JPH0420752A

JPH0420752A - 二元冷凍装置

Info

Publication number: JPH0420752A
Application number: JP12207890A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tanaka; 隆田中; Rikiya Fujiwara; 藤原　力弥
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1992-01-24
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07104059B2

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）本発明は二元冷凍装置、詳しくは、高温側冷凍サイクル
と低温側冷凍サイクルとを備え、カスケードコンデンサ
ーを介して、高温側冷凍サイクルの冷媒により低温側冷
凍サイクルの冷媒を冷却するようにして、例えば超低湿
原の庫内に低温側冷凍サイクルの蒸発器を配置して、庫
内を超低温に冷却する二元冷凍装置に関する。

（従来の技術）従来、この種の二元冷凍装置は、例えば特開昭８１−４
６８５９号公報に開示され、また第４図に示すように、
高温側圧縮機（Ａ）、凝縮器（Ｂ）、高温側膨張機構（
Ｃ）及びカスケードコンデンサー（Ｄ）を備えた高温側
冷凍サイクルと、低温側圧縮機（Ｅ）、前記カスケード
コンデンサー（Ｄ）、低温側膨張機構（Ｆ）及び蒸発器
（Ｇ）を備えた低温側冷凍サイクルとから構成して、例
えば、前記蒸発器（Ｇ）を低湿原等に設けてこの低湿原
を超低温にするようにしている。又、カスケードコンデ
ンサー（Ｄ）の入口側と低温側膨張機構（Ｆ）の出口側
とを、電磁弁（Ｈ）及び減圧装置（Ｌ）を介装したバイ
パス管（Ｉ）により接続して、前記電磁弁（Ｈ）の開閉
により、圧縮機（Ｅ）から吐出した高温のホットガスを
、カスケードコンデンサー（Ｄ）及び低温側膨張機構（
Ｆ）をバイパスして前記蒸発器（Ｇ）の入口側へ流入す
るようにしている。尚、（Ｊ）は前記圧縮機（Ｅ）の吐
出側に接続した油分離器、（Ｋ）は前記圧縮機（Ｅ）の
吸入側に介装したアキュムレータである。

（発明が解決しようとする課Ｍ）ところで、一般に二元冷凍装置を用いた超低温庫におい
て庫内の温度をフントロールする場合、例えばインバー
タを用いて前記低温側圧縮機（Ｅ）の容量制御すること
により調温することができるが、調温する温度範囲には
自ずから限度がある。又、一方第４図に示したように、
前記バイパス管（Ｉ）を介して低温側圧縮機（Ｅ）がら
吐出した高温のホットガスを、カスケードコンデンサー
（Ｄ）及び低温側膨張機構（Ｆ）をバイパスさせて前記
蒸発器（Ｇ）の入口側へ流入させることにより、前記蒸
発器（Ｇ）の冷却能力を減少させることができ、従って
、前記ホットガスのバイパスにより、庫内温度を調温す
ることが考えられる。

所が、以上の如く低温側圧縮機（Ｅ）から吐出した高温
のホットガスを前記蒸発器（Ｇ）に注入する場合、カス
ケードコンデンサー（Ｄ）をバイパスした高温のホット
ガスが、前記カスケードコンデンサー（Ｄ）にて冷却さ
れることなく高温のま＼直接蒸発器（Ｇ）に流入するか
らヒートショックが大きくなり、第３図に示したように
、前記バイパス管（１）に介装した前記電磁弁（Ｈ）の
オンΦオフに対応して庫内温度は急激に変化して、その
変動幅も大きくなり、庫内温度の制御精度が低下する問
題が生じるし、また、前記低温側膨張機構（Ｆ）の下流
側に接続した前記バイパス管（Ｉ）のロー付は部付近が
ヒートショックの影響を受けて、該ロー付は部の信頼性
が低下する問題があった。

