JP5534752B2 - 冷凍空調装置 - Google Patents
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また、熱交換器の流路の形態が冷媒側回路を左右に2分割していることから、1台の圧縮機が停止した場合、合流後の温度をみて凍結検知しているものの、停止している系統は完全にバイパスすることになるため、効率が低下するという問題もあった。
また、複数の冷凍装置のそれぞれの熱源側熱交換器に対して熱源側熱媒体の流路を直列に接続し、複数の冷凍装置のそれぞれの負荷側熱交換器に対して負荷側熱媒体の流路を直列に接続したので、熱負荷媒体を所定温度まで下げたり、熱源媒体を所定温度まで上げたりする場合に分担して温度勾配を小さくすることにより、熱交換器1個或いは並列に設置した複数の熱交換器により所定温度まで下げたり、上げたりする場合よりも、効率の良い運転を提供することができる。
図1は本発明の実施の形態1の冷凍空調装置の回路図、図2は同冷凍空調装置の水熱交換器の内部構造の概略構成図である。
図1に示すように、冷凍空調装置である熱源機1内には、同一回路構成で同一仕様の冷凍サイクル2a、2b、2c、2dがそれぞれ搭載されている。
冷凍サイクル2aには、圧縮機3a、熱源側熱交換器である水熱交換器4a、減圧装置である主膨張弁5a、負荷側熱交換器である水熱交換器6aが内蔵され、環状に接続された冷媒回路を構成する。また、冷凍サイクル2bには、圧縮機3b、熱源側熱交換器である水熱交換器4a、減圧装置である主膨張弁5b、負荷側熱交換器である水熱交換器6aが内蔵され、環状に接続された冷媒回路を構成する。
そして、2つの水熱交換器4a、6aは2つの冷凍サイクル2a、2bに共用される。
この2つの冷凍サイクル2a、2bで1つ或いは1組の冷凍装置が構成される。
この2つの冷凍サイクル2a、2bで1つ或いは1組の冷凍装置が構成される。
したがって、この実施の形態1は、2つ或いは2組の冷凍装置で構成されている。
各冷凍サイクル2a、2b、2c、2dともそれぞれ1個の圧縮機3a、3b、3c、3dが備えられる。
各々の環状に接続された冷媒回路2は、圧縮機3、水熱交換器4、主膨張弁5、水熱交換器6、圧縮機3の順で冷媒が流れる。
また、主膨張弁5a〜5cは開度が可変に制御される電子膨張弁である。
熱負荷媒体である冷水は、熱源機1の外部に設けられた冷水ポンプ11により搬送され、熱源機1内では点線の流路となり、水熱交換器6a、水熱交換器6cの順に流れる。これら水熱交換器6a、6cでは、冷媒と冷水が対向して流れる対向流となるように流路構成される。
また、熱源媒体である冷却水は、熱源機1の外部に設けられた冷却水ポンプ12により搬送され、熱源機1内では点線の流路となり、水熱交換器4c、水熱交換器4aの順に流れる。これら水熱交換器4a、4cでは、冷媒と冷水が対向して流れる対向流となるように流路構成される。
冷凍サイクル2aにおいて、圧縮機3aから吐出された高温高圧のガス冷媒は、熱源側水熱交換器である水熱交換器4aに流入し、凝縮器となる水熱交換器4aで放熱しながら凝縮・液化する。
水熱交換器4aを出た高圧の液冷媒は主膨張弁5aに流入する。主膨張弁5aにて低圧に減圧された二相状態の冷媒は、蒸発器となる負荷側水熱交換器である水熱交換器6aにて、蒸発ガス化しながら吸熱し、負荷側熱媒体である水を冷却し冷水を生成する。水熱交換器6aを出た冷媒は圧縮機3aに吸入される。
冷凍サイクル2b、2c、2dについても、上記冷凍サイクル2aの動作と同じである。
