JPH06159831A

JPH06159831A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH06159831A
Application number: JP33508492A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kajikawa; 悟梶川; Masahiko Ikeda; 昌彦池田; Hiroshi Ariyoshi; 寛有吉; Masanobu Morinaga; 雅庸森永
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】バッファータンク内の下部に溜まった比重の
大きな冷媒だけでなく、上部に溜まった比重の小さな冷
媒をも効率的に圧縮機の吸込側に回収する。【構成】ガス冷媒を気液分離器３ａから熱交換器４ａ
に送る冷媒配管７ａとバッファータンク１０の下部と
を、安全弁１２を備えたバイパス管１１によって接続す
ると共にバッファータンク１０と圧縮機１の吸込側とを
戻し管１３によって接続する。前記戻し管１３は、バッ
ファータンク１０側が上部配管１３ａと下部配管１３ｂ
とに分岐されており、上部配管１３ａはバッファータン
ク１０の上部に、下部配管１３ｂはバッファータンク１
０の下部にそれぞれ接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、比重の異なる二種類
以上の混合冷媒を使用した冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸点の異なる二種類以上の冷媒を使用す
る混合冷媒方式の超低温冷凍装置では、装置の立ち上げ
時等において、低沸点成分の冷媒が十分に凝縮しないた
めに、吐出圧力が上昇して装置の耐圧を越える場合があ
る。

【０００３】このため、別途バッファータンクを設け、
このバッファータンクと吐出管とを、吐出管内の圧力が
設計耐圧より高くなったときに作動する安全弁を備えた
バイパス配管によって接続して、高圧の冷媒をバッファ
ータンク内に一時的に逃がすことにより、吐出圧力を下
げて運転できるようにしている。

【０００４】また、バッファータンク内に溜まった冷媒
は、冷凍機油や液冷媒が含まれているため、バッファー
タンクの下部と圧縮機の吸入管とを戻し管によって接続
してバッファータンク内の冷媒を回収するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、沸点の異な
る冷媒は、それぞれ比重が異なるため、前記バッファー
タンク内には、上部に比重の小さい冷媒が、下部に比重
の大きい冷媒が溜まる傾向にある。

【０００６】従って、前記戻し管がバッファータンクの
下部に接続されている状態では、バッファータンクの上
部に溜まった比重の小さい冷媒を完全に回収することが
困難であり、このため装置内の混合冷媒の成分比率が冷
媒封入当初に比べて変動し、冷却性能が低下するおそれ
がある。

【０００７】そこで、この発明の課題は、上記の不都合
を解消すべく、バッファータンク内の上部に溜まった比
重の小さい冷媒をも効率的に回収することのできる冷凍
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、沸点の異なる二種以上の冷媒から成る
混合冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された混合冷媒を冷
却液化する凝縮器と、液化された混合冷媒を液冷媒とガ
ス冷媒とに分離する気液分離器と、分離された液冷媒を
減圧する膨張手段と、減圧されて気液混合状態となった
低沸点成分の冷媒を蒸発させる冷却器（蒸発器）と、運
転開始時に生じる凝縮不十分な低沸点成分のガス冷媒に
起因した吐出圧力の異常上昇を防止するために、前記気
液分離器によって分離された低沸点成分のガス冷媒を逃
がすバッファータンクとを備え、このバッファータンク
内の低沸点成分のガス冷媒を戻し管によって前記圧縮機
の吸込側に回収するようにした冷凍装置において、前記
戻し管の管路が、前記バッファタンク内の上部及び下部
に通じるようにしたのである。

【０００９】具体的には、戻し管のバッファータンク側
を分岐させ、その一方をバッファータンクの下部に、他
方をバッファータンクの上部に接続すればよい。

【００１０】また、分岐した戻し管の一方をバッファー
タンクの下部に接続すると共に他方をバッファータンク
内に導入してバッファータンク内の上部まで立ち上げて
もよい。

【００１１】さらに、分岐していない戻し管を、バッフ
ァータンクの下部から導入して、バッファータンク内の
上部まで立ち上げ、そのバッファータンク内の戻し管の
管壁に上部から下部にわたって複数の流入口を設けるよ
うにしてもよい。

【００１２】上記具体的手段以外に、戻し菅を外菅とし
てバッファータンクの下部に接続すると共に、その接続
部においては外管の中に内菅を挿入し、その内菅の上端
開口をバッファータンク内の上部に臨ませることもでき
る。

【００１３】

【作用】以上のように構成された冷媒装置は、バッファ
ータンクの下部に溜まっている比重の大きい冷媒と上部
に溜まっている比重の小さい冷媒とが、バッファータン
ク内の上部及び下部に通じている戻し管の管路を通って
圧縮機の吸込側に回収される。

