JP2010007985A - Cooling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、冷媒が自然循環する冷媒回路を備えた冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device including a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates naturally.
一次冷媒を機械的に強制循環させる一次回路と、二次冷媒が自然循環する二次回路とを備え、一次冷媒と二次冷媒との間で熱交換するよう構成した冷却装置がある(例えば特許文献1参照)。図8に示すように、冷却装置90の一次回路92は、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機CMと、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器CDと、液相一次冷媒の圧力を低下させる膨張弁EVと、熱交換器94に設けられて液相一次冷媒を気化する一次熱交換部96とを配管98で接続して構成される。また二次回路100は、熱交換器94に設けられて気相二次冷媒を液化する二次熱交換部102と、液相二次冷媒を気化する蒸発器EPとを別の配管104,106で接続して構成される。冷却装置90は、熱交換器94において一次冷媒と二次冷媒とが熱交換することで、最終的に蒸発器EPが冷却されるようになっている。そして、冷却装置90を備えた冷凍機器では、一次回路92の構成部材CM,CD,EVおよび熱交換器94を、外気に晒された開放空間に配設すると共に、台板110を介して開放空間の下方に画成した閉鎖空間に二次回路100を構成する蒸発器EPを配設して、閉鎖空間内を冷却するよう構成される。なお、符号108は、二次回路100の内圧上昇を緩衝するために設けられる膨張タンクである。
There is a cooling device that includes a primary circuit that mechanically circulates the primary refrigerant and a secondary circuit that naturally circulates the secondary refrigerant, and is configured to exchange heat between the primary refrigerant and the secondary refrigerant (for example, patents). Reference 1). As shown in FIG. 8, the
前記冷却装置90では、一次回路92において機械的に強制循環された一次冷媒により冷却される熱交換器94で気相二次冷媒を液化することにより、二次回路100において二次冷媒が自然循環するよう構成されている。そして、熱交換器94では、液相二次冷媒が二次熱交換部102の内面全体に亘って環状に流通すると共に、二次熱交換部102の中央に気相二次冷媒が流通する環状流が生じた状態において伝熱面積を最も広く確保でき、一次熱交換部96を流通する一次冷媒との高い熱伝達特性を示すことが判っている。
ところで、前記二次回路100において、二次熱交換部102に流入する気相二次冷媒の乾き度および過熱度が高い状態にあると、該二次熱交換部102で二次冷媒が環状流を形成し難く、二次冷媒の伝熱面積が小さくなり、一次冷媒との熱交換効率が低くなってしまう。また冷却装置90は、周囲温度の変化、蒸発器EPのデフロスト、閉鎖空間を塞ぐ扉の開閉、インバータ方式の圧縮機CMの回転速度制御等により必要とされる冷却能力が刻々と変化し、このような運転状態の変化によって二次熱交換部102において有効に利用されない伝熱面積も変化する。すなわち、蒸発器EPの冷却負荷が低く、二次熱交換部102に流入する二次冷媒の過熱度が小さければ、除去する顕熱が小さいため、二次熱交換部102で比較的早い段階に液相二次冷媒が出現し、環状流を速やかに形成するので伝熱面積の損失が少ない。一方、蒸発器EPの冷却負荷が大きく、二次熱交換部102に流入する二次冷媒の過熱度が大きければ、除去する顕熱が大きいために二次熱交換部102で液相二次冷媒が出現し難く、環状流を形成するまでに多くの伝熱面積を要して伝熱面積の損失が大きくなる。
By the way, in the
前記冷却装置90は、冷却負荷が小さい場合に適する設計を行なうと、冷却負荷が増大した場合に熱交換器94における熱交換性能が不足して、冷媒循環効率の低下により冷却不良を起こすおそれがある。しかしながら、冷却装置90は、冷却負荷が大きい場合に適する設計を行なうと、熱交換器94の肥大化による重量、体積、コストの増大を招き、熱交換器94の内容積も増大することから、一次冷媒および二次冷媒の何れも使用量が増加し、一次回路および二次回路の経路が長くなることから、圧力損失が大きくなり、冷媒循環効率が低下する弊害もある。このように、熱交換器94は、変動する冷却負荷に対して最適な設計を行なうことが難しく、冷却負荷の大きい場合と小さい場合の中間の特性に合わせる妥協的な構成とされていた。すなわち、熱交換器94の内容積や形状を変更するだけでは、熱交換器94における一次冷媒と二次冷媒との熱交換効率を向上するのは難しい。
If the
すなわち本発明は、従来の技術に係る冷却装置に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、冷却負荷が変動しても熱交換部において冷媒の熱交換を安定して行ない得る冷却装置を提供することを目的とする。 That is, the present invention has been proposed in view of the above-described problems inherent in the cooling device according to the prior art, and has been proposed to suitably solve these problems. An object of the present invention is to provide a cooling device capable of stably performing the above.
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項1に係る発明の冷却装置は、
気相冷媒を凝縮して液相冷媒とする熱交換部と、液相冷媒を気化させて気相冷媒とする蒸発器とを、液配管およびガス配管で接続し、液配管を介して液相冷媒を熱交換部から蒸発器へ流通させると共に、ガス配管を介して気相冷媒を蒸発器から熱交換部へ流通させる冷媒回路が構成された冷却装置において、
前記蒸発器と前記熱交換部とを接続する前記ガス配管に、内部を流通する気相冷媒を該熱交換部に流入させる前に冷却する予備熱交換部を設けたことを特徴とする。
請求項1に係る発明によれば、熱交換部で気相冷媒を液化するのに先立って、予備熱交換部で気相冷媒を冷却して過熱度および乾き度を低下させているので、熱交換部で冷媒の環状流を速やかに形成させて伝熱面積の損失を抑制することができる。すなわち、冷却負荷が変動しても、熱交換部で効率よく熱交換を行なうことができる。
In order to overcome the above-mentioned problems and achieve the intended object, the cooling device of the invention according to claim 1 of the present application includes:
A heat exchange unit that condenses the gas-phase refrigerant to form a liquid-phase refrigerant and an evaporator that vaporizes the liquid-phase refrigerant to form a gas-phase refrigerant are connected by a liquid pipe and a gas pipe. In the cooling device in which the refrigerant circuit configured to distribute the refrigerant from the heat exchanger to the evaporator and to distribute the gas-phase refrigerant from the evaporator to the heat exchanger via the gas pipe is provided.
