JP3248235B2 - Operating method of binary refrigeration apparatus and its apparatus - Google Patents
Operating method of binary refrigeration apparatus and its apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、２元冷凍装置に係り、
特に、その圧縮機の故障防止を目的とした２元冷凍装置
の運転方法及びその装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a binary refrigeration system,
In particular, the present invention relates to a method of operating a binary refrigeration system for preventing failure of the compressor and an apparatus thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】２元冷凍装置は、低温側冷媒を封入した
低温側冷凍サイクルと、高温側冷媒を封入した高温側冷
凍サイクルとを、カスケードコンデンサを介して熱的に
結合して形成したもので、低温側冷凍サイクルの蒸発器
において、−８０℃を超える超低温を得ることができ
る。2. Description of the Related Art A binary refrigeration system is formed by thermally connecting a low-temperature refrigeration cycle containing a low-temperature refrigerant and a high-temperature refrigeration cycle containing a high-temperature refrigerant via a cascade condenser. Thus, in the evaporator of the low-temperature side refrigeration cycle, an extremely low temperature exceeding -80 ° C can be obtained.
【０００３】このような超低温を生成する２元冷凍装置
では、超低温運転を行うほど、圧縮機の圧縮比が大きく
なり、その吐出ガス温度が高くなる傾向がある。例え
ば、２元冷凍装置の低温側冷凍サイクルに低温側冷媒と
してＲ１３を使用し、庫内を−８５℃程度に冷却しよう
とすれば、同冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力は、略真
空に近い−0.5 kg／cm2 Ｇ程度にもなり、その結果、圧
縮比が大きくなり、圧縮機吐出ガス温度が、１００℃以
上に上昇する。In such a binary refrigeration system that generates an ultra-low temperature, the more the ultra-low temperature operation is performed, the larger the compression ratio of the compressor and the higher the temperature of the discharged gas. For example, if R13 is used as the low-temperature side refrigerant in the low-temperature side refrigeration cycle of the two-way refrigeration system and the interior of the refrigerator is to be cooled to about -85 ° C., the refrigerant pressure on the low-pressure side of the refrigeration cycle will be almost vacuum. -0.5 kg / cm 2 becomes about G, as a result, the compression ratio increases, the compressor discharge gas temperature rises above 100 ° C..
【０００４】なお、この圧縮比と圧縮機吐出ガス温度と
の関係は、図４のグラフによって、明確に示される。同
グラフは、高圧側圧力を１５kg／cm2 Ｇの一定値とし、
この高圧側圧力もとでの低圧側圧力と吐出ガス温度との
関係を示したもので、低圧側が低下すると、それにつれ
て吐出ガス温度が上昇し、その上昇割合が、低圧側が低
下するほど、急激なものとなっている。このことは、高
圧側対低圧側の比で表される圧縮比が高騰すると、それ
に従い、吐出ガス温度が急上昇することを示している。The relationship between the compression ratio and the compressor discharge gas temperature is clearly shown in the graph of FIG. In the graph, the high pressure is set to a constant value of 15 kg / cm 2 G,
This shows the relationship between the low-pressure side pressure and the discharge gas temperature under this high-pressure side pressure.When the low-pressure side decreases, the discharge gas temperature increases accordingly, and the rate of increase increases as the low-pressure side decreases. It has become something. This indicates that, when the compression ratio represented by the ratio of the high pressure side to the low pressure side rises, the discharge gas temperature rises sharply accordingly.
【０００５】ところで、一般に、圧縮機の吐出ガス温度
は、前記１００℃までが限度とされ、それ以上の温度
は、圧縮機故障の原因になりやすい。従って、この種の
２元冷凍装置において、故障のない運転を行おうとすれ
ば、圧縮比を低減させ、圧縮機吐出ガス温度を下げるこ
とが、まず第１に望まれるところであるが、２元冷凍装
置において、そうした対策は、これまで、特になされて
いなかった。なお、２元冷凍装置と同様の超低温を得る
装置として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置の場合は、
混合冷媒を気液分離器によって気液に分離し、液冷媒の
方を圧縮機冷却用として用いることを可能としたもの
が、特開昭６４−６３７５５号公報に提案されている。
しかし２元冷凍装置の場合は、配管構成が全く異なるた
め、こうした手段を利用することも不可能であった。In general, the temperature of the discharge gas of the compressor is limited to 100 ° C., and the temperature higher than 100 ° C. is likely to cause a compressor failure. Therefore, in order to perform trouble-free operation in this type of two-way refrigeration system, it is first desirable to lower the compression ratio and lower the compressor discharge gas temperature. In the device, no such measures have been taken so far. In the case of a refrigeration system using a non-azeotropic refrigerant mixture as a device for obtaining an ultra-low temperature similar to a binary refrigeration system,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-63755 proposes a technique in which a mixed refrigerant is separated into gas and liquid by a gas-liquid separator, and the liquid refrigerant can be used for cooling the compressor.
