JPS645227B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷凍回路を有する空調装置に関し、
高効率冷凍回路の一部分として作動するように構
成した凝縮器と、低効率冷凍回路の一部分として
作動するように構成した蒸発器とを組合せた冷凍
回路およびその構成機器に関する。

典型的な住宅用空気調和装置においては、凝縮
器を周囲空気（外気）に対して熱交換関係をなす
ように配置し、蒸発器を空調すべき囲い区域（部
屋）の空気に対して熱交換関係をなして配置して
ある。これらの凝縮器および蒸発器に圧縮機およ
び膨脹器を接続して冷凍回路を構成し、囲い区域
内の空気（室内空気）と周囲空気（外気）との間
で熱エネルギーが伝達されるようになされてい
る。

空調装置を作動させるためのエネルギーコスト
が高騰した現在、各メーカーは、エネルギー効率
の高い空調機器の開発を試みている。エネルギー
効率の高い機器への切換の結果として、以前に製
造された機器と比較的新しい効率の高い機器との
間で作動特性に相異が生じることになる。

空気調和装置の効率を高める方法の１つは、水
頭圧、従つて圧縮機を低くすることである。

典型的な住宅用空調装置においては、冷凍系統
の各構成部品（機器）は、その有効寿命の間使用
に供した後は交換しなければならない。しかしな
がら、屋内熱交換器などの他の構成部品は、有効
寿命が長く、その他の部品を交換しなければなら
ない場合でもまだ十分に使用に供することができ
ることが多い。このような部分的な交換の結果、
圧縮器と凝縮器が新しいものに交換され、蒸発器
はそのまま残されるというようなことがある。

省エネ意識の高いユーザは、冷凍系の一部を新
しい効率の高い機器と交換することを希望する。
しかしながら、このような効率の高い機器の使用
は、膨脹器として毛管を備えている冷凍系統の蒸
発器と組合わされた場合１つの問題を惹起する。
異る水頭圧で作動するように設計されている冷凍
回路構成機器を組合わせると、冷凍装置の容量が
低下し、その結果、装置の全体効率を低下させた
り、その他の作動上の問題を生じたりする。この
ような問題の重大さの度合は、屋内熱交換器に連
関した膨脹器の形式および接続配管のサイズ等を
含むいろいろな要素によつて異る。多くの場合、
住宅用サイズの蒸発器のための膨脹器は、一連の
一定直径の毛管によつて構成されている。

しばしば住宅用サイズの蒸発器のための膨脹器
として使用される毛管は、それを通る冷媒の圧力
を低下させる作用をするためのものであり、所与
の温度および水頭圧において所定の質量流量で冷
媒を通すように寸法を定められている。水頭圧が
低下すると、毛管を通る冷媒の質量流量も低下す
る。しかしながら毛管を通る冷媒の温度が低下す
ると、質量流量が増大する場合がある。なぜな
ら、液体冷媒が過冷却されその粘性が低下するか
らである。

本発明の冷凍装置およびその構成機器は、新し
い交換機器をそれが組込まれる既存の機器より低
い水頭圧で作動するように設計された効率的な冷
凍回路を構成するようにしたことを特徴とするも
のである。

過冷却器および中間熱交換器を備えた冷凍回路
は従来から知られているが、本発明は、フラツシ
ユ過冷器として中間熱交換器を使用し、凝縮器か
ら蒸発器へ循環される液体冷媒の一部分を中間熱
交換器へ分流させて該中間熱交換器内でフラツシ
ユ蒸発させ圧縮機の吸込圧にまで低下させる。か
くして、この冷媒は、液体から気体へ相変化する
際、凝縮器から蒸発器へ流れる別の冷媒から熱エ
ネルギーを吸収し該冷媒を過冷却させる。従つ
て、凝縮器を通る冷媒の流量と、蒸発器を通る冷
媒の流量とが異ることになる。しかしながら、分
流された冷媒部分は無駄にされるわけではない。
なぜなら、その冷媒部分が分流されずに蒸発器内
でフラツシユ蒸発されたとすれば吸収されたであ
ろう熱エネルギーは、蒸発器へ流入する冷媒を更
に過冷却するのに利用されるからである。

