JPS6240636B2 - - Google Patents

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方法
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ｂ、絞り装置
ｃ、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ｇ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、前記圧縮機と蒸発器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ｇ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ｇ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ｇの温
度よりも低いため、冷媒量調節容器ｅの内部の冷
媒の一部が凝縮する。よつて、絞り装置ｃと冷媒
量調節容器ｅとの接続位置ｇ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ｇ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。
冷媒量調節容器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
伝達によつて冷媒量調節容器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ｆに
よつてて冷媒量調節容器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
つて、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
る熱量の変化をあらわし、曲線q₂は負荷に対する
吸入管ｆから侵入する熱量の変化をあらわしてい
る。そして、冷媒量調節容器ｅに侵入する全熱量
は、q₁とq₂とを加えた熱量になり、この全侵入熱
量は曲線q₃であらわしている。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であらわされる負荷
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
変動があつ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つて、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。逆に、点ｘ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、負荷変動があつて
も、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒の過冷却度が
変化するだけであつて、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であらわされる負荷よりも、かなり低い
ということになる。

上記説明に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、ほとんど冷媒量の調節機能を果たさないと
いう欠点があつた。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つた。

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蒸発器４をそれぞれ環
状に連結する。絞り装置３の途中には第一の冷媒
量調節容器５と第二の冷媒量調節容器６とが連結
されている。また、吸入管８は圧縮機１と蒸発器
４とを連結している。凝縮器２と絞り装置３とを
連結する接続管７には第一の分岐管７ａが設けら
れ、この第一の分岐管７ａの一端は接続管７ａの
途中の第一の分岐管７ｂと連結され、第一の分岐
管７ａの他端は前記接続管７の途中で、前記第一
の分岐管７ｂよりも絞り装置３側に位置している
第一の合流点７ｃと連結されている。さらに、第
４図に示すように、前記吸入管８と第一の分岐管
７ａとは、それぞれ第一の冷媒量調節容器５に熱
交換的に配設されている。また、吸入管８には第
一の開閉弁１０を備えた第二の分岐管８ａが設け
られ、その一端は、吸入管８の途中の第二の分岐
管８ｂと連結され、第二の分岐管８ａの他端は吸
入管８の途中で前記第二の分岐管８ｂよりも圧縮
機１側に位置している第二の合流点８ｃと連結さ
れている。また、圧縮機１と凝縮器２とを連結す
る吐出管９には第二の開閉弁１１を備えた第三の
分岐管９ａが設けられ、その一端は前記吐出管９
の途中の第三の分岐点９ｂと連結され、第三の分
岐管９ａの他端は吐出管９の途中で、前記第三の
分岐点９ｂよりも凝縮器２側に位置している第三
の合流点９ｃと連結されている。さらに、第５図
に示すように、前記第二の分岐管８ａと第三の分
岐管９ａとは、それぞれ第二の冷媒量調節容器６
に熱交換的に配設されている。

上記した冷媒量調節容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
はあまり変化しない。

今、ある設計熱負荷条件に対して、冷凍装置が
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
との接続位置３ａの温度よりも、負荷が極端に大
きい場合には高くなり、通常の負荷や低負荷の場
合には低くなる。また、第一の分岐管７ａの温度
は前記接続位置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接
続位置３ａの冷媒の温度よりも高負荷の場合には
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
冷媒の温度は接続位置３ａの冷媒の温度と等しい
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接続位置３ａ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５の内部の冷媒の湿り度の
調節が重要であり、換言すると、冷媒の気体状態
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の内部の冷媒の液相の割合の制御
が重要である。

第６図は横軸に第一の分岐管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
の湿り度をとつて、ある設計熱負荷条件のもとで
の第一の冷媒量調節容器５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第一の分岐管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、第一の分岐管７ａの管径を適当に選択するこ
とによつて、第一の冷媒量調節容器５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。

この場合には、第一の開閉弁１０は開き、第二
の開閉弁１１は閉じる。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５の内部の
冷媒の湿り度（換言すると、第一の冷媒量調節容
器５の内部に含まれる冷媒の質量）は第６図で説
明したように、第一の分岐管７ａの管径を適当に
選択することによつて、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、第二の分岐管８
ａを通過する低温の冷媒と、第二の冷媒量調節容
器６の内部の冷媒とが熱交換するため、第二の冷
媒量調節容器６の内部の冷媒は過冷却液となる。

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いて説明する。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を通つて、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５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
内部の飽和液状態の冷媒が蒸発するので、第一の
冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り度は小さく
なり、冷媒の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されることに
なり、吸入管８の温度は減少し、絞り装置３の途
中の接続位置３ａの温度と釣合うことになる。ま
た、第二の分岐管８ａを通過する低温の冷媒と、
第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒とが熱交換
するため、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒
は負荷変動前と同様、過冷却液であるので、第二
の冷媒量調節容器６の内部に含まれる冷媒の質量
は、ほとんど変化しない。

