JP2009002610A - 冷凍装置、並びに、環境試験器 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの冷凍回路で運転する一元運転と、２以上の冷凍回路で運転する多元運転との切替が可能であり、切替の際に冷却能力が低下しにくい冷凍装置を提供する。
【解決手段】 冷凍装置１は、低温側冷凍回路１１と高温側冷凍回路１２とが設けられている。そして、高温側冷凍回路１２の高温側凝縮器３２及び高温側第１蒸発器３５の間で冷媒を循環させて冷却する一元運転と、高温側冷凍回路１２の高温側凝縮器３２及び高温側第２蒸発器３６の間で冷媒を循環させ、低温側冷凍回路１１低温側凝縮器２２及び低温側蒸発器２４の間で冷媒を循環させ、低温側蒸発器２４で冷却する多元運転との切替が可能である。
さらに、一元運転の際に高温側第１蒸発器３５を通過せずに冷媒を循環させてサクションインジェクション回路として機能する接続路６２を有し、前記接続路６２には多元運転の際に使用される高温側第２蒸発器３６が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、恒温槽や空調装置などに用いられる冷凍装置に関するものであり、さらに詳しくは、圧縮機、凝縮器、膨張手段、蒸発器などによって構成される冷凍回路を複数持ち、１つの冷凍回路で運転する一元運転と、カスケードコンデンサなどを用いて２以上の冷凍回路で運転する多元運転との切替が可能な冷凍装置に関するものである。

従来より、恒温槽や空調装置には、冷却するための冷凍装置が用いられている。そして、この冷凍装置には、圧縮機、凝縮器、膨張手段、蒸発器などによって構成され、冷媒が循環する冷凍回路を有している。そして、冷媒は、圧縮機によって圧縮され、凝縮器によって凝縮し、膨張手段で膨張した後に、蒸発器で蒸発し、再び圧縮機に戻って循環するものであり、蒸発器での蒸発の際に、周囲から熱を奪って冷却が行われる。

より低温にしたり、早く冷却するためには、冷却能力を高くする必要があるが、このような場合、カスケードコンデンサなどで熱的につながった２以上の冷凍回路を有する多元運転が可能な冷凍装置が用いられることがあった。
このような冷凍装置は、複数の冷凍回路を有し、凝縮器と他の冷凍回路の蒸発器をカスケードコンデンサで熱的に接続しているので、通常の方法よりも、当該凝縮器がより冷却されて、冷却能力を高めることができるものである。

多元運転で冷却を行う場合、冷却能力が高まるのであるが、複数の冷凍回路を運転することになるので、エネルギーを多く消費してしまう。したがって、冷却能力がそれほど必要のない場合、すなわち、１つの冷凍回路を運転する一元運転で十分能力が足りる場合には、一元運転で運転することが望ましい。

そこで、特許文献１などには、一元運転と多元運転との切り替えを行うことが可能な冷凍装置が開示されている。
特開２００１−１７４３８１号公報

ところで、一元運転による運転の際に、運転状況によっては圧縮機での冷媒の温度が高くなる場合がある。このように、冷媒の温度が高くなりすぎると、冷媒自体の劣化などが発生しやすく、また、機器を痛めやすい。そのため、凝縮器と膨張弁との間から分岐させ、別の膨張弁を介して圧縮機に接続するインジェクション回路を設けて、圧縮の際の温度上昇を低減させる事が行われている。

上記のような、一元運転と多元運転（二元運転）との運転の切替を行うことができ、一元運転の冷凍サイクルと、多元運転の高温側冷凍サイクルを兼用させ、インジェクション回路が設けられたものとして、例えば、図６に示される冷凍装置が考えられる。
この冷凍装置１００は、低温側冷凍回路１０１及び高温側冷凍回路１０２の２つ冷凍回路を持ち、低温側冷凍回路１０１の凝縮器１１２と、高温側冷凍回路１０２の蒸発器１２４によってカスケードコンデンサ１０５が形成されており、運転の切替は、開閉弁１２６、１２７、１２８によって、高温側冷凍回路１０２の冷媒の流れを切り替えて使用するものである。

そして、一元運転の場合には、開閉弁１２６と開閉弁１２８とを開いて、開閉弁１２７を閉じて、高温側冷凍回路１０２の圧縮機１２１のみを動かせて運転する。
そうすると、冷媒は、圧縮機１２１から凝縮器１２２、膨張弁１３３、蒸発器１３４を通って、再び圧縮機１２１に入って循環し、蒸発器１３４で熱を奪って冷却対象１０３の温度を下げる。また、冷媒の一部は凝縮器１２２から分岐して、インジェクション回路１０４の膨張弁１２５を通過して、圧縮機１２１へと循環する。

