JPS63263360A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野）゛ 本発明は、高温度から超低温度までの広い範囲の温度が
得られるようにした冷凍装置に関する。

［従来の技術］ 環境試験装置等に用いられる冷凍装置にあっては、比較
的高い温度から超低温度までの広い範囲に渡る各種温度
レベルが要求される。このような場合、従来では設定温
度と熱負荷の状況から単段圧縮冷凍装置、或いは二段圧
縮冷凍＠置を採用することによって所望の温度に制御し
ている。また、冷凍能力が比較的小さいシステムにあっ
ては、冷凍装置を蒸発温度の低い運転として温度を下げ
ておき、温度の制御は電熱器等の加熱器を用いて所望の
温度を保つようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ したがって、従来の装置では、冷凍機の組合せが複雑と
なったり、冷却、再熱によるエネルギー効率が低くなっ
てしまうという問題点があり、更に４Ｕレベルの下限は
−２０〜−５０’Ｃに限られるという問題点があった。

そこで、本発明は蒸発温度が相違する二種以上の冷媒を
混合して用い、使用温度により冷媒組成を変化させたり
、或いはサイクルを変化させることにより、・１台の冷
凍装置によって広い範囲の使用温度レベルを得るように
した冷凍装置を提供することを目的とする。

Ｕ問題点を解決するための手段］ この目的を達成するための本発明は、液冷媒とガス冷媒
とに分離する精留器に主コンデンサとキャピラリーチュ
ーブとを介してコンプレッサを接続し、主エバポレータ
に前記精留器内の液冷媒を供給する液管に第１膨張弁を
備え、前記精留器の上部に設けられた貯留器内に前記精
留器内のガス冷媒を液化する副エバポレータを設け、前
記液冷媒を第２膨張弁を介して前記副エバポレータに供
給すると共に前記副エバポレータからのガス冷媒゛　　
　を前記コンプレッサに供給する分岐流路を前記精留器
と前記主エバポレータとの間に接続し、前記精留器の上
部と前記コンプレッサとを結ぶ二元流路に、前記精留器
と前記コンブ・レツサとを結び第３膨張弁を有する熱交
換流路に設けられたｆＴ／Ｉエバポレータにより前記二
元流路内のガス冷媒を凝縮する副コンデンサを備えると
共に当該二元流路に第４膨張弁を設けてなる冷凍装置で
ある。

［作用］ 上述の本発明によれば、比較的高い温度を必要とする場
合には、精留器内に分離された高沸点リッチな液冷媒を
液管を通して主エバポレータに第１膨張弁を介して供給
する。このとぎには、この液冷媒を分離流路を用いて第
２膨張弁を介して副エバポレータに供給し、低沸点リッ
チなガス冷媒を液化して貯留器内に貯留し、高沸点冷媒
をサイクル内に循環させる。上）ホよりも低い温度を必
要とする場合には、精留器内で分離されて液化され冷媒
を前記液管を用いて第１膨張弁を介して主エバポレータ
に供給する。このときには、上述した場合よりも主エバ
ポレータに供給される冷媒の中に比較的多量の液低沸点
冷媒が存在することから、冷房能力を低下させることな
く、所望の温度を得ることができる。また、超低温度を
必要とする場合には、精留器内で分離された低沸点成分
がリッチなガス冷媒を二元流路によって導き、このガス
冷媒を精留器内で分離された高沸点の液冷媒を用いて液
化した後に第４膨張弁を介して主エバポレータに供給し
ている。このときには、冷凍装置は二元冷凍サイクルと
なり、超低温が主エバポレータにより得られる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明する
。

ガス冷媒を圧縮するコンプレッサ１．の吐出部には主コ
ンデンサ２が接続され、この主コンデンサ２においてカ
ス冷媒は冷却されて液冷媒になる。

この主コンデンサ２の出口部には第１キヤピラリーチユ
ーブ３を介して精留器４が接続されており、主コンデン
サ２内の液冷媒は第１キヤピラリーチユーブ３で減圧さ
れて精留器４内に流入し、この精留器４内で液冷媒とガ
ス冷媒とに分離される。

