JPH0515943B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路に
於て、非共沸混合冷媒の混合比を制御し得る冷凍
サイクルに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、非共沸混合冷媒を使用した冷凍サイクル
として、例えば第７図に示すようなものがある
（特願昭58−70953号参照）。同図において、３は
減圧装置、６は冷媒容器で、例えば圧縮機１の出
口側の主管MPが貫通し、この主管MPは該冷媒
容器６内下部で分断された主管２０と主管２１で
構成されているので、主管MP内の冷媒がこの冷
媒容器６内に流出するようになつている。２２は
上記冷媒容器６の上部とこの冷媒容器６の上流部
主管MPとを接続する分岐管で、途中の所定個所
に電磁弁７が配設されている。なお、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。また、２は凝縮器、５
は蒸発器である。

以上のような構成を備えた冷凍サイクルにおい
て、まず高沸点成分として例えば沸点が−30℃の
Ｒ１２と、低沸点成分として例えば沸点が−81℃
のＲ１３とより成る非共沸混合冷媒を封入する。
通常冷凍運転時には電磁弁７を閉にすると、圧縮
器１で圧縮された非共沸混合冷媒は、この圧縮器
１の出口側主管MPを経て主管２０に入り、一部
は主管２１へ、一部は冷媒容器６内へ入る。ここ
で、分溜用充填物８によつてＲ１３の一部が分溜
されて冷媒容器６の上部に溜まり、Ｒ１２成分の
多い液体は主管２１へ流れる。この後、凝縮器２
で凝縮され、減圧装置３、蒸発器５を通して圧縮
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溜まり、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、比較
的高い蒸発圧力で−15℃〜−20℃の温度を得るこ
とができる。

次に、超低温運転時には電磁弁７を開にする
と、非共沸混合冷媒は圧縮機１で圧縮された後、
出口側主管MPから一部が開状態の電磁弁７を介
して分岐管２２を流れ、冷媒容器６の上部に入
る。この結果、この冷媒容器６の上部に溜まつて
いたＲ１３は、上記分岐管２２からの上記冷媒と
共に主管２１に流れ出て、凝縮器２に流入する。
更に、減圧装置３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。従つて、
冷凍サイクル内にはＲ１２とＲ１３の非共沸混合
冷媒が循環する。蒸発器５内で蒸発する際、Ｒ１
３の沸点が−81℃と低い為、上述の通常冷凍運転
時と略同じ蒸発圧力で−40℃〜−50℃の超低温を
得ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

非共沸混合冷媒を使用する従来の冷凍サイクル
は以上の様に構成されているので、非共沸混合冷
媒を成す２種類の冷媒の内、高沸点成分を主体と
した冷媒を循環させて通常冷凍運転を行う際、低
沸点成分の冷媒は分溜した後、気体の状態で冷媒
容器の中に溜めるようにしている。この為、冷媒
容器の内容積が非常に大きくなつてしまうという
問題があつた。

この発明は上記のような問題を解消する為にな
されたもので、冷媒容器の内容積を小さく出来る
冷凍サイクルを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る冷凍サイクルは、凝縮器と減圧装
置間において底部に細管を有する受液器と、少な
くともこの受液器と内壁との間に充填された分溜
用充填物とを上部に配設した冷媒容器と、第１の
電磁弁を有し上記冷媒容器下部と上記減圧装置入
口側の主管とを接続する第１の冷媒配管と、第２
の電磁弁を有し上記受液器下部と上記減圧装置入
口側の主管とを接続する第２の冷媒配管と、上記
冷媒容器上部と上記受液部上部とを上記凝縮器を
介して接続する第３の冷媒配管とを備え、充填さ
れた非共沸混合冷媒を圧縮機から少なくとも第４
の冷媒配管を通して上記冷媒容器下部へと送給す
るように構成したものである。

〔作用〕

本発明は以上のように構成したので、第１の電
磁弁が開かれ、第２の電磁弁が閉じられる場合、
圧縮機から吐出される非共沸混合物冷媒は、途
中、例えば凝縮器で冷却され冷媒液となつて溜ま
ると共に一部は第１の冷媒配管を通して減圧装
置、蒸発器へと送給され、ガス化した後圧縮機に
戻る。

