JP2004212019A - 冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーの効率を高めるために、冷媒移動用圧力が高圧から低圧に変化するときに損失するエネルギーを回収し、再び圧力を高めるときに再使用できるようにした冷凍システムを提供する。
【解決手段】本発明の冷凍システムは、圧縮機１０、凝縮器１２及び蒸発器２６を具備して冷媒を圧縮、凝縮及び蒸発させるようにした冷媒循環部；前記圧縮機１０の出力側と凝縮器１２の出力側とにそれぞれ設置され、この圧縮機１０及び凝縮器１２から排出される冷媒の一部の温度及び圧力を測定してその冷媒の流量及び高温の程度を制御する複数の電磁弁；前記複数の電磁弁と連絡されるように設置し、その電磁弁により制御され、流動する冷媒の一部を再び圧縮させるために前記圧縮機１０へバイパスする複数のバイパス管１７ａ，１７ｂ；及び、バイパス管１７ａ，１７ｂ及び前記蒸発器２６と連結され、このバイパス管１７ａ，１７ｂからの冷媒の一部及び蒸発器２６から圧縮機１０にフィードバックされる冷媒にベンチュリ原理を適用し、前記圧縮機１０の使用エネルギーを補償するようにしたエジェクター；を含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍システムに係り、特にエネルギーの効率を高めるために、冷媒移動用圧力が高圧から低圧に変化するときに損失するエネルギーを回収し、それを再び圧力を高める時の動力源として使用できるようにした冷凍システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に冷凍システムでの圧縮機は冷媒を圧縮しポンピングする。圧縮機により圧縮された冷媒は例えば、毛細管や膨張弁を経由しながら気体状態に変化する。このように冷媒循環回路を持つ既存の冷凍システムは冷媒の循環過程で多くの問題を引き起こしている。即ち、既存の冷凍システムにおいて、冷媒が低圧から高圧に変化するときは外部からの動力が必要であるが、逆に高圧から低圧に変化するときは自然に圧力が下がるようにするので、不必要な動力の損失が発生した。さらに詳細に説明すると、既存の冷凍システムに使われる動力はただ冷媒の圧力を上昇させるために使われた。しかし、高温高圧の冷媒が低温低圧に変化するときは、上述したように毛細管や膨張弁などを介して流体力学的に自然に変化するから、全体的に動力が損失するのである。
【０００３】
言い換えれば、冷媒が高圧から低圧に変化する時のエネルギーは低圧から高圧に変化する時のエネルギーと等しい。これにより、冷媒が高圧から低圧に変化する時の損失エネルギーを回収して再使用できることから、システムの効率がその分だけ向上できることがわかる。すなわち、回収されたエネルギー圧縮機に再使用すると、圧縮機に使用されるエネルギーがその分だけ低減され、全体冷凍システムエネルギーの効率を向上させることができる。
【０００４】
しかし、冷凍機は誰もが思う位の簡単な原理や装置で作動するのではなく、また高圧と低圧の単純な圧力だけで行われるものではなく、圧力の変化と冷媒の状態的変化のために、冷媒が段階的にサイクル内を循環しながら低温から高温に熱を運ぶ熱ポンプとも言える装置である。
【０００５】
このような冷凍装置では冷媒が装置内を循環し、長いコイルと各種機器を通過しながら流体の通過抵抗、すなわち貫流抵抗が発生し、また高・低圧のエネルギー相互交換装置では回転部の摩擦損失と熱損失、体積効率の低下などが発生する。よって、これら損失を補完するために、実質的に冷凍装置に、外部に補助圧縮機を、または高・低圧のエネルギー交換装置の回転軸に補助モーターを設置して損失分を補填すると、冷凍装置における大きい動力モーターのエネルギーは不要になる。
【０００６】
このような理論による冷凍装置が現実化されると、従来の水やアンモニア−リチウムブロマイドの吸収式冷凍機の冷温水ユニットや、吸収式低温装置を使用しなくなり、自動車の夏場エアコン使用時のエンジン負荷による車両の速度低下や燃費低下なども見られなくなり、夏場冷房機の使用による電力非常も起こらないようになる。
【０００７】
以下、かかる従来の冷凍システムを図１４を参照して説明する。
【０００８】
従来の冷凍システムは、図１４に示すように、冷媒ガスを高温高圧の状態で凝縮圧力になるまで圧縮する圧縮機１０と、前記圧縮機１０で圧縮された冷媒を冷却ファン１２ａ（水冷式の場合、空気の代わりに水が使用され、その他冷却剤や機器が使用できる）の送風による放熱によって液状に凝縮する凝縮器１２と、前記凝縮器１２で凝縮した高温高圧状態の液状冷媒を交縮作用により低圧状態の気化冷媒に膨脹させる膨脹弁２４と、そして膨脹弁２４で膨脹した冷媒を蒸発させながら、冷媒の蒸発熱を用いて送風ファン２６ａにより送風する空気を熱交換により冷却するとともに、前記圧縮機１０で冷媒ガスを復帰させる蒸発器２６とからなる冷媒循環サイクルである。
【０００９】
一方、冷凍サイクルを行う間、冷媒は気体→液体及び液体→気体に連続的に状態変化する必要がある。万一冷媒に水分が含まれている場合、冷凍過程で水分が冷媒と共に装置内を循環しながら膨脹弁や毛細管などの低温部で凍結し、冷媒の循環回路を遮断する凍結閉鎖現象が発生し、冷凍装置が停止することになり、また、冷媒の状態変化が円滑に行われないので（アンモニアを用いる冷凍機は水分が侵入すると、アンモニア水で希釈される。少量の場合に装置を停止させるおそれはないが、水分希釈時に蒸発圧力が上昇するので、水分は分離する必要がある）、冷凍システムが本来の機能を発揮できないだけでなく、冷凍システムが腐食する現象が発生する。
【００１０】
かかる水分による問題を解決するために、通常冷凍装置では、冷媒に含まれている水分を吸着する（シリカゲルの如き多孔性物質の吸着剤）ドライヤー１８が、凝縮器１２と膨脹弁２４の間に設置され、また液状冷媒のみを膨脹弁２４の方へ供給するための受液器１５が、前記凝縮器１２とドライヤー１８との間に設置される。
