JP2638973B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は冷蔵庫等において急速凍結時などに低温を
達成する冷凍装置に関するものである。

［従来の技術］ 第８図は例えば日本冷凍協会編「新版冷凍空調便覧第
４版基礎編」（昭56−５−30）P.27に示された二元冷凍
サイクルによる従来の冷凍装置を示す回路構成図であ
る。

図中、（１）は高段圧縮機、（２）は低段圧縮機、
（３）（４）はそれぞれ高段側油分離器及び低段側油分
離器、（５）（６）はそれぞれ高段側凝縮器及び低段側
凝縮器、（７）（８）はそれぞれ高段側蒸発器及び低段
側蒸発器で、高段側蒸発器（７）と低段側凝縮器（６）
により互いに熱交換を行う凝縮・蒸発器（９）を構成し
ている。（10）（11）はそれぞれ高段側受液器及び低段
側受液器、（12）（13）はそれぞれ高段側膨張弁及び低
段側膨張弁であり、これら高段側圧縮機（１）、油分離
器（３）、凝縮器（５）、受液器（10）、膨張弁（12）
及び蒸発器（７）は順次環状に配管接続されて高段側冷
媒回路（14）が構成され、低段側圧縮機（２）、油分離
器（４）、凝縮器（６）、受液器（11）、膨張弁（13）
及び蒸発器（８）も順次環状に配管接続されて低段側冷
媒回路（15）が構成されている。また、高段側冷媒回路
（14）には冷媒Ａが、低段側冷媒回路（15）には冷媒Ｂ
がそれぞれ充てんされて循環している。

従来の冷凍装置は上記のように構成され、高段側冷媒
回路（14）では、高側圧縮機（１）で圧縮された冷媒Ａ
は高温高圧のガスとなり、高段側油分離器（３）を経由
して冷凍機油を分離した後、高段側凝縮器（５）を通
り、ここで外気などにより冷却され、例えば40℃で凝縮
液化し、高段側受液器（10）を経て高段側膨張弁（12）
に行く。冷媒Ａはここで減圧され、例えば−30℃の低温
低圧の液となり、高段側蒸発器（７）に入り、低段側凝
縮器（６）に−30℃の冷熱を与えて冷却すると共に、自
らは蒸発してガスとなり、高段側圧縮機（１）に戻る動
作を繰り返す。一方、低段側冷媒回路（15）でも同様の
動作が行われ、ガス状の冷媒Ｂは低段側凝縮器（６）
で、高段側蒸発器（７）を流れる−30℃の冷媒Ａにより
冷却されて、例えば−20℃で凝縮液化する。そして、冷
媒Ａよりも更に低温の例えば−60℃の液となって低段側
蒸発器（８）を通って低段側圧縮機（２）に戻る。この
ようにして、低段側蒸発器（８）により超低温冷却を行
うことが可能である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の冷凍装置では、高段側冷媒回路
（14）及び低段側冷媒回路（15）により構成されている
ため、一般に−30℃程度以下の低温を得るためには、圧
縮器（１）（２）を２台設けなければならず、特に家庭
用の冷凍冷蔵庫などでは、価格上昇の要因となるだけで
なく、設置スペースも大きくなるという問題点がある。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、圧縮機１台のままで、通常運転よりも更に低温の冷
凍ができるようにした冷凍装置を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る冷凍装置は、第１の冷凍が流通する冷
媒回路の蒸発器の出口側と圧縮機の吸入側との間に挿入
された吸収熱交換器を、第２の冷媒が吸収される吸収剤
が収納された吸収容器内に設け、冷凍室内に超低温運転
時吸収容器に接続されて第２の冷媒が吸収される超低温
用熱交換器を設けたものである。

［作 用］ この発明においては、超低温運転時吸収剤は吸収熱交
換器により冷却され、超低温用熱交換器中の第２の冷媒
を吸収するため、超低温用熱交換器内の第２の冷媒は低
圧となり超低温の蒸発温度が得られる。

