JP2006214611A - Refrigerating device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To cool the inside of a refrigerator down to ultra-low temperature of -60°C or less without deteriorating lubricating oil by adopting ammonia as refrigerant. <P>SOLUTION: This refrigerating device 1 is composed of a main refrigerating device 1A provided with at least a two-stage compressor 3, a condenser 4, an expansion valve 5, and an evaporator 2 using ammonia as refrigerant and an auxiliary refrigerating device 1B provided with at least a single-stage compressor 9, a condenser 10, an expansion valve 11, and an evaporator 8 using ammonia as refrigerant. A circulation circuit 13 for condenser cooling water having a circulation pump 14 is provided between the condenser 4 of the main refrigerating device 1A and the evaporator 8 of the auxiliary refrigerating device 1B. For this reason, by supplying condenser cooling water cooled in the evaporator 8 of the auxiliary refrigerating device 1B to the condenser 4 of the main refrigerating device 1A through the circulation pump 14, condensation temperature of refrigerant gas can be reduced below the temperature obtained when it is condensed by cooling water having normal temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、冷凍装置、特に、冷媒にアンモニアを用いた冷凍装置に関するものである。   The present invention relates to a refrigeration apparatus, and more particularly to a refrigeration apparatus that uses ammonia as a refrigerant.

一般に、−60℃を越える超低温冷凍装置としては、R22などのHCFC系冷媒を使用した二段圧縮冷凍装置が広く採用されている。特に、遠洋鮪漁船においては、凍結魚の鮮度保持のために冷凍室で−60℃、魚倉で−55〜−60℃という超低温を、冷媒としてR22を用いた二段圧縮冷凍装置によって実現している。   In general, a two-stage compression refrigeration apparatus using an HCFC refrigerant such as R22 is widely used as an ultra-low temperature refrigeration apparatus exceeding -60 ° C. In particular, in deep sea fishing boats, in order to maintain the freshness of frozen fish, an ultra-low temperature of −60 ° C. in a freezer compartment and −55 to −60 ° C. in a fishhouse is realized by a two-stage compression refrigeration system using R22 as a refrigerant. Yes.

また、陸上の超低温冷蔵倉庫においては、冷媒としてR717/R23あるいはR22/R23のなどの組み合わせによる二元冷凍装置によって実現している。   Moreover, in the ultra-low temperature refrigerated warehouse on land, it implement | achieves with the binary freezing apparatus by the combination of R717 / R23 or R22 / R23 etc. as a refrigerant | coolant.

しかしながら、近年、オゾン層の破壊など、世界的規模の地球環境への関心の高まりから、HCFC系冷媒はもとより、その代替冷媒であるHFC系冷媒の使用も地球温暖化への影響が避けられないため、その使用が懸念されている。そのため、わが国においても、HCFC系冷媒については、2010年を目標に新規物件の全廃が決定しており、これに代わる冷媒を使用した超低温冷凍装置が要求されている。   However, in recent years, due to the growing interest in the global environment, such as the destruction of the ozone layer, the use of HCFC-based refrigerants and HFC-based refrigerants that are alternative refrigerants is unavoidable. Therefore, its use is a concern. Therefore, in Japan, as for HCFC-based refrigerants, it has been decided to completely abolish new properties with the goal of 2010, and an ultra-low temperature refrigeration system using refrigerants instead of this is required.

一方、過去においては、冷媒としてアンモニアが盛んに用いられており、近年の地球温暖化対策として再び使用され始めている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−146327号公報
On the other hand, in the past, ammonia has been actively used as a refrigerant and has begun to be used again as a countermeasure against global warming in recent years (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-146327 A

ところで、アンモニアは、他の冷媒と比較して、圧縮工程での温度上昇が大きいという特性がある。例えば、現在の汎用冷媒であるR22は、蒸発温度−15℃、凝縮温度+30℃、吸入過熱度0℃で圧縮機吐出温度が約+55℃(単段圧縮の場合)であるのに対し、アンモニアは、蒸発温度−15℃、凝縮温度+30℃、吸入過熱度0℃で圧縮機吐出温度が約+98℃(単段圧縮の場合)である。   By the way, ammonia has a characteristic that the temperature rise in the compression process is larger than that of other refrigerants. For example, the current general-purpose refrigerant R22 has an evaporation temperature of −15 ° C., a condensation temperature of + 30 ° C., a suction superheat degree of 0 ° C., and a compressor discharge temperature of about + 55 ° C. (in the case of single-stage compression). Is an evaporation temperature of −15 ° C., a condensation temperature of + 30 ° C., a suction superheat degree of 0 ° C., and a compressor discharge temperature of about + 98 ° C. (in the case of single stage compression).

一方、冷蔵庫内を−60℃以下に冷却するには、まず、二段圧縮が考えられるが、−60℃以下の庫内温度を得るには、蒸発温度を−70℃以下にする必要があること、漁船の場合、熱帯地域で操業することも珍しくなく、その場合の凝縮温度は+40℃になること、により、圧縮機における各段の吸入ガスの過熱度が+5℃で、低高段比率=3:1の場合、圧縮機から吐出された冷媒ガス(アンモニアガス)の温度は+192℃となる。   On the other hand, in order to cool the inside of the refrigerator to −60 ° C. or lower, first, two-stage compression is conceivable, but in order to obtain the internal temperature of −60 ° C. or lower, the evaporation temperature needs to be −70 ° C. or lower. In the case of fishing boats, it is not uncommon to operate in the tropical region. In this case, the condensation temperature is + 40 ° C, so that the superheat degree of the intake gas in each stage of the compressor is + 5 ° C, and the low to high stage ratio. In the case of = 3: 1, the temperature of the refrigerant gas (ammonia gas) discharged from the compressor is + 192 ° C.

すなわち、冷媒としてのアンモニアの凝縮温度を+40℃、蒸発温度を−70℃、圧縮機における各段の吸入ガスの過熱度を+5℃とし、低高段比率=3:1の条件で二段圧縮冷凍装置を運転した場合の断熱圧縮における圧縮過程の温度変化を示す図7のモリエル線図から明らかなように、高段圧縮後のアンモニアガスの吐出温度は、理論的に+192℃(圧縮機付温度計で約+172℃)となる。   That is, the condensation temperature of ammonia as a refrigerant is + 40 ° C., the evaporation temperature is −70 ° C., the superheat degree of the suction gas at each stage in the compressor is + 5 ° C., and the two-stage compression is performed under the condition of the low / high stage ratio = 3: 1. As is apparent from the Mollier diagram of FIG. 7 showing the temperature change of the compression process in the adiabatic compression when the refrigeration apparatus is operated, the discharge temperature of ammonia gas after high-stage compression is theoretically + 192 ° C. (with a compressor) It becomes about + 172 ° C. with a thermometer.

冷凍装置においては、圧縮機の潤滑油も冷媒とともに装置内を循環するが、潤滑油は+170℃(圧縮機付温度計で約+150℃)以上の温度にさらされると変性をおこす。したがって、アンモニア二段圧縮冷凍装置において、凝縮温度+40℃で運転した場合、圧縮機吐出温度が潤滑油が変性しない+170℃(圧縮機付温度計で約+150℃)未満であるためには、蒸発温度は約−60℃が限界となる。具体的には、凝縮温度を+40℃、蒸発温度を−60℃、圧縮機における各段の吸入ガスの過熱度を+5℃とし、低高段比率=3:1の条件で二段圧縮冷凍装置を運転した場合、圧縮後の冷媒ガスの温度は、理論的に+165℃(圧縮機付温度計で約+145℃)となる(図8のモリエル線図参照)。   In the refrigeration apparatus, the lubricating oil of the compressor circulates in the apparatus together with the refrigerant. However, the lubricating oil is denatured when exposed to a temperature of + 170 ° C. (about + 150 ° C. with a thermometer with a compressor). Therefore, when the ammonia two-stage compression refrigeration system is operated at a condensation temperature of + 40 ° C., the compressor discharge temperature is less than + 170 ° C. (about + 150 ° C. with a thermometer with a compressor) at which the lubricating oil is not denatured. The temperature is limited to about −60 ° C. More specifically, a two-stage compression refrigeration system with a condensing temperature of + 40 ° C., an evaporation temperature of −60 ° C., a superheat degree of intake gas at each stage of the compressor of + 5 ° C., and a low / high stage ratio = 3: 1. Is operated, the temperature of the compressed refrigerant gas is theoretically + 165 ° C. (about + 145 ° C. with a thermometer with a compressor) (see the Mollier diagram in FIG. 8).

一方、前述したように、冷蔵庫の庫内温度を−50℃以下に冷却する超低温を得るためには、蒸発温度を−60℃以下に下げなければならないことから、冷媒としてアンモニアを用いた二段圧縮冷凍装置での超低温運転は不可能であることが明らかである。   On the other hand, as described above, in order to obtain an ultra-low temperature for cooling the refrigerator interior temperature to -50 ° C or lower, the evaporation temperature must be lowered to -60 ° C or lower. It is clear that ultra-low temperature operation in a compression refrigeration system is impossible.

また、二元冷凍装置の場合においては、アンモニア/R23の組み合わせが考えられるが、R23は、HFC系冷媒であり、地球温暖化への影響が避けられず、使用は好ましくない。   In the case of a binary refrigeration system, a combination of ammonia / R23 is conceivable. However, R23 is an HFC-based refrigerant, and its influence on global warming is unavoidable and is not preferred for use.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、冷媒にアンモニアを採用して、潤滑油の劣化を招くことなく冷蔵庫内を−60℃以下の超低温に冷却することのできる冷凍装置を提供するものである。   The present invention has been made in view of such problems, and employs ammonia as a refrigerant so that the refrigerator can be cooled to an ultralow temperature of −60 ° C. or lower without causing deterioration of the lubricating oil. A device is provided.