【００１１】
前記ドライヤー１８は内部に乾燥剤とフィルターが内蔵されており、前記乾燥剤は凝縮器１２から膨脹弁２４へ流動する冷媒の水分を吸収し、またフィルターは冷媒に含まれている水分以外の異物を濾過する。
【００１２】
そして、前記受液器１５は冷凍サイクルの負荷変動に対応して冷媒を一時貯蔵し、同時に液状冷媒から未凝縮冷媒や不凝縮ガスを分離する役割をし、また、可溶栓（Ｆｕｓｉｂｌｅ Ｐｌｕｇ）が設置される場合、この可溶栓を用い、冷凍システムの異常で冷媒が過熱された時、冷媒を強制的に排出させてシステムを保護する役割をする。
【００１３】
一方、前記蒸発器２６から排出される冷媒ガスが完全に蒸発していない場合、排出冷媒ガスには液状の冷媒が含まれており、また冷凍システムの稼動を停止した場合、蒸発器２６と圧縮機１０との間の管路に存在する冷媒ガスが液状に変化するので、圧縮機１０への液状冷媒の流入が発生する。
【００１４】
しかし、液状の冷媒は非圧縮性流体であるので、液状冷媒が圧縮機１０へ流入すると、液状圧縮現象が発生し、槌でたたくような騷音、すなわちいわゆるハンマーノイズ（ｈａｍｍｅｒｉｎｇ ｎｏｉｓｅ）が発生することはもとより、液状冷媒が圧縮されていないので、圧縮機１０の焼損が発生する。
【００１５】
したがって、圧縮機１０内への液状冷媒の流入を根本的に遮断する必要性があり、このため、蒸発器２６と圧縮機１０との間には液状冷媒を分離し冷媒ガスのみを圧縮機へ供給するための液状分離器２９が設置される。
【００１６】
また、圧縮機１０への異物の流入で圧縮機１０が損傷するおそれがあり、これを防止するため、前記液状分離器２６と圧縮機１０との間には異物を除去するための濾過器３２がさらに設置される。
【００１７】
前記符号１６は冷媒を遮断するためのソレノイド弁であり、符号２２はサイトガラス（透視鏡）である。
【００１８】
かかる従来の冷凍システムは、冷媒が受液器１５、ドライヤー１８及びソレノイド弁１６を通過するとき、通過抵抗が大きい。また、膨脹弁２４の用量制御などが原因で、冷媒の受液器１５通過時には液が充満しているが、膨脹弁２４の直前では満液及び半満液状態を交差しながら流動するので、高圧変動が大きい。
【００１９】
これを防止するために常時受液器１５の冷媒を満液状態に維持しているが、この場合、受液器１５のサイズを増大させる必要があり、且つ冷媒の充填量が増加する問題点がある。しかし、モントリオール協約（オゾン層を破壊するフレオン冷媒の使用制限のための協約）以降、フレオン冷媒の使用量が制限されているので、フレオン充填量が少ない冷凍装置の開発を必要とする現状である。
【００２０】
また、従来の冷凍装置における液体分離器２９は、蒸発器２６と圧縮機１０との間に設置され、単にそのハウジング内に設置される液分離パイプをＵ字型に曲げて液冷媒の液分離パイプへの流入を防止する構造を持っている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的はエネルギーの効率を高めるために、冷媒移動用圧力が高圧から低圧に変化するときに損失するエネルギーを回収し、再び圧力を高めるときに再使用できるようにした冷凍システムを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための第１実施例に係る本発明の冷凍システムは、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を具備して冷媒を圧縮、凝縮及び蒸発させるようにした冷媒循環部；前記圧縮機の出力側と凝縮器の出力側とにそれぞれ設置され、この圧縮機及び凝縮器から排出される冷媒の一部の温度及び圧力を測定してその冷媒の流量及び高温の程度を制御する複数の電磁弁；前記複数の電磁弁と連絡されるように設置し、その電磁弁により制御され、流動する冷媒の一部を再び圧縮させるために前記圧縮機へバイパスする複数のバイパス管；及び、バイパス管及び前記蒸発器と連結され、このバイパス管からの冷媒の一部及び蒸発器から圧縮器にフィードバックされる冷媒にベンチュリ原理を適用し、前記圧縮機の使用エネルギーを補償するようにしたエジェクター；を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の冷凍システムには冷凍システムを制御するためのコントローラをさらに設置することが望ましい。
【００２４】
また、前記エジェクターと圧縮機との間にはハウジングをさらに設置して前記凝縮器の出力側と蒸発器の入力側とを連結し、前記ハウジングが内部を通過する前記蒸発器から流入する冷媒を完全に気化させるようにすることが望ましい。
【００２５】
また、前記エジェクターと圧縮機との間及び前記凝縮器と蒸発器との間には第１ポンプ及び第２ポンプをそれぞれさらに設置し、前記第１ポンプは前記エジェクターから流入する冷媒の圧力を上昇させ、前記第２ポンプは前記第１ポンプと同一軸にして前記凝縮器から流入する冷媒の膨張圧力を上昇させるようにすることが望ましい。
【００２６】
また、前記第１及び第２ポンプにはモータをさらに設置することが望ましい。
【００２７】
また、前記エジェクターと凝縮器との間には第３ポンプをさらに設置し、前記第３ポンプは前記エジェクターから流入する冷媒の圧力を上昇させるようにすることが望ましい。
【００２８】
また、前記第１ポンプと前記第３ポンプとの間には冷却器をさらに設置し、前記冷却器は第１ポンプから流入する冷媒の温度を低下させることが望ましい。
【００２９】
