JPH01273962A - 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 未発明は家庭用、業務用などの冷凍冷蔵庫、冷凍庫等に
利用されている圧縮式の冷凍装置に関するものである。

従来の技術 非共沸混合冷媒を用い、それを冷凍サイクル内で、低沸
点成分に富む冷媒と高沸点成分に冨む冷媒とに分離し、
複数の蒸発器にそれぞれ導き、異なる温度で蒸発させ、
高温側蒸発器、低温側蒸発器の順に熱交換する冷凍装置
については、例えば第２図に示す冷房用冷凍装置（例え
ば実公昭６２−１８９３３号公報）に見られるように、
分離器として気液分離器を用いる方法が多く採用されて
いた。

第２図において圧縮ｊＩ！！２１で圧縮された非共沸混
合冷媒は、凝縮器２２で放熱した後に気液分離器２５に
入り、回部で低沸点成分に富んだ気＋ｔＩＨＢ分と、高
沸点成分に富んだ液相部分とに分離される。その後気相
部分は熱交換器２６に導入され、気液分離器２５で分岐
された液相の一部分で膨張機構を通過して低温低圧にな
った液相ど、熱交換器２６で熱交換し冷却凝縮する。一
方そのとき高沸点成分に富んだ液相は回部で逆に加熱さ
れ、気相となって圧縮機２１に導かれる。このとき、気
液分離器２５から分岐された残りの高沸点成分に富んだ
液相部分は、絞り部を通過した後高温用蒸発器である第
２室内熱交換器２４に導かれ、ここで蒸発して気相とな
り圧縮機２１に戻る。また、熱交換器２６で凝縮された
低沸点成分に富んだ液相部分は、絞り部を通過した後低
温用蒸発器である第１室内熱交換器２３に導かれ、ここ
で蒸発して気相となり圧縮機２１に戻る。

よって、この様な冷凍装置においては、高沸点成分に富
んだ冷媒が第２室内熱交換器２４で、低沸点成分に富ん
だ冷媒が第１室内熱交換器２３で、それぞれほぼ同じ圧
力の元に蒸発するため、二つの蒸発器の間に温度差を生
じさせることができ、高温側の第２室内熱交換器２４、
低温側の第１室内熱交換器２３の順に空気と熱交換する
ため、より低温が得られるというものである。

また、家庭用等の比較的小型の冷凍冷蔵庫の付加機能と
して、特に魚肉類を冷凍するときに、それらの鮮度を保
持するための急速冷凍機能が注目されている。しかしそ
れを達成するための、冷凍サイクルと【ノては従来のま
まであり、急速冷凍の時だけ、サイクルの冷凍機能を、
例えば急凍室などの特定場所に集中するように制御する
という方法が一般的であった。

発明が解決しようとする課題 この様な従来の冷凍装置においては、二つの冷却用蒸発
器間で、期待していたほどの温度差が取れないと言うこ
とが最大の課題であった。例えば、通常サイクルに用い
る冷媒を高沸点系とし、より低温を第１室内熱交換器で
得るために、通常用いる冷媒より低沸点系の冷媒を混入
して非共沸の混合冷媒として用いた場合であっても、若
干第１室内熱交換器の温度が低下するのみであり、混入
した低沸点冷媒単独の物性から期待される蒸発温度より
もかなり高い値となってしまう。この原因はひとえに気
液分離器での分離ではその分離性能に理論的な限界があ
るためであった。それは、分離性能の指標として分離段
数と言うものがあるが、この種の気液分離器でのその値
は最大でも１段でしかあり得なかったからである。その
ために一応ある程度は分離して、高沸点成分に富んだ冷
媒と、１仄沸点成分に冨んだ冷媒とになるのではあるが
、ただ富むということだけであって、各々の単一成分の
状態とはほど遠いものであフた。

