JP2007147267A - Natural refrigerant cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は1次冷媒回路と2次冷媒回路を有し、1次冷媒回路の冷媒と2次冷媒回路の冷媒の少なくともいずれか一方に自然冷媒であるアンモニア、二酸化炭素、水を使用する自然冷媒冷却システムに関する。 The present invention has a primary refrigerant circuit and a secondary refrigerant circuit, and uses natural refrigerants such as ammonia, carbon dioxide, and water as at least one of the refrigerant in the primary refrigerant circuit and the refrigerant in the secondary refrigerant circuit. Relates to the cooling system.
地球温暖化の問題によって地球温暖化係数が0かほぼ0に近い冷媒の採用が求められ、冷媒として利用技術が確立されているアンモニアなどの自然冷媒を使用するケースが増えてきている。 Due to the problem of global warming, the adoption of a refrigerant having a global warming potential of 0 or nearly zero is required, and there are increasing cases of using natural refrigerants such as ammonia, whose utilization technology has been established as the refrigerant.
上記アンモニアは人体に有毒であるので、アンモニアをそのまま負荷側に供給すると漏洩時にアンモニアが冷却空気等の被冷却流体に拡散し、危険性が高い。そこで、従来からアンモニア冷媒回路は機械室等の限られた空間に設置し、負荷側冷却器との間における冷熱の移動にブラインを利用する構成のものがある。 Since ammonia is toxic to the human body, if ammonia is supplied to the load as it is, the ammonia diffuses into the fluid to be cooled such as cooling air at the time of leakage, which is highly dangerous. Therefore, conventionally, there is a configuration in which an ammonia refrigerant circuit is installed in a limited space such as a machine room and brine is used to transfer cold heat to and from a load side cooler.
しかし、ブラインにより冷熱を移送する場合にはブラインを送るポンプに大なる動力を要し、ランニングコストが嵩み、省エネルギー化に資することができない。 However, in the case where cold heat is transferred by brine, a large amount of power is required for the pump for sending the brine, and the running cost increases, which cannot contribute to energy saving.
そこで、アンモニア冷媒回路とは別に二酸化炭素等の他の安全な冷媒を用いた2次冷媒回路を設け、アンモニア冷媒回路により生成した冷熱を2次冷媒回路における冷媒の凝縮用冷熱として利用し、2次冷媒回路で生成した冷熱を負荷側に供給する構成とした装置がある(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a secondary refrigerant circuit using another safe refrigerant such as carbon dioxide is provided separately from the ammonia refrigerant circuit, and the cold generated by the ammonia refrigerant circuit is used as cold for condensing the refrigerant in the secondary refrigerant circuit. There is an apparatus configured to supply cold heat generated in the next refrigerant circuit to a load side (see, for example, Patent Document 1).
上述した装置では、1次冷媒回路たるアンモニア冷媒回路の冷熱によって凝縮された液冷媒を負荷側冷却器に液ポンプで送るのが一般的であるが、この液ポンプにより冷却器に送られる冷媒量は基本的に一定に制御される。 In the apparatus described above, the liquid refrigerant condensed by the cold heat of the ammonia refrigerant circuit as the primary refrigerant circuit is generally sent to the load-side cooler by a liquid pump, but the amount of refrigerant sent to the cooler by this liquid pump Is basically controlled to be constant.
ところで、冷却器内の液冷媒量は負荷の変動に伴って変化し、定常負荷の場合には冷却器内の液冷媒量は適正に保たれて安定した運転が行われるが、負荷が減少すると冷媒の蒸発量が小となって冷却器内の液冷媒量が増加する。 By the way, the amount of liquid refrigerant in the cooler changes as the load fluctuates, and in the case of a steady load, the amount of liquid refrigerant in the cooler is maintained properly and stable operation is performed, but when the load decreases The amount of refrigerant evaporated becomes small, and the amount of liquid refrigerant in the cooler increases.
上述した状態で負荷が急激に増大すると冷媒の蒸発圧力が上昇するが、冷却器内には前記液ポンプによって一定量の液冷媒が送り込まれるため、さらに冷媒の蒸発圧力が上昇し、2次冷媒回路における運転が不安定なままの状態が解消されない。 When the load suddenly increases in the above-described state, the evaporation pressure of the refrigerant increases. However, since a certain amount of liquid refrigerant is sent into the cooler by the liquid pump, the evaporation pressure of the refrigerant further increases and the secondary refrigerant The state where the operation in the circuit remains unstable is not solved.
