JPH05302763A - ２元冷凍装置の運転方法及びその装置 - Google Patents
２元冷凍装置の運転方法及びその装置Info
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- JPH05302763A JPH05302763A JP13584392A JP13584392A JPH05302763A JP H05302763 A JPH05302763 A JP H05302763A JP 13584392 A JP13584392 A JP 13584392A JP 13584392 A JP13584392 A JP 13584392A JP H05302763 A JPH05302763 A JP H05302763A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２元冷凍装置における低温側圧縮機７の圧縮
比及び吐出ガス温度を低下させて、圧縮機７の故障を防
ぐ。 【構成】 Ｒ１３，Ｒ２２等の低沸点冷媒に、該低沸点
冷媒に比し、より飽和圧力の高いＲ１４等の冷媒を所定
量添加せしめると共に、低温側冷凍サイクル２のカスケ
ードコンデンサ３と膨張弁１０の間に気液分離器８を介
設し、該気液分離器８の液側出口９を、前記膨張弁１０
に接続し、ガス側出口１２を減圧装置１３を介して、前
記圧縮機７の吸入側に接続して、低温側冷凍サイクル２
の高圧側及び低圧側の圧力を略１kg／cm2 程度上昇せし
める構成とする。
比及び吐出ガス温度を低下させて、圧縮機７の故障を防
ぐ。 【構成】 Ｒ１３，Ｒ２２等の低沸点冷媒に、該低沸点
冷媒に比し、より飽和圧力の高いＲ１４等の冷媒を所定
量添加せしめると共に、低温側冷凍サイクル２のカスケ
ードコンデンサ３と膨張弁１０の間に気液分離器８を介
設し、該気液分離器８の液側出口９を、前記膨張弁１０
に接続し、ガス側出口１２を減圧装置１３を介して、前
記圧縮機７の吸入側に接続して、低温側冷凍サイクル２
の高圧側及び低圧側の圧力を略１kg／cm2 程度上昇せし
める構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２元冷凍装置に係り、
特に、その圧縮機の故障防止を目的とした２元冷凍装置
の運転方法及びその装置に関するものである。
特に、その圧縮機の故障防止を目的とした２元冷凍装置
の運転方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】２元冷凍装置は、低温側冷媒を封入した
低温側冷凍サイクルと、高温側冷媒を封入した高温側冷
凍サイクルとを、カスケードコンデンサを介して熱的に
結合して形成したもので、低温側冷凍サイクルの蒸発器
において、−８０℃を超える超低温を得ることができ
る。
低温側冷凍サイクルと、高温側冷媒を封入した高温側冷
凍サイクルとを、カスケードコンデンサを介して熱的に
結合して形成したもので、低温側冷凍サイクルの蒸発器
において、−８０℃を超える超低温を得ることができ
る。
【０００３】このような超低温を生成する２元冷凍装置
では、超低温運転を行うほど、圧縮機の圧縮比が大きく
なり、その吐出ガス温度が高くなる傾向がある。例え
ば、２元冷凍装置の低温側冷凍サイクルに低温側冷媒と
してＲ１３を使用し、庫内を−８５℃程度に冷却しよう
とすれば、同冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力は、略真
空に近い−0.5 kg／cm2 Ｇ程度にもなり、その結果、圧
縮比が大きくなり、圧縮機吐出ガス温度が、１００℃以
上に上昇する。
では、超低温運転を行うほど、圧縮機の圧縮比が大きく
なり、その吐出ガス温度が高くなる傾向がある。例え
ば、２元冷凍装置の低温側冷凍サイクルに低温側冷媒と
してＲ１３を使用し、庫内を−８５℃程度に冷却しよう
とすれば、同冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力は、略真
空に近い−0.5 kg／cm2 Ｇ程度にもなり、その結果、圧
縮比が大きくなり、圧縮機吐出ガス温度が、１００℃以
上に上昇する。
【０００４】なお、この圧縮比と圧縮機吐出ガス温度と
の関係は、図４のグラフによって、明確に示される。同
グラフは、高圧側圧力を１５kg／cm2 Ｇの一定値とし、
この高圧側圧力もとでの低圧側圧力と吐出ガス温度との
関係を示したもので、低圧側が低下すると、それにつれ
て吐出ガス温度が上昇し、その上昇割合が、低圧側が低
下するほど、急激なものとなっている。このことは、高
圧側対低圧側の比で表される圧縮比が高騰すると、それ
に従い、吐出ガス温度が急上昇することを示している。
の関係は、図４のグラフによって、明確に示される。同
グラフは、高圧側圧力を１５kg／cm2 Ｇの一定値とし、
この高圧側圧力もとでの低圧側圧力と吐出ガス温度との
関係を示したもので、低圧側が低下すると、それにつれ
て吐出ガス温度が上昇し、その上昇割合が、低圧側が低
下するほど、急激なものとなっている。このことは、高
圧側対低圧側の比で表される圧縮比が高騰すると、それ
に従い、吐出ガス温度が急上昇することを示している。
