JPS6329158A

JPS6329158A - 冷却法及び冷却装置

Info

Publication number: JPS6329158A
Application number: JP62144199A
Authority: JP
Inventors: ジヨン・オーリン・ナン・シニア; ジヨン・オーリン・ナン・ジユニア
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1988-02-06
Also published as: US4702086A; EP0249472A3; EP0249472A2; MX163356A

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】産業上の利用分野本発明は、冷却法及び冷却装置、特に凝縮装置に流入す
る前の高温の冷媒ガスを補助冷却する予冷却熱交換器を
有する冷却システムに関連する。

亙米勿肢豊凝縮器から受Ｗｉ器に流れる流体冷媒又は直接蒸発器に
流れる流体冷媒を予冷却することにより熱交換効率を向
上することは冷却技術分野では公知である。流体間の熱
交換、一般に、蒸発器からの低温冷媒ガスと凝縮器から
の高温液体冷媒間の熱交換には、冷却システム内に熱交
換器が使用される。冷却システムの蒸発器から排出され
る冷媒ガスは低温である。冷却システムの凝縮器から吸
引される液体冷媒は高温である。冷却システムの効率を
向上するためには、高温液体を低温ガスと熱交換させる
ことが望ましい。下記の特許文献は予冷却技術を開示し
ている。

米国特許第２，７９７，５５４号（トノパン名義）明細
書には熱交換器を含む冷却装置が開示され、この熱交換
器は、中央チャンバと、仕切で分離された１対のヘッダ
とを有するシェル構造、即ち殻構造である。この仕切上
に固着され、かつヘッダ内に開放しているチューブアセ
ンブリはヘッダ間の通路を形成する。各チューブアセン
ブリは中央部で他のチューブアセンブリに接触し、その
外面に沿って縦方向に伸びる流体通路壁を形成する。

各チューブアセンブリは両側で断面積が小さくなり、各
端部のシェル内に包囲ヘッダ区域を形成する。各チュー
ブアセンブリは各チューブアセンブリ内を流れ、かつチ
ューブアセンブリの外側の中央チャンバシェル内を流れ
る液体間で熱交換させるため複数の内部フィンを有する
。ガスはヘッダの一つに供給され、他のヘッダから吸引
され、液体はヘッダ区域の一つに供給され、他のヘッダ
区域から吸引される。

米国特許第２，９５６，４１９号（ポーリング名義）明
細書には、冷却用空気の広い範囲で温度が変動する間、
冷却システ１１の安定動作を維持する空冷凝縮器を有す
る装置が開示されている。この特許発明は、冷却塔に使
用される他の型式の凝縮器を有する冷却システムの安定
動作にも適用される。

米国特許第３，０８２，６１０号（マルロ名義）明細書
に示される冷媒流動制御装置は、冷媒の入口と出口の各
ボートの圧力変動があまり大きくない場合に効率がよく
、入口ボートの圧力を制御してこの圧力があまり低（な
らないように維持する。

圧縮−膨張冷却システムでは、冷媒受溜器内の液体圧力
があまり低いレベルに低下しないように維持しなければ
ならない。水冷凝縮器を使用する場合は、液体圧力があ
まり低下しないように維持することは容易であるが、空
冷凝縮器の場合には容易ではない。空冷式冷却システム
の受溜器内の液体圧力を所定の最低レベル以上に維持す
る方法と装置も開示されている。

米国特許第３，４４６，０３２号（ボタム名義）明細書
に開示されている液体−液体間熱交換器は、外側のケー
シングと、内側の断熱ケーシングとを含み、これらの外
側ケーシングと内側ケーシングの各々は流体の入口と８
口とを有する。内側ケーシングは流体流動方向に溝が設
けられ、熱伝導表面積を増加して冷媒の乱流を維持する
効果を与える。内側ケーシングにらせん状コイルを設け
てもよい。内側ケーシング内にらせん状のストリップ部
材を設けてもよい。

米国特許第３，８５１，４９４号（ヘス名義）明細書に
は、凝縮量排出液を補助冷却する熱交換器による圧縮機
流入液の過度の温度上昇は、圧縮機の出口のサーモスタ
ット制御装置で切り換えられるバイパスによって阻止さ
れるから最終圧縮温度がｉｌ！ｉ滑物質及び可撓性ホー
ス物質を損傷する程度に上昇することが防止できること
が開示されている。

上記のバイパスが熱交換器の周囲に設けられるか、又は
熱交換器と蒸発器の両者の周囲に設けられるかによって
、分岐弁又は第２膨張弁を使用してもよい。

米国特許第３，９５２，５３３号（ジョンストン名麹）
明細書には省エネルギー型で２相、即ち。

液体−ガス混合冷媒を使用する冷却システムが開示され
、このシステムは膨張弁とこの上流の圧力調整器とを有
し、このｆＡ整器は膨張弁に対して一定の排出圧力を維
持するように調整され、この排出力は蒸発器沸騰圧力よ
り充分高く、かつ圧力調整器に対する最低流入圧力より
も充分に低い排出圧力を有する。

米国特許第二，３５９，８７９号（ライト名義）明細書
には、高温で水分を含む圧縮空気を冷却したり乾燥した
りする冷却システムが開示されている。

凝縮器から送られる液体冷媒は補助冷却されて全フラッ
シュガスを除去し、全蒸発装置を冷却目的に合致させる
ことができる６蒸発器に使用する熱交換器及び液体冷媒
の補助冷却に使用する熱交換器は、円形銅製シェルの内
側に包囲されたフィンを有する一体構造フイン付銅製内
側円箇を含み、該円筒内には１円形＠製シェルとフィン
との間に０．０２０インチ（０，５１ｎ＋ｍ）の隙間が
設けられるから、空気が流動でき、この空気は渦状拡散
で乱されるフィン構造の周囲に層流を形成する。上記の
新規な冷却システム用熱交換器の使用は、流体冷媒の補
助冷却過程と協力して、電力又はエネルギーの増加要求
を必要とすることなく、大きい冷却効果が得られること
が報告されている。

米国特許第二．５７７，４６８号（ナンその他名義）明
細書には、凝縮器から流入する液体冷媒の補助冷却器の
使用が開示され、この補助冷却器は内側と外側のチュー
ブを有する熱交換器を含む。

