JP5800998B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、2つの冷媒回路(冷凍サイクル)をカスケード接続した冷凍装置に関する。
従来、高温側冷媒回路(高温側冷凍サイクル)と低温側冷媒回路(低温側冷凍サイクル)とを、カスケードコンデンサを介してカスケード接続して、二元冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている。
このような冷凍装置において、低温側冷媒回路を循環する冷媒の放熱を行う前段放熱器(中間冷却器)を備え、送風手段が形成する風路内において、前段放熱器を高温側冷媒回路の凝縮器の下流側に配置したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2008−2759号公報(段落[0029]、図1)
しかしながら、従来の冷凍装置では、高温側冷凍回路の凝縮器と低温側冷媒回路の中間冷却器とが別々に配置されている。
また、従来の冷凍装置では、高温側冷凍回路の凝縮器と低温側冷媒回路の中間冷却器とが別々に製造されている。
このため、高温側冷凍回路の凝縮器の熱交換量(風量)と、低温側冷媒回路の中間冷却器の熱交換量(風量)とのバランスを取ることが難しい、という問題点があった。
また、製造コストが高くなる、という問題点があった。
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、高温側冷凍回路の凝縮器の熱交換量(風量)と、低温側冷媒回路の中間冷却器の熱交換量(風量)とのバランスが取り易い冷凍装置を得るものである。
また、製造コストを低減することができる冷凍装置を得るものである。
本発明に係る冷凍装置は、第1圧縮機、第1凝縮器、第1絞り装置、及び第1蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する第1冷媒回路と、第2圧縮機、中間冷却器、第2凝縮器、第2絞り装置、及び第2蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する第2冷媒回路と、前記第1蒸発器と前記第2凝縮器とで構成され、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凝縮器及び前記中間冷却器に空気を供給する送風機と、を備え、少なくとも、前記第1凝縮器、前記中間冷却器、及び前記送風機は、室外ユニットに設置され、前記室外ユニットは、第1筐体と、第2筐体と、を備え、前記第1凝縮器の一部は、前記第1筐体内に配置され、前記第1凝縮器の他の一部及び前記中間冷却器は、伝熱フィンが一体化された一体型の熱交換器で構成され、前記第2筐体内に配置され、前記送風機は、前記第1筐体に配置され、前記第1筐体内に空気を供給する第1送風機と、前記第2筐体に配置され、前記第2筐体内に空気を供給する第2送風機と、を備え、前記第1筐体内に供給する空気の風量と、前記第2筐体内に供給する空気の風量とが同じであることを特徴とする。
本発明に係る冷凍装置によれば、高温側冷凍回路の凝縮器の熱交換量(風量)と、低温側冷媒回路の中間冷却器の熱交換量(風量)とのバランスを取り易くすることができる。
また、製造コストを低減することができる。
本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の冷媒回路構成を概略的に示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1に係る室外ユニットの内部構成を概略的に示す内部透視図である。 本発明の実施の形態1に係る室外ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る室外ユニットの構成を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態1に係る高温側凝縮器及び中間冷却器の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の定格COPの算出結果を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の年間消費電力量の算出結果を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
