JPH01208664A - 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 混合冷媒を用いた冷凍装置は、そのサイクル内部を循環
する冷媒の組成比率を可変とすることにより、能力制御
や性能改善を行なうことができる。

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６１１０１７５７号公報）。

以下第３図、第４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３因は従来例を示す冷凍サイクル図、第４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３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を介して配置ｉ１１，
１２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・Ｕ１３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の熱源は圧縮器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４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゛Ｃ１３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く
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
を通って冷却器８へ入り、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い、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 しかしながら上記のような構成では、以下のような問題
点があった。

まず第１に、精留塔を傾けて設置すると、冷媒蒸気と液
冷媒が塔壁面を上昇、下降するため、気液接触しにくく
なり熱交換、物質移動が減少し、精留分離性能も低下す
る。したがって精留塔を垂直に設置する必要がある。

第２に、精留塔の上部戻り口と貯溜器との高さ関係にお
いて、貯溜器に貯えられた液が位置エネルギーにより精
留塔に戻るように、第４図に示すある一定落差Ａが必要
である。

第３に、精留分離するためには加熱等を行い、精留塔下
部より冷媒蒸気を流入する必要がある。

第４に、精留分離性能を向上させるには塔の内部に充填
材を入れ、高さを増し、理論段数を大きくとる必要があ
る。

第５に精留分離時の分岐冷媒流量は、加熱器、冷却器の
能力により左右され、多すぎると上述したように精留作
用が進行しないため、流量を減少しなければならない。

このため、精留分離に時間を要する。

第６に精留分離は沸点の違いを利用したものであるため
、共沸混合冷媒等の沸点の近いものについては使用でき
ない。

第７に、本従来例では低那点冷媒を貯溜することにより
、主回路の低沸点成分比率を低下させる場合について述
べたが、高沸点冷媒をも貯溜して主回路の冷媒組成比率
を広範囲に可変させるためには、分離器下部に貯商器お
よび７Ｉｌｌｌ熱器を必要とする。

以上、取付設置上の制約が多く、装置が大型かつ複雑化
する等の問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み、冷媒組成比率可変幅の拡大
、分離回路の構成部品の取付設置上の制約の解消、分離
回路の小型化と簡素化を目的とする。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明は、複数種類の冷媒
を封入した冷凍サイクルに、特定の種類の冷媒の通過を
容易とする機能膜を有する冷媒分離装置を接続し、機能
膜の透過側および非透過側の冷媒分離装置を出た冷媒の
いずれか一方を任意に貯溜できる貯溜器を接続したもの
である。

作　　用 本発明は上記構成により、非共沸混合冷媒に限らす共沸
混合冷媒についても冷媒分離でき、分離回路の構成部品
の取付設置上の制約の解消、分離回路の小型化と簡素化
を図ることができるとともに、機能膜の透過冷媒および
非透過冷媒のいずれか一方を任意に選択して貯溜できる
。

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Ｆ（−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−２
２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０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を用いたが、ジメチルシリ
コーン以外の非孔質制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。

さらに多孔質両分子膜、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
＠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は主
絞り装置、２４は蒸発器で順次環状に接続されて主回路
を構成している。一方、前記構成の分離器１０１の入口
配管１０５は主絞り装置２３の手前の成圧側へ接続され
、出口配管１０６および透過冷媒出口配管１０７は四方
弁２５へ接続さｎている。さらに西方弁２５からは接続
配管１０８、貯溜器２６、副絞り装置２７を介して主絞
り装置２３の後の低圧側へ接続され、もう一方は接続配
管１０９、副絞り装置２８を介して主絞り装置２３の後
の低圧側に接続されており、四方弁コイル（図示せず）
への通電により出口配管１０６および透過冷媒出口配管
１０７からの連通を切り換えることができる。

ここで接続配管１０８は冷却器２９と熱交換的に接続さ
れている。

以上のように構成された冷凍サイクルについて、以下そ
の動作を示す。

まず始めに冷媒分離しない場合について説明する。

圧縮機２１により圧縮された冷媒蒸気は凝縮器２２によ
り冷却液化され、主絞り装置２３により減圧された後、
蒸発器２４で蒸発して圧縮機２１へ戻る。ここで、副絞
り装置２７．２８をそれぞれ主絞り装置２３の開度にあ
わせて適度に開くと、主絞り装置２３の手前から分岐さ
れた液冷媒は分離器１０１に流入し、一部は機能膜１０
３を透過せずにそのまま出口配管１０６より四方弁２５
、接続配管１０８、貯溜器２６、副絞り装置２７を介し
て蒸発器２４の入口に戻されるとともに、残りは機能膜
１０３を透過して出口配管１０７より四方弁２５、接続
配・＃１０９、副絞り装置２日を介して蒸発器２４の入
口に戻される。従って、サイクル内を循環する冷媒は充
実比率に等しくなる。

