JPH06201204A - 非共沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置 - Google Patents
非共沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置Info
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- JPH06201204A JPH06201204A JP68193A JP68193A JPH06201204A JP H06201204 A JPH06201204 A JP H06201204A JP 68193 A JP68193 A JP 68193A JP 68193 A JP68193 A JP 68193A JP H06201204 A JPH06201204 A JP H06201204A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非共沸混合冷媒を用い、成績係数の低下を抑
制する状態で所望の低温を得ることができる非共沸混合
冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置を提供する。 【構成】 圧縮機１′、カスケードコンデンサ２′、気
液分離器３′、カスケードコンデンサ４′、膨張機構
５′及び蒸発器７′がこの順序で順次配管接続され、分
離器３′についてはそのガス溜め部３１′がコンデンサ
４′に接続されている主回路Ａ′と、分離器３′の液溜
め部３２′と圧縮機１′とを接続する圧縮機冷却用イン
ジェクション回路Ｂ′と、これら回路に封入された目的
とする低温を得るための低沸点冷媒及びこれより高沸点
の冷媒からなる非共沸混合冷媒とを含んでおり、コンデ
ンサ２′は混合冷媒中の主として高沸点冷媒を液化させ
るものであり、コンデンサ４′は分離器３′により分離
されたガス冷媒を凝縮させるものである非共沸混合冷媒
使用の二段凝縮式冷凍装置。
制する状態で所望の低温を得ることができる非共沸混合
冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置を提供する。 【構成】 圧縮機１′、カスケードコンデンサ２′、気
液分離器３′、カスケードコンデンサ４′、膨張機構
５′及び蒸発器７′がこの順序で順次配管接続され、分
離器３′についてはそのガス溜め部３１′がコンデンサ
４′に接続されている主回路Ａ′と、分離器３′の液溜
め部３２′と圧縮機１′とを接続する圧縮機冷却用イン
ジェクション回路Ｂ′と、これら回路に封入された目的
とする低温を得るための低沸点冷媒及びこれより高沸点
の冷媒からなる非共沸混合冷媒とを含んでおり、コンデ
ンサ２′は混合冷媒中の主として高沸点冷媒を液化させ
るものであり、コンデンサ４′は分離器３′により分離
されたガス冷媒を凝縮させるものである非共沸混合冷媒
使用の二段凝縮式冷凍装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非共沸混合冷媒を使用す
る冷凍装置に関する。
る冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷凍回路は一般に、図４に示すように、
冷媒を圧縮機１０１で圧縮して吐出し、凝縮器１０２に
て凝縮し、次いで膨張機構１０３を経て蒸発器１０４へ
導き、ここで熱交換したのち再び圧縮機１０１の吸入側
へ戻すように循環させる。この場合、冷媒を圧縮機で断
熱圧縮したとき、圧縮機吐出部の冷媒温度が上昇する
が、高温になりすぎると冷媒の劣化、圧縮機オイルの劣
化等を引き起こす。
冷媒を圧縮機１０１で圧縮して吐出し、凝縮器１０２に
て凝縮し、次いで膨張機構１０３を経て蒸発器１０４へ
導き、ここで熱交換したのち再び圧縮機１０１の吸入側
へ戻すように循環させる。この場合、冷媒を圧縮機で断
熱圧縮したとき、圧縮機吐出部の冷媒温度が上昇する
が、高温になりすぎると冷媒の劣化、圧縮機オイルの劣
化等を引き起こす。
【０００３】それ故、図４に二点鎖線で示すように、凝
縮器１０２の出口側で主回路に受液器１０５を設け、こ
の受液器に溜まった凝縮液冷媒の一部を主回路の膨張機
構１０３とは別の膨張機構１０６を含むインジェクショ
ン回路１０７を介して圧縮機１０１へ戻すことにより該
圧縮機を冷却することも広く行われている。前記インジ
ェクション回路は、圧縮機の中間インジェクション口に
接続されて圧縮機にて圧縮途中の冷媒中へ冷却用冷媒を
戻す中間インジェクション回路と、圧縮機の吸入口に接
続されてここへ冷却用冷媒を戻すサクションインジェク
ション回路とがある。
縮器１０２の出口側で主回路に受液器１０５を設け、こ
の受液器に溜まった凝縮液冷媒の一部を主回路の膨張機
構１０３とは別の膨張機構１０６を含むインジェクショ
ン回路１０７を介して圧縮機１０１へ戻すことにより該
圧縮機を冷却することも広く行われている。前記インジ
ェクション回路は、圧縮機の中間インジェクション口に
接続されて圧縮機にて圧縮途中の冷媒中へ冷却用冷媒を
