JPH0642829A - 低温用冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の非共沸冷媒を循環させるようにしたカ
スケード形低温用冷凍装置において、凝縮器における最
高沸点冷媒の未凝縮を解消する。 【構成】 圧縮機１，凝縮器３，膨張機構４及び蒸発器
５を冷媒回路９に配設し、凝縮器３−膨張機構４間及び
吸入ラインに跨って、カスケード熱交換回路１０，２０
を介設する。凝縮器３の下流に補助気液分離器３１を設
け、分離した最高沸点液冷媒を補助液戻し通路３４に流
通させ、補助減圧機構３３で減圧する。気液分離器３１
で分離されたガス冷媒と補助減圧機構３３で減圧された
最高沸点冷媒との熱交換を行う補助熱交換器３２を設け
る。補助液戻し通路３４に開閉弁ＳＶを介設し、熱源温
度或いは高圧側圧力が設定値以下のときに、開閉弁ＳＶ
を開く。これにより、未凝縮の最高沸点冷媒を補助熱交
換器３２で凝縮させる。熱源温度等の低下に応じて、凝
縮器３の能力を低減してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒回路にカスケード
熱交換回路を備え、複数の非共沸冷媒を循環させて低温
を生じさせるようにした低温用冷凍装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平２−１００６４
号公報に開示されるごとく、圧縮機、凝縮器、減圧機構
及び蒸発器を順次接続してなる冷媒回路に、１又は２組
以上の気液分離器，熱交換器等からなる冷媒サイクルを
カスケード的に組み合わせ、複数の非共沸冷媒を冷媒回
路に循環させて、凝縮器及び各カスケード熱交換器で、
沸点の高い冷媒から順に凝縮し、凝縮された高沸点側冷
媒を順次気液分離器で吸入ラインに戻す一方、低沸点側
冷媒からなるガス冷媒を順次冷却していくことにより、
最終的に最低沸点冷媒を蒸発器で蒸発させ、庫内を所定
の低温状態まで冷却するようにした低温用冷凍装置は公
知の技術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の公報のよう
な混合冷凍サイクルを有する冷凍装置の構成は、例えば
図６に示すようなものとなる。例えば３種類の冷媒Ｒ２
２，Ｒ２３，Ｒ１４（沸点は、Ｒ２２＞Ｒ２３＞Ｒ１
４）を使用する場合、概略のサイクルを説明すると、圧
縮機（ａ）からの吐出冷媒を凝縮器（ｂ）で熱源との熱
交換によって、最も沸点の高い冷媒Ｒ２２をまず凝縮
し、その気液混合冷媒を第１気液分離器（ｅ１）で気液
分離し、液化した冷媒Ｒ２２を第１液戻し通路（ｈ１）
に流通させて第１キャピラリチュ―ブ（ｇ１）で蒸発さ
せた後吸入ラインに戻す一方、ガス状態の冷媒Ｒ２３及
びＲ１４を第１カスケード熱交換器（ｆ１）で吸入ライ
ンの冷媒との熱交換により冷却して、次に沸点の高い冷
媒Ｒ２３を液化する。そして、同様の作用によって、第
２カスケード熱交換器（ｆ２）で最低沸点の冷媒Ｒ１４
を液化して、メインキャピラリチュ―ブ（ｃ）で蒸発さ
せ、蒸発器（ｄ）で、庫内空気との熱交換を行って、庫
内を低温状態まで冷却することになる。

