JPH0239712B2 - Teionsochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非共沸混合冷媒を用い１段圧縮によ
り低温を得る低温装置の改良に関する。

従来の技術 従来非共沸混合冷媒を用い１段圧縮により低温
を得る低温装置としては、手塚俊一著「冷凍機」
（共立出版．1965年初版）43ページに示される如
く、第４図の様な低温装置が提案されている。第
４図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は凝
縮器出口に接続された気液分離器であり、流入す
る非共沸混合冷媒は気液分離器３内で、上部の低
沸点成分を多く含むガス成分と下部の高沸点成分
を多く含む液成分に分離される。さらに下部の液
成分は第１絞り装置４で減圧され寒冷を発生する
と共に、熱交換器５を経て圧縮機１に吸入され
る。一方気液分離器３上部のガス成分は熱交換器
５で凝縮液化し、第２絞り装置６で減圧され蒸発
器７にて低温を発生した後圧縮機１に吸入され
る。

かかる低温装置の作用様態を、非共沸混合冷媒
の温度対濃度線図（以下TX線図と称する）をも
つて説明する。第５図は二成分からなる非共沸混
合冷媒において、第４図の低温装置における凝縮
器２の高圧圧力と、蒸発機７の低圧圧力一定の状
態におけるTX線図である。各圧力のレンズ型の
上部曲面は飽和ガス線を、下部曲線は飽和液線を
表し、飽和ガス線より上部は過熱ガス域、飽和液
線より下部は過冷却液域、レンズ型の内部は気液
共存状態の二相域を示している。かかるTX線図
において、第４図の低温装置の各部状態を表す
と、第４図の点ａ〜ｊは第５図の点ａ〜ｊに対応
している。すなわち気液分離器３内ではガス成分
と液成分に分離されるが、ガス成分には低沸点成
分をより多く含むことになり、熱交換器５にて凝
縮液化され減圧された後、蒸発器７（点ｈ〜ｉ
間）で低温を発生する。従つて圧縮機１を循環す
る混合冷媒濃度に比べ蒸発器７ではより低沸点成
分が多く流れるため同一の低圧圧力においてより
低温を得ることが可能となるものであり、このこ
とは非共沸混合冷媒のTX線図が、低沸点成分濃
度を横軸にとると右下りとなることにより示され
るものである。

発明が解決しようとする問題点 以上説明した如く従来の低温装置は、１段圧縮
により低温を得ることが可能となるものの、その
温度レベルは非共沸混合冷媒のTX線図により制
約を受け限界があるのが欠点であつた。すなわ
ち、第４図の低温装置においては、気液分離器３
内で分離されるガス成分と液圧分は、第５図の
TX線図に示した高圧での飽和ガス線と飽和液線
の一定温度での１段の平衡状態で表される濃度の
範囲でしか分離できないものであり、この幅は非
共沸混合冷媒を構成する成分冷媒により一義的に
決定されたものとなるためである。

本発明は上記した従来低温装置の欠点を解消す
ることを目的とするものであり、具体的には圧縮
機を循環する混合冷媒濃度に比べ蒸発機を流れる
冷媒を従来以上に低沸点成分が多く流れる如く構
成することによつて、同一の低圧圧力でも従来よ
り、さらに低い低温を得ることを可能とするもの
である。

問題点を解決するための手段 本発明において上記目的を達成するための手段
は、高圧に設けた気液分離器の代りに中間圧にお
いて精留器を設けると共に、精留器下部の加熱源
として圧縮器吐出ガスを用い、精留器上部の冷却
源としては精留器下部から抽出される液冷媒を減
圧して冷却し、精留器下部では高沸点成分の、上
部では低沸点成分の濃度を高め、高沸点成分はそ
のまま圧縮機に吸入させると共に、低沸点成分の
みを減圧して蒸発器に流入させる如く構成するも
のである。

作 用 本発明になる手段の主たる作用は、精留器を中
間圧力の位置に設けているため、高圧状態の吐出
ガス及び精留器下部の液冷媒を低圧まで減圧して
得られる寒冷との間でそれぞれ充分な温度差を確
保することが可能となり、精留器内部での気液接
触により精留器下部と上部に分離される高沸点成
分と低沸点成分の濃度幅を従来以上に拡大すると
共に、低沸点成分のみを蒸発機に流入させて従来
よりさらに低い低温を得るものである。

実施例 本発明になる低温装置の実施例を第１図をもつ
て説明する。第１図において１１は圧縮機、１２
は吐出ガス管、１３は凝縮器、１４は第１絞り装
置、１５は中間圧力の位置に配置された精留器で
あり、精留器１５内には充填材１６が充填されて
いる。また精留器１５下部から抽出される液冷媒
は、一部が第１熱交換器１７を介して吐出ガス管
１２と熱交換して精留器１５の下部に帰還され、
残りは第２絞り装置１８にて減圧した後第２熱交
換器１９を経て圧縮機１１に吸入される。さらに
精留器１５の上部から抽出されるガス冷媒は第２
熱交換器１９にて凝縮液化した後、一部が精留器
１５の上部に帰還され、残りは第３絞り装置２０
で減圧され蒸発器２１にて低温を発生した後圧縮
機１１に吸入される。

