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公開番号2024022092
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-16
出願番号2022125441
出願日2022-08-05
発明の名称冷凍装置
出願人フクシマガリレイ株式会社
代理人個人
主分類F25B 1/00 20060101AFI20240208BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】非共沸混合冷媒を利用する冷凍装置において、蒸発器を所望の低温まで確実に冷却する。
【解決手段】凝縮器19は、上流側の第1凝縮部43と下流側の第2凝縮部44とで構成されて、両凝縮部43・44の間から第2流路22が分岐している。第1凝縮部43で冷却された気液混相の非共沸混合冷媒のうち、気相の第1流体部分が第2凝縮部44へ向かい、液相の第2流体部分が第2流路22へ向かうように構成されている。第2流路22には、第2流体部分を減圧する減圧部48と、減圧後の第2流体部分を気化させる吸熱部49とが設けられている。第1流路21の第2凝縮部44と膨張弁20との間に、吸熱部49と対になり熱交換器56を構成する放熱部55が設けられており、熱交換器56において、第2凝縮部44で冷却された第1流体部分が、第2流体部分と熱交換してさらに冷却される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
非共沸混合冷媒が封入された冷凍装置であって、
少なくとも圧縮機（１８）と凝縮器（１９）と膨張弁（２０）と蒸発器（１１）を冷媒配管でループ状に接続してなる第１流路（２１）と、第１流路（２１）から分岐して膨張弁（２０）と蒸発器（１１）を迂回する第２流路（２２）とを備えており、
凝縮器（１９）が、上流側の第１凝縮部（４３）と下流側の第２凝縮部（４４）とで構成されて、両凝縮部（４３・４４）の間から第２流路（２２）が分岐しており、
第１凝縮部（４３）で冷却された気液混相の非共沸混合冷媒のうち、気相の第１流体部分が第２凝縮部（４４）へ向かい、液相の第２流体部分が第２流路（２２）へ向かうように構成されており、
第２流路（２２）には、第２流体部分を減圧する減圧部（４８）と、減圧後の第２流体部分を気化させる吸熱部（４９）とが設けられており、
第１流路（２１）の第２凝縮部（４４）と膨張弁（２０）との間に、吸熱部（４９）と対になり熱交換器（５６）を構成する放熱部（５５）が設けられており、
熱交換器（５６）において、第２凝縮部（４４）で冷却された第１流体部分が、第２流体部分と熱交換してさらに冷却されることを特徴とする冷凍装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
凝縮器（１９）が、筒状の入口ヘッダ（２５）および出口ヘッダ（２６）と、ヘッダ（２５・２６）どうしを繋ぐ多数本のチューブ（２７）と、隣接するチューブ（２７）の間に配置される放熱用のフィン（２８）とを備えるマイクロチャンネル熱交換器で構成されており、
各ヘッダ（２５・２６）が、仕切り（３３・３７）によって上流部（３４・３８）と下流部（３５・３９）に区分されており、
入口ヘッダ（２５）の上流部（３４）に、圧縮機（１８）の吐出管に接続される始端口（３６）が設けられており、
出口ヘッダ（２６）の上流部（３８）に、第１流路（２１）から第２流路（２２）への分岐点となる中間口（４０）が設けられており、
出口ヘッダ（２６）の下流部（３９）に、熱交換器（５６）の放熱部（５５）へと繋がる終端口（４１）が設けられており、
第１凝縮部（４３）が、入口ヘッダ（２５）の上流部（３４）から出口ヘッダ（２６）の上流部（３８）へ冷媒を導く一群のチューブ（２７）で構成されており、
第２凝縮部（４４）が、出口ヘッダ（２６）の上流部（３８）から入口ヘッダ（２５）の下流部（３５）へ冷媒を導く一群のチューブ（２７）と、該下流部（３５）から出口ヘッダ（２６）の下流部（３９）へ冷媒を導く一群のチューブ（２７）とで構成されている請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
中間口（４０）は出口ヘッダ（２６）の仕切り（３７）の上面に臨んでおり、
出口ヘッダ（２６）の仕切り（３７）からその上方に位置するチューブ（２７）までの上下方向距離が、該仕切り（３７）から中間口（４０）までの上下方向距離よりも大きい請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
凝縮器（１９）の１個所に、チューブ（２７）の隣接間隔が他よりも大きいギャップ部（６０）が設けられており、
ギャップ部（６０）の側方に出口ヘッダ（２６）の仕切り（３７）が配置されている請求項３に記載の冷凍装置。
【請求項５】
ギャップ部（６０）の通風抵抗を高める抵抗部材（６１）が配置されている請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
抵抗部材（６１）が、チューブ（２７）と平行なプレート（６２）と、フィン（２８）と同形でプレート（６２）を上下から挟むスペーサー（６３）とを含む請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項７】
出口ヘッダ（２６）の仕切り（３７）の上面が中間口（４０）へ向かって下り傾斜している請求項３に記載の冷凍装置。
【請求項８】
第２流路（２２）を開閉する電磁弁（４７）を備えており、
第２流路（２２）に対するガス状冷媒の流入が検知された場合に、電磁弁（４７）が開状態から閉状態に切り換わる請求項１から７のいずれかひとつに記載の冷凍装置。
【請求項９】
第１流路（２１）における凝縮器（１９）の出口側に第１温度センサ（５１）が設けられており、
第２流路（２２）における減圧部（４８）の出口側に第２温度センサ（５２）が設けられており、
