JP2008196758A - 冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、冷媒として二酸化炭素、あるいは二酸化炭素の混合ガスを使用した時、蒸発温度を低温としながら、膨張弁にドライスノーの発生を回避し、その膨張弁の詰まりを防止して正常な冷凍サイクルの維持を行なう方法、装置が存在していなかったという点である。
【解決手段】 本発明は冷媒として二酸化炭素あるいはその混合ガスを使用する冷凍サイクルにあって、冷却器（エバポレータ）の一次側に配される膨張弁の冷媒流入側に、冷凍機（コンプレッサー）から吐出されたホットガスを送るホットガス管からのバイパス管を接続し、圧力検出スイッチによる低圧を検知した際、前記バイパス管の電磁弁を開き、膨張弁内にホットガスを送り、膨張弁内のドライスノーを融解させることとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止方法及びその装置に関し、特に二酸化炭素もしくはその混合ガスを冷媒として使用した冷凍サイクルであって、膨張弁内で二酸化炭素がドライスノー化し、詰まりを生じてしまうことを防止する方法及びその装置に関する。

現在、従来冷凍サイクルの冷媒として使用されていたフロン系のガスは地球環境に悪影響を与えるということでその使用が規制されている。そのフロン系ガスに代わるものとして、二酸化炭素や二酸化炭素とプロパンガスの非共沸の混合冷媒ガスが使用されるようになってきている。

また、冷凍サイクルは、通常冷凍機（コンプレッサー）から吐出された高圧高温のホットガスを凝縮器（コンデンサ）に送って凝縮し、ここで液化された冷媒を冷却器（エバポレータ）に送って冷力を得るものとなっているが、冷媒は圧力が低いほど低温で蒸発する特性があるため、冷却器に冷媒を送り込むに先立って膨張弁を通過させ、液の圧力を低下させ、容積を膨張させることが行なわれている。

ところが、前記した二酸化炭素はその特性として、三重点と言われる気相、固相、液相の三相の点があり、これは圧力０．５１８ＭＰａ ａｂｓ、温度−５６．６℃の点であり、これ以下の圧力では気相、固相の二相となり、固相がドライスノーといわれる雪状に生成される。

従来、二酸化炭素を冷媒ガスとして、圧縮、凝縮、膨張、蒸発の冷凍サイクルに使用する場合、その冷凍サイクル中で最も低温、低圧となる膨張弁にドライスノーが発生してしまい詰ってしまうことを避けるため、蒸発温度を−５０℃以下にすることができないシステムとされている。

しかしながら、昨今望まれているノンフロン冷凍機にあっては上記したように、プロパンガスと二酸化炭素の混合冷媒を使用して蒸発温度の低温化と蒸発潜熱の向上を図り、ノンフロン系の省エネルギーの冷凍機の開発が地球規模の課題として盛んに研究されている。

前記したプロパンガスと二酸化炭素の混合冷媒は蒸発温度を−６５℃とし、蒸発潜熱もハイドロカーボン系冷媒よりも優れた自然冷媒となり、地球の温暖化防止と省エネ効果が優良となる。しかし、この混合冷媒は非共沸のものであって、特性として完全には混合せず、単一冷媒の特性が残存し、二酸化炭素のドライスノー化現象はどうしても発生してしまい、このドライスノーは膨張弁の詰まり原因となり、正常な冷凍サイクルの維持を阻害してしまう。
本願発明に関し、出願人は先行する技術文献を調査したが、格別に本願発明と関連し、類似すると思われる文献を発見することはできなかった。

本発明が解決しようとする問題点は、従来、冷媒として二酸化炭素、あるいは二酸化炭素の混合ガスを使用した時、蒸発温度を低温としながら、膨張弁にドライスノーの発生を回避し、その膨張弁の詰まりを防止して正常な冷凍サイクルの維持を行なう方法、装置が存在していなかったという点である。

上記した問題点を解決するため、本発明に係る冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止方法は冷媒として二酸化炭素あるいはその混合ガスを使用する冷凍サイクルにあって、冷却器（エバポレータ）の一次側に配される膨張弁の冷媒流入側に、冷凍機（コンプレッサー）から吐出されたホットガスを送るホットガス管からのバイパス管を接続し、圧力検出スイッチによる低圧を検知した際、前記バイパス管の電磁弁を開き、膨張弁内にホットガスを送り、膨張弁内のドライスノーを融解させることを特徴としている。

また、本発明に係る冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止装置は冷媒として二酸化炭素あるいはその混合ガスを使用する冷凍サイクルにあって、冷却器（エバポレータ）の一次側に配される膨張弁の冷媒流入側に、冷凍機（コンプレッサー）から吐出されたホットガスを送るホットガス管からのバイパス管を接続し、そのバイパス管には圧力検出スイッチによる低圧が検出した際に開となる電磁弁を備えていることを特徴とし、前記した圧力検出スイッチは冷凍サイクルの冷媒回路の低圧側冷媒配管に取り付けられていることを特徴としている。

本発明に係る冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止方法及びその装置は上記のように構成されている。そのため、冷却器（エバポレータ）における蒸発温度を従来より低温としながらも、膨張弁内に生ずるドライスノーを融解してしまうため詰まりが生じ、冷凍サイクルに支障をきたすことはない。しかもそのドライスノーの融解熱源を外部に求めることなく、冷凍サイクル内で得ることとするため非常に効率的である。その融解の熱源となるホットガスは通常＋１００℃前後の高温となっているため、ドライスノーの融解に要する時間も数秒で済み、冷却器（エバポレータ）にはホットガスが流入したことによる温度上昇は生じることがない。

