JP2009128000A

JP2009128000A - 二元冷凍機

Info

Publication number: JP2009128000A
Application number: JP2007307380A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ota; 浩一太田; Masuo Yoshioka; 万寿男吉岡
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: JP5119513B2

Abstract

【課題】低温側回路における圧力の低下を防止することができる二元冷凍機を提供する。
【解決手段】二元冷凍機３０において、高温側回路３２の高温側膨張器４０と高温側蒸発器５３との間には、第１の冷媒の高温側蒸発器５３への流入量を調整する制御弁３７が設けられ、低温側回路３４の所定箇所には、第２の冷媒の圧力を検出する圧力センサ６４が設けられ、圧力センサ６４の圧力が所定の値よりも小さいことが検出された場合には、高温側蒸発器５３への第１の冷媒の流入量を減少させるように、高温側回路３２の制御弁３７を制御する制御部５８が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温側回路と低温側回路とがカスケードコンデンサによって熱的に接続されて構成されている二元冷凍機に関する。

従来から知られている一般的な冷凍システムについて、図５に基づいて説明する。
冷凍システム１０は、冷媒を循環させるための管路１５に、圧縮機１６、凝縮器１８、膨張弁２０、及び蒸発器２２が設けられ、これら各機器が直列に接続されている。
冷媒は、圧縮機１６で圧縮され、次に凝縮器１８によって冷却されると共に液化され、この液化した状態で膨張弁２０によって膨張させられることにより沸点を下げ、蒸発器２２において周囲から蒸発熱を奪って蒸発している。
こうして、蒸発器２２において周囲の熱を奪って、周囲を所望の低温とするようにしている。

蒸発器における冷却温度が十分である場合においても、周囲の熱負荷が低くなると冷凍システムを連続運転し続けることにより、冷媒の圧力が低下してしまうという現象が生じる。
このように、冷媒の圧力が低下すると、冷媒の比体積が上がり、圧縮機１６における冷媒流量が低下し、蒸発器２２における周囲の冷却が所望の低温にできないような状態にもなりうる。そこで、回路における冷媒の圧力に基づいて膨張弁２０の弁開度を調整する構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−１０６３６６号公報（０００４〜０００７等）

上述したような冷凍システム１０では、膨張弁２０の弁開度を調整することにより冷媒の圧力が下がりすぎてしまうことを防止して、安定して連続運転できるようにしていた。
しかし、二元冷凍機のような冷凍システムに上述したような構成を採用したとすると、低温側回路では−７０℃〜−８０℃程度にまで冷媒の温度が低下するので、低温側回路に弁（上述した例では膨張弁）を設けたとしても弁が凍結してしまい弁の開閉による圧力の調整ができないという課題があった。

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、低温側回路における圧力の低下を防止することができる二元冷凍機を提供することにある。

すなわち、本発明にかかる二元冷凍機によれば、第１の冷媒を圧縮する高温側圧縮機、該高温側圧縮機によって圧縮された第１の冷媒を冷却して液化する高温側凝縮器、該高温側凝縮器によって液化された第１の冷媒を膨張させる高温側膨張器及び該高温側膨張器によって膨張した第１の冷媒を蒸発させる高温側蒸発器が管路によって連結されてなる高温側回路と、第２の冷媒を圧縮する低温側圧縮機、該低温側圧縮機によって圧縮された第２の冷媒を冷却して液化する低温側凝縮器、該低温側凝縮器によって液化された第２の冷媒を膨張させる低温側膨張器及び該低温側膨張器によって膨張した第２の冷媒を蒸発させる低温側蒸発器が管路によって連結されてなる低温側回路とを具備し、前記高温側蒸発器と前記低温側凝縮器とがカスケードコンデンサによって熱的に接続されて構成されている二元冷凍機において、前記高温側回路の高温側蒸発器の上流側には、第１の冷媒の高温側蒸発器への流入量を調整する制御弁が設けられ、前記低温側回路の所定箇所には、第２の冷媒の圧力を検出する低温側圧力センサが設けられ、通常運転中において、前記低温側圧力センサにおける圧力値が第１の閾値よりも小さいことが検出された場合には、前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を減少させるように、前記高温側回路の制御弁を制御する制御部が設けられていることを特徴としている。
この構成を採用することによって、低温側回路では低温側蒸発器へ流入する第２の冷媒の流量を制御するための膨張弁や電磁弁等を設けておかなくても、低温側回路が低圧にならないように確実に制御することができる。

