JPS5845449A - 冷凍装置における冷媒量調節装置 - 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】 本発明は、負荷の変化に対して、冷媒回路中を゛　流れ
る冷媒循環量を変化させ、負荷に応じて最高冷凍能力を
発揮させることができる冷媒量調節装置の改良に関する
ものである。

従来、冷媒量調節装置を備えた冷凍装置は、第１図に示
すように、圧縮機ａ、凝縮器す、絞り装置Ｃ１蒸発器ｄ
をそれぞれ環状に連結し、冷媒量調節容器ｅを絞り装置
Ｃの途中の接続位置ｑに、あるいは、絞り装置Ｃと蒸発
器ｄとの間に連結し、さらに、圧縮機ａと蒸発器ｄとを
連結する吸入管ｆを冷媒量調節容器ｅに貫通させた構成
が知られている。

このような構成にした場合、絞り装置Ｃと冷媒量調節容
器ｅとの接続位置ｑの冷媒は、気液二相の飽和状態であ
る。だから、もし、吸入管ｆが冷媒量調節容器ｅを貫通
していなければ、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒状態は
、絞り装置Ｃと冷媒量調節容器ｅとの接続位置ｑの冷媒
と同じ飽和状態になる。しかし、吸入管ｆが冷媒量調節
容器ｅを貫通している場合には、通常、吸入管ｆの温度
は絞り装置Ｃと冷媒量調節容器ｅとの接続位置ｑの温度
よりも低かため、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒の一部
が凝縮する。よって、絞り装置Ｃと冷媒量調節容器ｅと
の接続位置ｑの冷媒の湿り度よりも、冷媒量調節容器ｅ
の内部の冷媒の湿り度の方が大きくなる。つまり、吸入
管ｆの温度の方が、前記接続位置ｑの温度よりも低い場
合には、冷媒量調節容器ｅに冷媒が蓄積されるだけであ
る。

上述した冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒状態の負荷に対
する変化を、第２図を用いて説明する。

冷媒量−節容器ｅの熱収支を考える場合、その主な熱量
は、冷媒量調節容器ｅの周囲の空気からの熱伝達によっ
て冷媒量調節容器ｅに侵入する熱量と、冷媒量調節容器
ｅを貫通している吸入管Ｉによって冷媒量調節容器ｅか
ら奪われる熱量とがある。第２図は、横軸に冷凍装置の
負荷の大きさをとり、縦軸に冷媒量調節容器ｅへの侵入
熱量をとって、冷凍装置の負荷変動に対する冷媒量調節
容器ｅの熱収支を説明したものである。ただし、侵入熱
量が負ということは、冷媒量調節容器ｅより熱量が奪わ
れることを意味している。第２図において、曲線ｑ１は
負荷に対する周囲空気から侵入する吸入管ｆから侵入す
る熱量の変化をあられしている。そして、冷媒量調節、
容器ｅに侵入する全熱量は、ｑｌとｑ２とを加えた熱量
になり、この全侵入熱量は曲線ｑ３であられしている。

ここで、曲線ｑ３上の点Ｘは、冷媒量調節容器ｅへの侵
入熱量がないことを意味している。

ところで、冷媒量調節容器ｅが冷媒量の調節機能を果た
す場合は、この点Ｘであられされる負荷をほぼ中心とし
て、その前後のある範囲の負荷変動の場合だけである。

なぜなら、点Ｘの負荷よりも負荷がかなり大きくなると
、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒は常に過熱蒸気の状態
となり、負荷変動があっても冷媒量調節容器ｅの内部の
冷媒の過熱度が変化するだけであって、冷媒量調節容器
ｅの内部に蓄積される冷媒の質量には、はとんど変化が
ない。逆に、点Ｉの負荷よりも負荷がかなり小さくなる
と、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒は常に過冷却液状態
となり、負荷変動があっても、・冷媒量調節容器ｅの内
部の冷媒の過冷却度が変化するだけであって、冷媒量調
節容器ｅの内部に蓄積される冷媒の質量にはほとんど変
化がない。しかし、冷凍装置が使用される通常の負荷の
範囲は、第２図の点ｍと点ｎで示される範囲である。つ
まり、冷凍装置が使用される通常の負荷範囲は、点Ｘで
あられされる負荷よりも、かなり低いということになる
。

