JPH0226148B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えば急速冷凍冷蔵庫などに用い
る冷凍サイクルに関すものである。

第１図は従来の急速冷凍冷蔵庫に用いられてい
る冷凍サイクルの回路図である。図において、１
は圧縮機、２は凝縮器、３ａは第１の減圧装置、
３ｂは第２の減圧装置、４は電磁弁、５は蒸発器
である。この回路には単一冷媒、例えば沸点が−
30℃のＲ１２が充填されており、図中に示す矢印
は冷媒の流れる方向を示す。なお、急速冷凍冷蔵
庫においては、急速冷凍時の−40℃〜−50℃の超
低温と、通常の冷凍冷蔵時の−15℃〜−20℃の低
温を得ることが必要である。

上記のように構成された従来の冷凍サイクルに
おいて、電磁弁４を開くと、圧縮機１で高温高圧
となつた冷媒ガスは凝縮器２で冷却されて液化す
る。この後、上記電磁弁４が開いている為、第１
の減圧装置３ａを通らず、第２の減圧装置３ｂに
より低温低圧となつて蒸発器５に導かれる。蒸発
器５内で冷媒液がガス化する際に、周囲から吸熱
して−20℃〜−15℃の通常冷凍を行なう。この
後、冷媒ガスは圧縮機１に吸入される。次に電磁
弁４を閉じると、上述と同様に圧縮機１によつて
高温高圧となつた冷媒ガスは凝縮器２で冷却され
て液化する。この後、上記第１、第２の減圧装置
３ａ，３ｂにより上記の場合よりも更に低温、低
圧となつて蒸発器５に導かれる。この時は−40℃
〜−50℃の超低温が得られる。

以上のように、従来の急速冷凍冷蔵庫などの冷
凍サイクルは、急速冷凍運転時には電磁弁を閉じ
て冷媒を通常冷凍運転時よりもさらに減圧して低
温にしている。ところが、冷凍サイクルは一般に
低温になると共に圧力も下がり、冷凍能力は低下
する傾向を示す。従つて、通常冷凍運転時に最適
な単一冷媒（純粋冷媒または共沸混合冷媒）を選
定すると、急速冷凍運転時には冷凍能力が不足し
てしまい、なかなか急速冷凍できないという欠点
があつた。

この発明は上記のような従来のものの欠点を解
消するためになされたもので、冷凍サイクルにお
いて、凝縮器出口側に配置した気液分離器と、該
気液分離器の液相側に接続した第１の減圧装置
と、気液分離器の気相側に電磁弁を介して接続
し、分溜用充填物を少なくとも一部に充填してな
る冷媒容器と、この冷媒容器の出口側と蒸発器入
口との間に設けられた第２の減圧装置とを備え、
かつ、非共沸混合冷媒を充填して、幅広い冷凍温
度に対する冷凍能力の高い冷凍サイクルを得るこ
とを目的としている。

以下、この発明の実施例を図面に従つて説明す
る。

第２図はこの発明の一実施例を示すものであ
り、図中、６は冷媒容器で、凝縮器２の出口から
の主管MPが貫通し、この主管MPは気液分離器
の気相側１０を介して上記冷媒容器６内下部で例
えば分断されて分岐管２０と第２の減圧装置３ｂ
に接続された分岐管２１とを構成し、分岐管２０
内の冷媒が上記冷媒容器６内に流出できるように
なつている。一方、上記気液分離器の液相側１１
側は主管２２を経て第１の減圧装置３ａに接続さ
れている。８は上記冷媒容器６内の一部に充填し
た、例えばメツシユなどの分溜用充填物である。
更に、上記冷媒容器６の入口側には電磁弁７が接
続されている。

上記構成に基づき、この発明の一実施例の動作
について説明する。

まず、高沸点成分として、例えば沸点が−30℃
のＲ１２、低沸点成分として、例えば沸点が−81
℃のＲ１３より成る非共沸混合冷媒を冷凍サイク
ルに封入する。超低温運転時には電磁弁７を閉に
する。従つて、該電磁弁７より下流側の回路はし
や断されて、圧縮機１で圧縮された非共沸混合冷
媒ガスは凝縮器２で凝縮されて液体となり、気液
分離器の液相側１１から第１の減圧装置３ａで減
圧されて蒸発器５に入り、蒸発してガスとなつて
圧縮機１へ戻る。このような運転では、蒸発器５
内で蒸発する時にＲ１３の沸点が−81℃と低いた
め、この非共沸混合冷媒によつて比較的高い蒸発
圧力で−40℃〜−50℃の超低温を得ることが出来
る。

