JP2792942B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は非共沸混合冷媒を使用した冷凍装置に関す
る。

（ロ）従来の技術 従来此の種冷凍装置は、例えば出願人が先に出願した
特開昭62−248962号公報の如く沸点の異なる混合冷媒を
使用し、気液分離器によって沸点の高い冷媒（液冷媒）
と低い冷媒（気冷媒）とに分離し、蒸発器からの帰還冷
媒が流入する中間熱交換器にて液冷媒を蒸発させること
で前述の気冷媒を凝縮させ、最終的に沸点の低い冷媒を
蒸発器にて蒸発させて低温を得ている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 この様に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置によれば、
沸点の低い単一冷媒を用いるものに比して圧縮機の吐出
圧力を抑えつつ、即ち比較的低出力の圧縮機によって所
望の冷凍温度を得ることができるが、当該公報に示され
る如く冷媒回路が複雑となる。特に前記公報の場合には
中間熱交換器を複数段接続していることも起因している
が、程度の差こそ有れ一段のみでも同様のことが言え
る。

本発明は係る問題点を解決することを目的として成さ
れたものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、非共沸混合冷媒を使用し、圧縮機から吐出
され凝縮器で凝縮された冷媒を気液分離器にて気冷媒と
液冷媒とに分離し、蒸発器からの帰還冷媒が導入される
中間熱交換器にて前記液冷媒を蒸発させると共に該中間
熱交換器にて前記気冷媒を凝縮させ、減圧し蒸発器に供
給して蒸発させる冷凍装置において、中間熱交換器は気
液分離器の気相配管がその内部を上昇する上昇部と、そ
の上部において連通し内部を気相配管が降下する降下部
とを有した内部中空体にて構成し、蒸発器の出口を前記
降下部の下部に接続し、気液分離器の液相配管を減圧器
を介して前記上昇部の上部に接続すると共に、圧縮機の
吸込側配管を前記上昇部の下部に接続したものである。

（ホ）作 用 本発明によれば、蒸発器での比較的沸点の低い未蒸発
冷媒は中間熱交換器の降下部に流入し、そこに貯溜さ
れ、蒸発しながら上昇して上部から上昇部に流入し、降
下する。その時液相配管からの比較的沸点の多高い液冷
媒も合流し、液冷媒は蒸発し、上昇部下部から圧縮機に
戻る。気相配管中を上昇する気冷媒は上昇部にて予冷さ
れ、その後降下部にて前述の沸点の低い冷媒の蒸発によ
って十分に凝縮されながら降下する。即に中間熱交換器
は単純な構成にして蒸発器からの未蒸発冷媒の貯溜と比
較的沸点の低い気冷媒の凝縮器としての機能を奏する。

（ヘ）実施例 次に図面において実施例を説明する。第１図は本発明
の冷凍装置の冷媒回路図であり、第２図は本発明を適用
せる縦型の冷凍庫１の後方斜視図である。冷凍庫１は金
属製の外箱２と図示しない内箱間にこれも図示しないポ
リウレタン等の発泡性断熱材を現場発泡方式にて充填し
て、内部に前方に開放する貯蔵室を構成されている。第
１図において、１は圧縮機であり、該圧縮機３の吐出側
配管3aには空冷式の凝縮器４が接続され、該凝縮器４の
出口側には気液分離器５が接続される。

６は中間熱交換器である。中間熱交換器６は外管７と
内管8aとから成る一本の２重管をＵ字状に折曲した後、
反転せしめ、上昇部6aと降下部6b及び上端の連通部6cと
を構成している。上昇部6a及び降下部6b下端の内管8aと
の間隔は封止され内管8aとの間の外管７内は中空となっ
ており、所定の容積を有したタンクを構成している。気
液分離器５から出た配管8bは、この上昇部6aの内管8aの
下端の開口に連通接続され、全体を気相配管８とされ
る。

気液分離器５から出た液相配管９は乾燥器10を経た
後、第１のキャピラリチューブ11を介して中間熱交換器
６の上昇部6aの上端部の外管７内に連通される。中間熱
交換器６の降下部6b下端に開口する内管8aは乾燥器12に
接続され、第２のキャピラリチューブ13を介して蒸発器
14の入口14dに接続される。蒸発器14は貯蔵室内に上下
に例えば棚状に３段配設された蒸発器部分14a、14b、14
cとから成る。最終段の蒸発器部分14cは中間熱交換器６
の降下部6b下端において外管７内に連通接続される。中
間熱交換器６の上昇部6aに下端における外管７の出口7a
には、圧縮機の吸込側配管3bが冷媒液溜15を介して連通
接続される。16は凝縮器４の冷却用ファンである。

