JP2014025596A - Cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体である被冷却流体を冷却する冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device that cools a fluid to be cooled that is a liquid.
従来より、被冷却流体を冷却する冷却装置において、被冷却流体の凍結を防止することは冷却装置の信頼性を確保する上で重要な課題である。特に被冷却流体として凝固点を低下させる添加物を混ぜたブラインを使用する冷却装置においては、添加物の含有濃度が低下することでブラインが凍結する可能性がある。また、ブラインと周囲空気とを直接接触させることにより周囲空気を冷却する直接接触式の冷却装置においては、冷媒であるブラインと周囲空気が直接接触することになる。そのため、冷却された空気中の水分が凝縮してブライン中へ混入してしまうことは不可避である。 Conventionally, in a cooling device that cools a fluid to be cooled, preventing freezing of the fluid to be cooled has been an important issue in securing the reliability of the cooling device. In particular, in a cooling device that uses brine mixed with an additive that lowers the freezing point as a fluid to be cooled, the brine may freeze due to a decrease in the concentration of the additive. Moreover, in the direct contact type cooling device that cools the ambient air by bringing the brine and the ambient air into direct contact, the brine that is the refrigerant and the ambient air are in direct contact with each other. Therefore, it is inevitable that moisture in the cooled air is condensed and mixed into the brine.
このようなことから、ブラインにおける添加物の含有濃度低下を防止する目的で、ブラインに混入した水分を除去又は分離することによりブラインを濃縮させる技術がいくつか提案されている。 For this reason, several techniques for concentrating brine by removing or separating moisture mixed in the brine have been proposed for the purpose of preventing a decrease in the concentration of the additive in the brine.
従来技術として、直接接触式クーラに使用するブライン水溶液より水分を除去するブライン濃縮方法において、膜分離により1段目の濃縮を行い、得られた低濃度のブライン水溶液に対し2段目の濃縮を形成する凍結濃縮を行って2段階濃縮処理をなしたブライン濃縮方法とその装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
As a conventional technique, in a brine concentration method that removes moisture from a brine aqueous solution used in a direct contact cooler, the first stage concentration is performed by membrane separation, and the second stage concentration is performed on the obtained low concentration brine aqueous solution. A brine concentration method and an apparatus therefor have been proposed in which freeze-concentration is performed and two-stage concentration processing is performed (see
また別の従来技術として、ブラインクーラによって冷却されたブラインにより空気を冷却する空気冷却装置において、加熱ヒータによりブライン濃縮装置のブラインを加熱する、もしくは凝縮器と直列に接続された加熱器によりブライン濃縮装置のブライン又は流通外気を加熱するようにした空気冷却装置が提案されている(例えば特許文献2参照)。 As another conventional technique, in an air cooling device that cools air using brine cooled by a brine cooler, the brine of the brine concentrating device is heated by a heater, or the brine is concentrated by a heater connected in series with the condenser. There has been proposed an air cooling device that heats brine or circulating outside air of the device (see, for example, Patent Document 2).
このような従来技術は、ブラインに混入した水分を除去又は分離することによりブラインを濃縮させることで、ブラインにおける添加物の含有濃度低下によるブラインの凍結を防止するようにしたものである。しかしながら、このような従来技術においては、膜分離モジュール等を備えたデバイスを別途追加設置する必要があるため、冷却装置としてコストがかかってしまうという課題があった。また、加熱による方法では、加熱投入熱量が大きく、またブライン加熱により戻りブラインが高くなり、戻りブラインの冷却負荷が大きくなるため、効率が悪くなってしまうという課題があった。 In such a conventional technique, the brine is concentrated by removing or separating water mixed in the brine, thereby preventing the brine from freezing due to a decrease in the concentration of the additive in the brine. However, in such a conventional technique, since it is necessary to additionally install a device including a membrane separation module or the like, there has been a problem that the cooling device is costly. In addition, the heating method has a problem that the heat input heat amount is large, the return brine is increased by heating the brine, and the cooling load of the return brine is increased, resulting in poor efficiency.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、被冷却流体として凝固点を低下させる添加物を混ぜたブラインを使用した場合において、ブライン加熱濃縮と、ブライン冷却負荷の軽減を同時に実現でき、安価でかつ高効率な冷却装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in the case of using brine mixed with an additive that lowers the freezing point as a fluid to be cooled, the brine heating concentration and the brine cooling load can be reduced. The object is to obtain an inexpensive and highly efficient cooling device that can be realized simultaneously.
