JPH0682107A - 二元冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二元冷凍機における膨張弁、蒸発器等に冷凍
機油が溜り込まないようにする。 【構成】 二元冷凍機の低温側冷媒サイクル６のカスケ
ードコンデンサ５出口側に液溜容器１５を介設し、液溜
容器１５内上部に溜る冷凍機油を液溜容器１５上部の油
出口１７から、流量調整機構２０を介して、圧縮機７側
へ回収し、膨張弁９側へ冷凍機油を流さない構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超低温を生成する二元
冷凍機に関し、特にその低温側冷媒側サイクル内の冷凍
機油の分離、回収性を向上させた二元冷凍機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】二元冷凍機は、高温側冷媒サイクルと低
温側冷媒サイクルとをカスケードコンデンサを介して、
熱的に接続した装置で、低温側冷媒サイクルの蒸発器に
おいて、−６０℃程度の超低温を生成する。図７は、そ
の一般的な構成を示すもので、高温側冷媒サイクル
（１）は、高温側圧縮機（２）、凝縮器（３）、高温側
膨張弁（４）及びカスケードコンデンサ（５）を備え、
これらを接続する配管内に、高沸点冷媒であるＲ２２が
封入されて構成される。一方、低温側冷媒サイクル
（６）は、低温側圧縮機（７）、油分離器（８）、前記
カスケードコンデンサ（５）、低温側膨張弁（９）及び
蒸発器（１０）を備え、これらを接続する配管内に低沸
点冷媒であるＲ２３が封入されて構成されている。

【０００３】高温側冷媒サイクル（１）側では、圧縮機
（２）から、Ｒ２２が１００℃程度のガスとなって吐出
されると、これが、凝縮器（３）に入り、凝縮されて３
５℃程度の液冷媒となり、さらに膨張弁（４）を経て、
−３５℃に冷却された後、カスケードコンデンサ（５）
を流れて、低温側冷媒サイクル（６）の冷媒Ｒ２３を冷
却し、圧縮機（２）に戻る。一方、低温側冷媒サイクル
（６）においては圧縮機（７）から吐出されたガス状の
Ｒ２３が、油分離器（８）を経て前記カスケードコンデ
ンサ（５）に入り、前記の如くＲ２２により冷却され
て、凝縮され、例えば、−２３℃の液冷媒となる。そし
て、膨張弁（９）を経ることにより、−７０℃〜−８０
℃の超低温冷媒となり、さらに蒸発器（１０）において
蒸発して、−６０℃以下の超低温熱が外部に放出される
ことになる。なお、低温側冷媒サイクル（６）における
（１１）、（１２）は吐出圧力調整弁及び膨張タンク
で、冷凍機起動時に、高圧側の圧力上昇を防止し、ある
いは冷凍機停止時に、配管内の冷媒をガス化させるため
に付設されている。また、（１３）は、冷媒気化を促進
するキャピラリである。さらにまた、高温側冷媒サイク
ル（１）における（１４）、及び低温側冷媒サイクル
（６）における（１４）は、共に温度センサであり、各
膨張弁（４）（９）の開度が各検出温度に基づいて制御
される。

【０００４】ところで、以上の二元冷凍機において、低
温側冷媒サイクル（６）中、圧縮機（７）の吐出側に設
けられた油分離器（８）は、圧縮機（７）吐出ガス中の
冷凍機油を、冷媒ガスから分離し、キャピラリ（１
３′）を介して圧縮機（７）に戻すものであるが、こう
した冷凍機油の回収は、このような超低温生成の冷凍機
において極めて重要なこととされている。即ち、圧縮機
（７）の潤滑等を目的として、冷凍機中に封入される冷
凍機油は、Ｒ２３や、あるいは、同様の低温側冷媒であ
るＲ１３に対し、極めて溶解性に乏しい性質を有してい
る。しかも、こうした冷凍機油の流動点は通常、−６０
℃以上であり、−６０℃以下では、ゲル化したり、固化
したりする性質がある。

【０００５】このため、圧縮機（７）から冷媒ガスと共
に吐出された冷凍機油が、そのまま膨張弁（９）や蒸発
器（１０）に流れた場合は、膨張弁（９）を閉塞させた
り、蒸発器（１０）に冷凍機油の溜り込みを形成したり
して、冷凍機の正常な運転を阻害することになる。油分
離器（８）は、これを防止するために、通常、圧縮機
（７）の吐出側に介設される（社団法人 日本冷凍協会
昭和６３年１月２０日発行 上級標準テキスト 冷凍
空調技術 第５４頁参照）。