【０００４】ところで、上記のように複数種の非共沸冷
媒を順次凝縮させる場合、第１段目の凝縮器（ｂ）にお
いて、下記のような問題があった。

【０００５】すなわち、熱源温度（例えば空冷凝縮器の
場合外気温度）の低下等があると、当初は凝縮器（ｂ）
の凝縮能力が増大するので、冷媒の凝縮は十分なされる
が、そのうち熱源温度の低下によって高圧側圧力が低下
する。そして、高圧側圧力の低下に伴い冷媒Ｒ２２の分
圧が低下するので、その分圧下における冷媒Ｒ２２の凝
縮温度と熱源温度との温度差が小さくなったり、甚だし
いときには逆転したりすることがある。そして、冷媒Ｒ
２２の未凝縮部分が生じたり、ほとんど凝縮されなくな
るようなことがあった。例えば高圧側圧力１８（kg／cm
² ）で、冷媒Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ１４の混合比を１．
５：０．８：０．５とした場合、凝縮器（ｂ）における
冷媒Ｒ２２の分圧は９kg／cm² ）程度になり、これに相
当する飽和温度つまり凝縮温度は１９℃となるので、空
冷の場合外気温度によってはほとんど凝縮されなくな
る。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、熱源温度や高圧側圧力が凝縮器にお
ける最高沸点冷媒の未凝縮を生じさせるまでに低下した
ときには、未凝縮冷媒をなくす手段を講ずることによ
り、冷凍装置の低温維持機能を良好に維持することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の講じた手段は、図１に示すよう
に、圧縮機（１）、凝縮器（３）、膨張機構（４）及び
蒸発器（５）を順次接続し、複数種の非共沸冷媒が循環
する冷媒回路（９）を備えるとともに、該冷媒回路
（９）の凝縮器（３）−膨張機構（４）間と吸入ライン
とに跨って、複数種の非共沸冷媒のうち最低沸点の冷媒
を除く冷媒を順次凝縮，気液分離させるためのカスケー
ド熱交換回路（１０），（２０）を配置して混合冷媒サ
イクルを形成してなる低温用冷凍装置を前提とする。

【０００８】そして、低温用冷凍装置に、上記凝縮器
（３）の直下流に配置され、凝縮器（３）で凝縮された
冷媒を気液分離させる補助気液分離器（３１）と、該補
助気液分離器（３１）で分離された液冷媒を補助減圧機
構（３３）を介して吸入ラインに戻すための補助液戻し
通路（３４）と、該補助液戻し通路（３）の補助減圧機
構（３３）で減圧された冷媒と上記補助気液分離器（３
１）で分離されたガス冷媒との熱交換を行うための補助
熱交換器（３２）と、上記補助液戻し通路（３４）を開
閉する開閉弁（ＳＶ）と、熱源温度を検出する熱源温度
検出手段（Ｔha）と、該熱源温度検出手段（Ｔha）の出
力を受け、熱源温度が設定値以下のとき、上記補助液戻
し通路（３４）の開閉弁（ＳＶ）を開くよう制御する開
閉制御手段（５０）とを設ける構成としたものである。

【０００９】請求項２の発明の講じた手段は、上記請求
項１の発明と同様の低温用冷凍装置を前提とし、同様の
補助気液分離器（３１）と、補助液戻し通路（３４）
と、補助熱交換器（３２）と、開閉弁（ＳＶ）とを設け
るものとする。

【００１０】さらに、高圧側圧力を検出する高圧検出手
段と、該高圧検出手段の出力を受け、高圧側圧力が設定
値以下のとき、上記補助液戻し通路（３４）の開閉弁
（ＳＶ）を開くよう制御する開閉制御手段とを設けたも
のである。

【００１１】請求項３の発明の講じた手段は、上記請求
項１の発明と同様の低温用冷凍装置を前提とする。

【００１２】そして、高圧側圧力を検出する高圧検出手
段（Ｐ１）と、該高圧検出手段（Ｐ１）の出力を受け、
高圧側圧力が設定値以下のとき、上記凝縮器（３）の凝
縮能力を低減するよう制御する凝縮能力制御手段（５
１）とを設ける構成としたものである。

【００１３】請求項４の発明の講じた手段は、上記請求
項１の発明と同様の低温用冷凍装置を前提とする。

【００１４】そして、熱源温度を検出する熱源温度検出
手段と、該熱源温度検出手段の出力を受け、熱源温度が
設定値以下のとき、上記凝縮器（３）の凝縮能力を低減
するよう制御する凝縮能力制御手段とを設けたものであ
る。

【００１５】

【作用】以上の構成により、請求項１の発明では、熱源
温度が凝縮器（３）で最高沸点冷媒の未凝縮冷媒を発生
させるような設定値以下に低下すると、開閉制御手段
（５０）により、開閉弁（ＳＶ）が開かれる。そして、
この開閉弁（ＳＶ）が開かれると、補助液戻し通路（３
４）に、補助気液分離器（３１）で分離された最高沸点
冷媒の液化冷媒が流れる一方、冷媒回路（９）側には未
凝縮の最高沸点冷媒を含むガス冷媒が流通し、補助熱交
換器（３２）で両者の熱交換が行われる。そして、この
熱交換によって、最高沸点冷媒の未凝縮部分が凝縮され
るので、下流側のカスケード熱交換回路（１０），（２
０）には、最高沸点冷媒を除く冷媒が循環し、低温冷凍
装置の機能が良好に維持されることになる。

