JPH0121429B2 - - 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用いた冷凍装置に関
する。

(ロ) 従来技術 蒸発温度が−80℃乃至−110℃等の超低温を得
るために二段圧縮方式、二元冷凍方式があるがこ
れらはコスト高となる。そこでもう一つの方式と
して一台の圧縮機と共沸点を生じない二種類の冷
媒を用いて超低温を得る冷凍装置があり、その冷
凍サイクルを第１図に示している。これにおい
て、１は圧縮機、２は凝縮器、３は気液分離器、
４はデハイドレータ、５は減圧器としてのキヤピ
ラリチユーブ、６はカスケードコンデンサで周囲
を断熱材で被われている。７はデハイドレータ、
８は減圧器としてのキヤピラリチユーブ、９は蒸
発器、１０は蒸発器９から圧縮機１への冷媒帰還
パイプである。

これにおいて、圧縮機１で圧縮された冷媒は凝
縮器２で凝縮される。この凝縮にて高温沸点の冷
媒の一部が凝縮して気液分離器３へ流入しこの凝
縮した液体はデハイドレータ４及びキヤピラリチ
ユーブ５を通つてカスケードコンデンサ６のシエ
ル内へ流入する。一方気液分離器３で分離された
混合気体は通路１１を通つてカスケードコンデン
サ６内の熱交換パイプ１２へ流入する。カスケー
ドコンデンサ６にて前記液体冷媒と混合気体冷媒
とが熱交換して混合気体冷媒の液化が進行し、こ
の液化された混合冷媒はデハイドレータ７及びキ
ヤピラリチユーブ８を通つて蒸発器９に流入して
蒸発し冷媒帰還パイプ１０へ流入し圧縮機１へ帰
還する。一方カスケードコンデンサ６へ流入した
液体冷媒は通路１３を通つて前記パイプ１０へ流
入し圧縮機１へ帰還する。このようにして蒸発器
９にて被冷却領域は超低温に保たれる。

第２図には非共沸混合冷媒として低温沸点の冷
媒Ｒ―14と高温沸点の冷媒Ｒ―13B₁を各50％の
割合で用いた場合の圧力―エンタルピー線図を示
しており、第３図には単一冷媒としてＲ―12を用
いた圧力―エンタルピー線図を示している。これ
らにおいて、液相線L₁の左側では100％液体状態
であり、気相線L₂の右側では100％気体状態であ
り、液相線L₁と気相線L₂との間は気液混合状態
である。またL₃は等温線でありそれに蒸発器９
で冷却される被冷却領域の温度を表示してある。
L₄は略大気圧における等圧線を示している。こ
れらの図において明らかな如く、混合冷媒におい
ては等圧蒸発を行なうと気化が進むに従つて蒸発
温度が上昇してゆく。これに対して単一冷媒の場
合には等圧・等温の関係となる。これは混合液冷
媒が蒸発する場合にはまず低温沸点の冷媒の蒸発
が始まり、そして気液混合状態になると高温沸点
冷媒も順次蒸発を始め蒸発完了間際には殆んど高
温沸点冷媒しか残つていない。このような混合冷
媒の冷凍装置を第４図の如き−80℃の超低温フリ
ザー１４に利用し、蒸発圧力を１Kg／cm²（ゲージ
圧ゼロ）とした場合、第２図からわかるように
T₃点でフリーザの庫内温度よりも蒸発温度が上
になつてしまい、庫内が−80℃のために冷媒の蒸
発がとまつてしまう。即ち蒸発温度が蒸発器９の
出口側になるに従つて高くなり、フリーザとして
使用される所定温度以上になつてしまうために蒸
発器９から圧縮機１への冷媒帰還パイプ１０中に
は周囲温度が特別に高くない場合には未蒸発の液
冷媒が含まれることになる。この未蒸発冷媒の存
在によつてフリーザ１４の本体の断熱材１４Ａを
出て外気に触れた冷媒帰還パイプ１０は外気と熱
交換してこのパイプ１０の周囲に着霜が生じる。
若しこのパイプ１０を十分に断熱材で覆つている
とこのパイプ１０中の液冷媒が圧縮機１に流入し
て圧縮機１を破壊してしまうおそれがある。

(ハ) 発明の目的 本発明は複数の非共沸混合冷媒を用い、一台の
圧縮機でこの冷媒を圧縮して超低温を得る冷凍装
置において、蒸発器から圧縮機への冷媒帰還路の
断熱されている領域においてこの冷媒帰還路の液
冷媒を蒸発させて圧縮機への液冷媒の流入を防止
すると共にこの冷媒帰還路が外気に触れる部分に
着霜が生じないようにすることができると共に冷
凍効率の向上を図ることができる冷凍装置を提供
するものである。

