JPH02259377A - 冷凍機冷媒制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は大気中の水分を除去して減湿させる除湿機等の
冷凍機においてその通過気体を冷却する冷媒の通流を制
御する冷凍機冷媒制御装置に関する。

［従来の技術］ 大気中には大量の水分が含まれているため、その湿分量
を低下させる必要がある場合には除湿機が使用される。

この除湿機には主として大気空気を冷却して過飽和水分
を結露させることにより除湿する湿式除湿機と、大気空
気を水分吸着材中に通過させて除湿する乾式除湿機とが
ある。

湿式除湿機は、最も簡便で低コストであるため、広く一
般的に使用されている。しかしながら、この湿式除湿機
においては、入口空気の温度及び湿度の変化に伴い、冷
却負荷が低下した場合は、冷却フィン部に結霜を生じる
ため、規定された能力で冷凍機を運転できなくなるとい
う難点がある。

このため、後述する冷媒制御装置が使用されているもの
の、一般的には、除湿可能な気体の露点の下限が約！２
°Ｃであり、２０℃の温度の下では相対湿度が約６０％
の気体が除湿可能な下限とされている。

一方、乾式除湿機はシリカゲル又は活性アルミナ等の物
理吸着材を使用した大気中に含まれる水分を吸着除去す
るので、原理的には除湿可能な水分量について下限はな
い。

しかしながら、自由行程運動している水分分子を吸着す
るものであるため、空気温度が高くなるにつれて除湿効
率が低下する。このため、露点が一３０°Ｃ又は−５０
℃という超乾燥空気を得たい場合には、取入れた空気を
一旦冷却した後吸着材に通して除湿する手段が一般的に
採用されている。この場合には、冷却負荷の低下に起因
する結露という湿式除湿の場合と同様の問題がある。特
に、乾式除湿の場合には、取入れた空気の冷却温度が低
い方が除湿レベルが飛躍的に向上するため、冷却機フィ
ン部への結霜が生じない節回で取入れた空気を可及的に
低い温度に冷却する必要がある。

次に、上述の各除湿機に使用される冷媒制御装置につい
て説明する。第３図は、−例として湿式除湿機に使用さ
れている冷媒制御装置を示すブロック図である。取り入
れた処理空気１は蒸発器４により冷却され、蒸発器中か
ら出た冷却空気２は凝縮器５により湿分を加えない状態
で加熱されて再熱空気又は乾燥空気３となる。

一方、蒸発器４の冷媒ガス出口と冷媒ガスの圧縮機６に
おける冷媒ガス入口との間には、冷媒ガスの通流管１３
が連結されており、圧縮機６の冷媒ガス出口と凝縮器５
の冷媒ガス入口との間には通流管１４が連結されている
。また、冷媒を貯留するレシーバタンク７の冷媒出口と
蒸発器４の冷媒ガス入口との間には通流管１５が連結さ
れており、凝縮器Ｓの冷媒出口とレシーバタンク７の冷
媒入口との間には通流管１６が連結されている。

そして、蒸発器４から圧縮機６に冷媒ガスを供給する通
流管１３の途中には蒸発圧力調整弁１０及び温度計１２
が介装されている。また、レシーバ−タンク７から蒸発
器４へ冷媒ガスを供給する通流管１５の途中には、蒸発
器４側に膨張弁９が介装され、レシーバ−タンク７側に
ドライヤー８が介装されている。そして、この通流管１
５における膨張弁９の下流側の位置と、通流管１４との
間には通流管１７が連結されており、この通流管１７に
はホットガス弁（開閉弁）１１が介装されている。

このように構成された冷媒ガスの制御装置においては、
圧縮機６により高温圧縮された冷媒ガスは通流管１４を
介して凝縮器５に送給され、凝縮器５により冷却凝縮さ
れた後、この冷媒は通流管１６を介してレシーバ−タン
ク７に供給されて蓄積される。これにより、凝縮器５に
おいては、処理空気１の冷却空気２が水分量が一定のま
まで加熱されて、乾燥空気３が得られる。

