JPS6160340B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は家庭用として又は他の用途に使用され
る流体を冷却する冷凍方法および装置に関する。
特に、本発明は、フラツシユエコノマイザを使用
して液状冷媒を冷却するようにした蒸気圧縮式冷
凍方法および装置に関する。

蒸気圧縮式冷凍装置は、通常、圧縮機を用いて
ガス状冷媒の昇温、昇圧を行なう。この圧縮機に
はガス状冷媒を冷却してこれを液状冷媒に状態変
化させる凝縮器が接続されている。この液状冷媒
は次にフラツシユエコノマイザ内で過冷却され、
その一部は、残りの液状冷媒から熱を吸収しなが
ら蒸発する。気化した冷媒は、通常は、凝縮器へ
再循環させるために圧縮機内へ吸入されるが、一
方、冷却された液状冷媒は蒸発器又は冷却器へ送
られる。冷却器内において該冷媒は、被冷却流体
から熱を吸収して蒸発し、そしてこのようにして
気化されたガス状冷媒が圧縮機へ吸入されてサイ
クルを完了する。

上記冷却装置においては、圧縮機は多段圧縮機
であり、フラツシユエコノマイザからのフラツシ
ユ蒸発した冷媒を該多段圧縮機の段と段の間に吸
入させるようにし、それによつてフラツシユエコ
ノマイザを凝縮器および冷却器（蒸発器）に対し
て中間圧力に維持することができるようになされ
ている。フラツシユエコノマイザに関する基本特
許は、1942年に発行された米国特許第2277647号
である。この基本特許では、凝縮器と蒸発器との
間にフラツシユエコノマイザを設け、該エコノマ
イザからのフラツシユ蒸発したガス状冷媒を圧縮
機の第１段と第２段との間に吸引し、一方フラツ
シユ過程において冷却された液状冷媒を蒸発器へ
移動させるようにしている。

その他いろいろな型式の多段圧縮機がいろいろ
なフラツシユエコノマイザと組合わされて使用さ
れている。

多の型式の多段圧縮機が種々なフラツシユエコ
ノマイザと共に使用されている。ある特許には蒸
発器と凝縮器との間にフラツシユエコノマイザを
設けて、フラツシユ蒸発されたガス状冷媒を二段
圧縮機の第２段に吸引させ、一方、液状冷媒を凝
縮器を介して電動機の冷却のために給送すること
が記載されている。

また他の米国特許においては、組合せインペラ
羽根を有する遠心圧縮機と組合せてフラツシユエ
コノマイザを使用し、フラツシユエコノマイザか
らのフラツシユ蒸発したガス状冷媒を遠心圧縮機
の組合せインペラ羽根の中間部に吸入させ、それ
によつて単段圧縮機内に２つの異なる圧力レベル
を創生することができるようになされている。ま
た、他の米国特許においては、単段圧縮機内にフ
ラツシユエコノマイザを設け、液状冷媒を凝縮器
からフラツシユエコノマイザに流し、ここでフラ
ツシユエコノマイザの温度が所望のレベルに達す
るまでガス状冷媒を圧縮機内へ吸引するようにな
されている。この時点で弁が開いて冷媒が冷却器
（蒸発器）へ吸引され、冷却器から圧縮機がフラ
ツシユ蒸発された冷媒ガスを回収する。圧縮機は
連続的に運転するが、圧縮機に至る吸込導管はフ
ラツシユエコノマイザと凝縮器とに交互に接続さ
れるので、圧縮機は、凝縮器またはフラツシユエ
コノマイザから定常的に冷媒を吸入し、フラツシ
ユエコノマイザから凝縮器へ流れる冷媒が常に所
望の温度に維持されるようにする。

本発明は、フラツシユ蒸発せしめられたガス状
冷媒をフラツシユエコノマイザから抽出するため
の新規な方法を提供する。この方法は、エコノマ
イザ／凝縮器を使用し、ガス状冷媒を凝縮して液
体にすることによりフラツシユエコノマイザ内の
圧力を降下させ、フラツシユエコノマイザに入つ
てくる追加の液体冷媒がフラツシユ蒸発して残り
の液状冷媒から熱を吸収することから成る。この
熱節減フラツシユエコノマイザシステムは、特
に、多段圧縮機を有する既存の冷凍機に後から組
込むユニツトとして用いることができる。更に、
圧縮機とフラツシユエコノマイザとの間に弁を設
けて、フラツシユエコノマイザが凝縮エコノマイ
ザとして働く場合には、このフラツシユエコノマ
イザから圧縮機に吸引されるフラツシユ蒸発され
たガス状冷媒の量を制御することができる。この
弁によつて制御するフラツシユ蒸発されたガス状
冷媒の圧縮機への吸引量は、エコノマイザ／凝縮
器のフラツシユ蒸発されたガス状冷媒を再凝縮す
る能力に依存する。この弁それ自体は、エコノマ
イザ／凝縮器のための冷却流体の流入時のフラツ
シユエコノマイザ内の液状冷媒の温度との温度差
を感知する装置によつて制御される。このよう
に、本発明によれば、フラツシユエコノマイザ内
においてフラツシユしたガス状冷媒を再凝縮させ
るために利用しうる冷却用水の供給量に応じて２
段圧縮機の中間圧力の段へ吸引させるフラツシユ
蒸発したガス状冷媒の量を制御する。それによつ
て圧縮機を駆動するのに必要なエネルギーコスト
を節減する。

