縮機１に気液分離器２を設け、
気液分離器２で分離した溶液を圧縮機１出口に送る溶液
ポンプ３を気液分離器下部に設けるとともに、溶液ポン
プ３の運転容量を負荷により制御する制御装置９を設け
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍、空調に使用され
る冷凍装置に係り、特に、圧縮と吸収作用を併用した冷
凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍、空調装置の冷凍サイクルに
は、冷媒としてＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）１２
あるいはＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボンの
略）２２が使用されている。これらの冷媒は、成層圏の
オゾン層を破壊することが知られており、オゾン層を破
壊しない冷媒に置き換える必要がある。オゾン層を破壊
しない代替冷媒としては、例えば、特開平３ー１７０５
８５号公報、特開平３ー２８７６８８号公報に記載され
ているように、複数のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボ
ンの略）を混合した共沸混合冷媒が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したような、ＨＦ
Ｃからなる冷媒は、オゾン層の破壊がなく、ＣＦＣに比
べて地球温暖に対する影響も小さく、従来の冷媒に近い
動作圧力になる利点があるが、今後、より地球環境に与
える影響の少ない冷媒に置き換えることが望まれる。地
球環境に与える影響の少ない冷媒としては、炭化水素、
炭酸ガス等の自然界に存在する冷媒が考えられるが、冷
凍サイクルに使用するにあたっては可燃性、毒性を考慮
する必要がありこれらを満足するものとして炭酸ガスが
考えられる。

【０００４】しかし、炭酸ガスを冷凍装置の冷媒として
使用する場合、動作圧力に次のような問題があった。す
なわち、炭酸ガスの臨界温度は３１℃、臨界圧力が７．
４ＭＰａであり、通常の空調機で使用する温度５０℃で
は、超臨界状態になり高温側がガスとなり冷媒温度変化
が大きくなる、また、伝熱性能が低下するので、冷凍装
置の効率が低下する、さらに、圧力が１０ＭＰａを越
え、ＨＣＦＣ２２での圧力２ＭＰａよりはるかに高くな
るといった問題点がある。

【０００５】本発明の目的は、地球環境に与える影響を
少ない冷媒を使用し、高効率で適正な動作圧力で作動す
る冷凍装置を提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、高効率で能力を可変
にできる冷凍装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の冷凍装置は、少なくとも圧縮機、熱源側熱
交換器、減圧装置、利用側熱交換器を接続し、内部に冷
媒を封入してなる冷凍装置において、該冷媒と吸収作用
を有する溶液を封入するとともに、前記圧縮機入口に気
液分離器を設け、該気液分離器で分離した溶液を前記圧
縮機の出口に送る溶液ポンプを前記気液分離器の下部に
設けたことを特徴とするものである。

【０００８】又、前記冷媒が炭酸ガスであるものであ
る。

【０００９】また、上記他の目的を達成するために、本
発明の冷凍装置は、前記冷凍装置の負荷を検出する負荷
検出器を設け、該負荷検出器で検出した冷凍装置の負荷
に基づいて、前記溶液ポンプの運転容量を制御するため
の制御装置を設けたものである。

【００１０】

【作用】上記のように構成しているので、圧縮機で高圧
にした冷媒に、気液分離器下部に設けた溶液ポンプで冷
媒と吸収作用を有する溶液を混合し、溶液濃度を所定濃
度にすることにより、動作圧力を自由に設定できる。図
３に、炭酸ガスとアセトンの０℃での飽和圧力を示すよ
うに、炭酸ガス濃度を０．２程度にするとＨＣＦＣ２
２、炭酸ガス濃度を０．１２にするとＣＦＣ１２に近い
圧力が得られる。また、吸収作用を用いることにより、
超臨界状態でも気液２層となり、温度変化が少なくな
り、高効率の冷凍装置を提供できる。さらに、溶液ポン
プを気液分離器の下部に設けることにより、溶液ポンプ
に溶液を重力で供給可能となり、安定した運転が可能と
なる。

【００１１】また、溶液ポンプの容量を可変にすること
により、冷凍装置内の炭酸ガス濃度が変化する。したが
って、圧縮機の運転容量が一定でも溶液ポンプの容量を
変化させることにより圧縮機入口圧力が変化し冷媒循環
量が変わり、能力を制御できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１は、本実施例の冷凍装置の構成図である。

