JP2012063120A - Compression refrigerating machine equipped with economizer, and economizer unit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compression refrigerating machine easily improved in a coefficient of performance, and an economizer unit which can be mounted to an existing compression refrigerating machine and improve the coefficient of performance.SOLUTION: The compression refrigerating machine includes: an evaporator 40 evaporating refrigerant liquid into refrigerant gas; a main compressor 10 sucking in and compressing the refrigerant gas; a condenser 30 drawing heat from the refrigerant gas compressed by the main compressor 10 to condense the same into the refrigerant liquid; an economizer 20 evaporating the refrigerant liquid condensed by the condenser 30 into the refrigerant gas at an economizer pressure Pm intermediate between the evaporating pressure Pe of the evaporator 40 and the condensing pressure Pc of the condenser 30, cooling the refrigerant liquid with the evaporation heat during the evaporation, and sending the cooled refrigerant liquid to the evaporator 30; and an auxiliary compressor 70 sucking in, compressing the refrigerant gas evaporated in the economizer 20 and sending the same to the condenser 30.

Description

本発明は圧縮式冷凍機とエコノマイザユニットに関する。特に、成績係数を改善した圧縮式冷凍機及び既設の圧縮式冷凍機に搭載して成績係数を改善することのできるエコノマイザユニットに関する。   The present invention relates to a compression refrigerator and an economizer unit. In particular, the present invention relates to a compression refrigerator having an improved coefficient of performance and an economizer unit that can be installed in an existing compression refrigerator to improve the coefficient of performance.

図8のフローシートに示すように、従来から二段の圧縮機1を備える圧縮式冷凍機では、エコノマイザ2を使って、省エネルギーに対する社会的要求の高まりに応えていた。すなわち、凝縮器3から蒸発器4に冷媒液を戻す配管中に、膨張弁5とその下流側にエコノマイザ2を設置し、膨張弁6を介して冷媒液を蒸発器4に戻す。エコノマイザ2では冷媒液がフラッシュ(一部蒸発)し、蒸発した冷媒ガスを二段圧縮機1の低圧側圧縮機1aと高圧側圧縮機1bとの間に送り込む。送りこまれた冷媒ガスは、蒸発器4で蒸発し低圧側圧縮機1aで中間圧まで圧縮されたガスと一緒に、高圧側圧縮機1bに吸い込まれ圧縮されて凝縮器に吐出される。   As shown in the flow sheet of FIG. 8, conventionally, a compression refrigerator having a two-stage compressor 1 uses an economizer 2 to meet the increasing social demand for energy saving. That is, the expansion valve 5 and the economizer 2 are installed on the downstream side of the piping for returning the refrigerant liquid from the condenser 3 to the evaporator 4, and the refrigerant liquid is returned to the evaporator 4 via the expansion valve 6. In the economizer 2, the refrigerant liquid is flushed (partially evaporated), and the evaporated refrigerant gas is sent between the low-pressure side compressor 1 a and the high-pressure side compressor 1 b of the two-stage compressor 1. The sent refrigerant gas is sucked into the high-pressure side compressor 1b together with the gas evaporated by the evaporator 4 and compressed to the intermediate pressure by the low-pressure side compressor 1a, and is discharged to the condenser.

一方、フラッシュにより中間圧に相当する温度まで冷却された冷媒液は、エコノマイザ2から蒸発器に供給される。よって単位重量当たりの冷凍能力が高くなった冷媒液を蒸発器4に供給できる上に、フラッシュした冷媒ガスは高圧側の圧縮機1bで圧縮するだけで済むので、成績係数はエコノマイザ2無しの場合よりも高くなる(例えば特許文献1参照)。   On the other hand, the refrigerant liquid cooled to a temperature corresponding to the intermediate pressure by the flash is supplied from the economizer 2 to the evaporator. Therefore, the refrigerant liquid having a high refrigeration capacity per unit weight can be supplied to the evaporator 4, and the flushed refrigerant gas only needs to be compressed by the high-pressure compressor 1b. (See, for example, Patent Document 1).

図9のモリエル線図を参照して従来のエコノマイザサイクルを説明する。凝縮圧力をPc、蒸発圧力をPe、エコノマイザ圧力(中間圧)をPmとする。Pcと飽和液線の交点を11、Pmと飽和液線の交点を12、Peと飽和蒸気線の交点を14とする。点11のエンタルピをi11、点12のエンタルピをi12、点14のエンタルピをi14とする。エコノマイザ無しのサイクルでは、単位重量当たりの冷凍能力は(i14−i11)であるのに対して、エコノマイザサイクルの場合は、単位重量当たりの冷凍能力は(i14−i12)となる。そのため、成績係数は10〜20%改善される。   A conventional economizer cycle will be described with reference to the Mollier diagram of FIG. The condensation pressure is Pc, the evaporation pressure is Pe, and the economizer pressure (intermediate pressure) is Pm. The intersection of Pc and the saturated liquid line is 11; the intersection of Pm and the saturated liquid line is 12; and the intersection of Pe and the saturated vapor line is 14. The enthalpy of point 11 is i11, the enthalpy of point 12 is i12, and the enthalpy of point 14 is i14. In the cycle without the economizer, the refrigerating capacity per unit weight is (i14-i11), whereas in the economizer cycle, the refrigerating capacity per unit weight is (i14-i12). Therefore, the coefficient of performance is improved by 10 to 20%.

特開平11−337199号公報(図1、図2、図3)Japanese Patent Laid-Open No. 11-337199 (FIGS. 1, 2, and 3)

しかしながら、一段圧縮の圧縮式冷凍機にはエコノマイザを設置することができない。また二段以上の圧縮式冷凍機であっても、エコノマイザからの冷媒ガスを吸入できるように既設の圧縮機自体を改造することは困難であった。また更新するにしても、更新用部材を搬入し据え付けることによる工事の困難性は、冷凍機本体を新設する手間をも上回り得る。また、冷凍機自身も耐用年数は長く、更新した場合と更新しなかった場合とで費用対効果を検討すると、コストメリットを見いだすことはなかなか難しく、更新に踏み切ることができない場合も多かった。   However, it is not possible to install an economizer in a single-stage compression type refrigerator. Further, even with a two-stage or more compression type refrigerator, it is difficult to modify the existing compressor itself so that refrigerant gas from the economizer can be sucked. Moreover, even if it updates, the difficulty of construction by carrying in and installing the member for an update can also exceed the effort which newly installs a refrigerator main body. In addition, the refrigerator itself has a long service life, and it is difficult to find the cost merit when considering the cost-effectiveness with and without renewal, and there are many cases where renewal cannot be made.

そこで本発明は、容易に成績係数を改善した圧縮式冷凍機及び既設の圧縮式冷凍機に搭載して成績係数を改善することのできるエコノマイザユニットを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a compression refrigeration machine having an improved coefficient of performance and an economizer unit that can be mounted on an existing compression refrigeration machine to improve the coefficient of performance.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係る圧縮式冷凍機101は、例えば図1に示すように、冷媒液を蒸発させて冷媒ガスにする蒸発器40と;前記冷媒ガスを吸入して圧縮する主圧縮機10と;主圧縮機10で圧縮した冷媒ガスから熱を奪って凝縮し、冷媒液にする凝縮器30と;蒸発器40の蒸発圧力Peと凝縮器30の凝縮圧力Pcとの中間のエコノマイザ圧力Pmで、凝縮器30で凝縮した冷媒液を蒸発させて冷媒ガスとし、その蒸発の際の気化熱で冷媒液を冷却して、その冷却した冷媒液を蒸発器30に送るエコノマイザ20と;エコノマイザ20で蒸発した冷媒ガスを吸入して圧縮し、凝縮器30に送る副圧縮機70とを備える。   In order to solve the above-described problem, a compression refrigerator 101 according to a first aspect of the present invention includes an evaporator 40 that evaporates a refrigerant liquid into a refrigerant gas, for example, as shown in FIG. A main compressor 10 that sucks and compresses the refrigerant; a condenser 30 that takes heat from the refrigerant gas compressed by the main compressor 10 and condenses it into a refrigerant liquid; an evaporation pressure Pe of the evaporator 40 and the condenser 30 The refrigerant liquid condensed in the condenser 30 is evaporated to a refrigerant gas at an economizer pressure Pm intermediate to the condensation pressure Pc, and the refrigerant liquid is cooled by the heat of vaporization during the evaporation, and the cooled refrigerant liquid is evaporated. An economizer 20 that is sent to the condenser 30; and a sub-compressor 70 that sucks and compresses the refrigerant gas evaporated by the economizer 20 and sends it to the condenser 30.

本態様のように構成すると、副圧縮機を備えるので、エコノマイザで蒸発した冷媒ガスを主圧縮機を介することなく圧縮して凝縮器に送ることができる。   If comprised like this aspect, since the subcompressor is provided, the refrigerant gas evaporated by the economizer can be compressed and sent to the condenser without going through the main compressor.

本発明の第2の態様に係る圧縮式冷凍機101は、第1の態様に係る圧縮式冷凍機において、例えば、図1に示すように、エコノマイザ圧力Pmが冷凍機101の運転状態から演算される目標値となるように副圧縮機を制御する制御装置75を備える。   The compression refrigerator 101 according to the second aspect of the present invention is the compression refrigerator according to the first aspect. For example, as shown in FIG. 1, the economizer pressure Pm is calculated from the operating state of the refrigerator 101. And a control device 75 for controlling the sub-compressor so as to achieve the target value.

