JPH01210759A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、混合冷媒を用いた冷凍装置に関するものであ
る。

従来の技術 混合冷媒を用いた冷凍装置は、そのサイクル内部を循環
する冷媒の組成比率を可変とすることにより、能力制御
や性能改善を行なうことができる。

従来、特に非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置のサイクル
内部を循環する冷媒組成を可変とする方式として、沸点
の違いを利用した精留分離方式が用いられている（例え
ば特開昭６１−１０１７５７号公報）。

以下第３図、第４図を参照しながら、精留分離方式を用
いた冷凍装置の一例について説明する。

第３図は従来例を示す冷凍サイクル図、第４図は非共沸
混合冷媒の組成比率を変えるための精留分離器の断面図
である。

第３図において、２１は圧縮機、２２は凝縮器、２３は
主絞り装置、２４は蒸発器で環状に接続されて主回路を
構成している。一方、凝縮器２２の出口と精留分離器２
６の入口とは配管３ｏにより接続され、加熱器２５が配
管３０と熱交換的に接続されている。また精留分離器２
６の下部出口と主回路の蒸発器２４の入口とは副絞り装
置２７を介して配管３１．３２により接続されている。

また、精留分離器２６の上部には冷却器２８と貯留器２
９とが設けられ、貯留器２９は配管３３゜３４により精
留分離器２６と環状に接続されている。また、冷却器２
８と配管３３とが熱交換的に接続されている。ここで加
熱器２５および冷却器２８の熱源は圧縮機２１の吐出ガ
スおよび吸入ガスを用いている。冷媒は沸点差を有する
２種類の冷媒からなる非共沸混合冷媒を用いる。

第４図において、２６１は精留分離器２６の本体、２６
２は充填材、２６３．２６４は充填材保持具である。

以上のように構成された冷凍装置について、以下その動
作について説明する。

まず始めに精留分離をしない時について説明する。

凝縮器２２から出た高圧液冷媒の一部が配管３０により
分岐される。この時、副絞り装置２７の弁開度を大きく
すると配管３０に分岐する分岐冷媒流量が増大し、加熱
器２５の加熱量不足となるため蒸気が発生せず、精留分
離器２６の下部入゛口より液冷媒が流入する。その結果
、精留作用が進行せず、液冷媒は精留分離器２６の内部
を上昇し、配管ａ３を通って貯留器２９に入り、配管３
４により再び精留分離器２６に戻る。そして副絞り装置
２７により減圧されて主回路側冷媒と合流する。

このように、貯留器２９の内部の低沸点成分の組成比率
が上昇しないため、主回路の組成比率は冷媒充填比率に
等しくなる。

次に精留分離を行なう場合について説明する。

上記の状態から副絞り装置２７の弁開度を小さくしてい
くと分岐冷媒流量が減少し、凝縮器２２から出て分岐さ
れた液冷媒は、加熱器２５で加熱されて一部気化し精留
分離器２６の下部入口より流入する。このガス成分は精
留分離器２６の中の充填材２６２のすきまを上昇し、上
部出口より配管３３を通って冷却器２８へ入り、冷却液
化されて貯留器２９に入る。貯留器２９と精留分離器２
６の戻り配管３４とはあらかじめ落差Ａを設けてあり、
その落差Ａにより貯留器２９から液冷媒の一部が配管３
４を通って再び精留介離畷２６に戻され充填材２６２の
すきまを下降し、途中上昇してくる蒸気と互いに気液接
触を行ない、熱交換。

物質移動により精留作用をなし、貯留器２９には低沸点
成分の多い冷媒が貯えられ、精留分離器２６の下部から
は低沸点成分の少ない冷媒が配管３１、副絞り装置２７
、配管３２を通って主回路に流入する。

したがって、主回路の低沸点成分比率は低下し、高沸点
成分比率は上昇する。

以上のように、副絞り装置２７の弁開度を制御すること
により蒸気発生環を調整して精留分離を行ない、貯留器
２９内部に貯えられる冷媒組成比率を変化させることに
より、主回路冷媒の組成比率を可変とすることができる
。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、精留分離性能を向
上させるには塔の内部に充填材を入れ、高さを増し、理
論段数を大きくとる必要があり、装置が大型化する問題
点があった。

