JP2015206587A - 負荷冷却器のデフロスト方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷媒ガスを圧縮する圧縮機14を有する冷却回路により冷却する、最上方レベルに位置する負荷冷却器12のデフロスト方法であって、負荷冷却器の冷却運転中に、圧縮機の吐出冷媒ガスの顕熱あるいは凝縮潜熱を蓄熱する段階と、圧縮機を停止した状態で、蓄熱した熱を利用して、サーモサイフォン方式により、前記負荷冷却器をデフロストする段階とを、有することを特徴とする、負荷冷却器のデフロスト方法。
【選択図】図1
Description
このようなデフロスト回路によれば、冷却システム運転中に二酸化炭素冷媒回路の負荷側冷却器に付着する霜を除霜(デフロスト)する場合は、アンモニア冷媒回路のアンモニア冷媒に生じる発熱(排熱)を、ホットガス熱交換器において二酸化炭素冷媒回路の二酸化炭素冷媒側に移して回収し、この回収した排熱により二酸化炭素冷媒を気化させてホットガスにし、ホットガスを負荷側冷却器に供給して負荷側冷却器に付着した霜を取り除くことが可能である。
このような空気調和機によれば、デフロスト運転時に室内側熱交換器の入口側において低温低圧の液冷媒がケミカル蓄熱装置に蓄熱された熱によって加熱され高温低圧のガス冷媒となって室内側熱交換器に導かれ室内側送風機によって送風される室内空気と熱交換され、室内側に暖気が送風され、一方高温低圧のガス冷媒は室内側熱交換器における放熱により低温となり圧縮機へ戻る。
よって、このようなデフロスト技術によれば、冷却運転中の排熱をいったん蓄熱し、その熱を利用して、デフロストすることが可能である。
第1に、省エネルギー化が不十分な点である。より詳細には、冷却運転中の排熱を利用してデフロストを行う点では、ある程度の省エネルギー化が可能であるが、デフロスト運転中にも圧縮機を稼働しつつ、デフロストしている。
この点、特許文献2においては、冷却運転の排熱を蓄熱槽に蓄熱しているものの、特許文献1と同様に、圧縮機を稼働しながらデフロストしている。
より詳細には、ウィック式では、上に位置する高温部と下に位置する低温部との間での熱輸送形式となることから、毛細管現象を利用した輸送となるので、自ずと熱輸送限界が存在する。
それに対して、サーモサイフォン式では、下に位置する高温部と上に位置する低温部との間での熱輸送形式であり、自然循環を生じことから、ウィック式のような熱輸送限界はないが、下方に向かうコールド流れと上方に向かうホット流れとの間でフラッディングを生じることから、この観点から、熱輸送限界が生じる。
冷媒ガスを圧縮する圧縮機を有する冷却回路により冷却する、最上方レベルに位置する負荷冷却器のデフロスト方法であって、
負荷冷却器の冷却運転中に、圧縮機の吐出冷媒ガスの顕熱あるいは凝縮潜熱を蓄熱する段階と、
圧縮機を停止した状態で、蓄熱した熱を利用して、サーモサイフォン方式により、前記負荷冷却器をデフロストする段階とを、
有する、構成としている。
前記サーモサイフォン方式は、前記負荷冷却器と前記蓄熱器との間にループ型デフロスト回路を構成するのがよい。
また、前記冷却運転中において、前記蓄熱段階終了後に、前記蓄熱器をバイパスする段階を有するのでもよい。
図1に示すように、冷凍装置10は、負荷冷却器12、圧縮機14、蓄熱器16、コンデンサー18、受液器20、膨張弁22をこの順に冷媒配管により順次接続して、冷却回路を構成する。蓄熱器16が負荷冷却器12より下方レベル(レベル差H)に設置され、膨張弁22と負荷冷却器12とを接続する第3冷媒配管28と、圧縮機14と蓄熱器16とを接続する第2冷媒配管26とを接続する第1バイパス管27と、負荷冷却器12と圧縮機14とを接続する第1冷媒配管24と、蓄熱器16とコンデンサー18とを接続する第4冷媒配管30とを接続する第2バイパス管31とを有し、第1冷媒配管24の負荷冷却器12への接続位置は、第3冷媒配管28の負荷冷却器12への接続位置より下方レベル(レベル差h)としている。コンデンサー18と受液器20との間は、第6冷媒配管50により接続されている。
