JP5367100B2 - Dual refrigeration equipment - Google Patents
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Description
本発明は二元冷凍装置に関し、特に冷熱を蓄熱する蓄熱槽を備えた二元冷凍装置に関するものである。 The present invention relates to a binary refrigeration apparatus, and more particularly to a binary refrigeration apparatus provided with a heat storage tank for storing cold energy.
従来より、マイナス数十度の低温度の冷却を行うための装置として、高温側冷媒を循環するための冷凍サイクル装置である高元冷凍サイクルと、低温側冷媒を循環するための冷凍サイクル装置である低元冷凍サイクルとを有する二元冷凍装置が使用されている。例えば、二元冷凍装置では、低元冷凍サイクルにおける低元側凝縮器と高元冷凍サイクルにおける高元側蒸発器とを熱交換できるように構成したカスケードコンデンサによって低元冷凍サイクルと高元冷凍サイクルとを連結している。 Conventionally, as a device for cooling at a low temperature of minus several tens of degrees, a high-source refrigeration cycle that is a refrigeration cycle device for circulating a high-temperature side refrigerant, and a refrigeration cycle device for circulating a low-temperature side refrigerant A binary refrigeration device having a certain low-source refrigeration cycle is used. For example, in a binary refrigeration system, a low-source refrigeration cycle and a high-source refrigeration cycle are configured by a cascade condenser configured to exchange heat between a low-source side condenser in a low-source refrigeration cycle and a high-source side evaporator in a high-source refrigeration cycle. Are linked.
また、冷却負荷が小さく低い冷凍能力しか要求されない夜間において熱源側の余剰能力を有効利用できるように、蓄熱媒体に蓄熱を可能とする構成とし、蓄熱による夜間電力の積極的使用による電力使用平準化促進とそれによる使用電力料金の低減といった効果を達成するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, the heat storage medium can store heat so that the surplus capacity on the heat source side can be used effectively at night when the cooling load is low and only low refrigeration capacity is required. There has been proposed one that achieves an effect such as promotion and reduction of the power consumption rate (for example, see Patent Document 1).
従来の二元冷凍装置では、低元冷凍サイクルと高元冷凍サイクルとをカスケードコンデンサを介して一体的に組み立て、低元冷凍サイクルを運転する際には高元冷凍サイクルも同時に運転される。このような二元冷凍装置においては、高元冷凍サイクルが故障または停電等により停止すると、低元冷凍サイクルではカスケードコンデンサ(凝縮器)における冷媒の熱交換が不十分となる。これにより、低元冷凍サイクルの冷媒圧力が、冷媒量の多い凝縮器側の周囲温度に応じた飽和圧力にまで上昇し、冷媒回路に設けた安全弁等から冷媒が大気に放出される恐れがある。このため、低元冷凍サイクルと高元冷凍サイクルとを個別に運転することができない、という問題点があった。 In the conventional binary refrigeration apparatus, a low-source refrigeration cycle and a high-source refrigeration cycle are integrally assembled via a cascade condenser, and when the low-source refrigeration cycle is operated, the high-source refrigeration cycle is also operated simultaneously. In such a binary refrigeration apparatus, when the high refrigeration cycle stops due to a failure or a power failure, the heat exchange of the refrigerant in the cascade condenser (condenser) becomes insufficient in the low refrigeration cycle. As a result, the refrigerant pressure in the low-source refrigeration cycle rises to a saturation pressure corresponding to the ambient temperature on the condenser side with a large amount of refrigerant, and the refrigerant may be released to the atmosphere from a safety valve or the like provided in the refrigerant circuit. . For this reason, there existed a problem that a low original refrigeration cycle and a high original refrigeration cycle cannot be operated separately.
また、低元冷凍サイクルに受液器を設けた場合、高元冷凍サイクルが故障等により停止すると、高温・高圧の冷媒が受液器に流入することになる。このため、受液器の温度が上昇しこれに伴い冷媒圧力が上昇する、という問題点があった。特に、低元冷凍サイクルにCO2冷媒を用いた場合、周囲温度の上昇により超臨界状態となる場合があり、受液器に流入する冷媒密度が低下する。このため、受液器に流入した冷媒圧力を設計圧以下に維持するために必要な受液器容積が過大となり、または冷媒回路の設計圧を上げる必要がある。これにより、重量の増加や、コンパクト性に欠け、製造コストが増加する、という問題点があった。 In addition, when a liquid receiver is provided in the low-source refrigeration cycle, when the high-source refrigeration cycle stops due to a failure or the like, a high-temperature and high-pressure refrigerant flows into the liquid receiver. For this reason, there has been a problem that the temperature of the liquid receiver rises and the refrigerant pressure rises accordingly. In particular, when CO 2 refrigerant is used in the low-source refrigeration cycle, a supercritical state may occur due to an increase in ambient temperature, and the density of the refrigerant flowing into the liquid receiver decreases. For this reason, the volume of the liquid receiver required for maintaining the refrigerant pressure flowing into the liquid receiver below the design pressure becomes excessive, or the design pressure of the refrigerant circuit needs to be increased. Thereby, there existed a problem that an increase in weight, lack of compactness, and a manufacturing cost increased.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、二つの冷媒回路を結合した二元冷凍装置において、二元冷凍装置の運転停止時に周囲温度が上昇しても圧力上昇を抑制でき、信頼性を向上することができる二元冷凍装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In a binary refrigeration apparatus in which two refrigerant circuits are combined, the pressure rises even if the ambient temperature rises when the binary refrigeration apparatus is stopped. It is possible to obtain a binary refrigeration apparatus that can be suppressed and can improve reliability.
本発明に係る二元冷凍装置は、第1圧縮機、第1凝縮器、第1絞り装置、第1蒸発器、及び第1蓄熱蒸発器を配管接続し、冷媒を循環させる第1冷媒回路と、第2圧縮機、第2凝縮器、受液器、第2絞り装置、及び第2蒸発器を配管接続し、冷媒を循環させる第2冷媒回路と、前記第1蒸発器と前記第2凝縮器とにより構成され、前記第1蒸発器を流れる冷媒と前記第2凝縮器を流れる冷媒とが熱交換を行うカスケードコンデンサと、前記第1蓄熱蒸発器と前記受液器とを収容し、前記第1蓄熱蒸発器によって蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により前記受液器を冷却する蓄熱槽とを備えたものである。 A binary refrigeration apparatus according to the present invention includes a first refrigerant circuit that connects a first compressor, a first condenser, a first expansion device, a first evaporator, and a first heat storage evaporator to circulate refrigerant. A second compressor, a second condenser, a liquid receiver, a second throttling device, and a second evaporator, and a second refrigerant circuit that circulates the refrigerant, the first evaporator, and the second condenser A cascade condenser that exchanges heat between the refrigerant flowing through the first evaporator and the refrigerant flowing through the second condenser, the first heat storage evaporator, and the liquid receiver, The first heat storage evaporator cools the heat storage medium to store the cold heat, and includes a heat storage tank that cools the liquid receiver by the cold heat stored in the heat storage medium.