高温の液体冷媒は外側チューブ内を流れ、少量の液体冷
媒が内側チューブ内で蒸発されて液体冷媒を冷却する。

滲」Ｆと【汐本発明の一目的は、動作効率が著しく改善された新規な
冷却法及び冷却装置を提供することにある。

他の一目的は、電力及びエネルギー要求を増加すること
なく、冷却効率を大幅に向上した冷却法及び冷却装置を
提供することにある。

他の一目的は、圧縮機から流入する高温のガス冷媒が凝
縮器に流入する前に予冷却される冷却法及び冷却装置を
提供することにある。

他の一目的は、液体冷媒の一部の蒸発熱を利用して凝縮
器に流入する高温のガス冷媒を冷却する予冷却器を有す
る冷却法及び冷却装置を提供することにある。

他の一目的は、熱交換可能に接続された複数の通路を有
する予冷用熱交換器を備えた冷却法及び冷却装置を提供
することにあり、凝縮器から流入する液体冷媒の少量が
一つの通路内で膨張かつ蒸発されて、他の通路から凝縮
器に流入する高温のガス冷媒を冷却する。

他の一目的は、熱交換可能に接続された複数の通路を有
する予冷用熱交換器を備えた冷却装置を提供することに
あり、この液体冷媒の少量が一つの通路内で膨張かつ蒸
発されて、他の通路から凝縮器に流入する高温の液体冷
媒を冷却し、蒸発した冷媒は蒸発器から圧縮機に流入す
る蒸発冷媒と合流する。

他の一目的は、凝縮器に流入する高温のガス冷媒を冷却
するため液体冷媒の一部の蒸発熱を利用する第１予冷器
と、凝縮器から蒸発器又は受溜器に流入する液体冷媒を
冷却するため液体冷媒の一部の蒸発熱を利用する第２予
冷器とを有する冷却法及び冷却装置を提供することにあ
る。

他の一目的は、熱交換関係に接続された複数の通路を有
する予冷用熱交換器を備えた冷却法及び冷却装置を提供
することにあり、液体冷媒の一少量部は一つの通路内で
膨張かつ蒸発され、他の通路から凝縮器に流入する高温
のガス冷媒を冷却し、又このシステムでは高温ガスの冷
却に使用される冷媒は受溜器内の冷却用チューブに接続
されて更に内部の液体を冷却する。

他の一目的は、熱交換関係に接続された複数の通路を有
する予冷用熱交換器を備えた冷却装置を提供することに
あり、液体冷媒の一少斌部は一つの通路内で膨張されか
つ蒸発されて他の通路から凝縮器内に流入する高温のガ
ス冷媒を冷却し、このシステムでは高温ガスの冷却に使
用された冷媒は受溜器内の冷却用チューブに接続されて
更に内部の液体を冷却する。

他の一目的は、熱交換可能に接続された複数の通路を有
する予冷用熱交換器を備えた冷却法及び冷却装置を提供
することにあり、液体冷媒の一少量部は一つの通路内で
膨張かつ蒸発され、他の通路を流動する高温ガス冷媒を
冷却し、このシステムでは液体を冷却するのに使用され
た冷媒は受溜器内の冷却用チューブにも接続されて更に
内部の液体冷媒を冷却し、蒸発冷媒は蒸発器から流動す
る蒸発冷媒と合流して圧縮機に戻る。

他の一目的は、熱交換関係に接続された複数の通路を有
する第１予冷用熱交換器を備えた冷却装置を提供するこ
とにあり、液体冷媒の一少斌部は一つの通路内で膨張か
つ蒸発され他の通路内を流動する高温のガス冷媒を冷却
し、更に熱交換関係に接続された複数の通路を有する第
２予冷用熱交換器を備え、液体冷媒の一少量部は一つの
通路内で膨張かつ蒸発されて他の通路から受溜器を通り
更に蒸発器に流入する液体冷媒を冷却し、又上記システ
ムでは高温のガス及び高温の液体を冷却するのに使用さ
れた冷媒は受溜器内の冷却用チューブに接続されて更に
内部の液体を冷却し、蒸発された冷媒は蒸発器から流入
する蒸発冷媒と合流して圧縮機に戻る。

添付図面の第１図は本発明の一好適実施例の略示図で、
この冷却法及び冷却装置は、圧縮機から凝縮器に流入す
る高温ガス冷媒と、凝縮器から蒸発器に流入する液体冷
媒を、蒸発器と同一目的の冷媒の一部の膨張によって補
助冷却するため接続された別個の予冷用熱交換器を有す
る。

第２図は本発明の別の好適実施例の略示図で、この冷却
法及び冷却装置は、圧縮機から凝縮器に流入する高温の
ガス冷媒と、凝縮器から蒸発器に流入する液体冷媒を、
蒸発器と同一目的の冷媒の一部の膨張によって補助冷却
するため接続された別個の予冷用熱交換器を有し、高温
のガス及び液体冷媒を冷却するのに使用された冷媒は受
溜器を通って更に内部の液体を冷却する。

第３図は更に別の本発明の好適実施例の略示図で、この
冷却装置は、圧縮機から凝縮器に流入する高温のガス冷
媒を、蒸発器と同一目的の冷媒の一部の膨張によって補
助冷却するため接続された予冷用熱交換器を有し、高温
のガス冷媒を冷却するのに使用された冷媒は受溜器を通
って流動して更に内部の液体を冷却する。

第１図に示す冷却装置１は商用及び工業用冷却並びに空
気調和用冷却に使用できる。冷却装置１は圧縮装置２．
５縮装置３、高温ガス予冷用熱交換装置４、高温液体予
冷用熱交換装置５、蒸発装置６及び吸引管を備えたアキ
ュムレータ７を有する。

冷却装置１は直列配置の種々の構成要素及び下記のよう
な種々の制御要素に接続される。圧縮装置２の出口８は
管路９に接続され、管路９は高温ガス予冷器４の入口１
０に達する。予冷器４の出口１１は管路１２によって、
凝縮装置３内の熱交換管路１４の入口１３に接続される
。凝縮装置３はファン１５を有し、熱交換管路１４の周
辺で空気を循環させ熱を除去する。熱交換管路１４の出
口１６は管路１７によって高温液体予冷用熱交換装置５
の入口１８に接続され、液体冷媒が蒸発装置６に流入す
る前にこれを補助冷却する。

