(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の流れ方向に順次圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とを結合した主管系と該主管系のうち前記圧縮機から前記凝縮器に至る圧縮機吐出系の分岐位置から分岐させて前記圧縮機吐出系における前記分岐位置より前記流れ方向の下流側の合流位置に合流させるように形成した追加管系と該追加管系に設けられ前記蒸発器の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段とを備えた冷凍回路において、
前記膨張機構は前記蒸発器に供給する冷媒流量を調整可能な電子膨張弁からなり、前記熱交換手段は前記電子膨張弁を出た冷媒と前記追加管系を流れる冷媒との間で熱交換を行わせるように形成されていて、前記圧縮機吐出系における前記合流位置より前記流れ方向の下流側の合流後分岐位置から前記主管系のうち前記蒸発器と前記圧縮機との間の圧縮機吸入系に至る冷媒循環系と、前記追加管系の流れを調整可能にする分流調整手段と、前記冷媒循環系の流れを調整可能にする循環調整手段と、を有することを特徴とする冷凍回路。
【請求項２】
冷凍回路を構成する蒸発器で循環空気を冷却した後加熱器で加熱して前記循環空気を目的とする温度にして循環させるようにした空調装置であって冷媒の流れ方向に順次圧縮機と凝縮器と膨張機構と前記蒸発器とを結合した主管系と該主管系のうち前記圧縮機から前記凝縮器に至る圧縮機吐出系の分岐位置から分岐させて前記圧縮機吐出系における前記分岐位置より前記流れ方向の下流側の合流位置に合流させるように形成した追加管系と該追加管系に設けられ前記蒸発器の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段とを備えた前記冷凍回路を有する空調装置において、
前記膨張機構は前記蒸発器に供給する冷媒流量を調整可能な電子膨張弁からなり、前記熱交換手段は前記電子膨張弁を出た冷媒と前記追加管系を流れる冷媒との間で熱交換を行わせるように形成されていて、前記冷凍回路は、前記圧縮機吐出系における前記合流位置より前記流れ方向の下流側の合流後分岐位置から前記主管系のうち前記蒸発器と前記圧縮機との間の圧縮機吸入系に至る冷媒循環系と、前記追加管系の流れを調整可能にする分流調整手段と、前記冷媒循環系の流れを調整可能にする循環調整手段と、を有し、
前記加熱器の加熱量を減少させるように前記分流調整手段を制御する制御手段を設けた、
ことを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の流れ方向に順次圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とを結合した主管系と該主管系のうち前記圧縮機から前記凝縮器に至る圧縮機吐出系の分岐位置から分岐させて前記圧縮機吐出系における前記分岐位置より前記流れ方向の下流側の合流位置に合流させるように形成した追加管系と該追加管系に設けられ前記蒸発器の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段とを備えた冷凍回路及びこの冷凍回路を装備した環境試験装置に関し、特に冷凍能力を広範囲に精度良く調整する技術に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍機の冷凍能力は従来から種々の方法で調整されている。その１つとして、冷媒の流れ方向に順次圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とを結合した主管系と共に、圧縮機出口のホットガスを再熱器に供給して蒸発器入口側に戻す再熱回路を設けて、蒸発器で冷却した空気を再熱して乾燥庫内に送るようにした冷凍装置が提案されている（特開平５−３１２４３３号公報参照）。
【０００３】
又、同様に主冷凍回路の圧縮機出口から再熱用の冷媒回路を分岐し、これを流れるホットガスによって蒸発器で冷却された後の循環空気を再熱し、減圧膨張器を出た後の低圧冷媒系に戻すことにより、その運転条件では過大になっている冷凍能力を低減し、冷凍機の頻繁な発停を防止するようにした再熱式冷凍能力制御方式が提案されている（特開平６ー８２１２２号公報参照）。