本発明に係る冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧する第1の減圧装置、前記第1の減圧装置によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器が順次配管接続されて構成された主冷媒回路と、前記凝縮器と前記第1の減圧装置との間と前記圧縮機内の圧縮室とを接続したインジェクション回路と、前記インジェクション回路に設けられた第2の減圧装置と、前記第2の減圧装置で減圧された冷媒と前記凝縮器と前記第1の減圧装置との間の冷媒とで熱交換する内部熱交換器と、前記蒸発器において前記冷媒と熱交換する被冷却流体を前記蒸発器に送出する被冷却流体送出装置と、前記被冷却流体と周囲空気とで熱交換する第1の熱交換器と、前記蒸発器、前記被冷却流体送出装置、前記第1の熱交換器が接続されて構成された主被冷却流体流路と、前記主被冷却流体流路の前記第1の熱交換器と前記蒸発器との間の前記第1の熱交換器側から分岐され、前記主被冷却流体流路の前記第1の熱交換器と前記蒸発器との間の前記蒸発器側に接続されたバイパス被冷却流体流路と、前記圧縮機と前記凝縮器との間の冷媒と前記バイパス被冷却流体流路を流れる前記被冷却流体とで熱交換する第2の熱交換器と、前記インジェクション回路を流れる冷媒と前記バイパス被冷却流体流路において前記第2の熱交換器で熱交換された前記被冷却流体とで熱交換する第3の熱交換器と、を備えたものである。 The cooling device according to the present invention includes a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, a first decompression device that decompresses the refrigerant condensed by the condenser, and the first An evaporator for evaporating the refrigerant depressurized by the depressurizing device is connected to the main refrigerant circuit, and the compressor and the compression chamber in the compressor are connected between the condenser and the first depressurizing device. Heat exchange is performed between the injection circuit, the second decompression device provided in the injection circuit, the refrigerant decompressed by the second decompression device, and the refrigerant between the condenser and the first decompression device. An internal heat exchanger, a cooled fluid delivery device that sends a cooled fluid that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator, and a first heat exchange that exchanges heat between the cooled fluid and ambient air And the evaporation The cooled fluid delivery device, a main cooled fluid channel configured to be connected to the first heat exchanger, the first heat exchanger and the evaporator of the main cooled fluid channel, A bypass cooled fluid that is branched from the first heat exchanger side between the two and connected to the evaporator side between the first heat exchanger and the evaporator of the main cooled fluid channel A flow path, a second heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant between the compressor and the condenser and the cooled fluid that flows through the bypass cooled fluid flow path, and a refrigerant that flows through the injection circuit And a third heat exchanger that exchanges heat with the cooled fluid that has been heat-exchanged with the second heat exchanger in the bypass cooled fluid flow path.
本発明によれば、被冷却流体を濃縮することにより、空気中の水分混入による被冷却流体の添加物含有濃度の低下を防止して、濃度低下に起因する熱交換器内での被冷却流体の凍結を防止することが可能となり信頼性が向上する。 According to the present invention, the fluid to be cooled is concentrated in the heat exchanger by concentrating the fluid to be cooled, thereby preventing a decrease in the additive-containing concentration of the fluid to be cooled due to mixing of moisture in the air. As a result, it is possible to prevent the freezing of the resin and to improve the reliability.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the following drawings including FIG. 1, the relationship of the size of each component may be different from the actual one. Further, in the following drawings including FIG. 1, the same reference numerals denote the same or equivalent parts, and this is common throughout the entire specification. Furthermore, the forms of the constituent elements shown in the entire specification are merely examples, and are not limited to these descriptions.
図1は、本発明の実施の形態に係る冷却装置1000の構成図である。図1に基づいて冷却装置1000の構成について説明する。冷却装置1000は、熱源機100と室内機200とを配管接続して構成されている。熱源機100と室内機200とは、配管接続部において適宜分離することが可能な構成になっている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a
《冷媒回路構成:熱源機100》
