JPH03247963A - 低温冷凍機 - 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、圧縮機を用いた低温冷凍機に係り、特に複数
種の非共沸混合冷媒を用いて、低温を得るための冷凍機
に関する。

〔従来の技術〕

公知の単段の冷凍システムは、冷媒蒸気を圧縮機により
圧縮し、この冷媒蒸気を周囲の空気又は冷却水と熱交換
させることにより冷却し、凝縮させ、この凝縮冷媒を減
圧器により断熱膨張させ、冷凍効果を発生させる。この
様なシステムでは、−６０℃〜−８０℃の低温を得るの
が限度である。また、低温冷凍システムとして公知の多
元カスケードサイクルでは、単一成分の冷媒の冷凍サイ
クルを多段に組み合わすことにより、目的の低温を得る
ことができる。これに対し、混合冷媒冷凍サイクルでは
、混合冷媒を段階的に高洟点順に液化分離させ、順次冷
媒を凝縮させ、断熱膨張させることにより低温を得るこ
とができる。

上記の混合冷媒冷凍サイクルを第４図を用いて説明する
。第４図においては、混合冷媒を圧縮機１により断熱圧
縮し、この圧縮冷媒を凝縮器２にて冷却水等により冷却
し、部分的に凝縮させ、この気液混合冷凍を補助熱交換
器３にて低温部からのもどり冷媒と熱交換させ、更に部
分凝縮させた後、第１分離器４にて凝縮冷媒と未凝縮冷
媒とに分離させる。分離された凝縮冷媒は第１減圧器１
０にて断熱膨張させることにより低温を発生させ、低温
部からのもどり冷媒と合流させ、第１熱交換器５に流通
させ、第１分離器４にて分離した未凝縮冷媒を更に冷却
し、部分的に凝縮させる。これを順次くり返すことによ
り、順次沸点の低い冷媒を凝縮させ、これを断熱膨張さ
せることにより、より低温の冷媒ガスを得ることができ
る。

また、混合冷媒を用いた冷凍機で、冷凍機の連続運転中
において蒸発器に低温冷媒の供給の開始および供給の停
止を行なうことができる。

従来の方式を第３図を用いて説明する。第３図および第
４図においては、同一機器については同一番号にて示し
ている。第３図において、冷凍サイクルは、第４５！Ｊ
において前述した通りであり、蒸発器１４に流入する低
温冷媒の供給および停止を行なうたとの電磁弁１７を設
けている。電磁弁１７を開けることにより蒸発器１４に
低温冷媒を供給し、電磁弁１７を閉じることにより低温
冷媒の供給を停止することができる。

通常、この電磁弁１７を設ける場合、低温冷媒が蒸発器
１４を経ずに第３熱交換器にもどる冷媒通路および第４
減圧器１８を設けている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の混合冷媒の冷凍システムにおいては、起動から定
常状態に到るまでの所要時間は、通常の単一冷媒冷凍サ
イクルの場合に比較し、長くかかる。このため、蒸発器
への低温冷媒の供給を停止するたｔの開閉弁を設け、冷
凍装置の５続運転中に低温冷媒の供給の開始又は停止を
行なえるようにしている。

この低温冷媒供給用開始弁には、手動開閉弁又は電磁開
閉弁を用いる。この開閉弁に手動開閉弁を用いる場合は
、断熱施行が不完全となるたｔ、大きな熱流入が生じ、
冷凍能力への影響が生じる。また、この開閉弁に電磁開
閉弁を用いる場合、電磁開閉弁のアクチエータからの発
熱があり、大きな熱負荷となってしまう。そして、冷凍
システムが小型化するほどその影響が大きくなる。通電
時閉型の電磁開閉弁をこの開閉弁に用いると、低温冷媒
を供給する場合、電磁開閉弁からの発熱がないため熱負
荷にはならない。しかし、低温冷媒の供給を停止する場
合、電磁開閉弁からの発熱があり、断熱施行された電磁
開閉弁は、自らの発熱のため焼損してしまうという不具
合が生じる。

以上のような低温冷媒供給開閉弁をもつ冷凍システムの
場合、前述のような熱負荷を受け、低温冷媒の到達温度
および冷凍容量への悪影響を受けるという欠点があった
。

そこで、本発明は、上記のような欠点のない、簡単な手
段により、低温冷媒の蒸発器への供給の開始および停止
を行なうことのできる冷凍機を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するた約に、本発明では、圧縮機、凝縮
器、蒸発器、該圧縮機吐出側の送り冷媒と該蒸発器から
のもどり冷媒とが流通する複数の熱交換器、及び複数の
分離器と減圧器とを具備しており、冷媒には複数の非共
沸混合冷媒を用い、分離器を経た冷媒の凝縮冷媒を減圧
器を介して、より低温段からの蒸発器のもどり冷媒と合
流せしめ熱交換器に導入し、該冷媒中の未凝縮冷媒を冷
却し、順次沸点の低い冷媒を凝縮せしめる手段と、最終
段の減圧器を介して冷媒を蒸発器に流通する手段とによ
り、低温を得る冷凍機において、該蒸発器に入る送り冷
媒を減圧する減圧器に細管を用い、該細管を加熱する加
熱器を設け、該加熱器に大切スイッチを具備してなるこ
とを特徴とする低温冷凍機、としたものであり、また、
上記細管を加熱する加熱器として、電気加熱器を用い、
該電気加熱器は加熱容量が可変のものを用いることとし
たものである。

本発明によれば、減圧器用の細管を加熱したり、加熱を
止めたりすることにより、蒸発器に入る送り冷媒量を調
節することができ、蒸発器での冷却を停止および開始を
行なうことができる。

