JP2766356B2 - 家庭用冷蔵庫用の二重蒸発器付き冷凍システム - Google Patents
家庭用冷蔵庫用の二重蒸発器付き冷凍システムInfo
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- JP2766356B2 JP2766356B2 JP1320753A JP32075389A JP2766356B2 JP 2766356 B2 JP2766356 B2 JP 2766356B2 JP 1320753 A JP1320753 A JP 1320753A JP 32075389 A JP32075389 A JP 32075389A JP 2766356 B2 JP2766356 B2 JP 2766356B2
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
- F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/13—Economisers
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、蒸気圧縮サイクルによって作動する家庭用
冷蔵庫に関し、より詳細には、二段圧縮機を有する冷蔵
庫に関する。
冷蔵庫に関し、より詳細には、二段圧縮機を有する冷蔵
庫に関する。
現在生産されている冷蔵庫は単純な蒸気圧縮サイクル
で動作する。このサイクルには、圧縮機、凝縮器、膨張
弁、蒸発器及び二相冷媒を含む。第1図に示す先行技術
による冷凍サイクルにおいては毛細管が膨張弁として作
用する。毛細管は、毛細管を冷却するために圧縮機の吸
込側管路のごく近くに配置される。毛細管内で冷媒に生
じる過冷却(subcooling)によってシステム内の単位質
量流量当たりの冷却容量が増加し、これによりシステム
効率が増加するので、圧縮機に供給される気相冷媒の温
度が増加するという不利益点は十分補われる。第1図の
蒸発器は約−23.3℃(約−10゜F)の温度で動作する。
冷蔵庫の空気は蒸発器を横切って送られ、空気の流れの
一部が冷凍室に行き、残りは生鮮食品冷蔵室に行くよう
に制御される。したがって、冷凍サイクルは、冷凍室に
は適当であるが生鮮食品冷蔵室が必要とする温度よりは
低い温度で、冷凍効果を発生する。低温に冷却するのに
要する機械的エネルギーはそれより高い温度に冷却する
場合よりも大きいので、単純な蒸気圧縮機サイクルで
は、二つの温度レベルにおいて冷却を行なうサイクルの
場合よりも大きい機械的エネルギーを使用する。
で動作する。このサイクルには、圧縮機、凝縮器、膨張
弁、蒸発器及び二相冷媒を含む。第1図に示す先行技術
による冷凍サイクルにおいては毛細管が膨張弁として作
用する。毛細管は、毛細管を冷却するために圧縮機の吸
込側管路のごく近くに配置される。毛細管内で冷媒に生
じる過冷却(subcooling)によってシステム内の単位質
量流量当たりの冷却容量が増加し、これによりシステム
効率が増加するので、圧縮機に供給される気相冷媒の温
度が増加するという不利益点は十分補われる。第1図の
蒸発器は約−23.3℃(約−10゜F)の温度で動作する。
冷蔵庫の空気は蒸発器を横切って送られ、空気の流れの
一部が冷凍室に行き、残りは生鮮食品冷蔵室に行くよう
に制御される。したがって、冷凍サイクルは、冷凍室に
は適当であるが生鮮食品冷蔵室が必要とする温度よりは
低い温度で、冷凍効果を発生する。低温に冷却するのに
要する機械的エネルギーはそれより高い温度に冷却する
場合よりも大きいので、単純な蒸気圧縮機サイクルで
は、二つの温度レベルにおいて冷却を行なうサイクルの
場合よりも大きい機械的エネルギーを使用する。
機械的エネルギー使用量の削減用としてよく知られた
手段は、冷凍室用に低温で動作するサイクルと生鮮食品
冷蔵室用に中間温度で動作するサイクルとの、二つの独
立した冷凍サイクルを用いることである。しかし、この
ようなシステムは極めてコスト高となる。
手段は、冷凍室用に低温で動作するサイクルと生鮮食品
冷蔵室用に中間温度で動作するサイクルとの、二つの独
立した冷凍サイクルを用いることである。しかし、この
ようなシステムは極めてコスト高となる。
単純な蒸気圧縮サイクルにおける冷凍動作のための冷
却に際して発生するもう一つの問題は、圧縮機の入口と
出口の温度差が大きいことである。圧縮機を出た気相冷
媒は加熱されている。これは熱力学的非可逆性を表し、
その結果として熱力学的効率は比較的低くなる。過熱量
を下げれば機械的エネルギーの使用量が減少し、したが
って効率は増大する。
却に際して発生するもう一つの問題は、圧縮機の入口と
出口の温度差が大きいことである。圧縮機を出た気相冷
媒は加熱されている。これは熱力学的非可逆性を表し、
その結果として熱力学的効率は比較的低くなる。過熱量
を下げれば機械的エネルギーの使用量が減少し、したが
って効率は増大する。
本発明の目的の一つは、熱力学的効率の改善された、
家庭用冷蔵庫用の冷凍システムを提供することにある。