一方、レシーバ−タンク７内に蓄えられた冷媒は冷媒用
ドライヤー８を介して乾燥処理された後、膨張弁９に送
給され、更に通流管１４を介して蒸発器４に供給される
。この冷媒は蒸発器４に入って膨張し、蒸発することに
より、周囲から熱を奪う。これにより蒸発器４において
は、処理空気１が冷却されて除湿され、低湿低温空気２
が得られる。冷媒ガスは蒸発器４から出た後、蒸発圧力
調整弁１０を介して圧縮機８に戻る。

この場合に、蒸発器４内の冷却温度を決める冷媒の蒸発
温度は蒸発圧力調整弁１０により蒸発器４内の圧力を調
整することにより調節する。しかしながら、取入れた処
理空気１の冷却負荷が減少した場合に、蒸発圧力調整弁
１０の出口温度が過度に低くなり、蒸発しきれない冷媒
が圧縮機６に戻るようになる。そうすると、所謂液バツ
クが発生し、正常な運転ができなくなる。そこで、この
液バツクを停止するため、温度計１２により蒸発圧力調
整弁１０の出口温度を検出し、この出口温度が所定値以
下になった場合に、それ迄凝縮器５の入口部に供給され
ていた圧縮機６からの高温高圧ガス（以下、ホットガス
という）をホットガス弁１１を開にして直接蒸発器４の
冷媒ガス入口に供給すると共に、蒸発器４の冷却フィン
部が過度に冷却されないように運転を調整する。

このように、従来の冷媒制御装置は、ホットガスを膨張
弁９の下流側の通流管部に供給することにより、蒸発器
４のフィン部に付着した霜を除去（デフロスト）シたり
、冷凍圧縮機の保護を図っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の冷媒制御装置は、単なる空調装置
ではなく、除湿装置に適用し、しかも極力低温に空気を
冷却せんとする場合には、以下に示すような問題点があ
る。

即ち、処理空気１の温度及び／又は湿度が低下し、冷却
負荷が減少してきても、蒸発圧力調整弁１０の蒸発圧力
設定値がフィン温度子〇℃以上に設定されると共に蒸発
圧力調整弁１０の調整範囲内にある場合は、蒸発器４の
フィンに結霜することはない。

しかしながら、冷却負荷が減少し、圧縮機６への液バツ
クを防止するため、ホットガス弁１１が開放され、ホッ
トガスが急に蒸発器４に導入された場合には、蒸発器４
のフィン温度が上昇してしまう。このため、所定の除湿
レベルを安定して得ることができない。また、上述の入
口空気の条件よりも冷却負荷が更に一層減少し、蒸発圧
力調整弁１０の調整範囲外となったり、蒸発圧力調整弁
１０の調整圧を一〇℃以下の蒸発圧としていたり、又は
蒸発圧力調整弁１０自体を具備していない場合には、蒸
発器４のフィン部に結霜が生じて正常な冷却作用が得ら
れなくなる。

湿式除湿機においては、冷却温度を可及的に低くする必
要があることから、上述のような運転が多用されている
が、この場合に、一定期間の運転後、必ずホットガス弁
１１を開にして着霜の除去（デフロスト）を行う必要が
ある。即ち、例えば第４図に示すように、１時間の着霜
期間後、約０．２時間ホットガスを供給する。次いで、
再度１時間着霜した後、約０．２時間ホットガスを供給
し、これを繰り返す。

このホットガス期間においては、着霜していた霜は溶け
て水滴となり、ドレンを介して排出されるが、その一部
は蒸発器４のフィン部を通過する空気を加湿することに
なり、第４図に示すように除湿空気の露点が上昇する。

