JP5485602B2

JP5485602B2 - 冷凍システム

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Publication number: JP5485602B2
Application number: JP2009164058A
Authority: JP
Inventors: 隆鈴木; 隆篠崎; 直樹杉山
Original assignee: E·T·L CORPORATION
Current assignee: E·T·L CORPORATION
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-07-10
Also published as: JP2011017513A

Description

本発明は、凝縮用熱変換装置を用いた冷凍システムに関する。

従来、圧縮機から吐出する高温・高圧冷媒ガスを等圧変化により冷却する等圧冷却部と、等圧冷却部で一部液化した残りのガス冷媒を冷媒の加速現象によって減圧、及びエンタルピ減少を伴って液化する減圧液化部と、減圧液化部を経た冷媒を冷媒の加速現象によって減圧、及びエンタルピ減少を伴って冷却する減圧冷却部と、を含んで構成された、凝縮用熱変換装置を用いた冷凍システムが知られている（特許文献１参照。）。
この種の冷凍システムは、凝縮用熱変換装置の最終過程で、冷媒がＰｈ線図で飽和液線に沿った状態で減圧して蒸発器に送られるため、従来のものに比して、仕事量が増して、冷却効率が格段に向上するという利点が得られる。

ＰＣＴ／ＪＰ２００６／３１８９４７

しかしながら、特許文献１には、凝縮用熱変換装置を構成する等圧冷却部、減圧液化部、及び減圧冷却部の配置構成に関する開示がなく、間違った配置構成が行われた場合、大きな冷却効率を期待できなくなる欠点がある。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、大きな冷却効率が期待できる配置構成を提供することにある。

本発明は、圧縮機、凝縮用熱変換装置、蒸発器を備え、前記凝縮用熱変換装置が、前記圧縮機から吐出する高温・高圧冷媒ガスを等圧変化により冷却する等圧冷却部と、前記等圧冷却部で一部液化した残りのガス冷媒を冷媒の加速現象によって減圧、及びエンタルピ減少を伴って液化する減圧液化部と、前記減圧液化部を経た冷媒を冷媒の加速現象によって減圧、及びエンタルピ減少を伴って冷却する減圧冷却部と、を含んで構成され、前記減圧冷却部が、前記蒸発器の入口近くに接続された、ことを特徴とする。
この発明では、凝縮用熱変換装置の減圧冷却部が、比較的低温部の蒸発器の入口近くに接続されているため、冷却効率が向上する。

前記減圧冷却部が、前記蒸発器の入口から１ｍ以内に接続されていてもよい。
前記冷凍システムが車載の冷凍システムであって、前記蒸発器及び前記減圧冷却部が、車両のキャビン内に配置されていてもよい。
前記冷凍システムが室内を空調する冷凍システムであって、前記蒸発器及び前記減圧冷却部が、室内ユニットに配置されていてもよい。
前記冷凍システムが冷蔵庫、冷凍庫、或いはショーケースの庫内を冷却する冷凍システムであって、前記蒸発器及び前記減圧冷却部が、前記庫内に配置されていてもよい。
これらの発明では、減圧冷却部が、例えば外気温やエンジンの放熱などの熱的影響を受けにくい部位に配置されるため、減圧冷却部では、圧縮機の吸引作用等により、冷媒の加速現象が起きて、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化冷媒が冷却され、従って、減圧冷却部出口では、減圧され、冷却されて低温の液体となり、減圧冷却部の冷媒は、例えば、飽和液線Ｌにほぼ沿った状態で変化し、大きな仕事量が得られる。
また、前記減圧液化部が、前記等圧冷却部に送風する送風機の投影面内に配置されていてもよい。これにより、冷却能力がさらに向上する。

本発明は、凝縮用熱変換装置の減圧冷却部が、比較的低温部の蒸発器の入口近くに接続されているため、冷却の効率が向上する。
また、減圧冷却部が、例えば外気温やエンジンの放熱などの熱的影響を受けにくい部位に配置されるため、減圧冷却部では、圧縮機の吸引作用等により、冷媒の加速現象が起きて、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化冷媒が冷却され、従って、その出口では減圧され、冷却されて低温の液体となり、減圧冷却部の冷媒は、例えば、飽和液線Ｌにほぼ沿った状態で変化し、大きな仕事量が得られる。

