(57)【要約】【課題】抽気タンク内の冷媒の分圧を十分にさげることができ、且つ配管の簡素化、冷媒の損耗量が少ない抽気装置を具備する冷凍機を提供すること。【解決手段】凝縮器１３、蒸発器１１、圧縮機１２、減圧装置１４を具備し、冷熱源を発生させる蒸発器１１での圧力が大気圧以下になる冷媒を作動媒体として運転する冷凍機において、凝縮器１３に接続された抽気タンク内の冷媒の分圧を下げる手段として冷凍機自体が発生する冷熱源を利用する第１の抽気タンク２１の他に、より低温が得られる補助冷熱源を設け、これから得られる低熱源を第１の抽気タンク２１に連通する第２の抽気タンク２２内に導入し、該第２の抽気タンク２２内の冷媒を凝縮させて不凝縮ガス中の冷媒の分圧を下げ、該第２の抽気タンクから不凝縮ガスを系外に排出する抽気圧縮機２３を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器、蒸発器、圧縮機及びこれを駆動する電動機を具備し、冷熱源を発生させる前記蒸発器での圧力が大気圧以下になる冷媒を作動媒体として運転する冷凍機において、
前記凝縮器に接続された抽気タンク内の冷媒の分圧を下げる手段として冷凍機自体が発生する冷熱源を利用する第１の抽気タンクの他に、より低温が得られる補助冷熱源を設け、これから得られる低熱源を前記第１の抽気タンクに連通する第２の抽気タンク内に導入し、該第２の抽気タンク内の冷媒を凝縮させて不凝縮ガス中の冷媒の分圧を下げ、該第２の抽気タンクから不凝縮ガスを系外に排出する不凝縮ガス排出手段を設けたことを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍機において、
前記第２の抽気タンク中の冷媒の分圧を下げる手段として設ける補助冷熱源がペルチェ素子を利用した冷却ユニットであり、該冷却ユニットの放熱源装置は冷却フィンを設けて直接大気に放熱する構成であることを特徴とする冷凍機。
【請求項３】
請求項１に記載の冷凍機において、
前記第２の抽気タンク中の冷媒の分圧を下げる手段として設ける補助冷熱源のペルチェ素子を利用した冷却ユニットの放熱源装置は冷凍機自体が発する冷熱源に放熱することを特徴とする冷凍機。
【請求項４】
凝縮器、蒸発器、圧縮機及びこれを駆動する電動機を具備し、冷熱源を発生させる前記蒸発器での圧力が大気圧以下になる冷媒を作動媒体として運転する冷凍機において、
前記凝縮器に連通する抽気タンク内の冷媒の分圧を下げる手段として、ペルチェ素子で構成する冷却ユニットの冷熱源を直接該抽気タンク内に設けて該抽気タンク内の冷媒ガスを凝縮させて不凝縮ガス中の冷媒の分圧を下げ、不凝縮ガスを系外に排出する不凝縮ガス排出手段を設けたことを特徴とする冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷熱源を発生させる蒸発器での圧力が大気圧以下になる冷媒で構成される冷凍機に関し、特に系外から漏れ込んで凝縮器内に蓄積した空気の混在する冷媒ガスを凝縮器から抽気して抽気タンクに導入し、抽気タンク内に導入した冷熱源によって冷媒ガスを凝縮液化してこれを冷凍機の系内に戻し、抽気タンク内に残った不凝縮ガス（主に空気）を系外に放出する抽気装置に特徴を有する冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な冷凍システムは冷媒が蒸発することによって冷熱源となる蒸発器、蒸発したガスを加圧する圧縮機、加圧されたガスの熱を系外に放出して液化する凝縮機、及び液化した冷媒を減圧して温度を下げ、冷熱源となる蒸発器に戻す絞り装置から構成される。蒸発器を初めシステム内での圧力が大気圧以下で運転する機器、配管が存在するため、多少なりとも空気が系内に漏れ込み、これが不凝縮ガスとして凝縮器内に蓄積する。凝縮器内の空気の分圧が高くなると冷媒が凝縮するための圧力（全圧）が高くなり、圧縮機の必要動力の増加、冷凍能力の低下、遠心式圧縮機の場合にはサーシングの原因になる。これを避けるためには凝縮器内に蓄積した空気を系外に放出し、凝縮器内の空気分圧が上昇することを避ける手段として抽気装置が設けられている。