The gas pipe connecting the evaporator and the heat exchanging part is provided with a preliminary heat exchanging part that cools the gas phase refrigerant flowing through the gas pipe before flowing into the heat exchanging part.
According to the first aspect of the invention, prior to liquefying the gas phase refrigerant in the heat exchange unit, the gas phase refrigerant is cooled in the preliminary heat exchange unit to reduce the degree of superheat and dryness. It is possible to quickly form an annular flow of the refrigerant in the exchange part and suppress the loss of the heat transfer area. That is, even if the cooling load fluctuates, heat exchange can be performed efficiently at the heat exchange section.
請求項2に係る発明では、一次冷媒を圧縮機により機械的に強制循環する一次回路と、
二次冷媒を自然循環する二次回路としての前記冷媒回路と、
前記一次回路の一次熱交換部および前記冷媒回路の熱交換部が設けられ、該一次熱交換部を流通する一次冷媒および熱交換部を流通する二次冷媒の間で熱交換する熱交換器とを備え、
前記予備熱交換部は、前記熱交換器の外面に接触するよう配設されることを要旨とする。
請求項2に係る発明によれば、熱交換器を予備熱交換部の冷却手段として用いることで、放熱損失として失われる可能性のある冷却能力を有効利用することができる。
In the invention according to claim 2, a primary circuit that mechanically forcibly circulates the primary refrigerant by the compressor;
The refrigerant circuit as a secondary circuit for naturally circulating the secondary refrigerant;
A heat exchanger that is provided with a primary heat exchange part of the primary circuit and a heat exchange part of the refrigerant circuit, and exchanges heat between the primary refrigerant that circulates through the primary heat exchange part and the secondary refrigerant that circulates through the heat exchange part; With
The preliminary heat exchanging section is arranged to be in contact with the outer surface of the heat exchanger.
According to the invention which concerns on Claim 2, the cooling capability which may be lost as a heat dissipation loss can be effectively utilized by using a heat exchanger as a cooling means of a preliminary heat exchange part.
請求項3に係る発明では、前記熱交換器は、下端が前記液配管に接続すると共に上端が前記ガス配管に接続する前記熱交換部の外側を、一次冷媒の流通空間をあけて前記一次熱交換部で被覆して構成され、該一次熱交換部が熱交換器の外郭となることを要旨とする。
請求項3に係る発明によれば、一次熱交換部を予備熱交換部の冷却手段として用いることで、放熱損失として失われる可能性のある冷却能力を有効利用することができる。
According to a third aspect of the present invention, the heat exchanger has the primary heat connected to the outside of the heat exchanging portion having a lower end connected to the liquid pipe and an upper end connected to the gas pipe with a primary refrigerant circulation space. The gist is that the heat exchanger is covered with an exchange part, and the primary heat exchange part is an outer shell of the heat exchanger.
According to the invention which concerns on Claim 3, the cooling capability which may be lost as a heat dissipation loss can be effectively utilized by using a primary heat exchange part as a cooling means of a preliminary | backup heat exchange part.
請求項4に係る発明では、一次冷媒を圧縮機により機械的に強制循環する一次回路と、
二次冷媒を自然循環する二次回路としての前記冷媒回路と、
前記一次回路の一次熱交換部および前記冷媒回路の熱交換部が設けられ、該一次熱交換部を流通する一次冷媒および熱交換部を流通する二次冷媒の間で熱交換する熱交換器とを備え、
前記予備熱交換部は、前記一次回路における減圧手段から前記一次熱交換部を介して圧縮機に至るまでの該一次回路の低圧側配管と熱交換するよう構成されることを要旨とする。
請求項4に係る発明によれば、比較的温度の低い一次回路の低圧側配管を予備熱交換部の冷却手段として用いることで、放熱損失として失われる可能性のある冷却能力を有効利用することができる。
In the invention according to claim 4, a primary circuit mechanically forcibly circulating the primary refrigerant by the compressor,
The refrigerant circuit as a secondary circuit for naturally circulating the secondary refrigerant;
A heat exchanger that is provided with a primary heat exchange part of the primary circuit and a heat exchange part of the refrigerant circuit, and exchanges heat between the primary refrigerant that circulates through the primary heat exchange part and the secondary refrigerant that circulates through the heat exchange part; With
The summary is that the preliminary heat exchange section is configured to exchange heat with a low-pressure side pipe of the primary circuit from the decompression means in the primary circuit to the compressor through the primary heat exchange section.
According to the invention of claim 4, by using the low-pressure side pipe of the primary circuit having a relatively low temperature as the cooling means of the preliminary heat exchange section, the cooling capacity that may be lost as a heat dissipation loss is effectively used. Can do.
請求項5に係る発明では、前記予備熱交換部は、該予備熱交換部の流入端と流出端とを結ぶ最短経路より二次冷媒の流通経路が長く延在するよう構成されることを要旨とする。
請求項5に係る発明によれば、予備熱交換部の内容積分だけ冷媒回路の内容積を増やすことができ、この内容積で冷媒回路の圧力上昇を緩衝することができる。
The invention according to claim 5 is characterized in that the preliminary heat exchanging section is configured such that the circulation path of the secondary refrigerant extends longer than the shortest path connecting the inflow end and the outflow end of the preliminary heat exchange section. And
According to the invention which concerns on Claim 5, the internal volume of a refrigerant circuit can be increased only by the content integral of a preliminary | backup heat exchange part, and the pressure rise of a refrigerant circuit can be buffered with this internal volume.
請求項6に係る発明では、前記予備熱交換部は、前記熱交換部が設置される機械室に設けられることを要旨とする。
請求項6に係る発明によれば、予備熱交換部を熱交換部が設置される機械室に配置することで、熱交換部およびガス配管との接続作業が容易になると共に、メンテナンス性を向上し得る。
The gist of the invention according to claim 6 is that the preliminary heat exchange section is provided in a machine room in which the heat exchange section is installed.