本発明の一実施の形態を示す構成図である。冷凍システムを車両に搭載した状態を示す図である。本発明の一実施の形態による冷凍システムのＰ−ｈ線図である。ａ〜ｅは凝縮用熱変換装置を構成する主要構成要素の平面図である。冷凍システムを空気調和機に搭載した状態を示す図である。冷凍システムを冷蔵庫に搭載した状態を示す図である。冷凍システムをショーケースに搭載した状態を示す図である。螺旋状管の配置構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態の好ましい例について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る凝縮用熱変換装置３０を用いた冷凍システムの冷凍サイクルの構成図である。ここで、「熱交換装置」と「熱変換装置」の用語は、区別して使用する。冷凍システムは圧縮機１とミニ熱交換装置（等圧冷却部）３と螺旋状管（減圧液化部）６と螺旋状細管（減圧冷却部）８と蒸発器１１とを要素機器として備え、それらの機器を冷媒配管２、４Ａ，４Ｂ、１０、サクション管１２、大短管（膨張部）５、分岐管（膨張部）７、集合管（膨張部）９によって接続し、冷媒を矢印２１の方向に循環させる事によって冷凍機能が具現されている。なお、ミニ熱交換装置３、或いは後述するミニファン（送風機）３−１の「ミニ」は「小型」の意味であり、従来に比べて凝縮器が小さくできる本発明の特徴を明確にするために用いている。この冷凍システムでは、従来の冷凍システムにおける膨張弁が不要である。従来の凝縮器、及び膨張弁に相当する部分が、凝縮用熱変換装置３０としてミニ熱交換装置３、冷媒配管４Ａ，４Ｂ、大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、及び集合管９で構成される。

圧縮機１、蒸発器１１は、現行の冷凍システムに使用される物と構造・機能が基本的に変わらないので、ここでは詳細な説明を省略し、本実施の形態の特徴である凝縮用熱変換装置３０について詳細に説明する。

この冷凍システムは、図２に示すように、車両２３に搭載されて、車室内を空調する装置であり、車両のエンジンルーム２３Ａ内に、圧縮機１と、凝縮用熱変換装置３０の一部、即ち、ミニ熱交換装置（等圧冷却部）３、螺旋状管（減圧液化部）６が配置され、外気温やエンジンの放熱などの熱的影響を受けにくい、車両のキャビン２３Ｂ内に、凝縮用熱変換装置３０の残りの一部、即ち、分岐管（膨張部）７、螺旋状細管（減圧冷却部）８、集合管（膨張部）９と、蒸発器１１とが配置されている。
ここで、キャビン２３Ｂ内とは、例えばエンジンルーム２３Ａを仕切る仕切り板２３Ｃよりキャビン側に位置するすべての空間を含むものとする。
この実施の形態では、少なくとも螺旋状細管（減圧冷却部）８が、短い冷媒配管１０を介して、蒸発器１１の入口１１Ａの近くに接続されている。ここで、冷媒配管１０の長さは、長くても概ね１ｍ以内が望ましく、さらに望ましくは冷媒配管１０の長さが３０ｃｍ以内、或いは入口１１Ａの直近に接続すればなお好ましい。

図３は、本実施の形態に係る凝縮用熱変換装置３０を用いた冷凍システムの冷凍サイクルのＰ−ｈ線図である。破線は、従来の一般サイクルを示し、実線は、本実施の形態のサイクルを示している。従来の一般サイクルでは、圧縮機による断熱圧縮（点ａ〜点ｂ）、凝縮器による等圧変化の放熱による凝縮（点ｂ〜点ｃ）、膨張弁の絞り現象による等エンタルピ変化（点ｃ〜点ｄ）、蒸発器による等圧、等温膨張の吸熱による蒸発（点ｄ〜点ａ）によりサイクルが完了している。

本実施の形態では、圧縮機１から高温（４０℃以上）・高圧（０．６ＭＰａ以上）ガス状の冷媒が吐出され（点ｈ〜点ｉ）、凝縮用熱変換装置３０を構成するミニ熱交換装置３で冷媒の一部（５〜５０重量％）が液化する（点ｉ〜点ｊ）。
図１ではミニ熱交換装置３は冷媒の通るパイプに放熱ファンを設けた通常の空冷タイプを示したが、ミニ熱交換装置３はこのタイプに限らず、水冷タイプその他でもよいことは言うまでもない。従来の冷凍システムの凝縮器では圧縮機から吐出される高温・高圧ガスをほぼ全部液化するが、それに比べて本発明の凝縮用熱変換装置３０のミニ熱交換装置３は高温・高圧ガスの一部を液化するので、非常に小型にすることが可能である。同じタイプの熱交換装置（凝縮器）を有する同じ冷却能力の冷凍システムで比較して、本実施の形態のミニ熱交換装置は従来の凝縮器の１／１０程度にすることが可能である。
なお、ミニ熱交換装置３にはミニファン３−１が備えられており、後述するように、所定の運転状態になった場合に稼働して、熱交換能力を高めることができる。

