(57)【要約】【課題】冷凍能力を充分に発揮できる２元冷凍装置を提供する。【解決手段】２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路の冷媒とし、前記低温側冷凍回路の凝縮器の出口側には低温側気液分離器を設けると共に、この低温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この低温側気液分離器の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための低温側熱交換器を設け、前記高温側冷凍回路の凝縮器の出口側には高温側気液分離器を設けると共に、この高温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この高温側気液分離器からの凝縮冷媒で冷却するための高温側熱交換器を設けたので、未凝縮冷媒を各熱交換器で凝縮させることができ、冷凍能力を充分発揮できる２元冷凍装置を提供することができる。【選択図】        図１
2004150729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側冷凍回路の蒸発器と低温側冷凍回路の凝縮器とをカスケード接続して構成した２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路の冷媒とし、前記高温側冷凍回路の凝縮器の出口側には高温側気液分離器を設けると共に、この高温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この高温側気液分離器の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための高温側熱交換器を設けたことを特徴とする２元冷凍装置。
【請求項２】
高温側冷凍回路の蒸発器と低温側冷凍回路の凝縮器とをカスケード接続して構成した２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路の冷媒とし、前記低温側冷凍回路の凝縮器の出口側には低温側気液分離器を設けると共に、この低温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この低温側気液分離器の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための低温側熱交換器を設けたことを特徴とする２元冷凍装置。
【請求項３】
高温側冷凍回路の蒸発器と低温側冷凍回路の凝縮器とをカスケード接続して構成した２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路の冷媒とし、前記低温側冷凍回路の凝縮器の出口側には低温側気液分離器を設けると共に、この低温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この低温側気液分離器の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための低温側熱交換器を設け、前記高温側冷凍回路の凝縮器の出口側には高温側気液分離器を設けると共に、この高温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この高温側気液分離器からの凝縮冷媒で冷却するための高温側熱交換器を設けたことを特徴とする２元冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温側の冷凍回路と低温側の冷凍回路とを備えた２元冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、−６０℃〜−９０℃の超低温の生成には、２元冷凍装置が用いられている。この２元冷凍装置は、高温側冷凍回路の蒸発器と低温側冷温回路の凝縮器とをカスケード接続することにより構成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２７４３１号公報
このような２元冷凍装置は、高温側冷凍回路は圧縮器、凝縮器、キャピラリーチューブ及びカスケードコンデンサにより構成されており、高沸点の冷媒が封入されている。
【０００４】
また低温側冷凍回路は、圧縮器、カスケードコンデンサ、キャピラリーチューブ等の減圧装置及び蒸発器により構成されており、低沸点の冷媒が封入されている。
【０００５】
高温側冷凍回路では、冷媒が圧縮器で圧縮され、凝縮器で冷却されることにより液化され、カスケードコンデンサに供給される。カスケードコンデンサから出た冷媒は再び圧縮器に吸い込まれ高温側冷凍回路を形成している。
【０００６】
低温側冷凍回路は、冷媒が圧縮機により圧縮され、カスケードコンデンサにおいて上述の高温側冷凍回路から供給される冷媒を用いて冷却され、液化される。
【０００７】
その後、冷媒は蒸発器に供給されて低温を発生する。
【０００８】
蒸発器から出た冷媒は、圧縮機に戻り、低温側冷凍回路を形成している。
【０００９】
このように、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路とはカスケードコンデンサにより熱的に結合されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された２元冷凍装置では、高温側冷凍回路及び低温側冷凍回路が圧縮機、凝縮器（又はカスケードコンデンサ）、キャピラリーチューブ、蒸発器（又はカスケードコンデンサ）を環状に接続したものであるため、冷媒の一部が凝縮しないまま循環する恐れがあり、冷凍能力が充分に発揮されない恐れがあった。
【００１１】
この発明は、冷凍能力を充分に発揮できる２元冷凍装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、高温側冷凍回路の蒸発器と低温側冷凍回路の凝縮器とをカスケード接続して構成した２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路の冷媒とし、前記高温側冷凍回路の凝縮器の出口側には高温側気液分離器を設けると共に、この高温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この高温側気液分離器の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための高温側熱交換器を設けたものである。
【００１３】
