JP2016014490A - 冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】別途圧縮機を設けることなく、１つの冷凍機で冷蔵および冷凍を適正に行うことのできる冷凍システムを提供する。
【解決手段】冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２を並列に接続し、これら冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２の吐出側に、ガスクーラ１５を接続して二酸化炭素冷媒を封入した冷凍機ユニット１０を備え、冷凍機ユニット１０の高圧側と冷蔵用圧縮機１１の吸引口の間に、冷蔵用冷却器３１を接続するとともに、前記冷凍機ユニット１０の高圧側と冷凍用圧縮機１２の吸引口の間に、冷凍用冷却器３２を接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍システムに係り、特に、冷蔵用冷却器および冷凍用冷却器から送られる冷媒をそれぞれ別個の圧縮機で圧縮するようにした冷凍システムに関する。

従来、例えば、コンビニエンスストアやスーパーマーケットなどにおいては、店内の飲食物の冷蔵と冷凍とを単一の冷凍装置で行うことが知られている。この種の冷凍装置は、飲食物の冷蔵および冷却を行うために、圧縮機が設けられた室外ユニットと、飲食物を冷却する冷蔵ユニットおよび冷凍ユニットとを接続したいわゆるマルチ回路から構成されている。

このようなマルチ回路を備えた冷凍装置として、従来、例えば、圧縮機から吐出された冷媒は、室外熱交換器で凝縮して室外ユニットを流出した後、分岐して、室内ユニットと冷蔵ユニットと冷凍ユニットとに流入し、膨張弁により減圧された後、室内ユニット、冷蔵ユニットおよび冷凍ユニットで熱交換して室内および庫内の冷却を行うようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。そして、この特許文献１においては、冷凍ユニットの場合、出口側の冷媒圧力が低いことから、別途圧縮機により所定圧力まで冷媒圧力を高めて室外ユニットに戻すようにしていた。

特許第４４６５８８９号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、２つの圧縮機を備えた１つの室外ユニットにより、室内ユニット、冷蔵ユニットおよび冷凍ユニットをそれぞれ冷却するものであり、室内ユニット、冷蔵ユニットおよび冷凍ユニットから送られる冷媒を１つにまとめて各圧縮機に戻すようにしているので、出口側の冷媒圧力の低い冷凍ユニットにおいては、別途圧縮機により所定圧力まで冷媒圧力を高める必要があり、設備コストがかかってしまうという問題を有している。
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、別途圧縮機を設けることなく、１つの冷凍機で冷蔵および冷凍を適正に行うことのできる冷凍システムを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明に係る冷凍システムは、複数の圧縮機を並列に接続し、これら各圧縮機の吐出側に、ガスクーラを接続して二酸化炭素冷媒を封入した冷凍機ユニットを備え、前記冷凍機ユニットの高圧側と一方の圧縮機の吸引口の間に、冷蔵用冷却器を接続するとともに、前記冷凍機ユニットの高圧側と他方の圧縮機の吸引口の間に、冷凍用冷却器を接続したことを特徴とする。

また、本発明は、前記構成において、前記各圧縮機の吐出側に、逆止弁を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、前記構成において、前記冷凍機ユニットは、前記冷蔵用冷却器の冷凍負荷または前記冷凍用冷却器の冷蔵負荷に応じて前記各圧縮機の駆動制御を行う制御装置を備えていることを特徴とする。

また、本発明は、前記構成において、前記各圧縮機は、２段で圧縮動作を行う２段圧縮機であることを特徴とする。

また、本発明は、前記構成において、前記冷凍機ユニットは、前記冷蔵用冷却器の冷蔵負荷と前記冷凍用冷却器の冷凍負荷との合計負荷に応じて冷媒量を調整する冷媒量調整タンクを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、冷蔵用冷却器および冷凍用冷却器から送られる冷媒をそれぞれ圧縮機に送り、各圧縮機により、それぞれ別個に圧縮させるようにしているので、出口側の冷媒圧力の低い冷凍用冷却器から送られる圧力の低い冷媒を、別途、所定圧力まで圧力を高める必要がなく、設備コストの低減を図ることができる。その結果、１つの冷凍機で冷蔵および冷凍を適正に行うことが可能となる。
また、冷凍機ユニットに冷媒量調整タンクを設けるようにしているので、冷蔵と冷凍の混在サイクルであっても、冷蔵用冷却器および冷凍用冷却器の合計負荷に応じて冷媒量を調整することができる。

