(57)【要約】【課題】圧縮機の起動時、並びにデフロスト運転時において、圧縮機を駆動する油圧装置や電動モータの故障を防止するとともに、装置の簡略化を図ることができる冷却装置、並びにこの冷却装置の冷却方法を提供する。【解決手段】圧縮機２で圧縮した冷媒を、凝縮器３で冷却した後に気液分離器４、５を介して蒸発器１１に案内し、この蒸発器１１で蒸発させて冷却作用を行うように構成された冷却装置１において、圧縮機２の吐出側から凝縮器３に至る冷媒供給管路１２途中には、冷媒供給管路１２から圧縮機２の吸込側に冷媒を逃がすバイパス手段２０が設けられている。バイパス手段２０は、圧縮機２の吐出側から凝縮器３に至る冷媒供給管路１２途中から分岐されて圧縮機２の吸込側に連通されたバイパス管２１と、バイパス管２１にそれぞれ設けられた膨張タンク２２と、第１開閉弁２３と、膨張手段２４とからなる。【選択図】  図１
2004271110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮した冷媒を、凝縮器で冷却した後に気液分離器を介して蒸発器に案内し、この蒸発器で蒸発させて冷却作用を行うように構成された冷却装置において、
前記圧縮機の吐出側から前記凝縮器に至る冷媒供給管路途中には、この冷媒供給管路から圧縮機の吸込側に冷媒を逃がすバイパス手段が設けられたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記バイパス手段は、前記圧縮機の吐出側から前記凝縮器に至る冷媒供給管路途中から分岐されて圧縮機の吸込側に連通されたバイパス管と、このバイパス管に設けられた膨張タンクと、膨張タンクよりも上流側となる上記バイパス管に設けられた第１開閉弁と、膨張タンクよりも下流側となる上記バイパス管に設けられた膨張手段とからなることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記圧縮機の吐出側から凝縮器に至る冷媒供給管路途中から分岐されて蒸発器の入口側に接続された分岐供給管が設けられ、この分岐供給管に第２開閉弁が設けられてなることを特徴とする請求項１又は２記載の冷却装置。
【請求項４】
請求項２記載の冷却装置を用いた冷却方法であって、
前記圧縮機の起動時において、前記第１開閉弁を開放して冷媒を前記膨張タンクに逃がすことを特徴とする冷却装置の冷却方法。
【請求項５】
請求項３記載の冷却装置を用いた冷却方法であって、
前記第２開閉弁を開放し、圧縮機から分岐供給管を通じて高温、高圧の冷媒を蒸発器に供給するデフロスト運転時において、前記第１開閉弁を開放して冷媒を前記膨張タンクに逃がすことを特徴とする冷却装置の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却装置、並びにこの冷却装置の冷却方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばカスケード式の冷凍サイクルを用いた冷却装置として、沸点温度の異なる複数種類の冷媒が混合されてなる冷媒を圧縮機で圧縮し、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮器で冷却し、凝縮器で冷却された冷媒を高沸点の液相冷媒と気相冷媒に気液分離器で分離し、分離された高沸点の液相冷媒は膨張手段で減圧してカスケード熱交換器で前記気液分離器で分離された気相冷媒を冷却するとともに圧縮機側に戻され、順次、気液分離器で分離された気相冷媒を冷却して気液分離および冷却を繰り返して高沸点の冷媒を圧縮機側に戻すとともに低沸点の冷媒を抽出して蒸発器に案内し、蒸発器で低沸点の冷媒を蒸発させて冷却作用を行った後、カスケード熱交換器を経由して圧縮機に戻すようにしたものが提供されている。
【０００３】
また、この冷却装置には、前記圧縮機の吐出側から凝縮器に至る冷媒供給管路途中から分岐されて蒸発器の入口側に接続された分岐供給管と、蒸発器の出口側から熱交換器に至る冷媒戻り管路途中から分岐されて圧縮機の吸入側に接続された分岐戻り管とが設けられており、デフロスト運転時には、これら分岐供給管及び分岐戻り管を開放して圧縮機から高温・高圧の冷媒を分岐供給管を通じて蒸発器に直接供給した後に分岐戻り管を通じて圧縮機に戻すことで、蒸発器のデフロストを行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３４７１１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の冷却装置では、圧縮機の起動時において、当該圧縮機で冷媒ガスを圧縮する際の負荷や各流路での摩擦による負荷が圧縮機に大きくかかり、この負荷が大きく作用すると圧縮機を駆動させている油圧装置や電動モータが故障するという問題があった。従って、一般的には油圧装置や電動モータを、負荷に耐えられるだけの余裕を持った大型のものを使用していた。
