JPS58210446A - 冷凍機やヒ−トポンプ等のエコノマイザ−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】 技術分野 本発明は冷凍機やヒートポンプ等のエコノマイザ−装置
に関する。本発明はさらにそのような装置を装着した機
械にも関するものである。

従来技術 回転容積型圧縮機又は遠心多段式圧縮機を便用している
冷凍システム等にエコノマイザ−装置を設けることが知
られている。

そのようなシステムの例が第１図又は第２図に示されて
おり、圧縮機１が導管２から吸入された冷媒ガスを受け
、ガスは凝縮器３及び貯留タンク４に吐出されて液体に
なる。このタンクは実際には凝縮器の一部であることが
多いが、ここでは説明を容易にするためにタンクを分離
して示しである。

凝縮された液体はこのタンクから導管５を介して蒸発タ
ンク６に至り、蒸発タンク６の上方部分は導管７によっ
て圧縮機ケーシングの吸入圧と吐出圧との中間圧が存在
する部位に設けられた少くとも１個のボート８に接続さ
れる。中間タンクにおいてガスから分離された液体は、
導管９を介して膨張弁１１を通った後で蒸発器１ｏに流
れる。

膨張弁１１又は蒸発器１０において蒸発したガスは導管
２全介して圧縮機に戻る。

貯留タンク４と蒸発器／り６との間にはパルプ１２が取
付けられる。このパルプ１２は蒸発タンク６０レベルを
測定するフロート１３によって制御される。同様に、膨
張弁１１は蒸発器ｉｏ出口部における過熱全測定する装
置１４によって制御される。

蒸発器１０からの冷却がさらに要求されるときには、装
置１４は膨張弁１１を開かせ、蒸発タンク６内の液体レ
ベルが低下し、パルプ１２の開口度が大きくなる。

このようなエコノマイザ−装置の利点は、蒸発器１０へ
向かう液体全冷却するために形成されたガスの一部が吸
入圧によってではなく中間圧によって再圧縮されること
にある。これによって圧縮機の効率が向上し、冷却能力
が向上する。

しかしながら、この装置には多くの欠点も含まれている
。先づ、付加のタンク６及び冷媒ｔタンクに充填するた
めの追加の負荷が必要なので嵩張ったものとなフ高価な
ものとなる。さらに、フロートを使用する装置は確実性
に乏しい。次いで、システムの制御が困難なことにある
。というのは、膨張弁１１は凝縮器と蒸発器の間にある
圧力の下ではもはや作用されずに中間圧と吸入圧との間
の圧力の下で作用するからであり、さらに、エコノマイ
ザ−自体が作動しないような時１例えば圧縮機がスライ
ドを具えたスクリュー圧縮機であって圧縮機が部分負荷
状態にあるような時には、このシステムを作用させるこ
とができないからである。

このような状態においてはボート８における圧力は事実
上吸入圧と等しくなり、蒸発タンク６と蒸発器１０との
間に圧力差がなくなって液体が循環できなくなる。従っ
て、導管７にチェックパルプを設けるような追加の装置
を設けねばならなくなる。しかしながら、そのような追
加の装置を設けると、チェックパルプの再開放時に導管
７を介して圧縮器に液体バーストが引起され、チェック
パルプが閉じられるときに凝縮器圧力にあった液体が、
突然中間圧に戻ろうとする。そのようなバーストは圧縮
機に損傷をもたらす可能性がある。

従って、第２図に示すような装置全使用するのが普通に
なっており、導管９と膨張弁１１とは貯留タンク４に直
接的に接続され、エコノマイザ−ライン８に配置された
補助蒸発器１６によって冷却され且つ過熱測定手段１８
によって制御される膨張弁１７によって供給される交換
装置Ｕ、を具えている。

このような装置においては、膨張弁１１は蒸発器と凝縮
器との間の圧力の差の下で常に作用するので、第１図の
装置の欠点の多くは克服されている。

しかしながら、このような装置には又別の欠点があられ
れる。この装置は蒸発器−交換装置及び追加の膨張弁１
７を必要とするのでやは９高価なものである。他方、交
換装置の作動は１５と１６の間に温度差を必要とし、こ
の温度差は通常約５℃のオーダーにある。膨張弁１１に
到達する液体は第１図の場合よりも冷却されておらず、
従って、エコノマイザ−の性能が実゛質的に低下し、低
圧縮領域においては効果がないとさえ言える。