第１図の冷媒回路内には３種類の沸点の異なる冷媒か
らなる混合冷媒が封入される。混合冷媒の種類は、例え
ばジクロロモノフルオロメタン（以下Ｒ−21と称す。）
とクロロジフルオロメタン（以下Ｒ−22と称す。）及び
トリフルオロメタン（以下Ｒ−23と称す。）の混合物、
或るいはＲ−21とＲ−22及びクロロトリフルオロメタン
（以下Ｒ−13と称す。）の混合物であり、その組成はＲ
−27が17.0重量％、Ｒ−22が70.0重量％、Ｒ−23（或る
いはＲ−13）が13.0重量％とする。このＲ−21の沸点は
約＋９℃で、Ｒ−22の沸点は約−40℃、Ｒ−23の沸点は
約−82℃、Ｒ−13の沸点は約−81℃であり、混合されて
非共沸混合冷媒を構成する。

ここで、近年フロン冷媒が地球のオゾン層を破壊する
との問題から、その危険性のある冷媒の使用が規制され
る問題が生じている。上記冷媒はいずれも規制外のもの
である。従来此の種冷凍装置に常用されていたジクロロ
ジフルオロメタン（Ｒ−12、沸点−30℃）は、この規制
の対象となっているため、これと同様の冷凍能力を発揮
し得る沸点の上記Ｒ−22がその代替えとして考えられ
る。然し乍らＲ−22単体では圧縮機の吐出温度が高くな
り過ぎ、潤滑油の炭化が生ずる欠点がある。これに対し
て上記の如く冷媒を混合することにより、この吐出温度
を低く抑えることができることが実験で確かめられた。

圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒混合物は凝縮
器４に流入して放熱し、そこで沸点の高い冷媒が凝縮し
た状態で気液分離器５に流入する。気液分離器５では、
冷媒混合物中の凝縮した液冷媒が分離され、それによっ
て凝縮器４で凝縮し液化したＲ−21と多くと少量のＲ−
22は液相配管９に、残余の冷媒は気相配管８にそれぞれ
流入する。

ここで、冬季等の外気温が低い状況では、凝縮器４に
おいてＲ−22の多くが凝縮してしまう場合がある。する
と後述する気相配管８から蒸発器14に低沸点冷媒が十分
供給されなくなり、蒸発器14において所望の低温度が得
られなくなる。その為にＲ−23（或るいはＲ−13）を付
加して確実に気相配管８に低沸点冷媒が供給される様に
している。

液相配管９に流入した凝縮液冷媒は乾燥器10を通過
し、第１のキャピラリチューブ11にて減圧された後中間
熱交換器６の上昇部6aの上端部から外管７内に流入し、
蒸発する。

一方、凝縮器４で凝縮しなかった気体状低沸点冷媒と
霧状となった一部の液冷媒は気相配管８に流入し、やが
て中間熱交換器６の内管8a内に流入して上昇部6aでは上
昇し、降下部6bでは降下しながらその外側の外管７内の
冷媒と熱交換して凝縮し、内管8aから出て乾燥器12を経
て第２のキャピラリチューブ13にて減圧された後、蒸発
器14に流入して蒸発する。

ここで、冬季には凝縮器４では外気温が低い関係上そ
こから出て来る冷媒は液が多く、未凝縮の気冷媒が少な
い状況となるため、気相配管８に進む液冷媒も少なくな
る。然し乍ら、未凝縮の気冷媒が液冷媒を気泡ポンプ作
用により押し上げるために液冷媒が上昇部6aの気相配管
８中を上昇しようとする。即ち、上昇部6aは気相配管８
に流入して蒸発器14に流れる液冷媒を制御する機能を奏
する。

また、夏季には逆に凝縮器４から出る冷媒は液が少な
く、気が多い状態となり流速も速い。この場合はＲ−23
より沸点の高いＲ−22の気体比率が高くなり蒸発器14に
余分なＲ−22が供給される危険性があるが上昇部6aがこ
れを制御することになる。

蒸発器14に流入する冷媒はＲ−23（或るいはＲ−13）
とＲ−22の殆ど、及び少量のＲ−21である。Ｒ−23（或
るいはＲ−23）は蒸発器部分14aに流入してすぐに蒸発
を開始して蒸発器部分14aを冷却して行き、この冷媒混
合物は次第に蒸発器部分14bから蒸発器部分14cへと次々
に流入して行きながらＲ−22も蒸発して行く。これによ
って実験では蒸発器部分14aは−43℃程、蒸発器部分14c
では−40℃程に冷却され、貯蔵室内では−37℃の温度が
得られた。

蒸発器部分14cを出た冷媒混合物は、中間熱交換器６
の降下部6b下端より外管７内に流入する。この時の冷媒
の状況はＲ−23（或るいはＲ−13）は蒸気、Ｒ−22は一
部は蒸気で残りは液、Ｒ−21は液の状態となっている。
降下部6bに流入した気液の混じった冷媒混合物の内、気
冷媒は連通部6cから降下部6bに流入して行くが、液冷媒
は暫し貯溜される。即ち、中間熱交換器６の降下部6bは
冷媒液溜の機能を果たす。

