(57)【要約】【課題】蒸発器での結露を防止した冷凍装置を提供する。【解決手段】圧縮機１１、凝縮器１３、減圧装置１７、及び蒸発器１９を備えた冷凍装置１において、沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、蒸発器１９の入口１９Ａと出口１９Ｂの間に、当該蒸発器１９の冷媒配管２５の流路面積を小さくし、露点温度を下回らない圧力を生じさせる絞り機構４０を設ける構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を備えた冷凍装置において、
沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、
前記蒸発器の入口と出口の間に、当該蒸発器の冷媒配管の流路面積を小さくし、露点温度を下回らない圧力を生じさせる絞り機構を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記絞り機構は、膨張弁で構成したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記絞り機構は、前記蒸発器の入口と出口の間に掛けて、前記冷媒配管の断面積を小さくして構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記絞り機構は、前記蒸発器の入口と出口の間に掛けて、前記冷媒配管のパス数を増やして構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記絞り機構は、露点温度に沿うように減圧することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器、内部熱交換器を備えた冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。内部熱交換器は、凝縮器で凝縮された高圧の液冷媒と、蒸発器で蒸発された低圧のガス冷媒との間で熱交換を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１８９７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非共沸混合冷媒を用いた場合には相変化時の温度変化、すなわち温度グライドが生じるため、蒸発器では入口付近の温度が低くなり、結露しやすい。蒸発器で結露が発生してしまうと、抵抗が増大して風量が低下し、その結果、蒸発器の熱交換効率が低下してしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、蒸発器での結露を防止した冷凍装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を備えた冷凍装置において、沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、前記蒸発器の入口と出口の間に、当該蒸発器の冷媒配管の流路面積を小さくし、露点温度を下回らない圧力を生じさせる絞り機構を設けたことを特徴とする。
【０００６】
上記構成において、前記絞り機構は、膨張弁で構成してもよい。
【０００７】
上記構成において、前記絞り機構は、前記絞り機構は、前記蒸発器の入口と出口の間に掛けて、前記冷媒配管の断面積を小さくして構成してもよい。
【０００８】
上記構成において、前記絞り機構は、前記蒸発器の入口と出口の間に掛けて、前記冷媒配管のパス数を増やして構成してもよい。
【０００９】
上記構成において、前記絞り機構は、露点温度に沿うように減圧してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蒸発器において露点温度の等温線を下回らないので、蒸発器での結露を防止でき、その結果、結露による性能低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】非共沸混合冷媒が封入された冷媒回路におけるＰ−Ｈ線図である。
【図３】蒸発器を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の変形例に係る冷凍装置の蒸発器を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は膨張弁を備えない場合、（Ｂ）は膨張弁を備えた場合を示す。