ミニ熱交換装置３で一部液化された冷媒は、冷媒配管４Ａ、大短管５を経て螺旋状管６に入る。冷媒流路の断面積で見ると、ミニ熱交換装置３を基準にして、一旦、大短管５で大きくなり、螺旋状管６では、ミニ熱交換装置３の断面積よりも小さくなる。

図４は大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、及び、集合管９の形状を示す平面図である。大短管５の寸法は図４（ａ）に示すように中央の太い部分の長さＬ１が１０〜５０ｍｍ、内径Ｄ１が８〜２０ｍｍの円筒状である。その両端は冷媒配管４Ａと螺旋状管６に接続されるので、その形状はそれぞれ冷媒配管４Ａと螺旋状管６を挿入して、接続できる寸法の円筒状になっている。中央の太い部分の内径Ｄ１は冷媒配管４Ａと螺旋状管６のいずれの内径よりも大きく設定されるのが好ましい。
螺旋状管６は図４（ｂ）に示すように細管を螺旋伏に巻いた形態である。その内径や巻き数は、冷凍システムの冷凍能力等、様々な仕様から決定されるが、内径で２〜１５０ｍｍまで許容し、望ましくは内径２〜５０ｍｍ、実質的に最も望ましくは内径３〜８ｍｍである。例えば、フロン冷媒Ｒ１３４ａを用いた２０００ｃａｌ／ｈ程度の冷凍機の揚合、細管の内径５ｍｍ、巻き数は２３巻き、螺旋の径３０ｍｍで、細管の長さは２．３ｍである。なお、冷媒配管２、４の内径は７．７ｍｍ、冷媒配管１０およびサクション管１２の内径は１０．７ｍｍである。

一部液化した冷媒が螺旋状管６に入ると、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒が加速されて（冷媒の加速現象という）、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化量を増してほぼ液化し、螺旋状管６の出口では中圧(０．４〜０．６ＭＰａ)液冷媒となる（図３の点ｊ〜点ｋ）。螺旋状管６内での温度低下の主因は、螺旋状管６内において熱エネルギである冷媒のエンタルピが速度エネルギへ変換し、冷媒のエンタルピが減少し、静温度低下の現象の生起に至ったものと判断される。すなわち螺旋状管６はエンタルピを速度エネルギに変換するエネルギ変換デバイスを構成する。
上記螺旋状管６内の冷媒の流速は、本冷凍システムの設計において、ミニ熱交換装置３内の流速の２倍以上の設定が望ましい。

本構成では、上記減圧液化部を、螺旋状に巻いた螺旋状管６としたが、図３に示すように、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、ガス冷媒をほぼ液化できる構成であれば、螺旋状管に限定されず、蛇行管や直管等でもよい。この場合には、蛇行管や直管の入口、或いは管の途中の複数箇所等に適宜の絞り手段を介装することが望ましい。いずれも減圧液化部では、放熱以外の手段によって、すなわちエンタルピの速度エネルギへの変換により、ガス冷媒がほぼ液化される。

螺旋状管６で中圧液冷媒となった冷媒は、冷媒配管４Ｂ、分岐管７を経て螺旋状細管８に入る。分岐管７は、図４（ｃ）に示すように、１本の冷媒配管４Ｂから出る冷媒を２本の螺旋状細管８に分岐させる。分岐管７の主要部（太い部分）の長さＬ２は１０〜５０ｍｍ、内径Ｄ２は１０〜２０ｍｍのほぼ円筒状である。冷媒配管４Ｂ、螺旋状細管８に接続される両端はそれぞれ冷媒配管４Ｂ、螺旋状細管８を挿入して、接続できる寸法の円筒状になっている。本実施の形態では、螺旋状細管８は２本の細管から形成されているので、分岐管７の螺旋状細管８接続側は２本の接続孔を有しているが、接続孔の数は螺旋状細管８を構成する細管の本数と一致させる。
例えば、内径Ｄ２は冷媒配管４Ｂ（又は螺旋状管６）と螺旋状細管８のいずれの内径よりも大きく設定されるのが好ましい。