熱交換装置４は、圧縮装置２から凝縮装置３に流動する
高温ガス冷媒を予冷するように特別に設計された直接膨
張熱交換装置である。熱交換装置４は外殻となる管路１
９を含み、管路１９は閉鎖端部２０と２１を有し、一端
に入口１０、他端に出口１１を有する。内殻となる管路
２２は、閉鎖端部２０と２１を通して伸び出し、外殻１
９の全長にわたって伸び、一端に入口孔２３及び他端に
出口孔２４を有する。この熱交換装置は種々の方式で構
成でき、例えばコイル状、四角状等に構成できる。試験
した熱交換装置の一型式では、外殻として１−１／８イ
ンチ（２８，５ｍｍ）の鋼管、内殻として３／４インチ
（１９，０５０１１１１）の鋼管を使用した。

熱交換装置５は、凝縮装置３から蒸発装置Ｒ６に流れる
高温液体冷媒を予冷するように特別に設計された直接膨
張式冷媒熱交換装置である。熱交換装置５は閉ｌｔ１端
部２６及び２７と、一端に設けられた入口１８と、他端
に設けられた出口２８とを備えた外殻、即ち管外２５を
有する。内殻、即ち内管２９は、閉鎖端部２６と２７か
ら外管２５内の全長を貫通して伸び、一端に入口開口部
３０及び他端に出口開口部３１を有する。熱交換装置５
はコイル型又は矩形形状等種々の型式のものを使用する
ことができる。実施テストの際には、１−１／８インチ
（２８，５ｍｍ）の鋼管を外管２５として使用し、３／
４インチ（６，３５ｍｍ）の鋼管を内管２９として使用
して熱交換装置５を製造した。

外管２５の出口２８は冷媒膨張弁３４の入口３３に接続
された管３２に接続される。冷媒膨張弁３４の出口３５
は蒸発装置６の熱交換コイル、即ち蒸発コイル３７の入
口に連絡される。蒸発コイル３７は市販型式又は工業用
型式の冷却ユニットの冷却部又は空気調整装置の空気を
冷却する冷却部に利用するものが使用できる。蒸発コイ
ル３７の出口３８はＴ壁継手４１の一方の入口４ｏに伸
びる管３９に接続される。Ｔ壁継手４１の他方の入口４
２は予冷却を行う熱交換装置５の内管２９の出口３１か
ら導出される管４３に接続される。

Ｔ壁継手４１の出口４４は、吸引ラインを構成するアキ
ュームレータ７の入口５０へ管４９で接続された出口４
９を有するＴ壁継手４７の入口４６へ管４５で連結され
る。アキュームレータ７の出口５１は圧縮装置２の吸入
側である入口５３へ管５２で接続される。

圧縮装置２の出口８から導出される管９は、高湿ガス用
熱交換装置４の外管１９の入口１０へ連結される。管３
２の継手５４は液体冷媒の少意を吐出して選択制御され
た速度でｌｌ！！張及び蒸発させる膨張装置を有する。

勿論、特に高容量の冷却装置では、必要に応じてこの位
置に従来の冷媒ｊ膨張弁を使用することができる。

毛細管５５は内管２２の入口開口部２３に接続され、少
量の冷媒を内管２２内に膨張及び蒸発させるため、外Ｗ
１９を通る高温ガス冷媒を実質的に冷却することができ
る。液体冷媒の膨張及び内管２２への蒸発においては、
圧縮装置２から供給される高温の圧縮ガスを冷却する冷
媒の蒸発に伴う潜熱を利用することができる。

凝縮装置３の出口１６から８出される管１７は高温液体
の熱交換装置５の外管２５の入口１８に接続される。管
１７の継手５６は液体冷媒の少量を吐出して選択制御さ
れた速度で膨張及び蒸発させる膨張装置を有する。図示
する膨張装置は小容量の冷却装置に使用される型式の単
純毛細管５７である。勿論、特に高容量の冷却装置では
、必要に応じてこの位置に従来の冷媒膨張弁を使用する
ことができる。

毛細ｑ！５７は内管２９の入口開口部３０に接続され、
少量の冷媒を内管２９内に膨張及び蒸発させるため、外
管２５を通る高温ガス冷媒を実質的に冷却することがで
きる。液体冷媒の膨張及び内管２９への蒸発においては
、凝縮装置３がら供給される高湿の液体冷媒を冷却する
冷媒の蒸発に伴う潜熱を利用することができる。

皇−一一点凝縮装置３はその正常動作として、圧縮装置２に移動さ
れた蒸発装置６内に得られた熱を吸引管ガスとして除去
する。圧縮装置２は、冷媒ガスを圧縮しこのためガスは
凝縮装置コイル１４に流入する前に圧力も温度も非常に
増加する。

この高圧・高温ガスは凝縮装置コイル１４内を流動し、
蒸発装置に得られた熱は凝縮装置コイルを通過する空気
に放出され、冷媒は凝縮する。凝縮装置３の周辺温度が
上昇する度毎に、凝縮装置内の冷媒は次第に除去され、
凝縮装置から排出する凝縮した液体冷媒は圧力も温度も
上昇する。液体冷媒の温度が上昇すると圧縮装置は更に
消費電力が増加する。

蒸発装置６から流れる低温の吸引ガスはある程度圧縮装
置２を冷却する。しかし凝縮装置３内の圧力と温度は周
囲の熱の増加と共に上昇するから。

圧縮装置２は吸引ガスによって充分に冷却されず、この
周辺温度上昇を補償するため消費電力が増加する。工業
界では、大型凝縮装置を作ると共に。

液体管路熱交換器を使用し、液体冷媒を冷却するのに吸
引ガスを使用することによって上記の問題の解決を試み
た（上記従来技術の説明のように）。

しかしこの方法はある程度の効果があったが問題を解決
するには至らなかった。

上記の実施例では、サブクーラを構成する直接膨張式液
体冷媒熱交換装置５を追加することによって冷却システ
ムが変型されている。この装置は凝縮装置３から、蒸発
装置６の調整装置又は膨張弁３４に液体冷媒を供給し、
更に圧縮装置内に低温の吸引ガスを保持して圧縮装置の
冷却を有効に行う効果がある。これは凝縮装置の消費電
力を大幅に減少する効果もある。