発明の概要 本発明の目的は安価で効率的なエコノマイザ−装置を提
供することにある。

本発明により、圧縮機と、圧縮機の吐出側に接続された
凝縮機、膨張装＋１．及び圧縮機吸入側に接続された蒸
発器を含む回路とから成る冷凍又はヒートポンプ等の装
置のためのエコノマイザ−装置であって、エコノマイザ
−装置は上記回路の膨張装置と蒸発器との間に配置され
且つ膨張装置を曲って作られた液体と気体全分離する分
離装置及び分離装［ｔｋ圧縮器の吐出圧と吸入圧との中
間圧のある部位にそのケーシングを貫通して設けられた
少くとも１個のポートに接続する気体導管及び前記分離
装置を蒸発器に接続する少くとも１個の液体導管とを具
備するものにおいて、前記分離装置はブレードを具えて
ハウジング内に回転自在に取付けられたロータから成り
、前記気体導管はハウジングの中央部に開口し、前記液
体導管はハウジングの環状周辺部に開口し、エコノマイ
ザ−装置はさらに前記液体導管に配置σされた弁装置と
作動中に前記分離装置度の環状周辺部に輪状に形成され
る液体の輪の半径方向の寸法を持続させるように前記弁
装置を制御する制御手段と全具備することを特徴とする
エコノマイザ−装置、が提供される。

本発明の好ましい態様によると、ロータは圧縮機軸に取
付けられる。

本発明によるエコノマイザ−装置は従来技術の欠点を克
服するものである。特に、装ｊ酋が非常にコンパクトに
できること。即ち、上述の分離装置や交換装置１と比べ
ると、追加の液体タンクが不要であり、ブレードを具え
て圧縮機軸の端部に取付けられるロータの価格は非常に
安価なものである。

本装置によって送られた液体はその極限まで即ち分離さ
れた気体の飽和蒸気圧に相当する温度まで過冷されるこ
と。同時に、遠心効果により、遠心装置の出口における
圧力はこの圧力より高く、蒸発器への流れがさらに容易
になる。膨張弁はエコノマイザ−装置と蒸発器の間でな
く凝縮器とエコノマイザ−装置の間に配置されるので、
常に実質的な差圧の下で作用する。

さらに、流体冷媒の粘度は非常に低いために。

本装置はほんのわずかのエネルギーしか必要としない。

ロータの周囲に形成される液体の輪の粘性摩擦は無視で
きる程度であり、膨張タービンに結合して膨張エネルギ
ーの一部を周知方法によって回収すれば遠心ロータさえ
使用できるであろう。

上記の結果は、圧縮機軸を５０又は６０ヘルツの周波数
で３，０００又は＆６００ｒｐｍで２極モータにより駆
動させ、そのような速度で満足のいく気体−液体分離を
確実に行うロータの大きさは。

スクリュービニオン圧縮機の容量を制御するためのスラ
イドのアクチュエータ間に配置できるような小さなもの
として、達成されることができることが示される。この
スライドについては例えばフランス特許第２．３２Ｌ６
１３号に記載されている。

実施例 以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第３図に示すシステムにおいて、第１図及び第２図の要
素に対応する要素には同一の符号が付されており、圧縮
機１の吐出側には凝縮機３が接続され、貯留タンク４が
続いている。圧縮機１の吸入側２には蒸発器１０の出口
側が接続される。貯留タンク４から出た液体冷媒は膨張
弁１１を通り。

そこで部分的に蒸発される。このようにして得られた液
体−ガス混合物は、孔１９を介して静止ノ・ウジング２
０に到達し、ノーウジング内にはブレード２２を具えた
ロータ２１が回転可能に取付けられており、このロータ
はモータ２４によって駆動される圧縮機の軸又は補助モ
ータに結合された軸２３によって駆動される。

ブレードの回転によって、孔１９から入った液体は周辺
部に放り出され、一方、ガスはロータ軸線の回りのガス
領域にとどまって、導管７に接続された孔２５からハウ
ジング２０を出る。孔２５はハウジング２０のガス領域
に開口されており。