螺旋状細管８は、図４（ｄ）に示すように、螺旋状管６と同様に細管を螺旋状に巻いた形態である。螺旋状細管８の内径は螺旋状管６の内径よりも細く設定される。例えば、螺旋状管６の内径が、３〜８ｍｍに設定された場合、螺旋状細管８の内径は、１．２〜３ｍｍが望ましい。本実施の形態では、螺旋状に巻いたものを２本並列に接続しているが、３本以上を並列に接続してもよいし、１本でも可能である。また、巻き方向が異なる螺旋状細管の２本の直列に接続したもの、あるいは、それを更に並列に接続した形態でもよい。螺旋状細管８の冷媒の通る部分の断面積（複数本が並列に接続されている揚合は、複数本の断面積の合計）が螺施状管６の断面積より小さいことが好ましい。断面積を小さくすることによって、後述のように、冷媒は螺旋状細管８中をスピン回転し加速され、圧力が下がるため、冷却効果が高くなる。
例えば、２０００ｃａｌ／ｈ程度の冷凍機の場合、細管の内径２．５ｍｍ、巻き数は１９巻き、螺旋の径は１５ｍｍで、細管の長さは０．７２ｍのものを２本で並列に接続して構成される。

ほぼ液化した冷媒が螺旋状細管８に入ると、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒が加速されて（冷媒の加速現象という）、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化冷媒が冷却される。螺旋状細管８出口では、減圧され、冷却されて低温の液体となり、圧力も下がり低圧（０．４ＭＰａ以下）液となる（図３の点ｋ〜点ｌ）。
螺旋状細管８内の冷媒は、図３に示すように、飽和液線Ｌに沿った状態で変化する。
この螺旋状細管８内での温度低下の主因も、螺旋状管６内での温度低下と同様に、熱エネルギである冷媒のエンタルピが速度エネルギへ変換し、エンタルピが減少し、静温度低下の現象の生起に至ったものと判断される。
すなわち、螺旋状細管８も、螺旋状管６同様に、冷媒のエンタルピを速度エネルギに変換するエネルギ変換デバイスを構成している。
上記螺旋状細管８内の冷媒の流速は、本冷凍システムの設計において、ミニ熱交換装置３内の流速の２倍以上で、螺旋状管６内の流速以上であることが望ましい。

本構成では、螺旋状細管８としたが、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液冷媒を冷却できる構成であれば、螺旋状に限定されず、蛇行管や直管等でもよい。この場合、蛇行管や直管の入口、或いは管の途中の複数箇所等に適宜の絞り手段を介装することが望ましい。いずれも本構成では、放熱以外の手段によって、すなわちエンタルピの速度エネルギへの変換により、液冷媒が冷却される。

螺旋状細管８により低温液体となった冷媒は集合管９、冷媒配管１０を通り蒸発器１１に送られる。集合管９は、図４（ｅ）に示すように、２本の螺旋状細管８から出る冷媒を１本の冷媒配管１０に集積する。集合管９の主要部（太い部分）の長さＬ３は１０〜５０ｍｍ、内径Ｄ３が８〜２０ｍｍのほぼ円筒形である。螺旋状細管８、冷媒配管１０に接続される両端はそれぞれ螺旋状細管８、冷媒配管１０を挿入して、接続できる寸法の円筒状になっている。本実施の形態では、螺旋状細管８は２本の細管から形成されているので、集合管９の螺旋状細管８接続側は２本の接続孔を有しているが、接続孔の数は螺旋状細管８を構成する細管の本数と一致させる。
例えば、内径Ｄ３は螺旋状細管８と冷媒配管１０のいずれの内径よりも大きく設定されるのが好ましい。大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、及び、集合管９の材質は高熱伝導率の金属、例えば銅である。
冷媒は先にフロン１３４ａ（ＣＨ_２ＦＣＦ_３）を用いる例を示したが、用いる冷媒に制限はなく、引火に対する安全対策を行えばイソブタン（ＣＨ（ＣＨ_３）_３）等のノンフロン冷媒を用いることもできる。
蒸発器１１では、等圧、等温膨張の吸熱により、冷媒が蒸発し（図３の点ｌ〜点ｈ）、これにより図３のサイクルが完了する。