本態様のように構成すると、制御装置を備えるので、エコノマイザ圧力を目標値に制御することができる。   If comprised like this aspect, since a control apparatus is provided, an economizer pressure can be controlled to target value.

上記課題を解決するために、本発明の第3の態様に係るエコノマイザユニット201は、例えば図1に示すように、冷媒液を蒸発させて冷媒ガスにする蒸発器40と、前記冷媒ガスを吸入して圧縮する圧縮機10と、圧縮機10で圧縮した冷媒ガスを冷却して凝縮し、冷媒液にする凝縮器30とを有する冷凍機101に取り付けるエコノマイザユニット201であって;蒸発器40の蒸発圧力Peと凝縮器30の凝縮圧力Pcとの中間のエコノマイザ圧力Pmで、凝縮器30で凝縮した冷媒液を蒸発させて冷媒ガスとし、その蒸発の際の気化熱で冷媒液を冷却して、その冷却した冷媒液を蒸発器40に送るエコノマイザ20と;エコノマイザ20で蒸発した冷媒ガスを吸入して圧縮し、凝縮器30に送る、可変速副圧縮機70と;副圧縮機70の回転速度を調節することにより、副圧縮機70の吸入圧力を蒸発器40の蒸発圧力Peと凝縮器30の凝縮圧力Pcとの中間のエコノマイザ圧力Pmに制御する制御装置75を備え;エコノマイザ20は、凝縮器30で凝縮した冷媒液を受け入れる冷媒液受入口201−1と、前記気化熱で冷却された冷媒液を蒸発器40に送りだす冷媒液送出口201−2と、エコノマイザ圧力Pmで蒸発した冷媒ガスを凝縮器30に送りだす冷媒ガス送出口201−3を有する。   In order to solve the above-described problem, an economizer unit 201 according to a third aspect of the present invention includes an evaporator 40 that evaporates a refrigerant liquid into a refrigerant gas and sucks the refrigerant gas, for example, as shown in FIG. An economizer unit 201 attached to a refrigerator 101 having a compressor 10 to be compressed and a condenser 30 that cools and condenses the refrigerant gas compressed by the compressor 10 into a refrigerant liquid; The refrigerant liquid condensed in the condenser 30 is evaporated into a refrigerant gas at an intermediate economizer pressure Pm between the evaporation pressure Pe and the condensation pressure Pc of the condenser 30, and the refrigerant liquid is cooled by the heat of vaporization during the evaporation. An economizer 20 that sends the cooled refrigerant liquid to the evaporator 40; a variable speed sub-compressor 70 that sucks and compresses the refrigerant gas evaporated by the economizer 20 and sends it to the condenser 30; and a sub-compressor 7 A control device 75 for controlling the suction pressure of the sub-compressor 70 to an economizer pressure Pm intermediate between the evaporation pressure Pe of the evaporator 40 and the condensation pressure Pc of the condenser 30 by adjusting the rotational speed of the economizer 20; Is a refrigerant liquid inlet 201-1 for receiving the refrigerant liquid condensed in the condenser 30, a refrigerant liquid outlet 201-2 for sending the refrigerant liquid cooled by the heat of vaporization to the evaporator 40, and evaporation at an economizer pressure Pm. The refrigerant gas outlet 201-3 for sending out the refrigerant gas to the condenser 30 is provided.

本態様のように構成すると、冷媒液受入口と、前記気化熱で冷却された冷媒液を蒸発器に送りだす冷媒液送出口と、エコノマイザ圧力Pmで蒸発した冷媒ガスを凝縮器に送りだす冷媒ガス送出口を有するので、既設の冷凍機にエコノマイザを追加設備することができ、既設の冷凍機の成績係数を改善することができる。   With this configuration, the refrigerant liquid inlet, the refrigerant liquid outlet for sending the refrigerant liquid cooled by the heat of vaporization to the evaporator, and the refrigerant gas feed for sending the refrigerant gas evaporated at the economizer pressure Pm to the condenser are provided. Since it has an outlet, an economizer can be additionally installed in the existing refrigerator, and the coefficient of performance of the existing refrigerator can be improved.

本発明によれば、容易に成績係数を改善した圧縮式冷凍機及び既設の圧縮式冷凍機に搭載して成績係数を改善することのできるエコノマイザユニットを提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the economizer unit which can be mounted in the compression refrigerator which improved the coefficient of performance easily, and the existing compression refrigerator, and can improve a coefficient of performance.

本発明の第一の実施の形態にかかる圧縮式冷凍機の構成を示す概念的フローシートである。It is a notional flow sheet which shows the composition of the compression refrigerating machine concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第二の実施の形態にかかる圧縮式冷凍機の構成を示す概念的フローシートである。It is a conceptual flow sheet which shows the structure of the compression type refrigerator concerning 2nd embodiment of this invention. 本発明の第一と第二の実施の形態にかかる圧縮式冷凍機のモリエル線図である。It is a Mollier diagram of the compression type refrigerator concerning the 1st and 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第三の実施の形態にかかる圧縮式冷凍機の構成を示す概念的フローシートである。It is a conceptual flow sheet which shows the structure of the compression type refrigerator concerning 3rd embodiment of this invention. 本発明の第三の実施の形態にかかる圧縮式冷凍機のモリエル線図である。It is a Mollier diagram of a compression type refrigerator concerning a third embodiment of the present invention. 本発明の第四の実施の形態にかかる圧縮式冷凍機の構成を示す概念的フローシートである。It is a notional flow sheet which shows the composition of the compression refrigerating machine concerning a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第四の実施の形態にかかる圧縮式冷凍機のモリエル線図である。It is a Mollier diagram of a compression type refrigerator concerning a 4th embodiment of the present invention. 従来の圧縮式冷凍機の構成を示す概念的フローシートである。It is a conceptual flow sheet which shows the structure of the conventional compression refrigerator. 従来の圧縮式冷凍機のモリエル線図である。It is a Mollier diagram of a conventional compression refrigerator.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部分には同一又は類似の符号を付し,重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding parts are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.

図1の概念的フローシートを参照して、本発明の第一の実施の形態である圧縮式冷凍機101を説明する。圧縮式冷凍機101は、冷媒ガスを吸入して圧縮する主圧縮機としての例えばスクリュー圧縮機10と、スクリュー圧縮機10で圧縮された冷媒ガスから例えば約32℃の冷却水により熱を奪って凝縮し冷媒液にする凝縮器30を備える。凝縮器30からの冷媒液は、減圧されて蒸発器40に送られる。凝縮器30から蒸発器40までの冷媒液流路には、エコノマイザ20が挿入配置される。凝縮器30とエコノマイザ20との間の冷媒液流路には、膨張機構50が配置され、エコノマイザ20から蒸発器40との間の冷媒液流路には、膨張機構60が配置される。   With reference to the conceptual flow sheet of FIG. 1, the compression refrigerator 101 which is 1st Embodiment of this invention is demonstrated. The compression type refrigerator 101 sucks heat from, for example, a screw compressor 10 as a main compressor that sucks and compresses refrigerant gas and the refrigerant gas compressed by the screw compressor 10 with cooling water of about 32 ° C., for example. A condenser 30 for condensing into a refrigerant liquid is provided. The refrigerant liquid from the condenser 30 is decompressed and sent to the evaporator 40. An economizer 20 is inserted into the refrigerant liquid flow path from the condenser 30 to the evaporator 40. An expansion mechanism 50 is disposed in the refrigerant liquid flow path between the condenser 30 and the economizer 20, and an expansion mechanism 60 is disposed in the refrigerant liquid flow path between the economizer 20 and the evaporator 40.

蒸発器40では、エコノマイザを介して供給された冷媒液を蒸発させて、被冷却媒体としての冷水を例えば5℃に冷却する。   In the evaporator 40, the refrigerant liquid supplied via the economizer is evaporated, and the cold water as the medium to be cooled is cooled to 5 ° C., for example.

エコノマイザ20は、フラッシュタンクとして構成され、その中で凝縮器30からの冷媒液がフラッシュすなわち一部蒸発する。エコノマイザ20では、凝縮器30からの冷媒液の全体がエコノマイザ圧力Pmでフラッシュする。圧縮式冷凍機101は、一部蒸発した冷媒ガスを吸入して圧縮する副圧縮機としてのスクロール圧縮機70を備える。スクロール圧縮機70は、圧縮した冷媒ガスを凝縮器30に吐出する。その冷媒ガスは、スクリュー圧縮機10で圧縮されたガスと一緒に、凝縮器30で冷却され凝縮する。   The economizer 20 is configured as a flash tank in which the refrigerant liquid from the condenser 30 is flashed, that is, partially evaporated. In the economizer 20, the entire refrigerant liquid from the condenser 30 is flushed at the economizer pressure Pm. The compression refrigerator 101 includes a scroll compressor 70 as a sub-compressor that sucks and compresses partially evaporated refrigerant gas. The scroll compressor 70 discharges the compressed refrigerant gas to the condenser 30. The refrigerant gas is cooled by the condenser 30 and condensed together with the gas compressed by the screw compressor 10.