[構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の冷媒回路構成を概略的に示す冷媒回路図である。
図1に示すように、冷凍装置100は、高温側冷媒回路A、及び低温側冷媒回路(負荷側回路)Bを有する。
高温側冷媒回路Aと低温側冷媒回路Bとは、カスケードコンデンサ13を介して、カスケード接続されている。
冷凍装置100は、高温側冷媒回路Aと低温側冷媒回路Bとのそれぞれで、冷媒を循環させることで二元冷凍サイクルを行う。
ここで、低温側、高温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、冷凍装置100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。
なお、本実施の形態1では、2つの冷媒回路を備えた二元冷凍サイクルについて説明するが、本発明に係る冷凍装置には、3つ以上の冷凍サイクルを備えた冷凍装置(多元冷凍装置)が含まれる。
(高温側冷媒回路A)
高温側冷媒回路Aは、高温側圧縮機1と、高温側凝縮器2と、高温側膨張弁3と、高温側蒸発器4と、を有する。
高温側圧縮機1と、高温側凝縮器2と、高温側膨張弁3と、高温側蒸発器4とは、高温側冷媒配管51によって、直列に配管接続されている。
高温側冷媒回路Aには、高温側凝縮器2の出口側の液配管部に、液管側(高温)サービスバルブ5が設けられている。
高温側冷媒回路Aには、高温側圧縮機1の吸入側に、吸入側(高温)サービスバルブ6が設けられている。
高温側冷媒回路Aを循環させる冷媒は、例えば、HFC(ハイドロフルオロカーボン)冷媒、HFO(ハイドロフルオロオレフィン)冷媒、又は、HC(ハイドロカーボン)冷媒等を使用する。
HFC冷媒としては、R410A、R404A、R32、R407C等がある。
高温側圧縮機1は、高温側冷媒回路Aを流れる冷媒を吸入する。
高温側圧縮機1は、吸入した冷媒を圧縮して、高温且つ高圧の状態にして吐出する。
高温側凝縮器2は、高温側圧縮機1から吐出された冷媒と、空気との間で熱交換を行う。
高温側凝縮器2は、例えば、伝熱管と多数の放熱フィンとを有するフィンチューブ型の熱交換器で構成される。
高温側膨張弁3は、高温側凝縮器2から流出した冷媒を、減圧して膨張させる。
高温側蒸発器4は、高温側膨張弁3で減圧された冷媒と、低温側冷媒回路Bの低温側凝縮器9を流れる冷媒との間で熱交換を行う。
高温側蒸発器4及び低温側凝縮器9は、カスケードコンデンサ13を構成する。
カスケードコンデンサ13は、例えばプレート式の熱交換器で構成される。
なお、カスケードコンデンサ13は、プレート式の熱交換器に限定されず、シェルアンドチューブ式の熱交換器、又は二重管式の熱交換器などでも良い。
液管側サービスバルブ5は、高温側凝縮器2の出口側、且つ、高温側膨張弁3の上流側に設置されている。
液管側サービスバルブ5は、高温側冷媒回路Aの真空引き、及び高温側冷媒回路A内への冷媒の充填等の作業を行うために使用される。
吸入側サービスバルブ6は、高温側圧縮機1の吸入側、且つ、高温側蒸発器4の下流側に設置されている。
吸入側サービスバルブ6は、高温側冷媒回路Aの真空引き、及び高温側冷媒回路A内への冷媒の充填等の作業を行うために使用される。
高温側圧縮機1と、高温側凝縮器2と、高温側膨張弁3と、高温側蒸発器4と、液管側サービスバルブ5と、吸入側サービスバルブ6は、室外ユニット14に収納されている。
なお、高温側圧縮機1は、本発明における「第1圧縮機」に相当する。
