JP3211245U

JP3211245U - 冷凍装置

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Publication number: JP3211245U
Application number: JP2017001750U
Authority: JP
Inventors: 下田　一喜; 一喜下田
Original assignee: ADD Co Ltd Active Device Development
Current assignee: ADD Co Ltd Active Device Development
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2027-04-19

Abstract

【課題】起動時における圧縮機の負荷を低減できる冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍装置１は、冷媒が循環可能な循環路３と、冷媒が流れる副路５とを有している。循環路３は、圧縮機７、凝縮器１３及び蒸発器１９を順に有している。副路５は、循環路３のうちの凝縮器１３と蒸発器１９との間のイン側接続部３ａと、循環路３のうちの蒸発器１９と圧縮機７との間のアウト側接続部３ｂとを接続している。また、副路５は、副路内アキュムレータ３１と、副路内アキュムレータ３１とアウト側接続部３ｂとを接続しているアウト側キャピラリーチューブ３３と、を含んでいる。【選択図】図１

Description

本開示は冷凍装置に関する。

冷凍装置として、冷媒が循環する循環路を有しているものが知られている（例えば特許文献１〜４）。循環路には、例えば、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒の気化を伴いつつ冷却対象から熱を奪う蒸発器とが設けられている。

特許文献１では、起動時における圧縮機の負荷を低減するために、上記のような循環路に接続される、循環路のうちの凝縮器と蒸発器との間の部分に対して並列な副路を設けている。当該副路には、冷媒が流れる方向に順に、電磁弁、タンク及びキャピラリーチューブが設けられている。

特許文献２の図２では、冷媒の混合比率を調整するために、上記のような循環路に接続される、循環路の蒸発器に対して並列な副路を設けている。当該副路には、冷媒が流れる方向に順に、キャピラリーチューブ、電磁弁、タンク及び電子制御弁が設けられている。

特許文献３では、起動時における圧縮機の負荷を低減するために、上記のような循環路に一端が接続され、他端がタンクに接続された副路を設けている。循環路とタンクとの間にはキャピラリーチューブが設けられている。特許文献４においても同様の構成が開示されている。

特開平６−９４３１４号公報特開２００３−２８７２９２号公報特開２００７−３０３７９４号公報特開２０１４−１９６８６９号公報

特許文献１、３及び４の構成では、起動時における圧縮機の負荷を十分に低減できないおそれがある。また、特許文献２は、起動時における圧縮機の負荷を低減することを目的としておらず、圧縮機の負荷（循環路の圧力）の観点から副路の構成を好適化することはなされていない。そこで、起動時における圧縮機の負荷を好適に低減できる冷凍装置が提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係る切削方法は、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を順に有している、冷媒が循環可能な循環路と、前記循環路のうちの前記凝縮器と前記蒸発器との間のイン側接続部と、前記循環路のうちの前記蒸発器と前記圧縮機との間のアウト側接続部とを接続しており、前記冷媒が流れることが可能な副路と、を有しており、前記副路は、アキュムレータと、前記アキュムレータと前記アウト側接続部とを接続しているアウト側キャピラリーチューブと、を含んでいる。

一例において、前記冷凍装置は、前記イン側接続部と前記アキュムレータとを接続しているイン側キャピラリーチューブと、前記イン側キャピラリーチューブに直列に接続されており、前記イン側接続部から前記アキュムレータへの流れを許容及び禁止可能なイン側バルブと、前記アウト側キャピラリーチューブに直列に接続されており、前記アキュムレータから前記アウト側接続部への流れを許容及び禁止可能なアウト側バルブと、を更に有している。

一例において、前記イン側バルブが前記イン側キャピラリーチューブよりも前記イン側接続部側に位置しており、前記アウト側バルブが前記アウト側キャピラリーチューブよりも前記アウト側接続部側に位置している。

一例において、前記冷凍装置は、前記イン側接続部から前記アキュムレータへの流れを許容するとともにその反対方向の流れを禁止する逆止弁を更に有している。

一例において、前記循環路は、前記イン側接続部から前記蒸発器へ流れる前記冷媒、前記蒸発器から前記アウト側接続部へ流れる前記冷媒、及び前記蒸発器へ流れる前記蒸発器による冷却対象の流体を冷却可能なカスケードコンデンサを更に有している。