【０００５】ところで、一般に、圧縮機の吐出ガス温度
は、前記１００℃までが限度とされ、それ以上の温度
は、圧縮機故障の原因になりやすい。従って、この種の
２元冷凍装置において、故障のない運転を行おうとすれ
ば、圧縮比を低減させ、圧縮機吐出ガス温度を下げるこ
とが、まず第１に望まれるところであるが、２元冷凍装
置において、そうした対策は、これまで、特になされて
いなかった。なお、２元冷凍装置と同様の超低温を得る
装置として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置の場合は、
混合冷媒を気液分離器によって気液に分離し、液冷媒の
方を圧縮機冷却用として用いることを可能としたもの
が、特開昭６４−６３７５５号公報に提案されている。
しかし２元冷凍装置の場合は、配管構成が全く異なるた
め、こうした手段を利用することも不可能であった。
は、前記１００℃までが限度とされ、それ以上の温度
は、圧縮機故障の原因になりやすい。従って、この種の
２元冷凍装置において、故障のない運転を行おうとすれ
ば、圧縮比を低減させ、圧縮機吐出ガス温度を下げるこ
とが、まず第１に望まれるところであるが、２元冷凍装
置において、そうした対策は、これまで、特になされて
いなかった。なお、２元冷凍装置と同様の超低温を得る
装置として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置の場合は、
混合冷媒を気液分離器によって気液に分離し、液冷媒の
方を圧縮機冷却用として用いることを可能としたもの
が、特開昭６４−６３７５５号公報に提案されている。
しかし２元冷凍装置の場合は、配管構成が全く異なるた
め、こうした手段を利用することも不可能であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる実状
に対処して、２元冷凍装置において、その低温側冷凍サ
イクルの圧縮機における、吐出ガス温度上昇等に伴う故
障を未然に防止することを課題として、そのための方法
及び装置を提供することを目的とするものである。
に対処して、２元冷凍装置において、その低温側冷凍サ
イクルの圧縮機における、吐出ガス温度上昇等に伴う故
障を未然に防止することを課題として、そのための方法
及び装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明は、まず２元冷凍装置の運転方法として、低温
側冷媒系統内に低温側冷媒よりも飽和圧力が高く、沸点
の低い冷媒を添加混合し、低温側冷凍サイクル（２）の
凝縮器出口において両冷媒を分離して、低温側冷媒を蒸
発器（１１）側に通す一方、添加した冷媒を減圧して、
圧縮機（７）に戻すことを特徴とするものである。請求
項２記載した発明は、その場合の冷媒の組合せを、低温
側冷媒として最も普通に用いられるＲ１３またはＲ２３
について示したもので、低温側冷媒であるＲ１３または
Ｒ２３に対してその略５〜１０％に相当する量のＲ１４
を添加することを特徴としている。さらに請求項３記載
の発明は、上記方法を実施可能な装置を示しており、高
温側冷媒を封入した高温側冷凍サイクル（１）と、低温
側冷媒を封入した低温側冷凍サイクル（２）とを、カス
ケードコンデンサ（３）により熱的に結合し、低温側冷
凍サイクル（２）を、圧縮機（７）、カスケードコンデ
ンサ（３）、膨張弁（１０）及び蒸発器（１１）により
構成してなる２元冷凍装置において、前記低温側冷凍サ
イクル（２）の冷媒として、前記低温側冷媒に、該冷媒
に比し飽和圧力が高く沸点の低い冷媒を所定量添加混合
した冷媒を用いると共に、低温側冷凍サイクル（２）の
前記カスケードコンデンサ（３）と膨張弁（１０）の間
に気液分離器（８）を介設し、該気液分離器（８）の液
側出口（９）を、前記膨張弁（１０）に接続する一方、
気液分離器（８）のガス側出口（１２）を減圧装置（１
３）を介して、前記圧縮機（７）の吸入側に接続して２
元冷凍装置を構成することが特徴である。
る本発明は、まず２元冷凍装置の運転方法として、低温
側冷媒系統内に低温側冷媒よりも飽和圧力が高く、沸点
の低い冷媒を添加混合し、低温側冷凍サイクル（２）の
凝縮器出口において両冷媒を分離して、低温側冷媒を蒸
発器（１１）側に通す一方、添加した冷媒を減圧して、
圧縮機（７）に戻すことを特徴とするものである。請求
項２記載した発明は、その場合の冷媒の組合せを、低温
側冷媒として最も普通に用いられるＲ１３またはＲ２３
について示したもので、低温側冷媒であるＲ１３または
Ｒ２３に対してその略５〜１０％に相当する量のＲ１４
を添加することを特徴としている。さらに請求項３記載
の発明は、上記方法を実施可能な装置を示しており、高
温側冷媒を封入した高温側冷凍サイクル（１）と、低温
側冷媒を封入した低温側冷凍サイクル（２）とを、カス
ケードコンデンサ（３）により熱的に結合し、低温側冷
凍サイクル（２）を、圧縮機（７）、カスケードコンデ
ンサ（３）、膨張弁（１０）及び蒸発器（１１）により
構成してなる２元冷凍装置において、前記低温側冷凍サ
イクル（２）の冷媒として、前記低温側冷媒に、該冷媒
に比し飽和圧力が高く沸点の低い冷媒を所定量添加混合
した冷媒を用いると共に、低温側冷凍サイクル（２）の