However, in the case of a binary refrigeration system, such a means cannot be used because the piping configuration is completely different.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる実状
に対処して、２元冷凍装置において、その低温側冷凍サ
イクルの圧縮機における、吐出ガス温度上昇等に伴う故
障を未然に防止することを課題として、そのための方法
及び装置を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances and aims to prevent a failure of a compressor of a low-temperature side refrigeration cycle due to an increase in discharge gas temperature in a binary refrigeration system. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus therefor.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明は、まず２元冷凍装置の運転方法として、低温
側冷媒系統内に低温側冷媒よりも飽和圧力が高く、沸点
の低い冷媒を添加混合し、低温側冷凍サイクル（２）の
凝縮器出口において両冷媒を分離して、低温側冷媒を蒸
発器（１１）側に通す一方、添加した冷媒を減圧して、
圧縮機（７）に戻すことを特徴とするものである。請求
項２記載した発明は、その場合の冷媒の組合せを、低温
側冷媒として最も普通に用いられるＲ１３またはＲ２３
について示したもので、低温側冷媒であるＲ１３または
Ｒ２３に対してその略５〜１０％に相当する量のＲ１４
を添加することを特徴としている。さらに請求項３記載
の発明は、上記方法を実施可能な装置を示しており、高
温側冷媒を封入した高温側冷凍サイクル（１）と、低温
側冷媒を封入した低温側冷凍サイクル（２）とを、カス
ケードコンデンサ（３）により熱的に結合し、低温側冷
凍サイクル（２）を、圧縮機（７）、カスケードコンデ
ンサ（３）、膨張弁（１０）及び蒸発器（１１）により
構成してなる２元冷凍装置において、前記低温側冷凍サ
イクル（２）の冷媒として、前記低温側冷媒に、該冷媒
に比し飽和圧力が高く沸点の低い冷媒を所定量添加混合
した冷媒を用いると共に、低温側冷凍サイクル（２）の
前記カスケードコンデンサ（３）と膨張弁（１０）の間
に気液分離器（８）を介設し、該気液分離器（８）の液
側出口（９）を、前記膨張弁（１０）に接続する一方、
気液分離器（８）のガス側出口（１２）を減圧装置（１
３）を介して、前記圧縮機（７）の吸入側に接続して２
元冷凍装置を構成することが特徴である。According to the present invention, which meets the above-mentioned object, first, as a method of operating a binary refrigeration system, a refrigerant having a higher saturation pressure and a lower boiling point than a low-temperature refrigerant in a low-temperature refrigerant system. At the outlet of the condenser of the low-temperature refrigeration cycle (2), and the low-temperature refrigerant is passed through the evaporator (11) while the added refrigerant is decompressed.
It is characterized by returning to the compressor (7). According to the invention described in claim 2, the combination of the refrigerants in that case is used as R13 or R23 which is most commonly used as the low-temperature side refrigerant.
And the amount of R14 corresponding to approximately 5 to 10% of R13 or R23 which is a low-temperature side refrigerant.
Is added. Further, the invention according to claim 3 shows an apparatus capable of performing the above method, wherein a high-temperature side refrigeration cycle (1) containing a high-temperature side refrigerant and a low-temperature side refrigeration cycle (2) containing a low-temperature side refrigerant. Are thermally coupled by a cascade condenser (3), and a low-temperature refrigeration cycle (2) is constituted by a compressor (7), a cascade condenser (3), an expansion valve (10), and an evaporator (11). In the two-way refrigeration apparatus, a refrigerant obtained by adding and mixing a predetermined amount of a refrigerant having a higher saturation pressure and a lower boiling point than the refrigerant to the low-temperature side refrigerant is used as the refrigerant of the low-temperature side refrigeration cycle (2). A gas-liquid separator (8) is interposed between the cascade condenser (3) and the expansion valve (10) of the side refrigeration cycle (2), and a liquid-side outlet (9) of the gas-liquid separator (8) is connected. Connected to the expansion valve (10)
The gas-side outlet (12) of the gas-liquid separator (8) is connected to the decompression device (1).
3) connected to the suction side of the compressor (7)
It is characterized by constituting an original refrigeration system.