According to the invention of claim 6, by arranging the preliminary heat exchange part in the machine room in which the heat exchange part is installed, it is easy to connect the heat exchange part and the gas pipe, and the maintainability is improved. Can do.
請求項7に係る発明では、前記予備熱交換部は、前記液配管と熱交換するよう構成されることを要旨とする。
請求項7に係る発明によれば、液配管を予備熱交換部の冷却手段として用いることで、放熱損失として失われる可能性のある冷却能力を有効利用することができる。
The gist of the invention according to claim 7 is that the preliminary heat exchange section is configured to exchange heat with the liquid pipe.
According to the invention which concerns on Claim 7, the cooling capacity which may be lost as a heat dissipation loss can be effectively utilized by using liquid piping as a cooling means of a preliminary heat exchange part.
本発明に係る冷却装置によれば、冷却負荷が変動しても熱交換部における二次冷媒の熱交換を安定して行ない得る。 The cooling device according to the present invention can stably perform heat exchange of the secondary refrigerant in the heat exchange section even when the cooling load varies.
次に、本発明に係る冷却装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお、実施例では、店舗等の業務用途に用いられ、野菜や肉等の物品を多量に収納し得る大型の冷蔵庫に設けられる冷却装置を例に挙げて説明する。また、従来技術において説明した部材・構成と同一の部材・構成に関しては、同一の符号を付してある。 Next, the cooling device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings by way of preferred embodiments. In addition, an Example demonstrates and demonstrates the cooling device provided in the large sized refrigerator which can be used for business uses, such as a store, and can accommodate articles, such as vegetables and meat, in large quantities. The same members and structures as those described in the prior art are denoted by the same reference numerals.
図1に示すように、実施例に係る冷蔵庫10は、収納室(閉鎖空間)14を内部画成した断熱構造の箱体12と、この箱体12の上方に設けられ、金属パネル18により外壁を構成したキャビネット16とを備えている。箱体12には、前側に開放して物品の出し入れ口となる開口部12aが収納室14に連通して開設される。また箱体12の前部には、断熱扉22が図示しないヒンジにより回動可能に配設され、断熱扉22を開放することで開口部12aを介して収納室14に対する物品の出し入れが許容されると共に、断熱扉22を閉成することで収納室14を密閉し得るようになっている。
As shown in FIG. 1, a
前記キャビネット16の内部には、収納室14を冷却するための冷却装置32の一部および該冷却装置32を制御する制御用電装箱Cが配設される機械室(開放空間)20が画成される(図2参照)。機械室20の底部には、箱体12の天板12bに載置されて、該機械室20に配設する機器の共通基板となる台板24が設置されている。そして、キャビネット16の外壁をなす金属パネル18には、機械室20に連通する空気流通孔(図示せず)が適宜部位に開設され、この空気流通孔を介して機械室20内の雰囲気と外気とが入替わるようになっている。なお、キャビネット16は、冷蔵庫10の天井となる金属パネル18が設けられず、機械室20の上方が開放されている。
Inside the
前記収納室14の上部には、箱体12における天板12bの下面から所定間隔離間して冷却ダクト26が配設され、この冷却ダクト26と、箱体12の天板12bに開設した切欠口12cを介して収納室14側に臨む台板24との間に冷却室28が画成される。この冷却室28は、冷却ダクト26の底部前側に形成した吸込口26aおよび後側に形成した冷気吹出口26bを介して収納室14に連通して、閉鎖空間としての収納室14の一部を構成している。吸込口26aには送風ファン30が配設され、該送風ファン30を駆動することで、吸込口26aから収納室14の空気を冷却室28に取込み、冷気吹出口26bから冷却室28の冷気が収納室14に送出される。天板12bの切欠口12cは、台板24で気密的に塞がれて、収納室14(冷却室28)と機械室20とは、台板24で区切られて互いに独立した空間となっている(図1参照)。
In the upper part of the
図4に示す如く、冷却装置32は、冷媒を強制循環する機械圧縮式の一次回路34と、冷媒が自然対流するサーモサイフォンからなる二次回路(冷媒回路)44との2系統の回路を、熱交換器HEを介して熱交換するように接続(カスケード接続)した二次ループ冷凍回路が採用される。熱交換器HEは、一次回路34を構成する一次熱交換部36と、この一次熱交換部36と別系統に形成されて、二次回路44を構成する二次熱交換部(熱交換部)46とを備え、熱交換器HEは圧縮機CMの直上に位置させて配設されている(図2参照)。すなわち、一次回路34および二次回路44には、独立した冷媒循環経路が夫々形成され、二次回路44を循環する二次冷媒としては、毒性、可燃性および腐食性を有していない安全性の高い二酸化炭素が採用される。これに対し、一次回路34を循環する一次冷媒としては、蒸発熱や飽和圧等の冷媒としての特性に優れているブタンやプロパン等のHC系の冷媒またはアンモニアなどが採用され、実施例ではイソブタンまたはプロパンが用いられている。
As shown in FIG. 4, the