本発明の実施の形態に係る冷凍システムにおける冷凍サイクルの回路図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る冷凍システムの実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。
冷凍システムは、冷媒を冷却する冷凍機ユニット１０と、冷凍機ユニット１０から送られる冷媒により冷却される蒸発器３０とを備えている。蒸発器３０は、例えば、コンビニエンスストアやスーパーマーケットなどの施設に設置され、冷蔵・冷凍商品を陳列するショーケースなどを冷却するものであり、本実施形態においては、冷蔵用冷却器３１および冷凍用冷却器３２を備えている。また、本実施形態においては、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いている。

また、冷凍機ユニット１０は、２段で圧縮動作される冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２を備えている。冷蔵用圧縮機１１には、冷凍用熱交換器１３が冷媒配管１４を介して接続されており、冷凍用熱交換器１３は、ガスクーラ１５と、インタクーラ１６と、オイルクーラ１７と、送風ファン１８とから構成されている。

冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２には、それぞれ１段目の圧縮機構における第１吸入口１１ａ，１２ａおよび第１吐出口１１ｂ，１２ｂが設けられており、２段目の圧縮機構における第２吸入口１１ｃ，１２ｃおよび第２吐出口１１ｄ，１２ｄが設けられている。
冷蔵用圧縮機１１の第１吸入口１１ａは、冷蔵用冷却器３１から送られる冷媒を吸入し、１段目の圧縮機構により、中間圧力に圧縮して第１吐出口１１ｂから吐出するように構成されている。冷凍用圧縮機１２の第１吸入口１２ａは、冷凍用冷却器３２から送られる冷媒を吸入し、１段目の圧縮機構により、中間圧力に圧縮して第１吐出口１２ｂから吐出するように構成されている。また、冷蔵用圧縮機１１の第１吐出口１１ｂおよび冷凍用圧縮機１２の第１吐出口１２ｂは、それぞれ冷媒配管１４を介して合流してインタクーラ１６の入口側に接続されており、インタクーラ１６の出口側には、それぞれ冷媒配管１４を介して分岐して冷蔵用圧縮機１１の第２吸入口１１ｃおよび冷凍用圧縮機１２の第２吸入口１２ｃに接続されている。

冷蔵用圧縮機１１の第２吐出口１１ｄおよび冷凍用圧縮機１２の第２吐出口１２ｄは、それぞれ冷媒配管１４を介して合流してオイルセパレータ１９に接続されており、オイルセパレータ１９は、冷媒配管１４を介してガスクーラ１５に接続されている。オイルセパレータ１９は、冷媒中のオイルを分離するものであり、オイルセパレータ１９には、分離したオイルを貯留するオイルタンク２０が接続されている。オイルタンク２０は、オイルクーラ１７の入口側に接続されており、オイルクーラ１７の出口側は、分岐してそれぞれ冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２の中間段にそれぞれ接続されている。

そして、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２の第１吐出口１１ｂ，１２ｂから吐出された冷媒は、冷媒配管１４を介してインタクーラ１６に流入し、インタクーラ１６において、送風ファン１８を動作させることにより外気と熱交換して冷却され、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２の第２吸入口１１ｃ，１２ｃに戻されるように構成されている。そして、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２で２段目の圧縮機構により、必要な圧力に圧縮して第２吐出口１１ｄ，１２ｄから吐出され、それぞれ合流してオイルセパレータ１９を介してガスクーラ１５に送られるように構成されている。
オイルセパレータ１９は、冷媒中のオイルを分離し、この分離したオイルは、オイルタンク２０に貯留される。オイルタンク２０のオイルは、オイルクーラ１７において、送風ファン１８を動作させることにより外気と熱交換して冷却され、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２にそれぞれ戻されるように構成されている。

ここで、冷蔵用圧縮機１１の第１吐出口１１ｂに接続される冷媒配管１４の中途部には、逆止弁２１が設けられており、冷凍用圧縮機１２の第１吐出口１２ｂに接続される冷媒配管１４の中途部には、逆止弁２２が設けられている。これは、一般に、冷蔵用冷却器３１から送られる冷媒の圧力が、冷凍用冷却器３２から送られる冷媒の圧力に対して高くなることから、冷蔵用圧縮機１１の吐出冷媒の圧力と冷凍用圧縮機１２の吐出冷媒の圧力とが異なってしまうことがあるため、吐出圧力が低い方の圧縮機からの吐出冷媒が吐出されなくなることを防止するためである。

また、ガスクーラ１５は、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２から送られた冷媒を送風ファン１８を動作させることにより外気と熱交換させて冷却するものであるが、二酸化炭素冷媒は、凝縮しないので、超臨界状態で高圧の気体のまま送られるようになっている。
また、ガスクーラ１５には、冷媒配管１４を介してエコノマイザ２３が接続されている。エコノマイザ２３の出口側の冷媒配管１４には、この冷媒配管１４から分岐する分岐配管２４が設けられており、分岐配管２４は、分岐管用膨張弁２５を介してエコノマイザ２３に接続されている。冷媒配管１４と分岐配管２４とは、冷媒の流れる方向が対向流となるように配置されるものであり、冷媒配管１４を流れる冷媒と分岐配管２４を流れる冷媒とを効率よく熱交換させることができるように構成されている。

