JP2714065B2 - 低温用冷凍サイクル - Google Patents

低温用冷凍サイクル

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JP2714065B2 JP63283647A JP28364788A JP2714065B2 JP 2714065 B2 JP2714065 B2 JP 2714065B2 JP 63283647 A JP63283647 A JP 63283647A JP 28364788 A JP28364788 A JP 28364788A JP 2714065 B2 JP2714065 B2 JP 2714065B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非共沸混合冷媒を用いた低温用冷凍サイクル
において、圧縮機から吐出される冷媒の温度上昇を防止
するのに好適な低温用冷凍サイクルに関する。
〔従来の技術〕
従来の装置は、特開昭59−217458号公報に記載のよう
に非共沸混合冷媒を封入した冷凍サイクルにおいて、凝
縮器の中間部から冷媒を抽出し、この冷媒が圧縮機の圧
縮室内へインジエクシヨンされ、液化した冷媒が気化す
る際に圧縮機より熱を奪い圧縮機を冷却するようになつ
ていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、圧縮機の圧縮室への液冷媒供給管が
凝縮器の途中から分岐された分岐管よりとられている。
この場合、凝縮器へ流入した非共沸混合冷媒は、通常は
伝熱管内を流れながら冷却されて主に低圧冷媒が液化さ
れ、この液冷媒と高圧冷媒割合の大きいガス状態の冷媒
が共存した状態のいわゆる二相流状態となつているが、
このような液、ガスの二相状態の流動様式は複雑な流れ
となるため、安定して液冷媒を圧縮室内へ供給できな
い。特に、凝縮器の冷却媒体である冷却水や空気などの
温度変動等、凝縮器負荷の変動があつた場合には、冷媒
液化量が少なくなりガス冷媒割合の大きい冷媒状態とな
る場合がある。このような状態になると圧縮室内へ供給
される液冷媒量も少なくなり、吐出ガス温度上昇をまね
き、圧縮機の冷却効果が悪くなるなどの問題があつた。
また、冷凍サイクル用圧縮機としては、往復動式やロ
ータリ式のものも考えられるが、これらの圧縮機では周
知のように圧縮室内へ液インジエクシヨンするために設
けられる連通穴にかかる圧力の変動が大きい。また、液
圧縮が生じる場合も考えられる。このため往復動式やロ
ータリ式の圧縮機では、安定した液インジエクシヨンを
行うのが難しく、信頼性の面から問題がある。即ち、液
インジエクシヨンのための液冷媒取出し口と圧縮室内の
圧力との差圧変動が大きいと、液インジエクシヨン量も
変動し、主回路を流れる冷媒量の変動も大きくなる。こ
の結果、特に非共沸混合冷媒を用いた低温用サイクルの
場合には、サイクル各部の冷媒割合に変化が生じ、不安
定な運転状態となる。また、往復動式圧縮機を用いたサ
イクルでは、液が圧縮室へ流入すると吐出弁を破壊する
危険性が大きくなる。
本発明の目的は、非共沸混合冷媒を使用した低温用冷
凍サイクルにおいて、常に安定して液冷媒を圧縮機の圧
縮室へ供給することにより、圧縮機の冷却効果が十分に
得られ、安定した運転状態が得られる信頼性の高い低温
用冷凍サイクルを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、非共沸混合冷
媒を用い、圧縮機、蒸発器、複数の凝縮器、複数の膨張
装置、複数の冷媒分離器を有し、非共沸混合冷媒を複数
の凝縮器のそれぞれで順次凝縮すると共に凝縮液を冷媒
分離器で分離し、蒸発器へ供給する低温用冷凍サイクル
において、圧縮機として用いられるスクロール式圧縮機
と、複数ある冷媒分離器と膨張装置とを接続する液配管
のそれぞれの途中から温度の異なる液冷媒を取り出し、
スクロール式圧縮機へ連通する液インジェクション配管
とを備えたものである。
圧縮機をスクロール式圧縮機とすることにより液イン
ジェクション用の穴に加わる圧力変動、液インジェクシ
ョン用取り出し口の圧力と圧縮室内の圧力差の変動を小
さくできる。さらに、液インジェクション用液冷媒は複
数ある液配管のそれぞれの途中から温度の異なる液冷媒
として取り出されるので、上流側にある凝縮器で空気や
水などにより冷却媒体が温度変化して凝縮器の負荷が変
化しこの凝縮器で冷媒の液化量が少なくなっても、さら
