JP2006349279A

JP2006349279A - 多元冷凍装置

Info

Publication number: JP2006349279A
Application number: JP2005177188A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nishihara; 正博西原; Sadahiro Tanaka; 禎浩田中; Hidefumi Tashiro; 英史田代
Original assignee: Toyo Seisakusho KK
Current assignee: Toyo Seisakusho KK
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】
低元受液器の容積を小なるものとしても同受液器への液冷媒の溜まり込みを防止でき、安定した運転が行われる信頼性の高い多元冷凍装置を提供する。
【解決手段】
低元冷凍サイクル２に満液式の冷却器１１を備える多元冷凍装置において、前記低元冷凍サイクル２の低圧側冷媒管１２の途中に一端が接続され、多端が圧力保護容器１４に接続された低圧側枝管１６の途中に、通常は開かれているが、低元受液器９内の貯留液冷媒量が予め設定された値を以上になると閉ざされ、前記冷却器１１への送液によって低元受液器９内の貯留液冷媒量が上記予め設定された値未満になると再び開かれる開閉弁１７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の冷凍サイクルを有し、超低温を生成する多元冷凍装置に関し、より詳しくは、低元冷凍サイクルに満液式の冷却器を備え、カスケードコンデンサへの液冷媒の溜まり込みを防止できるようにした多元冷凍装置に関する。

多元冷凍装置においては、低元冷凍サイクルに、この低元冷凍サイクルの起動時に高圧側圧力の異常上昇を防止し、停止時に冷媒ガスを回収する圧力保護容器を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

ところで、低元冷凍サイクルの冷却器においては、冷却器を満液式のものとすると乾式のものに比して負荷側への冷熱の伝達効率向上を期すことができるというメリットがあり、満液式のものでは低元冷凍サイクルでの冷媒量が乾式のものに比して大となり、したがって、圧力保護容器も容量の大なるものが用いられる。

しかしながら、圧力保護容器の容積を大きくできても低元受液器の容量は侵入熱をできるだけ小なるものに抑える必要があるため、液冷媒全量を回収することができるほどは大きくすることができず、このため低元受液器に液冷媒が溜まり込むとカスケードコンデンサ内にも液冷媒が滞留し、同コンデンサ内におけるガス冷媒の伝熱面積が減少して、低元冷凍サイクルの高圧側圧力が高圧異常となり、運転を継続できなくなることがあり、圧縮機に損傷を与えるおそれさえある。
特開平６−８２１０７号公報（第２〜３頁、図７）

本発明は、低元受液器の容積を小なるものとしても同受液器への液冷媒の溜まり込みを防止でき、安定した運転が行われる信頼性の高い多元冷凍装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る多元冷凍装置は、複数の冷凍サイクルが互いにカスケードコンデンサを介して接続され、低元冷凍サイクルに満液式の冷却器を備える多元冷凍装置において、前記低元冷凍サイクルの圧縮機の吐出口に一端が接続された冷媒往管の他端がカスケードコンデンサ、低元受液器、減圧弁を介して冷却器の冷媒入口に接続され、同冷却器の冷媒出口に一端が接続された冷媒復管の他端が圧縮機の吸入口に接続され、前記冷媒往管の途中における圧縮機とカスケードコンデンサとの間に一端が接続され、他端が圧力調節弁を介して圧力保護容器に接続された高圧側枝管と、前記冷媒復管の途中に一端が接続され、多端が前記圧力保護容器に接続された低圧側枝管を備え、この低圧側枝管の途中に、通常は開かれているが、前記低元受液器内の貯留液冷媒量が予め設定された値を以上になると閉ざされ、前記冷却器への送液によって低元受液器内の貯留液冷媒量が上記予め設定された値未満になると再び開かれる開閉弁を設けてなる構成のものとしてある。