戻す中間インジェクション回路と、圧縮機の吸入口に接
続されてここへ冷却用冷媒を戻すサクションインジェク
ション回路とがある。
【０００４】一方、相当の低温を得るための冷凍回路と
して例えば図５に示すような二元冷凍回路も広く利用さ
れている。この二元冷凍回路では、比較的高沸点の冷媒
を用いる高温側冷凍回路Ｈ′と比較的低沸点の冷媒を用
いる低温側冷凍回路Ｌ′がカスケードコンデンサ２０
０′にて組み合わされ、高温側回路Ｈ′では、冷媒が高
温側圧縮機２０１′で圧縮され、高温側凝縮器２０２′
で凝縮されたのち高温側膨張機構２０３′を介してカス
ケードコンデンサ２００′に導かれ、再び高温側圧縮機
２０１′へ戻るように循環する一方、低温側回路Ｌ′で
は、冷媒が低温側圧縮機２０４′で圧縮されたのちカス
ケードコンデンサ２００′に流入し、ここで該コンデン
サ内の高温側冷媒と熱交換して凝縮され、その後、低温
側膨張機構２０５′を経て蒸発器２０６′に流入し、こ
こで該蒸発器を囲む空間Ｓの雰囲気等と熱交換してそれ
を冷却し、再び低温側圧縮機２０４′へ戻るように循環
する。この二元冷凍回路においても低温側冷凍回路等で
前述のインジェクション回路が採用されることがある。
図５にはカスケードコンデンサ２００′から出た冷媒の
一部を圧縮機２０４′へ流してこれを冷却するインジェ
クション回路２０７′を二点鎖線で示してある。
して例えば図５に示すような二元冷凍回路も広く利用さ
れている。この二元冷凍回路では、比較的高沸点の冷媒
を用いる高温側冷凍回路Ｈ′と比較的低沸点の冷媒を用
いる低温側冷凍回路Ｌ′がカスケードコンデンサ２０
０′にて組み合わされ、高温側回路Ｈ′では、冷媒が高
温側圧縮機２０１′で圧縮され、高温側凝縮器２０２′
で凝縮されたのち高温側膨張機構２０３′を介してカス
ケードコンデンサ２００′に導かれ、再び高温側圧縮機
２０１′へ戻るように循環する一方、低温側回路Ｌ′で
は、冷媒が低温側圧縮機２０４′で圧縮されたのちカス
ケードコンデンサ２００′に流入し、ここで該コンデン
サ内の高温側冷媒と熱交換して凝縮され、その後、低温
側膨張機構２０５′を経て蒸発器２０６′に流入し、こ
こで該蒸発器を囲む空間Ｓの雰囲気等と熱交換してそれ
を冷却し、再び低温側圧縮機２０４′へ戻るように循環
する。この二元冷凍回路においても低温側冷凍回路等で
前述のインジェクション回路が採用されることがある。
図５にはカスケードコンデンサ２００′から出た冷媒の
一部を圧縮機２０４′へ流してこれを冷却するインジェ
クション回路２０７′を二点鎖線で示してある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】いずれにしても、蒸発
器において例えば−５０℃とか−８５℃程度の相当低い
蒸発温度を求めようとするときは低沸点冷媒を使用しな
ければならないが、次のような問題がある。すなわち、
低沸点冷媒だけを用いると、その蒸気圧が高すぎ、圧縮
機の負担が大きくなり、成績係数が低下する等のため実
際には使い難い。特に冷凍装置停止後、再起動すると
き、低沸点冷媒は蒸発し、ガスとなっていることが普通
であるから、再起動時に圧縮機に大きな負担が掛かる。
器において例えば−５０℃とか−８５℃程度の相当低い
蒸発温度を求めようとするときは低沸点冷媒を使用しな
ければならないが、次のような問題がある。すなわち、
低沸点冷媒だけを用いると、その蒸気圧が高すぎ、圧縮
機の負担が大きくなり、成績係数が低下する等のため実
際には使い難い。特に冷凍装置停止後、再起動すると
き、低沸点冷媒は蒸発し、ガスとなっていることが普通
であるから、再起動時に圧縮機に大きな負担が掛かる。
【０００６】この再起動時の圧縮機負担は、例えば圧縮
機吐出側と吸入側を結ぶリリーフ回路を設けてあるとき
は、そのリリーフタンクにガス冷媒を溜めることで少し
は緩和されるが、これだけに頼るとリリーフタンクの容
量を非常に大きいものにしなければならず、従って回路
に充填する冷媒量を少なくせざるを得ない。そうする
と、凝縮器を出た冷媒が気液混じりとなり、インジェク
ション回路へ流れる冷媒量が低下し、圧縮機冷却を確実
に行えなくなる。
機吐出側と吸入側を結ぶリリーフ回路を設けてあるとき
は、そのリリーフタンクにガス冷媒を溜めることで少し
は緩和されるが、これだけに頼るとリリーフタンクの容
量を非常に大きいものにしなければならず、従って回路
に充填する冷媒量を少なくせざるを得ない。そうする
と、凝縮器を出た冷媒が気液混じりとなり、インジェク
ション回路へ流れる冷媒量が低下し、圧縮機冷却を確実
に行えなくなる。
【０００７】また、低温を得るため、これまで冷媒とし
てフロンＲ５０３等の低沸点冷媒が採用されてきた。し
かし、相当低温の蒸発温度を得るためにこれまで使用さ
れてきたフロンＲ５０３等の冷媒は、地球オンゾ層破壊
の原因となる成分を含んでいることから今後は使用でき
ない。このため今日、従来冷媒に対する安全な代替冷媒
が求められている事情がある。
てフロンＲ５０３等の低沸点冷媒が採用されてきた。し
かし、相当低温の蒸発温度を得るためにこれまで使用さ