【０００６】しかしながら、実際には、前記油分離器
（８）により、吐出ガス中の冷凍機油を１００％補足す
ることは、ほとんど不可能である。それだけの能力を備
えた油分離器（８）が開発されていないからである。こ
のため、実開昭５６ー１７３８４３号公報や、特開昭６
１ー４６８５９号公報に記載される冷凍機では、低温側
冷媒サイクル（６）の低圧側を加熱したり、同低圧側に
圧縮機（７）吐出ガスを送り込んだりして、冷凍機油の
圧縮機（７）への戻りを促進する手段が講じられてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、かかる従来
の手段を講じた場合は、そのための制御が困難となり、
しかも装置全体が複雑化するという問題があった。本発
明は、かかる実状に鑑みて、こうした従来の手段とは全
く異なる方式により、冷凍機油を冷媒からほぼ完全に分
離する油回収手段を提案し、かかる油回収手段を備えた
二元冷凍機を開示して、前記問題の解決を図ることを目
的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明の特徴は、高温側冷媒サイクル（１）と、圧縮
機（７）、油分離器（８）、カスケードコンデンサ
（５）、膨張弁（９）及び蒸発器（１０）を備えた低温
側冷媒サイクル（６）とをカスケードコンデンサ（５）
により互いに熱的に接続した二元冷凍機において、前記
低温側冷凍サイクルのカスケードコンデンサ（５）出口
側に液溜容器（１５）を接続し、この液溜容器（１５）
の上端に開設した油出口（１７）を流量調整機構（２
０）を介して圧縮機（７）吸入側に接続し、容器下端に
開設した冷媒出口（１８）を前記膨張弁（９）に接続し
たことである。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、上記構成か
ら油分離器（８）を取り去ることを可能としたもので、
低温側冷媒サイクル（６）が、圧縮機（７）、前記カス
ケードコンデンサ（５）、膨張弁（９）及び蒸発器（１
０）を備えてなる二元冷凍機おいて、前記低温側冷媒サ
イクル（６）のカスケードコンデンサ（５）出口側に、
前記同様に液溜容器（１５）を設けることを特徴とす
る。

【００１０】さらに、請求項３記載の発明は、液溜容器
（１５）の代わりに、カスケードコンデンサ（５）それ
自体に油分離機能をもたせたもので、カスケードコンデ
ンサ（５）には、新たに、油回収管（２１）が設けら
れ、該油回収管（２１）が、カスケードコンデンサ
（５）内の凝縮液液面に開口され、カスケードコンデン
サ（５）外壁を貫通し、流量調整機構（２０）を経て、
圧縮機（７）吸入側に接続される。

【００１１】次に、請求項４記載の発明は、低温側冷媒
サイクル（６）の冷媒を特徴あるものとし、これによ
り、より効果的に冷凍機油の回収をはかるようにしたも
ので、低温側冷媒サイクル（６）に、冷凍機油との相溶
性が悪い主冷媒と、冷凍機油との相溶性が良く、かつ前
記主冷媒に比し比重の大きい小量の副冷媒を封入し、前
記低温側冷媒サイクル（６）のカスケードコンデンサ
（５）出口側に、液溜容器（１５′）を接続し、該液溜
容器（１５´）の容器上部に油出口（３２）、下部に副
冷媒出口（３３）を夫々開設すると共に、油出口（３
２）及び副冷媒出口（３３）を、ともに流量調整機構
（２０）を介して圧縮機（７）吸入側に接続する一方、
液溜容器（１５′）略中央位置に開設した主冷媒出口
（３１）を前記膨張弁（９）に接続してなることを特徴
とする。なお、その場合の副冷媒としては、塩素を含む
冷媒が好ましく、これは、請求項５に記載した発明であ
る。