前記一次回路34は、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機CMと、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器CDと、液相一次冷媒の圧力を低下させる減圧手段としての膨張弁EVと、液相一次冷媒を気化する熱交換器HEの一次熱交換部36とを冷媒配管38で接続して構成される(図4参照)。ここで、圧縮機CMは、冷却装置32の冷却運転時に連続駆動され、冷却装置32の停止時に停止される。圧縮機CMおよび凝縮器CDは、機械室20において台板24上に共通的に配設され、凝縮器CDを強制冷却する凝縮器ファンFMも、該凝縮器CDに対向して台板24上に配設されている。ここで、凝縮器CDは、キャビネット16の前面をなす金属パネル(フロントパネル)18に近接して機械室20の前側に配置され、該凝縮器CDの後側に凝縮器ファンFMが配置される。また圧縮機CMは、凝縮器ファンFMの後側に配置される(図2参照)。このように機械室20では、凝縮器CD,凝縮器ファンFMおよび圧縮機CMが、機械室20において凝縮器ファン(送風手段)FMにより送出される空気の流通方向に沿って一直線上に並んで配設される。すなわち、凝縮器ファンFMの駆動によりフロントパネル18とキャビネット16との間に設けた空気流通孔(図示せず)から外気が機械室20に取込まれ、この外気が機械室20の前側から後側に流通して凝縮器CDおよび圧縮機CMと熱交換するようになっている。
The primary circuit 34 includes a compressor CM for compressing the gas phase primary refrigerant, a condenser CD for liquefying the compressed primary refrigerant, an expansion valve EV as a pressure reducing means for reducing the pressure of the liquid primary refrigerant, and a liquid phase. The heat exchanger HE that vaporizes the primary refrigerant is connected to the primary
前記一次回路34では、圧縮機CMによる一次冷媒の圧縮により、圧縮機CM、凝縮器CD、膨張弁EV、熱交換器HEの一次熱交換部36および圧縮機CMの順に、一次冷媒が強制循環され、各機器の作用下に一次熱交換部36において所要の冷却を行なうようになっている(図4参照)。なお、前述した制御用電装箱Cは、機械室20において凝縮器ファンFMによる空気の流れを阻害しない位置(実施例では機械室20の側部)で台板24上に配設されている。
In the primary circuit 34, the primary refrigerant is forcibly circulated in the order of the compressor CM, the condenser CD, the expansion valve EV, the primary
前記二次回路44は、気相二次冷媒(気化冷媒)を液化する熱交換器HEの二次熱交換部46と、液相二次冷媒(液化冷媒)を気化する蒸発器EPとを備え、二次熱交換部46と蒸発器EPとが1対1の関係で対応している(図4参照)。また二次回路44は、二次熱交換部46と蒸発器EPとを接続する液配管48およびガス配管50を備え、液配管48を介して二次熱交換部46から蒸発器EPへ重力の作用下に液相二次冷媒を供給し、ガス配管50を介して蒸発器EPから二次熱交換部46へ気相二次冷媒を還流させるようになっている。更に二次回路44は、ガス配管50に後述する予備熱交換部54が設けられている。前述した如く、二次熱交換部46は、機械室20に配設される一方、蒸発器EPは、当該機械室20の下方に位置する冷却室28に配設され、台板24を挟んで二次熱交換部46より下方に蒸発器EPが配置される。
The secondary circuit 44 includes a secondary
前記二次熱交換部46には、凝縮経路47が、並列して複数(実施例2では3本)設けられている。また蒸発器EPには、蒸発管(蒸発経路)52が、並列して複数(実施例では3本)設けられている。図4では、凝縮経路47をガス配管50に接続する流入端から液配管48に接続する流出端まで直線的な経路で表わすと共に、蒸発管52を液配管48に接続する流入端からガス配管50に接続する流出端まで直線的な経路で表わしているが、凝縮経路47および蒸発管52を蛇行させても、直線状に形成してもよい。ここで、二次回路44では、複数の凝縮経路47、複数の蒸発管52、複数の液配管48および複数のガス配管50が同数に設定されている。液配管48は、上端(始端)を二次熱交換部46における凝縮経路47の流出端に接続して台板24を貫通して配管され、冷却室28側に位置する下端(終端)が蒸発器EPにおける蒸発管52の流入端に接続される。そして、ガス配管50は、冷却室28側に位置する下端(始端)が蒸発器EPにおける蒸発管52の流出端に接続して台板24を貫通して配管され、機械室20側に位置する上端(終端)が、予備熱交換部54を介して二次熱交換部46における凝縮経路47の流入端に接続される。なお、液配管48およびガス配管50における台板24の貫通部位は、シール等により気密的に封止されている。
The secondary
前記二次回路44では、凝縮経路47の流出端に接続する液配管48を、当該凝縮経路47の流入端に連結したガス配管50が接続している蒸発管52と別の蒸発管52に接続するよう構成される。また二次回路44では、蒸発管52の流出端に接続するガス配管50を、当該蒸発管52の流入端に連結した液配管48が接続している凝縮経路47と別の凝縮経路47に接続している。このように、二次回路44には、複数の凝縮経路47、複数の蒸発管52、複数の液配管48および複数のガス配管50によって擬似的に並列する複数(実施例では3つ)のパスが形成されるが、これらのパスはシリアル接続されて全体として1つの回路が構成されている。そして、二次回路44には、強制冷却される一次熱交換部36との熱交換により冷却される二次熱交換部46と蒸発器EPとの間に温度勾配が形成され、二次冷媒が二次熱交換部46、液配管48、蒸発器EPおよびガス配管50を自然対流して二次熱交換部46に再び戻る冷媒の循環サイクルが形成される。ここで、予備熱交換部54は、二次熱交換部46における複数の凝縮経路47に対応して、各凝縮経路47に接続するガス配管50に夫々設けられている。なお、符号74は、二次回路44に冷媒を充填するために設けられた冷媒チャージポートであって、実施例の二次回路44は、単一の回路で構成されるから、冷媒チャージポート74および安全弁(図示せず)等の付帯設備が1組で足りる。
In the secondary circuit 44, the
前記蒸発器EPは、管路を蛇行させた蒸発管52と、この蒸発管52に設けられたフィン53とから構成されている。蒸発管52は、液配管48の下端に接続する流入端が、蒸発器EPの下部に配置されると共に、ガス配管50の下端に接続する蒸発管52の流出端が、蒸発器EPの上部に配置され、蒸発管52の流入端が流出端より下方に位置するように構成される(図4参照)。また蒸発管52の管路は、流入端と流出端との上下位置の間で延在して、蒸発管52に流入した液相二次冷媒を、該液相二次冷媒の蒸発による作用下に管路に沿って流出端52b側まで拡散させるように導くようになっている。
The evaporator EP is composed of an