また、二元運転の場合には、開閉弁１２６と開閉弁１２８とを閉じて、開閉弁１２７を開いて、低温側冷凍回路１０１の圧縮機１１１と高温側冷凍回路１０２の圧縮機１２１の両方を動かせて運転する。
そうすると、高温側冷凍回路１０２では、冷媒は、圧縮機１２１から凝縮器１２２、膨張弁１２３、蒸発器１２４を通って、再び圧縮機１２１に入って循環し、蒸発器１２４で熱を奪って、低温側冷凍回路１０１の凝縮器１１２の温度を下げる。
一方、低温側冷凍回路１０１では、冷媒は、圧縮機１１１から凝縮器１１２、膨張弁１１３、蒸発器１１４を通って、再び圧縮機１１１に入って循環し、蒸発器１１４で熱を奪って、冷却対象１０３の温度を下げる。

しかしながら、二元運転を行う場合、高温側冷凍回路１０２の蒸発器１２４での冷却が行わなければ低温側冷凍回路１０１が機能しない。そのため、一元運転から二元運転への切り替え直後には、冷却能力が低下してしまい、二元運転で運転を行っているにもかかわらず、冷却対象１０３の温度の降下速度が遅くなったり、温度が上昇したりするおそれがあった。

そこで、本発明は、一元運転と多元運転との切替が可能な冷凍装置であり、切り替えの際に、冷却能力が低下しにくい冷凍装置を提供することを課題とする。

そして、上記した目的を達成するための請求項１に記載の発明は、低温側凝縮器及び低温側蒸発器を有し、冷媒を循環させて低温側蒸発器で冷却を行う低温側冷凍回路と、高温側凝縮器、高温側第１蒸発器及び高温側第２蒸発器を有し、冷媒を循環させて高温側第１蒸発器又は高温側第２蒸発器で冷却を行う高温側冷凍回路とが設けられ、低温側凝縮器及び高温側第２蒸発器によってカスケードコンデンサが形成されており、高温側凝縮器及び高温側第１蒸発器の間で冷媒を循環させて、高温側第１蒸発器で冷却する一元運転と、高温側凝縮器及び高温側第２蒸発器の間で冷媒を循環させ、また、低温側凝縮器及び低温側蒸発器の間で冷媒を循環させ、カスケードコンデンサにおいて高温側第２蒸発器により低温側凝縮器を冷却し、低温側蒸発器で冷却する多元運転との運転の切り替えが可能であり、さらに、高温側冷凍回路には、一元運転の際に高温側第１蒸発器を通過せずに冷媒を循環させてサクションインジェクション回路として機能する接続路を有しており、前記接続路には多元運転の際に使用される高温側第２蒸発器が配置されていることを特徴とする冷凍装置である。

請求項１に記載の発明によれば、高温側冷凍回路には、一元運転の際に高温側第１蒸発器を通過せずに冷媒を循環させてサクションインジェクション回路として機能する接続路を有しており、前記接続路には多元運転の際に使用される高温側第２蒸発器が配置されているので、一元運転の際に、高温側第２蒸発器を冷媒が通過して、低温側凝縮器を冷却することになり、一元運転から多元運転に切り替えた直後から多元運転の冷却能力を発揮させることができる。

請求項２に記載の発明は、低温側圧縮機、低温側凝縮器、低温側膨張手段及び低温側蒸発器を有する低温側冷凍回路と、高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側第１膨張手段、高温側第２膨張手段、高温側第１蒸発器及び高温側第２蒸発器を有する高温側冷凍回路とが設けられ、低温側凝縮器及び高温側第２蒸発器によってカスケードコンデンサが形成され、高温側冷凍回路は、高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側第１膨張手段及び高温側第１蒸発器を循環する一元用冷凍サイクルと、高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側第２膨張手段及び高温側第２蒸発器を循環する多元用冷凍サイクルとを切り替えることができ、一元用冷凍サイクルには、高温側凝縮器及び高温側第１膨張手段の間の高圧側分岐と、高温側第１蒸発器及び高温側圧縮機の間の低圧側分岐とがつながった接続路が形成され、接続路はサクションインジェクション用膨張手段を有し、冷媒の一部をバイパスさせるサクションインジェクション回路として機能し、高温側冷凍回路の一元用冷凍サイクルによる一元運転と、高温側冷凍回路の多元用冷凍サイクルと低温側冷凍回路とによる多元運転とを切り替えることができ、さらに、接続路には、サクションインジェクション用膨張手段よりも低圧側分岐側に高温側第２蒸発器が配置されており、サクションインジェクション用膨張手段と高温側第２蒸発器との間に合流部が形成されており、多元用冷凍サイクルでは、高温側第２膨張手段から合流部を通過して接続路の高温側第２蒸発器から低圧側分岐へと冷媒が流れるものであることを特徴とする冷凍装置である。