家庭用冷蔵庫用の冷凍システムを提供することにある。
本発明の更に一つの目的は、圧縮機吐出口の気相冷媒
温度を下げた、家庭用冷蔵庫に適した冷凍システムを提
供することにある。
温度を下げた、家庭用冷蔵庫に適した冷凍システムを提
供することにある。
発明の要約 本発明の一態様において、冷凍室と生鮮食品冷蔵室と
を有する家庭用冷蔵庫に使用するのに適した冷凍システ
ムが提供される。この冷凍システムは、第一膨張弁と、
冷凍室を冷却するための第一蒸発器と、第一圧縮機と第
二圧縮機と、凝縮器と、第二膨張弁と、生鮮食品冷蔵室
を冷却するための第二蒸発器とを含む。蒸気のすべての
構成要素は、上記の順に直列に、冷媒流関係に接続され
る。更に、一個の相分離器が、上記第二蒸発器を上記第
一膨張弁に冷媒流関係に接続すると共に上記第一圧縮機
と上記第二圧縮機との間に中間冷却を与える。
を有する家庭用冷蔵庫に使用するのに適した冷凍システ
ムが提供される。この冷凍システムは、第一膨張弁と、
冷凍室を冷却するための第一蒸発器と、第一圧縮機と第
二圧縮機と、凝縮器と、第二膨張弁と、生鮮食品冷蔵室
を冷却するための第二蒸発器とを含む。蒸気のすべての
構成要素は、上記の順に直列に、冷媒流関係に接続され
る。更に、一個の相分離器が、上記第二蒸発器を上記第
一膨張弁に冷媒流関係に接続すると共に上記第一圧縮機
と上記第二圧縮機との間に中間冷却を与える。
発明の詳しい説明 本発明の要旨は、特許請求の範囲に記述してあるが、
本発明の構成及び実施方法、並びに本発明のその他の目
的及び利点については、添付図面を参照した以下の説明
から最もよく理解されよう。
本発明の構成及び実施方法、並びに本発明のその他の目
的及び利点については、添付図面を参照した以下の説明
から最もよく理解されよう。
添付図面、特にその第2図に、二重蒸発器二段システ
ムの一実施例を示す。このシステムは、第一膨張弁11
と、第一蒸発器13と、第一圧縮機15と、第二圧縮機17
と、凝縮器21と、第二膨張弁23と、第二蒸発器25とから
なり、これらの構成要素は上記の順に直列に管路26によ
って冷媒流関係に接続されている。更に、相分離器27が
設けられ、これは、第3図にその断面図を示すように、
密閉された容器31を有し、この容器31にはその上部部分
に液相及び気相冷媒の取り込み用入口33が設けられてい
ると共に、別に第一出口35及び第二出口37が設けられて
いる。この容器31の上部部分内には、冷媒と共に運ばれ
てくる何らかの固形物が入口33から入ったときにこれを
除去するためのスクリーン41が設置されている。第一出
口35は、容器31の底部に設けられ、液相冷媒39を送り出
す。第二出口37は、容器の上部部分の内側から外側へ伸
びる管路によって構成される。この管路37は容器の上部
部分と流通しているが、入口33を経て容器の上部部分に
入る液相冷媒が管路の開端から入ることができないよう
に配置されている。第二蒸発器25の出口から出た二相冷
媒は、相分離器27の入口33に接続されている。相分離器
27は液相冷媒を第一膨張弁11に供給する。相分離器はま
た、飽和気相冷媒を供給し、この気相冷媒は第一圧縮機
15から吐出された気相冷媒と合体して共に第二圧縮機17
の入口に接続される。
ムの一実施例を示す。このシステムは、第一膨張弁11
と、第一蒸発器13と、第一圧縮機15と、第二圧縮機17
と、凝縮器21と、第二膨張弁23と、第二蒸発器25とから
なり、これらの構成要素は上記の順に直列に管路26によ
って冷媒流関係に接続されている。更に、相分離器27が
設けられ、これは、第3図にその断面図を示すように、
密閉された容器31を有し、この容器31にはその上部部分
に液相及び気相冷媒の取り込み用入口33が設けられてい
ると共に、別に第一出口35及び第二出口37が設けられて
いる。この容器31の上部部分内には、冷媒と共に運ばれ
てくる何らかの固形物が入口33から入ったときにこれを
除去するためのスクリーン41が設置されている。第一出
口35は、容器31の底部に設けられ、液相冷媒39を送り出
す。第二出口37は、容器の上部部分の内側から外側へ伸
びる管路によって構成される。この管路37は容器の上部
部分と流通しているが、入口33を経て容器の上部部分に
入る液相冷媒が管路の開端から入ることができないよう
に配置されている。第二蒸発器25の出口から出た二相冷
媒は、相分離器27の入口33に接続されている。相分離器
27は液相冷媒を第一膨張弁11に供給する。相分離器はま
た、飽和気相冷媒を供給し、この気相冷媒は第一圧縮機
15から吐出された気相冷媒と合体して共に第二圧縮機17
の入口に接続される。
運転中、第一蒸発器13中の冷媒の温度は冷凍室の冷却
用に約−23.3℃(約−10゜F)である。又、第二蒸発器2
5中の冷媒の温度は生鮮食品冷蔵室の冷却用に約−3.9℃
(約25゜F)である。
用に約−23.3℃(約−10゜F)である。又、第二蒸発器2
5中の冷媒の温度は生鮮食品冷蔵室の冷却用に約−3.9℃
(約25゜F)である。