本発明は、アンモニアを冷媒とし、1個もしくは複数個の二段圧縮機、1個の凝縮器、各二段圧縮機にそれぞれ対応する1個もしくは複数個の膨張弁および蒸発器を少なくとも備えた主冷凍装置と、アンモニアを冷媒とし、1個の単段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を少なくとも備えた副冷凍装置と、主冷凍装置の凝縮器および副冷凍装置の蒸発器との間に設けられ、循環ポンプを有する凝縮器冷却水の循環回路と、からなり、副冷凍装置の冷媒を副冷凍装置の単段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させ、副冷凍装置の蒸発器で冷却された凝縮器冷却水を循環ポンプを介して主冷凍装置の凝縮器に供給することを特徴とするものである。   The present invention includes at least one or a plurality of two-stage compressors, one condenser, one or a plurality of expansion valves and evaporators corresponding to each of the two-stage compressors using ammonia as a refrigerant. A main refrigeration apparatus, a sub refrigeration apparatus including at least one single-stage compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator using ammonia as a refrigerant; and a condenser of the main refrigeration apparatus and an evaporator of the sub refrigeration apparatus A condenser cooling water circulation circuit having a circulation pump, and circulating the refrigerant of the sub refrigeration unit in the order of the single stage compressor of the sub refrigeration unit, the condenser, the expansion valve, and the evaporator. The condenser cooling water cooled by the evaporator of the refrigeration apparatus is supplied to the condenser of the main refrigeration apparatus via a circulation pump.

本発明によれば、主冷凍装置および副冷凍装置をそれぞれ作動させることにより、主冷凍装置の冷媒としてのアンモニアを二段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させ、また、副冷凍装置の冷媒としてのアンモニアを単段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させることができる。そして、循環回路の循環ポンプを駆動させることにより、凝縮器冷却水が副冷凍装置の蒸発器と主冷凍装置の凝縮器との間を循環し、副冷凍装置の蒸発器によって冷却された凝縮器冷却水を主冷凍装置の凝縮器に供給することができる。この冷却された凝縮器冷却水を使用することにより、主冷凍装置における冷媒ガスの凝縮温度を、常温の冷却水によって凝縮させる場合よりも低下させることができる。例えば、凝縮器冷却水の温度が+10℃であるとき、主冷凍装置のアンモニアガスの凝縮温度は+15℃となる。   According to the present invention, by operating each of the main refrigeration apparatus and the sub refrigeration apparatus, ammonia as a refrigerant of the main refrigeration apparatus is circulated in the order of the two-stage compressor, the condenser, the expansion valve, and the evaporator. Ammonia as a refrigerant of the refrigeration apparatus can be circulated in the order of a single-stage compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator. Then, by driving the circulation pump of the circulation circuit, the condenser cooling water circulates between the evaporator of the sub refrigeration apparatus and the condenser of the main refrigeration apparatus, and is cooled by the evaporator of the sub refrigeration apparatus. Cooling water can be supplied to the condenser of the main refrigeration unit. By using this cooled condenser cooling water, the condensing temperature of the refrigerant gas in the main refrigeration apparatus can be lowered as compared with the case of condensing with normal temperature cooling water. For example, when the temperature of the condenser cooling water is + 10 ° C., the condensation temperature of ammonia gas in the main refrigeration apparatus is + 15 ° C.

この結果、凝縮温度+15℃、蒸発温度−70℃、圧縮機各段吸入ガスの過熱度5℃、低高段比率3:1の条件で主冷凍装置を運転した場合、圧縮機吐出ガス温度は、潤滑油が劣化することのない+143℃(圧縮機付温度計で約123℃)以下に保持される。したがって、冷媒にアンモニアを採用して、潤滑油を劣化させることなく庫内温度を−60℃以下の超低温に維持することができる。   As a result, when the main refrigeration system is operated under the conditions of the condensation temperature + 15 ° C., the evaporation temperature −70 ° C., the superheat degree 5 ° C. of the suction gas at each stage of the compressor, and the low / high stage ratio 3: 1, the compressor discharge gas temperature is The lubricating oil does not deteriorate and is maintained at + 143 ° C. (about 123 ° C. with a thermometer with a compressor) or lower. Therefore, ammonia can be employed as the refrigerant, and the internal temperature can be maintained at an ultra-low temperature of −60 ° C. or less without deteriorating the lubricating oil.

本発明は、アンモニアを冷媒とし、1個もしくは複数個の二段圧縮機、1個の単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機、1個の凝縮器、各二段圧縮機にそれぞれ対応する複数個の膨張弁および蒸発器を少なくとも備えた主冷凍装置と、アンモニアを冷媒とし、1個の単段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を少なくとも備えた副冷凍装置と、主冷凍装置の凝縮器および副冷凍装置の蒸発器との間に設けられ、循環ポンプを備えた凝縮器冷却水の循環回路と、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機および副冷凍装置の単段圧縮機との間に設けられ、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機の低段吸入口側および高段吐出口側と単段圧縮機の吸入口側および吐出口側をそれぞれ接続するバイパス回路と、からなり、副冷凍装置の単段圧縮機に代えて単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機を単段圧縮機として使用して、副冷凍装置の冷媒をバイパス回路を介して副冷凍装置の凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させ、副冷凍装置の蒸発器で冷却された凝縮器冷却水を循環ポンプを介して主冷凍装置の凝縮器に供給することを特徴とするものである。   The present invention uses ammonia as a refrigerant and corresponds to one or a plurality of two-stage compressors, a two-stage compressor that can be switched to one single-stage compressor, one condenser, and each two-stage compressor. A main refrigeration apparatus including at least a plurality of expansion valves and an evaporator, a sub-refrigeration apparatus using ammonia as a refrigerant and including at least one single-stage compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and a main refrigeration A condenser cooling water circulation circuit provided with a circulation pump, a two-stage compressor and a sub-refrigeration unit that can be switched to a single-stage compressor. Connected to the low-stage suction port side and high-stage discharge port side of the two-stage compressor that can be switched to the single-stage compressor, and the single-stage compressor suction side and discharge port side. A single-stage compressor instead of the single-stage compressor of the sub-refrigeration system Using the switchable two-stage compressor as a single-stage compressor, the refrigerant of the sub-refrigeration unit is circulated through the bypass circuit in the order of the condenser of the sub-refrigeration unit, the expansion valve, and the evaporator to evaporate the sub-refrigeration unit The condenser cooling water cooled by the cooler is supplied to the condenser of the main refrigeration apparatus via a circulation pump.

本発明によれば、主冷凍装置および副冷凍装置をそれぞれ作動させることにより、主冷凍装置の冷媒としてのアンモニアを二段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させ、また、副冷凍装置の冷媒としてのアンモニアを単段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させることができる。そして、循環回路の循環ポンプを駆動させることにより、凝縮器冷却水が副冷凍装置の蒸発器と主冷凍装置の凝縮器との間を循環し、副冷凍装置の蒸発器によって冷却された凝縮器冷却水を主冷凍装置の凝縮器に供給することができる。   According to the present invention, by operating each of the main refrigeration apparatus and the sub refrigeration apparatus, ammonia as a refrigerant of the main refrigeration apparatus is circulated in the order of the two-stage compressor, the condenser, the expansion valve, and the evaporator. Ammonia as a refrigerant of the refrigeration apparatus can be circulated in the order of a single-stage compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator. Then, by driving the circulation pump of the circulation circuit, the condenser cooling water circulates between the evaporator of the sub refrigeration apparatus and the condenser of the main refrigeration apparatus, and is cooled by the evaporator of the sub refrigeration apparatus. Cooling water can be supplied to the condenser of the main refrigeration unit.

一方、副冷凍装置の単段圧縮機が故障などにより作動できない場合は、二段圧縮機のうち、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機を単段圧縮機に切り換えることにより、副冷凍装置の単段圧縮機に代えて単段圧縮機として使用することができる。この場合は、主冷凍装置の冷媒としてのアンモニアを二段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させることができ、また、副冷凍装置の冷媒としてアンモニアを、バイパス回路を介して単段圧縮機に切り換えられた二段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させることができる。そして、循環回路の循環ポンプを駆動させることにより、凝縮器冷却水が副冷凍装置の蒸発器と主冷凍装置の凝縮器との間を循環し、副冷凍装置の蒸発器によって冷却された凝縮器冷却水を主冷凍装置の凝縮器に供給することができる。   On the other hand, when the single-stage compressor of the sub-refrigeration system cannot be operated due to a failure or the like, the sub-refrigeration is switched by switching the two-stage compressor that can be switched to the single-stage compressor to the single-stage compressor. It can replace with the single stage compressor of an apparatus, and can be used as a single stage compressor. In this case, the ammonia as the refrigerant of the main refrigeration apparatus can be circulated in the order of the two-stage compressor, the condenser, the expansion valve, and the evaporator, and the ammonia as the refrigerant of the sub refrigeration apparatus via the bypass circuit The two-stage compressor switched to the single-stage compressor, the condenser, the expansion valve, and the evaporator can be circulated in this order. Then, by driving the circulation pump of the circulation circuit, the condenser cooling water circulates between the evaporator of the sub refrigeration apparatus and the condenser of the main refrigeration apparatus, and is cooled by the evaporator of the sub refrigeration apparatus. Cooling water can be supplied to the condenser of the main refrigeration unit.

このため、万が一副冷凍装置の単段圧縮機が故障した場合であっても、冷媒ガスの凝縮温度を、常温の冷却水によって凝縮させる場合よりも低下させことができる。例えば、凝縮器冷却水の温度が+10℃であるとき、主冷凍装置のアンモニアガスの凝縮温度は+15℃となる。   For this reason, even if it is a case where the single stage compressor of a sub-refrigeration apparatus fails, the condensation temperature of refrigerant gas can be made lower than the case where it condenses with normal temperature cooling water. For example, when the temperature of the condenser cooling water is + 10 ° C., the condensation temperature of ammonia gas in the main refrigeration apparatus is + 15 ° C.

この結果、凝縮温度+15℃、蒸発温度−70℃、圧縮機各段吸入ガスの過熱度5℃、低高段比率3:1の条件で主冷凍装置を運転した場合、圧縮機吐出ガス温度は、潤滑油が劣化することのない+143℃(圧縮機付温度計で約123℃)以下に保持される。したがって、冷媒にアンモニアを採用して、潤滑油を劣化させることなく庫内温度を−60℃以下の超低温に維持することができる。   As a result, when the main refrigeration system is operated under the conditions of the condensation temperature + 15 ° C., the evaporation temperature −70 ° C., the superheat degree 5 ° C. of the suction gas at each stage of the compressor, and the low / high stage ratio 3: 1, the compressor discharge gas temperature is The lubricating oil does not deteriorate and is maintained at + 143 ° C. (about 123 ° C. with a thermometer with a compressor) or lower. Therefore, ammonia can be employed as the refrigerant, and the internal temperature can be maintained at an ultra-low temperature of −60 ° C. or less without deteriorating the lubricating oil.