本発明は、第1蓄熱蒸発器と受液器とを収容し、第1蓄熱蒸発器によって蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により受液器を冷却する蓄熱槽を備えたので、受液器の温度上昇に伴う圧力上昇を抑制でき、信頼性を向上することができる。 The present invention accommodates a first heat storage evaporator and a liquid receiver, cools the heat storage medium by the first heat storage evaporator to store cold energy, and cools the liquid receiver by the cold heat stored in the heat storage medium. Since the heat storage tank is provided, it is possible to suppress an increase in pressure accompanying a temperature increase of the liquid receiver, and to improve reliability.
以下、本発明に係る二元冷凍装置の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a binary refrigeration apparatus according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。図1において、二元冷凍装置は、低元冷凍サイクル10と高元冷凍サイクル20とを有し、それぞれ独立して冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。また、二元冷凍装置は、当該二元冷凍装置全体の運転制御を行う制御装置33を有する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a binary refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the binary refrigeration apparatus includes a low-
低元冷凍サイクル10は、低元側圧縮機11と、低元側凝縮器12と、低元側受液器13と、低元側膨張弁15と、低元側蒸発器16とを順に冷媒配管で接続して冷媒回路(以下、低元側冷媒回路という)を構成している。
The low-
なお、低元冷凍サイクル10は、本発明における「第2冷媒回路」に相当する。また、低元側圧縮機11は「第2圧縮機」に相当し、低元側凝縮器12は「第2凝縮器」に相当し、低元側受液器13は「受液器」に相当し、低元側膨張弁15は「第2絞り装置」に相当し、低元側蒸発器16は「第2蒸発器」に相当する。
The low-
高元冷凍サイクル20は、高元側圧縮機21と、高元側凝縮器22と、高元側膨張弁23と、高元側蒸発器24と、高元側蓄熱蒸発器25とを順に冷媒配管で接続して冷媒回路(以下、高元側冷媒回路という)を構成している。
The high-
なお、高元冷凍サイクル20は、本発明における「第1冷媒回路」に相当する。また、高元側圧縮機21は「第1圧縮機」に相当し、高元側凝縮器22は「第1凝縮器」に相当し、高元側膨張弁23は「第1絞り装置」に相当し、高元側蒸発器24は「第1蒸発器」に相当し、高元側蓄熱蒸発器25は「第1蓄熱蒸発器」に相当する。
The
また、低元側冷媒回路と高元側冷媒回路とを多段構成とするために、高元側蒸発器24と低元側凝縮器12とを、それぞれを通過する冷媒間での熱交換を可能に結合させて構成したカスケードコンデンサ30を設けている。ここで、低元側、高元側と称する構成における、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。
In addition, since the low-side refrigerant circuit and the high-side refrigerant circuit have a multi-stage configuration, heat exchange between the high-
低元側圧縮機11は、低元側冷媒回路を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。この低元側圧縮機11は、例えばインバータ回路等により回転数を制御し、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成する。
The low-
低元側凝縮器12は、冷媒を凝縮させて液状の冷媒にする(凝縮液化させる)ものである。本実施の形態では、例えばカスケードコンデンサ30において低元側冷媒回路を流れる冷媒が通過する伝熱管等により低元側凝縮器12を構成し、高元側冷媒回路を流れる冷媒との熱交換が行われるものとする。
低元側受液器13は、低元側凝縮器12の下流側に設けられ冷媒を貯留するものである。
The low-
The low source side
低元側膨張弁15は、低元側冷媒回路を流れる冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段、毛細管(キャピラリ)、感温式膨張弁等の冷媒流量調節手段等の任意の減圧装置、絞り装置等で構成する。
The low-
低元側蒸発器16は、例えば冷却対象との熱交換により低元冷媒回路を流れる冷媒を蒸発させて気体(ガス)状の冷媒にする(蒸発ガス化させる)ものである。冷媒との熱交換により、冷却対象は、直接又は間接に冷却されることになる。
The low
高元側圧縮機21は、高元側冷媒回路を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。この高元側圧縮機21は、例えばインバータ回路等を有し、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成する。
The high-
高元側凝縮器22は、例えば、空気、ブライン等と高元側冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させるものである。本実施の形態では、外気と冷媒との熱交換を行うものとし、熱交換を促すための高元側凝縮器ファンを有しているものとする。高元側凝縮器ファンについても風量を調整できるタイプのファンで構成する。
The high-
高元側膨張弁23は、高元側冷媒回路を流れる冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段、冷媒流量調節手段等、絞り量が制御可能な任意の減圧装置、絞り装置等で構成する。
The high-
高元側蒸発器24は、熱交換により高元側冷媒回路を流れる冷媒を蒸発ガス化するものである。本実施の形態では、例えばカスケードコンデンサ30において高元側冷媒回路を流れる冷媒が通過する伝熱管等により高元側蒸発器24を構成し、低元側冷媒回路を流れる冷媒との熱交換が行われるものとする。
The high
カスケードコンデンサ30は、高元側蒸発器24と低元側凝縮器12とにより構成され、高元側蒸発器24を流れる冷媒と低元側凝縮器12を流れる冷媒とを熱交換可能にする冷媒間熱交換器である。カスケードコンデンサ30を介して高元側冷媒回路と低元側冷媒回路とを多段構成にし、冷媒間の熱交換を行うようにすることで、独立した冷媒回路を連携させることができる。
The
また、本実施の形態の二元冷凍装置は、低元側受液器13と高元側蓄熱蒸発器25とを収容する蓄熱槽31を備えている。この蓄熱槽31内には例えばブライン、水等の蓄熱媒体32が貯留されている。蓄熱槽31は高元側蓄熱蒸発器25から授与された冷熱を蓄熱槽31内の蓄熱媒体32に蓄える機能を有している。また、蓄熱槽31は蓄熱媒体32に蓄熱された冷熱により低元側受液器13を冷却する機能を有している。
In addition, the binary refrigeration apparatus of the present embodiment includes a
制御装置33には、高元側圧縮機21の吐出側の冷媒圧力を計測する高圧圧力センサ(図示せず)や、吸入側の冷媒圧力を計測する低圧圧力センサ(図示せず)、高元側蒸発器24の蒸発温度を計測する温度センサ(図示せず)、高元側蒸発器24出口の過冷却度を検出するために高元側蒸発器24の出口側温度を計測する温度センサ(図示せず)、高元側蓄熱蒸発器25出口の過冷却度を検出するために高元側蓄熱蒸発器25の出口側温度を計測する温度センサ(図示せず)など、高元冷凍サイクル20の運転制御に必要な各種の計測情報が入力される。制御装置33には、蓄熱槽31内に貯留された蓄熱媒体32の温度を計測する温度センサ(図示せず)からの計測情報が入力される。なお、高元側蒸発器24の蒸発温度は、高元側蒸発器24に設けた温度センサにより計測しても良いし、高元側冷媒回路の低圧圧力から算出しても良い。
The
制御装置33は、各センサから入力された計測情報や、図示しない操作装置から使用者により指示された運転内容(設定温度等)などに基づいて、低元側圧縮機11及び高元側圧縮機21の運転周波数(容量)、高元側膨張弁23の絞り量、高元側凝縮器ファンの回転数などを制御する。
Based on the measurement information input from each sensor, the operation content (set temperature, etc.) instructed by the user from an operation device (not shown), the