【０００４】
しかしながら、このような再熱方式では、本来の冷凍能力を低下させるために主冷凍回路の冷媒流量を少なくすると、再熱回路に流れる冷媒流量も少なくなり、再熱器での再熱のための熱量が不足し、結局過大になっている蒸発器の冷却能力を必要なだけ下げられないという問題がある。
【０００５】
又、上記の装置と同様に圧縮機出口のホットガスを利用するが、これにより、膨張機構を出た後の主冷凍回路の低温冷媒を直接加熱する冷媒ヒータを設けたり、蒸発器と一体化して低温冷媒で冷却するフィンにホットガス加熱管を取り付けることにより、蒸発器の冷却能力を直接的に低減させ、能力調整効果を大きくした冷凍回路が提案されている（特開平１１−０４４４６２号公報参照）。
【０００６】
しかしながら、この冷凍回路でも、ホットガス加熱系を低圧ラインである圧縮機の吸入側又は単に同じ圧縮機吐出側に戻しているだけであるため、上記の装置と同様に、主冷凍回路の冷媒流量の減少によって再熱用の冷媒流量が減少し、結局蒸発器の冷却能力の低減効果が不十分であるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、蒸発器の冷却能力の低減効果を大きくし、冷凍回路の冷凍能力を精度良く調整でき、冷凍回路を装備する装置の省エネルギー化を図ることの可能な冷凍回路及びこのような冷凍回路を装備する空調装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、冷媒の流れ方向に順次圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とを結合した主管系と該主管系のうち前記圧縮機から前記凝縮器に至る圧縮機吐出系の分岐位置から分岐させて前記圧縮機吐出系における前記分岐位置より前記流れ方向の下流側の合流位置に合流させるように形成した追加管系と該追加管系に設けられ前記蒸発器の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段とを備えた冷凍回路において、
前記膨張機構は前記蒸発器に供給する冷媒流量を調整可能な電子膨張弁からなり、前記熱交換手段は前記電子膨張弁を出た冷媒と前記追加管系を流れる冷媒との間で熱交換を行わせるように形成されていて、前記圧縮機吐出系における前記合流位置より前記流れ方向の下流側の合流後分岐位置から前記主管系のうち前記蒸発器と前記圧縮機との間の圧縮機吸入系に至る冷媒循環系と、前記追加管系の流れを調整可能にする分流調整手段と、前記冷媒循環系の流れを調整可能にする循環調整手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、冷凍回路を構成する蒸発器で循環空気を冷却した後加熱器で加熱して前記循環空気を目的とする温度にして循環させるようにした空調装置であって冷媒の流れ方向に順次圧縮機と凝縮器と膨張機構と前記蒸発器とを結合した主管系と該主管系のうち前記圧縮機から前記凝縮器に至る圧縮機吐出系の分岐位置から分岐させて前記圧縮機吐出系における前記分岐位置より前記流れ方向の下流側の合流位置に合流させるように形成した追加管系と該追加管系に設けられ前記蒸発器の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段とを備えた前記冷凍回路を有する空調装置において、
前記膨張機構は前記蒸発器に供給する冷媒流量を調整可能な電子膨張弁からなり、前記熱交換手段は前記電子膨張弁を出た冷媒と前記追加管系を流れる冷媒との間で熱交換を行わせるように形成されていて、前記冷凍回路は、前記圧縮機吐出系における前記合流位置より前記流れ方向の下流側の合流後分岐位置から前記主管系のうち前記蒸発器と前記圧縮機との間の圧縮機吸入系に至る冷媒循環系と、前記追加管系の流れを調整可能にする分流調整手段と、前記冷媒循環系の流れを調整可能にする循環調整手段と、を有し、
前記加熱器の加熱量を減少させるように前記分流調整手段を制御する制御手段を設けた、
ことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した冷凍回路１０及びこの冷凍回路を装備した環境試験装置１００の構成例を示す。