請求項２に記載の発明によれば、一元用冷凍サイクルで、サクションインジェクション回路として機能する接続路には、サクションインジェクション用膨張手段よりも低圧側分岐側に高温側第２蒸発器が配置されており、サクションインジェクション用膨張手段と高温側第２蒸発器との間に合流部が形成されており、多元用冷凍サイクルでは、高温側第２膨張手段から合流部を通過して接続路の高温側第２蒸発器から低圧側分岐へと冷媒が流れるものであるので、一元運転の際に、高温側第２蒸発器を冷媒が通過して、低温側凝縮器を冷却することになり、一元運転から多元運転に切り替えた直後から多元運転の冷却能力を発揮させることができる。

また、高温側冷凍回路に開閉弁を設け、開閉弁の開閉により、一元用冷凍サイクルと多元用冷凍サイクルの切替を行うことができる（請求項３）。

請求項４に記載の発明は、高温側冷凍回路には、高温側凝縮器からの配管が分岐する切替分岐を有しており、一方は一元用冷凍サイクルを用いる際に開状態とする第１開閉弁から高圧側分岐に至り、他方は多元用冷凍サイクルを用いる際に開状態とする第２開閉弁から高温側第２膨張手段を経て合流部に至るものであり、サクションインジェクション用膨張手段は、多元運転の際に合流部から高圧側分岐への逆流を防止する機能を有するものであることを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置である。
ここで、多元運転の際に合流部から高圧側分岐への逆流を防止する機能を有するものとしては、圧力や温度などの条件により、逆流を防止することができるものがある。

請求項４に記載の発明によれば、高温側冷凍回路には、高温側凝縮器からの配管が分岐する切替分岐を有しており、一方は一元用冷凍サイクルを用いる際に開状態とする第１開閉弁から高圧側分岐に至り、他方は多元用冷凍サイクルを用いる際に開状態とする第２開閉弁から高温側第２膨張手段を経て合流部に至るものであり、サクションインジェクション用膨張手段は、多元運転の際に合流部から高圧側分岐への逆流を防止するものであるので、一元運転と多元運転の切り替えを、第１開閉弁と第２開閉弁の２個の開閉弁で行うことができる。

上記の冷凍装置を用い、低温側蒸発器と高温側第１蒸発器とにより、槽内の冷却を行う環境試験器に用いることができる（請求項５）。

本発明の冷凍装置は、一元運転から多元運転へ切り替える際に、切替直後の多元運転の冷却能力の低下を防止し、スムーズな冷却が可能である。

以下さらに本発明の具体的実施例について説明する。
本発明の第１の実施形態の冷凍装置１は、図１に示されるような冷凍回路を持ち、環境試験器５の槽１３内を冷却するものである。

冷凍装置１は、低温側冷凍回路１１及び高温側冷凍回路１２の２つ冷凍回路を持っている。そして、低温側冷凍回路１１と、高温側冷凍回路１２とは、別の配管系統である。

低温側冷凍回路１１は、低温側圧縮機２１、低温側凝縮器２２、低温側膨張手段２３及び低温側蒸発器２４を有しており、配管によって接続されて、冷媒が循環する回路が形成されている。
具体的には、低温側冷凍回路１１は、１つの循環経路しかなく、分岐などが設けられていない。そして、低温側圧縮機２１、低温側凝縮器２２、低温側膨張手段２３、低温側蒸発器２４の順につながっている。

