JP4043074B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然冷媒を用いたり機械式ポンプ代替機関を用いた冷凍(ここでは本来の冷凍の外冷暖房など温湿度調節すなわち空調を含めている。以下同じ)装置に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
図15は、従来の冷凍装置を示しており、システムとしては室外設置の圧縮式サイクルを有する1次側と室内を空調する2次側とから構成される。冷房時には、1次側では圧縮機11で圧縮された1次冷媒が四方弁12で流路が切り換えられファン14を有する熱源側熱交換器13で冷媒を凝縮液化した後、膨張弁15で減圧され1次・2次熱交換器16で蒸発して四方弁12、アキュムレータ17を経て圧縮機11に吸入される。他方、2次側ではポンプ18で圧送された2次冷媒は1次・2次熱交換器16で1次側の冷媒に冷却されファン20を有する室内熱交換器19で室内を冷房した後ポンプ18に戻る。暖房時には四方弁12で流路が逆方向に切り換えられ1次・2次熱交換器16で加熱された2次冷媒が室内熱交換器19に循環し室内を暖房する。上述の場合、1次冷媒としてフロン系冷媒R22等を用い、2次冷媒として水、ブライン等が用いられる例が多い。
【0003】
ところが、1次側のフロン系冷媒の中には、オゾン層を破壊することから生態系上あるいは地球温暖化の観点から問題が生ずるものがあり、また2次側の水やブラインの循環にあっては漏れにより室内が水びたしとなることがあるという問題がある。
【0004】
上述の1次側でのフロンの問題に対処するため、自然冷媒であるアンモニアを使用する例もあるが、このアンモニアにあっては毒性、爆発性、銅に対する腐食性という問題があり、使用条件が極めて限られ、あまり使用したくないものである。
なお、最近International Status Report on Compression Systems with National Working Fluids (1996/2, Report No HPP-AIV22-2) には、数か月間での2次冷媒にCO2 を利用したアンモニアシステムの運転が示されているが、2次冷媒CO2 をポンプにて循環させていることから、一般的に高圧に基因する信頼性や高コストに問題を残している。
また、NH3 /CO2 システムの例も示されているが、重力利用の自然循環方式であり、流量制御の自由度はない。
このようにして自然冷媒を用いるとき、毒性等の点、信頼性やコストの点、流量制御の点にてそれぞれ問題が生ずることとなった。
【0005】
全く別の観点からポンプについて着目した場合、実開平6−40771にて開示される先行技術がある。図16はこの先行技術における冷媒強制循環装置であり自然循環できない高所や遠方に冷媒を送るに当り機械式ポンプを用いることなく強制循環させる装置である。すなわち、1次側冷凍機1の2次側配管3を被冷却体を冷却する2次側熱交換器2に通すのであるが、更にこの2次側配管3の2次冷媒を搬送する搬送手段にも通すことによって、被冷却体の冷却のみならず強制循環を行なおうとするものである。
【0006】
搬送手段は、動力が必要で全体の効率を低下させしかも耐久性に問題のある機械式ポンプではなく、1次側冷凍機1の下流配管3で低い位置に逆流防止手段4a,4b、冷媒貯溜容器5、ヒータ6等を備えた構成を有し、冷凍機1からの液体冷媒を冷媒貯溜容器5に自然に流れ入ませ、ヒータ6をオンして容器5内の圧力を上げ、逆流防止手段4aに加わる圧力以上になるとこの逆流防止手段4aから2次側熱交換器2に向って冷媒が押し出されるというもので、ヒータ6のオフによって冷媒貯溜容器5内の圧力が低下すると再び冷凍機1からの冷媒が流れ込むというサイクルを繰り返して冷媒を断続的に循環させている。なお、図16では、7は圧力検出器、8は制御手段、9はヒータ6のオンオフ切換手段である。
【0007】
かかる搬送手段は、図15に示すポンプ18などの機械式ポンプ代替手段とな得るものであり、高所や遠方への冷媒循環に効果的である。
【0008】
ところが、貯留容器5内部の圧力を上昇させて冷媒を強制循環させた後、再び貯溜容器5内部に冷媒を導入するにはヒータ6により加熱した貯溜容器5内部の冷媒温度が低下して圧力が下がるまで待つ必要があり、液冷媒の熱容量を考慮すれば応答が緩慢になることと熱ロスが生じるという問題がある。
【0009】