圧縮装置２から出る高温のガス冷媒は圧縮装置から出る
導管９と同じ大きさに設計された熱交換装置４の外殻を
形成する外側通路１９を流れる。

この導管９はｍ整装置、即ち内殻を形成する内側通路２
２にタップ連結された毛細管５５を有し、所定量の液体
冷媒を冷却のため内側通路に供給する。内側通路２２に
流入するこの液体冷媒の膨張はガス冷媒が凝縮装置に流
入する前に外側通路１９内の高温ガス冷媒を冷却する。

凝縮コイル１４を出る液体は、熱交換装置４内の高温ガ
スの予冷によって少し低温になるが依然として温度は相
当に高い。凝縮コイル１４がら出る高温液体は、凝縮装
置３から外側に出る導管１４７と同じ大きさに設計され
た外側通路２５を通る。

この導管１７は調整装置、即ち内側通路２９にタップ連
結された毛細管５７を有し、所定量の液体冷媒を冷却の
ため内側通路２９に供給する。

内側通路２９に流入する液体冷媒の膨張で、外側通路２
５内の液体冷媒を、所望の液体冷媒の冷却社によって変
わるが、４０〜６５℃の温度に冷却する。熱交換装置４
の内側通路２２を出る低温の膨張冷媒ガス及び熱交換装
置５の内側通路２９を出る低温の膨張冷媒ガスは、蒸発
装置の吸引管３９に接続される。このため凝縮装置の稼
動に要する電力斌は減少する。

外側通路２５から出る低温の液体冷媒は、蒸発装置６内
の膨張弁３４に流れ、蒸発管内のより低温の液体冷媒の
膨張は、蒸発装置を低温にし、蒸発装置コイルに広い温
度分散を与える。蒸発コイルを横切るこの温度分散の増
加は冷却装置の熱効率（Ｂ、Ｔ、Ｕ、効率）を増加する
と共に消費電力を減少する。

上記の実施例の装置では、冷却及び空調装置の効率の向
上に新しい研究が使用される。基本的要求として使用さ
れる原理は、凝縮装置から出る補助冷媒が、膨張弁に流
入する液体冷媒の温度を低下することである。この結果
、蒸発装置に流入するフラシュガスはかなり低温で、コ
イルに流入する空気と蒸発装置コイルから出る空気の温
度に非常に大きい温度分散が得られる。試験の結果によ
れば、コイルを横切り過熱度は１２℃で温度差は２１℃
である。

上記の装置は、出願人の有する米国特許第２゜５７７．
４６８号の発明と同様に液体冷媒の直接膨張冷却を利用
し、これに凝縮装置に流入する前に圧縮装置からの高温
ガスの直接膨張冷却効果を付加する。高温ガスクーラの
付加によってこの装置の効率は更に３０％増加する。

上記のシステムの動作原理は、蒸発装置コイルに供給さ
れる液体冷媒の温度を低下することである。液体冷媒の
温度を低下することによって、はるかに低温の蒸発装置
コイルが得られるのみならず、圧縮装置の送出圧力を低
下し、これらは全て装置の消費電力を低下するのに有効
である。直接膨張式熱交換装置、即ちサブクーラ４と５
の使用によって、主蒸発装置６と平行な第２番目の蒸発
装置が得られ、また、液体の潜熱を利用することによっ
て高温の冷媒ガスと高温の冷媒液体を冷却する。上記の
ように、従来技術では吸引管ガスによって液体冷媒を予
冷することを試みたが、直接膨張式熱交換装置４と５に
よって得られる冷却効果に比べて冷却址ははるかに小さ
い。

第２実施例−ン艷退ＪＯ蟹１ＬＬ有する装置第２図は第
１図の冷却装置の別の実施例で、この装置は液体冷媒の
受溜器及び予冷用熱交換装置から流入する液体冷媒を更
に冷却する付加的熱交換コイルが設けられる。構成要素
は第１図の実施例と同一で参照数字は１００が付加され
ている。

第２図に示す冷却装置１０１は圧縮袋［１０２、凝縮装
置１０３、液体冷媒受溜器１６０、高温ガス予冷用熱交
換装置１０４．高温液体予冷用熱交換装置１０５、蒸発
装置１０６及び吸入管アキュムレータ１０７を含んでい
る。

上記の冷却装置は直列に配置された種々の構成要素、及
び下記のように定位置に配置された種々の制御用構成要
素に接続される。圧ｆｌ装置１０２の出口１０８は、高
温ガス予冷器１０４の入口に達する管路１０９に接続さ
れる。予冷器１０４の出口１１１は管路１１２によって
凝縮袋ｖ１１０３内の熱交換管路１１４の入口１１３に
接続される。

凝縮装置１０：３はファン１１５を有し、ファン１１５
は熱を除去するため熱交換管路１１４の周囲で空気を循
環させる。熱交換管路１１４の出口１１６は管路１１７
によって窩温液体予冷器即ち熱交換装置１０５の入口１
１８に接続され、液体冷媒が蒸発装置１０６に流入する
前にこれを補助する。

熱交換装置１０４は、圧縮装置１ｔ１０２から凝縮装置
１０３に流れる高温ガス冷媒を予冷するように特別に設
計された直接膨張熱交換装置である。

熱交換装置１０４は、閉鎖端部１２０と１２１、及び一
端に入口１１０と他端に出口１１１とを有する内側通路
即ち管路１１９を含む。内側管路１２２は閉鎖端部間に
外側通路１１９の全長にわたって伸び出し、一端に入口
孔１２３と、他端に出口孔１２４とを有する。この熱交
換装置はコイル状、四角形等の種々の型式に構成できる
。試験した一型式では１−１／８インチ（２８，５ｍｍ
）の導管を外側通路として、３／４インチ（１９＋ｎｍ
）の導管を内側通路として使用した。

熱交換装置１０５は、凝縮装置１０３から蒸発装置１０
６に流れる高温液体冷媒を予冷するように特別に設計し
た直接膨張式冷媒熱交換装置である。熱交換装置１０５
は、閉鎖両端１２６と１２７、及び−ｇｌみに入口１１
８、他端に出口１２８を有する外側通路即ち管路１２５
を含む。内側通路即ち管路１２９は１２５の全長にわた
って伸び、閉鎖端部１２６と１２７間に伸び出し、一端
に入口孔１３０、他端に出口孔１３１を有する。熱交換
装＠１０５は種々の型式、例えばコイル状又は四角形に
形成することができる。試験した熱交換装置の一型式は
外側通路として１−１／８インチ（２８，５ｍｍ）の導
管、内角として３７４インチ（１９ｍｍ）の導管を使用
した。