【０００８】[0008]
【作用】本発明方法によれば、低温側冷凍サイクル
（２）内において、２つの冷媒は、凝縮器側で、一方は
液体に、他方は気体になって互いに分離された後、液体
である低温側冷媒が、そのまま蒸発器（１１）側へ向か
うため、従来同様、所望の低温が得られる。また他方、
飽和圧力の高い冷媒は、気体のままで所要圧に減圧され
て、圧縮機（７）に返されるため、圧縮機（７）の吸入
側及び吐出側は、共にこの飽和圧力の高い冷媒の存在に
よって圧力上昇する。そしてこの圧力上昇により、圧縮
機（７）の圧縮比が下がり、圧縮機（７）の吐出ガス温
度が低下して、圧縮機（７）の故障が未然に防止され
る。なお、請求項２に記載した発明の如く、Ｒ１３やＲ
２３に対してＲ１４を５〜１０％添加した場合である
と、前記圧力上昇は１kg／cm2 abs 以上になる。従っ
て、従来であれば低圧側圧力が−５℃kg／cm2 Ｇのもの
でも、上記冷媒添加によりその圧力が増え、確実に圧縮
比が下がり、圧縮機（７）吐出ガス温度が低下する。ま
た、請求項３記載の装置においては、上記運転方法中、
両冷媒の凝縮器側での分離が、カスケードコンデンサ
（３）及び気液分離器（８）によって行われることとな
る。即ち、カスケードコンデンサ（３）は、両冷媒を凝
縮するものの、このうち低温側冷媒だけを液化し、気液
分離器（８）がこの気液混合した冷媒を２方向に分離す
る。そして、低温側冷媒は膨張弁（１０）を経て蒸発器
（１１）に至り、従来同様、冷凍庫（１４）内等の冷却
に寄与する一方、添加した冷媒の方は、減圧装置（１
３）を介して圧縮機（７）吸入側に吸入され、前記した
如く、圧縮比並びに圧縮機（７）吐出ガス温度を低下さ
せることとなる。According to the method of the present invention, in the low-temperature refrigeration cycle (2), the two refrigerants are separated on the condenser side, one into a liquid and the other into a gas, and then a liquid. Since the low-temperature-side refrigerant goes directly to the evaporator (11) side, a desired low temperature can be obtained as in the conventional case. On the other hand,
The refrigerant having a high saturation pressure is reduced to a required pressure in a gas state and returned to the compressor (7). Therefore, both the suction side and the discharge side of the compressor (7) contain the refrigerant having the high saturation pressure. The pressure rises. Then, due to this pressure increase, the compression ratio of the compressor (7) decreases, the temperature of the discharge gas of the compressor (7) decreases, and failure of the compressor (7) is prevented. Incidentally, as in the invention described in claim 2, R13 or R13
When 5 to 10% of R14 is added to 23, the pressure rise becomes 1 kg / cm 2 abs or more. Therefore, in the related art, even if the low pressure side pressure is −5 ° C. kg / cm 2 G, the pressure is increased by the addition of the refrigerant, the compression ratio is surely lowered, and the temperature of the gas discharged from the compressor (7) is lowered. Further, in the device according to the third aspect, in the driving method,
The two refrigerants are separated on the condenser side by the cascade condenser (3) and the gas-liquid separator (8). That is, although the cascade condenser (3) condenses both refrigerants, only the low-temperature side refrigerant is liquefied, and the gas-liquid separator (8) separates the gas-liquid mixed refrigerant in two directions. Then, the low-temperature side refrigerant reaches the evaporator (11) via the expansion valve (10) and contributes to the cooling of the freezer (14) and the like, while the added refrigerant is supplied to the decompression device (1).
It is sucked into the compressor (7) suction side via 3), and as described above, the compression ratio and the temperature of the gas discharged from the compressor (7) are reduced.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづき説明
する。図１は、本発明に係る２元冷凍装置の配管構成分
であり、高温側冷凍サイクル（１）と低温側冷凍サイク
ル（２）とが、カスケードコンデンサ（３）を介して熱
交換可能に接続されている。高温側冷凍サイクル（１）
は、カスケードコンデンサ（３）の他に、高温側圧縮機
（４）、凝縮器（５）、膨張弁（６）が設けられ、これ
らが高温側冷媒である冷媒Ｒ２２を封入した冷媒配管に
より順次接続され、構成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a piping configuration of a binary refrigeration apparatus according to the present invention, in which a high-temperature side refrigeration cycle (1) and a low-temperature side refrigeration cycle (2) are connected to be heat-exchangeable via a cascade condenser (3). Have been. High temperature side refrigeration cycle (1)
Is provided with a high-temperature side compressor (4), a condenser (5), and an expansion valve (6) in addition to the cascade condenser (3). Connected and configured.
【００１０】一方、低温側冷凍サイクル（３）は、低温
側圧縮機（７）、前記カスケードコンデンサ（３）、気
液分離器（８）が順次配管により接続され、気液分離器
（８）からは配管が２系統に分かれて、一方は、気液分
離器（８）の液側出口（９）から、膨張弁（１０）、蒸
発器（１１）を経て、前記低温側圧縮機（７）の吸入側
へと続き、他方は、気液分離器（８）のガス側出口（１
２）から、減圧装置（１３）を介して、前記低温側圧縮
機（７）吸入側へと接続される構成となっている。な
お、蒸発器（１１）部分は、該蒸発器（１１）付設のフ
ァン（１５）と共に、冷凍庫（１４）内に配置されてい
る。そして、かかる低温側冷凍サイクル（２）の配管内
に通常の低温側冷媒であるＲ１３と、このＲ１３の略５
％に相当する量のＲ１４とが封入されている。なおこの
Ｒ１４は、Ｒ１３に対し、非共沸で、しかもＲ１４に比
し、飽和圧力の高い冷媒である。On the other hand, in the low-temperature side refrigeration cycle (3), the low-temperature side compressor (7), the cascade condenser (3), and the gas-liquid separator (8) are sequentially connected by piping, and the gas-liquid separator (8) The pipe is divided into two systems, one of which is provided from a liquid-side outlet (9) of a gas-liquid separator (8), through an expansion valve (10) and an evaporator (11), and then into the low-temperature side compressor (7). ) On the gas side outlet (1) of the gas-liquid separator (8).