そして、低温側冷凍回路１１を用いる際には、低温側圧縮機２１を作動状態とする。
そうすると、低温側圧縮機２１で高圧になった冷媒は、低温側凝縮器２２から低温側膨張手段２３に移動し、さらに、低温側膨張手段２３で冷媒は膨張して低圧となった後に低温側蒸発器２４を通って、再び低温側圧縮機２１に入って循環する。この冷媒が循環する冷凍サイクルが行われる際に、低温側凝縮器２２では熱を放出し、低温側蒸発器２４では外部から熱を奪って、槽１３内の温度を下げることができる。

高温側冷凍回路１２は、高温側圧縮機３１、高温側凝縮器３２、高温側第１膨張手段３３、高温側第２膨張手段３４、高温側第１蒸発器３５及び高温側第２蒸発器３６を有しており、これらは配管によって接続されている。
また、高温側第２蒸発器３６と、低温側冷凍回路１１の低温側凝縮器２２とにより、カスケードコンデンサ５５となっている。そして、カスケードコンデンサ５５において高温側第２蒸発器３６により低温側凝縮器２２を冷却することができ、低温側凝縮器２２の熱を高温側第２蒸発器３６へ移動させることができる。

また、高温側冷凍回路１２には、第１開閉弁３７と第２開閉弁３８が設けられており、配管内の冷媒の流れを切り替えることができる。
そして、この第１開閉弁３７や第２開閉弁３８の開閉状態を変えることによって、高温側冷凍回路１２には２つの冷凍サイクルを形成することができ、図２に示すような一元用冷凍サイクル５０と、図３に示すような二元用冷凍サイクル５１との切り替えを行うことができる。

高温側冷凍回路１２の構成は、図１〜図３に示されており、具体的には以下のような構成である。
まず、高温側圧縮機３１は高温側凝縮器３２とつながっている。そして、切替分岐５６で、高温側凝縮器３２からの配管が二方向に分岐しており、一方は一元用冷凍サイクル５０を用いる際に開状態とする第１開閉弁３７につながり、他方は二元用冷凍サイクル５１を用いる際に開状態とする第２開閉弁３８につながっている。
第２開閉弁３８は高温側第２膨張手段３４に接続しており、さらに合流部５７につながっている。そして、合流部５７で接続路６２と合流しており、合流部５７は、接続路６２に配置されているサクションインジェクション用膨張手段６３と高温側第２蒸発器３６との間に配置されている。

第１開閉弁３７は、高圧側分岐６０につながっている。そして、高圧側分岐６０で、第１開閉弁３７からの配管が二方向に分岐しており、一方が接続路６２とつながっており、他方が高温側第１膨張手段３３や高温側第１蒸発器３５とつながっている。
接続路６２は、高圧側分岐６０と低圧側分岐６１とをつなぐものである。接続路６２には、サクションインジェクション用膨張手段６３と高温側第２蒸発器３６が配置されている。また、高温側第２蒸発器３６は、サクションインジェクション用膨張手段６３よりも低圧側分岐６１側に配置されている。

そして、低圧側分岐６１では、高温側第１膨張手段３３や高温側第１蒸発器３５を通過する配管と、接続路６２とが合流し、さらに、低圧側分岐６１から高温側圧縮機３１へと接続している。

低温側蒸発器２４と高温側第１蒸発器と３５は、環境試験器５の槽１３内に配置されており、槽１３内の冷却を行うことができるようになっている。

次に、一元用冷凍サイクル５０と、二元用冷凍サイクル５１について説明する。
一元用冷凍サイクル５０は、図２に示されるように、高温側圧縮機３１、高温側凝縮器３２、高温側第１膨張手段３３及び高温側第１蒸発器３５によって、冷媒が循環する冷凍サイクルである。
一元用冷凍サイクル５０を用いる際には、第１開閉弁３７を開状態として、第２開閉弁３８を閉状態とした状態で、高温側圧縮機３１を作動させる。

また、上記したように、高温側凝縮器３２と高温側第１膨張手段３３との間には、高圧側分岐６０を有し、高温側第１蒸発器３５と高温側圧縮機３１との間に低圧側分岐６１を有し、さらに、高圧側分岐６０と低圧側分岐６１とをつなぐ接続路６２が形成されている。
そして、一元用冷凍サイクル５０では、後述するように、接続路６２がサクションインジェクション回路として機能するものである。

一元用冷凍サイクル５０では、高温側圧縮機３１で高圧になった冷媒が、高温側凝縮器３２から第１開閉弁３７を通過して高温側第１膨張手段３３に移動し、さらに、高温側第１膨張手段３３で冷媒は膨張して低圧となった後に高温側第１蒸発器３５を通って、再び圧縮機３１に入って循環する。この冷媒が循環する際、高温側凝縮器３２では外部へと熱を放出し、また、高温側第１蒸発器３５では外部から熱を奪って、槽内１３の温度を下げることができる。