第一膨張弁11は、ほとんど乾燥分のない気相冷媒流が
得られるように調節される。この調節はたとえば第一蒸
発器13と第一圧縮機15との間の管路26中に設けた観察ガ
ラスを観察することにより達成できる。気相冷媒は第一
圧縮機15に入り圧縮される。第一圧縮機から出た気相冷
媒は相分離器27からの飽和温度の気相冷媒と混合され、
これら二つの気相冷媒は更に第二圧縮機17によって圧縮
される。第二圧縮機から出た高温高圧の気相冷媒は、凝
縮器21内で凝縮される。第二膨張弁23は、凝縮器から出
た液相冷媒がいくらか過冷されるように調節される。こ
の調節は、たとえば凝縮器21と第二膨張弁23との間に設
けた観察ガラスを観察することにより達成できる。凝縮
器21内で凝縮された液相冷媒は、第二膨張弁を通過し、
その際に凝縮器21内の高圧から第二蒸発器25内のより低
い中間圧まで膨張する。この膨張により液相冷媒の一部
が蒸発して残りの部分を第二蒸発器の温度まで冷却す
る。この液相と気相の冷媒は相分離器27に入る。液相冷
媒は容器の下部部分に蓄積され、気相冷媒は上部部分に
蓄積される。相分離器から冷媒の気相部分を、第一圧縮
機15から出た気相冷媒に供給し混合させる。相分離器か
らの気相冷媒は温度が約−3.9℃(約25゜F)なので、第
一圧縮機から出た気相冷媒が冷却され(中間冷却)、こ
れにより第二圧縮機の入口の気体冷媒温度はこの中間冷
却がない場合よりも低くなる。一方、第二蒸発器25から
の二相混合冷媒中の液相部分は相分離器27から第一膨張
弁11を通過して流れ、これにより冷媒の圧力が更に下が
る。この残りの液相冷媒は第一蒸発器13内で蒸発し、第
一蒸発器を約−23.3℃(約−10゜F)に冷却する。シス
テムには十分な冷媒量を供給して、相分離器内の冷媒の
液面を望ましい位置に維持できるようにする。
得られるように調節される。この調節はたとえば第一蒸
発器13と第一圧縮機15との間の管路26中に設けた観察ガ
ラスを観察することにより達成できる。気相冷媒は第一
圧縮機15に入り圧縮される。第一圧縮機から出た気相冷
媒は相分離器27からの飽和温度の気相冷媒と混合され、
これら二つの気相冷媒は更に第二圧縮機17によって圧縮
される。第二圧縮機から出た高温高圧の気相冷媒は、凝
縮器21内で凝縮される。第二膨張弁23は、凝縮器から出
た液相冷媒がいくらか過冷されるように調節される。こ
の調節は、たとえば凝縮器21と第二膨張弁23との間に設
けた観察ガラスを観察することにより達成できる。凝縮
器21内で凝縮された液相冷媒は、第二膨張弁を通過し、
その際に凝縮器21内の高圧から第二蒸発器25内のより低
い中間圧まで膨張する。この膨張により液相冷媒の一部
が蒸発して残りの部分を第二蒸発器の温度まで冷却す
る。この液相と気相の冷媒は相分離器27に入る。液相冷
媒は容器の下部部分に蓄積され、気相冷媒は上部部分に
蓄積される。相分離器から冷媒の気相部分を、第一圧縮
機15から出た気相冷媒に供給し混合させる。相分離器か
らの気相冷媒は温度が約−3.9℃(約25゜F)なので、第
一圧縮機から出た気相冷媒が冷却され(中間冷却)、こ
れにより第二圧縮機の入口の気体冷媒温度はこの中間冷
却がない場合よりも低くなる。一方、第二蒸発器25から
の二相混合冷媒中の液相部分は相分離器27から第一膨張
弁11を通過して流れ、これにより冷媒の圧力が更に下が
る。この残りの液相冷媒は第一蒸発器13内で蒸発し、第
一蒸発器を約−23.3℃(約−10゜F)に冷却する。シス
テムには十分な冷媒量を供給して、相分離器内の冷媒の
液面を望ましい位置に維持できるようにする。
第一と第二の圧縮機の圧力比は、使用する冷媒と、蒸
発器の動作温度とによって決まる。第一圧縮機15の入口
圧力は、冷媒が約−23.3℃(−10゜F)において二相平
衡状態にある圧力によって決まる。第一圧縮機の出口圧
力は、約−3.9℃(25゜F)における冷媒の飽和圧力によ
って決まる。凝縮器21の温度は、広範囲の動作条件下で
熱交換器として機能するためには周囲温度より高くなけ
ればならない。たとえば、もし凝縮器が約40.6℃(105
゜F)で動作する場合、それで飽和状態の冷媒圧力が決
められる。圧縮機の容積排気能力は、二つの温度レベル
のそれぞれにおいてシステムが必要とする冷却容量によ
って決まり、これによって圧縮機を通過する冷媒の質量
流量が決まる。
発器の動作温度とによって決まる。第一圧縮機15の入口
圧力は、冷媒が約−23.3℃(−10゜F)において二相平
衡状態にある圧力によって決まる。第一圧縮機の出口圧
力は、約−3.9℃(25゜F)における冷媒の飽和圧力によ
って決まる。凝縮器21の温度は、広範囲の動作条件下で
熱交換器として機能するためには周囲温度より高くなけ
ればならない。たとえば、もし凝縮器が約40.6℃(105
゜F)で動作する場合、それで飽和状態の冷媒圧力が決
められる。圧縮機の容積排気能力は、二つの温度レベル
のそれぞれにおいてシステムが必要とする冷却容量によ
って決まり、これによって圧縮機を通過する冷媒の質量
流量が決まる。