【００１３】図１に示すように、本実施例の気液分離器
２で分離されたガス冷媒を圧縮する圧縮機１、気液分離
器２の下部に設置され、圧縮機１の出口に気液分離器２
で分離された溶液を送る溶液ポンプ３、圧縮機１から送
られたガス冷媒が溶液ポンプ３から送られた溶液に吸収
される際に発生する熱を放熱する吸収熱交換器として作
用する熱源側熱交換器４、吸収熱交換器４出口の冷媒と
溶液ポンプ３出口の溶液を熱交換する溶液熱交換器５、
減圧装置としての膨張弁６、溶液からガス冷媒を発生す
る際に外部から吸熱する再生熱交換器として作用する利
用側熱交換器７、電源スイッチ８、操作スイッチ１４が
設けられ負荷検出器１０及び冷媒温度検出器１１から溶
液ポンプ３の運転容量を変えるインバータ１２、リレー
１３及び膨張弁６を制御する制御装置９から構成されて
いる。冷凍装置の内部には、冷媒として炭酸ガス、吸収
作用を有する溶液としてアセトンが封入されている。

【００１４】次に、以上のように構成された冷凍装置の
動作について説明する。電源スイッチ８を入れ、制御装
置９に設けられた操作スイッチ１４をオンにすると、リ
レー１３が入り、圧縮機１が駆動される。また、負荷検
出器１０で検出した負荷と冷媒温度検出器１０で検出し
た温度により、インバータ１２の回転数及び膨張弁６開
度が設定される。溶液ポンプ３はインバータ１２により
設定回転数で駆動される。

【００１５】このように各機器が設定されると、冷媒は
圧縮機１で加圧され、溶液ポンプ３からの溶液と合流
し、熱源側熱交換器４に送られる。このときの圧力は、
冷媒と溶液の濃度で決定され、溶液ポンプ３の運転容量
を圧縮機１の運転容量に対して大きくするほど圧力は低
くなる。炭酸ガスとアセトンでは、炭酸ガス濃度を０．
２程度にするとＨＣＦＣ２２に近い圧力となる。熱源側
熱交換器４で外部の空気に放熱することにより、ガス冷
媒は溶液に吸収され低濃度の溶液となる。熱源側熱交換
器４から流出した溶液は、溶液熱交換器５で溶液ポンプ
３を流出した低温の溶液と熱交換し温度が低下し、膨張
弁６で減圧された後に利用側熱交換器７に送られる。利
用側熱交換器７で外部の空気から吸熱することにより溶
液からガス冷媒が発生し、冷房あるいは冷凍作用を行な
う。発生したガス冷媒と高濃度の溶液は気液分離器２に
送られ、ガス冷媒は圧縮機１、溶液は溶液ポンプ３に戻
るサイクルを構成する。このとき、溶液ポンプ３は気液
分離器２の下部に設置されているために、溶液は重力に
より溶液ポンプ３に送られる。また、気液分離器２と溶
液ポンプ３の高低差に応じた圧力が溶液ポンプ３入口の
溶液に加圧される。

【００１６】また、負荷検出器１０で検出した負荷が変
化し、例えば負荷が低下すると制御装置９によりインバ
ータ１２の周波数が高くなり、溶液ポンプ３が高回転数
で駆動される。したがって、冷凍装置内を循環する溶液
が増加し、冷媒の濃度が低下するため、図３に示すよう
に、圧縮機１入口の冷媒圧力が低下し、冷媒循環量が減
少し再生熱交換器７での熱交換量が減少する。

【００１７】以上のように、圧縮機１で高圧にした冷媒
に、気液分離器２の下部に設けられた溶液ポンプ３で冷
媒と吸収作用を有する溶液を混合し、混合する溶液の濃
度を変えることにより動作圧力を自由に設定できる。ま
た、溶液ポンプ３を気液分離器２の下部に設置すること
により、溶液ポンプ３に重力により溶液が供給されるた
め、溶液を溶液ポンプ３に導くための特別な装置が不必
要になる。また、気液分離器２と溶液ポンプ３の高低差
分の圧力が溶液に加圧されるため、溶液ポンプ３内の発
熱による溶液からガス冷媒を抑制でき、溶液ポンプ３を
安定して駆動できる。また、消費電力の少ない溶液ポン
プ３のみをインバータ１２で駆動することによりインバ
ータでの損失電力が少なく、高効率の能力可変形の冷凍
装置を提供できる。また、本実施例では再生熱交換器を
利用側熱交換器すなわち冷凍あるいは冷房に用いている
が、吸収熱交換器を利用側熱交換器７として用いてヒー
トポンプに使用してもよい。

【００１８】本発明の他の実施例を図２により説明す
る。図２は他の実施例に係る冷凍装置の構成図である。

【００１９】本実施例は、図１に示す実施例と同様な構
成であるが、図２に示すように、冷房運転と暖房運転で
冷媒の流れを切り替える四方弁１５、冷房運転時に全開
になり、暖房運転時に冷媒温度により開度が制御され暖
房用膨張弁１６、暖房運転時に全開になり、冷房運転時
に冷媒温度により開度が制御される冷房用膨張弁１７、
運転モード設定器１８で構成されている。