本発明は、上述の問題に鑑み、フロン系冷媒を用いることなくオゾン破壊係数をゼロ、地球温暖化係数も極めて小さい自然冷媒を熱駆動させ、また水やブラインを用いることなく漏れがあっても水びたしになるなどの問題を除くようにした冷凍装置の提供を目的とする。
更に、本発明は、毒性等にて問題となるアンモニアを用いることなく他の自然冷媒を用いると共に機械式ポンプに替る搬送手段にあって応答の緩慢さや熱ロスの発生を軽減した冷凍装置の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する本発明は、次の発明特定事項を有する。
(1) 2次側循環サイクル内にあって、自然冷媒を用い、1次・2次熱交換部の下方位置に一方向のみの流路を形成する逆止弁を介して昇圧器を備え、この昇圧装置の出口側に上記自然冷媒の流路を開閉制御する電磁弁を備え、上記1次・2次熱交換部と逆止弁との間に液溜めを備えたことを特徴とする。
(2) 上記(1)において、上記2次側循環サイクル内には、上記1次・2次熱交換部を昇圧器との間に上記逆止弁と並列に流路を開閉制御する電磁弁を備えた均圧管を備えたことを特徴とする。
(3) 上記(2)において、上記逆止弁と並列な電磁弁を有する均圧管を入口側に備え出口側に電磁弁を備えた昇圧器からなる組を並列に2組備えたことを特徴とする。
(4) 上記(3)において、一方の均圧管の電磁弁を閉じると共に昇圧器に備えられた加熱装置をオンし、時間遅れをもって昇圧器出口の電磁弁を開き、他方の均圧管の電磁弁を上記時間遅れをもって開き、更に上記時間遅れをもって他方の昇圧器の加熱装置をオフし、上記時間遅れをもって昇圧器出口の電磁弁を閉じることを特徴とする。
(5) 上記(1),(2),(3)又は(4)において、1次側循環サイクル内にあって圧縮機の吐出管及びその下流にあって凝縮器を有する熱源側熱交換器の出口側のいずれか一方から配管を分岐させ流量調節弁を介して上記昇圧器の加熱装置に連通したことを特徴とする。
(6) 上記(1),(2),(3),(4)又は(5)において,1次側循環サイクル内にあって上記1次・2次熱交換部の1次側配管を分岐させ、流量調節弁を介して上記昇圧器の冷却器を構成したことを特徴とする。
(7) 上記(1)において、1次側循環サイクル内にあって圧縮機は、容量可変形圧縮機を用い、運転速度を変化させるようにしたことを特徴とする。
(8) 1次側循環サイクル内にあって圧縮機から弁を介して凝縮器を有する熱源側熱交換器及び1次・2次熱交換部のいずれかに自然冷媒を送り、2次側循環サイクル内にあって上記1次・2次熱交換部の下位値に逆止弁、昇圧器、電磁弁を備え、1次・2次熱交換部の出口に介装された第1三方弁の一方を室内熱交換器に接続すると共にその他方を逆止弁に接続し、室内熱交換器を出た配管の一方を二方弁を介して逆止弁に接続すると共にその他方を電磁弁の後流に介装された第2三方弁に接続し、逆止弁、昇圧器、電磁弁、第2三方弁と接続された配管を室外側の管路中に配設された第3三方弁に接続し、この第3三方弁の一方を第1三方弁と室内熱交換器との間の配管に接続すると共にその他方を1次・2次熱交換部に接続することにより、閉サイクルを構成して、1次・2次熱交換部、昇圧器、室内熱交換器の順に構成される冷房回路と、1次・2次熱交換部、室内熱交換器、昇圧器の順に構成される暖房回路とを切換えるようにしたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
ここで、図1〜図14を参照して本発明の実施の形態の例を説明する。なお、図15、図16と同一部分には同符号を付す。
図1において、1は1次側冷凍機、2は2次側熱交換器、3は2次側配管である。この1次側冷凍機1の下流にあって2次側熱交換器2との間には、図1に示すような構成が備えられる。すなわち、1次側冷凍機1の凝縮部より下に位置して液溜め51、逆止弁52を順に介して昇圧器53が備えられ、液溜め51、逆止弁52と並列に液溜め51入口から昇圧器53入口まで電磁弁54を介して均圧管55が連通され、昇圧器53の出口には電磁弁56が備えられている。また、昇圧器53内には加熱装置57が備えられる。
【0012】
ここにおいて、1次側に冷凍機1にて放熱し凝縮された例えばCO2 などの自然冷媒である2次冷媒は2次側熱交換器2にて吸熱し被冷却体を冷やし1次側冷凍機1に戻るという作用は図16と同じである。
1次側冷凍機1の凝縮部よりも下流下位値にある液溜め51に2次冷媒が自重で落下してい貯溜され、更にこの2次冷媒は逆止弁52を通り昇圧器53に入る。この場合、電磁弁54は開かれており液溜め51と昇圧器53とを強制的に均圧化して液溜め内部の2次冷媒を自重により昇圧器13に導入するようにしている。