上記の構成によれば、起動時における圧縮機の負荷を好適に低減できる。

本開示の実施形態に係る冷凍装置の要部の構成を模式的に示す図。

（全体構成）
図１は、本開示の実施形態に係る冷凍装置１の要部の構成を模式的に示す図である。

冷凍装置１は、例えば、冷却対象を冷凍する装置である。なお、冷凍は、環境温度よりも低い温度及び／又は氷点下まで冷却対象を冷却することを指し、凍結が生じることは必須の要件ではない。より具体的には、例えば、冷凍装置１は、冷却対象としての流体（気体又は液体）を−１５０°Ｃ以上−１４０°Ｃ以下まで冷却可能な装置として構成されている。図１では、冷却対象の流体の流れを黒塗りの矢印ｙ１で示している。冷却対象の流体の種類及び流量等は適宜に設定されてよい。一例を挙げると、冷却対象の流体は空気であり、流量は５０ＮＬＭ（Normal Liter per Minute）である。

冷凍装置１は、冷却対象の流体を冷却するための冷媒が循環する循環路３と、循環路３の一部に対して並列になるように両端が循環路３に接続された副路５とを有している。循環路３は、冷却対象の流体を冷却することに寄与する。副路５は、例えば、冷凍装置１の起動時において循環路３内の圧力を低減することに寄与する。

循環路３及び副路５を流れる冷媒の種類は冷凍装置１に要求される冷却能力等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、冷却対象を−１５０°Ｃ以上−１４０°Ｃ以下まで冷却する場合においては、冷媒として、複数種類（例えば５種類）のフロン、アルゴン及びクリプトンを適宜な混合比で混合したものを利用してよい。

（循環路の構成）
循環路３は、例えば、冷媒が流れる方向へ順に、圧縮機７、第１オイルセパレータ９、第２オイルセパレータ１１、凝縮器１３、ドライヤー１５、サイトグラス１７、膨張弁１８、蒸発器１９及び圧縮機用アキュムレータ２１を有している。また、循環路３は、膨張弁１８の上流側及び蒸発器１９の下流側に位置するカスケードコンデンサ２３も有している。

圧縮機７は、気体状となっている冷媒を圧縮する。圧縮機７の能力も適宜に設定されてよい。一例を挙げると、圧縮機７の最高吐出圧力は３ＭＰａ程度とされてよい。

第１オイルセパレータ９及び第２オイルセパレータ１１は、圧縮機７からの冷媒に含まれているオイルを除去する。冷媒から除去されたオイルは、圧縮機７の潤滑用のオイルとして圧縮機用アキュムレータ２１を介して圧縮機７へ戻される。

凝縮器１３は、圧縮機７によって圧縮された冷媒を冷却して凝縮させる。図１では、凝縮器１３として空冷式のものが示されている。ただし、凝縮器１３は水冷式などの他の方式のものであってもよい。

ドライヤー１５は、凝縮器１３によって液状とされた冷媒から水分を除去する。

サイトグラス１７は、液状の冷媒を視認可能とするための窓を構成する。

膨張弁１８は、凝縮器１３によって液状とされた冷媒の流量を調整して蒸発器１９へ流れる冷媒の圧力を低下させる（冷媒を膨張させる。）。なお、膨張弁１８に代えて、又は加えて、キャピラリーチューブが設けられてもよい。

蒸発器１９は、膨張弁１８からの冷媒を気化させつつ、冷却対象の流体から熱を奪う。図１では、蒸発器１９として、それぞれ蒸発器として機能し得る４つの構成要素を連結したものが例示されている。もちろん、蒸発器１９は、このような複数の蒸発器が連結されたものでなくてもよい。

圧縮機用アキュムレータ２１は、蒸発器１９からの冷媒から液状の冷媒を分離し、気体状の冷媒のみを圧縮機７へ供給する。なお、圧縮機７及び圧縮機用アキュムレータ２１の組み合わせを圧縮機と捉えてもよい。

