(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスを冷却液化する凝縮器と、
冷媒液を加熱気化する蒸発器とを備え、
前記凝縮器と前記蒸発器とを液配管とガス配管とを介して接続するとともに、前記凝縮器と前記蒸発器とにわたって気液相変化により冷媒を自然循環流動するように構成した冷凍サイクルにおける受液部の構造であって、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に、前記凝縮器で液化して流下する冷媒液を受け止めて溜める液溜容器を設け、前記凝縮器と前記液溜容器とを第１の液配管を介して接続するとともに前記液溜容器と前記蒸発器とを第２の液配管を介して接続し、前記液溜容器と前記蒸発器との間に、冷媒を自然循環流動させるに足るヘッド差を備え、前記液溜容器の冷媒液を貯留する貯留空間の鉛直方向視での面積を、前記第１および第２の液配管の横断面積よりも大きく、かつ、前記ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成したことを特徴とする冷凍サイクルにおける受液部の構造。
【請求項２】
冷媒ガスを冷却液化する凝縮器と、
冷媒液を加熱気化する蒸発器とを備え、
前記凝縮器と前記蒸発器とを液配管とガス配管とを介して接続するとともに、前記凝縮器と前記蒸発器とにわたって気液相変化により冷媒を自然循環流動するように構成した冷凍サイクルにおける受液部の構造であって、
前記凝縮器を、冷媒ガスを冷却する冷却用流体を流す一次側部材と、冷却用流体によって冷却される冷媒を流すとともに凝縮液化した冷媒液を貯留可能な二次側部材とから構成し、前記二次側部材と前記蒸発器との間に、冷媒を自然循環流動させるに足るヘッド差を備え、前記二次側部材の冷媒液を貯留する貯留空間の鉛直方向視での面積を、前記ガス配管および前記液配管の横断面積よりも大きく、かつ、前記ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成したことを特徴とする冷凍サイクルにおける受液部の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷房や冷凍や製氷などを行うために、冷媒ガスを冷却液化する凝縮器と、冷媒液を加熱気化する蒸発器とを備え、凝縮器と蒸発器とを液配管とガス配管とを介して接続するとともに、凝縮器と蒸発器とにわたって気液相変化により冷媒を自然循環流動するように構成した冷凍サイクルにおける受液部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の構造では、従来一般に、凝縮器と、製氷機や空調機器などに組み込まれている蒸発器との間に、凝縮器で液化した冷媒液を受けとめる受液器を設けるとともに、受液器内や、受液器と凝縮器との間の箇所などにフロート弁を設け、蒸発器での負荷変動にかかわらず蒸発器内での液面の変動を抑制するように構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の場合、配管接続時などに配管内に混入したゴミに起因して、フロート弁が昇降しづらくなったり、また、全閉時に弁体が弁座に密着できないために隙間ができて漏れたりするなど、フロート弁の動作不良を招く欠点があり、そのうえ、メンテナンスに手間を要して経済性が低下するとともに弁体や弁座の摩損のために耐久性が低い欠点があった。この欠点は、膨張弁を用いる場合も同様である。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明の冷凍サイクルにおける受液部の構造は、耐久性および経済性の低下を招かずに、蒸発器の能力を十分発揮できるようにすることを目的とし、また、請求項２に係る発明の冷凍サイクルにおける受液部の構造は、更に、凝縮器と兼用構成して安価にできるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、冷媒ガスを冷却液化する凝縮器と、冷媒液を加熱気化する蒸発器とを備え、凝縮器と蒸発器とを液配管とガス配管とを介して接続するとともに、凝縮器と蒸発器とにわたって気液相変化により冷媒を自然循環流動するように構成した冷凍サイクルにおける受液部の構造において、凝縮器と蒸発器との間に、凝縮器で液化して流下する冷媒液を受け止めて溜める液溜容器を設け、凝縮器と液溜容器とを第１の液配管を介して接続するとともに液溜容器と蒸発器とを第２の液配管を介して接続し、液溜容器と蒸発器との間に、冷媒を自然循環流動させるに足るヘッド差を備え、液溜容器の冷媒液を貯留する貯留空間の鉛直方向視での面積を、第１および第２の液配管の横断面積よりも大きく、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成する。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、上述のような目的を達成するために、冷媒ガスを冷却液化する凝縮器と、冷媒液を加熱気化する蒸発器とを備え、凝縮器と蒸発器とを液配管とガス配管とを介して接続するとともに、凝縮器と蒸発器とにわたって気液相変化により冷媒を自然循環流動するように構成した冷凍サイクルにおける受液部の構造において、凝縮器を、冷媒ガスを冷却する冷却用流体を流す一次側部材と、冷却用流体によって冷却される冷媒を流すとともに凝縮液化した冷媒液を貯留可能な二次側部材とから構成し、二次側部材と蒸発器との間に、冷媒を自然循環流動させるに足るヘッド差を備え、二次側部材の冷媒液を貯留する貯留空間の鉛直方向視での面積を、ガス配管および液配管の横断面積よりも大きく、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成する。
