JP5445472B2 - 冷凍システム - Google Patents
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Description
本発明は、例えば環境試験装置における試験室内を、１液冷媒で低温から高温に至るまで広い範囲に亘って制御するための冷凍システムに関するものである。
従来、自動車の環境試験を屋内で行うための環境試験装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。この環境試験装置は、試験室内で各種のテストを行うことができるように、試験室である被空調室内を−５０℃〜６０℃の温度に冷却あるいは加温できる構成となっている。しかしながら、特許文献１で知られる環境試験装置では、システムが乾式直接膨張式のため、運転が不安定になる問題点がある。
また、従来の環境試験装置として、例えば図２に示すような被空調室内を空気調和する冷凍システムが知られている。同図において、該冷凍システム５０は、冷媒圧縮機５１、凝縮器５２、高圧受液器５３、膨張弁５４、低圧受液器５５及び蒸発器５６等により構成された循環冷媒回路を有している。
さらに詳述すると、前記蒸発器５６と前記低圧受液器５５を接続している冷媒配管５７ａには、該低圧受液器５５内の冷媒液を該蒸発器５６内の冷却コイル５６ａに分流器(ディストリビュータ)５８を介して供給する冷媒液ポンプ５９が設けられ、前記低圧受液器５５と前記冷媒圧縮機５１を接続している冷媒配管５７ｃには、調整弁６０が設けられ、前記高圧受液器５３と前記低圧受液器５５を接続している冷媒配管５７ｆには、逆止弁６１及び前記膨張弁５４が順に設けられている。また、前記低圧受液器５５と前記高圧受液器５３には、前記低圧受液器５５内と前記高圧受液器５３内の冷媒液の量をそれぞれ検出する液面センサー６２，６３が設けられている。
このように構成された冷凍システムでは、前記高圧受液器５３より前記冷媒配管５７ｆに排出された冷媒液は、前記膨張弁５４により減圧気化させて上部より前記低圧受液器５５内に導入される。
また、前記低圧受液器５５内の気化冷媒は、前記調整弁６０を介して前記圧縮機５１内に吸入され、かつ、圧縮される。その圧縮ガスは、冷媒配管５７ｄを通って前記凝縮器５２に送られ、該凝縮器５２内で冷却水６４と熱交換が行われて凝縮液化し、ガス状態から液状態に変化をする。また、前記凝縮器５２内で液化された冷媒液は、冷媒配管５７ｅを介して前記高圧受液器５３に上部から導入される。ここで、前記凝縮器５２内で５０℃前後に昇温された冷却水は、高温試験の場合に被空調室内に流される空気を暖めるのに使用される。
一方、前記蒸発器５６は、冷媒液ポンプ５９が駆動されると、前記低圧受液器５５から冷媒配管５７ａを介して低圧の冷媒液が送られて来て、この冷媒液が分流器５８を介して内部の冷却コイル５６ａに供給される。そして、前記低圧受液器５５から送られて来た冷媒液は、前記蒸発器５６内の冷却コイル５６ａを通過するときに蒸発され、その気化熱で前記蒸発器５６を通って被空調室内に流される空気を冷却する。また、該蒸発器５６内で液状態からガス状態に変化をして冷却に寄与した冷媒ガスは、冷媒配管５７ｂを介して前記低圧受液器５５内に上部から導入される。
したがって、この冷凍システムでは、必要に応じて上記動作を繰り返すことにより、前記蒸発器５６と前記凝縮器５２とで被空調室内を所要の温度、例えば−５０℃〜５０℃の範囲であれば冷却あるいは加温することができる。すなわち、−５０℃〜５０℃の範囲の温度制御であれば１液冷媒で行うことができる。
ところで、一般の冷凍システムにおけるＲ４０４Ａ冷媒圧縮機５１の最大吐出圧力は、通常、５０℃相当で２．２１ＭＰａである。そして、前記被空調室内の温度を６０℃とした場合での前記低圧受液器５５内の圧力は２．７８ＭＰａ、６５℃とした場合での前記低圧受液器５５内の圧力は３．１１ＭＰａである。したがって、前記被空調室内の温度が５０℃以上となる温度制御を行う場合には、前記高圧受液器５３側から前記低圧受液器５５に冷媒液を送り込めない状態となる。そこで、従来、前記被空調室内の温度を５０℃以上に調整する場合は、温水またはブラインシステムを併用して対応するようにしていた。このため、システム全体の構造が複雑となり、装置コストが嵩み、またランニングコストも嵩むという問題点があった。