【0013】
昇圧器53の内部に液冷媒が十分に貯溜されたところで電磁弁54および56を閉じ、逆止弁52も含めて昇圧器53を密閉状態とする。ここで加熱装置57により2次冷媒を加熱し、昇圧器53の内部の圧力を上昇させる。例えば熱交換器2が昇圧器53よりも高所にある場合に、昇圧器53内部の圧力がヘッド差及び圧力損失分の程度上昇した後に電磁弁56を開くことで昇圧器53から液冷媒が押し出され、2次冷媒回路内を循環する。このとき、昇圧器53の内部の液冷媒が、加熱装置57の位置よりも低下して、有効に圧力を上昇させることが出来なくなるまで加熱装置57を作動させることで昇圧器53の内部の圧力を常に高く保ち、冷媒を連続的に搬送させる。また、加熱装置57による加熱量を制御することで昇圧器53の圧力、ひいては2次冷媒循環量を制御することができる。昇圧器53内部の圧力が高くなり冷媒が搬送されている間は、逆止弁52があることから液溜め51から昇圧器53へは2次冷媒が導入されず、液溜め51に2次冷媒が貯溜される。
【0014】
昇圧器53の内部の液冷媒が減少して2次冷媒を搬送できなくなった後、電磁弁56を閉じて再び昇圧器53内部に冷媒を貯溜する必要がある。しかし、昇圧器53の内部の圧力は高くなっており、そのままでは逆止弁52を通じて2次冷媒を昇圧器内に導入出来ない。本例では、図16に示すような冷媒貯溜容器53の自然冷却によらず、前述したように電磁弁54を開いて液溜め51と昇圧器53を強制的に均圧化し、液溜め51内部の2次冷媒を自重により昇圧器53に導入している。昇圧器53内部に冷媒が十分貯溜されたところで電磁弁56及び54を閉じ、加熱装置57を作動させ、圧力が上昇したところで電磁弁56を開いて冷媒搬送を繰り返す。
昇圧器53から搬送された2次冷媒は、ヘッド差及び圧力損失に打ち勝って配管3を通り熱交換器2に送られる。ここで被冷却体から吸熱し、2次側冷媒は蒸発して1次側冷凍機1に戻り、そこで放熱・凝縮して液冷媒となり、再び液溜め51に戻ってサイクルを完成する。
このシステムを用いることにより、2次冷媒を機械式ポンプを利用せず冷媒を循環させる際、従来例よりもより効率的な搬送を行なうことが出来る。
なお、本例において液溜め51の存在は、1次側冷凍機1の凝縮部が過冷却になるのを防止するために2次冷媒を溜めるものであるが、例えば図2に示す如く液溜め51を除いた構成では電磁弁54を有する均圧管55を1次側冷凍機1の上流側に連通させるようにすればよい。
【0015】
こうして、図1の例では機械式ポンプを使用しないで2次冷媒を搬送するに当って、液溜めや昇圧器を2次側配管途中に備え、強制的な均圧化を行なうことにより効率良く2次冷媒を循環させることができる。
【0016】
図3は、図1の例を更に発展させたもので、逆止め弁52a,52b、昇圧器53a,53b、電磁弁56a,56b、及び均圧管を並列配置して2次冷媒を連続的に循環させるようにしたものである。
すなわち、図3に示すように液溜め51から逆止弁52a,52bを並列配置してそれぞれ加熱装置57a,57bを有する昇圧器53a,53bに連通させる一方、昇圧器53a,53bの入口側をそれぞれ電磁弁54a,54bを備えた均圧管にて液溜め51の入口側に連通させ、更に、昇圧器53a,53bの出口側を電磁弁56a,56bを介して2次配管に連通させている。
【0017】
かかる図3に示す構成において、まず加熱装置57aを作動させ、電磁弁56aを開けて54aを閉じることで、前述例の手法を用いて昇圧器53a内部の2次冷媒を循環させる。この間、1次側冷凍機1により凝縮した2次冷媒は液溜め51に貯溜されるが、電磁弁56bを閉、さらに電磁弁54bを開とすることで、液溜め51と均圧化された昇圧器53bに2次冷媒が貯溜される。昇圧器53aの内部の液冷媒は搬送により減少していくが、その液冷媒がある程度減少したところで電磁弁54bを閉じ、さらに加熱装置57bを作動させて昇圧器53bの内部圧力を上昇させる。加熱装置57a,57bおよび電磁弁56a,56b,54a,54bの作動の状態を図4に示す。
【0018】