熱源機100は、圧縮機1、凝縮器2、第1の減圧装置3、蒸発器4、第2の減圧装置5、内部熱交換器6を有しており、これらを配管接続して構成された主冷媒回路A及びインジェクション回路Bを冷媒回路として備えている。インジェクション回路Bは、主冷媒回路Aにおける内部熱交換器6と第1の減圧装置3との間の冷媒をバイパスして圧縮機1へインジェクションするように設けられている。このインジェクション回路Bには、第2の減圧装置5と、内部熱交換器6が設置されている。
<< Refrigerant circuit configuration:
The
なお、主冷媒回路Aの圧縮機1と凝縮器2との間にバイパス配管を接続して、圧縮機1と凝縮器2との間を流れる冷媒を一部バイパスする第1のバイパス冷媒流路Eと、インジェクション回路Bの内部熱交換器6と圧縮機1との間にバイパス配管を接続して、内部熱交換器6と圧縮機1の間を流れる冷媒を一部バイパスする第2のバイパス冷媒流路Fが設けられている。第1のバイパス冷媒流路E及び第2のバイパス冷媒流路Fについては、後段で室内機200の構成と併せて説明する。
Note that a first bypass refrigerant flow path in which a bypass pipe is connected between the
(圧縮機)
圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。圧縮機1は、運転容量(周波数)を可変することが可能な容積式圧縮機で構成されている。運転容量を可変させる制御方法は、例えば、インバータにより制御されるモータの駆動による方法やスライドバルブを用いた方法がある。また、圧縮機1内の圧縮室内(例えば、圧縮途中過程の中間圧縮室)にインジェクション回路Bから供給される冷媒をインジェクションすることが可能な構造となっている。なお、図1においては、圧縮機1は1台のみとなっているが、これに限定されず、2台以上の圧縮機が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。
(Compressor)
The
(凝縮器)
凝縮器2は、圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒と外部からの熱源として供給される被熱交換媒体とが熱交換し、外部の熱源に放熱するものである。凝縮器2は、例えば、伝熱管と多数のフィンで構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成するとよい。フィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いる場合は、熱交換媒体は空気であり、媒体の送出装置はファン等の駆動手段(図示せず)を用いる。
(Condenser)
The
ただし、凝縮器2は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器に限定されず、間隔をおいて薄板を多数並べて、周縁部をシールし、各薄板間に形成された空間を交互に冷媒流路と水流路としてなるプレート式熱交換器で構成してもよい。プレート式熱交換器を用いる場合であって、被熱交換媒体が例えば水のような流体である場合、ポンプ等の送出装置(図示せず)を用いて被熱交換媒体を凝縮器2に供給すればよい。この被熱交換媒体は水に限定するものではなく、同様な作用を示す流体であれば、別の流体であってもよい。
However, the
なお、図1においては、凝縮器2が1台のみ搭載されている状態を例に示しているが、これに限定されず2台以上の凝縮器が並列又は直列に接続して搭載するようにしてもよい。さらに、凝縮器2は、ヒートパイプ式熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、二重管式熱交換器等で構成してもよい。
Although FIG. 1 shows an example in which only one
(減圧装置)
第1の減圧装置3及び第2の減圧装置5は、冷媒を減圧して膨張させるものである。第1の減圧装置3は、主冷媒回路A内を流れる冷媒の流量の調節等を行うもので、ステッピングモータ(図示せず)により絞りの開度を調整することが可能な電子膨張弁で構成するとよい。第2の減圧装置5は、インジェクション回路Bを流れる冷媒の流量の調整等を行うもので、ステッピングモータ(図示せず)により絞りの開度を調整することが可能な電子膨張弁で構成するとよい。なお、電子膨張弁以外にも、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又は温度式膨張弁、キャピラリーチューブ等、同様な役割を成すものであれば、他の形式のものを用いてもよい。
(Pressure reduction device)
The
(蒸発器)
蒸発器4は、第1の減圧装置3で減圧された低温低圧の冷媒と被冷熱流体とが熱交換するものである。蒸発器4は、例えば間隔をおいて薄板を多数並べて、周縁部をシールし、各薄板間に形成された空間を交互に冷媒流路と被冷却流体流路としてなるプレート式熱交換器で構成するとよい。
(Evaporator)
The
また、蒸発器4は、プレート式熱交換器に限定されず、冷媒と熱交換する熱交換媒体として液体の被冷却流体を用いることができるものであれば他の形式の熱交換器であってもよい。例えば、シェルアンドチューブ式熱交換器で蒸発器4を構成してもよい。
The
(内部熱交換器)
内部熱交換器6は、凝縮器2と第1の減圧装置3との間を流れる冷媒と、インジェクション回路Bにおける第2の減圧装置5と圧縮機1との間を流れる冷媒と、で熱交換するように配置されるものである。内部熱交換器6は、例えば間隔をおいて薄板を多数並べて、周縁部をシールし、各薄板間に形成された空間を交互に冷媒流路と被冷却流体流路としてなるプレート式熱交換器で構成するとよい。なお、内部熱交換器6は、プレート式熱交換器に限定されず、同様の役割を成すものであれば、他の形式の熱交換器であってもよい。
(Internal heat exchanger)
The
《被冷却流体流路構成:室内機200》
室内機200は、主冷媒回路Aを循環する冷媒と熱交換する被冷却流体が循環する主被冷却流体流路Cを備えている。この主被冷却流体流路Cに、蒸発器4、被冷却流体を循環させるための被冷却流体送出装置7、周囲空気と主被冷却流体流路Cを流れる被冷却流体とを熱交換させる第1の熱交換器8が接続されている。そして、蒸発器4と第1の熱交換器8との間を被冷却流体が循環するように主被冷却流体流路Cが構成されている。
<< Cooled fluid flow path configuration:
The
また、主被冷却流体流路Cの第1の熱交換器8から蒸発器4との間にバイパス配管を接続して、第1の熱交換器8から蒸発器4へと戻る被冷却流体の一部をバイパスするバイパス被冷却流体流路Dが設けられている。このバイパス被冷却流体流路Dには、被冷却流体流量制御弁11、バイパスされた被冷却流体と圧縮機1より吐出された高温冷媒とで熱交換する第2の熱交換器9、バイパスされた被冷却流体とインジェクション回路Bの冷媒と熱交換する第3の熱交換器10が設置されている。
Further, a bypass pipe is connected between the
第1のバイパス冷媒流路Eが設けられていることは上述したが、第2の熱交換器9において第1のバイパス冷媒流路Eを流れる冷媒と被冷却流体とが熱交換するように構成している。また、第2のバイパス冷媒流路Fが設けられていることは上述したが、第3の熱交換器10において第2のバイパス冷媒流路Fを流れる冷媒と被冷却流体とが熱交換するように構成している。 Although the first bypass refrigerant flow path E is provided as described above, the second heat exchanger 9 is configured to exchange heat between the refrigerant flowing through the first bypass refrigerant flow path E and the fluid to be cooled. doing. In addition, as described above, the second bypass refrigerant flow path F is provided, but in the third heat exchanger 10, the refrigerant flowing through the second bypass refrigerant flow path F and the fluid to be cooled exchange heat. It is configured.