また、家庭用等の比較的小型の冷凍冷蔵庫における急速
冷凍の機能は、まだ十分なものになっていない。急速冷
凍をするためには冷凍能力と低温化という相反する機能
が同時に要求されるのにも拘らず、従来の単一冷媒を用
いた冷凍サイクルでは、低温化を達成しようとすればサ
イクルの高低圧比が大きくなり、冷媒循環量が減少して
能力が低下してしまい、かといって能力を大きくしよう
とすると低温化が不可能となってしまうという課題が残
されていた。

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するために、非共沸混合冷媒を
用いて、圧縮機、凝縮器、精留分離器を順次接続し、前
記精留分離器の底部出口から高沸点冷媒用通路を、前記
精留分離器の頂部出口から低沸点冷媒用通路をそれぞれ
設け、前記高沸点冷媒用通路は、第１絞り装置および高
温用蒸発器を介して前記圧縮機に接続し、前記低沸点冷
媒用通路は、第２絞り装置および低温用蒸発器を介して
前記圧縮機に接続し、前記高温用蒸発器と前記低温用蒸
発器とを併設し、前記高温用蒸発器を風上側に設けたも
のである。さらに、前記低沸点冷媒通路ヒの前記低温用
蒸発器よりＥ流側に開閉弁を設ける構成としたものであ
る。

作用 本発明による非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置は、通常
の冷凍操作時においては封人絹成の混合冷媒のままで動
作させ、より低温が必要の場合には、精留分離器による
分離操作を付加して、高沸点に富む成分と低沸点に富む
成分とに分離して、各々を高温用蒸発器、低温用蒸発器
とで蒸発させ冷却効果を発揮させるというものである。

ただし、ここで言う高温は従来レベルの蒸発温度という
ことであり、また混合冷媒の分離操作は精留によるもの
であるため、高沸点に富む成分と低沸点に富む成分とい
う表現は従来の気液分離器を用いた時と同じであるが、
内容的にはまったく異なり、はぼ単一成分と言えるよう
な組成の低沸点系冷媒と高沸点系冷媒とに分離される。

よって、高温用冷媒として従来と同じ冷媒を用い、低温
用冷媒としてそれよりも沸点の低い冷媒を用いて非共沸
の混合冷媒とすることにより、精留操作を働かせること
で、高温用蒸発器では従来と同じ能力、温度での冷凍が
可能となると同時に、低温用蒸発器では従来よりも低い
温度で、かつ従来の冷凍能力に付加した能力が得られる
ことになるため、低温化と能力の増大という相反する二
つの効果が達成可能となるものである。このとき、低沸
点冷媒通路上に開閉弁を設置しているため、それを閉の
状態にしたときは高温用蒸発器だけを利用する通常運転
ということになる。

ざらに、本発明による冷凍装置を比較的小型の冷凍冷蔵
庫の急速冷凍に適用することにより、上記当該冷凍装置
特有の作用（低温化と高能力化）が発揮されるため、短
時間の急速冷凍が可能となるものである。

実施例 本発明による一実施例を概念図として第１図に示す。同
図において１は圧縮機、２は放熱用の凝縮器、３は高温
用蒸発器、４は低温用蒸発器であり、川原発器３．４が
利用側の熱交換器となり、この川原発器３．４はごく近
接して設置しであるが、必要に応じて一体構成にしても
かまわない。