【００１６】請求項２の発明では、高圧側圧力が設定値
以下に低下すると、開閉制御手段によって、補助液戻し
通路（３４）の開閉弁（ＳＶ）が開かれるので、上記請
求項１の発明と同様の作用により、補助熱交換器（３
２）で、最高沸点冷媒の未凝縮部分が凝縮され、下流側
のカスケード熱交換回路（１０），（２０）に、最高沸
点冷媒を除く冷媒が循環し、低温冷凍装置の機能が良好
に維持される。

【００１７】請求項３の発明では、高圧側圧力が設定値
以下に低下すると、凝縮能力低減手段（５１）により、
凝縮器（３）の凝縮能力を低減させるように制御される
ので、高圧側圧力が上昇し、それにつれて凝縮器（３）
における最高沸点冷媒の分圧が上昇するので、最高沸点
冷媒の凝縮温度と熱源温度との温度差が増大し、最高沸
点冷媒の凝縮機能が確保されることになる。

【００１８】請求項４の発明では、熱源温度が設定値以
下になると、凝縮能力制御手段によって、凝縮器（３）
の能力を低減するよう制御されるので、上記請求項３の
発明と同様の作用により、凝縮器（３）における最高沸
点冷媒の凝縮機能が確保される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、凝縮器とし
て空冷凝縮器を用いた場合を、図面に基づき説明する。

【００２０】図１は第１実施例に係る低温用冷凍装置の
冷媒配管系統を示し、（１）は圧縮機、（２）は該圧縮
機（１）からの吐出冷媒中の油を分離する油分離器、
（３）は室外ファン（３ａ）を付設し、熱源である外気
との熱交換により吐出冷媒を凝縮液化するための空冷凝
縮器、（４）は膨張機構としてのメインキャピラリチュ
―ブ、（５）は蒸発器、（６）は吸入冷媒中の液冷媒を
除去するためのアキュムレータであって、上記各機器
（１）〜（６）は冷媒配管（８）により順次接続され、
非共沸冷媒である３種類の冷媒Ｒ１４，Ｒ２３，Ｒ２２
（混合割合は、例えば１．５：０．８：０．５程度）が
循環する閉回路の冷媒回路（９）が構成されている。

【００２１】また、冷媒回路（９）には、一対の第１，
第２カスケード熱交換回路（１０），（２０）が設けら
れており、該各カスケード熱交換回路（１０），（２
０）は、冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する第１，第
２気液分離器（１１），（２１）と、該各気液分離器
（１１），（２１）で分離されたガス冷媒と吸入ライン
の冷媒との熱交換を行う第１，第２カスケード熱交換器
（１２），（２２）と、各気液分離器（１１），（２
１）で分離された液冷媒を第１，第２キャピラリチュ―
ブ（１３），（２３）を介して各カスケード熱交換器
（１２），（２２）上流側の吸入ラインに戻す第１，第
２液戻し通路（１４），（２４）とからなる。そして、
上記各気液分離器（１１），（２１）で分離されたガス
冷媒の流通経路（図中の実線矢印で示す流れ）が冷媒回
路（９）の高圧ラインをなすように構成されている。

