JP2001235237A - 冷凍システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】凝縮圧力を大ならしめる必要がなく、圧縮機動
力が小でランニングコストの低減を期すことができ、し
かも冷媒経路の一部を高耐圧設計のものとすれば事が足
りて装置コストを低減できる冷凍システムを提供する。 【解決手段】冷媒往管２の凝縮器４と膨張弁６との間
に、冷媒液ポンプ１２を設け、また、冷媒往管の途中に
おける前記凝縮器４と冷媒液ポンプ１２との間に一端を
接続したバイパス管１３の他端を冷媒往管の途中におけ
る前記冷媒液ポンプ１２と膨張弁６との間に接続して同
バイパス管１３の途中に開閉弁１４を設け、冷却運転の
際には前記開閉弁が開かれるとともに冷媒液ポンプが停
止されているが、前記被空調室内を高温に保つ高温運転
の際には前記開閉弁が閉ざされるとともに冷媒液ポンプ
が駆動される構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は環境試験装置におけ
る試験室等の被空調室の空気調和用に好適な冷凍システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】環境試験室内の温度を変化
させて各種のテストを行う環境試験装置においては、冷
凍システムと適宜のヒータとで試験室内を所要の温度に
冷却あるいは加温する構成となっている。

【０００３】例えば試験室内が４５℃程度の高温に加温
され、かつ試験室内を高湿度に保つような試験を行う場
合には、冷凍システムによる冷却運転は停止するが、冷
凍システムの蒸発器内に低温の冷媒が残っていると、蒸
発器の表面で試験室内の水分が結露し、試験室内の空気
が除湿されて高湿度を維持できなくなってしまうので、
蒸発器内における冷媒蒸発温度を試験室内温度に近い例
えば４２℃程度まで上昇させる高温運転を行っている。

【０００４】従来の冷凍システムにおいて冷媒蒸発温度
を上昇させるには、冷媒の凝縮圧力を大ならしめている
が、凝縮圧力を高くするには圧縮機動力を大とせねばな
らず、ランニングコストが嵩むという問題がある。

【０００５】また、冷凍システム全体の設計圧力が凝縮
圧力に十分対応できるものでなければならず、しかも凝
縮圧力を上昇させるには凝縮器における冷却水との熱交
換を停止する必要があり、高温運転時に凝縮器への冷却
水の供給を停止するための冷却水バイパス機構も設けな
ければならないので、装置コストも大幅に嵩むという問
題がある。

【０００６】さらに近年、冷凍システムに使用される冷
媒自体も凝縮圧力の高い代替冷媒が採用されるようにな
っており、例えば従来から使用されているＲ２２の凝縮
圧力が４０℃で１．４４ＭＰａ、５０℃で１．８６ＭＰ
ａであるのに対し、代替冷媒のひとつであるＲ５０７Ａ
の凝縮圧力は４０℃で１．８８ＭＰａ、５０℃で２．３
８ＭＰａであり、さらに前記圧縮機動力や設計圧力を大
ならしめねばならず、よりランニングコストおよび装置
コストが嵩む原因となっている。

【０００７】

【目的】本発明の目的とするところは、凝縮圧力を大な
らしめる必要がなく、圧縮機動力が小でランニングコス
トの低減を期すことができ、しかも冷媒経路の一部を高
耐圧設計のものとすれば事が足りて装置コストを低減で
きる冷凍システムを提供することにある。

【０００８】

【本発明の構成】上記目的を達成するために、本発明に
係る冷凍システムは、圧縮機の吐出口から被空調室内の
蒸発器の入口に到る冷媒往管に凝縮器および膨張弁が設
けられ、前記蒸発器の出口から前記圧縮機の吸入口に到
る冷媒復管に蒸発圧力調整弁を有する冷凍システムにお
いて、前記冷媒往管の凝縮器と膨張弁との間に、冷媒液
ポンプを設け、また、冷媒往管の途中における前記凝縮
器と冷媒液ポンプとの間に一端を接続したバイパス管の
他端を冷媒往管の途中における前記冷媒液ポンプと膨張
弁との間に接続して同バイパス管の途中に開閉弁を設
け、冷却運転の際には前記開閉弁が開かれるとともに冷
媒液ポンプが停止されているが、前記被空調室内を高温
に保つ高温運転の際には前記開閉弁が閉ざされるととも
に冷媒液ポンプが駆動される構成のものとしてある。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る冷凍システムの実施例を
添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。圧縮
機１の吐出口に一端が接続された冷媒往管２の他端は、
油分離器３、凝縮器４、受液器５および膨張弁６を経て
被空調室たる試験室７内に設けた空調器８内の蒸発器９
に接続されている。同蒸発器９に一端が接続された冷媒
復管１０の他端は、蒸発圧力調整弁１１を介して前記圧
縮機１の吸入口に接続されている。