そして、冷媒の一部は、高圧側分岐６０から分岐して接続路６２を流れ、低圧側分岐６１で高温側第１蒸発器３５を出た冷媒と合流して、高温側圧縮機３１へと流れて循環する。この接続路６２はサクションインジェクション回路として機能する。
そのため、一元用冷凍サイクル５０を用いて運転する場合、高温側圧縮機３１での冷媒の温度上昇を防止することができる。
また、接続路６２の高温側第２蒸発器３６を冷媒が通過するので、高温側第２蒸発器３６において熱を吸収して周囲を冷却する。その結果、カスケードコンデンサ５５となって、高温側第２蒸発器３６と熱的に接続されている低温側凝縮器２２が冷却されることとなる。
この一元運転で、高温側第２蒸発器３６を通過する冷媒は、サクションインジェクション用膨張手段６３を通過した直後のものであるので、高温側第２蒸発器３６での冷却を十分に行うことができる。

二元用冷凍サイクル５１は、図３に示されるように、高温側圧縮機３１、高温側凝縮器３２、高温側第２膨張手段３４及び高温側第２蒸発器３６によって、冷媒が循環する冷凍サイクルである。
二元用冷凍サイクル５１を用いる際には、第１開閉弁３７を閉状態として、第２開閉弁３８を開状態とした状態で、高温側圧縮機３１を作動状態とする。
そうすると、高温側圧縮機３１で高圧になった冷媒が、高温側凝縮器３２から第２開閉弁３８を通過して高温側第２膨張手段３４に移動し、さらに、高温側第２膨張手段３４で冷媒は膨張して低圧となった後に高温側第２蒸発器３６を通って、再び圧縮機３１に入って循環する。この冷媒が循環する際、高温側凝縮器３２では外部へと熱を放出し、また、高温側第２蒸発器３６では低温側冷凍回路１１の低温側凝縮器２２の熱を奪う。

高温側第２蒸発器３６は接続路６２に配置されているので、高温側第２膨張手段３４から流れる冷媒は、合流部５７から接続路６２に入り、高温側第２蒸発器３６を通過して低圧側分岐６１へと流れる。

なお、冷凍装置１に用いられる圧縮機２１、３１、凝縮器２２、３２、膨張手段２３、３３、３４、蒸発器２４、３５、３６、カスケードコンデンサ５５、使用される冷媒、開閉弁３７、３８や、配管などは、公知のものを採用することができる。
例えば、開閉弁３７、３８は電磁弁を用いることができ、膨張手段２３、３３、３４は膨張弁を用いることができる。

また、本実施形態の接続路６２には、開閉弁が設けられていないが、サクションインジェクション用膨張手段６３には、二元運転の際に逆流しない温度式膨張弁が用いられているので、二元運転の際に、合流部５７から高圧側分岐６０への逆流は発生しないようになっている。
なお、サクションインジェクション用膨張手段６３として、他の膨張弁を用いて逆流を防止してもよい。また、キャピラリーなどの逆流のおそれがあるものを用いる場合には、高圧側分岐６０と合流部５７との間に、逆止弁や開閉弁を配置することができる。開閉弁を配置した場合、この開閉弁は、一元運転の際には開状態とし、多元運転の際には閉状態とする。

そして、冷凍装置１では、高温側冷凍回路１２のみで環境試験器５の槽１３の冷却を行う一元運転と、低温側冷凍回路１１及び高温側冷凍回路１２の両方を用いて行う二元運転とが可能である。この運転の切り替えは、第１開閉弁３７、第２開閉弁３８、低温用圧縮機２１及び高温側圧縮機３１の制御により行なわれるが、これは図示しない制御手段によって行われる。

一元運転は、図２のように、高温側冷凍回路１２の一元用冷凍サイクル５０を用いて行われるものであり、高温側圧縮機３１のみを作動させ、第１開閉弁３７を開状態として運転される。そして、高温側第１蒸発器３５により、槽１３内の温度を下げる。

また、二元運転は、図３のように、低温側冷凍回路１１と、高温側冷凍回路１２の二元用冷凍サイクル５１を用いて行われるものであり、低温側圧縮機２１及び高温側圧縮機３１を作動させ、第２開閉弁３８を開状態として運転される。そして、低温側蒸発器２４により、槽１３内の温度を下げる。