そして、第1のバイパス冷媒流路Eには第1の冷媒流量制御弁12、第2のバイパス冷媒流路Fには第2の冷媒流量制御弁13を設置し、これらの冷媒流量制御弁の開度を制御することで各バイパス冷媒流路への冷媒の流入流量を制御するようにしている。なお、バイパス被冷却流体流路D、第1のバイパス冷媒流路E、第2のバイパス冷媒流路Fにおいては、それぞれ主流路への戻り出口に逆流防止のための逆止弁14(逆止弁14a〜14c)を設置している。
A first refrigerant
(被冷却流体)
主被冷却流体流路C及びバイパス被冷却流体流路Dを循環する被冷却流体には、水に凝固点を降下させる添加物を混ぜたブラインを用いる。被冷却流体の凍結温度(凝固点)は、添加物の含有濃度(以下、ブライン濃度という)によって異なるため、循環させる被冷却流体の温度よりも低い凝固点になるようにブライン濃度が調整されて使用される。例えば、被冷却流体の温度が−5℃であれば、凝固点が−15℃となるようにブライン濃度を調整して使用される。添加物の含有濃度を高めてブライン濃度を高くするほど凝固点は低くなり、添加物の含有濃度を低くしてブライン濃度を低くするほど凝固点は高くなる。
(Cooled fluid)
As the cooled fluid that circulates through the main cooled fluid channel C and the bypass cooled fluid channel D, brine in which an additive that lowers the freezing point is mixed with water is used. The freezing temperature (freezing point) of the fluid to be cooled varies depending on the additive concentration (hereinafter referred to as the brine concentration), so the brine concentration is adjusted to be lower than the temperature of the fluid to be circulated. The For example, if the temperature of the fluid to be cooled is −5 ° C., the brine concentration is adjusted so that the freezing point is −15 ° C. The freezing point decreases as the concentration of the additive increases and the brine concentration increases, and the freezing point increases as the concentration of the additive decreases and the brine concentration decreases.
(被冷却流体送出装置)
また、被冷却流体送出装置7は、主被冷却流体流路C及びバイパス被冷却流体流路Dにおいて前述のような被冷却流体を循環させるために用いるものであり、ポンプ等の流体送出装置で構成するとよい。ただし、被冷却流体送出装置7は、ポンプ等の流体送出装置に限定するものではなく、同様な役割を成すものであれば、他形式の送出装置であってもよい。
(Cooled fluid delivery device)
The cooled
(第1の熱交換器)
第1の熱交換器8は、主被冷却流体流路Cを流れる被冷却流体と熱交換媒体として供給される周囲空気とを直接接触させて熱交換させる直接接触式のものである。ここでの熱交換媒体は空気であるため、媒体の送出装置はファン等の駆動手段(例えば、図1に示すようなファン8a)を用いる。
(First heat exchanger)
The
(第2の熱交換器)
第2の熱交換器9は、バイパス被冷却流体流路Dを流れる被冷却流体と第1のバイパス冷媒流路Eを流れる高温冷媒とを熱交換させるものである。第2の熱交換器9は、構成を特に限定するものではないが、被冷却流体を高温冷媒により加熱して蒸発させるため、被冷却流体の蒸気を外部へ放出できるような開放型の形式のもので構成するとよい。例えば、第2の熱交換器9は、貯湯タンクなどで構成するとよい。
(Second heat exchanger)
The second heat exchanger 9 exchanges heat between the cooled fluid flowing through the bypass cooled fluid flow path D and the high-temperature refrigerant flowing through the first bypass refrigerant flow path E. The configuration of the second heat exchanger 9 is not particularly limited. However, since the fluid to be cooled is evaporated by heating with a high-temperature refrigerant, the second heat exchanger 9 is of an open type that can release the vapor of the fluid to be cooled to the outside. It should be composed of things. For example, the second heat exchanger 9 may be composed of a hot water storage tank or the like.
(第3の熱交換器)
第3の熱交換器10は、バイパス被冷却流体流路Dを流れる被冷却流体と第2のバイパス冷媒流路Fを流れる冷媒とを熱交換させるものである。第3の熱交換器10は、構成を特に限定するものではないが、例えば二重管式熱交換器で構成するとよい。なお、第3の熱交換器10は、二重管式熱交換器に限定するものではなく、同様の役割を成すものであれば、他の形式の熱交換器であってもよい。
(Third heat exchanger)
The third heat exchanger 10 exchanges heat between the cooled fluid flowing through the bypass cooled fluid flow path D and the refrigerant flowing through the second bypass refrigerant flow path F. The configuration of the third heat exchanger 10 is not particularly limited. For example, the third heat exchanger 10 may be a double pipe heat exchanger. The third heat exchanger 10 is not limited to a double-pipe heat exchanger, and may be another type of heat exchanger as long as it plays a similar role.