外側通路１２５の出口は管路３２によって液体受溜器１
６０の入口１５８に接続される。受溜器１６０の出口１
５９は管路１６１によって冷媒膨張弁１３４の入口側１
３３に接続される。膨張弁１３４の出口側は、熱交換コ
イルの入口端１３６又は蒸発装置１０６の蒸発コイル１
３７に接続される。蒸発装置コイル１３７は商用又は工
業用の大型冷却装置の冷却、又は空調装置の空気冷却に
使用される。

蒸発コイル１３７の出口１３８は、Ｔ壁継手１４１の一
人口に達する管路１３９に接続される。

Ｔ壁継手１４１の出口１４２は管路１３４によって吸引
管アキュムレータ１０７の入口１５０に接続される。Ｔ
型継手の別の入口１４４は、受溜器１６０の熱交換出口
１４２に達する管路１４５に接続される。吸引管アキュ
ムレータ１０７の出口１５１は管路１５２によって圧縮
装置１０２の吸引側の入口１５３に接続される。

液体熱交換装置即ち予冷器１０５の内側通路１２９の出
口１３１は管路１４７によってＴ型継手１４９の一人口
１４８に接続される。熱交換装置１０４の管路１２２の
出口１２４は管路１６２によってＴ壁継手１４８の別の
入口１６３に接続される。Ｔ壁継手１４８の出口１６４
は管路１６５によって受溜器１６０の熱交換装置入口１
６６に接続される。管路１６７の熱交換コイルは受溜器
１６０の入口１６６と出口１４６に交差する。

圧縮袋！１０２の出口１０８から伸びる管路１０９は高
温ガス熱交換装置ｆ！１０４の外側通路１１９の入口１
１０に接続される。、管路１３２中の継手１５４は液体
冷媒の少量を放出する膨張装置を含み、この膨張装置で
少量の液体冷媒は選択されかつ制御された速度で膨張・
蒸発される。図示の膨張装置は、小容量の冷却に使用さ
れる単純な毛細管１５５である。勿論、所望に応じて、
特に大容量の冷却装置ではこの位置に通常型式の冷却膨
張弁も使用できよう。

毛細管１５５は内側通路１２２の入口孔１２３に開放し
、少量の液体冷媒を内側通路上２２で膨張・蒸発させ、
外側通路１１９を通る高温ガス冷媒を強く冷却する。内
側通路１２２内の液体冷媒の膨張・蒸発は冷媒の蒸発潜
熱を利用して圧縮装置１０２から送られる高湿圧縮ガス
を冷却する。

凝縮装置１０３の出口１１６から伸びる管路１１７は高
温液体熱交換装置１０５の外側通路１２５の入口１１８
に接続される。管路１１７内の継手１５６は、少量の液
体冷媒を放出してこれを選択されかつ制御された速度で
膨張・蒸発させる膨張装置を含む。図示の膨張装置は小
容量の冷却装置に使用される型式の毛細管１５７である
。勿論、所望に応じ、特に大容量の装置ではこの位置に
従来型式の冷却膨張弁が使用できよう。

毛細管１５７は内側通路１２９の入口孔１３０に開放し
、少量の液体冷媒を内側通路１２９内で膨張・蒸発させ
、外側通路１２５内を流れる高温液体冷媒を強く冷却す
る。内側通路上２９内の液体冷媒の膨張と蒸発は、冷媒
の蒸発潜熱を利用して凝縮装置１０３から送られる高温
液体冷媒を冷却する。

第２　ＪＭ例の動作凝縮装［１０３は正常機能として、圧縮装置１０２に吸
引管ガスとして移動される蒸発装置１０６内の熱を除去
する。圧縮装置１０２は冷媒ガスを圧縮し、このガスが
凝縮コイル１１４に流入する前にこの圧力と温度を大幅
に増加する。

この高圧・高温ガスが凝縮コイル１１４内を流れる時、
蒸発装置内に得られる熱は凝縮コイルの周囲を流れる空
気中に放出され、冷媒が凝縮する。

凝縮装に１０３の周囲の周辺温度が上昇する度毎に、凝
縮装置内の冷媒から除去される熱は次第に少なくなり、
又凝縮装置から出る凝縮液体冷媒は圧力も温度も上昇す
る。液体冷媒の温度が上昇すると圧縮装置の電力は次第
に増加する。

蒸発装置１０６から送られる低温の吸引ガスはある程度
圧縮装置１０２を冷却する。しかし凝縮装置１０３内の
温度と圧力が周辺の熱増加と共に上昇すると、圧縮装置
１０２は周辺温度の上昇を補償するのに充分な冷却が吸
引ガスで行われず、消費電力が増加する。

上記の実施例では、この冷却装置は、受溜器１６０内の
液体を更に冷却するため吸引管熱交換装置を付加するこ
とによって変型される。直接膨張熱交換装［１０４及び
１０５は第１図の実施例の熱交換装置４及び５と同様に
機能する。

凝縮コイル１１４から流出する液体は、熱交換装置１０
４の高温ガスの予冷によっていくらか温度は低くなるが
依然として高温である。凝縮コイル１１４から送られる
高温液体は熱交換装置１０４内を通って液体冷媒を冷却
する。熱交換装置１０４の内側通路１２２から出る低湿
の膨張冷媒と、熱交換装置１０５の内側通路１２９から
出る低温の膨張冷媒ガスは、蒸発機１０６からの吸引管
１３９に接続され、受溜器１６０内のコイル１６７を通
って更に液体冷媒を冷却する。

受溜器１６０から出る低温の液体冷媒は、蒸発装置１０
６内の膨張弁１３４に流れ、蒸発装置の管内の低ムの液
体冷媒の膨張で蒸発装置が低温になり、蒸発装置コイル
を横切って大きい温度分散が行われる。蒸発装置コイル
を横切るこの温度分散の増加はこの装置の熱効率（Ｂ、
Ｔ、Ｕ、効率）を増加すると共に消費電力を減少する。