【００１２】また、請求項６記載の装置は、前記請求項
１、２、４または５記載の二元冷凍機における冷凍機油
の回収をより完全なものとするもので、低温側冷媒サイ
クル（６）の、圧縮機（７）出口側から蒸発器（１０）
出口側へホットガスバイパス配管（３５）を接続し、該
ホットガスバイパス配管（３５）に冷凍機停止直後に開
放するホットガスバイパス弁（３６）を介設する一方、
カスケードコンデンサー（５）の出口側と液溜部（１
５′）の入口側との間に冷凍機停止直後に閉鎖する液電
磁弁（３７）を介設し、さらに膨張弁（９）を、蒸発器
（１０）出口側の温度に対応して開閉制御可能となすと
共に、蒸発器（１０）と圧縮機（７）との間の、流量調
整機構（２０）接続部上流側に、冷凍機停止直後に閉鎖
する開閉弁（３８）を設けた構成を特徴とする。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明によれば、二元冷凍機にお
ける低温側冷媒サイクル（６）において、圧縮機（７）
吐出ガス中に含まれる冷凍機油は、まず、従来同様、油
分離器（８）により分離される。そして僅かに残った油
分が、冷媒ガスとともにカスケードコンデンサ（５）に
送られ、高温冷媒回路側の蒸発冷媒と熱交換して、凝縮
され、冷媒と共に液体となった後、前記液溜容器（１
５）に送られる。冷凍機油は、前記したように、低温側
冷媒サイクルの冷媒であるＲ２３にほとんど融けない物
質である。しかも、冷媒よりも比重が軽いため、前記液
溜容器（１５）内では、冷凍機油は、冷媒の上部に薄く
層状に浮遊した状態となる。従って、この冷凍機油は、
配管構成上、液溜容器（１５）の上端の油出口（１７）
から、吸入されることになり、流量調整機構（１３）を
介して圧縮機（７）に戻される。そして、他方、液溜容
器（１５）下端の冷媒出口（１８）からは、冷媒のみが
排出され、これが膨張弁（９）、蒸発器（１０）へと流
れる結果、膨張弁（９）や、蒸発器（１０）での前記し
た冷凍機油の溜り込み等が防止され、二元冷凍機の長期
にわたる正常な使用が続行される。

【００１４】なお、請求項２に記載した発明では、圧縮
機（７）吐出側に油分離器（８）が設けられていないた
め、冷凍機油がカスケードコンデンサ（５）によって凝
縮、液化された後、全て液溜容器（１５）により冷媒液
から分離されることになる。従って、前記同様、冷凍機
油は、蒸発器（１０）等に向かうことなく、略１００％
補足されることになり、しかも、装置全体の簡略化がは
かられる。

【００１５】さらに、請求項３に記載した発明の場合
は、上記油分の分離回収がカスケードコンデンサ（５）
内で直接なされて、一層の装置簡略化と共に完全な油回
収が実現され、膨張弁（９）、蒸発器（１０）には、こ
の場合も、略冷媒のみが流れることになる。

【００１６】また、請求項４に記載した発明では、カス
ケードコンデンサ（５）内で凝縮された液が、液溜容器
（１５´）内に入り、上から冷凍機油、主冷媒、副冷媒
の順で層状に貯溜された後、主冷媒だけが膨張弁（９）
へ向かう。そして、冷凍機油と副冷媒とは、液溜部（１
５´）の外で互いに合流して、融けあった後、流量調整
機構（２０）を介して圧縮機（７）へ回収され、冷凍機
油の蒸発器（１０）等への溜り込みが、上記同様防止さ
れる。

【００１７】なお、副冷媒として、請求項５に記載した
ように、塩素を含む冷媒を使用している場合は、その塩
素が圧縮機において潤滑効果を発揮し、圧縮機（７）を
滑らかに作動させる。

【００１８】さらに、請求項６記載の如く装置を構成し
た場合は、冷凍機停止直後に行う、ホットガスバイパス
弁（３６）の開放と液電磁弁（３７）の閉鎖、さらに
は、これに連動した膨張弁（９）の開放と開閉弁（３
８）の閉鎖により、冷凍機停止と共に、蒸発器（１０）
内の冷媒が、膨張弁（９）、液溜容器（１５´）へと逆
流する。このため、蒸発器（１０）や膨張弁（９）内
に、僅かでも冷凍機油が付着していれば、これも冷媒の
逆流により洗い流され、冷凍機油の滞留がより確実に阻
止される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明に係る二元冷凍機の配管構成図で、
前記図３に示したものと、同じ構成要素には、同番号を
付している。高温側冷媒サイクル（１）は、前記同様、
圧縮機（２）、凝縮器（３）、膨張弁（４）及びカスケ
ードコンデンサ（５）を具備し、その接続配管内に、Ｒ
２２が封入されている。また、そのカスケードコンデン
サ（５）の吐出側には、温度センサ（１４）が設けられ
ており、膨張弁（９）の開度制御がなされるようになっ
ている。

