JPH0760025B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、混合冷媒を用い負荷に応じて能力が可変でき
る冷凍装置に関するものである。

従来の技術 従来、特に非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置で負荷に応
じて能力を可変する方式として以下のような冷凍サイク
ルが用いられている（例えば特開昭61-99062号公報）。

以下第４図を参照しながら、冷凍装置の一例について説
明する。

第４図は従来例を示す冷凍サイクル図である。

第４図において、１はインジェクション機能を持つ圧縮
機、２は凝縮器、３は第１の絞り装置、４は第２の絞り
装置、５は蒸発器であり、これらは環状に接続されてい
る。また、６は精留器であり、第１、第２の絞り装置
３、４の中間圧力において配管７を介して精留器６下部
に冷媒が分岐導入される。精留器６の内部には充填剤８
が充填され、下部には凝縮器２から第１絞り装置３に至
る高温配管９が、また上部には第２絞り装置４から蒸発
器５に至る低温配管10がそれぞれ熱交換器として配置さ
れている。さらに精留器６の頂部から冷媒蒸気を圧縮機
１のシリンダ内に注入する第１の電磁弁11を介したイン
ジェクション回路12が接続され、精留器６の搭底貯留器
13下部からは第２の電磁弁14を介して蒸発器５入口へ接
続されている。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。

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、通常運転時は第１、第２の電磁弁11、14を閉めて
おくと、精留器６は液貯めとなり一定量の液が貯留され
る。

次に第１の電磁弁11を開くと、精留塔上部の冷媒蒸気が
インジェクション回路12を通じ圧縮機１に注入される。
これにより、配管７を通じて気液二相状態の冷媒が精留
器６に導入される。低沸点成分の濃度の高い冷媒蒸気は
精留器６の上部に、高沸点成分濃度の高い冷媒液は塔底
貯留器13に貯るが高温配管９により加熱され液冷媒中の
低沸点成分が沸騰上昇する。上部では低温配管10により
冷媒蒸気中の高沸点成分が凝縮し下降する。そして途中
上昇してくる蒸気と互いに気液接触し熱交換、物質交換
により精留作用をなし、塔底貯留器13には高沸点成分が
貯留される。従って、圧縮機１に吸入される冷媒は低沸
点成分が多くなる。低沸点成分はガス比容積が小さいた
め圧縮機１の冷媒循環量は増加し、さらにインジェクシ
ョンによる冷媒が付加され、凝縮器２では能力が増大す
る。

また、第１の電磁弁11を閉じ第２の電磁弁14を開くと塔
底貯留器に貯えられた高沸点成分を蒸発器５に注入する
ため、循環量が減少し能力を減少させることができる。

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、以下のような課題
がある。

まず第１に、精留分離するためには加熱、冷却を行う必
要がある。

第２に精留分離性能を向上させるには精留塔内部に充填
剤をいれ高さを増し理論段数を大きくとる必要がある。

以上、装置の大型化、複雑化するなどの課題があった。

本発明は上記課題に鑑み、分離回路の小型化、簡素化お
よび高性能化と能力可変幅増大の実現を目的とする。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明は、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冷凍
サイクルに接続したものである。

作用 本発明は上記構成により、非共混合冷媒に限らず共沸混
合冷媒についても冷媒分離でき、分離回路の小型化、簡
素化および高性能化を図るとともに能力可変幅を大きく
することができる。

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１図に、機能膜を用いた冷媒分離器（以下単に分離器
と称す）101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ｂ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−13B1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内の高圧側空気ａに送られる。ここで高
圧側空間ａと低圧側空間ｂの圧力差によって一部の冷媒
は低圧側空間ｂ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Ｒ−13B1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−22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。

上記表１においては分離器101の入口配管より冷媒蒸気
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高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、多孔質高分子膜、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。

次に、上記機能膜を用いた冷媒サイクルの実施例１、実
施例２について第２図、第３図を参考に説明する。

第２図に冷媒としてＲ−22とＲ−13B1の非共沸混合冷媒
を用い、低沸点成分Ｒ−13B1を分離し能力制御する場合
の実施例１を示す。

同図において、11はインジェクション機能を持つ圧縮
機、12は凝縮器、13は第１の絞り装置、14は気液分離
器、そして前記気液分離器14の液側出口は第２の絞り装
置15、蒸発器16を経て圧縮機11吸入に環状に接続されて
いる。前記気液分離器14の蒸気側出口は前記構成の分離
器101の入口配管105へ接続され、分離器101の出口配管1
06は第１の電磁弁17を経て圧縮機11に接続され、インジ
ェクション回路20を構成している。また、分離器101の
透過冷媒出口配管107は第２の電磁弁18を介して前記第
２の絞り装置15と前記蒸発器16の間の低圧側に接続され
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、通常の運転の場合を説明する。