また、前記制御部は、前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を減少させるように、前記高温側回路の制御弁を制御した後、前記低温側圧力センサにおける圧力値が第２の閾値よりも大きいことが検出された場合には、前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を増加させるように、前記高温側回路の制御弁を制御することを特徴としてもよい。
この構成によれば、低温側回路の第２の冷媒の圧力値が第１の閾値と第２の閾値との間で安定するように制御できる。

また、高温側回路には、前記高温側膨張器と並列に接続された第２の高温側膨張器が設けられ、前記第２の高温側膨張器によって膨張した第１の冷媒を蒸発させる第２の高温側蒸発器が設けられ、前記高温側回路の前記第２の高温側蒸発器の上流側には、第１の冷媒の第２の高温側蒸発器への流入量を調整する第２の制御弁が設けられ、前記制御部は、通常運転中において、前記低温側圧力センサにおける圧力値が第１の閾値よりも小さいことが検出された場合には、前記制御弁と前記第２の制御弁の双方を、それぞれの開度比率が合わせて１００％となるように制御することを特徴としてもよい。
この構成によれば、例えば被冷却物を段階的に冷却していく場合において、第２の高温側蒸発器を密閉容器等に内蔵してプレクーラーとして設け、低温側蒸発器を密閉容器等に内蔵してメインクーラーとして設けることもでき、係る場合であっても低温側回路では低温側蒸発器へ流入する第２の冷媒の流量を制御するための膨張弁や電磁弁等を設けておかなくても、低温側回路が低圧にならないように確実に制御することができる。

さらに、前記制御部は、前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を減少させるように、前記高温側回路の制御弁および第２の制御弁を制御した後、前記低温側圧力センサにおける圧力値が第２の閾値よりも大きいことが検出された場合には、前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を増加させるように、前記高温側回路の制御弁および第２の制御弁を制御することを特徴としてもよい。

なお、前記高温側膨張器および制御弁は、１つの比例制御型制御弁で構成されていることを特徴としてもよく、前記第２の高温側膨張器および第２の制御弁は、１つの比例制御型制御弁で構成されていることを特徴としてもよい。

本発明にかかる二元冷凍機によれば、低温側回路では低温側蒸発器へ流入する第２の冷媒の流量を制御するための電磁弁等を設けておかなくても、低温側回路が低圧にならないように確実に制御することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１に本実施形態の全体構成を示す。
二元冷凍機３０は、高温側回路３２と低温側回路３４とがカスケードコンデンサ３６によって熱的に接続されることにより構成されている。
高温側回路３２は、高温側圧縮機（コンプレッサー）３８と、高温側凝縮器４０と、高温側膨張器４３と、カスケードコンデンサを構成する高温側蒸発器５３とを備えており、これらの各機器は高温側冷媒が流通する冷媒流通管４５によって直列に接続されている。

高温側回路３２の高温側凝縮器４０の下流側には、冷媒ドライヤ５０が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
また、高温側膨張器４３と高温側蒸発器５３との間には、冷媒流通管４５を流通する冷媒の流量を調節する制御弁３７が設けられている。

高温側凝縮器４０にはファン３５が設けられており、ファン３５によって導入された外気によって冷媒が冷却されて凝縮されるように設けられている。
このような構成を有する高温側回路３２では、高温における特性が優れた冷媒を使用している。高温側回路３２で用いられる冷媒の例としては、Ｒ５０２、Ｒ４０４ａなどが挙げられる。