【００２２】すなわち、第１気液分離器（１１）で気液
分離することで、空冷凝縮器（３）で液化された最も沸
点つまり凝縮温度の高い冷媒Ｒ２２（沸点が−３０℃程
度）を第１キャピラリチュ―ブ（１３）で蒸発させてか
ら第１液戻し通路（１４）を介して吸入ラインに戻し
（図中の破線矢印参照）、第１カスケード熱交換器（１
２）で、この吸入ラインの低温冷媒との熱交換により、
第２段目の冷却を行う。この時、第１カスケード熱交換
器（１２）側に流通する冷媒は、ほとんど冷媒Ｒ２３と
Ｒ１４とになっており、そのうちＲ２２の次に沸点の高
い冷媒Ｒ２３（沸点が−７８℃程度）が液化される。次
に、第２気液分離器（２１）でさらに気液を分離して、
液化された冷媒Ｒ２３を第２キャピラリチュ―ブ（２
３）で蒸発させてから吸入ラインに戻し（図中の破線矢
印参照）、第２カスケード熱交換器（２２）で、第３段
目の冷却を行って、残った冷媒Ｒ１４（沸点が−１２０
℃程度）を液化させる。最後に、メインキャピラリチュ
―ブ（４）で冷媒Ｒ１４を膨張させてから蒸発器（５）
で庫内空気との熱交換を行って、庫内を極低温状態まで
冷却するようになされている。以上のように、各非共沸
冷媒を第１カスケード熱交換回路（１０）、第２カスケ
ード熱交換回路（２０）及び冷媒回路（９）に個別に循
環させるようにした混合冷媒サイクルとなっている。

【００２３】ここで、本発明の特徴として、上記空冷凝
縮器（３）の下流側かつ第１カスケード熱交換回路（１
０）の上流側には、補助冷却回路（３０）が設けられて
いる。該補助冷却回路（３０）には、空冷凝縮器（３）
で凝縮液化された冷媒を気液分離する補助気液分離器
（３１）と、該補助気液分離器（３１）で分離されたガ
ス冷媒と吸入ラインの冷媒との熱交換を行う補助熱交換
器（３２）と、上記補助気液分離器（３１）で分離され
た液冷媒を補助キャピラリチュ―ブ（３３）を介して補
助熱交換器（３２）を通過させた後上記第１カスケード
熱交換器（１２）下流側の吸入ラインに戻す補助液戻し
通路（３４）とを備え、さらに補助液戻し通路（３４）
の補助キャピラリチュ―ブ（３３）上流側には、通路を
開閉するための開閉弁（ＳＶ）が介設されている。すな
わち、必要に応じて補助液戻し通路（３４）を開いて、
空冷凝縮器（３）で冷媒Ｒ２２の液化が不十分な場合の
補助を行うようにしている。

【００２４】ここで、上記開閉弁（ＳＶ）の開閉制御の
内容について説明する。空冷凝縮器（３）の空気吸込口
には、熱源温度である外気温度Ｔａを検出する熱源温度
検出手段としての外気温度センサ（Ｔha）が配設されて
おり、装置の運転を制御するコントローラ（５０）によ
り、この外気温度センサ（Ｔha）の信号に応じて、開閉
弁（ＳＶ）の開閉が制御される。すなわち、常時は開閉
弁（ＳＶ）を閉じており、外気温度Ｔａが１５℃以下に
なると、開閉弁（ＳＶ）を開いて補助気液分離器（３
１）で分離された液冷媒Ｒ２２（空冷凝縮器（３）で一
部だけが液化されたもの）を補助液戻し通路（３４）に
流通させ、補助キャピラリチュ―ブ（３３）で減圧蒸発
させて、補助熱交換器（３２）で、ガス冷媒を再冷却す
ることにより、空冷凝縮器（３）で液化されずに残った
冷媒Ｒ２２を凝縮させる。一方、その後外気温度Ｔａが
２０℃を越えると開閉弁（ＳＶ）を閉じて、補助熱交換
器（３２）における冷却を停止する。