本発明によれば、冷媒にアンモニアを採用して、潤滑油の劣化を招くことなく冷蔵庫内を−60℃以下の超低温に冷却することができる。   According to the present invention, ammonia can be used as the refrigerant, and the inside of the refrigerator can be cooled to an ultralow temperature of −60 ° C. or lower without causing deterioration of the lubricating oil.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明の冷凍装置1の一実施形態が示されている。   FIG. 1 shows an embodiment of a refrigeration apparatus 1 according to the present invention.

この冷凍装置1は、主冷凍装置1Aおよび副冷凍装置1Bから構成される。   The refrigeration apparatus 1 includes a main refrigeration apparatus 1A and a sub refrigeration apparatus 1B.

主冷凍装置1Aは、図示しない冷蔵庫に設けられた蒸発器2と、蒸発器2で蒸発した冷媒ガス(アンモニアガス)を吸入、圧縮する二段圧縮機3と、二段圧縮機3によって圧縮された冷媒ガスを凝縮する凝縮器4と、凝縮された冷媒液(アンモニア液)を膨張させる膨張弁5と、から主に構成され、蒸発器2で冷媒液を蒸発させる際、その周囲から熱を奪うことにより庫内を冷凍するものである。   The main refrigeration apparatus 1A is compressed by an evaporator 2 provided in a refrigerator (not shown), a two-stage compressor 3 that sucks and compresses refrigerant gas (ammonia gas) evaporated in the evaporator 2, and a two-stage compressor 3. The condenser 4 that condenses the refrigerant gas and the expansion valve 5 that expands the condensed refrigerant liquid (ammonia liquid). The inside is frozen by taking it away.

ここで、二段圧縮機3は、図2に示すように、蒸発器2からの冷媒ガスを吸入する低段吸入口3aと、第1段階で圧縮された冷媒ガスを吐出する低段吐出口3bと、第1段階の圧縮された冷媒ガスを吸入する高段吸入口3cと、第2段階で圧縮された冷媒ガスを凝縮器4に吐出する高段吐出口3dとを有し、低段吐出口3bおよび高段吸入口3c間を接続する管路には、冷媒ガスを冷却するガスクーラー6が配設されている。   Here, as shown in FIG. 2, the two-stage compressor 3 includes a low-stage suction port 3a for sucking the refrigerant gas from the evaporator 2 and a low-stage discharge port for discharging the refrigerant gas compressed in the first stage. 3b, a high stage suction port 3c for sucking the compressed refrigerant gas in the first stage, and a high stage discharge port 3d for discharging the refrigerant gas compressed in the second stage to the condenser 4, A gas cooler 6 for cooling the refrigerant gas is disposed in a pipe line connecting the discharge port 3b and the high-stage suction port 3c.

そして、凝縮器4と膨張弁5とを接続する配管には、凝縮器4によって凝縮された冷媒液を貯留する受液器7が配設されている他、詳細には図示しないが、二段圧縮機3の高段吐出口3dから吐出された圧縮ガスから潤滑油を分離する油分離器が二段圧縮機3の高段吐出口3dと凝縮器4とを接続する管路に設けられている。   The pipe connecting the condenser 4 and the expansion valve 5 is provided with a liquid receiver 7 for storing the refrigerant liquid condensed by the condenser 4. An oil separator that separates the lubricating oil from the compressed gas discharged from the high-stage discharge port 3 d of the compressor 3 is provided in a pipe line that connects the high-stage discharge port 3 d of the two-stage compressor 3 and the condenser 4. Yes.

副冷凍装置1Bは、蒸発器8と、蒸発器8で蒸発した冷媒ガス(アンモニアガス)を吸入、圧縮する単段圧縮機9と、単段圧縮機9によって圧縮された冷媒ガスを凝縮する凝縮器10と、凝縮された冷媒液(アンモニア液)を膨張させる膨張弁11と、から主に構成されている。そして、凝縮器10と膨張弁11とを接続する管路には、凝縮器10によって凝縮された冷媒液を貯留する受液器12が配設されている他、詳細には図示しないが、単段圧縮機9の吐出口9bから吐出された圧縮ガスから潤滑油を分離する油分離器が単段圧縮機9の吐出口9bと凝縮器10とを接続する配管に設けられている。   The sub-refrigeration apparatus 1B includes an evaporator 8, a single-stage compressor 9 that sucks and compresses refrigerant gas (ammonia gas) evaporated by the evaporator 8, and a condensation that condenses the refrigerant gas compressed by the single-stage compressor 9. It is mainly comprised from the container 10 and the expansion valve 11 which expands the condensed refrigerant | coolant liquid (ammonia liquid). The conduit connecting the condenser 10 and the expansion valve 11 is provided with a liquid receiver 12 for storing the refrigerant liquid condensed by the condenser 10, and although not shown in detail, An oil separator that separates the lubricating oil from the compressed gas discharged from the discharge port 9 b of the stage compressor 9 is provided in a pipe that connects the discharge port 9 b of the single-stage compressor 9 and the condenser 10.

ところで、主冷凍装置1Aの凝縮器4と、副冷凍装置1Bの蒸発器8との間には、清水、海水、ブラインなどの凝縮器冷却水を循環させる循環回路13が設けられており、該循環回路13に配設された循環ポンプ14を介して凝縮器冷却水を主冷凍装置1Aの凝縮器4と副冷凍装置1Bの蒸発器8との間で循環させることができる。このため、副冷凍装置1Bの蒸発器8によって冷却された凝縮器冷却水を主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給することができる。   By the way, between the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A and the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B, a circulation circuit 13 for circulating condenser cooling water such as fresh water, seawater, and brine is provided. The condenser cooling water can be circulated between the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A and the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B through a circulation pump 14 disposed in the circulation circuit 13. For this reason, the condenser cooling water cooled by the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B can be supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A.

なお、副冷凍装置1Bの凝縮器10には、常温の冷却水、例えば、海水が冷却水ポンプ15を介して供給されている。   In addition, normal temperature cooling water, for example, seawater, is supplied to the condenser 10 of the sub-refrigeration apparatus 1 </ b> B via the cooling water pump 15.

次に、このように構成された冷凍装置1の作動について説明する。   Next, the operation of the refrigeration apparatus 1 configured as described above will be described.

まず、主冷凍装置1Aにおいて、冷媒としてのアンモニアは、二段圧縮機3の低段吸入口3aに吸入され、第1段の圧縮機構によって圧縮された後、低段吐出口3bから吐出され、ガスクーラー6によって冷却されて高段吸入口3cに吸入され、第2段の圧縮機構により再度圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスとなって高段吐出口3dから吐出される。   First, in the main refrigeration apparatus 1A, ammonia as a refrigerant is sucked into the low-stage suction port 3a of the two-stage compressor 3, compressed by the first-stage compression mechanism, and then discharged from the low-stage discharge port 3b. After being cooled by the gas cooler 6 and sucked into the high-stage suction port 3c and compressed again by the second-stage compression mechanism, it becomes high-temperature and high-pressure refrigerant gas and is discharged from the high-stage discharge port 3d.

次いで、吐出された冷媒ガスは、油分離器(図示せず)によって潤滑油が分離された後、凝縮器4に供給され、凝縮器4によって凝縮され、高圧の冷媒液となって受液器7を経て膨張弁5に流入する。そして、冷媒液は、膨張弁5によって湿りガスとなって蒸発器2に送られ、蒸発器2内で蒸発して冷却作用を行った後、冷媒ガスとして二段圧縮機3の低段吸入口3aに吸入され、再び第1段の圧縮機構によって圧縮される。   Next, the discharged refrigerant gas is supplied to the condenser 4 after the lubricating oil is separated by an oil separator (not shown), condensed by the condenser 4, and becomes a high-pressure refrigerant liquid. 7 flows into the expansion valve 5. Then, the refrigerant liquid becomes wet gas by the expansion valve 5 and is sent to the evaporator 2, evaporates in the evaporator 2, performs a cooling action, and then serves as a refrigerant gas as a low-stage suction port of the two-stage compressor 3. It is sucked into 3a and compressed again by the first stage compression mechanism.

また、副冷凍装置1Bにおいても、冷媒としてのアンモニアは、単段圧縮機9の吸入口9aに吸入され、圧縮機構によって圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスとなって吐出口9bから吐出される。そして、吐出された冷媒ガスは、油分離器(図示せず)によって潤滑油が分離された後、凝縮器10に供給され、凝縮器10によって凝縮され、高圧の冷媒液となって受液器12を経て膨張弁11に流入する。そして、冷媒液は、膨張弁11によって湿りガスとなって蒸発器8に送られ、蒸発器8内で蒸発して冷却作用を行った後、過熱ガスとして単段圧縮機9の吸入口9aに吸入され、再び圧縮機構によって圧縮される。   Also in the sub-refrigeration apparatus 1B, ammonia as a refrigerant is sucked into the suction port 9a of the single-stage compressor 9, compressed by the compression mechanism, and then discharged as a high-temperature and high-pressure refrigerant gas from the discharge port 9b. The The discharged refrigerant gas is supplied to the condenser 10 after the lubricating oil is separated by an oil separator (not shown), condensed by the condenser 10, and becomes a high-pressure refrigerant liquid. 12 flows into the expansion valve 11. Then, the refrigerant liquid becomes wet gas by the expansion valve 11 and is sent to the evaporator 8, evaporates in the evaporator 8, performs a cooling action, and then enters the inlet 9 a of the single-stage compressor 9 as superheated gas. Inhaled and compressed again by the compression mechanism.

ここで、循環回路13の循環ポンプ14を駆動すると、凝縮器冷却水が副冷凍装置1Bの蒸発器8と主冷凍装置1Aの凝縮器4との間を循環する。この際、凝縮器冷却水は、副冷凍装置1Bの蒸発器8で冷却されて主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給され、主冷凍装置1Aにおける凝縮器4の冷媒ガスを冷却して副冷凍装置1Bの蒸発器8に戻ることになる。すなわち、主冷凍装置1Aの冷媒ガスは、凝縮器冷却水によって冷却され、常温の冷却水を利用したときよりも低い温度で凝縮する。具体的には、凝縮器冷却水の温度が+10℃であるとき、主冷凍装置1Aの冷媒ガスの凝縮温度は、約+15℃となる。   Here, when the circulation pump 14 of the circulation circuit 13 is driven, the condenser cooling water circulates between the evaporator 8 of the sub-refrigeration apparatus 1B and the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A. At this time, the condenser cooling water is cooled by the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B and supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A, and the refrigerant gas of the condenser 4 in the main refrigeration apparatus 1A is cooled to perform the sub refrigeration. It will return to the evaporator 8 of the apparatus 1B. That is, the refrigerant gas of the main refrigeration apparatus 1A is cooled by the condenser cooling water, and condenses at a lower temperature than when normal temperature cooling water is used. Specifically, when the temperature of the condenser cooling water is + 10 ° C., the condensing temperature of the refrigerant gas in the main refrigeration apparatus 1A is about + 15 ° C.

