JPH051856A - ２元冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温側冷媒サイクル（１）に予冷器（４）を
備え、予冷器（４）と高温側冷媒サイクル（１０）の凝
縮器（１２）に対して並列に冷却水を供給可能とした２
元冷凍機の、前記凝縮器（１２）に対する冷却水供給量
を制御しても、予冷器（４）に不都合が生じないように
する。 【構成】 予冷器（４）と凝縮器（１２）に冷却水を供
給する冷却水配管（１４）の、冷却水供給口（１６）と
分岐部（１７）との間または合流部（２０）と冷却水排
出口（２１）との間に、高温側冷媒サイクル（１０）の
高圧側圧力に反応して開度が変化する節水弁（２３）を
設置する。節水弁（２３）が閉鎖する方向に作動する
と、凝縮器（１２）への冷却水供給量が減少するのと同
様に、予冷器（４）に対する冷却水供給量も減少するの
で、従来こうした場合に生じていた予冷器（４）への冷
却水大量流入が避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は予冷器を備えた２元冷凍
機に関し、詳しくは、予冷器と凝縮器とを同一冷却水で
冷却可能とした２元冷凍機の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように２元冷凍機は低温側冷媒に
よる低温側冷媒サイクルと高温側冷媒による高温側冷媒
サイクルとをカスケードコンデンサによって熱的に組合
せたものであるが、かかる２元冷凍機に予冷器を設置す
ることもまた公知であり、例えば特開昭６１−２４９５
０号公報に記載される２元冷凍機では、予冷器を高温側
冷媒サイクルのカスケードコンデンサと高温側圧縮機と
の間に配置している。この場合、予冷器は高温側圧縮機
に戻る高温側冷媒を被冷却冷媒により冷却して、完全な
ガス冷媒とすることを目的とするものであるが、ここで
特徴的なことは、予冷器に供給する被冷却冷媒を、予冷
器に続き、低温側冷媒の蒸発器にも供給して熱交換の合
理化を図っていることである。こうした２元冷凍機にお
ける予冷器と他の部分との、いわば熱交換的な一体化
は、この例にものに限らず、他でも、例えば予冷器を低
温側冷媒サイクルに設けた場合は、予冷器と高温側冷媒
サイクルの凝縮器との間で実施されていた。

【０００３】図２は、その場合の２元冷凍機を配管系統
図によって示したものである。図において、低温側冷媒
サイクル（１）には、低温側圧縮機（２）の次に油分離
器（３）を隔てて予冷器（４）が設置され、該予冷器
（４）に続いてカスケードコンデンサ（５）、低温側膨
張弁（６）及び蒸発器（７）が順次配管接続されてい
る。また要所に吐出圧力調整弁（８）及び膨張タンク
（９）が配されている。

【０００４】一方、高温側冷媒サイクル（１０）は、高
温側圧縮機（１１）、凝縮器（１２）、高温側膨張弁
（１３）及び前記カスケードコンデンサ（５）が順次配
管接続されている。

【０００５】そして低温側圧縮機（２）と高温側圧縮機
（１１）とが共に駆動されると、低温側冷媒サイクル
（１）内では、圧縮機（２）から吐出された高温の低温
側冷媒ガスが油分離器（３）を経て予冷器（４）に入
り、ここで所定温度に冷却された後、カスケードコンデ
ンサ（５）に至り、後記する低温のガス冷媒と互いに熱
交換して、さらに一層冷却され、液冷媒となり、この液
冷媒が低温側膨張弁（６）で断熱膨張した後、蒸発器
（７）で蒸発して利用側への冷却熱が生成されるように
なっている。

【０００６】また一方、高温側冷媒サイクル（１０）で
は、高温側圧縮機（１１）からガス冷媒が吐出される
と、これが凝縮器（１２）において冷却され、液冷媒と
なって高温側膨張弁（１３）に送られる。そして高温側
膨張弁（１３）で断熱膨張して低温となり、前記カスケ
ードコンデンサ（５）に至ると、前記した如く低温側冷
媒サイクル（１）の低温側冷媒と熱交換して低温側冷媒
から熱を奪い、これによって前記した低温側冷媒サイク
ルの冷却熱生成作用達成に寄与するようになっている。