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を通つて
圧縮機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
除去されたことになり、吸入管８の温度は上昇し
て前記接続位置３ａの温度と釣合う。また、第二
の分岐管８ａを通過する低温の冷媒と、第二の冷
媒量調節容器６の内部の冷媒とが熱交換するた
め、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒は負荷
変動前と同様、過冷却液であるので、第二の冷媒
量調節容器６の内部に含まれる冷媒の質量はほと
んど変化しない。

次に、通常の負荷範囲よりも負荷がさらに大き
な場合の冷媒量調節装置の作用について説明す
る。

この場合には、第一の開閉弁１０は閉じ、第二
の開閉弁１１は開く。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５の内部は、ほ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５に含まれる冷媒の質
量は、通常の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、第三の分岐管９ａを通過する高温の
冷媒と、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒と
が熱交換するため、第二の冷媒量調節容器６の内
部の冷媒は通常負荷の場合には過冷却液であつた
ものが、この場合には過熱蒸気となる。つまり、
通常負荷時に第二の冷媒量調節容器６に蓄積され
ていたほとんどの冷媒が、冷媒回路中に流れ出し
たことになる。

通常の負荷範囲よりも負荷がさらに小さな場合
の冷媒量調節装置の作用について説明する。

この場合には、第一の開閉弁１０は開き、第二
の開閉弁１１は閉じる。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の負
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、ほ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５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
の負荷の場合と同様、過冷却液で占められること
になる。

次に、第７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７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から分岐させた第一の分岐
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７図では前記第一の接続
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７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、第４図、第５図および第７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
第一の分岐管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から分岐
した第二の分岐管８ａと、吐出管９から分岐した
第三の分岐管９ａと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あるいは第一の分岐管７ａと吸入
管８とをそれぞれ第一の冷媒量調節容器５と熱交
換させること、さらに、第二の分岐管８ａと第三
の分岐管９ａとをそれぞれ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
るいは第一の分岐管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、第二の分岐
管８ａと第三の分岐管９ａと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方法は圧縮
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と第二の冷媒
量調節容器とを凝縮器と蒸発器との間に連結し、
凝縮器と絞り装置とを連結する接続管と吸入管と
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、吸入管から分岐した第二の分岐管
と、圧縮機と凝縮器とを連結する吐出管から分岐
した第三の分岐管とをそれぞれ前記第二の冷媒量
調節容器に熱交換的に配設し、さらに第二の分岐
管、第三の分岐管にそれぞれ第一の開閉弁、第二
の開閉弁をそれぞれ設け、冷凍サイクルの負荷が
通常負荷範囲およびそれ以下にあるときに前記第
一の開閉弁を開放して第二の開閉弁を閉塞し、ま
た前記冷凍サイクルの負荷が通常負荷範囲を越え
たときに前記第一の開閉弁を閉塞して第二の開閉
弁を開放するため、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
接続管の管径を適当に選ぶことにより、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る
という利点がある。

また、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
果たすことができる。また、低負荷時の圧縮機へ
の液戻りを完全に防止できるという長所も有す
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
は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図は同第一の冷
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……第二の冷媒量調節容器、７……接続
管、８……吸入管、９……吐出管、７ａ……第一
の分岐管、８ａ……第二の分岐管、９ａ……第三
の分岐管、１０……第一の開閉弁、１１……第二
の開閉弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器を環
   状に連結して冷凍サイクルを構成し、前記絞り装
   置の途中に、並列に接続された第一の冷媒量調節
   容器と第二の冷媒量調節容器の接続端を接続し、
   さらに前記凝縮器と絞り装置を連結する接続管お
   よび前記圧縮機と蒸発器を連結する吸入管をそれ
   ぞれ前記第一の冷媒量調節容器と熱交換的に配設
   し、さらに前記吸入管から分岐した第二の分岐管
   と前記圧縮機と凝縮器を連結する吐出管から分岐
   した第三の分岐管をそれぞれ前記第二の冷媒量調
   節容器と熱交換的に配設し、前記第二の分岐管、
   第三の分岐管にそれぞれ冷凍サイクルの負荷によ
   つて開閉する第一の開閉弁、第二の開閉弁をそれ
   ぞれ設け、前記冷凍サイクルの負荷が通常負荷範
   囲およびそれ以下にあるときに前記第一の開閉弁
   を開放して第二の開閉弁を閉塞し、また前記冷凍
   サイクルの負荷が通常負荷範囲を越えたときに前
   記第一の開閉弁を閉塞して第二の開閉弁を開放す
   るようにした冷凍装置における冷媒量調節方法。