二重蒸発器二段サイクルは、同一冷却容量を有する単
一蒸発器単一圧縮機サイクルに比較して、必要とする機
械的エネルギー量が少なくてすむ。冷媒の圧縮において
は、より低い温度の蒸発器から出てきた気相冷媒をより
低い圧力から圧縮する場合よりもむしろ、より高い温度
の蒸発器から出てきた気相冷媒を中間圧から圧縮するほ
うが、効率の面で有利となる。又、相分離器から取り出
した、飽和温度まで冷却された気相冷媒を、第一圧縮機
から出た気相冷媒に加えてこれを冷却することも、効率
改善に貢献している。第二圧縮機に入る気相冷媒を冷却
すると第二圧縮機の必要とする機械的エネルギー量が減
少する。
一蒸発器単一圧縮機サイクルに比較して、必要とする機
械的エネルギー量が少なくてすむ。冷媒の圧縮において
は、より低い温度の蒸発器から出てきた気相冷媒をより
低い圧力から圧縮する場合よりもむしろ、より高い温度
の蒸発器から出てきた気相冷媒を中間圧から圧縮するほ
うが、効率の面で有利となる。又、相分離器から取り出
した、飽和温度まで冷却された気相冷媒を、第一圧縮機
から出た気相冷媒に加えてこれを冷却することも、効率
改善に貢献している。第二圧縮機に入る気相冷媒を冷却
すると第二圧縮機の必要とする機械的エネルギー量が減
少する。
本発明の別の実施例を第4図に示す。このシステム
は、第一膨張弁51と、第一蒸発器53と、第一圧縮機55と
を含み、これらは上記の順に直列に管路57によって冷媒
流関係に接続されている。システムはさらに、第二圧縮
機61と、凝縮器63と、第二膨張弁65と、第二蒸発器67と
を含み、これらは上記の順に直列に管路69によって冷媒
流関係に接続されている。更に、第5図にその断面図を
示す相分離器71が設けられ、これは密閉容器73を有し、
この容器73にはその上部部分に液相及び気相冷媒の取り
込み用の第一入口75が、またその下部部分には液面81よ
り下方に気相冷媒の導入用の第二入口77が、さらに別に
第一出口83及び第二出口(管路)85が、それぞれ設けら
れている。この容器の上部部分には、冷媒と共に運ばれ
てくる固形物が第一入口75から入ったときにこれを除去
するためのスクリーン87が設置されている。第一出口83
は、容器の底部に設けられ、液相冷媒を送り出す。第二
出口85は、容器の上部部分の内側から外側へ伸びる管路
によって構成される。この管路は容器の上部部分と流通
しているが、第一入口75から入った液相冷媒が第二出口
(管路)85の中に入ることができないように配置されて
いる。第二蒸発器67の出口から出た二相冷媒は、相分離
器71の第一入口75に入る。相分離器は、液相冷媒を相分
離器の第一出口83から第一膨張弁52に供給する。第一圧
縮機55から吐出された気相冷媒は、第二入口77を経て容
器75内に導入され、そこで液相冷媒と混合される。容器
の第二出口85からは、液相冷媒の飽和温度にある気体冷
媒が第二圧縮機61に送られる。
は、第一膨張弁51と、第一蒸発器53と、第一圧縮機55と
を含み、これらは上記の順に直列に管路57によって冷媒
流関係に接続されている。システムはさらに、第二圧縮
機61と、凝縮器63と、第二膨張弁65と、第二蒸発器67と
を含み、これらは上記の順に直列に管路69によって冷媒
流関係に接続されている。更に、第5図にその断面図を
示す相分離器71が設けられ、これは密閉容器73を有し、
この容器73にはその上部部分に液相及び気相冷媒の取り
込み用の第一入口75が、またその下部部分には液面81よ
り下方に気相冷媒の導入用の第二入口77が、さらに別に
第一出口83及び第二出口(管路)85が、それぞれ設けら
れている。この容器の上部部分には、冷媒と共に運ばれ
てくる固形物が第一入口75から入ったときにこれを除去
するためのスクリーン87が設置されている。第一出口83
は、容器の底部に設けられ、液相冷媒を送り出す。第二
出口85は、容器の上部部分の内側から外側へ伸びる管路
によって構成される。この管路は容器の上部部分と流通
しているが、第一入口75から入った液相冷媒が第二出口
(管路)85の中に入ることができないように配置されて
いる。第二蒸発器67の出口から出た二相冷媒は、相分離
器71の第一入口75に入る。相分離器は、液相冷媒を相分
離器の第一出口83から第一膨張弁52に供給する。第一圧
縮機55から吐出された気相冷媒は、第二入口77を経て容
器75内に導入され、そこで液相冷媒と混合される。容器
の第二出口85からは、液相冷媒の飽和温度にある気体冷
媒が第二圧縮機61に送られる。
運転中、第一蒸発器53中の冷媒の温度は冷凍室の冷却
用の約−23.3℃(約−10゜F)である。又、第二蒸発器6
7中の冷媒の温度は生鮮食品冷蔵室の冷却用の約−3.9℃
(約25゜F)である。第一膨張弁51は、ほとんど乾燥分
のない気相冷媒流が得られるように調節される。この調
節はたとえば第一蒸発器53と第一圧縮機55との間の管路
57中に設けた観察ガラスを観察することにより達成でき
る。気相冷媒は第一圧縮機55に入り圧縮される。第一圧