From 2), it is configured to be connected to the low temperature side compressor (7) suction side via a pressure reducing device (13). In addition, the evaporator (11) part is arrange | positioned in the freezer (14) with the fan (15) attached to the evaporator (11). Then, in the pipe of the low-temperature side refrigeration cycle (2), R13, which is a normal low-temperature side refrigerant, and approximately 5
% Of R14 is enclosed. Note that R14 is a non-azeotropic refrigerant with respect to R13 and has a higher saturation pressure than R14.
【００１１】ここで、以上の２元冷凍装置を運転した場
合の作用について説明すると、両冷凍サイクル（１），
（２）の両圧縮機（４），（７）を駆動することによ
り、まず、高温側冷凍サイクル（１）においては、高温
側圧縮機（４）吐出のＲ２２が、凝縮器（５）で凝縮液
化され、膨張弁（６）を経てカスケードコンデンサ
（３）に流れ、該カスケードコンデンサ（３）により、
低温側冷凍サイクル（２）側の冷媒と熱交換して該冷媒
から熱を奪い、その後、高温側圧縮機（４）に戻る。Here, the operation when the above-described two-stage refrigeration system is operated will be described.
By driving both compressors (4) and (7) of (2), first, in the high-temperature side refrigeration cycle (1), R22 discharged from the high-temperature side compressor (4) is discharged by the condenser (5). It is condensed and liquefied and flows through the expansion valve (6) to the cascade condenser (3).
The refrigerant exchanges heat with the refrigerant on the low-temperature side refrigeration cycle (2) to remove heat from the refrigerant, and then returns to the high-temperature side compressor (4).
【００１２】他方、低温側冷凍サイクル（２）において
は、Ｒ１３とＲ１４の混合冷媒が、低温側圧縮機（７）
から吐出され、カスケードコンデンサ（３）に至ると、
前記の如く高温側冷凍サイクル（１）の冷媒によって冷
却される。このときのカスケードコンデンサ（３）の凝
縮能力は、Ｒ１３とＲ１４との混合冷媒のうち、より飽
和圧力の低いＲ１３だけを液化する程度に設定されてお
り、カスケードコンデンサ（３）直後の冷媒は、液体の
Ｒ１３と気体のＲ１４との混ざり合ったものとなってい
る。そして、この気液混合した冷媒が、気液分離器
（８）によって分離されて、Ｒ１３の方は液側出口
（９）から膨張弁（１０）、蒸発器（１１）へと流れ、
蒸発器（１１）において、その蒸発潜熱により冷凍庫
（１４）内の冷却に寄与した後、低温側圧縮機（７）へ
戻る。またＲ１４の方は、気液分離器（８）のガス側出
口（１２）から出て、減圧装置（１３）を介して所定圧
に減圧された後、低温側圧縮機（７）に戻る前記Ｒ１３
に合流し、ともに圧縮機（７）に戻る。こうした循環の
結果、冷凍庫（１４）内は、所望の、例えば−８５℃程
度の超低温に冷却され、同時に、低温側冷凍サイクル
（２）の低圧側及び高圧側は、Ｒ１４の存在によって一
定の圧力上昇をみることができる。なお、低温側冷凍サ
イクル（２）については、上記配管構成の別な例とし
て、前記Ｒ１４だけが流れる気液分離器（８）のガス側
出口（１２）から圧縮機（７）吸入側に至る配管を、そ
の減圧装置（１３）以降で冷凍庫（１４）内に迂回する
構成としてもよい。これによって冷凍庫（１４）内をよ
り効率的に冷却することができる。On the other hand, in the low temperature side refrigeration cycle (2), the mixed refrigerant of R13 and R14 is supplied to the low temperature side compressor (7).