エコノマイザ20では、蒸発器40の蒸発圧力Peと凝縮器30の凝縮圧力Pcとの中間のエコノマイザ圧力Pmで、冷媒液をフラッシュさせる。フラッシュにより一部の冷媒液が蒸発し冷媒ガスとなり、その気化熱で残りの冷媒液をエコノマイザ圧力Pmに対応する飽和温度まで冷却する。その冷却された冷媒液は、膨張機構60で減圧され蒸発器40に供給される。   In the economizer 20, the refrigerant liquid is flushed at an economizer pressure Pm that is intermediate between the evaporation pressure Pe of the evaporator 40 and the condensation pressure Pc of the condenser 30. A part of the refrigerant liquid is evaporated by the flash to become a refrigerant gas, and the remaining refrigerant liquid is cooled to a saturation temperature corresponding to the economizer pressure Pm by the heat of vaporization. The cooled refrigerant liquid is decompressed by the expansion mechanism 60 and supplied to the evaporator 40.

第一の実施の形態では、エコノマイザでフラッシュにより冷却された冷媒液を蒸発器40に送るように構成されているので、いわゆるオープン型である。クローズ型のエコノマイザは、熱交換器として構成するものである。クローズ型は、第四の実施の形態として後で詳述する。   In the first embodiment, since the refrigerant liquid cooled by the economizer is sent to the evaporator 40, it is a so-called open type. The closed economizer is configured as a heat exchanger. The closed type will be described later in detail as a fourth embodiment.

圧縮式冷凍機101は、スクロール圧縮機70の冷媒ガスの吐出側には、吐出圧力検出器72を、吸込側には吸込圧力検出器73を、膨張機構60の下流側には蒸発圧力検出器74を備える。さらに、スクロール圧縮機70を駆動する電動機(不図示)に、周波数変換した電力を供給するインバータ71を備える。吐出圧力検出器72、吸込圧力検出器73、蒸発圧力検出器74で検出された圧力を表わす各信号は、制御装置75に送信される。制御装置75は目標値演算器75−1を備える。   The compression refrigerator 101 includes a discharge pressure detector 72 on the refrigerant gas discharge side of the scroll compressor 70, a suction pressure detector 73 on the suction side, and an evaporation pressure detector on the downstream side of the expansion mechanism 60. 74. Furthermore, an inverter 71 is provided for supplying electric power (not shown) that drives the scroll compressor 70 to frequency-converted electric power. Each signal representing the pressure detected by the discharge pressure detector 72, the suction pressure detector 73, and the evaporation pressure detector 74 is transmitted to the control device 75. The control device 75 includes a target value calculator 75-1.

吐出圧力検出器72は、凝縮器30の凝縮圧力Pcを検出すると見てもよく、蒸発圧力検出器74は、蒸発器40の蒸発圧力Peを検出すると見てもよい。このような位置に圧力検出器を設けるときは、それぞれ凝縮器30や蒸発器40に圧力検出器を設ける場合と異なり、後述のエコノマイザユニットとして圧力検出器を含めてまとめることができるという利点がある。吸込圧力検出器73は、もちろんエコノマイザ圧力Pmを検出するものである。   The discharge pressure detector 72 may be seen as detecting the condensation pressure Pc of the condenser 30, and the evaporation pressure detector 74 may be seen as detecting the evaporation pressure Pe of the evaporator 40. When the pressure detector is provided at such a position, unlike the case where the pressure detector is provided in each of the condenser 30 and the evaporator 40, there is an advantage that the pressure detector can be integrated as an economizer unit described later. . Of course, the suction pressure detector 73 detects the economizer pressure Pm.

インバータ71は、エコノマイザ圧力Pmが、蒸発圧力Peと凝縮圧力Pcの中間の圧力になるようにスクロール圧縮機70の回転速度を調節する。エコノマイザ圧力Pmが中間の圧力(目標値)よりも高ければ回転速度を上昇させ、低ければ回転速度を低下させる。目標値演算器75−1は、蒸発圧力Peと凝縮圧力Pcとから、その中間の圧力Pmの目標値を演算する。制御装置75は、インバータ71に制御信号を送って、エコノマイザの圧力Pmを、前記のように演算された目標値になるように、副圧縮機の回転速度を調節するようインバータ71に制御信号を送信する。   The inverter 71 adjusts the rotation speed of the scroll compressor 70 so that the economizer pressure Pm becomes an intermediate pressure between the evaporation pressure Pe and the condensation pressure Pc. If the economizer pressure Pm is higher than the intermediate pressure (target value), the rotational speed is increased, and if it is low, the rotational speed is decreased. The target value calculator 75-1 calculates a target value of the intermediate pressure Pm from the evaporation pressure Pe and the condensation pressure Pc. The control device 75 sends a control signal to the inverter 71 and sends the control signal to the inverter 71 so as to adjust the rotation speed of the sub compressor so that the economizer pressure Pm becomes the target value calculated as described above. Send.

なお以上の説明では、主圧縮機はスクリュー圧縮機、副圧縮機はスクロール圧縮機として説明した。このような組合せとすると、容量のバランスがよい。すなわち、空調用冷凍機の場合、本実施の形態では、副圧縮機は主圧縮機の約10%の質量流量の冷媒ガスを吸入するので、この組合せが適している。しかしながら、比較的小容量の冷凍機では、主圧縮機と副圧縮機の一方、あるいは両方を往復動圧縮機としてもよい。また、冷凍容量が比較的大きい場合は、主圧縮機をターボ圧縮機とし、副圧縮機をスクリュー圧縮機、あるいは往復動圧縮機としてもよい。このような組合せが、バランスのとれた組合せとなる。以下の実施の形態でも同様である。   In the above description, the main compressor is described as a screw compressor, and the sub compressor is described as a scroll compressor. With such a combination, the capacity balance is good. That is, in the case of an air-conditioning refrigerator, in this embodiment, the sub compressor sucks refrigerant gas having a mass flow rate of about 10% of that of the main compressor, so this combination is suitable. However, in a refrigerator having a relatively small capacity, one or both of the main compressor and the sub compressor may be a reciprocating compressor. When the refrigeration capacity is relatively large, the main compressor may be a turbo compressor, and the sub compressor may be a screw compressor or a reciprocating compressor. Such a combination is a balanced combination. The same applies to the following embodiments.

膨張機構50及び60は、オリフィスとして図示しているが、キャピラリチューブとしてもよい。これらは、構造が簡単で、小型冷凍機に適する。また、膨張機構50は、凝縮器30で凝縮した冷媒液の溜めを作り、その溜めの液面が一定になるように開度が調整される膨張機構としてもよい。例えばフロート弁(不図示)である。前記溜めの液面が上昇するとフロートが上昇し液用開口が開く。膨張機構60も同様である。こちらは、エコノマイザ20の液面を検出して、これを一定にするような機構とする。例えばフロート弁である。液面制御方式は、オリフィスよりも機械的構造は多少複雑になるものの、冷媒液による液封がされるので冷媒ガスの吹き抜けを防止できる点で比較的大型の冷凍機に適する。   Although the expansion mechanisms 50 and 60 are illustrated as orifices, they may be capillary tubes. These are simple in structure and are suitable for small refrigerators. Further, the expansion mechanism 50 may be an expansion mechanism that creates a reservoir of the refrigerant liquid condensed by the condenser 30 and whose opening is adjusted so that the liquid level of the reservoir is constant. For example, a float valve (not shown). When the liquid level in the reservoir rises, the float rises and the liquid opening opens. The same applies to the expansion mechanism 60. This is a mechanism that detects the liquid level of the economizer 20 and keeps it constant. For example, a float valve. The liquid level control system is suitable for a relatively large refrigerator because the mechanical structure is somewhat more complicated than that of the orifice, but the liquid is sealed with the refrigerant liquid, so that the refrigerant gas can be prevented from being blown through.

また図中破線の枠で囲んだ部分、エコノマイザ20、その上流側の膨張機構50、下流側の膨張機構60、副圧縮機70、インバータ71、圧力検出器72、73、74、及びこれらを接続する配管、信号配線を備えるユニットは、エコノマイザユニット201として、1つの台板(不図示)の上に搭載し、既設の冷凍機の改造用のユニットとして構成してもよい。このとき、エコノマイザユニット201は、凝縮器30と膨張機構50の間に冷媒液受入口201−1と、副圧縮機70と凝縮器30との間に冷媒ガスを凝縮器30に送りだす冷媒ガス送出口201−3と、膨張機構60と蒸発器40との間に冷媒液を蒸発器40に送りだす冷媒液送出口201−2とを有する。これら各々の口で、配管が既設機と接続できるように配管取り合いが形成されている。配管取り合いは、切断された既設機の配管と溶接で接続できるように、配管の開放端として形成されていてもよく、フランジが配設されていてもよい。フランジのときは、既設配管を切断してその配管端部に相フランジを取りつければ、エコノマイザユニット201と既設機を容易に接続できる。   Further, a portion surrounded by a broken-line frame in the figure, the economizer 20, the upstream expansion mechanism 50, the downstream expansion mechanism 60, the sub compressor 70, the inverter 71, the pressure detectors 72, 73, 74, and these are connected. The unit including the piping and signal wiring to be installed may be mounted on one base plate (not shown) as the economizer unit 201 and configured as a unit for remodeling an existing refrigerator. At this time, the economizer unit 201 sends a refrigerant gas to the condenser 30 between the refrigerant liquid inlet 201-1 between the condenser 30 and the expansion mechanism 50, and between the sub compressor 70 and the condenser 30. Between the outlet 201-3 and the expansion mechanism 60 and the evaporator 40, there is a refrigerant liquid outlet 201-2 for sending the refrigerant liquid to the evaporator 40. At each of these ports, a pipe connection is formed so that the pipe can be connected to an existing machine. The pipe connection may be formed as an open end of the pipe or may be provided with a flange so that it can be connected to the cut pipe of the existing machine by welding. In the case of a flange, the economizer unit 201 can be easily connected to the existing machine by cutting the existing pipe and attaching a companion flange to the end of the pipe.