第２実施例に係る本発明の冷凍システムは、冷媒を圧縮してポンプする圧縮機；前記圧縮機と連結され、その圧縮機からポンプされる冷媒が冷却水により凝縮させるようにした凝縮器；及び、密閉された２つの内部空間を具備して前記凝縮器と連結され、前記凝縮器から流入する冷媒が前記内部空間を上下左右に流動しながら蒸発するようにした蒸発器；を含んでいることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の冷凍システムには冷凍システムを制御するためのコントローラをさらに設置することが望ましい。
【００３１】
また、冷凍システムは冷却水を循環させる冷却水貯蔵容器をさらに具備し、その冷却水貯蔵容器の内部には前記凝縮器を設置することが望ましい。
【００３２】
また、前記冷却水貯蔵容器は２分割型で、このそれぞれの冷却水貯蔵容器の中からいずれか一つの冷却水貯蔵容器には他の一つの冷却水貯蔵容器からの冷却水の一部が流入するようにすることが望ましい。
【００３３】
前記目的及び長所そして他の特徴は添付図を参照した下記の説明で明らかになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な多数の実施例を添付図を参照して詳細に説明する。
従来（図１４）と同じ部材には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００３５】
＜実施例１＞
図１は本発明に係る第１実施例の冷凍システムを示す構成図である。
本実施例で符号１０は圧縮機である。この圧縮機１０は冷媒を圧縮するとともに、この圧縮された冷媒がシステムを循環するようにポンプする。圧縮方式としては往復動作式、クランク式、ウォーブルプレート（Ｗｏｂｂｌｅ Ｐｌａｔｅ）式、ロータリー式、スクロール式などを選択的に取ることができる。圧縮機１０で圧縮された冷媒は高温高圧の気体になる。
【００３６】
圧縮機１０には凝縮器１２が連結される。凝縮器１２は圧縮機１０の出力側に連結される。凝縮器１２は圧縮機１０で高温高圧の気体に変化した冷媒を高温高圧の液体に変化させる。これは凝縮器１２が冷媒の熱を奪うことで可能になる。これを凝縮と言う。すなわち、凝縮器１２には上部及び下部ヘッダーがそれぞれ具備される。それぞれの上部及び下部ヘッダーは複数のチューブによって相互に連通可能になっている。また、それぞれのチューブの間には複数のコル波型（ｃｏｒｒｕｇａｔｅ ｔｙｐｅ）の電熱ピンが形成されている。よって、凝縮器１２と隣接する冷却ファンから供給される冷たい空気はそれぞれのチューブを通過し、電熱ピンはこの空気によってそれぞれのチューブを通過する冷媒の熱を発散させる。よって、各チューブを通過した冷媒は液体状態に変化することができる。このような方式で凝縮器１２は気体状態の冷媒を液化させる。この時の冷媒は高温高圧である。
【００３７】
凝縮器１２には受液器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔａｎｋ）１５が連結される。受液器１５にはソレノイド弁１６が連結される。このソレノイド弁１６は凝縮器１２からの冷媒が受液器１５を通して排出されるのを遮断する。また、ソレノイド弁１６にはドライヤー１８が連結される。このドライヤー１８は冷媒の水分を除去し、冷媒を濾過する役目をする。このために、ドライヤー１８には乾燥剤及びフィルターがそれぞれ備えられる。よって、冷媒の水分は乾燥剤で吸収され、また冷媒はフィルターで濾過される。
【００３８】
一方、圧縮機１０の入力側には蒸発器２６が連結される。蒸発器２６は冷媒を蒸発させて外部からの他の物質、例えば外気などとの熱交換を行う。蒸発器２６によって熱交換が行われた他の物質は含有熱を冷媒に奪われて冷え、逆に冷媒は熱を吸収して熱くなる。この過程を通じて冷凍及び／または冷蔵が行われる。
【００３９】
蒸発器２６と圧縮機１０との間には、蒸発器２６から排出される冷媒から液体状態の冷媒のみを分離して気体状態の冷媒のみを圧縮機１０にフィードバックさせる液体分離器２９が設置される。また、液体分離器２９と圧縮機１０との間には濾過器３２が設置される。濾過器３２は冷媒に含まれている異物を濾過して圧縮機１０の損傷を防止する役目をする。
【００４０】
この構造で、蒸発器２６の入力側には膨張弁２４が連結される。膨張弁２４は高圧の液体状態の冷媒を低圧の冷媒に変化させる。このように膨張弁２４により変化した低圧の冷媒は蒸発器２６で容易に蒸発して周りの熱を奪う。これを蒸発熱と言う。このような機能を行う膨張弁２４は、感温室（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｏｏｍ）内部の温度によるダイヤフラムの膨張変位により、圧力伝逹ロッドの作動を行い高圧冷媒流路の開度（開放程度）を調節する内部均圧式や、毛細管（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｔｕｂｅ）によるダイヤフラムの膨張変位により高圧冷媒流路の開度を調節する外部均圧式などを取ることができる。
【００４１】
この構造で、凝縮器１２とドライヤー１８との間には受液器１５が設置されている。受液器１５は凝縮器１２からの高圧の冷媒を貯蔵して排出する役目をする。本実施例における受液器１５は従来のものより小さなものが使用され、必要に応じては受液器１５を設置する必要がない。符号１２ａ、２６ａはそれぞれ冷却ファンと送風ファンである。
【００４２】
本実施例によれば、圧縮機１０及び凝縮器１２の出力側にはバイパス管１７ａ、１７ｂがそれぞれ設置される。それぞれのバイパス管１７ａ、１７ｂはエジェクター（ｅｊｅｃｔｏｒ）２７の入力側に連結される。また、エジェクター２７の出力側は濾過器３２に連結される。エジェクター２７は高圧の冷媒をノズルから噴射させて周りの蒸気や熱を排出するか或いは凝縮させる役目をする。そして、それぞれのバイパス管１７ａ、１７ｂにはそれぞれのバイパス管１７ａ、１７ｂを制御する電磁弁１３、１４が設置される。
【００４３】