れてきたフロンＲ５０３等の冷媒は、地球オンゾ層破壊
の原因となる成分を含んでいることから今後は使用でき
ない。このため今日、従来冷媒に対する安全な代替冷媒
が求められている事情がある。
【０００８】このような代替冷媒として、一つには、エ
タンのようなオゾン層破壊の恐れのない低沸点冷媒を単
体で用いることが考えられるが、エタンは可燃性がある
ため実際には使い難い。また、エタンの物性より圧縮機
所要動力が大きくなり、冷凍装置の成績係数が低下する
という問題がある。そこで本発明は、非共沸混合冷媒を
用い、成績係数の低下を抑制する状態で所望の低温を得
ることができる非共沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装
置を提供することを課題とする。
タンのようなオゾン層破壊の恐れのない低沸点冷媒を単
体で用いることが考えられるが、エタンは可燃性がある
ため実際には使い難い。また、エタンの物性より圧縮機
所要動力が大きくなり、冷凍装置の成績係数が低下する
という問題がある。そこで本発明は、非共沸混合冷媒を
用い、成績係数の低下を抑制する状態で所望の低温を得
ることができる非共沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装
置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題解決
に向け研究を重ねた結果、圧縮機の負担を軽減するため
には目的とする低温を得るための低沸点冷媒とそれより
高沸点の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用いればよい
こと、さらに、該混合冷媒から先に主として高沸点冷媒
を凝縮液化させ、この液冷媒を分離して蒸発器での冷却
以外に利用する一方、ガス冷媒についてはこれを凝縮、
膨張させて蒸発器へ導けば所望の低温が得られることに
着目した。
に向け研究を重ねた結果、圧縮機の負担を軽減するため
には目的とする低温を得るための低沸点冷媒とそれより
高沸点の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用いればよい
こと、さらに、該混合冷媒から先に主として高沸点冷媒
を凝縮液化させ、この液冷媒を分離して蒸発器での冷却
以外に利用する一方、ガス冷媒についてはこれを凝縮、
膨張させて蒸発器へ導けば所望の低温が得られることに
着目した。
【００１０】本発明冷凍装置はかかる着目に基づくもの
で次のとおりである。すなわち、圧縮機、凝縮器及び蒸
発器を含む非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置におい
て、前記凝縮器を前後２段に分け、その中間に気液分離
器を設け、該気液分離器の液溜め部を前記圧縮機に接続
する圧縮機冷却用インジェクション回路を設け、前記気
液分離器のガス溜め部を前記後段の凝縮器に接続する回
路を設け、該後段の凝縮器は別の独立の冷凍回路に含ま
れるカスケードコンデンサとしたことを特徴とする非共
沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置である。
で次のとおりである。すなわち、圧縮機、凝縮器及び蒸
発器を含む非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置におい
て、前記凝縮器を前後２段に分け、その中間に気液分離
器を設け、該気液分離器の液溜め部を前記圧縮機に接続
する圧縮機冷却用インジェクション回路を設け、前記気
液分離器のガス溜め部を前記後段の凝縮器に接続する回
路を設け、該後段の凝縮器は別の独立の冷凍回路に含ま
れるカスケードコンデンサとしたことを特徴とする非共
沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置である。
【００１１】前記前段の凝縮器は主として高沸点冷媒を
液化させるものであるが、ここで「主として高沸点冷
媒」とは使用する混合冷媒に応じ、高沸点冷媒だけの場
合と、高沸点冷媒及び僅かの低沸点冷媒の場合とが考え
られる。前記圧縮機冷却用のインジェクション回路は、
中間インジェクション回路、サクションインジェクショ
ン回路のいずれでもよい。
液化させるものであるが、ここで「主として高沸点冷
媒」とは使用する混合冷媒に応じ、高沸点冷媒だけの場
合と、高沸点冷媒及び僅かの低沸点冷媒の場合とが考え
られる。前記圧縮機冷却用のインジェクション回路は、
中間インジェクション回路、サクションインジェクショ
ン回路のいずれでもよい。
【００１２】前記冷凍装置においては、使用する混合冷
媒に応じ、前記後段の凝縮器を、前記別の冷凍回路に組
み込まれて、前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を
凝縮させる冷媒を供給されるカスケードコンデンサとす
るとともに、前記前段の凝縮器を前記別の冷凍回路に組
み込まれて、前記カスケードコンデンサから出た冷媒が