次に、通常運転時には、電磁弁７を開とする
と、上述と同様に非共沸混合冷媒は圧縮機１で圧
縮され、凝縮器２で凝縮される。ここで、電磁弁
７が閉じている時より圧力が低くなるので凝縮し
にくくなり、更にＲ１２とＲ１３との凝縮温度が
異なるため、Ｒ１２成分の多い液体とＲ１３成分
の多い液体とが共存する。そして、凝縮器２より
流出した冷媒の気体は気液分離器の気相側１０を
経て冷媒容器６に入る。ここで、分溜用充填物８
によつて分溜され、Ｒ１３成分の多い気体は冷媒
容器６の上部に留まり、該冷媒容器６内で凝縮し
たＲ１２成分の多い気体のみが第２の減圧装置３
ｂで減圧され、気液分離器の液相側１１を経て第
１の減圧装置３ａで減圧されたＲ１２成分の多い
冷媒と共に蒸発器５内に入り、蒸発して圧縮機１
へ戻る。この繰り返しにより、Ｒ１３は冷媒容器
６の上部に気体として留まり、冷凍サイクル中に
は略純粋なＲ１２単体が循環することになる。従
つて、この時のＲ１２の蒸発により前記超低温運
転とほぼ同じ蒸発圧力で−15℃〜−20℃の温度を
得ることが出来る。通常運転後、電磁弁７を閉じ
て超低温運転を行なうと、圧力差によつて冷媒容
器６内に留つていたＲ１３成分の多い気体は第２
の減圧装置３ｂを通り、冷凍サイクル内に戻され
る。このように急速冷凍時には、Ｒ１２とＲ１３
の非共沸混合冷媒を用い、通常冷凍時には、サイ
クルの一部にＲ１３を封じ込め、Ｒ１２の単一冷
媒を用いることによつて、両者の蒸発圧力をほぼ
同じに保つことができ、冷凍能力が低下せずに幅
広い温度を得ることの出来る冷凍サイクルが実限
出来る。

また、この発明の他の実施例として、第３図に
示すように、冷媒容器６の入口側に第１の電磁弁
７を、且つ蒸発器５入口に第２の電磁弁７ｂをそ
れぞれ設けた構成において、運転停止時に上記第
２の電磁弁７ｂを閉じ、運転状態では開くように
する。上記実施例では、運転停止時には圧力差の
為、凝縮器２及び冷媒容器６内の冷媒は蒸発器５
に流れ込むが、この第２の電磁弁７ｂによつて凝
縮器２及び冷媒容器６内の冷媒は運転停止時に蒸
発器５に流れ込まず、運転停止前の状態のままで
保たれる。このため、通常冷凍運転状態で停止し
て、再び通常冷凍で運転を再開する場合に、すで
に高沸点冷媒と低沸点冷媒とが分離されたままで
あるので運転が安定する。また、圧縮機１に負担
がかかるのを防止するといつた効果もある。

また、この発明の更に他の実施例として、第４
図に示す如く、第２の減圧装置３ｂの出口管と冷
媒容器６とが熱交換するように熱交換部３０を設
け、この熱交換部３０で冷媒容器６を冷やすよう
に構成すると、上記冷媒容器６内の分溜作用が高
まり、上部のＲ１３濃度が高まる。また、第５図
に示す如く、上記冷媒容器６と熱交換部３０とを
包含して断熱作用を為す断熱材４０を設けると、
上記実施例より一段と分溜作用を高めることが可
能である。

以上のように、この発明によれば凝縮器出口に
気液分離器を接続し、この気液分離器の気相側に
電磁弁、冷媒容器および第２の減圧装置を順次接
続すると共に、液相側に第１の減圧装置を接続
し、これら第１、第２の減圧装置を蒸発器の入口
に接続して、非共沸混合冷媒を充填することによ
り、超低温と通常低温で充分な冷凍能力を得るこ
とが出来るという大なる実用的効果を奏する。

次に、上述の発明と同一目的を達成すべく、他
の発明の一実施例を図面と共に説明する。

第６図は他の発明の一実施例を示す冷凍サイク
ルの回路図であり、図において、３ｂは冷媒容器
６内の分岐管２１に設置した第２の減圧装置であ
る。このように構成した冷凍サイクルに上述の非
共沸混合冷媒を封入する。超低温運転時には電磁
弁７を閉にする。従つて、上述の第２図に示す発
明と同様に、比較的高い蒸発圧力で−40℃〜−50
℃の超低温を得ることが出来る。また、通常運転
時には上記電磁弁７を開とすると、上述の第２図
に示す発明と同様にして前記超低温運転とほぼ同
じ蒸発圧力で−15℃〜−20℃の温度を得ることが
出来る。

なお、通常運転後、上記電磁弁７を閉じて超低
温運転を行うと、圧力差によつて冷媒容器６内に
留つていたＲ１３成分の多い気体は第２の減圧装
置３ｂを通り、冷凍サイクルに戻され循環するこ
とは、上述の第２図に示す発明と全く同じであ
る。