以上の通り、本実施の形態のエコノマイザユニット201は、エコノマイザ20自身の圧力、及び前後の圧力の検出器を備え、検出値により副圧縮機70の回転速度を調節し、エコノマイザ20の圧力を制御する制御装置75を備える。また、エコノマイザ自身の圧力の代わりに、エコノマイザ自身の温度、及び前後の温度の検出器を備え、検出した温度値により副圧縮機の回転速度を調節するものとしてもよい。   As described above, the economizer unit 201 according to the present embodiment includes the economizer 20 pressure detector and the front and rear pressure detectors, and adjusts the rotational speed of the sub-compressor 70 based on the detected value to control the economizer 20 pressure. The control device 75 is provided. Further, instead of the pressure of the economizer itself, a detector for the temperature of the economizer itself and the temperature before and after it may be provided, and the rotational speed of the sub compressor may be adjusted by the detected temperature value.

図2の概念的フローシートを参照して、本発明の第二の実施の形態である圧縮式冷凍機102を説明する。本実施の形態の圧縮式冷凍機102は、圧縮式冷凍機101の変形例であり、エコノマイザユニット202の部分が異なる。異なる部分について説明する。エコノマイザユニット202は、エコノマイザ20、膨張機構50、膨張機構60、副圧縮機70、インバータ71を、第一の実施の形態と同様に備えている。   With reference to the conceptual flow sheet of FIG. 2, the compression refrigerator 102 which is 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The compression refrigerator 102 of the present embodiment is a modification of the compression refrigerator 101, and the economizer unit 202 is different. Different parts will be described. The economizer unit 202 includes the economizer 20, the expansion mechanism 50, the expansion mechanism 60, the sub compressor 70, and the inverter 71 as in the first embodiment.

本実施の形態は、圧力検出器72、73、74を備えず、その代わりにエコノマイザ20の冷媒液面レベルを検出する液面検出器21を備える。液面検出器21の検出値はインバータ71に送られ、インバータ71により副圧縮機70の回転速度を調節することにより、エコノマイザ20の液面レベルを制御する。この制御は、不図示の制御装置を備え、そこに液面検出器21の検出信号を入力し、それにより副圧縮機70の回転速度を調節するようにしてもよい。   The present embodiment does not include the pressure detectors 72, 73, and 74, but includes a liquid level detector 21 that detects the refrigerant liquid level of the economizer 20 instead. The detection value of the liquid level detector 21 is sent to the inverter 71, and the liquid level of the economizer 20 is controlled by adjusting the rotational speed of the sub compressor 70 by the inverter 71. For this control, a control device (not shown) may be provided, and a detection signal of the liquid level detector 21 may be input thereto, thereby adjusting the rotational speed of the sub compressor 70.

第一の実施の形態と同様に、図中破線の枠で囲んだ部分、エコノマイザ20、その上流側の膨張機構50、下流側の膨張機構60、副圧縮機70、インバータ71、液面検出器21、及びこれらを接続する配管、信号配線を備えるユニットは、エコノマイザユニット202として、1つの台板(不図示)の上に搭載し、既設の冷凍機の改造用のユニットとして構成してもよい。エコノマイザユニット202の配管の取り合い関係は、第一の実施の形態と同様である。   As in the first embodiment, the portion surrounded by a broken line in the figure, the economizer 20, the upstream expansion mechanism 50, the downstream expansion mechanism 60, the sub compressor 70, the inverter 71, and the liquid level detector 21 and a unit provided with piping and signal wiring for connecting them may be mounted on one base plate (not shown) as an economizer unit 202 and configured as a unit for remodeling an existing refrigerator. . The piping relationship of the economizer unit 202 is the same as that of the first embodiment.

図3のモリエル線図(Pi線図(圧力−エンタルピ線図))を参照して、第一と第二の実施の形態の圧縮式冷凍機の作用を説明する。図中、10は主圧縮機、70は副圧縮機、20はエコノマイザ、30は凝縮器、40は蒸発器、50と60は膨張機構を示し、図1、図2の符合と共通である。点11は凝縮圧力Pcと飽和液線の交点であり、凝縮器30で凝縮された冷媒液の状態(過冷却されないと仮定)を、点12はエコノマイザ圧力Pmと飽和液線との交点であり、エコノマイザでフラッシュし蒸発した冷媒で冷却された冷媒液の状態を、点14は蒸発圧力Peと飽和蒸気線との交点であり、蒸発器40で蒸発した冷媒ガスの状態を、点15はエコノマイザ圧力Pmと飽和蒸気線との交点であり、エコノマイザでフラッシュし蒸発した冷媒ガスの状態を、点16は凝縮圧力Pcと飽和蒸気線の交点であり、凝縮器30で冷却され顕熱を奪われて、これから凝縮されようとする冷媒ガスの状態を示す点である。   With reference to the Mollier diagram (Pi diagram (pressure-enthalpy diagram)) in FIG. 3, the operation of the compression refrigerators of the first and second embodiments will be described. In the figure, 10 is a main compressor, 70 is a sub-compressor, 20 is an economizer, 30 is a condenser, 40 is an evaporator, 50 and 60 are expansion mechanisms, which are the same as those in FIGS. Point 11 is the intersection of the condensation pressure Pc and the saturated liquid line, the state of the refrigerant liquid condensed in the condenser 30 (assuming that it is not supercooled), and point 12 is the intersection of the economizer pressure Pm and the saturated liquid line. The state of the refrigerant liquid cooled by the refrigerant flashed and evaporated by the economizer, the point 14 is the intersection of the evaporation pressure Pe and the saturated vapor line, the state of the refrigerant gas evaporated by the evaporator 40, and the point 15 is the economizer The point of intersection of the pressure Pm and the saturated vapor line, the state of the refrigerant gas flashed and evaporated by the economizer, the point 16 is the intersection of the condensation pressure Pc and the saturated vapor line, cooled by the condenser 30 and deprived of sensible heat This is a point indicating the state of the refrigerant gas that is about to be condensed.

i11は、点11に対応するエンタルピ、i12は、点12に対応するエンタルピ、i14は点14に対応するエンタルピ、i15は、点15に対応するエンタルピである。   i11 is an enthalpy corresponding to the point 11, i12 is an enthalpy corresponding to the point 12, i14 is an enthalpy corresponding to the point 14, and i15 is an enthalpy corresponding to the point 15.

点11の状態の冷媒液は、凝縮器30で凝縮した冷媒液の全量が膨張機構50を介して膨張し、エコノマイザ20に流入する。ここで流入した冷媒液の(i11−i12)/(i15−i12)分が蒸発し点15の状態となり、その気化熱で残りの(i15−i11)/(i15−i12)分の冷媒液が冷却され点12の状態となる。   In the refrigerant liquid in the state of point 11, the entire amount of the refrigerant liquid condensed by the condenser 30 is expanded via the expansion mechanism 50 and flows into the economizer 20. Here, the (i11-i12) / (i15-i12) portion of the refrigerant liquid that has flowed in evaporates to a state of point 15, and the remaining (i15-i11) / (i15-i12) refrigerant liquid is evaporated by the heat of vaporization. Cooled to point 12.

点12の状態の冷媒液は、膨張機構60を介して膨張し、蒸発器40に流入する。その冷媒液は蒸発器40で蒸発して点14の冷媒ガスとなる。エコノマイザ20がなければ、蒸発器40に流入する冷媒液のエンタルピはi11であり、冷凍容量を発揮する冷媒液のエンタルピ差は(i14−i11)であるところ、エコノマイザ20で冷却された冷媒液のエンタルピはi12であるので、冷凍容量を発揮する冷媒液のエンタルピ差は(i14−i12)となり、空調用の冷凍機の場合で、15〜25%も単位重量当たりの冷凍容量を増やすことができる。   The refrigerant liquid in the state of point 12 expands through the expansion mechanism 60 and flows into the evaporator 40. The refrigerant liquid is evaporated by the evaporator 40 to become a refrigerant gas at point 14. Without the economizer 20, the enthalpy of the refrigerant liquid flowing into the evaporator 40 is i11, and the enthalpy difference of the refrigerant liquid that exhibits the refrigerating capacity is (i14-i11). Therefore, the refrigerant liquid cooled by the economizer 20 Since the enthalpy is i12, the enthalpy difference of the refrigerant liquid that exhibits the refrigerating capacity is (i14-i12), and in the case of the refrigerator for air conditioning, the refrigerating capacity per unit weight can be increased by 15 to 25%. .