本発明者らは、車載用の冷凍システムにおいて、螺旋状細管８の配置構成が、間違って行われると、本来の冷却効率を期待できないという知見を得た。
第一に、この冷凍システムでは、螺旋状細管（減圧冷却部）８が、蒸発器１１の入口１１Ａの近くに接続されると高効率であった。螺旋状細管８を配置する位置は、低温部であることが望ましく、蒸発器１１の近傍は比較的低温部である。
第二に、この冷凍システムが、図２に示すように、車両２３に搭載された場合には、車両のエンジンルーム２３Ａ内は、外気温やエンジンの放熱などの熱的影響を受けて、極めて高温になる。仮に、高温のエンジンルーム２３Ａ内に、螺旋状細管８が配置された場合には、エンタルピの速度エネルギへの変換により、液冷媒が冷却されるべきところ、逆に、エンジンルーム２３Ａ内の熱的影響を受けて、螺旋状細管８内におけるエンタルピ減少が少なくなり、図３に一点鎖線（点ｋ〜点ｌ１）で示すように、飽和液線Ｌよりも内側に傾いた状態で変化し、図３の例えば点ｌ１で終端する。こうなると、仕事量がＱ１からＱ２に減少し、本来の冷却効率を期待できない。

この実施の形態では、外気温やエンジン放熱などの熱的影響を受けにくい、キャビン２３Ｂ内に、少なくとも螺旋状細管（減圧冷却部）８が配置されるため、螺旋状細管８内では、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒の加速現象が起きて、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化冷媒が冷却され、従って、螺旋状細管８出口では、減圧され、冷却されて低温の液体となり、螺旋状細管８内の冷媒は、飽和液線Ｌにほぼ沿った状態で変化し、大きな仕事量Ｑ１が得られる。なお、飽和液線Ｌにほぼ沿った状態とは、図示のように、飽和液線Ｌに対し、完全に沿った状態や、内側又は外側に若干ずれた状態を含むことは言うまでもない。

本サイクル中の凝縮用熱変換装置３０では、等圧冷却部（ミニ熱交換装置３）で、冷媒の一部（５〜５０重量％）を液化し（点ｉ〜点ｊ）、減圧液化部（螺旋状管６）で、冷媒が加速されて、減圧、及び冷媒エンタルピ減少を伴って、一部液化した残りのガス冷媒がほぼ液化し（点ｊ〜点ｋ）、減圧冷却部（螺旋状細管８）で、冷媒が加速されて、減圧、及び冷媒エンタルピ減少を伴って、ほぼ液化した冷媒が過冷却（点ｋ〜点ｌ）するため、冷凍サイクルのＣＯＰが向上する。また、凝縮用熱変換装置３０で冷媒を減圧するため、従来のように、細管（一般的には、内径０．８ｍｍ程度のキャピラリチューブ）や、膨張弁等の減圧機構が不要になり、冷凍サイクルを簡素化できる。さらに、減圧液化部（螺旋状管６）、及び減圧冷却部（螺旋状細管８）では、熱エネルギである冷媒エンタルピを速度エネルギへ変換し、冷媒エンタルピを減少し、静温度低下の現象の生起に至らせるため、放熱による場合に比べ、熱交換装置の小型化が図られる。
本構成では、凝縮用熱変換装置３０を、等圧冷却部（ミニ熱交換装置３）、減圧液化部（螺旋状管６）、及び減圧冷却部（螺旋状細管８）で構成したが、減圧液化部（螺旋状管６）は、複数の螺旋状の管を直列接続して構成してもよく、この場合、図３の点ｊ〜点ｋでは、複数屈曲点を持つサイクル線となる。減圧冷却部（螺旋状細管８）も、複数の螺旋状の管を直列接続して構成してもよく、この場合、図３の点ｋ〜点ｌでは、複数屈曲点を持つサイクル線となる。

上記集合管９、分岐管７、及び大短管５は、それぞれ冷媒配管よりも内径が大きく形成される。冷媒は、圧縮機１により吸引され、これら管を通過するたびに、脈動現象に似た作用を受ける。各管は、上流の冷媒を下流に引き込み、これにより、冷媒が加速されると云える。分岐管７により、螺旋状管６の冷媒が下流に引き込まれ、集合管９により、螺旋状細管８の冷媒が下流に引き込まれ、引き込み作用を受けて、冷媒にスピン回転が与えられる。螺旋状細管８は、本実施形態では分岐管７からの螺旋状細管８の内部を流れる冷媒液を加速させ、減圧機能を行わせることが出来る。冷媒は螺旋状細管８の出口からは、低温低圧冷媒液となり、蒸発器１１で熱を奪い、低圧気液混合冷媒（或いは完全に気化してもよい）となり、サクション管１２を経て低圧気液冷媒として圧縮機１に戻り、圧縮機１のステータの熱を奪うことが出来る。

