JP4584167B2

JP4584167B2 - 圧縮式冷凍装置

Info

Publication number: JP4584167B2
Application number: JP2006072854A
Authority: JP
Inventors: 仁宏氏; 順一岡; 琢外村
Original assignee: TOYO. SS. CO., LTD.; Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: TOYO. SS. CO., LTD.; Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP2007247987A

Description

本発明は、自然冷媒を直接負荷側に供給することができ、しかも蒸気比体積の大なる水やアルコールあるいはこれらの混合物を冷媒として好適に利用できる圧縮式冷凍装置に関する。

従来から冷凍装置に利用されてきたフロン系の冷媒は、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）が大なることが深刻な環境問題につながると指摘され、その規制が強化されて久しい。そしてフロン系の冷媒に代えて環境への悪影響が少ない代替冷媒が多数実用化され、その中でもアンモニア、炭化水素、水、空気、アルコール等の自然冷媒の使用が見直されている。

ところで、アンモニアのような人体への毒性がなく取り扱いが容易であり、しかも安価に使用できる冷媒として水やアルコールが注目され、例えば水を冷媒として冷房用に利用するシステムが提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

上記水やアルコールは、従来から使用されている他の冷媒に比して蒸気比体積が非常に大であり、例えば図５に示される従来の直膨式冷媒回路に水やアルコールを冷媒として使用すると、蒸発後の冷媒の体積流量が極端に大となり、したがって配管を断面積の大なるものとしなければならず、装置コストが嵩み、配管占有スペースが大となり、また施工作業も困難となる。
なお、図５中の符号３１は圧縮機、３２は凝縮器、３３は受液器、３４は膨張弁、３５は蒸発器、３６は冷凍機ユニットをそれぞれ示している。

すなわち、負荷側冷却器たる蒸発器３５を冷凍機ユニット３６から離して設置することが事実上困難であった。

そこで、従来は図６に示されるように、蒸発器３５を冷凍機ユニット内に設け、この蒸発器とは別に負荷側冷却器３７を設け、これら蒸発器と負荷側冷却器との間にポンプ３８にてブラインや水を循環させて冷凍機ユニットから離れた位置にセットされた負荷側冷却器に冷熱を送る間接冷却方式を採用せざるを得ず、構成が複雑となり装置コストが嵩み、メンテナンスも煩雑となるという問題がある。

特開２００３−３１４９１５号公報特開２００３−３１４９１６号公報特開２００３−３２２４２３号公報

本発明は、水やアルコールあるいはこれらの混合物のように蒸気比体積の大なる冷媒を使用しても、負荷側冷却器に直接冷媒を導くことができ、しかも冷凍機ユニットと負荷側冷却器との間の冷媒配管サイズを小型のものとすることができる圧縮式冷凍装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、圧縮機から吐出されたガス冷媒を凝縮せしめて液冷媒を生成し、この液冷媒をさらに過冷却器にて過冷却し、この過冷却した液冷媒をポンプによって強制的に負荷側冷却器に送り、負荷側冷却器において過冷却液冷媒の顕熱交換だけを行うようにした構成のものとしてある。

また、前記過冷却器入口における液冷媒の一部を減圧して過冷却器における過冷却用の冷熱源として利用し、過冷却器内において液冷媒と熱交換した冷媒を前記圧縮機に戻すように構成したり、前記負荷側冷却器で顕熱交換した液冷媒を、圧力調整弁、再冷却器を経て前記受液器に戻すように構成したりして、前記再冷却器入口における液冷媒の一部を減圧して再冷却器における冷却用の冷熱源として利用し、再冷却器内において液冷媒と熱交換した冷媒を前記圧縮機に戻すようにした構成のものとしてある。

そして本発明に係る装置の具体的構成としては、圧縮機の吐出側に一端が接続された冷媒往管の他端を、凝縮器の１次側、過冷却器の１次側を介して受液器に接続し、この受液器の液相に一端が接続された液冷媒送管の他端を、ポンプを介して負荷側冷却器の１次側入口に接続し、同負荷側冷却器の１次側出口に一端が接続された液冷媒戻し管の他端を、圧力調整弁、再冷却器の１次側を介して前記受液器に接続し、また、前記過冷却器入口における冷媒往管の途中と、前記再冷却器入口における液冷媒戻し管とのうちの少なくともいずれか一方に一端が接続された分岐管の他端を、第１膨張弁を介して前記過冷却器の２次側入口に接続するとともに、第２膨張弁を介して前記再冷却器の２次側入口に接続し、これら過冷却器の２次側出口と再冷却器の２次側出口に一端が接続された冷媒復管の他端を、前記圧縮機の吸入側に接続したものとしてある。