精留器４の下部には液管５が接続され、この液管５はコ
ンプレッサ１に接続された主エバポレータ６に接続され
ており、この液管５には＄１膨張弁７が備えられている
。

このように、精留器４の下部に貯留された液冷媒を液管
５を介して第１膨張弁から主エバポレータ６に供給する
ようにした場合には、これらのサイクルは主として高沸
点成分が比較的リッチとなった液冷媒がサイクルを循環
することから混合冷媒システムとなる。この液管５には
この中の冷媒の流れを開閉するために第１パルプ８が段
けられている。

前記精留器４の上部には下部と連通した連通孔９を有す
る貯留器１０が設けられており、この中にガス状態とな
って流入した冷媒を冷却して液化するための副エバポレ
ータ１１を有する分岐流路１２が液管５に接続されてい
る。この副エバポレータ１１には分岐流路１２により供
給された液冷媒を絞り膨張させるための第２膨張弁１３
が設けられている。この分ｌａｔ流路１２の先端はコン
プレッサ１に接続されており、前記第２膨張弁１３でガ
ス化した冷媒はコンプレッサ１に供給されることになる
。この分岐流路のうち前記第２膨張弁１３の上流側には
この分岐流路１２を開閉するための第２バルブ１４が設
けらてている。

前記第１バルブ８と第２バルブ１４とを開いた状態にあ
っては、第１副膨張弁１１によって貯留器１０内の低沸
点のガス冷媒が液化されることになるので、精留器４の
貯留器１０内では低沸点成分がリッチな液冷媒が貯留さ
れることから、高沸点の冷媒のみが冷凍サイクルを循環
して、単一冷媒システムが得られる。

前記精留器４の上部と前記主エバポレータ６とを結ぶ二
元流路１５には、この二元流路１５内の低沸点のガス冷
媒を液化する副コンデンサ１６が設けられている。この
副コンデンサ１６内の冷媒を冷却するための副エバポレ
ータ１゛７を有する熱交換流路１８が前記精留器４とコ
ンプレッサ１との間に接続されており、これらの副コン
デンサ１６と副エバポレータ１７とにより熱交換器１９
が形成されている。熱交換流路１８には、副エバポレー
タ１７に流入する液冷媒を膨張させる第３膨張弁２０と
、この熱交換流路１８を開閉させるための第３バルブ２
１とが設けられている。また、前記二元流路１５にはこ
の流路１５に設けられた副コンデンサ１６からの液冷媒
を膨張させて主エバポレータ６に供給するための第４膨
張弁２２が３２けられている。

前記二元流路１５と分岐流路とを連通させる連通路２３
には、キャピラリーチューブ２４とこの流路２３を開閉
させる第４バルブ２５とが設けられ、更に前記二元流路
１５にはこれ流路１５を開閉するための第５バルブ２６
が設けられている。

このようにして、二元流路を通して低沸点の冷媒を第４
膨張弁２２から主エバポレータ６に冷媒を供給する場合
は、熱交換流路１８により高沸点の冷媒を低沸点の冷媒
の液化に利用することがら、冷凍サイクルは二元冷凍サ
イクルつまりカスケードシステムとなる。

次に、前述した本発明の冷凍装置の作動状態について説
明する。

まず、第１バルブ８と第２バルブ１４とを開いて、他の
第３バルブ２１、第４バルブ２５、及び＠５バルブ２６
を閉じると、冷凍装置内には太い実線の矢印で示すよう
に冷媒が循環する。つまり、コンプレッサ１で圧縮され
た混合状態のガス冷媒は、主コンデンサ２で凝縮されて
液化された後に、キャピラリーチューブ３で減圧され、
低沸点リッチのガスと高沸点リッチの液とに分離されて
精留器４内に流入する。