本冷凍サイクルは細管を用いて冷媒を高速で循環させるため、冷媒量が同一規模の従来技術による装置より少なくてよいので、従来のレシーバタンクが不要である。
一般に冷媒として用いられている代替フロンは、オゾン層の破壊はないものの、地球温暖化の原因となる物質であり、その使用量を低減できることは地球環境の保全に有効である。また、圧縮機の動力も低減でき省エネの観点からも好ましい。
また、螺旋状管６、螺旋状細管８が圧力を制限するので、膨張弁も不要となる。

これまでに説明したように、本実施の形態の冷凍サイクルでは、螺旋状管６、及び、螺旋状細管８をどのように減圧して、高温・高圧冷媒ガスを効率よく低温冷媒液にするかが設計上重要である。
従って、本発明において重要な構成要素部材である大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、集合管９、及び、冷媒配管２、４Ａ，４Ｂ、１０、１２は、用いられる金属の材質、管の長さ及び径、ピッチ及び巻き方向の各条件は、想定される運転条件で数々の試験を重ね、冷媒サイクルの各部の冷媒の温度、圧力等を測定して設定する。

具体的な冷凍サイクルの各部の冷媒の温度、圧力の例を以下に示す。図１の（Ａ）から（Ｋ）の各温度、圧力は以下の通りである。冷媒はフロンＲ１３４ａを用いた。
（Ａ）中温・高圧冷媒ガス、０．７ＭＰａ、４０℃、（Ｂ）高圧気液冷媒（９０％ガス・１０％液）、０．７ＭＰａ、３８℃、（Ｃ）（Ｄ）高圧気液冷媒、０．７ＭＰａ、３８℃、（Ｅ）中圧冷媒液、０．５ＭＰａ、２２℃、（Ｆ）中圧冷媒液、０．５ＭＰａ、２１℃、（Ｇ）低圧冷媒液、０．３ＭＰａ、８℃、（Ｈ）低圧冷媒液、０．０７ＭＰａ、−２５℃、（Ｉ）低圧冷媒液、０．０７ＭＰａ、−２５℃、（Ｊ）低圧気液冷媒、０．０７ＭＰａ、−２５℃、（Ｋ）低圧気液冷媒、０．０７ＭＰａ、−１５℃となる。
この場合、図１の各部の寸法は以下の通りである。
冷媒配管２、４の内径は７．７ｍｍ（断面積は４６．５ｍｍ^２）、大短管５の太い部分は長さ３０ｍｍ、内径１０．７ｍｍ（断面積は８９．９ｍｍ^２）、螺旋状管６は内径５ｍｍ（断面積は１９．６ｍｍ^２）、長さ２．３ｍの細管を３０ｍｍ径の螺旋状に２３巻きしたものであり、分岐管７の太い部分の長さは３０ｍｍ、内径は１３．８ｍｍ（断面積は１４９．５ｍｍ^２）であり、螺旋状細管８を構成する２本の細管の内径は２．５ｍｍ（１本の細管の断面積は４．９ｍｍ^２で、２本合計では９．８ｍｍ^２）、長さ７１ｃｍの細管を１５ｍｍ径の螺旋状に１９巻きしたものであり、集合管９の太い部分の長さは３０ｍｍ、内径は１３．８ｍｍ（断面積は１４９．５ｍｍ^２）、冷媒配管１０、及び、サクション管１２の内径は１０．７ｍｍ（断面積は８９．９ｍｍ^２）である。
等圧冷却部（冷媒配管２、４）の断面積を基準とした場合、減圧液化部（螺旋状管６）、減圧冷却部（螺旋状細管８）の順に各断面積は徐々に小さくして、減圧液化部（螺旋状管６）の断面積は４０〜５０％、減圧冷却部（螺旋状細管８）の断面積は２０〜３０％に設定することが望ましい。
大短管５、螺旋状管６、分岐管７、螺旋状細管８、及び、集合管９の材質は銅である。