このような冷凍装置1において、凝縮温度を+15℃、蒸発温度を−70℃、二段圧縮機3における各段の吸入ガスの過熱度を+5℃、低高段比率=3:1の場合の断熱圧縮における圧縮過程の温度変化を図3のモリエル線図に示す。図3のモリエル線図から明らかなように、圧縮後の冷媒ガスの温度は、+143℃(圧縮機付温度計で約123℃)である。   In such a refrigeration apparatus 1, the condensation temperature is + 15 ° C., the evaporation temperature is −70 ° C., the superheat degree of the suction gas in each stage in the two-stage compressor 3 is + 5 ° C., and the low / high stage ratio = 3: 1. The temperature change in the compression process in adiabatic compression is shown in the Mollier diagram of FIG. As is apparent from the Mollier diagram of FIG. 3, the temperature of the refrigerant gas after compression is + 143 ° C. (about 123 ° C. with a thermometer with a compressor).

この結果、圧縮後の冷媒ガスの温度が+170℃以下となることにより、冷媒とともに装置内を循環する潤滑油は変性することがなく、冷媒にアンモニアを用いて、潤滑油の劣化を招来することなく−60℃以下の超低温を得ることができる。   As a result, the temperature of the compressed refrigerant gas becomes + 170 ° C. or lower, so that the lubricating oil circulating in the apparatus together with the refrigerant is not denatured, and ammonia is used as the refrigerant, leading to deterioration of the lubricating oil. And an ultra-low temperature of −60 ° C. or lower can be obtained.

すなわち、遠洋漁船向けに冷凍設備を搭載する場合にHCFCもしくはHFC二段圧縮冷凍装置の代わりにアンモニア二段圧縮冷凍設備の主冷凍装置を設置し、アンモニア単段圧縮機を有する副冷凍装置および循環回路を追加することにより、−60℃以下の超低温を得ることができる。これは新規設備、既存設備を問わず対応可能である。   That is, when installing a refrigeration facility for a pelagic fishing boat, instead of the HCFC or HFC two-stage compression refrigeration equipment, the main refrigeration equipment of the ammonia two-stage compression refrigeration equipment is installed, the sub-refrigeration equipment having an ammonia single-stage compressor, and the circulation By adding a circuit, an ultra-low temperature of −60 ° C. or lower can be obtained. This can be handled regardless of new equipment or existing equipment.

なお、前述した実施形態においては、遠洋漁船の冷凍装置を例に説明したが、漁船に限らず陸上の冷凍装置にも適用できることはもちろんである。   In the above-described embodiment, the refrigeration apparatus for a pelagic fishing boat has been described as an example. However, it is needless to say that the invention can be applied to a refrigeration apparatus for land as well as a fishing boat.

図4には、前述した冷凍装置1の一実施形態の変形例が示されている。   FIG. 4 shows a modification of the embodiment of the refrigeration apparatus 1 described above.

この実施形態においても、冷凍装置1は、主冷凍装置1Aおよび副冷凍装置1Bから構成されており、この実施形態の主冷凍装置1Aでは、複数個の二段圧縮機31 ,32 が用いられるとともに、各二段圧縮機31 ,32 にそれぞれ対応して複数個の蒸発器21 ,22 および膨張弁51 ,52 が用いられている。 Also in this embodiment, the refrigeration apparatus 1 includes a main refrigeration apparatus 1A and a sub refrigeration apparatus 1B. In the main refrigeration apparatus 1A of this embodiment, a plurality of two-stage compressors 3 1 and 3 2 are used. In addition, a plurality of evaporators 2 1 and 2 2 and expansion valves 5 1 and 5 2 are used corresponding to the two-stage compressors 3 1 and 3 2 , respectively.

この実施形態においても、主冷凍装置1Aおよび副冷凍装置1Bをそれぞれ作動させるとともに、循環ポンプ14を駆動するとき、副冷凍装置1Bの蒸発器8と主冷凍装置1Aの凝縮器4との間を凝縮器冷却水が循環し、副冷凍装置1Bの蒸発器8によって冷却された凝縮器冷却水を主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給することができる。したがって、主冷凍装置1Aにおける凝縮器4の冷媒ガスは、凝縮器冷却水によって冷却され、常温の冷却水を利用したときよりも低い温度で凝縮する。例えば、凝縮器冷却水の温度が+10℃であるとき、主冷凍装置1Aの冷媒ガスの凝縮温度は、約+15℃となる。   Also in this embodiment, the main refrigeration apparatus 1A and the sub refrigeration apparatus 1B are operated, and when the circulation pump 14 is driven, the space between the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B and the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A. The condenser cooling water circulates, and the condenser cooling water cooled by the evaporator 8 of the sub-refrigeration apparatus 1B can be supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A. Therefore, the refrigerant gas of the condenser 4 in the main refrigeration apparatus 1A is cooled by the condenser cooling water and condensed at a lower temperature than when the normal temperature cooling water is used. For example, when the temperature of the condenser cooling water is + 10 ° C., the condensing temperature of the refrigerant gas in the main refrigeration apparatus 1A is about + 15 ° C.

この冷凍装置1においても、凝縮温度を+15℃、蒸発温度を−70℃、二段圧縮機31 ,32 における各段の吸入ガスの過熱度を+5℃、低高段比率=3:1の場合の断熱圧縮における圧縮過程の温度変化を示す図3のモリエル線図から明らかなように、圧縮後の冷媒ガスの温度は、+143℃までしか上昇しない。 Also in this refrigeration apparatus 1, the condensation temperature is + 15 ° C., the evaporation temperature is −70 ° C., the superheat degree of the suction gas in each stage in the two-stage compressors 3 1 and 3 2 is + 5 ° C., and the low / high stage ratio = 3: 1. As is apparent from the Mollier diagram of FIG. 3 showing the temperature change in the compression process in the case of adiabatic compression, the temperature of the refrigerant gas after compression only rises to + 143 ° C.

この結果、圧縮後の冷媒ガスの温度が+170℃以下となることにより、冷媒とともに装置内を循環する潤滑油は変性することがなく、冷媒にアンモニアを用いて、潤滑油の劣化を招来することなく−60℃以下の超低温を得ることができる。   As a result, the temperature of the compressed refrigerant gas becomes + 170 ° C. or lower, so that the lubricating oil circulating in the apparatus together with the refrigerant is not denatured, and ammonia is used as the refrigerant, leading to deterioration of the lubricating oil. And an ultra-low temperature of −60 ° C. or lower can be obtained.

この冷凍装置の実施形態においては、主冷凍装置に複数個の二段圧縮機31 ,32 を採用したことにより、複数個の二段圧縮機31 ,32 を同時に駆動させて冷蔵庫の庫内を速やかに冷却することができ、また、冷蔵庫の庫内を設定温度に冷凍したならば、1個の二段圧縮機のみを駆動させるように制御することができる。 In this embodiment of the refrigeration apparatus, a plurality of two-stage compressors 3 1 , 3 2 are employed in the main refrigeration apparatus, so that the plurality of two-stage compressors 3 1 , 3 2 are driven simultaneously. The inside of the refrigerator can be quickly cooled, and if the inside of the refrigerator is frozen to a set temperature, it can be controlled to drive only one two-stage compressor.

なお、図4に示す実施形態においては、複数個の二段圧縮機として2個の二段圧縮機を例示したが、3個以上であってもよいことはもちろんである。   In the embodiment shown in FIG. 4, two two-stage compressors are exemplified as the plurality of two-stage compressors, but it is needless to say that three or more may be used.

ところで、前述した実施形態においては、副冷凍装置1Bの単段圧縮機9が万が一故障した場合、凝縮器冷却水を冷却することができない。このため、主冷凍装置1Aの凝縮器4に冷却された凝縮器冷却水を供給することができず、冷媒ガス(アンモニアガス)の凝縮温度を常温以下に下げることができなくなる。この結果、前述したように、二段圧縮機3,31 ,32 から吐出された冷媒ガスの温度は、理論的に+192℃(圧縮機付温度計で約+172℃)となり、潤滑油が変性劣化し、二段圧縮機3,31 ,32 の焼き付きなどを招来するおそれがある。 By the way, in embodiment mentioned above, when the single stage compressor 9 of the sub-refrigeration apparatus 1B should be out of order, the condenser cooling water cannot be cooled. For this reason, the cooled condenser cooling water cannot be supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A, and the condensation temperature of the refrigerant gas (ammonia gas) cannot be lowered to room temperature or lower. As a result, as described above, the temperature of the refrigerant gas discharged from the two-stage compressors 3, 3 1 , 3 2 is theoretically + 192 ° C. (about + 172 ° C. with a thermometer with a compressor). There is a risk of denaturing and degrading, leading to seizure of the two-stage compressors 3, 3 1 , 3 2 .

このような事態に備えるため、図5および図6には、本発明の冷凍装置1の他の実施形態が示されている。   In order to prepare for such a situation, FIGS. 5 and 6 show another embodiment of the refrigeration apparatus 1 of the present invention.

この実施形態の冷凍装置1も、主冷凍装置1Aおよび副冷凍装置1Bから構成されている。   The refrigeration apparatus 1 of this embodiment is also composed of a main refrigeration apparatus 1A and a sub refrigeration apparatus 1B.

なお、図5および図6において、前述した実施形態と同一の構成については同一の符号を用いることで詳細な説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。   5 and 6, the same reference numerals are used for the same configurations as those in the above-described embodiment, and detailed description thereof will be omitted, and only different points will be described.