【０００３】
図１は空調等の冷熱源の提供に利用される従来の抽気装置を具備する冷凍機のシステム構成を示す図である。図示するように、冷凍機は、蒸発器１０１、圧縮機１０２、凝縮器１０３、減圧装置（絞り装置）１０４で構成される冷凍システム部１００と、抽気タンク１１１、及び抽気圧縮機１１２、フロート弁１１３、及びドライヤー１１４で構成される抽気システム部１１０からなる。
【０００４】
冷凍システム部１００では、蒸発器１０１で冷媒が蒸発、圧縮機１０２で加圧圧縮、凝縮器１０３で凝縮、及び減圧装置１０４で減圧を繰返す冷凍サイクルを構成し、冷熱源を供給する。一方凝縮器１０３内に開口された抽気管Ｌ１は電磁弁ＳＶ１を介して抽気タンク１１１に連結され、該凝縮器１０３内の不凝縮ガスが混在する冷媒ガスを抽気タンク１１１内に導入する。抽気タンク１１１内には凝縮器１０３からの配管Ｌ２を通して導入される冷媒液を一方の熱交換媒体とする熱交換器１１１ａが内蔵されている。該熱交換器１１１ａで絞り弁Ｖ１にて減圧、低温化した媒体と不凝縮ガスの混在する凝縮器１０３からのガスとの間で熱交換が行なわれ、冷媒ガスは凝縮して抽気タンク１１１内に蓄積する。
【０００５】
抽気タンク１１１内で凝縮した冷媒液の液面レベルが上昇すればフロート弁１１３が作動し、ドライヤー１１４を介して該冷媒液は蒸発器１０１に戻る。ドライヤー１１４は冷媒中に混入する水分を吸着するためのもので、大気と一緒に系内に漏洩した水蒸気を除去する手段として設けてある。空気等の不凝縮ガスは抽気タンク１１１内に残留し、時間の経過と共に抽気タンク１１１内の分圧は徐々に高くなる。凝縮器１０３と抽気タンク１１１内の差圧ΔＰが所定の値ΔＰ１に達すると、制御手段（図示せず）が抽気タンク１１１内の分圧が高くなって抽気能力が無くなったと判断し、電磁弁ＳＶ１を閉じて抽気を停止し、電磁弁ＳＶ２を開にして抽気圧縮機１１２を作動させ、抽気タンク１１１内の不凝縮ガスの大気への放出を開始する。差圧ΔＰが所定の値ΔＰ２にて達した時点で抽気圧縮機１１２は停止し、電磁弁ＳＶ１を開にして通常の抽気モードに戻る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の抽気システム部１１０では、凝縮器１０３からの不凝縮ガスの混在する冷媒を液化することによって不凝縮ガスと冷媒に分離する機能を持たせた抽気タンク１１１内の熱交換器１１１ａの低温側の冷媒温度が、冷凍システム部１００のサイクル、即ち蒸発器１０１の温度によって制限され、抽気タンク１１１内の冷媒の分圧を十分下げることができなかった。従って、不凝縮ガスを大気に放出するにあたり、冷媒も同様に排出することになり、冷媒の損耗量も多かった。また、冷媒を放出することは温暖化ガスの放出であり、極力避けなければならない。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、抽気タンク内の冷媒の分圧を十分にさげることができ、且つ配管の簡素化が図ることができ、不凝縮ガスとして抽気タンク内に残った不凝縮ガスを冷媒の損耗量が少なく系外に放出する抽気装置を具備する冷凍機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】