また、高温側冷凍回路の蒸発器と低温側冷凍回路の凝縮器とをカスケード接続して構成した２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路の冷媒とし、前記低温側冷凍回路の凝縮器の出口側には低温側気液分離器を設けると共に、この低温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この低温側気液分離器の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための低温側熱交換器を設けたものである。
【００１４】
更に、高温側冷凍回路の蒸発器と低温側冷凍回路の凝縮器とをカスケード接続して構成した２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路の冷媒とし、前記低温側冷凍回路の凝縮器の出口側には低温側気液分離器を設けると共に、この低温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この低温側気液分離器の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための低温側熱交換器を設け、前記高温側冷凍回路の凝縮器の出口側には高温側気液分離器を設けると共に、この高温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この高温側気液分離器からの凝縮冷媒で冷却するための高温側熱交換器を設けたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態を図１を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、２元冷凍装置を示している。２２は高温側冷凍回路である。２３は低温側冷凍回路である。
【００１７】
高温側冷凍回路２２は、圧縮器２４、凝縮器２５、低温側気液分離器２６、デハイドレータ２７、キャピラリーチューブ（減圧装置）２８、高温側熱交換器２９、デハイドレータ３０、キャピラリーチューブ（減圧装置）３１、カスケードコンデンサ３２、及び膨張タンク３３により構成されている。封入される冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ２）とＨＣ冷媒との混合物である。
【００１８】
低温側冷凍回路２３は、圧縮器３４、カスケードコンデンサ３２、高温側気液分離器３５、デハイドレータ３６、キャピラリーチューブ（減圧装置）３７、高温側熱交換器３８、デハイドレータ３９、キャピラリーチューブ（減圧装置）４０、蒸発器４１、及び膨張タンク４２により構成されている。封入される冷媒は、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）とＨＣ冷媒との混合物である。
【００１９】
なお、このＨＣ冷媒としては、ｎペンタン、ｎブタン、イソブタン等が考えらられる。また、プロパン、エタン、エチレン等でも良い。
【００２０】
すなわち、特許請求の範囲に記載のように、高温側冷凍回路２２の蒸発器（カスケードコンデンサ３２）と低温側冷凍回路２３の凝縮器（カスケードコンデンサ３２）とをカスケード接続して構成した２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路２３の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路２２の冷媒とし、前記低温側冷凍回路２３の凝縮器の出口側には低温側気液分離器３５を設けると共に、この低温側気液分離器３５の気相部からの未凝縮冷媒を、この低温側気液分離器３５の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための低温側熱交換器３８を設け、前記高温側冷凍回路２２の凝縮器の出口側には高温側気液分離器２６を設けると共に、この高温側気液分離器２６の気相部からの未凝縮冷媒を、この高温側気液分離器２６からの凝縮冷媒で冷却するための高温側熱交換器２９を設けたものである。
【００２１】
この実施形態の高温側冷凍回路２２では、高温側気液分離器２６を備えているので、液になりやすいＨＣ冷媒は、どちらかというと、デハイドレータ２７、キャピラリーチューブ２８、高温側熱交換器２９を介して圧縮機２４に戻り易い。また、二酸化炭素は、この高温側気液分離器２６、高温側熱交換器２９、デハイドレータ３０、キャピラリーチューブ３１、カスケードコンデンサ３２を介して圧縮機２４に戻り易い。
【００２２】
また、低温側冷凍回路２３でも同様に、低温側気液分離器２６により、液になりやすい冷媒は、どちらかというと、デハイドレータ３６、キャピラリーチューブ３７、低温側熱交換器３８を介して圧縮機３４に戻り易い。
【００２３】
このように、未凝縮冷媒は各熱交換器２９，３８で凝縮させることができるので、冷凍能力を充分発揮できる２元冷凍装置を提供することができる。
【００２４】
尚、低温側冷媒回路２３に充填する冷媒として、メタン（Ｒ５０）を用いた場合には、気液分離器３５の果たす役割が非常に大きくなる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、２元冷凍装置において、亜酸化窒素とＨＣ冷媒との混合物を前記低温側冷凍回路の冷媒とし、二酸化炭素とＨＣ冷媒との混合物を前記高温側冷凍回路の冷媒とし、前記低温側冷凍回路の凝縮器の出口側には低温側気液分離器を設けると共に、この低温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この低温側気液分離器の液相部からの凝縮冷媒で冷却するための低温側熱交換器を設け、前記高温側冷凍回路の凝縮器の出口側には高温側気液分離器を設けると共に、この高温側気液分離器の気相部からの未凝縮冷媒を、この高温側気液分離器からの凝縮冷媒で冷却するための高温側熱交換器を設けたので、未凝縮冷媒を各熱交換器で凝縮させることができ、冷凍能力を充分発揮できる２元冷凍装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための冷媒回路図である。
【符号の説明】
２２      高温側冷凍回路
２３      低温側冷凍回路
２６      高温側気液分離器
２９      高温側熱交換器
３２      カスケードコンデンサ
３５      低温側気液分離器
３８      低温側熱交換器
【図１】
2004150729.tif 000003