JPS6028934Y2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は温度変動巾の大きい熱源水の如き流体熱源を有
効に利用して低圧を異常上昇させることなく、かつ吸入
ガス冷媒の過熱度を一定に保持した安定冷凍運転が可能
な冷凍装置に関し、特に熱回収用冷暖房空気調和装置に
実施して好適な冷凍装置を提供しようとするものである
。

冷房ゾーンと暖房ゾーンとが併存する大規模ビル等の空
調装置には、例えば第１図に示す如く、冷温水回路を熱
源として年間を通じ任意に冷暖房運転を可能とする熱回
収方式水熱源ヒートポンプエヤコンと称される冷凍装置
が多く利用されており、省エネルギー、高運転経済性の
観点から時代の要請に応え得るものとして脚光を浴びて
いることは良く知られるところである。

この熱回収方式といわれる空調システムは冷房負荷と暖
房負荷のバランスが保たれているのが最適条件であり、
熱収支が均衡して運転効率が一番良いのは当然であるが
、冷房負荷と暖房負荷とがバランスしていない場合には
、冷房負荷〈暖房負荷であると補助熱源の併用運転が必
要であり、一方、冷房負荷〉暖房負荷であると、冷却塔
を運転して余剰熱を放出しなければならなく、それ等の
附帯設備を運転させるためにランニングコストが増大る
ことは必定である。

特に冷房負荷〉暖房負荷の運転状態にある場合には、冷
却塔をフル運転しなければならず、熱回収効率の低下が
著しいが、それでもなお熱源水の温度が高いと、暖房運
転中のヒートポンプエヤコンでは、蒸発器として作用す
る前原側熱交換器で蒸発圧力が上昇して成績係数の極端
な低下を招来するし、同時に高圧々力が上昇するし、過
熱ガスの吸入により圧縮機のモータコイルが焼損するな
どの問題があって、安定した暖房運転の持続が果せなく
なる。

か）る不都合を解消するために、従来は冷却塔能力に余
裕を持たせ、同時に循環水能力を増大するなどの手段が
講じられていたが、これも装置コストならびにランニン
グコストの増大を齋らす欠点があって良策とは云えなか
った。

本考案は上述する如き従来の欠陥を排除して、流体熱源
の温度変動巾が大きくても、この流体熱源を有効に利用
して安定した暖房運転を持続し得る新規な冷凍装置を提
供すべく威されたものであり、特に吸入ガス冷媒の過熱
度制御用の膨張弁機構として温度式自動膨張弁と定圧自
動膨張弁とを併用し、さらに吸入ガスの過熱度を下げる
ための温度式自動膨張弁と電磁弁の直列回路を要素とし
てなる液噴出ライン（リキッドインジェクションライン
と称す）を冷凍回路に付設して、流体熱源の温度が所定
値に比し低い通常状態の場合には、温度式自動膨張弁の
減圧作用によって冷媒制御を行わせる一方、所定値に比
し高い異常状態の場合には、定圧自動膨張弁の減圧作用
とリキッドインジェクションラインの過熱度低下作用と
によって冷媒制御を行わせる如くした構成を特徴とする
。

本考案の内容を明らかにするために、さらに添付図面に
示す１例によって以下詳細に説明する。

第１図は本考案装置の実施例に係る熱回収方式冷暖房エ
ヤコン装置の概略構造図であり、空調対象域に設置した
本考案に係る冷暖房冷凍装置１−１〜１−１・・・は、
温水ボイラーなどの補助熱源装置３と連絡した蓄熱槽２
と、冷却塔４と、ポンプ５とを備えた熱回収用冷温水回
路に対して、熱原側水配管路を並列に接続し、冷暖房冷
凍装置１−１９１２は冷房を主とした空調ゾーンＡに、
冷暖房冷凍装置１−３．１−、は暖房を主とした空調ゾ
ーンＢに夫々設置している。

そして暖房負荷とが略々均衡している場合には、補助熱
源３、冷却塔４の運転を止めて、熱源水を循環流通させ
るのみで（必要に応じ蓄熱槽２による蓄熱運転を併用し
て）、冷房と暖房を行わせる。

一方、冷房負荷〈暖房負荷の場合には、夜間などにおい
て補助熱源３の運転により蓄熱槽２に備蓄していた温熱
を放出しながら冷房と暖房とを行わせる。

また、冷房負荷〉暖房負荷の場合には、蓄熱槽２を利用
して冷熱の蓄熱を行わせたり、冷却塔４を断続運転した
りして同様に冷房と暖房との同時運転が可能であり、さ
らに、冷房負荷）暖房負荷の場合には、冷暖房冷凍装置
１３，１４における冷媒制御運転を併用させて冷房と暖
房の安定した併用運転が可能であり、この運転態様は後
述の説明によって明らかにされる。