また、エジェクター２７には蒸発器２６から排出される冷媒が供給され、エジェクター２７はベンチュリ式にてこの冷媒を回収する。また、エジェクター２７には、冷媒が再び蒸発器２６に逆流するのを防止する逆止弁２３が設置される。符号２２は透視鏡である。
【００４４】
よって、低圧の冷媒は圧縮機１０の駆動により蒸発器２６、液体分離器２９及び濾過器３２を経て圧縮機１０に移動し、圧縮機１０に移動したこの冷媒は圧縮機１０で高温高圧の気体状態の冷媒に圧縮されて凝縮器１２にまた移動する。凝縮器１２はこの高圧の気体状態の冷媒を凝縮させて高圧の液体状態の冷媒に変化させる。かくして高圧の液体状態に変化した冷媒はソレノイド弁１６を経てドライヤー１８に移動し、ドライヤー１８はこの冷媒の水分及び異物を濾過する。
【００４５】
この過程で、圧縮機１０及び凝縮器１２からの高温（ｈｏｔ）の冷媒の一部はその温度と圧力が電磁弁１３、１４で計測され、この計測された信号により電磁弁１３、１４の作動が制御される。また、電磁弁１３、１４を通過した冷媒はそれぞれのバイパス管１７ａ、１７ｂを経てエジェクター２７に供給され、エジェクター２７はこの冷媒をノズルに噴射させ、圧縮機１０にフィードバックさせる。その後、エジェクター２７は圧縮機１０の入力側の体積の減少及び圧力を補償する。これにより、圧縮機１０の性能は向上し、動力の使用が低減できる。また、エジェクター２７はベンチュリ式で蒸発器２６からの冷媒を回収する。
【００４６】
したがって本実施例によれば、蒸発器２６の圧力低下及び凝縮圧力の上昇時に冷媒の流量及び高温（ｈｏｔ）の程度は電磁弁１３、１４により制御される。これにより、本実施例はシステム全体の能力の向上及び圧縮機の動力使用の低減を達成することができる。また、本実施例が一般的な冷凍機、エアコンディショナー、ヒートポンプなどに使用されると、これらの性能が向上し、また動力源を著しく低減できることがわかる。
【００４７】
＜実施例２＞
図２は本発明に係る第２実施例の冷凍システムを示す構成図である。前記第１実施例と同じ部材には同一の符号を付しており、重複説明を避けるため別途の説明を省略する。
【００４８】
同図に示すように、第２実施例の全体構造も第１実施例とほぼ同一である。しかし、本実施例はハウジング３０をさらに含むという点のみが第１実施例と異なるだけで、以下ではハウジング３０について説明する。前記ハウジング３０はエジェクター２７と濾過器３２との間に設置される。好ましくはハウジング３０はエジェクター２７と濾過器３２とを連結する管２７ａに設置される。この管２７ａはハウジング３０の内部を通過する。また、ハウジング３０はドライヤー１８の出力側と膨張弁２４の入力側とに連結される。よって、ドライヤー１８から排出される高温の冷媒はハウジング３０を経て膨張弁２４に移動する。このようなハウジング３０は中孔型である。
【００４９】
よって、蒸発器２６からエジェクター２７及び濾過器３２を経て圧縮機１０に移動する冷媒は完全な気体となる。すなわち、冷媒は液体が含まれていない完全な気体状態で圧縮機１０に移動する。言い換えれば、ハウジング３０の内部が高温の冷媒で満たされているため、このハウジング３０を通過する蒸発器２６からの冷媒は管２７ａを通過しながら熱を獲得し、完全に気化した気体状態で圧縮機１０に移動する。この理由で、本実施例では液体分離器２９が除外された。したがって、圧縮機１０は従来の如く液体状態の冷媒を気体状態に変化させるためにエネルギーを過剰に使用して圧縮する必要がなくなり、その結果、圧縮機１０のエネルギー使用は著しく低減される。
【００５０】
また、ハウジング３０内の、ドライヤー１８からの高温の冷媒は熱を奪われてある程度温度が下がった状態で膨張弁２４に移動し、この状態の冷媒は膨張弁２４を経てさらに温度が下がる。よって、この冷媒を蒸発させて蒸発熱を生成させる蒸発器２６の潜熱は大きくなる。よって、全体システムの冷凍性能は著しく向上する。
【００５１】
＜実施例３＞
図３は本発明に係る第３実施例の冷凍システムを示す構成図である。前記第３実施例も前記各実施例と同じ部材には同一の符号を付して別途の説明を省略する。
【００５２】
同図に示すように、第３実施例の全体構造も第２実施例とほぼ同一である。しかし、本実施例は第１及び第２ポンプ１１、２５をさらに含むという点のみが第２実施例と異なるだけで、以下では第１及び第２ポンプ１１、２５について説明する。前記第１ポンプ１１は圧力を上昇させる役目をし、第２ポンプ２５は冷媒を膨張させる役目をする。この時、圧縮機１０は補助役目のみをする。第１及び第２ポンプ１１、２５は図示の如く同一の作動軸１１ｂで作動する。第１ポンプ１１の入力側には蒸発器２６からの冷媒が流入し、その出力側には圧縮機１０が連結される。また、第２ポンプ２５の入力側にはハウジング３０からの冷媒が流入し、その出力側には蒸発器２６が連結される。
【００５３】
よって、第２ポンプ２５にはハウジング３０から高圧の冷媒が流入する。さらに、高圧の冷媒は第２ポンプ２５を通過しながら低温低圧の液体状態の冷媒に変化する。この過程で、第２ポンプ２５には冷媒の圧力変化による圧力差が発生して運動エネルギーが生成される。この運動エネルギーは第２ポンプ２５に含まれた動力軸１１ｂに伝逹され、結果的に作動軸１１ｂは第１ポンプ１１を回転させる。これは第１及び第２ポンプ１１、２５の運動エネルギーが同一であることを意味し、この理由で、第１及び第２ポンプ１１、２５の作動を行うための外部エネルギーは不要となる。
【００５４】
また、圧縮機１０に流入する冷媒は第１ポンプ１１により圧力が大きく上昇するので、高圧の冷媒に変化させるための圧縮機１０のエネルギー使用がその分低減する。また、第２ポンプ２５によって膨張した冷媒は膨張弁２４を通してさらに低圧の冷媒に変換し、これにより蒸発器２６はこの冷媒を容易に蒸発させることができるようになる。結局、蒸発器２６の潜熱は大きくなる。したがって、全体システムの冷凍性能は著しく向上する。