From the cascade condenser (3),
As described above, the refrigerant is cooled by the refrigerant of the high-temperature side refrigeration cycle (1). At this time, the condensing capacity of the cascade condenser (3) is set so as to liquefy only R13 having a lower saturation pressure among the refrigerant mixture of R13 and R14, and the refrigerant immediately after the cascade condenser (3) is: It is a mixture of liquid R13 and gas R14. The gas-liquid mixed refrigerant is separated by the gas-liquid separator (8), and R13 flows from the liquid-side outlet (9) to the expansion valve (10) and the evaporator (11),
In the evaporator (11), the latent heat of evaporation contributes to cooling in the freezer (14), and then returns to the low-temperature side compressor (7). R14 exits from the gas-side outlet (12) of the gas-liquid separator (8), is depressurized to a predetermined pressure via a decompression device (13), and returns to the low-temperature side compressor (7). R13
And return to the compressor (7) together. As a result of such circulation, the inside of the freezer (14) is cooled to a desired ultra-low temperature, for example, about -85 ° C., and at the same time, the low-pressure side and the high-pressure side of the low-temperature side refrigeration cycle (2) maintain a constant pressure due to the presence of R14. You can see the rise. As for the low-temperature side refrigeration cycle (2), as another example of the above-mentioned piping configuration, the low-temperature side refrigeration cycle (2) extends from the gas side outlet (12) of the gas-liquid separator (8) through which only the R14 flows to the compressor (7) suction side. The piping may be configured to bypass the freezer (14) after the pressure reducing device (13). Thereby, the inside of the freezer (14) can be cooled more efficiently.
【００１３】ところで、上記Ｒ１４を略５％添加したこ
とによる低温側冷凍サイクル（２）の圧力上昇値は、前
記装置の場合、１kg／cm2 Ｇとなる。この上昇値につい
ては、図２に示したＲ１３及びＲ１４の各モリエル線図
からも説明できる。例えば、いま、低温側冷凍サイクル
（２）中のＲ１３の冷媒量を２kgとすると、図２（イ）
に示すＲ１３のモリエル線図より、外気３０℃で装置停
止中は、この２kgのＲ１３が全て過熱ガスとして系内に
存在することがわかる。このときの停止圧力を１５kg／
cm2 abs とすれば、同図より、 比体積υ1 ＝0.014m3 ／kg である。従って系内の体積Ｖは、 Ｖ＝υ1 ×２＝0.014 ×２＝0.028m3 となる。By the way, the pressure increase value of the low-temperature side refrigeration cycle (2) due to the addition of about 5% of R14 is 1 kg / cm 2 G in the case of the above apparatus. This increase can also be explained from the Mollier diagrams of R13 and R14 shown in FIG. For example, assuming now that the refrigerant amount of R13 in the low-temperature side refrigeration cycle (2) is 2 kg, FIG.
It can be seen from the Mollier diagram of R13 that when the apparatus is stopped at 30 ° C. in the outside air, all 2 kg of R13 exists in the system as a superheated gas. The stop pressure at this time is 15 kg /
Assuming cm 2 abs, the figure shows that the specific volume υ 1 = 0.014 m 3 / kg. Therefore, the volume V in the system is as follows: V = υ 1 × 2 = 0.014 × 2 = 0.028 m 3
【００１４】一方、前記Ｒ１３が２kgの場合、同一系内
に、前記した如くＲ１４を５％入れたとすると、Ｒ１４
の量は0.1 kgである。これを同一系内（体積＝0.028
m3 ）での比体積υ2 で表すと、 υ2 ＝Ｖ／0.1 ＝0.028 ／0.1 ＝ 0.28m3 ／kg となる。そこでυ2 ＝ 0.28 で、しかも外気３０℃のと
きのＲ１４の圧力を、図２（ロ）のＲ１４のモリエル線
図に求めると、１kg／cm2 abs が得られる。即ち、Ｒ１
３に対し、Ｒ１４を５％添加することによって、全体の
圧力は１kg／cm2 abs 上昇することが理解される。On the other hand, if the R13 is 2 kg, and if 5% of R14 is put in the same system as described above, R14
Is 0.1 kg. In the same system (volume = 0.028
When expressed as a specific volume υ 2 in m 3 ), υ 2 = V / 0.1 = 0.028 / 0.1 = 0.28 m 3 / kg. Therefore, when the pressure of R14 when υ 2 = 0.28 and the outside air temperature is 30 ° C. is obtained from the Mollier diagram of R14 in FIG. 2B, 1 kg / cm 2 abs is obtained. That is, R1
It can be seen that by adding 5% of R14 to 3, the total pressure increases by 1 kg / cm 2 abs.
【００１５】かくして、前記２元冷凍装置において、低
温側冷凍サイクル（２）の低圧側及び高圧側の圧力を共
に１kg／cm2 abs 上昇させることが、計算上も明らかと
なった。そこで次は、この圧力上昇が、圧縮機（７）吐
出ガス温度に与える影響について説明する。一般に、吐
出ガス温度と吸入ガス温度及び圧縮比（ＣＰ）との間に
は次の（数１）に示す関係式が成り立つ。Thus, it has been clarified by calculation that both the low pressure side and the high pressure side of the low temperature side refrigeration cycle (2) are increased by 1 kg / cm 2 abs in the two-way refrigeration system. Therefore, next, the effect of the increase in pressure on the temperature of the gas discharged from the compressor (7) will be described. Generally, the following relational expression is established between the discharge gas temperature, the suction gas temperature, and the compression ratio (CP).