【０００７】
【作用】
請求項１に係る発明の冷凍サイクルにおける受液部の構造の構成による作用は次の通りである。
蒸発器においては、そこでの負荷変動に対して、蒸発器での蒸発抵抗やガス配管および液配管での流動抵抗などの冷媒の循環流動抵抗による圧力損失が、エネルギー保存の法則から、図１に示すように、二次曲線になるように変化する。
したがって、蒸発器での負荷が増大すると、蒸発器で蒸発発生する冷媒ガスの量が多くなり、冷媒ガスの上昇に対して大きな冷媒の循環流動抵抗がかかり、その背圧を受けるために蒸発器内での冷媒液の液面は急激に低くなるが、本発明では、液溜容器の冷媒液を貯留する貯留空間の鉛直方向視での面積が冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方ほど小であるから、液溜容器内における冷媒液の液面の上昇を大きくできて、液溜容器と蒸発器との間に大きなヘッド差を与えることができる。このため、蒸発器での負荷が増大して冷媒液の蒸発量が増加しても背圧に抗して冷媒液を良好に供給でき、蒸発器での負荷変動にかかわらず、蒸発器での液面変化を抑えることができ、蒸発器での伝熱面積を十分活用できるとともに冷媒液がガス配管内に不測に混入する、いわゆる液バックを防止することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明の冷凍サイクルにおける受液部の構造の構成によれば、凝縮器を構成する二次側部材に冷媒液貯留空間を備えさせ、その冷媒液貯留空間の鉛直方向視での面積が冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方ほど小になるから、蒸発器での負荷が増大して、蒸発器内での冷媒液の液面が急激に低くなろうとしても、二次側部材内における冷媒液の液面の上昇を大きくできて、二次側部材と蒸発器との間に大きなヘッド差を与えることができる。このため、蒸発器での負荷変動にかかわらず、蒸発器での液面変化を抑えることができ、蒸発器での伝熱面積を十分活用できるとともに冷媒液がガス配管内に不測に混入する、いわゆる液バックを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図２は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第１実施例を示す全体構成図であり、冷媒ガスを冷却液化する凝縮器１と、製氷機２において冷媒液を加熱気化する蒸発器３とがガス配管４を介して接続されている。
【００１１】
凝縮器１に、その凝縮器１で液化して流下する冷媒液を受け止めて溜める液溜容器５が第１の液配管６を介して接続されるとともに、液溜容器５と蒸発器３とが第２の液配管７を介して接続され、液溜容器５と蒸発器３との間に、冷媒を自然循環流動させるに足るヘッド差を備えられ、冷媒の自然循環により製氷を行うように冷凍サイクルが構成されている。
【００１２】
液溜容器５の冷媒液を貯留する貯留空間Ｓの鉛直方向視での面積が、第１および第２の液配管６，７それぞれの横断面積よりも大きく構成され、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。
【００１３】
図３の（ａ）は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第２実施例を示す要部の縦断面図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
【００１４】
すなわち、液溜容器５がフラスコ形状に構成され、その液溜容器５の上部側に第１の液配管６が接続され、一方、液溜容器５の底部側に第２の液配管７が接続されている。
【００１５】
液溜容器５内の冷媒液を貯留する貯留空間Ｓの鉛直方向視での面積が、第１および第２の液配管６，７それぞれの横断面積よりも大きく構成され、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。
【００１６】
図３の（ｂ）は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第３実施例を示す要部の縦断面図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