受溜器内に熱交換装置を付加することによってこの装置
の効率は更に向上する。

３　　例−高温ガス冷却器を有する゛置第３図は第１図
の冷却装置の更に別の変型を示し、この装置には、液体
冷媒の受溜器、及び凝縮装置内を流れる高温ガスと受溜
器内の液体冷媒を冷却する直接膨張式熱交換コイルが設
けられる。

第１図及び第２図と同じ構成要素の参照数字には２００
が付加されている。

第３図に示す冷却装置２０１は圧縮装置２０２、凝縮装
置２０３、液体冷媒受溜器２６０、高温ガス予冷用熱交
換装置２０４．蒸発装置２０６及び吸引管アキュムレー
タ２０７を含む。

この冷却装置は直列に配置された種々の構成要素、及び
下記のように定位置に配置された種々の制御要素に接続
される。圧縮装置１２０２の出口２０８は高温ガス予冷
器２０４の入口２１０に達する管路２０９に接続される
。予冷器２０４の出口２１１は管路２１２によって凝縮
装置２０３内の熱交換管２１４の入口２１３に接続され
る。凝縮装置２０３は、これから熱を除去するため熱交
換管２１４の周囲で空気を循環させるファン２１５を有
する。熱交換管２］、４の出口２１６は受溜器２６０の
入口に管路２１７によって接続される。

熱交換装置２０４は圧縮装置２０２から凝縮装置２０３
に流れる高温ガス冷媒を予冷するように特別に設計され
た直接膨張式冷媒熱交換装置である。熱交換装置２０４
は、閉鎖端部２２０と２２１、及び一端に入口２１０、
他端に出口２１１を有する外側通路即ち管路２１９を含
む。内°側通路２２２は閉鎖端部２２０と２２１を通り
、外側通路２１９の全長にわたって伸び出し、又一端に
入口孔２２３及び他端に出口孔２２４を有する。この熱
交換装置は種々の形状１例えばコイル型又は四角型に形
成することができる。試験した装置では外側通路として
ｌ　−１／８インチ（２８，５ｍｍ）の導管、内側通路
として３／４インチ（１９ｍｍ）の導管を使用して構成
した。

受溜器２６０の出口２５９は管路２６１によって冷媒膨
張弁２３４の入口側２３３に接続される。

膨張弁２３４の出口側は蒸発装置２０６の熱交換コイル
又は蒸発装置コイル２３７の入口端部に接続される。蒸
発装置コイル２３７は商用又は工業用の大形冷却装置の
冷却又は空調装置の空気冷却に使用される。

蒸発装置コイル２３７の出口は、十字継手２４１の一方
の入Ｃｌ２４０に達する導管２３９に接続される。十字
継手２４１の出口２４２は管路２４３によって吸引管ア
キュームレータ２０７の入口２５０に接続される。十字
継手２４１の他方の入口２４４は、受溜器２６０の熱交
換出口２４６から伸びる導管２４５に接続される。吸引
管アキュームレータ２０７の出口２５１は導管２５２に
よって圧縮装置２０２の吸引側の入口２５３に接続され
る。

熱交換装置２０４内の管２２２の出口２２４は、管路２
６２によって十字継手２４１の別の入口２６３に接続さ
れる。管路２１７は、管路２６５によって受溜器２６０
の熱交換入口２６６に接続された継手２２５を有する。

毛細管２６７は受溜器２６０の入口２５８と出口２４６
を相互接続し、液体冷媒の少量を直接膨張させ、更に受
溜器２６０内の液体を冷却する。

圧縮装置２０２の出口２０８から伸びる管路２０９は、
高温ガス熱交換装置２０４の外側通路２１９の入口２１
０に接続される。管路２１７内の継手２５４は、液体冷
媒の少量を放出して、これを選択されかつ制御された速
度で膨張及び蒸発させる膨張装置を含む。図示の膨張装
置は小容量の冷却装置に使用される形式の簡単な毛細管
２５５である。勿論、所望に応じて、特に大容量の装置
に対しては、この位置に従来形式の冷媒膨張弁が使用で
きよう。

毛細管２５５は内側通路２２２の入口孔２２３内に開放
し、液体冷媒の少量を内側通路２２２内で膨張及び蒸発
させ、外側通路２１９を通る高温ガス冷媒を強力に冷却
することができる。内側通路２２２内の液体冷媒の膨張
と蒸発は、冷媒の膨し：Ａ潜熱を利用して圧縮装置２０
２がら流入する高温圧縮ガスを冷却する。

員ユ失産孤立亀生この実施例の装置は、第１図の装置とほぼ同一の動作を
行うが、凝縮装置と蒸発装置との間に別個の熱交換コイ
ルを設ける代わりに、受溜器２６０内の直接膨張冷却を
利用する。

凝縮装置２０３はその正常機能として圧縮装置２０２に
吸引管ガスとして移動された蒸発装置２０６内に得られ
た熱を除去する。また、圧縮装置２０２は冷媒ガスを圧
縮し、このためガスが凝縮コイル２１４に流入する前に
ガスの圧力と温度は大きく増加する。

この高圧高温のガスは、凝縮コイルに流動し、蒸発装置
内に得られた熱は凝縮コイル上を通る空気中に放出され
るから、冷媒は凝縮する。凝縮装置２０３の周辺温度が
上昇すると、内部の冷媒は次第に熱除去効率が低下し、
凝縮装置から流出する凝縮された液体冷媒は、圧力も温
度もかなり高（なる。液体冷媒の温度が高くなると、圧
縮装置の消費電力も大きくなる。

蒸発装置２０６から送出される低温吸引ガスは、ある程
度圧縮器２０２を冷却する。しかし、凝縮装置２０３内
の圧力と温度が周辺の熱の増加と共に上昇すると、圧縮
装置２０２は１周辺温度の上昇を補償するため、吸引ガ
スから冷却に必要な熱を受は取ることがないから、消費
電力が増加する。

上記の実施例の冷却装置は、受溜器２６０内に直接膨張
式液体冷媒熱交換装置、即ちサブクーラ２６０を付加す
ることによって、変形したものである。この装置は、受
ｆｆＩ器２６０から低温の液体冷媒を、蒸発装置１１２
０６の調整装置又は膨張弁に供給することを促進し、ま
た圧縮器に低温吸引ガスを維持して圧縮器の冷却を容易
にする。このため、凝縮装置の使用電力は大幅に減少す
る。