冷凍回路１０は、矢印で示す冷媒の流れ方向に順次、圧縮機１、凝縮器２、膨張機構としての電子膨張弁３、蒸発器４等を結合した主管系５、主管系５のうち圧縮機１から凝縮器２に至る圧縮機吐出系５１の分岐位置５１ａから分岐させてこれより流れ方向の下流側の合流位置５１ｂに合流させるようにした追加管系としてのホットガス系６、この系に設けられ蒸発器４の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段である本例では主管系５にも結合された独立の冷媒ヒータ７、等を備えていて、冷媒循環系８、分流調整手段としての流量調整弁９、及び循環調整手段としての開閉弁１１、等を有する。
【００１１】
凝縮器２は、本例では水冷式のものとして図示しているが、空冷式等であってもよい。膨張機構としては、冷凍能力を例えば３０％程度の低能力範囲まで調整可能な電子膨張弁３が好都合に使用されるが、キャピラリーチューブ等であってもよい。蒸発器４は、冷媒の蒸発潜熱によって冷却作用をするが、圧縮機への液戻りを防止するために、気化した冷媒蒸気がある程度過熱度を持って流出するように計画されている。
【００１２】
ホットガス系６は通常圧縮機１に近い部分の配管系から分岐されるが、圧縮機自体の吐出部から分岐されてもよい。又、冷凍回路が利用される環境試験装置等で温湿度の高い条件がある場合には、圧縮機の圧縮熱をできるだけ多く利用できるように、ホットガスを全量流せるだけの管サイズであることが望ましい。
【００１３】
冷媒ヒータ７は、例えば通常のシェルアンドチューブ型の熱交換器であり、その管内には低温の冷媒液が流され、管外にはホットガスが導入される。そして、両者間で効率良く熱交換を行わせることによって冷媒液を少なくとも部分的に蒸発させ、蒸発器４に供給される冷媒液量を減らし、蒸発器の冷却能力を低減させる。このとき、ホットガスは冷媒で冷却され、その相当部分が凝縮する。
【００１４】
冷媒循環系８は、圧縮機吐出系５１における合流位置５１ｂより冷媒の流れ方向の下流側の合流後分岐位置５１ｃから主管系５のうち蒸発器４と圧縮機１との間の圧縮機吸入系５２に至るように設けられている。従って、この系には、圧縮機１から出たホットガス自体とこれが冷媒ヒータ７で冷却された冷却冷媒との混合した冷媒蒸気が流れる。なお合流位置５１ｂには、ホットガスと冷却冷媒とがよく混合するように適当な混合容器が設けられてもよい。
【００１５】
流量調整弁９は、ホットガス系６の流れとしての冷媒流量を調整可能にする。この弁は、機側手動、遠隔手動又は自動で操作され得るが、本冷凍回路が環境試験装置に装備されるようなときには、通常自動的に開度制御される。又、このようなホットガス系６に圧縮機の吐出したホットガスの一部分又は全量を流せるように、圧縮機吐出系５１に流れ抵抗を与える手動弁５３を設けている。
【００１６】
開閉弁１１は、冷媒循環系８の流れを調整可能にする弁であり、通常、全開、全閉、又はこれに加えて半開程度の開度状態にされ、全開では圧縮機吐出量の全量が流れるような大きさにされる。又、装置構成により、弁９と同様に手動もしくは自動で操作されるが、本例の環境試験装置では、後述するように自動開閉弁になっている。なお、連続的に流量を変えられる流量制御弁であってもよい。冷媒循環系８には又、圧縮機の高圧側から低圧側まで大幅に減圧すると共に冷媒液があるときにこれを膨張・気化させるため、キャピラリーチューブ等からなる膨張機構８１が設けられている。
【００１７】
このような冷凍回路は、冷熱を利用する種々の装置に適用されるが、図１では、概略構造の一例を示しているように空調装置としての環境試験装置１００に用いられている。
【００１８】
環境試験装置１００は、冷凍回路１０を構成する蒸発器４で循環空気を冷却した後加熱器１０１で再加熱して循環空気を目的とする温度にして循環させるようにした装置であり、加熱器の再加熱量を減少させるように流量調整弁９を制御する制御手段として、加熱出力減少制御部１２を設けた構成になっている。この制御部１２は、冷凍回路１０を含めて環境試験装置１００を全体的に制御する制御装置１０２に設けられている。
【００１９】
この環境試験装置１００は、通常の構成部分として、試料Ｗの入れられる試験室１０３、諸機器の配置される空調室１０４、矢印で示す循環空気の流れ方向の順に設けられた加湿器１０５、前記蒸発器４、前記加熱器１０１、送風機１０６、試験室内の温度及び湿度を検出する温度センサ１０７及び湿度センサ１０８、試験室内の試験すべき温湿度を設定する温湿度設定部１０２ａを備えた前記制御装置１０２、等を有する。なお、環境試験装置としては、加湿器を備えず、低温から高温まで温度条件だけを調整する形式のものであってもよい。