上記説明より明らかなように、結局、冷凍装置が使用さ
れる通常の負荷範囲では、従来の冷媒量調節容器ｅの内
部は過冷却液で占められ、負荷が極端に大きな範囲でし
か冷媒量調節機能を果たさなく、冷凍装置が使用される
通常の負荷の範囲では、はとんど冷媒量の調節機能を果
たさないという欠点があった。特に低負荷時には、圧縮
機に液戻りが生じるという短所があった。

そこで、本発明は上記従来の欠点を解消し、負荷の大き
な範囲、冷凍装置が使用される通常の負荷範囲、さらに
、低負荷の範囲とすべての負荷範囲の負荷変動に対して
も、冷媒回路中を流れる冷媒の量を変化させ、常に負荷
に応じて、冷凍装置に最高能力を発揮させることを可能
にしたものである。

本発明の一実施例を第３図、第４図および第５図により
説明する。第３図に示すように、圧縮機１、凝縮器２．
絞り装置３および蒸発器４をそれぞれ環状に連結する。

絞り装置３の途中の第一の接続位置３ａには第一の冷媒
量調節容器６が連結され、絞り装置３の途中で前記第一
の接続位置３ａよりも凝縮器２側に位置する第二の接続
位置３ｂには第二の冷媒量調節容器６が連結されている
０また、吸入管８は、圧縮機１と蒸発器４とを連結して
いる。また、凝縮器２と絞り装置３とを連結する接続管
７には分岐管７ａが設けられ、この分岐管７ａの一端は
、接続管７の途中の分岐点７ｂに連結され、分岐管７ａ
の他端は、前記接続管７の途中で、前記分岐点７ｂより
も絞り装置３側に位置している合流点７Ｃに連結されて
いる。さらに、第４図に示すように、吸入管８と分岐管
７ａとは、それぞれ第一の冷媒量調節容器６をヌ通し、
さらに、第５図に示すように、前記吸入管８は第二の冷
媒量調節容器６をも貫通している。

上記した冷媒量調節装置の作用について、以下に説明す
る。

一般に、負荷変動に対して、吸入管８の温度は敏感に、
かつ、大きく変化するが、第一の冷媒量調節容器５と絞
り装置３との接続位置３ａの温度と、第二の冷媒量調節
容器６と絞り装＃３との接続位置３ｂの温度とは、あま
り変化しない。捷だ、第一の冷媒量調節容器６と第二の
冷媒量調節容器６に蓄積される冷媒の質量は、それぞれ
吸入管８の温度と第一の接続位置３ａの温度との差と、
吸入管８の温度と第二の接続位置３ｂの温度との差に関
係する。さらに、第二の接続位置３ｂは、第′−の接続
位置３ａよりも、凝縮器側にある。すなわち、第二の接
続位置３ａの飽和温度よりも常に高いため、第一の冷媒
量調節容器５も第二の冷媒量調節容器６も同じ吸入管ａ
４熱交換するわけだが、第二の冷媒量調節容器６の内部
の冷媒の湿り度の方が、第一の冷媒量調節容器６の内部
の冷媒−の湿り度よりも常に大きくなる。

最高能力を発揮するように、必要冷媒が充てんされてい
るものとする。ある一定の負荷条件のもとで、冷凍装置
が運転されているとすると、吸入管８の温度もある一定
の温度に保たれる。この時、第一の冷媒量調節容器５を
貫通している吸入管８の温度は、第一の冷媒量調節容器
５と絞り装置３と連続される第一の接続位置３ａの温度
よりも、負荷が大きい場合には高くなり、通常の負荷や
低負荷の場合には低ぐなる。また、分岐管７ａの温度は
前記第一の接続位置３ａの温度よりも高い。。

このため、第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒の温度
は、第一の接続位置３ａの冷媒の温度よりも、高負荷の
場何には高くなり、低負荷の場合には低くなる。また、
通常の負荷では、第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒
は、第一の接続位置３ａの冷媒の温度と等し伝飽和温度
を示すが、第一の゛冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿
り度と第一の接続位置３ａの冷媒の湿り度は異なること
になる。

