JP2006023006A - Refrigeration facility - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍設備に係り、夜間電力を利用して駆動される熱源用冷凍サイクルを備えた冷凍設備に関する。 The present invention relates to a refrigeration facility, and more particularly to a refrigeration facility including a refrigeration cycle for a heat source that is driven using nighttime power.
一般に、圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を、冷媒配管を介して順に接続して冷凍サイクルを構成し、この冷凍サイクルの蒸発器での熱を熱源として、冷水を生成し、この冷水熱を、氷蓄熱槽に蓄熱し、冷房運転時に、上記冷水熱を利用した蓄熱利用冷房運転を可能にした冷凍設備が知られている(特許文献1参照)。
しかし、従来の構成では、氷蓄熱槽に蓄熱するための蓄熱運転時には、凝縮器の熱が外部に放出されており、当該熱の有効利用がなされていない。 However, in the conventional configuration, during the heat storage operation for storing heat in the ice heat storage tank, the heat of the condenser is released to the outside, and the heat is not effectively used.
この技術に限らず、例えば、ヒートポンプ式の給湯設備などでも、冷凍サイクルの凝縮器での熱を熱源として、温水を生成し、この温水熱を、貯湯槽に貯えているが、この場合においても、貯湯運転時には、今度は、蒸発器の熱が外部に放出されており、当該熱の有効利用がなされていないという問題がある。 In addition to this technology, for example, in a heat pump type hot water supply facility, etc., hot water is generated using heat in the condenser of the refrigeration cycle as a heat source, and this hot water heat is stored in a hot water storage tank. In the hot water storage operation, there is a problem that the heat of the evaporator is released to the outside and the heat is not effectively used.
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、蓄熱運転時における熱損失を抑制した冷凍設備を提供することにある。 Then, the objective of this invention is providing the refrigeration equipment which eliminated the subject which the prior art mentioned above has, and suppressed the heat loss at the time of heat storage operation.
本発明は、夜間電力によって駆動され、冷水と温水を生成する熱源用冷凍サイクルと、この熱源用冷凍サイクルで生成された冷水と温水を個々に貯える第1冷温水蓄熱装置、並びに第2冷温水蓄熱装置と、第1冷温水蓄熱装置に貯えられた冷水を空調用冷凍サイクルの熱源の一部として利用する空調装置と、第2冷温水蓄熱装置に貯えられた温水を利用する給湯装置とを備えたことを特徴とする。 The present invention is a heat source refrigeration cycle that is driven by nighttime electric power to generate cold water and hot water, a first cold / hot water heat storage device that individually stores the cold water and hot water generated by the heat source refrigeration cycle, and a second cold / hot water. A heat storage device, an air conditioner that uses cold water stored in the first cold / hot water heat storage device as part of a heat source of an air conditioning refrigeration cycle, and a hot water supply device that uses hot water stored in the second cold / hot water heat storage device It is characterized by having.
この場合において、第1圧縮機、第1四方弁、第1熱交換器、第1減圧装置、及び第2熱交換器を、冷媒配管を介して順に接続し、第1四方弁の切り換えにより、第1熱交換器を放熱熱源、又は吸熱熱源として作用させると同時に、第2熱交換器を吸熱熱源、又は放熱熱源として作用させる熱源用冷凍サイクルと、前記第1熱交換器に水配管を介して接続され、当該第1熱交換器が、放熱熱源として作用する場合には温水を貯え、吸熱熱源として作用する場合には冷水を貯える第1冷温水蓄熱装置と、この第1冷温水蓄熱装置に接続され、当該第1冷温水蓄熱装置に冷水が貯えられている場合には当該冷水を利用した過冷却運転を可能にした冷凍装置と、前記第2熱交換器に水配管を介して接続され、当該第2熱交換器が、放熱熱源として作用する場合には温水を貯え、吸熱熱源として作用する場合には冷水を貯える第2冷温水蓄熱装置と、この第2冷温水蓄熱装置に接続され、この第2冷温水蓄熱装置に貯えられた冷温水を利用した過冷却運転、又は冷媒加熱運転を可能にした空調用冷凍サイクルと、を備えたものであってもよい。 In this case, the first compressor, the first four-way valve, the first heat exchanger, the first pressure reducing device, and the second heat exchanger are sequentially connected through the refrigerant pipe, and by switching the first four-way valve, A refrigeration cycle for a heat source that causes the first heat exchanger to act as a radiant heat source or an endothermic heat source, while simultaneously causing the second heat exchanger to act as an endothermic heat source or a radiant heat source, and a water pipe to the first heat exchanger A first cold / hot water heat storage device that stores hot water when the first heat exchanger acts as a heat radiation heat source and stores cold water when the first heat exchanger acts as an endothermic heat source, and the first cold / hot water heat storage device. When the cold water is stored in the first cold / hot water heat storage device, a refrigeration device that enables a supercooling operation using the cold water and the second heat exchanger via a water pipe The second heat exchanger is designed as a heat radiation heat source. The hot and cold water storage device is connected to the second cold / hot water heat storage device and the second cold / hot water heat storage device for storing the cold water when acting as an endothermic heat source. An air-conditioning refrigeration cycle that enables a supercooling operation using water or a refrigerant heating operation may be used.