【００２０】
制御装置１０２は、通常の装置と同様に、温度及び湿度センサ１０７、１０８の検出値を入力し、これらが設定部１０２ａで設定した温度及び湿度になるように、加熱器１０１及び加湿器１０５の出力を制御する加熱加湿出力制御部１０２ｂを備えていて、加熱出力Ｐｄ及び加湿出力Ｐｈを発生させている。
【００２１】
又本例では、冷凍能力制御部１０２ｃが設けられていて、これにより、温湿度の設定値やこれらと測定値との偏差等から冷凍負荷を判断し、電子膨張弁３の開度を制御して蒸発器４に供給する冷媒流量を調整している。この制御部１０２ｃでは、例えば、大きな冷却能力及び除湿能力が要求される低温低湿条件では、冷媒供給量従って冷凍能力を最大にし、高温高湿条件で冷凍回路の運転を継続する場合には冷凍能力を最小にする。この最小能力は通常最大能力の３０％程度である。
【００２２】
このように主管系５に電子膨張弁３を使用すれば、冷凍回路を、要求される冷凍負荷にある程度近い冷凍能力で運転できるが、それでも運転条件によっては、冷凍負荷に対して冷凍能力が相当過大になり、本来不必要な冷却及び除湿作用により、加熱器１０１及び加湿器１０５による循環空気の再加熱及び再加湿のための余分なエネルギーが必要なっている。又、例えば高温低湿条件では、除湿のために冷凍機を適当な負荷で運転する必要があるが、このとき循環空気が過度に冷却されるので、循環空気を高温にするために加熱器１０１が大きな出力で運転されることになる。
【００２３】
加熱出力減少制御部１２は、このようなときに、加熱器の再加熱量を減少させるように制御するが、本例では、十分小さい所定値として例えば５％程度になるように流量調整弁９を制御する。そのため、出力制御部１０２ｂの発生させる加熱出力Ｐｄを入力している。なお、通常加熱出力を制御対象にすれば足りるが、装置によってはこれと共に加湿出力も取り入れて、加熱出力又は加湿出力の何れか小さい方が５％程度になるように制御してもよい。
【００２４】
開閉弁１１は、本例では、循環制御部１３により、環境試験装置１００が低温低湿運転されるときには閉になり、その他の運転条件では必要に応じて開になるように制御される。
【００２５】
以上のような冷凍回路及びこれを装備した環境試験装置は次のように運転されてその作用効果を発揮する。
環境試験装置で目的とする温度及び湿度条件が設定されて冷凍回路を含む諸機器が運転されると、制御装置１０２によって運転状態が自動的に制御される。温湿度の設定値が、例えば温度ｔｓが−２０℃、相対湿度φが２０％程度の低温低湿条件のときや、これに加えて除湿負荷や発熱負荷があるようなときには、冷凍回路１０には大きな冷凍能力が要求されるので、循環制御部１３は開閉弁１１を閉にして冷媒循環系８を閉にし、圧縮機の吐出ガスの全量を凝縮器２側に送る。又この条件では、冷凍能力を大きくするように電子膨張弁３の開度も大きくなる。即ち、ホットガス系６で冷凍能力を調整することなく、主管系５に全量の冷媒を流している。
【００２６】
このような大きな冷凍能力によって循環空気は設定温度及び湿度より余分に冷却及び除湿されるが、温湿度センサ１０７、１０８で検出した実測温湿度ｔａ、φａが設定温湿度ｔｓ、φｓになるように、加熱加湿出力制御部１０２ｂが加熱及び加湿出力Ｐｄ及びＰｈを発生させ、循環空気の温湿度を調整する。
【００２７】
加熱出力減少制御部１２では、上記Ｐｄ、ＰｈのうちのＰｈを取り入れ、この値が５％程度になるように冷媒ヒータ７に供給するホットガス量を制御する。即ち、低温低湿条件ではＰｄ、Ｐｈは比較的小さい値であるが、冷凍能力に必要な余裕に持たせているため、それでもある程度過大な値になっていて、無駄な再加熱及び再加湿のエネルギーが消費されているので、Ｐｄが最小に近い値になるように冷凍能力がより精度良く調整される。
【００２８】
その結果、このような大きい冷凍能力が要求される場合であっても、運転時の省エネ化を図ることができる。なお、Ｐｄを上記の如く例えば５％程度の余裕を持った最小値にすれば、通常Ｐｈも適当に小さい値になり、冷凍回路の除湿能力が不足することはない。但し、前述のように、Ｐｄ又はＰｈの何れか小さい方が５％になるように制御してもよい。
【００２９】