縮機から出た気相冷媒は相分離器71内の液相冷媒と混合
され且つこれと直接接触し、気相冷媒温度が飽和温度ま
で下げられる。液相冷媒の幾分かは、相分離器の第二入
口77から入る気相冷媒によって蒸発する。この液相冷媒
の蒸発によって、第一圧縮機55から入ってくる気相冷媒
が飽和気相温度まで冷却される。相分離器の上部部分か
ら出た飽和気相冷媒は、第二圧縮機61の吸込口に流入す
る。第二圧縮機61から出た高温高圧の気相冷媒は、凝縮
器63内で凝縮される。第二膨張弁65は、凝縮器から出た
液相冷媒がいくらか過冷されるように絞りが調節され
る。この調節は、たとえば凝縮器63と第二膨張弁65との
間に設けた観察ガラスを観察することにより達成でき
る。凝縮器内で凝縮された液相冷媒は、第二膨張弁65を
通過し、その際に凝縮器内の高圧から第二蒸発器67内の
より低い中間圧まで膨張する。液相冷媒の膨張により液
体の一部が蒸発して残りの部分を第二蒸発器の温度まで
冷却する。この液相と気相の冷媒は相分離器71に入る。
液相冷媒は容器の下部部分に蓄積され、気相冷媒は上部
部分に蓄積される。相分離器から出た液相冷媒は第一膨
張弁51を通過して流れ、これにより冷媒が膨張して圧力
が更に下がる。この残りの液相冷媒は第一蒸発器内で蒸
発し、第一蒸発器を約−23.3℃(約10゜F)に冷却す
る。システムには十分な冷媒量を供給して、相分離器内
の冷媒の液面を望ましい位置に維持できるようにする。
用の約−23.3℃(約−10゜F)である。又、第二蒸発器6
7中の冷媒の温度は生鮮食品冷蔵室の冷却用の約−3.9℃
(約25゜F)である。第一膨張弁51は、ほとんど乾燥分
のない気相冷媒流が得られるように調節される。この調
節はたとえば第一蒸発器53と第一圧縮機55との間の管路
57中に設けた観察ガラスを観察することにより達成でき
る。気相冷媒は第一圧縮機55に入り圧縮される。第一圧
縮機から出た気相冷媒は相分離器71内の液相冷媒と混合
され且つこれと直接接触し、気相冷媒温度が飽和温度ま
で下げられる。液相冷媒の幾分かは、相分離器の第二入
口77から入る気相冷媒によって蒸発する。この液相冷媒
の蒸発によって、第一圧縮機55から入ってくる気相冷媒
が飽和気相温度まで冷却される。相分離器の上部部分か
ら出た飽和気相冷媒は、第二圧縮機61の吸込口に流入す
る。第二圧縮機61から出た高温高圧の気相冷媒は、凝縮
器63内で凝縮される。第二膨張弁65は、凝縮器から出た
液相冷媒がいくらか過冷されるように絞りが調節され
る。この調節は、たとえば凝縮器63と第二膨張弁65との
間に設けた観察ガラスを観察することにより達成でき
る。凝縮器内で凝縮された液相冷媒は、第二膨張弁65を
通過し、その際に凝縮器内の高圧から第二蒸発器67内の
より低い中間圧まで膨張する。液相冷媒の膨張により液
体の一部が蒸発して残りの部分を第二蒸発器の温度まで
冷却する。この液相と気相の冷媒は相分離器71に入る。
液相冷媒は容器の下部部分に蓄積され、気相冷媒は上部
部分に蓄積される。相分離器から出た液相冷媒は第一膨
張弁51を通過して流れ、これにより冷媒が膨張して圧力
が更に下がる。この残りの液相冷媒は第一蒸発器内で蒸
発し、第一蒸発器を約−23.3℃(約10゜F)に冷却す
る。システムには十分な冷媒量を供給して、相分離器内
の冷媒の液面を望ましい位置に維持できるようにする。
二重蒸発器二段サイクルは、同一冷却容量を有する単
一蒸発器単一圧縮機サイクルと比較して、必要とする機
械的エネルギー量が29%少なくてすむ。より低い温度の
蒸発器53から気相冷媒をより低い圧力から圧縮する場合
よりもむしろ、より高い温度の蒸発器(第二蒸発器)か
ら出た気相冷媒を中間圧から圧縮するほうが効率の面で
有利となる。又、第一圧縮機55から出た気相冷媒を、第
二圧縮機61においてシステムの高圧側の圧力まで圧縮す
る前に、飽和温度まで冷却することも、効率改善に貢献
している。第2図に示すサイクルは、計算によれは第4
図のサイクルよりも約2%効率がよい。第2図の構成で
は、第二圧縮機61の気相冷媒入口温度がより高くなるの
で、より大きな圧縮仕事量を必要とするが、第2図のサ
イクルは低温蒸発器(第一蒸発器)への膨張のために中
間圧力の液相冷媒がより多くの量利用できるので、サイ
クルの効率が増加する。第2図のものでは、第4図のサ
イクルにおけるように第二圧縮機に供給される気相冷媒
のすべてが飽和温度まで冷却されるわけではないので、
第二圧縮機の入口温度はより高くなる。
一蒸発器単一圧縮機サイクルと比較して、必要とする機
械的エネルギー量が29%少なくてすむ。より低い温度の
蒸発器53から気相冷媒をより低い圧力から圧縮する場合
よりもむしろ、より高い温度の蒸発器(第二蒸発器)か
ら出た気相冷媒を中間圧から圧縮するほうが効率の面で
有利となる。又、第一圧縮機55から出た気相冷媒を、第
二圧縮機61においてシステムの高圧側の圧力まで圧縮す
る前に、飽和温度まで冷却することも、効率改善に貢献
している。第2図に示すサイクルは、計算によれは第4
図のサイクルよりも約2%効率がよい。第2図の構成で