(流量制御弁)
被冷却流体流量制御弁11は、バイパス被冷却流体流路Dへの被冷却流体のバイパス流量を制御するものである。第1の冷媒流量制御弁12は、第1のバイパス冷媒流路Eへの冷媒のバイパス流量を制御するものである。第2の冷媒流量制御弁13は、第2のバイパス冷媒流路Fへの冷媒のバイパス流量を制御するものである。
(Flow control valve)
The cooled fluid flow
(計測・制御系)
冷却装置1000には、計測制御部20が設置されている。計測制御部20は、各種検出手段によって検出された検出値(圧力や温度などの計測情報)や、冷却装置1000の使用者から指示される運転内容に基づいて、圧縮機1の運転方法、各減圧装置の開度、各流量制御弁の開度、ファン送風量などを制御する。計測制御部20は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやCPUのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
(Measurement / control system)
A
主被冷却流体流路Cにおける第1の熱交換器8の出口側には被冷却流体濃度検出手段30が設置されており、主被冷却流体流路Cを流れる被冷却流体(ブライン)の濃度を検出する。被冷却流体濃度検出手段30としては、例えばブライン濃度計を用いるとよい。ブライン濃度計は、図1に示したように主被冷却流体流路Cの流路上に設置して実測してもよいし、ハンディータイプの濃度計を用いてもよい。なお、被冷却流体濃度検出手段30は、ブライン濃度計の使用による方法に限定されず、ブライン濃度を検出可能な手段であれば、別の検出手段であってもよい。
A cooled fluid
(冷媒)
冷却装置1000に用いられる冷媒には、例えばR410A、R407C、R404A等のHFC(ハイドロフルオロカーボン)冷媒、R22、R134a等のHCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒等があるが、これに限定されず同様の冷媒作用をするものであれば、上記以外のものであってもよい。
(Refrigerant)
Examples of the refrigerant used in the
《運転動作》
続いて、冷却装置1000の運転動作について図1および図2に基づき説明する。図2は、冷却装置1000の冷媒の状態遷移を示すP−h線図である。
《Driving operation》
Subsequently, the operation of the
圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒(図2に示す点1)は凝縮器2へ至り、外部からの被熱交換媒体との熱交換作用により凝縮液化し、高圧低温の冷媒となる(図2に示す点2)。凝縮液化した高圧低温の冷媒は、内部熱交換器6で、インジェクション回路Bを流れる低温の冷媒と熱交換し、冷却される(図2に示す点3)。この冷媒は内部熱交換器6を出た後、一部の冷媒がインジェクション回路Bにバイパスされ、残りの冷媒が第1の減圧装置3にて減圧されて二相冷媒となって、蒸発器4に送られる(図2に示す点4)。蒸発器4に送られた二相冷媒は、被冷却流体送出装置7により供給される被冷却流体との熱交換作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となり(図2に示す点5)、圧縮機1に吸入される。
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant (
一方、インジェクション回路Bにバイパスされた冷媒は、第2の減圧装置5で中間圧まで減圧されて低温の二相冷媒となり(図2に示す点6)、その後に内部熱交換器6で高圧冷媒と熱交換し加熱され(図2に示す点7)、圧縮機1にインジェクションされる。圧縮機1の内部では、吸入された冷媒(図2に示す点5)が中間圧まで圧縮、加熱された(図2に示す点8)後に、インジェクションされる冷媒と合流し、温度低下して(図2に示す点9)、再度高圧まで圧縮され吐出される(図2に示す点1)。
On the other hand, the refrigerant bypassed to the injection circuit B is decompressed to the intermediate pressure by the
また、主被冷却流体流路Cでは、被冷却流体送出装置7によって被冷却流体が蒸発器4に供給され、主冷媒回路Aの冷媒との熱交換作用により冷却された後、第1の熱交換器8に導かれる。第1の熱交換器8では、熱交換媒体として供給される周囲空気と被冷却流体とを直接接触させて熱交換させることで周囲空気を冷却する。その後、被冷却流体は、第1の熱交換器8から蒸発器4へ戻る。この時に、第1の熱交換器8から蒸発器4への被冷却流体戻り流路で、被冷却流体の一部をバイパスするバイパス被冷却流体流路Dへ被冷却流体を流入させて第2の熱交換器9へ送る。
In the main cooled fluid channel C, the cooled fluid is supplied to the
第2の熱交換器9では、圧縮機1と凝縮器2の間を流れる冷媒を一部バイパスした高温高圧冷媒(図2に示す(1))との熱交換作用により、被冷却流体を加熱して水分を蒸発させる。第2の熱交換器9で加熱された被冷却流体は、第3の熱交換器10へ流入し、第3の熱交換器10でインジェクション回路Bを流れる中間圧冷媒(図2に示す(2))との熱交換作用により冷却される。冷却された後、被冷却流体は、主被冷却流体流路Cへ合流し、主被冷却流体流路Cを循環した被冷却流体とともに蒸発器4へ流入する。
In the second heat exchanger 9, the fluid to be cooled is heated by a heat exchange action with a high-temperature and high-pressure refrigerant ((1) shown in FIG. 2) that partially bypasses the refrigerant flowing between the
ここで、第1の減圧装置3は、圧縮機1の吸入側の冷媒過熱度が所定値となるように開度調整され、蒸発器4を流れる冷媒の流量を制御する。このため、蒸発器4の出口のガス冷媒は所定の過熱度を有する状態にて圧縮機1へ戻る。
Here, the opening of the
第2の減圧装置5は、インジェクション回路Bにおける内部熱交換器6の出口の冷媒過熱度、又は圧縮機1の吐出の冷媒過熱度が所定値となるように開度調整され、インジェクション回路Bを流れる冷媒の流量を制御する。