高温側凝縮器2は、本発明における「第1凝縮器」に相当する。
高温側膨張弁3は、本発明における「第1絞り装置」に相当する。
高温側蒸発器4は、本発明における「第1蒸発器」に相当する。
(低温側冷媒回路B)
低温側冷媒回路Bは、低温側圧縮機7と、中間冷却器8と、低温側凝縮器9と、受液器10と、低温側膨張弁16と、低温側蒸発器17と、を有する。
低温側圧縮機7と、中間冷却器8と、低温側凝縮器9と、受液器10と、低温側膨張弁16と、低温側蒸発器17とは、低温側冷媒配管52によって、直列に配管接続されている。
低温側冷媒回路Bには、受液器10の出口側の液配管部に、液管側(低温)サービスバルブ11が設けられている。
低温側冷媒回路Bには、低温側圧縮機7の吸入側に、吸入側(低温)サービスバルブ12が設けられている。
液管側サービスバルブ11と低温側膨張弁16との間には、液管電磁弁15が設けられている。
低温側冷媒回路Bを循環させる冷媒は、例えば、地球温暖化係数(GWP)が1である二酸化炭素(CO)冷媒を使用する。
なお、低温側冷媒回路Bに使用する冷媒は、二酸化炭素に限定されない。
低温側圧縮機7は、低温側冷媒回路Bを流れる冷媒を吸入する。
低温側圧縮機7は、吸入した冷媒を圧縮して、高温且つ高圧の状態にして吐出する。
中間冷却器8は、低温側圧縮機7から吐出された冷媒と、空気との間で熱交換を行う。
中間冷却器8は、例えば、伝熱管と多数の放熱フィンとを有するフィンチューブ型の熱交換器で構成される。
低温側凝縮器9は、中間冷却器8から流出された冷媒と、高温側冷媒回路Aの高温側蒸発器4を流れる冷媒との間で熱交換を行う。
受液器10は、低温側凝縮器9から流出した冷媒のうち、余剰の冷媒を貯留する。
低温側膨張弁16は、受液器10から流出した冷媒を、減圧して膨張させる。
低温側蒸発器17は、低温側膨張弁16で減圧された冷媒と、流体(例えば、空気、水、冷媒、又はブライン等)との間で熱交換を行う。
液管側サービスバルブ11は、受液器10の出口側、且つ、低温側膨張弁16の上流側に設置されている。
液管側サービスバルブ11は、低温側冷媒回路Bの真空引き、及び低温側冷媒回路B内への冷媒の充填等の作業を行うために使用される。
吸入側サービスバルブ12は、低温側圧縮機7の吸入側、且つ、低温側蒸発器17の下流側に設置されている。
吸入側サービスバルブ12は、低温側冷媒回路Bの真空引き、及び低温側冷媒回路B内への冷媒の充填等の作業を行うために使用される。
液管電磁弁15は、低温側冷媒回路Bの真空引き、及び、低温側冷媒回路B内への冷媒の充填等の作業を行うために使用されるものである。
低温側圧縮機7と、中間冷却器8と、低温側凝縮器9と、受液器10と、液管側サービスバルブ11と、吸入側サービスバルブ12は、室外ユニット14に収納される。
液管電磁弁15と、低温側膨張弁16と、低温側蒸発器17は、負荷側ユニット18に収納される。
なお、低温側圧縮機7は、本発明における「第2圧縮機」に相当する。
低温側凝縮器9は、本発明における「第2凝縮器」に相当する。
低温側膨張弁16は、「第2絞り装置」に相当する。
低温側蒸発器17は、本発明における「第2蒸発器」に相当する。
(高温側冷媒回路Aの動作)
高温側圧縮機1から吐出された高温高圧で気相状態の冷媒は、高温側凝縮器2へ流入する。
高温側凝縮器2へ流入した冷媒は、空気との熱交換によって凝縮液化され、高圧で液相状態の冷媒となる。
高温側凝縮器2から流出した高圧で液相状態の冷媒は、高温側膨張弁3で減圧され、低温低圧で気液二相状態の冷媒となる。
この低温低圧で気液二相状態の冷媒は、カスケードコンデンサ13を構成する高温側蒸発器4で、低温側冷媒回路Bの低温側凝縮器9を流れている冷媒と熱交換して蒸発し、低圧で気相状態の冷媒となる。
このとき、低温側冷媒回路Bの低温側凝縮器9を流れている冷媒は、冷却される。
高温側蒸発器4から流出した冷媒は、高温側圧縮機1に再度吸入される。
(低温側冷媒回路Bの動作)
低温側圧縮機7から吐出された高温高圧で気相状態の冷媒は、中間冷却器8に流入する。