【０００６】
また、前述したようなデフロスト運転時には、蒸発器から分岐戻り管を通じて圧縮機に冷媒を戻しているため、分岐戻り管と、分岐戻り管を開閉する開閉弁とが必要不可欠であり、これらによる部品点数の増加、並びに配管構造の複雑化などを招いていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、圧縮機の起動時、並びにデフロスト運転時において、圧縮機に作用する負荷を低減させてこの圧縮機を駆動する油圧装置や電動モータの故障を防止するとともに、油圧装置や電動モータの小型化を図ることができる冷却装置、並びにこの冷却装置の冷却方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的とするところは、部品点数の減少、並びに配管構造の簡略化を図ることができる冷却装置、並びにこの冷却装置の冷却方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の冷却装置は、圧縮機で圧縮した冷媒を、凝縮器で冷却した後に気液分離器を介して蒸発器に案内し、この蒸発器で蒸発させて冷却作用を行うように構成された冷却装置において、前記圧縮機の吐出側から前記凝縮器に至る冷媒供給管路途中には、この冷媒供給管路から圧縮機の吸込側に冷媒を逃がすバイパス手段が設けられたものである。
【００１０】
請求項２に係る発明の冷却装置は、前記バイパス手段が、前記圧縮機の吐出側から前記凝縮器に至る冷媒供給管路途中から分岐されて圧縮機の吸込側に連通されたバイパス管と、このバイパス管に設けられた膨張タンクと、膨張タンクよりも上流側となる上記バイパス管に設けられた第１開閉弁と、膨張タンクよりも下流側となる上記バイパス管に設けられた膨張手段とからなるものである。
【００１１】
請求項３に係る発明の冷却装置は、前記圧縮機の吐出側から凝縮器に至る冷媒供給管路途中から分岐されて蒸発器の入口側に接続された分岐供給管が設けられ、この分岐供給管に第２開閉弁が設けられてなるものである。
【００１２】
請求項４に係る発明の冷却装置の冷却方法は、請求項２記載の冷却装置を用いた冷却方法であって、前記圧縮機の起動時において、前記第１開閉弁を開放して冷媒を前記膨張タンクに逃がすことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明の冷却装置の冷却方法は、請求項３記載の冷却装置を用いた冷却方法であって、前記第２開閉弁を開放し、圧縮機から分岐供給管を通じて高温、高圧の冷媒を蒸発器に供給するデフロスト運転時において、前記第１開閉弁を開放して冷媒を前記膨張タンクに逃がすことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る冷却装置の構成を示す回路図である。
【００１６】
この冷却装置１は、圧縮機２と、凝縮器３と、第１及び第２の気液分離器４、５と、第１及び第２のカスケード熱交換器６、７と、第１乃至第３のキャピラリチュ−ブ８、９、１０と、蒸発器１１とが備えられ、これらが冷媒供給管路１２と冷媒戻り管路１３により適宜配管接続され、冷凍サイクルの循環経路が構成されている。
【００１７】
そして、この冷凍サイクル内に沸点温度の異なる複数種類（本実施例では高沸点、中沸点、低沸点の３種類）の成分の冷媒が混合されて封入されている。
【００１８】
また、圧縮機２の吐出側から凝縮器３に至る冷媒供給管路１２途中から分岐された分岐供給管１５が設けられており、この分岐供給管１５の他端側は蒸発器１１の入口側に接続された冷媒供給管路１２に接続されている。そして、分岐供給管１５にはその管路を開閉自在な第２開閉弁としてのデフロスト側電磁弁１６が備えられている。
【００１９】
また、分岐供給管１５の分岐部と凝縮器３との間となる冷媒供給管路１２には、この冷媒供給管路１２を開閉自在な供給側電磁弁１７が設けられている。
【００２０】
