JP3448377B2 - 非共沸冷媒混合物を用いた冷凍装置 - Google Patents
非共沸冷媒混合物を用いた冷凍装置Info
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Description
た冷凍装置に関するものであり、さらに詳しくはオゾン
層を破壊する危険がないHFC系非共沸冷媒混合物など
を用い、冷凍回路中の混合冷媒の組成比を変化させて冷
凍特性を制御することができる冷凍装置に関するもので
ある。
その冷凍回路中を循環する冷媒の組成比率を可変とする
ことにより、冷凍能力制御や性能改善を行うことができ
る。従来、非共沸冷媒混合物を用いて1段圧縮により低
温を得る冷凍装置としては図2のような冷凍回路をもつ
冷凍装置が提案されている(冷凍機、手塚俊一著、共立
出版、1965年)。矢印は冷媒の流れを示す。
は凝縮器出口に接続された気液分離器であり、流入する
非共沸冷媒混合物は気液分離器6内で、上部の低沸点成
分を多く含むガス成分と下部の高沸点成分を多く含む液
成分に分離される。下部の液成分は絞り装置7で減圧さ
れて寒冷を発生すると共に、熱交換器8を経て圧縮機1
に吸入される。一方、気液分離器6の上部のガス成分は
熱交換器8で凝縮液化し、キャピラリーチューブ3で減
圧され蒸発器4にて低温を発生した後、アキュムレータ
ー5を経て圧縮機1に吸入される。圧縮機1を循環する
冷媒混合物に比べて蒸発器4では低沸点成分がより多く
流れるため1段圧縮によりより低温を得ることが可能と
なるものの、気液分離器6内で分離されるガス成分と液
成分は非共沸冷媒混合物の温度対濃度線図に示される飽
和ガス線と飽和液線の一定温度での1段の平衡状態で一
義的に表される濃度の範囲でしか分離できないので、気
液分離器6の上部のガス成分中には高沸点成分が多く含
まれることになり、その結果、低温にできる温度レベル
は制約を受け限界があるという欠点がある。
替わりに精留器を設けて低沸点成分と高沸点成分を分離
するようにした低温装置(特開昭61−101757号
公報)や、気液分離器6の替わりに複数の冷媒の内の特
定の冷媒の透過を容易とする機能膜を設けて低沸点成分
と高沸点成分を分離するようにした冷凍装置(特開昭6
3−243662号公報)などが提案されているが、い
ずれも冷凍回路が複雑になり、コストアップになる欠点
がある。
沸冷媒混合物を用いて、好ましくはオゾン層を破壊する
危険がないHFC系非共沸冷媒混合物を用い、目的に応
じて冷凍回路中の冷媒の組成比を変化させ冷却特性が制
御できる冷凍装置を提供することである。
に鑑み鋭意研究した結果、臨界温度の高い成分とそれよ
り臨界温度の低い成分を含む非共沸冷媒混合物を用い、
特定の温度範囲に該冷媒混合物を冷却して、臨界温度の
高い成分を液化して分離して所定量貯蔵し、臨界温度の
低い成分の成分比を増やした混合冷媒として冷凍回路を
構成することにより上記課題を解決できることを見出
し、本発明をなすに至った。
縮器、キャピラリーチューブ、液化冷媒を蒸発させる蒸
発器、アキュムレータおよび蒸発気化した冷媒を圧縮し
て凝縮器に吐出する圧縮機などを備え、圧縮機で圧縮さ
れる冷媒として臨界温度の高い成分とそれより臨界温度
の低い成分を含む非共沸冷媒混合物を用いた冷凍装置に
おいて、圧縮機と主凝縮器との間に副凝縮器および気液
分離器を設け、副凝縮器において臨界温度の高い成分の
臨界温度より低く、かつ臨界温度の低い成分の臨界温度
より高い温度範囲に該冷媒混合物を冷却して、臨界温度
の高い成分を液化し、次いで該温度範囲に制御した該気
液分離器で気相の成分と液相の該成分を分離して、液相
の該成分を所定量該気液分離器中に貯蔵し、貯蔵量を超
える該成分および不凝縮成分は主凝縮器に導入して凝縮
液化するように設計されたことを特徴とする非共沸冷媒
混合物を用いた冷凍装置に関するものである。