この中間冷却器8では、高温高圧で気相状態の冷媒と空気とが熱交換し、冷媒が冷却されて若干温度が下がった状態になる。
中間冷却器8で冷却された冷媒は、カスケードコンデンサ13を構成する低温側凝縮器9に流入する。
この低温低圧で気液二相状態の冷媒は、カスケードコンデンサ13を構成する高温側蒸発器4で、低温側冷媒回路Bの低温側凝縮器9を流れている冷媒と熱交換して蒸発し、低圧で気相状態の冷媒となる。
低温側凝縮器9に流入した冷媒は、高温側冷媒回路Aの高温側蒸発器4を流れている冷媒と熱交換して凝縮し、低温高圧の液相状態の冷媒となる。
このとき、高温側冷媒回路Aの高温側蒸発器4を流れている冷媒は、加温される。
低温側凝縮器9から流出した低温高圧の液相状態の冷媒は、受液器10に流入する。
受液器10に流入した冷媒は、一部が余剰冷媒として蓄えられ、残りが低温側膨張弁16に流入する。
低温側膨張弁16に流入した高圧で液相状態の冷媒は、減圧され、気液二相状態の冷媒となる。
この低温低圧で気液二相状態の冷媒は、低温側蒸発器17に流入する。
低温側蒸発器17では、冷媒が流体(ここでは空気)と熱交換して蒸発し、高温低圧の気相状態の冷媒となる。
このとき、負荷側ユニット18では冷却対象空間が冷却される。
低温側蒸発器17から流出した低圧で気相状態の冷媒は、低温側圧縮機7に再度吸入される。
なお、実施の形態1では、低温側冷媒回路Bの構成要素の1つとして受液器10が接続されている状態を例に説明したが、これに限定するものではなく、必ずしも受液器10を接続しなくてもよい。
また、受液器10の代わりに低温側圧縮機7の吸入側にアキュムレーター等の受液器を接続するようにしてもよい。
つまり、受液器は、冷凍装置100の用途及び使用される冷媒等によって、接続の有無、種類の選定を決定すればよい。
次に、各ユニットにおける機器の配置及び機器の詳細を説明する。
(負荷側ユニット18)
負荷側ユニット18には、液管電磁弁15と、低温側膨張弁16と、低温側蒸発器17と、が収容されている。
負荷側ユニット18は、例えば、冷蔵冷凍ショーケース、ユニットクーラとして利用される。
負荷側ユニット18は、液管側サービスバルブ11及び吸入側サービスバルブ12を介して、室外ユニット14から分離可能に配管接続されている。
例えば、冷凍装置100を据え付け時には、室外ユニット14と、負荷側ユニット18とを分離して運搬し、現地にて配管接続する。
(室外ユニット14)
図2は、本発明の実施の形態1に係る室外ユニットの内部構成を概略的に示す内部透視図である。
図3は、本発明の実施の形態1に係る室外ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。
図4は、本発明の実施の形態1に係る室外ユニットの構成を概略的に示す平面図である。
図2〜図4に示すように、室外ユニット14は、高温側筐体19と、低温側筐体20とを備える。
高温側筐体19及び低温側筐体20は、外形が同一の筐体で構成されている。
高温側筐体19及び低温側筐体20は、底板を共通架台21で共有している。
高温側筐体19及び低温側筐体20は、共通架台21上に隣接して設置されている。
高温側筐体19は、上面に高温側吹出口30を有する。
低温側筐体20は、上面に低温側吹出口31を有する。
高温側筐体19は、側面に高温側吸込口32を有する。
低温側筐体20は、側面に低温側吸込口33を有する。
高温側筐体19には、高温側圧縮機1、高温側凝縮器2の一部、高温側膨張弁3、液管側サービスバルブ5、吸入側サービスバルブ6、高温側送風機22、及び、高温側制御コントローラ24が設置されている。
なお、高温側凝縮器2の他の一部は、低温側筐体20に設置されている。
高温側筐体19に設置された高温側凝縮器2は、高温側吸込口32に沿って設置されている。
高温側筐体19に設置された高温側凝縮器2は、例えば、断面形状がU字形に形成されている。
高温側送風機22は、高温側筐体19の上部に設置され、高温側凝縮器2に空気を供給する。