本発明は以上の問題を解決するために発明したもので、
その主たる目的は、ホットガスバイパスによる蒸発器で
の温度コントロール範囲を拡げることができながら、庫
内温度を調温する制ｍＪＷｊ度を向上させることができ
、しかも、ホットガスバイパス時のヒートショックも少
なくシ、ヒートンＨツクによる信頼性低下の問題も解消
しようとする点にある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明では、高温側圧縮機
（１１）　、凝縮器（１２）、高温側膨張機構（１３）
及びカスケードコンデンサー（３）を備えた高温側冷凍
サイクルと、低温側圧縮機（２１）、ｉＲ記カスケード
コンデンサー（３）　、低温側膨張機構（２３）及び蒸
発器（２２）を備えた低温側冷凍サイクルとから成る二
元冷凍装置において、前記低温側冷凍サイクルにおける
低温側圧縮機（２１）と前記カスケードコンデンサー（
３）との間にプレクーラー（５）を介装すると共に、こ
のプレクーラー（５）の出口側に、前記カスケードコン
デンサー（３）及び低温側膨張機構（２３）を側路し、
前記蒸発器（２２）の入口側に接続する電磁弁（６）を
もったバイパス管（７）を設けたのである。

（作用）前記バイパス管（７）に介装した電磁弁（６）ヲ開くこ
とにより、前記カスケードコンデンサー（３）及び低温
側膨張機構（２３）を側路する高温のホットガスを前記
蒸発器（２２）の入口側にバイパスさせられ、このホッ
トガスにより前記蒸発器（２２）の冷却能力を減少させ
ることができるのであって、例えば冷熱衝撃試験装置等
の超低温庫に適用する場合、超低温庫内を冷却し過ぎる
ことなく所定の設定温度に維持することができるしかも
、前記蒸発器（２２）にバイパスするポットガスは、前
記プレクーラー（５）にて予め所望温度に冷却できるか
ら、冷却しない場合に比較して前記蒸発器（２２）の冷
却能力を減少させる減少幅を小さくでき、この結果、急
激な温度上昇をなくし得るのであり、それだけ庫内温度
の制御精度を向上することができる。

その上、ヒートショックも少なくできるので、前記蒸発
器（２２）の入口側に前記、（イ、Ｎ＋ス管（７）をロ
ー付けする場合でも、ロー付は部の信頼性も向上させる
ことができるのである。

（実施例）第１図に示した二元冷凍装置の基本構造は、高温側圧縮
機（１１）、凝縮器（１２）、高温側膨張機構（１３）
及びカスケードコンデンサー（３）を備えた高温側冷凍
サイクル（１）及び、低温側圧縮機（２１）、前記カス
ケードコンデンサー（３）、低温側膨張機構（２３）及
び蒸発器（２２）を備えた低温側冷凍サイクル（２）を
備えており、該低温側冷凍サイクル（２）の前記蒸発器
（２２）を、例えば、二点鎖線で示した冷熱衝撃試験装
置等における超低温厚（４）内に配置して、二元冷凍装
置の運転により該超低温厚（４）内を超低温にできるよ
うにしている。尚、（４１）は前記蒸発器（２２）に風
を送って、庫内空気を循環させる庫内ファン、（１４）
は前記凝縮器（１２）に風を送るファンである。

しかして、第１図に示した実施例では、以上の如く構成
する二元冷凍装置の前記低温側冷凍サイクル（２）にお
ける低温側圧縮機（２１）と前記カスケードコンデンサ
ー（３）との間にプレクーラー（５）を介装すると共に
、このプレクーラー（５）の出口側に、前記カスケード
コンデンサー（３）及び低温側膨張機構（２３）を側路
し、前記蒸発器（２２）の入口側に接続する電磁弁（６
）をもったバイパス管（７）を設けるのである。

具体的には、前記低温側圧縮機（２１）の吐出側に設け
た油分離器（２４）と前記カスケードコンデンサー（３
）との間に前記プレクーラー（５）を介装して、該プレ
クーラー（５）を前記凝縮器（１２）の風下側に付設し
、前記ファン（１４）によって前記凝縮器（１２）に送
られ、この凝縮器（１２）を通過する風により前記クー
ラー（５）が冷却されるように構成すると共に、前記プ
レクーラー（５）の出口側から分岐して、前記低温側膨
張機構（２３）と前記蒸発器（２２）とを接続する低圧
液管（２５）に接続するバイパス管（７）を設けて、こ
のバイパス管（７）に、前記超低温厚（４）内に設けた
温度センサ（４２）の出力により開閉する電磁弁（６）
を介装したのである。