そして、通常の冷却運転時には、電磁弁１６は閉じられて分岐供給管１６の管路が遮断状態とされるとともに、電磁弁１７が開かれて冷媒供給管路１２の管路が開放状態とされ、これにより圧縮機２から吐出された高温、高圧の混合ガス冷媒は、凝縮器３で水または空気によって冷却され、一部が凝縮されて気液混相の冷媒となり第１の気液分離器４に送り込まれる。ここで、気液混相の冷媒は気相冷媒と液相冷媒とに分離されて、液相冷媒は第１のキャピラリチュ−ブ８で減圧膨張された後、冷媒戻り管路１３の戻り冷媒と合流する。
【００２１】
一方、気相冷媒は第１のカスケード熱交換器６に送り込まれ、そこで冷媒戻り管路１３の戻り冷媒との熱交換により冷却されて、一部が凝縮液化して気液混相の冷媒となり、第２の気液分離器５に送り込まれる。
【００２２】
第２の気液分離器５、第２のカスケード熱交換器７、および第２のキャピラリチュ−ブ９においても上記と同様な動作が繰り返される。
【００２３】
以上のようにして、混合冷媒のうち沸点の高い成分の冷媒から順に、本実施形態にあっては高沸点の冷媒、続いて中沸点の冷媒の順に冷媒戻り管路１３を通じて圧縮機２の吸込側に戻され、最も沸点の低い低沸点の冷媒が気相状態で第２のカスケード熱交換器７に送り込まれ、そこで冷却されて凝縮され、さらに蒸発器１１入口側の第３のキャピラリチューブ１０に送り込まれる。
【００２４】
そして、液相状態の冷媒は第３のキャピラリチュ−ブ１０で減圧膨張されて気液混相状態となり、蒸発器１１に送り込まれる。蒸発器１１に送り込まれた冷媒は、蒸発器１１で熱を吸収して蒸発し、これにより蒸発器１１を超低温に冷却することができる。
【００２５】
また、蒸発器１１から冷媒戻り管路１３に流出した気相状態の戻り冷媒は第２及び第１のカスケード熱交換器７、６を順次経由して自身の温度を次第に上昇させながら、最終的に常温の低圧ガスとなって圧縮機２に戻る。
【００２６】
このように構成された冷却装置１は、例えば蒸発器１１を図示しないロードロック室等の真空チャンバに設置して、真空チャンバの大気開放から真空引きの工程において、短時間で真空チャンバ内を冷却して水分やガスのトラップを行ったり、蒸発器１１を冷凍車輌の冷凍庫内に設置して当該冷凍庫内を所定温度に冷却する場合などに適用することができる。
【００２７】
ところで、上述した冷却装置１には本発明の主要部をなすバイパス手段２０が設けられている。
【００２８】
バイパス手段２０は、バイパス管２１と、このバイパス管２１にそれぞれ設けられた膨張タンク２２と、第１開閉弁としてのバイパス側電磁弁２３と、膨張手段としてのキャピラリーチューブ２４とを備えている。
【００２９】
バイパス管２１は、前記電磁弁１７よりも上流側となる冷媒供給管路１２から分岐されて前記圧縮機２の吸込側となる冷媒戻り管路１３に連結されている。
【００３０】
膨張タンク２２は、冷媒供給管路１２からバイパス管２１を通じて導入された冷媒を貯留するためのもので、膨張タンク２２よりも上流側となる上記バイパス管２１に電磁弁２３が介装されるとともに、膨張タンク２２よりも下流側となる上記バイパス管２１にキャピラリーチューブ２４が介装されている。つまり、バイパス管２１に、上流側から電磁弁２３、膨張タンク２２、キャピラリーチューブ２４の順でこれらが設けられている。
【００３１】
また、電磁弁２３は、冷媒供給管路１２内の圧力が予め設定された第１設定値もしくは第２設定値になったときに開放するように構成されている。第１設定値は、後述する圧縮機２の起動時において当該圧縮機２にかかる負荷に対応して設定され、第２設定値は、後述するデフロスト運転時において圧縮機２にかかる負荷に対応して設定されており、第１設定値よりも第２設定値が低く設定されている。一例としては、第１設定値が２．６ＭＰａに、第２設定値が２．０ＭＰａに設定されており、冷媒供給管路１２に設けられた例えば圧力センサ１８の検出値に基づいて、圧縮機２の起動時には第１設定値に達すれば、デフロスト運転時には第２設定値に達すれば、電磁弁２３を開放するようになされている。なお、上記設定値はあくまでも一例であり、圧縮機２など冷却装置１の規模に応じてそれぞれ適宜に設定すればよい。
【００３２】
そして、このように構成されたバイパス手段２０は、冷却装置１の運転開始に伴う圧縮機２の起動時において次のように作動する。
【００３３】
