JPH04260757A - 冷凍サイクル装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷暖房や給湯または超
低温装置などの、より高温または低温を得る冷凍サイク
ル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍サイクル装置は、より高温ま
たはより低温が得られることが求められている。

【０００３】従来、この種の冷凍サイクル装置として、
複数個の冷凍サイクル装置をカスケード式に連結した多
元の冷凍サイクル装置が知られている。この多元の冷凍
サイクル装置においては、通常、高段の冷凍サイクルに
沸点の高い冷媒成分（以下、高沸点冷媒という）が封入
され、低段の冷凍サイクルに沸点の低い冷媒成分（以下
、低沸点冷媒という）が封入され、高段の蒸発冷媒と低
段の凝縮冷媒を熱交換させる中間熱交換器を配置するよ
うに構成していた。

【０００４】このような冷凍サイクル装置では、高段の
冷凍サイクルに高沸点冷媒を封入しているため、高段の
凝縮器において蒸気圧を低くしながら高温を得ることが
でき、低段の冷凍サイクルに低沸点冷媒を封入している
ため、低段の蒸発器において負圧にすることなく低温を
得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の冷凍
サイクル装置では、より高温または低温を得る目的には
適しているが、高段の冷凍サイクルに封入された高沸点
冷媒と低段の冷凍サイクルに封入された低沸点冷媒とを
分離するために、高段の蒸発冷媒と低段の凝縮冷媒を熱
交換させており、その結果、高段の蒸発温度は低段の凝
縮温度よりも低く、高段および低段の各冷凍サイクルに
配置された圧縮機は圧縮比が大きい状態で運転されるこ
とになり、効率の悪いという問題を有していた。

【０００６】また、最近の冷凍サイクル装置の利用形態
としては、高温給湯装置や超低温装置などの単機能の利
用だけでなく、高温給湯と冷暖房の両用兼用のように多
目的に利用できることが望まれている。このとき、多元
の冷凍サイクル装置においては、高段の凝縮器において
給湯と暖房の両機能を行わせることは可能であるが、高
沸点冷媒は加熱能力が低いため、装置を大がかりにしな
ければならないという問題を有していた。

【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、中間
部における熱交換器を用いることなく高段の高沸点冷媒
と低段の低沸点冷媒を分離し、しかも高段の圧縮機の吸
入および吐出温度を低下しながら２つの圧縮機を低圧縮
比で運転できるようにし、高効率な運転で、凝縮器では
より高温を得るとともに蒸発器ではより低温を得ること
を可能とすることを第１の目的としている。

【０００８】また、高段の高沸点冷媒と低段の低沸点冷
媒を混合し、高段の凝縮器において加熱能力を増大させ
るように冷媒の組成制御ができるようにすることを第２
の目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記第１の目的
を達成するために、第１圧縮機、精留分離器、精留分離
器底部に接続された第２圧縮機、凝縮器、主減圧装置、
蒸発器などを順に連結し、前記凝縮器の出口管をバイパ
スして第１減圧装置を経由して前記精留分離器底部に接
続し、前記精留分離器頂部を第２減圧装置を経由して主
減圧装置の出口管と接続し、低沸点冷媒と高沸点冷媒か
ら成る非共沸混合冷媒を封入したことを第１の課題解決
手段としている。

【００１０】また、第２の目的を達成するために、上記
第１の課題解決手段の第１減圧装置または第２減圧装置
を閉止可能としたことを第２の課題解決手段としている
。

【００１１】

【作用】本発明は上記した第１の課題解決手段により、
精留分離器の内部では非共沸混合冷媒の分離が起こり、
頂部では低沸点冷媒が濃縮され、底部では高沸点冷媒が
濃縮される。したがって、精留分離器の底部に接続され
た第２圧縮機の吸入温度は低く、第２圧縮機、凝縮器、
第１減圧装置、精留分離器底部に接続される第２の冷凍
サイクルと、凝縮器の出口管から主減圧装置の出口管で
第２減圧装置の出口管の合流点までの回路には濃縮され
た高沸点冷媒が循環する。また、低沸点冷媒が濃縮され
る精留分離器頂部からは第２減圧装置を経由して主減圧
装置の出口管において主減圧装置からの高沸点冷媒と混
合されて、蒸発器、第１圧縮機、精留分離器を接続した
第１の冷凍サイクルには、第２の冷凍サイクルよりも低
沸点成分の多い混合された組成の非共沸混合冷媒が循環
する。このようにして混合された組成の非共沸混合冷媒
は、再び精留分離器の内部で分離が起こり、頂部では低
沸点冷媒が濃縮され、底部では高沸点冷媒が濃縮される
。