点14の状態の冷媒ガスは、主圧縮機10により圧縮されて凝縮器30に送られる。そして冷却水により顕熱分の熱が奪われ冷却され、点16の状態の冷媒ガスになり、さらに冷却水により潜熱分の熱を奪われ、点11の状態の冷媒液となる。   The refrigerant gas in the state of point 14 is compressed by the main compressor 10 and sent to the condenser 30. Then, the heat of the sensible heat is taken away by the cooling water and cooled to become the refrigerant gas in the state of point 16, and further the heat of the latent heat is taken away by the cooling water to become the refrigerant liquid in the state of point 11.

点15の状態の冷媒ガスは、副圧縮機70により圧縮されて凝縮器30に送られる。そして、主圧縮機10で圧縮された冷媒ガスと凝縮器30内で混合される。そして、主圧縮機10で圧縮された冷媒ガスと一緒に冷却水により顕熱分の熱が奪われ冷却され、点16の状態の冷媒ガスになり、さらに冷却水により潜熱分の熱を奪われ、点11の状態の冷媒液となる。   The refrigerant gas in the state of point 15 is compressed by the sub compressor 70 and sent to the condenser 30. The refrigerant gas compressed by the main compressor 10 is mixed in the condenser 30. Then, together with the refrigerant gas compressed by the main compressor 10, the heat of the sensible heat is taken away by the cooling water and cooled to become the refrigerant gas in the state of point 16, and the heat of the latent heat is taken away by the cooling water. The refrigerant liquid is in the state of point 11.

このサイクルでは、先に説明したように、蒸発器40内の冷媒液の単位重量当たりの冷凍容量が大きくなっているので、総冷凍容量が同じであれば、主圧縮機10で圧縮すべき冷媒の量を少なくできるので、主圧縮機10の動力が少なくなる。その代わり副圧縮機70の動力分が増えるが、副圧縮機70で生じさせるべきヘッドは、主圧縮機10よりも小さい。したがって、その動力の増分を考慮しても、圧縮式冷凍機101、102のCOP(成績係数)は、空調用冷凍機の場合でも、エコノマイザ20無しの場合と比較して約10%改善される。   In this cycle, as described above, since the refrigeration capacity per unit weight of the refrigerant liquid in the evaporator 40 is large, if the total refrigeration capacity is the same, the refrigerant to be compressed by the main compressor 10 Therefore, the power of the main compressor 10 is reduced. Instead, the power of the sub compressor 70 increases, but the head to be generated by the sub compressor 70 is smaller than that of the main compressor 10. Therefore, even when the increase in power is taken into account, the COP (coefficient of performance) of the compression refrigerators 101 and 102 is improved by about 10% even in the case of the air conditioning refrigerator as compared with the case without the economizer 20. .

以上説明したように、本実施の形態によれば、副圧縮機70を備えるので、主圧縮機が一段の圧縮機であっても、エコノマイザサイクルを形成することができる。また既設の圧縮式冷凍機に、エコノマイザユニット201またはエコノマイザユニット202を追加することができる。この場合は、主圧縮機に手を加えることなく、既設の圧縮式冷凍機のCOPを容易に改善することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the sub-compressor 70 is provided, an economizer cycle can be formed even if the main compressor is a single-stage compressor. Further, the economizer unit 201 or the economizer unit 202 can be added to an existing compression refrigerator. In this case, the COP of the existing compression refrigerator can be easily improved without modifying the main compressor.

エコノマイザ圧力Pmは、蒸発器40の蒸発圧力Peと凝縮器30の凝縮圧力Pcとの中間の圧力とすると説明したが、要は、エコノマイザ出口の冷媒液の温度もしくは圧力が、冷凍機の運転状態において最適となるように制御するのがよい。同圧力等が最適となるのは、エコノマイザ20の出口冷媒液の比エンタルピが、凝縮器30の冷媒液と蒸発器40の冷媒液とのほぼ中間となるところである。近似的には、冷媒液の温度が、蒸発器40と凝縮器30の飽和温度の、中間の温度となるように制御するか、エコノマイザ20内の冷媒液の蒸発圧力Pmが、蒸発器40と凝縮器30の圧力の幾何平均となるようにするとよい。副圧縮機70の制御は回転速度制御によるほか、副圧縮機70としてスクリュー式圧縮機を用いている場合は、スライド弁によってもよい。以下の実施の形態においても同様である。このときは、副圧縮機は、スクリュー圧縮機のスライド弁を含む可変バルブタイミングを有し、副圧縮機の制御が、可変バルブタイミングによるものとするとよい。   It has been described that the economizer pressure Pm is an intermediate pressure between the evaporation pressure Pe of the evaporator 40 and the condensation pressure Pc of the condenser 30. In short, the temperature or pressure of the refrigerant liquid at the economizer outlet is the operating state of the refrigerator. It is better to control so as to be optimal. The pressure and the like are optimal when the specific enthalpy of the outlet refrigerant liquid of the economizer 20 is approximately halfway between the refrigerant liquid of the condenser 30 and the refrigerant liquid of the evaporator 40. Approximately, the temperature of the refrigerant liquid is controlled to be an intermediate temperature between the saturation temperatures of the evaporator 40 and the condenser 30, or the evaporation pressure Pm of the refrigerant liquid in the economizer 20 is The geometric average of the pressure of the condenser 30 may be set. Control of the sub-compressor 70 may be based on rotational speed control, or may be a slide valve when a screw-type compressor is used as the sub-compressor 70. The same applies to the following embodiments. At this time, the sub-compressor has a variable valve timing including a slide valve of the screw compressor, and the sub-compressor is preferably controlled by the variable valve timing.

なお、以上の制御は、冷媒温度によってもよく、その場合は、間接的にエコノマイザ圧力Pmを凝縮圧力Pcと蒸発圧力Peの中間の圧力に制御していることになる。また、蒸発圧力Peや蒸発温度Teなどは、安定運転中は一般に一定値となるので、実測はせずに一定の仮定値により決定してもよい。なお、インバータ71を用いれば、副圧縮機70を高効率で運転しつつ、エコノマイザ圧力Pmを最適値に制御することができるが、副圧縮機70を定速運転としてもよい。定速運転の場合は、エコノマイザ圧力Pmが最適な値になるとは限らないが、比較的簡易な構成でほぼ中間の圧力にすることができ、COPが改善できることに変わりはない。   The above control may be performed depending on the refrigerant temperature. In this case, the economizer pressure Pm is indirectly controlled to an intermediate pressure between the condensation pressure Pc and the evaporation pressure Pe. Further, the evaporation pressure Pe, the evaporation temperature Te, and the like are generally constant values during stable operation, and may be determined by constant assumption values without actually measuring. If the inverter 71 is used, the economizer pressure Pm can be controlled to an optimum value while operating the sub compressor 70 with high efficiency, but the sub compressor 70 may be operated at a constant speed. In the case of constant speed operation, the economizer pressure Pm does not always become an optimum value, but it can be set to a substantially intermediate pressure with a relatively simple configuration and COP can be improved.

図4の概念的フローシートを参照して、本発明の第三の実施の形態である圧縮式冷凍機103を説明する。本実施の形態の圧縮式冷凍機103は、第一の実施の形態のエコノマイザ20に加えて過冷却器90を備える。このときは、凝縮器30を出た冷媒液中には冷媒蒸気が混合している場合があるので、凝縮器30を出た冷媒をいったん収容し、気液分離する気液分離器としてのバッファタンク31を設けるとよい。ここで、気液分離した上で過冷却器90へと導く。バッファタンク31の液面を液面検出器32により監視し、冷媒流量を制御する制御弁50aを、第一又は第二の実施の形態のオリフィス50の代わりに用いるとよい。液面検出器32からの液面レベル信号が制御弁50aに送られる。不図示の制御装置を備え、これにより制御信号を制御弁50aに送り、冷媒流量を制御してもよい。   With reference to the conceptual flow sheet of FIG. 4, the compression refrigerator 103 which is 3rd embodiment of this invention is demonstrated. The compression refrigerator 103 according to the present embodiment includes a supercooler 90 in addition to the economizer 20 according to the first embodiment. At this time, refrigerant vapor may be mixed in the refrigerant liquid exiting the condenser 30. Therefore, a buffer as a gas-liquid separator that temporarily stores the refrigerant exiting the condenser 30 and separates the gas and liquid. A tank 31 may be provided. Here, after gas-liquid separation, it is led to the supercooler 90. A control valve 50a for monitoring the liquid level of the buffer tank 31 with the liquid level detector 32 and controlling the refrigerant flow rate may be used in place of the orifice 50 of the first or second embodiment. A liquid level signal from the liquid level detector 32 is sent to the control valve 50a. A control device (not shown) may be provided, whereby a control signal may be sent to the control valve 50a to control the refrigerant flow rate.

過冷却器90は、冷媒液と冷却水とを熱交換する熱交換器として構成される。典型的には、凝縮器30、蒸発器40と同様にシェルアンドチューブ形式の熱交換器とし、チューブ側に冷却水を流し、シェル側に冷媒液を流す。冷却水は凝縮器30と並列に流すとよい。過冷却器90への冷却水入口配管、あるいは出口配管には流量調整弁80(図示は冷却水出口配管に設置)を設けるとよい。この調整により、過冷却度を調整できる。   The subcooler 90 is configured as a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant liquid and the cooling water. Typically, a shell-and-tube heat exchanger is used in the same manner as the condenser 30 and the evaporator 40, cooling water is supplied to the tube side, and refrigerant liquid is supplied to the shell side. The cooling water may flow in parallel with the condenser 30. A flow rate adjustment valve 80 (shown in the cooling water outlet piping) may be provided in the cooling water inlet piping or outlet piping to the supercooler 90. By this adjustment, the degree of supercooling can be adjusted.