【００２０】以上のように構成された冷凍装置を駆動す
ると、運転モード設定器１８で設定された運転モードが
冷房運転である場合には、制御装置９により、四方弁１
５が冷房の位置に切り替わり、暖房用膨張弁１６が全
開、冷房用膨張弁１７が適性開度に制御される。圧縮機
１で加圧されたガス冷媒と溶液ポンプ３からの溶液とが
混合した後、四方弁１５を通った後、吸収熱交換器とし
て作用する熱源側熱交換器４で放熱し、低濃度の溶液と
なった冷媒は、全開となった暖房用膨張弁１６を通り、
溶液熱交換器５で熱交換して温度が低下した後、冷房用
膨張弁１７で減圧され、再生熱交換器として作用する利
用側熱交換器７で吸熱する。利用側熱交換器７で吸熱
し、発生したガス冷媒と高濃度の溶液は四方弁１５を通
り、気液分離器２でガスと液に分離された後、ガスは圧
縮機１、液は溶液ポンプ３に戻り図１で示す実施例と同
様の冷房運転を行なう。

【００２１】運転モード設定器１８で設定された運転モ
ードが暖房運転である場合には、制御装置９により、四
方弁１５が暖房位置に切り変えられ、冷房用膨張弁１７
が全開、暖房用膨張弁１６が適性開度に制御される。圧
縮機１で加圧されたガス冷媒と溶液ポンプ３からの溶液
が混合した後、四方弁１５を通り吸収熱交換器として作
用する利用側熱交換器７で放熱し、暖房運転を行なう。
利用側熱交換器７で放熱し、低濃度の溶液となった冷媒
は、全開となった冷房用膨張弁１７を通り、溶液熱交換
器５で熱交換して温度が低下した後、暖房用膨張弁１６
で減圧され、再生熱交換器として作用する熱源側熱交換
器４で吸熱する。熱源側熱交換器４で吸熱されたガス冷
媒と高濃度の溶液は四方弁１５を通り、気液分離器２で
ガスと液に分離された後、ガスは圧縮機１、液は溶液ポ
ンプ３に戻り暖房運転を行なう。

【００２２】以上説明した実施例では、並列に設けた圧
縮機と溶液ポンプの入口と出口の一方を利用側熱交換
器、他方を熱源側熱交換器に選択して接続が可能な四方
弁を設けることにより、冷房暖房運転が可能になる。

【００２３】また、炭酸ガスと吸収作用を有する溶液と
してアセトンを選択したが、吸収作用を有するものであ
ればよく、アセトンに代表されるケトン類、またはジエ
チルアミン、ブチルアミン等のアミン類、さらに炭酸カ
リウム水溶液等の無機物でもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、圧縮機で高圧にした冷
媒に、気液分離器下部に設けた溶液ポンプで冷媒と吸収
作用を有する溶液を混合し、混合する溶液の濃度を変え
ることにより動作圧力を自由に設定できる。

【００２５】また、溶液ポンプを気液分離器の下部に設
置することにより、溶液ポンプを安定して駆動できる。
また、溶液ポンプの運転容量を可変にすることにより、
高効率の能力可変の冷凍装置を提供できる。

【００２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である冷凍装置の構成図であ
る。

【図２】本発明の他に実施例である冷凍装置の構成図で
ある。

【図３】０℃における炭酸ガスとアセトンの濃度と飽和
圧力を示す特性図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…気液分離器、３…溶液ポンプ、４…熱
源側熱交換器、５…溶液熱交換器、６…膨張弁、７…利
用側熱交換器、９…制御装置、１０…負荷検出器、１２
…インバータ、１５…四方弁、１６…暖房用膨張弁、１
７…冷房用膨張弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも圧縮機、熱源側熱交換器、減圧
   装置、利用側熱交換器を接続し、内部に冷媒を封入して
   なる冷凍装置において、該冷媒と吸収作用を有する溶液
   を封入するとともに、前記圧縮機入口に気液分離器を設
   け、該気液分離器で分離した溶液を前記圧縮機の出口に
   送る溶液ポンプを前記気液分離器の下部に設けたことを
   特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】前記冷媒が炭酸ガスである請求項１に記載
   の冷凍装置。
3. 【請求項３】前記冷凍装置の負荷を検出する負荷検出器
   を設け、該負荷検出器で検出した冷凍装置の負荷に基づ
   いて、前記溶液ポンプの運転容量を制御するための制御
   装置を設けた請求項１又は２に記載の冷凍装置。