また、前記空調用冷凍サイクルが、第2圧縮機、第2四方弁、第3熱交換器、前記第2冷温水蓄熱装置内の冷温水と熱交換する第4熱交換器、第2減圧装置、及び被調和室内の空気と熱交換する第5熱交換器を、冷媒配管を介して順に接続して構成されていてもよい。さらに、前記空調用冷凍サイクルが、第4熱交換器をバイパスするバイパス回路を備えていてもよい。前記冷凍装置が、第3圧縮機、前記第1冷温水蓄熱装置内の冷温水と熱交換する凝縮器、第3減圧装置、及び蒸発器を、冷媒配管を介して順に接続して構成されていてもよい。また、前記熱源用冷凍サイクルが、第1熱交換器と第1減圧装置間に空気熱源式の第6熱交換器を備えていてもよい。さらに、前記熱源用冷凍サイクルを夜間電力で駆動する制御手段を備えていてもよい。前記熱源用冷凍サイクルに高圧側が超臨界圧力となる冷媒が充填されていてもよい。 The air-conditioning refrigeration cycle includes a second compressor, a second four-way valve, a third heat exchanger, a fourth heat exchanger that exchanges heat with cold / hot water in the second cold / hot water heat storage device, and a second decompression device. And a fifth heat exchanger that exchanges heat with the air in the conditioned room may be connected in order via a refrigerant pipe. Furthermore, the air-conditioning refrigeration cycle may include a bypass circuit that bypasses the fourth heat exchanger. The refrigeration apparatus is configured by sequentially connecting a third compressor, a condenser that exchanges heat with the cold / hot water in the first cold / hot water storage apparatus, a third decompression device, and an evaporator via a refrigerant pipe. May be. The refrigeration cycle for the heat source may include an air heat source type sixth heat exchanger between the first heat exchanger and the first pressure reducing device. Furthermore, you may provide the control means which drives the said refrigeration cycle for heat sources with nighttime electric power. The refrigeration cycle for the heat source may be filled with a refrigerant having a supercritical pressure on the high pressure side.
本発明では、熱源用冷凍サイクルで生成された冷水と温水を個々に貯える第1冷温水蓄熱装置、並びに第2冷温水蓄熱装置を備えるため、熱源用冷凍サイクルを運転した場合には蒸発器、及び凝縮器の両方が有効利用されて、冷水、及び温水が生成されることになるため、蓄熱運転時の熱損失が抑制される。 In the present invention, since the first cold / hot water heat storage device and the second cold / hot water heat storage device for individually storing the cold water and the hot water generated in the heat source refrigeration cycle are provided, the evaporator when operating the heat source refrigeration cycle, Since both the condenser and the condenser are effectively used to generate cold water and hot water, heat loss during the heat storage operation is suppressed.