供給されるカスケードコンデンサとすることが考えられ
る。
媒に応じ、前記後段の凝縮器を、前記別の冷凍回路に組
み込まれて、前記気液分離器にて分離されたガス冷媒を
凝縮させる冷媒を供給されるカスケードコンデンサとす
るとともに、前記前段の凝縮器を前記別の冷凍回路に組
み込まれて、前記カスケードコンデンサから出た冷媒が
供給されるカスケードコンデンサとすることが考えられ
る。
【００１３】また、他の例として、前記後段の凝縮器
を、前記別の冷凍回路に組み込まれて、前記気液分離器
で分離されたガス冷媒を凝縮させる冷媒を供給されるカ
スケードコンデンサとし、前記前段の凝縮器を空冷凝縮
器とすることも考えられる。前記混合冷媒中の高沸点冷
媒については、圧縮機オイルが溶けるものを採用して油
分離器を省略するようにしてもよい。
を、前記別の冷凍回路に組み込まれて、前記気液分離器
で分離されたガス冷媒を凝縮させる冷媒を供給されるカ
スケードコンデンサとし、前記前段の凝縮器を空冷凝縮
器とすることも考えられる。前記混合冷媒中の高沸点冷
媒については、圧縮機オイルが溶けるものを採用して油
分離器を省略するようにしてもよい。
【００１４】なお、本明細書において非共沸混合冷媒と
は、混合冷媒を構成する各単体冷媒の割合をどのように
選択しても共沸点を得られない本来の意味での非共沸混
合冷媒のほか、共沸混合冷媒を構成し得るものでも共沸
点が得られる以外の比率で各冷媒を混合したものも含む
概念である。
は、混合冷媒を構成する各単体冷媒の割合をどのように
選択しても共沸点を得られない本来の意味での非共沸混
合冷媒のほか、共沸混合冷媒を構成し得るものでも共沸
点が得られる以外の比率で各冷媒を混合したものも含む
概念である。
【００１５】
【作用】本発明冷凍装置によると、目的とする低温を得
るための低沸点冷媒とそれより高沸点の冷媒とが混合さ
れた非共沸混合冷媒が、圧縮機において圧縮され、前段
の凝縮器において主として高沸点冷媒が凝縮液化され、
次いで気液分離器にて気液分離される。
るための低沸点冷媒とそれより高沸点の冷媒とが混合さ
れた非共沸混合冷媒が、圧縮機において圧縮され、前段
の凝縮器において主として高沸点冷媒が凝縮液化され、
次いで気液分離器にて気液分離される。
【００１６】分離された液冷媒は圧縮機冷却用インジェ
クション回路に導かれて圧縮機冷却に供されたのち主回
路に戻される。分離されたガス冷媒は後段の凝縮器に流
れてここで凝縮し、膨張機構を経て蒸発器に入り、ここ
で所望の低温を得るための熱交換を行ったのち圧縮機へ
戻る。
クション回路に導かれて圧縮機冷却に供されたのち主回
路に戻される。分離されたガス冷媒は後段の凝縮器に流
れてここで凝縮し、膨張機構を経て蒸発器に入り、ここ
で所望の低温を得るための熱交換を行ったのち圧縮機へ
戻る。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の１実施例を含む二元冷凍装置の回
路図である。この冷凍装置は低温側冷凍回路Ｘ′と高温
側冷凍回路Ｙ′を含む。低温側回路Ｘ′は本発明に係る
冷凍装置を構成するもので、圧縮機１′、前段の第１凝
縮器２′、気液分離器３′、後段の第２凝縮器４′、本
例では膨張弁からなる膨張機構５′及び蒸発器７′を順
次配管接続し、気液分離器３′についてはそのガス溜め
部３１′を第２凝縮器４′に接続してなる主回路Ａ′を
含んでいる。
する。図１は本発明の１実施例を含む二元冷凍装置の回
路図である。この冷凍装置は低温側冷凍回路Ｘ′と高温
側冷凍回路Ｙ′を含む。低温側回路Ｘ′は本発明に係る
冷凍装置を構成するもので、圧縮機１′、前段の第１凝
縮器２′、気液分離器３′、後段の第２凝縮器４′、本
例では膨張弁からなる膨張機構５′及び蒸発器７′を順
次配管接続し、気液分離器３′についてはそのガス溜め
部３１′を第２凝縮器４′に接続してなる主回路Ａ′を
含んでいる。
【００１８】第１凝縮器２′及び第２凝縮器４′は二元
冷凍回路のカスケードコンデンサとして用いられる。気
液分離器３′の液溜め部３２′は、圧縮機冷却用の中間
インジェクション回路Ｂ′を介して圧縮機１′の中間イ
ンジェクション口１１′に接続されている。インジェク
ション回路Ｂ′は本例では膨張弁からなる膨張機構６′
を含んでいる。
冷凍回路のカスケードコンデンサとして用いられる。気
液分離器３′の液溜め部３２′は、圧縮機冷却用の中間
インジェクション回路Ｂ′を介して圧縮機１′の中間イ
ンジェクション口１１′に接続されている。インジェク
ション回路Ｂ′は本例では膨張弁からなる膨張機構６′
を含んでいる。
【００１９】高温側回路Ｙ′は圧縮機８′、凝縮器
９′、本例では膨張弁からなる膨張機構１０′及び前記
カスケードコンデンサ４′、２′を順次配管接続したも
のである。凝縮器９′には冷却用ファンｆが臨んでい
る。蒸発器７′は、所定の仕切られた各種空間Ｓ、例え
ば、各種物品、材料等について、その耐熱性、耐寒性、
耐湿性等を試験するための恒温器、恒温恒湿器のような
環境試験機器の試験室等に所定の温度雰囲気、或いは所
定の温湿度雰囲気を得るために、単独で、又は温度調節