次に、低温側回路３４の構成について説明する。
低温側回路３４は、低温側圧縮機（コンプレッサー）５１と、カスケードコンデンサ３６を構成する低温側凝縮器５２と、低温側膨張器５４と、低温側蒸発器５６とを備えており、これらの各機器は低温側冷媒が流通する冷媒流通管５５によって接続されている。また、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の下流側には、冷媒ドライヤ５７が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
また、低温側圧縮機５１と低温側凝縮器５２の間には、オイルセパレータ５９が設けられている。オイルセパレータ５９は、低温側圧縮機５１から生じたオイルが他の機器へ流入しないように、オイルを分離して低温側圧縮機５１に戻すようにしている。
このような構成を有する高温側回路３４では、低温における特性が優れた冷媒を使用している。低温側回路３４で用いられる冷媒の例としては、Ｒ５０３、Ｒ２３などが挙げられる。

冷媒流通管５５における、低温側圧縮機５１の低圧側には、第２の冷媒の蒸発圧力を測定する圧力センサ６４が設けられている。圧力センサ６４は制御部５８に接続されており、測定した圧力値を制御部５８に出力している。
制御部５８は、高温側回路３２の制御弁３７の開度を制御可能に設けられており、圧力センサ６４によって検出された第２の冷媒の圧力に基づいて制御弁３７を制御する。

また、カスケードコンデンサ３６内には、カスケードコンデンサ３６内の温度を検出する温度センサ４８が設けられている。温度センサ４８は、制御部５８に接続されており、検出したカスケードコンデンサ３６内の温度を制御部５８に出力する。

続いて、上述した構成の二元冷凍機の動作について、図２に基づいて説明する。
停止状態から二元冷凍機３０を運転するには、まず高温側回路３２の高温側圧縮機３８を始動する。なぜなら、低温側回路３４における第２の冷媒は常温では高圧となっているため、このまま低温側圧縮機５１を運転しようとすると低温側圧縮機５１には大きな負荷がかかり、全く動作しないか、あるいは動作したとしてもすぐに破損してしまうからである。

高温側回路３２が運転開始すると、高温側蒸発器５３はカスケードコンデンサ３６内で低温側凝縮器５２から蒸発熱を奪うため、低温側回路３４の第２の冷媒の温度は徐々に低下していき、このため第２の冷媒の圧力も低下する。
制御部５８は、カスケードコンデンサ３６内の温度センサ４８で検出したカスケードコンデンサ３６の温度が、所定の温度にまで低下したことを検出したら、制御部５８内のタイマー回路を作動させる。そして、制御部５８は、所定の温度にまで低下してから所定時間経過したことをタイマー回路が検出したときに、低温側圧縮機５１の運転を開始させるように制御信号を出力する。

低温側圧縮機５１の運転が開始されると、低温側回路３４における冷凍サイクルが循環し始める。このため、低温側蒸発器５６においては、周囲から蒸発熱を吸熱し、周囲温度を下げる。
低温側圧縮機５１が始動した後の運転行程が、特許請求の範囲でいう通常運転に該当する。

通常運転中に、低温側回路３４の低温側蒸発器５６における負荷の変動があると、熱交換器低温側回路３４の第２の冷媒の圧力が低下しすぎてしまうこともある。負荷の変動とは、例えば無負荷状態になった場合、低温側蒸発器５６に霜が付着した場合または室温が低下した場合などが挙げられる。
すると、カスケードコンデンサ３６における低温側凝縮器５２の凝縮熱の放熱効率が悪くなり、さらに低温側蒸発器５６における蒸発熱の吸収もできなくなる。
この状態が続くと、高温側回路３２においても、第１の冷媒の圧力が低下し、二元冷凍機３０全体の機能低下が著しくなる。
そこで以下に説明するように、圧力センサ６４に基づく高温側回路３２の制御弁３７の開度の制御を実行する。