さらに詳細には、ハウジング２０の一端壁の中心部に開
口されている。

ハウジング壁を貫通して形成された孔２６が。

導管３０から、ブレードの回りに液体の輪２８を半径方
向にほぼ一定な厚さに維持するに適した装置２７ｔ−介
して、導管９に接続される。従って。

液体の輪はハウジング２０内の圧力とは独立的に維持さ
れる。ハウジング内の圧力は圧縮機１の作動状態によっ
て実際に犬きく１例えば１：３で示される範囲はど変化
する。特に、スクリーー圧縮機の場合には、その吐出量
が吸入ボートからのねじ山の隔離の遅れを調節すること
によって行われ。

導管７を介してハウジング２０に伝達されるボート８に
おける圧力が、吐出量の設定によって吸入圧とは多かれ
少なかれ異っているものである。

液体の輪２８の厚さを一定に保つ一方策は、遠心力によ
ってもたらされた圧力を測定し、ガスの圧力及びハウジ
ング２０を出る液体の圧力を比較し、装置２７内に設け
られたパルプの開口度を大きくしたり小さくＬ１７して
蒸発器へ向かって液体を放出せしめることである。

装置ｉ２７の１実施例が第４図に示されている。

ＪＬ２６からくる液体は導管３０を介してボア３１の一
端に至り、ボア３１内には軸線方向に可動なピストン３
２が挿入されていて、ピストンの運動によってボア３１
を形成する壁に設けられた３３又は３４のような半径方
向の穴を覆ったり開放したシする。これらの穴はシリン
ダの回りに螺旋状に配置され、よって、導管３０から遠
ざかるピストン３２が穴をボア３１によって形成される
室にシーケンス的に開放し、導管３０とｉ＋’［ｉじさ
せる。

ハウジング２０のガス領域に油じる導管２９が導管３０
とは反対側のポア３１端部に開口している。従って、ピ
ストン３１の一側に導管２９を介してもたらされる圧力
は、遠心力分離装置直の中央部におけるガス圧力であ、
る。さらに、ピストン３２と導管２９が開口するボア端
壁との間にコンプレッションスプリング３５が配置され
る。スプリング３５はピストン３２を導管３０に向かっ
て押し、従って、３３や３４のような穴を閉じようとす
る。

装置２７の作動は次の通シである。ピストン３２の下方
面には孔２６からきた液体の圧力がかがり、一方、ピス
トンの他方の面にはガス圧力及びスプリング付勢力がか
かっている。

従って、ピストン３２はスプリング力がガス及び液体間
の差圧即ち遠心力によって作られた差圧と釣合った位置
で落着こうとし、これは所定の回転速度においては液体
の輪２８の厚さにほとんど比例的である。

この厚さが増加すると、差圧が大きくなり、よって、ピ
ストン３２は新らしい次の穴が開口するまで上方に押さ
れ、装＠２７’（通る流れが孔１９からきた液体の流れ
と釣合って、液体の輪の厚さが元の厚さに復元される。

スプリングの付勢力がその変位量に対してわずかに変化
することは望ましいことである。これは十分長いスプリ
ングを使用することによって得られる。穴に面する体ｆ
ｊｔは非常に大きいのでこの圧力は穴倉通る流れには影
響されない。さらに、穴はピストン３２の移動方向に直
角なので穴への流れの方向はピストン３２の下方面に動
的圧力負荷をもたらすものではない。

３３で示されるような穴ｔ″通った液体はその圧力を急
速に低下させ、錫状になる。液体−ガス混合物はマニホ
ルド室３６−に集められ、導管９を介して蒸発器へ向か
う。

第５図にはフランス特許＠１３３１，９９８号及び第２
３２１６１３号による１円筒状スクリューとコントロー
ルスライドとを有する圧縮機のｉ％分断面図が示されて
いる。圧縮機の軸に取付けた第３図の分離装置の実際的
な態様がこの圧縮機に見られる。

軸２３Ｆｉ３７で示されるようなラビリンス及び回収室
３８と協働し、回収室３８は軸とうとリンス間で生じた
ガス漏れをスクリュー４０の底部に戻し、そこから周知
のように吸入部（図示せず）に戻すようになっている。