実施例の熱交換器HEについて具体的に説明する。図3または図5に示すように、熱交換器HEは、熱伝導性に優れた金属材料からなる管状の二次熱交換部46を内管とし、この二次熱交換部46の外側を一次冷媒の流通空間をあけて被覆する一次熱交換部36を外管とする二重管式熱交換器であって、並列する3本の凝縮経路47をまとめて一次熱交換部36で覆うよう構成される。なお、一次熱交換部36は、金属材料で構成される。また熱交換器HEは、並列するよう配置された二次熱交換部46の凝縮経路47が、上下方向を軸とする螺旋状に延在するよう配設され、これら凝縮経路47の外側を覆って一次熱交換部36が二次熱交換部46と同様に螺旋状に延在するよう構成される。すなわち、熱交換器HEは、平面に環を描くように構成された螺旋状の管状体であって(図2参照)、二次熱交換部46における各凝縮経路47の上端に予備熱交換部54を介してガス配管50が接続され、各凝縮経路47の下端に液配管48が接続されて、各凝縮経路47を二次冷媒が螺旋形状に沿って渦巻きながら上方から下方に流通するようになっている。これに対して、一次熱交換部36は、下端に膨張弁EVに接続する流入側の冷媒配管38が接続され、上端に圧縮機CMに接続する流出側の冷媒配管38が接続されて、該一次熱交換部36の流通空間を一次冷媒が螺旋形状に沿って渦巻きながら下方から上方に流通するようになっている。すなわち、熱交換器HEは、二次熱交換部46の各凝縮経路47を流通する二次冷媒の流通方向と一次熱交換部36を流通する一次冷媒の流通方向とが反対向きの対向流になるよう構成される。
The heat exchanger HE of the embodiment will be specifically described. As shown in FIG. 3 or FIG. 5, the heat exchanger HE has a tubular secondary
前記熱交換器HEは、機械室20において圧縮機CMの上側に配設され、該熱交換器HEのなす環の中に圧縮機CMが臨むように配置されている(図1または図2参照)。また熱交換器HEは、機械室20において、圧縮機CMより背が高い凝縮器CDの頂部より低い位置に配置され、機械室20からはみ出さないようになっている。更に熱交換器HEは、凝縮器ファンFMにより送出される空気の流通方向下流側に配置されて、凝縮器ファンFMにより送出される空気流の経路上に位置している。そして、熱交換器HEは、螺旋状に形成して横方向に冷媒が流通する経路を長くとり、上下の重なり方向の寸法を小さくして、全体として横長の形状とされている。
The heat exchanger HE is disposed above the compressor CM in the
図4に示すように、二次回路44には、予備熱交換部54がガス配管50に設けられ、この予備熱交換部54は、一次回路34または該二次回路44においてガス配管50を流通する気相二次冷媒より温度が低い部位に対して接触して冷却されるよう構成される。実施例の予備熱交換部54は、熱交換器HEの外郭を構成する一次熱交換部36に接触するよう配置され、一次回路34の各機器の作動下に冷却される一次熱交換部36を冷却手段としている。すなわち、予備熱交換部54は、内部に流通する気相二次冷媒を、熱交換器HEの二次熱交換部46に流入する前に冷却し得るようになっている。
As shown in FIG. 4, the secondary circuit 44 is provided with a preliminary
前記予備熱交換部54は、熱伝導性に優れた金属材料からなる管状体であって、螺旋状に延在する一次熱交換部36に沿って併設して、一次熱交換部36に接触させて配置されている。なお、予備熱交換部54の二次冷媒の流通方向は、一次熱交換部36を流通する一次冷媒と反対向きの対向流となっている。実施例の二次回路44では、3つのパスに対応して予備熱交換部54が夫々設けられ、3本の予備熱交換部54を並列させて上下方向を軸とする螺旋状に延在するよう構成される。すなわち、実施例の冷却装置32では、予備熱交換部54が熱交換器HEと同様に、凝縮器CDの頂部より低く位置させて圧縮機CMの上側に配置され、予備熱交換部54で形成される環の中に圧縮機CMが臨むようになっている。そして、予備熱交換部54は、流通する一次冷媒により冷却される一次熱交換部36との接触下に冷却され、内部を流通する気相二次冷媒から顕熱を奪うようになっている。また、予備熱交換部54は、流入端と流出端とを結ぶ最短距離より、該予備熱交換部における二次冷媒の流通経路が長く延在するように構成され、ガス配管50に予備熱交換部54を設けない場合と比べて予備熱交換部54の容積分だけ二次回路44の内容積が大きくなっている。なお、熱交換器HEおよび予備熱交換部54は、外方に露出する部分が断熱材(図示せず)で被覆されて断熱措置が施されている。
The preliminary
前記熱交換器HEでは、一次熱交換部36を流通する一次冷媒が二次熱交換部46の各凝縮経路47に直接接触する構成であるので、熱交換効率に優れている。これに対して、予備熱交換部54は、熱交換器HEの外郭を構成する一次熱交換部36の外面に対して該予備熱交換部54の外面が接触する構成であり、一次熱交換部36を流通する一次冷媒により冷却された一次熱交換部36と予備熱交換部54とが接触伝熱により熱交換し、更に予備熱交換部54と該予備熱交換部54を流通する気相二次冷媒とが熱交換するようになっている。ここで、予備熱交換部54では、熱交換器HE(一次熱交換部36)との接触により気相二次冷媒を冷却するものの、その冷却度合いが二次冷媒の顕熱を奪うことを目的とし、潜熱による熱交換を伴わず二次冷媒の相変化を起こさないように設定されている。すなわち、予備熱交換部54は、冷却手段となる一次熱交換部36の冷却性能に応じて、一次熱交換部36との接触面積、予備熱交換部の材質や厚みの選択による熱伝導性等の条件が適宜調節される。
In the heat exchanger HE, the primary refrigerant flowing through the primary
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る冷却装置32の作用について説明する。冷却装置32では、冷却運転を開始すると、一次回路34および二次回路44の夫々で冷媒の循環が開始される。先ず、一次回路34について説明すると、圧縮機CMおよび凝縮器ファンFMが駆動され、圧縮機CMで気相一次冷媒が圧縮されて、この一次冷媒を冷媒配管38を介して凝縮器CDに供給して、凝縮器ファンFMによる強制冷却により凝縮液化することで液相とする。液相一次冷媒は、膨張弁EVで減圧され、熱交換器HEの一次熱交換部36において二次熱交換部46を流通する二次冷媒から熱を奪って(吸熱)一挙に膨張気化する。このように一次回路34は、熱交換器HEにおいて、一次熱交換部36により二次熱交換部46を強制冷却するように機能している。そして、一次熱交換部36で気化した気相一次冷媒は、冷媒配管38を経て圧縮機CMに帰還する強制循環サイクルを繰返す。
(Effects of Example)
Next, the operation of the
前記二次回路44では、二次熱交換部46が一次熱交換部36により冷却されているから、二次熱交換部46で気相二次冷媒が放熱して凝縮し、気相から液相に状態変化することで比重が増加することから、重力の作用下に二次熱交換部46に沿って液相二次冷媒が流下する。二次回路44では、二次熱交換部46を機械室20に配置する一方、蒸発器EPを機械室20の下方に位置する冷却室28に配設することで、二次熱交換部46と蒸発器EPとの間に落差を設けてある。すなわち、液相二次冷媒を、二次熱交換部46の下部に接続した液配管48を介して、蒸発器EPへ向けて重力の作用下に自然流下させることができる。液相二次冷媒は、蒸発器EPの蒸発管52を流通する過程で該蒸発器EPの周囲雰囲気から熱を奪って気化して気相に移行する。気相二次冷媒は、ガス配管50および予備熱交換部54を介して蒸発器EPから二次熱交換部46へ還流し、二次回路44ではポンプやモータ等の動力を用いることなく、簡単な構成で二次冷媒が自然循環するサイクルが繰返される。