カスケードコンデンサ２３は、例えば、不図示の他の冷凍装置の蒸発器によって構成されており、例えば、膨張弁１８へ流れ込む冷媒、蒸発器１９から流れ出る冷媒、及び蒸発器１９へ流れ込む冷却対象の流体を冷却する。

循環路３の各要素（７、９、１１、１３、１５、１７、１８、１９及び２１）の基本的な構成は、例えば、公知の種々の構成と同様とされてよい。また、カスケードコンデンサ２３は、公知の種々のカスケードコンデンサにおいて、冷却対象の流体が流れる流路として、３種の流路を設ければよい。

（副路の構成）
副路５は、例えば、一端が循環路３のイン側接続部３ａに接続されているとともに、他端が循環路３のアウト側接続部３ｂに接続されている。すなわち、副路５は、循環路３のうちイン側接続部３ａからアウト側接続部３ｂまでの流路に対して並列な流路を構成している。

イン側接続部３ａは、例えば、凝縮器１３と蒸発器１９との間に位置している。アウト側接続部３ｂは、例えば、蒸発器１９と圧縮機７との間に位置している。すなわち、副路５は、蒸発器１９に対して並列な流路を構成している。

より詳細には、例えば、イン側接続部３ａは、サイトグラス１７とカスケードコンデンサ２３との間に位置している。別の観点では、イン側接続部３ａは、例えば、膨張弁１８（又はキャピラリーチューブ）よりも凝縮器１３側に位置している。また、アウト側接続部３ｂは、蒸発器１９と圧縮機用アキュムレータ２１との間に位置している。

副路５は、例えば、冷媒が流れる方向へ（イン側接続部３ａからアウト側接続部３ｂへ）順に、イン側バルブ２５、イン側キャピラリーチューブ２７、逆止弁２９、副路内アキュムレータ３１、アウト側キャピラリーチューブ３３及びアウト側バルブ３５を有している。

イン側バルブ２５は、例えば、ソレノイドバルブによって構成されており、入力された信号に応じて開閉する。イン側バルブ２５の開閉により、イン側接続部３ａから副路内アキュムレータ３１への流れ（より詳細には、例えば、イン側接続部３ａからイン側キャピラリーチューブ２７への流れ）が許容又は禁止される。

イン側キャピラリーチューブ２７は、イン側接続部３ａから副路内アキュムレータ３１への流れ（より詳細には、例えば、イン側バルブ２５から逆止弁２９への流れ）を抑制する。イン側キャピラリーチューブ２７の断面積及び長さは、循環路３において生じ得る圧力等に応じて適宜に設定されてよい。

逆止弁２９は、イン側接続部３ａから副路内アキュムレータ３１への流れ（より詳細には、例えば、イン側キャピラリーチューブ２７から副路内アキュムレータ３１への流れ）を許容し、その反対方向の流れを禁止する。

副路内アキュムレータ３１は、内部が密閉された容器（タンク）を含んで構成されており、イン側接続部３ａから流れ込む（より詳細には、例えば、逆止弁２９から流れ込む）冷媒を保持可能である。なお、副路内アキュムレータ３１は、気液の分離に寄与してもよいし、寄与しなくてもよい。また、副路内アキュムレータ３１の容量は適宜に設定されてよい。

アウト側キャピラリーチューブ３３は、副路内アキュムレータ３１からアウト側接続部３ｂへの流れ（より詳細には、例えば、副路内アキュムレータ３１からアウト側バルブ３５への流れ）を抑制する。アウト側キャピラリーチューブ３３の断面積及び長さは、循環路３において生じ得る圧力等に応じて適宜に設定されてよい。

アウト側バルブ３５は、例えば、ソレノイドバルブによって構成されており、入力された信号に応じて開閉する。アウト側バルブ３５の開閉により、副路内アキュムレータ３１からアウト側接続部３ｂへの流れ（より詳細には、例えば、アウト側キャピラリーチューブ３３からアウト側接続部３ｂへの流れ）が許容又は禁止される。