図4に示すタイミングでは、例えば均圧管の電磁弁54aを閉じ昇圧器53aの加熱装置57aをオンし、時間的に少し遅らせて電磁56aを開とすると同時に電磁弁56bを閉じ、昇圧器53bの加熱装置57bをオフとし電磁弁54bを開とする。この時点で、昇圧器53aから2次冷媒が送出され、一方昇圧器53bへは液溜め51から冷媒が送り込まれる。昇圧器53aで液冷媒を搬送し終る前に電磁弁54bを閉じ加熱装置57bをオンし、少し遅らせた時点で均圧管の電磁弁54aを開とし加熱装置57aをオフとし電磁弁56bを開、電磁弁56aを閉として、2次冷媒を昇圧器53bから搬送し昇圧器53aへ液溜め51から冷媒が送り込まれる。
【0019】
この動作のタイミングとしては、昇圧器53aで液冷媒を搬送し終わる時に、昇圧器53bの内部の圧力が、2次冷媒回路内のヘッド差及び圧力損失分の圧力上昇を生じる程度とする。1次側冷凍機1によって冷却された液冷媒の熱容量および過冷却分を考慮すると、加熱装置57a,57bにより冷媒を加熱しはじめてから圧力が上昇しはじめるまでに時間のずれが生じるが、上記タイミングの遅れにより電磁弁56a,57aを開けた際の冷媒搬送までの時間遅れをなくすことが出来る。
この電磁弁54a,54bが双方共閉じている遅れの時間は、昇圧器53a,53bが共に圧力が高くなるので、逆止弁52aおよび52bを通って昇圧器53a,53bに冷媒を導入することが出来ず、凝縮した冷媒は液溜め51に貯溜される。昇圧器53a内部の液冷媒を搬送し終わった後、電磁弁56aを閉じ、代わりに電磁弁56bを開とすることで、予め圧力を上昇させた昇圧器53bから液冷媒が熱交換器2に搬送され、2次側冷媒が途切れることなく連続的に循環させることができる。さらに、このとき電磁弁54aを開として液溜め51と昇圧器53aを均圧化し、液溜め51内部に貯溜された液冷媒を昇圧器53aに導入する。昇圧器53b内部の液冷媒を搬送し終わった後、再び二つの昇圧器53a,53bの役割を交替させることで、前述例より更に発展させて連続的に冷媒を循環させることが出来る。
なお、本例においても液溜め51を備える必要がない場合には、図2から類推されるように均圧管入口を1次冷凍機1の上流側に連通させればよい。
【0020】
こうして、図3の例では、図1の例の効果に加え図4の如く電磁弁と加熱装置の動作のタイミングを適正化して、機械式ポンプ等の手段によらずに2次側冷媒を連続的に循環できる。
【0021】
以上の説明は機械式ポンプを用いずCO2 などの自然冷媒を循環させる冷却のみの冷凍装置を得て応答の緩慢さや熱ロスを少なくしたものである。
【0022】
次に、図4以下により前例による搬送装置を用いた1次側及び2次側の冷凍装置を示す。なお、図5以下の図にて図15と同一部分には同符号を付す。すなわち、1次側にて圧縮機11、流路切換えのための四方弁12、ファン14を有する熱源側熱交換器13、膨張弁15、1次・2次熱交換器16、アキュムレータ17を有して1次冷媒が循環し、2次側にて1次・2次熱交換器16、ファン20を有する室内熱交換器19を有して2次冷媒が循環する。この場合、1次冷媒はプロパン、2次冷媒はCO2 を使用している。
【0023】
本例では、1次・2次熱交換器16の2次側にて下流下位値に液溜め101、逆止弁102、加熱装置105を有する昇圧器103、及び電磁弁104が順に備えられている。この図5にて、1次側の冷媒プロパンは圧縮機11により圧縮されて循環し、冷房時には熱源側熱交換器13の凝縮器で凝縮液化し1次・2次熱交換器16で蒸発する。
一方、2次側では1次・2次熱交換器16は凝縮器として使用し、ここで1次冷媒プロパンによって冷却された2次側の炭酸ガス冷媒は冷却液化して液溜め101、逆止弁102を通って昇圧器103に落下する。電磁弁104を閉じることにより昇圧器103には液化した炭酸ガスが溜まり所定量溜まったとこで加熱装置105を加熱する。加熱量は室内熱交換器19が高位置にある場合その液ヘッドや圧力損失に抗して循環させるに足る圧力差がつく量であればよい。所定圧力差がついたときに電磁弁104を開くことにより液化冷媒は逆止弁102の作用により液溜め101に逆流することなく室内熱交換器19まで圧送され、ここで室内を冷房することにより蒸発気化して1次・2次熱交換器16に戻って再度液化するサイクルを繰り返す。
【0024】
この際、電磁弁104を開くと同時に加熱装置105の通電を停止するか又は電磁弁104を開いた後も所定時間通電しその後通電停止とする。前者の場合は駆動力となる差圧の低下が大きく循環量がすぐ低下するのに対し、後者の場合は加熱により昇圧器103から液が流出し液冷媒量が減少することも相まって加熱装置105の入力を減らしても循環量を多く保て搬送時間を拡大できる。