一方、低沸点のガス冷媒は連通孔９を通って貯留器１０
内に流入して、この中に位置する副バボレータ１１によ
り冷却される。この副エバポレータ１１には分岐流路１
２からの冷媒が第２膨張弁１３で絞り膨張されて流入す
ることから、貯留器１０内の冷媒は液化凝縮され、この
精留器４内では貯留器１０から精留器４内に還流する液
冷媒が対向流に流れて精留作用を受ける。この操作を繰
り返すことによって、貯留器１０内には低沸点成分がリ
ッチな液冷媒が貯留され、高沸点の液冷媒と低沸点の液
冷媒とに分離される。このようにして分離された高沸点
の液冷媒が、・液管５がら第１膨張弁７を通って減圧さ
れて主エバポレータ６に供給され、ここで気化してＥＴ
ＩＯ〜−１０℃の運転が行なわれる。上述のように、こ
の場合には高沸点冷媒がリッチな単一冷媒システムが得
られるとこになる。

次に、第１パルプ８と第４バルブ２５を開いて、他のバ
ルブ１４．２１．２６を閉じると、冷凍装置内には、白
扱きの矢印で示すように冷媒が循環することになる。

この場合には混合冷媒運転となり、圧縮機１により圧縮
された混合冷媒は、主コンデンサ２により凝縮液化され
、キャピラリーチューブ３で減圧されて精留器４内に流
入して、ここで気液分離が第１膨張弁７で断熱膨張され
た後、ここを通って主エバポレータ６にて冷却作用を行
ない、コンプレッサ１へ戻る。一方、低沸点成分が比較
的リッチなガス冷媒は、連通路２３のキャピラリーチュ
−１２４により減圧された後、主エバポレータ６を通っ
た冷媒と共に、分岐流路１２を通ってコンプレッサ１に
流入する。これにより、所定の混合組成の冷媒が得られ
る。

このように、主エバポレータ６で冷却作用を行なう液冷
媒の組成は、前記１０〜−１０℃の時の単一冷媒運転の
場合に比して、低沸点の冷媒の濃度が高いために、冷房
能力が低下することなく、前述の場合よりも温度が低い
−１０〜−５５℃の運転が可能となる。

更に、この冷凍装置を用いて超低温を１９るには、第３
バルブ２１と第５バルブ２６を開き、他のバルブ８．１
４．２５を閉じる。

この場合の冷媒の流れは破線の矢印で示してあり、圧縮
機１で圧縮された混合ガス冷媒は、主コンデンサ２で凝
縮液化され、キャピラリーチューブ３で中圧まで減圧さ
れて精留器４内に流入する。

ここで冷媒は高沸点成分がリッチな液と低沸点成分がリ
ッチなガスつまり蒸気とに分離される。

低沸点成分がリッチなガス冷媒は、二元流路１５を通っ
て副コンデンサ１６に供給され、熱交換流路１８に設け
られた副エバポレータ１７を通る高沸点成分がリッチな
液冷媒の気化により凝縮された後、第４膨張弁２２によ
り断熱膨張されて主エバポレータ６に供給される。これ
により、温度が一５５〜８５℃の超低温が得られる。そ
して、主エバポレータ６で気化した低沸点成分がリッチ
な冷媒蒸気は、副エバポレータ１７で気化した高沸点成
分がリッチな冷媒蒸気と混合して、圧縮は１に吸入され
る。尚、分岐流路１２は液管５に接続させることなく、
直接精留器４に接続するようにしても良く、同様に、熱
交換流路１Ｂもその下流側を直接コンプレッサ１に接続
、上流側を直接精留器４に接続するようにしても良い。

