JPH02166355A - 低温冷凍機及びその運転方法 - 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〕 本発明は圧縮機を用いた冷凍器、特に複数種の非共沸混
合冷媒を用いて、低温を得るための冷凍機およびその運
転方法に関する。

〔従来の技術〕

公知の単段の冷凍システふにおいては、冷媒蒸気が圧縮
され、この冷媒蒸気は周囲の空気又は水と熱交換される
ことにより凝縮し、この凝縮液は膨張弁により低圧調整
されて断熱膨張し、冷凍効果を発生し、最終的に圧縮機
に帰還する。

この様なシステムでは、−６０℃の低温を得るのが限度
である。

また、低温冷凍システムとして公知の多元カスケードサ
イケ〃では、単一成分の冷媒を用い、冷凍サイケμを多
段に組み合わすことにより目的の低温を得ることができ
る。これに対して、混合冷媒冷凍サイケμでは、混合冷
媒を段階的に高沸点順に液化分離させ、順次低沸点冷媒
を凝縮させ、断熱膨張させることにより低温を得ること
ができる。

上記の混合冷媒冷凍サイクルを第３図を用いて説明する
。第３図においては混合冷媒を圧縮機■により断熱圧縮
し、この断熱冷媒を凝縮器■にて冷却水等により冷却し
、部分的に凝縮させ、この気液混合冷媒を補助熱交換器
■にて低温部からのもどり冷媒と熱交換させ、更に部分
凝縮させた後、第１分離器■にて凝縮冷媒と未凝縮冷媒
とに分離させる。分離された凝縮冷媒は第１膨張弁■に
て断熱膨張させることにより低温を発生させ、低温部か
らのもどり冷媒と合流させ、第１熱交換器■に流通させ
、第１分離器にて分離した未凝縮冷媒を更に冷却し、部
分的に凝縮させる。これを順次くシ返すことによυ、順
次低い沸点の冷媒を凝縮させ、これを断熱膨張させるこ
とにより、よシ低温の冷凍ガスを発生させることができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のよう々混合冷媒冷凍システムにおいては、冷凍機
の起動時の機内各部の圧力と、定常状態の機内各部の圧
力とに大きな差が生じる。

定常状態においては、各低温部が所定の低温状態に保た
れ、冷媒の部分的凝縮も行なわれているため、機内の圧
力は低く保たれている。一方、起動時は冷媒温度が常温
に近く、凝縮量も少ないため、特に圧縮機吐出圧力は非
常に高圧となる。このため、圧縮機に大きな負担がかが
シ、圧縮機の運転を停止せざるを得なくなる場合がある
。また逆に、起動時の圧縮機吐出圧力を小さくおさえて
おくと、冷凍サイクル形成の進行により機内の圧力が低
下し、所定の冷媒の凝縮を行なうことができなくなる。

よシ低温の冷媒を得るためには、起動時の圧縮機吐出圧
を低くおさえ、かつ、定常時には所定の吐出圧力を保つ
必要がある。

冷凍機起動時の圧縮機吐出圧力を下げるためには、冷凍
機停止時の機内平均圧力を下げると効果がある。冷凍機
停止時の機内平均圧力を下げるためには、圧縮機吸込側
（運転時低圧側）容積を大きくする方法がアシ、冷媒も
どシ配管および熱交換器のもどシ側流路面積を大きくす
るか、冷媒貯蔵用クツションタンクを設け、細管で圧縮
機吸込側の冷媒もどシ配管に接続する。

冷媒もどシ配管訃よび熱交換器の冷媒もευ側の流路面
積が大きくなると、冷媒ガス流速を変化させるので設計
上限界がある。クツションタンクは、英倹により必要容
積を求めることになるが、非常に大きな容積を要すると
いう欠点があった。

そこで、本発明は、上記のような欠点のない、簡単な手
段により機内平均圧力を低下することのできる冷凍機と
それの運転方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明者らは、鋭意研究の結果、圧縮機吐出側の冷媒送
り配管と、圧縮機吸込側の冷媒もど夛配管とを連通させ
るバイパス配管を設けることにより、上記目的は達成さ
れることを見い出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、該圧縮
機吐出側の送り冷媒と該蒸発器からのもどり冷媒とが流
通する複数の中間熱交換器、複数の分離器と減圧器を具
備しており、冷媒には複数の非共沸混合冷媒を用い、該
分離器を経た冷媒の凝縮冷媒を該減圧器を介して該中間
熱交換器に蒸発器からのもどり冷媒と合流せしめ、該冷
媒中の未凝縮冷媒を冷却し、順次沸点の低い冷媒を凝縮
せしめる手段、最終段もしくは中間の減圧器を介して冷
媒を該蒸発器に流通する手段により低温を得る冷凍機に
おいて、前記圧縮機吐出側の冷媒吐出配管から前記圧縮
機吸込側の冷媒吸込配管に連通ずるバイパス配管を設け
たことを特徴とする冷凍機にある。