また第１の電磁弁が閉じられ、第２の電磁弁が
開かれる場合、圧縮機から吐出される高温の冷媒
ガスによつて冷媒容器下部の冷媒液は加熱され
て、主に低沸点成分が分溜用充填物を通して第３
の冷媒配管、凝縮器へと導かれ、冷媒容器下部に
は高濃度の高沸点成分が溜まることとなる。そし
て上記凝縮器へと導かれ、液化した低沸点成分主
体の冷媒は受液器内に流出して溜められ、一部は
液面調整の為に細管を通して冷媒容器下部へと導
かれ、一部は第２の冷媒配管を介して減圧装置、
蒸発器へと送られてガス化した後は圧縮機へと戻
る。

このように、凝縮器及び蒸発器には低沸点成分
を主体とした冷媒が流れ、一方冷媒容器下部には
高沸点成分を液状にして溜めることができ、また
これにより両者の分離が可能となる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第６図に基き本発明の各実
施例を詳細に説明する。まず第１図は本発明の第
１の実施例を示すものである。同図において、１
は圧縮機、２は凝縮器、３は毛細管から成る減圧
装置、５は蒸発器である。また、６は上記凝縮器
２と減圧装置３との間に配設された冷媒容器であ
り、この冷媒容器６の上部には受液器１０が挿設
されており、更に冷媒容器６と受液器１０との間
にはメツシユなどの分溜用充填物８が充填されて
いる。７ａ，７ｂは第１及び第２の電磁弁で、冷
媒容器６下部及び受液器１０下部と減圧装置３と
を結ぶ第１及び第２の冷媒配管１２，１３に夫々
設けられている。また、７ｃ，７ｄは圧縮機１の
出口側から分岐する第４及び第５の冷媒配管１
５，１６に夫々設けられた第３及び第４の電磁弁
である。１４は第３の冷媒配管で、凝縮器２を介
して受液器１０及び冷媒容器６の各上部間を結ん
でいる。

以上のような構成を備えた冷凍サイクルにおい
て、高沸点成分Ｒ１２と低沸点成分Ｒ１３とより
成る非共沸混合冷媒を封入する。ここにおいて、
第２及び第３の電磁弁７ｂ，７ｃを閉じると、圧
縮機１で圧縮された非共沸混合冷媒は、主に第４
の電磁弁７ｄ及び凝縮器２を通つて受液器１０へ
と流れ込む。そして受液器１０からは、その下部
に設けられた細管１１を通して冷媒容器６内に流
出し、その下部に溜まると共に一部は流出して第
１の電磁弁７ａ、減圧装置３及び蒸発器５を通つ
て圧縮機１に戻る。

このサイクルの繰り返しにより冷凍サイクルに
おいては、封入した非共沸混合冷媒の冷媒成分の
混合比で決まる凝縮温度及び蒸発温度が得られ
る。

次に、超低温運転時には第１及び第４の電磁弁
７ａ，７ｂを閉じ、第２及び第３の電磁弁７ｂ，
７ｃを開くと、圧縮機１より吐出された高温の冷
媒ガスは開状態の第３の電磁弁７ｃを通つて冷媒
容器６の下部に吹き込まれる。この為、上述した
如く冷媒容器６の下部に溜つている液状の非共沸
混合冷媒は、高温の冷媒ガスによつて蒸発し容器
内を上昇することとなる。この時、蒸発する冷媒
ガスは低沸点成分Ｒ１３を主成分としており、一
方冷媒容器６下部には主に高沸点成分Ｒ１２が残
つて溜まることとなる。

ここで蒸発する冷媒ガスＲ１３は、上昇に従
い、前のサイクルで得られた冷媒液により冷却さ
れた受液器１０周囲の分溜用充填物８を通つて冷
媒容器６上部より第５の冷媒配管１６に導かれ、
凝縮器２にて冷却される。なお上記分溜用充填物
８を通過する際、高沸点成分Ｒ１２は液化して冷
媒容器６の下部に流れ込むので、上昇する冷媒ガ
スは純化される。そして、凝縮器２で液化して溜
められると共に一部は受液器１０に流入し、この
受液器１０下部より第２の冷媒配管１３を介し、
開状態の第２の電磁弁７ｂ、減圧装置３及び蒸発
器５を経由してガス化した後、圧縮機１に戻る。
なお上記サイクルの繰り返しにて蒸発器５内で蒸
発する際には、Ｒ１３の沸点が−81℃と低い為、
比較的高い蒸気圧力を以つて−40℃〜−50℃の超
低温を得ることができる。