ここで、貯蔵室内が十分冷えている状態では、冷媒は
蒸発器14で殆ど蒸発しなくなるので蒸発器14内は液冷媒
で満たされることになる。従って、降下部6bの高さは少
なくとも蒸発器14最上部の高さと同一としておく必要が
ある。それによって、降下部6bは冷媒液溜としての機能
を全することができる。

この貯溜冷媒の内のＲ−22は外管７内で蒸発するので
下降部6bの下部は−40℃程の低温となり、液状のＲ−22
が少なくなる降下部6b上部は−15℃程になる。また、液
状のＲ−21と気体状のＲ−22及びＲ−23（或るいはＲ−
13）は連通部6cを乗り越えて上昇部6aに流入し、Ｒ−21
はその後蒸発し、そこで第１のキャピラリチューブ11か
ら流入して蒸発するＲ−21等と合流して上昇部6a内を降
下する。この時上昇部6aの温度は−10℃程になる。

これによって中間熱交換器６の内管8a内を上昇し、降
下する気液分離器５からの気冷媒は上昇部6a上昇する過
程で予冷され、降下部6bを降下する過程で強力に冷却さ
れて凝縮される。この時降下部6bの内管8aは降下してい
るので、凝縮した液冷媒は円滑に乾燥器12へ流れること
になる。

中間熱交換器６の上昇部6aから流出した冷媒混合物は
冷媒液溜15を経て吸込側配管3bから圧縮機３に帰還す
る。

第２図において、冷凍庫１の下部には機械室20が構成
されており、そこに圧縮機３、凝縮器４及びファン16が
設置される。中間熱交換器６は外箱２の背板2aの内面断
熱材側に上下に配置される。即ち、中間熱交換器６は冷
凍庫１を構成する発泡性断熱材の発泡充填により一体的
に埋設されることにより保持されて立設され、且つ断熱
されることになる。第１キャピラリチューブ11は中間熱
交換器６の上昇部6aに捲回し、それと熱交換させる。

中間熱交換器６の出口7a、内管8aの両下端と蒸発器14
の入口14d及び第１のキャピラリチューブ11の入口は断
熱材から機械室20内に引き出しておき、機械室20内で第
１図の冷媒回路を構成するように溶接にて連通接続す
る。従って溶接作業が容易になる。

尚、実施例では略Ｕ字状に折曲した重管にて中間熱交
換器６を構成したが、それに限られず、例えば冷蔵庫が
背の低いものであって、高さが十分にとれない場合はＷ
字状のものを反転せしめて使用しても良く、更に蛇行を
増やすことも可能である。

又、冷媒却混合物の種類は本実施例に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能であ
る。

（ト）発明の効果 本発明によれば非共沸混合冷媒を使用し、圧縮機から
吐出され凝縮器で凝縮された冷媒を気液分離器にて気冷
媒と液冷媒とに分離し、蒸発器からの帰還冷媒が導入さ
れる中間熱交換器にて液冷媒を蒸発させると共に該中間
熱交換器にて気冷媒を凝縮させ、減圧し蒸発器に供給し
て蒸発させる冷凍装置において、中間熱交換器において
気冷媒の凝縮を行うことができると共に、中間熱交換器
は蒸発器からの未蒸発液冷媒の液溜としての作用を奏す
る。特に簡単な構成にて中間熱交換器を構成できるので
冷媒回路の簡素化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明の実施例を示し、第１図は冷媒回路図、第
２図は冷凍庫の後方斜視図である。 ３……圧縮機、４……凝縮器、５……気液分離器、６…
…中間熱交換器、6a……上昇部、6b……降下部、８……
気相配管、９……液相配管、14……蒸発器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非共沸混合冷媒を使用し、圧縮機から吐出
   され凝縮器が凝縮された冷媒を気液分離器にて気冷媒と
   液冷媒とに分離し、蒸発器からの帰還冷媒が導入される
   中間熱交換器にて前記液冷媒を蒸発させると共に該中間
   熱交換器にて前記気冷媒を凝縮させ、減圧し前記蒸発器
   に供給して蒸発させる冷凍装置において、前記中間熱交
   換器は前記気液分離器の気相配管がその内部を上昇する
   上昇部とその上部において連通し内部を前記気相配管が
   降下する降下部とを有した内部中空体にて成り、前記蒸
   発器の出口は前記降下部の下部に接続し、前記気液分離
   器の液相配管は減圧器を介して前記上昇部の上部に接続
   すると共に、前記圧縮機の吸込側配管は前記上昇部の下
   部に接続したことを特徴とする冷凍装置。