【００１６】[0016]
【数１】 (Equation 1)
【００１７】ここに、ｎはポリトロープ指数であり、Ｒ
１３の場合は略1.2 である。いま、従来のＲ１３単体の
低温側冷凍サイクルの場合の低圧側の圧力を −0.5kg/cm2 Ｇ（＝0.5 kg／cm2 abs ）， 高圧側の圧力を １５kg／cm2 Ｇ（＝１６kg／cm2 abs ） とすると、圧縮比CPo は、CPo ＝１６／0.5 ＝３２であ
る。従って、Ｒ１３単体の場合の吐出ガス温度は、吸入
ガス温度を−４０℃とするとき、前記（数１）より、次
の（数２）が成立する。Where n is the polytropic exponent and R
In the case of 13, it is approximately 1.2. Now, the conventional R13 single low temperature side refrigerating cycle low-pressure side pressure -0.5 kg / cm 2 G in the case of (= 0.5 kg / cm 2 abs ), the high side pressure 15kg / cm 2 G (= 16kg / cm 2 abs), the compression ratio CPo is CPo = 16 / 0.5 = 32. Therefore, when the suction gas temperature is -40 ° C., the following (Equation 2) is satisfied from the above (Equation 1) as the discharge gas temperature in the case of R13 alone.
【００１８】[0018]
【数２】 (Equation 2)
【００１９】これに対して、Ｒ１４を５％添加した本発
明装置の場合は、前記したように、系全体で１kg／cm2
abs の圧力上昇を得るから、圧縮比CP1 は CP1 ＝1.6 ＋１／0.5 ＋１＝11.3 となる。そしてこの圧縮比を前記（数１）に代入する
と、吐出ガス温度は、（数３）に示す値となる。On the other hand, in the case of the apparatus of the present invention to which R14 is added at 5%, as described above, the whole system is 1 kg / cm 2.
Since obtaining a pressure increase of abs, compression ratio CP 1 becomes CP 1 = 1.6 + 1 / 0.5 + 1 = 11.3. Then, when this compression ratio is substituted into the above (Equation 1), the discharge gas temperature becomes a value shown in (Equation 3).
【００２０】[0020]
【数３】 (Equation 3)
【００２１】即ち、前記１kg／cm2 abs の圧力上昇が、
圧縮比及び吐出ガス温度を従来に比して大幅に低下させ
ていることが理解できる。なお、以上の実施例では、低
温側冷媒Ｒ１３に、その５％のＲ１４を添加して、系全
体の圧力を１kg／cm2 abs 上昇させ、これによって、低
温側圧縮機（７）の圧縮比を低下させ、その吐出ガス温
度を１００℃以下に低下させたが、本発明において、Ｒ
１４のＲ１３に対する添加割合は、この５％に限定され
るものではない。That is, the pressure rise of 1 kg / cm 2 abs is
It can be understood that the compression ratio and the discharge gas temperature are greatly reduced as compared with the related art. In the above embodiment, 5% of R14 is added to the low-temperature side refrigerant R13 to raise the pressure of the entire system by 1 kg / cm 2 abs, whereby the compression ratio of the low-temperature side compressor (7) is increased. And the discharge gas temperature was reduced to 100 ° C. or less.
The ratio of 14 to R13 is not limited to 5%.
【００２２】図３は、Ｒ１３に対するＲ１４の添加割合
と、各割合における吐出ガス温度との関係を示すグラフ
であるが、同グラフより明らかなように、吐出ガス温度
を１００℃以下とするためにはＲ１３に対して、Ｒ１４
を2.5 ％以上添加すればよい。また、添加割合の最大値
については、前記気液分離器（８）の液貯溜量によって
異なるものの、概ね１０％程度とされる。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the addition ratio of R14 to R13 and the discharge gas temperature at each ratio. As is clear from the graph, in order to keep the discharge gas temperature at 100 ° C. or less. Is R14 for R13
May be added by 2.5% or more. The maximum value of the addition ratio varies depending on the amount of liquid stored in the gas-liquid separator (8), but is generally about 10%.
【００２３】従って実際的には、この2.5 ％〜１０％の
範囲内でＲ１４を混合すれば、所期の目的が達成される
ことになるが、全体的効率を考えると、少なくとも前記
５％程度、即ち、全体的に１kg／cm2 abs 程度の圧力上
昇を得る混合割合が最も望ましい。また、他の実施例と
して、低温側冷媒Ｒ１３を、これと同様の沸点をもつＲ
２３に変更し、これにＲ１４を添加することも勿論可能
である。なお、その場合は、Ｒ２３のポリトロープ指数
が前記Ｒ１３のそれに比して大きいため、Ｒ１４の添加
割合は、最小でも５〜７％必要となる。さらにこの他、
低温側冷媒として、他の冷媒を使用する場合も、該低温
側冷媒に比して飽和圧力の高い冷媒を適宜選択して添加
することにより、上記効果を達成することができる。Therefore, in practice, if R14 is mixed within the range of 2.5% to 10%, the intended purpose will be achieved, but considering the overall efficiency, at least the above-mentioned about 5% That is, a mixing ratio that gives an overall pressure rise of about 1 kg / cm 2 abs is most desirable. Further, as another embodiment, the low-temperature side refrigerant R13 is replaced with a refrigerant having the same boiling point as R13.