また上述した細管１１は、冷媒容器６下部の冷
媒液が常に圧縮機１から吐出された冷媒ガスによ
つて加熱され蒸発する為、受液器１０に送給され
てくる冷媒液の一部を流出させて液面を一定に保
つように作用している。

以上の構成により、凝縮器２及び蒸発器５には
低沸点成分を主体とする冷媒が流れ、一方冷媒容
器６の下部には高沸点成分を主体とする液状の冷
媒を溜めることができる。

次に、第２図は第２の実施例を示すものであ
る。なお、第１図との同一部分については説明を
省略する。同図において、９，１７は蒸発器５の
入口側及び出口側に夫々配設された自動制御弁及
び過熱度検出素子で、１８は減圧装置制御器であ
りこれらを結ぶ制御ラインに設けられている。そ
して上記自動制御弁９、過熱度検出素子１７及び
減圧装置制御器１８により減圧装置３が構成され
る。

冷凍サイクルをこのような構成にすることによ
り、過熱度検出素子１７により蒸発器５の出口側
の過熱度を検知し、これに基き減圧装置制御器１
８からは制御信号が自動制御弁９へと送られ、こ
れを開閉制御するようにしている。この為、蒸発
器５出口側の過熱度が一定の範囲に制御され、冷
媒流量の調整を行うことができる。従つて、低沸
点成分Ｒ１３を主体とした冷媒による冷凍サイク
ル運転時、即ち超低温運転時において、例えば圧
縮機１からの高温の冷媒ガスによる冷却容器６下
部の冷媒液に対する加熱量が多くなつた時、冷媒
容器６下部の液量が減り、圧縮機１への液戻りを
防止することができる。

また、第３図は第３の実施例を示すものであ
る。なお、同図ないし第６図においては、過熱度
検出素子１７と減圧装置制御器１８とを省略して
ある。同図において、１９は冷媒容器６下部に配
設された熱交換器であり、その下端は第４の冷媒
配管１５に接続されると共に上端は超低温運転時
の冷媒容器６内の液面より若干高い位置に開放さ
れている。

上記熱交換器１９を設けたことにより、超低温
運転時に圧縮機１からの冷媒ガスの吹き込みが強
すぎても、冷媒液がそのまま冷媒容器６の上部に
押し上げられ、非共沸混合冷媒が意図する混合比
に分離できなくなることが回避される。換言すれ
ば、液面を乱すことなく冷媒容器６下部の冷媒液
を加熱することができる。

更に、第４図に第４の実施例を示す。同実施例
は、前記第３の実施例の構成要素から第３及び第
４の電磁弁７ｃ，７ｄ、それに第５の冷媒配管１
６を除去した簡易構成としたものである。ここ
で、第１及び第２の電磁弁７ａ，７ｂの操作は前
記実施例の場合と同様である。即ち、非共沸混合
冷媒の冷媒成分の混合比で決まる冷凍サイクル運
転時には、第２の電磁弁７ｂを閉じ、また超低温
運転時には逆に第１の電磁弁７ａを閉じて第２の
電磁弁７ｂを開き、各ケースにおいて凝縮器２及
び蒸発器５には低沸点成分を主体とする冷媒を通
し、また冷媒容器６の下部には高沸点成分を主体
とする冷媒液を溜めるようにする。

更に、第５図に第５の実施例を示す。同実施例
は前記第４の実施例の構成の他に、冷媒容器６近
傍において第３及び第４の冷媒配管１４，１５を
つなぐ分岐配管２３を設けるようにしたものであ
る。この様な構成をとることにより、圧縮機１よ
り吐出される冷媒ガスによつて冷媒容器６下部の
冷媒液に供給される熱量が大き過ぎる場合には、
径が適当に選定された分岐配管２３を通して、供
給される冷媒ガスを適正にバイパスすることがで
きる。