二元冷凍装置においては、低元冷凍サイクル10の一部の機器(例えば低元側蒸発器16)を、例えばスーパーマーケット等に設置されるショーケースなどの室内の負荷装置に配置することがある。例えば、ショーケースを配置換えなどして配管の接続変更などを行って冷媒回路が開放されると、冷媒漏れが発生する可能性が多くなる。そこで、ここでは、低元冷凍サイクル10の低元側冷媒回路を循環させる冷媒として、冷媒漏れを考慮し、地球温暖化に対する影響が小さいCO2(二酸化炭素)を用いる。一方、高元冷凍サイクル20に用いる冷媒は、高元冷凍サイクル20は冷媒回路が開放されることがないため、例えば地球温暖化係数の高いHFC冷媒などを用いることができる。それでも、例えば、HFO冷媒(HFO1234yf、HFO1234ze等)、HC冷媒、CO2、アンモニア、水などの地球温暖化に対する影響が小さい冷媒を用いることが望ましい。そこで、本実施の形態では、高元冷凍サイクル20の高元側冷媒回路を循環させる冷媒としてHFO冷媒を用いる。
In the binary refrigeration apparatus, some devices (for example, the low element side evaporator 16) of the low
(動作の概要)
次に、上記のような構成からなる二元冷凍装置の動作の概要について説明する。まず、冷凍負荷を冷却する動作に先んじ(又は同時対応でも良い)高元冷凍サイクル20の運転を行い、蓄熱槽31の蓄熱媒体32(ブライン、水等)にその冷熱を蓄える。そして、蓄熱媒体32に蓄熱された冷熱により、低元側受液器13自体および内部の冷媒が冷却される。
(Overview of operation)
Next, the outline | summary of operation | movement of the binary refrigeration apparatus which consists of the above structures is demonstrated. First, the operation of the high-
以上のような二元冷凍装置の冷却運転における各構成機器の動作等を、各冷媒回路を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。 The operation | movement of each component apparatus in the cooling operation of the above binary refrigeration apparatuses is demonstrated based on the flow of the refrigerant | coolant which circulates through each refrigerant circuit.
(高元冷凍サイクル20の動作)
まず、高元冷凍サイクル20の動作について説明する。高元側圧縮機21は、HFO冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は高元側凝縮器22へ流入する。高元側凝縮器22は、高元側凝縮器ファンから供給される外気とHFO冷媒との間で熱交換を行い、HFO冷媒を凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は高元側膨張弁23を通過する。高元側膨張弁23は凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は高元側蒸発器24(カスケードコンデンサ30)に流入する。高元側蒸発器24は、低元側凝縮器12を通過する冷媒との熱交換により冷媒を蒸発する。さらに、蒸発した冷媒は高元側蓄熱蒸発器25(蓄熱槽31)に流入する。高元側蓄熱蒸発器25は、蓄熱槽31に収容される蓄熱媒体32との熱交換により冷媒を蒸発、ガス化する。完全に蒸発ガス化したHFO冷媒を高元側圧縮機21が吸入する。
(Operation of high-source refrigeration cycle 20)
First, the operation of the high-
(低元冷凍サイクル10の動作)
次に、低元冷凍サイクル10の動作について説明する。低元側圧縮機11は、CO2冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は低元側凝縮器12(カスケードコンデンサ30)へ流入する。低元側凝縮器12は、高元側蒸発器24を通過する冷媒との熱交換により冷媒を凝縮する。さらに、凝縮した冷媒は低元側受液器13(蓄熱槽31)へ流入する。低元側受液器13は、蓄熱槽31に収容される蓄熱媒体32により冷却され、内部の冷媒が凝縮する。完全に凝縮液化した冷媒は低元側膨張弁15を通過する。低元側膨張弁15は凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は低元側蒸発器16に流入する。低元側蒸発器16は冷却対象との熱交換により冷媒を蒸発ガス化する。蒸発ガス化したCO2冷媒を高元側圧縮機21が吸入する。
(Operation of low-source refrigeration cycle 10)
Next, the operation of the low-
(高元冷凍サイクル20が停止時における低元冷凍サイクル10の動作)
本実施の形態における二元冷凍装置は、高元冷凍サイクル20の故障などにより運転が停止している場合であっても、低元側受液器13の温度上昇に伴う圧力上昇を回避できる。このような高元冷凍サイクル20が停止時における低元冷凍サイクル10の動作について説明する。
低元側圧縮機11は、CO2冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は低元側凝縮器12(カスケードコンデンサ30)へ流入する。高元冷凍サイクル20が停止しているため低元側凝縮器12では、高元冷凍サイクル20を通過する冷媒との熱交換が十分に行われず、高温・高圧の状態で低元側受液器13(蓄熱槽31)へ流入する。CO2冷媒を用いた場合、周囲温度の上昇により超臨界状態で低元側受液器13へ流入される場合もある。低元側受液器13は、蓄熱槽31に収容される蓄熱媒体32により冷却され、低元側受液器13に流入した冷媒が冷却される。これにより、冷媒の温度上昇に伴う圧力上昇が抑制される。低元側受液器13から流出した冷媒は、低元側膨張弁15および低元側蒸発器16を経て、再び高元側圧縮機21に吸入される。
(Operation of the
The binary refrigeration apparatus in the present embodiment can avoid an increase in pressure due to a temperature increase in the low-
The low-
以上のように本実施の形態においては、高元側蓄熱蒸発器25と低元側受液器13とを収容し、高元側蓄熱蒸発器25によって蓄熱媒体32を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、蓄熱媒体32に蓄熱された冷熱により低元側受液器13を冷却する蓄熱槽31を備えている。このため、高元冷凍サイクル20で蓄熱運転し、この蓄冷熱で低元側受液器13を冷却できる。このことにより、高元冷凍サイクル20が仮に故障等により停止しても、蓄熱槽31に貯蓄された冷熱によって低元側受液器13の温度上昇に伴う圧力上昇を抑制することができる。よって、二元冷凍装置の信頼性を向上することができる。また、過度に大きい受液器や高い設計圧に設定する必要がなく、コスト低減の効果も期待できる。
As described above, in the present embodiment, the high-side
なお、高元冷凍サイクル20の運転が停止した場合には、低元冷凍サイクル10の運転も停止させるのが望ましい。このような、高元冷凍サイクル20および低元冷凍サイクル10の運転停止時に周囲温度が上昇しても、蓄熱槽31に貯蓄された冷熱によって低元側受液器13の温度上昇に伴う圧力上昇を抑制することができる。よって、二元冷凍装置の信頼性を向上することができる。また、過度に大きい受液器や高い設計圧に設定する必要がなく、コスト低減の効果も期待できる。
In addition, when the operation of the high-
実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。図2において、上記実施の形態1の構成に加え、低元冷凍サイクル10は、低元側受液器13と低元側膨張弁15との間に、低元側蓄熱凝縮器14を備えている。
本実施の形態の蓄熱槽31には、低元側受液器13と低元側蓄熱凝縮器14と高元側蓄熱蒸発器25とが収容されており、高元側蓄熱蒸発器25から授与された冷熱を蓄熱槽31内の蓄熱媒体32に蓄え、この蓄熱媒体32に蓄熱された冷熱により低元側受液器13と低元側蓄熱凝縮器14とを冷却する。なお、低元側蓄熱凝縮器14は「第2蓄熱蒸発器」に相当する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram of the binary refrigeration apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, in addition to the configuration of the first embodiment, the low-
In the