前記カスケードコンデンサ（３）と膨張弁（１０）の間
に気液分離器（８）を介設し、該気液分離器（８）の液
側出口（９）を、前記膨張弁（１０）に接続する一方、
気液分離器（８）のガス側出口（１２）を減圧装置（１
３）を介して、前記圧縮機（７）の吸入側に接続して２
元冷凍装置を構成することが特徴である。
【０００８】
【作用】本発明方法によれば、低温側冷凍サイクル
（２）内において、２つの冷媒は、凝縮器側で、一方は
液体に、他方は気体になって互いに分離された後、液体
である低温側冷媒が、そのまま蒸発器（１１）側へ向か
うため、従来同様、所望の低温が得られる。また他方、
飽和圧力の高い冷媒は、気体のままで所要圧に減圧され
て、圧縮機（７）に返されるため、圧縮機（７）の吸入
側及び吐出側は、共にこの飽和圧力の高い冷媒の存在に
よって圧力上昇する。そしてこの圧力上昇により、圧縮
機（７）の圧縮比が下がり、圧縮機（７）の吐出ガス温
度が低下して、圧縮機（７）の故障が未然に防止され
る。なお、請求項２に記載した発明の如く、Ｒ１３やＲ
２３に対してＲ１４を５〜１０％添加した場合である
と、前記圧力上昇は１kg／cm2 abs 以上になる。従っ
て、従来であれば低圧側圧力が−５℃kg／cm2 Ｇのもの
でも、上記冷媒添加によりその圧力が増え、確実に圧縮
比が下がり、圧縮機（７）吐出ガス温度が低下する。ま
た、請求項３記載の装置においては、上記運転方法中、
両冷媒の凝縮器側での分離が、カスケードコンデンサ
（３）及び気液分離器（８）によって行われることとな
る。即ち、カスケードコンデンサ（３）は、両冷媒を凝
縮するものの、このうち低温側冷媒だけを液化し、気液
分離器（８）がこの気液混合した冷媒を２方向に分離す
る。そして、低温側冷媒は膨張弁（１０）を経て蒸発器
（１１）に至り、従来同様、冷凍庫（１４）内等の冷却
に寄与する一方、添加した冷媒の方は、減圧装置（１
３）を介して圧縮機（７）吸入側に吸入され、前記した
如く、圧縮比並びに圧縮機（７）吐出ガス温度を低下さ
せることとなる。
（２）内において、２つの冷媒は、凝縮器側で、一方は
液体に、他方は気体になって互いに分離された後、液体
である低温側冷媒が、そのまま蒸発器（１１）側へ向か
うため、従来同様、所望の低温が得られる。また他方、
飽和圧力の高い冷媒は、気体のままで所要圧に減圧され
て、圧縮機（７）に返されるため、圧縮機（７）の吸入
側及び吐出側は、共にこの飽和圧力の高い冷媒の存在に
よって圧力上昇する。そしてこの圧力上昇により、圧縮
機（７）の圧縮比が下がり、圧縮機（７）の吐出ガス温
度が低下して、圧縮機（７）の故障が未然に防止され
る。なお、請求項２に記載した発明の如く、Ｒ１３やＲ
２３に対してＲ１４を５〜１０％添加した場合である
と、前記圧力上昇は１kg／cm2 abs 以上になる。従っ
て、従来であれば低圧側圧力が−５℃kg／cm2 Ｇのもの
でも、上記冷媒添加によりその圧力が増え、確実に圧縮
比が下がり、圧縮機（７）吐出ガス温度が低下する。ま
た、請求項３記載の装置においては、上記運転方法中、
両冷媒の凝縮器側での分離が、カスケードコンデンサ
（３）及び気液分離器（８）によって行われることとな
る。即ち、カスケードコンデンサ（３）は、両冷媒を凝
縮するものの、このうち低温側冷媒だけを液化し、気液
分離器（８）がこの気液混合した冷媒を２方向に分離す
る。そして、低温側冷媒は膨張弁（１０）を経て蒸発器
（１１）に至り、従来同様、冷凍庫（１４）内等の冷却
に寄与する一方、添加した冷媒の方は、減圧装置（１
３）を介して圧縮機（７）吸入側に吸入され、前記した
如く、圧縮比並びに圧縮機（７）吐出ガス温度を低下さ
せることとなる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづき説明
する。図１は、本発明に係る２元冷凍装置の配管構成分
であり、高温側冷凍サイクル（１）と低温側冷凍サイク
ル（２）とが、カスケードコンデンサ（３）を介して熱
交換可能に接続されている。高温側冷凍サイクル（１）
は、カスケードコンデンサ（３）の他に、高温側圧縮機
（４）、凝縮器（５）、膨張弁（６）が設けられ、これ
らが高温側冷媒である冷媒Ｒ２２を封入した冷媒配管に
より順次接続され、構成されている。
する。図１は、本発明に係る２元冷凍装置の配管構成分
であり、高温側冷凍サイクル（１）と低温側冷凍サイク
ル（２）とが、カスケードコンデンサ（３）を介して熱
交換可能に接続されている。高温側冷凍サイクル（１）
は、カスケードコンデンサ（３）の他に、高温側圧縮機
（４）、凝縮器（５）、膨張弁（６）が設けられ、これ
らが高温側冷媒である冷媒Ｒ２２を封入した冷媒配管に
より順次接続され、構成されている。
【００１０】一方、低温側冷凍サイクル（３）は、低温
側圧縮機（７）、前記カスケードコンデンサ（３）、気
液分離器（８）が順次配管により接続され、気液分離器
（８）からは配管が２系統に分かれて、一方は、気液分
離器（８）の液側出口（９）から、膨張弁（１０）、蒸
発器（１１）を経て、前記低温側圧縮機（７）の吸入側
へと続き、他方は、気液分離器（８）のガス側出口（１
２）から、減圧装置（１３）を介して、前記低温側圧縮
機（７）吸入側へと接続される構成となっている。な