は、第二圧縮機61の気相冷媒入口温度がより高くなるの
で、より大きな圧縮仕事量を必要とするが、第2図のサ
イクルは低温蒸発器(第一蒸発器)への膨張のために中
間圧力の液相冷媒がより多くの量利用できるので、サイ
クルの効率が増加する。第2図のものでは、第4図のサ
イクルにおけるように第二圧縮機に供給される気相冷媒
のすべてが飽和温度まで冷却されるわけではないので、
第二圧縮機の入口温度はより高くなる。
冷媒R−12を用いる場合、第2図及び第4図の二重蒸
発器2段サイクルにおける第一圧縮機及び第二圧縮機の
相対的サイズ(容積排気量)は、同一の全冷凍容量を有
する単純な蒸気圧縮サイクルの圧縮機サイズを1とした
場合にそれぞれ0.27及び0.45である。
発器2段サイクルにおける第一圧縮機及び第二圧縮機の
相対的サイズ(容積排気量)は、同一の全冷凍容量を有
する単純な蒸気圧縮サイクルの圧縮機サイズを1とした
場合にそれぞれ0.27及び0.45である。
第2図及び第4図の実施例において、圧縮機は気密封
止した電動機付き往復圧縮機、気密封止した電動機付き
回転式圧縮機、又は気密封止した電動機付き容積式圧縮
機でよい。冷媒R−12を用いる場合、第一圧縮機は非常
に小さくてよく、僅か2の圧力比で作動する。このた
め、たとえば、安い、ダイアフラム式圧縮機も使える。
又、同一動力を得るのに小型電動機二台よりも大型電動
機一台を使用するほうが効率がよいので、両方の圧縮機
を一台の電動機で駆動することによって効率を改善でき
る。
止した電動機付き往復圧縮機、気密封止した電動機付き
回転式圧縮機、又は気密封止した電動機付き容積式圧縮
機でよい。冷媒R−12を用いる場合、第一圧縮機は非常
に小さくてよく、僅か2の圧力比で作動する。このた
め、たとえば、安い、ダイアフラム式圧縮機も使える。
又、同一動力を得るのに小型電動機二台よりも大型電動
機一台を使用するほうが効率がよいので、両方の圧縮機
を一台の電動機で駆動することによって効率を改善でき
る。
第1図、第2図、及び第4図のサイクルの性能計算に
ついて以下に説明する。どのサイクルもすべて冷媒R−
12を使用するものとし、全冷却能力はすべて約293.1W
(約1000Btu/h)と仮定した。更に、すべてのサイクル
は圧縮機の吐出圧力を有する冷媒で冷却される気密封止
した電動機付きの回転式圧縮機を使用するものとする。
第1図のサイクルで、蒸発器出口飽和温度を約−23.3℃
(約−10゜F)、圧力降下を約0.07kgf/cm2(1psi)、出
口での過熱を0℃(0゜F)とし、圧縮機断熱効果を0.6
1、電動機効率を0.8、圧縮機胴からの熱交換による吸込
時の気相冷媒の追加過熱を約23.9℃(43゜F)とする。
圧縮機の吸込管路への毛細管熱交換により、吸込部での
気相冷媒過熱は約54.4℃(98゜F)となる。凝縮器は入
口飽和温度を約54.4℃(130゜F)、圧力効果を約0.7kgf
/cm2(10psi)、出口での過冷却を約2.8℃(5゜F)と
する。
ついて以下に説明する。どのサイクルもすべて冷媒R−
12を使用するものとし、全冷却能力はすべて約293.1W
(約1000Btu/h)と仮定した。更に、すべてのサイクル
は圧縮機の吐出圧力を有する冷媒で冷却される気密封止
した電動機付きの回転式圧縮機を使用するものとする。
第1図のサイクルで、蒸発器出口飽和温度を約−23.3℃
(約−10゜F)、圧力降下を約0.07kgf/cm2(1psi)、出
口での過熱を0℃(0゜F)とし、圧縮機断熱効果を0.6
1、電動機効率を0.8、圧縮機胴からの熱交換による吸込
時の気相冷媒の追加過熱を約23.9℃(43゜F)とする。
圧縮機の吸込管路への毛細管熱交換により、吸込部での
気相冷媒過熱は約54.4℃(98゜F)となる。凝縮器は入
口飽和温度を約54.4℃(130゜F)、圧力効果を約0.7kgf
/cm2(10psi)、出口での過冷却を約2.8℃(5゜F)と
する。
これらの変数値に基づいた計算の結果、電動機吐出し
温度220.6℃(429゜F)、冷媒流量約8.4kg/h(18.6 lbm
/hr)、圧縮機動力270W、性能効率1.09となった。
温度220.6℃(429゜F)、冷媒流量約8.4kg/h(18.6 lbm
/hr)、圧縮機動力270W、性能効率1.09となった。
第2図及び第4図のサイクルに対して、第一蒸発器出
口飽和温度を約−23.3℃(−10゜F)、圧力降下を約0.0
7kgf/cm2(1psi)、出口での過熱を0℃(0゜F)と
し、第二蒸発器は出口温度を約−3.9℃(25゜F)圧力降
下を0kgf/cm2(0psi)と仮定した。第一及び第二圧縮機
の断熱効率を0.7、電動機効率を0.8とし、第一圧縮機の
圧縮機胴からの熱交換による吸込み気相冷媒の追加加熱
を約2.8℃(5゜F)とし、第二圧縮機の追加加熱を約5.
6℃(10゜F)とした。凝縮器入口飽和温度を約54.4℃
(130゜F)、圧力降下を約0.7kgf/cm2(10psi)、出口
での過冷却を約2.8℃(5゜F)とする。冷却能力約293.