圧縮器２０２から流出する高温のガス冷媒は。

この圧縮器から伸びる導管２０９と同じ大きさに設計さ
れた熱交換装ｖ１２０４の外側通路を流れる。

液体管ｗＩ２１７は調整装置、即ち内側通路にタップ連
結された毛細管２５５を有し、所定量の液体冷媒を冷却
の目的で内側通路に供給する。内側通路２２２に流入す
るこの液体冷媒の膨張により、高温ガスが凝縮装置２０
３に流入する前に外側通路２１９内の高温ガス冷媒を冷
却する。

凝縮コイル２１４から流れる流体は、熱交換装置２０４
中の高温ガスの予冷により幾分か低温になるが依然とし
て高温である。凝縮コイル２１４からの高温液体は受溜
器２６０に流入し、ここで直接膨張コイル２６７で冷却
される。

受溜器２６０から出る低温の液体冷媒は蒸発装置２０６
内の膨張弁２３４に流入し、蒸発管内の低源の液体冷媒
の膨張で蒸発装置が冷却され、蒸発装置コイルを横切る
温度分散が大きくなる。蒸発装置コイルを横切る温度分
散の増加は装置の熱効率を増加すると共に電力消費量を
減少する。

上記の装置は、出願人の有する米国特許第２゜５７７．
４６８号明細書の第３図のように液体冷媒の直接膨張冷
却を利用し、又この装置に、高温ガスが凝縮装置に流入
する前にこのガスを直接膨張冷却するものである。高温
ガス冷却器を付加することによって冷却装置の効率を３
０％向上することができる。

上記の装置の動作原理は蒸発装置コイルに供給される液
体冷媒の温度を低下することである。液体冷媒の温度低
下によってはるかに低温の蒸発装置コイルが得られると
共に、圧縮装置の送出圧力を減少し、これらは全て装置
に対する消費電力を減少する結果を生ずる。直接膨張熱
交換装置、即ちサブクーラ２６７の使用により、主蒸発
装置２０６と並置された第２番目の蒸発装置２０４が構
成され、液体の蒸発潜熱を利用して高温冷媒ガス及び高
騒冷媒を冷却することができる。前記のように従来技術
では吸引管ガスと共に液体冷媒の予冷を試みたが、有効
な冷却量は、直接膨張熱交換装置４と５で得られる冷却
量よりはるかに小さい。