お、蒸発器（１１）部分は、該蒸発器（１１）付設のフ
ァン（１５）と共に、冷凍庫（１４）内に配置されてい
る。そして、かかる低温側冷凍サイクル（２）の配管内
に通常の低温側冷媒であるＲ１３と、このＲ１３の略５
％に相当する量のＲ１４とが封入されている。なおこの
Ｒ１４は、Ｒ１３に対し、非共沸で、しかもＲ１４に比
し、飽和圧力の高い冷媒である。
側圧縮機（７）、前記カスケードコンデンサ（３）、気
液分離器（８）が順次配管により接続され、気液分離器
（８）からは配管が２系統に分かれて、一方は、気液分
離器（８）の液側出口（９）から、膨張弁（１０）、蒸
発器（１１）を経て、前記低温側圧縮機（７）の吸入側
へと続き、他方は、気液分離器（８）のガス側出口（１
２）から、減圧装置（１３）を介して、前記低温側圧縮
機（７）吸入側へと接続される構成となっている。な
お、蒸発器（１１）部分は、該蒸発器（１１）付設のフ
ァン（１５）と共に、冷凍庫（１４）内に配置されてい
る。そして、かかる低温側冷凍サイクル（２）の配管内
に通常の低温側冷媒であるＲ１３と、このＲ１３の略５
％に相当する量のＲ１４とが封入されている。なおこの
Ｒ１４は、Ｒ１３に対し、非共沸で、しかもＲ１４に比
し、飽和圧力の高い冷媒である。
【００１１】ここで、以上の２元冷凍装置を運転した場
合の作用について説明すると、両冷凍サイクル（１），
（２）の両圧縮機（４），（７）を駆動することによ
り、まず、高温側冷凍サイクル（１）においては、高温
側圧縮機（４）吐出のＲ２２が、凝縮器（５）で凝縮液
化され、膨張弁（６）を経てカスケードコンデンサ
（３）に流れ、該カスケードコンデンサ（３）により、
低温側冷凍サイクル（２）側の冷媒と熱交換して該冷媒
から熱を奪い、その後、高温側圧縮機（４）に戻る。
合の作用について説明すると、両冷凍サイクル（１），
（２）の両圧縮機（４），（７）を駆動することによ
り、まず、高温側冷凍サイクル（１）においては、高温
側圧縮機（４）吐出のＲ２２が、凝縮器（５）で凝縮液
化され、膨張弁（６）を経てカスケードコンデンサ
（３）に流れ、該カスケードコンデンサ（３）により、
低温側冷凍サイクル（２）側の冷媒と熱交換して該冷媒
から熱を奪い、その後、高温側圧縮機（４）に戻る。
【００１２】他方、低温側冷凍サイクル（２）において
は、Ｒ１３とＲ１４の混合冷媒が、低温側圧縮機（７）
から吐出され、カスケードコンデンサ（３）に至ると、
前記の如く高温側冷凍サイクル（１）の冷媒によって冷
却される。このときのカスケードコンデンサ（３）の凝
縮能力は、Ｒ１３とＲ１４との混合冷媒のうち、より飽
和圧力の低いＲ１３だけを液化する程度に設定されてお
り、カスケードコンデンサ（３）直後の冷媒は、液体の
Ｒ１３と気体のＲ１４との混ざり合ったものとなってい
る。そして、この気液混合した冷媒が、気液分離器
（８）によって分離されて、Ｒ１３の方は液側出口
（９）から膨張弁（１０）、蒸発器（１１）へと流れ、
蒸発器（１１）において、その蒸発潜熱により冷凍庫
（１４）内の冷却に寄与した後、低温側圧縮機（７）へ
戻る。またＲ１４の方は、気液分離器（８）のガス側出
口（１２）から出て、減圧装置（１３）を介して所定圧
に減圧された後、低温側圧縮機（７）に戻る前記Ｒ１３
に合流し、ともに圧縮機（７）に戻る。こうした循環の
結果、冷凍庫（１４）内は、所望の、例えば−８５℃程
度の超低温に冷却され、同時に、低温側冷凍サイクル
（２）の低圧側及び高圧側は、Ｒ１４の存在によって一
定の圧力上昇をみることができる。なお、低温側冷凍サ
イクル（２）については、上記配管構成の別な例とし
て、前記Ｒ１４だけが流れる気液分離器（８）のガス側
出口（１２）から圧縮機（７）吸入側に至る配管を、そ
の減圧装置（１３）以降で冷凍庫（１４）内に迂回する
構成としてもよい。これによって冷凍庫（１４）内をよ
り効率的に冷却することができる。
は、Ｒ１３とＲ１４の混合冷媒が、低温側圧縮機（７）
から吐出され、カスケードコンデンサ（３）に至ると、
前記の如く高温側冷凍サイクル（１）の冷媒によって冷
却される。このときのカスケードコンデンサ（３）の凝
縮能力は、Ｒ１３とＲ１４との混合冷媒のうち、より飽
和圧力の低いＲ１３だけを液化する程度に設定されてお
り、カスケードコンデンサ（３）直後の冷媒は、液体の
Ｒ１３と気体のＲ１４との混ざり合ったものとなってい
る。そして、この気液混合した冷媒が、気液分離器
（８）によって分離されて、Ｒ１３の方は液側出口
（９）から膨張弁（１０）、蒸発器（１１）へと流れ、
蒸発器（１１）において、その蒸発潜熱により冷凍庫
（１４）内の冷却に寄与した後、低温側圧縮機（７）へ
戻る。またＲ１４の方は、気液分離器（８）のガス側出
口（１２）から出て、減圧装置（１３）を介して所定圧
に減圧された後、低温側圧縮機（７）に戻る前記Ｒ１３
に合流し、ともに圧縮機（７）に戻る。こうした循環の
結果、冷凍庫（１４）内は、所望の、例えば−８５℃程
度の超低温に冷却され、同時に、低温側冷凍サイクル
（２）の低圧側及び高圧側は、Ｒ１４の存在によって一
定の圧力上昇をみることができる。なお、低温側冷凍サ
イクル（２）については、上記配管構成の別な例とし
て、前記Ｒ１４だけが流れる気液分離器（８）のガス側
出口（１２）から圧縮機（７）吸入側に至る配管を、そ
