JPH0132429B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は冷凍装置の改良に係り、特に副冷凍
回路を設けて省エネルギー化を計つたものに関す
る。

近時省エネルギーが社会問題となつているが、
なお冷凍装置において積極的に省エネルギーを計
つたものはあまりない。

（従来の技術） 冷凍装置の成績係数を向上させるものとして
は、一つの冷凍回路を主冷凍回路とし、もう一つ
の冷凍回路を過冷却用冷凍回路として、主冷凍回
路の蒸発器の上流側配管と過冷却用冷凍回路の蒸
発器との間に熱交換を行わせることによつて主冷
凍回路を効率的に動作させるようにしたものが特
開昭54−31657に開示されている。

また、凝縮器の共用はないが、一つの冷凍回路
で低温を得た後、その蒸発器の下流ともう一つの
冷凍回路の圧縮機の下流との間に熱交換を行わ
せ、もう一つの冷凍回路で極低温を得るようにし
た２元冷凍装置が特開昭49−76144に開示されて
いる。

これらのものはいずれも、最終的に所望の低温
を得るために設けた蒸発器の上流側の冷媒を予冷
することによつて冷却の効率を向上させているも
のであつて、それなりの効果はある。しかしなが
ら、前述蒸発器に入る冷媒に気相冷媒が含まれて
いるときは、冷却効率の向上が抑制される。

一方冷却器に入る冷媒を気液分離し、分離され
た液冷媒のみが主となる冷却器に入るようにして
冷却効率を上げるようにしたものが特公昭46−
33815で開示されている。

（解決しようとする問題点） この発明は、被冷却流を冷却する主副の冷凍回
路からなり、主冷凍回路の蒸発器の上流側配管中
の冷媒と副冷凍回路の蒸発器中の冷媒との間に熱
交換を行わせることによつて主冷凍回路を効率的
に動作させるようにした冷凍装置の、蒸発器には
いる冷媒中の気相の冷媒を極力排除するとともに
各冷凍回路の蒸発器配列を考慮して冷却効率を更
に向上させようとするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、第１圧縮機、凝縮器、第１膨張弁
及び第１エバポレータを順次、直列、環状に接続
した主冷凍回路とその凝縮器を共用として第２圧
縮機、凝縮器、第１膨張弁、第２エバポレータ及
び第１エバポレータの上流との間で熱交換する熱
交換器を順次、直列、環状に接続してなる副冷凍
回路からなり、吸込側が第１膨張弁の吐出側と接
続され、液相個所が第２膨張弁を介して第１エバ
ポレータの吸込側に接続されるとともに第２エバ
ポレータの吸込側と接続され、かつ、気相個所が
絞り弁を介して第２圧縮機の吸込側と接続された
気液分離器を設けた被冷却流を冷却する冷凍装置
である。

そして、被冷却流の冷却は第１及び第２エバポ
レータによつて行うのであるが、第２エバポレー
タを被冷却流の上流側に第１エバポレータの下流
側に設置している。

（作用） 第１膨張弁を出た冷媒は、気液分離器において
気相の冷媒と液相の冷媒とに分けられ、気相の冷
媒が混入していない液冷媒のみが第１エバポレー
タ及び第２エバポレータに入るので、各エバポレ
ータは効率的に被冷却流を冷却するばかりでなく
第２エバポレータからの吐出冷媒でもつて第１エ
バポレータの吸込冷媒が予冷される。更に第２エ
バポレータを通過した被冷却流が第１エバポレー
タを通過するので被冷却流は一層効率的に冷却さ
れる。

（実施例） 被冷却流すなわち冷気を循環させるようにした
シヨーケースの一部を形成する冷凍装置としての
実施例について、以下図面を用いて説明する。第
１図において、 ２１は冷媒を圧縮する公知の第１圧縮機であ
る。

２２は第１圧縮機２１の吐出側に接続された公
知の凝縮器である。

２３は凝縮器２２の吐出側に接続された公知の
第１膨張弁である。

２４は第１膨張弁２３の吐出側に接続された公
知の気液分離器である。

２５は気液分離器２４内の液相個所２４ａと接
続された第２膨張弁である。

２６は第２膨張弁２５の吐出側に接続された公
知の第１エバポレータである。

そして、これら符号２１〜２６の各構成品を順
次、直列、環状に接続して主冷凍回路Ｃ１が形成
される。

３１は前記とは別の第２圧縮機である。

３２は第２圧縮機３１の吐出側に接続され、か
つこの吐出方向の流れを許容する向きに接続され
た第１逆止弁である。第１逆止弁３２の吐出側は
凝縮器２２の吸込側に接続される。かくして第２
圧縮機３２は凝縮器２２に対して第１圧縮機２１
と並接される。

