JP2010096442A

JP2010096442A - 冷凍サイクル

Info

Publication number: JP2010096442A
Application number: JP2008268373A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Shimakawa; 司島川; Takuya Watabe; 拓也渡部; Tomoaki Takeda; 知晃武田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-04-30

Abstract

【課題】冷凍負荷の変動を防止して安定した冷凍能力を保つことができる。
【解決手段】圧縮機２の吐出口２ａと吸い込み口２ｂとの間に工業用冷媒の流れ方向に沿って第一の凝縮器３及び第二の凝縮器４、膨張弁５、蒸発器（負荷）６が接続された工業用冷凍装置に、圧縮機２の吐出口２ａから吸い込み口２ｂに至るバイパス路１１を設け、このバイパス路１１に冷却手段１２を設置する。冷却手段１２は、冷凍サイクル１内の液相状態と気相状態の工業用冷媒を抽出して混合し、バイパス路１１の工業用冷媒にアトマイザ１３で噴霧するもので、この噴霧された工業用冷媒の液分が気化する際に生じる潜熱で冷却を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置、特に工業用冷凍装置に用いられる工業用冷媒の循環冷凍サイクルに関する。

従来、工業用冷媒を用いた冷凍サイクルでは、冷却負荷の変動に際して、過小な負荷による圧縮機の吸入量不足によるサージング防止のため、圧縮機の吐出ガスを吸入側へリサイクルするアンチサージ制御が行われている。
このアンチサージ制御では、圧縮機から吐出されたガス状の冷媒を吸い込み側へ送るリサイクルラインへ、凝縮器によって液化された冷媒の一部を送り込むことによるクエンチ、すなわちリサイクルラインの過度の温度上昇を防止することが行われている。
また、特許文献１によれば、凝縮器によって液化された冷媒の一部を圧縮機の吸い込み側へクエンチ弁を介して流入する冷凍サイクルが提案されている。
いずれも、流入される液体冷媒の蒸発潜熱を利用して圧縮機へ送られる冷媒の温度を下げて、圧縮機から吐出される冷媒の温度上昇を防止して冷凍能力の急激な低下を防いでいる。
特開平７−２９４０２２号公報

しかしながら、従来の冷凍サイクルでは以下のような問題があった。
例えば、スプレーで噴霧されてリサイクルラインへ送り込まれる液体冷媒は、量が少ないと均一に分散させることが難しく、水滴の状態でリサイクルラインへ流入するので、ガス化に時間がかかってリサイクルライン内の熱交換による冷媒の温度及び流量が急激な変動を起こしている。また、特許文献１による冷凍サイクルにおいても、クエンチ弁を介して直接流入された液体冷媒はガス化に時間がかかり、圧縮機の吸い込み側の冷媒の温度が急激な変動を起こしており、いずれも圧縮機に吸い込まれる冷媒が不安定な状態となり十分なアンチサージ制御が行われていないという問題があった。
また、スプレーで噴霧される液体冷媒のガス化による潜熱を利用して圧縮機のサージングを防止するには、多量の液体冷媒を確保する必要があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、アンチサージ制御に用いる工業用冷媒の安定的な熱交換によるガス化が実現できて、余剰液体冷媒を削減できる冷凍サイクルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る冷凍サイクルは、圧縮機の吐出口から凝縮器、負荷、を経て吸い込み口に至る工業用冷媒の循環冷凍サイクルにおいて、吐出口から吸い込み口に至るバイパス路を設け、バイパス路は経由する工業用冷媒路の途中に冷却手段を設け、冷却手段は凝縮器で冷却された液相状態の工業用冷媒を吐出口からの気相状態の工業用冷媒を用いて、気相状態のバイパス路の工業用冷媒中にアトマイザを有することを特徴とする。
本発明では、アトマイザを使用して、気相状態の工業用冷媒と液相状態の工業用冷媒とを用いて２相流として分散させることにより、工業用冷媒は液分の粒径が微細で均一な霧状となってバイパス路に流入するので、迅速に安定した熱交換によるガス化を可能とし、この潜熱によってバイパス路１１内の工業用冷媒の安定した冷却を行うことができる。
また、アトマイザは、液相状態の工業用冷媒が少量であっても気相状態の工業用冷媒の配分を多くすることで噴霧でき液相状態の工業用冷媒を減らすことができる。また、アトマイザは、液相状態と気相状態の工業用冷媒の配分によって蒸発潜熱や圧力バランスなどの調整ができて、制御範囲が広く微調整も可能で、負荷の急変にも対応することができる。