使用する冷媒の種類によつてはフラツシユ式過
冷却を用いる必要がある。例えばＲ−11のような
冷媒は、顕熱式過冷却には適用することが困難で
ある。従つて、Ｒ−11を冷却させる好適な方法
は、液体からガスへの相変化を伴う顕熱式冷却で
ある。

本発明の目的は効率の良い冷凍装置を提供する
ことにある。

本発明の特定的な目的は熱節減冷凍装置を提供
することにある。

本発明の別な目的は過冷却のために冷媒をフラ
ツシユ蒸発させ、次にそのガス状冷媒を再圧縮す
るか、あるいはフラツシユエコノマイザ内で再凝
縮させる蒸気圧縮式冷凍装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、フラツシユエコノマイザ
内でフラツシユ蒸発したガス状冷媒を再圧縮する
ために多段圧縮機の第２段を使用する必要がない
ように該ガス状冷媒を凝縮させることにある。

本発明の更に他の目的は、フラツシユエコノマ
イザから圧縮機へ流れるフラツシユ蒸発されたガ
ス状冷媒の量を調整するためにダンパー弁を制御
するための温度差式制御手段を提供することにあ
る。

本発明のさらに別な目的はエコノマイザ／凝縮
器へ流入する冷却流体とフラツシユエコノマイザ
内の液状冷媒との間の温度差に応じてエコノマイ
ザ／凝縮器から圧縮機へ流れるフラツシユ冷媒ガ
スの流量を調節することにある。

本発明の他の目的は多段圧縮機を利用する既設
の蒸気圧縮式冷凍装置に組入れることができるフ
ラツシユエコノマイザを提供することにある。

上記以外の目的は以下の説明及び特許請求の範
囲から明らかになるであろう。

上記目的は、本発明の好適な実施態様によれ
ば、多段蒸気圧縮式冷凍装置内にフラツシユエコ
ノマイザを設けることによつて達成することがで
きる。この実施態様では、凝縮器を圧縮機に接続
して、圧縮機から受け取るガス状冷媒を凝縮器内
で凝縮させて液状冷媒にする。凝縮器からの液状
冷媒の温度を更に低下させるために熱エコノマイ
ザ即ち過冷却器を設ける。次いで、この液状冷媒
は、熱エコノマイザ即ち過冷却器からフラツシユ
エコノマイザへ移動し、該フラツシユエコノマイ
ザ内において該液状冷媒の一部がガス状冷媒に相
変化し、残りの液状冷媒から熱を吸収する。液体
冷媒は、次に蒸発器へ移動し、ここで液体からガ
スに相変化して、冷却すべき流体から熱を吸収す
る。冷却すべき流体は、蒸発器の殻体内を通して
循環させ、所望の温度に冷却させる。次いで、蒸
発器（冷却器）からのガス状冷媒を圧縮機へ再循
環し、冷凍サイクルを完成する。

フラツシユエコノマイザからのフラツシユ蒸発
されたガス状冷媒は、フラツシユエコノマイザ内
でエコノマイザ／凝縮器によつて再凝縮するか、
あるいは、圧縮機の段と段の間に吸引し、フラツ
シユエコノマイザからガス状冷媒を連続的に抽出
する。このガス状冷媒の抽出によつて引き起こさ
れる圧力降下の結果として、フラツシユエコノマ
イザに流入する液状冷媒がフラツシユ蒸発され
る。温度差制御装置を設けて、エコノマイザ／凝
縮器に流入する冷却流体とフラツシユエコノマイ
ザ内の液状冷媒との間の温度差を検出する。それ
によつてエコノマイザ／凝縮器の負荷能力に応じ
てフラツシユエコノマイザから圧縮機に流入する
フラツシユ蒸発された冷媒ガスの量を調節するた
めにフラツシユエコノマイザから圧縮機への冷媒
導管を弁によつて制御するようにする。