一元運転では、高温側圧縮機３１しか作動しないので省エネルギーであり、槽１３内の温度が比較的高温の場合などに行われる。
また、多元運転では、冷却能力が高いので、比較的低温の冷却の場合などに行われる。

本実施形態の冷凍装置１は、環境試験器５に使用されており、槽１３内の冷却が必要な時などに稼働するものであるが、槽１３内の温度が比較的高い場合に槽１３内を冷却する場合には、一元運転が行われ、また、槽１３内の温度が比較的低い場合に槽１３内を冷却する場合や槽１３内の温度が高くても急激に冷却を行う場合には、二元運転が行われる。

そのため、槽１３内の冷却を行う過程で、一元運転から二元運転の切り替えが行われることがある。そして、本実施形態の冷凍装置１では、二元運転の冷却能力を一元運転から切り替えた直後から発揮することができる。
すなわち、一元運転を行うと、高温側冷凍回路１２の一元用冷凍サイクル５０が用いられ、接続路６２の高温側第２蒸発器３６を冷媒が通過する。そのため、低温側凝縮器２２自体やその内部の冷媒が冷えている状態となり、この状態で低温側圧縮機２１を作動させることができるので、低温側冷凍回路１１による冷凍サイクルは、作動直後から冷却能力を発揮することができる。そして、二元運転における槽１３内の冷却をスムーズに行うことができる。

上記した実施形態では、高温側冷凍回路１２のみで行う一元運転と、低温側冷凍回路１１及び高温側冷凍回路１２とによる二元運転を行うものであったが、別の冷凍回路をカスケードコンデンサを用いて追加するなどして、二元運転のかわりに、三元以上の多元運転を行う構成を用いることができる。

また、開閉弁３７、３８の位置、分岐５６、６０、６１や合流部５７の位置は、特に限定されるものではなく、一元用冷凍サイクル５０と二元用冷凍サイクル５１とを切り替えて用いることができ、一元用冷凍サイクル５０でサクションインジェクション回路として機能する接続路６２に、二元用冷凍サイクル５１に用いられる高温側第２蒸発器が配置されるような、他の構造を採用することができる。

例えば、図４、図５に示されるような、第２、第３の実施形態における冷凍装置２、３を採用することができる。

第２の実施形態における冷凍装置２は、図４に示されており、上記した第１の実施形態における冷凍装置１に設けられている開閉弁３７の位置を変更したものである。具体的には、高圧側分岐６０と高温側第１膨張手段３３との間に開閉弁７１を配置し、高圧側分岐６０とサクションインジェクション用膨張手段６３との間に開閉弁７２を配置し、他の構造については冷凍装置１と同様な構造としたものである。
そして、一元運転の際には開閉弁７１を開状態とし、開閉弁３８及び開閉弁７２を閉状態とし、二元運転の際には、開閉弁３８及び開閉弁７２を開状態とし、開閉弁７１を閉状態とする。

第３の実施形態における冷凍装置３は、図５に示されており、上記した第２の実施形態における冷凍装置２に設けられている高温側第１膨張手段３３の配置を、分岐６０ａよりも上流に設け、接続路６２にサクションインジェクション用膨張手段６３を設けないで、他は冷凍装置２と同様な構造としたものである。
そして、運転の切り替えは、上記の冷凍装置２と同様であり、一元運転の際には開閉弁７１を開状態とし、開閉弁３８及び開閉弁７２を閉状態とし、二元運転の際には、開閉弁３８及び開閉弁７２を開状態とし、開閉弁７１を閉状態とする。

さらに、図示はしていないが、第２、第３の実施形態における冷凍装置２、３において、開閉弁７１や開閉弁７２の替わりに、高圧側分岐６０や分岐６０ａに三方弁を設けた構造を採用しても良く、この三方弁の切替によって運転を切り替えても良い。

本発明の第１の実施形態における冷凍装置の冷媒回路図である。 図１の冷凍装置を一元運転した状態の冷媒回路図である。 図１の冷凍装置を二元運転した状態の冷媒回路図である。 本発明の第２の実施形態における冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明の第３の実施形態における冷凍装置の冷媒回路図である。 比較例の冷凍装置の冷媒回路図である。