本発明の好ましい実施例によれば、中間熱交換
器を配置し、凝縮器から蒸発器へ流れる冷媒の一
部分を該中間熱交換器の第１流路を通して通流さ
せるようにする。また、凝縮器から蒸発器へ流れ
る冷媒の他の一部分を上記中間熱交換器の第２流
路へ分流させる手段を設け、該分流された冷媒部
分を中間熱交換の第１流路を通る前記冷媒部分に
対して熱交換関係にもたらすようにする。更に、
中間熱交換器の第２流路を圧縮機の吸込管に接続
する導管を配設し、前記分流された冷媒を圧縮機
へ戻すことができるようにする。

前記中間熱交換器の第２流路へ分流される冷媒
の流量を調節するための感熱膨脹弁を接続する。
即ち、感熱膨脹弁に設けた温度感知バルブによつ
て蒸発器から圧縮機へ流れる冷媒の温度を検出
し、その温度の関数として前記分流冷媒の流量を
制御する。感熱膨脹弁を平衡化させる（感熱膨張
弁の圧力を圧縮機への吸込管の圧力と均衡させ
る）ために圧縮機の吸込管と該膨脹弁との間に圧
力平衡化導管を設ける。

以下に添付図を参照して説明する本発明の実施
例は、空調系統に使用するための冷凍回路に関連
したものとされているが、本発明は空調機以外の
冷凍装置にも同様に適用することができることは
明らかである。更にここに述べる好ましい実施例
は、各構成機器の流量特性を住宅用空調機に適用
した場合に関連して説明されているが、本発明は
それに限定されるものではなく、また、交換すべ
きものとされる構成機器の種類および新しく交換
された機器と組合わされるものとされる既存の構
成機器の種類もここに例示した実施例の如くに限
定されるものではない。

本発明は、各冷媒流れの間で熱交換させるため
の特定の熱交換器を有するものとして説明されて
いるが、熱交換器の形式の選択は設計事項であ
り、同様に膨脹器ならびにその他の接続配管の形
式の選択は設計事項である。

在来の蒸気圧縮式冷凍回路においては、気体状
冷媒の温度および圧力を圧縮機によつて増大さ
せ、該冷媒を凝縮器へ送給し、凝縮器内で気体冷
媒を凝縮させて液体にする。次いで、この液体冷
媒を膨脹器内で圧力降下させた後、蒸発器内で蒸
発させて気体となし、その際冷却すべき流体（例
えば空気）から熱エネルギーを吸収させるように
する。次いで、この気体状冷媒を圧縮機へ戻し、
冷凍サイクルを完了する。

第１図を参照すると、本発明を組入れた冷凍回
路の概略図が示されている。圧縮機３０は、吐出
管２２によつて凝縮器２０に接続されている。凝
縮器２０は、連結導管１６によつて膨脹器１２に
接続され、膨脹器は導管１４を介して蒸発器１０
に接続されている。蒸発器１０は、圧縮機吸込管
３２によつて圧縮機３０に接続され、冷凍回路を
完成する。

第１図に示されるように、本発明によれば、連
結導管１６を囲繞するようにフラツシユ式過冷却
器即ち中間熱交換器５０を配設し、連結導管１６
がこの過冷却器を貫通して延長するようにする。
フラツシユ式過冷却器５０は、感熱膨脹弁供給管
６２によつて導管１６に接続された感熱膨脹弁５
２を有している。膨脹弁５２を感熱膨脹弁排出管
６６によつてフラツシユ式過冷却器のフラツシユ
室５６に接続し、該フラツシユ室を過冷却器吸込
管３４によつて圧縮機吸込管３２に接続する。更
に、感熱膨脹弁５２を膨脹弁圧力平衡化導管６４
および過冷却器吸込管３４を介して圧縮機吸込管
３２に接続する。この圧力平衡化導管６４は、感
熱膨脹弁５２の圧力を圧縮機３０への吸込管３２
の圧力と均衡させるためのものである。