高温高湿条件では、循環制御部１３が開閉弁１１を開にする。即ち、温度及び湿度の設定値が高いときには、冷凍能力制御部１０２ｃが電子膨張弁３の開度を３０％程度の最小開度にして冷凍能力を最小にするので、主管系５を流れる冷媒量が少なくなる。一方、この条件では加熱及び加湿負荷が大きいため、余分な冷却及び加湿を減らすように冷凍能力を一層低減させる必要がある。このとき、開閉弁１１を開にして冷媒循環系８を使用することにより、圧縮機吐出系５１を通過する冷媒量を多くすると共に、その全量をホットガス系６に流し、冷凍能力を十分低下させることができる。
【００３０】
その結果、Ｐｄ及びＰｈを減少させ、十分な省エネ化を図ることができる。なおこの場合には、温湿度が十分高い条件であるため、加熱出力減少制御部１２で加熱出力を５％程度にするように制御し、冷媒ヒータによって冷媒液を蒸発させて冷凍能力を実質的に０にし、蒸発器４での循環空気の冷却量を最小にしても、加熱出力が５％より大きくなることが多い。しかし、不必要な冷却のための再加熱量は低減しているので、省エネは図られている。
【００３１】
そしてこの場合、主管系５の冷媒とホットガス系６の冷媒とを合流位置５１ｂで合流させた後、合流後分岐位置５１ｃで分流し、冷媒ヒータ７を通過したホットガス系の冷媒よりも熱量の高くなった冷媒を冷媒循環系８から圧縮機吸入系５２に戻すことにより、圧縮機への液戻りを防止し、ホットガス系の冷媒の殆ど全量を圧縮機を介して再循環させることができる。
【００３２】
図２によってこのような関係を更に説明する。図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明及び従来技術を示し、それぞれの符号は、Ｇが質量流量、Ｈが全熱量（エンタルピ）、添え字が系統中におけるそれぞれの位置を示す。本発明及び従来技術のＧ、Ｇ1 を同じにした場合の流量面及び熱量面について、本発明と従来技術とを比較し、異なる場合についての説明を加える。
１）流量面：
本発明；０≦Ｇｈ≦Ｇ
Ｇｃ＝Ｇ−Ｇ1 
従来技術；Ｇｈ＝Ｇｃ
従って、本発明によれば、ホットガス系６に最大で圧縮機吐出量Ｇと同じ流量までの流量Ｇｈを自由に流すことができる。これに対して従来技術では、同じＧのうち凝縮器２で凝縮され電子膨張弁３を通過する主管系５の冷媒量Ｇ1 を差し引いた量のＧｃと同じＧｈ、即ち本発明よりＧ1 だけ少ない量の冷媒しか流すことができず、且つ、Ｇ1 が一定のときには圧縮機の吐出量を変えない限りＧｈを変えることができない。即ち、本発明によれば、ホットガス系に０から圧縮機の吐出量である最大量Ｇまでの冷媒を自由に制御して供給できるという、従来技術では得られない作用効果を得ることができる。
２）熱量面：
本発明；Ｈｃ＝（ＧｈＨｈ＋（Ｇ−Ｇｈ）Ｈ）／Ｇ
従来技術との比較を明瞭にするために仮にＧｈ＝Ｇｃ＝Ｇ−Ｇ1 とすれば、
Ｈｃ＝（ＧｈＨｈ＋Ｇ1 Ｈ）／Ｇ
従来技術；Ｈｃ＝Ｈｈ
上式において、Ｈｈは冷媒ヒータでＧ1 を加熱した結果Ｇ1 によって冷却されて冷媒液を含む湿り度の高い湿り冷媒Ｇｈのエンタルピであり、Ｈは圧縮機吐出ガスの過熱度の高い冷媒ガスのエンタルピであり、Ｈ＞Ｈｈの関係にある。従って、従来技術では、Ｈｃが小で湿り度が高い冷媒Ｇｈ＝Ｇｃが圧縮機吸入側に流され、減圧によって湿り度が低下すると共に蒸発器４である程度過熱された冷媒蒸気と混合するとしても、圧縮機側には相当量の液戻りが生ずる。
【００３３】
これに対して本発明では、ＨｈとＨとを持つ２種類の冷媒が混合し、Ｈｃとして乾き度の高くなったＧｃが圧縮機吸入側に導入されるので、これが減圧されて殆ど乾き飽和冷媒に近くなり、多くの場合液戻りをなくすることができる。その結果、運転状態を安定させると共に、冷媒液の再蒸発のためのエネルギーを不要にすることができる。
【００３４】
なお、本発明でＧｈ＝Ｇにすれば、Ｈｃ＝Ｈｈになり、圧縮機への戻り冷媒のエンタルピが上式では見かけ上従来技術と同じになる。しかし、Ｇｈ＝Ｇの冷媒がＧ1 と熱交換すると、Ｈｈは同じであっても、量が多い分だけ冷媒の乾き度ｘが大きくなっているため、本発明による液戻り防止効果としては上記と同じである。この点について分かり易い数値例を上げると以下のとおりである。
【００３５】