留意すべきは、遠心ロータはコントロールスライド４２
のアクチェエータ４１の間にその位置を定める程度に十
分小さなものであるということである。

数値例をあげれば、直径１４０ｍｍのスクリューで、３
．００Ｏｒｐｍで約２．５００　ｎ／毎分の容ｉｔ掃気
する。スクリュー−ピニオン圧縮機ではブレードの内径
がわずかに１１０隅の遠心ロータを取付ければ良いこと
になる。孔１９を介して、（４バールで吸入された冷媒
ガスＲ２２による）凝縮液体の全ｈ（、即ち約４０リツ
トル／毎分を送ることによって、ボート２６から出る液
体は十分の一度Ｏの正確さでボート２５から出るガスの
飽和蒸気温度にあり１つ町視泡を含まず、従って、完全
に分離されたものであり、そして、ボート２５から出る
ガスは液体の３重量パーセント以下であることが測定さ
れた。液体の輪により創成された過圧は約０３５バール
であった。

第３図全参照すると、膨張弁１１の下流側で遠心装置に
行く通路には三方弁４３が配置されている。三方弁４３
０３個目の通路はバイパス通路４４に接続され、バイパ
ス通路４４の他端はバルブ２７と蒸発器２７との間の導
管９に接続される。

遠心分離装置が作動している通常時には、三方弁４３の
ハウジング２０に向かう通路が開かれ。

バイパス通路４４へ向かう通路が閉じられる。

エコノマイザ−装置の作動全停止させようとするときに
は、バイパス通路４４に向かう通路が開、かれてハウジ
ング２０（向かう通路が閉じられる。

その構造上、パルプ２７が閉じてチェック弁の作用をす
る。従って、容量コントロールの結果としてボート８が
吸入圧になり且つ遠心装置全体がこの圧力になったとし
ても、エコノマイザ−ボート８を開放させることが可能
である。

第６図に示す態様においては、ロータ２１のブレード２
２はハウジング２０の側壁までは延長されていない。こ
の１１１１壁には、スイッチ５１が取付けられ、その作
動レバー５２はブレード５２であってハウジング２０内
にロータ２１のブレード２２と接触しない程度に突出し
ている。グレード５２に作用級働かないときには、ブレ
ード５２は自動的に休止位置？とる。

装置２７は電磁弁で形成され、これはスイッチ５１によ
シ開閉形として制御される。ブレード５２が休止位置に
あるときには、ｔ＠弁２７は閉じるように制御される。

ハウジング２０内に形成される液体の輪の厚さが小さい
ときには、液体の輪の大部分がロータ２１の届かないと
ころにあるので、これはロータ２１のブレード２２によ
って弱く駆動されており。

ゆっくり回転する。ブレード５２には作動位置に駆動さ
せるほど大きな圧力がかかつておらず、を磁弁は閉じｆ
′ｃ、！まである。

これはハウジング２０中に液体量を増加させることとな
り、従って、液体がブレード２２の速度とほぼ等しい速
度でロータ２１によって駆動されるようになるまで半径
方向の厚さが増大することになる。ブレード５２はより
高い圧力を受けるようになり、第６図に破線で示される
作動位置へもたらされる。これによって電磁弁２７が開
かれ。

液体の輪の厚さが減少してブレード５２が休止位置にな
る′までこれが続く。

本発明は上述の実施例に限定されるものではなく１例え
ば液体の輪の厚さをほぼ一定に保つためにその他の手段
を用いることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエコノマイザ−装置を有する冷凍システ
ムの線図、第２図は同じく他のシステムにおける線図、
第３図は本発明による冷凍システムの線図、第４図は分
離装置のロータの回りに液体の輪を維持させるパルプの
断面図、第５図は本発明によるエコノマイザ−装置を具
えたスクリュー−ピニオン圧縮機の断面図、第６図はロ
ータ軸線に直角な平面に沿った断面図でエコノマイザ−
装置の他の態様を示す図である。 １・・・圧縮機、３・・・凝縮器、７・・・ガス導管。 ９・・・液体導管、１０・・・蒸発器、　１１・・・膨
張弁。 ２０・・・ハウジング、２１・・・ロータ、２２・・・
グレード。 ２７・・・パルプ、２８・・・液体の輪、３１・・・ボ
ア。 ３２・・・ピストン、３３．３４・・・穴、３５・・・
スプリング、３６・・・マニホルド室、５１・・・スイ
ッチ。 特許出願人 ベルナート　ツィメルン 特詐出願代理人 弁理士　　青　木　　　　朗 弁理士　西　舘　和　之 弁理士　　中　　山　恭　介 弁理士　山　　口　　昭　之