また、本実施の形態の冷凍サイクルでは、螺旋状管６、及び、螺旋状細管８は圧縮機１の吸引により減圧される。
従って、冷凍システムに過負荷がかかると、圧縮機１に過負荷がかかる。圧縮機１に備えられた温度センサ、あるいは圧縮機１から吐出された冷媒ガスの温度を計る温度センサが所定の温度を超えた場合には、過負荷であると制御部（図示せず）で判断し、ミニファン３−１が稼働し、ミニ熱交換装置３の冷媒液化能力を増強する。

図５は、上述した構成による凝縮用熱変換装置３０を、室内３２の空調用の冷凍システムに適用した実施の形態を示す。なお、図５では説明の便宜上、本冷凍システムにおける主要構成要素のみを図示し、他の要素の図示を省略している。
３１は壁掛け型の室内ユニット、３３は室外ユニットを示し、室外ユニット３３に、圧縮機１と、凝縮用熱変換装置３０の一部、即ち、ミニ熱交換装置（等圧冷却部）３、螺旋状管（減圧液化部）６が配置される。また、外気温などの熱的影響を受けにくい、室内ユニット３１には、凝縮用熱変換装置３０の残りの一部、即ち、分岐管（膨張部）７、螺旋状細管（減圧冷却部）８、集合管（膨張部）９と、蒸発器１１とが配置される。
この実施の形態では、少なくとも螺旋状細管（減圧冷却部）８が、冷媒配管１０を介して、比較的低温部の蒸発器１１の入口１１Ａ近くに接続される。ここで、冷媒配管１０の長さは、長くても概ね１ｍ以内が望ましく、さらに望ましくは３０ｃｍ以内、或いは入口１１Ａの直近に接続すればなお好ましい。

この構成では、上記の実施の形態と同様に、螺旋状細管８内では、外気温などの熱的外乱の影響を受けず、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒の加速現象が起き、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化冷媒が冷却され、従って、螺旋状細管８出口では、減圧され、冷却されて低温の液体となり、螺旋状細管８内の冷媒は、図３の飽和液線Ｌに沿った状態で変化し、大きな仕事量Ｑ１が得られる。
室内空調用の冷凍システムでは、図示は省略したが、例えば、一台の室外ユニット３３に対し、複数台の室内ユニット３１が、いわゆるマルチ接続される場合がある。この場合であっても、一台の室外ユニット３３に対し、圧縮機１と、凝縮用熱変換装置３０の一部、即ち、ミニ熱交換装置（等圧冷却部）３、螺旋状管（減圧液化部）６が配置され、各室内ユニット３１の側に、凝縮用熱変換装置３０の残りの一部、即ち、分岐管（膨張部）７、螺旋状細管（減圧冷却部）８、集合管（膨張部）９と、蒸発器１１とが配置される。このとき、螺旋状細管（減圧冷却部）８は、冷媒配管１０を介して、低温部の各蒸発器１１の入口１１Ａ近くに接続される。

図６は、凝縮用熱変換装置３０を、冷蔵庫（又は冷凍庫、或いはショーケースなど）の庫内を冷却する冷凍システムに適用した実施の形態を示す。
なお、図６では説明の便宜上、本冷凍システムにおける主要構成要素のみを図示し、他の要素の図示を省略している。
４１は冷蔵庫、４３はコンデンシングユニットを示し、コンデンシングユニット４３に、圧縮機１と、凝縮用熱変換装置３０の一部、即ち、ミニ熱交換装置（等圧冷却部）３、螺旋状管（減圧液化部）６が配置される。
また、冷蔵庫４１の庫内４１Ａには、凝縮用熱変換装置３０の残りの一部、即ち、分岐管（膨張部）７、螺旋状細管（減圧冷却部）８、集合管（膨張部）９と、蒸発器１１とが配置される。ここで、冷蔵庫４１の庫内４１Ａとは、食品貯蔵部に限らず、冷却室４１Ｂも含んでおり、コンデンシングユニット４３以外の比較低温となるすべての空間を指し示す。４４は仕切り板、４５は食品載置棚、４６は前扉である。
この実施の形態では、少なくとも螺旋状細管（減圧冷却部）８が、冷媒配管１０を介して、低温部の蒸発器１１の入口１１Ａ近くに接続される。ここで、冷媒配管１０の長さは、長くても概ね１ｍ以内が望ましく、さらに望ましくは３０ｃｍ以内、或いは入口１１Ａの直近に接続すればなお好ましい。
この構成でも、図５の場合とほぼ同様の効果が得られる。