本発明によれば、受液器に溜めた過冷却液冷媒をポンプにて負荷側冷却器に送り、この負荷側冷却器においては過冷却液冷媒の顕熱だけを利用して負荷側への冷熱源とするので、負荷側冷却器を経た冷媒は液の状態のまま受液器側に戻される。

したがって、冷凍機ユニットと負荷側冷却器との間の冷媒配管内には液冷媒だけが流過するので、水やアルコールあるいはこれらの混合物のように蒸気比体積の大なる冷媒を使用して、冷凍機ユニットと負荷側冷却器とを離れた位置に設置しても上記冷媒配管の寸法を大なるものとする必要がなく、装置コスト、施工コストの低減を期すことができる。

以下、本発明に係る装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
圧縮機１の吐出側に一端が接続された冷媒往管２の他端を、凝縮器３の１次側、過冷却器４の１次側を介して受液器５に接続し、この受液器の液相に一端が接続された液冷媒送管６の他端を、ポンプ７を介して負荷側冷却器８の１次側入口に接続し、同負荷側冷却器８の１次側出口に一端が接続された液冷媒戻し管９の他端を、圧力調整弁１０、再冷却器１１の１次側を介して前記受液器５に接続してある。

また、前記過冷却器４の入口における冷媒往管２の途中と、前記再冷却器１１の入口における液冷媒戻し管９にそれぞれ第１分岐管１２と第２分岐管１３の一端を接続し、第１分岐管１２の他端を、第１膨張弁１４を介して前記過冷却器４の２次側入口に接続するとともに、前記第２分岐管１３の他端を、第２膨張弁１５を介して前記再冷却器１１の２次側入口に接続してある。

さらに、過冷却器４の２次側出口に一端が接続された第１冷媒復管１６の他端と、再冷却器１１の２次側出口に一端が接続された第２冷媒復管１７の他端を、前記圧縮機１の吸入管１８に接続してある。
なお、図１中の符号１９は冷凍機ユニットを示している。

次に、上述のように構成した本発明の装置における作用について図２に基づいて説明する。ここで、冷媒は水またはアルコールあるいはこれらの混合物、すなわち蒸気比体積の大なるものとする。
圧縮機１から吐出された冷媒ガス（図２中、ｂの状態）は凝縮器３にて外部からの冷却水により冷却され、凝縮させられて液冷媒となり（図２中、ｃの状態）、過冷却器４の１次側に送られる。

ここで過冷却器４入口における液冷媒の一部は第１分岐管１２に流入して第１膨張弁１４にて減圧されてガス冷媒となり（図２中、ｄの状態）、過冷却器４の２次側に送られる。

過冷却器４内においては、２次側のガス冷媒の気化潜熱によって１次側を流れる液冷媒が過冷却され、受液器５に送られる（図２中、ｅの状態）。

受液器５の液相における過冷却液冷媒は、ポンプ７の駆動によって負荷側冷却器８に送られ（図２中、ｆの状態）、顕熱交換によって負荷側の熱を奪い、気化することなく液冷媒のままで圧力調整弁１０を経て（図２中、ｇの状態）再冷却器１１の１次側に送られる。

ここで再冷却器１１の入口における液冷媒の一部は第２分岐管１３に流入して第２膨張弁１５にて減圧されてガス冷媒となり（図２中、ｈの状態）、再冷却器１１の２次側に送られる。

そして再冷却器１１内においては、２次側のガス冷媒の気化潜熱によって１次側を流れる液冷媒が冷却され、受液器５に戻される（図２中、ｅの状態）。

また、前記過冷却器４の２次側にて１次側の液冷媒を過冷却したガス冷媒は、第１冷媒復管１６と吸入管１８を経て圧縮機１に戻される（図２中、ａの状態）。

同じく、前記再冷却器１１の２次側にて１次側の液冷媒を冷却したガス冷媒は、第２冷媒復管１７と吸入管１８を経て圧縮機１に戻される（図２中、ａの状態）。

上述のように、本発明の装置においては負荷側冷却器８における負荷側への冷熱供給を、過冷却液冷媒の顕熱だけで行う構成となっており、したがって液冷媒戻し管９を流れる冷媒は液のままの状態を保たれ、同液冷媒戻し管９における体積流量が過大にならない。