It is of course also possible to change to 23 and add R14 to this. In this case, since the polytropic index of R23 is larger than that of R13, the addition ratio of R14 must be at least 5 to 7%. In addition,
Even when another refrigerant is used as the low-temperature refrigerant, the above effect can be achieved by appropriately selecting and adding a refrigerant having a higher saturation pressure than the low-temperature refrigerant.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明したように本発明方法は、２元
冷凍装置において、低温側冷媒系統内に飽和圧力が高く
沸点の低い冷媒を添加混合し、低温側冷凍サイクル
（２）の凝縮器出口において両冷媒を分離して、低温側
冷媒を蒸発器（１１）側に通す一方、添加した冷媒を減
圧して、圧縮機（７）に戻すことを特徴とする２元冷凍
装置の運転方法であるから、添加冷媒によって低温側冷
凍サイクル（２）の高圧側，低圧側双方の圧力を上昇さ
せることができ、これにより、圧縮機（７）の圧縮比な
らびに吐出ガス温度を低下させ、吐出ガス温度上昇に伴
う圧縮機（７）の故障を未然に防止することができる。
その場合、請求項２に記載した発明のように、低温側冷
媒をＲ１３又はＲ２３とし、これに添加する冷媒として
Ｒ１４を使用して、その添加割合を５〜１０％とする
と、上記効果を効率的かつ実際的に奏することができ
る。さらに請求項３に記載した発明は、低温側冷媒に、
これより飽和圧力が高く沸点の低い冷媒を所定量添加す
ると共に、低温側冷凍サイクル（２）のカスケードコン
デンサ（３）と膨張弁（１０）の間に気液分離器（８）
を介設し、該気液分離器（８）の液側出口（９）を、前
記膨張弁（１０）に接続する一方、気液分離器（８）の
ガス側出口（１２）を減圧装置（１３）を介して、前記
圧縮機（７）の吸入側に接続することにより構成した２
元冷凍装置であり、前記方法を実施するための装置であ
るから、前記同様、圧縮機（７）の高圧側、低圧側の圧
力を上昇させて、吐出ガス温度を低下させ、圧縮機
（７）の故障を防止して、円滑な２元冷凍運転を保証す
る。As described above, according to the method of the present invention, in a two-way refrigeration system, a refrigerant having a high saturation pressure and a low boiling point is added to and mixed with a low-temperature side refrigerant system, and the condenser of a low-temperature side refrigeration cycle (2) is provided. A method for operating a binary refrigeration system, comprising separating both refrigerants at an outlet and passing a low-temperature refrigerant to an evaporator (11) side, while depressurizing an added refrigerant and returning the refrigerant to a compressor (7). Therefore, the pressure on both the high pressure side and the low pressure side of the low temperature side refrigeration cycle (2) can be increased by the added refrigerant, thereby lowering the compression ratio of the compressor (7) and the discharge gas temperature, and Failure of the compressor (7) due to an increase in gas temperature can be prevented.
In this case, if the low-temperature side refrigerant is R13 or R23 and R14 is used as a refrigerant to be added to the refrigerant and the addition ratio is 5 to 10% as in the invention described in claim 2, the above-described effect is improved. Can be achieved in a targeted and practical manner. Further, in the invention described in claim 3, the low-temperature side refrigerant includes:
A predetermined amount of refrigerant having a higher saturation pressure and a lower boiling point is added, and a gas-liquid separator (8) is provided between the cascade condenser (3) and the expansion valve (10) of the low-temperature refrigeration cycle (2).
The liquid-side outlet (9) of the gas-liquid separator (8) is connected to the expansion valve (10), and the gas-side outlet (12) of the gas-liquid separator (8) is connected to a decompression device. (13) connected to the suction side of the compressor (7)
Since it is a primary refrigeration apparatus and an apparatus for performing the above method, the pressure on the high pressure side and the low pressure side of the compressor (7) is increased to lower the discharge gas temperature and the compressor (7 ) To prevent trouble and ensure smooth two-way refrigeration operation.
【図１】本発明２元冷凍装置の配管構成図である。FIG. 1 is a piping configuration diagram of a binary refrigeration apparatus of the present invention.
【図２】本発明２元冷凍装置に使用される冷媒のモリエ
ル線図である。FIG. 2 is a Mollier diagram of a refrigerant used in the binary refrigeration apparatus of the present invention.
【図３】本発明２元冷凍装置におけるＲ１３に対するＲ
１４の添加割合と、各添加割合における吐出ガス温度と
の関係を示すグラフである。FIG. 3 shows R for R13 in the binary refrigerator of the present invention.