界温度Tc以下の温度(T<Tc)では圧縮によって凝
縮を起こして液体となるが、Tc以上の温度(T>T
c)では圧縮しても凝縮が起こらない。気体を液化する
ためにはTc以下に冷却することが必要である。Cは臨
界点を示す。
低い成分Aの気体の圧力−体積曲線を示す。(Tc)B
は臨界温度の高い成分Bの臨界温度を示し、(Tc)B
におけるB成分の圧力−体積曲線(一点鎖線)が示され
ており、CB は臨界点を示す。温度Tが、(Tc)A <
T<(Tc)B の場合のB成分の圧力−体積曲線(一点
鎖線)も示されている。(Tc)A は、臨界温度の低い
成分Aの臨界温度を示し、(Tc)A におけるA成分の
圧力−体積曲線(実線)が示されており、CAは臨界点
を示す。温度T’が、T’<(Tc)A の場合のA成分
の圧力−体積曲線(実線)も示されている。
間に副凝縮器および気液分離器を設け、副凝縮器におい
て臨界温度の高い成分Bの臨界温度(Tc)B より低
く、かつ臨界温度の低い成分の臨界温度(Tc)A より
高い温度範囲(Tc)A <T<(Tc)B に該冷媒混合
物を冷却する。例えば、図4中のa点の状態にある該冷
媒混合物を冷却して、B成分の(Tc)B における圧力
−体積曲線の下のb点になるとB成分の凝縮液化が始ま
り、c点まで凝縮液化が進行する。一方、A成分は温度
が(Tc)A <T<(Tc)Bの状態では凝縮液化せず
気相の状態を保つ。
状態に制御された気液分離器で気相の成分Aと液相の成
分Bとを分離した後、目的の組成比が得られるように成
分Bを気液分離器中に貯蔵し、貯蔵量を超える成分Bお
よび気相のA成分を主凝縮器に導入して温度T’<(T
c)A に冷却して凝縮液化するようにして、冷凍回路を
構成する。この結果、非共沸冷媒混合物の組性比を変化
させることができ、貯蔵量を変化させることにより冷却
特性を制御することができる。本発明により非共沸冷媒
混合物を用いて1段圧縮により効率よく、経済的に低温
を得ることができる。
媒混合物により構成すればオゾン層を破壊する危険がな
い。
冷凍回路中に戻してもよい。具体的には例えば気液分離
器から蒸発器の出口に戻す管路を設けて冷凍回路に戻す
ことができる。また、該気液分離器中に分離した液相の
成分をキャピラリーチューブを介して主凝縮器を冷却し
た後に蒸発器の出口に戻す管路を設けて冷凍回路に戻す
ことができる。
ない。鉱油系潤滑油、アルキルベンゼン系潤滑油、エス
テル系潤滑油、エーテル系潤滑油あるいはこれらの混合
物などが好ましく使用できる。
体的に説明するが、本発明はこの内容に何ら限定される
ものではない。図1に本発明の冷凍装置の冷凍回路の例
を示す。図1において1は圧縮機、2aは副凝縮器、6
は副凝縮器2a出口に接続された気液分離器であり、流
入する非共沸冷媒混合物は気液分離器6内で、上部の臨
界温度の低い成分Aを含む気相成分と下部の臨界温度の
高い成分Bを含む液相成分に分離される。下部の液相成
分Bは気液分離器6内に貯蔵され、上部の臨界温度の低
い成分Aを含む気相成分は主凝縮器2bに導入されて凝
縮液化され、キャピラリーチューブ3で減圧され蒸発器
4にて低温を発生した後、アキュムレーター5を経て圧
縮機1に吸入される。矢印は冷媒の流れを示す。気液分
離器6内に貯蔵された液相成分Bは、気液分離器6と蒸
発器4の出口を連結する管路(破線で示す)9を経て冷
凍回路に戻すことができる。また、気液分離器6内に貯
蔵された液相成分Bは、気液分離器6からキャピラリー
チューブ3’を介して主凝縮器2bを冷却した後、蒸発
器4の出口からの管路に連結する管路(一点鎖線で示
す)10を経て冷凍回路に戻すことができる。
タン(HFC−32、R−32。沸点−51.7℃、T
c=78.4℃、臨界圧力5.83MPa)、臨界温度
の高い成分Bとして1,1,1,2−テトラフルオロエ
タン(HFC−134a、R−134a。沸点−26.
5℃、Tc=101.1℃、臨界圧力4.06MPa)
を用いて両者を混合して作った非共沸冷媒混合物を図1
の冷凍回路の冷媒として用い、副凝縮器2aにおいて非
共沸冷媒混合物が78.4℃〜101.1℃となるよう
に冷却した結果、HFC−134aが液化し、HFC−
32は気相を保った。気液分離器6中で両者を分離して
液化したHFC−134aの所定量を気液分離器6中に
貯蔵し、貯蔵量を超えるHFC−134aおよび気相の
HFC−32を主凝縮器2bへ導入し凝縮液化させ、冷
凍回路を構成した結果、冷凍能力を改善することができ
た。
装置は、その冷凍回路中を循環する冷媒の組成比率を可
変とすることにより、冷凍能力制御や性能改善を容易に
行うことができる。非共沸冷媒混合物としてHFC系非
共沸冷媒混合物を用いれば、オゾン層を破壊する危険が
ない。本発明の冷凍装置は簡単な構成からなるので経済
的である上、効果が大きく産業上の利用価値が高い。
Claims (4)
- 【請求項1】 冷媒を凝縮液化する主凝縮器、キャピラ
リーチューブ、液化冷媒を蒸発させる蒸発器、アキュム
レータおよび蒸発気化した冷媒を圧縮して凝縮器に吐出
する圧縮機などを備え、圧縮機で圧縮される冷媒として
臨界温度の高い成分とそれより臨界温度の低い成分を含
む非共沸冷媒混合物を用いた冷凍装置において、圧縮機
と主凝縮器との間に副凝縮器および気液分離器を設け、
副凝縮器において臨界温度の高い成分の臨界温度より低
く、かつ臨界温度の低い成分の臨界温度より高い温度範
囲に該冷媒混合物を冷却して、臨界温度の高い成分を液
化し、次いで該温度範囲に制御した該気液分離器で気相
の成分と液相の該成分を分離して、液相の該成分は所定
量該気液分離器中に貯蔵し、貯蔵量を超える該成分およ
び不凝縮成分は主凝縮器に導入して凝縮液化するように
設計されたことを特徴とする非共沸冷媒混合物を用いた
冷凍装置。 - 【請求項2】 冷媒がHFC系非共沸冷媒混合物である
請求項1記載の冷凍装置。 - 【請求項3】 該気液分離器中に分離した液相の成分を
該蒸発器の出口に戻す管路を設けるか、または該気液分
離器中に分離した液相の成分をキャピラリーチューブを
介して該主凝縮器を冷却した後に該蒸発器の出口に戻す
管路を設けたことを特徴とする請求項1あるいは請求項
2記載の冷凍装置。 - 【請求項4】 冷凍機油が鉱油系潤滑油、アルキルベン
ゼン系潤滑油、エステル系潤滑油、エーテル系潤滑油あ
るいはこれらの混合物である請求項1ないし請求項3記
載の冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29910094A JP3448377B2 (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | 非共沸冷媒混合物を用いた冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29910094A JP3448377B2 (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | 非共沸冷媒混合物を用いた冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08136069A JPH08136069A (ja) | 1996-05-31 |
| JP3448377B2 true JP3448377B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=17868154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29910094A Expired - Fee Related JP3448377B2 (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | 非共沸冷媒混合物を用いた冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3448377B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114893923B (zh) * | 2022-04-16 | 2023-05-26 | 郑州大学 | 一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统及控制方法 |
| CN115265219B (zh) * | 2022-08-01 | 2024-06-18 | 湘潭大学 | 两流程二元非共沸混合工质组分分离型管壳式分液冷凝器 |
-
1994
- 1994-11-09 JP JP29910094A patent/JP3448377B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08136069A (ja) | 1996-05-31 |
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