しかして本考案冷凍装置１−３〜１コの構造は第２図に
系統図として示されるが、圧縮機１゜空調ゾーンの空気
と冷媒との間の熱交換がなされる利用側熱交換器２．過
熱度制御を行う第１温度式自動膨張弁３（以下暖房用自
動膨張弁３と称す）、熱源水と冷媒との間の熱交換がな
される前原側熱交換器４、暖房用定圧膨張弁５、第２温
度式自動膨張弁７のおよび電磁弁８を直列に有するリキ
ッドインジェクションライン６を主要構成機器として有
し、さらに冷暖房運転を可能とするために四路切換弁９
、冷房用温度式自動膨張弁１０（以下冷房用自動膨張弁
１０と称す）、逆止弁１１．１２を有しており、その他
に制御器として電磁三方弁１３．１４を、また、附帯機
器として受液器１５、アキュムレータ１６、ストレーナ
２２．２３を、制御入力要素として感温筒１７〜２１を
夫々有している。

上記冷凍装置は圧縮機１吐出口、四路切換弁９の高圧ポ
ート、該切換弁９の一方の切換ポート利用側熱交換器２
、冷房用自動膨張弁１０．受液器１５、暖房用自動膨張
弁３．前原側熱交換器４゜四路切換弁９の他方の切換ポ
ート、該切換弁９の低圧ポート、アキュムレータ１６お
よび圧縮機１吸入口の順に配管接続を行って可逆冷凍サ
イクルを構成する一方、暖房用定圧膨張弁５を暖房用自
動膨張弁３に並列接続し、さらにリキッドインジェクシ
ョンライン６を高圧液管と低圧ガス吸入管とに亘らせた
側路管として設けている。

そして各膨張弁３，７．１０は感温筒１７，１８．２０
が夫々感知する吸入ガス温度に応じて弁開度の調節が自
動的に威され、電磁弁８は感温筒１９が感知する吐出ガ
ス温度が所定値以上で開き、所定値を下まわって閉じる
よう作動する。

電磁三方弁１３は暖房用自動膨張弁３を作動・不作動に
切換えるための制御弁であって、暖房用自動膨張弁３の
外部均圧管を高圧液管あるいは吸入ガス管に切換連絡す
るよう冷凍回路中に設け、一方、電磁三方弁１４は暖房
用定圧膨張弁５を作動・不作動に切換るための制御弁で
、然記膨張弁５の外部均圧管２５を高圧液管あるいは吸
入ガス管に切換連絡するよう冷凍回路中に設けている。

上記両三方弁１３．１４は前原側熱交換器４における流
入側熱源水の温度を感知する感温筒２１を制御入力要素
として共有しており、熱源水温度が所定温度上の場合に
は、三方弁１３を均圧管２４と高圧液管とが連通ずる側
に作動せしめる一方、三方弁１４を均圧管２５と吸入ガ
ス管とが連通ずる側に作動せしめ、これと逆に熱源水温
度が所定温度を下まわる場合には、三方弁１３を均圧管
２４と吸入ガス管とが連通ずる側に作動せしめる一方、
三方弁１４を均圧管２５と高圧液管とが連通ずる側に作
動せしめるよう、前記感温筒２１と夫々関連させている
。

なお、暖房用自動膨張弁３および暖房用定圧膨張弁５は
構造が第３図および第４図に示されるように、入口２６
と出口２７を連通する通廊を開閉するための弁３０には
弁棒を介してダイアフラム板２８が連結されると共に、
弁３０の移動量を調整するためスプリング２９が前記弁
棒に係止され、さらにダイアフラム板２８によって仕切
られた上方室と下方室のうちの下方室には外部均圧管２
５および２５が連絡している。

上述した構造は両膨張弁３，５に共通するものであって
、ダイアフラム板２８に対し下向きに作用する力が大き
いと弁３０は開き、小さいと弁３０は閉じるように作動
することは両者同じである。

しかして暖房用自動膨張弁３は、前記上方室に対して感
温筒１７を接続していて、感温筒１７内圧力がダイアフ
ラム板２８を下方に押圧するようになっており、通常の
過熱度制御運転の場合には、外部均圧管２４の圧力との
関係で、スプリング２９の調整力で過熱度が定められて
冷媒過熱度に応じた弁開度の自動調節が威される。

一方、暖房用定圧膨張弁５は、前記上方室内にバネ圧調
整可能なスプリング３１を備えていて、該スプリング３
１がダイアフラム板２８を下方に押圧するようになって
おり、外部均圧管２５内の圧領が上昇すればダイアフラ
ム板２８が押上げられて弁３０が閉じ、圧力が下降すれ
ば逆に弁３０を開いて、出口２７側の圧力を一定にする
冷媒流量の制御を行うものである。