の減圧装置（１３）以降で冷凍庫（１４）内に迂回する
構成としてもよい。これによって冷凍庫（１４）内をよ
り効率的に冷却することができる。
【００１３】ところで、上記Ｒ１４を略５％添加したこ
とによる低温側冷凍サイクル（２）の圧力上昇値は、前
記装置の場合、１kg／cm2 Ｇとなる。この上昇値につい
ては、図２に示したＲ１３及びＲ１４の各モリエル線図
からも説明できる。例えば、いま、低温側冷凍サイクル
（２）中のＲ１３の冷媒量を２kgとすると、図２（イ）
に示すＲ１３のモリエル線図より、外気３０℃で装置停
止中は、この２kgのＲ１３が全て過熱ガスとして系内に
存在することがわかる。このときの停止圧力を１５kg／
cm2 abs とすれば、同図より、 比体積υ1 ＝0.014m3 ／kg である。従って系内の体積Ｖは、 Ｖ＝υ1 ×２＝0.014 ×２＝0.028m3 となる。
とによる低温側冷凍サイクル（２）の圧力上昇値は、前
記装置の場合、１kg／cm2 Ｇとなる。この上昇値につい
ては、図２に示したＲ１３及びＲ１４の各モリエル線図
からも説明できる。例えば、いま、低温側冷凍サイクル
（２）中のＲ１３の冷媒量を２kgとすると、図２（イ）
に示すＲ１３のモリエル線図より、外気３０℃で装置停
止中は、この２kgのＲ１３が全て過熱ガスとして系内に
存在することがわかる。このときの停止圧力を１５kg／
cm2 abs とすれば、同図より、 比体積υ1 ＝0.014m3 ／kg である。従って系内の体積Ｖは、 Ｖ＝υ1 ×２＝0.014 ×２＝0.028m3 となる。
【００１４】一方、前記Ｒ１３が２kgの場合、同一系内
に、前記した如くＲ１４を５％入れたとすると、Ｒ１４
の量は0.1 kgである。これを同一系内（体積＝0.028
m3 ）での比体積υ2 で表すと、 υ2 ＝Ｖ／0.1 ＝0.028 ／0.1 ＝ 0.28m3 ／kg となる。そこでυ2 ＝ 0.28 で、しかも外気３０℃のと
きのＲ１４の圧力を、図２（ロ）のＲ１４のモリエル線
図に求めると、１kg／cm2 abs が得られる。即ち、Ｒ１
３に対し、Ｒ１４を５％添加することによって、全体の
圧力は１kg／cm2 abs 上昇することが理解される。
に、前記した如くＲ１４を５％入れたとすると、Ｒ１４
の量は0.1 kgである。これを同一系内（体積＝0.028
m3 ）での比体積υ2 で表すと、 υ2 ＝Ｖ／0.1 ＝0.028 ／0.1 ＝ 0.28m3 ／kg となる。そこでυ2 ＝ 0.28 で、しかも外気３０℃のと
きのＲ１４の圧力を、図２（ロ）のＲ１４のモリエル線
図に求めると、１kg／cm2 abs が得られる。即ち、Ｒ１
３に対し、Ｒ１４を５％添加することによって、全体の
圧力は１kg／cm2 abs 上昇することが理解される。
【００１５】かくして、前記２元冷凍装置において、低
温側冷凍サイクル（２）の低圧側及び高圧側の圧力を共
に１kg／cm2 abs 上昇させることが、計算上も明らかと
なった。そこで次は、この圧力上昇が、圧縮機（７）吐
出ガス温度に与える影響について説明する。一般に、吐
出ガス温度と吸入ガス温度及び圧縮比（ＣＰ）との間に
は次の（数１）に示す関係式が成り立つ。
温側冷凍サイクル（２）の低圧側及び高圧側の圧力を共
に１kg／cm2 abs 上昇させることが、計算上も明らかと
なった。そこで次は、この圧力上昇が、圧縮機（７）吐
出ガス温度に与える影響について説明する。一般に、吐
出ガス温度と吸入ガス温度及び圧縮比（ＣＰ）との間に
は次の（数１）に示す関係式が成り立つ。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここに、ｎはポリトロープ指数であり、Ｒ
１３の場合は略1.2 である。いま、従来のＲ１３単体の
低温側冷凍サイクルの場合の低圧側の圧力を −0.5kg/cm2 Ｇ（＝0.5 kg／cm2 abs ）， 高圧側の圧力を １５kg／cm2 Ｇ（＝１６kg／cm2 abs ） とすると、圧縮比CPo は、CPo ＝１６／0.5 ＝３２であ
る。従って、Ｒ１３単体の場合の吐出ガス温度は、吸入
ガス温度を−４０℃とするとき、前記（数１）より、次
の（数２）が成立する。
１３の場合は略1.2 である。いま、従来のＲ１３単体の
低温側冷凍サイクルの場合の低圧側の圧力を −0.5kg/cm2 Ｇ（＝0.5 kg／cm2 abs ）， 高圧側の圧力を １５kg／cm2 Ｇ（＝１６kg／cm2 abs ） とすると、圧縮比CPo は、CPo ＝１６／0.5 ＝３２であ
る。従って、Ｒ１３単体の場合の吐出ガス温度は、吸入
ガス温度を−４０℃とするとき、前記（数１）より、次
の（数２）が成立する。
【００１８】
【数２】
【００１９】これに対して、Ｒ１４を５％添加した本発
明装置の場合は、前記したように、系全体で１kg／cm2
abs の圧力上昇を得るから、圧縮比CP1 は CP1 ＝1.6 ＋１／0.5 ＋１＝11.3 となる。そしてこの圧縮比を前記（数１）に代入する
と、吐出ガス温度は、（数３）に示す値となる。
明装置の場合は、前記したように、系全体で１kg／cm2
abs の圧力上昇を得るから、圧縮比CP1 は CP1 ＝1.6 ＋１／0.5 ＋１＝11.3 となる。そしてこの圧縮比を前記（数１）に代入する
