JP2007225257A

JP2007225257A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2007225257A
Application number: JP2006050205A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ikeda; 隆池田; Sosuke Murase; 壮介村瀬; Hiromitsu Moriyama; 浩光森山; Hajime Fujimoto; 肇藤本; Yuji Sata; 裕士佐多; Atsushi Kibe; 篤史岐部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】冷却能力向上と省エネ運転の両方をともに可能にする冷凍装置を提案すること。【解決手段】第１圧縮機１、第１凝縮器２、受液器４、第１膨張弁５、及び蒸発器６が順に接続された第１冷媒回路２１と、第１冷媒回路２１を流れる冷媒を冷却するための第２冷媒回路４１と、２つの流路を有しそれら２つの流路を流れる冷媒と冷媒の間で熱交換を行う熱交換器１１とを備え、熱交換器１１が第１冷媒回路２１の受液器４と第１膨張弁５の間にあって、第１冷媒回路２１を流れる冷媒を一方の流路に通し、第２冷媒回路４１を流れる冷媒を他方の流路に通すように配置されており、第１冷媒回路２１の冷媒の蒸発温度よりも第２冷媒回路４１の冷媒の蒸発温度が高くなるように制御されている冷凍装置。【選択図】図1

Description

この発明は、冷凍装置に係り、特にその効率向上に関する。

従来の空気調和装置において、冷房能力を増大させるために過冷却ユニットを付加することが知られている（例えば、特許文献１参照）。そこでは、主冷媒回路と補助冷媒回路を備えた空気調和装置において、主冷媒回路の圧縮機の容量が所定の容量値以上で、かつ、主冷媒回路の低圧が所定値以上になると、過冷却ユニットである補助冷媒回路を連転させ、主冷媒回路の容量が所定の容量値以下になると、補助冷媒回路の運転を停止させるようにしている。これにより、過冷却ユニットの低圧冷媒圧力が上昇することによる入力の増加を抑え、省エネ運転を図ろうとしている。

特許第３３７６８４４号公報（第１図、第４図など）

上記のような従来の空気調和装置では、主冷媒回路と補助冷媒回路に使用する冷媒は同一であり、主冷媒回路と補助冷媒回路が共に運転されている場合、それぞれの低圧圧力が近い値となるため、運転効率に大きな差は無い。一方、主冷媒回路と補助冷媒回路間での熱交換ロスがあるため、補助冷媒回路はできる限り運転させない方が省エネとなる。従って、空気調和装置などの冷凍サイクル装置において、従来は能力アップと省エネを図ることが両立しないという問題があった。

また、一般的に運転効率の良い冷媒は、温度に対する圧力が高くなるため、受液器等の圧力容器を装備する冷凍装置においては、その圧力容器を法規上強固なものにしなけらばならず、コスト高になるという問題もあった。

しかしながら、冷蔵倉庫のような低温システムを主冷媒回路とする場合、主冷媒回路の低圧圧力は低くできるため、その主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却に利用する補助冷媒回路の低圧圧力は、主冷媒回路の低圧圧力に近い値で運転する必要はなく、補助冷媒回路の低圧圧力を主冷媒回路のそれより高い圧力にて運転することができる。このことにより、補助冷媒回路の運転効率が良くなる。この発明の冷凍装置は、この点に注目して、冷却能力向上と省エネ運転の両方をともに可能にする冷凍装置を提案するものである。また併せて、コスト低減も図れる冷凍装置を提案するものである。

この発明の冷凍装置は、第１圧縮機、第１凝縮器、受液器、第１減圧装置、及び蒸発器が順に接続された第１冷媒回路と、第１冷媒回路を流れる冷媒を冷却するための第２冷媒回路と、２つの流路を有しそれら２つの流路を流れる冷媒と冷媒の間で熱交換を行う熱交換器とを備え、前記熱交換器が前記第１冷媒回路の前記受液器と前記第１減圧装置の間にあって、前記第１冷媒回路を流れる冷媒を一方の流路に通し、前記第２冷媒回路を流れる冷媒を他方の流路に通すように配置されており、前記第１冷媒回路の冷媒の蒸発温度よりも前記第２冷媒回路の冷媒の蒸発温度が高くなるように制御されているものである。

この発明の冷凍装置は、第２冷媒回路の冷媒の蒸発温度（低圧飽和温度）が第１冷媒回路のそれよりも高くなるようになっているので、第１冷媒回路と第２冷媒回路の両方が運転されている場合は、第１冷媒回路だけを運転している場合に比べ、冷凍効率の良い運転を行うことができ、省エネにも寄与する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路構成を示したものである。図１に示すように、第１冷媒回路２１は冷凍装置の主冷媒回路であり、第１圧縮機１、第１凝縮器２、受液器４、第１減圧装置としての第１膨張弁５、第１蒸発器６が順に接続されて構成されている。また、第１冷媒回路２１には、この第１冷媒回路の冷媒の蒸発温度を検出する検出手段としての第１低圧センサ７と、第１低圧センサ７の検出値を取り込んで、その値を基に第１圧縮機１の動作を制御する第１制御器８が備えられている。