【００１２】したがって、従来の多元の冷凍サイクル装
置のような中間部における熱交換器を必要とせず、第１
の冷凍サイクルの低沸点冷媒と、第２の冷凍サイクルの
高沸点冷媒とに分離することができるだけでなく、第２
圧縮機の吸入および吐出温度を低下させながら、２つの
圧縮機を低圧縮比で運転させることができ、高効率な運
転で凝縮器ではより高温を得るとともに蒸発器ではより
低温を得ることが可能となり、このような分離後の冷媒
成分や蒸気圧は、最初に封入される非共沸混合冷媒の組
合せや組成、および各減圧装置による圧力設定などによ
って任意に選択することができる。

【００１３】また、第２の課題解決手段により、凝縮器
の出口管をバイパスして第１減圧装置を経由して精留分
離器底部に接続される回路や、精留分離器頂部を第２減
圧装置を経由して主減圧装置の出口管と接続される回路
を閉止すれば、精留分離器の内部での分離も停止され、
封入された組成の非共沸混合冷媒が、第１圧縮機、精留
分離器、精留分離器底部に接続された第２圧縮機、凝縮
器、主減圧装置、蒸発器を循環し、分離時よりも低沸点
成分の多い非共沸混合冷媒が凝縮器において凝縮するた
め、加熱能力を増大させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照しなが
ら説明する。

【００１５】図に示すように、第１圧縮機１の吐出管は
精留分離器２の中部に接続している。第２圧縮機３は精
留分離器２の底部に接続している。凝縮器４は第２圧縮
機３に接続し、その出口管５は主減圧装置６に接続して
いる。蒸発器７は主減圧装置６に接続し、この蒸発器７
の出口配管は第１圧縮機１に連結している。また、凝縮
器４の出口管５をバイパスする出口バイパス管８は、第
１減圧装置９を経由して精留分離器２の底部と接続し、
精留分離器２の頂部は配管１０により第２減圧装置１１
を経由して主減圧装置６の出口管５と接続している。し
たがって、蒸発器７および第１圧縮機１とも接続される
ことになる。貯留器１２は精留分離器２の底部に設け、
第１圧縮機１の吐出管は、貯留器１２の内部に設けた熱
交換器１３を経由して、精留分離器２の中部と接続する
ようにしている。精留分離器２の頂部は配管１０と接続
される手前で循環回路を構成し、この循環回路内には冷
却器１４を配置して、冷却器１４の冷熱源は蒸発器７の
出口配管などで構成している。さらに、凝縮器４の出口
バイパス管８中に配置された第１減圧装置９、または精
留分離器２の頂部からの配管１０中に配置された第２減
圧装置１１はそれぞれ閉止可能な膨張弁によって構成し
ている。そして、上記冷凍サイクル装置には、低沸点冷
媒と高沸点冷媒からなる非共沸混合冷媒を封入している
。

【００１６】上記構成において動作を説明すると、精留
分離器２の内部では、第１圧縮機１の吐出管から供給さ
れるガス冷媒が貯留器１２の内部に設けた熱交換器１３
を経由して部分的に液化される二相冷媒と、第１圧縮機
１の吐出管から供給されるガス冷媒により、熱交換器１
３を通じて加熱され気化する精留分離器２の底部に設け
た貯留器１２中のガス冷媒と、精留分離器２の頂部で配
管１０と接続される手前の循環回路内の冷却器１４によ
り液化され、再び精留分離器２の頂部に帰還する液冷媒
により、精留作用によって非共沸混合冷媒の分離が起こ
り、頂部では低沸点冷媒が濃縮され、底部では高沸点冷
媒が濃縮される。したがって、精留分離器２の底部に接
続された第２圧縮機３はほとんど飽和ガス冷媒を吸入す
るためその吸入温度は低く、第２圧縮機３、凝縮器４、
出口バイパス管８、第１減圧装置９、精留分離器２の底
部に接続される第２の冷凍サイクルと、凝縮器４の出口
管５から主減圧装置６の出口管５で第２減圧装置１１の
出口管の合流点までの回路には、濃縮された高沸点冷媒
が循環する。また、低沸点冷媒が濃縮される精留分離器
２の頂部からは配管１０により、第２減圧装置１１を経
由して主減圧装置６の出口管５と接続しているので、連
結された主減圧装置６からの高沸点冷媒と混合されて、
蒸発器７、第１圧縮機１、精留分離器２を接続した第１
の冷凍サイクルには、第２の冷凍サイクルよりも低沸点
成分の多い混合された組成の非共沸混合冷媒が循環する
。このようにして混合された組成の非共沸混合冷媒は、
再び精留分離器２の内部で分離が起こり、頂部では低沸
点冷媒が濃縮され、底部では高沸点冷媒が濃縮される。