符号の説明

１、２、３ 冷凍装置
５ 環境試験器
１１ 低温側冷凍回路
１２ 高温側冷凍回路
１３ 槽
２１ 低温側圧縮機
２２ 低温側凝縮器
２３ 低温側膨張手段
２４ 低温側蒸発器
３１ 高温側圧縮機
３２ 高温側凝縮器
３３ 高温側第１膨張手段
３４ 高温側第２膨張手段
３５ 高温側第１蒸発器
３６ 高温側第２蒸発器
３７ 第１開閉弁
３８ 第２開閉弁
５０ 一元用冷凍サイクル
５１ 多元用冷凍サイクル
５５ カスケードコンデンサ
５６ 切替分岐
５７ 合流部
６０ 高圧側分岐
６１ 低圧側分岐
６２ 接続路

Claims (5)

1. 低温側凝縮器及び低温側蒸発器を有し、冷媒を循環させて低温側蒸発器で冷却を行う低温側冷凍回路と、高温側凝縮器、高温側第１蒸発器及び高温側第２蒸発器を有し、冷媒を循環させて高温側第１蒸発器又は高温側第２蒸発器で冷却を行う高温側冷凍回路とが設けられ、低温側凝縮器及び高温側第２蒸発器によってカスケードコンデンサが形成されており、
   高温側凝縮器及び高温側第１蒸発器の間で冷媒を循環させて、高温側第１蒸発器で冷却する一元運転と、
   高温側凝縮器及び高温側第２蒸発器の間で冷媒を循環させ、また、低温側凝縮器及び低温側蒸発器の間で冷媒を循環させ、カスケードコンデンサにおいて高温側第２蒸発器により低温側凝縮器を冷却し、低温側蒸発器で冷却する多元運転との運転の切り替えが可能であり、
   さらに、高温側冷凍回路には、一元運転の際に高温側第１蒸発器を通過せずに冷媒を循環させてサクションインジェクション回路として機能する接続路を有しており、前記接続路には多元運転の際に使用される高温側第２蒸発器が配置されていることを特徴とする冷凍装置。
2. 低温側圧縮機、低温側凝縮器、低温側膨張手段及び低温側蒸発器を有する低温側冷凍回路と、高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側第１膨張手段、高温側第２膨張手段、高温側第１蒸発器及び高温側第２蒸発器を有する高温側冷凍回路とが設けられ、低温側凝縮器及び高温側第２蒸発器によってカスケードコンデンサが形成され、
   高温側冷凍回路は、高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側第１膨張手段及び高温側第１蒸発器を循環する一元用冷凍サイクルと、高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側第２膨張手段及び高温側第２蒸発器を循環する多元用冷凍サイクルとを切り替えることができ、
   一元用冷凍サイクルには、高温側凝縮器及び高温側第１膨張手段の間の高圧側分岐と、高温側第１蒸発器及び高温側圧縮機の間の低圧側分岐とがつながった接続路が形成され、接続路はサクションインジェクション用膨張手段を有し、冷媒の一部をバイパスさせるサクションインジェクション回路として機能し、
   高温側冷凍回路の一元用冷凍サイクルによる一元運転と、高温側冷凍回路の多元用冷凍サイクルと低温側冷凍回路とによる多元運転とを切り替えることができ、
   さらに、接続路には、サクションインジェクション用膨張手段よりも低圧側分岐側に高温側第２蒸発器が配置されており、サクションインジェクション用膨張手段と高温側第２蒸発器との間に合流部が形成されており、多元用冷凍サイクルでは、高温側第２膨張手段から合流部を通過して接続路の高温側第２蒸発器から低圧側分岐へと冷媒が流れるものであることを特徴とする冷凍装置。
3. 高温側冷凍回路には開閉弁が設けられ、開閉弁の開閉により、一元用冷凍サイクルと多元用冷凍サイクルの切替を行うものであることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
4. 高温側冷凍回路には、高温側凝縮器からの配管が分岐する切替分岐を有しており、一方は一元用冷凍サイクルを用いる際に開状態とする第１開閉弁から高圧側分岐に至り、他方は多元用冷凍サイクルを用いる際に開状態とする第２開閉弁から高温側第２膨張手段を経て合流部に至るものであり、サクションインジェクション用膨張手段は、多元運転の際に合流部から高圧側分岐への逆流を防止する機能を有するものであることを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍装置を用い、低温側蒸発器と高温側第１蒸発器とにより、槽内の冷却を行うことを特徴とする環境試験器。

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