本発明は上記問題点に鑑み、精留分離器の高さを増すこ
となく、冷媒分離性能の向上を図ることを目的とする。

課題を解決するための手段 上記問題点を解消するために本発明は、複数種類の冷媒
を封入した冷凍サイクルに、沸点差により冷媒を分離す
るための精留分離器、貯留器、冷却器、絞り装置などか
らなる分離回路を接続し、さらに前記精留分離器入口と
前記主回路を接続した配管の間に、前記複数種類の冷媒
の内の特定の冷媒の透過を容易とする冷媒膜分離器を設
けたものである。

作　　用 本発明は上記構成により、機能膜の１次側と２次側に差
圧を設けることにより混合冷媒中の各成分のもつ透過係
数に応じて冷媒が透過し、膜分離器に供給される冷媒組
成に対し、機能膜を透過した冷媒組成および、透過する
ことなく膜分離器より流出する冷媒組成が変化する。こ
の膜分離器を精留分離器の前に設けることにより、精留
分離器に入る冷媒組成を主回路の冷媒組成より変えるこ
とができる。

実施例 最初に、冷媒分離に機能膜を用いることが可能であるこ
とを明らかにした実験結果について説明する。

第２図に、機能膜を用いた冷媒膜分離器（以下膜分離器
という）の一実施例を示す。゛同図において、膜分離器
本体１０２を網状の保持具１０４で高圧側空間ａ１低圧
側空間すに仕切り、保持具１０４の高圧側に機能膜１０
３を設置する。また、膜分離器本体１０２には、冷媒人
口１０５、未透過冷媒出口１０６、透過冷媒出口１０７
が設けられている。

以上のような構成の膜分離器において、機能膜にジメチ
ルシリコーンのベンゼン溶液を水上に展開い超薄膜とし
た後、ポリプロピレンの多孔質フィルム（セラニーズ社
：ジュラガード）に転写製膜した薄膜を高分子複合膜と
して用いＲ−２２とＲ−１３８１の混合冷媒を分離する
場合について説明する。

圧縮機等により加圧された混合冷媒は冷媒入口１０５よ
り膜分離器本体１０２内の高圧側空間ａに送られる。こ
こで高圧側空間ａと低圧側空間すの圧力差によって一部
の冷媒は低圧側空間すに透過し、透過冷媒出口１０７よ
り排出される。このとき、Ｒ−２２はＲ−１３８１より
透過しやすく、透過冷媒出口１０７より排出される冷媒
は、冷媒人口１０５の冷媒組成に比べてＲ−２２の比率
が上昇する。一方、機能膜１０３を透過せずに未透過冷
媒出口１０６より排出される冷媒組成は、Ｒ−２２の比
率が低下する。

ここで実験結果の一例を表１に示す。

表　　　　１ 上記衣１においては膜分離器１０１の入口より冷媒蒸気
を流入した場合について示したが、冷媒液あるいは蒸気
と液の混合を流入しても分離できる。

このように、機能膜を用いて冷媒分離を行なうことが可
能であることが明らかとなった。

なお、先の実験においては、ジメチルシリコーンのベン
ゼン溶液を水上に展開し、超薄膜とした後、ポリプロピ
レンの多孔質フィルム（セラニーズ社：ジュラガード）
に転写製膜した高分子複合膜を用いたが、ジメチルシリ
コーン以外の非孔買高分子膜材として他に天然ゴム、ポ
リエチレン。

ポリ酢酸ビニル等を用いてもよい。

さらに多孔質高分子膜、生体膜などを用い、透過量の比
を利用して冷媒分離を行なっても、本発明の要旨を脱す
るものではない。

以下、前記機能膜を有する膜分離器を精留分離器の手前
に設けた冷凍装置の実施例について、第１図を参考に説
明する。

本実施例では冷媒としてＲ−２２とＲ−１３８１の非共
沸混合冷媒を用いる。

同図において、１は圧縮器、２は凝縮器、３は主絞り装
置、４は蒸発器で順次環状に接続されて主回路を構成し
ている。一方、凝縮器２の出口と上記膜分離器１０１の
冷媒人口１０５とは配管１ｏにより接続され、加熱器５
が配管１ｏと熱交換的に接続されている。また、膜分離
器１０１の未透過冷媒出口１０６と精留分離器６の入口
とは配管１１により接続され、膜分離器１０１の透過冷
媒出口１０７は第２絞り装置１２を介して配管１３．１
４により主回路の蒸発器４の入口と接続されている。精
留分離器６の下部出口も同様に第３絞り装置７を介して
配管１５．１６により主回路の蒸発器４の入口と接続さ
れている。また、精留分離器６の上部には冷却器８と貯
留器９とが設けられ、貯留器９は配管１７．１８により
精留分離器６と環状に接続され、冷却器８と配管１７と
は熱交換的に接続されている。ここで加熱器５および冷
却器８の熱源は圧縮機１の吐出ガスおよび吸入ガスを用
いている。