14 is a graph showing the relationship between the addition ratio of No. 14 and the discharge gas temperature at each addition ratio.
【図４】圧縮機吐出ガス温度と低圧側圧力との関係を示
すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a compressor discharge gas temperature and a low pressure side pressure.
（１） 高圧側冷凍サイクル （２） 低圧側冷凍サイクル （３） カスケードコンデンサ （７） 低温側圧縮機 （８） 気液分離器 （９） 液側出口 （１０）膨張弁 （１１）蒸発器 （１２）ガス側出口 （１３）減圧装置 (1) High-pressure refrigeration cycle (2) Low-pressure refrigeration cycle (3) Cascade condenser (7) Low-temperature compressor (8) Gas-liquid separator (9) Liquid-side outlet (10) Expansion valve (11) Evaporator ( 12) Gas side outlet (13) Pressure reducing device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 1/00 - 7/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F25B 1/00-7/00
Claims (3)
内に低温側冷媒よりも飽和圧力が高く沸点の低い冷媒を
添加混合し、低温側冷凍サイクル（２）の凝縮器出口に
おいて、両冷媒を分離して、低温側冷媒を蒸発器（１
１）側に通す一方、添加した冷媒を減圧して、圧縮機
（７）に戻すことを特徴とする２元冷凍装置の運転方
法。In a two-way refrigeration system, a refrigerant having a higher saturation pressure than a low-temperature refrigerant and a low boiling point is added and mixed into a low-temperature refrigerant system, and both refrigerants are provided at a condenser outlet of a low-temperature refrigeration cycle (2). To separate the low-temperature side refrigerant into the evaporator (1
1) A method for operating a binary refrigeration system, wherein the added refrigerant is depressurized and returned to the compressor (7) while passing through the side.
用い、該低温側冷媒に対して、その略５〜１０％に相当
する量のＲ１４を添加することを特徴とする請求項１記
載の２元冷凍装置の運転方法。2. The binary according to claim 1, wherein R13 or R23 is used as the low-temperature side refrigerant, and R14 is added to the low-temperature side refrigerant in an amount corresponding to approximately 5 to 10% of the low-temperature side refrigerant. How to operate the refrigeration system.
ル（１）と、低温側冷媒を封入した低温側冷凍サイクル
（２）とを、カスケードコンデンサ（３）により熱的に
結合し、低温側冷凍サイクル（２）を、圧縮機（７）、
カスケードコンデンサ（３）、膨張弁（１０）及び蒸発
器（１１）により構成してなる２元冷凍装置において、
前記低温側冷凍サイクル（２）の冷媒として、前記低温
側冷媒に、該冷媒に比し飽和圧力の高い冷媒を所定量添
加混合した冷媒を用いると共に、低温側冷凍サイクル
（２）の前記カスケードコンデンサ（３）と膨張弁（１
０）の間に気液分離器（８）を介設し、該気液分離器
（８）の液側出口（９）を、前記膨張弁（１０）に接続
する一方、気液分離器（８）のガス側出口（１２）を減
圧装置（１３）を介して、前記圧縮機（７）の吸入側に
接続したことを特徴とする２元冷凍装置。3. A high-temperature refrigeration cycle (1) containing a high-temperature refrigerant and a low-temperature refrigeration cycle (2) containing a low-temperature refrigerant are thermally coupled by a cascade condenser (3). Refrigeration cycle (2), compressor (7),
In a binary refrigeration system comprising a cascade condenser (3), an expansion valve (10) and an evaporator (11),
As the refrigerant of the low-temperature side refrigeration cycle (2), a refrigerant obtained by adding a predetermined amount of refrigerant having a higher saturation pressure than the refrigerant to the low-temperature side refrigerant and mixing the refrigerant is used, and the cascade condenser of the low-temperature side refrigeration cycle (2) is used. (3) and expansion valve (1
0), a gas-liquid separator (8) is interposed, and a liquid-side outlet (9) of the gas-liquid separator (8) is connected to the expansion valve (10). A binary refrigeration system characterized in that the gas-side outlet (12) of (8) is connected to the suction side of the compressor (7) via a decompression device (13).
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|---|---|---|---|
| JP13584392A JP3248235B2 (en) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Operating method of binary refrigeration apparatus and its apparatus |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH05302763A JPH05302763A (en) | 1993-11-16 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3248235B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2563049C2 (en) * | 2013-11-25 | 2015-09-20 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (ОАО "ЦНИИ "Курс") | Cascade refrigerating machine |
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| JPH08189713A (en) * | 1995-01-13 | 1996-07-23 | Daikin Ind Ltd | Binary refrigerating device |
| KR100463027B1 (en) * | 2003-02-20 | 2004-12-23 | 주식회사 케이티이엔지 | Binary Refrigeration Trainer |
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1992
- 1992-04-28 JP JP13584392A patent/JP3248235B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH05302763A (en) | 1993-11-16 |
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