上述したそれぞれのバルブの開閉作動状態を示すと＠２
目の通りである。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、液冷媒とガス冷媒とに
分離する精留器に主コンデンサとキャピラリーチューブ
とを介してコンプレッサを接続し、主エバポレータに前
記精留器内の液冷媒を供給する液管に第１膨張弁を備え
、前記精留器の上部に設けられた貯留器内に前記精留器
内のガス冷媒を液化する副エバポレータを設け、前記液
冷媒を第２膨張弁を介して前記副エバポレータに供給す
ると共に前記副エバポレータからのガス冷媒を前記コン
プレッサに供給する分岐流路を前記精留器と前記主エバ
ポレータとの間に接続しているので、精留器内の液冷媒
を第２膨張弁を介して貯留器内の副エバポレータに供給
することになって貯留器内には低沸点成分がリッチな液
冷媒が貯留されて高沸点冷媒が主として主エバポレータ
に供給されることから、単一冷媒システムが得られて高
温度が得られる。更に、精留器内の液冷媒をそのまま低
沸点冷媒を含めて主エバポレータに供給することによっ
て上述した場合よりも低い温度が得られる。また、前記
精留器の上部と前記コンプレッサとを結ぶ二元流路に、
前記精留器と前記コンプレッサとを結び第３膨張弁を有
する熱交換流路に設けられた副エバポレータにより前記
二元流路内のガス冷媒を凝縮する副コンデンサを備える
と共に当該二元流路に第４膨張弁を設けてあり、カスケ
ード冷凍サイクルが得られることから、同一の装置によ
って超低温も得ることとなる。