また、本発明に係る冷凍サイクルでは、冷却手段はバイパス路に設けられていることが好ましい。
本発明では、バイパス路から流出する工業用冷媒は冷却手段で冷却されて安定した状態で負荷を経由した工業用冷媒の流路に流入するので、圧縮機に吸い込まれる工業用冷媒の温度や流量を効率的に調整することができる。

また、本発明に係る冷凍サイクルでは、冷却手段に用いられる気相状態の工業用冷媒は、冷却手段上流のバイパス路から抽出されることが好ましい。
本発明では、冷却手段上流のバイパス路から抽出される気相状態の工業用冷媒は、冷却手段によって冷却される工業用冷媒と温度や圧力が近い状態なので、冷却手段の制御が行いやすい。

また、本発明に係る冷凍サイクルでは、アトマイザの上流に弁を設け弁の上流から気相状態の工業用冷媒を抽出することが好ましい。
本発明では、アトマイザの上流に弁を設けることにより、バイパス路内の工業用冷媒の流量を調整することができて冷凍手段の制御が行いやすい。

本発明によれば、アンチサージ制御に凝縮器で冷却された液相状態の工業用冷媒を気相状態の工業用冷媒中に分散させるアトマイザを使用しているので、液相状態の工業用冷媒の安定的な熱交換によるガス化を行うことができ、圧縮機のサージングを防止して冷凍能力の急激な低下を防げる冷凍サイクルを実現することができる。

以下、本発明の第一の実施の形態による冷凍サイクルについて、図１および図２に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態による冷凍サイクルの概要を示す図である。

図１に示すように、第一の実施の形態による冷凍サイクル１は、圧縮機２の吐出口２ａと吸い込み口２ｂとの間に工業用冷媒の流れ方向に沿って第一の凝縮器３及び第二の凝縮器４、蒸発器（負荷）６が接続された工業用冷凍装置に、圧縮機２の吐出口２ａから吸い込み口２ｂに至るバイパス路１１を設け、このバイパス路１１に冷却手段１２を設置した構成である。

工業用冷媒は、使用する温度や圧力などの条件によって必要な沸点のものが選択され、例えば、工業用代換フロンが採用されている。工業用冷媒は、圧縮機２で圧縮されて吐出口２ａから高温の気相状態で流出し、まず、第一の凝縮器によって気相状態で冷却され、第二の凝縮器によってさらに凝縮液化されて液相状態となる。そして、低温で液相状態の工業用冷媒は蒸発器６に流入して気化し、この気化熱によって工業用冷凍装置は冷凍を行う構成である。
第一の凝縮器３と第二の凝縮器４との間には調整弁７が設けられて、第二の凝縮器４と蒸発器６との間には調整弁５が設けられてそれぞれ工業用冷媒の流量を調整する。

バイパス路１１は、圧縮機２に流入する工業用冷媒と圧縮機２から流出する工業用冷媒の圧力及び温度を近づけて、圧縮機２の負荷を調整するためのもので、バイパス路１１には工業用冷媒の温度上昇を防ぐために冷却手段１２が設置されている。
冷却手段１２は、冷凍サイクル１内の液相状態と気相状態の工業用冷媒をアトマイザ１３によってバイパス路１１内の工業用冷媒に噴霧するもので、この噴霧された工業用冷媒の気化に伴う潜熱でバイパス路１１内の工業用冷媒の冷却を行うものである。

アトマイザ１３は、気相状態の工業用冷媒と液相状態の工業用冷媒とが異なる流路から供給されて、液相状態の工業用冷媒に気相状態の工業用冷媒を噴出させて霧状にし、霧状の工業用冷媒はアトマイザ１３内の予混合室で均一に混合された状態となって、アトマイザ１３の噴霧口からバイパス路１１内の工業用冷媒に噴霧される構成である。
気相状態の工業用冷媒はアトマイザ１３上流のバイパス路１１から分岐した気体冷媒流路１４を介してアトマイザ１３に供給され、液相状態の工業用冷媒は、第二の凝縮器４から蒸発器６へつながる流路から分岐した液体冷媒流路１５を介してアトマイザ１３に供給される。バイパス路１１の気体冷媒流路１４との分岐点と、アトマイザ１３との間の流路には、工業用冷媒の流量を調整する調整弁８が設けられる。
アトマイザ１３は、気相状態の工業用冷媒に液相状態の工業用冷媒を分散させて噴霧するので、工業用冷媒以外の不純物が混入しないと共に、液相状態の工業用冷媒の粒径を微小化させることができる。また、液相状態の工業用冷媒と気相状態の工業用冷媒との混合比を適宜設定することにより必要な冷却能力を得ることができる。