しかも、2次冷媒回路における冷媒の蒸発圧力の上昇は、1次冷媒回路における蒸発圧力にも影響を及ぼし、1次冷媒回路の運転も不安定となる。
本発明は、負荷の急激な変動に対して追従性が高く、常に安定して運転することができる冷却システムを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a cooling system that has high followability with respect to a sudden change in load and can always be operated stably.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る冷却システムは、少なくともいずれか一方に自然冷媒が循環される1次冷媒回路と2次冷媒回路を備え、1次冷媒回路にて生じる冷熱により、2次冷媒回路の冷媒を凝縮してレシーバーに貯留し、同レシーバー内の液冷媒を液ポンプによって負荷側の冷却器に送る自然冷媒冷却システムにおいて、前記レシーバー内における冷媒の蒸発圧力を検出する圧力センサを備え、同センサにより検出される圧力が予め設定された値未満である場合には前記冷却器に一定量の冷媒を供給するが、負荷の変動に伴って前記圧力が増大し、この圧力が予め設定された値以上になると、圧力の増大分に応じて冷却器への冷媒供給量を減少せしめる冷媒供給量制御手段を備える構成のものとしてある。
In order to solve the above problems, a cooling system according to
本発明の請求項2に係る冷却システムは、前記冷媒供給量制御手段を、前記液ポンプと冷却器との間における冷媒間の途中に一端が接続され、他端が前記レシーバーに接続されたバイパス管と、同バイパス管の途中に設けられ、前記圧力センサにより検出される冷媒の蒸発圧力に応じて開度が調節される自動調節弁で構成したものとしてある。
In the cooling system according to
本発明の請求項3に係る冷却システムは、前記冷媒供給量制御手段を、前記液ポンプと、前記圧力センサにより検出される冷媒の蒸発圧力に応じて前記液ポンプの駆動回転数制御を行うインバータ装置とで構成したものとしてある。
In the cooling system according to
本発明の請求項4に係る冷却システムは、前記冷媒供給量制御手段を、前記液ポンプと冷却器との間における冷媒間の途中に設けられ、前記圧力センサにより検出される冷媒の蒸発圧力に応じて開度が調節される自動調節弁で構成したものとしてある。
In the cooling system according to
本発明によれば、レシーバー内における冷媒の蒸発圧力が増大すると、冷却器への供給冷媒量が減少させられ、冷却器内における液冷媒量が適正に維持されて蒸発圧力の急激な上昇が防止され、負荷の変動に対する追従性に優れた冷却システムを実現することができ、常に安定した運転を行うことができる。 According to the present invention, when the evaporation pressure of the refrigerant in the receiver increases, the amount of refrigerant supplied to the cooler is reduced, and the amount of liquid refrigerant in the cooler is properly maintained to prevent a rapid increase in evaporation pressure. Therefore, it is possible to realize a cooling system that has excellent followability to load fluctuations, and can always perform stable operation.
また、2次冷媒回路の運転が常に安定して行われるので、1次冷媒回路の冷却能力にさほどの余裕を持たせる必要がなく、システム全体の簡素化、小型化、低ランニングコスト化を期すことができる。 In addition, since the operation of the secondary refrigerant circuit is always performed stably, there is no need to allow a large margin for the cooling capacity of the primary refrigerant circuit, and the entire system is simplified, downsized, and the running cost is reduced. be able to.
さらに、構成が簡単で特殊な構成を要しないので、既存のシステムへの適用が容易であるという実用上の大なるメリットもある。 Furthermore, since the configuration is simple and does not require a special configuration, there is a great practical advantage that it can be easily applied to an existing system.
以下、本発明に係る冷却システムの実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
本実施例の冷却システムは、冷媒をアンモニアとする1次冷媒回路1と、冷媒を二酸化炭素とする2次冷媒回路2を備えている。
Embodiments of the cooling system according to the present invention will be described below in detail based on specific examples shown in the accompanying drawings.
The cooling system of the present embodiment includes a
前記1次冷媒回路1においては、アンモニア冷凍機3の吐出側に一端が接続されたアンモニア冷媒往管4の他端がカスケードコンデンサ5の1次側入口に接続され、同カスケードコンデンサの1次側出口に一端が接続されたアンモニア冷媒復管6の他端が前記アンモニア冷凍機3の吸入側に接続されている。
In the
前記2次冷媒回路2は、レシーバー7、液ポンプ8、冷却器9を備え、レシーバーの液相に一端が接続された二酸化炭素冷媒往管10の他端が調整弁11を介して冷却器9の冷媒入口に接続され、同冷媒出口に一端が接続された二酸化炭素冷媒復管12の他端が前記レシーバー7の気相接続されている。
The