＾豆立腹来上記の通り、本発明では、凝縮装置に流入する高温の冷
媒ガスを予冷却することにより、冷却効率を大幅に向上
した冷却法及び冷却装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は別個の予冷用熱交換装置を有する本発明の一実
施例の冷却装置の略示図；第２図は別の実論例の冷却装
置の略示図で、第３図は更に別の実施例の冷却装置の略
示図である。１０．冷却装置、　２０．圧縮装置、　３８．凝縮装置
、　４１．高温ガス予冷用熱交換装置（サブクーラ）、
　５０．高温液体予冷用熱交換装置（サブクーラ）、　
６０．蒸発装置、　７８．吸引管アキュムレータ、　２
２．２９１．内側通路、　１９゜２５６．外側通路、　
３４．、ｉｌｌ！張弁、　５７．。毛細管、　１６０．、受溜器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）冷媒ガスを圧縮し次に高温の液体冷媒に凝縮液化
し、最後に選択された速度で膨張及び蒸発させることに
より冷媒冷却を行う冷却法において、前記液体冷媒の主
要部が前記速度で膨張及び蒸発する前に前記液体冷媒の
少量部を蒸発させることにより、凝縮装置に流入する高
温の冷媒ガスを冷却する冷却工程を含み、外側通路を通
る高温の圧縮された前記冷媒ガスと熱交換を行いながら
前記液体冷媒の少量部が内側通路を通過することにより
前記少量部の蒸発を行うことを特徴とする冷却法。
（２）前記冷却法は前記液体冷媒の主要部が前記速度で
膨張及び蒸発する前に前記冷媒の少量部を蒸発すること
により凝縮装置から流出する液体冷媒の主要部を冷却す
る冷却工程を含み、外側通路を通る液体冷媒の主要部と
熱交換を行いながら前記液体冷媒の少量部を内側通路を
通過させることにより前記少量部の蒸発を行う特許請求
の範囲第（１）項記載の冷却法。
（３）前記液体冷媒は前記凝縮装置から受溜器に流れ、
該受溜器の内側の熱交換導管内で蒸発して液体冷媒の冷
却を行う特許請求の範囲第（２）項記載の冷却法。
（４）圧縮装置と、凝縮装置と、圧縮された冷媒ガスを
導入する前記凝縮装置の入口に接続された前記圧縮装置
の出口に順次接続された蒸発装置とを有し、前記凝縮装
置の出口は液体冷媒を導入する前記蒸発装置の入口に接
続され、前記蒸発装置の出口は蒸発した冷媒を導入する
前記圧縮装置の入口に接続され、前記圧縮装置の出口と
前記凝縮装置の入口との間には熱交換装置が設けられ、
該熱交換装置は前記凝縮装置から前記蒸発装置へ流れる
液体冷媒の一部を蒸発することにより前記圧縮装置の出
口と前記凝縮装置の入口との間を流れる高温の冷媒ガス
を予冷却し、前記熱交換装置は外側通路と該外側通路の
内側に配置された内側通路の２つの流体通路を備えた熱
交換器を有し、該流体通路の各々は入口及び出口を有し
かつ互いに熱交換が可能であり、前記熱交換器の外側通
路は前記圧縮装置と凝縮装置との間に配置されかつ前記
内側通路を包囲しながら高温の冷媒ガスを通過させ、前
記熱交換器の内側通路は前記凝縮装置から流れる液体冷
媒の少量を受けかつ該少量の液体冷媒を蒸発して前記外
側通路を通って流れる高温の冷媒ガスを冷却することを
特徴とする冷却装置。
（５）前記熱交換装置は前記内側通路の入口端部に接続
された膨張装置を有し、該膨張装置は前記凝縮装置から
の液体冷媒を受けかつ前記内側通路に流れる液体冷媒の
蒸発により前記外側通路を流れる高温の冷媒ガスを冷却
する特許請求の範囲第（４）項記載の冷却装置。
（６）前記膨張装置は毛細管を有する特許請求の範囲第
（４）項記載の冷却装置。
（７）前記外側通路の出口端部は前記凝縮装置の入口端
部に接続され、前記内側通路の外側端部は前記圧縮装置
の入口端部に接続された特許請求の範囲第（４）項記載
の冷却装置。
（８）前記熱交換装置は前記内側通路の入口端部に接続
された膨張装置を有し、該膨張装置は前記凝縮装置から
の液体冷媒を受けかつ前記内側通路に流れる液体冷媒の
蒸発により前記高温の冷媒ガスを冷却し、前記外側通路
の出口端部は前記凝縮装置の入口端部に接続され、前記
内側通路の出口端部は前記圧縮装置の入口端部に接続さ
れた特許請求の範囲第（４）項記載の冷却装置。
（９）前記冷却装置は前記蒸発装置の出口端部と圧縮装
置の入口端部との間に接続されたアキュームレータの吸
引管を有する特許請求の範囲第（４）項記載の冷却装置
。
（１０）前記外側通路の出口端部は前記凝縮装置の入口
端部に接続され、前記内側通路の外側端部は前記アキュ
ームレータの吸引管の入口に接続された特許請求の範囲
第（９）項記載の冷却装置。
（１１）前記冷却装置は前記凝縮装置の出口と前記蒸発
装置の入口との間に直列に接続に配置された液体冷媒の
受溜器と該受溜器内に配置された熱交換導管を有し、該
熱交換導管は液体冷媒により包囲され、かつ前記内側通
路の出口に接続された入口及び前記圧縮装置の入口に接
続された出口を有する特許請求の範囲第（４）項記載の
冷却装置。
（１２）前記冷却装置は前記蒸発装置の出口端部と圧縮
装置の入口端部との間に接続されたアキュームレータの
吸引管を有する特許請求の範囲第（１１）項記載の冷却
装置。
（１３）前記外側通路の出口端部は前記凝縮装置の入口
端部に接続され、前記内側通路の外側端部は前記アキュ
ームレータの吸引管の入口に接続された特許請求の範囲
第（１０）項記載の冷却装置。
（１４）前記冷却装置は前記凝縮装置の出口と前記蒸発
装置の入口との間に配置された第二の熱交換装置を有し
、該第二の熱交換装置は液体冷媒が前記蒸発装置に到達
する前に該液体冷媒の一部を蒸発することにより前記凝
縮装置の出口と前記蒸発装置の入口との間を通る液体冷
媒を予冷却し、前記第二の熱交換装置は第二の外側通路
と該第二の外側通路の内側に配置された第二の内側通路
の２つの流体通路を備えた熱交換器を有し、該流体通路
の各々は入口及び出口を有しかつ互いに熱交換が可能で
あり、前記第二の熱交換器の外側通路は前記凝縮装置と
蒸発装置との間に直列に接続されかつ前記第二の内側通
路を包囲しながら流れる液体冷媒の主要部を前記凝縮装
置と蒸発装置との間で通過させ、前記第二の熱交換器の
第二の内側通路は前記液体冷媒の少量を受けかつ該少量
の液体冷媒を蒸発して前記第二の外側通路を通って流れ
る液体冷媒の主要部を冷却する特許請求の範囲第（４）
項記載の冷却装置。
（１５）前記熱交換装置は前記第二の内側通路の入口端
部に接続された第二の膨張装置を有し、該第二の膨張装
置は前記凝縮装置からの液体冷媒を受けかつ前記第二の
内側通路に流れる液体冷媒の蒸発により前記第二の外側
通路を流れる液体冷媒の前記主要部を冷却する特許請求
の範囲第（１４）項記載の冷却装置。
（１６）前記第二の膨張装置は毛細管を有する特許請求
の範囲第（１４）項記載の冷却装置。
（１７）前記第二の外側通路の出口端部は前記蒸発装置
の入口端部に接続され、前記第二の内側通路の外側端部
は前記圧縮装置の入口端部に接続された特許請求の範囲
第（１４）項記載の冷却装置。
（１８）前記冷却装置は前記凝縮装置の出口と前記蒸発
装置の入口との間に直列に接続配置された液体冷媒の受
溜器を有し、該第二の熱交換装置は前記凝縮装置の出口
と前記受溜器の入口との間に設けられ、前記液体冷媒が
前記蒸発装置へ到達する前に前記冷媒の一部を蒸発する
ことにより前記凝縮装置から前記受溜器へ流れる液体冷
媒を予冷却し、前記第二の熱交換装置は第二の外側通路
と該第二の外側通路の内側に配置された第二の内側通路
の２つの第二の流体通路を備えた第二の熱交換器を有し
、該第二の流体通路の各々は入口及び出口を有しかつ互
いに熱交換が可能であり、前記第二の熱交換器の第二の
外側通路は前記凝縮装置と受溜器との間に直列に接続さ
れかつ前記第二の内側通路を包囲しながら流れる液体冷
媒を通過させ、前記第二の熱交換器の第二の内側通路は
液体冷媒の少量を受けかつ該少量の液体冷媒を蒸発して
前記第二の外側通路を通って流れる液体冷媒の主要部を
冷却する特許請求の範囲第（１４）項記載の冷却装置。
（１９）前記受溜器は前記第二の外側通路の出口に接続
された入口と前記蒸発装置の入口に接続された出口とを
有し、前記受溜器内には熱交換導管が配置され、該熱交
換導管は液体冷媒により包囲され、かつ前記第二の内側
通路の出口に接続された入口及び前記圧縮装置の入口に
接続された出口を有する特許請求の範囲第（１８）項記
載の冷却装置。
（２０）前記第二の熱交換装置は前記第二の内側通路の
入口端部に接続された第二の膨張装置を有し、該第二の
膨張装置は前記凝縮装置からの液体冷媒を受けかつ前記
第二の内側通路に流れる液体冷媒の蒸発により前記高温
の冷媒ガスを冷却し、前記第二の外側通路に流れる液体
冷媒の主要部を冷却する特許請求の範囲第（１８）項記
載の冷却装置。
（２１）前記冷却装置は前記蒸発装置の出口端部と圧縮
装置の入口端部との間に接続されたアキュームレータの
吸引管を有する特許請求の範囲第（１８）項記載の冷却
装置。
（２２）前記第二の外側通路の出口端部は前記蒸発装置
の入口端部に接続され、前記第二の内側通路の外側端部
は前記アキュームレータの吸引管の入口に接続された特
許請求の範囲第（２１）項記載の冷却装置。