冷水は冷水ポンプ11によって駆動される。低温の、例えば7℃の冷水はファンコイルなどの負荷側装置に流入し、そこで負荷側装置周囲に冷熱を供給しながら冷水そのものの温度は上昇し、例えば12℃まで上昇した後で、熱源機1に流入する。
熱源機1に流入した冷水は、水熱交換器6aにて冷媒により冷却されて温度低下し、例えば9.5℃となって流出し、次いで水熱交換器6cに流入する。ここで、冷水は冷媒により冷却され、さらに温度低下し、例えば7℃となって、水熱交換器6cを流出し、熱源機1を流出する。その後、冷水は再び負荷側装置に流入する。
冷却水は冷却水ポンプ12によって駆動される。高温の、例えば40℃の冷却水はクーリングタワーなど冷却装置に流入し、そこで空気などの装置周囲に放熱しながら冷却水の温度は低下し、例えば35℃まで低下した後で、熱源機1に流入する。
熱源機1に流入した冷却水は、水熱交換器4cにて冷媒により加熱されて温度上昇し、例えば37.5℃となって流出し、次いで水熱交換器4aに流入する。ここで、冷却水は冷媒により加熱され、さらに温度上昇し、例えば40℃となって、水熱交換器4aを流出し、熱源機1を流出する。その後、冷却水は再び冷却装置に流入する。
本実施の形態1の冷凍空調装置である熱源機1においては、圧縮機3a〜3dのそれぞれ1台につき、冷凍サイクル2a〜2dの冷媒回路はそれぞれ1つであり、出て行った油量分、油が圧縮機に戻ってくる回路であり、油が減ることが無いため、信頼性が高くなる。
また、各水熱交換器4c、6cを有する冷媒回路を構成する冷凍サイクル2c、2dも独立しているが、水熱交換器4c、6cは、前記と同様に、2つの冷凍サイクル2c、2dに共用されるため、水熱交換器個数は増えていないため、コンパクトな設置形態の装置を提供できる。
また、冷凍サイクル2a、2bに共用される水熱交換器4cの冷却水流路9aと、冷凍サイクル2c、2dに共用される水熱交換器4aの冷却水流路9bとが直列に接続され、熱源媒体である冷却水は、熱源機1の外部に設けられた冷却水ポンプ12により搬送され、上流側の冷却水流路9aから下流側の冷却水流路9bへと順に流れ、冷却水を所定温度まで上げるように分担して温度勾配を小さく加熱するようにしているので、熱交換器が1個或いは並列に設置した2個の熱交換器により所定温度まで上げるよう加熱する場合よりも、効率の良い冷却運転を提供することができる。
一般に、一つの水熱交換器に対して複数の圧縮機を並列に使用した場合、油の偏りを防止するために複数の圧縮機は同容量で運転する必要があった。
本実施の形態1の冷凍空調装置である熱源機1においては、熱源側熱交換器の水熱交換器4a又は負荷側熱交換器である水熱交換器6aに対して2つの圧縮機3a、3bを使用したとしても、圧縮機3a、3bのそれぞれ1台につき、冷凍サイクル2a、2bの冷媒回路はそれぞれ独立して1つであるため、油の偏りを防止するという問題は生ぜず、圧縮機3a、又は3bの1台毎に容量制御を行い、細かな容量制御を行うことが可能となる。 これは、冷凍サイクル2c、2dについても同様である。
また、圧縮機3a〜3dは、1台毎の冷媒配管径で構成されているため、圧縮機運転容量が小さい場合でも冷媒流速が小さくならないため、より小さい容量での運転が可能となる。
さらに、冷凍サイクル2a、2b又は2c、2dにおいて、2つの圧縮機のうち、一つの圧縮機が故障した場合でも、冷媒回路が独立していることで、他の正常な圧縮機での運転が可能であり、緊急対応も容易にできる。
図3は本発明の実施の形態2の冷凍空調装置の回路図である。
上記実施の形態1は、熱源側熱交換器である水熱交換器4aと負荷側熱交換器である水熱交換器6aを有する冷媒回路を構成する2つの冷凍サイクル2a、2bを1組の冷凍装置とすると、2組の冷凍装置が構成されているが、実施の形態2は3組の冷凍装置で構成されている。