また更に、第６図は第６の実施例を示したもの
であり、前記第４の実施例の構成の他に熱交換器
１９の上端部を冷媒容器６外部に導き、これを第
６の冷媒配管２４を介して冷媒容器６近傍におい
て第３の冷媒配管１４に接続するようにしたもの
である。この構成により、冷媒容器６に充填され
る分溜用充填物８を通して分離された低沸点成分
を主体とする冷媒ガスに、圧縮機１から吐出され
る冷媒ガスが合流するので、前記第５の実施例と
同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、
冷媒容器を凝縮器と減圧装置の間に配設し、非共
沸冷媒を循環する時には冷媒容器下部に高沸点冷
媒を液状にして溜めるようにしたので、冷媒容器
の寸法を小型化できると共に製作コスト的にも有
利となり、設計上の制限を少なく抑えることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は夫々本発明の第１ないし
第６の実施例を説明する冷凍サイクルの回路図、
第７図は従来例を説明する同様の冷凍サイクルの
回路図である。 図において、１……圧縮機、２……凝縮器、３
……減圧装置、５……蒸発器、６……冷媒容器、
７ａ……第１の電磁弁、７ｂ……第２の電磁弁、
７ｃ……第３の電磁弁、７ｄ……第４の電磁弁、
８……分溜用充填物、９……自動制御弁、１０…
…受液器、１１……細管、１２……第１の冷媒配
管、１３……第２の冷媒配管、１４……第３の冷
媒配管、１５……第４の冷媒配管、１６……第５
の冷媒配管、１７……過熱度検出素子、１８……
減圧装置制御器、１９……熱交換器、２３……分
岐配管、２４……第６の冷媒配管。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 圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を主管に
   よつて順次接続し、上記蒸発器の出口側主管を上
   記圧縮機の入口側主管に接続して成る冷凍サイク
   ルにおいて、上記凝縮器と上記減圧装置間に設け
   られると共に、底部に細管を有する受液器と少な
   くともこの受液器と内壁との間に充填された分溜
   用充填物とを上部に配設した冷媒容器と、第１の
   電磁弁を有し上記冷媒容器下部と上記減圧装置入
   口側主管とを接続する第１の冷媒配管と、第２の
   電磁弁を有し上記受液器下部と上記減圧装置入口
   側主管とを接続する第２の冷媒配管と、上記冷媒
   容器上部と上記受液部上部とを上記凝縮器を介し
   て接続する第３の冷媒配管とを備え、充填された
   非共沸混合冷媒を上記圧縮機から少なくとも第４
   の冷媒配管を通して上記冷媒容器下部へと送給す
   るように構成した事を特徴とする冷凍サイクル。 ２ 上記第４の冷媒配管の途中に第３の電磁弁を
   設けると共に、第４の電磁弁を有する第５の冷媒
   配管により上記圧縮機と上記第３の冷媒配管とを
   接続するように構成した事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 上記減圧装置を、上記蒸発器の入口側及び出
   口側主管に夫々設けられた自動制御弁及び過熱度
   検出素子、更にこれらを結ぶ減圧装置制御器とに
   より構成した事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 上記冷媒容器内に熱交換器を配設すると共
   に、この熱交換器の一端を上記第４の冷媒配管に
   接続し、他端を上記冷媒容器に溜まる冷媒液の上
   方に開放した事を特徴とする特許請求の範囲第１
   項、第２項又は第３項記載の冷凍サイクル。 ５ 上記圧縮機の出口側と上記冷媒容器下部とを
   上記第４の冷媒配管で接続するように構成した事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項、第３項又は
   第４項記載の冷凍サイクル。 ６ 上記圧縮機の出口側と上記冷媒容器下部とを
   上記第４の冷媒配管で接続すると共に、上記冷媒
   容器側の上記第３の冷媒配管と上記第４の冷媒配
   管とを分岐配管により接続して構成した事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第３項又は第４項
   記載の冷凍サイクル。 ７ 上記冷媒容器内に熱交換器を配設すると共
   に、上記圧縮機の出口側と上記熱交換器の一端と
   を上記第４の冷媒配管で接続し、上記熱交換器の
   他端を上記冷媒容器の側壁を通して上記冷媒容器
   側の上記第３の冷媒配管と第６の冷媒配管で接続
   するように構成した事を特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第３項記載の冷凍サイクル。