用ヒータと共に、さらには加湿器と共に採用される。
９′、本例では膨張弁からなる膨張機構１０′及び前記
カスケードコンデンサ４′、２′を順次配管接続したも
のである。凝縮器９′には冷却用ファンｆが臨んでい
る。蒸発器７′は、所定の仕切られた各種空間Ｓ、例え
ば、各種物品、材料等について、その耐熱性、耐寒性、
耐湿性等を試験するための恒温器、恒温恒湿器のような
環境試験機器の試験室等に所定の温度雰囲気、或いは所
定の温湿度雰囲気を得るために、単独で、又は温度調節
用ヒータと共に、さらには加湿器と共に採用される。
【００２０】以上説明した低温側回路Ｘ′には非共沸混
合冷媒が封入されており、該混合冷媒は、比較的高沸点
のＨＦＣ２３、ＦＣ１１６等の冷媒と比較的低沸点のエ
タン、ＦＣ１４等の冷媒を混合してなっており、従来使
用されていた冷媒（フロンＲ５０３等）のような地球オ
ゾン層を破壊する恐れのないものである。回路Ｙ′には
二元冷凍回路で使用する一般的な冷媒が封入されてい
る。
合冷媒が封入されており、該混合冷媒は、比較的高沸点
のＨＦＣ２３、ＦＣ１１６等の冷媒と比較的低沸点のエ
タン、ＦＣ１４等の冷媒を混合してなっており、従来使
用されていた冷媒（フロンＲ５０３等）のような地球オ
ゾン層を破壊する恐れのないものである。回路Ｙ′には
二元冷凍回路で使用する一般的な冷媒が封入されてい
る。
【００２１】以上説明した冷凍装置によると、先ず、非
共沸混合冷媒が、圧縮機１′において圧縮され、カスケ
ードコンデンサ２′において主として高沸点冷媒が凝縮
液化される。凝縮器２′を出た図中ａ点の気液混合冷媒
は、この混合冷媒の冷凍回路内での平衡状態図が例えば
図２のようなものであるとすると、高沸点、低沸点の冷
媒をそれぞれモル比率５０％ずつ含んでいる。この冷媒
は、気液分離器３′にて気液分離され、ここで高沸点冷
媒含有量の多い液冷媒と、低沸点冷媒含有量の多いガス
冷媒に分かれる。
共沸混合冷媒が、圧縮機１′において圧縮され、カスケ
ードコンデンサ２′において主として高沸点冷媒が凝縮
液化される。凝縮器２′を出た図中ａ点の気液混合冷媒
は、この混合冷媒の冷凍回路内での平衡状態図が例えば
図２のようなものであるとすると、高沸点、低沸点の冷
媒をそれぞれモル比率５０％ずつ含んでいる。この冷媒
は、気液分離器３′にて気液分離され、ここで高沸点冷
媒含有量の多い液冷媒と、低沸点冷媒含有量の多いガス
冷媒に分かれる。
【００２２】該液冷媒はインジェクション回路Ｂ′に流
され圧縮機１′の冷却に利用される。ガス冷媒はカスケ
ードコンデンサ４′に流れてここで凝縮し、膨張機構
５′を経て蒸発器７′に入り、ここで所望の低温を得る
ための熱交換を行ったのち圧縮機１′へ戻る。
され圧縮機１′の冷却に利用される。ガス冷媒はカスケ
ードコンデンサ４′に流れてここで凝縮し、膨張機構
５′を経て蒸発器７′に入り、ここで所望の低温を得る
ための熱交換を行ったのち圧縮機１′へ戻る。
【００２３】なお、高温側回路Ｙ′は通常の二元冷凍回
路におけると同様に低温側回路Ｘ′と並行して運転され
る。低温側回路Ｘ′において、気液分離器３′のガス溜
め部３１′を出た図中点ｂにおけるガス冷媒は、混合冷
媒の回路中での平衡状態が例えば図２に示すようなもの
のときは、低沸点冷媒のモル比率７０％、高沸点冷媒の
モル比率３０％の状態であり、分離器３′の液溜め部３
２′を出た図中点ｃにおける液冷媒のモル比率は高沸点
冷媒９０％、低沸点冷媒１０％の状態である。
路におけると同様に低温側回路Ｘ′と並行して運転され
る。低温側回路Ｘ′において、気液分離器３′のガス溜
め部３１′を出た図中点ｂにおけるガス冷媒は、混合冷
媒の回路中での平衡状態が例えば図２に示すようなもの
のときは、低沸点冷媒のモル比率７０％、高沸点冷媒の
モル比率３０％の状態であり、分離器３′の液溜め部３
２′を出た図中点ｃにおける液冷媒のモル比率は高沸点
冷媒９０％、低沸点冷媒１０％の状態である。
【００２４】カスケードコンデンサ４′を通過した冷媒
（図中点ｄの冷媒）は凝縮され、図２に示す点ｄの状態
となっている。以上説明した冷凍装置によると、低温側
回路Ｘ′で使用される混合冷媒は低沸点冷媒の混合割合
が少ないので圧縮機１′の負担が少ない。また、低沸点
冷媒の混合割合が少ないにも拘らず、蒸発器７′へは低
沸点冷媒を主とする混合冷媒が流れ、所望の蒸発温度、
蒸気圧が得られるので、所望の冷凍能力が得られる。
（図中点ｄの冷媒）は凝縮され、図２に示す点ｄの状態
となっている。以上説明した冷凍装置によると、低温側
回路Ｘ′で使用される混合冷媒は低沸点冷媒の混合割合
が少ないので圧縮機１′の負担が少ない。また、低沸点
冷媒の混合割合が少ないにも拘らず、蒸発器７′へは低
沸点冷媒を主とする混合冷媒が流れ、所望の蒸発温度、
蒸気圧が得られるので、所望の冷凍能力が得られる。
【００２５】以上のことより成績係数も良好である。以
上説明した本発明に係る低温側回路Ｘ′は、要するに、
非共沸混合冷媒の凝縮過程における液モル比率の違いを
利用して先ず高沸点の冷媒を主として分離し、これを蒸