［実施例］ 第１図〜第４図はこの発明の一実施例を示す図で、第
１図は回路構成図、第２図は超低温用熱交換器の斜視
図、第３図は吸収容器の要部破断斜視図、第４図は吸収
剤と冷媒の動作状態を示す平衡線図である。

第１図〜第３図中、（16）は圧縮機、（17）は凝縮
器、（18）は乾燥器、（19）は毛細管、（20）は蒸発
器、（21）は蒸発器（20）と圧縮器（16）の間に設けら
れ毛細管（19）を流れる冷媒Ａを冷却するための吸入側
熱交換器で、これらは環状に配管接続され通常の冷蔵庫
などに用いられている冷凍サイクルを構成している。
（22）は冷媒Ｃを吸収する吸収剤（23）が収納された吸
収容器で、蒸発器（20）の出口側と吸入側熱交換器（2
1）の入口側の間に接続されフィン付伝熱管を用いた吸
収熱交換器（24）及び吸収剤（23）加熱用の加熱子（2
5）が吸収剤（23）の中を通過している。（26）は蒸発
器（20）の出口側と吸入側熱交換器（21）の入口側の間
に接続された開閉弁、（27）は蒸発器（20）の出口側と
吸収熱交換器（24）の入口側の間に挿入された開閉弁、
（28）は冷凍室で、蒸発器（20）、ファン（29）が収納
されている。（30）は冷凍室（28）に設けられファン
（29）からの冷風が流入したり、しなかったりするよう
に構成された超低温室、（31）は超低温室（30）に設置
された超低温用熱交換器で、冷媒Ｃが充てんされ蒸発・
凝縮が行われる伝熱管（32）とこれを包囲し、その上に
被冷凍物などを乗せる箱体（33）を有している。この超
低温用熱交換器（31）と吸収容器（22）は開閉弁（34）
を介して配管（35）で接続されている。

第４図は、吸収剤（23）にテトラエチレングリコール
・ジメチルエーテル（以下E181という）、冷媒Ｃにフロ
ン22（以下R22という）を用いたときの動作温度、圧力
を示すデューリング線図であり、縦軸が圧力、横軸が温
度で、右上りの実線はR22のそれぞれの濃度における飽
和蒸気圧線を示している。

次に、この実施例の動作を説明する。

通常の冷凍運転だけが行われる場合は、開閉弁（27）
は閉塞し、開閉弁（26）は開放している。このときは、
圧縮機（16）で圧縮された高温高圧のガス状の冷媒Ａ
は、濃縮器（17）で外気などにより冷却されて濃縮液化
した後、乾燥機（18）で水分が除去されて毛細管（19）
を通る。毛細管（19）は吸入側熱交換器（21）と熱交換
して冷却されており、毛細管（19）内を流れる冷媒Ａの
流路抵抗が調整される。毛細管（19）の通過により、流
量調節されると共に低温低圧の液状となった冷媒Ａは、
蒸発器（20）を通り、冷凍室（28）内の空気と熱交換し
てこれを冷却した後、低温の蒸気となって開閉弁（26）
及び吸込側熱交換器（21）を通って圧縮機（16）に戻
る。冷凍室（28）の空気は、蒸発器（20）で冷却された
後、ファン（29）により冷凍室（28）や超低温室（30）
へ送られ、再び蒸発器（20）に戻ったり、冷蔵室（図示
しない）を経由したりして蒸発器（20）に戻る。

次に、超低温運転が所定時間実施されて終了した後の
吸収剤（23）の再生運転について説明する。

このときは、超低温用熱交換器（31）の伝熱管（32）
内は、冷媒Ｃが蒸発してしまって空の状態（R22の蒸気
の状態）にある。また、吸収容器（22）内の吸収剤（2
3）は冷媒Ｃを吸収し、例えば第４図におけるR22の濃度
が20％であるの状態にある。