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態を示す冷媒回路図である。この冷凍設備100は、主として夜間電力で駆動される熱源用冷凍サイクル101と、いわゆる貯湯槽を構成する第1冷温水蓄熱装置102と、店舗用のショーケース、或いは大型の冷蔵・冷凍庫等の冷凍装置103と、第2冷温水蓄熱装置104と、被調和室を空調する空調用冷凍サイクル105とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing an embodiment of the present invention. The
熱源用冷凍サイクル101は、第1圧縮機1、第1四方弁2、第1熱交換器3、第1減圧装置4、及び第2熱交換器5を、冷媒配管を介して順に接続し、第1熱交換器3と第1減圧装置4との間には、補助減圧装置6、及び空気熱源式の第6熱交換器7を直列に接続して構成されている。8は送風機である。
The
この熱源用冷凍サイクル101は、第1四方弁2を適宜に切り換えることにより、第1熱交換器3を放熱熱源、又は吸熱熱源として作用させると同時に、第2熱交換器5を吸熱熱源、又は放熱熱源として作用させる。
The
第1冷温水蓄熱装置102は、貯湯タンク11を含んで構成されている。この貯湯タンク11の底部には、貯湯タンク11に市水を供給する供給管12と、貯湯タンク11の水を、第1熱交換器3に循環する送り管13とが接続されている。この送り管13には、行き管14が接続され、この往管14には、ポンプ15を介して、第1熱交換器3が接続されている。この第1熱交換器3には、復管16が接続され、この復管16は、戻し管17を介して、貯湯タンク11の上部に接続されている。
The first cold / hot water
この貯湯タンク11の中程には、温水供給管20が接続され、この温水供給管20には、図示を省略した風呂や、給湯機等の給湯装置が接続されている。また、復管16には、電動式の三方弁18が接続され、この三方弁18と、ポンプ15の上流点との間には、いわゆるショートサイクル管19が接続されている。
A hot
この第1冷温水蓄熱装置102には、例えば、店舗用のショーケース、或いは大型の冷蔵・冷凍庫等の冷凍装置103が接続され、この冷凍装置103は、当該第1冷温水蓄熱装置102に冷水が貯えられている場合には、後述するように、当該冷水を利用した過冷却運転を可能に構成されている。
The first cold / hot water
本構成では、冷凍装置103が2台接続され、いずれの冷凍装置103も、第3圧縮機21A,21B、貯湯タンク11の冷温水と熱交換する凝縮器22A,22B、第3減圧装置23A,23B、及び蒸発器24A,24Bを、冷媒配管を介して順に接続して構成されている。各凝縮器22A,22Bは、上記送り管13に接続された水配管25に対して直列に接続されている。この水配管25は、送り管13と、電動式の三方弁26との間に接続され、この三方弁26は、上記別の三方弁18と、貯湯タンク11との間の戻し管17に接続されている。27はポンプである。
In this configuration, two
第2冷温水蓄熱装置104は蓄熱タンク31を備え、この蓄熱タンク31と第2熱交換器5との間には、水、又はブラインを循環させる水配管33,34が接続され、一方の水配管34にはポンプ35が接続されている。そして、この蓄熱タンク31には、第2熱交換器5が、放熱熱源として作用する場合には温水が貯えられ、吸熱熱源として作用する場合には冷水(この場合、氷)が貯えられる。
The second cold / hot water
空調用冷凍サイクル105は、第2圧縮機41、第2四方弁42、第3熱交換器43、蓄熱タンク31の冷温水と熱交換する第4熱交換器44、第2減圧装置45、被調和室内の空気と熱交換する第5熱交換器46、及びアキューレータ47を順に接続して構成されている。また、第4熱交換器44をバイパスするバイパス回路48が設けられ、このバイパス回路48には、開閉弁49が接続されている。50は開閉弁、43Aは送風機である。この冷凍サイクル105は、蓄熱タンク31に貯えられた温水、冷水及び/又は氷を利用した過冷却運転、又は冷媒加熱運転が可能である。なお、上記構成では、貯湯タンク11に貯えられるのは、温水、又は冷水のいずれかであり、蓄熱タンク31に貯えられるのは、温水、又は氷(冷水)のいずれかである。
The air-
上記構成では、熱源用冷凍サイクル101に、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒、例えば、二酸化炭素(CO2)冷媒が封入されている。CO2冷媒が封入された場合、例えば、夏場で、外気温度が30℃以上になった場合、或いは、負荷が大きくなった場合等の条件によって、図5のエンタルピ・圧力線図に示すように、高圧回路内は運転中に超臨界圧力で運転される。高圧回路内が、超臨界圧力で運転される冷媒には、CO2冷媒のほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。図5では、圧縮機1の出口は状態aで示される。冷媒は、熱交換器3を通って循環し、そこで状態bまで冷却され、熱を水に放出する。冷媒は、所望により、状態cまで冷却される。ついで、冷媒は、減圧装置4での圧力低下により、状態dに至り、ここではガス/液体の2相混合体が形成される。冷媒は、熱交換器5において、液相の蒸発により熱を吸収する。状態eは、熱交換器5の中間状態であり、ガス相の冷媒は、状態fまで加熱されてから圧縮機1の吸込管に向かう。