【００２０】一方、低温側冷媒サイクル（６）は、圧縮
機（７）、油分離器（８）、前記カスケードコンデンサ
（５）を順次有する他、カスケードコンデンサ（５）の
出口側に、本発明の特徴である液溜容器（１５）（ここ
では、油回収器（１５）という）が設けられている。そ
して、この油回収器（１５）に続いて、膨張弁（９）及
び蒸発器（１０）が設けられた構成となっている。配管
内に封入された冷媒は、Ｒ２３である。なお、前記油分
離器（８）の油出口（１７）側は、キャピラリ（１３
´）を介して、圧縮機（７）吸入側へと接続され、一
方、油分離器（８）とカスケードコンデンサ（５）との
間からは、分岐配管が、吐出圧力調整弁（１１）、膨張
タンク（１２）及びキャピラリ（１３）を経て、圧縮機
（７）吸入側へと接続されている。これらの作用は、前
記した通りである。また、蒸発器（１０）吐出側には、
温度センサ（１４）が設けられていて、前記同様に、膨
張弁（９）が制御され、出力温度の調整がなされるよう
になっている。

【００２１】以上の二元冷凍機において、前記油回収器
（１５）は、図２に示すような構造となっている。図に
おいて、油回収器（１５）本体は、縦長の円筒形状をな
していて、容器側壁の略中間高さ位置に液入口（１６）
が開口され、上端に油出口（１７）、下端に冷媒出口
（１８）が夫々開設されている。各出入口（１６）（１
７）（１８）は、夫々所定箇所に配管接続されており、
前記液入口（１６）は、カスケードコンデンサ（５）の
出口からの配管に接続され、前記油出口（１７）は、減
圧調整機構であるキャピラリ（２０）を介して、圧縮機
（７）吸入側に接続され、さらに、前記冷媒出口（１
８）は、前記膨張弁（９）に接続されている。なお、そ
の際、カスケードコンデンサ（５）の出口と油回収器
（１５）の液入口（１６）は、油が浮上することを考慮
して、同一高さで配管接続することが望ましい。また、
油吸入管の一端は、油回収器（１５）に所要深さまで嵌
設されており、開口端部から冷凍機油を吸入し易い構造
となっている。

【００２２】本発明二元冷凍機は、以上の構成を有する
が、次に、その冷凍機油回収の様子を説明する。二元冷
凍機の作動時、圧縮機（７）からの吐出冷媒は、まず、
油分離器（８）に至り、ここで冷媒ガスに含まれる油分
はほとんど除去されるが、それでもなお、冷媒ガス中に
は、僅かの油分が残っている。この僅かに油分を含んだ
冷媒ガスは、カスケードコンデンサ（５）に入ると、前
記高温冷媒サイクルにおける冷媒、Ｒ２３との熱交換に
より、冷却されて、凝縮され、液体となる。

【００２３】冷凍機油と冷媒Ｒ２３との融合性は、前記
したように、極めて小さいものである。しかも、冷凍機
油は冷媒よりも比重が軽く、カスケードコンデンサ
（５）内において、両液体は２層に分かれる。従って、
カスケードコンデンサ（５）を出て、油回収器（１５）
へ向かうとき、接続配管内では、冷凍機油が、図２に示
すように、油適（Ａ′）となって配管上部を流れ、油回
収器（１５）に入ると、再び２層に分かれて、冷媒液
（Ｂ）の上部に油（Ａ）の層をなす。この冷凍機油の層
に対して、前記油出口（１７）が開口されており、該開
口部を介して、冷凍機油が吸入され、キャピラリ（２
０）によりガス化された後、圧縮機（７）に戻される。
なお、このとき、カスケードコンデンサ（５）内に存在
する冷媒ガスも、僅かではあるが吸入されて、圧縮機
（７）に戻される。

【００２４】そして、他方、油回収器（１５）下端の冷
媒出口（１８）からは、ほぼ１００％純粋な冷媒のみが
排出され、これが、膨張弁（９）、蒸発器（１０）へと
流れることになる。その結果、膨張弁（９）や蒸発器
（１０）における超低温にもかかわらず、冷凍機油によ
る膨張弁（９）の閉塞や、蒸発器（１０）に対する冷凍
機油の溜り込みは、全く生じ得ないものとなる。

【００２５】ところで、上記油回収器（１５）は、冷媒
と冷凍機油とを共に液体で分離するものであるため、極
めて分離効率がよく、このため前記二元冷凍機から、従
来の油分離器（８）を省いた構成とすることも可能であ
る。即ち、請求項２に係る発明である。