In the secondary circuit 44, since the secondary
前記送風ファン30により吸込口26aから冷却室28に吸引された収納室14の空気を、冷却された蒸発器EPに吹付けることで、蒸発器EPと熱交換した空気が冷気となる。そして冷気を、冷却室28から冷気吹出口26bを介して収納室14に送出することで、収納室14が冷却される。冷気は、収納室14の内部を循環して、吸込口26aを介して再び冷却室28内に戻るサイクルを反復する。
By blowing the air in the
前記冷却装置32では、二次回路44において、ガス配管50に設けた予備熱交換部54で該予備熱交換部54を流通する気相二次冷媒を一次熱交換部36との熱交換により冷却することで、気相二次冷媒を蒸発器EPから流出した時点と比べて過熱度および乾き度が低下された飽和状態としている。そして、二次熱交換部46の各凝縮経路47に流入する気相二次冷媒は、予備熱交換部54で過熱度および乾き度が予め低下されているので、該凝縮経路47の流入端側から直ちに環状流を形成させることができ、伝熱面積の損失を抑制することができる。すなわち、熱交換器HEにおいて、一次熱交換部36と二次熱交換部46との伝熱面積を最大限に有効利用して、一次熱交換部36と二次熱交換部46との全体に亘って効率よく熱交換を行なうことができる。冷却装置32は、冷却負荷が大きい場合であっても、予備熱交換部54で気相二次冷媒を予備冷却して気相二次冷媒の過熱度を予め低減しているので、二次熱交換部46に流入する気相二次冷媒が冷却負荷の増加によって変動する過熱度の上昇幅を狭くすることができる。このように、冷却装置32は、冷却負荷が変動しても熱交換器HEにおける熱交換効率の変動を抑えることができ、熱交換器HEを冷却負荷に対応させることによる肥大化や、重量、体積およびコストの増大を招くことなく、システムを安定化することができる。
In the
前記熱交換器HEは、一次熱交換部36の内部を流通する一次冷媒により冷却されて周囲温度よりも低温となるため、冷却能力の放熱損失を低減させる目的で前述の如く断熱材で被覆される構成である。冷却装置32では、予備熱交換部54を冷却する冷却手段として、熱交換器HEの外郭を構成する一次熱交換部36を用いて、熱交換器HEにおいて放熱損失を防ぐために断熱されるべき冷却能力を予備熱交換部54の冷却源としている。すなわち、冷却装置32は、熱交換器HEの放熱損失として失われる可能性のある冷却能力を冷媒循環サイクル中に回収することができ、熱交換器HEにおける熱交換効率を一層向上することができる。しかも、熱交換器HE(一次熱交換部36)の表面と周囲温度との差が小さくなるので、断熱材の厚みや種類等の断熱措置を簡素化することが可能となる。
The heat exchanger HE is cooled by the primary refrigerant flowing inside the primary
前記冷却装置32の運転停止等により圧縮機CMが停止されると、一次冷媒による熱交換器HEでの熱交換が停止される。この際、二次回路44は、蒸発器EPにおいて液相二次冷媒が気化して気相二次冷媒が発生する一方で、熱交換器HEにおいて気相二次冷媒が液化されなくなることから、二次回路44中の気相二次冷媒量が増加して、二次回路44の内圧が上昇する。ここで、予備熱交換部54は、一次熱交換部36との接触面積を稼ぐため、該予備熱交換部54の流入端と流出端とを結んだ最短距離より該予備熱交換部54の流通経路が長く延在するよう設定されているので、ガス配管50を二次熱交換部46に直接接続する場合と比較して二次回路44の内容積が予備熱交換部54の分だけ大きくなっている。また、予備熱交換部54では、該予備熱交換部54の外面と一次熱交換部36の外面とが接触する接触伝熱として、一次熱交換部36との熱交換量が熱交換器HEより小さくなるよう調節してあり、二次冷媒が完全に凝縮液化されない。
When the compressor CM is stopped due to the operation stop of the
ところで、膨張タンクの機能は、二次回路44における二次冷媒の高い圧力を容積によって緩衝することであるが、これは膨張タンクが存在することによって増加する二次回路44の容積と、その容積中を二次冷媒で満たすために追加で必要となる二次冷媒量のバランスによって機能の有効性が決定される。例えば、膨張タンク中の冷媒密度が大きく、それが存在することによって増加する冷媒量が多量であると、二酸化炭素冷媒量の増加によって緩衝しなければならない圧力値が増加し、膨張タンクの設置によって追加される容積では圧力増加分を吸収できなくなり、耐圧設計の要求値はより高くなる。この場合、膨張タンクの設置は圧力緩衝にとって逆効果となる。すなわち、冷却装置32運転中の膨張タンク中の冷媒密度が小さいことが、膨張タンクとしての機能を発現させる要件である。予備熱交換部54の経路中の二次冷媒の状態は、経路中の熱交換量が比較的少量であるため、前述の如く完全に液化凝縮することはない。すなわち、予備熱交換部54の経路中の冷媒密度は低い状態である。このことは、予備熱交換部54の容積が追加されたことによって、追加で必要となる冷媒量に由来する追加圧力上昇よりも、容積が追加されたことによって圧力値が緩衝される程度が大きくなることを示している。つまり、予備熱交換部54は、内部の二次冷媒の密度の低さ故に膨張タンクとして機能する。従って、予備熱交換部54を設けることで、膨張タンクが不要となったり(実施例)、膨張タンクの容積を減少して膨張タンクを小型化することができる。
By the way, the function of the expansion tank is to buffer the high pressure of the secondary refrigerant in the secondary circuit 44 by the volume. This is because the volume of the secondary circuit 44 increases due to the presence of the expansion tank, and its volume. The effectiveness of the function is determined by the balance of the amount of secondary refrigerant that is additionally required to fill the interior with the secondary refrigerant. For example, if the refrigerant density in the expansion tank is large and the amount of refrigerant that increases due to the presence of the refrigerant is large, the pressure value that must be buffered by the increase in the amount of carbon dioxide refrigerant increases. With the added volume, the pressure increase cannot be absorbed, and the required value of the pressure resistance design becomes higher. In this case, the installation of the expansion tank has an adverse effect on the pressure buffering. That is, a low refrigerant density in the expansion tank during operation of the