本実施の形態における二元冷凍装置は、高元冷凍サイクル20と低元冷凍サイクル10で使用する冷媒により蓄熱槽31内の蓄熱媒体32を介して低温側の冷熱を高温側に移動させるものである。この間の運転効率は蓄熱媒体32(ブライン、水等)を介するため、カスケードコンデンサ30の直接熱交換に比べ冷媒間の温度差が大きくなり運転効率が低くなる。しかし、夜間などの蓄熱運転により冷却負荷平準化が可能となり、安定運転による冷凍サイクルの運転効率は向上し、蓄熱槽31内の熱交換による運転効率の低下を補って余りある。
The binary refrigeration apparatus in the present embodiment moves the cold on the low temperature side to the high temperature side via the
冷却負荷平準化による安定運転の効果について補足する。冷凍機は定格環境条件である外気32℃において使用される場合に最大運転効率となるように設計される。定格条件から外れた環境での使用は、著しい性能低下を招く恐れがある。具体的には、高外気温度時の圧縮機動作は高圧縮比、高回転となり、低外気温度時は低圧縮比、低回転となる。特に、二元冷凍装置においては圧縮機を2台用いるため、圧縮過程が分割され通常冷凍機より低圧縮比による性能低下が危惧される。このため、夜間など低外気時の蓄熱運転、または昼間などの高外気時の蓄熱利用運転による冷却負荷平準化によって圧縮比、回転数が安定し、運転効率低下を回避できる。 It supplements about the effect of stable operation by cooling load leveling. The refrigerator is designed to have a maximum operating efficiency when used at a rated environmental condition of 32 ° C. outside air. Use in environments outside the rated conditions can lead to significant performance degradation. Specifically, the compressor operation at a high outside air temperature has a high compression ratio and high rotation, and at a low outside air temperature, the compressor has a low compression ratio and low rotation. In particular, in the two-stage refrigeration apparatus, since two compressors are used, the compression process is divided, and there is a concern that the performance may be deteriorated due to a lower compression ratio than a normal refrigerator. For this reason, the compression ratio and the rotational speed are stabilized by the heat load leveling operation by the heat storage operation at the time of low outside air such as nighttime or the heat storage use operation at the time of the high outside air such as daytime, and the reduction of the operation efficiency can be avoided.
本実施の形態の二元冷凍装置は、高元側と低元側の独立性を可能とし、冷凍機設計、設置容量の独立性やサービスの独立性が推進される。 The binary refrigeration apparatus of the present embodiment enables independence between the high unit side and the low unit side, and the independence of the refrigerator design, installation capacity, and service is promoted.
高元冷凍サイクル20をヒートポンプとし低元側凝縮器12の冷媒熱を利用できるよう切り換え接続すれば、暖房あるいは給湯の熱源として冷凍、冷蔵熱の熱回収運転も可能となる。
If the high-
例えば、冷媒がアンモニアの場合、毒性のため、現地での在人空間までの冷媒配管接続は好ましくない。炭化水素(HC)も可燃ガスのためチャージ量の使用制限がある。フロン(HFC)は温暖化ガスであり、ガス漏れを防止するため、これらの冷媒はできるだけ現地配管は避けるべきである。本実施の形態は、高元冷媒回路(アンモニア、HC、HFCなど)とはカスケードコンデンサ30で分離してあり、在人空間においては、低元冷媒回路に炭酸ガス(CO2など)を用いれば安全である。
For example, when the refrigerant is ammonia, the refrigerant piping connection to the manned space at the site is not preferable because of toxicity. Since hydrocarbon (HC) is also a flammable gas, there are restrictions on the amount of charge used. Fluorocarbon (HFC) is a warming gas and these refrigerants should avoid local piping as much as possible to prevent gas leakage. In the present embodiment, the high-source refrigerant circuit (ammonia, HC, HFC, etc.) is separated from the
このような構成の二元冷凍装置においては、低元冷凍サイクル10の一部の機器(例えば低元側蒸発器16)を、例えばスーパーマーケット等に設置されるショーケースなどの室内の負荷装置に配置することがある。例えば、ショーケースを配置換えなどして配管の接続変更などを行って冷媒回路が開放されると、冷媒漏れが発生する可能性が多くなる。そこで、ここでは、低元冷凍サイクル10の低元側冷媒回路を循環させる冷媒として、冷媒漏れを考慮し、地球温暖化に対する影響が小さいCO2(二酸化炭素)を用いる。一方、高元冷凍サイクル20に用いる冷媒は、高元冷凍サイクル20は冷媒回路が開放されることがないため、例えば地球温暖化係数の高いHFC冷媒などを用いることができる。それでも、例えば、HFO冷媒(HFO1234yf、HFO1234ze等)、HC冷媒、CO2、アンモニア、水などの地球温暖化に対する影響が小さい冷媒を用いることが望ましい。そこで、本実施の形態では、高元冷凍サイクル20の高元側冷媒回路を循環させる冷媒としてHFO冷媒を用いる。
In the binary refrigeration apparatus having such a configuration, a part of the low refrigeration cycle 10 (for example, the low original evaporator 16) is disposed in an indoor load device such as a showcase installed in a supermarket or the like. There are things to do. For example, if the refrigerant circuit is opened by changing the connection of pipes by rearranging the showcase or the like, the possibility of refrigerant leakage increases. Therefore, here, CO 2 (carbon dioxide) having a small influence on global warming is used as the refrigerant circulating in the low-side refrigerant circuit of the low-
以上のような二元冷凍装置の冷却運転における各構成機器の動作等を、各冷媒回路を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。 The operation | movement of each component apparatus in the cooling operation of the above binary refrigeration apparatuses is demonstrated based on the flow of the refrigerant | coolant which circulates through each refrigerant circuit.
