JPH0321824B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は必要な低温が得られながら、起動時の
系内圧力上昇を防止することが可能なカスケード
式冷凍装置に関する。

低温を得るための冷凍装置として、単段圧縮機
でカスケード式冷凍回路の冷媒循環を行わせるも
のについては、米国特許第2041725号明細書など
によつて公知であり、代表的な冷凍回路を第４図
に示しているが、圧縮機１から吐出した非共沸混
合冷媒ガスを凝縮器２で凝縮し、次いで気液分離
器３で高温側冷媒液と低温側冷媒ガスとに分離し
て、高温側冷媒液は高温側膨脹弁８で減圧後カス
ケード凝縮器４の冷却側通路に送る一方、低温側
冷媒ガスはカスケード凝縮器４の被冷却側通路を
経て、低温側膨脹弁７で減圧後、冷却器（又は蒸
発器）５で蒸発した後カスケード凝縮器４の冷却
側通路に送り、そしてこの冷却側通路に混在する
非共沸混合冷媒を圧縮機１に吸入せしめる冷媒循
環の運転が成されるものである。

この種の混合冷媒カスケード式冷凍装置は、低
温を得るためには低温側冷媒Ｒ１３，Ｒ１４等の
混合比率を高めるのが有効な手段であるが、一方
では混合比率を高めたことにより冷媒系統内の圧
力が上昇し、特に起動時に実使用し得ない程、高
圧になる欠点があつた。

この点をさらに説明すると以下述べる通りであ
る。すなわち、起動時に回路中に滞溜している冷
媒のうち、気化し易い低温冷媒（高圧冷媒）が先
行して気化するのと、停止時の滞溜状態は低温冷
媒が系内のガス相に多く含まれているのとの２つ
の理由から起動直後には低温冷媒の含有率が高い
混合冷媒が系内を循環することになつて、低温冷
媒の特性上、圧縮機１の吐出圧を高めることとな
り、実使用できない程になる場合が起るのであ
る。

また、回路内に冷媒が流れ始めるとき、高温側
冷媒と低温側冷媒とが同時に流れ始め、ガス状で
カスケード凝縮器４に流入する低温側冷媒ガスを
凝縮液化するのに十分な高温側冷媒が起動直後に
は余り流れていないために短時間ではあるが圧縮
機吐出圧を上昇させることとなるのである。

以上の如き理由によつて、起動時に圧縮機吐出
圧力が実使用できない程度まで上昇するのであ
る。

このように従来のカスケード式冷凍装置が低温
側冷媒の混合比率を高めて必要な低温を得たいに
もかかわらず、起動時に吐出圧力が異常上昇して
実用に適し難い点に鑑みて、本発明は定常運転時
においては低温側冷媒を系統内に流通して圧縮機
に過負荷をもたらすことなく低温冷媒の特性を発
揮させ、しかも起動時にはカスケード式冷凍サイ
クルの長所を活用して混合冷媒中の高温側冷媒の
流通によつて圧力上昇を抑えさせ得る冷凍装置を
提供すべく成されたものであつて、円滑な起動と
低温特性の向上とを併せ果たせることを目的とす
る。

しかして本発明は特にこの種のカスケード式冷
凍装置において、高温側冷媒液と低温側冷媒ガス
とに分離するための気液分離器３の液相部と高温
側膨脹弁８入口とを連絡する液管路中に、高温側
膨脹弁８側にのみ冷媒流通を許容する逆止弁１
１、受液器６および第１開閉弁１０を上流側から
順の直列に介設すると共に、カスケード凝縮器４
の被冷却側通路と低温側膨脹弁７入口とを連絡す
る液管路中に第２開閉弁９を介設する一方、圧縮
機１の吸入圧力を検知して該圧縮機１に過負荷と
ならない許容圧力に相当する設定値よりも低いと
き低圧信号を発信する圧力検知器１２と、カスケ
ード凝縮器４内の被冷却側通路における冷媒の温
度を検知して所定の設定値に比し低いときに低温
信号を発信する温度検知器１３と、前記低圧信号
が発信されかつ前記低温信号が発信されていない
ときのみ、前記第１開閉弁１０を開弁させ、前記
低温信号が発信されているときのみ、前記第２開
閉弁９を開弁する制御回路とを前記第１・第２開
閉弁の操作部に連絡させて設けた構成としたもの
であり、起動時は圧力上昇に影響を与える低温冷
媒は冷却器およびカスケード凝縮器の冷却側通路
内に滞溜するものに限定されるために起動直後の
圧力上昇を小さく抑えることができ、一方、起動
完了後の定常運転中は高温側冷媒を受液管内に滞
溜させることによつて、循環冷媒を殆ど低温側冷
媒とすることができるので低温特性が良好とな
り、ここに所期の目的は十分に達成されるに至つ
たのである。