また液溜め101は1次・2次加熱交換器16に冷媒が滞留し過冷却がつくことにより加熱時間が長くなるのを防止するために設けているが、昇圧器103が単独の場合には液溜め101がなくても昇圧器103で代替することができる。
なお、加熱装置105は昇圧器103内の下部に配設し液冷媒が流出により減少しても常に液が加熱できるようにするとよい。
【0025】
冷媒についていえば、1次側の冷媒プロパンは可燃性ではあるが室内では使用せず室外で使用する上記構成としたことにより万一漏れた場合でも火災となる可能性は小さい。又、1次側の冷媒プロパンは圧力、湿度特性とも従来のフロン冷媒R22とほぼ同じ特性を持っているため従来の機器を何ら設計変更することなく使用することができる。
2次側の冷媒炭酸ガスは高圧冷媒で(例えば30℃ではR22の1.2MPa に対し約7MPa )ポンプ利用の場合には耐圧性を考慮する必要があるが、上記の如くポンプレスとすることによりサイクル中に可動部をなくすことができ故障等の問題もなくなる。
又、高圧冷媒であるが故に加熱量が小さくても駆動力である圧力差を大きくすることができるメリットがある。
又、1次側、2次側ともに自然冷媒を使用しているためオゾン破壊係数がゼロであることはいうに及ばず、地球温暖化係数(GWP)も格段に小さいシステムとすることができる。GWPはCO2 =1、プロパン=3に対し、R22=1700である。
【0026】
図6は、図5の変形例であり、図5と異なる点として昇圧器103の加熱装置105の熱源として1次側圧縮機の吐出ガスを利用するものである。すなわち、圧縮機11から四方弁12に向って出た吐出管は、途中で分岐され流量調節弁110、加熱装置105を通った後元の吐出管に連通されている。この場合、流量調節弁110は分岐管でなく吐出管に備えるようにしてもよい。
また、別の例として熱源側熱交換器13の凝縮器を出た液管より分岐させるようにしてもよい。
更に、吐出管や液管に替えて外気を昇圧器103に送風させてもよい。昇圧器103にはフィンを備えれば熱交換効率があがる。
図6の構成にあって動作は次のようになる。
昇圧器103に所定量の液冷媒が溜った時点で流量調節弁110を開き適正量の吐出ガスで昇圧器103内の温度を上げる。電磁弁104を開けば冷媒はシステム内を循環することとなる。その後流量調節弁110を閉じると同時に電磁弁104を閉成すれば昇圧器103内に冷媒が溜まることとなりこの操作をくり返すことにより冷媒を搬送することができる。
図15の例に比して無駄なエネルギを使用することなく1次側のエネルギを有効に回収することができる。
【0027】
図7は第2の変形例であり、図5に示す構成と異なる点は、1次・2次熱交換器16の1次側出口配管を分岐しその分岐管120中に昇圧器103を冷やす冷却器121と流量調節弁122を設けているものである。図5では加熱装置105をオンとして昇圧器103内の液冷媒を送出した後加熱装置105をオフにしても昇圧器103の熱容量のためその温度は仲々低下しない。このため作動圧力、温度とも上昇傾向となり冷房効率が低下することとなる。このため、本例では、1次側の低温冷媒で昇圧器103を適正に冷却することにより作動圧力、温度を所定値に保つようにしたものである。即ち加熱装置105をオフとすると同時に分岐管120の流量調節弁122の開度を調節することにより冷却器121で昇圧器103の温度を所定温度に保つようにし、加熱装置105をオンとすると同時に流量調節弁122を閉じて冷却器121に冷媒を流さないようにしている。
【0028】
図8は第3の変形例であり、図5と異なる点は1次側圧縮機11をインバータ等を用いた容量可変形圧縮機11aとし、昇圧器103の加熱装置105を除いた点にある。
かかる構成では次の動作を行なう。
可変容量圧縮機11aを低速で運転することにより2次側の液化冷媒を昇圧器103に溜め込む。所定量溜まったとこで1次側の圧縮機11aを高速運転することにより1次・2次熱交換器16の凝縮温度を下げ凝縮圧力を低下させる。
逆止弁102の前後に2次側の冷媒を循環させるに足る圧力差がついた時点で電磁弁104を開くことにより冷媒を循環させる。
【0029】
図9は、第4の変形例であり、図5の例と異なる点は、液溜め101の下流にて逆止弁102a,102b、加熱装置105a,105bを備える昇圧器103a,103b、電磁弁104a,104bを並列につなげて構成したことである。
かかる構成においては、次の動作となる。