制御部５８では、低温側回路３４における第２の冷媒の圧力を圧力センサ６４で常時検出しており、圧力センサ６４で検出した圧力が予め設定した第１の閾値を下回った場合には、高温側回路３２の制御弁３７を、開度を絞る方向に制御する。ただし、制御弁３７は全閉状態にするのではなく、第１の冷媒の流通量を減少させつつもある程度の流通量は確保できる程度に絞るようにする。
すなわち、制御部５８は、低温側回路３４における第２の冷媒の圧力を予め設定された圧力値を第１の閾値として記憶しており、圧力センサ６４が検出した圧力値が第１の閾値以上である場合には、制御弁３７の開度は一定のまま保持している。

制御部５８は、圧力センサ６４が検出した圧力値が第１の閾値を下回った場合には、制御弁３７の開度を閉じる方向に制御信号を出力する。制御信号を受信した制御弁３７は開度を若干絞る。すると、高温側回路３２において第１の冷媒が高温側蒸発器５３に流入する量が制限され、高温側蒸発器５３を有するカスケードコンデンサ３６内の温度が上昇する。温度が上昇することにより、第１の冷媒の圧力も上昇する。

すると、低温側凝縮器５２における、第２の冷媒の凝縮温度も上昇する。さらに、第２の冷媒の低温側蒸発器５６における蒸発圧力も上昇する。
このようにして、低温側回路３４の第２の冷媒の圧力値に基づいて高温側回路３２の制御弁３７を制御することによって、第２の冷媒の圧力が低下しすぎて低温側蒸発器５６における周囲温度の冷却ができない状態になることを防止できる。

また、低温側圧縮機５１から出力された第２の冷媒が先ほどよりも高圧になることにより、圧力センサ６４が検出する圧力値が上記の第１の閾値よりも大きい値である第２の閾値以上になった場合には、高温側回路３２の制御弁３７の開度を開ける方向に制御する。
すなわち、制御部５８は、低温側回路３４における第２の冷媒における予め設定された圧力値を圧力を第２の閾値として記憶しており、圧力センサ６４が検出した圧力値が第２の閾値以上である場合には、制御弁３７を開ける。

制御部５８は、圧力センサ６４が検出した圧力値が第２の閾値以上となった場合には、制御弁３７の開度を開ける方向に制御信号を出力する。制御信号を受信した制御弁３７は全開とする。すると、高温側回路３２において第１の冷媒が高温側蒸発器５３に流入する量が運転初期の状態となり、高温側蒸発器５３を有するカスケードコンデンサ３６内の温度が下降する。

すると、低温側凝縮器５２における、第２の冷媒の凝縮温度も下降する。さらに、第２の冷媒の低温側蒸発器５６における蒸発圧力も下降する。
このようにして、低温側回路３４の第２の冷媒の圧力値に基づいて高温側回路３２の制御弁３７の開閉を制御することによって、低温側回路３４の第２の冷媒の圧力値を適正な値で安定させることができ、第２の冷媒の圧力が低下しすぎて低温側蒸発器５６における周囲温度の冷却ができない状態になることを防止できる。

なお、本実施形態では、高温側膨張器４２と高温側蒸発器５３との間に、高温側蒸発器５３への第１の冷媒の流入量を制御する制御弁３７を配置した。しかし、制御弁３７の配置箇所は、高温側膨張器４２の上流側であってもよい。
さらに、高温側膨張器４２と制御弁３７の代わりに比例制御型制御弁を設け、この比例制御型制御弁によって、第１の冷媒の膨張機能と高温側蒸発器５３への流量制御機能の両機能を実現させるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について、図３に基づいて説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
第２の実施形態の二元冷凍機６０は、高温側回路３２にカスケードコンデンサ３６を構成する高温側蒸発器５３と並列に第２の高温側蒸発器６６を設けている点が特徴となっている。