【００２５】したがって、コントローラ（５０）は請求
項１の発明にいう開閉制御手段としての機能を有するも
のである。

【００２６】上記第１実施例において、例えば、外気温
度Ｔａが所定値Ｔｏのとき冷媒Ｒ２２の冷凍サイクルが
図２の（ａ）に示すものであるとし、この状態での凝縮
温度と外気温度Ｔｏとの温度差Δｔにより冷媒Ｒ２２の
凝縮に十分な熱交換が可能であるとする。そのとき、外
気温度Ｔａが所定値Ｔｏよりも高い値Ｔ１に変化したと
すると、同図（ｂ）に示すように、それに伴い高圧側圧
力が上昇して冷媒Ｒ２２の凝縮温度も上昇するので、外
気により冷媒Ｒ２２を凝縮させるための温度差Δｔ以上
の温度差が十分確保される。一方、図３の（ａ）及び
（ｂ）に示すように、外気温度Ｔａが所定値Ｔｏよりも
低い温度Ｔ２に変化したとすると、当初は外気温度の低
下により凝縮能力が増大して冷媒Ｒ２２が凝縮されるも
のの、冷媒回路（９）の高圧側圧力が低下した状態で冷
凍サイクルがバランスするので、それに伴い分圧の低い
冷媒Ｒ２２の凝縮温度が低下し、外気温度Ｔａとの温度
差が必要な値Δｔ以上に確保されない虞れが生じる。例
えば高圧側圧力１８（kg／cm² ）で、冷媒Ｒ２２，Ｒ２
３，Ｒ１４の混合比を１．５：０．８：０．５とした場
合、空冷凝縮器（３）における冷媒Ｒ２２の分圧は９kg
／cm² ）程度になり、これに相当する飽和温度つまり凝
縮温度は１９℃となるので、外気によってはほとんど凝
縮されなくなる。

【００２７】ここで、開閉弁（ＳＶ）が開かれると、補
助液戻し通路（３４）に、補助気液分離器（３１）で分
離された最高沸点冷媒の液化冷媒が流れる一方、冷媒回
路（９）側には未凝縮の最高沸点冷媒を含むガス冷媒が
流通し、補助熱交換器（３２）で両者の熱交換が行われ
る。そして、この熱交換によって、最高沸点冷媒の未凝
縮部分が凝縮されるので、下流側のカスケード熱交換回
路（１０），（２０）には、最高沸点冷媒を除く冷媒が
循環し、低温冷凍装置の機能が良好に維持されることに
なる。

【００２８】なお、実施例は省略するが、後述の第２実
施例に示すように、請求項２の発明に対応し、上記第１
実施例における制御パラメータである外気温度Ｔａの代
わりに高圧側圧力を使用して、開閉弁（ＳＶ）の開閉制
御を行うことができ、その場合にも、上記と同様の効果
を得ることができる。

【００２９】次に、請求項３の発明に係る第２実施例に
ついて説明する。図４は第２実施例に係る低温用冷凍装
置の冷媒配管系統を示し、本実施例では、補助冷却回路
（３０）は設けられていないが、基本的な構成は上記第
１実施例における図１に示すものと同様であり、３種類
の非共沸冷媒Ｒ２２，Ｒ２３及びＲ１４を循環させて、
順次空冷凝縮器（３），各カスケード熱交換器（１
２），（２２）で凝縮液化させ、各気液分離器（１
１），（２１）で分離させるようにしている。

【００３０】ここで、本第２実施例では、冷媒回路
（９）の高圧側圧力ＨＰを検出する高圧検出手段として
の高圧センサ（Ｐ１）が配設されており、コントローラ
（５０）により、高圧側圧力の変動に応じて室外ファン
（３ａ）の風量を制御するようになされている。

【００３１】図５は風量制御の内容を示し、まず、ステ
ップＳＴ１で、室外ファン（３ａ）がインバータ制御の
ときには周波数Ｈｚを要求能力に応じて制御し、室外フ
ァン（３ａ）がタップ制御のときには風量を標準風量
「Ｈ」に制御することで、スタートする。次に、ステッ
プＳＴ２で、高圧センサ（ＨＰ）で検出される高圧側圧
力Ｈp が第１設定値Ｈp1よりも高いか否かを判別し、Ｈ
p ＞Ｈp1であれば、ステップＳＴ１に戻って、室外ファ
ン（３ａ）のの運転周波数Ｈｚを５（Hz）だけ増大させ
るか標準風量「Ｈ」に維持するかの制御を行う。一方、
Ｈp ＞Ｈp1でなければステップＳＴ３に進んで、高圧側
圧力Ｈp が上記第１設定値Ｈp1と該第１設定値Ｈp1より
も低い第２設定値Ｈp2との間にあるか否か、つまり適正
範囲内にあるか否かを判別し、適正範囲内にあれば室外
ファン（３ａ）の周波数Ｈｚ或いは風量を変更すること
なくそのまま運転を継続する。