【０００７】以上のことから、予冷器（４）と凝縮器
（１２）は共に冷媒を冷却する役割を担ったものである
ことが分かる。そこで、この両者（４），（１２）に対
して、冷却水配管（１４）を通じて、各冷媒冷却のため
の冷却水が、同一供給口（１６）から供給されるように
なっている。即ち、冷却水配管（１４）の構成は、一本
の配管（１５）が冷却水供給口（１６）から分岐部（１
１）まで伸び、分岐部（１７）で２方向に分かれ、うち
一方は低温側冷媒サイクル（１）の予冷器（４）に、他
方は高温側冷媒サイクル（１０）の凝縮器（１２）に連
結されていて、冷却水を予冷器（４）と凝縮器（１２）
双方に並行して供給可能としている。さらに予冷器
（４）及び凝縮器（１２）の各出口側では、夫々の配管
（１８），（１９）が合流部（２０）で一本に統合され
て冷却水排出口（２１）に接続されている。

【０００８】なおこうした場合、予冷器（４）と凝縮器
（１２）とは、同一管径かつ同一構造の熱交換器が通常
用いられている。もっとも凝縮器（１２）は冷媒ガスを
液化するまで冷却する必要があるが、これに対して予冷
器（４）はそこまでの必要がなく、長さに関しては予冷
器（４）の方が必然的に短くなっている。そして両者へ
の冷却水供給量のバランスをとるため、冷却水配管（１
４）の予冷器（４）入口側には、キャピラリチューブ
（２２）が設けられている。

【０００９】一方、冷却水配管（１４）の凝縮器（１
２）出口側には、前記合流部（２０）に至るまでの間に
節水弁（２３）が設置されているが、この節水弁（２
３）は凝縮器（１２）に流れる冷却水量を高温側冷媒サ
イクル（１０）の高温側圧力の変化に応じて適宜調整
し、凝縮器（１２）の凝縮能力を常に最適の状態に維持
させるものである。例えば夏期等に冷却水の温度が上昇
して凝縮器（１２）での冷媒冷却が十分に行われなくな
った場合でも、節水弁（２３）に付設したセンサ（２
４）が、その冷却不足を、高温側冷媒サイクル（１０）
の高温側圧力の低下として感知すると共に、節水弁（２
３）が弁を大きく開放して、凝縮器（１２）に充分な冷
却水を供給し、凝縮器（１２）の凝縮能力を回復させる
ようになっている。以前から予冷器（４）の有無に関わ
らず、凝縮器（１２）出口側近傍にしばしば付設されて
いた装置である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのように凝縮
器（１２）に対して有益な節水弁（２３）も、前記した
予冷器（４）と凝縮器（１２）とを熱交換的に接続した
２元冷凍機にあっては予冷器（４）に好ましくない影響
を与える場合があった。即ち、節水弁（２３）が閉鎖す
る方向に作動する場合がそれで、節水弁（２３）が閉鎖
方向に作動すると、凝縮器（１２）に対しては予定通り
冷却水供給量が減少するものの、その一方で、それだけ
の冷却水が予冷器（４）に流れ込む結果となり、前記の
如く凝縮器（１２）に比して長さの短い予冷器（４）が
極めて大量の冷却水に一時にされられることとなる。そ
してこれがくり返されると、予冷器（４）内で腐食が促
進され、装置全体の信頼性が低下するという問題に進展
するのである。なお、この問題に対処するためには、節
水弁（２３）を凝縮器（１２）側だけでなく、予冷器
（４）側にも設けることが考えられるが、コスト上の理
由から実現困難である。