前記冷却装置32において、凝縮器ファンFMは、必要とされる風量によって回転翼の径が決定されて、凝縮器CDの大きさは、凝縮器ファンFMによって取り込まれる空気流と効率よく熱交換させるために回転翼の径と略同一に設定される。これに対して、圧縮機CMは、凝縮器ファンFMや凝縮器CDとは関わりなく適宜決定され、圧縮機CMは凝縮器ファンFMや凝縮器CDと比べて一般的に小型であって、その高さも凝縮器ファンFMや凝縮器CDより低い。すなわち、機械室20の高さは、凝縮器ファンFMおよび凝縮器CDの高さによって決定され、圧縮機CMの上側にはスペースを確保し得る。実施例の冷却装置32は、圧縮機CMの上側のスペースに熱交換器HEおよび予備熱交換部54を配置しているので、当該スペースを有効利用して機械室20をコンパクトにし得る。
In the
また二次回路44は、前述の如く二次熱交換部46で液化した二次冷媒を重力の作用下に液配管48を介して蒸発器EPに流下させる構成であるから、熱交換器HEの二次熱交換部46と蒸発器EPとの落差を確保する必要がある。冷却装置32では、熱交換器HEを圧縮機の上側に配置することで、熱交換器HEが機械室20の上側に位置することになるから、機械室20の下方に設けられた冷却室28に配置された蒸発器EPとの落差を大きく確保し得る。これにより、二次熱交換部46では、二次冷媒を蒸発器EPへ向けて自然流下させる駆動力の一つである位置エネルギーが大きくなり、二次冷媒を二次回路44において円滑に循環させて冷却能力を向上させることができる。更に熱交換器HEは、凝縮器ファンFMにより送出される空気の流通方向下流側に配置されて、凝縮器ファンFMにより送出される空気流の経路上に位置しているので、凝縮器ファンFMの駆動により凝縮器CDとの熱交換して昇温した空気流が接触するので、熱交換器HEにおける結露や霜付きを抑制できると共に、断熱措置を軽減することができる。しかも、熱交換器HEに対する液配管48および予備熱交換部54の接続作業や予備熱交換部54に対するガス配管50の接続作業が行ない易く、また熱交換器HEおよび予備熱交換部54のメンテナンス性を向上し得る。
The secondary circuit 44 is configured to cause the secondary refrigerant liquefied by the secondary
(変更例)
本発明に係る冷却装置としては、前述した実施例のものに限られるものではなく、種々の変更が可能である。
(Example of change)
The cooling device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
(1)図6は、変更例に係る冷蔵庫を示す側断面図である。変更例の冷蔵庫11は、凝縮器CD、凝縮器ファンFM、圧縮機CM、減圧手段としての膨張弁EV、熱交換器HEが設置される機械室20の側方に、蒸発器EPおよび送風ファン30が設置される冷却室28を設ける構成である。変更例の冷蔵庫であっても、実施例と同様に熱交換器HEを圧縮機CMの上側に配置する構成とすることで、蒸発器EPを機械室20の側方に配置しても熱交換器HEと蒸発器EPとの間の落差を確保し得る。なお、図6において実施例で説明した部材・構成と同一の部材・構成に関しては、同一の符号を付してある。
(1) FIG. 6 is a side sectional view showing a refrigerator according to a modified example. The
(2)予備熱交換部を冷却する冷却手段としては、熱交換器(一次熱交換部)に限定されず、一次回路および二次回路の適宜部位を採用することができる。例えば、図7(a)に示すように、一次回路34における一次熱交換部36と圧縮機CMとを接続する冷媒配管38を予備熱交換部54に接触させて冷却手段として用いる構成や、図7(b)に示すように、一次回路34における減圧手段としての膨張弁EVと一次熱交換部36とを接続する冷媒配管38を予備熱交換部54に接触させて冷却手段として用いる構成であってもよい。また図7(c)に示すように、二次回路44の液配管48を予備熱交換部54に接触させて冷却手段として用いる構成であってもよい。そして、予備熱交換部54を冷却する冷却手段として、熱交換器HE、一次熱交換部36、一次回路34の低圧側配管および二次回路44の液配管48を併用してもよい。また一次回路に、凝縮器と膨張弁とを接続する冷媒配管から分岐して別の減圧手段を介して圧縮機に接続するバイパス管を設け、このバイパス管を予備熱交換部に接触させる構成であってもよい。なお、図7において実施例で説明した部材・構成と同一の部材・構成に関しては、同一の符号を付してある。また図7において斜線部は予備熱交換部54と冷却手段との熱交換部位を示す。
(2) The cooling means for cooling the preliminary heat exchange unit is not limited to the heat exchanger (primary heat exchange unit), and appropriate parts of the primary circuit and the secondary circuit can be adopted. For example, as shown in FIG. 7A, a
(3)熱交換器は、実施例の如く二重管式熱交換器に限定されず、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、多管円筒式熱交換器、多重円管式熱交換器、渦巻管式熱交換器、渦巻板式熱交換器、タンクコイル式熱交換器およびタンクジャケット式熱交換器等を採用することができる。
(4)実施例では、冷却装置を冷蔵庫に採用する場合を例にして説明したが、冷凍庫、冷凍・冷蔵庫、ショーケースおよびプレハブ庫等の所謂貯蔵庫、その他空調機器等にも適用可能である。
(5)実施例では、機械室に配設する機器の共通基板となる台板により、機械室と収納室との間で空気の流通がないように収納室と機械室とを区切る構成であるが、機械室と収納室とを箱体の天板で区切る構成であってもよい。
(6)実施例では、一次回路の減圧手段として膨張弁を用いたが、キャピラリーチューブやその他の手段を採用することができる。
(3) The heat exchanger is not limited to the double tube heat exchanger as in the embodiment, but is a spiral heat exchanger, a plate heat exchanger, a multi-tube cylindrical heat exchanger, a multi-tube heat exchanger. A heat exchanger, a spiral tube heat exchanger, a spiral plate heat exchanger, a tank coil heat exchanger, a tank jacket heat exchanger, and the like can be employed.
