JPH01200154A - 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、混合冷媒を用いた冷凍装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来、特に非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置のサイクル
内部を循環する冷媒組成を可変とする方式として、沸点
の違いを利用した精留分離方式が用いられている（例え
ば特開昭６１−１０１７５７号公報）。

以下第４図、第５図を参照しながら、精留分離方式を用
いた冷凍装置の一例について説明する。

第４図は従来例を示す冷凍サイクル図、第５図は非共沸
混合冷媒の組成比率を変えるための精留塔の断面図であ
る。

第４図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は主絞り
装置、４は蒸発器で環状に接続されて主回路を構成して
いる。一方、凝縮器２の出口と精留塔６の入口とは配管
１０により接続され、加熱器５が配管１０と熱交換的に
接続されている。また、精留塔６の下部出口と主回路の
蒸発器４の入口とは副絞り装置７を介して配管１１．１
２により接続されている。また、精留塔６の上部には冷
却器８と貯溜器９とが設けられ、貯溜器９は配管１３．
１４により精留塔６と環状に接続されている。また、冷
却器８と配管１３とが熱交換的に接続されている。ここ
で加熱器５および冷却器８の熱源は圧縮機１の吐出ガス
および吸入ガスを用いている。冷媒は沸点差を有する２
種類の冷媒からなる非共沸混合冷媒を用いる。

第５図において、６０１は精留塔６の本体、６０２は充
填材、６０３．６０４は充填材保持具である。

以上のように構成された冷凍装置について、以下その動
作について説明する。

まず初めに精留分離をしない時について説明する。

凝縮器２から出た高圧液冷媒の一部が配管１０により分
岐される。この時、副絞り装置７の弁開度を大きくする
と配管１０に分岐する分岐冷媒流量が増大し、加熱器５
の加熱不足となるため蒸気が発生せず、精留塔６の下部
入口より液冷媒が流入する。その結果、精留作用が進行
せず、液冷媒は精留塔６の内部を上昇し、配管１３を通
って貯溜器９に入り、配管１４により再び精留塔６に戻
る。そして副絞り装置７により減圧されて主回路側冷媒
と合流する。

このように、貯溜器９の内部の低沸点成分の組成比率が
上昇しないため、主回路の組成比率は冷媒充填比率に等
しくなる。

次に精留分離を行う場合について説明する。

上記の状態から副絞り装置７の弁開度を小さくしてい（
と分岐冷媒流量が減少し、凝縮器２から出て分岐された
液冷媒は、加熱器５で加熱されて一部気化し精留塔６の
下部入口より流入する。このガス成分は精留塔６の中の
充填材６０２のすきまを上昇し、上部出口より配管１３
を通って冷却′で 器８へ六轡〒冷却液化されて貯溜器９に入る。貯溜器９
と精留塔６の戻り配管１４とはあらかじめ落差Ａを設け
てあり、その落差Ａにより貯溜器９から液冷媒の一部が
配管１４を通って再び精留塔６に戻され、充填材６０２
のすきまを下降し、途中上昇してくる蒸気と互いに気液
接触を行なう。

そして熱交換、物質移動により精留作用をなし、貯溜器
９には低沸点成分の多い冷媒が貯えられ、精留塔６の下
部からは低沸点成分の少ない冷媒が配管１１、副絞り装
置７、配管１２を通って主回路に流入する。

したがって、主回路の低沸点成分比率は低下し、高沸点
成分比率は上昇する。

以上のように、副絞り装置７の弁開度を制御することに
より蒸気発生量を調整して精留分離を行い、貯溜器９内
部に貯えられる冷媒組成比率を変化させることにより、
主回路冷媒の組成比率を可変とすることができる。

発明が解決しようとする課題 ところで混合冷媒は、同一圧力下において、湿り度の増
加に伴い温度が低下する。つまり、凝縮器に混合冷媒が
流れると、気液混相域においても下流側程低温となり、
凝縮媒体との温度差が小さくなり、凝縮能力が低下する
。この欠点に対して、凝縮器に入る冷媒を分離し単一冷
媒に近い組成に分割することが有効となる。

しかるに、上記従来構成における冷媒分離機構は冷媒の
沸点差を利用するもので、気液混相域でのみ分離可能で
あり、気相である凝縮器入口では分離できない。

本発明は、上記問題点に鑑み、凝縮器入口での冷媒分離
を可能ならしめ、凝縮能力の向上を図ることを目的とす
る。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明は、圧縮機と凝縮器と
の間に、特定の冷媒の透過を容易とする機能膜を有する
冷媒分離装置を設け、かつ凝縮器を凝縮媒体に対して上
流側となる第１の冷媒流路及び下流側となる第２の冷媒
流路に分割し、分離装置の２つに出口の内、低沸点高濃
度側を第１の冷媒流路に、他方を第２の冷媒流路に接続
したものである。