【００５５】
一般的な冷凍システムにおいて、熱交換をする複数の装置には回転による摩擦損失が発生し、またシステムを循環する冷媒には運動流体学的に抵抗が発生した。よって、冷凍システムをより効率よく使用するためには摩擦損失と抵抗を補償する必要があった。第３実施例ではこの補償を補助役目をする圧縮機１０から獲得した。すなわち、圧縮機１０を制御することでこの補償は十分獲得されることができる。前記圧縮機１０の制御はユーザの便宜により任意に調整することができ、システム全体はこの圧縮機１０の制御により制御することができる。
【００５６】
また、本実施例では第１及び第２ポンプ１１、２５を制御することにより、冷媒を十分高圧から低圧に、または低圧から高圧に変化させることができる。前記第１及び第２ポンプ１１、２５の作動方式としては、ベーン（ｖａｎｅ）式、ピストン式、スクロール式、ギア式、ダイヤフラム式、ベローズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）式、ロータリーの容積式または回転式のターボ式を選択的に取ることができる。
【００５７】
＜実施例４＞
図４は本発明に係る第４実施例の冷凍システムを示す構成図である。前記第４実施例も前記各実施例と同じ部材には同一の符号を付して別途の説明を省略する。
【００５８】
同図に示すように、第４実施例の全体構造も第３実施例とほぼ同一である。但し、本実施例はモータ９をさらに含むという点のみが第３実施例と異なるだけである。以下ではモータ９について説明する。前記モータ９は作動軸１１ｂと連結され第１及び第２ポンプ１１、２５を作動させる。また、本実施例は第３実施例のものとは異なり、圧縮機を採用しなかった。なぜならば第１及び第２ポンプ１１、２５が圧縮機の役目を十分果たすことができるからである。これを基礎として、凝縮器１２からの回路は第１ポンプ１１と連結される。圧縮機は第３実施例の説明の如く摩擦損失と冷媒の流動による抵抗を補償するために用いられたが、本実施例ではモータ９がこの補償を担当する。したがって、本実施例の構造は単純になり、これにより生産原価は低減することができる。また、本実施例では膨張弁２４から回収されたエネルギーを、冷媒を圧縮させるためのエネルギーとして使用するので、全体システムの性能は改善され、エネルギー効率は著しく向上する。
【００５９】
通常圧縮機の作動時にはその圧縮機から熱が発生し、冷媒が圧縮される時にも熱が発生したが、この熱は全体システムの寿命を短縮させる原因となった。したがって、圧縮機が除外された本実施例はエネルギーの低減及び寿命延長の效果を一緒に得ることができる。
【００６０】
＜実施例５＞
図５は本発明に係る第５実施例の冷凍システムを示す構成図である。前記第５実施例も前記各実施例と同じ部材には同一の符号を付して別途の説明を省略する。
【００６１】
同図に示すように、第５実施例の全体構造も第４実施例とほぼ同一である。但し、本実施例は受液器がないという点のみが前記第４実施例と異なるだけである。その他の構成及び作用は前記第１乃至第４実施例と同一である。
【００６２】
＜実施例６＞
図６は本発明に係る第６実施例の冷凍システムを示す構成図である。前記第６実施例も前記各実施例と同じ部材には同一の符号を付して別途の説明を省略する。
【００６３】
同図に示すように、第６実施例の全体構造も第５実施例とほぼ同一である。但し、本実施例は第３ポンプ１１ａと受液器１５をさらに含むという点のみが第５実施例と異なるだけである。以下では第３ポンプ１１ａ及び受液器１５について説明する。前記受液器１５は第１実施例と同一の位置に位置され、その役目を果たす。第３ポンプ１１ａはモータ９で作動する作動軸１１ｂにより作動する。第３ポンプ１１ａは第１ポンプ１１の如く冷媒の圧力を上昇させる役目をする。すなわち、第３ポンプ１１ａは蒸発器２６からの冷媒を流入し圧力を上昇させる役目をする。さらに詳しくは、第３ポンプ１１ａはエジェクター２７からの冷媒を流入し第１ポンプ１１の如く圧力を上昇させる役目をする。よって、本実施例は２段階圧縮サイクル構造であると言える。このように、第１及び第３ポンプ１１、１１ａを介して十分圧縮された冷媒は凝縮器１２に移動し、凝縮器１２はこの冷媒をより容易に高温高圧の液体状態に変化させることができる。したがって、凝縮器１２に使われるエネルギーは大きく低減する。これにより、全体システムのエネルギー効率は著しく向上する。
【００６４】
＜実施例７＞
図７は本発明に係る第７実施例の冷凍システムを示す構成図である。前記第７実施例も前記各実施例と同じ部材には同一の符号を付して別途の説明を省略する。
【００６５】
同図に示すように、第７実施例の全体構造も第６実施例とほぼ同一である。但し、本実施例は冷却器２８を含むという点のみが第６実施例と異なるだけである。以下では冷却器２８について説明する。前記冷却器２８は第１ポンプ１１と第３ポンプ１１ａとの間に設置され性能を向上させるためのもので、前記冷却機２８の入口端側は第１次で圧力を上昇させる第１ポンプ１１と連結され、また前記冷却機２８の出口端側は第２次で圧力を上昇させる第３ポンプ１１ａと連結される。このように本実施例は、第１次圧力上昇用第１ポンプ１１を通過した冷媒が冷却機２８を経た後、第２次圧力上昇用第３ポンプ１１ａに流入することになり、これにより冷凍サイクルの性能が向上することができる。
【００６６】
＜実施例８＞
図８は本発明に係る第８実施例の冷凍システムを示す構成図である。前記第８実施例も前記各実施例と同じ部材には同一の符号を付して別途の説明を省略する。
【００６７】
同図に示すように、第８実施例の全体構造も第７実施例とほぼ同一である。但し、本実施例は受液器がないという点のみが第７実施例と異なるだけである。
その他構成及び作用は前記第７実施例と同一で別途の説明を省略する。
【００６８】
＜実施例９＞
図９は本発明に係る第９実施例の冷凍システムを示す構成図あり、図１０は第９実施例の冷凍システムにおける凝縮器の凝縮発熱量のｐｉ線図を示すグラフである。前記第１〜第８実施例と同じ部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
同図に示すように、本実施例は冷媒を圧縮させるための圧縮機１０を含む。圧縮機１０の出力側には凝縮器１２ｂが連結される。第１〜第８実施例の凝縮器１２は冷たい風で冷媒を凝縮させた。しかしながら、本実施例の凝縮器１２ｂは冷却水（すなわち、凝縮水）で冷媒を凝縮させる。勿論、本実施例の凝縮器１２ｂは第１〜第８実施例における凝縮器１２と同一の構造である。このために、本実施例の凝縮器１２ｂは冷却水が循環する冷却水貯蔵容器１３の内部に設置される。すなわち、冷却水貯蔵容器１３はその内部が中孔型で、その内部に凝縮器１２ｂが設置されることで冷媒は冷却水により凝縮することができる。冷却水貯蔵容器１３は２分割型である。すなわち、この冷却水貯蔵容器１３は凝縮器１２ｂの下部に設置された第１冷却水貯蔵容器１３ａと、凝縮器１２ｂの上部に設置された第２冷却水貯蔵容器１３ｂとに分けられる。
【００７０】
この構造で、第１冷却水貯蔵容器１３ａは上下側にそれぞれ第１入口１３ｃと第１出口１３ｄを具備する。冷却水は第１入口１３ｃを通して流入し第１出口１３ｄを通して排出され、第１冷却水貯蔵容器１３ａの内部を循環することができる。また、第２冷却水貯蔵容器１３ｂにも上下側にそれぞれ第２入口１３ｅと第２出口１３ｆを具備する。冷却水は第２入口１３ｅを通して流入し第２出口１３ｆを通して排出されることにより、第２冷却水貯蔵容器１３ｂの内部を循環することができる。
【００７１】
しかし、本実施例では第１冷却水貯蔵容器１３ａから排出された冷却水の一部がまた第２冷却水貯蔵容器１３ｂを循環するようになっている。これは第１冷却水貯蔵容器１３ａを循環した冷却水の一部を第２冷却水貯蔵容器１３ｂへ再び循環させることにより、凝縮器１３ａの用量を小さくすることを狙っている。これにより、凝縮器１２ｂの効率は大きく改善され、凝縮器１２ｂの凝縮ラインが短くなるという利点がある。
【００７２】
このような效果を図１０を参照して説明すると次の通りである。図１０に示すように、Ｘ軸はエンタルピー（ｉ）すなわち、熱含量（ｈｏｔ ｃｏｎｔｅｎｔ）を示し、Ｙ軸は圧力（Ｐ）を示す。このｐｉ線図において、等温／等温区間は第１冷却水貯蔵容器１３ａを循環した後に排出された冷却水（以下、「第１冷却水」と言う）を示す。そして、過熱除去区間は第１冷却水の一部が第２冷却水貯蔵容器１３ｂを循環した後に排出された冷却水（以下、「第２冷却水」と言う）を示す。このようなｐｉ線図で、等温／等温区間は第１冷却水に対して純粋な凝縮発熱量を示す。したがって、ｐｉ線図を考察してみると、第２冷却水に対する過熱除去区間は第１冷却水に対する凝縮発熱量より小さいことが分かる。これを基礎として、第１冷却水貯蔵容器１３ａからの第１冷却水の一部を第２冷却水貯蔵容器１３ｂへ再び循環させると、全体凝縮器１２ｂの用量は少なくなる。したがって、凝縮器１２ｂの効率は上昇し、これによる凝縮器１２ｂの凝縮ラインは短くなる。結果的に、凝縮器１２ｂの冷媒含有量は減少する。
【００７３】
本発明者の実験によると、例えば、第１冷却水貯蔵容器１３ａの第１入口１３ｃに流入する第１冷却水の温度が３０℃であれば、第１出口１３ｄに排出される第１冷却水の温度はほぼ４５℃であることがわかった。この４５℃の第１冷却水の一部を第２冷却水貯蔵容器１３ｂへ再び循環させ、第２出口１３ｆに排出される第２冷却水を測定した結果、その温度はほぼ７０℃であることがわかった。これにより、上記のｐｉ線図に示す特性を十分立証することができる。
【００７４】
本実施例は前述したように凝縮器１２ｂで凝縮された冷媒がソレノイド弁１６、ドライヤー１８、ハウジング３０、膨張弁２４及び蒸発器２６ｂを経由して冷凍及び／または冷蔵を行うようになっている。また、第９実施例はこの蒸発器からの冷媒がハウジング３０を通過する管２７ａ及び濾過器３２を経て圧縮機１０にフィードバックされるようになっている。このような循環回路を通して第９実施例は冷凍及び／または冷蔵を行う。
【００７５】
この過程で、本実施例の蒸発器２６ｂは第１及び第８実施例における蒸発器２６とは異なる構造を持つ。これは冷媒が蒸発器２６ｂを通過する時に発生した抵抗及びその残留量を減少させるためである。第１〜第８実施例で使われた蒸発器２６は一般的な構造である。この蒸発器２６は複数の冷媒管を具備し、この複数の冷媒管は通常長さが長い。よって、冷媒が複数の冷媒管を通過する時に運動流体学的に抵抗が大きくなった。また、各冷媒管が長いので、各冷媒管の内部には冷媒が多量に残留した。このため、蒸発器２６の性能は大きく低下した。
【００７６】
したがって、本実施例における蒸発器２６ｂはかかる問題点を改善するために提示されたものである。蒸発器２６ｂは密閉された２つの内部空間を持つ。それぞれの内部空間には複数の板体２６ｂが設置され、垂直でジグザグ型の連絡可能な流路を形成する。よって、それぞれの内部空間の入力側に流入する膨張弁２４からの冷媒は複数の板体２６ｃが形成したジグザグ流路を通過しながら蒸発し、すなわち濾過器３２に向けて排出される。この構造で前記蒸発器２６ｂを通過する冷媒の距離が著しく短くなったことがわかる。また、蒸発器２６ｂの内部が２分割されたので、冷媒の通過長さはさらに短くなる。また、複数の板体２６ｃの距離を大きくすればするほど冷媒が通過する時の抵抗はその分だけ低下する。しかしながら、この距離は蒸発器２６ｂ本来の機能を維持させるための範囲内で限定する必要がある。したがって、この構造の蒸発器２６ｂを経由する冷媒の抵抗及びその残留量は著しく減少する。
【００７７】