上記構成になる冷凍装置の運転態様について以下説明す
ると、冷房運転させる装置においては、四路切換弁９を
冷房側にセットすること番ごより、圧縮機１吐出口→熱
原側熱交換器４→ストレーナ２３−逆止弁１１→受液器
１５−冷房用膨張弁１０→利用側熱交換器２→アキユム
レータ１６→圧縮器１吸入口の冷媒循環回路が形成され
て、凝縮器として作用する前原側熱交換器４では凝縮熱
を熱源水に与える放熱が威される一方、蒸発器として作
用する利用側熱交換器２では蒸発熱を空気から奮取する
吸熱が威されて、対応する空調ゾーンの冷房が行われる
。

これに対して暖房運転させる装置においては、四路切換
弁９を暖房側にセットすることにより、該装置を暖房サ
イクルに形成させる。

こ）で、冷温水回路の熱源水が所定温度よりも低い場合
においては、感温筒２１の入力指令によって電磁三方弁
１３．１４が第２図の破線示弁作動側となって、暖房用
自動膨張弁３は均圧管２４内圧力が吸入ガス管内蒸発圧
力相当になるので、通常の過熱度制御を行う自動弁調節
を行う一方、暖房用定圧膨張弁５は均圧管２５内圧力が
高圧液冷媒圧力相当になるので、完全な弁閉止が威され
る。

かくして冷凍装置は圧縮機１吐出ロ一利用側熱交換器２
→ストレーナ２２→逆止弁１２→受液器１５→暖房用自
動膨張弁３→熱原側熱交換器４→アキユムレータ１６→
圧縮器１吸入口の冷媒循環回路が形成されて、凝縮器と
して作用する利用側熱交換器２では、凝縮熱を空調ゾー
ンの空気に与える放熱が威される一方、蒸発器として作
用する前原側熱交換器４では、蒸発熱を熱源水から奮取
する吸熱が威されて、対応する空調ゾーンの暖房が行わ
れる。

このようにしてＡゾーンでは冷房、Ｂゾーンでは暖房が
行われることにより、熱回収方式による空調運転が威さ
れる。

冷房負荷の方が暖房負荷に比して可成り大きい状態の熱
回収運転が続行していると、冷温水回路の熱源水が温度
上昇して所定温度以上となってくるが、上記暖房運転を
行っている冷凍装置は蒸発圧力が漸次上昇してきて圧縮
機１の過熱につながるおそれが生じる。

しかしながら本考案装置は、感温筒２１の入力指令によ
って、電磁三方弁１３．１４が第２図の実線弁作動側に
自動切換わるので、暖房用自動膨張弁３は均圧管２４内
圧力が高圧液冷媒圧力相当になって、完全な弁閉止が威
される一方、暖房用定圧膨張弁５は均圧管２５内圧力が
吸入ガス管内蒸発圧力相当になって、定圧制御を行う自
動弁調節が威される。

かくして前記暖房サイクルは、暖房用自動膨張弁５が暖
房用定圧膨張弁５に切り換る回路となって、蒸発圧力を
一定に保持する暖房運転が行われるのである。

この自動切換と同時に、感温筒１９が吐出ガスの温度上
昇を感知して電磁弁８に開弁指令を与え、これを相前後
して感温筒１８が吸入ガス過熱度に対応した開弁指令を
温度式自動膨張弁７に与えて弁調節を行わせるので、前
記液噴出ライン６は高圧液冷媒の一部を減圧しつつ噴出
して感温筒１８添設位置よりも上流側の吸入ガス管内で
低圧過熱ガスと混和させるよう作動する。

その結果、定圧膨張弁５は、前原側熱交換器４内の蒸発
圧力を一定に保持し、また液噴出ライン６は低圧ガスの
過熱度を適正に下げることとなって、冷凍装置は熱源水
の温度が高いにもか）わらず、圧縮機１に過熱をもたら
さないで、安定した暖房運転を続行する−ことが可能と
なるのである。

暖房用自動膨張弁３および暖房用定圧膨張弁５の作動領
域を決定する上での熱源水の温度域を次に例示すれば、
前者の膨張弁３は熱源水温度Ｔが１５℃≦Ｔ≦３０℃の
範囲にあるときであり、一方、後者の膨張弁５が３０℃
＜Ｔ＜４５°Ｃの範囲にあるときである。

なお、この条件下において暖房用自動膨張弁３の設定圧
力を３．５〜６．０ｋｇ／ｃ７Ｉ！に、また暖房用定圧
膨張弁５の設定圧力を４．５ｋｏ ／ａｆｔに調整すれ
ば、両弁３，５間の自動切換えが極めて円滑に行われる
。