(4) In the embodiment, the case where the cooling device is employed in the refrigerator has been described as an example.
(5) In the embodiment, the storage chamber and the machine room are separated from each other by a base plate serving as a common substrate for equipment disposed in the machine room so that there is no air flow between the machine room and the storage room. However, the machine room and the storage room may be separated by a box top plate.
(6) In the embodiment, the expansion valve is used as the pressure reducing means of the primary circuit, but a capillary tube or other means can be adopted.
20 機械室,34 一次回路,36 一次熱交換部,44 二次回路(冷媒回路),
46 二次熱交換部(熱交換部),48 液配管,50 ガス配管,54 予備熱交換部,
CM 圧縮機,EV 膨張弁(減圧手段),EP 蒸発器,HE 熱交換器
20 machine room, 34 primary circuit, 36 primary heat exchange section, 44 secondary circuit (refrigerant circuit),
46 Secondary heat exchange section (heat exchange section), 48 liquid piping, 50 gas piping, 54 preliminary heat exchange section,
CM compressor, EV expansion valve (pressure reduction means), EP evaporator, HE heat exchanger
Claims (7)
前記蒸発器(EP)と前記熱交換部(46)とを接続する前記ガス配管(50)に、内部を流通する気相冷媒を該熱交換部(46)に流入させる前に冷却する予備熱交換部(54)を設けた
ことを特徴とする冷却装置。 A heat exchange section (46) that condenses the gas-phase refrigerant to form a liquid-phase refrigerant, and an evaporator (EP) that vaporizes the liquid-phase refrigerant to form a gas-phase refrigerant include a liquid pipe (48) and a gas pipe (50 ), The liquid phase refrigerant is circulated from the heat exchange section (46) to the evaporator (EP) through the liquid pipe (48), and the vapor phase refrigerant is circulated through the gas pipe (50). ) In the cooling device configured with the refrigerant circuit (44) that circulates from the heat exchange section (46),
Preliminary heat for cooling the gas pipe (50) connecting the evaporator (EP) and the heat exchanging section (46) before flowing the gas-phase refrigerant flowing therethrough into the heat exchanging section (46). A cooling device provided with an exchange part (54).
二次冷媒を自然循環する二次回路としての前記冷媒回路(44)と、
前記一次回路(34)の一次熱交換部(36)および前記冷媒回路(44)の熱交換部(46)が設けられ、該一次熱交換部(36)を流通する一次冷媒および熱交換部(46)を流通する二次冷媒の間で熱交換する熱交換器(HE)とを備え、
前記予備熱交換部(54)は、前記熱交換器(HE)の外面に接触するよう配設される請求項1記載の冷却装置。 A primary circuit (34) forcibly circulating a primary refrigerant mechanically by a compressor (CM);
The refrigerant circuit (44) as a secondary circuit for naturally circulating the secondary refrigerant;
A primary heat exchange section (36) of the primary circuit (34) and a heat exchange section (46) of the refrigerant circuit (44) are provided, and a primary refrigerant and a heat exchange section (circulating through the primary heat exchange section (36)) ( 46) and a heat exchanger (HE) for exchanging heat between secondary refrigerants flowing through
The cooling device according to claim 1, wherein the preliminary heat exchange section (54) is disposed so as to contact an outer surface of the heat exchanger (HE).
二次冷媒を自然循環する二次回路としての前記冷媒回路(44)と、
前記一次回路(34)の一次熱交換部(36)および前記冷媒回路(44)の熱交換部(46)が設けられ、該一次熱交換部(36)を流通する一次冷媒および熱交換部(46)を流通する二次冷媒の間で熱交換する熱交換器(HE)とを備え、
前記予備熱交換部(54)は、前記一次回路(34)における減圧手段(EV)から前記一次熱交換部(36)を介して圧縮機(CM)に至るまでの該一次回路(34)の低圧側配管と熱交換するよう構成される請求項1記載の冷却装置。 A primary circuit (34) forcibly circulating a primary refrigerant mechanically by a compressor (CM);
The refrigerant circuit (44) as a secondary circuit for naturally circulating the secondary refrigerant;
A primary heat exchange section (36) of the primary circuit (34) and a heat exchange section (46) of the refrigerant circuit (44) are provided, and a primary refrigerant and a heat exchange section (circulating through the primary heat exchange section (36)) ( 46) and a heat exchanger (HE) for exchanging heat between secondary refrigerants flowing through
The preliminary heat exchange section (54) is a part of the primary circuit (34) from the decompression means (EV) in the primary circuit (34) to the compressor (CM) via the primary heat exchange section (36). The cooling device according to claim 1, wherein the cooling device is configured to exchange heat with a low-pressure side pipe.
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