以上のように構成された冷凍サイクルについて、以下そ
の動作を説明する。

まず、冷媒分離をしない場合について説明する。

凝縮器２から出た高圧液冷媒の一部が配管１０により分
岐される。この時、第３絞り装置７の弁開度を大きくし
、第２絞り装置を全閉にしておくと配管１０に分岐する
分岐冷媒流量が増大し、加熱器５の加熱量不足となるた
め蒸気が発生せず、精留分離器６の下部より液冷媒が流
入する。また、この時、第２絞り装置が全閉のため膜分
離器１０１の高圧側空間ａと低圧側空間すとでは圧力差
がないため冷媒人口１０５より流入した液冷媒はそのま
ま未透過冷媒出口１０６より流出される。その結果、精
留作用が進行せず、液冷媒は精留分離器６の内部を上昇
し、配管１７を通って貯留器９に入り、配管１８により
再び精留分離器６に戻る。

そして、第３絞り装置７により減圧されて主回路側冷媒
と合流する。

このように、貯留器９の内部の低沸点成分の組成比率が
上昇しないため、主回路の組成比率は冷媒充填比率に等
しくなる。

次に冷媒分離を行なう場合について説明する。

上記の状態から第２絞り装置１２を開き膜分離器１０１
の高圧側空間ａと低圧側空間すの差圧が得られるように
し、第３絞り装置７の弁開度を小さくしていくと分岐冷
媒流量が減少し、凝縮器２から出て分岐された液冷媒は
、加熱器５で加熱されて一部気化し膜分離器１０１の冷
媒人口１０５より流入し、機能膜１０３を透過しゃすい
Ｒ−２２の多くは透過冷媒出口１０７より第２絞り装置
１２を介して主回路に戻される。一方、機能膜１０３を
透過しにくいＲ−１３８１の多くは未透過冷媒出口１０
６より流出し、精留分離器６の下　　　゛部入口より流
入する。このガス成分は従来例と同様にして精留分離器
６の中の充填材のすきまを上昇し、上部出口より配管１
７を通って冷却器８へ入り、冷却液化されて貯留器９に
入る。貯留器９と精留分離器６の戻り配管１８とはあら
かじめ落差Ａを設けてあり、その落差Ａにより貯留器９
から液冷媒の一部が配管１８を通って再び精留分離器６
に戻され充填材のすきまを下降し、途中上昇してくる蒸
気と互いに気液接触を行ない、熱交換・物質移動により
精留作用をなし、貯留器９にはＲ−１３８１成分の多い
冷媒が貯えられ、精留分離器６の下部出口からはＲ−１
３８１成分の少ない冷媒が第３絞り装置７を介して主回
路に流入する。

したがって、主回路のＲ−１３８１成分比率は低下し、
Ｒ−２２成分比率は上昇する。

以上のような構成の分離回路により、精留分離器だけを
使用した場合に比らべ、冷媒分離性能の向上を図ること
ができる。

発明の効果 以上のように本発明は、精留分離方式に膜分離方式を加
えることにより、精留分離器の高さを増すことなく冷媒
分離性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における冷凍装置の冷凍サイ
クル図、第２図は同冷凍サイクルに使用した膜分離器の
詳細断面図、第３図は従来例における冷凍サイクル図、
第４図は同情留分雑器の断面図である。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・凝縮器、３・・・
・・絞り装置、４・・・・・蒸発器、６・・・・・・精
留分離器、７・・・・・第３絞り装置、８・・・・・・
冷却器、９・・・・・・貯留器、１２・・・・・・第２
絞り装置、１０１・・・・・・膜分離器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はか１名／−
，１慮贋　　　　グーーーオ３款り彼曾第１図　６−屑
習分跣器／θ／−漱林離瓜第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に接続した
   主回路に複数種類の冷媒を封入した冷凍サイクルにおい
   て、前記主回路に、沸点差により冷媒を分離するための
   精留分離器、貯留器、冷却器、絞り装置などからなる分
   離回路を接続し、さらに前記精留分離器入口と前記主回
   路を接続した配管の間に、前記複数種類の冷媒の内の特
   定の冷媒の透過を容易とする機能膜を有する冷媒膜分離
   器を設けた冷凍装置。