【００１７】したがって、従来の多元の冷凍サイクル装
置のような中間部における熱交換器を必要とせず、第２
の冷凍サイクルの高沸点冷媒と、第１の冷凍サイクル中
の第２の冷凍サイクルよりも低沸点成分の多い組成の非
共沸混合冷媒とに分離することができるだけでなく、第
２圧縮機３の吸入および吐出温度を低下させながら、第
１圧縮機１の吐出圧力と第２圧縮機３の吸入圧力がほぼ
同一となり、第１圧縮機１および第２圧縮機３はそれぞ
れ圧縮比が小さい状態で運転されることになり、高効率
な運転が可能となり、第２の冷凍サイクル中の凝縮器４
において蒸気圧を低くしながら高温を得ることができ、
第１の冷凍サイクル中の蒸発器７において負圧にするこ
となく低温を得ることができる。なお、このような分離
後の冷媒成分や蒸気圧は、最初に封入される非共沸混合
冷媒の組合せや組成、および主減圧装置６や第１減圧装
置９、第２減圧装置１１による圧力設定などによって任
意に選択することができるものであり、精留分離器２の
分離のための操作圧力が、第１圧縮機１の吐出圧力や第
２圧縮機３の吸入圧力とほぼ同一の圧力レベルになるよ
うに、全体の冷凍サイクルを上記のように構成したこと
によって可能となる。

【００１８】また、凝縮器４の出口バイパス管８中に配
置した第１減圧装置９や、精留分離器２の頂部からの配
管１０中に配置した第２減圧装置１１を閉止すれば、精
留分離器２の内部での分離も停止され、封入された組成
の非共沸混合冷媒が、第１圧縮機１、熱交換器１３、精
留分離器２、精留分離器２の底部に接続された第２圧縮
機３、凝縮器４、凝縮器４の出口管５、主減圧装置６、
蒸発器７を循環し、分離時よりも低沸点成分の多い非共
沸混合冷媒が凝縮器４において凝縮するため、加熱能力
を増大させることができる。このような冷媒の組成制御
も可能となる。

【００１９】なお、上記実施例では、第１圧縮機１の吐
出管は精留分離器２の中部に接続しているが、精留分離
器２と第１圧縮機１の吐出管の接続位置は精留分離器２
の頂部と底部の間であればよく、また、熱交換器１３の
加熱源や冷却器１４の冷熱源は第１圧縮機１から供給さ
れる二相冷媒による分離を促進するための付加手段であ
れば、他の手段を用いてもよい。また、原理的な冷凍サ
イクル装置の実施例として説明したが、冷暖房や給湯ま
たは超低温装置などに適用してもよいことはもちろんで
ある。

【００２０】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、第１圧縮機、精留分離器、精留分離器底部に
接続された第２圧縮機、凝縮器、主減圧装置、蒸発器な
どを順に連結し、前記凝縮器の出口管をバイパスして第
１減圧装置を経由して前記精留分離器底部に接続し、前
記精留分離器頂部を第２減圧装置を経由して主減圧装置
の出口管と接続し、低沸点冷媒と高沸点冷媒から成る非
共沸混合冷媒を封入したから、精留分離器の内部では非
共沸混合冷媒の分離が起こり、頂部では低沸点冷媒が濃
縮され、底部では高沸点冷媒が濃縮され、凝縮器には濃
縮された高沸点冷媒が循環し、蒸発器には低沸点冷媒が
循環し、従来の多元の冷凍サイクル装置のような中間部
における熱交換器を不要としながら、第２圧縮機の吸入
および吐出温度を低下させることができ、高効率な運転
で凝縮器ではより高温と蒸発器ではより低温を得ること
ができる。

【００２１】また、凝縮器の出口管をバイパスして第１
減圧装置を経由して精留分離器底部に接続される回路や
、精留分離器頂部を第２減圧装置を経由して主減圧装置
の出口管と接続される回路において、第１減圧装置また
は第２減圧装置を閉止することにより、精留分離器の内
部での分離も停止することができ、封入された組成の非
共沸混合冷媒が、第１圧縮機、精留分離器、精留分離器
底部に接続された第２圧縮機、凝縮器、主減圧装置、蒸
発器を循環し、分離時よりも低沸点成分の多い非共沸混
合冷媒が凝縮器において凝縮するため、加熱能力を増大
させることができ、このような冷媒の組成制御も可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の冷凍サイクル装置の構成図

【符号の説明】

１　　第１圧縮機 ２　　精留分離器 ３　　第２圧縮機 ４　　凝縮器 ５　　出口管 ６　　主減圧装置 ７　　蒸発器 ９　　第１減圧装置 １１　　第２減圧装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１圧縮機、精留分離器、精留分離器
   底部に接続された第２圧縮機、凝縮器、主減圧装置、蒸
   発器などを順に連結し、前記凝縮器の出口管をバイパス
   して第１減圧装置を経由して前記精留分離器底部に接続
   し、前記精留分離器頂部を第２減圧装置を経由して主減
   圧装置の出口管と接続し、低沸点冷媒と高沸点冷媒から
   成る非共沸混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】　　第１減圧装置または第２減圧装置を閉
   止可能とした請求項１記載の冷凍サイクル装置。