高温側回路３２の管路４５は、冷媒ドライヤ５０を経た後に分岐され、一方の管路４５ａがカスケードコンデンサ３６を構成する高温側蒸発器５３に接続されている。分岐した他方の管路４５ｂは、第２の高温側膨張器６８と第２の制御弁６９に接続されたのち、第２の高温側蒸発器６６に接続されている。
第２の制御弁６９の開度は制御部５８によって制御可能に設けられており、第２の制御弁６９の開度によって第２の高温側蒸発器６６の温度を設定することができる。
また、一方の管路４５ａの高温側蒸発器５３の下流側と、他方の管路４５ｂの第２の高温側蒸発器６６の下流側は合流し、高温側圧縮機３８の低圧側に接続されている。

このように、高温側回路３２に２つの高温側蒸発器５３，６６を備えたことで、一方の高温側蒸発器５３はカスケードコンデンサ３６を構成し、他方の高温側蒸発器６６は、何らかの被冷却物を冷却することができる。この第２の高温側蒸発器６６は、低温側蒸発器５６と比較すれば高温であるから、第２の高温側蒸発器６６をプレクーラーとし、低温側蒸発器５６をメインクーラーとして段階的に冷却することができる。

以下、二元冷凍機の第２の実施形態の動作について、図４に基づいて説明する。
まず、停止状態から二元冷凍機６０を運転するには、高温側回路３２の高温側圧縮機３８を始動する。

なお、第２の制御弁６９は、高温側圧縮機３８を始動させてから低温側圧縮機５１を始動させた後、低温側蒸発器５６に冷却負荷を投入するまでは全閉としておき、冷却負荷を投入した後に全開となるように、制御部５８によって制御される。このような制御によって、低温側回路３４側の温度をなるべく短時間で目標温度にまで達成させることができる。

通常運転中に、低温側回路３４の低温側蒸発器５６における負荷の変動があると、熱交換器低温側回路３４の第２の冷媒の圧力が低下しすぎてしまうこともある。負荷の変動とは、例えば無負荷状態になった場合、低温側蒸発器５６に霜が付着した場合または室温が低下した場合などが挙げられる。
すると、カスケードコンデンサ３６における低温側凝縮器５２の凝縮熱の放熱効率が悪くなり、さらに低温側蒸発器５６における蒸発熱の吸収もできなくなる。
この状態が続くと、高温側回路３２においても、第１の冷媒の圧力が低下し、二元冷凍機３０全体の機能低下が著しくなる。
そこで以下に説明するように、圧力センサ６４に基づく高温側回路３２の制御弁３７および第２の制御弁６９の開度の制御を実行する。

制御部５８では、低温側回路３４における第２の冷媒の圧力を圧力センサ６４で常時検出しており、圧力センサ６４で検出した圧力が予め設定した第１の閾値を下回った場合には、高温側回路３２の制御弁３７を、開度を絞る方向に制御すると同時に、第２の制御弁６９を、開度を絞る方向に制御する。
すなわち、制御部５８は、低温側回路３４における第２の冷媒の圧力を予め設定された圧力値を第１の閾値として記憶しており、圧力センサ６４が検出した圧力値が第１の閾値以上である場合には、制御弁３７および第２の制御弁６９の開度は一定のまま保持している。

制御部５８は、圧力センサ６４が検出した圧力値が第１の閾値を下回った場合には、制御弁３７および第２の制御弁６９の開度を閉じる方向に制御信号を出力する。制御信号を受信した制御弁３７および第２の制御弁６９は開度を若干絞る。すると、高温側回路３２において第１の冷媒が高温側蒸発器５３に流入する量が制限され、高温側蒸発器５３を有するカスケードコンデンサ３６内の温度が上昇する。温度が上昇することにより、第１の冷媒の圧力も上昇する。

すると、低温側凝縮器５２における、第２の冷媒の凝縮温度も上昇する。さらに、第２の冷媒の低温側蒸発器５６における蒸発圧力も上昇する。
このようにして、低温側回路３４の第２の冷媒の圧力値に基づいて高温側回路３２の制御弁３７および第２の制御弁６９を制御することによって、第２の冷媒の圧力が低下しすぎて低温側蒸発器５６における周囲温度の冷却ができない状態になることを防止できる。