次に冷媒分離を行う場合について説明する。

まず非透過冷媒を貯溜する場合、上記の状態から副絞り
装置２８を主絞り装置２３の開度にあわせて適度に開き
、副絞り装置２７を全閉にすると分岐された液冷媒は分
離器１０１に流入し、機能膜１０３を透過しゃすいＲ−
２２は透過冷媒出口配管１０７を出て、四方弁２５、接
続配管１０９、副絞り装置２８を介して蒸発器２４の入
口に戻される。

一方、機能膜１０３を透過しにくいＲ−１３８１は出口
配管１０６を出て、四方弁２５、接続配管１０８を介し
、冷却器２９で冷却されて貯溜器２６に貯溜される。し
たがって、主回路のＲ−１３８１比率は低下し、Ｒ−２
２比率が上昇する。

また、透過冷媒を貯溜する場合は、同様に副絞り装置２
８を主絞り装置２３の開度にあわせて適度に開き、副絞
り装置２７を全閉にするとともに、四方弁コイルに通電
して四方弁２５の流路を切り替える。その結果、分岐さ
れた液冷媒は分離器１０１に流入し、機能膜１０３を透
過しにくいＲ−１３８１は出口配管１０６を出て四方弁
２５、接続配管１０９、副絞り装置２８を介して蒸発器
２４の入口に戻される。一方、機能膜１０３を透過しゃ
すいＲ−２２は出口配管１０７を出て、四方弁２５、接
続配管１０８を介し、冷却器２９により冷却されて液冷
媒で貯溜器２６に貯溜される。

したがって、主回路のＲ−２２比率は低下し、Ｒ−１３
８１比率が上昇する。

以上のように本実施例によれば、機能膜を透過しにくい
Ｒ−１３８１または機能膜を透過しゃすいＲ−２２を一
つの貯溜器で任意に選択して貯溜することにより主回路
の冷媒組成比率を広範囲で可変でき、加熱器等を必要と
せずに高効率、高能力等の目的に応じて主回路の冷媒組
成を可変できる。また、分離回路の構成部品の取付上の
制約もないため、分離回路の小型化および簡素化を図る
ことができる。

発明の効果 以上のように本発明は、機能膜を透過しにくい冷媒また
は透過しやすい冷媒のいずれか一方を任意に選択して同
一の貯溜器に貯溜することにより、加熱器等を必要とせ
ずに主回路の複数種類の冷媒組成を可変できる。そして
、機能膜を透過しやすいｒｅ媒の特性を生かしたい時に
は透過しにくい冷媒を貯溜して、主回昂中に透過しやす
い冷媒を循環させ、反対に機能膜を透過しにくい冷媒の
特性を生かしたい時には透過しやすい冷媒を貯溜して、
主回路中に透過しにくい冷媒を循環させることができる
。しかも、分離回路の構成部品の取付設置上の制約もな
い。したがって分離回路の小型化および簡素化を図るこ
とができると言う効果を奏する。

【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使用した分離器の詳
細断面図、第３図は従来例における冷凍サイクル図、第
４図は同精留塔の詳細断面図である。 ２１・・・・・圧縮機、２２・・・凝縮器、２３・・・
・・主絞り装置、２４・・・・・蒸発器、２６・・・・
・貯溜器、１０１・・・・・・分離器、１０３・・・・
・機能膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ノｆ
ｆ１−、ＩＩ！　ＪＥ項 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、凝縮器、主絞り装置、蒸発器を環状に接続した
   主回路に複数種類の冷媒を封入した冷凍サイクルにおい
   て、前記複数種類の冷媒の内の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接続し、前記機能
   膜の透過側および非透過側の冷媒分離装置を出た冷媒の
   いずれか一方を任意に貯溜できる貯溜器を接続した冷凍
   装置。