以下に説明する本発明の実施例は、多段圧縮機
と、凝縮器と、熱エコノマイザ即ち過冷却器と、
エコノマイザ／凝縮器と、冷却器（蒸発器）とを
有する蒸気圧縮機に適用するものとして示されて
いるが、本発明は、多段蒸気圧縮式装置以外の冷
凍装置にも適用することができる。例えば、エコ
ノマイザ／凝縮器がフラツシユエコノマイザ内に
流入してくる液状冷媒のために一定の圧力降下を
提供するのに十分な量のガス状冷媒を凝縮させる
ことによつて該フラツシユエコノマイザの定常作
動に必要な要件を満足させることができるように
装置の設計容量を定めることができる限り、エコ
ノマイザ／凝縮器を有するフラツシユエコノマイ
ザを単段蒸気圧縮式装置に組合せて使用すること
ができる。本発明は、また、単一の冷凍装置内に
複数の凝縮器を使用しうるような形で適用するこ
ともできる。これらの複数の凝縮器は、ここに例
示した冷凍装置以外の方式の冷凍装置にも使用す
ることができる。

添付図に示された蒸気圧縮式冷凍装置に組入れ
られた圧縮機１０は、２つの羽根車によつて概略
的に示された第１段１４と第２段１６を有してい
る。モータ１２は、吸入口２４を通つて圧縮機内
へ流入する冷媒の量を調節する入口案内羽根を制
御するためのものである。圧縮機内で圧縮された
ガス状冷媒は、圧縮機の吐出口２６から凝縮器３
０へ送られる。凝縮器３０には、このガス状冷媒
から熱を吸収して液状冷媒に相変化させるための
凝縮用水が入口３４から通され、排出口３６から
排出される。凝縮器３０は、殻体と、ヘツダ３２
によつて連結された管とから成る殻体／管型熱交
換器として構成されており、ガス状冷媒は、凝縮
器３０の殻体側に通され、凝縮用水は、管内を通
して通流される。かくして、凝縮された液状冷媒
は、熱エコノマイザ即ち過冷却器８２の殻体側へ
通され、過冷却器の管内を流れている低温の冷却
用流体と熱交換関係に置かれて更に熱を奮われ
る。

過冷却器８２の殻体から液状冷媒は導管４２を
通つてフラツシユエコノマイザ１００に流れる。
十分な量の液状冷媒がフロート弁４４のところに
蓄積すると、この冷媒は該フロート弁を通つてフ
ラツシユエコノマイザの噴霧管４６内へ通され
る。フロート弁４４が開放されているときは、フ
ラツシユエコノマイザの噴霧管４６から液状冷媒
がオリフイスを通してフラツシユエコノマイザ１
００内へ噴出される。フラツシユエコノマイザ内
の圧力は、流入する冷媒の飽和圧力よりも低いの
で、フラツシユエコノマイザ内で液状冷媒の一部
がガス状冷媒に相変化し、残りの液状冷媒から熱
を吸収する。液状冷媒は、フラツシユエコノマイ
ザ１００内の溜め６６に集まり、そして十分な量
の液状冷媒が集まると、フロート弁４９が開き該
液状冷媒を導管５０を通して蒸発器即ち、冷却器
５２へ流す。冷却器５２内において液状冷媒がガ
ス状冷媒に相変化し、それによつて冷却すべき流
体から熱を吸収する。被冷却流体は入口５４から
流入され出口５６から排出されて空調すべき部屋
へ送給される。一方、ガス状冷媒は冷却器５２か
ら吸引されて圧縮機の吸入口２４へ送られ、冷凍
サイクルが完了する。

フラツシユエコノマイザ１００内にはエコノマ
イザ／凝縮器６０を設ける。また、このフラツシ
ユエコノマイザから遠心圧縮機１０の第２段１６
へフラツシユ蒸発したガス状冷媒の一部を導くた
めの導管４８を接続する。フラツシユエコノマイ
ザから圧縮機へのガス状冷媒の流量を制御するた
めにエコノマイザダンパ弁４０を導管４８の中間
に設ける。低温の冷却流体例えば水道水を入口６
２からエコノマイザ／凝縮器６０内へ通流させ、
ガス状冷媒熱を吸収して凝縮させた後、出口６４
を通して排出させる。この同じ水を導管７６を通
して過冷却器８２の入口６８へ送り、次に過冷却
器８２の出口８０から排出させることができる。
しかしながら、本発明では必ずしもエコノマイ
ザ／凝縮器６０の冷却用水を過冷却器８２へ循環
させる必要はない。