【００１４】

【実施例】以下、実施例について図面を参照して説明す
る。

【００１５】図１に示す冷凍装置は、沸点の異なる二種
類以上の冷媒から成る多成分混合冷媒を使用し、一台の
圧縮機によって−８０℃〜−１８０℃の超低温を得るこ
とができる一元冷凍方式を採用したものである。

【００１６】同図に示すように、この冷凍装置は、基本
的に圧縮機１，凝縮器２，複数の気液分離器３ａ，３
ｂ、複数の熱交換器４ａ，４ｂ，４ｃ、複数の膨張手段
５ａ，５ｂ，５ｃ及び冷却器（蒸発器）６から構成され
ており、これらが冷媒配管７でつながれて一連の冷凍サ
イクルを形成している。

【００１７】まず、圧縮機１によって圧縮され、吐出さ
れた高温，高圧の混合ガス冷媒は、凝縮器２で水または
空気によって冷却され、一部が凝縮して気液混相の冷媒
となって第１の気液分離器３ａに送られる。ここで、ガ
ス冷媒と液冷媒とに分離され、ガス冷媒は第１の熱交換
器４ａに送られる。

【００１８】一方、前記液冷媒は、第１の膨張手段（例
えば、キャピラリチューブ）５ａに送られ、減圧されて
気液混相の冷媒となって圧縮機１に戻る低圧冷媒ライン
に合流する。

【００１９】前記第１の熱交換器４ａに送られた高圧ガ
ス冷媒は、前記低圧冷媒ラインの戻り冷媒と熱交換し、
一部が凝縮して気液混相の冷媒となって第２の気液分離
器３ｂに入る。ここでも同様に、ガス冷媒と液冷媒とに
分離され、ガス冷媒は第２の熱交換器４ｂに送られて低
圧冷媒ラインの戻り冷媒と熱交換すると共に液冷媒は第
２の膨張手段５ｂによって減圧されて気液混相の冷媒と
なって前記低圧冷媒ラインに合流する。

【００２０】このように、熱交換器４ａ，４ｂによって
多成分混合冷媒が高沸点冷媒から順次凝縮されていき、
最後に第３の熱交換器４ｃによって凝縮された最も沸点
の低い液冷媒が、第３の膨張手段５ｃによって気液混相
となり、冷却器（蒸発器）６に送られる。

【００２１】冷却器６では、気液混相の冷媒が蒸発しな
がら、二次冷媒を冷却し、この二次冷媒によって被冷却
体Ａが冷却される。

【００２２】そして、冷却器６を出た低温，低圧のガス
冷媒は上述したように、順次熱交換器４ｃ，４ｂ，４ａ
を通って高沸点冷媒と熱交換するため、温度が上昇し、
最終的に常温の低圧ガスとなって圧縮機１に戻る。

【００２３】ところで、圧縮機１を運転し始めた時は、
混合ガス冷媒がほとんど凝縮していないため、冷媒の吐
出圧力が上昇し、冷凍装置の設計耐圧値を超えてしまう
場合がある。

【００２４】そこで、図１に示すように、バッファータ
ンク１０を設け、このバッファータンク１０と、前記気
液分離器３ａから熱交換器４ａに至る冷媒配管７ａとを
バイパス管１１によって接続すると共にこのバイパス管
１１には前記冷媒配管７ａ内の冷媒圧力が、冷凍装置の
設計耐圧を越えた場合に開く安全弁１２が設けられてい
る。

【００２５】従って、冷媒配管７ａ内の冷媒圧力が異常
に高くなった場合には、安全弁１２が開いて自動的にガ
ス冷媒がバッファータンク１０内に逃げるようになって
いる。

【００２６】また、バッファータンク１０内に溜まった
冷媒は、バッファータンク１０と前記低圧冷媒ラインと
を接続する戻し管１３によって圧縮機１の吸込側に回収
されるようになっている。

【００２７】前記戻し管１３は、図３に示すように、バ
ッファータンク１０側が上部配管１３ａと下部配管１３
ｂとに分岐しており、それぞれバッファータンク１０の
上部及び下部に接続されている。

【００２８】従って、バッファータンク１０内の下部に
溜まった比重の大きい冷媒は前記下部配管１３ｂを通じ
て、又バッファータンク１０内の上部に溜まった比重の
小さい冷媒は前記上部配管１３ａを通じて完全に回収さ
れる。

【００２９】前記戻し管１３は、図４に示すように、上
部配管１３ａをバッファータンク１０の下方からバッフ
ァータンク１０内に導入し、バッファータンク１０内の
上部まで立ち上げるようにしてもよい。