高温側送風機22は、高温側凝縮器2と比較して上側に配置され、高温側吸込口32から空気を吸い込み、高温側凝縮器2を通過した空気を高温側筐体19の高温側吹出口30から吹き出す。
高温側制御コントローラ24は、高温側機器の各種制御を実行する。
高温側制御コントローラ24の周辺又は内部には、高温側制御コントローラ運転スイッチ25が備えられている。
高温側制御コントローラ運転スイッチ25は、高温側制御コントローラ24への指示を受け付ける。
液管側サービスバルブ5及び吸入側サービスバルブ6は、高温側筐体19の紙面右側の側壁近傍(低温側筐体20から離れている側の側壁近傍)に配置するのが望ましい。
この位置に液管側サービスバルブ5及び吸入側サービスバルブ6を設置することによって、作業性及びメンテナンス性の向上に寄与する。
すなわち、室外ユニット14の据え付け(例えば、新規据え付け、又は機種交換等)作業を行う作業員、及び室外ユニット14のメンテナンス(定期メンテナンス及び故障診断等)を行う作業員が、誤った冷媒を封入してしまう可能性が低減できる。
なお、現地配管接続用のサイトグラス(図示せず)又はドライヤ(図示せず)を高温側筐体19内に配置しておくとよい。
低温側筐体20には、低温側圧縮機7、高温側凝縮器2の他の一部、中間冷却器8、受液器10、液管側サービスバルブ11、吸入側サービスバルブ12、カスケードコンデンサ13、低温側送風機23、及び、低温側制御コントローラ26が設置されている。
低温側筐体20に設置された高温側凝縮器2及び中間冷却器8は、一体型の熱交換器で構成される。
中間冷却器8は、低温側筐体20内のうち、高温側凝縮器2と比較して低温側送風機23に近い位置に配置されている。
低温側筐体20に設置された高温側凝縮器2及び中間冷却器8は、低温側吸込口33に沿って設置されている。
低温側筐体20に設置された高温側凝縮器2及び中間冷却器8は、例えば、断面形状がU字形に形成されている。
低温側送風機23は、低温側筐体20の上部に設置され、高温側凝縮器2に空気を供給する。
低温側送風機23は、中間冷却器8と比較して上側に配置され、低温側吸込口33から空気を吸い込み、低温側筐体20に設置された高温側凝縮器2及び中間冷却器8を通過した空気を低温側筐体20の低温側吹出口31から吹き出す。
低温側制御コントローラ26は、低温側機器の各種制御を実行する。
低温側制御コントローラ26の周辺又は内部には、低温側制御コントローラ運転スイッチ27が備えられている。
低温側制御コントローラ運転スイッチ27は、低温側制御コントローラ26への指示を受け付ける。
液管側サービスバルブ11及び吸入側サービスバルブ12は、低温側筐体20の紙面左側の側壁近傍(高温側筐体19から離れている側の側壁近傍)に配置するのが望ましい。
この位置に液管側サービスバルブ11及び吸入側サービスバルブ12を設置することによって、作業性及びメンテナンス性の向上に寄与する。
すなわち、室外ユニット14の据え付け(例えば、新規据え付け又は機種交換等)作業を行なう作業員、及び室外ユニット14のメンテナンス(定期メンテナンス又は故障診断等)を行なう作業員が、誤った冷媒を封入してしまう可能性が低減できる。
なお、現地配管接続用のサイトグラス(図示せず)又はドライヤ(図示せず)を低温側筐体20内に配置しておくとよい。
なお、高温側、低温側の両者にまたがるカスケードコンデンサ13は、配置具合等を考慮して、高温側筐体19、低温側筐体20のどちらに配置してもよい。
なお、高温側筐体19は、本発明における「高温側筐体19」に相当する。
低温側筐体20は、本発明における「低温側筐体20」に相当する。
高温側送風機22及び低温側送風機23は、本発明における「送風機」に相当する。
高温側送風機22は、本発明における「高温側送風機22」に相当する。
低温側送風機23は、本発明における「第2送風機」に相当する。
ここで、高温側冷媒回路Aの高温側凝縮器2の処理能力と、低温側冷媒回路Bの中間冷却器8の処理能力と、の割合は約7:3程度となっている。
