JP2008057974A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液冷媒がカスケードコンデンサに戻ることがなく、また、液封鎖による冷却不良を起こすことがない冷却装置を提供する。
【解決手段】アンモニア冷凍回路１と、二酸化炭素冷凍回路２と、アンモニア冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換を行うカスケードコンデンサ３とを備え、カスケードコンデンサ３に対して二酸化炭素冷凍回路２の蒸発器２２を複数並列に接続するとともに、各蒸発器２２の冷媒出口側は各蒸発器２２毎に配管された連結管２５と各連結管２５に接続する合流管２６でカスケードコンデンサ３の冷媒入口３ａに接続し、カスケードコンデンサ３で冷却液化された二酸化炭素冷媒が各蒸発器２２で気化されカスケードコンデンサ３に環流する冷却装置において、各連結管２５には気液分離器２３を設けた構造となっている。これにより、ガス化された二酸化炭素冷媒のみがカスケードコンデンサ３に戻される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンモニア冷凍回路と二酸化炭素冷凍回路とを組み合わせた冷却装置に関するものである。

現在、室内空調、冷凍・冷蔵庫、冷凍・冷蔵ショーケース等の冷却装置として、フロン式冷却装置が一般的に使用されているが、フロン冷媒が地球を取り巻くオゾン層を破壊することが大きな課題となっている。このため、近年、冷却冷媒として自然作動流体であるアンモニアと二酸化炭素が着目されており、これを冷媒として使用する冷却装置が種々提案されている。

その一例を図２を参照して説明するに、一次側冷凍回路（熱源回路）としてアンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍回路１を設置し、二次側冷凍回路（熱負荷冷却回路）として二酸化炭素冷媒が循環する二酸化炭素冷凍回路２を設置している。このアンモニア冷凍回路１では、矢印に示すように、圧縮機１１→凝縮器１２→アンモニア受液器１３→膨張弁１４→カスケードコンデンサ３→圧縮機１１とアンモニア冷媒が循環しており、カスケードコンデンサ３ではアンモニア冷媒の蒸発により二酸化酸素冷凍回路２の二酸化炭素冷媒を冷却し液化している。

一方、二酸化炭素冷凍回路２では、矢印に示すように、カスケードコンデンサ３→各開閉弁２１→各蒸発器２２→カスケードコンデンサ３と二酸化炭素冷媒が順次循環している。このカスケードコンデンサ３で冷却された液冷媒が低位の各蒸発器２２に液ヘッド差により流下し、各蒸発器２２で周りの熱をうばって気化し、このガス冷媒が上昇してカスケードコンデンサ３に戻り、再び液化され流下する。

このように、二酸化炭素冷媒の液化及び気化を繰り返すことにより、二酸化炭素冷媒が二酸化炭素冷凍回路２内で自然循環しており、ここで、各蒸発器２２がそれぞれショーケースの冷却器として設置されているときは、各ショーケースの庫内商品が冷却される。
国際公開第２０００／０５０８２２号公報

ところで、二酸化炭素冷凍回路２において、液冷媒が各蒸発器２２で全て気化されるときは、カスケードコンデンサ３での熱交換が効率よく行われ、熱エネルギーのロスのない冷却運転が行われる。

しかしながら、各蒸発器２２の周りの熱負荷の変動等の原因により、液冷媒の一部が気化することなくカスケードコンデンサ３に戻るときは熱効率が低下するし、また、蒸発器２２が複数設置されているときは、一部の蒸発器２２で発生した液冷媒が他の蒸発器２２側の配管を塞ぎ、他の蒸発器２２で冷却不良を起こすという問題点を有していた。

本発明の目的は前記従来の問題点に鑑み、液冷媒がカスケードコンデンサに戻ることがなく、また、液封鎖による冷却不良を起こすことがない冷却装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、アンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍回路と、二酸化炭素冷媒が循環し蒸発器を有する二酸化炭素冷凍回路と、アンモニア冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換を行うカスケードコンデンサとを備え、カスケードコンデンサに対して二酸化炭素冷凍回路の蒸発器を複数並列に接続するとともに、各蒸発器の冷媒出口側は各蒸発器毎に配管された連結管と各連結管が接続する合流管でカスケードコンデンサの冷媒入口に接続し、カスケードコンデンサで冷却液化された二酸化炭素冷媒が蒸発器で気化されカスケードコンデンサに環流する冷却装置において、各連結管には気液分離器を設けた構造となっている。

本発明によれば、蒸発器の冷媒出口から流出した二酸化炭素冷媒は、気液分離器を通りカスケードコンデンサに戻される。この気液分離器では二酸化炭素冷媒がガスと液に分離され、ガス化された二酸化炭素冷媒のみがカスケードコンデンサに戻される。

本発明によれば、気液分離器で二酸化炭素冷媒がガスと液に分離され、ガス化された二酸化炭素冷媒のみがカスケードコンデンサに戻されるため、カスケードコンデンサでの熱交換効率が低下することがないし、また、一部の蒸発器から流出した液冷媒が配管を通じて他の蒸発器側へ流れて液封鎖することもない。