に下流側の凝縮器で上流側の凝縮器で液化できなかった
冷媒も液化され、スクロール式圧縮機の圧縮室内へ供給
される。
よって、液インジェクションのための駆動力となる圧
力が安定し、凝縮器の負荷が変化しても十分な液インジ
ェクション用液冷媒が確保されるので、吐出ガス温度の
上昇を防止し、圧縮機の冷却を良好に行うことができ
る。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図により説明する。
第1図のサイクルは、圧縮機1,凝縮器2,第1カスケー
ド凝縮器3,第2カスケード凝縮器4,蒸発器5,第I膨張装
置6,第II膨張装置7,第III膨張装置8,第I冷媒分離器9,
第II冷媒分離器10などの主構成要素機器が配管で連結さ
れている。サイクルには3種類の非共沸混合冷媒が封入
されているとし、各々の冷媒のうち最も沸点の高い冷媒
を高沸点冷媒、最も沸点の低い冷媒を低沸点冷媒、これ
らの中間沸点の冷媒を中間沸点冷媒と呼び、以下にサイ
クルの動作について説明する。
圧縮機に吸入される非共沸混合冷媒は、ここで圧縮さ
れて高温高圧の冷媒ガスとなり凝縮器2へ流入する。凝
縮器2では水や空気などの冷却媒体により冷却されるこ
とにより、3種類の非共沸冷媒のうち、主に高沸点冷媒
が凝縮液化する。中間沸点冷媒,低沸点冷媒のほとんど
はガス状態で凝縮器2から流出する。すなわち、凝縮器
2内では冷媒は気液二相状態である。凝縮器2を出た気
液二相の混合冷媒は、つぎに第I冷媒分離器9へ入り、
ここで気液分離される。気液分離された中間沸点冷媒,
低沸点冷媒割合の大きい混合ガス冷媒は、冷媒分離器9
から出てガス配管14を通り第Iカスケード凝縮器3の高
圧側へ流入する。一方、第I冷却分離器9で分離された
液冷媒は液配管12を通り第I膨張装置6で液圧された
後、第IIカスケード凝縮器4の低圧側から流出する冷媒
と合流後、第Iカスケード凝縮器3の低圧側へ流入し、
前記ガス配管14を通り第Iカスケード凝縮器3の高圧側
へ流入してきた混合ガス冷媒の冷却熱源として使われ
る。第Iカスケード凝縮器3では、主に中間沸点冷媒が
凝縮液化され、気液二相状態となつた冷媒が第Iカスケ
ード凝縮器3の高圧側から流出した後、第II冷媒分離器
10へ流入する。ここで気液二相冷媒は気液分離される。
気液分離された低沸点冷媒割合の大きいガス冷媒は、ガ
ス配管15を通り第IIカスケード凝縮器4の高圧側へ流入
する。一方、第II冷媒分離器10で分離された液冷媒は、
液配管13を通り第II膨張装置7で減圧された後、蒸発器
5から流出する冷媒と合流後、第IIカスケード凝縮器4
の低圧側へ流入し、前記ガス配管15を通り第IIカスケー
ド凝縮器4の高圧側へ流入してきた混合ガス冷媒の冷却
熱源として使われる。第IIカスケード凝縮器4で冷却さ
れて液化した低沸点冷媒割合の大きい冷媒は、第III膨
張装置8で減圧された後、蒸発器へ流入する。ここで低
温が発生される。蒸発器から流出した冷媒は、前記した
ように第II膨張装置,第I膨張装置で減圧された冷媒と
合流し第IIカスケード凝縮器,第Iカスケード凝縮器の
冷却熱源として使われた後、圧縮機に吸入される。以上
のような運転動作が行われているときに圧縮機から吐出
されるガス冷媒の温度が異常に高くなつた場合には、液
配管12,液配管13の両方または片一方の途中から液冷媒
を分岐させて液インジエクシヨン配管19を介して圧縮機
の圧縮室内へ液インジエクシヨンすることによつて、圧
縮室内の冷媒ガスはインジエクシヨンされた液冷媒によ
つて冷却され、吐出ガス温度を低くおさえることができ
る。すなわち、上記の如く液配管12,液配管13の2箇所
から液インジエクシヨンできるように構成したことによ
つて、凝縮器2の冷却媒体(空気や水)の温度の上昇に
ともなつて凝縮器2での凝縮液化量が減少し液配管12か
らの分岐液量が十分確保できない場合も、液配管13から
も液冷媒を分岐して液インジエクシヨンが可能であるた
め、吐出ガス温度の上昇をおさえることができる。しか
も、圧縮機として、圧縮室に通じる液インジエクシヨン
用穴にかかる圧力の変動が小さい特徴をもつスクロール
式圧縮機を用いることによつて、液インジエクシヨン用
冷媒取り出し口と圧縮室の差圧変動を小さくおさえるこ
とができるため、液配管12,液配管13から分岐される液
インジエクシヨン流量、および、第I膨張装置6,第II膨
張装置7を流れる主回路の冷媒量とも安定し、サイクル
各部の冷媒混合割合が一定となる。この結果、冷媒混合