そのため、高温側凝縮器2の処理能力と中間冷却器8の処理能力との割合に応じて、高温側凝縮器2の一部を低温側筐体20にも設置するようにしている。
図5は、本発明の実施の形態1に係る高温側凝縮器及び中間冷却器の構成を概略的に示す図である。
図5に示すように、高温側凝縮器2及び中間冷却器8を構成する熱交換器は、伝熱フィン41と、伝熱管42とを備える。
伝熱フィン41は、例えば板状形状を有し、所定の間隔で複数積層されて、その間を空気が流通する。
伝熱管42は、伝熱フィン41を貫通して設けられ、内部に冷媒が流通する。
伝熱管42は、列方向(紙面横方向)と、段方向(紙面縦方向)に複数配列される。
なお、図5に示す、伝熱管42の段数及び列数は一例であり、これに限定されない。
低温側筐体20に設置された中間冷却器8及び高温側凝縮器2の一部は、伝熱フィン41が一体化された一体型の熱交換器で構成されている。
高温側筐体19に設置された高温側凝縮器2は、入口配管51aから冷媒が流入し、段方向に分岐した後、伝熱管42の端部側で折り返して、列方向に順次流れる。
そして、高温側筐体19に設置された高温側凝縮器2を流出した冷媒は、中継配管51bを介して、低温側筐体20に設置された高温側凝縮器2に流入する。
低温側筐体20に設置された高温側凝縮器2に流入した冷媒は、段方向に分岐した後、伝熱管42の端部側で折り返して、列方向に順次流れ、出口配管51cから流出する。
なお、流通方向はこれに限定されない。低温側筐体20に設置された高温側凝縮器2から、高温側筐体19に設置された高温側凝縮器2へ冷媒が流れても良い。
低温側筐体20に設置された中間冷却器8は、入口配管52aから冷媒が流入し、段方向に分岐した後、伝熱管42の端部側で折り返して、列方向に順次流れ、出口配管52bから流出する。
このように、中間冷却器8を構成している熱交換器の段数を調整して、その一部を高温側凝縮器2として機能させる。
また、熱交換器を上下で分割して上部を中間冷却器8、下部を前記高温側凝縮器2の一部として機能させている。
すなわち、中間冷却器8は、低温側筐体20内のうち、高温側凝縮器2と比較して低温側送風機23に近い位置に配置されている。
中間冷却器8は、高温側凝縮器2と比較して段数が少ないため、供給される空気の風量が変化すると、中間冷却器8と高温側凝縮器2との処理能力(熱交換容量)の比率に大きく影響する。
低温側筐体20内に供給される空気の風量は、筐体内の機器等が気流の障害物となり、低温側送風機23からの距離が遠いほど、風量が小さくなる。
また、低温側筐体20内に供給される空気の風量は、筐体内の機器等の障害物で乱流が生じ、低温側送風機23からの距離が遠いほど、風量が変化する。
中間冷却器8を低温側送風機23に近い位置に配置することによって、中間冷却器8への風量の変化を少なくすることができる。
これによって、高温側凝縮器2の熱交換量と、中間冷却器8の熱交換量とのバランスを安定させることができる。
また、中間冷却器8への風量が大きくなり、熱交換量が大きくなる。
即ち、中間冷却器8の大きさ(段数)を、小さくすることができる。
ここで、高温側送風機22が高温側筐体19内に供給する空気の風量と、低温側送風機23が低温側筐体20内に供給する空気の風量とを、同じにするのが望ましい。
例えば、高温側送風機22及び低温側送風機23を同一機種の送風機を使用し、回転数を同一に制御することによって、風量を同じにする。
これによって、高温側筐体19に設置された高温側凝縮器2の一部の熱交換量と、低温側筐体20に設置された高温側凝縮器2の他の一部及び中間冷却器8の熱交換量とのバランスを安定させることができる。
また、高温側送風機22及び低温側送風機23に同一機種の送風機を使用することで、異なるパワーを有する送風機を各筐体に設置しなくて済み、コストの低減につながる。
また、高温側筐体19内に配置された高温側凝縮器2の一部を構成する熱交換器の冷媒配管の段数と、低温側筐体20内に配置された高温側凝縮器2の他の一部及び中間冷却器8を構成する熱交換器の冷媒配管の段数とを、同じにするのが望ましい。