(高元冷凍サイクル20の動作)
まず、高元冷凍サイクル20の動作について説明する。高元側圧縮機21は、HFO冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は高元側凝縮器22へ流入する。高元側凝縮器22は、高元側凝縮器ファンから供給される外気とHFO冷媒との間で熱交換を行い、HFO冷媒を凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は高元側膨張弁23を通過する。高元側膨張弁23は凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は高元側蒸発器24(カスケードコンデンサ30)に流入する。高元側蒸発器24は、低元側凝縮器12を通過する冷媒との熱交換により冷媒を蒸発する。さらに、蒸発した冷媒は高元側蓄熱蒸発器25(蓄熱槽31)に流入する。高元側蓄熱蒸発器25は、蓄熱槽31に収容される蓄熱媒体32との熱交換により冷媒を蒸発、ガス化する。完全に蒸発ガス化したHFO冷媒を高元側圧縮機21が吸入する。
(Operation of high-source refrigeration cycle 20)
First, the operation of the high-
(低元冷凍サイクル10の動作)
次に、低元冷凍サイクル10の動作について説明する。低元側圧縮機11は、CO2冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は低元側凝縮器12(カスケードコンデンサ30)へ流入する。低元側凝縮器12は、高元側蒸発器24を通過する冷媒との熱交換により冷媒を凝縮する。凝縮した冷媒は低元側受液器13に貯留され、低元側蓄熱凝縮器14(蓄熱槽31)へ流入する。低元側蓄熱凝縮器14は、蓄熱槽31に収容される蓄熱媒体32との熱交換により冷媒を凝縮する。完全に凝縮液化した冷媒は低元側膨張弁15を通過する。低元側膨張弁15は凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は低元側蒸発器16に流入する。低元側蒸発器16は冷却対象との熱交換により冷媒を蒸発ガス化する。蒸発ガス化したCO2冷媒を高元側圧縮機21が吸入する。
(Operation of low-source refrigeration cycle 10)
Next, the operation of the low-
(冷却負荷に応じた運転動作)
本実施の形態の二元冷凍装置では、例えば、高元側圧縮機21において、駆動するモータの周波数を制御し、高元冷凍サイクル20における冷却能力を制御することにより低元側冷媒回路における吐出側の圧力(低元側高圧)を調節する。カスケードコンデンサ30において、低元側凝縮器12の凝縮温度(低元側凝縮温度)と高元側蒸発器24の蒸発温度(高元側蒸発温度)との温度差ΔTが生じるものとする。温度差ΔTはカスケードコンデンサ30の熱交換量によって変化するが、ここでは例えば5℃程度とする。ある運転状態から高元側圧縮機21の運転周波数を上げて高元側の冷却能力を増大させると、高元側蒸発温度が低下する。低下した高元側蒸発温度に伴い低元側凝縮温度(低元側高圧)も低下する。逆に、高元側の冷却能力が低減すれば低元側高圧も上昇する。
(Operation according to the cooling load)
In the binary refrigeration apparatus of the present embodiment, for example, in the high-
本実施の形態の二元冷凍装置では、外気温度に応じて冷却負荷が変化し、冷却負荷に対して冷凍能力(低元冷凍サイクル10側の蒸発能力に相当)を決定している。そして、必要とする冷凍能力を得られるように低元側圧縮機11により冷媒流量を制御している。
In the dual refrigeration apparatus of the present embodiment, the cooling load changes according to the outside air temperature, and the refrigeration capacity (corresponding to the evaporation capacity on the low-
以下、冷却負荷の大きさ別に、通常運転モード、蓄熱運転モード、蓄熱利用運転モードの各運転動作について説明する。 Hereinafter, each operation operation of the normal operation mode, the heat storage operation mode, and the heat storage use operation mode will be described according to the size of the cooling load.
<冷却負荷:通常>
冷却負荷が通常時(中間期など)の場合、蓄熱槽31への蓄熱または利用を行わない通常運転モードを実施する。この通常運転モードでは、冷媒間で直接熱交換するカスケードコンデンサ30を用いて高効率運転を行う。本実施の形態においては、高元側冷媒回路は冷媒がカスケードコンデンサ30から蓄熱槽31の順に流れるように接続し、低元側冷媒回路は冷媒がカスケードコンデンサ30から蓄熱槽31の順に流れるように接続しているため、熱交換の大部分をカスケードコンデンサ30で行う。
<Cooling load: Normal>
When the cooling load is normal (such as an intermediate period), the normal operation mode in which the
制御装置33は、カスケードコンデンサ30(高元側蒸発器24)出口の冷媒過熱度が所定値(例えば2℃程度)となるように、高元側膨張弁23の絞り量を制御する。これにより、カスケードコンデンサ30出口の高元側冷媒回路の冷媒は完全に蒸発する。これに伴い、低元側冷媒回路の冷媒もカスケードコンデンサ30(低元側凝縮器12)により完全に凝縮する。このため、より確実にカスケードコンデンサ30にて必要とする熱交換を実施できる。
The
また、制御装置33は、高元側蒸発器24の蒸発温度が蓄熱媒体32の温度とほぼ同等となるように、高元側圧縮機21の容量を制御する。これにより、高元側蓄熱蒸発器25を通過する高元側冷媒回路の冷媒温度と蓄熱媒体32の温度がほぼ一致し、高元側冷媒回路の冷媒と蓄熱媒体32との間で熱交換が行われない。一方、上述したように本実施の形態においては、低元側凝縮温度と高元側蒸発温度とに温度差ΔT(例えば5℃程度)が生じている。このため、低元側凝縮温度が高元側蒸発温度より高いが、低元側蓄熱凝縮器14出口の液過冷却度が0℃(飽和液)から2℃程度となるように冷媒封入量を調節することにより、低元側蓄熱凝縮器14を通過する低元側冷媒回路の冷媒温度と蓄熱媒体32の温度とがほぼ一致し、低元側冷媒回路と蓄熱媒体32との間で熱交換が行われない。したがって、通常運転モードでは、蓄熱槽31において蓄熱媒体32を介した熱交換を行わず、カスケードコンデンサ30による熱交換を実施できるため、高効率運転が可能となる。
Further, the
なお、蓄熱槽31に収納した低元側受液器13を蓄熱媒体32の冷熱により冷却することで、低元側受液器13に貯留される冷媒の液過冷却度を拡大することができ、さらなる冷凍効果を得ることができ運転効率を向上することが可能となる。
In addition, the liquid subcooling degree of the refrigerant | coolant stored by the low source