1(約1000Btu/h)この蒸発器に二等分する。
口飽和温度を約−23.3℃(−10゜F)、圧力降下を約0.0
7kgf/cm2(1psi)、出口での過熱を0℃(0゜F)と
し、第二蒸発器は出口温度を約−3.9℃(25゜F)圧力降
下を0kgf/cm2(0psi)と仮定した。第一及び第二圧縮機
の断熱効率を0.7、電動機効率を0.8とし、第一圧縮機の
圧縮機胴からの熱交換による吸込み気相冷媒の追加加熱
を約2.8℃(5゜F)とし、第二圧縮機の追加加熱を約5.
6℃(10゜F)とした。凝縮器入口飽和温度を約54.4℃
(130゜F)、圧力降下を約0.7kgf/cm2(10psi)、出口
での過冷却を約2.8℃(5゜F)とする。冷却能力約293.
1(約1000Btu/h)この蒸発器に二等分する。
上記変数値から第2図のサイクルを計算した結果は、
第二圧縮機の吐出気相冷媒温度約97.8℃(208゜F)、第
一圧縮機の吐出気相冷媒温度約18.9℃(66゜F)、第一
及び第二圧縮機の圧縮機流量は、それぞれ約3.6kg/h
(8.0 lbm/hr)及び約11.2kg/h(24.7 lbm/hr)、第一
及び第二圧縮機の動力消費はそれぞれ22.4W及び164W、
性能効率は1.58である。
第二圧縮機の吐出気相冷媒温度約97.8℃(208゜F)、第
一圧縮機の吐出気相冷媒温度約18.9℃(66゜F)、第一
及び第二圧縮機の圧縮機流量は、それぞれ約3.6kg/h
(8.0 lbm/hr)及び約11.2kg/h(24.7 lbm/hr)、第一
及び第二圧縮機の動力消費はそれぞれ22.4W及び164W、
性能効率は1.58である。
上記変数値から第4図のサイクルを計算した結果は、
第一及び第二圧縮機の吐出気相冷媒温度は、それぞれ約
18.9℃(66゜F)及び約97.8℃(208゜F)、第一及び第
二圧縮機の流量はそれぞれ約10.7kg/h(23.6 lbm/h
r)、及び約3.6kg/h(8.0 lbm/hr)、第一及び第二圧縮
機の動力消費はそれぞれ22.2W及び156.2W、性能効率は
1.64である。
第一及び第二圧縮機の吐出気相冷媒温度は、それぞれ約
18.9℃(66゜F)及び約97.8℃(208゜F)、第一及び第
二圧縮機の流量はそれぞれ約10.7kg/h(23.6 lbm/h
r)、及び約3.6kg/h(8.0 lbm/hr)、第一及び第二圧縮
機の動力消費はそれぞれ22.2W及び156.2W、性能効率は
1.64である。
第4図のシステムは第5図の相分離器の動作を変更す
ることによって変えることも可能である。もし第二入口
77を第二出口85の管路に接続すると、第一圧縮機の出口
から出る気相冷媒は液相冷媒に直接接触はしないが、そ
れでも飽和温度までの冷却ではないにしてもなお冷却は
行われよう。気相冷媒が液相冷媒と直接接触する場合ほ
どには冷却されないにしても、相分離器が熱交換器とし
て作動し二つの圧縮機間に中間冷却が与えられよう。
ることによって変えることも可能である。もし第二入口
77を第二出口85の管路に接続すると、第一圧縮機の出口
から出る気相冷媒は液相冷媒に直接接触はしないが、そ
れでも飽和温度までの冷却ではないにしてもなお冷却は
行われよう。気相冷媒が液相冷媒と直接接触する場合ほ
どには冷却されないにしても、相分離器が熱交換器とし
て作動し二つの圧縮機間に中間冷却が与えられよう。
以上熱力学的効率を改善した、家庭用冷蔵庫に適する
二重蒸発器付き冷凍システムについて述べた。
二重蒸発器付き冷凍システムについて述べた。
このように本発明のいくつかの好ましい実施例を詳細
に図示し説明したが、当業者には、本発明の精神及び範
囲を逸脱することなく構成及び詳細について種々変更が
可能なことが理解されよう。
に図示し説明したが、当業者には、本発明の精神及び範
囲を逸脱することなく構成及び詳細について種々変更が
可能なことが理解されよう。
第1図は、家庭用冷蔵庫に使用される先行技術による上
記圧縮システムの略図である。第2図は、本発明による
二重蒸発器二段システムの一実施例の系統図である。第
3図は、第2図の相分離器の断面図である。第4図は、
本発明による二重蒸発器二段システムの他の一実施例の
系統図である。第5図は、第4図の相分離器の断面図で
ある。 (主な符号の説明) 11……第一膨張弁、13……第一蒸発器、15……第一圧縮
機、17……第二圧縮機、21……凝縮器、23……第二膨張
弁、25……第二蒸発器、27……相分離器、31……容器、
33……入口、35……第一出口、37……第二出口、51……
第一膨張弁、53……第一蒸発器、55……第一圧縮機、61
……第二圧縮機、63……凝縮器、65……第二膨張弁、67
……第二蒸発器、71……相分離器7、73……容器、75…
…第一入口、77……第二入口、83……第一出口、85……
第二出口(管路)。
記圧縮システムの略図である。第2図は、本発明による
二重蒸発器二段システムの一実施例の系統図である。第
3図は、第2図の相分離器の断面図である。第4図は、
本発明による二重蒸発器二段システムの他の一実施例の
系統図である。第5図は、第4図の相分離器の断面図で
ある。 (主な符号の説明) 11……第一膨張弁、13……第一蒸発器、15……第一圧縮
機、17……第二圧縮機、21……凝縮器、23……第二膨張
弁、25……第二蒸発器、27……相分離器、31……容器、
33……入口、35……第一出口、37……第二出口、51……
第一膨張弁、53……第一蒸発器、55……第一圧縮機、61
……第二圧縮機、63……凝縮器、65……第二膨張弁、67
……第二蒸発器、71……相分離器7、73……容器、75…
…第一入口、77……第二入口、83……第一出口、85……
第二出口(管路)。
Claims (3)
- 【請求項1】冷凍室と生鮮食品冷蔵室とを有する冷蔵庫
に使用される冷凍システムであって、 第一膨張弁と、上記冷凍室を冷却するための第一蒸発器
と第一圧縮機と、第二圧縮機と、凝縮器と、第二膨張弁
と、上記生鮮食品冷蔵室を冷却するための第二蒸発器
と、相分離器とをそなえ、 上記第一膨張弁から上記第二蒸発器までのすべての構成