【００１７】
すなわち、液溜容器５が、截頭円錐形状の外壁部材５ａと略円筒形状の内壁部材５ｂとから構成され、外壁部材５ａと内壁部材５ｂとによって形成される冷媒液を貯留する貯留空間Ｓの上部側に第１の液配管６が接続され、一方、貯留空間Ｓの底部側に第２の液配管７が接続されている。
【００１８】
また、貯留空間Ｓの鉛直方向視での面積が、第１および第２の液配管６，７それぞれの横断面積よりも大きく構成され、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。
【００１９】
図３の（ｃ）は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第４実施例を示す要部の縦断面図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
【００２０】
すなわち、液溜容器５が、円筒形状の外壁部材５ｃと逆向き円錐形状の内壁部材５ｄとから構成され、外壁部材５ｃと内壁部材５ｄとによって形成される冷媒液を貯留する貯留空間Ｓの上部側に第１の液配管６が接続され、一方、貯留空間Ｓの底部側に第２の液配管７が接続されている。
【００２１】
また、貯留空間Ｓの鉛直方向視での面積が、第１および第２の液配管６，７それぞれの横断面積よりも大きく構成され、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。
【００２２】
図３の（ｄ）は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第５実施例を示す要部の縦断面図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
【００２３】
すなわち、液溜容器５が、円錐形状の外壁部材５ｅと下端側のみがやや外拡がりの円筒形状の内壁部材５ｆとから構成され、外壁部材５ｅと内壁部材５ｆとによって形成される冷媒液を貯留する貯留空間Ｓの上部側に第１の液配管６が接続され、一方、貯留空間Ｓの底部側に第２の液配管７が接続されている。
【００２４】
また、貯留空間Ｓの鉛直方向視での面積が、第１および第２の液配管６，７それぞれの横断面積よりも大きく構成され、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。
【００２５】
図３の（ｅ）は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第６実施例を示す要部の縦断面図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
【００２６】
すなわち、液溜容器５が、円筒体の横側箇所を傾斜壁面とした形状に構成され、その液溜容器５の上部側に第１の液配管６が接続され、一方、液溜容器５の底部側に第２の液配管７が接続されている。
【００２７】
液溜容器５内の冷媒液を貯留する貯留空間Ｓの鉛直方向視での面積が、第１および第２の液配管６，７それぞれの横断面積よりも大きく構成され、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。
【００２８】
図４の（ａ）は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第７実施例を示す要部の縦断面図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
【００２９】
すなわち、凝縮器１が、冷媒ガスを冷却する冷却用流体を流す一次側部材８と、冷却用流体によって冷却される冷媒を流すとともに凝縮液化した冷媒液を貯留可能な二次側部材９とから構成され、二次側部材９の上端にガス配管４が接続され、一方、二次側部材９の下端に液配管１０が接続されている。
【００３０】
二次側部材９が、等ピッチでありながら下方側程外方に向かうように曲げ形成した螺旋状の配管で構成され、その二次側部材９内に、それよりも小径の配管で構成した一次側部材８が挿入されている。
【００３１】
二次側部材９の内周面と一次側部材８の外周面との間には、冷媒液を貯留可能な環状の冷媒液貯留空間Ｓ１が形成され、その二次側部材９の冷媒液貯留空間Ｓ１の鉛直方向視での面積が、ガス配管４および液配管１０の横断面積よりも大きく、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。図示しないが、二次側部材９と蒸発器との間には、冷媒を自然循環流動させるに足るヘッド差が備えられている。
【００３２】
図４の（ｂ）は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第８実施例を示す要部の縦断面図であり、第７実施例と異なるところは、次の通りである。
【００３３】