また、第二の冷媒量調節容器６を貫通している吸入管８
の温度は、第二の接続位置３ｂの温度よりも、通常の負
荷や低負荷の場合には低くなるが、高負荷の場合には、
吸入管８は、第二の接続位置３ｂとほぼ同じ温度となる
。このため、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の温
度は、第二の接続位置３ｂとほぼ同じ温度となる。この
ため、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の温度は、
第二の接続位置３ｂの冷媒の温度よりも、通常の負荷や
低負荷の場合には、低くなる。また、高負荷では、第二
の冷媒量調節容器６の内部の冷媒は、第二の接続位置３
ｂの冷媒の温度と等しい飽和温度を示すが、第二の冷媒
量調節容器６の内部の冷媒の湿り度と第二の接続位置３
ｂの冷媒の湿り度は異なることになる。

冷媒量調節を行う際には、第一の冷媒量調節容器６と第
二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の湿り度の調節が重
要であり、換言すると、τｅ　９　ＵＪ気体状態と液体
状態の比重量の差が大きいため、第一の冷媒量調節容器
５と第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の液相の割合
の制却が重要である。

第６図は、横軸に分岐管７ａの管径をとり、縦軸に゛第
一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り度をとって、
ある設計熱負荷条件のもとての第一の令嬢量調節容器６
の内部の冷媒の液相の割合を示したものである。例えば
、第６図において、ｈ点で示される管径の分岐管７ａを
用いたとすると、設計熱負荷条件のもとでは、第一の冷
媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り度はｉとなる。この
ように、ある設計熱負荷条件のもとで、分岐管７ａの管
径を適当に選択することによって、第一の冷媒量調節容
器６の内部の冷媒の湿り度を適宜選ぶことができる。

次に、冷凍装置が使用される通常の負荷範囲における、
冷媒量調節装置の作用について説明する。

今、ある負荷（例えば、設計熱負荷条件）のもとで、冷
凍装置が運転されているとする。第一の冷媒量調節容器
６の内部の冷媒の湿り度（換言すると、第一の冷媒量調
節装置５の内部に含まれる。

冷媒の質量）は、第６図で説明したように、分岐管７ａ
の管径を適当に選択子ることによって、任意に選べる。

それ故、第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒は、ある
気液二相の飽和状態である。

、また、通常負荷の場合、先に説明したように、第二の
冷媒量調節容器６を貫通している吸入管８の温度は、第
二の接続位置３ｂの温度よりも低いため、第二の冷媒量
調節容器６の内部は過冷却液で占められる。

通常の負荷範囲以内で、上記の負荷よりも、負荷が増加
した場合につめて説明する。負荷が増加すると、この負
荷条件で冷凍装置が最高能力を発揮できる冷媒量よりも
、冷媒回路中を循環する冷媒量が不足することになるの
で、過熱度の大きい冷媒が吸入管８を通って、圧縮機１
に吸い込まれることになる。つまり、第一の冷媒量調節
容器６を貫通している吸入管８の温度は、負荷変動前よ
りも高くなる。

このため、第一の冷媒量調節容器５の内部の飽和状態の
冷媒が蒸発するので、第一の冷媒量調節容器６の内部の
冷媒の湿り度は小さくなり、冷媒の一液相の割合が小さ
くなる。その結果、第一の冷媒量調節容器５の内部に含
まれる冷媒の質量は、負荷変動前と比較すると、減少す
る。この減少した冷媒は、結局、絞り装置３の途中の第
一の接続位置３ａから、第一の冷媒量調節容器５の内部
の冷媒が、冷媒回路、中に流れこんだ冷媒であるため、
不足していた冷媒回路中に冷媒が補給’３ｎることにな
り、吸入管８の温度は減少し、絞り装置３の途中の第一
の接続位置３ａの温度と釣合うことになる。