(ニ) 発明の構成 一台の圧縮機で非共沸混合冷媒を圧縮し、凝縮
器にて一部液化した液体と混合気体とに気液分離
器にて分離し、前記液体がカスケードコンデンサ
を通つて前記圧縮機へ帰還する第１冷媒路と、前
記混合気体が前記カスケードコンデンサを通つて
液化されて蒸発器を経て前記圧縮機へ帰還する第
２冷媒路とを有し、前記第１及び第２冷媒路から
圧縮機へ帰還する冷媒が流入するアキユムレータ
を設け、このアキユムレータを前記混合気体と熱
交換関係に設けると共に前記アキユムレータを圧
縮機への冷媒帰還路のうち断熱されている領域内
に設けたこと。

(ホ) 発明の実施例 第５図及び第６図に基づき本発明の実施例を説
明する。なお第１乃至第４図と同一符号は同一作
用部を示すものでありその部分は第１図乃至第４
図において行なつた説明と同一であるため記述を
省略する。第１図及び第４図のものと異なるとこ
ろは次の通りである。即ち、気液分離器３で分離
された液体が減圧器５を通つてカスケードコンデ
ンサ６へ流入し圧縮機１へ帰還する第１冷媒路
と、気液分離器３で分離された混合気体がカスケ
ードコンデンサ６にて前記液体と熱交換して液化
しこの液化した混合冷媒が蒸発器９を通つて圧縮
機１へ帰還する第２冷媒路とがあり、この両冷媒
路から圧縮機１へ帰還する冷媒が流入し液冷媒を
貯蔵しガス冷媒を圧縮機１へ流入するように作用
する気液分離作用のアキユムレータ１６を設け、
このアキユムレータ１６と気液分離器３で分離し
た混合気体とが熱交換するように、この混合気体
がアキユムレータ１６の外面をめぐる熱交換路１
５を備えている。またこの熱交換路１５を含みア
キユムレータ１６は、蒸発器９から圧縮機１への
冷媒帰還路１０のうち断熱材１８で覆われた領域
内に設けられている。この断熱材１８は低温フリ
ーザ１４の本体を構成する断熱材１４の一部を構
成することによつて特別な領域にアキユムレータ
１６の設置を行なわなくて済むものである。１７
は蒸発器９で冷却した空気をフリーザ１４の庫内
へ循環する送風機である。

この構成において、蒸発器９を出た未蒸発液冷
媒もアキユムレータ１６に貯えられ、ここで熱交
換路１５の混合気体と熱交換して蒸発が促進する
のでアキユムレータ１６から出て圧縮機１へ帰還
する冷媒パイプ１０は気化した冷媒となりこのパ
イプ１０はフリーザ１４の庫外に露出しているけ
れども着霜を生じることがない。また圧縮機１へ
の液冷媒帰還も生じないので圧縮機１の保護も良
好となる。

なお冷媒は二種類に限定されるものではない。

(ハ) 発明の効果 本発明では蒸発器から圧縮機への冷媒帰還路の
うち蒸気器からアキユムレータまでの冷媒路及び
アキユムレータは超低温フリーザの庫外に露出さ
せずアキユムレータ及びそれの入口パイプは断熱
されているのでこの部分に着霜が生せず、またア
キユムレータは混合気体冷媒と熱交換してその中
の液冷媒の蒸発を促進するので特別なヒータなど
を設ける必要もなく、フリーザ庫外に露出した圧
縮機への冷媒帰還パイプに着霜が生じない。従つ
てこのパイプの断熱に苦慮する必要がない。また
圧縮機が液冷媒によつて損傷を受けることも防止
できるものである。

またアキユムレータでカスケードコンデンサへ
の流入混合冷媒の温度を低下できるので冷凍シス
テムの効率アツプとなりカスケードコンデンサの
小型化にも寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷凍装置のサイクル図、第２図
は混合冷媒における圧力―エンタルピー線図、第
３図は単一冷媒における圧力―エンタルピー線
図、第４図は従来の超低温フリーザの縦断側面
図、第５図は本発明の冷凍装置のサイクル図、第
６図は本発明の超低温フリーザの縦断側面図であ
る。 １…圧縮機、２…凝縮器、３…気液分離器、５
…減圧器、６…カスケードコンデンサ、９…蒸発
器、１５…熱交換路、１６…アキユムレータ、１
８…断熱材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機で圧縮し凝縮器で一部液化した非共沸
   混合冷媒を混合気体と液体とに分離する気液分離
   器と、前記液体が減圧器を通つてカスケードコン
   デンサへ流入し前記圧縮機へ帰還する第１冷媒路
   と、前記混合気体が前記カスケードコンデンサに
   て前記液体と熱交換して液化されこの液化された
   混合冷媒が蒸発器を通つて前記圧縮機へ帰還する
   第２冷媒路とを有したものにおいて、前記第１冷
   媒路から前記圧縮機へ帰還する冷媒と前記第２冷
   媒路から前記圧縮機へ帰還する冷媒とが流入する
   アキユムレータと、前記気液分離器で分離された
   混合気体が前記アキユムレータと熱交換する熱交
   換路とを設け、前記蒸発器から前記圧縮機への冷
   媒帰還路のうち断熱材で覆われた領域内に前記ア
   キユムレータを設けてなる冷凍装置。