【００１０】しかして、本発明に係る冷凍システムは前
記冷媒往管２における受液器５と膨張弁６との間に冷媒
液ポンプ１２を設けてあり、また、同ポンプ１２の入口
側と同出口側の冷媒往管２にはバイパス管１３の入口と
出口をそれぞれ接続してあって、同バイパス管１３の途
中に開閉弁１４を設けてある。

【００１１】前記冷媒液ポンプ１２は冷凍システムが冷
却運転を行っている間は停止しており、この際、バイパ
ス管１３の開閉弁１４が開かれ、受液器５からの冷媒は
バイパス管１３を迂回して膨張弁６へ送られるが、試験
室７内を高温に保つ高温運転の際には冷媒液ポンプ１２
が駆動されるとともに前記バイパス管１３の開閉弁１４
が閉ざされて、受液器５からの冷媒は冷媒液ポンプ１２
により加圧されて膨張弁６へ送られる。

【００１２】前記凝縮器４と受液器５はキャビテーショ
ン防止のために冷媒液ポンプ１２よりも高い位置に設け
るか、あるいは受液器５と冷媒液ポンプ１２との間に過
冷却器を設ける。なお、図中の符号１５は送風機、１６
ａ、１６ｂはガス戻し管、１７は逆止弁を示している。

【００１３】次ぎに上述のように構成した本発明に係る
冷凍システムの作用を説明する。冷却運転時には、前記
バイパス管１３の開閉弁１４が開かれ、圧縮機１からの
冷媒が冷媒往管２により油分離器３、凝縮器４、受液器
５からバイパス管１３へ流れ、膨張弁６を経て蒸発器９
内に流入し、送風機１５により空調器８内を流過する室
内空気と熱交換する。そして蒸発器９からの冷媒は、冷
媒往管１０により、蒸発圧力調整弁１１を経て圧縮機１
へ戻される。

【００１４】高温運転時には、図示省略のヒータ等によ
り試験室内の空気を加温するとともに、冷凍システムに
おいては前記バイパス管１３の開閉弁１４が閉ざされる
とともに冷媒液ポンプ１２が駆動される。

【００１５】冷媒液ポンプ１２の駆動により、膨張弁６
の入口側における冷媒圧力が上昇して蒸発器９内におけ
る冷媒の蒸発圧力も上昇し、蒸発器内における冷媒の蒸
発温度が試験室内の温度近くに保たれる。蒸発器９から
の冷媒は蒸発圧力調整弁１１により減圧されて圧縮機１
へ戻される。

【００１６】次ぎに、冷媒にＲ２２を使用し、試験室７
内の温度を例えば４５℃に保つ高温運転を行う際の具体
例に基づいて本発明に係る冷凍システムの作用をより詳
細に説明する。試験室７内を４５℃に保つ場合、蒸発器
９表面における除湿作用を防止するには蒸発器内におけ
る冷媒の蒸発温度を４２℃程度まで上昇させる必要があ
り、この場合、膨張弁６の入口における冷媒圧力を冷媒
凝縮温度が５０℃程度になる圧力まで上昇させなければ
ならない。

【００１７】図２は上述した高温運転時の冷凍システム
における冷媒のモリエル線図を示し、ａは圧縮機１入
口、ｂは同出口、ｃは冷媒液ポンプ１２入口、ｄは膨張
弁６入口、ｅは蒸発器９入口、ｆは蒸発圧力調整弁１１
入口の各冷媒状態を示している。同図において、ａｂ間
の圧力差ΔＰ₁ は圧縮機１による昇圧、ｃｄ間の圧力差
ΔＰ₂ は冷媒液ポンプ１２による昇圧であり、圧縮機１
においては凝縮温度４０℃の圧力（Ｒ２２では１．４４
ＭＰａ）までの昇圧で事が足りる。

【００１８】図３は本発明の冷凍システムとの比較のた
めに示す従来のものの冷媒のモリエル線図を示し、ａ’
は圧縮機入口、ｂ’は同出口、ｄ’は膨張弁６入口、
ｅ’は蒸発器９入口、ｆ’は蒸発圧力調整弁１１入口の
各冷媒状態を示している。同図において、ａ’ｂ’間の
圧力差ΔＰは全て圧縮機による昇圧であり、したがって
圧縮機においては凝縮温度５０℃の圧力（Ｒ２２では
１．８６ＭＰａ）までの昇圧が必要である。

【００１９】これら図２、３から明らかなように、本発
明に係る冷凍システムにおける圧縮機動力は従来のもの
に比して格段に小なるものとすることができ、しかも圧
縮機から冷媒液ポンプ入口までの冷媒経路を高耐圧力の
ものとする必要がないことがわかる。