次に本発明になる低温装置の作用様態を、従来
例と同じく二成分から成る非共沸混合冷媒のTX
線図をもつて説明する。第２図は、第１図の低温
装置における凝縮器１３の高圧圧力、精留器１５
の中間圧力、蒸発器２１の低圧圧力が一定の状態
におけるTX線図である。かかるTX線図におい
て、第１図の低温装置の各部状態を表すと、第１
図の点ａ〜ｌは第２図の点ａ〜ｌに対応してい
る。すなわち、中間圧力の位置に配置された精留
器１５内部では、第１絞り装置１４を経て流入す
る気液共存状態の冷媒の内、ガス冷媒は上昇し液
冷媒は下降するばかりでなく、第１熱交換器１７
に流入する液冷媒は、吐出ガス管１２により加熱
され揮発性の低沸点成分がガス状態となつて精留
器１５内を上昇し、精留器１５の上部から抽出さ
れるガス冷媒は第２熱交換器１９により凝縮液化
され、一部が精留器１５に帰還され液冷媒として
下降する。このとき精留器１５内部では、上昇す
るガス冷媒と下降する液冷媒が、充填材１６によ
り拡大された接触面積で気液接触し、精留作用に
より下降する液冷媒はより高沸点成分に富み、上
昇するガス冷媒はより低沸点成分に富む様にな
る。この状態は第２図のTX線図においては、中
間圧での飽和ガス線と飽和液線とで囲まれた範囲
内で多段に分離された状態に対応し、精留器１５
下部では点ｅで示される液冷媒と、上部では点ｆ
で示されるガス冷媒に分離されるものであり、従
来以上に濃度幅を拡大して分離することが可能と
なるものである。従つて下部の高沸点成分は第２
絞り装置１８を経て第２熱交換器１９にて寒冷を
発生するのに利用され、そのまま圧縮機１１に吸
入されるものの、上部の低沸点成分は第２熱交換
器１９で凝縮液化し、第３絞り装置２０にて低圧
まで減圧され、蒸発器２１にて低温を発生するも
のであり、蒸発機２１を流れる冷媒は従来以上に
低沸点成分が多く流れるため、同一の低圧圧力で
も、従来より、さらに低い低温を得ることが可能
となるものである。

次に本発明になる低温装置の第２の実施例を、
第３図の精留器まわりの要部についてのみ説明す
る。第３図において番号１２〜１９は、第１図の
実施例と同一の構成要素であり、本実施例におい
ては吐出ガス管１２を精留器１５の下部に一体的
に構成すると共に、熱交換器１９を経て精留器１
５上部に帰還する配管中に流量制御弁２２を設け
たものである。かかる構成を用いることによつて
もその作用様態は第１図の実施例と同様である
が、第１図の実施例における熱交換器１７が省略
され、流量制御弁２２により濃度分離幅の調整が
可能となるものである。

発明の効果 以上説明した如く本発明になる低温装置は、中
間圧となる位置に精留器を設け、加熱源としては
圧縮機吐出ガスを用い、冷却源としては精留器下
部から抽出される液冷媒を減圧して用いているた
め、第２図に示される如く精留作用により高沸点
成分と低沸点成分とに分離する際に、精留器下部
では高めの温度、上部では低めの温度になるにも
かかわらず熱源との間に充分な温度差を確保する
ことが可能となり精留作用を促進して分離幅を拡
大することができるものである。さらに本発明に
なる低温装置は、精留器上部で分離された低沸点
成分のみを蒸発器に流入させる如く構成している
ので従来よりさらに低い低温を得ることが可能と
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の低温装置の構成
図、第２図は同実施例の作用様態を説明する非共
沸混合冷媒の温度対濃度線図、第３図は本発明の
異なる実施例の低温装置の構成図、第４図は従来
の一実施例の低温装置の構成図、第５図は第４図
に示す従来例の作用様態を説明する非共沸混合冷
媒の温度対濃度線図である。 １１……圧縮機、１２……吐出ガス管、１３…
…凝縮器、１５……精留器、２１……蒸発器、１
７，１９……熱交換器、１４，１８，２０……絞
り装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、吐出ガス
   管、凝縮器、第１絞り装置、精留器を連結し、精
   留器下部は吐出ガス管と熱交換する熱交換器と第
   ２絞り装置を経て前記精留器上部のガス冷媒と熱
   交換する熱交換器を経由して圧縮機と接続し、精
   留器上部は前記精留器下部の液冷媒と熱交換する
   熱交換器を経由後分岐して一方を精留器上部と接
   続し、他方を第３絞り装置を経て蒸発器と圧縮機
   に接続する如く構成したことを特徴とする低温装
   置。