これによって、低温側筐体20に設置された、高温側凝縮器2の段数と、中間冷却器8の段数との比率によって、熱交換量の比率を精度良く調整することができる。
以上のように本実施の形態においては、高温側凝縮器2の一部及び中間冷却器8は、伝熱フィン41が一体化された一体型の熱交換器で構成されている。
このため、低温側送風機23に対する、高温側凝縮器2の一部及び中間冷却器8の位置関係が精度良く確保できる。よって、熱交換量(風量)のバランスを安定させることができる。また、一体型とすることで製造コストを安くすることができる。
また、中間冷却器8は、室外ユニット14内のうち、高温側凝縮器2と比較して低温側送風機23に近い位置に配置されている。
このため、中間冷却器8を通過する空気の風量が大きくなり、熱交換量が大きくなる。
よって、中間冷却器8に必要な熱交換量を確保する為の、中間冷却器8の大きさを小さくすることができる。
また、中間冷却器8を小さくすることができるので、高温側凝縮器2のスペースを大きくすることができる。
すなわち、機器の大きさに対する冷凍能力が向上する。
ここで、高温側凝縮器2を構成する熱交換器の段数と、中間冷却器8を構成する熱交換器の段数の比率について説明する。
以下の条件において、定格外気温度におけるCOPを向上する段数、及び、一年間における消費電力量(年間消費電力量)を低減する段数ついて説明する。
例えば、高温側筐体19内に配置された高温側凝縮器2の段数を60段とし、低温側筐体20内に配置された高温側凝縮器2及び中間冷却器8の合計段数を60段とする。
また、高温側凝縮器2及び中間冷却器8の列数は、共に3列とする。
また、高温側送風機22の風量と、低温側送風機23の風量とを同一とする。
また、室外ユニット14を屋外に設置し、負荷側ユニット18を冷蔵倉庫に設置する。
外気温度は、7〜40℃をパラメータとし、冷蔵倉庫の庫内温度を0℃とする。
定格外気温度を32℃とし、この定格外気温度において、定格能力を25kWとする。
そして、高温側凝縮器2の凝縮温度が外気温度+10℃となるように、各送風機の風量を制御することとする。
なお、送風機の風量に比例して、送風機への入力電力が変化するものとする。
上記の条件において、以下の場合について、COPを算出した結果を図6に示す。
中間冷却器8が無く、高温側凝縮器2の段数が120段の場合。
中間冷却器8の段数が4段、高温側凝縮器2の段数が116段の場合。
中間冷却器8の段数が10段、高温側凝縮器2の段数が110段の場合。
中間冷却器8の段数が20段、高温側凝縮器2の段数が100段の場合。
中間冷却器8の段数が30段、高温側凝縮器2の段数が90段の場合。
中間冷却器8の段数が60段、高温側凝縮器2の段数が60段の場合。
図6に示すように、中間冷却器8の段数が20段の場合に、COPが1.88で最大となる。また、中間冷却器8の段数が10段及び30の場合にも、比較的高い値となる。
年間消費電力量の算出は、上述した条件に加え、各外気温度における消費電力(各圧縮機への入力電力+各送風機への入力電力)を算出し、外気温度に対する入力電力特性の近似式を作成する。
そして、使用を想定する地域の外気温度の年間累計時間を調査し、各外気温度における消費電力量を算出、合計して年間消費電力量を算出する。
ここでは、東京の年間累計時間を使用する。
年間消費電力量を算出した結果を図に示す。
に示すように、中間冷却器8の段数が10段、20段、30段、において、年間消費電力量が低減する。中間冷却器8の段数が10段において最小となる。
上記の結果から、低温側筐体20に設置した中間冷却器8と高温側凝縮器2との段数の比率を、1:5〜3:3の間に調整することで、定格外気温度におけるCOPを向上でき、年間消費電力量を低減することができる。