なお、バッファタンク31を設けずに、凝縮器30からの冷媒液を直接過冷却器90に流してもよい。このときは、凝縮器30の底部の冷媒貯留部の容量を大きくして、冷媒液がガスを含まずに溜まるように構成する。   Note that the refrigerant liquid from the condenser 30 may flow directly to the subcooler 90 without providing the buffer tank 31. At this time, the capacity of the refrigerant storage section at the bottom of the condenser 30 is increased so that the refrigerant liquid is stored without containing gas.

ここで、エコノマイザ20には第一または第二の実施の形態と同様に副圧縮機70が接続されており、同様にインバータ71で回転速度が調節される。第一又は第二の実施の形態と相違する点は、膨張機構60の下流側に蒸発温度Teを検出する蒸発温度検出器61を、エコノマイザ20にはエコノマイザ温度Tmを検出するエコノマイザ冷媒液温度検出器22を、過冷却器90と制御弁50aの間の冷媒液経路には過冷却冷媒液温度Tc’を検出する温度検出器91を備える点である。これらの温度検出器からの温度信号は、インバータ71に送られ、副圧縮機70の回転速度を調節することにより、エコノマイザ温度Tmが蒸発温度Teと過冷却冷媒液温度Tc’との中間の温度に制御する。ここでは、過冷却冷媒液温度Tc’と蒸発温度Teの算術平均温度を目標として副圧縮機70の流量を調節するとよい。なお、図4には制御装置は不図示であるが、第一の実施の形態と同様な制御装置75を備え、目標値演算器75−1で前記演算を行い副圧縮機の流量を調節するとよい。   Here, the subcompressor 70 is connected to the economizer 20 as in the first or second embodiment, and the rotation speed is adjusted by the inverter 71 in the same manner. The difference from the first or second embodiment is that an evaporating temperature detector 61 that detects the evaporating temperature Te is provided downstream of the expansion mechanism 60, and an economizer refrigerant liquid temperature detecting that detects the economizer temperature Tm in the economizer 20. The temperature sensor 91 for detecting the supercooled refrigerant liquid temperature Tc ′ is provided in the refrigerant liquid path between the supercooler 90 and the control valve 50a. The temperature signals from these temperature detectors are sent to the inverter 71, and by adjusting the rotational speed of the sub compressor 70, the economizer temperature Tm is an intermediate temperature between the evaporation temperature Te and the supercooled refrigerant liquid temperature Tc ′. To control. Here, the flow rate of the sub-compressor 70 may be adjusted with the arithmetic average temperature of the supercooled refrigerant liquid temperature Tc ′ and the evaporation temperature Te as a target. Although a control device is not shown in FIG. 4, a control device 75 similar to that of the first embodiment is provided, and the calculation is performed by the target value calculator 75-1 to adjust the flow rate of the sub compressor. Good.

前述のように、これも間接的にエコノマイザ圧力Pmを凝縮圧力Pcと蒸発圧力Peの中間の圧力に制御していることになる。もちろん、第一の実施の形態と同様に、圧力による制御をしてもよい。   As described above, this also indirectly controls the economizer pressure Pm to an intermediate pressure between the condensation pressure Pc and the evaporation pressure Pe. Of course, as with the first embodiment, control by pressure may be performed.

本例でも、これらの機器は一式のユニットとして構成することができる。この場合、副圧縮機70の出口配管と過冷却器90の前のバッファタンク31の均圧管とは共用でき、冷凍機との取り合いは最小化できる。   Also in this example, these devices can be configured as a set of units. In this case, the outlet pipe of the sub-compressor 70 and the pressure equalizing pipe of the buffer tank 31 in front of the supercooler 90 can be shared, and the engagement with the refrigerator can be minimized.

図5のモリエル線図(Pi線図(圧力−エンタルピ線図))を参照して、第三の実施の形態の圧縮式冷凍機103の作用を説明する。第一又は第二の実施の形態との相違点は、過冷却器90による過冷却がある点である。すなわち、点11の状態の冷媒液は、過冷却器90で冷却水により過冷却され凝縮圧力Pcに対応する飽和液線よりも、モリエル線図において左側すなわち液領域に入り込み、点11’の状態となる。この点のエンタルピi11’は、点11のエンタルピi11よりも冷却側にある。したがって、エコノマイザ20で一部蒸発する冷媒ガスの量は、流入した冷媒液の(i11’−i12)/(i15−i12)分となり、第一又は第二の実施の形態の場合の(i11−i12)/(i15−i12)分よりも小さくなる。よって副圧縮機70の所要動力が小さくなる。   With reference to the Mollier diagram (Pi diagram (pressure-enthalpy diagram)) in FIG. 5, the operation of the compression refrigerator 103 of the third embodiment will be described. The difference from the first or second embodiment is that there is supercooling by the supercooler 90. That is, the refrigerant liquid in the state of point 11 enters the left side, that is, the liquid region in the Mollier diagram with respect to the saturated liquid line corresponding to the condensation pressure Pc that is supercooled by the cooling water in the supercooler 90, and is in the state of point 11 ′. It becomes. The enthalpy i11 'at this point is closer to the cooling side than the enthalpy i11 at point 11. Therefore, the amount of the refrigerant gas partially evaporated by the economizer 20 is (i11′-i12) / (i15-i12) of the flowing refrigerant liquid, and (i11−) in the case of the first or second embodiment. It becomes smaller than i12) / (i15-i12). Therefore, the required power of the sub compressor 70 is reduced.

図6の概念的フローシートを参照して、本発明の第四の実施の形態である圧縮式冷凍機104を説明する。本実施の形態の圧縮式冷凍機104は、いわゆるクローズ型のエコノマイザを備える。エコノマイザユニット204の部分が、先の実施の形態と異なる。異なる部分について説明する。クローズ型のエコノマイザは、熱交換器として構成し、凝縮器30からの冷媒液の一部とその残りの冷媒液とを該熱交換器の冷却側と被冷却側に導き、該一部の冷媒液をエコノマイザ圧力で蒸発させて温度を低下させ、前記残りの冷媒液をその蒸発による気化熱で過冷却するように構成するものである。   With reference to the conceptual flow sheet of FIG. 6, the compression refrigerator 104 which is 4th Embodiment of this invention is demonstrated. The compression refrigerator 104 of the present embodiment includes a so-called closed economizer. The economizer unit 204 is different from the previous embodiment. Different parts will be described. The closed economizer is configured as a heat exchanger, and a part of the refrigerant liquid from the condenser 30 and the remaining refrigerant liquid are guided to the cooling side and the cooled side of the heat exchanger, and the part of the refrigerant The liquid is evaporated at an economizer pressure to lower the temperature, and the remaining refrigerant liquid is supercooled by the heat of vaporization caused by the evaporation.

冷却水による過冷却器を備える点は第三の実施の形態と同様である。但し、本実施の形態では、過冷却器90aは凝縮器30に組み込まれている。すなわち、凝縮器30の底部に冷媒液溜まりがあり、その中にチューブバンドルが組み込まれている(不図示)。凝縮器組み込み型なので、エコノマイザユニットとして構成することは難しい。作用は第三の実施の形態と同様であるのでこれ以上の説明を省略する。なお第三の実施の形態と同様な別置きの過冷却90を過冷却90aの代わりに備えてもよい。その場合は、過冷却器90もエコノマイザユニットとして構成できるので、既設の冷凍機に過冷却器が備わっていない場合に容易に対処することができる。   The point provided with the supercooler by cooling water is the same as that of 3rd embodiment. However, in the present embodiment, the supercooler 90 a is incorporated in the condenser 30. That is, there is a refrigerant liquid pool at the bottom of the condenser 30, and a tube bundle is incorporated therein (not shown). Because it is a built-in condenser, it is difficult to configure as an economizer unit. Since the operation is the same as that of the third embodiment, further explanation is omitted. In addition, you may provide the separate supercooling 90 similar to 3rd Embodiment instead of the supercooling 90a. In that case, since the supercooler 90 can also be configured as an economizer unit, it can be easily dealt with when the existing refrigerator is not equipped with a supercooler.

本実施の形態の冷凍機104では、エコノマイザ20aは、シェルアンドチューブ型の熱交換器として構成され、チューブ側に、凝縮器30からの冷媒液が過冷却器90aを経由して流入する。ここでさらに過冷却された冷媒液は、膨張機構60を介して膨張し、蒸発器40に流入する。   In the refrigerator 104 of the present embodiment, the economizer 20a is configured as a shell-and-tube heat exchanger, and the refrigerant liquid from the condenser 30 flows into the tube side via the supercooler 90a. Here, the further subcooled refrigerant liquid expands through the expansion mechanism 60 and flows into the evaporator 40.