而して、乾燥空気３には一定の除湿レベルが必要とされ
るため、このようなホットガス期間があることは極めて
不都合である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
処理空気の冷却負荷が変動しても、冷凍機を停止するこ
となく、且つ一定の冷却空気温度又は湿度レベルに保持
して運転することができる冷凍機冷媒制御装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る冷凍機冷媒制御装置は、処理空気を冷却し
て、冷却ガスを得る蒸発器と、前記冷却ガスを加熱して
乾燥空気を得る凝縮器とを備えた冷凍機において、前記
蒸発器及び凝縮器に対する冷媒の供給を制御する冷媒制
御装置であって、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、冷媒を
貯留する受留機と、前記蒸発器の冷媒ガス出口と前記圧
縮機の冷媒ガス入口との間に連結され蒸発圧力調整弁を
介装した第１の通流管と、前記圧縮機の冷媒ガス出口と
前記凝縮器の冷媒ガス入口との間に連結された第２の通
流管と、前記凝縮器の冷媒出口と前記受雷機との間に連
結された第３の通流管と、前記受雷機と前記蒸発器の冷
媒ガス入口との間に連結され膨張弁を介装した第４の通
流管と、前記圧縮機から出た冷媒ガスを前記第４の通流
管における前記膨張弁よりも上流側の位置に導くと共に
第１の開閉弁を介装した第５の通流管と、前記第１の通
流管における前記蒸発圧力調整弁の上流側にて、冷媒温
度、冷媒圧力又は第１の通流管の管壁温度を検出する第
１の検出器と、を有し、前記第１の検出器の検出結果に
基づいて前記開閉弁を開にして前記圧縮機から出た冷媒
ガスを前記第４の通流管に彰ける前記膨張弁の上流側の
位置に導入することを特徴とする。

［作用コ 本発明においては、第１の検出器が第１の通流管を通流
する冷媒ガスの温度又は圧力が所定の設定値以下になっ
たことを検出すると、第１の開閉弁を開にし、圧縮機か
らの高温、高圧の冷媒ガスを第４の通流管の膨張弁の上
流側に導入する。このように、圧縮機からの冷媒ガスを
膨張弁の上流側に導入するので、高温、高圧の冷媒ガス
が直接蒸発器に導入されることはなく、急激又は過剰に
蒸発器が冷却されることを防止できる。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説
明する。

第１図は本発明を除湿装置に適用した第１の実施例に係
る冷媒制御装置を示すブロック図である。

この第１図において第３図と同一物には同一符号を付し
て説明を省略する。

本実施例は、温度計２２を通流管１３における蒸発圧力
調整弁１０の上流側の位置に設けると共に、レシーバ−
タンク７からの冷媒を蒸発器４に供給する通流管１５に
おける膨張弁９の上流側の位置と通流管１４とを通流管
２０により連結し、この通流管１５の途中に介装した膨
張弁９とドライヤー８との間に、圧縮機６からの冷媒ガ
スを通流管２０を介して供給するように構成した点が従
来の冷媒制御装置と異なる。この通流管２０にはホット
ガス弁（第１の開閉弁）２１を介装しである。

本実施例においては、蒸発圧力調整弁１０に入る冷媒ガ
スの温度を温度計２２により検出し、この検出温度が設
定値以下となった場合にホットガス弁２１を開にし、圧
縮機６からのホットガスを膨張弁９の上流側の位置にて
通流管１５に供給する。このホットガスはレシーバタン
ク７からの冷媒と共に、膨張弁９を介して蒸発器４に導
入され、冷媒は膨張して蒸発すると共に、前記ホットガ
スは蒸発器４内の圧力を高める。

このようにすれば、冷媒蒸発温度自体を通常運転時に着
霜しない限界のマイナス温度に設定できる。このため、
処理空気１の冷却負荷が低下した場合には、蒸発器４の
フィンを貫く冷媒配管自体の温度が低下してフィンに着
霜する条件となるのを待って蒸発器４にホットガスを供
給できる。

また、このときに供給されたホットガスは膨張弁９の上
流側の通流管２１に導入されるので、急激且つ過度に蒸
発器４が冷却されることを防止できる。

また、本制御回路におけるホットガスの役割は、−度着
霜した霜のデフロストではなく、着霜が生じないように
することである。従って、膨張弁９の下流側にホットガ
スを導入する従来技術に比して瞬時的効果は得られない
ものの、着霜を防止し、且つ除湿レベルを良好な安定状
態に保持することができる。なお、本実施例では、取入
れられた処理空気１の冷却負荷が短時間に大きく変動す
る場合には、追随制御はし難いが、通常、除湿が必要と
される場合には、数時間に亘る緩やかな冷却能力の負荷
変動が生じるものであり、本実施例の制御装置でも十分
対応できる。

また、本実施例においては、冷却負荷が極端に少ない空
気、例えば冬季の外気を導入するようなときには、蒸発
圧力調整弁１０の調整範囲を超えることとなるため、冷
凍機の低圧防止弁により、又は強制的に冷凍機を停止さ
せることにより、冷凍機の保護を図る必要がある。