副路５の各要素（２５、２７、２９、３１、３３及び３５）の基本的な構成は、例えば、公知の種々の構成と同様とされてよい。副路内アキュムレータ３１は、単なるタンクとされてもよいし、圧縮機用のアキュムレータと同様の構成（気液の分離を考慮した構成）とされてもよい。なお、後者の場合、副路内アキュムレータ３１は、気体及び液体のいずれが優先的にアウト側接続部３ｂ側へ流れるように設けられてもよい。

（制御系の構成）
冷凍装置１は、制御系の構成として、例えば、圧力スイッチ３７、吐出側圧力センサ３９、吸入側圧力センサ４１、制御装置４３を有している。

圧力スイッチ３７は、いわゆる高低圧圧力スイッチである。すなわち、圧力スイッチ３７は、圧縮機７の吐出側の圧力が所定の高圧閾値を超えたときにオン又はオフされ、圧縮機７の停止等のトリガとなる高圧スイッチと、圧縮機７の吸入側の圧力が所定の低圧閾値を下回ったときにオン又はオフされ、圧縮機７の停止等のトリガとなる低圧スイッチとを含んでいる。

吐出側圧力センサ３９は、圧縮機７の吐出側の圧力を検出する。吸入側圧力センサ４１は、圧縮機７の吸入側（例えば圧縮機用アキュムレータ２１内）の圧力を検出する。

制御装置４３による循環路３の要素の制御は、例えば、公知の制御と同様とされてよい。また、制御装置４３は、例えば、吐出側圧力センサ３９及び／又は吸入側圧力センサ４１の検出値等に基づいて、イン側バルブ２５及びアウト側バルブ３５を制御する。

（制御装置による副路の制御）
冷凍装置１の起動時においては、冷媒の凝縮が速やかに十分な程度でなされず、冷媒は、気体の割合が大きい。その結果、循環路３の圧力が上昇し、ひいては、圧縮機７の負荷が増加する。なお、冷却対象を−１４０°Ｃ以下まで冷凍するような場合においては、負荷の増加が特に大きい。その後、凝縮が十分になされてくると、循環路の圧力は低下していき、冷凍装置１の動作は安定する。制御装置４３は、例えば、このような圧縮機７の負担を軽減するために、以下のようにイン側バルブ２５及びアウト側バルブ３５を制御する。

イン側バルブ２５及びアウト側バルブ３５は、基本的には閉じられるように制御される。そして、制御装置４３は、例えば、冷凍装置１が起動されたことを条件として、又は吐出側圧力センサ３９の検出値が所定の第１イン側閾値を超えたことを条件として、イン側バルブ２５を開く。これにより、例えば、起動時に循環路３の圧力が上昇したときに、冷媒が副路内アキュムレータ３１に充填されることになり、循環路３の圧力の上昇が低減される。

また、制御装置４３は、例えば、イン側バルブ２５を開いた後、吐出側圧力センサ３９の検出値が所定の第２イン側閾値を下回ると、アウト側バルブ３５を開く。これにより、例えば、循環路３の圧力が上昇した後、凝縮が進んで循環路３の圧力が低下していく過程において、副路内アキュムレータ３１に充填されていた冷媒が循環路３に放出される。ひいては、循環路３における冷媒の量が確保される。なお、第２イン側閾値は、上記の第１イン側閾値が利用される態様では、第１イン側閾値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

上記の第２イン側閾値を利用する制御に代えて、又は加えて、制御装置４３は、吸入側圧力センサ４１の検出値が所定の第１アウト側閾値を下回ったときにアウト側バルブ３５を開いてもよい。この制御によっても、上記と同様に、凝縮が進んで循環路３の圧力が低下していく過程において、冷媒を循環路３に戻すことができる。なお、第１アウト側閾値は、上記の第１イン側閾値及び／又は第２イン側閾値が利用される態様では、例えば、これらの値よりも小さくてよい。

また、制御装置４３は、例えば、イン側バルブ２５を開いた後、吐出側圧力センサ３９の検出値が所定の第３イン側閾値を下回ると、イン側バルブ２５を閉じる。これにより、例えば、凝縮が進んで循環路３の圧力が低下していく過程において、副路内アキュムレータ３１への冷媒の更なる充填は禁止される。なお、第３イン側閾値は、上記の第１イン側閾値及び／又は第２イン側閾値が利用される態様では、これらの値（いずれか又は双方）と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