【００２０】次ぎに、本発明に係る冷凍システムにおけ
る必要動力について、次表１に示す具体的数値に基づい
て説明する。なお、次表１の数値は現在実用に供されて
いる或る冷凍機の能力表から抜粋したものであり、使用
冷媒はＲ２２、吸入ガス温度は５℃である。

【００２１】

【表１】

【００２２】まず、冷媒循環量はＲ２２の４０℃凝縮
時、４２℃蒸発時における各エンタルピが１１２．７７
kcal/kg 、１５２．１９kcal/kg であるから、 冷媒循環量＝３３７．６×３３２０／（１５２．１９−１１２．７７) ＝２８４３３(kg/h)＝０．４１９(m³/min) となる。したがって、冷媒液ポンプの動力は、Ｒ２２の
４０℃液における比重量が１１３２kg/m³ であるから、
冷媒液ポンプの効率を０．５とすると ポンプ動力＝０．４１９×４２×１１３２／（６１２２×０．５） ＝６．５(BKw) である。

【００２３】また、４０℃における冷却能力は表１から
３７９．５(JRT) であるが、膨張弁入口における実際の
凝縮温度は５０℃であるから冷却能力は５０℃における
冷却能力である３３７．６(JRT) であればよく、軸動力
を冷却能力に対して単純比例するものと仮定すると、 軸動力（圧縮機動力）＝２９６．３×３３７．６／３７９．５ ＝２６３．６(BKw) となり、 動力合計＝２６３．６＋６．５＝２７０．１(BKw) である。

【００２４】また、従来の冷凍システムにおいては圧縮
機によって凝縮温度５０℃まで昇圧するので、圧縮機動
力は表１から３６５．８(BKw) である。したがって、本
発明の冷凍システムによる動力合計２７０．１(BKw) は
従来のものに比して約２６％の動力低減を達成すること
ができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る冷凍システムは、被空調室
内を高温に保つ高温運転時には圧縮機における加圧によ
り凝縮器内で液化した冷媒をさらに冷媒液ポンプで加圧
して膨張弁へ送るので、凝縮器における冷媒の凝縮圧力
をさほど上昇させる必要がない。

【００２６】したがって、圧縮機動力を増大させる必要
がなくてランニングコストの低減を期すことができ、ま
た、冷媒液ポンプから膨張弁に至るまでの冷媒経路だけ
を高圧に耐え得る設計のものとすれば他の冷媒経路は通
常の設計圧力で事が足り、さらに凝縮器への冷却水経路
を切り替えて凝縮圧力を上昇させるような特別な構成は
不要であって、装置コストの低減を期すことができる。

【００２７】また、従来から使用されている冷媒に比し
て凝縮圧力の高いものが多い代替冷媒を採用する場合に
おいても、冷凍システム全体を高耐圧のものとする必要
がないとともに圧縮機動力も大ならしめる必要がなく、
装置コストおよびランニングコストを増大させることな
く代替冷媒を採用することができるというメリットもあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷凍システムの実施例を示す構成
図。

【図２】本発明に係る冷凍システムの高温運転時におけ
る冷媒のモリエル線図。

【図３】従来の冷凍システムの高温運転時における冷媒
のモリエル線図。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 冷媒往管 ３ 油分離器 ４ 凝縮器 ５ 受液器 ６ 膨張弁 ７ 試験室 ８ 空調器 ９ 蒸発器 １０ 冷媒復管 １１ 蒸発圧力調整弁 １２ 冷媒液ポン
プ １３ バイパス管 １４ 開閉弁 １５ 送風機 １６ａ、１６ｂ ガス戻し管 １７ 逆止弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機の吐出口から被空調室内の蒸発器の
   入口に到る冷媒往管に凝縮器および膨張弁が設けられ、
   前記蒸発器の出口から前記圧縮機の吸入口に到る冷媒復
   管に蒸発圧力調整弁を有する冷凍システムにおいて、前
   記冷媒往管の凝縮器と膨張弁との間に、冷媒液ポンプを
   設け、また、冷媒往管の途中における前記凝縮器と冷媒
   液ポンプとの間に一端を接続したバイパス管の他端を冷
   媒往管の途中における前記冷媒液ポンプと膨張弁との間
   に接続して同バイパス管の途中に開閉弁を設け、冷却運
   転の際には前記開閉弁が開かれるとともに冷媒液ポンプ
   が停止されているが、前記被空調室内を高温に保つ高温
   運転の際には前記開閉弁が閉ざされるとともに冷媒液ポ
   ンプが駆動される構成としてなる冷凍システム。