感熱膨脹弁５２の温度感知バルブ（感温体）５
４は、毛管５５によつて該膨脹弁に接続する。バ
ルブ５４は、蒸発器１０から圧縮機３０へ流れる
冷媒の温度を検出するために圧縮機吸込管３２に
付設する。

第２図を参照すると、フラツシユ式過冷却器５
０の透視図が示されている。過冷却器５０は、断
熱材（図示せず）を施したケーシング５８を有し
ており、感熱膨脹弁５２および各接続管はケーシ
ング５８内に収容されている。連結導管１６は、
過冷却器即ち中間熱交換器５０の第１流路を構成
する。連結導管１６の外周面と、外側管７２とで
熱交換器５０の第２流路を構成する。第２流路を
構成するこの導管１６と外側管７２との間の空間
は、先に述べたようにフラツシユ室５６と称す
る。導管１６からの冷媒流は、膨脹弁供給管即ち
分流管６２を介して感熱膨脹弁５２へ分流させる
ことができる。分流管６２と膨脹弁５２とで分流
装置を構成する。導分流管６２を通つて弁５２へ
流入した冷媒は、該弁から排出導管６６を通して
排出される。排出管６６は、簡単な管であつてよ
いが、冷媒の流れを更に制限するために、そして
膨脹弁の変動を平滑にするために毛管としてもよ
い。ここでいう膨脹弁とは、感熱膨脹弁単独、ま
たは該弁とその排出側に接続した毛管との組合せ
を意味する。

第２図に明示されているように、感熱膨脹弁に
は毛管５５によつてバルブ（感温体）５４が連結
されており、バルブ５４は、圧縮機吸込管３２を
通る冷媒の温度を感知するために該吸込管に接触
して取付けられている。膨脹弁５２からの冷媒
は、排出管６６を通して接続管７４へ供給され、
接続管７４からフラツシユ室５６を通つて接続管
７６へ供給される。次いで、冷媒は、接続管７６
からＴ字管７８、過冷却器吸込管３４を通して圧
縮機吸込管３２へ流れる。膨脹弁平衡化導管６４
は、Ｔ字管７８と膨脹弁５２との間に接続されて
いる。

第３図には、この過冷却器を、住宅用空調機に
適用した場合について図示されている。第１図の
蒸発器１０に相当する屋外熱交換器８６は、第１
図の凝縮器２０および圧縮器３０に相当する機器
を包含した屋内熱交換器ユニツト８２に接続する
ための常用弁８５，８８を有している。建物の囲
壁８０の内側に置かれるものとして示されている
屋内熱交換器ユニツト８２は、地下室または空調
すべき囲い区域内に設置されている。ユニツト８
２は、空気を循環するための送風機８４を備えて
いる。

第３図にみられるように、過冷却器５０（ケー
シング５８として示されている）は、連結管１６
の一部分をフラツシユ式過冷却器組立体と交換す
ることによつて接続されている。過冷却器組立体
の両端に接続管が設けられ、一端は常用弁８５
に、他端は連結導管１６に接続されている。膨脹
弁５２の感温バルブ５４は、圧縮機吸込管３２に
付設されている。過冷却器吸込管３４は、シユレ
ーダＴ字管８９を介して常用弁８８に接続されて
いる。Ｔ字管８９には密閉冷凍回路を構成するた
めにキヤツプ９１を冠設する。Ｔ字管を通して系
内へ冷媒を注入したり、系内から冷媒を抽出した
りすることができる。第３図から分るように、こ
の過冷却器組立体を使用するには、過冷却器吸込
管３４をＴ字管８９に接続し、バルブ５４を圧縮
機吸込管３２に付設し、過冷却器の熱交換器部を
連結導管１６の一部分に代えて接続すればよい。

第４図は、過冷却器組立体の別の実施例を示
す。この実施例では、連結導管１６を、熱交換管
コイル１８を含むものとして形成し、コイル１８
を過冷却器ユニツトのフラツシユ室５６内に配設
し、凝縮器からの冷媒は、導管１６、コイル１８
を通り、分流管１６を通つて蒸発器へ送られるよ
うにする。導管１６を導管６２により一定径オリ
フイス付膨脹器５３に接続し、膨脹器５３をフラ
ツシユ室５６に接続する。かくして、導管１６か
らの液体冷媒がフラツシユ室５６に流入してフラ
ツシユ蒸発せしめられるようにする。フラツシユ
室５６は、過冷却器吸込管３４を介して圧縮機吸
込管３２に接続し、それによつて、導管６２、膨
脹器５３、フラツシユ室５６および圧縮機を通し
ての冷媒流のための密閉回路を形成する。