【００１１】本発明はかかる実状に鑑みて、節水弁を増
やすことなく、節水弁の設置個所に工夫を凝らすことに
よって前記問題の解決を図ることを目的とするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明の特徴は、低温側圧縮機、予冷器、カスケード
コンデンサ、低温側膨張弁及び蒸発器を順次配管接続し
た低温側冷媒サイクルと、高温側圧縮機、凝縮器、高温
側膨張弁及び前記カスケードコンデンサを順次配管接続
した高温側冷媒サイクルとからなる２元冷凍機におい
て、前記予冷器と前記凝縮器には同一管径の熱交換器を
適用し、かつ該予冷器と凝縮器に冷却水を冷却水配管を
介して前記各冷媒サイクルの各冷媒と熱交換可能に供給
すると共に、前記冷却水配管は、冷却水供給口と分岐部
との間及び合流部と冷却水排出口との間が夫々一本の配
管で形成され、分岐部と合流部の間で２本に分かれてい
て、該２本の配管により前記予冷器と凝縮器とを並列に
接続し、前記冷却水配管の冷却水供給口と分岐部との間
または合流部と冷却水排出口との間に、前記高温側冷媒
サイクルの高圧側圧力に反応して開度が変化する節水弁
を備えていることである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、節水弁を、冷却水配管の、予
冷器と凝縮器とを並列に接続する部分ではなく、統合さ
れて一本化した部分に設置しているので、節水弁の作動
は、凝縮器だけでなく予冷器に対しても同じように冷却
水供給量を増減させるものとなる。従って節水弁が閉鎖
する方向に作動した場合でも、凝縮器に冷却水を減少さ
せるのと同様に、予冷器への冷却水供給量を減少させる
ので、予冷器が大量の冷却水にさらされることはなく、
予冷器の腐食促進は阻止される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１は本発明に係る２元冷凍機の配管系統図で
ある。冷凍機の冷媒回路については、図２について前記
したものと同一である。即ち、低温側冷媒サイクル
（１）と高温側冷媒サイクル（１０）からなり、低温側
冷媒サイクル（１）は、低温側圧縮機（２）、予冷器
（４）、カスケードコンデンサ（５）、低温側膨張弁
（６）及び蒸発器（７）を順次配管接続し、さらには油
分離器（３）、吐出圧力調整弁（８）及び膨張タンク
（９）を要所に備えて構成され、一方、高温側冷媒サイ
クル（１０）は、高温側圧縮機（１１）、凝縮器（１
２）、前記カスケードコンデンサ（５）及び高温側膨張
弁（１３）を順次配管接続して構成されている。また、
予冷器（４）と凝縮器（１２）とは、前記したように同
一構造、同一管径の熱交換器が適用される。ただし長さ
は予冷器（４）の方が短くなっている。例えば伝熱面積
の比で、凝縮器（１２）が５に対して予冷器（４）は１
に相当する程度の差がある。

【００１５】そして、この場合も予冷器（４）と凝縮器
（１２）とは、冷却水配管（１４）によって互いに連結
されている。冷却水配管（１４）の配管構成は、冷却水
供給口（１６）から一本の配管（１５）が伸び、これが
分岐部（１７）で２方向に分かれて、夫々予冷器（４）
又は凝縮器（１２）に繋がり、さらに予冷器（４）及び
凝縮器（１２）から出た各配管（１８），（１９）が合
流部（２０）で一本となって冷却水排出口（２１）に接
続されたるもので、冷却水を予冷器（４）と凝縮器（１
２）の双方に並行して供給可能となっている。また、冷
却水配管（１４）中、前記分岐部（１７）から予冷器
（４）に至る間には、従来同様、キャピラリチューブ
（２２）が設けられている。一方、節水弁（２３）につ
いては、この場合、従来と異なり、合流部（２０）と冷
却水排出口（２１）の間に設置されている。なお節水弁
（２３）の構造自体は従来と変わるところがなく、圧力
センサ（２４）を備え、該圧力センサ（２４）を高温側
冷媒サイクル（１０）の高圧側配管内に配して、その圧
力を検知し、圧力変化に応じて弁の開度を変化させるよ
うにしたものである。

【００１６】以上の構成になる２元冷凍機において、そ
の作動は、低温側圧縮機（２）と低温側圧縮機（１１）
の起動と共に、予冷器（４）及び凝縮器（１２）に冷却
水配管（１４）を通じて所要量の冷却水を供給すること
により、従来同様開始される。そして冷凍機作動中、例
えば高温側冷媒サイクル（１０）の高温側圧力が所要値
よりも上昇すると、前記節水弁（２３）は弁を閉鎖する
方向に作動し、凝縮器（１２）に対する冷却水供給量を
減少させるのであるが、この場合、節水弁（２３）は前
記したように合流部（２０）以降の一本に統合された配
管（２５）部分に設けられているため、節水弁（２３）
による流量調節作用は凝縮器（１２）だけでなく予冷器
（４）にも全く同等に及ぶ。即ちこの場合であれば、予
冷器（４）に対しても冷却水流入量を同様に減ずるよう
に作用する。

