(57)【特許請求の範囲】
【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、前記凝縮器における冷媒の凝縮圧力を前記蒸発器における冷媒の蒸発圧力よりも小となるように構成してなる冷凍システム。
【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１．８６ＭＰａ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２．３８ＭＰａ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、前記凝縮器における冷媒の凝縮圧力を前記蒸発器における冷媒の蒸発圧力よりも小となるようにした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、１６ａ、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凝縮圧力から上昇し、蒸発器９内における冷媒の蒸発圧力も凝縮圧力を超える値まで上昇し、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１．４４ＭＰａ）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】
0004084915.tif 000002
【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１１２．７７kcal/kg 、１５２．１９kcal/kg であるから、
0004084915.tif 000003
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
0004084915.tif 000004
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、
0004084915.tif 000005
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は蒸発器内における冷媒の蒸発圧力より小で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
【図１】
0004084915.tif 000006
【図２】
0004084915.tif 000007
【図３】
0004084915.tif 000008