<冷却負荷:小さい>
冷却負荷が小さい場合(冬期、夜間など)、高元側冷媒回路(高元側蓄熱蒸発器25)によって蓄熱媒体32を冷却して冷熱を蓄熱する蓄熱運転モードを実施する。この蓄熱運転モードでは、冷媒間で直接熱交換するカスケードコンデンサ30を用いて高効率運転を行いつつ、高元側蓄熱蒸発器25によって蓄熱媒体32を冷却して冷熱を蓄熱する蓄熱運転を行う。冷却負荷が小さいときはカスケードコンデンサ30の熱交換量が減少するため、高元側冷媒回路の冷却能力が冷却負荷より過剰となる。このため、高元側冷媒回路の冷媒はカスケードコンデンサ30(高元側蒸発器24)において完全には蒸発せず、残った冷熱は高元側蓄熱蒸発器25において蓄熱媒体32への蓄熱分として消費される。
<Cooling load: small>
When the cooling load is small (in winter, at night, etc.), a heat storage operation mode is performed in which the
さらに、制御装置33は、蓄熱槽31出口(高元側蓄熱蒸発器25出口)の冷媒過熱度が所定値(例えば2℃程度)となるように、高元側膨張弁23の絞り量を制御する。これにより、カスケードコンデンサ30と蓄熱槽31の熱交換により、高元側蓄熱蒸発器25出口の高元側冷媒回路の冷媒は完全に蒸発し、効率よく蓄熱することが可能となる。
Further, the
また、制御装置33は、高元側蒸発器24の蒸発温度が蓄熱媒体32の温度より所定温度(例えば5℃程度)低くなるように、高元側圧縮機21の容量を制御する。これにより、高元側蓄熱蒸発器25を通過する高元側冷媒回路の冷媒温度と蓄熱媒体32の温度とに適度な温度差が生じ、効率よく蓄熱することが可能となる。このとき、低元側冷媒回路の冷媒はカスケードコンデンサ30(低元側凝縮器12)により完全に凝縮し、蓄熱媒体32の温度とほぼ一致するため、熱交換を行わない。このため、高元側冷媒回路の冷媒による蓄熱が効率よく行うことができる。
In addition, the
<冷却負荷:大きい>
冷却負荷が大きい場合(夏期、昼間など)、蓄熱媒体32に蓄熱された冷熱を利用して低元側蓄熱凝縮器14を冷却する蓄熱利用運転モードを実施する。この蓄熱利用運転モードでは、冷媒間で直接熱交換するカスケードコンデンサ30を用いて高効率運転を行いつつ、蓄熱媒体32に蓄熱された冷熱により低元側蓄熱凝縮器14を冷却する蓄熱利用運転を行う。冷却負荷が大きいときはカスケードコンデンサ30の熱交換量が増大するため、高元側冷媒回路の冷却能力が冷却負荷より不足となる。このため、低元側冷媒回路の冷媒はカスケードコンデンサ30(低元側凝縮器12)において完全には凝縮せず、残った放熱量は低元側蓄熱凝縮器14において蓄熱媒体32の蓄冷熱により処理する。
<Cooling load: large>
When the cooling load is large (summer, daytime, etc.), a heat storage use operation mode is performed in which the low
制御装置33は、カスケードコンデンサ30(高元側蒸発器24)出口の冷媒過熱度が所定値(例えば2℃程度)となるように、高元側膨張弁23の絞り量を制御する。これにより、カスケードコンデンサ30出口の高元側冷媒回路の冷媒は完全に蒸発する。これにより、より確実にカスケードコンデンサ30にて高元側冷媒回路の冷却能力を出力することができる。
The
また、制御装置33は、高元側蒸発器24の蒸発温度が蓄熱媒体32の温度とほぼ同等となるように、高元側圧縮機21の容量を制御する。これにより、高元側蓄熱蒸発器25を通過する高元側冷媒回路の冷媒温度と蓄熱媒体32の温度がほぼ一致し、高元側冷媒回路の冷媒と蓄熱媒体32との間で熱交換が行われない。一方、低元側凝縮温度と蓄熱媒体32の温度に適度な温度差(例えば5℃)が生じ、効率よく蓄熱利用することが可能となる。
Further, the
(冷却負荷の検知)
ここで、冷却負荷の検知方法の一例について説明する。前述したように、冷却負荷に対して冷凍能力決定し、必要とする冷凍能力を得るために低元側圧縮機11により冷媒流量を制御している。すなわち、必要とされる冷凍能力を出力し、低元側蒸発温度を一定に保つことにより、接続される冷却対象の温度(例えばショーケースの庫内温度)を一定に保つ。具体的には、冷却負荷が高まれば冷却対象の温度(庫内温度)が上昇し、低元側蒸発温度が上昇するため、低元側圧縮機11の回転数を増大させ、所定の低元側蒸発温度とする。冷却負荷が小さくなれば低元側蒸発温度が低下するため、低元側圧縮機11の回転数を減少させ、所定の低元側蒸発温度とする。
(Cooling load detection)
Here, an example of a method for detecting the cooling load will be described. As described above, the refrigeration capacity is determined for the cooling load, and the refrigerant flow rate is controlled by the low-
このため、冷却負荷は低元側圧縮機11の回転数によって判断することができる。そこで、本実施の形態における制御装置33は、低元側圧縮機11の回転数から当該二元冷凍装置の冷却負荷を検知する。そして、検知した冷却負荷に応じて上記の蓄熱運転モード、蓄熱利用運転モード、または通常運転モードを実施することで、冷却負荷に応じた適切な運転モードを実施できるため、効率的な運転が可能となる。
For this reason, the cooling load can be determined by the rotational speed of the low-
具体的には、制御装置33は、冷却負荷が第1所定値よりも小さい場合、即ち、低元側圧縮機11の回転数が第1回転数よりも小さい場合、冷却負荷が小さいと判断して、蓄熱運転モードを実施する。また、冷却負荷が第1所定値よりも大きい第2所定値を超えた場合、即ち、低元側圧縮機11の回転数が第1回転数よりも大きい第2回転数を超えた場合、冷却負荷が大きいと判断して、蓄熱利用運転モードを実施する。また、冷却負荷が第1所定値を超え第2所定値以下の場合、即ち、低元側圧縮機11の回転数が第1回転数を超え第2回転数以下の場合、冷却負荷が通常であると判断して、通常運転モードを実施する。
Specifically, the
冷却負荷の検知方法はこれに限るものではなく、外気温度や冷却対象の温度により冷却負荷の大小を判断しても良い。また、例えば夜間や昼間、冬期や夏期など、時刻や時期により、冷却負荷の大小を想定して、上記運転モードを切り替えるようにしても良い。 The method of detecting the cooling load is not limited to this, and the size of the cooling load may be determined based on the outside air temperature or the temperature of the cooling target. Further, for example, the operation mode may be switched on the basis of the time and time, such as nighttime, daytime, winter, and summer, assuming the magnitude of the cooling load.