本発明の請求項２に係る多元冷凍装置は、前記低元受液器内に、同受液器内の貯留液冷媒量を検知して、貯留液冷媒量が前記設定値以上の状態であると高液位信号を発する液位センサを設け、前記開閉弁は前記液位センサからの高液位信号が発せられている間は閉ざされるように構成したものとしてある。

本発明の請求項３に係る多元冷凍装置は、前記カスケードコンデンサの低元側冷媒通路内に、同通路内の滞留液冷媒量を検知して、滞留液冷媒量が前記設定値以上の状態であると高液位信号を発する液位センサを設け、前記開閉弁は前記液位センサからの高液位信号が発せられている間は閉ざされるように構成したものとしてある。

本発明によれば、低元受液器の容積を小なるものとして侵入熱を低減することができ、しかも低減受液器内の液冷媒の量が増大して同受液器内の液冷媒レベルが上昇するか、カスケードコンデンサに液冷媒が滞留すると、圧力保護容器と低元冷凍サイクルの低圧側配管との間の枝管における開閉弁が閉止され、圧力保護容器から冷凍サイクルへのガス冷媒の呼び込みが停止され、したがって低元受液器内においては、冷却器への送液に伴ってその貯留液冷媒量が減少し、カスケードコンデンサ内における伝熱不良が防止され、この伝熱不良に起因する高圧異常の解消を期すことができる。

また、冷凍機の起動時すなわち冷やし込みの初期と、その終期では冷却器への送液量に差が生じるが、本発明によれば、送液量に応じて圧力保護容器から低元冷凍サイクルに冷媒ガスを呼び込んで循環冷媒量を調節することができるので、冷やし込みに要する時間の短縮も図ることができる。

以下、本発明に係る多元冷凍装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
なお本実施例においては、高元冷凍サイクル１と低元冷凍サイクル２の２つの冷凍サイクルを備える二元冷凍装置について説明する。

前記高元冷凍サイクル１と低元冷凍サイクル２は、カスケードコンデンサ３を介して接続されていて、高元冷凍サイクル１は、圧縮機４、コンデンサ５、減圧弁６および前記カスケードコンデンサ３の１次側流路３ａをこの順に接続して構成されている。

また、前記低元冷凍サイクル２は、圧縮機７の吐出口に一端が接続された冷媒往管８の他端がカスケードコンデンサ３の２次側流路３ｂ、低元受液器９、減圧弁１０を介して満液式の冷却器１１の冷媒入口に接続され、同冷却器１１の冷媒出口に一端が接続された冷媒復管１２の他端が前記圧縮機７の吸入口に接続されている。

また、前記冷媒往管８の途中における圧縮機７とカスケードコンデンサ３との間に一端が接続され、他端が圧力調節弁１３を介して圧力保護容器１４に接続された高圧側枝管１５と、前記冷媒復管１２の途中に一端が接続され、多端が前記圧力保護容器１４に接続された低圧側枝管１６を備えている。
なお、上記圧力保護容器１４は冷凍装置の停止時には冷凍サイクル内の冷媒を気化した状態で収容できる十分な容積を有するもので構成してある。

そして、前記低圧側枝管１６の途中に、通常は開かれているが、前記低元受液器内の貯留液冷媒量が予め設定された値を以上になると閉ざされ、前記冷却器への送液によって低元受液器内の貯留液冷媒量が上記予め設定された値未満になると再び開かれる開閉弁１７を設けてある。

具体的には、前記低元受液器９内に、同受液器内の貯留液冷媒量を検知して、貯留液冷媒量が前記設定値以上の状態であると、その間は高液位信号を発し続ける液位センサ１８を設け、前記開閉弁１７は前記液位センサからの高液位信号が発せられている間は自動的に閉ざされるように構成してある。

上述のように構成された本発明の装置においては、冷凍装置が停止していて少なくとも低元冷凍サイクル２内の冷媒が全量気化したガス冷媒の状態で収容されていて、運転が開始されると、前期開閉弁１７が開かれているので、前記圧力保護容器１４内のガス冷媒が低圧側の冷媒復管１２内に呼び込まれ、カスケードコンデンサ３内で凝縮されて低元受液器９内に液冷媒として貯留され、順次減圧弁１０を経て冷却器１１に送られ、負荷側との熱交換により気化させられて冷媒復管１２により圧縮機７に戻される。