３３は気液分離器２４内の液相個所２４ａに対
して第２膨張弁２５と並接した、第２エバポレー
タである。

３４は第２エバポレータ３３の吐出側に接続さ
れた公知の熱交換器であり、第２膨張弁２５の上
流側管路２５ａと接触するように構成されてい
る。

３５は熱交換器３４の吐出側に接続された蒸発
圧力調整弁である。この調整弁３５は、感温部の
温度が下ると弁が絞られ、温度が上ると弁が開放
されるように構成された、公知のものである。そ
して調整弁３５の吐出側は第２圧縮機３１の吸込
側に接続される。

そして、これら符号３１，３２，２２，２３，
２４，３４〜３６の構成品を、符号２２，２３，
２４について主冷凍回路C₁と共用せしめて順次、
直列、環状に接続し、副冷凍回路C₂が形成され
る。

３６は第２逆止弁であり、第１圧縮機２１と第
２圧縮機３１との各吸込側間に介設され、その許
容流れの向きは、第１圧縮機２１側から第２圧縮
機３１側へとなるように接続されている。

３７は気液分離器２４内の気相個所と第２圧縮
機３１の吸込側との間に接続された絞り弁であ
る。

そして、第１図においてＷは、被冷却流たる冷
気が流れる方向を示すものであつて、第２エバポ
レータ３３をこの冷気の上流側に、第１エバポレ
ータ２６をその下流側に配設してある。そこで、
回路C₁に流す冷媒の量は、この被冷却流を冷却
するに必要充分な適量とし、回路C₂に流す冷媒
の量は多い程良いが、それぞれを勘案して適宜に
定めるものとする。

以上の構成につき、その作用を述べる。

第１圧縮機１及び第２圧縮機８で圧縮された高
温の気相の冷媒は、それぞれ凝縮器２に供給さ
れ、液相となるが、気相分を含んだものである。
そして、第１膨張弁２３を通過することによつ
て、気相分と液相分が明確に分れた状態となつて
気液分離器２４に入る。気液分離器２４の気相個
所２４ｂに滞留する気相の冷媒は、絞り弁３７で
絞られて第２圧縮機８の吸込側へ戻される。ま
た、液相個所２４ａに導びかれた冷媒は、気相分
をほとんど含まない液相の冷媒であり、一部は第
２エバポレータ３３の吸入側へ、また、他の一部
は熱交換器３４と接触する配管２５ａを経て圧力
調整弁２５を通り第１エバポレータ２６の吸込側
へ供給される。

ここで、第１エバポレータ２６へ供給される液
相の冷媒は、第２エバポレータ３３で蒸発した気
相の冷媒により熱交換器３４において予冷され
る。そして、第２エバポレータ３３に入る液相の
冷媒及び第１エバポレータ２６に入る液相の冷媒
とも、気相分が除かれた冷媒であるため、効率的
に低温が得られる。更に、被冷却流は、矢印Ｗで
示すように、第２エバポレータ３３から第１エバ
ポレータ２６へと流れているので、第２エバポレ
ータ３３で予冷されたうえ、第１エバポレータ２
６で冷却される。従つて、この冷気の冷却もまた
効率的に行われる。