５．６はそれぞれ通常キャピラリ管、膨張弁等で構成さ
れる第１、第２絞り装置である。また本実施例において
は、高沸点冷媒としてフロンＲ１２、低沸点冷媒として
フロンＲ１３Ｂ１をそれぞれ７０７３０％混合、非共沸
混合冷媒として系に封入して用いている。しかしながら
実施に当たっては、この系に限らず、利用目的、利用温
度等に応じて冷媒及びその混合比を様々な組合せの中か
ら選択することができる。そして、上記混合冷媒を分離
するためのユニットが、精留分離器７、加熱器１３、上
昇管８、還流管９、冷却器１４で構成されている。ここ
で、精留分離器７は気液の接触を良好とするために充填
塔としている。また冷却器１４、加熱器１３各々の冷却
、加熱熱源として圧縮ｊｍｌの吸引側および吐出側の熱
を利用している（凹路）。１１は分離操作が行なわれた
とき低沸点冷媒が通過する低沸点冷媒通路であり、ＩＯ
は高沸点冷媒通路であり、開閉弁１２を低沸点冷媒通路
１１上の第２絞り装置６より上流側に設けている。また
、混合冷媒を精留分離するための必要条件として、精留
分離器７下部において冷媒は気相として上昇できる状態
でなくてはいけないが、それを達成するために本実施例
では加熱器１３を用いている。しかし、他の方法として
凝縮器２で過冷却を取らないようサイクルを構成する、
あるいは凝縮器２と精留分離器７との間に絞り装置を設
けて中間圧とする等で、冷媒を気液混相の状態で精留分
離器７へ導入することも可能である。１５は高温用蒸発
器３、低温用蒸発器４の順に雰囲気と熱交換させるため
の送風機である。

次に動作について述べる。まず通常運転時は、ｒＡｒ’
Ａ弁１２を弁上２ておく。圧縮機１で圧縮されたガス状
の混合冷媒は凝縮器２で放熱凝縮し液状となる。凝縮器
２から送られる冷媒液は、精留分離器７の略中間部に供
給されるため、そこから下部へ降下した後加熱器１３で
加熱され気液混相状態となる。そして、そこから上昇す
る気体と下降する液体との接触で精留作用が始まる。そ
して高沸点成分に富んだ液は高沸点冷媒通路１０に流出
し、低沸点成分に富んだ気体は精留分離器７を上昇し、
上界管８を通り冷却器１４で冷却され凝縮する。しかし
開閉弁１２が閉じているため、この凝縮液は還流管９を
通って再び精留分離器７へ戻り、最終的には高沸点冷媒
通路１０に流出するため、精留分離器７による精留操作
は働くが、分離される低沸点冷媒、の貯留機が極めて微
少なため、循環冷媒は封入組成と同じ事になる。よって
、冷媒は高温用蒸発器３にだけ流れ、その部分だけが蒸
発器として作用し冷凍に寄与することになる。

次に開閉弁１２を開放すると、凝縮器２から送られる冷
媒液は一旦精留分離器７を降下した後、加熱器１３で加
熱され気液混相状態となり、高沸点成分に富んだ液は高
沸点冷媒通路ＩＯに流出し、低沸点成分に富んだ気体は
精留分離器７を上昇し・上昇管８を通り冷却器１４で冷
却され凝縮する。

この凝縮液は一部分岐され低沸点冷媒通路１１へ導かれ
るとともに、残りは還流管９を通って精留分離器７へ頂
部より供給される。そうすると充填塔である精留分離器
７中において、上昇する低沸点に富んだ気体と降下する
高沸点に富んだ液体との閏で、気液接触による熱交換及
び物質交換が行なわれ、即ち精留が開始されることにな
る。よって、低沸点冷媒通路ｌｌ中の低沸点成分の濃度
は徐々に高くなり、最終的には低沸点冷媒単一成分に極
めて近い状態となる。一方、逆に高沸点冷媒通路１０へ
は高沸点成分濃度の極めて高い冷媒液が流出することに
なる。そしてそれぞれが絞り装置５．６を介して、はぼ
同じ圧力の元で高温用蒸発器３と低温用蒸発器４で蒸発
するため、用原発器間で大きな温度差が得られることに
なる。

次にこれまで述べた冷凍サイクルを急速冷凍機能付きの
冷凍冷蔵庫に適用したときに付いて簡単に説明する。こ
の場合には、第１図で述べた高温用蒸発器３、低温用蒸
発器４を、送風４ｔ！１５により送られる空気を介した
間接冷却用熱交換器として用いる。このとき同熱交換器
は冷凍庫及び冷蔵庫の冷却に共用できるよう設置する。