また、低温側圧縮機５１から出力された第２の冷媒が先ほどよりも高圧になることにより、圧力センサ６４が検出する圧力値が上記の第１の閾値よりも大きい値である第２の閾値以上になった場合には、高温側回路３２の制御弁３７および第２の制御弁６９の開度を開ける方向に制御する。
すなわち、制御部５８は、低温側回路３４における第２の冷媒における予め設定された圧力値を第２の閾値として記憶しており、圧力センサ６４が検出した圧力値が第２の閾値以上である場合には、制御弁３７および第２の制御弁６９を開ける。

制御部５８は、圧力センサ６４が検出した圧力値が第２の閾値以上となった場合には、制御弁３７および第２の制御弁６９の開度を開ける方向に制御信号を出力する。制御信号を受信した制御弁３７および第２の制御弁６９は全開とする。すると、高温側回路３２において第１の冷媒が高温側蒸発器５３に流入する量が運転初期の状態となり、高温側蒸発器５３を有するカスケードコンデンサ３６内の温度が下降する。

すると、低温側凝縮器５２における、第２の冷媒の凝縮温度も下降する。さらに、第２の冷媒の低温側蒸発器５６における蒸発圧力も下降する。
このようにして、低温側回路３４の第２の冷媒の圧力値に基づいて高温側回路３２の制御弁３７および第２の制御弁６９の開閉を制御することによって、低温側回路３４の第２の冷媒の圧力値を適正な値で安定させることができ、第２の冷媒の圧力が低下しすぎて低温側蒸発器５６における周囲温度の冷却ができない状態になることを防止できる。

なお、制御弁３７の制御と第２の制御弁６９の制御を同時に行うときは、制御部５８は、制御弁３７の開度と第２の制御弁６９の開度比率が合わせて１００％となるように制御するとよい。例えば、制御弁３７を３０％だけ開いている状態にしたら、第２の制御弁６９を７０％だけ開いているようにする状態である。このように、２つの制御弁３７，６６で流量を絞った場合にも、それぞれの開度にかかわらずに、高温側回路全体として一定流量の冷媒が流れるようにすることで、低温側回路３４の第２の冷媒の圧力が大きく変動しないように精度良く調整することができる。

なお、本実施形態では、第２の高温側膨張器６６と第２の高温側蒸発器６８との間に、第２の高温側蒸発器６６への第１の冷媒の流入量を制御する第２の制御弁６９を配置した。しかし、第２の制御弁６９の配置箇所は、第２の高温側膨張器６８の上流側であってもよい。
さらに、第２の高温側膨張器６８と第２の制御弁６９の代わりに比例制御型制御弁を設け、この比例制御型制御弁によって、第１の冷媒の膨張機能と第２の高温側蒸発器６６への流量制御機能の両機能を実現させるようにしてもよい。

本実施形態では、制御弁３７と第２の制御弁６９を同時に制御する場合について説明したが、第２の制御弁６９は全開のままで、制御弁３７のみを第１の実施形態のように制御してもよい。

なお、上述してきた各実施形態では、低温側圧縮機５１が一定速の圧縮機であって回転数の制御をしない場合に基づいて説明をした。このように、低温側圧縮機５１の回転数の制御ができず、低温側回路３４でのバルブ制御をしない場合であっても、本発明の二元冷凍機によれば、高温側回路３２におけるバルブ制御をするだけで、低温側回路３４が低圧にならないように確実に制御することができる。
ただし、本発明の二元冷凍機としては、低温側圧縮機５１が一定速のものに限定されることはなく、低温側圧縮機５１の回転数を制御可能なものに採用してもよい。

さらに、低温側回路３４に設けた圧力センサ６４は、低温側蒸発器５６と低温側圧縮機５１の間に設けるものには限定されず、他の箇所に設けて第２の冷媒の圧力を測定してもよい。