この状態で再生運転が開始されると、開閉弁（27）は
閉塞し、開閉弁（26）（34）は開放する。また、加熱子
（25）には通電される。圧縮機（16）による冷媒Ａの状
態変化と動作は、上述の通常の冷凍運転と同様である。
一方、吸収容器（22）では、加熱子（25）に通電されて
いるため、超低温運転が終了したときに第４図のの状
態にあった吸収剤（23）は加熱され、温度上昇し、で
示される温度52℃、圧力1912mmHgの状態になる。更に加
熱されると、吸収剤（23）は温度上昇すると共に、冷媒
Ｃを放出し、冷媒Ｃの濃度が低下してに示す状態に至
る。放出された冷媒Ｃは、配管（35）及び開閉弁（34）
を通って超低温用熱交換器（31）内の伝熱管（32）に流
入するが、ここで、蒸発器（20）からの冷風により冷却
されて、第４図の状態（−20℃）で凝縮液化し、R22
の液冷媒として伝熱管（32）中に蓄えられる。この吸収
剤（23）の加熱運転は、タイマ（図示しない）の時間、
吸収剤（23）の温度、冷媒Ｃの圧力等を検知し、所定値
以上になると停止し、開閉弁（34）は閉塞する。

次に、超低温運転について説明する。

このとき、開閉弁（26）は閉塞し、開閉弁（27）（3
4）はそれぞれ開放し、加熱子（25）は断電される。そ
して、蒸発器（20）からの冷風は、一般には超低温室
（30）には流されないように制御される。吸収剤（23）
は再生運転が終了した後第４図ので示す状態にある。
また、冷媒Ａは上述の通常運転と同様な流れとなるが、
ファン（29）は低速回転されるか停止し、毛細管（19）
からの低温低圧の液冷媒Ａは、蒸発器（20）ではすべて
が蒸発せず、吸収容器（22）内の吸収熱交換器（24）へ
行き、ここでも末蒸発の冷媒Ａが蒸発して吸収剤（23）
を冷却する。このため、吸収剤（23）は、第４図のの
状態からの状態となり、吸収容器（22）内及び超低温
用熱交換器（31）内の圧力は約80mmHgとなるため、再生
運転で伝熱管（32）内に蓄えられた冷媒Ｃは、第４図の
で示す−80℃で蒸発し、蒸発した冷媒蒸気は配管（3
5）及び開閉弁（34）を通って吸収容器（22）へ行き、
吸収剤（23）に吸収される。このため、吸収剤（23）中
の冷媒Ｃの濃度は上昇し、第４図のからの状態に変
化する。この動作により、超低温室（30）では、−80℃
の冷凍が得られる。この運転はタイマにより所定の時
間、又は超低温用熱交換器（31）が所定温度以上になる
まで続けられ、その後通常の冷凍運転と再生運転に復帰
するように制御される。

第５図及び第６図はこの発明の他の実施例を示す図
で、第５図は回路構成図、第６図は要部配管図である。

この実施例では、蒸発器（20）の出口側の配管（41）
にヘッダ（42）が接続され、ヘッダ（42）を出た配管
は、開閉弁（26）を経由して吸入側熱交換器（21）に至
る吸入配管（43）に接続される配管（44）と、吸収容器
（22）内の吸収熱交換器（24）に至る配管（45）とに分
かれる。この配管（45）には毛細管などの減圧装置（4
6）が挿入されている。また、配管（45）の上部分岐部
には立上り配管（47）が設けられている。配管（35）は
吸収容器（22）の上部及び下部に接続されており、上部
の配管には吸収容器（22）から超低温用熱交換器（31）
の方向へだけ冷媒Ｃが流れる逆止弁（48）が設けられて
いる。なお、（49）は配管（41）と配管（35）の熱交換
部である。