【００３２】そして、高圧側圧力Ｈp が適正範囲内でな
いときには、さらに、ステップＳＴ４で、高圧側圧力Ｈ
p が第２設定値Ｈp2以下か否かを判別し、Ｈp ≦Ｈp2で
なければ、ステップＳＴ２に戻って、上記ステップＳＴ
２以下の制御を繰り返す一方、Ｈp ≦Ｈp2のときには、
ステップＳＴ５に進んで、室外ファン（３ａ）の運転周
波数Ｈｚを５（HZ）だけ低減するか、室外ファン（３
ａ）の風量を低風量「Ｌ」に切換えるかの制御を行う。

【００３３】上記フローにおいて、ステップＳＴ５の制
御により、請求項３の発明にいう凝縮器能力低減手段
（５１）が構成されている。

【００３４】したがって、上記第２実施例では、外気温
度Ｔａの低下等で冷媒回路（９）の高圧側圧力Ｈp が低
下すると、前述の第１実施例と同様の作用で、凝縮器
（３）で冷媒Ｒ２２の未凝縮が生じる虞れがある。例え
ばＲ２２，Ｒ２３，Ｒ１４の混合比が、２．０：０．
５：０．５で、外気温度Ｔａが１７℃とすると、高圧側
圧力Ｈp が１３（kg／cm² ）のとき、Ｒ２２の分圧が
８．４（kg／cm² ）に、凝縮温度は１５℃になり、外気
温度Ｔａよりも低くなるので、冷媒をほとんど凝縮でき
なくなることもありうる。

【００３５】ここで、上記第２実施例では、高圧側圧力
Ｈｐが第２設定値Ｈp2以下のときには、凝縮能力低減手
段（５１）により、室外ファン（３ａ）の風量を低減し
て凝縮能力を低減するように制御されるので、凝縮温度
が上昇し、外気温度Ｔａとの温度差が確保されることに
なる。

【００３６】特に、上記第２実施例のように、圧縮機
（１）の運転周波数の増減により高圧側圧力を適正範囲
に維持するようにした場合、空冷凝縮器（３）における
冷媒Ｒ２２の凝縮機能を最適状態に維持しうる利点があ
る。

【００３７】なお、上記第２実施例では、凝縮能力の低
減を室外ファン（３ａ）の風量低減で行うようにした
が、凝縮能力を低減させる手段はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、例えば空冷凝縮器（３）の熱交換面
積を可変にしておき、高圧側圧力Ｈp が低下すると、熱
交換面積を減少させるような方法等がある。

【００３８】また、実施例は省略するが、請求項４の発
明に対応し、上記制御のフローにおいて、高圧側圧力Ｈ
p の代りに外気温度Ｔａを制御パラメータとして使用し
得ることは上記第１実施例からみて明らかであり、その
場合にも、上述と同様の効果を得ることができる。

【００３９】さらに、凝縮器（３）の熱源は上記各実施
例のような外気に限定されるものではなく、水等であっ
てもよい。その場合にも、水冷凝縮器の熱交換面積を可
変にしたり、室外ファン（３）の風量制御の代りに水供
給用ポンプの能力を制御することにより、同様の効果が
得られる。

【００４０】なお、上記各実施例では、３種類の非共沸
冷媒を使用し、一対のカスケード熱交換回路（１０），
（２０）を設けた例について説明したが、本発明はかか
る実施例限定されるものではなく、２種又は４種以上の
非共沸冷媒を使用したものにも適用することができ、或
いは単一又は３以上のカスケード熱交換回路を配置した
ものについても適用することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、複数種の非共沸冷媒が循環する冷媒回路の凝縮
器−膨張機構間と吸入ラインとに跨って、複数種の非共
沸冷媒のうち最低沸点の冷媒を除く冷媒を順次凝縮，気
液分離させるためのカスケード熱交換回路を配置して混
合冷媒サイクルを形成してなる低温用冷凍装置におい
て、凝縮器で凝縮された冷媒を補助気液分離器で気液分
離し、分離された液冷媒を補助液戻し通路に流通させて
補助減圧機構を介して吸入ラインに戻す一方、補助減圧
機構で減圧された冷媒と補助気液分離器で分離されたガ
ス冷媒との熱交換を行うための補助熱交換器を設けてお
き、熱源温度が設定値以下のときに、補助液戻し通路を
開くようにしたので、補助熱交換器で、ガス冷媒のうち
最高沸点冷媒の未凝縮部分が凝縮され、下流側のカスケ
ード熱交換回路に、最高沸点冷媒が除去された冷媒を循
環させることができ、よって、低温冷凍装置の機能を良
好に維持することができる。