それにより、蓄熱器16において負荷冷却器12の冷却運転中に蓄熱した熱を利用することにより、蓄熱器16から負荷冷却器12へ第1バイパス管27を介して、冷媒ガスを送る一方、負荷冷却器12から蓄熱器16へ第2バイパス管31を介して、負荷冷却器12をデフロストした結果生じる冷媒液を戻す、ループ型サーモサイフォンを構成するようにしている。
蓄熱器16の負荷冷却器12に対する相対的な設置レベル差H、および第1冷媒配管24の負荷冷却器12への接続位置の第3冷媒配管28の負荷冷却器12への接続位置に対する相対的な設置レベル差hは、ループ型サーモサイフォンを構成する観点から、適宜定めればよい。
さらに、受液器20と膨張弁22とを接続する第5冷媒配管40と、第4冷媒配管30の第2切替弁34の蓄熱器16側とを接続する第3バイパス管42が設けられ、第3バイパス管42の途中に第5切替弁44が設けられ、受液器20から第5冷媒配管40の一部、第3バイパス管42および第4冷媒配管30の一部を介して、冷媒液を蓄熱器16へ送るようにしてある。
さらに、第2冷媒配管26と第4冷媒配管30とを接続する蓄熱器バイパス管46が設けられ、蓄熱器バイパス管46の途中に第6切替弁48が設けられる。
より詳細には、第1バイパス管27の第2冷媒配管26への接続位置より、圧縮機14側に第1切替弁32が設けられ、第2バイパス管31の第4冷媒配管30への接続位置より、コンデンサー18側に第2切替弁34が設けられ、第2バイパス管31の第1冷媒配管24への接続位置より、圧縮機14側に第3切替弁36が設けられ、第1バイパス管27の途中に第4切替弁38が設けられる。
なお、第2冷媒配管26には、蓄熱器16から圧縮機14への冷媒の流れを阻止する逆止弁62、第2バイパス管31には、蓄熱器16から負荷冷却器12への冷媒の流れを阻止する逆止弁64、および第3バイパス管42には、蓄熱器16から受液器20への冷媒の流れを阻止する逆止弁66がそれぞれ設けられる。
蓄熱器16の蓄熱材は、潜熱製蓄熱材でもよく、顕熱製蓄熱材でもよい。たとえば、潜熱製蓄熱材としては、パラフィン系があり、 顕熱製蓄熱材としては、水がある。
より詳細には、圧縮機14を停止した際、受液器20と膨張弁22との間の第5冷媒配管40内の冷媒は、圧縮機14より下流であり、比較的高圧であり、一方、第1バイパス管27と第2バイパス管31とにより負荷冷却器12と蓄熱器16とを接続することにより構成されるループ型サーモサイフォンにおいては、高圧側の蓄熱器16と低圧側の負荷冷却器12とが連通することにより、比較的中圧となることから、この差圧により、冷媒を受液器20から負荷冷却器12へ自然供給することが可能である。
変形例として、第5冷媒配管40の受液器20から第3バイパス管42との分岐部までの間、または第3バイパス管42の途中にポンプ(図示せず)を設け、それにより、デフロスト前に、受液器20より負荷冷却器12のデフロストに必要な冷媒量を第3バイパス管42を介して強制供給してもよい。
冷凍装置10の運転方法について、運転モードとして、通常運転モード1(蓄熱段階)(図2)、通常運転モード2(蓄熱終了以降)(図3)、デフロスト運転モード(初期段階)(図4)、およびデフロスト運転モード(通常段階)(図5)に分かれる。
なお、第1バイパス管27の第4切替弁38は閉じており、第2バイパス管31の逆止弁64により、第1バイパス管27および第2バイパス管31を介して、冷媒がバイパスしないようにしている。
冷媒は、負荷冷却器12から第1冷媒配管24を介して圧縮機14に流入し、ここで圧縮され、さらに圧縮機14から第2冷媒配管26を介して蓄熱器16に流入し、ここで冷媒は放熱し、蓄熱器16に蓄熱され、さらに蓄熱器16から第4冷媒配管30を介してコンデンサー18に流入し、ここで凝縮あるいは過冷却され、さらにコンデンサー18から第6冷媒配管50を介して受液器20に流入し、ここで一定量の冷媒液が受け入れられ、さらに液状の冷媒は、受液器20から第5冷媒配管40を介して膨張弁22に流入し、ここで膨張弁22の開度を調整することにより、冷媒の過熱度を調整し、さらに膨張弁22から第3冷媒配管28を介して負荷冷却器12に戻り、冷却回路を構成するようにしている。