割合が変化することによるサイクルの運転圧力、およ
び、サイクル各部の温度の変動が小さくなり、安定した
運転が得られる。なお、弁16,弁17は液インジエクシヨ
ン用冷媒の取り出し箇所の切り換え、あるいは、液イン
ジエクシヨン量を調節するための弁であるが、これらの
弁をなくして常時液インジエクシヨンが行われるように
してもよく、あるいは、キヤピラリチユーブ等の抵抗体
を用いて、液配管12,液配管13からの液インジエクシヨ
ン量を適当に配分してもよい。また、弁16,弁17のうち
片一方の弁はとりはずし常時液インジエクシヨンを行
い、もう一方側からは必要に応じて液インジエクシヨン
を行えるようにしても前記効果と同様の効果が得られる
ものである。
第2図,第3図に示したサイクルは、第1図に示した
サイクルの実施例よりカスケード凝縮器,冷媒分離器,
膨張装置が各々1個多いサイクル構成となつている。動
作原理等は第1図に示したサイクルと何ら変わるもので
はないので、第2図,第3図に示したサイクルの詳細説
明は省略する。第3図のサイクルは、液インジエクシヨ
ン用冷媒を液配管13のかわりに、液配管23からとる構成
とした点が第2図のサイクルと異なる。ただし、液配管
12,液配管13,液配管23の3箇所からとつても前記効果は
得られるものである。
以上の第1図〜第3図で述べたサイクルに用いるスク
ロール圧縮機を、圧縮機チヤンバー内空間が圧縮室から
吐出されるガス冷媒となるいわゆる高圧チヤンバータイ
プのスクロール圧縮機を用いた場合には、圧縮機用モー
タコイルは吐出ガス冷媒と接触している(吐出ガスでモ
ータコイルの冷却が行われる)ため、前記したように安
定して液インジエクシヨン効果が得られれば、モータコ
イルの冷却も安定して行われるのでモータコイルの過熱
による圧縮機焼損を防止できる。また、起動時あるい起
動後、まだサイクルが十分に冷えていない場合には、高
圧冷媒は液化されないので、吐出圧力が高くなり吐出ガ
ス温度も高くなるが、高圧チヤンバータイプのスクロー
ル圧縮機を用いれば、サイクル高圧側の容積が大きくな
るため吐出圧力(高圧側圧力)を比較的低くおさえるこ
とができるので、吐出ガス温度も低くすることが可能と
なる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、凝縮器の負荷が変化しても十分な液
インジエクシヨン用冷媒を安定して圧縮室に供給できる
ので、吐出ガス温度の上昇や圧縮機モータコイルの冷却
が良好に行えるとともに安定したサイクル運転状態が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図及び第3図はそれぞれ本発明の実施例を
示す系統図である。 1……圧縮機、2……凝縮器、3……第Iカスケード凝
縮器、4……第IIカスケード凝縮器、5……蒸発器、6
……第I膨張装置、7……第II膨張装置、8……第III
膨張装置、9……第I冷媒分離器、10……第II冷媒分離
器、11……膨張タンク、18……弁、19……液インジエク
シヨン配管、21……第III膨張装置、22……第III冷媒分
離器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝又 直登 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所清水工場内 (56)参考文献 特開 昭55−72764(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、蒸発器、
    複数の凝縮器、複数の膨張装置、複数の冷媒分離器を有
    し、非共沸混合冷媒を複数の凝縮器のそれぞれで順次凝
    縮すると共に凝縮液を冷媒分離器で分離し、蒸発器へ供
    給する低温用冷凍サイクルにおいて、 前記圧縮機として用いられるスクロール式圧縮機と、 複数ある前記冷媒分離器と前記膨張装置とを接続する液
    配管のそれぞれの途中から温度の異なる液冷媒を取り出
    し、前記スクロール式圧縮機へ連通する液インジェクシ
    ョン配管と を備えたことを特徴とする低温用冷凍サイクル。
JP63283647A 1988-11-11 1988-11-11 低温用冷凍サイクル Expired - Fee Related JP2714065B2 (ja)

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