上記実施の形態2において、実施の形態1と同一の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
この実施の形態2では、冷凍サイクル2a、2bで1組目の冷凍装置、冷凍サイクル2c、2dで2組目の冷凍装置、冷凍サイクル2e、2fで3組目の冷凍装置として構成されている。
水熱交換器4e、水熱交換器6eも、冷媒と冷水が対向して流れる対向流となるように流路構成されている。
そして、2つの水熱交換器4e、6eは2つの冷凍サイクル2e、2fに共用される。
各冷凍サイクル2a、2b、2c、2d、2e、2fともそれぞれ1個の圧縮機3a、3b、3c、3d、3e、3fが備えられる。
各々の環状に接続された冷媒回路2は、圧縮機3、水熱交換器4、主膨張弁5、水熱交換器6、圧縮機3の順で冷媒が流れる。
さらに、各水熱交換器4c、6cを有する冷媒回路を構成する冷凍サイクル2c、2dも独立しているが、水熱交換器4c、6cは、前記と同様に、2つの冷凍サイクル2c、2dに共用されるため、水熱交換器個数は増えていないため、コンパクトな設置形態の装置を提供できる。
またさらに、各水熱交換器4e、6eを有する冷媒回路を構成する冷凍サイクル2e、2fも独立しているが、水熱交換器4e、6eは、前記と同様に、2つの冷凍サイクル2e、2fに共用されるため、水熱交換器個数は増えていないため、コンパクトな設置形態の装置を提供できる。
Claims (4)
- 複数の圧縮機と、複数の冷媒回路と熱源側熱媒体が接続可能な1つの共用の熱源側熱交換器と、複数の減圧装置と、複数の冷媒回路と負荷側熱媒体が接続可能な1つの共用の負荷側熱交換器とを有する複数の冷凍サイクルで1つの冷凍装置が構成され、各冷凍サイクルは圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、負荷側熱交換器が環状に接続されて1つの冷媒回路を形成し、
前記負荷側熱交換器は、プレート式熱交換器であり、前記負荷側熱媒体の流れる流路に隣接する2つの流路の一方には前記複数の冷媒回路のうちの一方の冷媒が流れ、前記負荷側熱媒体の流れる流路に隣接する2つの流路の他方には前記複数の冷媒回路の前記一方以外の他方の冷媒が流れる構成を有し、
圧縮機毎に独立した前記複数の冷凍サイクルで構成された前記冷凍装置を複数備え、
該複数の冷凍装置のそれぞれの前記熱源側熱交換器に対して前記熱源側熱媒体の流路を直列に接続し、前記複数の冷凍装置のそれぞれの前記負荷側熱交換器に対して前記負荷側熱媒体の流路を直列に接続したことを特徴とする冷凍空調装置。 - 前記熱源側熱交換器は、プレート式熱交換器であり、前記熱源側熱媒体の流れる流路に隣接する2つの流路の一方には前記複数の冷媒回路のうちの一方の冷媒が流れ、前記熱源側熱媒体の流れる流路に隣接する2つの流路の他方には前記複数の冷媒回路の前記一方以外の他方の冷媒が流れる構成を有することを特徴とする請求項1に記載の冷凍空調装置。
- 前記複数の冷凍サイクルでそれぞれ独立の圧縮機は運転容量が可変であり、該各圧縮機の運転容量をそれぞれ制御可能な制御装置を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、商用電源の周波数を検知し、前記冷凍装置における各圧縮機の商用電源の周波数の違いに対する能力比を合わせるために圧縮機の容量の上限値を変更するよう制御することを特徴とする請求項3に記載の冷凍空調装置。
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