通常運転時においては、封入した混合冷媒組成（例えば
第１図の説明で示した冷媒組成）のままで冷媒はサイク
ルを循環することになり、開閉弁１２は閏であるため、
高温用蒸発器３だけを用いることになる。

次に急速冷凍時においては、精留作用を開始し冷媒分離
を行なわせるため、開閉弁１２は間の状態で、高沸点の
単一組成に近い冷媒が高温用蒸発器３に流入し、低沸点
の単一組成に近い冷媒が低温用蒸発器４に流入するよう
になる。そしてほぼ同じ圧力の元でそれぞれ蒸発が進行
するため、冷凍能力を維持したまま低温用蒸発器４にお
いて格段の低温化が実現できることになる。そして、熱
交換は高温用蒸発器３、低温用蒸発器４の順で行なわれ
るため、二つの温度レベルでの二段階の冷却により、利
用する冷熱の低温化が達成される。

さらに、冷凍冷蔵庫以外でも、第２図の従来例の如き冷
凍装置においても、開閉弁１２を削除すれば大幅な温度
差を実現することができ、ショーケース、除湿装置等に
利用することが可能である。

発明の効果 本発明は、非共沸混合冷媒を用いて、圧縮機、凝縮器、
精留分離器を順次接続し、前記精留分離器の底部出口か
ら高沸点冷媒用通路を、前記精留分離器の頂部出口から
低沸点冷媒用通路をそれぞれ並列に設け、前記高沸点冷
媒用通路は、第１絞り装置および高温用蒸発器を介して
前記圧縮機に接続し、前記低沸点冷媒用通路は、第２絞
り装置および低温用蒸発器を介して前記圧縮機に接続し
、前記高温用蒸発器、前記低温用蒸発器の順に雰囲気と
熱交換させるようにして冷凍装置を構成したことにより
、 （イ）特別の制御機構を設けずに、二つの異なる温度レ
ベルの、それも温度差の大きい蒸発温度が同時に得られ
る冷凍装置を構築することが可能となる。

（ロ）二つの温度レベルによる冷却作用を効果的に利用
した順次熱交換により、簡便に低温化が達成可能となる
。

さらに、低沸点冷媒通路上の前記低温用蒸発器より上流
側に開閉弁を設けることにより、以下の効果を奏する。

（ハ）簡単な切り替え操作で、一定の蒸発温度と、二つ
の異なる蒸発温度を得る冷凍装置を構築することが可能
となる。

（ニ）同装置を急速冷凍機能１４き冷凍冷蔵庫の急速冷
凍時に適用することにより、冷凍能力を維持したまま、
同時に低温化が実現できるため、魚肉等の生鮮食料品の
冷凍が速やかに達成され、その保鮮効果の向上が可能と
なる。これは最大氷結晶生成帯の通過時間が短くなり、
生鮮食料品氷結時の細胞破壊の防止効果が大きいため出
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によろ一実施例の概念図、第２図は従来
例の概念図を示す。 ■・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・高温用蒸発
器、４・・・低温用蒸発器、５．６・・・第１、第２絞
り装置、７・・・精留分離器、１０・・・高沸点冷媒通
路、ｌｌ・・・低沸点冷媒通路、１２・・・開閉弁。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）非共沸混合冷媒を用いて、圧縮機、凝縮器、精留
   分離器を順次接続し、前記精留分離器の底部出口から高
   沸点冷媒用通路を、前記精留分離器の頂部出口から低沸
   点冷媒用通路をそれぞれ設け、前記高沸点冷媒用通路は
   、第１絞り装置および高温用蒸発器を介して前記圧縮機
   に接続し、前記低沸点冷媒用通路は、第２絞り装置およ
   び低温用蒸発器を介して前記圧縮機に接続し、前記高温
   用蒸発器と前記低温用蒸発器とを併設し、前記高温用蒸
   発器を風上側に設けた冷凍装置。
2. （２）低沸点冷媒通路上の前記低温用蒸発器より上流側
   に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷
   凍装置。