第２図は本発明の第２の実施例に係る冷媒制御装置を示
すブロック図である。なお、第２図において第１図と同
一物には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例は上述のような大きな負荷変動があっても、常
に冷凍機を運転させながら安定した除湿を行うことがで
きるように構成したものである。

つまり、第２図に示すごとく、通流管２０に着霜防止用
の流量調節弁２３を介装し、この通流管２０と通流管１
４との連結位置と、通流管１３における蒸発圧力調整弁
１０の下流側の位置との間に通流管２４を連結しである
。そして、この通流管２４に圧縮機保護用ホットガス弁
２６と同じく圧縮機保護用の流量制御弁２７を介装し、
更に、圧縮機６に導入される直前の冷媒圧力、冷媒温度
又は冷媒配管温度を検出する検出器２２を通流管１３に
設けである。

このように構成された冷媒制御装置においては、検出器
２２の検出値が設定値以下となると、圧縮機６の保護用
ホットガス弁２７を開放し、圧縮機６の直前にホットガ
スを供給する。前述したように蒸発器４内での着霜を防
止するために、検出器２２の検出結果に基づいてホット
ガス弁２２を開にしてホットガスを膨張弁９の上流側の
通流管１５に供給する。そして、各ホットガス通流管２
０゜２４に設けたホットガスの流量調節弁２３．２７を
調節して通流管１５及び通流管１３へのホットガスの分
流量を調節すれば、多少の冷却負荷変動に伴う着霜の防
止は勿論のこと、大きな冷却負荷変動により蒸発圧力調
整弁の調整範囲を超えるようなことがあっても、圧縮機
６を停止することなく、円滑゛で安定した除湿運転を維
持できることとなる。

次に、本発明の第１及び第２の実施例に係る除湿器を実
際に運転した結果について、従来例と比較して下記第１
表に示す。

この第１表において、エンタルピーは該当空気が保有す
るエネルギ状態を示し、例えば２５℃疎びＲＨ（相対温
度）８０％の空気を５℃及びＲＨ９Ｇ％に冷却するのに
必要な冷却能力は風量がＱｋｇ／時間の場合は、２５℃
及びＲＨ８０％のエンタルピーが１５．８ｋａＪ／　ｋ
ｇであり、５℃及びＲＨ９Ｇ％のエンタルピーが４．１
ｋｊ／ｋｇであるから、 Ｑｏ＝Ｑ（ｋｇ／時間）　Ｘ　（１５，８−４，１）　
　（Ｍ／ｋｇ）となる。従って、空気のエネルギ状態が
大きく変動すると、冷却すべきエネルギ量も大きく変わ
る。

一方、冷凍機自体の冷却出力調整は困難であり、且つ、
オン−オフ制御に伴う圧縮機の起動・停止を頻繁に行う
ことは好ましくないため、極力、冷凍機は連続して安定
稼働させ、冷却能力の余剰分は本発明例及び従来例で示
したようにホットガスを供給して能力調整する手段が使
用されている。

また、従来例における冷媒蒸発温度設定値は、通常は十
Ｇ乃至２℃程度に設定されているが、その場合、空気温
度は１０℃程度まで冷却するのが限度となるが、本実施
例と比較するためにこの空気温度は本実施例及び比較例
で同−設定値とした。

これにより、フィン温度を十分冷却し、除湿性能を最大
限発揮できるようにした。従来例の２５℃、ＲＨ４０％
（ｂ欄）では、第４図に示すように露点が大きく変動す
ることとなる。

一方、１０℃及び４０％（第１表Ｃ欄）では入口空気の
露点自体が一３℃レベルであり、着霜しない０℃以上で
は、除湿不可であるため、入口条件を検出することによ
り、又は冷凍器の低圧制御により、従来例では冷凍器が
停止させる。本発明の第１の実施例でも同様に停止させ
る。

しかしながら、本発明の第２の実施例においては、凝縮
器５を別途空冷又は水冷で行うこととし、蒸発器４の後
段に乾式除湿機が配置される場合に、この乾式除湿機の
入口空気の除湿はできなくても空気温度自体を極力下げ
ておくことは乾式除湿機の性能を大幅に向上させること
となり、その意味では本発明の第２の実施例に示すよう
に１０″Ｃ，Ｒ８４０％以下でも安定した冷凍機の運転
ができる冷媒制御が必要となって（る。