すなわち、通常の冷凍運転のとき及び吸収剤（23）の
再生運転時、毛細管（19）からの低温低圧の冷媒Ａは蒸
発器（20）に行き、冷凍室（２）内の空気と熱交換して
これを冷却した後、ほとんど蒸気となり、ヘッダ（4
2）、配管（44）、開閉弁（26）及び吸込配管（43）を
通って吸入側熱交換器（21）に行く。このとき、配管
（45）には減圧装置（46）と立上り配管（47）があるた
め、配管（41）を流れる冷媒Ａや冷凍機油等が配管（4
5）中に流入することはない。また、吸収剤（23）の温
度上昇で放出された冷媒Ｃは、吸収容器（22）の上部か
ら逆止弁（48）及び配管（35）を通り、熱交換部（49）
に行く。ここで、蒸発器（20）からの冷媒Ａと熱交換し
て冷却されて凝縮液化する。

超低温運転時、蒸発器（20）で一部蒸発した残りの液
冷媒Ａは、ヘッダ（42）及び配管（41）から立上り配管
（47）を経て減圧装置（46）を通り、更に減圧され低温
低圧となって、吸収容器（22）内の吸収熱交換器（24）
に行き、ここで吸収剤（23）を冷却する。また、−80℃
で蒸発した冷媒Ｃの蒸気は、配管（35）を通って吸収容
器（22）の下部から吸収剤（23）中に吹き込まれ、これ
に吸収される。

なお、再生運転時に、吸収剤（23）から放出された冷
媒Ｃを冷却するために、蒸発器（20）の出口部の配管
（41）や冷凍室（28）内で熱交換を行わせたが、これを
第６図のヘッダ（42）又は蒸発器（20）の一部で熱交換
するようにしてもよい。

第７図はこの発明の他の実施例を示す超低温用熱交換
器（31）の斜視図で、再生運転時における液冷却Ｃの流
入及び超低温運転時におけるガス冷媒Ｃの流出が行われ
やすいように、前部ヘッダ（53）と後部ヘッダ（54）を
設けて伝熱管（32）を並列に接続したものである。後部
ヘッダ（54）には均圧管（55）が設けられており、均圧
管（55）は熱交換部（49）よりも吸収容器（22）側の配
管（35）と接続され、後部ヘッダ（54）からの液冷媒Ｃ
の流入を容易にしてある。

［発明の効果］ 以上説明したとおりこの発明では、第１の冷媒が流通
する冷媒回路の蒸発器の出口側と圧縮機の吸入側の間に
挿入された吸収熱交換器を、第２の冷媒が吸収される吸
収剤が収納された吸収容器内に設け、冷凍室内に超低温
運転時吸収容器に接続されて第２の冷媒が吸収される超
低温用熱交換器を設けたので、圧縮器の台数を増加させ
ることなく、通常運転よりも更に低温の冷凍ができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明による冷凍装置の一実施例を
示す図で、第１図は回路構成図、第２図は超低温用熱交
換器の斜視図、第３図は吸収容器の要部破断斜視図、第
４図は吸収剤と冷媒の動作状態を示す平衡線図、第５図
〜第７図はこの発明の他の実施例を示す図で、第５図は
回路構成図、第６図は要部配管図、第７図は超低温用熱
交換器の斜視図、第８図は従来の冷凍装置を示す回路構
成図である。 図中、（16）は圧縮機、（17）は凝縮器、（18）は乾燥
器、（19）は減圧器（毛細管）、（20）は蒸発器、（2
2）は吸収容器、（23）は吸収剤、（24）は吸収熱交換
器、（28）は冷凍室、（31）は超低温用熱交換器であ
る。 なお、図中同一符号は同一部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、乾燥器、減圧器、蒸発器
   等を環状に配管接続して第１の冷媒の流通により上記蒸
   発器が設置された冷凍室内を冷却する冷凍装置におい
   て、冷却されると第２の冷媒を吸収する吸収剤が収納さ
   れ、この吸収剤の中に設けられ上記蒸発器の出口側と上
   記圧縮機の吸入側との間に挿入され超低温運転時上記吸
   収剤を冷却する吸収熱交換器を有する吸収容器、及び上
   記冷凍室内に設けられて液状の上記第２の冷媒が貯留さ
   れ上記超低温運転時上記吸収容器に接続されて上記第２
   の冷媒が吸収される超低温用熱交換器を備えたことを特
   徴とする冷凍装置。