【００３０】また、図５に示すように、戻し管１３のバ
ッファータンク１０側を分岐させずに、バッファータン
ク１０の下方からバッファータンク１０内に導入して上
部まで立ち上げ、バッファータンク１０内の戻し管１３
の管壁に上部から下部にわたって等間隔に冷媒の流入口
１３ｃを形成しておくと、バッファータンク１０内の冷
媒を比重に関係なくくまなく回収することができる。

【００３１】さらに、図６に示すように、戻し菅１３
は、上部配管１３ａを内菅として下部配管１３ｂの中に
挿入し、内菅１３ａの上端開口をバッファータンク１０
内の上部に臨ませてもよい。

【００３２】なお、前記バイパス管１１は、第１の気液
分離器３ａからガス冷媒を第１の熱交換器４ａに送る冷
媒配管７ａに接続しているが、これに限定されるもので
はなく、前記冷媒配管７ａに通じるガス冷媒用の冷媒配
管ならどこに接続してもよい。

【００３３】また、この実施例は、上述したように、一
元冷凍方式を採用した冷凍装置の場合を示しているが、
図２に示すように、２台以上の圧縮機５１ａ，５１ｂを
用いた多元冷凍方式の冷凍装置についても同様に適用で
きる。

【００３４】但し、多元冷凍方式の場合には、同図に示
すように、圧縮機５１ａ，５１ｂの台数に合わせて各回
路ごとにバッファータンク６０ａ，６０ｂを設け、上記
一元冷凍方式と同様にバイパス管６１ａ，６１ｂ及び戻
し管６３ａ，６３ｂを接続する必要がある。なお、同図
中の５３ａ、５３ｂは気液分離器である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明の冷凍装置は戻
し管がバッファータンクの上部及び下部に通じているた
め、バッファータンク内の下部に溜まった比重の大きな
冷媒のみならず、バッファータンクの上部に溜まった比
重の小さな冷媒をも効率的に回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る一実施例を示す概略図である。

【図２】他の実施例を示す概略図である。

【図３】バッファータンク廻りの戻し管の接続状態を示
す図である。

【図４】同上の他の接続状態を示す図である。

【図５】同上のさらに他の接続状態を示す図である。

【図６】同上のさらに他の接続状態を示す図である。

【符号の説明】

１，５１ａ，５１ｂ圧縮機２凝縮器３ａ，３ｂ，５３ａ，５３ｂ気液分離器４ａ，４ｂ，４ｃ熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃ膨張手段６冷却器（蒸発器）７冷媒配管１０，６０ａ，６０ｂバッファータンク１１，６１ａ，６１ｂバイパス管１２安全弁１３，６３ａ，６３ｂ戻し管１３ａ上部配管１３ｂ下部配管

フロントページの続き (72)発明者森永雅庸兵庫県西宮市田近野町６番107号新明和工業株式会社開発技術本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】沸点の異なる二種以上の冷媒から成る混
合冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された混合冷媒を冷却
液化する凝縮器と、液化された混合冷媒を液冷媒とガス
冷媒とに分離する気液分離器と、分離された液冷媒を減
圧する膨張手段と、減圧されて気液混合状態となった低
沸点成分の冷媒を蒸発させる冷却器（蒸発器）と、運転
開始時に生じる凝縮不十分な低沸点成分のガス冷媒に起
因した吐出圧力の異常上昇を防止するために、前記気液
分離器によって分離された低沸点成分のガス冷媒を逃が
すバッファータンクとを備え、このバッファータンク内
の低沸点成分のガス冷媒を戻し管によって前記圧縮機の
吸込側に回収するようにした冷凍装置において、前記戻し管の管路が、前記バッファータンク内の上部及
び下部に通じていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】前記戻し管が、前記バッファータンク側
で分岐しており、その一方がバッファータンクの下部
に、他方がバッファータンクの上部にそれぞれ接続され
ている請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】前記戻し管が、前記バッファータンク側
で分岐しており、その一方がバッファータンクの下部に
接続され、他方がバッファータンク内に導入されてバッ
ファータンク内の上部まで立ち上がっている請求項１記
載の冷凍装置。
【請求項４】前記戻し管が、前記バッファータンクの
下部から導入されてバッファータンク内の上部まで立ち
上がっており、そのバッファータンク内の戻し管の管壁
に上部から下部にわたって複数の流入口が設けられてい
る請求項１記載の冷凍装置。
【請求項５】前記戻し菅は、外菅として前記バッファ
ータンクの下部に接続されると共に、その接続部におい
ては、前記外菅の中に内菅が挿入され、その内菅の上端
開口を前記バッファータンク内の上部に臨ませた請求項
１記載の冷凍装置。