また、前記レシーバー7の気相に一端が接続された再凝縮用冷媒送り管13の他端が前記カスケードコンデンサの2次側入口に接続され、同カスケードコンデンサの2次側出口に一端が接続された凝縮冷媒戻り管14の他端がレシーバーに接続されている。
The other end of the recondensing
しかして、前記レシーバー7にはレシーバー内における冷媒の蒸発圧力を検出する圧力センサを設けてあり、このセンサは検出した圧力に基づいて後述する制御信号を送出する制御装置15と一体のもので構成してある。
Thus, the
また、前記二酸化炭素冷媒往管10における液ポンプ8と手動調整弁11との途中に一端が接続されたバイパス管16の他端をレシーバー7に接続してあって、バイパス管の途中には、前記制御装置15からの信号線17が接続され、制御装置の圧力センサにより検出されるレシーバー内の冷媒の蒸発圧力に応じて開度が調節される自動調節弁18と、手動式の調整弁19を設けてある。
In addition, the other end of the
すなわち、液ポンプ8は常に一定流量の液冷媒を送出し、前記制御装置15、バイパス管16、信号線17、自動調節弁18とで冷媒供給制御手段を構成し、前記制御装置の圧力センサにより検出される圧力が予め設定された値未満である場合には自動調節弁18が閉止されて前記冷却器に一定量の冷媒を供給するが、負荷の変動に伴って前記圧力が増大し、この圧力が予め設定された値以上になると、圧力の増大分に応じて自動調節弁18の開度を大ならしめ、バイパス管16への冷媒流量を増加せしめて冷却器を通過せずにレシーバーに戻される冷媒量を大ならしめることにより、冷却器9への冷媒供給量を減少せしめ、かくすることにより冷却器内の液冷媒量が適正に保たれるように構成してある。
なお、図中の符号20は安全弁を示している。
That is, the
In addition, the code |
上述した実施例のものでは、前記液ポンプ8による送液量を負荷の変動にかかわらず常に一定に保つ構成としてあるが、前記バイパス管16を設けず、液ポンプの送液量を調節する構成とする場合もあり、図2に基づいて説明する。
In the above-described embodiment, the amount of liquid fed by the
図2に示す実施例のものは、図1の実施例におけるバイパス管16とこのバイパス管に付随する調節弁18、手動調整弁19を設けず、液ポンプ8の駆動回転数をインバータ装置21によって制御し、冷却器への送液量を制御できるように構成してある。
The embodiment shown in FIG. 2 does not include the
すなわち、この図2に示される実施例のものでは前記制御装置15からの信号線22がインバータ装置21に接続されており、前記制御装置15、信号線22、インバータ装置21とで冷媒供給制御手段を構成し、前記制御装置の圧力センサにより検出される圧力が予め設定された値未満である場合には液ポンプ8が所定の送液量を維持するよう駆動されるが、負荷の変動に伴って前記圧力が増大し、この圧力が予め設定された値以上になると、圧力の増大分に応じてインバータ装置21が液ポンプの駆動回転数を低下させ、冷却器9への冷媒供給量を減少せしめ、かくすることにより冷却器内の液冷媒量が適正に保たれるように構成してある。
That is, in the embodiment shown in FIG. 2, the
図3に示す実施例のものは、前記二酸化炭素冷媒往管10の途中における液ポンプ8と手動調整弁11との間に、自動調節弁23を設け、同自動調節弁23の開度が調節されることにより冷却器への送液量を制御できるように構成してある。
In the embodiment shown in FIG. 3, an
すなわち、この図3に示される実施例のものでは前記制御装置15からの信号線24が上述した自動調節弁23に接続されており、前記制御装置15、信号線24、自動調節弁23とで冷媒供給制御手段を構成し、前記制御装置の圧力センサにより検出される圧力が予め設定された値未満である場合には自動調節弁23が全開または予め設定された開度とされているが、負荷の変動に伴って前記圧力が増大し、この圧力が予め設定された値以上になると、圧力の増大分に応じて自動調節弁23の開度が小となるように制御され、冷却器9への冷媒供給量を減少せしめ、かくすることにより冷却器内の液冷媒量が適正に保たれるように構成してある。
That is, in the embodiment shown in FIG. 3, the
なお、上述した実施例における冷媒供給制御手段は図1乃至3に示されるように個別に設けるようにする場合もあるし、組み合わせて設ける場合もある。 It should be noted that the refrigerant supply control means in the above-described embodiments may be provided individually as shown in FIGS. 1 to 3 or may be provided in combination.
また、上述した実施例においては自然冷媒としてアンモニア、二酸化炭素を使用する場合について説明したが、他の自然冷媒として水を使用する場合もあるし、一方の冷媒回路においては自然冷媒に代えて、R318、R245fa、R404A、R410A、R407C、R407E、R507A、R134aなどのフロン系冷媒を使用する場合もある。 Further, in the above-described embodiment, the case where ammonia and carbon dioxide are used as the natural refrigerant has been described, but water may be used as another natural refrigerant, and in one refrigerant circuit, instead of the natural refrigerant, CFC refrigerants such as R318, R245fa, R404A, R410A, R407C, R407E, R507A, R134a may be used.
1 1次冷媒回路
2 2次冷媒回路
3 アンモニア冷凍機
4 アンモニア冷媒往管
5 カスケードコンデンサ
6 アンモニア冷媒復管
7 レシーバー
8 液ポンプ
9 冷却器
10 二酸化炭素冷媒往管
11 手動調整弁
12 二酸化炭素冷媒復管
13 再凝縮用冷媒送り管
14 凝縮冷媒戻り管
15 制御装置
16 バイパス管
17 信号線
18 自動調節弁
19 手動調整弁
20 安全弁
21 インバータ装置
22 信号線
23 自動調節弁
24 信号線
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