運転の経過と、負荷の変化に伴い、冷却器１１への送液量が減少すると、低元受液器９内の貯留液冷媒量が増大し、この貯留液冷媒量が予め設定された値以上になると、前記液位センサ１８から高液位信号が前記開閉弁１７に送られ、開閉弁は高液位信号を受けて自動的に閉ざされ、高液位信号を受けている間すなわち前記貯留液冷媒量が予め設定された値以上である状態の間は閉ざされて、前記低圧側枝管１６による圧力保護容器１４から冷媒復管１２へのガス冷媒の呼び込みが停止される。

その後、冷却器１１への送液に伴い、低元受液器９内の貯留液冷媒量が減少すると、前記液位センサ１８からの高液位信号が停止され、この高液位信号の停止に伴って前記開閉弁１７が開成され、したがって圧力保護容器１４から冷媒復管１２へのガス冷媒の呼び込みが再開される。

上述した実施例においては、液位センサ１８を低元受液器９に設けてあるが、この液位センサを低元受液器９ではなく、前記カスケードコンデンサ３の低元側冷媒通路たる２次側流路３ｂに設け、同流路内に所定値以上の液冷媒が滞留していること、すなわち低元受液器内の液冷媒があふれてカスケードコンデンサに滞留していることを検知して、高液位信号を発するようになし、同信号によって前記開閉弁１７の開閉制御を行うようにする場合もある。

本発明に係る多元冷凍装置の実施例を示す構成図。

符号の説明

１高元冷凍サイクル
２低元冷凍サイクル
３カスケードコンデンサ
４圧縮機
５コンデンサ
６減圧弁
７圧縮機
８冷媒往管
９低元受液器
１０減圧弁
１１冷却器
１２冷媒復管
１３圧力調節弁
１４圧力保護容器
１５高圧側枝管
１６低圧側枝管
１７開閉弁
１８液位センサ

Claims

複数の冷凍サイクルが互いにカスケードコンデンサを介して接続され、低元冷凍サイクルに満液式の冷却器を備える多元冷凍装置において、前記低元冷凍サイクルの圧縮機の吐出口に一端が接続された冷媒往管の他端がカスケードコンデンサ、低元受液器、減圧弁を介して冷却器の冷媒入口に接続され、同冷却器の冷媒出口に一端が接続された冷媒復管の他端が圧縮機の吸入口に接続され、前記冷媒往管の途中における圧縮機とカスケードコンデンサとの間に一端が接続され、他端が圧力調節弁を介して圧力保護容器に接続された高圧側枝管と、前記冷媒復管の途中に一端が接続され、多端が前記圧力保護容器に接続された低圧側枝管を備え、この低圧側枝管の途中に、通常は開かれているが、前記低元受液器内の貯留液冷媒量が予め設定された値を以上になると閉ざされ、前記冷却器への送液によって低元受液器内の貯留液冷媒量が上記予め設定された値未満になると再び開かれる開閉弁を設けてなる多元冷凍装置。
前記低元受液器内に、同受液器内の貯留液冷媒量を検知して、貯留液冷媒量が前記設定値以上の状態であると高液位信号を発する液位センサを設け、前記開閉弁は前記液位センサからの高液位信号が発せられている間は閉ざされるように構成してなる請求項１に記載の多元冷凍装置。
前記カスケードコンデンサの低元側冷媒通路内に、同通路内の滞留液冷媒量を検知して、滞留液冷媒量が前記設定値以上の状態であると高液位信号を発する液位センサを設け、前記開閉弁は前記液位センサからの高液位信号が発せられている間は閉ざされるように構成してなる請求項１に記載の多元冷凍装置。