まず、圧縮機２を起動させると、当該圧縮機２で冷媒ガスを圧縮する際の負荷や各管路での摩擦による負荷がかかり冷媒供給管路１２内の圧力が上昇する。この時の冷媒供給管路１２内の圧力の上昇は第１設定値に達することから、これによって電磁弁２３が開放して冷媒供給管路１２の冷媒をバイパス管２１を通じて膨張タンク２２に逃がす。このように冷媒を膨張タンク２２に逃がすことで、圧縮機２の吐出側の圧力が下がり、当該圧縮機２にかかる負荷が小さくなる。
【００３４】
また、膨張タンク２２に逃がされた冷媒はキャピラリーチューブ２４からわずかずつ冷媒戻り管路１３に戻される。このように冷媒戻り管路１３に冷媒を膨張タンク２２に逃がす量に比べて少量であるわずかずつ戻すことで、冷凍サイクル内の冷媒の量が減少する。従って、この減少が圧縮機２の吸入圧を下げることになり、これによって圧縮機２にかかる負荷が小さくなる。
【００３５】
このように圧縮機２の起動時において、圧縮機２にかかる負荷を小さくすることで、この圧縮機２を駆動する油圧装置や電動モータの故障を防止することができるとともに、油圧装置の場合では起動時のサージ圧の軽減を図ることができ、また、電動モータの場合では小型化を図ることができる。
【００３６】
そして、起動から所定時間が経過することで、圧縮機にかかる負荷が安定してこれに伴って冷媒供給管路１２内の圧力も減少してくることから、当該圧力が第１設定値よりも下がる安定状態となって電磁弁２３が閉じ、これによって前述した通常運転が行われることになる。
【００３７】
なお、通常運転時において、何らかの原因により冷媒供給管路１２内の圧力が上昇した場合でも、第１設定値を超えると電磁弁２３を開放するようにしておくことで、冷媒供給管路１２内の異常な圧力上昇を抑制することができ、安全性を高めることができる。
【００３８】
また、ここでは第１設定値に基づいて電磁弁２３を開閉するようにしているが、圧縮機２の起動から負荷が安定するまでの時間は予め把握できるので、冷媒供給管路１２内の圧力にかかわらず電磁弁２３をこの所定時間開放するようにしても、上述と同様な効果を得ることができる。
【００３９】
次に、蒸発器１１のデフロスト作業を実行する場合のデフロスト運転時には、電磁弁１６は開放されて分岐供給管１５の管路が開放状態とされるとともに、電磁弁１７が閉じられて冷媒供給管路１２が遮断状態とされる。
【００４０】
そして、この状態で冷却装置１が運転されると、圧縮機２から吐出された高温、高圧の混合ガス冷媒は分岐供給管１５側に流れる。
【００４１】
従って、圧縮機２から吐出された高温、高圧の混合ガス冷媒が分岐供給管１５を通じて直接、蒸発器１１に案内されるため、蒸発器１１が短時間で昇温され、ここに、短時間で蒸発器１１にトラップされた水分やガスをデフロストでき、またベーキングすることができる。
【００４２】
このようなデフロスト運転時において、前記バイパス手段２０では冷媒供給管路１２の冷媒をその膨張タンク２２に逃がすようにしている。つまり、デフロスト運転時においては、冷媒供給管路１２内の圧力が第２設定値に達することから、電磁弁２３を開放して前述したのと同様に冷媒供給管路１２の冷媒を膨張タンク２２に逃がして圧縮機２にかかる負荷を小さくすることができ、これによりこの圧縮機２を駆動する油圧装置や電動モータの故障を防止することができる。
【００４３】
このようにデフロスト運転時の圧縮機２にかかる負荷を低減させることで、従来において圧縮機２にかかる負荷を低減させるために設けていた開閉弁を備えた分岐戻り管をなくすことができ、これによって部品点数の減少、並びに配管構造の簡略化を図ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の冷却装置、並びにこの冷却装置の冷却方法によれば、圧縮機の起動時、並びにデフロスト運転時において、バイパス手段により冷媒供給管路から圧縮機の吸込側に冷媒を逃がすことで、圧縮機に作用する負荷を低減させてこの圧縮機を駆動する油圧装置や電動モータの故障を防止することができるとともに、油圧装置や電動モータの小型化を図ることができ、さらに、部品点数の減少、並びに配管構造の簡略化を図ることができる
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  冷却装置
２  圧縮機
３  凝縮器
４、５  気液分離器
１１  蒸発器
１２  冷媒供給管路
１５  分岐供給管
１６  電磁弁（第２開閉弁）
２０  バイパス手段
２１  バイパス管
２２  膨張タンク
２３  電磁弁（第１開閉弁）
２４  キャピラリーチューブ（膨張手段）
【図１】
2004271110.tif 000003