また、第二の冷媒量調節容器６の内部は、負荷変動前と
同様、過冷却液で占められるので、第二の冷媒量調節容
器６に蓄積される冷媒の質量は、はとんど変化しない。

−一−レ暮１や 次に、通常の負荷範囲以内で、先に述べたある負荷（例
えば、設計熱負荷条件）よりも、負荷が減少した場合に
ついて説明する。この負荷条件で冷凍装置が最高能力を
発揮する冷媒量よりも過剰の冷媒が冷媒回路中を循環す
る゛ことになるので、過熱度のほとんどない冷媒が、吸
入管８を通って−）［縮機１に吸い込まれる。つまり、
第一の冷媒量調節容器５を貫通している吸入管８の温度
は、負荷が減少する前よりも、低くなる。このため、第
一の冷媒量調節容器５の内部の飽和蒸気状態の冷媒が凝
縮するので、第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿
り度が大きくなり、冷媒の液相の割合が大きくなる。そ
の結果、第一の冷媒量調節容器６の内部に含１れる冷媒
の質量は、負荷変動前と比較すると、増加する。この増
加した冷媒は、結局、冷媒回路中の冷媒が第一の冷媒量
調節容器５に流れこんだ冷媒であるため、冷媒回路中の
過剰な冷媒が除却されたことになり、吸入管８の温度は
上昇して第一の接続位置３ａの温度と釣合う。

また、第二の冷媒量調節容器６の内部は、負荷変動前と
同様、過冷却剤液で占められるので、その内部に蓄積さ
れる冷媒の質量は、はとんど変化しない。

通常の負荷範囲よりも、負荷がさらに低い場合（低負荷
）の冷媒量調節装置の作用について説明ヒる。

このように、負荷が低くなると、吸入管８を通過する冷
媒の温度は、通常負荷の場合よりも、さらに低くなるの
で、第一の冷媒量調節容器５の内部は、はとんど飽和液
あるいは過冷却液で占められることになる。このため、
第一の冷媒量調節容器６に含まれる冷媒の質量は、通常
の負荷の場合よりも増加し、その増加した°量の冷媒が
、冷媒回路中から除去されることになる。また、第二の
冷媒量調節容器６の内部は、通常負荷の場合と同様過冷
却液で占められるので、その内部に蓄積される冷媒の質
量は、はとんど変化しない。

次に、通常負荷よりも負荷がさらに高い場合（高負荷）
の冷媒量調節装置の作用について説明する。

このように負荷が高くなると、吸入管８を通過する冷媒
の温度は、通常の負荷の場合よりも、さらに高くなるの
で、第一の冷媒量調節容器６の内部は、はとんど飽和蒸
気あるいは過熱蒸気で占められることになる。このため
、第一の冷媒量調節容器６に含まれる冷媒の質量は、通
常負荷の場合よりも減少し、その減少した量の冷媒が、
冷媒回路中に補充されることになる。また、このように
吸入管８の温度が高くなると、吸入管８の温度と第二の
接続位置３ｂの温度がほぼ等しくなるので、第二の冷媒
量調節容器６の内部は、気液二相の飽和状態となる。つ
まり、負荷の増大にしたがって、第二の冷媒量調節容器
６の内部の冷媒の湿り度は、小さくなり、その内部に含
まれる冷媒の質量は少なくなる。

第７図は、横軸に負荷の大きさをとり、縦軸に第一の冷
媒量調節容器６と第二の冷媒量調節容器６の内部に蓄積
される冷媒の質量をとって、負荷の変動に対する冷媒量
の変化を示したものである。

第７図より明らかなように、低負荷１通常負荷の範囲で
は、第一の冷媒量調節容器６が冷媒量調節を行い、高負
荷の範囲では、主として第二の冷媒量調節容器６が冷媒
量調節を行う。

次に、第８図に本発明による冷媒量調節装置の他の実施
例を示す。先に説明した第３図と第８図との異なる点は
、第３図では凝縮器２と絞り装置３とを連結する接続管
７から分岐させた分岐管７ａを第一の冷媒量調節容器５
に貫通させたことを特徴としており、第８図では前記接
続管７ａを分岐させずに第一の冷媒量調節容器５に貫通
させたことを特徴としている点である。