要素が、上記の順に直列に、冷媒流関係に接続されてお
り、また上記相分離器が、上記第二蒸発器を上記第一膨
張弁に冷媒流関係に接続すると共に、上記第一圧縮機と
上記第二圧縮機との間に中間冷却を与えること、を特徴
とする冷凍システム。 - 【請求項2】冷凍室と生鮮食品冷蔵室とを有する冷蔵庫
に使用される冷凍システムであって、 第一膨張弁と、上記冷凍室を冷却するための第一蒸発器
と、第一圧縮機と、第二圧縮機と、凝縮器と、第二膨張
弁と、上記生鮮食品冷蔵室を冷却するための第二蒸発器
と、相分離装置とをそなえ、上記第一膨張弁から上記第
二蒸発器までのすべての構成要素が、上記の順に直列
に、冷媒流関係に接続されており、また上記相分離装置
は、上記第二蒸発器から液相及び気相冷媒を受けて、液
相冷媒を上記第一膨張弁に供給すると共に飽和気相冷媒
を上記第二圧縮機に供給する手段を有し、これにより上
記第一圧縮機からの気相冷媒と上記気相分離装置からの
気相冷媒とが上記第二圧縮機へ供給されること、を特徴
とする冷凍システム。 - 【請求項3】冷凍室と生鮮食品冷蔵室とを有する冷蔵庫
に使用される、冷凍システムであって、 第一膨張弁と、上記冷凍室を冷却するための第一蒸発器
と、第一圧縮機と、第二圧縮機と、凝縮器と、第二膨張
弁と、上記生鮮食品冷蔵室を冷却するための第二蒸発器
と、相分離装置とをそなえ、上記第一膨張弁と上記第一
蒸発器と上記第一圧縮機とは、この記載の順に直列に、
冷媒流関係に接続されており、また上記第二圧縮機と上
記凝縮器と上記第二膨張弁と上記第二蒸発器とは、この
記載の順に直列に、冷媒流関係に接続されており、上記
相分離装置は、上記第二蒸発器から液相及び気相の冷媒
を受けると共に加熱された気相冷媒を上記第一圧縮機か
ら受け、かつ液相の冷媒を上記第一膨張弁に供給すると
共に飽和気相温度の気相冷媒を上記第二圧縮機に供給す
る手段を有していること、を特徴とする冷凍システム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US28884888A | 1988-12-23 | 1988-12-23 | |
US288,848 | 1988-12-23 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02225953A JPH02225953A (ja) | 1990-09-07 |
JP2766356B2 true JP2766356B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=23108920
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1320753A Expired - Lifetime JP2766356B2 (ja) | 1988-12-23 | 1989-12-12 | 家庭用冷蔵庫用の二重蒸発器付き冷凍システム |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0374688B1 (ja) |
JP (1) | JP2766356B2 (ja) |
DE (1) | DE68926533T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100609169B1 (ko) * | 2004-11-02 | 2006-08-02 | 엘지전자 주식회사 | 캐스캐이드 냉동사이클 |
DE102007003989A1 (de) * | 2007-01-26 | 2008-07-31 | Grasso Gmbh Refrigeration Technology | CO2-Kälteanlage mit ölüberfluteten Schraubenverdichtern in zweistufiger Anordnung |
CN117515949A (zh) * | 2022-07-29 | 2024-02-06 | 山前(珠海)医疗科技有限公司 | 制冷设备及其制冷方法 |
CN117516026A (zh) * | 2022-07-29 | 2024-02-06 | 山前(珠海)医疗科技有限公司 | 存储设备及其制冷方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5710063A (en) * | 1980-06-20 | 1982-01-19 | Hitachi Ltd | Refrigerating plant |
JPS62233645A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-14 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル |
-
1989
- 1989-12-12 DE DE1989626533 patent/DE68926533T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-12 EP EP19890122896 patent/EP0374688B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-12-12 JP JP1320753A patent/JP2766356B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0374688B1 (en) | 1996-05-22 |
JPH02225953A (ja) | 1990-09-07 |
EP0374688A2 (en) | 1990-06-27 |
EP0374688A3 (en) | 1991-05-08 |
DE68926533T2 (de) | 1997-01-23 |
DE68926533D1 (de) | 1996-06-27 |
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