液溜め101を出た冷媒は電磁弁104a,104bを閉じておくことにより昇圧器103a,103bに溜り込む、冷媒が所定量溜ったら一方の加熱装置105aをオンとし所定圧力に上昇するか所定時間経過後電磁弁104aを開く。これにより昇圧器103a内の冷媒は逆止弁102aの作用で液溜め101側へ逆流することなくシステム内を循環することとなる。一方、加熱装置105bはオフ、電磁弁104bは閉止のままのため1次・2次熱交換器16で凝縮した冷媒は液溜め101を経由して昇圧器103bに溜り続ける。昇圧器103a内の冷媒量又は循環量が低下するか昇圧器103b内の冷媒が所定量になるか所定時間経過したら加熱装置105bを加熱し所定圧力又は所定時間後電磁弁104bを開き同時に電磁弁104aを閉じ加熱装置105aをオフとする。これにより今度は昇圧器103b内の冷媒がシステム内を循環し昇圧器103a内に冷媒が溜り始めるようになる。
こうして交互に溜めと加熱、電磁弁のオンオフを繰り返すことにより連続して冷媒を循環させることができる。
【0030】
図10は、第5の変形例で、図9と異なる点は、昇圧103a,103bと液溜め101とを電磁弁140a,140bを介して均圧管141a,141bにて接続したことにある。
かかる構成は次の動作となる。
液溜め101を出た冷媒は電磁弁104a,104bを閉成しておくことにより昇圧器103a,103bに溜り込む。この際、電磁弁140a,140bは開成、閉成どちらでもよい。
冷媒が所定量溜ったら一方の電磁弁105aを加熱し同時に電磁弁140aを閉成する。昇圧器103a内が所定圧力に上昇するか所定時間経過後電磁弁104aを開く。これにより昇圧器103a内の冷媒は逆止弁102aの作用で液溜め101側へ逆流することなくシステム内を循環することとなる。
一方加熱装置105bは非加熱、電磁弁104bは閉成とし、電磁弁140bを開成とすることにより昇圧器103b内の圧力と液溜め101内の圧力は均圧されるため液溜め101内の液は重力で昇圧器103b内に落下し続けることとなる。
その後昇圧器103a内の冷媒量が低下するか循環量が低下するか昇圧器103b内の冷媒が所定溜まるか所定時間経過したら電磁弁140b内を閉成し加熱装置105bをオンとする。所定圧力となるか所定時間後電磁弁104bを開くと同時に電磁弁104aを閉、加熱装置105aをオフ、電磁弁140aを開とする。すると今度は昇圧器103b内の冷媒がシステム内を循環し始め昇圧器103a内に冷媒が溜り始めることとなる。加熱装置105aをオフとしても昇圧器103a内の圧力はすぐには低下しないが電磁弁140aをオンとすることにより液溜め101と昇圧器103aの圧力が均圧され液冷媒は落下し易くなる。
なお、図10において1次・2次熱交換器16の過冷却防止のため液溜め101を備えているが、その恐れが少ない場合には、液溜め101を省いてもよい。
この場合には、図10に示す均圧管141a,141bは図11に示すように1次・2次熱交換器16の2次側上流側に連通させることができる。
【0031】
図12は、第6の変形例であり、図5との構成の違いは、1次・2次熱交換器16の下流、下位値に室内熱交換器20と送風機19を配置し、更にその下流下位値に逆止弁102、加熱装置105を有する昇圧器103が備えられたものである。したがって、逆止弁102、昇圧器103、電磁弁104は室内側に存在する。
かかる構成において、1次側システムは四方弁12が切り換えられ、圧縮機11を出たプロパン冷媒は1次・2次熱交換器16で凝縮液化し膨張弁15で絞られた後、熱源側熱交換器13で蒸発して圧縮機11に戻る。
2次側では1次・2次熱交換器16で加熱され蒸発した炭酸ガス冷媒はその下方にある室内熱交換器20で送風機19から送風される室内空気により凝縮液化し室内は暖房される。電磁弁104が閉の為室内熱交換器20で凝縮液化した冷媒は逆止弁102を通って更にその下方にある昇圧器103に溜まる。所定量たまったとこで加熱装置105をオンとし所定圧力となって時点で電磁弁104をオンとすれば昇圧器103内の液冷媒は送出され再度1次・2次熱交換器16に戻って1次側の高温冷媒で加熱され蒸発するサイクルを繰り返す。
室内熱交換器20を1次・2次熱交換器16の下方に配設することにより1次側、2次側とも自然冷媒を用いたシステムでポンプレスで暖房サイクルを構成することができる。更に加熱装置105の熱量も暖房に有効に使うことができる。
【0032】