【００２６】その場合の配管構成の図示は省略するが、
カスケードコンデンサ（５）の後方に、前記同様、油回
収器（１５）が設けられ、この油回収器（１５）によっ
て、全ての油分が分離除去されて圧縮機（７）に回収さ
れることになる。従って、膨張弁（９）、蒸発器（１
０）には、前記と同様に、冷媒のみが流れることにな
る。なお、この場合は、油回収器（１５）内に冷凍機油
をより多く貯溜する必要があるため、油回収器（１５）
の液入口（１６）部分から上方の部分を、とりわけ大き
な容量に形成することが望ましい。

【００２７】さらに、本発明二元冷凍機は、カスケード
コンデンサ（５）内で、冷媒液と冷凍機油とが２層に分
離することを利用して、カスケードコンデンサ（５）か
ら直接、冷凍機油を回収することも可能である。即ち、
請求項３に記載した発明の場合であり、その配管構成
は、図３に示すものとなる。

【００２８】この場合のカスケードコンデンサ（５）
は、図４に示す構造をなしている。カスケードコンデン
サ（５）の上部一端に開設された入口（２２）には、油
分離器（８）、もしくは圧縮機（７）からの配管が接続
され、カスケードコンデンサ（５）の下部一端に開設さ
れた出口（２３）には、膨張弁（９）に至る配管が接続
される。そして、カスケードコンデンサ（５）の上部、
前記入口側配管と反対側に、油出口（２４）が開口さ
れ、この油回収管（２１）からキャピラリ（２０）を経
て、圧縮機（７）吸入側へと油回収管（２１）が接続さ
れている。なお、カスケードコンデンサ（５）内の（２
５）は、高温側冷媒サイクル（１）の伝熱管である。

【００２９】油回収管（２１）のカスケードコンデンサ
（５）側開口端部は、カスケードコンデンサ（５）内部
に達しており、しかもそのカスケードコンデンサ（５）
内に位置する部分は可撓管（２６）となっていて、その
先端開口部周囲に、フロート（２７）が固着されてい
る。即ち、これにより、油回収管（２１）の前記先端開
口部は、常に油（Ａ）面上に位置することとなり、常に
冷凍機油を吸入可能となっている。かくして、この場合
は、カスケードコンデンサ（５）内でから冷凍機油が吸
入され、これがキャピラリ（２０）を介して、圧縮機
（７）に戻され、カスケードコンデンサ（５）の出口側
配管からは、冷媒のみが排出されて、膨張弁（９）や蒸
発器（１０）における冷凍機油の滞留が防止されること
になる。

【００３０】次に、図５に示した二元冷凍機は、その低
温側冷媒サイクル（６）の構成にこれまでとは異なった
特徴を有する。まず、低温側冷媒サイクル（６）におけ
る冷媒として、前記Ｒ２３の他に、その約１０％に相当
する量の副冷媒が添加されている。副冷媒は、主冷媒Ｒ
２３とは反対に、冷凍機油との相溶性の良い冷媒である
ことが必要である。また、その比重は、主冷媒に比して
大きくなければならず、しかも、主冷媒とは、互いに溶
けあわないものであることも条件である。さらに、その
成分中に、塩素を含むことが望ましい。冷媒中の塩素
は、圧縮機内において潤滑効果を発揮することが知られ
ているからである。ここでは、以上のことを満足する副
冷媒として、Ｒ２２を使用する。Ｒ２２の比重は、例え
ば−２０℃の時に、約1.6 であり、前記Ｒ２３の同温度
における比重、約1.3 と比較すれば大きく、その組成は
ＣＨＦＣｌであり塩素を含んでいる。

【００３１】一方、この装置における他の特徴として、
カスケードコンデンサ（５）の出口側と膨張弁（９）と
の間に、図６に示す如き液溜容器（１５′）が介設され
る。図６の液溜容器（１５′）において、（Ｃ）は液溜
容器本体であり、（２８）はカスケードコンデンサ
（５）からの配管、（２９）は膨張弁（９）への配管で
ある。両配管（２８）（２９）は、共に容器本体（Ｃ）
内中央部において互いに交叉して開口するように配設さ
れている。カスケードコンデンサ（５）からの配管（２
８）の開口端部が、液溜容器（１５′）の液入口（３
０）であり、膨張弁（９）への配管（２９）の開口端部
が、液溜容器（１５′）の主冷媒出口（３１）である。
液溜容器（１５′）には、これら液入口（３０）、主冷
媒出口（３１）の他に、本体（Ｃ）の上部には油出口
（３２）、下部には副冷媒出口（３３）が夫々開設され
ており、これら油出口（３２）と副冷媒出口（３３）と
が、液溜容器外（１５′）で一本の配管（３４）に合流
接続されて、キャピラリ（２０）から圧縮機（７）へと
続いている。