例えば、Ｒ２２に相当する冷媒を使用するとして、圧縮機が圧力約２ＭＰａ、温度約１００℃のホットガスＧを吐出し、本発明ではＧｈ＝Ｇ、Ｇ1 ＝Ｇ／２として主管系５の冷媒流量の２倍の冷媒流量をホットガス系６に流し、冷媒ヒータ７で、２Ｇ1 のホットガスによって主管系５の冷媒液Ｇ1 を蒸発させるとすれば、２Ｇ1 のホットガスは約乾き度ｘ＝０．８の冷媒になり、これが圧縮機の吸入側に戻って０．１ＭＰａ程度の圧力まで減圧されると、丁度ｘ＝１の乾き飽和蒸気になる。なお、諸条件の変化により、戻り冷媒の相状態は多少変動するが、このような循環システムの採用により、圧縮機への液戻りを少なくとも大幅に低減し、又、戻り冷媒の過熱度も余り高くならない、極めて良好な冷凍回路にすることができる。
【００３６】
これに対して冷媒循環系８を設けない従来の装置では、Ｇ1 のホットガスでＧ1 の冷媒液を冷却するので、上記の場合には、冷媒液を蒸発させるためにホットガスが約ｘ＝０．４の冷媒になり、これが圧縮機吸入側に循環されて０．１ＭＰａまで減圧されても、約ｘ＝０．７５の冷媒になるため、２５％という相当量の液冷媒の戻りがある。この場合、この液戻りを仮にアキュームレータで処理するとしても、これを再加熱して気化させるための電力が必要になる。
【００３７】
即ち、本発明では、凝縮器に捨てる熱エネルギーの一部分を圧縮機に戻す湿り冷媒の湿り度を低下させるために利用し、実質的に液戻りを防止し、従来技術の問題点を解決している。
【００３８】
なお以上では、低温低湿条件と高温高湿条件とについて説明したが、この中間の諸条件でも、冷媒ヒータによって省エネ運転がされることは明らかである。この場合、開閉弁１１をどの程度の温湿度条件で開閉するか、又は、開閉弁１１に例えば２段階の大小開度を設けて、どの程度の温湿度条件で開閉弁を２段階に開閉させるか、或いは循環調整手段である開閉弁を連続的に流量制御可能な弁にするか等については、実際の装置における詳細検討によって定められる。
【００３９】
図３は本発明を適用した冷凍回路及び環境試験装置の他の例を示す。
本例の装置では、蒸発器の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段として、図１の冷媒ヒータ７に代えて、蒸発器の下流側に再熱器１４を設けている。又、通常設けられることが多い圧縮機過熱防止手段としてインジェクション管系１５を設けている。このインジェクション管系１５は、図において二点鎖線で示す如く圧縮機の吸入管又は吸入部に接続されてもよい。この系には、キャピラリーチューブ等の膨張機構１５ａが設けられる。
【００４０】
本例の装置によれば、図１の装置のようにホットガスで直接冷凍回路の冷凍能力を低減させることにはならないが、蒸発器４によって過度に冷却された循環空気を再熱器１４によって再加熱することにより、その結果として装置内の冷却能力を低減させている。
【００４１】
即ち、循環空気が低温低湿条件のときには、例えば前記の如く圧力２ＭＰａ  で温度１００℃程度のホットガスによれば、その飽和温度も５０℃程度で十分高く、循環空気との温度差が十分大きいため、蒸発器４によってある程度過冷却された循環空気を必要なだけ十分加熱し、加熱出力Ｐｄ及び加湿出力Ｐｈを十分低下させて省エネ化を図ることができる。この場合には、低温低湿という循環空気の条件から、図１の装置と同様に、開閉弁１１を開にして冷媒循環系を使用してホットガス流量を増加させる程の必要性はない。
【００４２】
例えば循環空気が８０℃、８５％のような高温高湿条件のときには、蒸発器４によって循環空気がある程度過度に冷却及び除湿されても、ホットガスと循環空気との温度差が比較的小さいので、熱交換可能な熱量の供給が少なくなること及びガス−ガスの熱交換のため熱交換性が低いこと等の点から、できるだけホットガスの供給量を多くする必要があるため、図１の装置の場合と同様に開閉弁１１を開にして冷媒循環系８を使用する。
【００４３】
この場合、循環空気温度が高いため、ホットガスは温度低下しても凝縮するには至らない。そのため、これを圧縮機の吸入側に戻すと、減圧しても相当高い過熱度が残ることになる。そのため本例では、中間インジェクション管系１５を設けて圧縮機の過熱を防止するようにしている。
【００４４】
本例の装置によっても、再熱器１４によって循環空気を再熱することにより、加熱及び加湿出力を低下させて運転の省エネ化を図ることができる。この場合、上記中間インジェクション管系１５によれば、蒸発器への冷媒液量を減らして、ホットガスによる再加熱を容易にする効果も生ずる。