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　圧縮機と、圧縮機の吐出側に接続された凝縮機、膨
   張装置、及び圧縮機吸入側に接続される蒸発器金倉む回
   路とから成る冷凍又はヒートポンプ等の装置のためのエ
   コノマイザ−装置であって、該エコノマイザ−装置は上
   記回路の膨張装置と蒸発器との間に配置され且つ膨張装
   置を通って作られた液体と気体を分離する分離装置及び
   該分離装置を圧縮機の吐出圧と吸入圧との中間圧のある
   部位にそのケーシングを貫通して設けられた少くとも１
   個のボートに接続する気体導管及び前記分離装置代ヲ蒸
   発器に接続する少くとも１個の液体導管と全具備するも
   のにおいて、前記分離装置はブレード？具えてハウジン
   グ内に回転自在に取付けられたロータから成り、前記気
   体導管はハウジングの中央部に開口し、前記液体導′管
   はハウジングの環状周辺部に開口し、エコノマイザ−装
   置はさらに前記液体導管に配置された弁装置と作ｉ１ｆ
   ＃中に前記分離装置の環状周辺部に輪状に形成される液
   体の輪の半径方向の寸法を維持するように前記弁装置を
   制御する制御手段とを具備することを特徴とするエコノ
   マイザ−装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のエコノマイザ−装置に
   おいて、前記液体導管に配置された弁装置の前記制御手
   段は前記気体導管の圧力と前記液体導管の圧力との差圧
   により作動することを特徴とするエコノマイザ−装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載のエコノマイザ−装置に
   おいて、前記液体導管に配置された弁装置はその側壁を
   貫通して軸線方向に延びる穴手段を有するボッと、該ボ
   ア内を可動で一方向にハウジング内の気体圧力及びスプ
   リング付勢力を受は反対方向に前記液体導管の液体圧力
   上受けるピストンとから成り、前記穴手段は蒸発器入口
   に接続された導管と通じていることを特徴とするエコノ
   マイザ−装置。 ４　特許請求の範囲第３項記載のエコノマイザ−装置に
   おいて、前記穴手段は螺旋形状に配置された複数個の穴
   から成ることを特徴とするエコノマイザ−装置。 ５、　特許請求の範囲第３項又は第４項記載のエコノマ
   イザ−装置において、前記穴手段は蒸発器入口導管に接
   続されたマニホルド室に開口することを特徴とするエコ
   ノマイザ−装置ｆ０６　特許請求の範囲第２項記載のエ
   コノマイザ−装置において、前記液体導管に配置された
   弁装ｊ？ｔはハウジングの環状周辺部に形成される液体
   の輪の速度によって作動可能な手段によって制御される
   こと全特徴とするエコノマイザ−装置。 ７、　特許請求の範囲第６項記載のエコノマイザ−装置
   において、前記液体導管に配置された弁装置は電磁弁で
   あり、前記速度によって作動可能な手段はその制御部材
   がそのハウジング壁から突出したブレードであるスイッ
   チであることを特徴とするエコノマイザ−装置。 ８、特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項記載の
   エコノマイザ−装置において、ロータはコンプレッサ軸
   により駆動されることを特徴とするエコノマイザ−装置
   。 ９、　特許請求の範囲第１項記載のエコノマイザ−装置
   において、圧縮機は作動状態を調節するためのスライド
   を具えたスクリュー圧縮機であること全特徴とするエコ
   ノマイザ−０ １０特許請求の範囲第１項記載のエコノマイザ−装置に
   おいて、蒸発器の人口と、前記分離装置の入口に直列に
   配置された三方弁との間にバイパスが設けられることを
   特徴とするエコノマイザ−装置。