主冷凍装置1Aにおいて、複数個の二段圧縮機31 ,33 のうち、一方の二段圧縮機33 には、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機が採用されている。この二段圧縮機33 は、図6に示すように、低段吐出口3bとガスクーラー6との管路に止め弁161 が配設されている他、蒸発器22 および二段圧縮機33 の低段吸入口3aを接続する管路と、ガスクーラー6および二段圧縮機33 の高段吸入口3cを接続する管路との間に、蒸発器22 から二段圧縮機33 の高段吸入口3c方向のみの冷媒ガスの流れを許容する逆止弁171 を配設した分岐管路が接続されている。また、前述した止め弁161 および二段圧縮機33 の低段吐出口3bを接続する管路と、二段圧縮機33 の高段吐出口3dおよび凝縮器4を接続する管路との間に、二段圧縮機33 の低段吐出口3bから凝縮器4方向のみの冷媒ガスの流れを許容する逆止弁172 を配設した分岐管路が接続されている。 In the main refrigeration system 1A, of the plurality of two-stage compressors 3 1 and 3 3 , one of the two-stage compressors 3 3 employs a two-stage compressor that can be switched to a single-stage compressor. The two-stage compressor 3 3, as shown in FIG. 6, except that valve 16 1 in the pipe between the low-stage discharge port 3b and the gas cooler 6 is disposed, the evaporator 2 2 and two-stage compression a conduit connecting the low-stage suction port 3a of the machine 3 3, between the conduit that connects the gas cooler 6 and the two-stage compressor 3 3 of the high-stage suction port 3c, two-stage compression from the evaporator 2 2 machine 3 3 branch pipe which is disposed a check valve 17 1 which permits the flow of the refrigerant gas high-stage suction port 3c direction only are connected. Further, a conduit which connects the low-stage discharge port 3b of the stop valve 16 1 and two-stage compressor 3 3 described above, a conduit connecting the high-stage discharge port 3d and the condenser 4 of the two-stage compressor 3 3 between the branch pipe which is disposed a check valve 17 2 that allows the flow of the condenser 4 direction only refrigerant gas from the low-stage discharge port 3b of the two-stage compressor 3 3 are connected.

このような単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機33 を二段圧縮機として用いるときには、止め弁161 を開放した状態で運転する。この場合は、蒸発器22 からの冷媒ガスは、低段吸入口3aに吸入され、第1段の圧縮機構によって圧縮された後、低段吐出口3bから吐出される。この後、圧縮された冷媒ガスは、開放された止め弁161 およびガスクーラー6を経て高段吸入口3cに吸入され、第2段の圧縮機構により再度圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスとなって高段吐出口3dから吐出される。 Thus when using switchable two-stage compressor 3 3 as a two-stage compressor in a single-stage compressor is operated in the open state of the check valve 16 1. In this case, the refrigerant gas from the evaporator 2 2 is sucked into the low-stage suction port 3a, after being compressed by the first-stage compression mechanism is discharged from the low-stage discharge port 3b. Thereafter, the compressed refrigerant gas is sucked through the opened the stop valve 16 1 and the gas cooler 6 to the high-stage suction port 3c, after being compressed again by the second stage of the compression mechanism, the high-temperature high-pressure refrigerant gas And discharged from the high-stage discharge port 3d.

このとき、逆止弁171 の前後の冷媒ガスの圧力は、第1段の圧縮が行われているため、低段吸入口3a側よりも高段吸入口3c側が高くなっており、冷媒ガスが逆止弁171 を経て高段吸入口3c側へ流れることはない。また、逆止弁172 の前後の冷媒ガスの圧力は、第2段の圧縮が行われているため、低段吐出口3b側よりも高段吐出口3d側が高くなっており、冷媒ガスが逆止弁172 を経て高段吐出口3d側へ流れることはない。 At this time, the pressure of the refrigerant gas before and after the check valve 17 1 is higher in the high-stage intake port 3c side than in the low-stage intake port 3a side because the first-stage compression is performed. Does not flow through the check valve 17 1 toward the high stage suction port 3c. The pressure before and after the refrigerant gas of the check valve 17 2 is, since the compression of the second stage being carried out, has a higher high-stage discharge port 3d side of the low-stage discharge port 3b side, the refrigerant gas It does not flow to the high-stage discharge port 3d side through the check valve 17 2 .

一方、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機33 を単段圧縮機として用いるときには、止め弁161 を閉鎖した状態で運転する。止め弁161 を閉鎖すると、蒸発器22 からの冷媒ガスは、低段吸入口3aに吸入され、第1段の圧縮機構によって圧縮された後、低段吐出口3bから吐出される。ここで、止め弁161 が閉鎖されていることにより、圧縮された冷媒ガスの高段吸入口3cへの供給が遮断され、高段吸入口3c側の圧力が低下する。このため、蒸発器22 からの冷媒ガスは、逆止弁171 を経て高段吸入口3cにも同時に吸入され、第2段の圧縮機構によって圧縮された後、高段吐出口3dから吐出される。また、第1段の圧縮機構によって圧縮された冷媒ガスは、逆止弁172 に供給され、低段吐出口3b側の圧力が上昇する。高段吐出口3dより吐出された冷媒ガスも、1段のみ圧縮されており、逆止弁172 の低段吐出口3b側の圧力が、その高段吐出口3d側の圧力よりも少しでも高くなると、逆止弁172 を経て高段吐出口3dから吐出された冷媒ガスと合流して凝縮器4に供給される。 On the other hand, when using a switchable two-stage compressor 3 3 as single stage compressor single-stage compressor is operated in the closed state of the check valve 16 1. When closing the stop valve 16 1, refrigerant gas from the evaporator 2 2 is sucked into the low-stage suction port 3a, after being compressed by the first-stage compression mechanism is discharged from the low-stage discharge port 3b. Here, by stop valve 16 1 it is closed, the supply of the high-stage suction port 3c of the compressed refrigerant gas is shut off, the pressure of the high-stage suction port 3c side is reduced. For this reason, the refrigerant gas from the evaporator 2 2 is simultaneously sucked into the high stage suction port 3c via the check valve 17 1 , compressed by the second stage compression mechanism, and then discharged from the high stage discharge port 3d. Is done. The refrigerant gas compressed by the first-stage compression mechanism is supplied to the check valve 17 2, the pressure in the low stage discharge port 3b side is increased. The refrigerant gas discharged from the high-stage discharge port 3d also, only one stage is compressed, the pressure of the low-stage discharge port 3b side of the check valve 17 2 is, even a little than the pressure of the high-stage discharge port 3d side becomes higher, it is supplied to the condenser 4 merges with the refrigerant gas discharged from the high stage discharge port 3d via the check valve 17 2.

また、主冷凍装置1Aにおいて、蒸発器21 と二段圧縮機31 とを接続する管路および蒸発器22 と二段圧縮機33 とを接続する管路には、それぞれ冷媒ガスの切換機構181 ,182 が設けられるとともに、二段圧縮機31 ,33 と凝縮器4とを接続する管路にも、冷媒ガスの切換機構183 が設けられている。 Further, in the main refrigeration system 1A, refrigerant gas is connected to the pipe connecting the evaporator 2 1 and the two-stage compressor 3 1 and the pipe connecting the evaporator 2 2 and the two-stage compressor 3 3 , respectively. Switching mechanisms 18 1 and 18 2 are provided, and a refrigerant gas switching mechanism 18 3 is also provided in the pipe line connecting the two-stage compressors 3 1 and 3 3 and the condenser 4.

さらに、蒸発器22 と切換機構182 とを接続する管路および二段圧縮機33 と切換機構183 とを接続する管路には、それぞれ三方弁191 ,192 が配設されている他、蒸発器22 と切換機構182 とを接続する管路に配設された三方弁191 と、蒸発器21 と二段圧縮機31 とを接続する管路に配設された切換機構181 との間に接続管路が設けられている。 Furthermore, the conduit connecting the evaporator 2 2 and the switching mechanism 18 second pipe line connecting the and two-stage compressor 3 3 and the switching mechanism 18 3, respectively three-way valve 19 1, 19 2 are disposed In addition, a three-way valve 19 1 disposed in a line connecting the evaporator 2 2 and the switching mechanism 18 2 and a line connecting the evaporator 2 1 and the two-stage compressor 3 1 are disposed. A connecting pipe line is provided between the switching mechanism 18 1 .

したがって、蒸発器22 の冷媒ガスを、三方弁191 および切換機構182 を介して単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機33 に供給し、あるいは、三方弁191 および切換機構181 を介して二段圧縮機31 に供給することができる。 Accordingly, the refrigerant gas in the evaporator 2 2, and supplied to the three-way valve 19 1 and the switching mechanism 18 2 which can be switched by the single-stage compressor via a two-stage compressor 3 3, or the three-way valve 19 1 and the switching mechanism The two-stage compressor 3 1 can be supplied via 18 1 .

また、副冷凍装置1Bにおいて、蒸発器8と単段圧縮機9とを接続する管路には、三方弁193 が配設されており、この三方弁193 と、蒸発器22 と二段圧縮機33 とを接続する管路に配設された切換機構182 との間にバイパス管路が接続されている。さらに、単段圧縮機9と凝縮器10とを接続する管路には、止め弁162 が配設されている。さらにまた、止め弁162 と凝縮器10とを接続する管路と、二段圧縮機33 と切換機構183 とを接続する管路に配設された三方弁192 との間にバイパス管路が接続されている。 Further, in the sub-refrigeration apparatus 1B, a three-way valve 19 3 is disposed in a pipe line connecting the evaporator 8 and the single-stage compressor 9, and the three-way valve 19 3 , the evaporators 2 2, and 2 bypass line is connected between the switching mechanism 18 2 disposed in the conduit connecting the stage compressor 3 3. Furthermore, the conduit connecting the condenser 10 and the single-stage compressor 9, stop valve 16 2 is disposed. Further, a bypass between the stop valve 16 2 and the pipe connecting the condenser 10, is disposed in the conduit connecting the two-stage compressor 3 3 and the switching mechanism 18 3 three-way valve 19 2 The pipeline is connected.

したがって、止め弁161 ,162 を閉鎖する一方、蒸発器22 の冷媒ガスを切換機構181 を介して二段圧縮機31 に供給するように三方弁191 を切り換え、また、副冷凍装置1Bにおける蒸発器8の冷媒ガスをバイパス回路および切換機構182 を介して二段圧縮機33 に供給するように三方弁193 を切り換えるとともに、二段圧縮機33 の冷媒ガスをバイパス回路を介して凝縮器10に供給するように三方弁192 を切り換えることにより、蒸発器8の冷媒ガスを三方弁193 、バイパス回路、切換機構182 、単段圧縮機に切り換えられた二段圧縮機33 、三方弁192 、バイパス回路、凝縮器10、受液器12および膨張弁11の順に循環させて再び蒸発器8に供給することができる。 Accordingly, the stop valves 16 1 and 16 2 are closed, while the three-way valve 19 1 is switched so that the refrigerant gas of the evaporator 2 2 is supplied to the two-stage compressor 3 1 via the switching mechanism 18 1. switches the three-way valve 19 3 to supply the two-stage compressor 3 3 through the bypass circuit and the switching mechanism 18 2 refrigerant gas of the evaporator 8 in the refrigeration apparatus 1B, a two-stage compressor 3 3 of the refrigerant gas By switching the three-way valve 19 2 to be supplied to the condenser 10 via the bypass circuit, the refrigerant gas of the evaporator 8 is switched to the three-way valve 19 3 , the bypass circuit, the switching mechanism 18 2 , and the single-stage compressor. The two-stage compressor 3 3 , the three-way valve 19 2 , the bypass circuit, the condenser 10, the liquid receiver 12 and the expansion valve 11 can be circulated in this order and supplied to the evaporator 8 again.