次に、上述した第一の実施の形態による冷凍サイクルの作用効果について図面を用いて説明する。
第一の実施の形態による冷凍サイクルでは、バイパス路１１の冷却手段１２にアトマイザ１３を採用し、液相状態と気相状態の工業用冷媒を噴霧しているので、噴霧された工業用冷媒の液分は粒径が均一で安定した熱交換を行えて、バイパス路１１内の工業用冷媒の安定した冷却を行うことができる作用効果を奏する。
また、気相状態と液相状態の工業用冷媒の混合比を調整することで、冷却手段１２の冷却程度を調整できるので、広い範囲の制御が行えて、細かい調整も行うことができて、工業用冷凍装置の冷却負荷の急変にも対応することができる。また、液相状態び工業用冷媒が少なくても均一に噴霧できるので、安定した熱交換をことができ、液相状態の工業用冷媒を削減することができる。
また、バイパス路１１に調整弁８を設けて、工業用冷媒の流量を調整しているので、バイパス路１１内の工業用冷媒の温度や圧力を調整することができて、効率的に冷却することができる。
また、冷凍サイクル１内の工業用冷媒に、不純物が混入しないので、冷凍サイクル１の性能は低下せず安定した冷却性能を保つことができる。
上述した第一の実施の形態による冷凍サイクル１によれば、圧縮機２のサージングを防止して冷凍能力の急激な低下を防げる冷凍サイクルを実現することができる。

次に、第二の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図２は、本発明の第二の実施の形態による冷凍サイクル概要を示す図である。
図２に示すように、第二の実施の形態による冷凍サイクル２１では、冷却手段１２が蒸発器６とバイパス路１１との合流位置より圧縮機２の吸い込み口２ｂ側に設けられた構成である。

第二の実施の形態による冷凍サイクル２１では、バイパス路１１と蒸発器６から流出した工業用冷媒を冷却するので、第一の実施の形態による冷凍サイクル１と同等の効果を得ることができる。

以上、本発明による冷凍サイクルの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、気体冷媒流路１４はアトマイザ１３の上流のバイパス路１１から分岐した流路であるが、他に圧縮機２から第一の凝縮器３へつながる流路で、バイパス路との分岐よりも下流から分岐させてアトマイザ１３につながる流路としてもよい。例えば、上述した実施の形態では、２つの凝縮器３、４を備えているが、１つの凝縮器で工業用冷媒を凝縮液化してもよい。
要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

本発明の第一の実施の形態による冷凍サイクルの概要を示す図である。本発明の第二の実施の形態による冷凍サイクルの概要を示す図である。

符号の説明

１冷凍サイクル
２圧縮機
２ａ吐出口
２ｂ吸い込み口
３第一の凝縮器
４第二の凝縮器
６蒸発器（負荷）
８調整弁
１１バイパス路
１２冷却手段
１３アトマイザ

Claims

圧縮機の吐出口から凝縮器、負荷、を経て吸い込み口に至る工業用冷媒の循環冷凍サイクルにおいて、
吐出口から吸い込み口に至るバイパス路を設け、
該バイパス路は経由する工業用冷媒路の途中に冷却手段を設け、
該冷却手段は前記凝縮器で冷却された液相状態の工業用冷媒を前記吐出口からの気相状態の工業用冷媒を用いて、気相状態の前記バイパス路の工業用冷媒中にアトマイザを有することを特徴とする冷凍サイクル。
前記冷却手段は前記バイパス路に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
前記冷却手段に用いられる気相状態の工業用冷媒は、前記冷却手段上流のバイパス路から抽出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル。
前記アトマイザの上流に弁を設け該弁の上流から前記気相状態の工業用冷媒を抽出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍サイクル。