JP2003314908A - 低温冷凍装置 - Google Patents

低温冷凍装置

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JP2003314908A
JP2003314908A JP2002156458A JP2002156458A JP2003314908A JP 2003314908 A JP2003314908 A JP 2003314908A JP 2002156458 A JP2002156458 A JP 2002156458A JP 2002156458 A JP2002156458 A JP 2002156458A JP 2003314908 A JP2003314908 A JP 2003314908A
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refrigerant
boiling point
low
refrigeration
heat exchanger
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JP2002156458A
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Yukihiko Shinno
幸彦 新野
Koji Ito
幸司 伊藤
Katsuji Katayama
勝司 片山
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Chiyoda Corp
Original Assignee
Chiyoda Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/006Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant containing more than one component
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/16Receivers

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒分留器と冷媒熱交換器を組み合わせ、一
元一段圧縮で、超低温冷凍を可能とした混合冷媒用低温
冷凍装置を提供する。 【解決方法】 圧縮機1で吐出された混合冷媒をレシー
バタンク3で高沸点の液状冷媒と低沸点のガス状冷媒に
分離する。高沸点の液状冷媒は第1膨張弁5により減圧
蒸発させ第1熱交換器4にてガス状低沸点冷媒を冷却す
る。冷却され一部液化した低沸点冷媒は更に、冷媒分留
器6でより低沸点の冷媒を分離し、これを第2熱交換器
7で再度冷却し、第3膨張弁9を介してブラインクタン
ク蒸発器10で減圧冷却する。従って、最終冷却温度は
低沸点冷媒によって行われるため、−40℃以下の超低
温が得られる。このように、従来二元冷凍又は、二段圧
縮冷凍により行われていた超低温冷凍が一元一段圧縮冷
凍で可能となり、装置の小型化、コスト低下、信頼性の
向上等の効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1元1段圧縮により、
超低温冷凍装置を構成するものである。
【0002】
【従来の技術】超低温(−40℃以下)冷凍装置として
は、圧縮機を複数台使用した多段圧縮冷凍装置か、又
は、冷凍回路を複数使用した多元冷凍装置が使用されて
いた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記多段
圧縮冷凍装置では、高額な圧縮機を複数台使用するか、
又は、圧縮機内に複数段の圧縮機構を設ける等、構造が
複雑かつ、高価なものとなっている。又、多元冷凍装置
では、複数台の圧縮機を要する他、装置も大形となり高
価である。又、両者とも使用部品点数が多く信頼性の低
下等の課題がある。
【0004】
【問題を解決するための手段】本発明は、1元1段圧縮
冷凍装置において、2種類以上の混合冷媒を使用し、冷
凍回路のレシーバタンク内で高沸点液冷媒部分を取り出
し、膨張弁を介して冷媒熱交換器内で蒸発させ低沸点ガ
ス冷媒を冷却する。冷却された低沸点冷媒は更に、冷媒
分留器により高沸点冷媒と低沸点冷媒に分留し、高沸点
冷媒を多く含んだ冷媒は膨張弁により冷媒熱交換器内で
蒸発させ、冷媒分留器により分留された低沸点冷媒を冷
却する。冷却された低沸点冷媒は膨張弁を経て、蒸発器
(ブラインタンク)によりブラインを超低温に冷却する
ことを特徴とする。また、1元1段圧縮冷凍装置におい
て、2種類以上の混合冷媒を使用し、凝縮器を出た後の
液化した高沸点冷媒部分を分岐して膨張弁を介して蒸発
させ、低沸点のガス冷媒が導入された冷媒分留器を冷却
し、再度高沸点冷媒と低沸点冷媒に分留する。ここで、
分留された高沸点冷媒を多く含んだ冷媒は膨張弁により
冷媒熱交換器内で蒸発させ、低沸点冷媒を冷却する。冷
却された低沸点冷媒は膨張弁を経て、蒸発器(ブライン
タンク)によりブラインを超低温に冷却することを特徴
とする。また、1元1段圧縮冷凍装置において、2種類
以上の混合冷媒を使用し、凝縮器を出た後の液化した高
沸点冷媒部分を分岐して膨張弁を介して蒸発させ、低沸
点のガス冷媒が導入された冷媒分留器を冷却し、再度高
沸点冷媒と低沸点冷媒に分留する。ここで、分留された
高沸点冷媒を多く含んだ冷媒は膨張弁により冷媒熱交換
器内で減圧冷却させ、低沸点冷媒を冷却する。冷却され
た低沸点冷媒は膨張弁を経て、蒸発器(ブラインタン
ク)によりブラインを超低温に冷却するよう構成された
冷凍回路に、凝縮管と吸入管を熱交換器により熱交換さ
せ、運転効率を高めたことを特徴とする。
【0005】
【作用】従って、本発明は、1元1段圧縮冷凍装置に沸
点の異なる複数種類の冷媒を使用し、凝縮器を出た後に
沸点の高い液冷媒を分離し、この液冷媒を膨張弁を介し
て蒸発させ、沸点の低いガス冷媒を冷却する。冷却され
た沸点の低い冷媒は分留器により、再度液冷媒とガス冷
媒に分留し、液冷媒は膨張弁を介して蒸発させ沸点の低
いガス冷媒を冷却する。冷却された沸点の低い冷媒は膨
張弁を経て、蒸発器(ブラインタンク)によりブライン
を超低温に冷却することが出来る。
【0006】
【実施例】以下本発明の混合冷媒用低温冷凍装置の一実
施例について、図面に基づいて説明する。図1.に示す
ように圧縮機1により吐出された混合冷媒は、凝縮器2
により放熱し、レシーバタンク3に入る。レシーバタン
ク3内では沸点の高い冷媒は液化し下部に貯留し、沸点
の低い冷媒はガス状のまま上部に位置する。ここにおい
て、下部に貯留する沸点の高い冷媒を多く含む液冷媒を
第1膨張弁5を介して、第1熱交換器4内で蒸発(冷
却)させ、吸入管へ接続する。一方、レシーバタンク内
の沸点の低い冷媒を多く含むガス状冷媒は第1熱交換器
4で冷却し、一部を液化させ冷媒分留器6に導く。冷媒
分留器により分留された高沸点冷媒を多く含む液冷媒は
第2膨張弁8を介して第2熱交換器7内にて蒸発(冷
却)させ吸入管に接続する。一方、冷媒分留器6内の沸
点の低いガス冷媒は第2熱交換器で冷却された後、第3
膨張弁9を経てブラインタンク内の蒸発器10で減圧冷
却し、吸入管に接続する。吸入管は圧縮機の吸入口に接
続され混合冷媒は再び圧縮される様に構成されており、
1元1段圧縮の冷凍装置で超低温の冷凍を可能とした冷
凍装置を特徴とする。(なお、図は膨張タンク、アキュ
ウムレータ、ドライヤー等の記載は省略してある。) 別の実施例を図2に示す。圧縮機1により吐出された混
合冷媒は、凝縮器2により放熱し、冷却される。ここ
で、沸点の高い冷媒を多く含む液冷媒を第1膨張弁4を
経て、冷媒分留器3内で蒸発(冷却)させ、吸入管へ接
続する。一方、凝縮器から出た沸点の低い冷媒を多く含
むガス状冷媒は冷媒分留器で再度沸点の高い冷媒と、沸
点の低い冷媒とに分留する。沸点の高い液状冷媒は第2
膨張弁を経て、熱交換器6を冷却し吸入管に接続する。
一方、冷媒分留器3で分留された低沸点冷媒は熱交換器
6で冷却された後、第3膨張弁7を経てブラインタンク
内の蒸発器8で蒸発冷却し、吸入管に接続する。吸入管
は圧縮機の吸入口に接続され混合冷媒は再び、圧縮され
る様に構成されており、1元1段圧縮の冷凍装置で超低
温の冷凍を可能とした冷凍装置を特徴とする。(なお、
図はレシーバタンク、膨張タンク、ドライヤー、アキュ
ウムレータ当の記載は省略してある。) さらに、別の実施例を図3に示す。圧縮機1により吐出
された混合冷媒は、凝縮器2により放熱し、冷却され
る。ここで、沸点の高い冷媒を多く含む液冷媒を第1膨
張弁4を経て、冷媒分留器3内で蒸発(冷却)させ、吸
入管へ接続する。一方、凝縮器から出た沸点の低い冷媒
を多く含むガス状冷媒は冷媒分留器で再度沸点の高い冷
媒と、沸点の低い冷媒とに分留する。沸点の高い液状冷
媒は第2膨張弁を経て、熱交換器6を冷却し吸入管に接
続する。一方、冷媒分留器3で分留された低沸点冷媒は
熱交換器6で冷却された後、第3膨張弁7を経てブライ
ンタンク内の蒸発器8で蒸発冷却し、吸入管に接続す
る。吸入管は圧縮機の吸入口に接続され混合冷媒は再
び、圧縮される様に構成された冷凍回路において、凝縮
器を出た後の凝縮管と圧縮機入り口の吸入管とを熱交換
する熱交換器9を設置し、1元1段圧縮の冷凍装置で高
効率な超低温の冷凍を可能とした冷凍装置を特徴とす
る。(なお、図はレシーバタンク、膨張タンク、ドライ
ヤー、アキュウムレータ等の記載は省略してある。)
【0007】
【発明の効果】以上のように本発明は、混合冷媒を使用
した冷凍回路において、冷媒分留器により、高沸点冷媒
と低沸点冷媒とに冷凍回路内で分留し、高沸点冷媒を多
く含む冷媒は膨張弁を介して蒸発冷却させ低沸点冷媒を
冷却し超低温を得るもので、従来二元冷凍装置または二
段圧縮冷凍装置を使用していた超低温用冷凍機に対し、
一元一段圧縮冷凍装置で可能とした。これにより、装置
の小型化、コスト低下、信頼性の向上等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の混合冷媒用低温冷凍装置の
系統図である。
【図2】本発明の二つ目の実施例の冷媒分留器と冷媒熱
交換器を各1個使用した混合冷媒用低温冷凍装置の系統
図である。
【図3】本発明の三つ目の実施例で、上記に対し更に、
凝縮管と吸入管とを熱交換器により熱交換させ、効率ア
ップを図った混合冷媒用低温冷凍装置の系統図である。
【符号の説明】
1 圧縮機 2 凝縮器 3 レシーバタンク 4 第一熱交換器 5 第一膨張弁 6 冷媒分留器 7 第二熱交換器 8 第二膨張弁 9 第三膨張弁 10 蒸発器(ブラインタンク)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷媒ガス(R14,R22,R23,R
    134a,R404a,R507)の内、複数の冷媒ガ
    スを圧縮機1台を用いた一元冷凍装置回路に封入使用
    し、冷媒分留器等を用いて、二元回路と同じ超低温冷凍
    能力を得る一元低温冷凍回路。
  2. 【請求項2】 圧縮機と凝縮器を出た混合冷媒のうち、
    高沸点液冷媒のみを熱交換器の一次側で蒸発させ、二次
    側に導入した低沸点冷媒ガスを凝縮液化し、この低沸点
    冷媒液のみを最終蒸発器(例えばブラインタンク等)に
    導入して、二元冷凍装置と同じ超低温を得ることを特徴
    とする一元超低温冷凍方法とその装置。
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