次に、この主、副冷凍回路C₁，C₂における冷
凍サイクルについて解析し、成績係数を求める。

第２図のPi線図におけるサイクル線図上の１か
ら１２迄の符号は、第１図における１から１２迄
の符号付けされた個所に対応しているものと理解
されたい。

主冷凍回路C₁についてのサイクル線図は、１
→２→３→４→９→（熱交換器３４による管路２
５ａの冷却により）→５→６→７→１と図示実線
のようになる。

また副冷凍回路C₂においては、８→２→３→
４→９→（以下１点鎖線を経由して）→１０→
（熱交換器３４による加熱により）１１→１２→
８となる。

そして全冷媒の量を１とし、ｘだけ絞り弁３７
を経由してバイパスするものとし、その残り（１
−ｘ）のうちαだけが回路C₂へ、さらに残りの
βが回路C₁へ流れるものとする。（但しα＋β＝
１とする。） 今inを符号ｎの個所におけるエンタルピとすれ
ば、熱交換器３４における熱エネルギーの授受は
等しいとして、 β(1-x)(i9-i5)＝α(1-x)(ill-ilo) ………(1) (1)式を変形すれば i5＝β（１−ｘ）i9−α（１−ｘ）（ill−ilo）／β（
１−ｘ）＝i9−α／β（ill−ilo）………(2) 一方回路C₂において有効に働らいた熱量qr_Hは、 qr_H＝α（１−ｘ）（ilo−i9） ………(3) また回路C₁において有効に働らいた熱量qr_Lは、 qr_L＝β（１−ｘ）（i7−i5） ………(4) 回路C₂における必要動力AL_Hは、 AL_H｛α（１−ｘ）＋ｘ｝（i8−il2） ………(5) 回路C₁における必要動力AL_Lは、 AL_L＝β（１−ｘ）（il−i7） ………(6) 従つてこの場合のこの実施例装置全体の成積係
数εrは、 εr＝α（１−ｘ）（ilo−i9）＋（１−α）（１−ｘ
）（i7−i5）／｛α（１−ｘ）＋ｘ｝（i8−il2）＋（
１−α）（１−ｘ）（il−i7）………(7) (7)の式の分子を整理し、(2)式およびα＋β＝１
なる関係を代入すれば、 εr＝（１−ｘ）（i7−i9）＋α（１−ｘ）（ill−i7
）／｛α（１−ｘ）＋ｘ｝（i8−il2）＋（１−α）（
１−ｘ）（il−i7）………(8) また逆止弁３２は、前述作動時に副回路C₂を
止めるために圧縮機３１を止めた際、冷媒が圧縮
機３１の吐出側から逆流するのを禁止するもので
ある。

また逆止弁３６は、周囲温度が下ると圧縮機３
１の吸込側の圧力低下を来たすので、圧縮機３１
の吸込圧力を補償しようとするものである。

前述の実施例において、調整弁３５は、温度制
御を確実に実行するのに有効であるが、この発明
において必らずしも必要でなく、これを接続しな
くともよい。この場合におけるサイクル線図は第
２図における２点鎖線のようになる。

前述実施例は、被冷却流たる冷気を循環させる
冷気循環型オープンシヨーケースにおけるもので
あるが、これ以外の装置にも実施できることはい
うまでもない。

（効果） 以上の通り、この発明は、凝縮器を共用した被
冷却流を冷却する主副の冷凍回路からなり、主冷
凍回路のエバポレータの上流側配管中の冷媒と副
冷凍回路のエバポレータの下流側の冷媒との間に
熱交換を行わせ、主冷凍回路中の冷媒を予冷する
ようにするとともに、主副冷凍回路のいずれのエ
バポレータに入る冷媒についても気相分を徐くこ
とができ、副冷凍回路のエバポレータを通過した
被冷却流を主冷凍回路のエバポレータを通過させ
るようにしたので、被冷却流の冷却効率を大いに
向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれもこの発明一実施例に関し、第１
図は管路図、第２図はPi線図およびサイクル線図
である。 ２１……第１圧縮機、２２……凝縮器、２３…
…第１膨張弁、２４……気液分離器、２４ａ……
液相個所、２４ｂ……気相個所、２５……第２膨
張弁、２５ａ……第２膨張弁上流側回路、２６…
…第１エバポレータ、３１……第２圧縮機、３３
……第２エバポレータ、３４……熱交換器、３７
……絞り弁、C₁……主冷凍回路、C₂……副冷凍
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び第１エ
   バポレータを順次、直列、環状に接続してなる主
   冷凍回路、前記主冷凍回路の凝縮器を共用として
   第２圧縮機、前記凝縮器、第１膨張弁、第２エバ
   ポレータ及び前記第１エバポレータの上流との間
   で熱交換器を順次、直列、環状に接続してなる副
   冷凍回路からなり、 前記第１膨張弁の吐出側に気液分離器の吸込側
   を接続し、この気液分離器の液相個所を前記第２
   膨張弁を介して第１エバポレータの吸込側に接続
   するとともに前記第２エバポレータの吸込側にも
   接続し、絞り弁を介してこの気液分離器の気相個
   所を前記第２圧縮機の吸込側に接続してなり、前
   記第１エバポレータ及び第２エバポレータによつ
   て被冷却流を冷却するべくした冷凍装置であつ
   て、 前記第２エバポレータを前記被冷却流の上流側
   にまた前記第１エバポレータを前記被冷却流の下
   流側に配設してなる冷凍装置。