その後、制御装置４３は、例えば、吐出側圧力センサ３９の検出値が所定の第４イン側閾値を下回ると、アウト側バルブ３５を閉じる。これにより、例えば、その後さらに循環路３の圧力が下がっても循環路３からアウト側バルブ３５を介した副路内アキュムレータ３１への逆流が禁止される。及び／又は、例えば、副路５から循環路３へ戻される冷媒の量が調整され、循環路３の圧力が所定値へ制御される。なお、第４イン側閾値は、上記の第１、第２及び／又は第３イン側閾値が利用される態様では、例えば、これらの値よりも小さい。

上記の第４イン側閾値を利用する制御に代えて、又は加えて、制御装置４３は、吸入側圧力センサ４１の検出値が所定の第２アウト側閾値を下回ったときに、アウト側バルブ３５を閉じてもよい。この制御によっても、上記と同様に、例えば、冷媒の副路５への逆流の抑制、及び／又は循環路３における冷媒の調整がなされる。なお、第２アウト側閾値は、上記の第１アウト側閾値が利用される態様では、例えば、第１アウト側閾値よりも小さい。

以上のとおり、本実施形態では、冷凍装置１は、冷媒が循環可能な循環路３と、冷媒が流れる副路５とを有している。循環路３は、圧縮機７、凝縮器１３及び蒸発器１９を順に有している。副路５は、循環路３のうちの凝縮器１３と蒸発器１９との間のイン側接続部３ａと、循環路３のうちの蒸発器１９と圧縮機７との間のアウト側接続部３ｂとを接続している。また、副路５は、副路内アキュムレータ３１と、副路内アキュムレータ３１とアウト側接続部３ｂとを接続しているアウト側キャピラリーチューブ３３と、を含んでいる。

従って、例えば、上述のように、冷凍装置１の起動時において、循環路３の圧力を副路５に逃がし、循環路３の圧力上昇を低減することができる。その結果、例えば、圧縮機７の負荷が低減される。別の観点では、圧縮機７の小型化及び／又はコスト削減を図ることができる。

ここで、循環路３の冷媒は、圧縮機７の下流と、圧縮機７の上流とで圧力差が大きいから、本実施形態のように副路５が設けられることによって、例えば、循環路３から副路５への冷媒の充填と、副路５から循環路３への冷媒の放出とを効果的に行うことができる。ただし、イン側接続部３ａを圧縮機７の直後とするのではなく、凝縮器１３よりも下流とすることによって、例えば、凝縮前の冷媒の圧力は副路５に直接的には逃げず、凝縮の効率が低下するおそれが低減される。アウト側キャピラリーチューブ３３が設けられることによって、例えば、副路内アキュムレータ３１から圧縮機７への冷媒の戻しは徐々に行われる。上記のように圧縮機７の下流と上流とは圧力差が大きく、ひいては、冷媒が充填された副路内アキュムレータ３１と、圧縮機７の下流との圧力差は大きくなりやすいことから、アウト側キャピラリーチューブ３３はより有効に機能する。

また、本実施形態では、冷凍装置１は、イン側接続部３ａと副路内アキュムレータ３１とを接続しているイン側キャピラリーチューブ２７と、イン側キャピラリーチューブ２７に直列に接続されており、イン側接続部３ａから副路内アキュムレータ３１への流れを許容及び禁止可能なイン側バルブ２５と、アウト側キャピラリーチューブ３３に直列に接続されており、副路内アキュムレータ３１からアウト側接続部３ｂへの流れを許容及び禁止可能なアウト側バルブ３５と、を更に有している。

従って、例えば、イン側バルブ２５及びアウト側バルブ３５が設けられていることにより、副路内アキュムレータ３１における冷媒の充填及び放出を適宜な時期に行うことができ、ひいては、圧力の上昇の低減等を好適に行うことができる。また、例えば、冷凍装置１の仕様及び／又は運用の変更にも柔軟に対応可能である。イン側キャピラリーチューブ２７が設けられていることにより、例えば、循環路３の冷媒が副路内アキュムレータ３１に流れすぎてしまい、循環路３における冷媒を冷却する効率が低下するおそれが低減される。