フラツシユ式過冷却器の即ち中間熱交換器５０
の他の変型実施例として二重管型熱交換器をつく
る巻状に形成し、その熱交換器全体をケーシング
５８内に配設してもよい。また、感熱膨脹弁は、
該熱交換器と蒸発器との間ではなく、凝縮器と該
熱交換器との間に配置することができる。

第１〜２図の冷凍回路の作動において、凝縮器
２０からの高温の液体冷媒は、連結導管１６を経
て蒸発器１０へ送られるが、その途中で冷媒の一
部分は、膨脹弁供給管即ち分流管６２を通して感
熱膨脹弁５２へ分流される。分流された冷媒の流
れは、膨脹弁５２によつて減圧されてフラツシユ
室５６へ送られ、フラツシユ室内で蒸発して連結
導管１６内を通る冷媒から熱エネルギーを吸収す
る。冷媒の一部分をこのようにフラツシユ蒸発さ
せることにより、導管１６を通る残りの冷媒は過
冷却されて膨脹器１２へ、そして蒸発器１０へ流
入し、該蒸発器内で冷却すべき流体から熱エネル
ギーを吸収する。液体冷媒を過冷却することによ
つて、一定の流量の冷媒が蒸発器１０内で熱エネ
ルギーを吸収する能力が増大される。フラツシユ
室内でフラツシユ蒸発した冷媒は、吸込管３４を
通して圧縮機吸込管３２へ吸引される。従つて、
蒸発器１０からの気体冷媒も、フラツシユ室５６
からの気体冷媒も、同じ吸込圧で圧縮機へ吸込ま
れる。

感熱膨脹弁５２は、他の物体の温度の関数とし
て位置を調節されるようにしたダイヤフラムを有
する慣用の弁である。本発明においては、フラツ
シユ室５６への冷媒の流量を調節する作用をする
のは圧縮機吸込管３２の温度である。吸込管３２
の温度が上昇した場合、それは蒸発器１０への冷
媒の流量が不十分であることを示すものであり、
従つて、蒸発器から流出する冷媒は、系の効率を
低下させる程に過熱されていることを示す、従つ
て、感熱膨脹弁５２は、フラツシユ過冷却器のフ
ラツシユ室５６への冷媒の流れを増大させ、それ
によつて蒸発器へ送られる液体冷媒を更に過冷却
させ、毛管１２を通しての冷媒の質量流量を増大
させる。

感温バルブ５４が蒸発器１０から流出する冷媒
の温度が低過ぎることを感知した場合は、それは
蒸発器へ供給される冷媒が多過ぎることを示すも
のである。即ち、この低温は、蒸発器への冷媒の
質量流量が大きいことを示し、従つて蒸発器内の
冷媒が蒸発器の外面を被つて流れる空気（冷却す
べき流体）から熱エネルギーを伝達される機会が
少なくなる。この場合、感熱膨脹弁５２は、連結
導管１６から分流される冷媒の流量を減少させる
働きをし、それによつて蒸発器１０への冷媒の質
量流量が減少される。なぜなら、膨脹弁５２を通
る冷媒の流量の減少は、連結導管１６を通る液体
冷媒の過冷却の度合を減少させ、その結果として
蒸発器１０へ流入する冷媒の気体分に対する液体
分の割合を減少させる（従つて冷媒の質量流量を
減少させる）からである。かくして、液体冷媒が
圧縮機へ循環されるのを防止するために蒸発器か
らの低温冷媒の排出を注意深く回避することがで
きる。