尚、（２６）は膨張タンク、（２７）は吐出圧力調整弁
である。

次に、以上のように構成した二元冷凍装置の作動を説明
する。

高温側冷凍サイクル（１）の圧縮機（１１）から吐出す
る高温のガス冷媒は、ファン（１４）を付設した前記凝
縮器（１２）で外気により冷却されて凝縮し液冷媒とな
る。この液冷媒は高温側膨張機構（１３）で減圧されて
、カスケードコンデンサー（３）に流入し、低温側冷凍
サイクル（２）の冷媒と熱交換して蒸発し圧縮機（１１
）に戻るのである。

一方、低温側冷凍サイクル（２）の圧縮機（２１）から
吐出する高温のガス冷媒は、前記油分離器（２４）で油
を分離してから高温側冷凍サイクル（１）の前記凝縮器
（１２）に併設したプレクーラー（５）にて冷却されて
低温になってから、カスケードコンデンサー（３）に流
入する。その後、該コノデンサー（３）にて高温側冷凍
サイクル（１）の液冷媒により冷却されて凝縮し液冷媒
となる。この液冷媒は低温側膨張機構（２３）で減圧さ
れて後、前記超低温厚（４）内に設けた蒸発器（２２）
に流入し、前記庫内ファン（４１）による循環空気と熱
交換して蒸発し、圧縮機（２１）に戻るのである。

このようにして、前記庫内ファン（４１）により循環さ
せられる庫内空気を低温側冷凍サイクル（２）の蒸発器
（２２）に供給することにより、前記超低温Ｊｉ［（４
）内を超低温に冷却するのであるが、冷熱衝撃試験等で
は前記超低温厚（４）内を冷却し過ぎることなく所定の
設定温度に維持する場合には、前記超低温厚（４）内に
設けた前記温度センサ（４２）の出力により前記電磁弁
（６）を開閉して、庫内温度を調温するのである。

次にこの調温を説明する。

先ず、庫内温度が所定の設定温度より低下すると前記温
度センサ（４２）の出力により前記バイパス管（７）に
介装した前記電磁弁（６）がオンして、開動作する。こ
の電磁弁（６）の開動作により、ホットガスが前記バイ
パス管（７）を介して前記カスケードコンデンサー（３
）と膨張機構（２３）とをバイパスして、直接前記蒸発
器（２２）に流入し、この流入により前記蒸発器（２２
）の冷却能力が減少し、庫内温度を上昇させられる。次
に、前記バイパス管（７）からのホットガスバイパスに
より、庫内温度が所定の設定温度より上昇すると、前記
温度センサ（４２）の出力により前記電磁弁（６）がオ
フして、閉動作する。

この電磁弁（６）の閉動作により、前記バイパス管（７
）からのホットガスバイパスが停止することにより、前
記圧縮機（２１）から吐出されるホットガスの全量がプ
レクーラー（５）から前記カスケードコンデンサー（３
）に送られて凝縮し、前記膨張機構（２３）で膨張して
から前記蒸発器（２２）に流入し、前記電磁弁（，６）
のオンにより減少した前記蒸発器（２２）の冷却能力を
増大させて回復させるから、庫内温度が再び低下するこ
とになる。

このように、前記電磁弁（６）のオンにより前記プレク
ーラー（５）にて冷却されたホットガスが前記蒸発器（
２２）に流入すると共に、前記電磁弁（６）のオフによ
り、高圧のホットガスが前記カスケードコンデンサー（
３）にて凝縮し、前記膨張機構（２３）で膨張してから
前記蒸発器（２２）に流入するのであるから、前記超低
湿原（４）内の温度は、前記電磁弁（６）のオン・オフ
に対応して第２図に示したようになだらかに変動するの
であって、その変動状態は、プレクーラー（５）を用い
ない第３図の庫内温度の変動状態に比較して変動幅を小
さくできるのである。例えば、前記プレクーラー（５）
を用いないときの庫内温度の変動幅を±２．５℃、即ち
５℃とすると、プレクーラー（５）を用いる場合の変動
幅は±工Ｏ℃、即ち２℃程度にできるのであって、この
ように、庫内温度の制御精度を向上させることができる
のである。

また、前記プレクーラー（５）により予め冷却した後前
記低圧液管（２５）にホットガスをバイパスさせるので
あるから、ヒート／タンクを少なくでき、従って、前記
バイパス管（７）を、前記低温側膨張機構（２３）と前
記蒸発器（２２）とを接続する前記低圧液管（２５）に
ロー付けにより接続する場合でも、ロー付は部付近にお
けるヒートショックによる影響を少なくでき、それだけ
前記ロー付は部の信頼性も向上させることができるので
ある。