エコノマイザ２３の出口側の分岐配管２４は、インタクーラ１６の出口側に接続されている。そして、分岐管用膨張弁２５は、エコノマイザ２３の出口側の高圧冷媒を減圧させて中間圧力レベルまで膨張させるものであり、エコノマイザ２３により冷媒配管１４を流れる高圧冷媒と分岐配管２４を流れる減圧された冷媒とを熱交換させて高圧冷媒を冷却するように構成されている。熱交換後の減圧された冷媒は、インタクーラ１６の出口側の冷媒と合流して第２吸入口１１ｃ，１２ｃから冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２にそれぞれ送られ、各圧縮機１１，１２から吐出される冷媒の温度および中間圧力の最適化を図るようになっている。

また、分岐配管２４には、冷媒量調整タンク２６が接続されおり、冷媒量調整タンク２６は、冷媒戻り配管２７を介して、分岐配管２４の膨張弁とエコノマイザ２３との間に接続されている。そして、本実施形態における冷凍システムは、冷蔵と冷凍の混在サイクルであることから、冷媒量の調整が難しいので、冷媒量調整タンク２６により、冷蔵用冷却器３１および冷凍用冷却器３２の合計負荷に応じて冷媒量を調整するように構成されている。

エコノマイザ２３の出口側の冷媒配管１４は、蒸発器３０の冷蔵用冷却器３１に冷蔵用膨張弁３３を介して接続されるとともに、冷凍用冷却器３２に冷凍用膨張弁３４を介して接続されている。
そして、本実施形態においては、冷凍機ユニット１０には、制御装置２８が設けられており、この制御装置２８は、冷蔵用圧縮機１１を冷蔵用冷却器３１の運転負荷に応じて制御するとともに、冷凍用圧縮機１２を冷凍用冷却器３２の運転負荷に応じて制御するようになっている。また、制御装置２８は、外気温や所定箇所における冷媒温度などに基づいて送風ファン１８や各膨張弁の駆動制御などの各種制御を行うように構成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、冷蔵用圧縮機１１を動作させることにより、冷蔵用圧縮機１１の第１吸入口１１ａから冷蔵用冷却器３１から送られる冷媒を吸入し、この冷媒は、１段目の圧縮機構により、中間圧力に圧縮されて第１吐出口１１ｂから吐出される。同様に、冷凍用圧縮機１２を動作させることにより、冷凍用圧縮機１２の第１吸入口１２ａから冷凍用冷却器３２から送られる冷媒を吸入し、この冷媒は、１段目の圧縮機構により、中間圧力に圧縮されて第１吐出口１２ｂから吐出される。

また、冷蔵用圧縮機１１の第１吐出口１１ｂおよび冷凍用圧縮機１２の第１吐出口１２ｂから吐出された冷媒は、それぞれ冷媒配管１４を介して合流し、インタクーラ１６に流入する。このインタクーラ１６で送風ファン１８により外気と熱交換して冷却され、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２の第２吸入口１１ｃ，１２ｃにそれぞれ戻される。
インタクーラ１６から戻された冷媒は、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２で２段目の圧縮機構により必要な圧力に圧縮して第２吐出口１１ｄ，１２ｄから吐出され、それぞれ合流してオイルセパレータ１９を介してガスクーラ１５に送られる。冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２から送られた冷媒は、ガスクーラ１５で送風ファン１８により外気と熱交換させて冷却して高圧冷媒としてエコノマイザ２３に送られる。
この冷媒は、エコノマイザ２３で冷媒配管１４から分岐して分岐管用膨張弁２５を介して減圧された冷媒と熱交換して冷却され、蒸発器３０に送られる。

蒸発器３０に送られた冷媒は、それぞれ冷蔵用膨張弁３３および冷凍用膨張弁３４により所定の圧力に減圧され、冷蔵用冷却器３１および冷凍用冷却器３２において熱交換して、庫内を所定温度に冷却するようになっている。
冷蔵用冷却器３１および冷凍用冷却器３２から流出した冷媒は、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２にそれぞれ戻される。