【図５】本発明の他の変形例に係る冷凍装置の蒸発器を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は膨張弁を備えない場合、（Ｂ）は膨張弁を備えた場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
冷凍装置１は、圧縮機１１、凝縮器１３、内部熱交換器１５、膨張弁（減圧装置）１７、及び蒸発器１９を配管接続した冷媒回路１０を備え、この冷媒回路１０内に非共沸混合冷媒を封入して構成されている。
凝縮器１３及び蒸発器１９には、それぞれ凝縮器１３及び蒸発器１９に送風する送風機２１，２２が設けられている。
内部熱交換器１５は、凝縮器１３で凝縮された高圧の液冷媒と、蒸発器１９で蒸発された低圧のガス冷媒との間で熱交換を行うものである。
【００１３】
次に、非共沸混合冷媒について説明する。
非共沸混合冷媒は、沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した冷媒であり、沸点の高い冷媒が沸点の低い冷媒よりも先に凝縮する。このため、Ｐ−Ｈ線図において非共沸混合冷媒の等温線は、飽和液線から飽和蒸気線に向かって右下がりであり、同一圧力条件における飽和液線と飽和蒸気線には、所定の温度グライドが生じる。
一方で、近年、地球温暖化問題が注目を浴び、空気調和装置や冷凍装置で使用される冷媒に対しても、ＣＯＰが高く環境負荷がより小さいものが望まれている。特に、地球温暖化問題に対する注目度は高く、温度グライドが大きく（例えば１０℃〜４０℃）なったとしても、地球温暖化係数（Global Warming Potential）ＧＷＰのより小さい冷媒が求められている。
【００１４】
本実施形態では、非共沸混合冷媒として、ＣＯ2（二酸化炭素）、ＨＦＣ３２（Ｒ３２）及びＨＦＯ１２３４ＺＥ（Ｒ１２３４ＺＥ）を所定比率で混合したものが冷媒回路１０に封入されている。
ここで、ＣＯ2とＨＦＯ１２３４ＺＥは、地球温暖化係数ＧＷＰがそれぞれ１と６であり、地球温暖化係数ＧＷＰが１０未満の非常に小さな冷媒である。このため、これらを混合することにより、地球温暖化係数ＧＷＰの小さな非共沸混合冷媒とすることが可能となる。
【００１５】
図２は、上記した非共沸混合冷媒が封入された冷媒回路１０におけるＰ−Ｈ線図である。この図２に示す点Ａ〜Ｉは、図１の冷媒回路１０における点Ａ〜Ｉの状態を示したものである。図３は、蒸発器１９を模式的に示す断面図である。
本実施形態で使用される非共沸混合冷媒は、図２に示すように、同一圧力条件における飽和液線３１と飽和蒸気線３３との間に２０℃以上の大きな温度グライドが生じる冷媒である。
温度グライドが大きな冷媒を用いると、蒸発器の入口付近の温度が低くなり、結露しやすくなる。特に、本実施形態のように、内部熱交換器を備える場合には、蒸発器に入る冷媒温度がより低くなり、結露がより生じやすくなる。
【００１６】
図２に示す例では、蒸発器の入口側に相当する点Ｇで、冷媒温度が露点温度Ｔ（図２の例では、約８℃）を下回っている。蒸発器で結露が発生してしまうと、抵抗が増大して風量が低下し、蒸発器の熱交換効率が低下してしまう。例えば、蒸発器を、冷媒が流れる伝熱管（冷媒配管）の周囲に伝熱フィンを固定して形成されたフィン・アンド・チューブ式の熱交換器として構成した場合には、フィン間の抵抗が大きくなって風量が大きく低下してしまう。
【００１７】
そこで、本実施形態では、図１及び図３に示すように、蒸発器１９の入口１９Ａと出口１９Ｂの間に、当該蒸発器１９の冷媒配管２５の流路面積を小さくし、露点温度Ｔ（図２）を下回らない圧力を生じさせる膨張弁（絞り機構）４０を設けている。これにより、蒸発器１９において、冷媒温度を露点温度Ｔより高くすることができるので、結露を防止でき、その結果、結露による性能低下を防止できる。
一般に熱交換器での冷媒温度を上昇させると、熱交換器の周囲の空気温度との温度差が小さくなり、熱交換効率が低下してしまう。しかしながら、本実施形態では、膨張弁４０によって冷媒配管２５の流路面積を小さくしているため、冷媒の流速を上昇させることができ、熱交換効率の低下を抑制できる。
【００１８】