図面として示し、実施例で説明したように構成したことで実現した。

次に、本発明の好ましい実施の一例を図１を参照して説明する。図１は本発明を実施した冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止装置を示すブロック回路図である。

この図１にあって１は冷凍機ユニットを示しており、この冷凍機ユニット１は二酸化炭素とプロパンガスの混合ガスである非共沸冷媒を循環させ使用するものとなっている。この冷凍機ユニット１は冷凍機（コンプレッサー）２を備えており、この冷凍機２はモータ２ａによって駆動される。

この冷凍機２から吐出された高圧高温のホットガスはホットガス管３を通り、凝縮器（コンデンサ）４へ送られ熱交換されて液化される。又、前記ホットガス管３には高圧を検出制御するための高圧圧力スイッチ５が取り付けられている。

また、凝縮器４から送出された冷媒は、本実施例にあっては一元側冷凍機６に設けられたカスケイドコンデンサ（熱交換器）７を通過し、熱交換されて略−２０℃の低温のものとされる。このカスケイドコンデンサ７により低温化された冷媒の凝縮液は再び冷凍機ユニット１内へ送られ、膨張弁８を経由して冷却器（エバポレータ）９へ送られ、この冷却器９にあって冷風等の冷力を得るものとなる。

冷却器９を通過した冷媒は低圧となるサクション管１０を通り、冷凍機２へ吸引され循環することとなる。ここで本実施例にあってはこの低圧の冷媒配管となるサクション管１０に冷媒の圧力低下を検出するための低圧圧力スイッチ１１（図でＬＰ・1）を取り付けてある。

一方、前記したホットガス管３にはバイパス管１２が設けられ、このバイパス管１２は前記した膨張弁８の流入口直前の冷媒配管に接続されている。そして、このバイパス管１２には前記低圧圧力スイッチ１１による圧力降下の検出によって開となる電磁弁１３（図でＳＬＶ・１）が取り付けられている。

本実施例に係る冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止装置は上記のように構成されている。ここで、その作用を説明すると、使用している冷媒が二酸化炭素とプロパンガスの混合冷媒となっており、この混合冷媒は非共沸の特性として完全に混合しない単一冷媒としての特性が残っているため時として、混合冷媒のうちの二酸化炭素が三重点以下の圧力下でドライスノー化され膨張弁８内の冷媒の流通を阻害、即ち詰まりを生じることがある。

前記した詰まりが発生すると、低圧側冷媒配管、即ちサクション管１０にあって設計された圧力より一層圧力が降下する。この圧力降下が生じると、サクション管１０に取り付けられた低圧圧力スイッチ１１がこれを検出して、電磁弁１３を開とし、ホットガス管３からバイパス管１２を通して高温、高圧のホットガスを膨張弁８に流入させ、このホットガスによって膨張弁８内のドライスノーを融解して冷媒の流通支障を解消する。

ドライスノーが融解されて、冷媒の流通が正常に戻れば、サクション管１０内の圧力が昇圧して設計値に復帰し、低圧圧力スイッチ１１がこの昇圧を検出すると、電磁弁１３を閉じ、通常の冷媒の循環サイクルが再開されることとなる。また、前記したように、ホットガスは＋１００℃前後の高温であるため、ドライスノーの融解に要する時間は数秒で済み、冷却器９はホットガスの流入による温度上昇が生じることもない。

本実施例に係る冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止方法及びその装置は上記のように構成されている。この実施例では一元側冷凍機６内のカスケイドコンデンサ７に冷媒を通す構成としてあるが、この一元側冷凍機６やカスケイドコンデンサ７はより一層の冷媒の低温化を得るためのものであり、本願発明の実施には格別に必要なものではない。

また、本実施例では冷媒として二酸化炭素とプロパンガスの混合冷媒の使用を想定しているが、これにこだわらず、二酸化炭素とエタン、ブタン等の他の冷媒との混合冷媒あるいは二酸化炭素のみを冷媒として使用する場合にも本発明が応用実施できることは勿論である。

本発明を実施した冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止装置を示すブロック回路図である。

符号の説明

１ 冷凍機ユニット
２ 冷凍機
２ａ モータ
３ ホットガス管
４ 凝縮器
５ 高圧圧力スイッチ
６ 一次側冷凍機
７ カスケイドコンデンサ
８ 膨張弁
９ 冷却器
１０ サクション管
１１ 低圧圧力スイッチ
１２ バイパス管
１３ 電磁弁

Claims (3)

1. 冷媒として二酸化炭素あるいはその混合ガスを使用する冷凍サイクルにあって、冷却器（エバポレータ）の一次側に配される膨張弁の冷媒流入側に、冷凍機（コンプレッサー）から吐出されたホットガスを送るホットガス管からのバイパス管を接続し、圧力検出スイッチによる低圧を検知した際、前記バイパス管の電磁弁を開き、膨張弁内にホットガスを送り、膨張弁内のドライスノーを融解させることを特徴とする冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止方法。
2. 冷媒として二酸化炭素あるいはその混合ガスを使用する冷凍サイクルにあって、冷却器（エバポレータ）の一次側に配される膨張弁の冷媒流入側に、冷凍機（コンプレッサー）から吐出されたホットガスを送るホットガス管からのバイパス管を接続し、そのバイパス管には圧力検出スイッチによる低圧が検出した際に開となる電磁弁を備えていることを特徴とする冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止装置。
3. 前記した圧力検出スイッチは冷凍サイクルの冷媒回路の低圧側冷媒配管に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクルの膨張弁の詰まり防止装置。

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