【０００８】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、凝縮器、蒸発器、圧縮機及びこれを駆動する電動機を具備し、冷熱源を発生させる前記蒸発器での圧力が大気圧以下になる冷媒を作動媒体として運転する冷凍機において、前記凝縮器に接続された抽気タンク内の冷媒の分圧を下げる手段として冷凍機自体が発生する冷熱源を利用する第１の抽気タンクの他に、より低温が得られる補助冷熱源を設け、これから得られる低熱源を前記第１の抽気タンクに連通する第２の抽気タンク内に導入し、該第２の抽気タンク内の冷媒を凝縮させて不凝縮ガス中の冷媒の分圧を下げ、該第２の抽気タンクから不凝縮ガスを系外に排出する不凝縮ガス排出手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍機において、前記第２の抽気タンク中の冷媒の分圧を下げる手段として設ける補助冷熱源がペルチェ素子を利用した冷却ユニットであり、該冷却ユニットの放熱源装置は冷却フィンを設けて直接大気に放熱する構成であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍機において、前記第２の抽気タンク中の冷媒の分圧を下げる手段として設ける補助冷熱源のペルチェ素子を利用した冷却ユニットの放熱源装置は冷凍機自体が発する冷熱源に放熱することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、凝縮器、蒸発器、圧縮機及びこれを駆動する電動機を具備し、冷熱源を発生させる前記蒸発器での圧力が大気圧以下になる冷媒を作動媒体として運転する冷凍機において、前記凝縮器に連通する抽気タンク内の冷媒の分圧を下げる手段として、ペルチェ素子で構成する冷却ユニットの冷熱源を直接該抽気タンク内に設けて該抽気タンク内の冷媒ガスを凝縮させて不凝縮ガス中の冷媒の分圧を下げ、不凝縮ガスを系外に排出する不凝縮ガス排出手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、凝縮器に接続された抽気タンク内の冷媒の分圧を下げる手段として冷凍機自体が発生する冷熱源を利用する第１の抽気タンクに連通する第２の抽気タンクを設け、該第２の抽気タンクに補助冷熱源を導入するので、抽気タンク内の不凝縮ガス中の冷媒の分圧を２段階に分けて十分に下げることができ、第２の抽気タンクから不凝縮ガスを系外に排出する際の冷媒の放出量を削減できる。また、温暖化ガスである冷媒の放出量を削減できるので、地球環境にやさしい冷凍機を提供できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、補助冷熱源がペルチェ素子を利用した冷却ユニットであり、該冷却ユニットの放熱源装置は冷却フィンを設けて直接大気に放熱する構成であるので、上記請求項１に記載発明の効果に加え、第２の抽気タンク内を容易に低温することが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、第２の抽気タンク中の冷媒の分圧を下げる手段として設ける補助冷熱源のペルチェ素子を利用した冷却ユニットの放熱源装置は冷凍機自体が発生する冷熱源に放熱するので、ペルチェ素子の冷却能力が向上し、上記請求項１に記載の発明の効果に加え、第２の抽気タンク内を更により低温することが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、凝縮器に連通する抽気タンク内の冷媒の分圧を下げる手段として、ペルチェ素子で構成する冷却ユニットの冷熱源を直接該抽気タンク内に設けて該抽気タンク内の冷媒ガスを凝縮させて不凝縮ガス中の冷媒の分圧を下げるので、簡単な配管構成で抽気タンク内の不凝縮ガス中の冷媒の分圧を十分効率よく下げることができると共に、抽気タンクから不凝縮ガスを系外に排出する際の冷媒の放出量を削減できる。また、温暖化ガスである冷媒の放出量を削減できるので、地球環境にやさしい冷凍機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図２は本発明に係る冷凍機のシステム構成を示す図である。図示するように、冷凍機は蒸発器１１、圧縮機１２及びこれを駆動する電動機（図示せず）、凝縮器１３、減圧装置（絞り装置）１４で構成される冷凍システム部１０と、第１の抽気タンク２１、第２の抽気タンク２２、抽気圧縮機２３、フロート弁２４，及びドライヤー２５で構成される抽気システム部２０からなる。第２の抽気タンク２２にペルチェ素子２６が配置され、該ペルチェ素子２６は抽気タンク２２内に配置された冷却フィン２７で構成される冷熱源（ヒートシンク）と同様に放熱フィン２８で構成される放熱源と密着連結されいる。