また、特許文献１で知られる環境試験装置では、システムが乾式直接膨張式のため、運転が不安定になる問題点があった。
そこで、システム全体の構造を大きく変えることなく、１液媒体で低温(例えば−５０℃)から高温(例えば６５℃)に至るまで広い温度範囲に亘って制御することができるようにして装置コストの低減とランニングコストの低減を図るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、冷媒圧縮機、凝縮器、高圧受液器、膨張弁、低圧受液器、冷媒液ポンプ及び蒸発器が順次接続された循環冷媒回路を備え、冷凍若しくはヒートポンプサイクルを構成した冷凍システムにおいて、前記高圧受液器と前記低圧受液器の間に、前記高圧受液器側の圧力が前記低圧受液器内の圧力よりも低下した場合に、前記高圧受液器側の冷媒液を昇圧して前記低圧受液器側へ強制的に送り込むブースターポンプを設け、前記凝縮器または前記高圧受液器と前記低圧受液器の間に、調整弁を有し前記高圧受液器からの冷媒液を該凝縮器または該高圧受液器側に戻す冷媒リターン回路を設け、前記低圧受液器内の冷媒液の量を検出する液面センサーからの信号に基づき前記調整弁を制御することにより、前記低圧受液器内の液量に応じて、前記高圧受液器からの冷媒液を該凝縮器または該高圧受液器側に戻す冷凍システムを提供する。
この構成によれば、被空調室内の調整温度が例えば５０℃以上となって低圧受液器側の圧力が上昇し、高圧受液器側から低圧受液器側に冷媒液を送り込めないようになったら、ブースターポンプを駆動して高圧受液器側から低圧受液器側へ冷媒液を強制的に送り込むことができる。これにより、従来のシステムで使用していた、ブラインコイルを用いるブライン系統が不要になり、低圧受液器がクッションとなることで、一液媒体で従来のシステムでは行うことが出来なかった、例えば−５０℃〜６５℃以上の空気調和を、従来構造を大きく変えることなく簡単に安定して行うことができる。
さらに、前記低圧受液器内の冷媒液の量を検出する液面センサーからの信号に基づき、冷媒リターン回路の調整弁を制御することにより、低圧受液器内の冷媒液量が所定量以上となった場合に、高圧受液器からブースターポンプで送り出されて来る冷媒液を冷媒リターン回路を通して高圧受液器内へ戻し、低圧受液器内の冷媒液が所定以上の量になるのを防ぐ。
請求項１記載の発明は、低圧受液器をクッションとすることで安定した運転となり、従来のシステムで使用していた、ブラインコイルを用いるブライン系統を使用することなく、１液媒体で例えば−５０〜６５℃の範囲の被空調室内の温度調整を行うことが可能になるので、設備の簡略化が図れる。また、ブラインコイルが不要となり、送風機動力が低減する。さらに、冷媒方式とブライン方式の切替が不要になる。これにより、イニシャルコスト、ランニングコスト、メンテナンスコスト等の低減を図ることができる。
請求項２記載の発明は、低圧受液器内の冷媒液量が所定量以上となったときに、高圧受液器からブースターポンプで送り出されて来る冷媒液を、冷媒リターン回路を通して高圧受液器内に戻し、低圧受液器内の冷媒液の量が所定以上になるのを防ぐことができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、装置を安全に運転することができる。
本発明は構造を大きく変えることなく、１液媒体で低温(例えば−５０℃)から高温(例えば６５℃)に至るまで広い温度範囲に亘って制御することができるようにして装置コストの低減とランニングコストの低減を図るという目的を達成するために、冷媒圧縮機、凝縮器、高圧受液器、膨張弁、低圧受液器、冷媒液ポンプ及び蒸発器が順次接続された循環冷媒回路を備え、冷凍若しくはヒートポンプサイクルを構成した冷凍システムにおいて、前記高圧受液器と前記低圧受液器の間に、前記高圧受液器側の圧力が前記低圧受液器内の圧力よりも低下した場合に、前記高圧受液器側の冷媒液を昇圧して前記低圧受液器側へ強制的に送り込むブースターポンプを設け、前記凝縮器または前記高圧受液器と前記低圧受液器の間に、調整弁を有し前記高圧受液器からの冷媒液を該凝縮器または該高圧受液器側に戻す冷媒リターン回路を設け、前記低圧受液器内の冷媒液の量を検出する液面センサーからの信号に基づき前記調整弁を制御することにより、前記低圧受液器内の液量に応じて、前記高圧受液器からの冷媒液を該凝縮器または該高圧受液器側に戻すことにより実現した。