【００４２】請求項２の発明によれば、複数種の非共沸
冷媒が循環する冷媒回路の凝縮器−膨張機構間と吸入ラ
インとに跨って、複数種の非共沸冷媒のうち最低沸点の
冷媒を除く冷媒を順次凝縮，気液分離させるためのカス
ケード熱交換回路を配置して混合冷媒サイクルを形成し
てなる低温用冷凍装置において、凝縮器で凝縮された冷
媒を補助気液分離器で気液分離し、分離された液冷媒を
補助液戻し通路に流通させて補助減圧機構を介して吸入
ラインに戻す一方、補助減圧機構で減圧された冷媒と補
助気液分離器で分離されたガス冷媒との熱交換を行うた
めの補助熱交換器を設けておき、高圧側圧力が設定値以
下に低下すると、補助液戻し通路を開くようにしたの
で、上記請求項１の発明と同様の効果を発揮することが
できる。

【００４３】請求項３の発明によれば、複数種の非共沸
冷媒が循環する冷媒回路の凝縮器−膨張機構間と吸入ラ
インとに跨って、複数種の非共沸冷媒のうち最低沸点の
冷媒を除く冷媒を順次凝縮，気液分離させるためのカス
ケード熱交換回路を配置して混合冷媒サイクルを形成し
てなる低温用冷凍装置において、高圧側圧力が設定値以
下に低下すると、凝縮器の凝縮能力を低減させるように
したので、高圧側圧力の上昇により最高沸点冷媒の分圧
を上昇させて、最高沸点冷媒の凝縮温度と熱源温度との
温度差を増大させることができ、よって、最高沸点冷媒
の凝縮機能を確保することができる。

【００４４】請求項４の発明によれば、複数種の非共沸
冷媒が循環する冷媒回路の凝縮器−膨張機構間と吸入ラ
インとに跨って、複数種の非共沸冷媒のうち最低沸点の
冷媒を除く冷媒を順次凝縮，気液分離させるためのカス
ケード熱交換回路を配置して混合冷媒サイクルを形成し
てなる低温用冷凍装置において、熱源温度が設定値以下
になると、凝縮器の能力を低減するようにしたので、上
記請求項３の発明と同様の効果を発揮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る低温用冷凍装置の冷媒配管系
統図である。