In the above configuration, the refrigerant for heat
本構成では、圧縮機1から吐出される高圧単相ガス冷媒は、凝縮されないが、熱交換器3で温度低下し、水の温度よりも数度低い状態cまで冷却される。この結果、水温は約80℃以上にも昇温される。
In this configuration, the high-pressure single-phase gas refrigerant discharged from the compressor 1 is not condensed, but the temperature is lowered by the
また、本構成では、熱源用冷凍サイクル101における第1圧縮機1の運転を制御するコントローラ106が設けられており、このコントローラ106は、一般に電力使用量が安価に設定される、夜間電力の使用時間帯(例えば、8:00PM〜6:00AM)にのみ第1圧縮機1を駆動する。
Further, in this configuration, a
つぎに、本実施形態の動作を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
A.第1の蓄熱運転
この蓄熱運転は、図1に示すように、蓄熱タンク31に温水熱を貯え、貯湯タンク11に冷水熱を貯える運転であり、夜間電力を使用して、熱源用冷凍サイクル101の第1圧縮機1を駆動して行われる。この運転では、まず、熱源用冷凍サイクル101において、太線で示すように、第1圧縮機1から吐出された冷媒が、第1四方弁2、第2熱交換器5、第1減圧装置4、及び第1熱交換器3を循環し、第1四方弁2を経て、第1圧縮機1に戻される。補助減圧装置6は全開し、送風機8は停止される。上記第2熱交換器5では放熱し、この放熱を利用して、温水が生成される。すなわち、第2冷温水蓄熱装置104では、ポンプ35が駆動され、水配管33,34介して、第2熱交換器5と蓄熱タンク31間を、水、又はブラインが循環し、蓄熱タンク31に温水熱が貯えられる。また、第1熱交換器3では吸熱し、この吸熱を利用して、冷水が生成される。この場合、第1冷温水蓄熱装置102では、ポンプ15が駆動され、貯湯タンク11内の市水が、水配管3,14,16,17を介して、第1熱交換器3と貯湯タンク11間を循環し、貯湯タンク11に冷水熱が貯えられる。
A. First heat storage operation This heat storage operation is an operation in which hot water heat is stored in the
この運転において、蓄熱タンク31への蓄熱が不要であれば、ポンプ35の運転を停止し、送風機8を運転して、第2熱交換器5の代わりに、空気熱源式の第6熱交換器7を機能させてもよい。また、貯湯タンク11への蓄熱が不要であれば、ポンプ15の運転を停止し、送風機8を運転して、第1熱交換器3の代わりに、空気熱源式の第6熱交換器7を機能させてもよい。
In this operation, if the heat storage in the
B.温水利用暖房運転
この暖房運転は、図2に示すように、蓄熱タンク31の温水熱を利用した暖房運転である。この場合、空調用冷凍サイクル105では、太線で示すように、第2圧縮機41から吐出された冷媒が、第2四方弁42、第5熱交換器46、第2減圧装置45、第4熱交換器44、及び第3熱交換器43を循環し、第2四方弁42を経た後、第2圧縮機41に戻される。この状態では、一般的な空調機に比べて、第4熱交換器44で冷媒が温水によって加熱されるため、暖房効率が向上する。また、この温水熱を利用した、低外気温時における第3熱交換器43の効果的なデフロストが可能になり、当該空調用冷凍サイクル105の連続運転が可能になる。
B. Warm water use heating operation This heating operation is a heating operation using the hot water heat of the
上記蓄熱タンク31に、温水がない場合には、開閉弁50を閉じ、開閉弁49を開けばよい。この状態では、冷媒が、第4熱交換器44をバイパスし、バイパス管48を経て第3熱交換器43を循環する。
When there is no hot water in the
C.冷水利用冷凍運転
この冷凍運転は、図2に太線で示すように、冷凍装置103の運転時に、貯湯タンク11の冷水熱を利用する運転である。この冷凍運転において、冷凍装置103では、第3圧縮機21A,21Bから吐出された冷媒が、凝縮器22A,22B、第3減圧装置23A,23B、及び蒸発器24A,24Bを循環し、当該第3圧縮機21A,21Bに戻される。この場合、ポンプ27が運転され、貯湯タンク11内の冷水が、凝縮器22A,22Bを循環し、三方弁26を経て、当該貯湯タンク11に戻される。この運転では、凝縮器22A,22Bを循環する冷水によって、冷凍装置103側の冷媒が過冷却されるため、冷凍装置103の冷凍効率が向上する。従って、電力消費量が増大する夏期の昼間の電力ピークカットが可能になる。
C. Cold water-use refrigeration operation This refrigeration operation is an operation that uses the cold water heat of the hot
D.第2の蓄熱運転