図13,14は、図12の変形例であり、図12と異なる点は2次側の管路中に三方弁及び二方弁を介装し各々を切換えることにより冷房及び暖房ともに実施できるようにした点である。1次・2次熱交換器16の出口に三方弁Aを介装し一方を室内熱交換器20へ他方を逆止弁102に接続する。又、室内熱交換器20を出た配管は一方が二方弁Dを介して逆止弁102、他方は電磁弁104の後流に介装された三方弁Bに分岐接続される。逆止弁102、昇圧器103、電磁弁104、三方弁Bと接続された配管は室外側の管路中に配設された三方弁Cで一方が三方弁Aと室内熱交換器20との間の配管に他方は1次・2次熱交換器16に接続されて閉サイクルを構成する。かかる構成により次の動作となる。暖房時は三方弁A,B,Cを図13の如き位置とし二方弁Dを開成することにより図12と同様暖房を行なうことができる。一方冷房時は三方弁A,B,Cを図14の如く切り換え、二方弁Dを閉成することにより2次側のサイクルは1次・2次熱交換器16、三方弁A、逆止弁102、昇圧器103、電磁弁104、三方弁B、室内熱交換器20、分岐点E、三方弁C、1次・2次熱交換器16の回路が構成され冷房サイクルとなる。三方弁A,B,C及び二方弁Dを切り換えることにより1次側にプロパン、2次側に炭酸ガスを用いた自然冷媒システムをポンプレスで冷房、暖房ともに実施することができる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では次の効果を有する。
(1) 2次側循環サイクル内にあって、自然冷媒を用い、1次・2次熱交換部の下方位置に一方向のみの流路を形成する逆止弁を介して昇圧器を備え、この昇圧装置の出口側に上記自然冷媒の流路を開閉制御する電磁弁を備えたことにより、オゾン破壊係数ゼロ、地球温暖化係数も極めて小さく、しかも漏れが仮にあってもプロパンやCO2 を用いることで水びたしや爆発の問題も極めて少なくなり、更には機械式ポンプを用いることなく熱ロスを少なくでき、従来に比べ応答の緩慢さも軽くできる。
(2) 上記1次・2次熱交換部と逆止弁との間に液溜めを備えたことにより、1次・2次熱交換部の過冷却を抑えることができる。
(3) 上記2次側循環サイクル内には、上記1次・2次熱交換部と昇圧器との間に上記逆止弁と並列に流路を開閉制御する電磁弁を備えた均圧管を備えたことにより、昇圧器への冷媒落下を確実かつ円滑に行なうようにできる。
(4) 上記逆止弁と並列な電磁弁を有する均圧管を入口側に備え出口側に電磁弁を備えた昇圧器からなる組を並列に2組備えたことにより、各組交互のオンオフ制御により冷媒の連続送出が可能となる。
(5) 一方の均圧管の電磁弁を閉じると共に昇圧器に備えられた加熱装置をオンし、時間遅れをもって昇圧器出口の電磁弁を開き、他方の均圧管の電磁弁を上記時間遅れをもって開き、更に上記時間遅れをもって他方の昇圧器の加熱装置をオフし、上記時間遅れをもって昇圧器出口の電磁弁を閉じることにより、昇圧器出口の電磁弁を開いた後も加熱をすることで搬送時間を拡大することができる。
(6) 1次側循環サイクル内にあって圧縮機の吐出管及びその下流にあって凝縮器を有する熱源側熱交換器の出口側のいずれか一方から配管を分岐させ流量調節弁を介して上記昇圧器の加熱装置に連通したことにより、加熱装置に1次側エネルギを利用したことでエネルギの有効利用が図れる。
(7) 1次側循環サイクル内にあって上記1次・2次熱交換部の1次側配管を分岐させ、流量調節弁を介して上記昇圧器の冷却器を構成したことで、1次側の低温冷媒により作動圧力や温度を上昇させないようにした。
(8) 1次側循環サイクル内にあって圧縮機は、容量可変形圧縮機を用い、運転速度を変化させるようにしたことで、圧縮機回転数を上げることにより圧力差がつけられるので、加熱装置が必要なくなる。
(9) 1次側循環サイクル内にあって圧縮機から1次・2次熱交換部に自然冷媒を送り、2次側循環サイクル内にあって上記1次・2次熱交換部の下流には室内熱交換器を備え、その下位値に昇圧器を備えたことにより、自然冷媒による暖房運転をポンプレスにて可能にでき、また加熱装置の熱エネルギを暖房にとり込むことができる。