【００３２】また装置全体としてはさらに、この場合、
圧縮機（７）出口側から、蒸発器（１０）出口側へホッ
トガスバイパス配管（３５）が接続され、ホットガスバ
イパス配管（３５）にホットガスバイパス弁（３６）が
介設されている。また、カスケードコンデンサー（５）
の出口側と液溜部（１５´）の入口側との間には液電磁
弁（３７）が、一方、蒸発器（１０）と圧縮機（７）と
の間で、前記キャピラリ（２０）からの配管接続部の上
流側位置には、公知の吸入圧力調整弁（３８）が夫々介
設されている。さらに、カスケードコンデンサ（５）出
口側の膨張弁（９）は、感温膨張弁あるいは電動膨張弁
であり、（３９）は感温膨張弁の感温筒である。なお、
上記ホットガスバイパス弁（３６）及び液電磁弁（３
７）は、図示しない制御装置により、冷凍機の停止動作
に連動して開閉制御されるものである。

【００３３】次に以上の構成からなる冷凍機の冷凍機油
回収作業について説明する。まず、冷凍機運転中は、前
記ホットガスバイパス弁（３６）が閉鎖され、液電磁弁
（３７）が開放され、吸入圧力調整弁（３８）及び膨張
弁（９）が、通常通りに作動して、冷凍作用が奏され
る。このとき、圧縮機（７）からは、主冷媒、冷凍機油
に加えて、前記副冷媒Ｒ２２もガス状で吐出され、これ
らがカスケードコンデンサ（５）内で冷却されて、液体
となり、液電磁弁（３７）を経た後、液溜容器（１
５′）内へ入る。そして、液溜容器（１５′）内では、
これらの液が、比重の違いにより、また互いの相溶性の
大小により分離して、上方より、冷凍機油、主冷媒そし
て副冷媒の順で貯溜される。

【００３４】この結果、液溜容器（１５′）の中央部に
位置する主冷媒出口（３１）からは、主冷媒（Ｒ２３）
のみが流出して膨張弁（９）へ向かい、さらに蒸発器
（１０）に至り、二元冷凍機における所定の冷凍出力生
成がなされる。また、他方、油出口（３２）及び副冷媒
出口（３３）からは、冷凍機油及び副冷媒（Ｒ２２）が
夫々流出し、さらに両者が一本の配管（３４）で合流し
て互いに溶けあい、キャピラリ（２０）を経て圧縮機
（７）へと向かう。そして、この結果、冷凍機油の膨張
弁（９）や蒸発器（１０）への流出が、この場合も略完
全に阻止されることになる。

【００３５】なお、ここで、Ｒ２２は、冷凍機油と共に
液体のままで圧縮機（７）へ入ることになるが、その量
はキャピラリ（２０）により調整されており、液バック
となる懸念はない。そして、このＲ２２の含有成分であ
る塩素が、圧縮機（７）において潤滑効果を発揮し、冷
凍機の運転を滑らかなものとする。

【００３６】ところで、以上の回収作業によっても、蒸
発器（１０）等の内部には、ある程度の冷凍機油が付着
していることがある。これは、圧縮機（７）を停止した
後、前記ホットガスバイパス配管（３５）を利用するこ
とで回収可能である。以下、この蒸発器（１０）等に付
着した冷凍機油を回収する場合について説明する。圧縮
機（７）が停止すると、これに連動して、前記ホットガ
スバイパス弁（３６）が開放され、液電磁弁（３７）が
閉鎖される。そして、これにより、蒸発器（１０）の出
口側へホットガスが送給され、低温側冷媒サイクル
（６）低圧側の圧力及び温度が上昇する。さらに、これ
に呼応して、吸入圧力調整弁（３８）が略全閉し、感温
膨張弁（９）が略全開する。