The
圧縮機1は、主被冷却流体流路Cを流れる被冷却流体の冷却負荷に応じ、かつ、被冷却流体が凍結しない範囲での流量の冷媒が蒸発器4に流れるように、運転容量が制御される。
The
《バイパス流量制御弁の動作方法》
次に、バイパス流量制御弁の動作方法について図3のフローチャートに基づいて説明する。図3は、冷却装置1000のバイパス流量制御弁の制御処置の流れを示すフローチャートである。被冷却流体流量制御弁11、第1の冷媒流量制御弁12、第2の冷媒流量制御弁13は、被冷却流体であるブラインの濃度状態に応じて開度が調整される。なお、被冷却流体流量制御弁11、第1の冷媒流量制御弁12、第2の冷媒流量制御弁13の開度制御は、計測制御部20が実行する。
《Bypass flow control valve operation method》
Next, the operation method of the bypass flow rate control valve will be described based on the flowchart of FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a flow of control treatment of the bypass flow rate control valve of the
計測制御部20は、運転開始後、まず被冷却流体流量制御弁11、第1の冷媒流量制御弁12、第2の冷媒流量制御弁13の開度を初期値に設定する(ステップS1)。この実施の形態では、被冷却流体流量制御弁11、第1の冷媒流量制御弁12、第2の冷媒流量制御弁13の初期値をともに全閉開度とする。
The
次に、計測制御部20は、被冷却流体濃度検出手段30によりブライン初期濃度φ0 を検出して設定する(ステップS2)。続いて、計測制御部20は、被冷却流体濃度検出手段30により現在のブライン濃度φを検出する(ステップS3)。そして、計測制御部20は、現在のブライン濃度φとブライン初期濃度φ0 とを比較する(ステップS4)。これにより、計測制御部20は、バイパス被冷却流体流路Dへのバイパス流量を決定するようになっている。
Next, the
現在のブライン濃度φがブライン初期濃度φ0 よりも等しいか或いは大きい場合(ステップS4;YES)には、被冷却流体流量制御弁11、第1の冷媒流量制御弁12、第2の冷媒流量制御弁13の開度をそのまま維持する。一方、現在のブライン濃度φがブライン初期濃度φ0 よりも小さい場合(ステップS4;NO)には、ブライン濃度が低下しているので、被冷却流体流量制御弁11、第1の冷媒流量制御弁12、第2の冷媒流量制御弁13の開度を大きくするように開度を変更する(ステップS5)。そして、ステップS3へ戻って、以後ステップS3以降の繰り返しの動作となる。
When the current brine concentration φ is equal to or greater than the initial brine concentration φ 0 (step S4; YES), the fluid
このように各流量制御弁の開度を大きくすることでバイパス流量が増加し、冷媒と被冷却流体の熱交換量が増大する。これにより、第2の熱交換器9ではブライン中に含まれる水分の蒸発量を増大させることができるため、ブラインが濃縮されてブライン濃度が高くなる。 Thus, by increasing the opening degree of each flow control valve, the bypass flow rate increases, and the amount of heat exchange between the refrigerant and the fluid to be cooled increases. Thereby, in the 2nd heat exchanger 9, since the evaporation amount of the water | moisture content contained in a brine can be increased, a brine is concentrated and a brine concentration becomes high.
また、第3の熱交換器10ではブラインの冷却量が増大するため、バイパス被冷却流体流路Dから主被冷却流体流路Cに戻るブラインの温度が低くなる。これにより、主被冷却流体流路Cに合流する被冷却流体の温度が低くなり、蒸発器4でブラインを冷却する際の冷却負荷が軽減される。
Further, in the third heat exchanger 10, since the cooling amount of the brine is increased, the temperature of the brine returning from the bypass cooled fluid channel D to the main cooled fluid channel C is lowered. Thereby, the temperature of the to-be-cooled fluid which joins the main to-be-cooled fluid flow path C becomes low, and the cooling load when cooling the brine by the
このように冷媒や被冷却流体のバイパス流路にバイパス流量制御弁を設置して、各流量制御弁の開度を必要に応じて制御することで、ブライン濃度が低下していない場合等の冷媒や被冷却流体の不必要な熱交換を回避することができ、熱の有効利用をすることができる。 In this way, the bypass flow control valve is installed in the bypass flow path of the refrigerant and the fluid to be cooled, and the opening degree of each flow control valve is controlled as necessary, so that the refrigerant in the case where the brine concentration is not lowered, etc. And unnecessary heat exchange of the fluid to be cooled can be avoided, and heat can be used effectively.