一方、エコノマイザ20aのシェル側と凝縮器30との間の(本実施の形態では、シェル側と過冷却器90aとの間の)経路には、温度膨張弁50bが配置されている。ここで減圧され膨張した冷媒は、一部蒸発し、液とガスの混合状態でエコノマイザ20aに流入する。具体的にはエコノマイザ20aのシェル側に流入する。ガスと液の混合状態なので、膨張弁50bを経由した冷媒の方を、体積が増えた冷媒を処理し易いシェル側に流すのが好ましい。   On the other hand, a temperature expansion valve 50b is disposed in a path between the shell side of the economizer 20a and the condenser 30 (in the present embodiment, between the shell side and the subcooler 90a). The refrigerant decompressed and expanded here partially evaporates and flows into the economizer 20a in a mixed state of liquid and gas. Specifically, it flows into the shell side of the economizer 20a. Because of the mixed state of gas and liquid, it is preferable to flow the refrigerant that has passed through the expansion valve 50b to the shell side where the increased volume refrigerant can be easily processed.

ここで蒸発した冷媒ガスは副圧縮機70に吸入される。副圧縮機70は先の実施の形態と同様に、インバータ71で回転速度が調節される。膨張機構60の下流側に蒸発温度Teを検出する蒸発温度検出器61を、エコノマイザ20aのシェル側で蒸発した冷媒ガスの出口、特に出口配管には冷媒ガスの温度Tm1を検出する冷媒ガス温度検出器22aを、エコノマイザ20aの過冷却された冷媒液の出口特に出口配管には、冷媒液の温度Tm2を検出する冷媒液温度検出器22bを、過冷却器90aとエコノマイザ20aのチューブ側との間の冷媒液経路には冷却水で過冷却された冷媒の温度Tc’を検出する温度検出器91を備える。これらの温度検出器からの温度信号は、インバータ71に送られ、副圧縮機70の回転速度を調節することにより、冷媒液の温度Tm2が蒸発温度Teと過冷却冷媒液温度Tc’との中間の温度になるように制御する。なお、図6には制御装置は不図示であるが、第一の実施の形態と同様な制御装置75を備え、目標値演算器75−1で前記演算を行い中間の温度を求め、その値になるように副圧縮機の流量を調節するとよい。   The refrigerant gas evaporated here is sucked into the sub compressor 70. As with the previous embodiment, the rotation speed of the sub compressor 70 is adjusted by the inverter 71. An evaporating temperature detector 61 for detecting the evaporating temperature Te is provided downstream of the expansion mechanism 60, and an evaporating gas detector for detecting the evaporating gas temperature Tm1 at the outlet of the evaporating refrigerant gas on the shell side of the economizer 20a, particularly the outlet pipe At the outlet of the supercooled refrigerant liquid of the economizer 20a, particularly at the outlet pipe, the refrigerant liquid temperature detector 22b for detecting the refrigerant liquid temperature Tm2 is provided between the supercooler 90a and the economizer 20a tube side. The refrigerant liquid path is provided with a temperature detector 91 for detecting the temperature Tc ′ of the refrigerant supercooled by the cooling water. The temperature signals from these temperature detectors are sent to the inverter 71, and by adjusting the rotational speed of the sub compressor 70, the refrigerant liquid temperature Tm2 is intermediate between the evaporation temperature Te and the supercooled refrigerant liquid temperature Tc ′. Control the temperature so that Although a control device is not shown in FIG. 6, the control device 75 is the same as that of the first embodiment, and the calculation is performed by the target value calculator 75-1 to obtain an intermediate temperature. It is better to adjust the flow rate of the sub compressor so that

また温度膨張弁50bは、温度検出器22aからの温度信号を受信し、冷媒ガスの温度Tm1が適切な過熱度となるよう、冷媒液が直接副圧縮機70に吸入されないよう、冷媒液の流量を調節する。言い換えれば、エコノマイザ20aの出口における冷媒ガスの過熱度を一定とするように温度膨張弁50bが制御される。あるいは、温度検出器22aの代わりに、エコノマイザ20aのシェル側に溜まる液の液面を検出する液面検出器(不図示)を設け、その液面がエコノマイザ20a内で冷媒ガスと冷媒液が十分に分離されるような適切な液面に維持されるように、流入する冷媒液の流量を調節してもよい。   The temperature expansion valve 50b receives the temperature signal from the temperature detector 22a, and the flow rate of the refrigerant liquid is prevented so that the refrigerant liquid is not directly sucked into the sub compressor 70 so that the refrigerant gas temperature Tm1 has an appropriate degree of superheat. Adjust. In other words, the temperature expansion valve 50b is controlled so that the degree of superheat of the refrigerant gas at the outlet of the economizer 20a is constant. Alternatively, instead of the temperature detector 22a, a liquid level detector (not shown) that detects the liquid level of the liquid accumulated on the shell side of the economizer 20a is provided, and the liquid level is sufficient in the economizer 20a. The flow rate of the inflowing refrigerant liquid may be adjusted so that the liquid level is maintained at an appropriate level.

図7のモリエル線図を参照して、第四の実施の形態の圧縮式冷凍機104の作用を説明する。第一から第三の実施の形態との相違点は、エコノマイザ20aがクローズ型である点であり、それがモリエル線図に表れている。   With reference to the Mollier diagram of FIG. 7, the operation of the compression refrigerator 104 of the fourth embodiment will be described. The difference from the first to third embodiments is that the economizer 20a is a closed type, which is shown in the Mollier diagram.

点11は他の実施の形態と同様に凝縮器30で凝縮された冷媒液の状態である。この冷媒液は、第三の実施の形態の冷凍機103と同様に冷却水により過冷却され点11’に至る。ここで、まずエコノマイザ20aのシェル側の流れを説明する。この点11’の冷媒液が温度膨張弁50bにより減圧され点13に至る。凝縮圧力Pcと蒸発圧力Peの中間圧力Pm1の点であり、温度はTm1である。温度膨張弁50bで膨張した直後は冷媒ガスと冷媒液の混合状態にある。この状態から、チューブ内を流れる冷媒液を冷却し、自身は蒸発し圧力Pm1と飽和蒸気線の交点である点15に至る。そして副圧縮機70に吸入される。   Point 11 is the state of the refrigerant liquid condensed by the condenser 30 as in the other embodiments. This refrigerant liquid is supercooled by the cooling water as in the refrigerator 103 of the third embodiment and reaches the point 11 '. Here, the flow on the shell side of the economizer 20a will be described first. The refrigerant liquid at this point 11 ′ is depressurized by the temperature expansion valve 50 b and reaches point 13. This is a point of an intermediate pressure Pm1 between the condensation pressure Pc and the evaporation pressure Pe, and the temperature is Tm1. Immediately after expansion by the temperature expansion valve 50b, the refrigerant gas and the refrigerant liquid are mixed. From this state, the refrigerant liquid flowing in the tube is cooled, and it evaporates to reach a point 15 that is the intersection of the pressure Pm1 and the saturated vapor line. Then, it is sucked into the sub compressor 70.

次にエコノマイザ20aのチューブ側の流れを説明する。点11’の冷媒液がシェル側で蒸発する前述の冷媒により冷却され圧力はPcの状態で液領域にある点11”に至る。この過冷却された冷媒液は、膨張機構60を介して膨張し、蒸発器40に流入する。この膨張過程は等エンタルピ変化である。この等エンタルピ線は、飽和液線と点12aで交差する。点12aの圧力はPm2であり温度はTm2である。圧力Pm2は圧力Pm1よりもわずかに高く、温度Tm2は温度Tm1よりもわずかに高い。したがって、チューブ側を流れる冷媒液は、シェル側で蒸発する冷媒と熱交換し、冷却される。   Next, the flow on the tube side of the economizer 20a will be described. The refrigerant liquid at the point 11 ′ is cooled by the above-described refrigerant that evaporates on the shell side, and reaches a point 11 ″ in the liquid region in the state of Pc. This supercooled refrigerant liquid is expanded via the expansion mechanism 60. Then, this expansion process is an isenthalpy change, and this isoenthalpy line intersects the saturated liquid line at the point 12a, the pressure at the point 12a is Pm2, and the temperature is Tm2. Pm2 is slightly higher than pressure Pm1 and temperature Tm2 is slightly higher than temperature Tm1 Therefore, the refrigerant liquid flowing on the tube side exchanges heat with the refrigerant evaporated on the shell side, and is cooled.

本実施の形態のエコノマイザ20aは熱交換器と膨張弁との組み合わせによる、いわゆる1段膨張式のエコノマイザと呼んでもよい。また本実施の形態では、主圧縮機としては半密閉式のスクリュー式の圧縮機を用い、副圧縮機としては密閉式の汎用圧縮機を用いる。また、以上の説明では、冷媒液の温度Tm2が蒸発温度Teと過冷却冷媒液温度Tc’との中間の温度になるように制御されるとしたが、エコノマイザ20a内のシェル側の冷媒蒸発温度Tm1が蒸発温度Teと過冷却冷媒液温度Tc’との中間の温度になるように制御されるように、副圧縮機70の回転速度を調節するものとしてもよい。   The economizer 20a of the present embodiment may be called a so-called one-stage expansion economizer that is a combination of a heat exchanger and an expansion valve. In this embodiment, a semi-hermetic screw compressor is used as the main compressor, and a hermetic general-purpose compressor is used as the sub-compressor. In the above description, the refrigerant liquid temperature Tm2 is controlled to be an intermediate temperature between the evaporation temperature Te and the supercooled refrigerant liquid temperature Tc ′. However, the refrigerant evaporation temperature on the shell side in the economizer 20a is controlled. The rotational speed of the sub-compressor 70 may be adjusted so that Tm1 is controlled to be an intermediate temperature between the evaporation temperature Te and the supercooled refrigerant liquid temperature Tc ′.