特定の水頭圧で作動する圧縮機を包含した冷凍
回路の凝縮器ユニツツトを比較的低い水頭圧で作
動するように設計された効率の高い新しい凝縮器
ユニツトと交換する場合、異る水頭圧で作動する
ように設計されているそれらの冷凍回路機器を整
合させる必要がある。今日得られる効率の高い機
器は、屋内熱交換器を含む、以前に製造された空
調装置より低い、水頭圧を使用する。従つて、冷
凍回路の圧縮機と凝縮器だけを新しいものと交換
する場合、空調系統の最大限の効率を達成するた
めには追加の装備を必要とする。このような機器
の整合を達成するために、本発明は、蒸発器へ送
られる冷媒を過冷却させるフラツシユ過冷却器の
使用を企図したものである。蒸発器１０へ送られ
る冷媒を過冷却させることは、蒸発器の毛管１２
が、水頭圧が低くてもそれにかかわりなく、冷媒
の質量流量を所要の大きさに維持することを可能
にする。これは、凝縮器ユニツトの容量を低い水
頭圧において維持することができるように、蒸発
器へ流入する液体冷媒の一部を過冷却させること
によつて達成される。

比較的低い冷媒流量で作動するように設計され
た既存の蒸発器の多くは、膨脹器として毛管を利
用している。毛管を通つて流れることができる冷
媒の量は、その冷媒の圧力と温度の関数である。
凝縮器から流出する液体冷媒の温度は、空冷式の
場合空気の温度によつて限定されるので、蒸発器
への冷媒の供給量を高めるための従来からの慣用
の方法は冷媒の圧力を高めることであつた。冷媒
の圧力の増大は、空調系統への冷媒の装入量を増
加させることによつて達成することができる。し
かしながら、冷媒装入量の増加がある点を越える
と、凝縮器内に過度の液体冷媒が蓄積され、その
結果凝縮器の有効コイル管表面積が減少されるた
め性能の低下が生じる。