また、本実施形態では、イン側バルブ２５がイン側キャピラリーチューブ２７よりもイン側接続部３ａ側に位置しており、アウト側バルブ３５がアウト側キャピラリーチューブ３３よりもアウト側接続部３ｂ側に位置している。

従って、例えば、イン側バルブ２５及びアウト側バルブ３５は、極力、副路５の端部側に設けられていることになる。その結果、例えば、副路５において、冷媒を貯留可能な長さが確保されることになり、多少なりとも副路５の効果が増大する。

また、本実施形態では、冷凍装置１は、イン側接続部３ａから副路内アキュムレータ３１への流れを許容するとともにその反対方向の流れを禁止する逆止弁２９を更に有している。

従って、例えば、イン側接続部３ａと副路内アキュムレータ３１との圧力差による副路内アキュムレータ３１への冷媒の充填を可能な限り行うことができる。

また、本実施形態では、循環路３は、イン側接続部３ａから蒸発器１９（膨張弁１８）へ流れる冷媒、蒸発器１９からアウト側接続部３ｂへ流れる冷媒、及び蒸発器１９へ流れる蒸発器１９による冷却対象の流体を冷却可能なカスケードコンデンサ２３を更に有している。

従って、例えば、カスケードコンデンサ２３による吸熱効果を３種の流路に及ぼすことになり、冷凍装置１の冷却能力を効率的に向上させることができる。このような冷却能力が高い冷凍装置１においては、副路５による圧力上昇の低減効果がより有効である。

本開示に係る技術は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

循環路において、主要な要素は圧縮機、凝縮器及び蒸発器であり、その他の要素（例えばカスケードコンデンサ）は適宜に省略されてよい。副路において、主要な要素はアキュムレータ及びアウト側キャピラリーチューブであり、その他の要素（例えば逆止弁）は適宜に省略されてよい。逆に、循環路及び副路において、例示しなかった要素が適宜に追加されてもよい。例えば、受液器、液ガス熱交換器及び／又は中間冷却器が設けられてもよい。副路において、バルブは、キャプラリーチューブよりもアキュムレータ側に位置していてもよい。

１…冷凍装置、３…循環路、３ａ…イン側接続部、３ｂ…アウト側接続部、５…副路、７…圧縮機、１３…凝縮器、１９…蒸発器、３１…副路内アキュムレータ（アキュムレータ）、３３…アウト側キャピラリーチューブ。

Claims

圧縮機、凝縮器及び蒸発器を順に有している、冷媒が循環可能な循環路と、
前記循環路のうちの前記凝縮器と前記蒸発器との間のイン側接続部と、前記循環路のうちの前記蒸発器と前記圧縮機との間のアウト側接続部とを接続しており、前記冷媒が流れることが可能な副路と、
を有しており、
前記副路は、
アキュムレータと、
前記アキュムレータと前記アウト側接続部とを接続しているアウト側キャピラリーチューブと、を含んでいる
冷凍装置。
前記イン側接続部と前記アキュムレータとを接続しているイン側キャピラリーチューブと、
前記イン側キャピラリーチューブに直列に接続されており、前記イン側接続部から前記アキュムレータへの流れを許容及び禁止可能なイン側バルブと、
前記アウト側キャピラリーチューブに直列に接続されており、前記アキュムレータから前記アウト側接続部への流れを許容及び禁止可能なアウト側バルブと、
を更に有している請求項１に記載の冷凍装置。
前記イン側バルブが前記イン側キャピラリーチューブよりも前記イン側接続部側に位置しており、
前記アウト側バルブが前記アウト側キャピラリーチューブよりも前記アウト側接続部側に位置している
請求項２に記載の冷凍装置。
前記イン側接続部から前記アキュムレータへの流れを許容するとともにその反対方向の流れを禁止する逆止弁を更に有している
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
前記循環路は、前記イン側接続部から前記蒸発器へ流れる前記冷媒、前記蒸発器から前記アウト側接続部へ流れる前記冷媒、及び前記蒸発器へ流れる前記蒸発器による冷却対象の流体を冷却可能なカスケードコンデンサを更に有している
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置。