第１表かられかるように、処理空気入口条件がａから出
発してａ、ｂ、ｃと変化した場合、フィン温度は従来例
に彰いては−１，７℃（ｂの場合）となり、結霜の条件
となった。また、処理空気入口条件がＣとなった場合、
第１の実施例では圧縮機の停止が発生したが、第２の実
施例ではフィン温度はマイナスとならず、結霜が生じな
かった。

なお、本発明でいう冷凍サイクル装置とは所謂基本機器
を具備しているものをいい、第１図及び第２図の冷凍制
御回路は基本フローのみを示したものである。この他に
、通常具備される低圧防止弁及び高圧防止弁等の補助機
器を付加してもよいことは勿論である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係る冷凍機の冷媒制御装
置によれば、処理空気の冷却負荷変動があっても、一定
の条件での冷却が可能となり、本発明を除湿装置に適用
すれば、効率的な除湿が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る冷媒制御装置を示
すブロック図、第２図は同じく本発明の第２の実施例に
係る冷媒制御装置を示すブロック図、第３図は従来の冷
媒制御装置を示すブロック図、第４図は第３図に示す冷
媒制御装置での除湿態様を示すグラフ図である。 １：処理空気、２；冷却空気、３；再熱空気（乾燥空気
）、４；蒸発器（冷却器）、５；凝縮器、６：圧縮機、
７；レシーバ−タンク、８；ドライヤー、９；膨張弁、
１０；蒸発圧力調整弁、１１゜２１．２ｆ３；ホットガ
ス弁、１３．第１通流管、１４；第２通流管、１５；第
４通流管、１６；第３通流管、２３，２７；流量調節弁 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）処理空気を冷却して、冷却ガスを得る蒸発器と、
   前記冷却ガスを加熱して乾燥空気を得る凝縮器とを備え
   た冷凍機において、前記蒸発器及び凝縮器に対する冷媒
   の供給を制御する冷媒制御装置であって、冷媒ガスを圧
   縮する圧縮機と、冷媒を貯留する受留機と、前記蒸発器
   の冷媒ガス出口と前記圧縮機の冷媒ガス入口との間に連
   結され蒸発圧力調整弁を介装した第１の通流管と、前記
   圧縮機の冷媒ガス出口と前記凝縮器の冷媒ガス入口との
   間に連結された第２の通流管と、前記凝縮器の冷媒出口
   と前記受留機との間に連結された第３の通流管と、前記
   受留機と前記蒸発器の冷媒ガス入口との間に連結され膨
   張弁を介装した第４の通流管と、前記圧縮機から出た冷
   媒ガスを前記第４の通流管における前記膨張弁よりも上
   流側の位置に導くと共に第１の開閉弁を介装した第５の
   通流管と、前記第１の通流管における前記蒸発圧力調整
   弁の上流側にて、冷媒温度、冷媒圧力又は第１の通流管
   の管壁温度を検出する第１の検出器と、を有し、前記第
   １の検出器の検出結果に基づいて前記開閉弁を開にして
   前記圧縮機から出た冷媒ガスを前記第４の通流管におけ
   る前記膨張弁の上流側の位置に導入することを特徴とす
   る冷凍機冷媒制御装置。
2. （２）前記第１の通流管における前記蒸発圧力調整弁の
   下流側の位置と、前記第２の通流管との間に連結され第
   ２の開閉弁を備えた第６の通流管と、前記第１の通流管
   における前記第６の通流管との連結位置より下流側の位
   置にて、冷媒温度、冷媒圧力又は第１の通流管の管壁温
   度を検出する第２の検出器と、を有し、前記第２の検出
   器の検出結果に基づいて前記第２の開閉弁を開にして前
   記圧縮機から出た冷媒ガスを前記第１の通流管に導入す
   ることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機冷媒制御装
   置。
3. （３）前記第６の通流管には冷媒の流量を調節する流量
   調節弁を設けたことを特徴とする請求項２に記載の冷凍
   機冷媒制御装置。