以下、本発明の実施形態による冷凍システムを図面を参照しながら好適な実施例について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る冷凍システムの実施例を示す構成図である。本実施例では、環境試験装置における被空調室内を空気調和する冷凍システムを一例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
同図において、該冷凍システム１０は、冷媒圧縮機１１、凝縮器１２、高圧受液器１３、膨張弁１４、低圧受液器１５、蒸発器１６及びブースターポンプ１７等により構成された循環冷媒回路を有している。
さらに詳述すると、前記蒸発器１６と前記低圧受液器１５を接続している冷媒配管１８ａには、該低圧受液器１５内の冷媒液を該蒸発器１６内の冷却コイル１６ａに分流器(ディストリビュータ)１９を介して供給する冷媒液ポンプ２０が設けられ、前記低圧受液器１５と前記冷媒圧縮機１１を接続している冷媒配管１８ｃには、調整弁２１が設けられている。
前記高圧受液器１３から冷媒液を供給する冷媒配管１８ｆは、途中で冷媒配管１８ｇと冷媒配管１８ｈに分岐され、該冷媒配管１８ｇは逆止弁２２をブースターポンプ１７の出口に接続されている。一方、冷媒配管１８ｈは、逆止弁２３を設けて前記ブースターポンプ１７の入口に接続されている。また、該ブースターポンプ１７の出口側には、途中に調整弁２４、逆止弁３１を設けて前記凝縮器１２の上部に接続されている冷媒配管１８ｉと、途中に止弁２６を設けて前記高圧受液器１３の上部に接続されている冷媒配管１８ｊと、冷媒配管１８ｇを介して前記膨張弁１４と接続されている冷媒配管１８ｋの、それぞれ各一端部が連結されている。
さらに、前記冷媒配管１８ｇには、前記膨張弁１４と前記逆止弁２２間の圧力を検出する圧力センサー２５が設けられ、前記低圧受液器１５と前記高圧受液器１３には該低圧受液器１５内と該記高圧受液器１３内の冷媒液の量をそれぞれ検出する液面センサー２７，２８が設けられている。
液面センサー２８からの信号に基づき、冷媒配管(リターン配管) １８ｉに設けた調整弁２４を制御することにより、低圧受液器１５内の冷媒液量が所定量以上となった場合に、高圧受液器１３からブースターポンプ１７で送り出されて来る冷媒液を冷媒配管１８ｉを通して高圧受液器１３内へ戻し、低圧受液器１５内の冷媒液が所定以上の量になるのを防ぐ。また、低圧受液器１５と冷媒液ポンプ２０の間に圧力センサー３０が設けられている。そして、図示しない制御部が圧力センサー２５と圧力センサー３０で検出される冷媒圧力に応じて、前記ブースターポンプ１７の駆動と停止の制御を行うようにしている。
液面センサー２８からの信号に基づき、冷媒配管(リターン配管) １８ｉに設けた調整弁２４を制御することにより、低圧受液器１５内の冷媒液量が所定量以上となった場合に、高圧受液器１３からブースターポンプ１７で送り出されて来る冷媒液を冷媒配管１８ｉを通して高圧受液器１３内へ戻し、低圧受液器１５内の冷媒液が所定以上の量になるのを防ぐ。また、低圧受液器１５と冷媒液ポンプ２０の間に圧力センサー３０が設けられている。そして、図示しない制御部が圧力センサー２５と圧力センサー３０で検出される冷媒圧力に応じて、前記ブースターポンプ１７の駆動と停止の制御を行うようにしている。
このように構成された冷凍システムの動作を次に説明する。この冷凍システムでは、冷媒配管１８ｇ及び低圧受液器１５内の圧力を圧力センサー２５と３０が常に検出している。そして、該冷媒配管１８ｇ内の圧力が前記低圧受液器１５内の圧力より大きい場合は、ブースターポンプ１７を停止状態に保持する。この場合、前記高圧受液器１３から前記冷媒配管１８ｆに排出された冷媒液は、前記逆止弁２２を通って前記膨張弁１４に送られ、該膨張弁１４で減圧気化させて前記低圧受液器１５内に導入される。
また、前記低圧受液器１５内の気化冷媒は、前記調整弁２１を介して前記圧縮機１１内に吸入され、かつ、圧縮される。そして、その圧縮ガスは、冷媒配管１８ｄを通って前記凝縮器１２に送られ、該凝縮器１２内で冷却水２９と熱交換が行われて凝縮液化し、ガス状態から液状態に変化をする。また、前記凝縮器１２内で液化された冷媒液は、冷媒配管１８ｅを介して前記高圧受液器１３に導入される。