1 高温側圧縮機、2 高温側凝縮器、3 高温側膨張弁、4 高温側蒸発器、5 液管側サービスバルブ、6 吸入側サービスバルブ、7 低温側圧縮機、8 中間冷却器、9 低温側凝縮器、10 受液器、11 液管側サービスバルブ、12 吸入側サービスバルブ、13 カスケードコンデンサ、14 室外ユニット、15 液管電磁弁、16 低温側膨張弁、17 低温側蒸発器、18 負荷側ユニット、19 高温側筐体、20 低温側筐体、21 共通架台、22 高温側送風機、23 低温側送風機、24 高温側制御コントローラ、25 高温側制御コントローラ運転スイッチ、26 低温側制御コントローラ、27 低温側制御コントローラ運転スイッチ、30 高温側吹出口、31 低温側吹出口、32 高温側吸込口、33 低温側吸込口、41 伝熱フィン、42 伝熱管、51 高温側冷媒配管、51a 入口配管、51b 中継配管、51c 出口配管、52 低温側冷媒配管、52a 入口配管、52b 出口配管、100 冷凍装置、A 高温側冷媒回路、B 低温側冷媒回路。

Claims (4)

  1. 第1圧縮機、第1凝縮器、第1絞り装置、及び第1蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する第1冷媒回路と、
    第2圧縮機、中間冷却器、第2凝縮器、第2絞り装置、及び第2蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する第2冷媒回路と、
    前記第1蒸発器と前記第2凝縮器とで構成され、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凝縮器及び前記中間冷却器に空気を供給する送風機と、を備え、
    少なくとも、前記第1凝縮器、前記中間冷却器、及び前記送風機は、室外ユニットに設置され、
    前記室外ユニットは、第1筐体と、第2筐体と、を備え、
    前記第1凝縮器の一部は、前記第1筐体内に配置され、
    前記第1凝縮器の他の一部及び前記中間冷却器は、伝熱フィンが一体化された一体型の熱交換器で構成され、前記第2筐体内に配置され、
    前記送風機は、
    前記第1筐体に配置され、前記第1筐体内に空気を供給する第1送風機と、
    前記第2筐体に配置され、前記第2筐体内に空気を供給する第2送風機と、を備え、
    前記第1筐体内に供給する空気の風量と、前記第2筐体内に供給する空気の風量とが同じである
    ことを特徴とする冷凍装置。
  2. 記中間冷却器は、前記室外ユニット内のうち、前記第1凝縮器と比較して前記送風機に近い位置に配置された
    ことを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
  3. 前記第1筐体内に配置された前記第1凝縮器を構成する熱交換器の冷媒配管の段数と、
    前記第2筐体内に配置された前記第1凝縮器及び前記中間冷却器を構成する熱交換器の冷媒配管の段数とが同じである
    ことを特徴とする請求項記載の冷凍装置。
  4. 前記第1筐体は、側面に第1吸込口を有し、上面に第1吹出口を有し、
    前記第2筐体は、側面に第2吸込口を有し、上面に第2吹出口を有し、
    前記第1凝縮器の一部は、前記第1吸込口に沿って配置され、
    前記第1凝縮器の他の一部及び前記中間冷却器は、前記第2吸込口に沿って配置され、
    前記中間冷却器は、前記第1凝縮器の他の一部と比較して上側に配置され、
    前記第1送風機は、前記第1凝縮器の一部と比較して上側に配置され、前記第1吸込口から空気を吸い込み、前記第1凝縮器の一部を通過した空気を前記第1筐体の前記第1吹出口から吹き出し、
    前記第2送風機は、前記中間冷却器と比較して上側に配置され、前記第2吸込口から空気を吸い込み、前記第1凝縮器の他の一部及び前記中間冷却器を通過した空気を前記第2吹出口から吹き出す
    ことを特徴とする請求項記載の冷凍装置。
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