このように、１台の冷凍装置によって比較的高温から超
低温度まで広い範囲にわたる温度を得ることができ、環
境試験装置等に用いて有用な冷凍装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る冷凍装置を示１・・・
コンプレッサ、２・・・主コンデンサ、３・・・キャピ
ラリーチューブ、４・・・精留器、５・・・液管、６・
・・主エバポレータ、７・・・第１膨張弁、１０・・・
貯留器、１１・・・副エバポレータ、１２・・・分岐流
路、１３・・・第２膨張弁、１５・・・二元流路、１６
・・・副コンデンサ、１７・・・副エバポレータ、１８
・・・熱交換流路、２０・・・第３膨張弁、２２・・・
第４膨張弁。 ！■願人代理人　弁理士　Ｍ　　１）清　美ル１＆ 第２Ｑ 手続補正古 昭和６２年０６７１２３日 ２　発明の名称 冷凍装置 ３　補正をする者 ！１を件との関係　　特許出願人 住所 氏名　株式会社　東洋製作所 ４代理人 ５　補正命令の日付　　（自効 別紙記載の通り 補正の内容 （１）明細書中、特許請求の範囲をつぎの通り訂正する
。 「液冷媒とガス冷媒とに分離する精留器に主コンプレッ
サと　番　　いは　番　　とを介してコンブレフすを接
続し、主エバポレータに前記精留器内の液冷媒を供給す
る液管に第１膨張弁を備え、前記精留器の上部に設けら
れた貯留器内に前記精留器内のガス冷媒を液化する晶エ
バポレータを設け、前記液冷媒を第２膨張弁を介して前
記副エバポレータに供給すると共に前記副エバポレータ
からのガス冷媒を前記コンプレッサに供給する分岐流路
をλＭ、前記精留器のＥ部と前記コンプレッサとを結ぶ
二元流路に、前記精留器と前記コンプレッサとを結び第
３膨張弁を有する熱交換流路に設けられた副エバポレー
タにより前記二元流路内のガス冷媒を凝縮する副コンデ
ンサを備えると共に当該二元流路に第４Ｉ１１張弁を設
けてなる冷凍装置、」 （２）同市中、第３頁ｌＯ〜１１行目および第１２頁１
９〜２０行［１゜ 「キャピラリーチューブ」とあるを、 「絞りあるいは絞り機構」に訂正する。 （３）同書中、第３頁１８〜１９行目、ｒ前記精留器と
前記主エバポレータとの間に接続し冒を削除し。 「分岐流路を」のあとに 「設け、」を加入する。 （４）同占中、第４頁８行目、 「精留器内に分離」とあるを、 「精留器内で精留分離」に訂正する。 （５）同書中、第４頁１１行口および第６頁１９行口。 「分離流路」とあるを 「分岐流路」に訂正する。 （８）同書中、第４頁１５〜１６行目、「分離されて液
化された冷媒を」とあるを「気液分離された液冷媒を」
に訂正する。 （７）同書中、第５頁１４行口。 「カス」とあるを 「ガス」に訂正する。 （８）同書中、第６頁８〜９行目、 ［から混合冷媒システム」を削除する。 （９）同書中、第７′頁６行目、 「第１副膨張弁」とあるを 「副エバポオレータ」に訂正する。 （ｌＯ）同書中、第７頁７行目。 「液化される」とあるを 「液化・環流して精留作用が行なわれる」に訂正する。 （Ｉ＋）同書中、ＰｉＳＩＩ頁２行目、「分岐流路１２
を通って」を削除する。 （１２）同書中、第１１頁１９行Ｌ ［つまり蒸気」を削除する。 （１３）同書中、第１２頁６行目。 「８５℃」とあるを 「−８５℃」に訂正する。 （１４）同書中、第１３頁７〜８行目、「前記精留器と
前記主エバポレータとの間に接続し」を削除し、 「分岐流路を」のあとに 「設け」を加入する。 （１５）図面第１図に別紙朱書きの通り符叶ｒ１７」を
加入する。 （１Ｂ）図面第１図で別紙朱書きの通り符号「２０」を
「２１」に訂正する。 （１７）図面第１図で別紙朱書きの通り符号「２１」を
「２０」に訂正する。 以上 手続補正書 昭和６２年０６月２４１１ 、発明の名称 冷凍装置 ３　補正なする者 事件との関係　特許出願人 住所 氏名　株式会社　東洋製作所 ４代理人 ５　補正命令の日付　　　（自効 ６　補正により増加する発明の数・・−０７補正の対象 補正の内容 （１）明細書中、特許請求の範囲をつぎの通り訂正する
。 「液冷媒とガス冷媒とに分離する精留器に主エムヱヱ」
と絞りあるいは絞りａ横とを介してコンプレッサを接続
し、主エバポレータに前記精留器内の液冷媒を供給する
液管に第１膨張弁を備え、前記精留器の上部に設けられ
た貯留器内に前記精留器内のガス冷媒を液化する副エバ
ポレータを設け、前記液冷媒を第２膨張弁を介して前記
副エバポレータに供給すると共に前記副エバポレータか
らのガス冷媒を前記コンプレッサに供給する分岐流路を
設け、前記精留器の上部と前記コンプレッサとを結ぶ二
元流路に、前記精留器と前記コンプレッサとを結びｆＪ
Ｓ３膨張弁を有する熱交換流路に設けられた副エバポレ
ータにより前記二元流路内のガス冷奴を凝縮する副コン
デンサを備えると共に当該二元流路に第４１Ｉ＆ｌ張弁
を設けてなる冷凍装置、」 １人、辷、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液冷媒とガス冷媒とに分離する精留器に主コンデンサと
   キャピラリーチューブとを介してコンプレッサを接続し
   、主エバポレータに前記精留器内の液冷媒を供給する液
   管に第１膨張弁を備え、前記精留器の上部に設けられた
   貯留器内に前記精留器内のガス冷媒を液化する副エバポ
   レータを設け、前記液冷媒を第２膨張弁を介して前記副
   エバポレータに供給すると共に前記副エバポレータから
   のガス冷媒を前記コンプレッサに供給する分岐流路を前
   記精留器と前記主エバポレータとの間に接続し、前記精
   留器の上部と前記コンプレッサとを結ぶ二元流路に、前
   記精留器と前記コンプレッサとを結び第３膨張弁を有す
   る熱交換流路に設けられた副エバポレータにより前記二
   元流路内のガス冷媒を凝縮する副コンデンサを備えると
   共に当該二元流路に第４膨張弁を設けてなる冷凍装置。