発器での冷却以外のことに利用するようにし、蒸発器へ
は、該蒸発器で所望の低温を得ることができる蒸発温度
及び平衡蒸気圧が得られるように、主として低沸点冷媒
を導くようにし、混合冷媒中の低沸点冷媒の割合を圧縮
機負担を大幅に招かない程度として所望の低温を得られ
るものである。
上説明した本発明に係る低温側回路Ｘ′は、要するに、
非共沸混合冷媒の凝縮過程における液モル比率の違いを
利用して先ず高沸点の冷媒を主として分離し、これを蒸
発器での冷却以外のことに利用するようにし、蒸発器へ
は、該蒸発器で所望の低温を得ることができる蒸発温度
及び平衡蒸気圧が得られるように、主として低沸点冷媒
を導くようにし、混合冷媒中の低沸点冷媒の割合を圧縮
機負担を大幅に招かない程度として所望の低温を得られ
るものである。
【００２６】なお、以上説明した低温側及び高温側の回
路Ｘ′、Ｙ′には、必要に応じ、他の要素（例えば回路
Ｘ′について圧縮機オイルの分離回収手段）を接続して
もよい。次に本発明の他の実施例を図３を参照して説明
する。図３は本発明の他の実施例を含む二元冷凍装置の
回路図である。
路Ｘ′、Ｙ′には、必要に応じ、他の要素（例えば回路
Ｘ′について圧縮機オイルの分離回収手段）を接続して
もよい。次に本発明の他の実施例を図３を参照して説明
する。図３は本発明の他の実施例を含む二元冷凍装置の
回路図である。
【００２７】この冷凍装置は低温側冷凍回路Ｘと高温側
冷凍回路Ｙを含む。低温側回路Ｘは本発明に係る冷凍装
置を構成するもので、圧縮機１、前段の第１凝縮器２、
気液分離器３、後段の第２凝縮器４、本例では膨張弁か
らなる膨張機構５及び蒸発器７を順次配管接続し、気液
分離器３についてはそのガス溜め部３１を第２凝縮器４
に接続してなる主回路Ａを含んでいる。
冷凍回路Ｙを含む。低温側回路Ｘは本発明に係る冷凍装
置を構成するもので、圧縮機１、前段の第１凝縮器２、
気液分離器３、後段の第２凝縮器４、本例では膨張弁か
らなる膨張機構５及び蒸発器７を順次配管接続し、気液
分離器３についてはそのガス溜め部３１を第２凝縮器４
に接続してなる主回路Ａを含んでいる。
【００２８】第１凝縮器２には空冷用のファンＦが臨ん
でいる。第２凝縮器４は二元冷凍回路のカスケードコン
デンサとして用いられる。気液分離器３の液溜め部３２
は、圧縮機冷却用の中間インジェクション回路Ｂを介し
て圧縮機１の中間インジェクション口１１に接続されて
いる。インジェクション回路Ｂは本例では膨張弁からな
る膨張機構６を含んでいる。
でいる。第２凝縮器４は二元冷凍回路のカスケードコン
デンサとして用いられる。気液分離器３の液溜め部３２
は、圧縮機冷却用の中間インジェクション回路Ｂを介し
て圧縮機１の中間インジェクション口１１に接続されて
いる。インジェクション回路Ｂは本例では膨張弁からな
る膨張機構６を含んでいる。
【００２９】また、高圧回路部分と低圧回路部分とにリ
リーフ回路Ｃが接続されており、これに圧力調整弁１
２、リリーフタンク１３及び膨張機構１４が含まれてい
る。高温側回路Ｙは圧縮機８、凝縮器９、本例では膨張
弁からなる膨張機構１０及び前記カスケードコンデンサ
４を順次配管接続したものである。凝縮器９には冷却用
ファンｆが臨んでいる。
リーフ回路Ｃが接続されており、これに圧力調整弁１
２、リリーフタンク１３及び膨張機構１４が含まれてい
る。高温側回路Ｙは圧縮機８、凝縮器９、本例では膨張
弁からなる膨張機構１０及び前記カスケードコンデンサ
４を順次配管接続したものである。凝縮器９には冷却用
ファンｆが臨んでいる。
【００３０】なお、蒸発器７は、所定の仕切られた各種
空間Ｓ、例えば、各種物品、材料等について、その耐熱
性、耐寒性、耐湿性等を試験するための恒温器、恒温恒
湿器のような環境試験機器の試験室等に所定の温度雰囲
気、或いは所定の温湿度雰囲気を得るために、単独で、
又は温度調節用ヒータと共に、さらには加湿器と共に採
用される。
空間Ｓ、例えば、各種物品、材料等について、その耐熱
性、耐寒性、耐湿性等を試験するための恒温器、恒温恒
湿器のような環境試験機器の試験室等に所定の温度雰囲
気、或いは所定の温湿度雰囲気を得るために、単独で、
又は温度調節用ヒータと共に、さらには加湿器と共に採
用される。
【００３１】以上説明した低温側回路Ｘには非共沸混合
冷媒が封入されており、該混合冷媒は、目的とする低温
を得るための低沸点の冷媒（本例ではＨＦＣ２３）とそ
れより高沸点の冷媒（本例ではＲ５０）とからなってお
り、従来使用されていた冷媒（フロンＲ５０３等）のよ
うな地球オゾン層を破壊する恐れのないものである。ま
た、高沸点冷媒はこれに圧縮機オイルが溶けるものであ
る。
冷媒が封入されており、該混合冷媒は、目的とする低温
を得るための低沸点の冷媒（本例ではＨＦＣ２３）とそ
れより高沸点の冷媒（本例ではＲ５０）とからなってお
り、従来使用されていた冷媒（フロンＲ５０３等）のよ
うな地球オゾン層を破壊する恐れのないものである。ま
た、高沸点冷媒はこれに圧縮機オイルが溶けるものであ
る。
【００３２】回路Ｙには二元冷凍回路で使用する一般的
な冷媒が封入されている。以上説明した冷凍装置による