(10) 1次側循環サイクル内にあって圧縮機から弁を介して凝縮器を有する熱源側熱交換器及び1次・2次熱交換部のいずれかに自然冷媒を送り、2次側循環サイクル内にあって上記1次・2次熱交換部の下位値に逆止弁、昇圧器、電磁弁を備え、1次・2次熱交換部の出口に介装された第1三方弁の一方を室内熱交換器に接続すると共にその他方を逆止弁に接続し、室内熱交換器を出た配管の一方を二方弁を介して逆止弁に接続すると共にその他方を電磁弁の後流に介装された第2三方弁に接続し、逆止弁、昇圧器、電磁弁、第2三方弁と接続された配管を室外側の管路中に配設された第3三方弁に接続し、この第3三方弁の一方を第1三方弁と室内熱交換器との間の配管に接続すると共にその他方を1次・2次熱交換部に接続することにより、閉サイクルを構成して、1次・2次熱交換部、昇圧器、室内熱交換器の順に構成される冷房回路と、1次2次熱交換部、室内熱交換器、昇圧器の順に構成される暖房回路とを切換えるようにしたことで、冷暖房兼用を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的な実施の形態の一例の構成図。
【図2】図1にて液溜めを省略した場合の構成図。
【図3】図1の構成を二組並列配置した構成図。
【図4】図3の各部波形図。
【図5】1次循環サイクルをも示した構成図。
【図6】図5の第1の変形例の構成図。
【図7】図5の第2の変形例の構成図。
【図8】図5の第3の変形例の構成図。
【図9】図5の第4の変形例の構成図。
【図10】図5の第5の変形例の構成図。
【図11】図10の変形例の構成図。
【図12】図5による暖房例の構成図。
【図13】図5による冷暖房兼用例の暖房時の構成図。
【図14】図5による冷暖房兼用例の冷房時の構成図。
【図15】図5に対応する従来例の構成図。
【図16】図1に対応する従来例の構成図。
【符号の説明】
1 1次側冷凍機
2 2次側熱交換器
11,11a 圧縮機
16 1次・2次熱交換器
20 室内熱交換器
51,101 液溜め
52,52a,52b,102,102a,102b 逆止弁
53,53a,53b,103,103a,103b 昇圧器
54,56,54a,54b,56a,56b,104,104a,104b,140a,140b 電磁弁
110,122 流量調節弁
Claims (8)
- 2次側循環サイクル内にあって、自然冷媒を用い、1次・2次熱交換部の下方位置に一方向のみの流路を形成する逆止弁を介して昇圧器を備え、この昇圧装置の出口側に上記自然冷媒の流路を開閉制御する電磁弁を備え、上記1次・2次熱交換部と逆止弁との間に液溜めを備えた冷凍装置。
- 上記2次側循環サイクル内には、上記1次・2次熱交換部を昇圧器との間に上記逆止弁と並列に流路を開閉制御する電磁弁を備えた均圧管を備えた請求項1記載の冷凍装置。
- 上記逆止弁と並列な電磁弁を有する均圧管を入口側に備え出口側に電磁弁を備えた昇圧器からなる組を並列に2組備えた請求項2記載の冷凍装置。
- 一方の均圧管の電磁弁を閉じると共に昇圧器に備えられた加熱装置をオンし、時間遅れをもって昇圧器出口の電磁弁を開き、他方の均圧管の電磁弁を上記時間遅れをもって開き、更に上記時間遅れをもって他方の昇圧器の加熱装置をオフし、上記時間遅れをもって昇圧器出口の電磁弁を閉じる請求項3記載の冷凍装置。
- 1次側循環サイクル内にあって圧縮機の吐出管及びその下流にあって凝縮器を有する熱源側熱交換器の出口側のいずれか一方から配管を分岐させ流量調節弁を介して上記昇圧器の加熱装置に連通した請求項1,2,3又は4記載の冷凍装置。
- 1次側循環サイクル内にあって上記1次・2次熱交換部の1次側配管を分岐させ、流量調節弁を介して上記昇圧器の冷却器を構成した請求項1,2,3,4又は5記載の冷凍装置。
- 1次側循環サイクル内にあって圧縮機は、容量可変形圧縮機を用い、運転速度を変化させるようにした請求項1記載の冷凍装置。
- 1次側循環サイクル内にあって圧縮機から弁を介して凝縮器を有する熱源側熱交換器及び1次・2次熱交換部のいずれかに自然冷媒を送り、2次側循環サイクル内にあって上記1次・2次熱交換部の下位値に逆止弁、昇圧器、電磁弁を備え、
1次・2次熱交換部の出口に介装された第1三方弁の一方を室内熱交換器に接続すると共にその他方を逆止弁に接続し、室内熱交換器を出た配管の一方を二方弁を介して逆止弁に接続すると共にその他方を電磁弁の後流に介装された第2三方弁に接続し、逆止弁、昇圧器、電磁弁、第2三方弁と接続された配管を室外側の管路中に配設された第3三方弁に接続し、この第3三方弁の一方を第1三方弁と室内熱交換器との間の配管に接続すると共にその他方を1次・2次熱交換部に接続することにより、閉サイクルを構成して、
1次・2次熱交換部、昇圧器、室内熱交換器の順に構成される冷房回路と、1次・2次熱交換部、室内熱交換器、昇圧器の順に構成される暖房回路とを切換えるようにした冷凍装置。
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