以下、本発明の１実施例について図面を参照し
つつ詳述する。

第１図乃至第３図は本発明装置の１例を運転態
様別に示した装置回路図であつて、圧縮機１、凝
縮器２、気液分離器３、カスケード凝縮器４、冷
却器（又は蒸発器）５、低温側膨脹弁７、高温側
膨脹弁８を要素としたカスケード式冷凍回路を備
えており、この冷凍回路は第４図々示従来装置と
同等のものであるので詳細説明は省略する。

このカスケード式冷凍装置において、気液分離
器３の液相部と高温側膨脹弁８の入口とを連絡す
る液管路中に、高温側膨脹弁８側にのみ冷媒流通
を許容する逆止弁１１、受液器６、第１開閉弁例
えば電磁弁１０の３つの部材を上流側から記載順
の直列に介設しており、また、カスケード凝縮器
４の被冷却側通路と低温側膨脹弁７とを連絡する
液管路中に、第２開閉弁例えば電磁弁９を介設し
ている。

１２は圧縮機１の吸入口に接続する吸入管に分
岐接続して吸入圧力を検知して該圧縮機１に過負
荷とならない許容圧力に相当する設定値よりも低
いとき低圧信号を発信する圧力検知器であり、ま
た１３は前記第２電磁弁９の入口に接続する液管
路に対し感温部を添着してなる温度検知器であつ
てカスケード凝縮器４内の被冷却側通路における
冷媒の温度を検知して所定の設定値に比し低いと
きに低温信号を発信するようになつている。

上述の回路構成になる冷凍装置は第１・第２電
磁弁１０，９の操作部に連絡してなる制御回路を
有している。

この制御回路は図示しないが、前記圧力検知器
１２から前記低圧信号が発信されておりかつ前記
温度検知器１３の低温信号が発信されていないと
きのみ、前記第１電磁弁を開弁させ、前記低温信
号が発信されているときのみ、前記第２開閉弁９
を開弁する制御回路に形成しており、また該回路
を再電磁弁１０，９の操作部に連絡して設けてあ
る。

上記冷凍装置の運転は次のように行われるもの
である。

すなわち、装置の起動（圧縮機１、凝縮器２用
のフアンならびに冷却器５用のフアンの起動）を
行うに際しては、第１電磁弁１０、第２電磁弁９
を閉止操作した状態となしておく。

この状態では、圧縮機１を出た冷媒ガスは一部
が凝縮器２で液化し、気液分離器３で高温側冷媒
液と低温側冷媒ガスとに分離して冷媒液は逆止弁
１１を経て受液器６に、冷媒ガスはカスケード凝
縮器４の被冷却側通路に夫々滞溜する。

一方、前記第１電磁弁１０と第２電磁弁９が閉
止しているので圧縮機１の吸入側には、カスケー
ド凝縮器４の冷却側通路と冷却器５とに滞溜して
いる冷媒ガスだけが吸引されることとなり、従つ
て起動時における低温冷媒の影響はガス吸入量が
限定されるために起動直後に圧力上昇を小さく抑
えた状態となつて、従つて圧縮機に高負担を与え
ないようにすることができる。

この運転状態は第１図に示される通りであつ
て、かくして吸入圧力が十分に低くなり、圧縮機
１の過負荷にならなくなつた時点で、圧力検知器
１２がその設定値より低い圧力になつたとき信号
を発して制御回路を作動せしめ、第１電磁弁１０
を開かせる。このときカスケード凝縮器４内の被
冷却側通路の冷媒の温度は、前記温度検知器１３
の、所定設定値に比して高くて低温信号が発信さ
れていない。

かくして第２図に示す如く、気液分離器３に溜
つている高温側冷媒液は逆止弁１１、受液器６、
第１電磁弁１０を経て高温側膨脹弁８に至り、減
圧後カスケード凝縮器４の冷却側通路で、同じく
被冷却側通路に存する低温側冷媒ガスと熱交換し
た後蒸発する。