温度差制御装置７０を設け、導線７４（又は温
度検出装置の性質によつては導管）によつて温度
差制御装置７０に接続された感温体６９により検
出される温度と、導線７７によつて温度差制御装
置７０に接続された感温体７２により検出される
温度とを比較して、所定の温度差（例えば５〓）
が測定されると、導線７８を介してエコノマイザ
ダンパ弁４０が閉鎖され、その結果、フラツシユ
エコノマイザ１００内のフラツシユ蒸発したガス
状冷媒をエコノマイザ／凝縮器６０によつて凝縮
させ、ガス状冷媒を圧縮機へ流さないようにす
る。この場合、フラツシユエコノマイザ１００は
熱エコノマイザとして機能する。感温体６９はフ
ラツシユエコノマイザ１００内の液状冷媒の温度
を検出し、そして感温体７２がエコノマイザ／凝
縮器６０に流入する水の温度を検出する。両者の
温度差が５〓以下の場合には、温度差制御装置７
０が（電気制御又は油圧制御の）エコノマイザダ
ンパ弁４０を作動させて、温度差の値に応じて該
弁を一部又は完全に開放させる。

通常のビルジングにおいてはエコノマイザ／凝
縮器６０の入口６２に流入する水道水の温度は、
45〜50〓（7.2〜10℃）の範囲である。フラツシ
ユエコノマイザ１００は、通常、70〓（約21℃）
で作動するので、両者の間には常時十分な温度差
があり、従つてエコノマイザ／凝縮器６０を使用
して、フラツシユエコノマイザ１００内でフラツ
シユ蒸発したガス状冷媒の全部を凝縮することが
できる。従つて、通常は、フラツシユ蒸発された
ガス状冷媒を再圧縮するために圧縮機を使用する
必要はない。また、通常、エコノマイザ／凝縮器
６０から排出される水の温度は十分に低いので、
これを過冷却器８２内で凝縮器３０からの液状冷
媒をさらに冷却する目的に使用することができ
る。

ビルジングや、商業的用途においては多量の水
道水を使用するので、エコノマイザ／凝縮器６０
に使用するための冷却水は常時一定の流量で利用
することができる。十分な量の水を使用できない
場合には、フラツシユエコノマイザ１００内の液
状冷媒とエコノマイザ／凝縮器６０への冷却水と
の温度差が小さくなり、エコノマイザダンパ弁４
０が開放され、フラツシユエコノマイザ１００内
のフラツシユ蒸発したガス状冷媒を圧縮機１０へ
通して再圧縮する。かくして、フラツシユエコノ
マイザ１００は、上記ダンパ弁４０の位置に応じ
て凝縮エコノマイザとして、又は熱エコノマイザ
と凝縮エコノマイザの組合せとして機能する。し
かしながら、病院又は同様な施設に利用する場合
は、そのビルジングに供給される水道水の流量は
十分なので需要を満たすことができる。さらに、
エコノマイザ／凝縮器６０及び過冷却器８２に通
されたビルの供給水はある程度加熱され、従つて
この水はビル内供給水として使用できると共に、
後にこの水を加熱するのに必要な熱エネルギーを
さらに節約することができる。

上述の実施例においては、フラツシユエコノマ
イザ１００の圧力は圧縮機１０の吐出圧より低
く、冷却器５２内の冷媒圧力はフラツシユエコノ
マイザ１００の圧力から更に低下される。従つ
て、圧縮機１０は、冷却器５２の圧力から圧縮機
の吐出圧にまで昇圧する働きをする。