第２温度センサ（５２）で計測される第２流体部分の温度が、第１温度センサ（５１）で計測される第１流体部分の温度よりも所定温度以上高くなると、第２流路（２２）にガス状冷媒が流入しているとみなして電磁弁（４７）が閉状態に切り換わる請求項８に記載の冷凍装置。
【請求項１０】
第２流路（２２）の減圧部（４８）がキャピラリチューブで構成されており、
第２凝縮部（４４）から熱交換器（５６）の放熱部（５５）へ向かう第１流体部分が、減圧部（４８）を流れる第２流体部分と熱交換して冷却される請求項１から７のいずれかひとつに記載の冷凍装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、非共沸混合冷媒を利用する冷凍装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
沸点が異なる２種以上の冷媒の混合物すなわち非共沸混合冷媒を利用する冷凍装置は、相対的に高沸点の冷媒で低沸点の冷媒を冷却（凝縮）し、低温となった後者冷媒を蒸発器に送出して、被冷却対象を低温まで冷却するものである。この冷凍装置は、搭載される圧縮機が通常１台であることから、２台の圧縮機を搭載する二元冷凍装置などに比べて、小型かつ安価に製造することができる。
【０００３】
このような非共沸混合冷媒（以下、単に混合冷媒と記す。）を利用する冷凍装置は、例えば特許文献１に開示されており公知である。特許文献１の冷凍装置は、冷凍サイクルを構成する圧縮機、第１凝縮器、第２凝縮器、第１膨張弁および蒸発器に加えて、混合冷媒を気相と液相に分離する気液分離器を備える。気液分離器は、第１凝縮器と第２凝縮器の間に配置されており、第１凝縮器から気液混相の混合冷媒を受け入れる流入ポートと、この混合冷媒のうち気相の第１流体部分を第２凝縮器へ向けて吐出する気体流出ポートと、液相の第２流体部分を吐出する液体流出ポートとを備える。第１流体部分の主成分は相対的に低沸点の第１冷媒であり、第２流体部分の主成分は相対的に高沸点の第２冷媒である。液体流出ポートから吐出された第２流体部分は、第２膨張弁で減圧されたのち第２凝縮器へ至り、そこを流れる第１流体部分を冷却する。第２流体部分により冷却されて凝縮した第１流体部分は、第１膨張弁で減圧されたのち蒸発器へ至り、被冷却対象を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１４８３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の冷凍装置において、気液分離器から吐出された気相の第１流体部分は、第２凝縮器と第１膨張弁を経由して蒸発器へ至っており、第１流体部分を熱交換により冷却する機会が第２凝縮器のみに限られてしまっている。そのため、例えば外気温度が極めて高い環境下では、第１凝縮器における混合冷媒の空冷が不十分となり、第１流体部分が比較的高温のまま第２凝縮器に至り、結果として第１流体部分ひいては蒸発器を所望の低温まで冷却することができなくなるおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、非共沸混合冷媒を利用する冷凍装置において、蒸発器を所望の低温まで確実に冷却することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、非共沸混合冷媒が封入された冷凍装置を対象とする。冷凍装置は、少なくとも圧縮機１８と凝縮器１９と膨張弁２０と蒸発器１１を冷媒配管でループ状に接続してなる第１流路２１と、第１流路２１から分岐して膨張弁２０と蒸発器１１を迂回する第２流路２２とを備える。凝縮器１９は、上流側の第１凝縮部４３と下流側の第２凝縮部４４とで構成されて、両凝縮部４３・４４の間から第２流路２２が分岐している。第１凝縮部４３で冷却された気液混相の非共沸混合冷媒のうち、気相の第１流体部分が第２凝縮部４４へ向かい、液相の第２流体部分が第２流路２２へ向かうように構成されている。第２流路２２には、第２流体部分を減圧する減圧部４８と、減圧後の第２流体部分を気化させる吸熱部４９とが設けられている。第１流路２１の第２凝縮部４４と膨張弁２０との間に、吸熱部４９と対になり熱交換器５６を構成する放熱部５５が設けられており、熱交換器５６において、第２凝縮部４４で冷却された第１流体部分が、第２流体部分と熱交換してさらに冷却されることを特徴とする。
【０００８】
凝縮器１９が、筒状の入口ヘッダ２５および出口ヘッダ２６と、ヘッダ２５・２６どうしを繋ぐ多数本のチューブ２７と、隣接するチューブ２７の間に配置される放熱用のフィン２８とを備えるマイクロチャンネル熱交換器で構成されており、各ヘッダ２５・２６が、仕切り３３・３７によって上流部３４・３８と下流部３５・３９に区分されており、入口ヘッダ２５の上流部３４に、圧縮機１８の吐出管に接続される始端口３６が設けられており、出口ヘッダ２６の上流部３８に、第１流路２１から第２流路２２への分岐点となる中間口４０が設けられており、出口ヘッダ２６の下流部３９に、熱交換器５６の放熱部５５へと繋がる終端口４１が設けられており、第１凝縮部４３が、入口ヘッダ２５の上流部３４から出口ヘッダ２６の上流部３８へ冷媒を導く一群のチューブ２７で構成されており、第２凝縮部４４が、出口ヘッダ２６の上流部３８から入口ヘッダ２５の下流部３５へ冷媒を導く一群のチューブ２７と、該下流部３５から出口ヘッダ２６の下流部３９へ冷媒を導く一群のチューブ２７とで構成されている形態を採ることができる。
【０００９】
中間口４０は出口ヘッダ２６の仕切り３７の上面に臨んでおり、出口ヘッダ２６の仕切り３７からその上方に位置するチューブ２７までの上下方向距離が、該仕切り３７から中間口４０までの上下方向距離よりも大きい形態を採ることができる。
【００１０】
凝縮器１９の１個所に、チューブ２７の隣接間隔が他よりも大きいギャップ部６０を設け、ギャップ部６０の側方に出口ヘッダ２６の仕切り３７を配置することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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