更に、前記圧縮機（２１）から吐出する高温のホットガ
スは前記プレクーラー（５）にて冷却されてからカスケ
ードコンデンサー（３）に流入するから、このコンデン
サー（３）の入口側のホットガスの温度が低下するので
あって、通常のプルダウン時前記高温側冷凍サイクル（
１）側の負荷を低減することになり、プルダウンを行う
のに好都合である。

尚、以上説明した実施例では、前記プレクーラー（５）
を葛湯側冷媒サイクル（１）の前記凝縮器（１２）に併
設して、該凝縮器（１２）を通過する風により前記プレ
クーラー（５）を冷却することにより、このプレクーラ
ー（５）を流れるホットガスを冷却できるようにしたが
、前記凝縮器（１２）とは別に配置して前記プレクーラ
ー（５）に付設するファンにより冷却するようにしても
よい。

更に、以上のようなホットガスバイパスによる庫内温度
の制御時、インバータを用いた前記低温側圧縮機（２１
）の容量制御を併用して行ってもよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明にかかる二元冷凍装置では
、前記低温側冷凍サイクルにおける低温側圧縮機（２１
）と前記カスケードコンデンサー（３）との間にプレク
ーラー（５）を介装すると共に、このプレクーラー（５
）の出口側に、前記カスケードコンデンサー（３）及び
低温側膨張機構（２３）を側路し、前記蒸発器（２２）
の入口側に接続する電磁弁（６）をもったバイパス管（
７）を設けたから、前記バイパス管（７）に介装した電
磁弁（６）を開いて、前記蒸発器（２２）の入口側にホ
ットガスをバイパスさせることにより、前記蒸発器（２
２）の冷却能力を減少させることができ、例えば冷熱衝
撃試験装置等の超低温庫に適用する場合、該超低温庫内
を冷却し過ぎることなく所定の設定温度に維持すること
ができるしかも、バイパスさせるホットガスは前記プレ
クーラー（５）にて冷却して、前記蒸発器（２２）の入
口側に注入するようにしたから、冷却しない場合に比較
して低温のホットガスをバイパスサせられ、それだけ前
記蒸発器（２２）の冷却能力を減少させる減少幅を小さ
くできる。この結果、前記蒸発器（２２）の冷却能力の
減少幅を小さくできるだけ、庫内温度の制御精度を向上
することができる。

その上、前記蒸発器（２２）の入口側にホットガスをバ
イパスさせる場合温度差を小さくできるから、ヒートシ
日ツタを柔らげられるのであり、従って前記バイパス管
（７）をロー付けにより接続する接続部のヒー）・ショ
ックによる影響を少なくでき、従って、前記ロー付は部
の信頼性も向上させることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる二元冷凍装置の冷凍サイクル
系統図、第２図は電磁弁の開閉と超低温庫の温度との関
係を示すグラフ、第３図は従来例における同関係を示す
グラフ、第４図は従来例を示す冷凍サイクル系統図であ
る。（３）・・・・・・・・・カスケードコンデンサー（５
）・・・・・・・・・プレクーラー（６）・・・・・・
・・・電磁弁（７）・・・・・・・・・バイパス管（１１）・・・・・・・高温側圧縮機（１２）・・・・・・・凝縮器（１３）・・・・・・・高温側膨張機構（２１）・・・
・・・・低温側圧縮機（２２）・・・・・・・蒸発器

Claims

【特許請求の範囲】

１）高温側圧縮機（１１）、凝縮器（１２）、高温側膨
張機構（１３）及びカスケードコンデンサー（３）を備
えた高温側冷凍サイクルと、低温側圧縮機（２１）、前
記カスケードコンデンサー（３）、低温側膨張機構（２
３）及び蒸発器（２２）を備えた低温側冷凍サイクルと
から成る二元冷凍装置において、前記低温側冷凍サイク
ルにおける低温側圧縮機（２１）と前記カスケードコン
デンサー（３）との間にプレクーラー（５）を介装する
と共に、このプレクーラー（５）の出口側に、前記カス
ケードコンデンサー（３）及び低温側膨張機構（２３）
を側路し、前記蒸発器（２２）の入口側に接続する電磁
弁（６）をもったバイパス管（７）を設けたことを特徴
とする二元冷凍装置。