この際、主冷凍装置1Aにおける蒸発器22 の冷媒ガスは、三方弁191 および切換機構181 を介して二段圧縮機31 に供給することができる。 At this time, the refrigerant gas of the evaporator 2 2 in the main refrigeration apparatus 1A can be supplied to the two-stage compressor 3 1 via the three-way valve 19 1 and the switching mechanism 18 1 .

なお、凝縮器冷却水の循環回路13には、それぞれ三方弁194 ,195 が配設されており、これらの三方弁194 ,195 は、副冷凍装置1Bの凝縮器10の冷却水循環回路に接続されている。したがって、副冷凍装置1Bの運転を継続できなくなったとき、三方弁194 ,195 を切り換えて、常温の冷却水を主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給することができる。 The condenser cooling water circulation circuit 13 is provided with three-way valves 19 4 and 19 5 , respectively. These three-way valves 19 4 and 19 5 circulate the cooling water in the condenser 10 of the sub-refrigeration apparatus 1B. Connected to the circuit. Therefore, when the operation of the auxiliary refrigeration apparatus 1B can no longer be continued, the three-way valves 19 4 and 19 5 can be switched to supply room temperature cooling water to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A.

また、蒸発器8と三方弁193 とを接続する管路には、蒸発圧力調整弁20が配設されており、副冷凍装置1Bの蒸発器8内の冷媒の蒸気圧力が不必要に低下して、主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給される凝縮器冷却水が副冷凍装置1Bの蒸発器8内で氷結しないように制御される。 Further, the conduit connecting the evaporator 8 and a three-way valve 19 3 is the evaporation pressure adjusting valve 20 is disposed, steam pressure of the refrigerant in the evaporator 8 of the secondary refrigeration system 1B is reduced unnecessarily Then, the condenser cooling water supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A is controlled so as not to freeze in the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B.

次に、このように構成された冷凍装置1の作動について説明する。   Next, the operation of the refrigeration apparatus 1 configured as described above will be described.

まず、初期状態では、止め弁161 は開放されており、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機33 は、二段圧縮機として作動するようになっている。 In the initial state, stop valve 16 1 is opened, switchable two-stage compressor 3 3 a single stage compressor is configured to operate as a two-stage compressor.

また、三方弁191 は、蒸発器22 の冷媒ガスを切換機構182 を介して二段圧縮機33 に供給するように切り換えられ、三方弁192 は、二段圧縮機33 の冷媒ガスを切換機構183 を介して凝縮器4に供給するように切り換えられている。また、三方弁193 は、副冷凍装置1Bにおける蒸発器8の冷媒ガスを単段圧縮機9に供給するように切り換えられている他、止め弁162 は開放されており、単段圧縮機9によって圧縮された冷媒ガスを凝縮器10に導くことができる。 The three-way valve 19 1 is switched to supply the refrigerant gas of the evaporator 2 2 to the two-stage compressor 3 3 via the switching mechanism 18 2 , and the three-way valve 19 2 is switched to the two-stage compressor 3 3 . The refrigerant gas is switched to be supplied to the condenser 4 via the switching mechanism 18 3 . Further, the three-way valve 19 3 is other are switched so as to supply the refrigerant gas in the evaporator 8 in the secondary refrigeration system 1B in single stage compressor 9, check valve 16 2 is opened, a single-stage compressor The refrigerant gas compressed by 9 can be led to the condenser 10.

さらに、循環回路13の三方弁194 ,195 は、凝縮器冷却水が副冷凍装置1Bの蒸発器8と、主冷凍装置1Aの凝縮器4との間を循環するようにそれぞれ切り換えられている。 Further, the three-way valves 19 4 and 19 5 of the circulation circuit 13 are respectively switched so that the condenser cooling water circulates between the evaporator 8 of the sub-refrigeration apparatus 1B and the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A. Yes.

このような初期状態において、冷凍装置1を作動すると、主冷凍装置1Aの冷媒としてのアンモニアは、二段圧縮機31 の低段吸入口3aに吸入され、第1段の圧縮機構によって圧縮された後、低段吐出口3bから吐出され、ガスクーラー6によって冷却されて高段吸入口3cに吸入され、第2段の圧縮機構により再度圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスとなって高段吐出口3dから吐出される。 In such an initial state, when operating the refrigeration system 1, ammonia as a refrigerant in the main refrigerating apparatus 1A is sucked into the low-stage suction port 3a of the two-stage compressor 3 1, it is compressed by the first-stage compression mechanism After that, it is discharged from the low-stage discharge port 3b, cooled by the gas cooler 6, sucked into the high-stage intake port 3c, and compressed again by the second-stage compression mechanism, and then becomes a high-temperature and high-pressure refrigerant gas. It is discharged from the stage discharge port 3d.

次いで、吐出された冷媒ガスは、切換機構183 を経て凝縮器4に供給され、凝縮器4によって凝縮され、高圧の冷媒液となって受液器7を経て膨張弁51 に流入する。そして、冷媒液は、膨張弁51 によって湿りガスとなって蒸発器21 に送られ、蒸発器21 内で蒸発して冷却作用を行った後、冷媒ガスとして切換機構181 を経て二段圧縮機31 の低段吸入口3aに吸入され、再び第1段の圧縮機構によって圧縮される。 Then, the refrigerant gas discharged is supplied to the condenser 4 through the switching mechanism 18 3, it is condensed by the condenser 4, and flows into the expansion valve 5 1 via the receiver 7 is a refrigerant liquid of a high pressure. Then, the refrigerant liquid is sent to the evaporator 2 1 becomes humid gas by the expansion valve 5 1, after cooling operation evaporates in the evaporator 2 1, through the switching mechanism 18 1 as a refrigerant gas two is sucked into the low-stage suction port 3a of the stage compressor 3 1, it is compressed by the first-stage compression mechanism again.

二段圧縮機33 においても同様に、冷媒としてのアンモニアは、低段吸入口3aに吸入され、第1段の圧縮機構によって圧縮された後、低段吐出口3bから吐出され、ガスクーラー6によって冷却されて高段吸入口3cに吸入され、第2段の圧縮機構により再度圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスとなって高段吐出口3dから吐出される。 Similarly in the two-stage compressor 3 3, ammonia as the refrigerant is sucked into the low-stage suction port 3a, after being compressed by the first-stage compression mechanism is discharged from the low-stage discharge port 3b, the gas cooler 6 After being cooled by the air and sucked into the high stage suction port 3c and compressed again by the second stage compression mechanism, it becomes a high-temperature and high-pressure refrigerant gas and is discharged from the high stage discharge port 3d.

次いで、吐出された冷媒ガスは、三方弁192 および切換機構183 を経て凝縮器4に供給され、凝縮器4によって凝縮され、高圧の冷媒液となって受液器7を経て膨張弁52 に流入する。そして、冷媒液は、膨張弁52 によって湿りガスとなって蒸発器22 に送られ、蒸発器22 内で蒸発して冷却作用を行った後、冷媒ガスとして三方弁191 および切換機構182 を経て二段圧縮機33 の低段吸入口3aに吸入され、再び第1段の圧縮機構によって圧縮される。 Next, the discharged refrigerant gas is supplied to the condenser 4 through the three- way valve 19 2 and the switching mechanism 18 3 , is condensed by the condenser 4, becomes high-pressure refrigerant liquid, passes through the liquid receiver 7, and the expansion valve 5. Flows into 2 . Then, the refrigerant liquid is sent to the evaporator 2 2 becomes humid gas by the expansion valve 5 2, after the cooling operation evaporates in the evaporator 2 2, three-way valve 19 1 and the switching mechanism as the refrigerant gas 18 2 is sucked into the low-stage suction port 3a of the two-stage compressor 3 3 through, is compressed by the first-stage compression mechanism again.

また、副冷凍装置1Bにおいても、冷媒としてのアンモニアは、単段圧縮機9の吸入口9aに吸入され、圧縮機構によって圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスとなって吐出口9bから吐出される。そして、圧縮された冷媒ガスは、止め弁162 を経て凝縮器10に供給され、凝縮器10によって凝縮され、高圧の冷媒液となって受液器12を経て膨張弁11に流入する。そして、冷媒液は、膨張弁11によって湿りガスとなって蒸発器8に送られ、蒸発器8内で蒸発して冷却作用を行った後、冷媒ガスとして三方弁193 を経て単段圧縮機9の吸入口9aに吸入され、再び圧縮機構によって圧縮される。 Also in the sub-refrigeration apparatus 1B, ammonia as a refrigerant is sucked into the suction port 9a of the single-stage compressor 9, compressed by the compression mechanism, and then discharged as a high-temperature and high-pressure refrigerant gas from the discharge port 9b. The The compressed refrigerant gas is supplied to the condenser 10 via the check valve 16 2, is condensed by the condenser 10 flows into the expansion valve 11 via the liquid receiver 12 by a refrigerant liquid of a high pressure. Then, the refrigerant liquid is sent to the evaporator 8 as a wet gas by the expansion valve 11, evaporates in the evaporator 8, performs a cooling action, and then passes through the three- way valve 193 as a refrigerant gas to provide a single-stage compressor. 9 is sucked into the suction port 9a and compressed again by the compression mechanism.