また、本発明は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、該圧縮機吐
出側の送り冷媒と該蒸発器からのもど９冷媒とが流通す
る複数の中間熱交換器、複数の分離器と減圧器を具備し
てお）、冷媒には複数の非共沸混合冷媒を用い、該分離
器を経た冷媒の凝縮冷媒を該減圧器を介して該中間熱交
換器に蒸発器からのもどり冷媒と合流せしめて、該冷媒
中の未凝縮冷媒を冷却し、順次沸点の低い冷媒を凝縮せ
しめて、最終段もしくは中間の減圧器を介して冷媒を該
蒸発器に流通することにより低温をつくり、該圧縮機吐
出側の冷媒吐出配管から該圧縮機吸込側の冷媒吸込配管
に連通ずるバイパス配管を設け、該バイパス配管に開閉
弁を設けた冷凍機の運転方法において、前記圧縮機の吐
出圧力もしくは吸込圧力、又は前記圧縮機の吐出側冷媒
温度を検知するか、又は検知器類を用いず、タイマーに
より前記開閉弁を開閉させることを特徴とする冷凍機の
運転方法にもある。

本発明のバイパス配管において、圧縮機吐出側冷媒取出
口を凝縮器通過後に設けると、冷媒の冷却効果もあり、
圧縮機吐出側冷媒温度の上昇をおさえる効果があシ、好
ましい。

また、本発明における冷凍機の運転方法において、上記
のバイパス配管に開閉バルブを設け、圧縮機の作動仕様
により開閉バルブを開閉し、圧縮機の吐出圧力を制御す
ることができる。圧縮機の作動仕様の検知項目としての
吐出圧力又は吸込圧力、吐出側冷媒温度を検知し、開閉
バルブの開閉を行ない冷凍機の運転を行なうことができ
る。更に、圧縮機の起動時の作動仕様を測定しておけば
、タイマーにて開閉バルブの開閉を行ない、冷凍機の運
転を行なうことができる。

〔作用〕

前記バイパス配管を設けた場合、冷媒の循環量はバイパ
ス配管通過量だけ減少する。そして、起動時においては
圧縮機の吐出圧と吸込圧との差は非常に大きく、冷媒の
バイパス配管通過量は大きいが、定常状態に近づくにし
たがい圧縮機の吐出圧は低くなシ、冷媒のバイパス配管
通過量も小さくなる。そζで、冷凍サイクルに必要な冷
媒循環量を確保するようにバイパス配管通過量を見込ん
だ圧縮機を選定することにより、起動時には多量の冷媒
のバイパス配管通過が行なえるから、圧縮機吐出圧の大
きい低減効果を奏する。そして、運転の進行に伴ない、
機内の熱交換器等の冷媒凝縮が進み、機内圧力が徐々に
低下し、冷媒のバイパス配管通過による循環量の損失も
少なくなる。以上のようにバイパス配管を設けることに
より、安全で過負荷運転をすることのない、良好な圧縮
機の起動を行なうことができ、定常状態においても冷媒
循環を確保する冷凍機の運転を行なうことができる。

次に、前記バイパス配管に開閉弁を設けることにより、
圧縮機の吐出圧を検知する圧力スイッチにてバイパス配
管の前記開閉弁を開閉動作させることができる。起動時
で圧縮機の吐出圧力が高いときにバイパス配管の開閉弁
を開け、吐出圧力の上昇をおさえる。冷凍機の運転進行
に伴ない各熱交換器での冷媒凝縮量が増えることにより
、機内の圧力が低下してくる。圧縮機の吐出圧が所定圧
力よシ低くなると、バイパス配管の開閉弁を閉じる。こ
のようにして圧縮機吐出圧力を検知することにより、圧
縮機の安全な起動を行なうことができる。また、圧縮機
の吐出圧力だけでなく、圧縮機の吐出側冷媒温度を検知
するととによっても、開閉弁の開閉動作の制御を行なう
ことができる。

数種類の非共沸混合冷媒を用いて、−１００℃以下の低
温冷媒をつくるためには、起動時の圧縮機の吐出圧力は
定常運転時の吐出圧力の２倍程度となることがあシ、バ
イパス配管を用いる意義は大きい。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例を示す経路図である。

第１図においては、混合冷媒を圧縮機■により断熱圧縮
し、この断熱冷媒を凝縮器■にて冷却水等により冷却し
、部分的に凝縮させ、この気液混合冷媒を補助熱交換器
■にて低温部からのもどり冷媒と熱交換させ、更に部分
凝縮させた後、第１分離器■にて凝縮冷媒と未凝縮冷媒
とに分離させる。分離された凝縮冷媒は第１膨張弁■に
て断熱膨張させることにより低温を発生させ、低温部か
らのもどり冷媒と合流させ、第１熱交換器■に流通させ
、第１分離器にて分離した未凝縮冷媒を更に冷却し、部
分的に凝縮させる。これを順次くシ返すことにより、順
次低い沸点の冷媒を凝縮させ、これを断熱膨張させるこ
とにより、よシ低温の冷媒ガスを発生させることができ
る。