【００１８】
冷凍システム部１０では、蒸発器１１で冷媒の蒸発、圧縮機１２で冷媒ガス（蒸気）の加圧圧縮、凝縮器１３で冷媒ガスの凝縮、及び減圧装置１４で減圧を繰返冷凍サイクルを構成し、冷熱源を供給する。一方凝縮器１３内に開口された抽気管Ｌ１は電磁弁ＳＶ１を介して第１の抽気タンク２１に連結され、該凝縮器１３内の不凝縮ガスが混在する冷媒ガスを第１の抽気タンク２１内に導入する。第１の抽気タンク２１内には凝縮器１３からの冷媒液を一方の熱交換媒体とする熱交換器２１ａが内蔵されている。該熱交換器２１ａと配管Ｌ２を通り絞り弁Ｖ１にて減圧、低温化した冷媒と抽気管Ｌ１で導入された不凝縮ガスの混在する凝縮器１３からのガスとの間で熱交換が行なわれ、冷媒ガスは凝縮して第１の抽気タンク２１内に蓄積すると共に、熱交換器２１ａからのガスは配管Ｌ２を通して蒸発器１１に流入する。
【００１９】
第２の抽気タンク２２には第１の抽気タンク２１から連通管Ｌ３を介して不凝縮ガスの混在する冷媒ガスが導入される。これにより冷却温度が高いために第１の抽気タンク２１にて凝縮しなかった冷媒ガスは第２の抽気タンク２２内のペルチェ素子２６でより低温になっている冷却フィン２７で凝縮し、凝縮液は液戻り管Ｌ４を通って第１の抽気タンク２１に流入し、該第１の抽気タンク２１内の凝縮液に合流する。第１の抽気タンク２１内の冷媒液の液面レベルが上昇すればフロート弁２４が作動し、ドライヤー２５を介して冷媒液は蒸発器１１に戻る。
【００２０】
空気等の不凝縮ガスは第１の抽気タンク２１内に残留し、時間の経過と共に抽気タンク２１内の分圧は徐々に高くなる。凝縮器１３と抽気タンク２１内の差圧ΔＰが所定の値ΔＰ１に達すると制御手段（図示せず）は抽気タンク２１内の分圧が高くなって抽気能力が無くなったと判断し、電磁弁ＳＶ１を閉じて抽気を停止し、電磁弁ＳＶ２を開にして抽気圧縮機２３を作動させ、第２の抽気タンク２２内の不凝縮ガスを大気へ放出し、差圧ΔＰが所定の値ΔＰ２にて達した時点で抽気圧縮機２３は停止し、電磁弁ＳＶ１を開にして通常の抽気モードに戻る。
【００２１】
第２の抽気タンク２２内の冷却フィン２７で吸収された熱はペルチェ素子２６に駆動される放熱フィン２８に運ばれ、ここで大気中に放出される。大気への熱の放出は本実施例の自然対流でも可能であるが、更に図示しない冷却用のファンを設ければ冷却能力が上昇し、またより低温が得られる。当然ペルチェ素子２６を駆動するには、図示しない直流電源が必要であり、該直流電源とペルチェ素子は電線で接続され、該直流電源からペルチェ素子２６に電流が供給されるようになっている。また、ペルチェ素子２６は図示しない温度制御ユニットで制御され、第２の抽気タンク２２内に設けた温度センサー２９により所定の温度になるように冷熱源の容量を変えることができる。
【実施例２】
【００２２】
図３は本発明に係る冷凍機の抽気システム部２０の他の構成例を示すである。図３はペルチェ素子２６の冷却能力を向上させるための手段として放熱フィン２８で構成される放熱源の温度を下げるように構成したものである。図３において、図２と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。以下、他の図面においても同様とする。図示するようにペルチェ素子２６に密着連結する放熱フィン２８を容器３０内に収納している。該容器３０内に凝縮器１３から配管Ｌ２及び絞り弁Ｖ１を通って減圧、低温化され、第１の抽気タンク２１内の熱交換器２１ａ（図２参照）に導入される媒体を配管Ｌ５を介して分岐して導入する。この導入された媒体を放熱フィン２８に散布するようになっている。冷却能力は冷却フィン２７で構成される冷熱源と放熱フィン２８で構成される冷熱源の温度差が小さい程増大するので、放熱源の温度を下げることは冷却能力の増大と共に、冷却温度も同時に低下し、第２の抽気タンク２２の冷媒の更なる分圧の低下となる。なお、放熱フィン２８に散布された媒体は配管Ｌ６を通って蒸発器１１（図２参照）に流入するするようになっている。