【図面の簡単な説明】

添付図は、本発明の原理に従つてフラツシユエ
コノマイザおよびエコノマイザ／凝縮器を使用す
る多段蒸気圧縮式冷凍装置の概略図である。 図中、１０は多段圧縮機、１４は第１段、１６
は第２段、２４は吸入口、２６は吐出口、３０は
凝縮器、４０はダンパ弁、４８は導管、５０は導
管、５２は冷却器（蒸発器）、６０はエコノマイ
ザ／凝縮器、６９，７２は感温体、７０は温度差
制御装置、８２は過冷却器（熱エコノマイザ）、
１００はフラツシユエコノマイザ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液状冷媒をフラツシユ蒸発させて該液状冷媒
   の一部をガス状冷媒に相変化させ、残りの液状冷
   媒から熱を吸収するようにしたフラツシユエコノ
   マイザ１００と、前記フラツシユ蒸発したガス状
   冷媒を再圧縮させるための圧縮機とを有し、該フ
   ラツシユエコノマイザ１００は前記フラツシユ蒸
   発されたガス状冷媒を再凝縮させるための再凝縮
   手段を備えている蒸気圧縮式冷凍装置において、
   前記再凝縮手段は、前記フラツシユエコノマイザ
   １００の前記ガス状冷媒と熱交換関係ををなすよ
   うに該フラツシユエコノマイザ内に配設されたエ
   コノマイザ／凝縮器６０であり、前記フラツシユ
   エコノマイザ内の冷媒の温度より低い温度を有す
   る冷却用流体を前記エコノマイザ／凝縮器６０へ
   供給するための冷却用流体供給手段６２と、該エ
   コノマイザ／凝縮器への冷却用流体と前記フラツ
   シユエコノマイザ１００内の冷媒との間の温度差
   に応答して作動され、該フラツシユエコノマイザ
   から前記圧縮機へ送られるガス状冷媒の流量を制
   御するための手段４０とを備えたことを特徴とす
   る冷凍装置。 ２ 前記冷却用流体供給手段６２は、前記エコノ
   マイザ／凝縮器６０をビルジングの水供給源に接
   続するための手段である特許請求の範囲第１項記
   載の冷凍装置。 ３ 多段圧縮機１０と、凝縮器３０と、冷却器５
   ２と、液状冷媒を一部フラツシユ蒸発させてガス
   状にするフラツシユエコノマイザ１００を有して
   おり、該フラツシユエコノマイザからのガス状冷
   媒を該フラツシユエコノマイザからの排出導管４
   ８を通して圧縮機の段と段の間に吸引させるとと
   もに、該フラツシユエコノマイザからの液状冷媒
   を前記冷却器へ導くようにした蒸気圧縮式冷凍装
   置において、 前記フラツシユエコノマイザ１００からのガス
   状冷媒と熱交換するように該フラツシユエコノマ
   イザ内に配設したエコノマイザ／凝縮器６０と、
   該エコノマイザ／凝縮器に冷却用流体を供給し、
   前記ガス状冷媒から熱を吸収してこのガス状冷媒
   を液状冷媒に転化させるための冷却用流体供給手
   段６２と、該エコノマイザ／凝縮器の冷却用流体
   と、前記フラツシユエコノマイザ内の冷媒との間
   の温度差に応答して作動され、該フラツシユエコ
   ノマイザから前記圧縮機へのガス状冷媒の流量を
   制御するための手段とを備えたことを特徴とする
   冷凍装置。 ４ 温度差に応答する前記手段は、前記冷却用流
   体と前記フラツシユエコノマイザ内の冷媒との間
   の温度差を検出するサーモスタツト６８，７０，
   ７２と、該フラツシユエコノマイザと前記圧縮機
   とを連結した前記排出導管４８に設けたダンパ弁
   ４０を有しており、該ダンパ弁は、前記冷却用流
   体と前記フラツシユエコノマイザ内の冷媒との間
   の温度差が所定の値に達すると作動され、閉鎖位
   置にもたらされるように構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の冷凍装置。 ５ 前記冷却用流体は、ビルジングの供給水であ
   る特許請求の範囲第４項記載の冷凍装置。 ６ 前記凝縮器３０からの冷媒を冷却する過冷却
   器８２と、前記エコノマイザ／凝縮器６０から前
   記冷却用流体を前記過冷却器へ循環させるための
   手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の冷凍装置。 ７ 圧縮機２２と、凝縮器３０と、蒸発器５２
   と、エコノマイザ排出導管４８を介して該圧縮機
   に接続したフラツシユエコノマイザ１００を有す
   る冷凍装置を用いて冷凍を行う冷凍方法におい
   て、 前記フラツシユエコノマイザの前記フラツシユ
   蒸発されたガス状冷媒をエコノマイザ／凝縮器６
   ０に対して熱交換関係にもたらす工程と、該エコ
   ノマイザ／凝縮器に冷却用流体を供給する工程
   と、前記エコノマイザ１００の排出導管４８を通
   つて前記圧縮機へ流出する前記フラツシユ蒸発さ
   れたガス状冷媒の流量を制御する制御工程とから
   成ることを特徴とする冷凍方法。 ８ 前記冷却用流体と前記エコノマイザ１００内
   の冷媒との間の温度差を検出する工程を含むとと
   もに、この温度差の関数として前記ガス状冷媒の
   流量制御工程を実施し、該温度差が所定の値に達
   したときは、前記フラツシユ蒸発されたガス状冷
   媒の全部を前記エコノマイザ／凝縮器によつて上
   記エコノマイザ内で再凝縮させ、フラツシユ蒸発
   されたガス状冷媒が前記圧縮機に流れないように
   することを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の冷凍方法。