(高元冷凍サイクル20が停止時における低元冷凍サイクル10の動作)
本実施の形態における二元冷凍装置は、高元冷凍サイクル20の運転状態によらず、低元冷凍サイクル10の運転の起動が可能である。即ち本実施の形態の二元冷凍装置においては、低元冷凍サイクル10が蓄熱槽31に貯蓄された冷熱を利用するため、低元冷凍サイクル10の運転を起動させたあとに高元冷凍サイクル20の運転を起動してもよいし、高元冷凍サイクル20の運転から起動しても、または各サイクルの運転を同時に起動してもよい。
ここで、高元冷凍サイクル20が停止時において低元冷凍サイクル10の運転を起動した場合の動作について説明する。なお、高元冷凍サイクル20から起動する場合または同時に起動する場合は、上述した動作となる。
(Operation of the
The binary refrigeration apparatus in the present embodiment can start the operation of the low-
Here, the operation when the operation of the low-
低元側圧縮機11は、CO2冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は低元側凝縮器12(カスケードコンデンサ30)へ流入する。高元冷凍サイクル20が停止しているため低元側凝縮器12では、高元冷凍サイクル20を通過する冷媒との熱交換が十分に行われず、高温・高圧の状態で低元側受液器13(蓄熱槽31)へ流入する。CO2冷媒を用いた場合、周囲温度の上昇により超臨界状態で低元側受液器13へ流入される場合もある。低元側受液器13は、蓄熱槽31に収容される蓄熱媒体32により冷却され、低元側受液器13に流入した冷媒が冷却される。これにより、冷媒の温度上昇に伴う圧力上昇が抑制される。低元側受液器13から流出した冷媒は低元側蓄熱凝縮器14(蓄熱槽31)へ流入する。低元側蓄熱凝縮器14は、蓄熱槽31に収容される蓄熱媒体32との熱交換により冷媒を凝縮する。凝縮液化した冷媒は低元側膨張弁15を通過する。低元側膨張弁15は凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は低元側蒸発器16に流入する。低元側蒸発器16は冷却対象との熱交換により冷媒を蒸発ガス化する。蒸発ガス化したCO2冷媒を高元側圧縮機21が吸入する。
The low-
このように本実施の形態における二元冷凍装置は、蓄熱槽31に貯蓄された冷熱を利用することで、高元冷凍サイクル20の運転状態によらず、低元冷凍サイクル10の運転の起動が可能である。
Thus, the binary refrigeration apparatus in the present embodiment uses the cold energy stored in the
従来の二元冷凍装置では、低元冷凍サイクルと高元冷凍サイクルとをカスケードコンデンサを介して一体的に組み立て、低元冷凍サイクルを運転するためには必ず高元冷凍サイクルの同時運転をしなければならない。一方、本実施の形態における二元冷凍装置は、上述したように、高元冷凍サイクル20の運転状態によらず、低元冷凍サイクル10を運転することができ、各冷凍サイクルの運転の独立性を可能とし、各冷凍サイクルの装置設計、設置容量の独立性やサービスの独立性を推進することが可能となる。
In a conventional dual refrigeration system, the low refrigeration cycle and the high refrigeration cycle are assembled together via a cascade capacitor, and the low refrigeration cycle must be operated simultaneously. I must. On the other hand, as described above, the binary refrigeration apparatus in the present embodiment can operate the
また、本実施の形態における二元冷凍装置は、蓄熱槽31を備えたことにより、高元冷凍サイクル20の容量(冷凍能力)と、低元冷凍サイクル10の容量(冷凍能力)の一体的整合性は不要となる。例えば、高元冷凍サイクル20の容量が、低元冷凍サイクル10の容量以下であっても運転時間を考慮することにより高元側と低元側の負荷の整合性を図ることができる。
In addition, since the binary refrigeration apparatus in the present embodiment includes the
即ち、下記式を満たすように、高元冷凍サイクル20の冷凍能力に運転時間を乗算した値が、低元冷凍サイクル10の冷凍能力に運転時間を乗算した値以上となるように、高元冷凍サイクル20及び低元冷凍サイクル10の運転を起動又は停止させる制御を行う。
That is, the high-source refrigeration is performed so that the value obtained by multiplying the refrigeration capacity of the high-
高元側冷凍サイクルの冷凍能力×運転時間≧低元側冷凍サイクルの冷凍能力×運転時間 Refrigeration capacity of the high refrigeration cycle x operation time ≥ Refrigeration capacity of the low refrigeration cycle x operation time
なお、各冷凍サイクルの冷凍能力は公知の演算方法を用いることで求めることができる。例えば圧縮機の出力と、冷媒温度・圧力から換算したエンタルピーとを用いて、演算により算出することができる。
制御装置33は、各冷凍サイクルの冷凍能力を逐次算出し、運転時間を乗算する。そして、上記式を満たすように、高元冷凍サイクル20及び低元冷凍サイクル10の運転を起動又は停止させる制御を行う。例えば、高元冷凍サイクル20による蓄熱運転を行ったあと、高元冷凍サイクル20を停止し、低元冷凍サイクル10のみを運転した場合、上記式の右辺が左辺より大きくなった場合、制御装置33は、高元冷凍サイクル20の運転を起動し、上記式を満たすように制御する。
The refrigeration capacity of each refrigeration cycle can be obtained by using a known calculation method. For example, it can be calculated by calculation using the output of the compressor and the enthalpy converted from the refrigerant temperature and pressure.
The
以上のように本実施の形態においては、高元冷凍サイクル20の運転状態によらず、低元冷凍サイクル10を運転することができる。即ち、低元冷凍サイクル10から起動しても、高元冷凍サイクル20から起動しても、または各冷凍サイクルを同時に起動してもよい。特に、負荷装置に接続される低元冷凍サイクル10から起動すれば、例えばショーケースなどの負荷装置において起動後即座に冷却が行われるため、急速冷却が可能となり、ユーザー要求に適している。
As described above, in the present embodiment, the low-
また本実施の形態においては、冷却負荷の変動に対応して、カスケードコンデンサ30による高効率運転を行いつつ、蓄熱運転または蓄熱利用運転を行うことが可能となる。また、蓄熱以外の通常運転において高効率運転を達成し、蓄熱運転による冷却負荷平準化もまた実現できる。よって、常時省エネルギー化が可能となり、蓄熱運転による冷却負荷平準化によって使用電力料金の低減と、高効率となる動作点において安定運転できることから、さらなる省エネルギー化を図ることができる。
In the present embodiment, it is possible to perform a heat storage operation or a heat storage use operation while performing a high-efficiency operation by the
実施の形態3.