次に、本発明の装置に係る他の例について説明する。
図３に示される装置においては、再冷却器１１の入口に一端を接続した分岐管２０の他端を、さらに第１分岐管１２と第２分岐管１３に分岐せしめたものとしてあり、図１の実施例のものと同様に第１分岐管１２の他端は第１膨張弁１４を介して過冷却器４の２次側入口に接続してあり、また第２分岐管１３の他端は第２膨張弁１５を介して再冷却器１１の２次側入口に接続してある。
なお、その他の構成および作用効果については図１に示した実施例のものと同じである。

また、図４に示される装置においては、過冷却器４の入口に一端を接続した分岐管２１の他端を、さらに第１分岐管１２と第２分岐管１３に分岐せしめたものとしてあり、図１の実施例のものと同様に第１分岐管１２の他端は第１膨張弁１４を介して過冷却器４の２次側入口に接続してあり、また第２分岐管１３の他端は第２膨張弁１５を介して再冷却器１１の２次側入口に接続してある。
なお、この図４の実施例のものも、その他の構成および作用効果については図１に示した実施例のものと同じである。

本発明に係る装置の実施例を示す構成図。図１に示した実施例の装置における冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図。本発明に係る装置の他の実施例を示す構成図。本発明に係る装置のさらに他の実施例を示す構成図。従来の装置の一例を示す構成図。従来の装置の他の例を示す構成図。

符号の説明

１圧縮機
２冷媒往管
３凝縮器
４過冷却器
５受液器
６液冷媒送管
７ポンプ
８負荷側冷却器
９液冷媒戻し管
１０圧力調整弁
１１再冷却器
１２第１分岐管
１３第２分岐管
１４膨張弁
１５膨張弁
１６第１冷媒復管
１７第２冷媒復管
１８吸入管
１９冷凍機ユニット
２０分岐管
２１分岐管

Claims

圧縮機から吐出されたガス冷媒を凝縮せしめて液冷媒を生成し、この液冷媒をさらに過冷却器にて過冷却し、この過冷却した液冷媒をポンプによって強制的に負荷側冷却器に送り、負荷側冷却器において過冷却液冷媒の顕熱交換だけを行うように構成してなる圧縮式冷凍装置。
前記過冷却器入口における液冷媒の一部を減圧して過冷却器における過冷却用の冷熱源として利用し、過冷却器内において液冷媒と熱交換した冷媒を前記圧縮機に戻すように構成してなる請求項１に記載の圧縮式冷凍装置。
前記負荷側冷却器で顕熱交換した液冷媒を、圧力調整弁、再冷却器を経て前記受液器に戻すように構成してなる請求項１に記載の圧縮式冷凍装置。
前記再冷却器入口における液冷媒の一部を減圧して再冷却器における冷却用の冷熱源として利用し、再冷却器内において液冷媒と熱交換した冷媒を前記圧縮機に戻すように構成してなる請求項３に記載の圧縮式冷凍装置。
圧縮機の吐出側に一端が接続された冷媒往管の他端を、凝縮器の１次側、過冷却器の１次側を介して受液器に接続し、この受液器の液相に一端が接続された液冷媒送管の他端を、ポンプを介して負荷側冷却器の１次側入口に接続し、同負荷側冷却器の１次側出口に一端が接続された液冷媒戻し管の他端を、圧力調整弁、再冷却器の１次側を介して前記受液器に接続し、また、前記過冷却器入口における冷媒往管の途中と、前記再冷却器入口における液冷媒戻し管とのうちの少なくともいずれか一方に一端が接続された分岐管の他端を、第１膨張弁を介して前記過冷却器の２次側入口に接続するとともに、第２膨張弁を介して前記再冷却器の２次側入口に接続し、これら過冷却器の２次側出口と再冷却器の２次側出口に一端が接続された冷媒復管の他端を、前記圧縮機の吸入側に接続してなる圧縮式冷凍装置。