以上のように、冷媒は、図2の矢印で示すように流れ、負荷冷却器12から圧縮機14を介して蓄熱器16までの間でガス状態、特に、負荷冷却器12と圧縮機14との間は、低圧のガス状態、一方圧縮機14と蓄熱器16と間は高圧のガス状態、一方、蓄熱器16から膨張弁22を介して負荷冷却器12までの間で液または湿り蒸気状態である。
なお、通常運転モード1(図2)と同様に、第1バイパス管27の第4切替弁38は閉じており、第2バイパス管31の逆止弁64により、第1バイパス管27および第2バイパス管31を介して、冷媒がバイパスしないようにしている。
本運転モードは、図2の運転モードと同様に、通常運転モードであるが、図2においては蓄熱中であったが、図3の通常運転モード2においては、蓄熱終了以降のモードである。
つまり、冷媒は、負荷冷却器12から第1冷媒配管24を介して圧縮機14に流入し、ここで圧縮され、さらに圧縮機14から第2冷媒配管26を介して蓄熱器16に流入し、ここで冷媒は放熱し、蓄熱器16に蓄熱され、さらに蓄熱器16から第4冷媒配管30を介してコンデンサー18に流入し、ここで凝縮あるいは過冷却され、さらにコンデンサー18から第6冷媒配管50を介して受液器20に流入し、ここで一定量の冷媒液が受け入れられ、さらに液状の冷媒は、受液器20から第5冷媒配管40を介して膨張弁22に流入し、ここで膨張弁22の開度を調整することにより、冷媒の過熱度を調整し、さらに膨張弁22から第3冷媒配管28を介して負荷冷却器12に戻り、冷却回路を構成するようにしている。
しかしながら、圧縮機14からの吐出冷媒ガスが蓄熱器16を介してコンデンサー18まで流れることにより、蓄熱器16での圧力損失が不可避的に生じることから、このような圧力損失を排除するために、第1切替弁32を閉じる代わりに、第6切替弁48を開くことにより、圧縮機14からの吐出冷媒ガスが蓄熱器バイパス管46を介して蓄熱器16をバイパスするようにしている。
つまり、通常運転モードにおける冷却回路を停止しながら、第1バイパス管27、第2バイパス管31および第3バイパス管42による冷媒の流れを可能にすることで、冷媒液が受液器20から第3バイパス管42を介して蓄熱器16に流れるとともに、蓄熱器16と負荷冷却器12との間で自然循環によるループ型サーモサイフォンを構成するようにしている。
このとき、必要な冷媒量とは、ループ型サーモサイフォンにおいて、サーモサイフォンが円滑に循環し、かつ負荷冷却器12のデフロストに必要な所定の熱輸送が得られるに十分な量であり、負荷冷却器12の容量、ループ型サーモサイフォンの一部である第1バイパス管27、第2バイパス管31それぞれの配管長に応じて変わるものである。
なお、圧縮機14を停止した時点において、保有冷媒量が十分な場合には、受液器20から第3バイパス管42を介して蓄熱器16への送り込みは不要であり、第5切替弁44を閉じた状態で、ループ型サーモサイフォンによるデフロスト運転のみを行えばよい。
以上のように、冷媒は、図4の矢印で示すように流れ、受液器20から第5冷媒配管40および第3バイパス管を介して蓄熱器16までは液状、蓄熱器16から第2冷媒配管26および第1バイパス管27を介して負荷冷却器12まではガス状態、負荷冷却器12から第2バイパス管31を介して蓄熱器16までは液状である。
より詳細には、蓄熱器16の蓄熱により蒸発(吸熱)した冷媒ガスは、第2冷媒配管26から第1バイパス管27を経て負荷冷却器12に流れ、ここで冷媒ガスは、凝縮(放熱)することにより、負荷冷却器12のデフロストを行い、負荷冷却器12に付着した霜取りが行われ、冷媒液は、第2バイパス管31から第4冷媒配管30を経て蓄熱器16に戻り、この自然循環を繰り返すことにより、ループ型サーモサイフォンを構成する。
なお、負荷冷却器12内に流入する圧縮機14の油は、第3冷媒配管28より下方レベルの第1冷媒配管24に流出し、ベンド部80に送り込まれるようにしている。
このデフロスト運転により、負荷冷却器12の霜取りが完了したら、通常運転モード1に戻り、次のデフロスト運転に備えて、蓄熱を再開すればよい。
通常運転モード1(図2)から通常運転モード2(図3)への切替のタイミング、およびデフロスト運転モード(初期)(図2)からデフロスト運転モード(通常)(図3)への切替のタイミングについては、たとえば、タイマーにより自動設定してもよいし、あるいは負荷冷却器12の伝熱管(図示せず)の温度を検出し、検出した温度により設定してもよい。