ショーケースの冷凍システムでは、図７に示すように、一台のコンデンシングユニット５３に対し、例えば、複数台のオープンショーケース５１が、いわゆるマルチ接続される場合がある。この場合には、一台のコンデンシングユニット５３に対し、圧縮機１と、凝縮用熱変換装置３０の一部、即ち、ミニ熱交換装置（等圧冷却部）３、螺旋状管（減圧液化部）６が配置され、各ショーケース５１の側に、凝縮用熱変換装置３０の残りの一部、即ち、分岐管（膨張部）７、螺旋状細管（減圧冷却部）８、集合管（膨張部）９と、蒸発器１１とが配置される。このとき、螺旋状細管（減圧冷却部）８は、冷媒配管１０を介して、低温部の各蒸発器１１の入口１１Ａ近くに接続される。
なお、図７では説明の便宜上、本冷凍システムにおける主要構成要素のみを図示し、他の要素の図示を省略している。
この構成でも、図５の場合とほぼ同様の効果が得られる。

本発明者らは、以上の知見の他に、螺旋状管（減圧液化部）６を冷却することで、さらに冷却能力が向上することの知見を得た。
この場合の形態としては、図２に示すように、車両２３に搭載する場合、この螺旋状管６を、ラジエータとしてのミニ熱交換装置（等圧冷却部）３の近傍に配置すればよい。図８に示すように、ミニ熱交換装置３のミニファン３−１の投影面内であって、例えばミニ熱交換装置３よりも風上に、螺旋状管６を配置すれば、ミニファン３−１からの送風により、螺旋状管６が効率よく冷却され、さらに冷却能力が向上する。ここで、ミニファン３−１の投影面内とは、図８に示すように、送風面の投影面内を指し、この投影面内の一部に螺旋状管６が位置すれば、螺旋状管６を図示のように横配列しても、或いは縦配列（不図示）してもよく、さらには斜め配列してもよい。図５の場合には、室外ユニット３３内において、また、図６の場合には、コンデンシングユニット４３内において、さらに、図７の場合には、一台のコンデンシングユニット５３内において、それぞれミニ熱交換装置３のミニファン３−１の投影面内であって、例えばミニ熱交換装置３よりも風上に、螺旋状管６を配置すれば、ミニファン３−１からの送風により、螺旋状管６が効率よく冷却され、冷却能力が向上する。

１圧縮機
３ミニ熱交換装置（等圧冷却部）
６螺旋状管（減圧液化部）
８螺旋状細管（減圧冷却部）
１１蒸発器
２３車両
２３Ａエンジンルーム
２３Ｂキャビン
３１室内ユニット
３３室外ユニット
４１冷蔵庫
４３コンデンシングユニット
５１ショーケース
５３コンデンシングユニット

Claims

圧縮機、凝縮用熱変換装置、蒸発器を備え、
前記凝縮用熱変換装置が、
前記圧縮機から吐出する高温・高圧冷媒ガスを等圧変化により冷却する等圧冷却部と、
前記等圧冷却部で一部液化した残りのガス冷媒を冷媒の加速現象によって減圧、及びエンタルピ減少を伴って液化する減圧液化部と、
前記減圧液化部を経た冷媒が螺旋状に回転しながら通過するように構成された配管を備え、前記配管を通過する冷媒を冷媒の加速現象によって減圧、及びエンタルピ減少を伴って冷却し、減圧に伴い液冷媒の一部がガス化する減圧冷却部と、を含んで構成され、
前記減圧冷却部が、前記蒸発器の入口近くに接続され、前記減圧冷却部においてガス化した冷媒が前記蒸発器へ流入する、
ことを特徴とする冷凍システム。
前記減圧冷却部が、前記蒸発器の入口から１ｍ以内に接続された、ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
前記冷凍システムが車載の冷凍システムであって、
前記蒸発器及び前記減圧冷却部が、車両のキャビン内に配置された、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍システム。
前記冷凍システムが室内を空調する冷凍システムであって、
前記蒸発器及び前記減圧冷却部が、室内ユニットに配置された、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍システム。
前記冷凍システムが冷蔵庫、冷凍庫、或いはショーケースの庫内を冷却する冷凍システムであって、
前記蒸発器及び前記減圧冷却部が、前記庫内に配置された、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍システム。
前記減圧液化部が、前記等圧冷却部に送風する送風機の投影面内に配置された、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の冷凍システム。