ここで、循環回路13の循環ポンプ14を作動させると、凝縮器冷却水が副冷凍装置1Bの蒸発器8と主冷凍装置1Aの凝縮器4との間を循環する。この際、凝縮器冷却水は、副冷凍装置1Bの蒸発器8で冷却されて主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給され、主冷凍装置1Aにおける凝縮器4の冷媒ガスを冷却して副冷凍装置1Bの蒸発器8に戻ることになる。すなわち、主冷凍装置1Aの冷媒ガスは、凝縮器冷却水によって冷却され、常温の冷却水を利用したときよりも低い温度で凝縮する。具体的には、凝縮器冷却水の温度が+10℃であるとき、主冷凍装置1Aの冷媒ガスの凝縮温度は、約+15℃となる。   Here, when the circulation pump 14 of the circulation circuit 13 is operated, the condenser cooling water circulates between the evaporator 8 of the sub-refrigeration apparatus 1B and the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A. At this time, the condenser cooling water is cooled by the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B and supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A, and the refrigerant gas of the condenser 4 in the main refrigeration apparatus 1A is cooled to perform the sub refrigeration. It will return to the evaporator 8 of the apparatus 1B. That is, the refrigerant gas of the main refrigeration apparatus 1A is cooled by the condenser cooling water, and condenses at a lower temperature than when normal temperature cooling water is used. Specifically, when the temperature of the condenser cooling water is + 10 ° C., the condensing temperature of the refrigerant gas in the main refrigeration apparatus 1A is about + 15 ° C.

このため、凝縮温度を+15℃、蒸発温度を−70℃、圧縮機2における各段の吸入ガスの過熱度を+5℃、低高段比率=3:1の場合の断熱圧縮における圧縮過程の温度変化は、前述した図3のモリエル線図から明らかなように、圧縮後の冷媒ガスの温度は、+143℃となる。   For this reason, the temperature of the compression process in adiabatic compression when the condensation temperature is + 15 ° C., the evaporation temperature is −70 ° C., the superheat degree of the suction gas at each stage in the compressor 2 is + 5 ° C., and the low / high stage ratio = 3: 1. As is apparent from the Mollier diagram of FIG. 3 described above, the temperature of the refrigerant gas after compression is + 143 ° C.

この結果、圧縮後の冷媒ガスの温度が+170℃(圧縮機付温度計で約+150℃)以下となることにより、冷媒とともに装置内を循環する潤滑油は変性することがなく、冷媒にアンモニアを用いて、潤滑油の劣化を招来することなく−60℃以下の超低温を得ることができる。   As a result, the temperature of the refrigerant gas after compression becomes + 170 ° C. (about + 150 ° C. with a thermometer with a compressor) or less, so that the lubricating oil circulating in the apparatus together with the refrigerant is not denatured, and ammonia is added to the refrigerant. It is possible to obtain an ultra-low temperature of −60 ° C. or less without causing deterioration of the lubricating oil.

一方、副冷凍装置1Bの単段圧縮機9が万が一故障したときには、止め弁161 を閉鎖し、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機33 を単段圧縮機として作動するように切り換える。 On the other hand, as when a single-stage compressor 9 of the secondary refrigeration system 1B has any chance failure, it closes the stop valve 16 1, operates a single-stage compressor switchable two-stage compressor 3 3 as single stage compressor Switch.

また、三方弁191 を、蒸発器22 の冷媒ガスを切換機構181 を介して二段圧縮機31 に供給するように切り換えるとともに、三方弁192 を、二段圧縮機33 の冷媒ガスを副冷凍装置1Bの凝縮器10に供給するように切り換える。また、三方弁193 を、副冷凍装置1Bにおける蒸発器8の冷媒ガスを切換機構182 に供給するように切り換える他、止め弁162 を閉鎖する。 Further, the three-way valve 19 1 is switched so that the refrigerant gas of the evaporator 2 2 is supplied to the two-stage compressor 3 1 via the switching mechanism 18 1 , and the three-way valve 19 2 is switched to the two-stage compressor 3 3 . It switches so that refrigerant gas may be supplied to the condenser 10 of the sub-refrigeration apparatus 1B. Further, the three-way valve 19 3 is switched so as to supply the refrigerant gas of the evaporator 8 in the auxiliary refrigeration apparatus 1B to the switching mechanism 18 2 , and the stop valve 16 2 is closed.

このような状態において、冷凍装置1を作動すると、主冷凍装置1Aにおいて、冷媒としてのアンモニアは、二段圧縮機31 の低段吸入口3aに吸入され、第1段の圧縮機構によって圧縮された後、低段吐出口3bから吐出され、ガスクーラー6によって冷却されて高段吸入口3cに吸入され、第2段の圧縮機構により再度圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスとなって高段吐出口3dから吐出される。そして、吐出された冷媒ガスは、切換機構183 を経て凝縮器4に供給され、凝縮器4によって凝縮され、高圧の冷媒液となって受液器7を経て膨張弁51 に流入する。そして、冷媒液は、膨張弁51 によって湿りガスとなって蒸発器21 に送られ、蒸発器21 内で蒸発して冷却作用を行った後、冷媒ガスとして切換機構181 を経て二段圧縮機31 の低段吸入口3aに吸入され、再び第1段の圧縮機構によって圧縮される。 In such a state, when operating the refrigeration system 1, the main refrigeration system 1A, the ammonia as the refrigerant is sucked into the low-stage suction port 3a of the two-stage compressor 3 1, it is compressed by the first-stage compression mechanism After that, it is discharged from the low-stage discharge port 3b, cooled by the gas cooler 6, sucked into the high-stage intake port 3c, and compressed again by the second-stage compression mechanism, and then becomes a high-temperature and high-pressure refrigerant gas. It is discharged from the stage discharge port 3d. The refrigerant gas discharged is supplied to the condenser 4 through the switching mechanism 18 3, it is condensed by the condenser 4, and flows into the expansion valve 5 1 via the receiver 7 is a refrigerant liquid of a high pressure. Then, the refrigerant liquid is sent to the evaporator 2 1 becomes humid gas by the expansion valve 5 1, after cooling operation evaporates in the evaporator 2 1, through the switching mechanism 18 1 as a refrigerant gas two is sucked into the low-stage suction port 3a of the stage compressor 3 1, it is compressed by the first-stage compression mechanism again.

なお、受液器7から膨張弁52 に流れた冷媒液は、膨張弁52 によって湿りガスとなって蒸発器22 に送られ、蒸発器22 内で蒸発して冷却作用を行った後、冷媒ガスとして三方弁191 および切換機構181 を経て二段圧縮機31 の低段吸入口3aに吸入される。 Incidentally, the refrigerant liquid that flows through the expansion valve 5 2 from the receiver 7 is sent to the evaporator 2 2 becomes humid gas by the expansion valve 5 2, was cooled action evaporated in the evaporator 2 2 Thereafter, the refrigerant gas is sucked into the low-stage suction port 3a of the two-stage compressor 3 1 through the three-way valve 19 1 and the switching mechanism 18 1 .

一方、二段圧縮機33 に流入した冷媒ガスは、前述したように、低段吸入口3aおよび高段吸入口3cに吸入され、第1段の圧縮機構および第2段の圧縮機構によってそれぞれ1段階圧縮された後、低段吐出口3bおよび高段吐出口3dからそれぞれ吐出されて合流する。そして、吐出された冷媒ガスは、三方弁192 およびバイパス回路を経て副冷凍装置1Bの凝縮器10に供給され、凝縮器10によって凝縮され、高圧の冷媒液となって受液器12を経て膨張弁11に流入する。そして、冷媒液は、膨張弁11によって湿りガスとなって蒸発器8に送られ、蒸発器8内で蒸発して冷却作用を行った後、冷媒ガスとして蒸発圧力調整弁20、三方弁193 、バイパス回路および切換機構182 を経て単段圧縮機に切り換えられた二段圧縮機33 の低段吸入口3aおよび高段吸入口3cに吸入され、再び第1段の圧縮機構によって圧縮される。 The refrigerant gas flowing into the two-stage compressor 3 3, as described above, is sucked into the low-stage suction port 3a and the high-stage suction port 3c, respectively, by the first-stage compression mechanism and the second-stage compression mechanism After being compressed by one stage, they are discharged from the low-stage discharge port 3b and the high-stage discharge port 3d, respectively, and merge. The refrigerant gas discharged is supplied through the three-way valve 19 2 and the bypass circuit to the condenser 10 of the secondary refrigeration system 1B, is condensed by the condenser 10, via the receiver 12 becomes a refrigerant liquid of a high pressure It flows into the expansion valve 11. Then, the refrigerant liquid becomes wet gas by the expansion valve 11 and is sent to the evaporator 8, evaporates in the evaporator 8, performs a cooling action, and then serves as a refrigerant gas as an evaporation pressure adjusting valve 20 and a three-way valve 19 3. , it is drawn into the bypass circuit and the switching mechanism 18 of the 2 via switched to single-stage compressor two-stage compressor 3 3 low-stage suction port 3a and the high-stage suction port 3c is compressed by the first-stage compression mechanism again The

なお、副冷凍装置1Bにおいては、単段圧縮機9の吸入口9aへの冷媒ガスの吸入が三方弁193 によって阻止されるとともに、吐出口9bからの冷媒ガスの吐出が止め弁162 によって阻止されている。 In the sub-refrigeration apparatus 1B, the intake of the refrigerant gas into the intake port 9a of the single stage compressor 9 is blocked by the three- way valve 193, and the discharge of the refrigerant gas from the discharge port 9b is stopped by the stop valve 16 2 . It is blocked.

ここで、循環回路13の循環ポンプ14を作動させると、凝縮器冷却水が副冷凍装置1Bの蒸発器8と主冷凍装置1Aの凝縮器4との間を循環する。この際、凝縮器冷却水は、副冷凍装置1Bの蒸発器8で冷却されて主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給され、主冷凍装置1Aにおける凝縮器4の冷媒ガスを冷却して副冷凍装置1Bの蒸発器8に戻ることになる。すなわち、主冷凍装置1Aの冷媒ガスは、凝縮器冷却水によって冷却され、常温の冷却水を利用したときよりも低い温度で凝縮する。具体的には、凝縮器冷却水の温度が+10℃であるとき、主冷凍装置1Aの冷媒ガスの凝縮温度は、約+15℃となる。   Here, when the circulation pump 14 of the circulation circuit 13 is operated, the condenser cooling water circulates between the evaporator 8 of the sub-refrigeration apparatus 1B and the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A. At this time, the condenser cooling water is cooled by the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B and supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A, and the refrigerant gas of the condenser 4 in the main refrigeration apparatus 1A is cooled to perform the sub refrigeration. It will return to the evaporator 8 of the apparatus 1B. That is, the refrigerant gas of the main refrigeration apparatus 1A is cooled by the condenser cooling water, and condenses at a lower temperature than when normal temperature cooling water is used. Specifically, when the temperature of the condenser cooling water is + 10 ° C., the condensing temperature of the refrigerant gas in the main refrigeration apparatus 1A is about + 15 ° C.