一方、低圧側冷媒ガスは凝縮液化する。これに
よつて回路内の圧力を上昇させる主な原因である
低温側冷媒を冷却して、圧力を低下させることが
可能である。

さらに吸入圧力が低く維持されたまま圧縮機１
が運転されてカスケード凝縮器４の被冷却側通路
に滞溜する低温側冷媒が十分に凝縮液化し、被冷
却側通路の冷媒が所定温度の設定値に比し冷却さ
れたことを温度検知器１３が検知して発する低温
信号が発信されているときのみ前記制御回路を作
動させ、第２電磁弁９を開かせると共に第１電磁
弁１０を閉じさせる。

かくして第３図に示すように定常運転となり、
第１電磁弁１０が閉じたままこの運転の継続によ
つて、気液分離器３で分離された殆んどの高温側
冷媒液は受液器６内に貯溜され、回路中を循環す
る冷媒は全量又は殆どが低温側冷媒となるもので
ある。

このとき低温側冷媒は、液化過冷却されて低温
側膨脹弁７を通り、冷却器５で一部が蒸発し、空
気を冷却する。

また、未蒸発のまゝで一部はカスケード凝縮器
４の冷却側通路に流入して蒸発し、低温側冷媒を
冷却液化して、過熱ガスとなり圧縮機１に吸入さ
れる。

かくして、回路内は実質的に低温側冷媒のみが
循環し、低温冷媒の特性を良好に発揮する。

本発明は叙上の通りの構成ならびに作用を有す
るものであつて、起動を終了した定常運転中は電
磁弁１０を閉じて高温側冷媒を受液器６内に貯溜
させて、系内圧力を上昇させないで低温側冷媒の
循環量比率を上げて低温冷媒の特性を発揮させて
冷凍装置としての低温特性を高める効果を奏す
る。

さらに起動時には各系統に溜つている冷媒のう
ちでカスケード凝縮器４と冷却器５とに溜つてい
る低温側冷媒（高圧冷媒）が先行して吸入、吐出
されるので系内圧力を上昇することは無くなり、
圧縮機１への負担を軽くして起動を容易にし安全
性を高め得る効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明装置例を運転態様別
に示した装置回路図、第４図は従来の冷凍装置回
路図である。 １……圧縮機、２……凝縮器、３……気液分離
器、４……カスケード凝縮器、５……冷却器、６
……受液器、７……低温側膨脹弁、８……高温側
膨脹弁、９……第２開閉弁、１０……第１開閉
弁、１１……逆止弁、１２……圧力検知器、１３
……温度検知器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機１から吐出した非共沸混合冷媒ガスを
   凝縮器２で凝縮し、次いで気液分離器３で高温側
   冷媒液と低温側冷媒ガスとに分離して、高温側冷
   媒液は高温側膨脹弁８を経、カスケード凝縮器４
   の冷却側通路に送る一方、低温側冷媒ガスは前記
   カスケード凝縮器４の被冷却側通路、低温側膨脹
   弁７、冷却器５を順に経て、前記カスケード凝縮
   器４の冷却側通路に送ると共に、該冷却側通路の
   非共沸混合冷媒ガスを前記圧縮機１に吸入せしめ
   るカスケード式冷凍装置において、前記気液分離
   器３の液相部と高温側膨脹弁８入口とを連絡する
   液管路中に、高温側膨脹弁８側にのみ冷媒流通を
   許容する逆止弁１１、受液器６および第１開閉弁
   １０を上流側から順の直列に介設すると共に、カ
   スケード凝縮器４の被冷却側通路と低温側膨脹弁
   ７入口とを連絡する液管路中に第２開閉弁９を介
   設する一方、圧縮機１の吸入圧力を検知して該圧
   縮機１に過負荷とならない許容圧力に相当する設
   定値よりも低いとき低圧信号を発信する圧力検知
   器１２と、カスケード凝縮器４内の被冷却側通路
   における冷媒の温度を検知して所定の設定値に比
   し低いときに低温信号を発信する温度検知器１３
   と、前記低圧信号が発信されかつ前記低温信号が
   発信されていないときのみ、前記第１開閉弁１０
   を開弁させ、前記低温信号が発信されているとき
   のみ、前記第２開閉弁９を開弁する制御回路と前
   記第１・第２開閉弁１０，９の操作部に連絡させ
   て設けたことを特徴とするカスケード式冷凍装
   置。