と、先ず、非共沸混合冷媒が、圧縮機１において圧縮さ
れ、第１凝縮器２において高沸点冷媒又はそれと僅かな
低沸点冷媒が凝縮液化される。凝縮器２を出た混合冷媒
は、気液分離器３にて気液分離され、ここで圧縮機１か
ら冷媒に混じって吐出された圧縮機オイルを含む高沸点
冷媒又は該高沸点冷媒と場合によっては僅かな低沸点冷
媒からなる液冷媒と、ガス冷媒とに離される。
な冷媒が封入されている。以上説明した冷凍装置による
と、先ず、非共沸混合冷媒が、圧縮機１において圧縮さ
れ、第１凝縮器２において高沸点冷媒又はそれと僅かな
低沸点冷媒が凝縮液化される。凝縮器２を出た混合冷媒
は、気液分離器３にて気液分離され、ここで圧縮機１か
ら冷媒に混じって吐出された圧縮機オイルを含む高沸点
冷媒又は該高沸点冷媒と場合によっては僅かな低沸点冷
媒からなる液冷媒と、ガス冷媒とに離される。
【００３３】インジェクション回路Ｂにはこの液冷媒が
確実に流れ、圧縮機１の冷却に利用される。同時に圧縮
機オイルも圧縮機１へ戻される。従ってこの回路Ｘでは
油分離器は不要となっている。ガス冷媒はカスケードコ
ンデンサ４に流れてここで凝縮し、膨張機構５を経て蒸
発器７に入り、ここで所望の低温を得るための熱交換を
行ったのち圧縮機１へ戻る。
確実に流れ、圧縮機１の冷却に利用される。同時に圧縮
機オイルも圧縮機１へ戻される。従ってこの回路Ｘでは
油分離器は不要となっている。ガス冷媒はカスケードコ
ンデンサ４に流れてここで凝縮し、膨張機構５を経て蒸
発器７に入り、ここで所望の低温を得るための熱交換を
行ったのち圧縮機１へ戻る。
【００３４】なお、高温側回路Ｙは通常の二元冷凍回路
におけると同様に低温側回路Ｘと並行して運転される。
リリーフ回路Ｃは冷凍装置停止時にガス化した冷媒の一
部を収容し、再起動時の圧縮機負担を軽減する。以上説
明した冷凍装置によると、低温側回路Ｘで使用される冷
媒は低沸点冷媒とそれより高沸点の冷媒との混合冷媒で
あるから圧縮機１の負担がそれだけ少ない。また、イン
ジェクション回路Ｂには圧縮機１の冷却に必要な量の液
冷媒が安定的に流れるので、圧縮機１を十分冷却でき
る。
におけると同様に低温側回路Ｘと並行して運転される。
リリーフ回路Ｃは冷凍装置停止時にガス化した冷媒の一
部を収容し、再起動時の圧縮機負担を軽減する。以上説
明した冷凍装置によると、低温側回路Ｘで使用される冷
媒は低沸点冷媒とそれより高沸点の冷媒との混合冷媒で
あるから圧縮機１の負担がそれだけ少ない。また、イン
ジェクション回路Ｂには圧縮機１の冷却に必要な量の液
冷媒が安定的に流れるので、圧縮機１を十分冷却でき
る。
【００３５】なお、以上説明した低温側及び高温側の回
路Ｘ、Ｙには、必要に応じ、他の要素を接続してもよ
い。
路Ｘ、Ｙには、必要に応じ、他の要素を接続してもよ
い。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、非
共沸混合冷媒を用い、成績係数の低下を抑制する状態で
所望の低温を得ることができる非共沸混合冷媒使用の二
段凝縮式冷凍装置を提供することができる。また、混合
冷媒中の高沸点冷媒として圧縮機オイルが溶けるものを
採用するときは、油分離器を省略することができる。
共沸混合冷媒を用い、成績係数の低下を抑制する状態で
所望の低温を得ることができる非共沸混合冷媒使用の二
段凝縮式冷凍装置を提供することができる。また、混合
冷媒中の高沸点冷媒として圧縮機オイルが溶けるものを
採用するときは、油分離器を省略することができる。
【図１】本発明の一実施例を採用した二元冷凍装置の回
路図である。
路図である。
【図２】図１の冷凍装置の低温側回路における非共沸混
合冷媒の平衡状態例を示す図である。
合冷媒の平衡状態例を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例を採用した二元冷凍装置の
回路図である。
回路図である。
【図４】従来例の回路図である。
【図５】他の従来例の回路図である。
Ｘ′ 低温側冷凍回路 Ａ′ 主回路 １′ 圧縮機 ２′ 第１凝縮器（カスケードコンデンサ） ３′ 気液分離器 ３１′ ガス溜め部 ３２′ 液溜め部 ４′ 第２凝縮器（カスケードコンデンサ） ５′ 膨張機構 ７′ 蒸発器 Ｂ′ 中間インジェクション回路 ６′ 膨張機構 Ｙ′ 高温側冷凍回路 ８′ 圧縮機 ９′ 凝縮器 １０′ 膨張機構 Ｘ 低温側冷凍回路 Ａ 主回路 １ 圧縮機 ２ 第１凝縮器（空冷凝縮器） ３ 気液分離器 ３１ ガス溜め部 ３２ 液溜め部 ４ 第２凝縮器（カスケードコンデンサ） ５ 膨張機構 ７ 蒸発器 Ｂ 中間インジェクション回路 ６ 膨張機構 Ｃ リリーフ回路 １２ 圧力調整弁 １３ リリーフタンク １４ 膨張機構 Ｙ 高温側冷凍回路 ８ 圧縮機 ９ 凝縮器 １０ 膨張機構
Claims (2)
- 【請求項１】 圧縮機、凝縮器及び蒸発器を含む非共沸
混合冷媒を使用する冷凍装置において、前記凝縮器を前
後２段に分け、その中間に気液分離器を設け、該気液分
離器の液溜め部を前記圧縮機に接続する圧縮機冷却用イ