すなわち、一次側部材８が、上方側程ピッチが小さくなるように曲げ形成した螺旋状の配管で構成され、二次側部材９が、一次側部材８を覆う円筒体で構成され、二次側部材９の内周面と一次側部材８の外周面との間には、冷媒液を貯留可能な冷媒液貯留空間Ｓ１が形成され、その冷媒液貯留空間Ｓ１の鉛直方向視での面積が、ガス配管４および液配管１０の横断面積よりも大きく、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。
【００３４】
図４の（ｃ）は、本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第９実施例を示す要部の縦断面図であり、第７実施例と異なるところは、次の通りである。
【００３５】
すなわち、二次側部材９が、下方側程ピッチが小さくなるように曲げ形成した螺旋状の配管で構成され、一次側部材８が、二次側部材９を覆う円筒体で構成され、一次側部材８の内周面と二次側部材９の外周面との間には、冷媒液を貯留可能な冷媒液貯留空間Ｓ１が形成され、その冷媒液貯留空間Ｓ１の鉛直方向視での面積が、ガス配管４および液配管１０の横断面積よりも大きく、かつ、ヘッド差の変化に対して冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方程小になるように構成されている。
【００３６】
上記第７実施例、第８実施例および第９実施例によれば、凝縮器１を構成する二次側部材９を利用して受液部を構成しているために、構成を簡略化できる利点を有している。
【００３７】
上記実施例では、製氷機２を構成する蒸発器３を備えた冷凍サイクルで説明したが、本発明としては、例えば、ビルなどの建物に設けられた空調機器の冷房用コイル６を備えた冷凍サイクルとか、冷凍機を構成する蒸発器を備えた冷凍サイクルなど、各種の冷凍サイクルに適用できる。
【００３８】
上述二次曲線は、適用する冷凍サイクルによって冷媒の循環流動抵抗に違いがあるが、冷凍サイクルごとに予め定められるものであり、それに応じて貯留空間Ｓおよび冷媒液貯留空間Ｓ１の鉛直方向視での面積が上方程小になるように設計したものを用いるようにすれば良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明の冷凍サイクルにおける受液部の構造によれば、液溜容器の貯留空間の鉛直方向視での面積を、蒸発器での負荷変動に対する圧力損失の変化と同様に冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方ほど小にして、蒸発器での負荷変動にかかわらず、蒸発器での液面変化を抑えることができ、蒸発器での伝熱面積を十分活用できるとともに冷媒液がガス配管内に不測に混入する、いわゆる液バックを防止するから、フロート弁などのような弁を使用しないために、耐久性および経済性の低下を回避できる。
しかも、蒸発器での伝熱面積を十分活用するから、蒸発に伴う冷媒液の液面低下分を見込んで蒸発器を大型にするといったことをせずに、蒸発器の能力を十分発揮させることができ、経済性を向上できる。
【００４０】
また、請求項２に係る発明の冷凍サイクルにおける受液部の構造によれば、凝縮器を構成する二次側部材に冷媒液貯留空間を備えさせ、その冷媒液貯留空間の鉛直方向視での面積を、蒸発器での負荷変動に対する圧力損失の変化と同様に冷媒の循環流動抵抗に合わせた二次曲線で変化するように上方ほど小にして、蒸発器での負荷変動にかかわらず、蒸発器での液面変化を抑えることができ、蒸発器での伝熱面積を十分活用できるとともに冷媒液がガス配管内に不測に混入する、いわゆる液バックを防止するから、フロート弁などのような弁を使用しないために、耐久性および経済性の低下を回避できる。
しかも、蒸発器での伝熱面積を十分活用するから、蒸発に伴う冷媒液の液面低下分を見込んで蒸発器を大型にするといったことをせずに、蒸発器の能力を十分発揮させることができ、経済性を向上できる。
そのうえ、冷媒液を受け止めるのに、凝縮器と兼用構成するから、請求項１に係る発明におけるような専用の液溜容器を備えずに済み、構成が簡略化できて安価に構成でき、経済性を一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蒸発器の負荷と圧力損失との関係を示すグラフである。
【図２】本発明に係る冷凍サイクルにおける受液部の構造の第１実施例を示す全体システム構成図である。
【図３】（ａ）は第２実施例の要部の縦断面図、（ｂ）は第３実施例の要部の縦断面図、（ｃ）は第４実施例の要部の縦断面図、（ｄ）は第５実施例の要部の縦断面図、そして、（ｅ）は第６実施例の要部の縦断面図である。
【図４】（ａ）は第７実施例の要部の縦断面図、（ｂ）は第８実施例の要部の縦断面図、そして、（ｃ）は第９実施例の要部の縦断面図である。
【符号の説明】
１…凝縮器
３…蒸発器
４…ガス配管
５…液配管
６…第１の液配管
７…第２の液配管
８…一次側部材
９…二次側部材
１０…液配管
Ｓ…貯留空間
Ｓ１…冷媒液貯留空間
【図１】
0003814729.tif 000002
【図２】
0003814729.tif 000003
【図３】
0003814729.tif 000004
【図４】
0003814729.tif 000005