前記蒸発器２６ｂは例えば、図１１及び図１２に示すように多様な構造に変形することができる。すなわち、図１１には密閉された２つの内部空間に流路を形成する複数の板体２６ｃが左右にジグザグ型に設置された構造の蒸発器２６ｂを示し、図１２は密閉された２つの内部空間のみを持つ構造の蒸発器２６ｂを示す。図１２の蒸発器２６ｂは冷媒をそれぞれの内部空間に対して互い違いに通過させることにより、冷媒の抵抗及びその残留量を減少させることを狙っている。
【００７８】
＜実施例１０＞
図１３は本発明に係る第１０実施例の冷凍システムを示す構成図である。前記各実施例と同じ部材には同一の符号を付して別途の説明を省略する。
【００７９】
同図に示すように、本実施例には圧縮機１０を備えている。圧縮機１０は本実施例で補助役目をする。すなわち、本実施例は前述した第３実施例に含まれた第１及び第２ポンプ１１、２５を含むことにより、圧縮機１０は本実施例で第１及び第２ポンプ１１、２５に対して補助役目をする。本実施例は冷媒が圧縮機１０、凝縮器１２、ソレノイド弁１６、ドライヤー１８、ハウジング３０、第２ポンプ２５及び蒸発器２６を経由して冷凍及び／または冷蔵を行うようになっている。また、本実施例はこの蒸発器２６からの冷媒がハウジング３０を通過する管２７ａ及び第１ポンプ１１を経て圧縮機１０にフィードバックされるようになっている。このような冷媒の循環回路を通して本実施例は冷凍及び／または冷蔵を行う。また、このような循環回路を持つ本実施例は前記第１〜第９実施例の構造から十分理解することができるのでその説明は省略する。
【００８０】
＜実施例１１＞
図１４は本発明に係る第１１実施例の冷凍システムを示す構成図である。第１１実施例も前記各実施例と同じ部材には同一の符号を付して別途の説明を省略する。
【００８１】
同図に示すように、本実施例の全体構造も前記第１０実施例とほぼ同一である。但し、本実施例は圧縮機の代わりにモータ９をさらに含むという点が第１０実施例と異なる。以下では圧縮機とモータ９について説明する。本実施例は第１０実施例のものとは異なり、前記の第４及び第５実施例に含まれたモータ９が設置された構造である。よって、本実施例では圧縮機が必要なくなる。第１１実施例は冷媒が凝縮器１２、ソレノイド弁１６、ドライヤー１８、ハウジング３０、第２ポンプ２５及び蒸発器２６を経由して冷凍及び／または冷蔵を行うようになっている。また、本実施例はこの蒸発器２６からの冷媒がハウジング３０を通過する管２７ａ及び第１ポンプ１１にフィードバックされるようになっている。このような冷媒の循環回路を通して本実施例は冷凍及び／または冷蔵を行う。また、前記循環回路を持つ本実施例の構造は前記第１〜第９実施例の構造から十分理解できるのでその説明は省略する。
【００８２】
このような構造の第１０及び第１１実施例はコントローラ４０をそれぞれ具備する。コントローラ４０はシステムを構成するそれぞれの装置に設置されたセンサーから入力された信号を基礎としてその全体システムを自動制御するようになっている。このコントローラ４０はユーザの必要に応じるプログラム、例えば設定値などが変更できる。したがって、ユーザはコントローラ４０を操作して第１０及び第１１実施例の全体システムを便利に制御することができる。コントローラ４０はアナログ、デジタル、位相ヘルツなどの方式にて第１０及び第１１実施例の各装置に設置されたモータの回転速度を制御する。
【００８３】
すなわち、コントローラ４０には冷媒の水分の検出可否を知らせるための第２ポンプ２５からの信号、冷媒の適当な凝縮の可否を知らせるための凝縮器１２出力側からの信号、冷媒の適当な蒸発の可否を知らせるための蒸発器２６からの信号及び、冷媒の圧力の適当な上昇の可否を知らせるための第１ポンプ１１からの信号などが入力される。また、コントローラ４０には第２ポンプ２５から圧力変化に対する信号も入力される。したがって、コントローラ４０はこのようなそれぞれの装置から転送される信号を基礎として判読してそれぞれの装置の作動を制御する。また、コントローラ４０は第１及び第２ポンプ１１、２５に対する相互容積バランスを調節する。また、コントローラ４０は第１０実施例における圧縮機１０及びモータ９のオン／オフを制御する。また、コントローラ４０にはシステム外部の温度センサー４４とシステム内部の温度センサー４４がさらに連結されることができる。したがって、それぞれの温度センサー４２、４４から出力される測定温度信号を基礎としてコントローラ４０は全体システムを制御することができる。
【００８４】
このようなコントローラ４０を含む制御回路は第１０及び第１１実施例のシステムを効率的に制御する役目をする。これにより、第１０及び第１１実施例はより效果的に本発明の目的を達成することができる。また、コントローラ４０を含む制御回路は第１〜第９実施例の構造にも十分適用できることが明らかである。
【００８５】
以上本発明を特定の実施例を中心に説明したが、本発明の特許請求範囲に記載された技術思想から外れない範囲内で上述したように多様な修正及び変更が可能なのは明らかなことである。従って、本発明の詳細な説明及び添付図は本発明の技術思想を限定するものではなく、単に例示するものであると解釈すべきである。
【００８６】
【発明の效果】