一方、前記蒸発器１６は、冷媒液ポンプ２０が駆動されると、前記低圧受液器１５から冷媒配管１８ａを介して低圧の冷媒液が送られて来て、この冷媒液が分流器１９を介して内部の冷却コイル１６ａに供給される。そして、前記低圧受液器１５から送られて来た冷媒液は、前記蒸発器１６内の冷却コイル１６ａを通過するときに蒸発され、その気化熱で前記蒸発器１６を通って被空調室内に流される空気を冷却する。また、該蒸発器１６内で液状態からガス状態に変化をして冷却に寄与した冷媒ガスは、冷媒配管１８ｂを介して前記低圧受液器１５内に上部から導入される。
ところで、この冷凍システムでは、低圧受液器１５において５０℃以上に昇温させようとした場合、前記高圧受液器１３側の圧力が前記低圧受液器１５内の圧力よりも低下する場合があり、この場合では該高圧受液器１３側から該低圧受液器１５側に冷却液媒体が送り込めなくなることがある。そこで、この冷凍システムでは、圧力センサー３０で検出された圧力が例えば圧力２．２１ＭＰａよりも上昇した場合、前記ブースターポンプ１７を駆動して、前記ブースターポンプ１７から吐出される冷媒液の圧力を、圧力２．２１ＭＰａよりも高い例えば６５℃に相当する圧力３．２ＭＰａまで高め、該高圧受液器１３側から該低圧受液器１５側に冷却液媒体を強制的に送り込むようにする。
したがって、この冷凍システムでは、必要に応じて上記動作を繰り返すことにより、前記蒸発器１６で被空調室内を所要の温度(例えば−５０℃〜６５℃)に冷却あるいは加温することができる。これにより、従来のシステムで使用していた、ブラインコイルを用いるブライン系統等を必要とすることなく、従来システムでは行うことが出来なかった−５０℃〜６５℃の範囲の温度制御を１液冷媒で安定して行うことが可能になる。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
以上説明したように、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に限ることなく、広く一般の冷凍システムにも応用できる。
１０ 冷凍システム
１１ 冷媒圧縮機
１２ 凝縮器
１３ 高圧受液器
１４ 膨張弁
１５ 低圧受液器
１６ 蒸発器
１６ａ 冷却コイル
１７ ブースターポンプ
１８ｉ 冷媒配管(リターン配管)
１９ 分流器(ディストリビュータ)
２０ 冷媒液ポンプ
２２ 逆止弁
２３ 逆止弁
２４ 調整弁
２５ 圧力計
２６ 止弁
２９ 冷却水
３０ 圧力センサー
３１ 逆止弁
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Claims (1)
- 冷媒圧縮機、凝縮器、高圧受液器、膨張弁、低圧受液器、冷媒液ポンプ及び蒸発器が順次接続された循環冷媒回路を備え、冷凍若しくはヒートポンプサイクルを構成した冷凍システムにおいて、
前記高圧受液器と前記低圧受液器の間に、前記高圧受液器側の圧力が前記低圧受液器内の圧力よりも低下した場合に、前記高圧受液器側の冷媒液を昇圧して前記低圧受液器側へ強制的に送り込むブースターポンプを設け、
前記凝縮器または前記高圧受液器と前記低圧受液器の間に、調整弁を有し前記高圧受液器からの冷媒液を該凝縮器または該高圧受液器側に戻す冷媒リターン回路を設け、
前記低圧受液器内の冷媒液の量を検出する液面センサーからの信号に基づき前記調整弁を制御することにより、前記低圧受液器内の液量に応じて、前記高圧受液器からの冷媒液を該凝縮器または該高圧受液器側に戻すことを特徴とする冷凍システム。
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|---|---|---|---|
| JP2011005301A JP5445472B2 (ja) | 2011-01-13 | 2011-01-13 | 冷凍システム |
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|---|---|---|---|
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