第１の電磁弁17、第２の電磁弁18を閉じるとインジェク
ション回路および透過出口配管107には冷媒が流れなく
なるため、封入された初期濃度の冷媒がすべて第２の絞
り装置15を通り蒸発器16に流れる。

次に、第１の電磁弁17を開くと、気液分離器14では、低
沸点成分Ｒ−13B1濃度の高い蒸気と、高沸点成分Ｒ−22
濃度の高い液冷媒に分離され、Ｒ−13B1濃度の高い蒸気
冷媒は分離器101に流入する。そして、蒸気冷媒中のＲ
−22は機能膜103を透過しやすいため、分離器101の透過
出口配管107ではＲ−22濃度が高くなる。第２の電磁弁1
8は閉じたままなので、透過出口配管107にＲ−22の濃度
の高い冷媒が貯溜される。また、Ｒ−13B1は機能膜103
を透過しにくいため、分離器101の出口配管106ではＲ−
13B1濃度がさらに高くなり、電磁弁17を通り圧縮機11に
インジェクションされる。従って、透過出口配管107に
Ｒ−22の濃度の高い冷媒が貯溜されるため、圧縮機11に
吸入される冷媒の低沸点成分Ｒ−13B1濃度は高くなって
いるため循環量が増加し、さらにインジェクションによ
る冷媒が付加され、凝縮器12では能力が増大する。

また、第１の電磁弁17を閉じ第２の電磁弁18を開くと、
気液分離器14で分離されたＲ−13B1濃度の高い蒸気冷媒
は分離器101に流入する。Ｒ−13B1は、機能膜103を透過
しにくいため、分離器101の出口配管106ではＲ−13B1濃
度がさらに高くなり、電磁弁17が閉じているため出口配
管106にＲ−13B1の濃度の高い冷媒が貯溜される。従っ
て、圧縮機11に吸入される冷媒の高沸点成分Ｒ−22濃度
は高くなっているため循環量が減少し、さらにインジェ
クションによる冷媒の付加がないため、凝縮器12では能
力が減少する。

以上のように本実施例によれば、機能膜103を利用した
分離器101を使用することにより分離回路の小型化、簡
素化を図ることができる。

次に、第３図に、冷媒としてＲ−22とＲ−13B1の非共沸
混合冷媒を用い、機能膜を有する分離器を複数使用し能
力制御する場合の実施例２を示す。

同図において、11はインジェクション機能を持つ圧縮
機、12は凝縮器、13は第１の絞り装置、14は気液分離
器、そして前記気液分離器14の液側出口は第２の絞り装
置15、蒸発器16を経て圧縮機11の吸入側に環状に接続さ
れている。前記気液分離器14の蒸気側出口は前記構成の
第１の分離器101の入口配管105へ接続され、分離器101
の出口配管106は第２の分離器201の入口に接続されてい
る。そして第２の分離器201の出口配管106は第１の電磁
弁17を経て圧縮機11に接続され、インジェクション回路
20を構成している。そして、第１の分離器101の透過冷
媒出口配管107は第２の電磁弁18を介してまた、第２の
分離器201の透過冷媒出口配管207は第３の電磁弁19を介
して前記第２の絞り装置15と前記蒸発器16の間の低圧側
にそれぞれ接続されている。

以上のように構成された冷媒サイクルについて、以下そ
の動作を示す。

まず、通常の運転の場合を説明する。

第１の電磁弁17、第２の電磁弁18および第３の電磁弁19
を閉じるとインジェクション回路および第１の分離器10
1の透過出口配管107、第２の分離器201の透過冷媒出口
配管207には冷媒が流れなくなるため、封入された初期
濃度の冷媒がすべて第２の絞り装置15を通り蒸発器16に
流れる。