従つて、本発明は、蒸発器へ供給される冷媒を
フラツシユ過冷却させることにより冷媒の圧力に
ではなく冷媒の温度に影響を与え、それによつて
水頭圧を増大させる必要なしに高い効率の空調系
統を維持することを可能にした。更に、一定径の
オリフイス（開口の径が可変でなく固定されてい
るオリフイス）付調量器には、設計値以外の条件
下においては調量器を通る冷媒が過度に減少した
り、過度に増大したりする問題があるが、そのよ
うな調量器に組合わせてフラツシユ式冷却器の感
熱膨脹弁を付加することは、最適の性能を得る上
で系にある程度の融通性を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を組入れた冷凍回路の概略図、
第２図は、熱交換器と感熱膨脹弁を備えた交換用
ユニツト組立体の透視図、第３図は屋内ユニツト
および屋外ユニツトを含む住宅用空調機の概略
図、第４図は本発明の別の実施例を示す冷凍回路
の一部分の概略図である。 図中、１０は蒸発器（第２熱交換器）、１２は
膨脹器、１６は連結導管、２０は凝縮器（第１熱
交換器）、２２は吐出管、３０は圧縮機、３２は
吸込管、３４は吸込管、５０は過冷却器、５２は
感熱膨脹弁、５４は温度感知バルブ、５６はフラ
ツシユ室（熱交換器）、５８はケーシング、６２
は供給管即ち分流管、６４は平衡化導管、６６は
排出管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 凝縮器２０と、蒸発器１０と、該蒸発器に近
   接した位置に膨張器１２を有し凝縮器を蒸発器に
   接続して凝縮器から該膨張器を通して蒸発器へ冷
   媒を送給するための連結導管１６と、圧縮機３０
   と、該圧縮機を凝縮器及び蒸発器に接続する圧縮
   機吸込管３２及び圧縮機吐出管２２とを有する冷
   凍回路を含む空調装置において、前記冷凍回路の
   凝縮器の交換の結果、相対的に前記凝縮器２０前
   記蒸発器１０より効率が高い場合に、前記蒸発器
   の性能を高めるために空調装置に組入れて使用す
   る過冷却器であつて、 前記膨張器１２の上流に配置され、内部にフラ
   ツシユ室５６を画定し、前記連結導管１６の一部
   を構成するように該連結導管に接続された管区間
   を囲包するケーシング５８と、 前記連結導管１６内を通る冷媒の一部を受容す
   るように前記管区間に接続されて前記ケーシング
   ５８内に設けられた分流管６２と、 該分流管６２から前記フラツシユ室５６へ冷媒
   を導入して該フラツシユ室内でフラツシユ蒸発さ
   せ、該フラツシユ蒸発せしめられた冷媒をフラツ
   シユ室内で前記管区間を通つて流れる冷媒の流れ
   と熱交換させて後者の冷媒を過冷却し、それによ
   つて前記膨張器１２を通る冷媒の流量を増大させ
   るように該分流管６２からフラツシユ室５６内へ
   制御された量の冷媒を導くために該分流管に接続
   されて前記ケーシング５８内に設けられた感熱膨
   張弁５２と、 前記蒸発器１０から圧縮機３０へ前記圧縮機吸
   込管３２を通つて流れる冷媒の温度を感知し、そ
   の感知された温度に応じて前記感熱膨張弁を通つ
   てフラツシユ室５６へ流れる冷媒の流れを調節す
   るように該感熱膨張弁を制御するために該圧縮機
   吸込管３２に対して熱交換関係に設置され、該感
   熱膨張弁に接続された温度感知バルブ５４と、 フラツシユ蒸発した冷媒を前記フラツシユ室５
   ６から圧縮機吸込管３２を通して圧縮機３０へ導
   くために一端を前記フラツシユ室５６に接続され
   ており、他端は該圧縮機吸込管３２に接続するこ
   とができるようになされた吸込管３４と、 から成る過冷却器。 ２ 凝縮器２０と、蒸発器１０と、該蒸発器に近
   接した位置に膨張器１２を有し、凝縮器を蒸発器
   に接続して凝縮器から該膨張器を通して蒸発器へ
   冷媒を送給するための連結導管１６と、圧縮機３
   ０と、該圧縮機を凝縮器及び蒸発器に接続する圧
   縮機吸込管３２及び圧縮機吐出管２２とを有する
   冷凍回路を含む空調装置において、前記冷凍回路
   の凝縮器の交換の結果、相対的に前記凝縮器２０
   前記蒸発器１０より効率が高い場合に、前記蒸発
   器の性能を高めるために空調装置に組入れて使用
   する過冷却器であつて、 前記膨張器１６の上流に配置され、内部にフラ
   ツシユ室５６を画定し、前記連結導管１６の一部
   を構成するように該連結導管に接続された管区間
   を囲包するケーシング５８と、 前記連結導管１５内を通る冷媒の一部を受容す
   るように前記管区間に接続されて前記ケーシング
   ５８内に設けられた分流管６２と、 該分流管６２から前記フラツシユ室５６へ冷媒
   を導入して該フラツシユ室内でフラツシユ蒸発さ
   せ、該フラツシユ蒸発せしめられた冷媒をフラツ
   シユ室内で前記管区間を通つて流れる冷媒の流れ
   と熱交換させて後者の冷媒を過冷却し、それによ
   つて前記膨張器１２を通る冷媒の流量を増大させ
   るように該分流管６２からフラツシユ室５６内へ
   制御された量の冷媒を導くために該分流管に接続
   されて前記ケーシング５８内に設けられた感熱膨
   張弁５２と、 前記蒸発器１０から圧縮機３０へ前記圧縮機吸
   込管３２を通つて流れる冷媒の温度を感知し、そ
   の感知された温度に応じて前記感熱膨張弁を通つ
   てフラツシユ室５６へ流れる冷媒の流れを調節す
   るように該感熱膨張弁を制御するために該圧縮機
   吸込管３２に対して熱交換関係に設置され、該感
   熱膨張弁に接続された温度感知バルブ５４と、 フラツシユ蒸発した冷媒を前記フラツシユ室５
   ６から圧縮機吸込管３２を通して圧縮機３０へ導
   くために一端を前記フラツシユ室５６に接続され
   ており、他端は該圧縮機吸込管３２に接続するこ
   とができるようになされた吸込管３４と、 前記吸込管３４と感熱膨張弁５２との間に接続
   されて前記ケーシング５８内に設けられた平衡化
   導管６４と、 から成る過冷却器。