また前記電磁弁８は吐出ガス温度が１００°Ｃに上昇し
たときに開くように設定すればよい。

上記例の冷凍装置において、電磁三方弁１３゜１４を前
記両膨張弁３，５に関連させて設けたのは、それ等両膨
張弁３，５の作動・不作動を確実に行わせ、しかも不作
動時において僅かでも冷媒が不作動中の弁内を洩れて流
れることのないようにする上で極めて精度の高い機構で
あるからであるが、本考案はか）る機構に限定されるも
のではなく、電磁開閉弁を前記両膨張弁３，５に対し夫
々直列に接続して冷媒回路中に設ける例など各種の変型
は勿論可能である。

本考案冷凍装置は以上述べた如き作用を有するものであ
って、暖房運転を行う冷凍回路中に設けた過熱度制御用
の第１温度式自動膨張弁３に対して定圧膨張弁５を並列
接続する一方、過熱度制御を行なう第２温度式自動膨張
弁７と、吐出ガス冷媒温度を検知して該検知温度が所定
値以上の場合に開動作する電磁弁８とを直列に介装して
有し、高圧液冷媒を減圧噴出し得る液噴出ラインを前記
冷凍回路中の高圧液管と低圧ガス管とに亘らせて接続し
、さらに前原側熱交換器４の前記流体熱源が所定温度に
比し低い場合に第１温度式自動膨張弁３を作動させかつ
定圧膨張弁５を不作動とすると共に、所定温度に比して
高い場合に前記定圧膨張弁５を作動させ、かつ第１温度
式自動膨張弁３を不作動とする切換弁制御機構を設けて
、流体熱源の利用温度巾を大きくとりながら低圧の上昇
を防止し、かつ過熱度を一定とした冷凍運転を行な得る
如くしたから、従来のこの種装置がヒートポンプ運転の
場合に流体熱源の温度が高くなると圧縮機の吸入ガス過
熱度が大となり、従って吐出ガス温度が異常に上昇して
圧縮機モータコイル焼損をもたらして運転不能とならざ
るを得なかったのに対して、本考案は温度域の流体熱源
を利用しても安定した運転を続行することができて運転
範囲の拡大がはかれる利点がある。

さらに本考案は熱回収方式の空調装置に使用した場合、
冷温水循環回路の温度制御内を前述例の如＜１５〜４５
℃大きくとっても安定した冷房・暖房併用運転が行なえ
るばかりでなく、暖房能力を減らせて負荷に応じた安全
運転が可能となり、その結果熱回収効率を向上し得るし
、補助熱源および冷却塔の運転時間を短くしてランング
コストの低減をはかり得るすぐれた効果を奏するもので
あって、実用価値に富むところ頗る大なる冷凍装置であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の１実施例に係る熱回収方式空気調
和装置の略示システム系統図、第２図は本考案装置例の
冷凍回路図、第３図および第４図は第２図々示装置に係
る温度式自動膨張弁および定圧膨張弁の略示構造図であ
る。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・利用側熱交換器
、３・・・・・・第１温度式自動膨張弁、４・・・・・
・前原側熱交換器、５・・・・・・定圧膨張弁、６・・
・・・・液噴出ライン、７・・・・・・第２温度式自動
膨張弁、訃・・・・・電磁弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 圧縮機１の吐出側、利用側熱交換器２、過熱度制御を行
   う第１温度式自動膨張弁３、前原側熱交換器４、圧縮機
   １の吸入側の順に配管接続して、前原側熱交換器４で熱
   源水等の流体熱源から吸熱すると共に、利用側熱交換器
   ２で放熱することにより暖房運転を行う冷凍回路を構成
   し、定圧膨張弁５を前記第１温度式自動膨張弁３に対し
   並列接続する一方、過熱度制御を行う第２温度式自動膨
   張弁７と、吐出ガス冷媒温度を検知しこの検知した温度
   が所定値以上の場合に開動作する電磁弁８とを直列に介
   装した液噴出ライン６を高圧液管と低圧ガス管とに亘ら
   せて接続し、さらに前原側熱交換器４の前記流体熱源が
   所定温度に比し低い場合に前記第１温度式自動膨張弁３
   を作動させかつ前記定圧膨張弁５を不作動とすると共に
   、所定温度に比し高い場合に前記定圧膨張弁５を作動さ
   せかつ前記第１温度式自動膨張弁３を不作動とする切換
   制御機構を設けて、前記流体熱源の利用温度巾を大きく
   とりながら低圧の上昇を防止し、かつ過熱度を一定とし
   た冷凍運転を行ない得る如くした冷凍装置。