次に、第１の電磁弁17を開くと、気液分離器14では低沸
点成分Ｒ−13B1濃度の高い蒸気と、高沸点成分Ｒ−22濃
度の高い液冷媒に分離され、Ｒ−13B1濃度の高い蒸気冷
媒は第１の分離器101に流入する。そして、蒸気冷媒中
のＲ−22は機能膜103を透過しやすいため、第１の分離
器101の通過出口配管107ではＲ−22濃度が高くなる。第
２の電磁弁18は閉じたままなので、透過出口配管107に
Ｒ−22の濃度の高い冷媒が貯溜される。また、Ｒ−13B1
は機能膜103を透過しにくいため、第１の分離器101の出
口配管106ではＲ−13B1濃度がさらに高くなり、第１の
分離器101の出口配管106を通り、第２の分離器201に流
入する。ここでも同様に分離器201の透過出口配管207で
はＲ−22濃度が高くなり、第３の電磁弁19が閉じたまま
なので、透過出口配管207にＲ−22の濃度の高い冷媒が
貯溜され、分離器201の出口配管206ではＲ−13B1濃度が
さらに高くなり電磁弁17を通り圧縮機11にインジェクシ
ョンされる。従って、第１の分離器101の透過出口配管1
07および第２の分離器201の透過出口配管207にＲ−22の
濃度の高い冷媒が貯溜されるため、圧縮機11に吸入され
る冷媒の低沸点成分Ｒ−13B1濃度が高くなっており冷媒
循環量が増加し、さらにインジェクションによる冷媒が
付加され、凝縮器12では能力が増大する。

また、第１の電磁弁17を閉じ、第２の電磁弁18、第３の
電磁弁19を開くと、気液分離器14で分離されたＲ−13B1
濃度の高い蒸気冷媒は第１の分離器101に流入する。Ｒ
−13B1は機能膜103を透過しにくいため分離器101の出口
配管106ではＲ−13B1濃度がさらに高くなり、出口配管1
06を通り、第２の分離器201に流入する。電磁弁17が閉
じているため出口配管206にＲ−13B1の濃度の高い冷媒
が貯溜される。従って、圧縮機11に吸入される冷媒の高
沸点成分Ｒ−22濃度は高くなっているため循環量が減少
し、さらにインジェクションによる冷媒の付加がないた
め、凝縮器12では能力が減少する。

以上のように本実施例によれば、機能膜を利用した分離
器を２個使用することにより、分離回路の小型化、簡素
化、高濃度の冷媒を貯溜でき、その結果能力可変幅の増
大を図ることができる。

なお、実施例２では機能膜を利用した分離器101、201を
２個接続する場合を示したが、さらに多くの分離器10
1、201を同様に接続することにより、さらに能力可変幅
の増大を図ることができる。

発明の効果 以上のように本発明は、気液分離器の蒸気側出口に特定
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
離装置を設けることにより、分離回路の小型化、簡素化
および高性能化を図ることができ、能力可変幅の増大を
図ることができると言う効果を奏する。

また、機能膜を有する冷媒分離装置を複数個設けること
により、分離回路のより高性能化を図ることができ、さ
らに能力可変幅の増大を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における分離器の詳細断面
図、第２図は同分離器を使用した場合の実施例１を示す
冷凍サイクル図、第３図は同分離器を複数使用した場合
の実施例２を示す冷凍サイクル図、第４図は従来例にお
ける冷凍サイクル図である。 11……圧縮機、12……凝縮器、13……第１の絞り装置、
14……気液分離器、15……第２の絞り装置、16……蒸発
器、17……第１の電磁弁、18……第２の電磁弁、20……
インジェクション回路、101……冷媒分離装置、103……
機能膜、201……冷媒分離装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 伸二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−238367（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非共沸混合冷媒を用い、インジェクション
   機能を持つ圧縮機、凝縮器、第１の絞り装置、気液分離
   器の液側出口と第２の絞り装置、蒸発器を環状に接続
   し、前記気液分離器の蒸発側出口は、複数種類の冷媒の
   内の特定の冷媒の透過割合が他の冷媒の透過割合より大
   きい機能膜を有する冷媒分離装置と接続され、前記冷媒
   分離装置の出口を第１の電磁弁を介してインジェクショ
   ン回路として前記圧縮機に接続し、冷媒分離装置の透過
   冷媒出口を第２の電磁弁を介して第２の絞り装置と蒸発
   器の間の低圧側に接続した冷凍装置。
2. 【請求項２】複数種類の冷媒の内の特定の冷媒の透過割
   合が他の冷媒の透過割合より大きい機能膜を有する冷媒
   分離装置を複数接続した請求項（１）記載の冷凍装置。