第８図で示される冷媒量調節装置も、先の実施例と同様
の作用効果が得られる。ここで、第３図と同一のものに
は同一の番号を付して、説明を省略する。

なお、第３図、麺４図、第５図および第８図に示した例
では、凝縮器２と絞り装置３とを連結する接続管７と、
あるいは、前記接続管７から分岐した分岐管７ａと吸入
管８とを第一の冷媒量調節容器５に貫通させ、さらに、
吸入管８を第二の冷媒量調節容器６に貫通させたもので
あるが、この貫通させたことの意味は、接続管７、ある
いは、分岐管７ａと吸入管８とをそれぞれ第一の冷媒量
調節容器６と熱交換させること、さらに、吸入管８と第
二の冷媒量調節容器６と熱交換させることである。故に
、接続管７、あるいは、分岐管７ａと吸入管８とを第一
の冷媒量調節容器５に接触させる。また、吸入管８を第
二の冷媒量調節容器６に接触させるなどして、熱交換さ
せるように配設させてもよい。

上述のように、本発明の冷媒量調節装置は、圧縮機、凝
縮器、絞り装置および蒸発器をそれぞれ環状に連結し、
第一の冷媒量調節容器を絞り装置の途中、あるいは、絞
り装置と蒸発器との間の第一の接続位置に連結し、また
、第二の冷媒量調節容器を絞り装置の途中で前記第一の
接続位置よりも凝縮器側に位置する第二の接続位置に連
結し、凝縮器と絞り装置とを連結する接続管を、または
、前記接続管から分岐した分岐管を前記第一の冷媒量調
節容器に熱交換的に配設させ、さらに、吸入管を第一の
冷媒量調節容器と第二の冷媒量調節容器とに順次熱交換
的に配設させたものである。このため、従来の冷媒量調
節装置よりも広い範囲の負荷変動に対して、冷媒量の調
節が可能である。

さらに、従来の冷媒量調節装置と異なり、凝縮器と絞り
装置とを連結する接続管を、あるいは、前記接続管の一
部を分岐させた分岐管を第一の冷媒量調節容器に熱交換
的に配設させているため、前記接続管の管径を、または
、前ａｅ分岐管の管径を適轟に選ぶことにより、設計熱
負荷条件時に、第一の冷媒量調節容器に蓄積できる冷媒
量を任意に選択できる。このため、設計時に考えられる
最高負荷条件と最低負荷条件に対して、冷媒量調節機能
、が十分に果たせるように、容易に第一の冷媒量調節容
器の大きさを決定でき不という利点がある０ 又、本発明による冷媒量調節装置は、第二の冷媒量調節
容器を備えているので、特に、高負荷時の負荷変動に対
しても十分に冷媒量調節機能を果たす。さらて、低負荷
時の圧縮・１幾への液戻りを防止できるという長所を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷媒量調節装置を備えた冷凍サイクル図
、第２図は同冷媒量調節容器の熱収支を示す説明図、第
３図は本発明の一実施例における冷媒量調節装置を備え
た冷凍サイクル図、第４図株本発明に用いられる第一の
冷媒量調節容器を示す一部断面拡大図、第５図は同第二
の冷媒量調節容器を示す一部断面拡大図、第６図は同第
−の冷媒量調節容器内の冷媒の湿り度を示す説明図、第
７図は同第−および第二の冷媒量調節容器内の冷媒の質
量変化を示す説明図、第８図は本発明の他の実施例にお
ける冷凍サイクル図である。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・凝縮器、３・・
・・・・絞り装置、４・・・・・・蒸発器、５・・・・
・・第一の冷媒量調節容器、６・φ・・・・第二の冷媒
量調節容器、７・・・・・・・接続管、８・・・・・・
吸入管、Ｓａ　　ｅ−・・・・第一の接続位置、３ｂ・
・・・・・第二の接続位置、７ａ・・・・・・分岐管。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 江 第２図 第３図 第４図　　　　第５．Ｊ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器をそれぞれ環状
   に連結し、前記絞シ装置の途中、あるいは、絞り装置と
   蒸発器との間の第一の接続位置に第一の冷媒量調節容器
   を連結すると共に、前記絞り装置の途中で前記第一の接
   続位置よりも凝縮器側に位置する第二の接続位置に第二
   の冷媒量調節容器を連結し、前記凝縮器と絞り装置とを
   連結する接続管、または、前記接続管から分岐した分岐
   管を前記第一の冷媒量調節容器に熱交換的に配設させ、
   さらに、前記圧縮機と蒸発器とを連結する吸入管を第一
   の冷媒量調節容器と第二の冷媒量調節容器とに順次熱交
   換的に配設させてなる冷凍装置における冷媒量調節装置
   。