一方、第２冷媒回路４１は第１冷媒回路２１を流れる冷媒を冷却するために設けられた補助冷媒回路であり、第２圧縮機３１、第２凝縮器３２、第２減圧装置としての第２膨張弁３４が順に接続されて構成されている。また、第２冷媒回路４１には、この第２冷媒回路４１の冷媒の蒸発温度を検出する検出手段としての第２低圧検出センサ３５と、第２低圧検出センサ３５の検出値を取り込んで、その値を基に第２圧縮機３１と第２膨張弁３４の動作を制御する第２制御器３６が備えられている。
なお、図１中の符号３は第１凝縮器２に熱交換用の空気を送る第１凝縮器用送風機を、符号３３は第２凝縮縮３２に熱交換用の空気を送る第２凝縮器用送風機をそれぞれ表している。

また、第１冷媒回路２１の受液器４と第１膨張弁５の間で、かつ第２冷媒回路の第２膨張弁３４と第２圧縮機３１との間に、第１冷媒回路２１を流れる冷媒を一方の流路（高圧冷媒流路）に通し、第２冷媒回路４１を流れる冷媒を他方の流路（低圧冷媒流路）に通して、それらの冷媒間で熱交換を行う熱交換器１１が備えられている。この熱交換器１１は、第１冷媒回路２１の受液器４から第１膨張弁５へ流れる液冷媒に対して、過冷却を付加する作用を果たす。

第１制御器８と第２制御器３６はどのようなものから構成しても良いが、たとえば、温度設定用スイッチ及びマイクロコンピュータなどを備えた制御回路から構成できる。なお、第１制御器８と第２制御器３６はこの例のように別々にすることなく、１つの制御器としてまとめた構成としても良い。また、蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段は、上記のように圧力センサを用いて構成するほかに、温度センサを利用しても構成できる。

さらに、各冷媒回路２１，４１に使用する冷媒は同じものを使用するよりも、それぞれの冷媒回路の作用を考慮して、それぞれに適した冷媒を選択使用するのが好ましい。なお、使用する冷媒については実施の形態２で詳しく説明する。

ここで、図１に示す冷凍装置の動作を説明する。第１冷媒回路２１内の第１制御器８には目標とする低圧飽和温度（蒸発温度）Ｔｌ（例えば−４５〜−５℃）が入力可能となっている。第１制御器８に目標とする低圧飽和温度を入力すると、第１低圧センサ７が検知する圧力がその飽和温度相当の低圧となるよう、第１制御器８が第１圧縮機１の運転を制御しながら、第１冷媒回路２１の冷媒を循環させて、冷却運転を行う。

同様に、第２冷媒回路４１も、第２制御器３６に目標とする低圧飽和温度（蒸発温度）Ｔ２が入力可能となっている。第２制御器３６に入力可能な低圧飽和温度Ｔ２は、第１制御器８に入力できる低圧飽和温度Ｔｌより高い温度（例えば０〜１２℃）しか入力できないように予め設定されており、第２低圧センサ３５が検知する圧力がその飽和温度相当の低圧となるよう、第２制御器３６が第２圧縮機３１の運転及び第２膨張弁３４の動作を制御しながら、第２冷媒回路４１の冷媒を循環させる。

これによって、第１冷媒回路２１と第２冷媒回路４１を共に運転している場合には、熱交換器１１において、第１冷媒回路２１の冷媒が第２冷媒回路４１の冷媒により冷却される。この時、第２冷媒回路４１の低圧飽和温度の方が所定の温度差、例えば５℃以上常に高くなっているので、第１冷媒回路２１だけを運転している場合に比べて、常に効率の良い運転を行うことができる。

実施の形態１によれば、第２冷媒回路４１を利用して、第１冷媒回路２１の冷媒に対して必要能力分だけ過冷却を付加することができ、最適な冷却能力のアップと省エネ運転とを両立させることが可能となる。
なお、第１制御器８と第２制御器３６とを電気的に接続しておき、第１制御器８に入力された低圧飽和温度Ｔｌを第２制御器３６に送って、第２制御器３６の低圧飽和温度Ｔ２が必ずＴｌよりも高くなるように、第２制御器３６を自動設定するようにしても良い。

実施の形態２．
実施の形態１は運転効率の改善を主目的にしたものであるが、実施の形態２では、さらに、コストの低減を図ることが可能な使用冷媒について説明する。実施の形態２においても図１の冷媒回路を使用するものとし、ここでも図１を参照しながら説明する。