【図２】外気温度が上昇したときの冷凍サイクルの変化
を示すモリエル線図である。

【図３】外気温度が低下したときの冷凍サイクルの変化
を示すモリエル線図である。

【図４】第２実施例に係る低温用冷凍装置の冷媒配管系
統図である。

【図５】第２実施例における能力制御の内容を示すフロ
―チャ―ト図である。

【図６】従来の低温用冷凍装置の冷媒配管系統図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ３ 空冷凝縮器 ４ メインキャピラリチュ―ブ（膨張機構） ５ 蒸発器 ９ 冷媒回路 １０ 第１カスケード熱交換回路 ２０ 第２カスケード熱交換回路 ３１ 補助気液分離器 ３２ 補助熱交換器 ３３ 補助キャピラリチュ―ブ（補助減圧機構） ３４ 補助液戻し通路 ＳＶ 開閉弁 ５０ コントローラ（開閉制御手段） ５１ 凝縮能力制御手段 Ｔha 外気温度センサ（熱源温度検出手段） ＨＰ 高圧センサ（高圧検出手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１）、凝縮器（３）、膨張機構
   （４）及び蒸発器（５）を順次接続し、複数種の非共沸
   冷媒が循環する冷媒回路（９）を備えるとともに、該冷
   媒回路（９）の凝縮器（３）−膨張機構（４）間と吸入
   ラインとに跨って、複数種の非共沸冷媒のうち最低沸点
   の冷媒を除く冷媒を順次凝縮，気液分離させるためのカ
   スケード熱交換回路（１０），（２０）を配置して混合
   冷媒サイクルを形成してなる低温用冷凍装置において、 上記凝縮器（３）の直下流に配置され、凝縮器（３）で
   凝縮された冷媒を気液分離させる補助気液分離器（３
   １）と、 該補助気液分離器（３１）で分離された液冷媒を補助減
   圧機構（３３）を介して吸入ラインに戻すための補助液
   戻し通路（３４）と、 該補助液戻し通路（３４）の補助減圧機構（３３）で減
   圧された冷媒と上記補助気液分離器（３１）で分離され
   たガス冷媒との熱交換を行うための補助熱交換器（３
   ２）と、 上記補助液戻し通路（３４）を開閉する開閉弁（ＳＶ）
   と、 熱源温度を検出する熱源温度検出手段（Ｔha）と、 該熱源温度検出手段（Ｔha）の出力を受け、熱源温度が
   設定値以下のとき、上記補助液戻し通路（３４）の開閉
   弁（ＳＶ）を開くよう制御する開閉制御手段（５０）と
   を備えたことを特徴とする低温用冷凍装置。
2. 【請求項２】 圧縮機（１）、凝縮器（３）、膨張機構
   （４）及び蒸発器（５）を順次接続し、複数種の非共沸
   冷媒が循環する冷媒回路（９）を備えるとともに、該冷
   媒回路（９）の凝縮器（３）−膨張機構（４）間と吸入
   ラインとに跨って、複数種の非共沸冷媒のうち最低沸点
   の冷媒を除く冷媒を順次凝縮，気液分離させるためのカ
   スケード熱交換回路（１０），（２０）を配置して混合
   冷媒サイクルを形成してなる低温用冷凍装置において、 上記凝縮器（３）で凝縮された冷媒を気液分離させる補
   助気液分離器（３１）と、 該補助気液分離器（３１）で分離された液冷媒を補助減
   圧機構（３３）を介して吸入ラインに戻すための補助液
   戻し通路（３４）と、 該補助液戻し通路（３）の補助減圧機構（３３）で減圧
   された冷媒と上記補助気液分離器（３１）で分離された
   ガス冷媒との熱交換を行うための補助熱交換器（３２）
   と、 上記補助液戻し通路（３４）を開閉する開閉弁（ＳＶ）
   と、 高圧側圧力を検出する高圧検出手段と、 該高圧検出手段の出力を受け、高圧側圧力が設定値以下
   のとき、上記補助液戻し通路（３４）の開閉弁（ＳＶ）
   を開くよう制御する開閉制御手段とを備えたことを特徴
   とする低温用冷凍装置。
3. 【請求項３】 圧縮機（１）、凝縮器（３）、膨張機構
   （４）及び蒸発器（５）を順次接続し、複数種の非共沸
   冷媒が循環する冷媒回路（９）を備えるとともに、該冷
   媒回路（９）の凝縮器（３）−膨張機構（４）間と吸入
   ラインとに跨って、複数種の非共沸冷媒のうち最低沸点
   の冷媒を除く冷媒を順次凝縮，気液分離させるためのカ
   スケード熱交換回路（１０），（２０）を配置して混合
   冷媒サイクルを形成してなる低温用冷凍装置において、 高圧側圧力を検出する高圧検出手段（Ｐ１）と、 該高圧検出手段（Ｐ１）の出力を受け、高圧側圧力が設
   定値以下のとき、上記凝縮器（３）の凝縮能力を低減す
   るよう制御する凝縮能力制御手段（５１）とを備えたこ
   とを特徴とする低温用冷凍装置。
4. 【請求項４】 圧縮機（１）、凝縮器（３）、膨張機構
   （４）及び蒸発器（５）を順次接続し、複数種の非共沸
   冷媒が循環する冷媒回路（９）を備えるとともに、該冷
   媒回路（９）の凝縮器（３）−膨張機構（４）間と吸入
   ラインとに跨って、複数種の非共沸冷媒のうち最低沸点
   の冷媒を除く冷媒を順次凝縮，気液分離させるためのカ
   スケード熱交換回路（１０），（２０）を配置して混合
   冷媒サイクルを形成してなる低温用冷凍装置において、 熱源温度を検出する熱源温度検出手段と、 該熱源温度検出手段の出力を受け、熱源温度が設定値以
   下のとき、上記凝縮器（３）の凝縮能力を低減するよう
   制御する凝縮能力制御手段とを備えたことを特徴とする
   低温用冷凍装置。