過冷却器90aを備えれば、冷媒の単位流量当たりの冷凍効果を高めることができる利点がある。備えなくてもよく、その場合は装置の簡素化を図ることができる。   If the supercooler 90a is provided, there is an advantage that the refrigeration effect per unit flow rate of the refrigerant can be enhanced. In that case, the apparatus can be simplified.

その他の作用は、既に説明した他の実施の形態と同様である。本実施の形態のように構成すると、エコノマイザにおける気液の分離を確実に行うことができる。   Other operations are the same as those of the other embodiments already described. If comprised like this Embodiment, the separation of the gas-liquid in an economizer can be performed reliably.

以上説明したように、本発明の実施の形態では、従来の単純サイクルに、エコノマイザ(中間冷却器)を設けるとともに、エコノマイザから生じる冷媒蒸気を副圧縮機を用いて凝縮器へと戻し、凝縮させる。このようにすると、主圧縮機に手を加えることなく、蒸発器に流入する冷媒の温度を下げて冷凍能力を増加せしめ、さらに効率を向上することができる。このとき、副圧縮機を駆動するために動力が必要となるが、主圧縮機の動力が低下した分、あるいは冷凍出力が増大することに対して、副圧縮機が必要とする動力は理論上小さく、全体としては省エネルギーとなる。   As described above, in the embodiment of the present invention, an economizer (intermediate cooler) is provided in the conventional simple cycle, and the refrigerant vapor generated from the economizer is returned to the condenser using the sub compressor and condensed. . If it does in this way, without changing a main compressor, the temperature of the refrigerant | coolant which flows in into an evaporator can be lowered | hung, refrigeration capacity can be increased, and efficiency can be improved further. At this time, power is required to drive the sub-compressor, but the power required by the sub-compressor is theoretically equivalent to the decrease in the power of the main compressor or the increase in the refrigeration output. Small and energy saving as a whole.

なお、本発明においては、圧縮式冷凍機は、圧縮式ヒートポンプを含む概念である。ヒートポンプでは凝縮器で得られる熱が出力となる。また、蒸発器では熱源流体から冷媒を蒸発させる熱を得る。   In the present invention, the compression refrigerator is a concept including a compression heat pump. In the heat pump, the heat obtained from the condenser is output. The evaporator obtains heat for evaporating the refrigerant from the heat source fluid.

本発明の冷凍機は、成績係数を改善した圧縮式冷凍機及び既設の圧縮式冷凍機に搭載して成績係数を改善することのできるエコノマイザユニットとして利用される。   The refrigerating machine of the present invention is utilized as a compression type refrigerator with improved coefficient of performance and an economizer unit that can be installed in an existing compression type refrigerator to improve the coefficient of performance.

10 主圧縮機
11、12、13、14、15、16、 モリエル線図上の点
20 エコノマイザ
20a エコノマイザ
21 液面検出器
22、22a、22b 温度検出器
30 凝縮器
31 バッファタンク
32 液面検出器
40 蒸発器
50、50a、60 膨張機構
61 温度検出器
70 副圧縮機
71 インバータ
72、73、74 圧力検出器
75 制御装置
75−1 目標値演算器
80 流量調整弁
90、90a 過冷却器
91 温度検出器
101、102、103、104 圧縮式冷凍機
201、202、203、204 エコノマイザユニット
201−1 冷媒液受入口
201−2 冷媒液送出口
201−3 冷媒ガス送出口
Pc 凝縮圧力
Pe 蒸発圧力
Pm 中間圧力
Tc 凝縮温度
Te 蒸発温度
Tm エコノマイザ温度
Tm1 冷媒ガスの温度
Tm2 冷媒液温度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Main compressor 11, 12, 13, 14, 15, 16, Point 20 on Mollier diagram 20 Economizer 20a Economizer 21 Liquid level detector 22, 22a, 22b Temperature detector 30 Condenser 31 Buffer tank 32 Liquid level detector 40 Evaporator 50, 50a, 60 Expansion mechanism 61 Temperature detector 70 Sub compressor 71 Inverter 72, 73, 74 Pressure detector 75 Control device 75-1 Target value calculator 80 Flow rate adjusting valve 90, 90a Subcooler 91 Temperature Detectors 101, 102, 103, 104 Compressive refrigerators 201, 202, 203, 204 Economizer unit 201-1 Refrigerant liquid inlet 201-2 Refrigerant liquid outlet 201-3 Refrigerant gas outlet Pc Condensing pressure Pe Evaporating pressure Pm Intermediate pressure Tc Condensing temperature Te Evaporating temperature Tm Economizer temperature Tm1 Refrigerant gas temperature Tm2 Refrigerant liquid temperature

Claims (3)

冷媒液を蒸発させて冷媒ガスにする蒸発器と;
前記冷媒ガスを吸入して圧縮する主圧縮機と;
前記主圧縮機で圧縮した冷媒ガスから熱を奪って凝縮し、冷媒液にする凝縮器と;
前記蒸発器の蒸発圧力と前記凝縮器の凝縮圧力との中間のエコノマイザ圧力で、前記凝縮器で凝縮した冷媒液を蒸発させて冷媒ガスとし、その蒸発の際の気化熱で冷媒液を冷却して、その冷却した冷媒液を前記蒸発器に送るエコノマイザと;
前記エコノマイザで蒸発した冷媒ガスを吸入して圧縮し、前記凝縮器に送る副圧縮機とを備える;
圧縮式冷凍機。
An evaporator that evaporates the refrigerant liquid into refrigerant gas;
A main compressor that sucks and compresses the refrigerant gas;
A condenser that takes heat from the refrigerant gas compressed by the main compressor and condenses it into a refrigerant liquid;
The refrigerant liquid condensed in the condenser is evaporated into a refrigerant gas with an economizer pressure intermediate between the evaporation pressure of the evaporator and the condensation pressure of the condenser, and the refrigerant liquid is cooled by the heat of vaporization during the evaporation. An economizer for sending the cooled refrigerant liquid to the evaporator;
A sub-compressor that sucks and compresses the refrigerant gas evaporated by the economizer and sends it to the condenser;
Compression refrigerator.
前記エコノマイザ圧力が冷凍機の運転状態から演算される目標値となるように副圧縮機を制御する制御装置を備える、請求項1に記載の圧縮式冷凍機。   The compression refrigerator according to claim 1, further comprising a control device that controls the sub-compressor so that the economizer pressure becomes a target value calculated from an operating state of the refrigerator. 冷媒液を蒸発させて冷媒ガスにする蒸発器と、前記冷媒ガスを吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮した冷媒ガスを冷却して凝縮し、冷媒液にする凝縮器とを有する冷凍機に取り付けるエコノマイザユニットであって;
前記蒸発器の蒸発圧力と前記凝縮器の凝縮圧力との中間のエコノマイザ圧力で、前記凝縮器で凝縮した冷媒液を蒸発させて冷媒ガスとし、その蒸発の際の気化熱で冷媒液を冷却して、その冷却した冷媒液を前記蒸発器に送るエコノマイザと;
前記エコノマイザで蒸発した冷媒ガスを吸入して圧縮し、前記凝縮器に送る、可変速副圧縮機と;
前記副圧縮機の回転速度を調節することにより、前記副圧縮機の吸入圧力を前記蒸発器の蒸発圧力と前記凝縮器の凝縮圧力との中間のエコノマイザ圧力に制御する制御装置を備え;
前記エコノマイザは、前記凝縮器で凝縮した冷媒液を受け入れる冷媒液受入口と、前記気化熱で冷却された冷媒液を前記蒸発器に送りだす冷媒液送出口と、前記エコノマイザ圧力で蒸発した冷媒ガスを前記凝縮器に送りだす冷媒ガス送出口を有する;
エコノマイザユニット。
An evaporator that evaporates the refrigerant liquid to produce a refrigerant gas, a compressor that sucks and compresses the refrigerant gas, and a condenser that cools and condenses the refrigerant gas compressed by the compressor to produce a refrigerant liquid. An economizer unit attached to a refrigerator having;
The refrigerant liquid condensed in the condenser is evaporated into a refrigerant gas with an economizer pressure intermediate between the evaporation pressure of the evaporator and the condensation pressure of the condenser, and the refrigerant liquid is cooled by the heat of vaporization during the evaporation. An economizer for sending the cooled refrigerant liquid to the evaporator;
A variable speed sub-compressor that sucks and compresses the refrigerant gas evaporated by the economizer and sends it to the condenser;
A control device that controls the suction pressure of the sub-compressor to an economizer pressure intermediate between the evaporation pressure of the evaporator and the condensation pressure of the condenser by adjusting the rotational speed of the sub-compressor;
The economizer is configured to receive a refrigerant liquid inlet for receiving the refrigerant liquid condensed by the condenser, a refrigerant liquid outlet for sending the refrigerant liquid cooled by the heat of vaporization to the evaporator, and a refrigerant gas evaporated at the economizer pressure. Having a refrigerant gas outlet for delivery to the condenser;
Economizer unit.
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