以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

二元冷凍機の第１の実施形態の全体構成を示す説明図である。二元冷凍機の第１の実施形態の動作タイミングを示すチャート図である。二元冷凍機の第２の実施形態の全体構成を示す説明図である。二元冷凍機の第２の実施形態の動作タイミングを示すチャート図である。従来の二元冷凍機を示す説明図である。

符号の説明

３０二元冷凍機
３２高温側回路
３４低温側回路
３５ファン
３６カスケードコンデンサ
３７制御弁
３８高温側圧縮機
４０高温側凝縮器
４３高温側膨張器
４５冷媒流通管
４８温度センサ
５０冷媒ドライヤ
５１低温側圧縮機
５２低温側凝縮器
５３高温側蒸発器
５４低温側膨張器
５５冷媒流通管
５６低温側蒸発器
５７冷媒ドライヤ
５８制御部
５９オイルセパレータ
６０二元冷凍機
６４圧力センサ
６６第２の高温側蒸発器
６８第２の高温側膨張器
６９第２の制御弁

Claims

第１の冷媒を圧縮する高温側圧縮機、該高温側圧縮機によって圧縮された第１の冷媒を冷却して液化する高温側凝縮器、該高温側凝縮器によって液化された第１の冷媒を膨張させる高温側膨張器及び該高温側膨張器によって膨張した第１の冷媒を蒸発させる高温側蒸発器が管路によって連結されてなる高温側回路と、
第２の冷媒を圧縮する低温側圧縮機、該低温側圧縮機によって圧縮された第２の冷媒を冷却して液化する低温側凝縮器、該低温側凝縮器によって液化された第２の冷媒を膨張させる低温側膨張器及び該低温側膨張器によって膨張した第２の冷媒を蒸発させる低温側蒸発器が管路によって連結されてなる低温側回路とを具備し、
前記高温側蒸発器と前記低温側凝縮器とがカスケードコンデンサによって熱的に接続されて構成されている二元冷凍機において、
前記高温側回路の高温側蒸発器の上流側には、第１の冷媒の高温側蒸発器への流入量を調整する制御弁が設けられ、
前記低温側回路の所定箇所には、第２の冷媒の圧力を検出する低温側圧力センサが設けられ、
通常運転中において、前記低温側圧力センサにおける圧力値が第１の閾値よりも小さいことが検出された場合には、前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を減少させるように、前記高温側回路の制御弁を制御する制御部が設けられていることを特徴とする二元冷凍機。
前記制御部は、
前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を減少させるように、前記高温側回路の制御弁を制御した後、前記低温側圧力センサにおける圧力値が第２の閾値よりも大きいことが検出された場合には、前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を増加させるように、前記高温側回路の制御弁を制御することを特徴とする請求項１記載の二元冷凍機。
高温側回路には、
前記高温側膨張器と並列に接続された第２の高温側膨張器が設けられ、
前記第２の高温側膨張器によって膨張した第１の冷媒を蒸発させる第２の高温側蒸発器が設けられ、
前記高温側回路の前記第２の高温側蒸発器の上流側には、第１の冷媒の第２の高温側蒸発器への流入量を調整する第２の制御弁が設けられ、
前記制御部は、
通常運転中において、前記低温側圧力センサにおける圧力値が第１の閾値よりも小さいことが検出された場合には、前記制御弁と前記第２の制御弁の双方を、それぞれの開度比率が合わせて１００％となるように制御することを特徴とする請求項１記載の二元冷凍機。
前記制御部は、
前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を減少させるように、前記高温側回路の制御弁および第２の制御弁を制御した後、前記低温側圧力センサにおける圧力値が第２の閾値よりも大きいことが検出された場合には、前記高温側蒸発器への第１の冷媒の流入量を増加させるように、前記高温側回路の制御弁および第２の制御弁を制御することを特徴とする請求項３記載の二元冷凍機。
前記高温側膨張器および制御弁は、１つの比例制御型制御弁で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか1項記載の二元冷凍機。
前記第２の高温側膨張器および第２の制御弁は、１つの比例制御型制御弁で構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の二元冷凍機。