【００４５】
なお、本例の装置のように圧縮機冷媒循環方式と再熱器とを組み合わせた構成にすれば、空調装置が例えば乾燥機である場合のように、除湿した乾燥空気を温度を高くして供給するような装置にも極めて好都合に利用される。
【００４６】
即ち、乾燥機では最終的には温度の高い空気にする必要があるが、除湿のために冷凍回路をある程度大きい能力で使用し、それによって冷却された熱量以上に大きな熱量を与えて乾燥用空気を高温にするときに、開閉弁１１を開いて冷媒循環系８を使用し、圧縮機吐出系５１のホットガスの流量を多くして、これを多量に再熱器１４に供給可能にすることにより、再熱器１４の出口で乾燥用空気の温度を十分高くし、加熱器の出力を大幅に低減させて省エネ運転をすることができる。即ち、圧縮機の機械的圧縮熱の全量を凝縮器に廃棄するのでなく、その大部分を循環空気の再加熱に使用するという、通常の凝縮熱を用いる方式とは異なったヒートポンプ方式を利用し、十分な省エネ化を図ることができる。
【００４７】
図４乃至図６は本発明を適用した他の冷凍回路の構成例を示す。そのうち図４は図１に相当する全体配置を示し、図５及び図６はそれぞれ蒸発器部分の構造例を示し、又図６は図５のものを紙面に平行の方向から見た図である。
【００４８】
本例の冷凍回路及び環境試験装置では、熱交換手段として、図１の冷媒ヒータ７と図３の再熱器１４とを兼用したような冷媒加熱兼再熱器１６を蒸発器４と一体的に形成している。
【００４９】
この冷媒加熱兼再熱器１６が一体形成された蒸発器４は、矢印で示す循環空気の流れ方向に平行に多数枚配列されたフィン４１、図６において多数の丸で示す位置で多数枚のフィン４１を貫通し拡管等によって圧接するように取り付けられ実線及び破線で示すように幅方向の両側で結合された蒸発管４２、これらの配列においてピッチ間隔の開いている冷媒加熱兼再熱器１６部分において蒸発管４２の間でこれらと同様に同じフィン４１に接合された加熱管１６ａ、図を分かり易くするために図において上方に分離して示す冷媒液入口の分流器４３及び分流管４３ａ、冷媒の気化した冷媒ガス出口のヘッダー４４、ホットガス入口のヘッダー１６ｂ、液化したホットガス出口のヘッダー１６ｃ、等によって構成されている。
【００５０】
このような蒸発器は、図１、３に示す通常の蒸発器に較べて、上記の如く冷媒加熱兼再熱器１６部分が介装された構造になっていて、この部分で蒸発管４２のピッチ間隔が広がっている点が相違する。この蒸発器を有する図４に示す冷凍回路及び環境試験装置は、図１のものと同様である。
【００５１】
本例の環境試験装置１００では、冷媒加熱兼再熱器１６にはヘッダー１６ｂからホットガスが導入され、同時に冷媒分流器４３の分流管４３ａからも低温冷媒が導入され、これらが共通のフィン４１を介して熱交換し、ホットガスが低温冷媒を加熱すると共に、蒸発器４のうちの冷媒加熱兼再熱器１６部分のない蒸発器単独部分で冷却された循環空気がヘッダー１６ｂから１６ｃまでの間の加熱管１６ａによって再加熱されることになる。その結果、極めて効率的に冷凍能力を調整し、加熱出力を最小化し、省エネ運転を行うことができる。この場合にも、図１、図３の装置と同様に開閉弁１１が開閉され、必要な運転条件のときに冷媒循環系が使用されることになる。
【００５２】
図７は本発明を適用した冷凍回路及び環境試験装置の更に他の例を示す。
本例の装置では、開閉弁１１を11−１及び１１−２として２個設けて、これらの弁を出口側の設定圧力を変えた圧力自動調整弁にしている。このようにすれば、例えば開閉弁１１−１の設定圧力を低くし、湿度条件を含まない０℃以下の低温運転では蒸発器４の圧力を下げて蒸発温度を低くし、開閉弁１１−２の設定圧力を少し高くし、湿度条件を含む０℃以上の温湿度運転では蒸発温度を高くするように蒸発圧力及び温度を調整することができる。その結果、低温条件では圧縮機の真空吸入運転が防止され、温湿度運転では着霜防止が容易になる。
【００５３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、所定の構成を備えた主管系と追加管系とこの系に設けられ蒸発器の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段とを備えた冷凍回路において、追加管系の流れを調整可能にする分流調整手段とを設けるので、分流調整手段で追加管系の流れを調整することにより、蒸発器の冷却能力の低減を可能にする熱交換手段への圧縮機吐出系の冷媒であるホットガスの供給量を調整し、蒸発器の冷却能力の低減量を調整することが可能になる。