なお、ここでは、被冷却流体流量制御弁11、第1の冷媒流量制御弁12、第2の冷媒流量制御弁13の3つの流量制御弁の初期開度を全閉開度とした場合について説明したが、別の動作方法として、被冷却流体流量制御弁11の初期開度は全閉開度とし、第1の冷媒流量制御弁12、第2の冷媒流量制御弁13の3つの流量制御弁の初期開度は全開開度としてもよい。その場合は、図3のステップS5における開度変更は被冷却流体流量制御弁11のみ行うこととする。このように被冷却流体流量制御弁11のみ開度変更動作を行うことで、バイパス被冷却流体流路Dの被冷却流体と第1のバイパス冷媒流路E及び第2のバイパス冷媒流路Fの冷媒との熱交換量を制御することができる。
Here, a case where the initial opening degree of the three flow rate control valves of the cooled fluid flow
《冷却装置1000の奏する作用効果》
冷却装置1000は、被冷却流体を濃縮することにより、空気中の水分混入による被冷却流体の添加物含有濃度の低下を防止することができる。これにより、冷却装置1000によれば、濃度低下に起因する熱交換器(蒸発器4)内での被冷却流体の凍結を防止することが可能となり信頼性が向上する。
<< Function and effect of
The
また、冷却装置1000によれば、被冷却流体中に混入した水分の蒸発に冷媒回路の排熱を利用するため、ヒータや膜分離モジュール等の追加デバイスを不要とし、安価に被冷却流体の加熱濃縮をすることができる。
Further, according to the
さらに、冷却装置1000によれば、被冷却流体中の水分を蒸発させるために加熱された被冷却流体を低温の中間圧冷媒により冷却して戻すことで、被冷却流体に対する冷却負荷を軽減することができ、高効率なものとなる。
Furthermore, according to the
またさらに、冷却装置1000は、冷媒や被冷却流体のバイパス流路にバイパス流量制御弁を設置して、各流量制御弁の開度を必要に応じて制御するようにしている。そのため、冷却装置1000によれば、冷媒と被冷却流体との熱交換を制御して、被冷却流体の添加物含有濃度が低下していない場合等の冷媒や被冷却流体の不必要な熱交換を回避することができ、熱の有効利用をすることができる。
Furthermore, the
《冷却装置の変形例》
なお、本実施の形態では熱源機100と室内機200とは配管接続部において適宜分離することが可能な構成となっているので、熱源機100と同様に被冷却流体を冷却して供給する役割を成すものであれば、冷媒回路構成が異なるものを図1に示した熱源機100の代わりに室内機200に接続してもよい。
《Cooling device modification》
In the present embodiment, since the
また、図1では熱源機100、室内機200の接続台数は各1台であるが、熱源機100の冷却能力や冷却負荷に応じて、熱源機100もしくは室内機200を複数台にするなど接続台数を個別に変更してもよく、台数を限定するものではない。
In FIG. 1, the number of connected
さらに、熱源機100と室内機200とで冷却装置1000を構成するとしたが、これに限定されず、熱源機100の構成部分と室内機200の構成部分とを一体化して冷却装置1000を構成してもよい。
Furthermore, the
本発明の内容を各実施の形態において説明したが、例えば、冷媒の流路構成(配管接続)、被冷却流体の流路構成、圧縮機・熱交換器・減圧装置等の冷媒回路要素の構成、等の内容は、各実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の技術の範囲内で適宜変更が可能である。 The contents of the present invention have been described in the respective embodiments. For example, the refrigerant flow path configuration (piping connection), the flow path configuration of the fluid to be cooled, the configuration of the refrigerant circuit elements such as the compressor, the heat exchanger, and the pressure reducing device The contents such as, and the like are not limited to the contents described in each embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the technology of the present invention.
1 圧縮機、2 凝縮器、3 第1の減圧装置、4 蒸発器、5 第2の減圧装置、6 内部熱交換器、7 被冷却流体送出装置、8 第1の熱交換器、8a ファン、9 第2の熱交換器、10 第3の熱交換器、11 被冷却流体流量制御弁、12 第1の冷媒流量制御弁、13 第2の冷媒流量制御弁、14 逆止弁、14a 逆止弁、14b 逆止弁、14c 逆止弁、20 計測制御部、30 被冷却流体濃度検出手段、100 熱源機、200 室内機、1000 冷却装置、A 主冷媒回路、B インジェクション回路、C 主被冷却流体流路、D バイパス被冷却流体流路、E 第1のバイパス冷媒流路、F 第2のバイパス冷媒流路。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記凝縮器と前記第1の減圧装置との間と前記圧縮機内の圧縮室とを接続したインジェクション回路と、
前記インジェクション回路に設けられた第2の減圧装置と、
前記第2の減圧装置で減圧された冷媒と前記凝縮器と前記第1の減圧装置との間の冷媒とで熱交換する内部熱交換器と、
前記蒸発器において前記冷媒と熱交換する被冷却流体を前記蒸発器に送出する被冷却流体送出装置と、
前記被冷却流体と周囲空気とで熱交換する第1の熱交換器と、
前記蒸発器、前記被冷却流体送出装置、前記第1の熱交換器が接続されて構成された主被冷却流体流路と、
前記主被冷却流体流路の前記第1の熱交換器と前記蒸発器との間の前記第1の熱交換器側から分岐され、前記主被冷却流体流路の前記第1の熱交換器と前記蒸発器との間の前記蒸発器側に接続されたバイパス被冷却流体流路と、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の冷媒と前記バイパス被冷却流体流路を流れる前記被冷却流体とで熱交換する第2の熱交換器と、
前記インジェクション回路を流れる冷媒と前記バイパス被冷却流体流路において前記第2の熱交換器で熱交換された前記被冷却流体とで熱交換する第3の熱交換器と、を備えた
ことを特徴とする冷却装置。 A compressor that compresses the refrigerant; a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor; a first decompressor that decompresses the refrigerant condensed by the condenser; and a refrigerant that is decompressed by the first decompressor. A main refrigerant circuit configured by sequentially connecting evaporators to be evaporated; and
An injection circuit connecting between the condenser and the first pressure reducing device and a compression chamber in the compressor;
A second pressure reducing device provided in the injection circuit;
An internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant decompressed by the second decompression device and the refrigerant between the condenser and the first decompression device;
A cooled fluid delivery device for delivering to the evaporator a cooled fluid that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator;
A first heat exchanger for exchanging heat between the cooled fluid and ambient air;