本実施形態の特徴部分は、ループ型デフロスト回路の部分にあり、より詳細には、第1バイパス管27および第2バイパス管31それぞれの負荷冷却器12への接続位置にある。
より具体的には、第1実施形態と同様に、冷媒ガスを負荷冷却器12に送る第1バイパス管27の負荷冷却器12への接続位置は、冷媒液を負荷冷却器12から送る第2バイパス管31の負荷冷却器12への接続位置より上方レベル(レベル差h)であるのは共通であるが、第1実施形態と異なり、本実施形態において、第1バイパス管27の負荷冷却器12への接続位置は、負荷冷却器12の下流側、すなわち第1冷媒配管24であり、一方であり、第2バイパス管31の負荷冷却器12への接続位置は、負荷冷却器12の上流側、すなわち第3冷媒配管28である。
これは、第1実施形態においては、冷媒の循環を通じて負荷冷却器12内に、圧縮機14の油が流入する場合に、この油を負荷冷却器12の下流側の第1冷媒配管24に設けたベンド部80に送り込むために、このような冷媒の流れ方向に沿う接続関係としたのであるが、たとえば、負荷冷却器12または負荷冷却器12の上流側にオイルセパレータ(図示せず)等の油分離機能を設置する場合には、必ずしもこのような接続関係にする必要はなく、本実施形態のような接続関係も可能である。
なお、具体的なデフロスト方法については、ループ型デフロスト回路において、蓄熱器と負荷冷却器との間でのデフロスト用流体の流路が異なるのみであり、それ以外は第1実施形態と共通であるので、その説明は省略する。
たとえば、第1実施形態および第2実施形態において、第1バイパス管27の蓄熱器16側への接続として、第2冷媒配管26側、一方第2バイパス管31の蓄熱器16側の接続として、第4冷媒配管30側として説明したが、それに限定されることなく、第1バイパス管27の蓄熱器16側への接続として、第4冷媒配管30側、一方第2バイパス管31の蓄熱器16側の接続として、第2冷媒配管26側としてもよい。
たとえば、本実施形態において、蓄熱器16として説明したが、それに限定されることなく、冷媒からの蓄熱が可能である限り、蓄熱槽でもよい。
たとえば、本実施形態において、通常運転における蓄熱の終了段階(図3)において、蓄熱槽での圧力損失を排除するために、第1切替弁32を閉じる代わりに、第6切替弁48を開くことにより、蓄熱器16をバイパスするものとして説明したが、それに限定されることなく、蓄熱器16での圧力損失が高くなければ、蓄熱器バイパス管46を省略してもよい。
H レベル差
10 冷凍装置
12 負荷冷却器
14 圧縮機
16 蓄熱器
18 コンデンサー
20 受液器
22 膨張弁
24 第1冷媒配管
26 第2冷媒配管
28 第3冷媒配管
30 第4冷媒配管
27 第1バイパス管
31 第2バイパス管
32 第1切替弁
34 第2切替弁
36 第3切替弁
38 第4切替弁
40 第5冷媒配管
42 第3バイパス管
44 第5切替弁
46 蓄熱器バイパス管
48 第6切替弁
50 第6冷媒配管
62 逆止弁
64 逆止弁
66 逆止弁
80 ベンド部
Claims (3)
- 冷媒ガスを圧縮する圧縮機を有する冷却回路により冷却する、最上方レベルに位置する負荷冷却器のデフロスト方法であって、
負荷冷却器の冷却運転中に、圧縮機の吐出冷媒ガスの顕熱あるいは凝縮潜熱を蓄熱する段階と、
圧縮機を停止した状態で、蓄熱した熱を利用して、サーモサイフォン方式により、前記負荷冷却器をデフロストする段階とを、
有することを特徴とする、負荷冷却器のデフロスト方法。 - 前記蓄熱段階は、前記負荷冷却器より下方レベルに設置される蓄熱器により行い、
前記サーモサイフォン方式は、前記負荷冷却器と前記蓄熱器との間にループ型デフロスト回路を構成する、請求項1に記載の負荷冷却器のデフロスト方法。 - 前記冷却運転中において、前記蓄熱段階終了後に、前記蓄熱器をバイパスする段階を有する、請求項2に記載の負荷冷却器のデフロスト方法。
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