【００３７】その結果、蒸発器（１０）の出口側は高
圧、入口側は低圧となり、これにより、蒸発器（１０）
内の冷媒が、蒸発器（１０）出口側から入口側へ逆流
し、膨張弁（９）を経て、主冷媒出口（３１）から液溜
部（１５′）へと流れ込む。そしてこの冷媒の逆流によ
り、前記蒸発器（１０）内面等に付着していた冷凍機油
が洗い流され、液溜部（１５′）に回収されることにな
る。なお、このとき、液溜部（１５′）内は、圧縮機
（７）手前の吸入配管内に比較して高圧である。このた
め、液溜部（１５′）内へ入った冷凍機油は、さらに、
キャピラリ（２０）を介して、圧縮機（７）内へ吸引さ
れ、それが、両者の圧力均衡時点まで続き、最終的に
は、ほとんどの冷凍機油が圧縮機（７）内に回収される
ことになる。

【００３８】以上、本発明を種々の実施例にもとづき説
明したが、勿論、本発明は以上の実施例に限定されるも
のではなく、要旨を変更しない限り、さらに種々の変更
が可能なものである。とりわけ、図５において最後に説
明したホットガスバイパス配管（３５）や、液電磁弁
（３７）等からなる蒸発器（１０）内部の冷媒を洗い流
すための構成は、前記図１や図３に示した装置の場合も
適用可能で、何れの場合も、同様の効果を達成する。ま
た、その場合、前記吸入圧力調整弁（３８）に代えて通
常の開閉弁を設け、この開閉弁を冷凍機の停止によっ
て、閉鎖する構成としてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、二元冷
凍機において、低温冷凍サイクルのカスケードコンデン
サ（５）出口側に前記した如く液溜容器（１５）を設け
たものであるから、低温側冷媒サイクル（６）におい
て、圧縮機（７）から吐出された冷媒に含まれる冷凍機
油は、油分離器（８）と液溜容器（１５）とによって、
確実に分離回収され、冷凍機油による膨張弁（９）の閉
塞や、蒸発器（１０）における冷凍機油の溜り込みが確
実に防止される。

【００４０】また、前記液溜容器（１５）は、２層の液
体となった冷媒と冷凍機油とを分離するものであるか
ら、その分離回収効率はすこぶるよく、そのため、請求
項２に記載した発明のように、従来の油分離器（８）を
除去しても上記効果は充分達成され、しかもこの場合
は、装置が簡略化される利点がある。

【００４１】さらにまた、請求項３に記載した発明のよ
うに、カスケードコンデンサ（５）に直接油分離機能を
もたせることもでき、その場合も、上記冷凍機油の分離
回収効果に変わりはなく、その上、一層の装置簡略化が
果たされる。

【００４２】請求項４に記載した発明では、冷凍機油が
副冷媒と共に回収されて、上記同様に、膨張弁（９）の
閉塞や、蒸発器（１０）における溜り込みが防止され
る。

【００４３】その場合、請求項５記載の発明では、副冷
媒として塩素を含有する冷媒を使用しているので、圧縮
機（７）において、塩素特有の潤滑効果が得られ、前記
回収した冷凍機油のもたらす潤滑効果とあいまって、圧
縮機（７）、ひいては冷凍機全体をより滑らかに運転す
ることができる。

【００４４】さらに、請求項６記載の発明によれば、冷
凍機停止直後において蒸発器（１０）内の冷媒を逆流さ
せ、これにより、蒸発器（１０）や膨張弁（９）内に付
着した僅かの冷凍機油をも洗い流して回収することがで
きるため、冷凍機油の溜り込みをより確実に防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二元冷凍機の配管構成図である。

【図２】上記二元冷凍機における油回収器の説明図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例に係る二元冷凍機の配管構
成図である。