【００２３】
図２の場合と同様、空気等の不凝縮ガスは第１の抽気タンク２１内に残留し、時間の経過と共に抽気タンク２１内の分圧は徐々に高くなる。凝縮器１３と抽気タンク２１内の差圧ΔＰが所定の値ΔＰ１に達すると抽気タンク２１内の分圧が高くなって抽気能力が無くなったと判断し、電磁弁ＳＶ１を閉じて抽気を停止し、電磁弁ＳＶ２を開にして抽気圧縮機２３を作動させ、第２の抽気タンク２２内の不凝縮ガスを大気へ放出し、差圧ΔＰが所定の値ΔＰ２に達した時点で抽気圧縮機２３は停止し、電磁弁ＳＶ１を開にして通常の抽気モードに戻る。
【実施例３】
【００２４】
図４は本発明に係る冷凍機のシステム構成を示す図である。ここではペルチェ素子２６による冷却ユニットを補助熱源ではなく、直接不凝縮ガスの分離用冷熱源として利用した場合を示す。図示するように、凝縮器１３に抽気管Ｌ１を介して連結された抽気タンク３１にペルチェ素子２６を設け、冷却フィン２７で構成される冷熱源を該抽気タンク３１内に配置し、放熱フィン２８で構成される放熱源を容器３２内に収納している。該容器３２内に凝縮器１３から配管Ｌ２及び絞り弁Ｖ１を通って減圧、低温化された媒体を導入し、これを放熱フィン２８に散布し、配管Ｌ７を通って蒸発器１１に戻している。
【００２５】
抽気管Ｌ１、電磁弁ＳＶ１を介して凝縮器１３内の不凝縮ガスが混在する冷媒ガスを抽気タンク３１内に導入される。冷媒ガスは抽気タンク３１内のペルチェ素子２６でより低温になっている冷却フィン２７で凝縮し、抽気タンク３１内の冷媒液の液面レベルが上昇すればフロート弁２４が作動し、ドライヤー２５を介して冷媒液は蒸発器１１に戻る。
【００２６】
上記のように、ペルチェ素子２６を有する冷却ユニットの放熱源の放熱フィン２８が収納された容器３２に凝縮器１３から供給される低温の冷媒を冷熱源として利用することにより、ペルチェ素子２６の冷熱源と放熱源の温度差が減少し、冷却能力が増大すると共に、冷却温度も低下するため従来の抽気システム部に勝る抽気システムを構成できる。
【００２７】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の冷凍機のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明に係る冷凍機のシステム構成を示す図である。（実施例１）
【図３】本発明に係る冷凍機の抽気システムの一部構成を示す図である。（実施例２）
【図４】本発明に係る冷凍機のシステム構成を示す図である。（実施例３）
【符号の説明】
【００２９】
１０      冷凍システム部
１１      蒸発器
１２      圧縮機
１３      凝縮器
１４      減圧装置（絞り装置）
２０      抽気システム部
２１      第１の抽気タンク
２２      第２の抽気タンク
２３      抽気圧縮機
２４      フロート弁
２５      ドライヤー
２６      ペルチェ素子
２７      冷却フィン
２８      放熱フィン
２９      温度センサー
３０      容器
３１      抽気タンク
３２      容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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