以上説明したように、本発明は冷媒が高圧から低圧に変化する時のエネルギーを回収して再使用することにより、全体システムのエネルギー効率を改善するという效果がある。また、本発明は構造が簡単で価格が安価な冷凍システムを提供するという效果がある。また、本発明は従来の冷凍機、エアコンディショナー、ヒートポンプなどに適用され、これらの性能を向上させるとともに、エネルギーを低減させるという效果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図２】本発明に係る第２実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図３】本発明に係る第３実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図４】本発明に係る第４実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図５】本発明に係る第５実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図６】本発明に係る第６実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図７】本発明に係る第７実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図８】本発明に係る第８実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図９】本発明に係る第９実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図１０】第９実施例の冷凍システムにおける凝縮器の凝縮発熱量のｐｉ線図を示すグラフである。
【図１１】第９実施例の冷凍システムの蒸発器のみを変形させた例を示す冷凍システムの構成図である。
【図１２】第９実施例の冷凍システムの蒸発器のみを変形させた他の例を示す冷凍システムの構成図である。
【図１３】本発明に係る第１０実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図１４】本発明に係る第１１実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図１５】従来の冷凍システムを示す構成図である。
【符号の説明】
９ モータ
１０ 圧縮機
１１ 第１ポンプ
１１ａ 第３ポンプ
１１ｂ 作動軸
１２、１２ｂ 凝縮器
１３、１４ 電磁弁
１３ａ 第１冷却水貯蔵容器
１３ｂ 第２冷却水貯蔵容器
１３ｃ 第１入口
１３ｄ 第１出口
１３ｅ 第２入口
１３ｆ 第２出口
１５ 受液器
１６ ソレノイド弁
１７ａ、１７ｂ バイパス管
１８ ドライヤー
２２ 透視鏡
２３ 逆止弁
２４ 膨張弁
２５ 第２ポンプ
２６、２６ｂ 蒸発器
２６ｃ 板体
２７ エジェクター
２７ａ 管
２８ 冷却器
２９ 液体分離器
３０ ハウジング
３２ 濾過器
４０ コントローラ
４２ システム外部の温度センサー
４４ システム内部の温度センサー

Claims (11)

1. 圧縮機、凝縮器及び蒸発器を具備して冷媒を圧縮、凝縮及び蒸発させるようにした冷媒循環部；
   前記圧縮機の出力側と凝縮器の出力側とにそれぞれ設置され、この圧縮機及び凝縮器から排出される冷媒の一部の温度及び圧力を測定してその冷媒の流量及び高温の程度を制御する複数の電磁弁；
   前記複数の電磁弁と連絡されるように設置し、その電磁弁により制御され、流動する冷媒の一部を再び圧縮させるために前記圧縮機へバイパスする複数のバイパス管；及び、
   バイパス管及び前記蒸発器と連結され、このバイパス管からの冷媒の一部及び蒸発器から圧縮器にフィードバックされる冷媒にベンチュリ原理を適用し、前記圧縮機の使用エネルギーを補償するようにしたエジェクター；を含むことを特徴とする冷凍システム。
2. 冷凍システムを制御するためのコントローラがさらに設置されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
3. 前記エジェクターと圧縮機との間にはハウジングがさらに設置して前記凝縮器の出力側と蒸発器の入力側とを連結し、前記ハウジングは内部を通過する前記蒸発器から流入する冷媒を完全に気化させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
4. 前記エジェクターと圧縮機との間及び前記凝縮器と蒸発器との間には第１ポンプ及び第２ポンプがそれぞれさらに設置され、前記第１ポンプは前記エジェクターから流入する冷媒の圧力を上昇させ、前記第２ポンプは前記第１ポンプと同一軸にして前記凝縮器から流入する冷媒の膨張圧力を上昇させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の冷凍システム。
5. 前記第１及び第２ポンプにはモータがさらに設置されていることを特徴とする請求項４記載の冷凍システム。
6. 前記エジェクターと凝縮器との間には第３ポンプがさらに設置され、前記第３ポンプは前記エジェクターから流入する冷媒の圧力を上昇させるようにしたことを特徴するする請求項５記載の冷凍システム。
7. 前記第１ポンプと前記第３ポンプとの間には冷却器がさらに設置され、前記冷却器は第１ポンプから流入する冷媒の温度を低下させるようにしたことを特徴とする請求項６記載の冷凍システム。
8. 冷媒を圧縮してポンプする圧縮機；
   前記圧縮機と連結され、その圧縮機からポンプされる冷媒が冷却水により凝縮させるようにした凝縮器；及び、
   密閉された２つの内部空間を具備して前記凝縮器と連結され、前記凝縮器から流入する冷媒が前記内部空間を上下左右に流動しながら蒸発するようにした蒸発器；を含むことを特徴とする冷凍システム。
9. 冷凍システムを制御するためのコントローラがさらに設置されていることを特徴とする請求項８記載の冷凍システム。
10. 冷凍システムは冷却水を循環させる冷却水貯蔵容器をさらに具備し、その冷却水貯蔵容器の内部には前記凝縮器を設置されていることを特徴とする請求項８記載の冷凍システム。
11. 前記冷却水貯蔵容器は２分割型で、このそれぞれの冷却水貯蔵容器の中からいずれか一つの冷却水貯蔵容器には他の一つの冷却水貯蔵容器からの冷却水の一部が流入するようにしたことを特徴とする請求項１０記載の冷凍システム。

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