この蓄熱運転は、図3に示すように、蓄熱タンク31に冷水熱(氷)を貯え、貯湯タンク11に温水熱を貯える運転であり、夜間電力を使用して、熱源用冷凍サイクル101の第1圧縮機1を駆動して行われる。この運転では、まず、熱源用冷凍サイクル101において、太線で示すように、第1圧縮機1から吐出された冷媒が、第1四方弁2、第1熱交換器3、第1減圧装置4、及び第2熱交換器5を循環し、第1四方弁2を経て、第1圧縮機1に戻される。補助減圧装置6は全開し、送風機8は停止される。上記第1熱交換器3では放熱し、この放熱を利用して、温水が生成される。すなわち、第1冷温水蓄熱装置102では、ポンプ15が駆動され、貯湯タンク11内の市水が、水配管3,14,16,17を介して、第1熱交換器3と貯湯タンク11間を循環し、貯湯タンク11に温水熱が貯えられる。また、第2熱交換器5では吸熱し、この吸熱を利用して、冷水が生成される。この場合、第2冷温水蓄熱装置104では、ポンプ35が駆動され、水配管33,34介して、第2熱交換器5と蓄熱タンク31間を、水、又はブラインが循環し、蓄熱タンク31に冷水熱(氷)が貯えられる。
D. Second heat storage operation This heat storage operation is an operation in which cold water heat (ice) is stored in the
この運転においても、蓄熱タンク31への蓄熱が不要であれば、ポンプ35の運転を停止し、送風機8を運転して、第2熱交換器5の代わりに、空気熱源式の第6熱交換器7を機能させればよい。このように機能させれば、空気熱源を利用して、貯湯タンク11に貯湯することができる。また、貯湯タンク11への蓄熱が不要であれば、ポンプ15の運転を停止し、送風機8を運転して、第1熱交換器3の代わりに、空気熱源式の第6熱交換器7を機能させればよい。
Also in this operation, if the heat storage in the
E.冷水(氷)利用冷房運転
この冷房運転は、図4に示すように、蓄熱タンク31の冷水熱(氷)を利用した冷房運転である。この場合、空調用冷凍サイクル105では、太線で示すように、第2圧縮機41から吐出された冷媒が、第2四方弁42、第3熱交換器43、第4熱交換器44、第2減圧装置45、第5熱交換器46を循環し、第2四方弁42、及びアキューレータ47を経た後、第2圧縮機41に戻される。この状態では、一般的な空調機に比べて、第4熱交換器44で冷媒が冷水によって過冷却されるため、冷房効率が向上する。
E. Cooling operation using cold water (ice) This cooling operation is a cooling operation using the cold water heat (ice) of the
なお、蓄熱タンク31に、冷水(氷)が蓄熱されていない場合、開閉弁50を閉じ、開閉弁49を開いて運転すれば、冷媒が、第4熱交換器44をバイパスして、バイパス管48を経て第2減圧装置45に向かうため、冷水(氷)を利用しない冷房運転が可能になり、昼間から夜間に至る連続冷房運転が可能になる。
When cold water (ice) is not stored in the
F.給湯
貯湯タンク11には、図4に太線で示すように、温水供給管20が接続され、この供給管20には、図示を省略した風呂や、給湯機等の給湯装置が接続されている。従って、本構成では、上述した冷水利用冷房運転を行いながらも、貯湯タンク11内の温水を、給湯装置に供給することができる。
F. As shown by a thick line in FIG. 4, a hot
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記構成では、冷媒回路中にCO2冷媒を封入したが、これに限定されず、それ以外のフロン系冷媒等を封入したものにも適用可能なことは云うまでもない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on one Embodiment, this invention is not limited to this, A various change implementation is possible. For example, in the above configuration, the CO 2 refrigerant is enclosed in the refrigerant circuit. However, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the invention can be applied to other refrigerant-filled refrigerants.
1 第1圧縮機
3 第1熱交換器
4 第1減圧装置
5 第2熱交換器
7 第6熱交換器
11 貯湯タンク
21A,21B 第3圧縮機
22A,22B 凝縮器
23A,23B 第3減圧装置
24A,24B 蒸発器
31 蓄熱タンク
41 第2圧縮機
43 第3熱交換器
44 第4熱交換器
45 第2減圧装置
46 第5熱交換器
100 冷凍設備
101 熱源用冷凍サイクル
102 第1冷温水蓄熱装置
103 冷凍装置
104 第2冷温水蓄熱装置
105 空調用冷凍サイクル
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