このため、凝縮温度を+15℃、蒸発温度を−70℃、圧縮機31 ,33 における各段の吸入ガスの過熱度を+5℃、低高段比率=3:1の場合の断熱圧縮における圧縮過程の温度変化は、前述した図3のモリエル線図から明らかなように、圧縮後の冷媒ガスの温度は、+143℃となる。 For this reason, in the adiabatic compression when the condensation temperature is + 15 ° C., the evaporation temperature is −70 ° C., the superheat degree of the suction gas in each stage in the compressors 3 1 and 3 3 is + 5 ° C., and the low / high stage ratio is 3: 1. As apparent from the Mollier diagram of FIG. 3 described above, the temperature change of the compressed refrigerant gas is + 143 ° C.

この結果、圧縮後の冷媒ガスの温度が+170℃(圧縮機付温度計で約+150℃)以下となることにより、冷媒とともに装置内を循環する潤滑油は変性することがなく、冷媒にアンモニアを用いて、潤滑油の劣化を招来することなく−60℃以下の超低温を得ることができる。しかも、副冷凍装置1Bの単段圧縮機9が万が一故障などにより作動不能となったとしても、主冷凍装置1Aの二段圧縮機の1個の二段圧縮機を単段圧縮機として使用することができるため、遠洋などにおいて冷凍不能の事態に陥ることを確実に防止することができる。   As a result, the temperature of the refrigerant gas after compression becomes + 170 ° C. (about + 150 ° C. with a thermometer with a compressor) or less, so that the lubricating oil circulating in the apparatus together with the refrigerant is not denatured, and ammonia is added to the refrigerant. It is possible to obtain an ultra-low temperature of −60 ° C. or less without causing deterioration of the lubricating oil. Moreover, even if the single-stage compressor 9 of the sub-refrigeration apparatus 1B becomes inoperable due to a failure or the like, one two-stage compressor of the two-stage compressor of the main refrigeration apparatus 1A is used as the single-stage compressor. Therefore, it is possible to reliably prevent a situation in which freezing cannot be performed in the ocean.

また、副冷凍装置1Bの凝縮器10あるいは蒸発器8が故障し、副冷凍装置1Bの運転を継続できなくなったとき、凝縮器冷却水を冷却して主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給することができなくなる。この場合は、三方弁194 ,195 を切り換えて、常温の冷却水を主冷凍装置1Aの凝縮器4に供給して、凝縮器4の冷媒ガスを常温で凝縮させる。このように、凝縮器4の冷媒ガスを常温で凝縮させたときには、運転台数などを調整するとともに、潤滑油が変性しないように、冷媒ガスの蒸発温度をそれまでよりも上昇させて緊急避難的に運転を継続することができる。 Further, when the condenser 10 or the evaporator 8 of the sub refrigeration apparatus 1B breaks down and the operation of the sub refrigeration apparatus 1B cannot be continued, the condenser cooling water is cooled and supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A. I can't do that. In this case, the three-way valves 19 4 and 19 5 are switched, and the normal temperature cooling water is supplied to the condenser 4 of the main refrigeration apparatus 1A to condense the refrigerant gas in the condenser 4 at normal temperature. As described above, when the refrigerant gas in the condenser 4 is condensed at room temperature, the number of operating units is adjusted, and the evaporative temperature of the refrigerant gas is increased more than before so that the lubricating oil is not denatured. You can continue driving.

なお、この実施形態においても、必要とする冷凍能力に合わせて、複数個の二段圧縮機を用いることができる。そして、複数個の二段圧縮機を用いた場合は、各二段圧縮機にそれぞれ対応する複数個の膨張弁および蒸発器を配設すればよい。   In this embodiment as well, a plurality of two-stage compressors can be used according to the required refrigeration capacity. When a plurality of two-stage compressors are used, a plurality of expansion valves and evaporators corresponding to the respective two-stage compressors may be provided.

以上のように本発明によれば、冷媒にアンモニアを採用して、潤滑油の劣化を招くことなく冷蔵庫内を−60℃以下の超低温に冷却することができることから、地球環境の保護に寄与することができる。   As described above, according to the present invention, ammonia is used as the refrigerant, and the inside of the refrigerator can be cooled to an ultralow temperature of −60 ° C. or less without causing deterioration of the lubricating oil, which contributes to protection of the global environment. be able to.

本発明の冷凍装置の一実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Embodiment of the freezing apparatus of this invention. 図1の冷凍装置の二段圧縮機を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the two-stage compressor of the freezing apparatus of FIG. 図1の冷凍装置における圧縮工程の温度変化を示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the temperature change of the compression process in the freezing apparatus of FIG. 図1の冷凍装置の変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the modification of the freezing apparatus of FIG. 本発明の冷凍装置の他の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows other embodiment of the freezing apparatus of this invention. 図5の冷凍装置の単段に切換可能な二段圧縮機を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the two-stage compressor which can be switched to the single stage of the freezing apparatus of FIG. 従来の二段圧縮冷凍装置における圧縮工程の温度変化を示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the temperature change of the compression process in the conventional two-stage compression refrigeration apparatus. 従来の二段圧縮冷凍装置における圧縮工程の温度変化を示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the temperature change of the compression process in the conventional two-stage compression refrigeration apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 冷凍装置
1A 主冷凍装置
1B 副冷凍装置
2,21 ,22 蒸発器
3,31 ,32 二段圧縮機
3 単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機
4,10 凝縮器
5,51 ,52 ,11 膨張弁
6 ガスクーラー
7,12 受液器
9 単段圧縮機
13 循環回路
14 循環ポンプ
15 冷却水ポンプ
161 ,162 止め弁
171 ,172 逆止弁
181 ,182 ,183 切換機構
191 ,192 ,193 ,194 ,195 三方弁
20 蒸発圧力調整弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refrigeration equipment 1A Main refrigeration equipment 1B Sub refrigeration equipment 2, 2 1 , 2 2 Evaporator 3, 3 1 , 3 2 Two-stage compressor 3 3 Two-stage compressor switchable to single-stage compressor 4, 10 Condenser 5, 5 1 , 5 2 , 11 Expansion valve 6 Gas cooler 7, 12 Receiver 9 Single stage compressor 13 Circulation circuit 14 Circulation pump 15 Cooling water pump 16 1 , 16 2 Stop valve 17 1 , 17 2 Check valve 18 1, 18 2, 18 3 switching mechanism 19 1, 19 2, 19 3, 19 4, 19 5 three-way valve 20 evaporation pressure regulating valve

Claims (2)

アンモニアを冷媒とし、1個もしくは複数個の二段圧縮機、1個の凝縮器、各二段圧縮機にそれぞれ対応する1個もしくは複数個の膨張弁および蒸発器を少なくとも備えた主冷凍装置と、アンモニアを冷媒とし、1個の単段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を少なくとも備えた副冷凍装置と、主冷凍装置の凝縮器および副冷凍装置の蒸発器との間に設けられ、循環ポンプを有する凝縮器冷却水の循環回路と、からなり、副冷凍装置の冷媒を副冷凍装置の単段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させ、副冷凍装置の蒸発器で冷却された凝縮器冷却水を循環ポンプを介して主冷凍装置の凝縮器に供給することを特徴とする冷凍装置。 A main refrigeration system comprising at least one or a plurality of two-stage compressors, one condenser, one or a plurality of expansion valves and an evaporator respectively corresponding to each of the two-stage compressors using ammonia as a refrigerant; The refrigerant is provided between a sub-refrigeration apparatus including at least one single-stage compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and a condenser of the main refrigeration apparatus and an evaporator of the sub-refrigeration apparatus. And a circulation circuit of the condenser cooling water having a circulation pump, and the refrigerant of the sub refrigeration apparatus is circulated in the order of the single stage compressor of the sub refrigeration apparatus, the condenser, the expansion valve, and the evaporator to evaporate the sub refrigeration apparatus. And supplying the condenser cooling water cooled by the condenser to the condenser of the main refrigeration apparatus through a circulation pump. アンモニアを冷媒とし、1個もしくは複数個の二段圧縮機、1個の単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機、1個の凝縮器、各二段圧縮機にそれぞれ対応する複数個の膨張弁および蒸発器を少なくとも備えた主冷凍装置と、アンモニアを冷媒とし、1個の単段圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を少なくとも備えた副冷凍装置と、主冷凍装置の凝縮器および副冷凍装置の蒸発器との間に設けられ、循環ポンプを備えた凝縮器冷却水の循環回路と、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機および副冷凍装置の単段圧縮機との間に設けられ、単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機の低段吸入口側および高段吐出口側と単段圧縮機の吸入口側および吐出口側をそれぞれ接続するバイパス回路と、からなり、副冷凍装置の単段圧縮機に代えて単段圧縮機に切換可能な二段圧縮機を単段圧縮機として使用して、副冷凍装置の冷媒をバイパス回路を介して副冷凍装置の凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させ、副冷凍装置の蒸発器で冷却された凝縮器冷却水を循環ポンプを介して主冷凍装置の凝縮器に供給することを特徴とする冷凍装置。
Using ammonia as a refrigerant, one or a plurality of two-stage compressors, a two-stage compressor that can be switched to one single-stage compressor, a condenser, and a plurality of compressors corresponding to each of the two-stage compressors. A main refrigeration apparatus having at least an expansion valve and an evaporator, a sub-refrigeration apparatus having at least one single-stage compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator using ammonia as a refrigerant, and a condenser of the main refrigeration apparatus A condenser cooling water circulation circuit having a circulation pump, a two-stage compressor switchable to a single-stage compressor, and a single-stage compressor of the sub-refrigeration apparatus And a bypass circuit for connecting the low-stage inlet side and the high-stage outlet side of the two-stage compressor that can be switched to the single-stage compressor and the inlet side and outlet side of the single-stage compressor, respectively. Can be switched to a single-stage compressor instead of a single-stage compressor of the sub-refrigeration system Using the two-stage compressor as a single-stage compressor, the refrigerant of the sub-refrigeration unit is circulated in the order of the condenser of the sub-refrigeration unit, the expansion valve, and the evaporator through the bypass circuit, and cooled by the evaporator of the sub-refrigeration unit A refrigeration apparatus, wherein the condenser cooling water is supplied to a condenser of a main refrigeration apparatus via a circulation pump.
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