【００１７】この結果、従来、節水弁（２３）が閉鎖す
る方向に作動する場合に生じていた予冷器（４）への大
量の冷却水流入といった事態は起こり得なくなり、また
これに伴い、予冷器（４）の腐食促進も阻止されること
となる。なお、節水弁（２３）の設置について、以上の
例では冷却水配管（１４）の合流部（２０）と冷却水排
出口（２１）との間に配置しているが、場合によって
は、設置個所を冷却水配管（１４）の冷却水供給口（１
６）と分岐部（１７）との間の一本の配管（１５）部分
とすることも可能である。この場合も、節水弁（２３）
の作用は、予冷器（４）と凝縮器（１２）に対して全く
同等に及び、冷却水供給量が減少するときであれば、両
者共同様に減少するので、前記した問題は解決される。

【００１８】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、２元冷凍
機の低温側冷媒サイクルに設けた予冷器と高温側冷媒サ
イクルの凝縮器とを冷却水配管で並列に接続し、該冷却
水配管の冷却水供給口と分岐部との間、又は合流部と冷
却水排出口との間、即ち並列接続した並列部分を除く冷
却水配管の一本化部分に、高温側冷媒サイクルの高温側
圧力に応じて開度が変化する節水弁を設置したものであ
るから、凝縮器は常に所要の凝縮能力を発揮し、冷凍機
が所期の性能を維持し得ることはいうまでもない。そし
てかかる冷凍作動中、凝縮能力制御のために節水弁が閉
鎖する方向に作動しても、凝縮器で冷却水流量が減少す
るのと全く同様に、予冷器に対しても冷却水流量が減少
するので、従来のように大量の冷却水が予冷器に流れ込
むといった事態はおこり得ない。この結果、予冷器での
腐食促進は阻止され、冷凍機全体の信頼性向上が期待さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２元冷凍機の配管系統図である。

【図２】従来の２元冷凍機の配管系統図である。

【符号の説明】

（１） 低温側冷媒サイクル （２） 低温側圧縮機 （４） 予冷器 （５） カスケードコンデンサ （６） 低温側膨張弁 （７） 蒸発器 （１０） 高温側冷媒サイクル （１１） 高温側圧縮機 （１２） 凝縮器 （１３） 高温側膨張弁 （１４） 冷却水配管 （１５） 配管 （１６） 冷却水供給口 （１７） 分岐部 （１８） 配管 （１９） 配管 （２０） 合流部 （２１） 冷却水排出口 （２３） 節水弁 （２５） 配管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 低温側圧縮機（２）、予冷器（４）、カ
   スケードコンデンサ（５）、低温側膨張弁（６）及び蒸
   発器（７）を順次配管接続した低温側冷媒サイクル
   （１）と、高温側圧縮機（１１）、凝縮器（１２）、高
   温側膨張弁（１３）及び前記カスケードコンデンサ
   （５）を順次配管接続した高温側冷媒サイクル（１０）
   とからなる２元冷凍機において、前記予冷器（４）と前
   記凝縮器（１２）には同一管径の熱交換器を適用し、か
   つ該予冷器（４）と凝縮器（１２）に冷却水を冷却水配
   管（１４）を介して前記各冷媒サイクル（１），（１
   ０）の各冷媒と熱交換可能に供給すると共に、前記冷却
   水配管（１４）は、冷却水供給口（１６）と分岐部（１
   ７）との間及び合流部（２０）と冷却水排出口（２１）
   との間が夫々一本の配管（１５），（２５）で形成さ
   れ、分岐部（１７）と合流部（２０）の間で２本に分か
   れていて、該２本の配管（１８），（１９）により前記
   予冷器（４）と凝縮器（１２）とを並列に接続し、前記
   冷却水配管（１４）の冷却水供給口（１６）と分岐部
   （１７）との間または合流部（２０）と冷却水排出口
   （２１）との間に、前記高温側冷媒サイクル（１０）の
   高圧側圧力に反応して開度が変化する節水弁（２３）を
   備えたことを特徴とする２元冷凍機。