JP4377634B2 - 冷却システムの運転方法 - Google Patents
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(1)連続運転が求められる冷凍設備では、その運転の停止時に、炭酸ガスの圧力が上昇する。その上昇に対処するためには自然冷媒の炭酸ガスを系外に放出することで十分であるが、冷凍庫内又はそれの近辺の炭酸ガスの放出による酸欠状態が問題化される。
(2)起動と停止が頻繁に起こる大型設備では、圧力上昇を抑えるために、補助冷凍機が必須的に装備され、そのコスト負担が大きい。
(3)停止期間が長い設備では、圧力上昇を抑える大型の膨張タンクが必要であり、そのコスト負担が更に大きくなる。
凝縮し蒸発しやすくなった炭酸ガス液には、膨張弁の膨張機能を低下させるフラッシュガスが発生する。フラッシュガスの発生を抑制するために、炭酸ガス液を過冷却することが行われる。蒸発器107に向かう炭酸ガス液と蒸発器107から一次側圧縮機103に向かう吸入ガスとの間で熱交換を行って、蒸発器107に向かう管の中の炭酸ガス液の過冷却が行われる。そのような熱交換器が両管の間に介設される。このような熱交換器の設備は、更に設備コストを増大させる。
起動時に炭酸ガスの吐出圧力が増大する。一次側循環系のそのような増大に対処するために、一次側循環系の全体の設計圧力が大きく設計され、二次側循環系の容量が大きく設計されている。このことは、更に設備コストを増大させる。
冷凍能力の変動問題:
二次側循環系の凝縮器109が空冷式である場合に、二次系の冷凍能力は夏季又は冬季には大きく変動する。このような変動期間のカスケードコンデンサの二次側内的熱交換部位113は、蒸発温度が経済的温度から乖離する。そのような乖離に対して成り行き任せであることが現状であり、運転コストの増大の原因になっている。
本発明の他の課題は、設備コストの増大を抑制してカスケード式冷却設備の普及を促進する冷却システム、及び、冷却システムの施工方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、更に運転コストの増大を抑制する冷却システム、及び、冷却システムの施工方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、運転の信頼性が向上する冷却システム、及び、冷却システムの施工方法を提供することにある。
(1)圧力上昇抑制方法
ステップSA1:
装置系が停止された後の短い期間では、内的熱交換器3に向かう吐出側管21の中の炭酸ガスの圧力が熱侵入により上昇して設定圧力になれば、圧力制御弁24が開かれ、送出炭酸ガスは圧力制御弁24を介して膨張タンク19に逃がされて、一時的に退避させられる。
ステップSA2:
ステップS3は、ステップS1に先行して実施されることが好ましい。このステップS3は、一次系の装置系を常態的に維持することであり、重要なステップである。一次側圧縮部位6と油分離器13と内的熱交換器3と一次側液相貯留槽7とアキュムレータ11と膨張タンク19とは、コンパクトに単一の冷凍機ボックスに同体に収納されて工場で製作される。一次冷媒入力管28と一次冷媒出力管29と冷凍庫12は、設備場所で個別に施工される。その冷凍ボックスの中で、一次側液相貯留槽7は内的熱交換器3より重力的に低位に(下方に)配置される。内的熱交換器3の一次側内的熱交換部位4の中の気液混合流体は、重力的分離を受け、下方部位は液体状態であり上方部位は気体状態である。内的熱交換器3の熱交換面の面積Sと熱交換流路の体積Vの比であるV/Sは最大化的に設計され、その流路中の自然な流れは流体の粘性抵抗により制限されている。一次側内的熱交換部位4の流路が全体的に下方に向き、且つ、一次側内的熱交換部位4から一次側液相貯留槽7に向かう管路は全体的に流体力学的に下方に向き(サイフォンの存在は許容される)、一次側内的熱交換部位4の中のCO2液体は、一次側圧縮部位6の運転の停止中に、重力的に一次側液相貯留槽7に吸引的に誘導される。このような誘導力は、一次系の圧力の上昇を有効に抑制する。
一次側圧縮部位6の運転が停止されていて、一次側圧縮部位6の出力エネルギーによる一次系の温度上昇が止まり、一次系が自然冷却により冷却され、一次系の温度は均衡温度に漸近する。一次系の温度が均衡温度に漸近すれば、二次側圧縮部位14の運転を停止する。このような漸近期間は夏季には冬季より長いが、季節によらずに均衡点に安全に到達する。
起動時には、最初に二次側圧縮部位14の運転を開始する。二次側圧縮部位14の運転により、二次系冷媒が蒸発する温度に相当する規定圧力まで一次系冷媒の下降すれば、一次側圧縮部位6の運転を開始する。このような運転は、起動時の一次側圧縮部位6の吐出圧力の上昇を適正範囲に抑制することができる。
ステップSB1:
ステップSB1は、一次冷媒入力管28と一次冷媒出力管29を施工する施工方法に一致し、一次冷媒入力管28と一次冷媒出力管29とを熱的に(直接に)外接させて、冷凍機ボックス50と冷凍庫12との間を連結し共通断熱化する配管工事である。
ステップSB2:
ステップSB1の配管工事で施工された配管28,29が冷凍機ボックス50に結合された後に、一次側圧縮部位6と二次側圧縮部位14の定常運転が開始され、一次冷媒入力管28の中の冷媒は一次冷媒出力管29の中の戻り冷媒により冷却されて、過冷却される。その過冷却はフラッシュガスの発生を有効に抑制することができる。
このような過冷却抑制定常運転時に、インバータ32によりエネルギー効率の最大化が実行される。エネルギー効率の最大化は、必要な装置の運転データが採取され、コントローラ(図示されず)に入力され、最適省力化運転が可能になって実現される。
2…二次側循環系
4…一次側内的熱交換部位
5…二次側内的熱交換部位
6…一次側圧縮器
7…受液器
8…一次側膨張器
9…熱吸収器
12…冷凍庫
14…二次側圧縮器
15…熱放出器
18…二次側膨張器
19…膨張タンク
21…配管
22…配管
23…並列分岐管
24…圧力制御弁
28…第1配管(第1金属管)
29…第2配管(第2金属管)
31…断熱体
50…ユニットボックス
Claims (8)
- 冷却システムを運転する冷却システムの運転方法であって、
前記冷却システムは、
一次側冷媒が循環する一次側循環系と、
前記一次側循環系から前記一次側循環系の熱を熱交換により受け取り二次側冷媒が循環する二次側循環系とを具備し、
前記一次側循環系は、
一次側圧縮器と、
熱吸収器と、
前記一次側循環系と前記二次側循環系の間で熱交換する一次側内的熱交換部位と、
前記一次側内的熱交換部位と前記熱吸収器の間に介設される一次側膨張器とを備え、
前記二次側循環系は、
二次側圧縮器と、
熱放出器と、
前記一次側循環系と前記二次側循環系の間で熱交換する二次側内的熱交換部位と、
前記熱放出器と前記二次側内的熱交換部位との間に介設される二次側膨張器とを備え、
前記冷却システムは前記一次側循環系に並列に配置される分岐路を更に具備し、
前記分岐路は、
前記一次側圧縮器から前記一次側内的熱交換部位に向かう配管と前記熱吸収器から前記一次側圧縮器に向かう配管とを接続する並列分岐管と、
前記並列分岐管に介設される膨張タンクと、
前記膨張タンクに前記一次側冷媒を送り込む圧力制御弁と、
前記並列分岐管に設けられた一次側冷媒逃し弁とを備え、
前記冷却システムの運転方法は、
前記一次側圧縮器及び前記二次側圧縮器の運転が停止した状態で前記圧力制御弁を開いて前記一次側冷媒を前記膨張タンクに誘導する手順と、
前記一次側圧縮器の運転を停止したまま前記二次側圧縮器を運転して前記一次側冷媒を冷却する手順と、
前記一次側冷媒逃し弁を開いて前記一次側冷媒を系外に放出する手順と
を含み、
前記一次側冷媒を冷却する前記手順は、前記一次側冷媒を前記膨張タンクに誘導する前記手順の後に実行され、
前記一次側冷媒を系外に放出する前記手順は、前記一次側冷媒を冷却する前記手順の後に実行される
冷却システムの運転方法。 - 前記一次側循環系は、
前記一次側内的熱交換部位と前記熱吸収器の間に介設される受液器と、
前記受液器から前記熱吸収器に向かう第1配管と前記熱吸収器から前記一次側圧縮器に向かう第2配管との間で熱交換する配管間熱交換器とを備え、
前記配管間熱交換器は、
前記第1配管と、
前記第1配管に近接して配置される前記第2配管と、
前記第1配管と前記第2配管を被覆する断熱体とを備え、
前記第1配管は第1金属管で形成され、前記第2配管は第2金属管で形成され、前記第1配管は直接に前記第2配管に接触し、
前記断熱体は、
前記第1金属管を被覆する第1断熱体と
前記第2金属管を被覆する第2断熱体とを備え、
前記第1断熱体と前記第2断熱体は同体に接合している
請求項1の冷却システムの運転方法。 - 前記冷却システムは冷凍庫を具備し、前記冷凍庫は前記熱吸収器と前記一次側膨張器を備える
請求項1の冷却システムの運転方法。 - 前記冷却システムは暖房器を具備し、前記暖房器は前記熱放出器を備える
請求項3の冷却システムの運転方法。 - 前記冷却システムはユニットボックスを更に具備し、
前記一次側圧縮器と前記一次側内的熱交換部位と前記受液器とは前記ユニットボックスに同体にユニット化されて配置されている
請求項2の冷却システムの運転方法。 - 前記受液器は前記一次側内的熱交換部位より下方に配置される
請求項5の冷却システムの運転方法。 - 前記受液器は前記一次側内的熱交換部位より下方に配置される
請求項2の冷却システムの運転方法。 - 前記冷却システムは前記二次側圧縮器の回転数を制御するインバータを更に具備する
請求項1の冷却システムの運転方法。
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