図１は本発明の実施形態に係る冷却装置の冷媒回路図を示すものである。なお、従来例で掲げた図２に示す構成部分と同一構成部分は同一符号をもって説明する。

この冷却装置は、図１に示すように、従来技術と同様に、アンモニア冷凍回路１、二酸化炭素冷凍回路２及びカスケードコンデンサ３を有している。また、アンモニア冷凍回路１は圧縮機１１、凝縮器１２、アンモニア受液器１３、膨張弁１４をそれぞれ有し、従来技術と同様に、アンモニア冷媒が矢印に示すように循環しており、カスケードコンデンサ３でアンモニア冷媒と二酸化炭素冷媒が互いに熱交換するようになっている。

一方、二酸化炭素冷凍回路２は、上位にカスケードコンデンサ３を有し、その下位に複数の蒸発器２２が並列的に設置されており、各蒸発器２２が例えばコンビニエンスストアなどに配置された各冷却ショーケースの冷却器として用いられている。また、各蒸発器２２の冷媒入口２２ａとカスケードコンデンサ３の冷媒出口３ｂとの間にはそれぞれ開閉弁２１が設置されており、各冷却ショーケースの庫内温度に基づき開閉弁２１が開閉制御されている。このように構成された二酸化炭素冷凍回路２において、カスケードコンデンサ３で冷却液化された二酸化炭素冷媒が各蒸発器２２に流下し、更に各蒸発器２２で気化されてカスケードコンデンサ３に戻る構成となっている。

以上のような構成は前記従来技術と同様であり、本実施形態に係る冷却装置の特徴点は、二酸化炭素冷凍回路２において、各蒸発器２２の冷媒出口２２ｂとカスケードコンデンサ３の冷媒入口３ａとの間の配管に気液分離器２３を設置した点にある。各蒸発器２２とカスケードコンデンサ３との接続構造、及び、気液分離器２３の設置箇所を更に具体的に説明するならば、その接続構造は各蒸発器２２の冷媒出口２２ｂ側は各蒸発器２２毎に配管された連結管２５と各連結管２５が接続する合流管２６でカスケードコンデンサ３の冷媒入口３ａに接続した構造であり、また、各気液分離器２３の設置箇所は各連結管２５となっている。

即ち、各気液分離器２３は各蒸発器２２から流出した冷媒をガス冷媒と液冷媒を分離するもので、ガス冷媒はそのままカスケードコンデンサ３に向かって上昇する一方、液冷媒は気液分離器２３内に貯留される構造となっている。また、気液分離器２３の液戻し管２３ａはそれぞれ開閉弁２１と蒸発器２２の冷媒入口２２ａとの間に接続され、また、液戻し管２３ａには逆止弁２４を設置して開閉弁２１を通った液冷媒が液戻し管２３ａに流れ込まないようにしている。

このように構成することにより、二酸化炭素冷凍回路２の冷媒は、矢印に示すように、カスケードコンデンサ３→開閉弁２１→蒸発器２２→気液分離器２３→カスケードコンデンサ３と順次循環する。ここで、蒸発器２２から流出した冷媒のうち気化されることなく一部液冷媒となっているときは、この液冷媒が気液分離器２３で貯留され、ガス冷媒のみがカスケードコンデンサ３に循環する。

従って、カスケードコンデンサ３での熱交換効率が低下することがないし、また、一部の蒸発器２２から流出した液冷媒が配管を通じて他の蒸発器２２（開閉弁２１が閉じ冷却運転が停止している蒸発器）側へ流れて液封鎖することがなく、従来技術の不具合も解消される。

また、蒸発器２２での冷却運転の停止、即ち冷却ショーケースの庫内温度が設定温度より低くなり冷却不要となったときは、開閉弁２１が閉じる。これにより、液戻し管２３ａに対して循環冷媒の圧力がかからなくなるため、気液分離器２３内の液冷媒が蒸発器２２側に流れ、気液分離器２３は次回の冷却運転に備えることとなる。

本発明に係る冷却装置の冷媒回路図 従来の冷却装置の冷媒回路図

符号の説明

１…アンモニア冷凍回路、２…二酸化炭素冷凍回路、３…カスケードコンデンサ、３ａ…カスケードコンデンサの冷媒入口、３ｂ…カスケードコンデンサの冷媒出口、２１…開閉弁、２２…蒸発器、２２ａ…蒸発器の冷媒入口、２２ｂ…蒸発器の冷媒出口、２３…気液分離器、２３ａ…液戻し管。

Claims (1)

1. アンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍回路と、二酸化炭素冷媒が循環し蒸発器を有する二酸化炭素冷凍回路と、アンモニア冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換を行うカスケードコンデンサとを備え、該カスケードコンデンサに対して該二酸化炭素冷凍回路の蒸発器を複数並列に接続するとともに、該各蒸発器の冷媒出口側は該各蒸発器毎に配管された連結管と該各連結管が接続する合流管で該カスケードコンデンサの冷媒入口に接続し、該カスケードコンデンサで冷却液化された二酸化炭素冷媒が各蒸発器で気化され該カスケードコンデンサに環流する冷却装置において、
   前記各連結管には気液分離器を設けた
   ことを特徴とする冷却装置。

Images