なお、本実施形態においては、冷蔵用圧縮機１１の第１吐出口１１ｂに接続される冷媒配管１４の中途部および冷凍用圧縮機１２の第１吐出口１２ｂに接続される冷媒配管１４の中途部に逆止弁２１，２２を設けるようにしている。
一般に、冷蔵用冷却器３１から送られる冷媒の圧力は、冷凍用冷却器３２から送られる冷媒の圧力に対して高くなる。例えば、冷蔵用冷却器３１から冷蔵用圧縮機１１の第１吸入口１１ａに吸入される冷媒の圧力は、２．５ＭＰａであるのに対して、冷凍用冷却器３２から冷凍用圧縮機１２の第１吸入口１２ａに吸入される冷媒の圧力は、０．９ＭＰａと低くなっている。そして、冷蔵用圧縮機１１の第１吐出口１１ｂから吐出される冷媒の圧力は５ＭＰａ程度となる一方、冷凍用圧縮機１２の第１吐出口１２ｂから吐出される冷媒の圧力も、冷凍用圧縮機１２による第１段圧縮により５ＭＰａ程度に高められるため、問題はない。そのため、逆止弁２１，２２は、必ずしも設ける必要はない。
しかしながら、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２の駆動制御の関係で、冷蔵用圧縮機１１の吐出冷媒の圧力と冷凍用圧縮機１２の吐出冷媒の圧力とが異なってしまうことがあるため、前述のように逆止弁２１，２２を設けることにより、吐出圧力が低い方の圧縮機からの吐出冷媒が吐出されなくなることを防止することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、冷蔵用冷却器３１および冷凍用冷却器３２から送られる冷媒を冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２にそれぞれ送り、各冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２により、それぞれ別個に圧縮させるようにしているので、出口側の冷媒圧力の低い冷凍用冷却器３２から送られる圧力の低い冷媒を、別途、所定圧力まで圧力を高める必要がなく、設備コストの低減を図ることができる。その結果、１つの冷凍機ユニット１０で冷蔵および冷凍を適正に行うことが可能となる。

また、本実施形態においては、冷蔵用圧縮機１１の第１吐出口１１ｂに接続される冷媒配管１４の中途部および冷凍用圧縮機１２の第１吐出口１２ｂに接続される冷媒配管１４の中途部に逆止弁２１，２２を設けるようにしているので、冷蔵用圧縮機１１の吐出冷媒の圧力と冷凍用圧縮機１２の吐出冷媒の圧力とが異なる場合でも、吐出圧力が低い方の圧縮機からの吐出冷媒が吐出されなくなることを防止することができる。
同様に、冷蔵用圧縮機１１および冷凍用圧縮機１２のそれぞれの第２吐出口１１ｄ，１２ｄからの、いわゆる高圧吐出管５１ｂにそれぞれ逆止弁５１ｄを設けておけば（図１参照）、いずれか一方の圧縮機の停止などによって高圧吐出管５１ｂに圧力差が生じても、圧力が低い方の高圧吐出管５１ｂに冷媒が流れ込むおそれを低減させることができる。
さらに、冷凍機ユニット１０に冷媒量調整タンク２６を設けるようにしているので、冷蔵と冷凍の混在サイクルであっても、冷蔵用冷却器３１および冷凍用冷却器３２の合計負荷に応じて冷媒量を調整することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更が可能である。

１０ 冷凍機ユニット
１１ 冷蔵用圧縮機
１２ 冷凍用圧縮機
１３ 冷凍用熱交換器
１４ 冷媒配管
１５ ガスクーラ
１６ インタクーラ
１７ オイルクーラ
１８ 送風ファン
１９ オイルセパレータ
２０ オイルタンク
２１，２２ 逆止弁
２３ エコノマイザ
２４ 分岐配管
２５ 分岐管用膨張弁
２６ 冷媒量調整タンク
２７ 冷媒戻り配管
２８ 制御装置
３０ 蒸発器
３１ 冷蔵用冷却器
３２ 冷凍用冷却器
３３ 冷蔵用膨張弁
３４ 冷凍用膨張弁

Claims (5)

1. 複数の圧縮機を並列に接続し、これら各圧縮機の吐出側に、ガスクーラを接続して二酸化炭素冷媒を封入した冷凍機ユニットを備え、
   前記冷凍機ユニットの高圧側と一方の圧縮機の吸引口の間に、冷蔵用冷却器を接続するとともに、前記冷凍機ユニットの高圧側と他方の圧縮機の吸引口の間に、冷凍用冷却器を接続したことを特徴とする冷凍システム。
2. 前記各圧縮機の吐出側に、逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記冷凍機ユニットは、前記冷蔵用冷却器の冷凍負荷または前記冷凍用冷却器の冷蔵負荷に応じて前記各圧縮機の駆動制御を行う制御装置を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍システム。
4. 前記各圧縮機は、２段で圧縮動作を行う２段圧縮機であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍システム。
5. 前記冷凍機ユニットは、前記冷蔵用冷却器の冷蔵負荷と前記冷凍用冷却器の冷凍負荷との合計負荷に応じて冷媒量を調整する冷媒量調整タンクを備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍システム。

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