これに加え、膨張弁４０は、図２に破線矢印で示すように、露点温度Ｔの等温線に沿って減圧するように構成されている。具体的には、膨張弁４０は、冷凍装置１の仕様毎に、当該冷凍装置１が置かれる状況下における最低の露点温度Ｔの等温線に沿って減圧するように設定される。これにより、本実施形態では、点Ｇ’−点Ｇ”を通るサイクルとなり、膨張弁４０による温度上昇を、結露を生じさせない最小限に抑えることができるので、熱交換効率は膨張弁４０を設けない場合と同等に維持できる。なお、点Ｇは、膨張弁４０を設けない場合の冷凍サイクルを示している。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態によれば、沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、蒸発器１９の入口１９Ａと出口１９Ｂの間に、当該蒸発器１９の冷媒配管２５の流路面積を小さくし、露点温度Ｔを下回らない圧力を生じさせる膨張弁４０を設ける構成とした。この構成により、蒸発器１９において露点温度Ｔの等温線を下回らないので、蒸発器１９での結露を防止でき、その結果、結露による性能低下を防止できる。
【００２０】
また、本実施形態によれば、膨張弁４０は露点温度Ｔに沿うように減圧するため、膨張弁４０による温度上昇を、結露を生じさせない最小限に抑えることができ、膨張弁４０による熱交換効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００２１】
但し、上記実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施形態では、絞り機構を膨張弁４０で構成したが、これに限定されるものではなく、露点温度Ｔの等温線を下回らない圧力を生じさせる機構であればよい。例えば、図４（Ａ）に示すように、絞り機構は、蒸発器１１９の入口１１９Ａと出口１１９Ｂの間に掛けて、冷媒配管１２５の断面積を小さく形成して構成してもよい。図４（Ａ）の例では、冷媒配管１２５は、細配管１２５Ａと太配管１２５Ｂとを連結管１２５Ｃで連結して構成しているが、この構成に限るものではない。例えば、冷媒配管を、断面積が徐々に拡大するように形成してもよい。
【００２２】
ここで、蒸発器１１９の入口１１９Ａと出口１１９Ｂの密度の比率を密度比率Ｒρ（＝入口１１９Ａでの密度ρＩｎ／出口１１９Ｂでの密度ρＯｕｔ）とする。
冷媒配管の断面積を小さくする場合には、冷媒配管１２５の断面積の比率を断面積比率ＲＡ（＝入口１１９Ａでの断面積ＡＩｎ／出口１１９Ｂでの断面積ＡＯｕｔ）とすると、断面積比率ＲＡが密度比率より大きくなるように設定する（ＲＡ＞Ｒρ）のが望ましい。
特に、冷媒配管１２５の径を小さくする場合には、冷媒配管１２５の径の比率を径比率Ｒｒ（＝入口１１９Ａの径ｒＩｎ／出口１１９Ｂでの径ｒＯｕｔ）とすると、径比率Ｒｒが密度比率の平方根より大きくなるように設定する（Ｒｒ＞√（Ｒρ））のが望ましい。
【００２３】
また、図４（Ｂ）に示すように、断面積を小さく形成した冷媒配管１２５に、膨張弁４０を設けてもよい。図４（Ｂ）の例では、膨張弁４０は、細配管１２５Ａから太配管１２５Ｂにつながる連結管１２５Ｃに設けられているが、膨張弁４０を設ける位置はこれに限定されない。
【００２４】
また、図５（Ａ）に示すように、絞り機構は、蒸発器２１９の入口２１９Ａと出口２１９Ｂの間に掛けて、冷媒配管２２５のパス数を増やして構成してもよい。
ここで、蒸発器２１９の入口２１９Ａと出口２１９Ｂの密度の比率を密度比率Ｒρ（＝入口２１９Ａでの密度ρＩｎ／出口２１９Ｂでの密度ρＯｕｔ）とする。
冷媒配管２２５のパス数を増やす場合には、冷媒配管２２５のパス数の比率をパス数比率Ｒｎ（＝入口２１９Ａでのパス数ｎ／出口２１９Ｂでのパス数ｎ）とすると、パス数比率Ｒｎが密度比率より大きくなるように設定する（Ｒｎ＞Ｒρ）のが望ましい。
なお、図５（Ａ）の例では、冷媒配管２２５は、少数（例えば、１本）のパス少配管２２５Ａから多数（例えば、２本）のパス多配管２２５Ｂに分岐しているが、パス少配管２２５Ａ及びパス多配管２２５Ｂの本数はこれに限定されない。また、パス数の増やし方は特に限定されず、パス数を１本ずつ増やしてもよいし、複数本ずつ増やしてもよい。
【００２５】
また、図５（Ｂ）に示すように、パス数を増やした冷媒配管２２５に、膨張弁４０を設けてもよい。図５（Ｂ）の例では、膨張弁４０は、パス少配管２２５Ａからパス多配管２２５Ｂへの分岐点Ｐの手前部２２５Ａ１に設けられているが、膨張弁４０を設ける位置はこれに限定されない。
【符号の説明】
【００２６】
１  冷凍装置
１１  圧縮機
１３  凝縮器
１５  内部熱交換器
１７  膨張弁（減圧装置）
１９，１１９，２１９  蒸発器
１９Ａ，１１９Ａ，２１９Ａ  入口
１９Ｂ，１１９Ｂ，２１９Ｂ  出口
２５，１２５，２２５  冷媒配管
４０  膨張弁（絞り機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015141007.tif 000006
【図５】
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