作　　用 本発明は上記構成により、凝縮器入口の気相域において
も冷媒分離でき、凝縮媒体に対して上流側に低温で凝縮
する低沸点高濃度冷媒を流し、下流側に高温で凝縮する
高沸点高濃度冷媒を流すことができ、凝縮能力が向上で
きる。

実施例 最初に、冷媒分離に機能膜を用いることが可能であるこ
とを明らかにした実験結果について説明する。

第２図に、機能膜を用いた冷媒分離器（以下分離器とい
う）の一実施例を示す。

同図において、分離器本体１０２を網状の保持具１０４
で高圧側空間ａ、低圧側空間すに仕切り、保持具１０４
の高圧側に機能膜１０３を設置する。

また、分離器本体１０２には、高圧冷媒入口配管１０５
、出口配管１０６、透過冷媒出口配管１０７が設けられ
る。

以上のような構成の分離器において、機能膜にジメチル
シリコーンのベンゼン溶液を水上に展開し、超薄膜とし
た後、ポリプロピレンの多孔質フィルム（セラニーズ社
：ジュラガード）に転写製膜した薄膜を高分子複合膜と
して用いＲ−２２とＲ−１３８１の混合冷媒を分離する
場合について説明する。

圧縮機等により加圧された混合冷媒は入口配管１０５よ
り分離器本体１０２内の高圧側空間ａに送られる。ここ
で高圧側空間ａと低圧側空間すの圧力差によって一部の
冷媒は低圧側空間すに透過し、透過冷媒出口配管１０７
より排出される。このときＲ−２２はＲ−１３８１より
透過しやすく、透過冷媒出口配管１０７より排出される
冷媒は、入口配管１０５の冷媒組成に比べて、Ｒ−２２
の比率が上昇する。一方、機能膜１０３を透過せずに高
圧冷媒出口配管１０６より排出される冷媒組成は、Ｒ−
２２の比率が低下する。

ここで実験結果の一例を表１に示す。

表１ 上記表１においては分離器１０１の入口配管より冷媒蒸
気を流入した場合について示したが、冷媒液あるいは蒸
気と液の混合を流入しても分離できる。

このように、機能膜を用いて冷媒分離を行うことが可能
であることが明らかとなった。

なお、先の実験においては、ジメチルシリコーンのベン
ゼン溶液を水上に展開し、超薄膜とした後、ポリプロピ
レンの多孔質フィルム（セラニーズ社：ジュラガード）
に転写製膜した高分子複合膜参上いたが、ジメチルシリ
コーン以外の非孔質高分子膜材として他に天然ゴム、ポ
リエチレン、ポリ酢酸ビニル等を用いてもよい。

さらに多孔質高分子膜、生体膜などを用い、透過量の比
を利用して冷媒分離を行っても、本発明の要旨を脱する
ものではない。

以下前記機能膜を用いた冷凍サイクルの実施例について
第１図を参考に説明する。

第１図に、冷媒として、Ｒ−２２とＲ−１３８１の非共
沸混合冷媒を用いた場合の実施例を示す。

同図において、２１は圧縮機、２２は凝縮器、２３は絞
り装置、２４は蒸発器で順次環状に連結され冷凍サイク
ルを構成している。２５は凝縮媒体（空気、水等の利用
側媒体）である。凝縮器２２は凝縮媒体２５に対して、
上流側の冷媒流路２２Ａと下流側の冷媒流路２２Ｂに分
割している。

また分離器１０１の非透過側出口配管１０６は冷媒流路
２２Ａに、透過側出口配管１０７は冷媒流路２２Ｂに各
々接続している。

以上のように構成された冷凍サイクルについて、以下に
その動作を説明する。

圧縮機２１で圧縮された高温・高圧のガス冷媒は分離器
を通り、機能膜１０３を透過し易いＲ２２の濃度の高い
冷媒が透過側出口１０７から凝縮器冷媒流路２２Ｂを流
れ、逆にＲ１３Ｂ１高濃度の冷媒が非透過側出口１０６
から凝縮器冷媒流路２２Ａを流れる。凝縮媒体と熱交換
し凝縮された各流路の液冷媒は凝縮器出口で合流し、絞
り装置２３で減圧・低温化され、蒸発器２４で蒸発媒体
と熱交換し、ガス化した後圧縮機２１に戻る。