実施の形態１では使用する冷媒を特に指定しなかったが、実施の形態２ではそれらを特定する。例えば、第１冷媒回路２１に冷媒をＲ404Ａを使用し、第２冷媒回路４１に冷媒をＲ410Ａを使用する。Ｒ404Ａ冷媒とＲ410Ａ冷媒を比較した場合、効率面ではＲ410Ａ冷媒が優れているが、Ｒ410Ａ冷媒はＲ404Ａ冷媒に比べて、同一温度での圧力が高く、第１冷媒回路２１にある受液器４のような高圧容器を備える冷媒回路では、圧力容器を強固なものにしなければならないため、コスト高となってしまう。しかし、第２冷媒回路４１は、単に第１冷媒回路２１と熱交換器１１によって熱交換するだけの機能であり、冷媒回路の内容積を小さく、かつ封入冷媒量を少なくすることができるため、冷媒を一時的に保管する受液器のような圧力容器が不要となる。従って、第２冷媒回路４１にＲ410Ａ冷媒を使用しても、強固な圧力容器を備える必要はなくその分コストの低減が図れる。また、第１冷媒回路２１に使用する冷媒Ｒ404Ａは、第２冷媒回路４１に使用する冷媒Ｒ410Ａに比べて、同一温度における圧力が低いものとなっているので、受液器４の耐圧をそれに応じて低くでき、その分コスト削減を図ることができる。

さらに、環境性の観点から、第２冷媒回路４１には自然系冷媒、例えばＣＯ₂、ＨＣ、ＮＨ₃等を用いても良い。自然系冷媒はオゾン層破壊係数や地球温暖化係数がほぼ０であり、環境に優しいという性質があるが、その反面燃焼性や有毒性があるため、通常は、漏れた場合の対策が必要となりコストが高くなってしまう。しかし、この発明の場合、第２冷媒回路４１は屋外に設置することができ、しかも、そこに封入する冷媒量が少なくて済むため、特別な対策が不要となり、環境に配慮した低コストの冷凍装置を得ることが可能となる。

以上のように、実施の形態２の冷凍装置によれば、第１冷媒回路２１と第２冷媒回路４１に使用する冷媒を相違させることにより、例えば、第１冷媒回路２１に使用する冷媒に対して、第２冷媒回路４１に使用する冷媒を効率が良い冷媒、または環境性が良い冷媒を使用すること、あるいは、第１冷媒回路２１に使用する冷媒を第２冷媒回路４１に使用する冷媒より同一温度における圧力が低いものとすることにより、冷凍装置のコスト低減を図ることができる。

この発明の実施の形態に係る冷凍装置の冷媒回路構成図である。

符号の説明

１第１圧縮機、２第１凝縮器、３第１凝縮器用送風機、４受液器、５第１膨張弁、６第１蒸発器、７第１低圧センサ、８第１制御器、１１熱交換器、２１第１冷媒回路、３１第２圧縮機、３２第２凝縮器、３３第２凝縮器用送風機、３４第２膨張弁、３５第２低圧センサ、３６第２制御器、４１第２冷媒回路。

Claims

第１圧縮機、第１凝縮器、受液器、第１減圧装置、及び蒸発器が順に接続された第１冷媒回路と、
第１冷媒回路を流れる冷媒を冷却するための第２冷媒回路と、
２つの流路を有しそれら２つの流路を流れる冷媒と冷媒の間で熱交換を行う熱交換器とを備え、
前記熱交換器が前記第１冷媒回路の前記受液器と前記第１減圧装置の間にあって、前記第１冷媒回路を流れる冷媒を一方の流路に通し、前記第２冷媒回路を流れる冷媒を他方の流路に通すように配置されており、
前記第１冷媒回路の冷媒の蒸発温度よりも前記第２冷媒回路の冷媒の蒸発温度が高くなるように制御されていることを特徴とする冷凍装置。
前記第２冷媒回路は、第２圧縮機、第２凝縮器、第２減圧装置が順に接続されており、前記第２冷媒回路の前記第２減圧装置と前記第２圧縮機との間に前記熱交換器が配置されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
前記第１冷媒回路と前記第２冷媒回路のそれぞれの冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、
前記蒸発温度検出手段の検出値を取り込んで、前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の動作を制御する制御器とを備えていることを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
前記第１冷媒回路と前記第２冷媒回路に使用する冷媒を相違させていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍装置。
前記第１冷媒回路に使用する冷媒は、前記第２冷媒回路に使用する冷媒よりも、同一温度において圧力が低いことを特徴とする請求項４記載の冷凍装置。
前記第２冷媒回路に使用する冷媒は、前記第１冷媒回路に使用する冷媒よりも、地球温暖化係数が低いことを特徴とする請求項４記載の冷凍装置。
前記第１冷媒回路に使用する冷媒がR404Aであり、前記第２冷媒回路に使用する冷媒がR410Aであることを特徴とする請求項４記載の冷凍装置。