と、吐出ガス温度は、（数３）に示す値となる。
【００２０】
【数３】
【００２１】即ち、前記１kg／cm2 abs の圧力上昇が、
圧縮比及び吐出ガス温度を従来に比して大幅に低下させ
ていることが理解できる。なお、以上の実施例では、低
温側冷媒Ｒ１３に、その５％のＲ１４を添加して、系全
体の圧力を１kg／cm2 abs 上昇させ、これによって、低
温側圧縮機（７）の圧縮比を低下させ、その吐出ガス温
度を１００℃以下に低下させたが、本発明において、Ｒ
１４のＲ１３に対する添加割合は、この５％に限定され
るものではない。
圧縮比及び吐出ガス温度を従来に比して大幅に低下させ
ていることが理解できる。なお、以上の実施例では、低
温側冷媒Ｒ１３に、その５％のＲ１４を添加して、系全
体の圧力を１kg／cm2 abs 上昇させ、これによって、低
温側圧縮機（７）の圧縮比を低下させ、その吐出ガス温
度を１００℃以下に低下させたが、本発明において、Ｒ
１４のＲ１３に対する添加割合は、この５％に限定され
るものではない。
【００２２】図３は、Ｒ１３に対するＲ１４の添加割合
と、各割合における吐出ガス温度との関係を示すグラフ
であるが、同グラフより明らかなように、吐出ガス温度
を１００℃以下とするためにはＲ１３に対して、Ｒ１４
を2.5 ％以上添加すればよい。また、添加割合の最大値
については、前記気液分離器（８）の液貯溜量によって
異なるものの、概ね１０％程度とされる。
と、各割合における吐出ガス温度との関係を示すグラフ
であるが、同グラフより明らかなように、吐出ガス温度
を１００℃以下とするためにはＲ１３に対して、Ｒ１４
を2.5 ％以上添加すればよい。また、添加割合の最大値
については、前記気液分離器（８）の液貯溜量によって
異なるものの、概ね１０％程度とされる。
【００２３】従って実際的には、この2.5 ％〜１０％の
範囲内でＲ１４を混合すれば、所期の目的が達成される
ことになるが、全体的効率を考えると、少なくとも前記
５％程度、即ち、全体的に１kg／cm2 abs 程度の圧力上
昇を得る混合割合が最も望ましい。また、他の実施例と
して、低温側冷媒Ｒ１３を、これと同様の沸点をもつＲ
２３に変更し、これにＲ１４を添加することも勿論可能
である。なお、その場合は、Ｒ２３のポリトロープ指数
が前記Ｒ１３のそれに比して大きいため、Ｒ１４の添加
割合は、最小でも５〜７％必要となる。さらにこの他、
低温側冷媒として、他の冷媒を使用する場合も、該低温
側冷媒に比して飽和圧力の高い冷媒を適宜選択して添加
することにより、上記効果を達成することができる。
範囲内でＲ１４を混合すれば、所期の目的が達成される
ことになるが、全体的効率を考えると、少なくとも前記
５％程度、即ち、全体的に１kg／cm2 abs 程度の圧力上
昇を得る混合割合が最も望ましい。また、他の実施例と
して、低温側冷媒Ｒ１３を、これと同様の沸点をもつＲ
２３に変更し、これにＲ１４を添加することも勿論可能
である。なお、その場合は、Ｒ２３のポリトロープ指数
が前記Ｒ１３のそれに比して大きいため、Ｒ１４の添加
割合は、最小でも５〜７％必要となる。さらにこの他、
低温側冷媒として、他の冷媒を使用する場合も、該低温
側冷媒に比して飽和圧力の高い冷媒を適宜選択して添加
することにより、上記効果を達成することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明方法は、２元
冷凍装置において、低温側冷媒系統内に飽和圧力が高く
沸点の低い冷媒を添加混合し、低温側冷凍サイクル
（２）の凝縮器出口において両冷媒を分離して、低温側
冷媒を蒸発器（１１）側に通す一方、添加した冷媒を減
圧して、圧縮機（７）に戻すことを特徴とする２元冷凍
装置の運転方法であるから、添加冷媒によって低温側冷
凍サイクル（２）の高圧側，低圧側双方の圧力を上昇さ
せることができ、これにより、圧縮機（７）の圧縮比な
らびに吐出ガス温度を低下させ、吐出ガス温度上昇に伴
う圧縮機（７）の故障を未然に防止することができる。
その場合、請求項２に記載した発明のように、低温側冷
媒をＲ１３又はＲ２３とし、これに添加する冷媒として
Ｒ１４を使用して、その添加割合を５〜１０％とする
と、上記効果を効率的かつ実際的に奏することができ
る。さらに請求項３に記載した発明は、低温側冷媒に、
これより飽和圧力が高く沸点の低い冷媒を所定量添加す
ると共に、低温側冷凍サイクル（２）のカスケードコン
デンサ（３）と膨張弁（１０）の間に気液分離器（８）
を介設し、該気液分離器（８）の液側出口（９）を、前
記膨張弁（１０）に接続する一方、気液分離器（８）の
ガス側出口（１２）を減圧装置（１３）を介して、前記
圧縮機（７）の吸入側に接続することにより構成した２
元冷凍装置であり、前記方法を実施するための装置であ
るから、前記同様、圧縮機（７）の高圧側、低圧側の圧
力を上昇させて、吐出ガス温度を低下させ、圧縮機
（７）の故障を防止して、円滑な２元冷凍運転を保証す
る。
冷凍装置において、低温側冷媒系統内に飽和圧力が高く
沸点の低い冷媒を添加混合し、低温側冷凍サイクル
（２）の凝縮器出口において両冷媒を分離して、低温側
冷媒を蒸発器（１１）側に通す一方、添加した冷媒を減