また、加熱容量が可変な電気加熱器を用い、加熱量を変
化させることにより、蒸発器での冷凍能力の調節を行な
うことができる。

〔作用〕

減圧器は膨張弁とも呼ばれ、高圧の凝縮冷媒を減圧し、
断熱膨張させ、低温冷媒ガスを蒸発器に供給する。減圧
器として、内径の細い鋼管（細管）、即ちキャピラリー
チューブを使用することができる。キャピラリーチュー
ブは、ガス体よりも液体の方が容易に流しやすいという
原理で作動している。

冷凍機が定常運転となっている場合、減圧器であるキャ
ピラリーチューブ内部は凝縮冷媒で満たされ、凝縮冷媒
が所定量流れている。しかし、キャピラリーチューブ内
にガス冷媒が流れると冷媒の流量はかなり減少してしま
う。

今、キャピラリーチューブを加熱器により加熱すると、
キャピラリーチューブ内の凝縮冷媒の一部が気化し、ガ
ス冷媒となる。ガス冷媒が増えると、キャピラリーチュ
ーブ内の冷媒の流れは閉そくに近い状態になり、蒸発器
の冷却を停止することができる。更に、キャピラリーチ
ューブ内を流れる僅かのガス冷媒を少ない加熱量で加熱
し蒸発器に流入する冷媒の温度を上げることができる。

また、減圧器であるキャピラリーチューブ内を流れる凝
縮冷媒を、可変加熱器を用いて加熱量を調整することに
より、キャピラリーチューブ内の凝縮冷媒内に発生する
ガス冷媒量を調整することができる。これにより、蒸発
器への冷媒の供給量を調整することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明するが、本発
明は、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 第１図は、本発明の冷凍機の一例を示す経路図でるあ。

第１図において、圧縮機１は、非共沸混合冷媒を圧縮し
、各熱交換器等に冷媒を送る。凝縮器２は、この圧縮冷
媒を冷却水により冷却し、沸点の高い冷媒のみをまず凝
縮させる。一部が凝縮した気液混合状態の冷媒は、補助
熱交換器３にて、蒸発器１４からのもどり冷媒と熱交換
し、更に凝縮を進行させた後、第１分離器４にて、凝縮
冷媒と未凝縮冷媒とに分離される。分離された凝縮冷媒
は、第１減圧器１ｏにて断熱膨張することにより低温ガ
ス冷媒となり、低温部からのもどり冷媒と合流し、第１
熱交換器５を流通し、第１分離器４にて分離した未凝縮
冷媒を冷却し、更に冷媒を凝縮させる。これを順次くり
返すことにより、より低温のガス冷媒を発生させること
ができる。最終段減圧器１３にて液冷媒を断熱膨張させ
、蒸発器１４にて最も低温のガス冷媒が発生する。

最終段減圧器１３には、内径が細い鋼管であるキャピラ
リーチューブを用いており、このキャピラリーチューブ
にヒータ１９を取り付けている。ヒータ１９でキャピラ
リーチューブ内を・通る低温凝縮冷媒を加熱することに
より、凝縮冷媒の一部が気化し、ガス冷媒となる。ガス
冷媒が増えると、キャピラリーチューブ内の冷媒の流れ
は閉そくに近い状態になり、蒸発器１４の冷却を停止す
ることができる。このようにヒータ１９の入切操作によ
り、低温凝縮冷媒の流れの停止・開始動作を行なうこと
ができる。

実施例２ 第２図は、本発明の冷凍機のもう一つの例を示す経路図
である。第２図は、蒸発器での冷凍容量を調節すること
を可能にした冷凍装置の実雄側でるあ。

第２図においては、第１実施例で説明した非共洟混合冷
媒を用いた冷凍装置と同様の装置であり、最終段の減圧
器を加熱するヒータに容量可変型ヒータ２０を用いてい
る。この容量可変型ヒータ２０の加熱量を調整すること
により、キャピラリーチューブ型の減圧器１３内を流れ
る冷媒量を調整し、蒸発器１４の冷凍容量を変化させる
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、最終段減圧器に設けたヒータを操作す
ることにより、開閉弁からの熱負荷を与えることもなく
、低温冷媒を蒸発器に供給することができる。また、低
温冷媒の供給の停止又は供給量の調整も行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の冷凍機の一例を示す経
路図であり、第３図および第４図は、従来からの冷凍装
置の経路図である。 圧縮機 凝縮器 補助熱交換器 第１分離器 第１熱交換器 第２分離器 第２熱交換器 第３分離器 第３熱交換器 第１減圧器 第２　〃 第３　〃 最終段減圧器 蒸発器 送り冷媒 もどり冷媒 電磁開閉弁 第４減圧器 ヒータ 容量可変ヒータ 入切スイッチ サーモスイッチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、凝縮器、蒸発器、該圧縮機吐出側の送り冷
   媒と該蒸発器からのもどり冷媒とが流通する複数の熱交
   換器、及び複数の分離器と減圧器とを具備しており、冷
   媒には複数の非共沸混合冷媒を用い、分離器を経た冷媒
   の凝縮冷媒を減圧器を介して、より低温段からの蒸発器
   のもどり冷媒と合流せしめ熱交換器に導入し、該冷媒中
   の未凝縮冷媒を冷却し、順次沸点の低い冷媒を凝縮せし
   める手段と、最終段の減圧器を介して冷媒を蒸発器に流
   通する手段とにより、低温を得る冷凍機において、該蒸
   発器に入る送り冷媒を減圧する減圧器に細管を用い、該
   細管を加熱する加熱器を設け、該加熱器に入切スイッチ
   を具備してなることを特徴とする低温冷凍機。 ２、細管を加熱する加熱器が、電気加熱器であり、該電
   気加熱器は加熱容量が可変のものであることを特徴とす
   る請求項１記載の低温冷凍機。