数種類の非共沸混合冷媒を用いて、−１００°Ｃ以下の
低温冷媒をつくるため、定常時の圧縮機の吐出圧力を１
５匈・Ｓ　／　ｅｙｍ”　Ｇと設定圧力とする場合、起
動時の圧縮機吐出圧力は２６〜３０時・５／α２０とな
る。経済性のある通常のＶシプロ型圧縮機を用いるため
に圧縮機吐出圧力を２０ｋｇ／ａｍｚａ以下におさえる
必要がある。そのためにバイパス配管［相］を設けであ
る。適切な冷媒バイパス流量を設定するために、バイパ
ス配管［相］はオリフィスを組込んだ連通管とするがキ
ャピラリーチューブとするのが望ましい。

実施例２ 第２図は本発明のもう一つの実施例を示す経絡図である
。第２図は、バイパス配管に開閉弁を設けた例である。

第２図においては、第１夾施例に示したバイパス配管に
電磁弁０を取シ付けたバイパス配管＠を設けている。圧
縮機吐出圧力を検出する圧力スイッチ［相］の信号によ
り、電磁弁◎を開閉させ、圧縮機吐出圧力を仕様値内に
おさまるように冷凍機を起動又は通常運転の負荷変動に
対応する運転が可能になる。

更に、圧縮機吐出冷媒温度を検知する温度スイッチを設
け、設定温度を越えるとき、この電磁弁◎を開けること
により冷媒の過熱をおさえることにも有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パイバフ、！ｉｌ！管を設けることに
より、安定で過負荷運転のない、良好な圧縮機の起動を
行なうことができ、定常状態においても冷媒循環を確保
する冷凍機の運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明の一実施例を示す経絡図であ
シ、第３図は、従来からの冷凍機の経路図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・補助熱交換
器、４・・・第１分離器、５・・・第１膨張弁、６・・
・第１熱交換器、７・・・第２分離器、８・・・第２膨
張弁、９・・・第２熱交換器、１０・・・第３分離器、
１１・・・第３膨張弁、１２−・・第３熱交換器、１３
・・・最終段膨張弁、１４・・・蒸発器、 １６・・・送ル冷媒、１７・・・もどシ冷媒、１８・・
・バイパス配管、１９・・・電磁弁、２０・・・圧力ス
イッチ 特許出願人　株式会社荏原製作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、凝縮器、蒸発器、該圧縮機吐出側の送り冷
   媒と該蒸発器からのもどり冷媒とが流通する複数の中間
   熱交換器、複数の分離器と減圧器を具備しており、冷媒
   には複数の非共沸混合冷媒を用い、該分離器を経た冷媒
   の凝縮冷媒を該減圧器を介して該中間熱交換器に蒸発器
   からのもどり冷媒と合流せしめ、該冷媒中の未凝縮冷媒
   を冷却し、順次沸点の低い冷媒を凝縮せしめる手段、最
   終段もしくは中間の減圧器を介して冷媒を該蒸発器に流
   通する手段により低温を得る冷凍機において、前記圧縮
   機吐出側の冷媒吐出配管から前記圧縮機吸込側の冷媒吸
   込配管に連通するバイパス配管を設けたことを特徴とす
   る冷凍機。 ２、請求項１記載の冷凍機において、バイパス配管に開
   閉弁が設けられていることを特徴とする冷凍機。 ３、圧縮機、凝縮器、蒸発器、該圧縮機吐出側の送り冷
   媒と該蒸発器からのもどり冷媒とが流通する複数の中間
   熱交換器、複数の分離器と減圧器を具備しており、冷媒
   には複数の非共沸混合冷媒を用い、該分離器を経た冷媒
   の凝縮冷媒を該減圧器を介して該中間熱交換器に蒸発器
   からのもどり冷媒と合流せしめて、該冷媒中の未凝縮冷
   媒を冷却し、順次沸点の低い冷媒を凝縮せしめて、最終
   段もしくは中間の減圧器を介して冷媒を該蒸発器に流通
   することにより低温をつくり、該圧縮機吐出側の冷媒吐
   出配管から該圧縮機吸込側の冷媒吸込配管に連通するバ
   イパス配管を設け、該バイパス配管に開閉弁を設けた冷
   凍機の運転方法において、前記圧縮機の吐出圧力もしく
   は吸込圧力又は前記圧縮機の吐出側冷媒温度を検知する
   か、又は検知器類を用いず、タイマーにより前記開閉弁
   を開閉させることを特徴とする冷凍機の運転方法。