圧して、圧縮機（７）に戻すことを特徴とする２元冷凍
装置の運転方法であるから、添加冷媒によって低温側冷
凍サイクル（２）の高圧側，低圧側双方の圧力を上昇さ
せることができ、これにより、圧縮機（７）の圧縮比な
らびに吐出ガス温度を低下させ、吐出ガス温度上昇に伴
う圧縮機（７）の故障を未然に防止することができる。
その場合、請求項２に記載した発明のように、低温側冷
媒をＲ１３又はＲ２３とし、これに添加する冷媒として
Ｒ１４を使用して、その添加割合を５〜１０％とする
と、上記効果を効率的かつ実際的に奏することができ
る。さらに請求項３に記載した発明は、低温側冷媒に、
これより飽和圧力が高く沸点の低い冷媒を所定量添加す
ると共に、低温側冷凍サイクル（２）のカスケードコン
デンサ（３）と膨張弁（１０）の間に気液分離器（８）
を介設し、該気液分離器（８）の液側出口（９）を、前
記膨張弁（１０）に接続する一方、気液分離器（８）の
ガス側出口（１２）を減圧装置（１３）を介して、前記
圧縮機（７）の吸入側に接続することにより構成した２
元冷凍装置であり、前記方法を実施するための装置であ
るから、前記同様、圧縮機（７）の高圧側、低圧側の圧
力を上昇させて、吐出ガス温度を低下させ、圧縮機
（７）の故障を防止して、円滑な２元冷凍運転を保証す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明２元冷凍装置の配管構成図である。
【図２】本発明２元冷凍装置に使用される冷媒のモリエ
ル線図である。
ル線図である。
【図３】本発明２元冷凍装置におけるＲ１３に対するＲ
１４の添加割合と、各添加割合における吐出ガス温度と
の関係を示すグラフである。
１４の添加割合と、各添加割合における吐出ガス温度と
の関係を示すグラフである。
【図４】圧縮機吐出ガス温度と低圧側圧力との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
（１） 高圧側冷凍サイクル （２） 低圧側冷凍サイクル （３） カスケードコンデンサ （７） 低温側圧縮機 （８） 気液分離器 （９） 液側出口 （１０）膨張弁 （１１）蒸発器 （１２）ガス側出口 （１３）減圧装置
Claims (3)
- 【請求項１】 ２元冷凍装置において、低温側冷媒系統
内に低温側冷媒よりも飽和圧力が高く沸点の低い冷媒を
添加混合し、低温側冷凍サイクル（２）の凝縮器出口に
おいて、両冷媒を分離して、低温側冷媒を蒸発器（１
１）側に通す一方、添加した冷媒を減圧して、圧縮機
（７）に戻すことを特徴とする２元冷凍装置の運転方
法。 - 【請求項２】 低温側冷媒としてＲ１３またはＲ２３を
用い、該低温側冷媒に対して、その略５〜１０％に相当
する量のＲ１４を添加することを特徴とする請求項１記
載の２元冷凍装置の運転方法。 - 【請求項３】 高温側冷媒を封入した高温側冷凍サイク
ル（１）と、低温側冷媒を封入した低温側冷凍サイクル
（２）とを、カスケードコンデンサ（３）により熱的に
結合し、低温側冷凍サイクル（２）を、圧縮機（７）、
カスケードコンデンサ（３）、膨張弁（１０）及び蒸発
器（１１）により構成してなる２元冷凍装置において、
前記低温側冷凍サイクル（２）の冷媒として、前記低温
側冷媒に、該冷媒に比し飽和圧力の高い冷媒を所定量添
加混合した冷媒を用いると共に、低温側冷凍サイクル
（２）の前記カスケードコンデンサ（３）と膨張弁（１
０）の間に気液分離器（８）を介設し、該気液分離器
（８）の液側出口（９）を、前記膨張弁（１０）に接続
する一方、気液分離器（８）のガス側出口（１２）を減
圧装置（１３）を介して、前記圧縮機（７）の吸入側に
接続したことを特徴とする２元冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13584392A JP3248235B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | ２元冷凍装置の運転方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13584392A JP3248235B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | ２元冷凍装置の運転方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302763A true JPH05302763A (ja) | 1993-11-16 |
| JP3248235B2 JP3248235B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=15161064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13584392A Expired - Fee Related JP3248235B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | ２元冷凍装置の運転方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3248235B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996021830A1 (fr) * | 1995-01-13 | 1996-07-18 | Daikin Industries, Ltd. | Installation de refrigeration bidimensionnelle |