第７図は他の発明の他の実施例を示すものであ
り、図において、冷媒容器６内下部に配設された
第２の減圧装置３ｂの下流の分岐管２１に熱交換
部３０を設け、冷媒容器６内に配置された分溜用
充填物８内の冷媒を冷やすように構成することに
より、分溜作用が冷媒容器６内上部のＲ１３濃度
が上記実施例より一段と高まる効果がある。ま
た、第８図に示す如く、熱交換部３０を冷媒容器
６内の上部に設け、冷媒を冷やすようにしても同
様の効果がある。

更に、第９図に示すように、蒸発器５入口に第
２の電磁弁７ｂを設け、運転停止時に閉じ、運転
状態では開くようにすれば、凝縮器２及び冷媒容
器６内の冷媒は圧力差のために蒸発器５に流れ込
もうとするが、閉じた状態の上記電磁弁７ｂによ
つてこれを阻止されるので、運転停止前の状態に
保たれる。この為、通常冷凍運転状態で停止し
て、再び通常冷凍で運転を再開する場合に、すで
に高沸点冷媒と低沸点冷媒とが分離されたままで
あるので、安定した運転が得られる。また、これ
により圧縮機１に負担がかかるのを防ぐという効
果もある。

以上のように、この他の発明によれば凝縮器の
出口側に気液分離器を設け、この気液分離器の気
相側に、電磁弁、冷媒容器およびこの冷媒容器内
に設置した第２の減圧装置を順次接続すると共
に、液相側に第１の減圧装置を接続し、これら第
１、第２の減圧装置を蒸発器の入口に接続して、
非共沸混合冷媒を充填することにより、超低温と
通常低温とで充分な冷凍能力を得ることができる
という効果に加えて、省スペース性に優れるとい
う効果がある。

なお、上述の両発明に用いられる非共沸混合冷
媒はＲ１２、Ｒ１３に限らず、他の高沸点冷媒と
低沸点冷媒を混合しても同様の効果が期待出来
る。

また上述の両発明において、冷媒容器６内を貫
流する分岐管２０，２１は分断されている代わり
に数個所穴を設けた如き構成としても良く、冷媒
容器６の中に冷媒が流れ出るような構成であれば
上記各実施例と同様な効果がある。更に、冷媒容
器６内の分溜用充填物８は上記実施例の如く、冷
媒容器６の一部だけでなく全部に充填してもよ
く、メツシユのみでなく他の分溜作用のあるもの
でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の単一冷媒を用いた冷媒サイクル
を示す回路図、第２図ないし第５図はこの発明の
四実施例をそれぞれ示す冷媒サイクルの回路図、
第６図ないし第９図は他の発明の四実施例をそれ
ぞれ示す冷媒サイクルの回路図である。 １……圧縮機、２……凝縮器、３ａ，３ｂ……
減圧装置、５……蒸発器、６……冷媒容器、７，
７ａ，７ｂ……電磁弁、８……分溜用充填物、１
０，１１……気液分離器の気相側及び液相側、２
０，２１……分岐管、２２，MP……主管、３０
……熱交換部、４０……断熱材。なお、図中、同
一符号は同一部分又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非共沸混合冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮
   機の出口側に凝縮器を介して配置された気液分離
   器、この気液分離器の液相側出口にその入口が接
   続され、出口側が蒸発器に接続された第１の減圧
   装置、分溜用充填物が少なくとも一部に充填さ
   れ、入口側配管が、この管路を開閉する電磁弁を
   介して前記気液分離器の気相側出口に接続される
   と共に、出口側配管の開口が容器内下部に設けら
   れた冷媒容器、この冷媒容器の出口側配管に入口
   が接続され、出口側が前記蒸発器に接続された第
   ２の減圧装置を備え、前記蒸発器の出口を前記圧
   縮機の入口に接続してなる冷凍サイクル。 ２ 上記蒸発器入口に第２の電磁弁を設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷凍サ
   イクル。 ３ 上記第２の減圧装置の出口管に冷媒容器と熱
   交換させる熱交換部を設けたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の冷凍サイク
   ル。 ４ 上記第２の減圧装置の出口管と上記冷媒容器
   を包含するように断熱材を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の冷凍サイクル。 ５ 非共沸混合冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮
   機の出口側に凝縮器を介して配置された気液分離
   器、この気液分離器の液相側出口にその入口が接
   続され、出口側が蒸発器に接続された第１の減圧
   装置、分溜用充填物が少なくとも一部に充填さ
   れ、入口側配管が、この管路を開閉する電磁弁を
   介して前記気液分離器の気相側出口に接続される
   と共に、出口側配管の開口が容器内下部に設けら
   れた冷媒容器、この冷媒容器内の、出口側配管に
   開口部下流に設けられ、出口側が前記蒸発器に接
   続された第２の減圧装置を備え、前記蒸発器の出
   口を前記圧縮機の入口に接続してなる冷凍サイク
   ル。 ６ 上記第２の減圧装置下流の冷媒容器内の分岐
   管を冷媒容器内の冷媒と熱交換させる熱交換部を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の冷凍サイクル。