図3は、本発明の実施の形態3に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。図3において、上記実施の形態2の構成に加え、高元冷凍サイクル20は、高元側蓄熱蒸発器25をバイパスする高元側蓄熱バイパス管26を備え、低元冷凍サイクル10は、低元側蓄熱凝縮器14をバイパスする低元側蓄熱バイパス管17を備えている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram of the binary refrigeration apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 3, in addition to the configuration of the second embodiment, the high-
高元側蓄熱バイパス管26には、冷媒流路を遮断または開放する開閉弁が設けられており、この開閉弁を遮断または開放することで、高元側蒸発器24から流出した冷媒が、高元側蓄熱蒸発器25を経て高元側圧縮機21へと至る流路と、高元側蓄熱蒸発器25をバイパスして高元側圧縮機21へと至る流路とが切り替えられる。また、低元側蓄熱バイパス管17には、冷媒流路を遮断または開放する開閉弁が設けられており、この開閉弁を遮断または開放することで、低元側凝縮器12から流出した冷媒が、低元側蓄熱凝縮器14を経て低元側膨張弁15へと至る流路と、低元側蓄熱凝縮器14をバイパスして低元側膨張弁15へと至る流路とが切り替えられる。
The high-source side heat
さらに、高元冷凍サイクル20は、高元側蓄熱蒸発器25の上流側、即ち、高元側蒸発器24と高元側蓄熱蒸発器25との間に、高元側蓄熱膨張弁27を備えている。高元側蓄熱膨張弁27は、高元側蒸発器24から流出した冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段等の任意の減圧装置、絞り装置等で構成する。
Further, the high-
上記のような構成により本実施の形態では、高元側冷媒回路において、蓄熱媒体32への蓄熱及び利用を行わない通常運転モード時には、高元側蓄熱バイパス管26の流路を開放し、一方の蓄熱槽31へ接続する配管は遮断する。このため、通常運転モードにおいては確実にカスケードコンデンサ30にて冷却能力を出力することができ、さらに蓄熱槽31において熱交換を一切行わないため、高効率な運転を実施できる。
また、蓄熱を行う蓄熱運転モード時には、高元側蓄熱バイパス管26の流路を遮断し、一方の蓄熱槽31へ接続する配管を開放する。この場合は、上述した実施の形態2と同様の動作となる。
With this configuration, in the present embodiment, in the high-side refrigerant circuit, in the normal operation mode in which heat storage and utilization to the
Moreover, at the time of the heat storage operation mode in which heat storage is performed, the flow path of the high-source side heat
また、本実施の形態では、高元側蓄熱膨張弁27を設置している。このため、蓄熱槽31に流入する高元側冷媒回路の冷媒の蒸発温度を独立して制御できるようになる。このため、当該二元冷凍装置の運転動作に関係なく確実に蓄熱に必要な蒸発温度とすることができる。また、高元側蓄熱バイパス管26を設置している場合は、同様に冷凍装置の運転動作に関係なく確実に蓄熱に必要な冷媒流量、すなわち蓄冷能力を確保することができる。
Moreover, in this Embodiment, the high-source side thermal
低元側冷媒回路において、蓄熱媒体32への蓄熱及び利用を行わない通常運転モード時には、低元側蓄熱バイパス管17の流路を開放し、一方の蓄熱槽31へ接続する配管は遮断する。このため、通常運転モードにおいては確実にカスケードコンデンサ30にて凝縮液化することができ、さらに蓄熱槽31において熱交換を一切行わないため、高効率な運転を実施できる。
また、蓄熱を行う蓄熱運転モード時には、低元側蓄熱バイパス管17の流路を遮断し、一方の蓄熱槽31へ接続する配管を開放する。この場合は、上述した実施の形態2と同様の動作となる。
In the low operation side refrigerant circuit, in the normal operation mode in which the
Moreover, at the time of the heat storage operation mode in which heat storage is performed, the flow path of the low-source side heat
なお、上記実施の形態1〜3における二元冷凍装置は、例えばショーケースなどを冷却対象とすると、低元側蒸発温度は−10℃から−40℃で用いられることが想定される。このとき、二元冷凍装置の運転効率が最適となる高元側蒸発温度は−10℃以上10℃以下の温度となる。この温度帯で蓄熱利用を行える蓄熱媒体32は、例えば0℃で相変化する氷などが最適な媒体となる。
In the binary refrigeration apparatus in the first to third embodiments, for example, when a showcase or the like is a cooling target, it is assumed that the low source side evaporation temperature is used at −10 ° C. to −40 ° C. At this time, the high-side evaporation temperature at which the operation efficiency of the binary refrigeration apparatus is optimal is a temperature of −10 ° C. or higher and 10 ° C. or lower. As the
本発明の二元冷凍装置は、冷媒のノンフロン化やフロン冷媒の削減、機器の省エネルギー化が要求されるショーケースや業務用冷凍冷蔵庫、自動販売機等の冷蔵・冷凍機器にも広く適用できる。 The binary refrigeration apparatus of the present invention can be widely applied to refrigeration and refrigeration equipment such as showcases, commercial refrigeration refrigerators, and vending machines that require non-CFC refrigerants, CFC refrigerant reduction, and equipment energy saving.
10 低元冷凍サイクル、11 低元側圧縮機、12 低元側凝縮器、13 低元側受液器、14 低元側蓄熱凝縮器、15 低元側膨張弁、16 低元側蒸発器、17 低元側蓄熱バイパス管、20 高元冷凍サイクル、21 高元側圧縮機、22 高元側凝縮器、23 高元側膨張弁、24 高元側蒸発器、25 高元側蓄熱蒸発器、26 高元側蓄熱バイパス管、27 高元側蓄熱膨張弁、30 カスケードコンデンサ、31 蓄熱槽、32 蓄熱媒体、33 制御装置。 10 Low-source refrigeration cycle, 11 Low-source side compressor, 12 Low-source side condenser, 13 Low-source-side receiver, 14 Low-source-side heat storage condenser, 15 Low-source-side expansion valve, 16 Low-source-side evaporator, 17 Low original side heat storage bypass pipe, 20 High original refrigeration cycle, 21 High original side compressor, 22 High original side condenser, 23 High original side expansion valve, 24 High original side evaporator, 25 High original side heat storage evaporator, 26 high-side heat storage bypass pipe, 27 high-side heat storage expansion valve, 30 cascade condenser, 31 heat storage tank, 32 heat storage medium, 33 control device.
Claims (6)
第2圧縮機、第2凝縮器、受液器、第2絞り装置、及び第2蒸発器を配管接続し、冷媒を循環させる第2冷媒回路と、
前記第1蒸発器と前記第2凝縮器とにより構成され、前記第1蒸発器を流れる冷媒と前記第2凝縮器を流れる冷媒とが熱交換を行うカスケードコンデンサと、
前記第1蓄熱蒸発器と前記受液器とを収容し、前記第1蓄熱蒸発器によって蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により前記受液器を冷却する蓄熱槽とを備えた
ことを特徴とする二元冷凍装置。 A first refrigerant circuit that connects the first compressor, the first condenser, the first expansion device, the first evaporator, and the first heat storage evaporator, and circulates the refrigerant;
A second refrigerant circuit that connects the second compressor, the second condenser, the liquid receiver, the second throttling device, and the second evaporator, and circulates the refrigerant;
A cascade condenser configured by the first evaporator and the second condenser, wherein the refrigerant flowing through the first evaporator and the refrigerant flowing through the second condenser exchange heat;
The first heat storage evaporator and the liquid receiver are accommodated, the heat storage medium is cooled by the first heat storage evaporator to store cold energy, and the liquid receiver is cooled by the cold heat stored in the heat storage medium. A two-stage refrigeration apparatus comprising a heat storage tank.
前記蓄熱槽は、前記第2蓄熱凝縮器を収容し、前記蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により前記第2蓄熱凝縮器を冷却する
ことを特徴とする請求項1記載の二元冷凍装置。 The second refrigerant circuit includes a second heat storage condenser between the liquid receiver and the second expansion device,
2. The binary refrigeration apparatus according to claim 1, wherein the heat storage tank accommodates the second heat storage condenser and cools the second heat storage condenser by cold energy stored in the heat storage medium.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の二元冷凍装置。 The binary refrigeration apparatus according to claim 1 or 2, wherein the operation of the second refrigerant circuit can be started regardless of the operation state of the first refrigerant circuit.
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の二元冷凍装置。 The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the operation of the first refrigerant circuit is activated after the operation of the second refrigerant circuit is activated.
前記第1及び第2冷媒回路の運転を起動又は停止させる
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の二元冷凍装置。 A value obtained by multiplying the refrigeration capacity of the first refrigerant circuit by the operation time of the first refrigerant circuit is equal to or greater than a value obtained by multiplying the refrigeration capacity of the second refrigerant circuit and the operation time of the second refrigerant circuit. In addition,
The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the operation of the first and second refrigerant circuits is started or stopped.
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の二元冷凍装置。 The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein carbon dioxide is used as the refrigerant in the second refrigerant circuit.
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