| KR100463027B1 (ko) * | 2003-02-20 | 2004-12-23 | 주식회사 케이티이엔지 | 이원 냉동 실험장치 |
| JP2006349279A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Toyo Eng Works Ltd | 多元冷凍装置 |
| JP2015200498A (ja) * | 2009-09-30 | 2015-11-12 | サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック・（アシュヴィル）・エルエルシー | 可変速圧縮機を有する冷却システム |
| CN110887266A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-17 | 黑龙江爱科德科技有限公司 | 超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法 |
| CN113932469A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-14 | 青岛澳柯玛生物医疗有限公司 | 一种低温控制系统及控制方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2563049C2 (ru) * | 2013-11-25 | 2015-09-20 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (ОАО "ЦНИИ "Курс") | Каскадная холодильная машина |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP13584392A patent/JP3248235B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996021830A1 (fr) * | 1995-01-13 | 1996-07-18 | Daikin Industries, Ltd. | Installation de refrigeration bidimensionnelle |
| US5740679A (en) * | 1995-01-13 | 1998-04-21 | Daikin Industries, Ltd. | Binary refrigerating apparatus |
| KR100463027B1 (ko) * | 2003-02-20 | 2004-12-23 | 주식회사 케이티이엔지 | 이원 냉동 실험장치 |
| JP2006349279A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Toyo Eng Works Ltd | 多元冷凍装置 |
| JP2015200498A (ja) * | 2009-09-30 | 2015-11-12 | サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック・（アシュヴィル）・エルエルシー | 可変速圧縮機を有する冷却システム |
| US9835360B2 (en) | 2009-09-30 | 2017-12-05 | Thermo Fisher Scientific (Asheville) Llc | Refrigeration system having a variable speed compressor |
| US10072876B2 (en) | 2009-09-30 | 2018-09-11 | Thermo Fisher Scientific (Asheville) Llc | Refrigeration system having a variable speed compressor |
| CN110887266A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-17 | 黑龙江爱科德科技有限公司 | 超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法 |
| CN113932469A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-14 | 青岛澳柯玛生物医疗有限公司 | 一种低温控制系统及控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3248235B2 (ja) | 2002-01-21 |
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