【００５４】
その結果、キャピラリーチューブのような膨張機構では殆ど調整できず、又、電子膨張弁等でも一定の高い限度までしか調整できない冷凍能力である蒸発器の冷却能力を、高能力から０に近い低能力まで精度良く調整することが可能になる。そして、冷凍回路が利用される装置である環境試験装置や乾燥装置や冷蔵装置等の空調装置において、蒸発器で冷却される対象となる循環空気等の冷却量を精度良く調整し、循環空気を加熱器で再加熱して温度調整するようなときの再加熱量を低減し、運転の省エネ化を図ることが可能になる。
【００５５】
そしてこの場合、圧縮機吐出系から分岐して熱交換手段を経由して合流される追加系の合流位置より下流側の合流後分岐位置から圧縮機吸入系に至る冷媒循環系を設けて、循環調整手段によってこの流れを調整可能にしているので、この手段により、冷凍回路の運転されるときの条件によって冷媒循環系の開閉や流量調整等をすることにより、圧縮機の吐出量即ちホットガス供給量を調整し、追加管系で必要となるホットガス量を確実に供給することができる。その結果、蒸発器の冷却能力を確実に調整できることになる。
【００５６】
又、上記のように追加管系を分岐後合流させるので、追加管系の熱交換手段でホットガスが熱交換した後の冷媒の湿り度を減少させて圧縮機吸入系に戻すことができ、圧縮機への液戻りを防止することができる。その結果、安全に且つ確実に圧縮機を介して冷媒を循環させることができる。
【００５７】
請求項２の発明においては、上記の冷凍回路を空調装置に装備し、空調装置の加熱器の加熱量を減少させるように分流調整手段を制御する制御手段を設けるので、必要なときに冷媒循環系を使用して圧縮機の吐出する冷媒量を確保し、これを追加管系に供給し、分流調整手段を制御して加熱器の加熱量を減少させ、環境試験装置や乾燥装置等の空調装置において省エネ運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した冷凍回路及びこれを装備した環境試験装置の一例を示す説明図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は上記環境試験装置及び従来の環境試験装置における作用効果の差の説明図である。
【図３】本発明を適用した冷凍回路及び環境試験装置の他の例を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した冷凍回路及び環境試験装置の更に他の例を示す説明図である。
【図５】上記冷凍回路の蒸発器部分の説明図である。
【図６】上記蒸発器部分の詳細を示す説明図である。
【図７】本発明を適用した冷凍回路及び環境試験装置の更に他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１                圧縮機
２                凝縮器
３                電子膨張弁（膨張機構）
４                蒸発器
５                主管系
６                ホットガス系（追加管系）
７                冷媒ヒータ（熱交換手段）
８                冷媒循環系
９                流量調整弁（分流調整手段）
１０              冷凍回路
１１              開閉弁（循環調整手段）
１２              加熱出力減少制御部（制御手段）
１４              再熱器（熱交換手段）
１６              冷媒加熱兼再熱器（熱交換手段）
５１              圧縮機吐出系
５１ａ            分岐位置
５１ｂ            合流位置
５１ｃ            合流後分岐位置
５２              圧縮機吸入系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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