この冷媒の流れにおける凝縮器での状態を以下に説明す
る。

第３図は分離器１０１の入口から凝縮器２２の出口まで
の冷媒組成と冷媒温度の一例である。

同図において、Ｌｌは飽和ガス線、Ｌ２は飽和液線、Ｘ
Ｏは分離器入口、ｘｌ、ｘ２は各々分離しない時の飽和
ガスと液である。ＡＱは分離器の非透過側出口の状態で
あり、Ａ１、Ａ２は各々同組成での飽和ガスと液である
。また、ＢＯは分離器の透過側出口の状態であり、８１
、Ｂ２は各々同組成での飽和ガスと液である。

分離をしない場合は、凝縮器内の気液混相冷媒温度はＸ
ｌからｘ２へ低下し、凝縮媒体は熱交換により逆に温度
が上昇する。つまり、並行流形の熱交換となり、凝縮能
力が低下する。

しかるに、本発明は図３の如く、分離器非透過側のＲ１
３Ｅｉｌ高濃度でＡ１、Ａ２の如き低凝縮温度冷媒を凝
縮媒体の上流側と熱交換させ、他方、Ｒ２２高濃度で８
１、Ｂ２の如き高凝縮温度冷媒を下流側と熱交換させる
ため、上流と下流との温度差が大きく、かつ気液混相域
での温度降下が小さく、対向流形の熱交換となり凝縮能
力が大幅に向上する。

なお、本実施例ではＲ２２とＲ１３Ｂ１の混合冷媒を使
用したが、Ｒ２２とＲ１２の混合冷媒の場合は上流側を
透過側とし、非透過側を下流側とすれば同様の効果が得
られる。つまり、低沸点高濃度側を上流側とし、他方を
下流側とすることにより、他の冷媒系でも同様の効果が
得られる。

また、本実施例では、凝縮器の２つの冷媒流路を凝縮器
出口で単純に合流させているが、貯留器等の合流器を介
して合流させれば絞り装置での冷媒状態はより安定する
。

発明の効果 以上のように本発明は、混合冷媒を用いた冷凍サイクル
において、凝縮器入口のガス域で冷媒を分離でき、かつ
分離された冷媒の内、低凝縮温度となる低沸点高濃度の
冷媒を凝縮媒体の上流側と熱交換し、高凝縮温度となる
高沸点高濃度の冷媒を下流側と熱交換させることにより
、凝縮能力を大幅に向上でき、機器の高効率化、小形化
が図れるという効果を奏す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における冷凍装置の冷凍サイ
クル図、第２図は同冷凍サイクルに用いた分離器の詳細
断面図、第３図は冷媒組成と冷媒温度の一相関図、第４
図は従来例における冷凍サイクル図、第５図は同精留塔
の計則断面図である。 ２１・・・・・・圧縮機、２２・・・・・・凝縮器、２
２Ａ・・・・・・第１の冷媒流路、２２Ｂ・・・・・・
第２の冷媒流路、２３・・・・・・絞り装置、２４・・
・・・・蒸発器、１０１・川・・分離器、１０３・・・
・・・機能膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｆ！
Ｉ−一“圧ｔｉＩｍ ２２−・　４１７帰葛、 ２３−−・　　肩に　　リ　　謙屹　逼［２４−蒸発器 １０３−１ｊ＆胱膜 第１図 １Ｏ１−今離益 第２図　　　　　ｒ０３−久耗履 ↓ 第　３　図 １１＼←ｌ’？＋３１１１１涜漬→犬 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 沸点の異なる複数の冷媒からなる混合冷媒を封入し、少
   なくとも圧縮機、前記混合冷媒の内の特定冷媒の透過を
   容易にする機能膜を有する冷媒分離装置、凝縮器、絞り
   装置、蒸発器とを環状に連結して冷凍サイクルを構成す
   るとともに、前記凝縮器を、凝縮媒体に対して上流側と
   なる第１の冷媒流路と下流側となる第２の冷媒流路に分
   割し、さらに、前記冷媒分離器の透過側と非透過側の２
   つの冷媒出口の内、低沸点冷媒濃度の高い出口側を前記
   凝縮器の第１の冷媒流路に接続し、他の出口を前記凝縮
   器の第２の冷媒流路に接続した冷凍装置。