【図４】上記二元冷凍機におけるカスケードコンデンサ
の説明である。

【図５】本発明のさらに他の実施例に係る二元冷凍機の
配管構成図である。

【図６】上記二元冷凍機における液溜容器の説明図であ
る。

【図７】従来の二元冷凍機の配管構成図である。

【符号の説明】

（１） 高温側冷媒サイクル （５） カスケードコンデンサ （６） 低温側冷媒サイクル （７） 圧縮機 （８） 油分離器 （９） 膨張弁 （１０） 蒸発器 （１５） 液溜容器（油回収器） （１５′） 液溜容器 （１７） 油出口 （２０） キャピラリ （２１） 油回収管 （２９） 主冷媒出口 （３２） 油出口 （３３） 副冷媒出口 （３５） ホットガスバイパス配管 （３６） ホットガスバイパス弁 （３７） 液電磁弁 （３８） 開閉弁（吸入圧力調整弁）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温側冷媒サイクル（１）と、圧縮機
   （７）、油分離器（８）、カスケードコンデンサ
   （５）、膨張弁（９）及び蒸発器（１０）を備えた低温
   側冷媒サイクル（６）とを前記カスケードコンデンサ
   （５）により互いに熱的に接続してなる二元冷凍機にお
   いて、前記低温側冷凍サイクルのカスケードコンデンサ
   （５）出口側に液溜容器（１５）を接続し、該液溜容器
   （１５）の上端に開設した油出口（１７）を流量調整機
   構（２０）を介して圧縮機（７）吸入側に接続し、液溜
   容器（１５）下端に開設した冷媒出口（１８）を前記膨
   張弁（９）に接続してなることを特徴とする二元冷凍
   機。
2. 【請求項２】 高温側冷媒サイクル（１）と、圧縮機
   （７）、カスケードコンデンサ（５）、膨張弁（９）及
   び蒸発器（１０）を備えた低温側冷媒サイクル（６）と
   を前記カスケードコンデンサ（５）により互いに熱的に
   接続してなる二元冷凍機において、前記低温側冷凍サイ
   クルのカスケードコンデンサ（５）出口側に液溜容器
   （１５）を接続し、該液溜容器（１５）の上端に開設し
   た油出口（１７）を流量調整機構（２０）を介して圧縮
   機（７）吸入側に接続し、液溜容器（１５）下端に開設
   した冷媒出口（１８）を前記膨張弁（９）に接続してな
   ることを特徴とする二元冷凍機。
3. 【請求項３】 高温側冷媒サイクル（１）と、圧縮機
   （７）、カスケードコンデンサ（５）、膨張弁（９）及
   び蒸発器（１０）を備えた低温側冷媒サイクル（６）と
   を前記カスケードコンデンサ（５）により互いに熱的に
   接続してなる二元冷凍機において、前記カスケードコン
   デンサ（５）に、該カスケードコンデンサ（５）内の凝
   縮液液面に開口先端を有し、カスケードコンデンサ
   （５）の外壁を貫通し、流量調整機構（２０）を経て、
   圧縮機（７）吸入側に至る油回収管（２１）を接続した
   ことを特徴とする二元冷凍機。
4. 【請求項４】 高温側冷媒サイクル（１）と、圧縮機
   （７）、カスケードコンデンサ（５）、膨張弁（９）及
   び蒸発器（１０）を備えた低温側冷媒サイクル（６）と
   を前記カスケードコンデンサ（５）により互いに熱的に
   接続してなる二元冷凍機において、前記低温側冷媒サイ
   クル（６）に、冷凍機油との相溶性が悪い主冷媒と、冷
   凍機油との相溶性が良く、かつ前記主冷媒に比し比重の
   大きい小量の副冷媒を封入し、前記低温側冷媒サイクル
   のカスケードコンデンサ（５）出口側に、液溜容器（１
   ５′）を接続し、該液溜容器（１５′）の容器上部に開
   設した油出口（３２）、下部に開設した副冷媒出口（３
   ３）を、ともに流量調整機構（２０）を介して圧縮機
   （７）吸入側に接続する一方、液溜容器（１５′）の略
   中央位置に開口した主冷媒出口（３１）を前記膨張弁
   （９）に接続してなることを特徴とする二元冷凍機。
5. 【請求項５】 副冷媒として、塩素を含む冷媒を使用し
   たことを特徴とする請求項４記載の二元冷凍機。
6. 【請求項６】 低温側冷媒サイクル（６）の、圧縮機
   （７）出口側から蒸発器（１０）出口側へホットガスバ
   イパス配管（３５）を接続し、該ホットガスバイパス配
   管（３５）に冷凍機停止直後に開放するホットガスバイ
   パス弁（３６）を介設する一方、カスケードコンデンサ
   ー（５）の出口側と液溜容器（１５又は１５′）の入口
   側との間に冷凍機停止直後に閉鎖する液電磁弁（３７）
   を介設し、さらに膨張弁（９）を、蒸発器（１０）出口
   側の温度に対応して開閉制御可能となすと共に、蒸発器
   （１０）と圧縮機（７）との間の、流量調整機構（２
   ０）接続部上流側に、冷凍機停止直後に閉鎖する開閉弁
   （３８）を設けたことを特徴とする請求項１、２、４ま
   たは５記載の二元冷凍機。