A main cooled fluid flow path configured to be connected to the evaporator, the cooled fluid delivery device, and the first heat exchanger;
The first heat exchanger of the main cooled fluid flow path is branched from the first heat exchanger side between the first heat exchanger and the evaporator of the main cooled fluid flow path. A bypass to-be-cooled fluid flow path connected to the evaporator side between the evaporator and the evaporator;
A second heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant between the compressor and the condenser and the cooled fluid flowing through the bypass cooled fluid channel;
A third heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing through the injection circuit and the cooled fluid that has been heat-exchanged by the second heat exchanger in the bypass cooled fluid flow path. And cooling device.
ことを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。 A cooled fluid flow rate control valve for controlling a flow rate of the cooled fluid flowing from the main cooled fluid channel into the bypass cooled fluid channel is provided at a branch inlet of the bypass cooled fluid channel. The cooling device according to claim 1.
前記第1のバイパス冷媒流路の分岐入口に設けられ、前記第1のバイパス冷媒流路に流入する冷媒の流量を制御する第1の冷媒流量制御弁と、を備え、
前記第2の熱交換器は、
前記第1のバイパス冷媒流路の前記圧縮機と前記凝縮器との間の冷媒と前記バイパス被冷却流体流路を流れる前記被冷却流体とが熱交換可能な位置に接続されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の冷却装置。 A first bypass refrigerant flow path branched from the compressor side of a pipe connecting the compressor and the condenser and connected to the condenser side of the pipe;
A first refrigerant flow control valve that is provided at a branch inlet of the first bypass refrigerant flow path and controls the flow rate of the refrigerant flowing into the first bypass refrigerant flow path,
The second heat exchanger is
The refrigerant between the compressor and the condenser in the first bypass refrigerant flow path and the cooled fluid flowing in the bypass cooled fluid flow path are connected to a position where heat exchange is possible. The cooling device according to claim 1 or 2.
前記第2のバイパス冷媒流路の分岐入口に設けられ、前記第2のバイパス冷媒流路に流入する冷媒の流量を制御する第2の冷媒流量制御弁と、を備え、
前記第3の熱交換器は、
前記第2のバイパス冷媒流路の前記インジェクション回路を流れる冷媒と前記バイパス被冷却流体流路において前記第2の熱交換器で熱交換された前記被冷却流体とが熱交換可能な位置に接続されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷却装置。 A second bypass refrigerant flow path branched from the internal heat exchanger side of the injection circuit and connected to the compressor side of the injection circuit;
A second refrigerant flow control valve provided at a branch inlet of the second bypass refrigerant flow path for controlling the flow rate of the refrigerant flowing into the second bypass refrigerant flow path,
The third heat exchanger is
The refrigerant flowing through the injection circuit of the second bypass refrigerant flow path and the cooled fluid exchanged by the second heat exchanger in the bypass cooled fluid flow path are connected to a position where heat exchange is possible. The cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling device is provided.
前記被冷却流体濃度検出手段が検出した被冷却流体濃度の検出値に基づいて、前記バイパス被冷却流体流路へ流す被冷却流体の量を決定する計測制御部と、を備えた
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷却装置。 A cooled fluid concentration detecting means provided in the main cooled fluid flow path for detecting the concentration of the cooled fluid;
A measurement control unit that determines the amount of fluid to be cooled to flow to the bypass fluid-cooled flow path based on the detected value of the fluid-cooled fluid concentration detected by the fluid-cooled fluid concentration detection means. The cooling device according to any one of claims 1 to 4.
前記被冷却流体流量制御弁、前記第1の冷媒流量制御弁、前記第2の冷媒流量制御弁のうち少なくとも1つの開度を制御することで、前記バイパス被冷却流体流路へ流す被冷却流体の量を決定している、
ことを特徴とする請求項5に記載の冷却装置。 The measurement control unit
The fluid to be cooled that flows into the bypass cooled fluid flow path by controlling the opening degree of at least one of the fluid flow rate control valve, the first refrigerant flow rate control valve, and the second refrigerant flow rate control valve. Determining the amount of
The cooling device according to claim 5.
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