ンジェクション回路を設け、前記気液分離器のガス溜め
部を前記後段の凝縮器に接続する回路を設け、該後段の
凝縮器は別の独立の冷凍回路に含まれるカスケードコン
デンサとしたことを特徴とする非共沸混合冷媒使用の二
段凝縮式冷凍装置。 - 【請求項２】 前記前段及び後段の凝縮器が共にカスケ
ードコンデンサであり、共に前記別の独立の冷凍回路に
含まれていることを特徴とする請求項１記載の非共沸混
合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP68193A JPH06201204A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 非共沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP68193A JPH06201204A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 非共沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201204A true JPH06201204A (ja) | 1994-07-19 |
Family
ID=11480505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP68193A Pending JPH06201204A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 非共沸混合冷媒使用の二段凝縮式冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06201204A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6796139B2 (en) | 2003-02-27 | 2004-09-28 | Layne Christensen Company | Method and apparatus for artificial ground freezing |
| US6948336B2 (en) | 1994-09-20 | 2005-09-27 | Hitachi, Ltd. | Refrigerating apparatus |
| WO2012002248A1 (ja) * | 2010-06-28 | 2012-01-05 | 三洋電機株式会社 | 冷凍装置 |
| WO2015140870A1 (ja) * | 2014-03-17 | 2015-09-24 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
-
1993
- 1993-01-06 JP JP68193A patent/JPH06201204A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6948336B2 (en) | 1994-09-20 | 2005-09-27 | Hitachi, Ltd. | Refrigerating apparatus |
| US7246498B2 (en) | 1994-09-20 | 2007-07-24 | Hitachi, Ltd. | Refrigerating apparatus |
| US6796139B2 (en) | 2003-02-27 | 2004-09-28 | Layne Christensen Company | Method and apparatus for artificial ground freezing |
| WO2012002248A1 (ja) * | 2010-06-28 | 2012-01-05 | 三洋電機株式会社 | 冷凍装置 |
| WO2015140870A1 (ja) * | 2014-03-17 | 2015-09-24 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
| CN106104170A (zh) * | 2014-03-17 | 2016-11-09 | 三菱电机株式会社 | 制冷循环装置 |
| JPWO2015140870A1 (ja) * | 2014-03-17 | 2017-04-06 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
| US10422558B2 (en) | 2014-03-17 | 2019-09-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Refrigeration cycle device |
| CN106104170B (zh) * | 2014-03-17 | 2019-10-25 | 三菱电机株式会社 | 制冷循环装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021001 |