JP6300519B2 - Cooling system using CO2 refrigerant - Google Patents
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Description
本発明は、CO2冷媒を負荷側冷却器に送る配管系統でフラッシュガスの発生を防止可能にした冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system that can prevent generation of flash gas in a piping system that sends CO2 refrigerant to a load-side cooler.
近年の環境問題に対応する車両として、水素等のガス燃料を用いたCNG(Compressed Natural Gas)自動車、燃料電池自動車等の開発が盛んに行われている。このようなガス燃料を用いて走行する車両の普及を促進するには、車両に搭載された車載タンクにガス燃料を安定して効率良く充填する必要がある。 Development of CNG (Compressed Natural Gas) vehicles, fuel cell vehicles, and the like using gas fuels such as hydrogen has been actively conducted as vehicles that respond to environmental problems in recent years. In order to promote the spread of vehicles that run using such gas fuel, it is necessary to stably and efficiently fill the vehicle-mounted tank mounted on the vehicle with the gas fuel.
そこで、本出願人等は、先に、車両に搭載された車載タンクにガス燃料を高圧で充填する高圧ガス充填設備において、CO2冷媒を用いた冷凍機でガス燃料を冷却して車載タンクに充填する冷却システムを提案している(特許文献1)。この冷凍機は、代替フロンやNH3等を一次冷媒とする一次冷媒回路と、二次冷媒としてCO2を用いた二次冷媒回路とをカスケードコンデンサを介して組み合わせ、該カスケードコンデンサで一次冷媒の蒸発潜熱を利用してCO2冷媒の冷却液化を行うものである。 Therefore, the present applicants first cooled the gas fuel with a refrigerator using CO2 refrigerant and filled the vehicle tank in a high-pressure gas filling facility for filling the vehicle tank mounted on the vehicle with gas fuel at a high pressure. A cooling system is proposed (Patent Document 1). This refrigerator is configured by combining a primary refrigerant circuit that uses alternative chlorofluorocarbon, NH3, or the like as a primary refrigerant with a secondary refrigerant circuit that uses CO2 as a secondary refrigerant via a cascade capacitor, and the latent heat of vaporization of the primary refrigerant using the cascade capacitor Is used to cool and liquefy the CO2 refrigerant.
特許文献2には、前記冷却システムにおいて、カスケードコンデンサで液化したCO2冷媒を一旦レシーバに貯留して気液分離させたのち、CO2冷媒液を液ポンプで負荷側冷却器に送る構成が開示されている。
CO2冷媒液をレシーバから負荷側冷却器まで送る配管系統では、熱侵入や圧力損失でフラッシュガスが発生すると、CO2冷媒液の供給量が不安定になるため、液ポンプの全揚程を高く取る必要が生じる。そのため、液ポンプの大型化を招くと共に、液ポンプの動力分の熱量がCO2冷媒液に加えられるため、冷却能力が低下するといった問題がある。特に、レシーバと負荷側冷却器とが離れていると、配管系統の圧力損失が増大し、熱侵入量が多くなるため、フラッシュガスが発生し易くなる。
Patent Document 2 discloses a configuration in which, in the cooling system, CO2 refrigerant liquefied by a cascade condenser is temporarily stored in a receiver and separated into gas and liquid, and then the CO2 refrigerant liquid is sent to a load side cooler by a liquid pump. Yes.
In the piping system that sends the CO2 refrigerant liquid from the receiver to the load side cooler, if flash gas is generated due to heat intrusion or pressure loss, the supply amount of the CO2 refrigerant liquid becomes unstable, so it is necessary to increase the total head of the liquid pump. Occurs. Therefore, there is a problem in that the liquid pump is increased in size and the amount of heat for the power of the liquid pump is added to the CO 2 refrigerant liquid, so that the cooling capacity is reduced. In particular, if the receiver and the load side cooler are separated, the pressure loss of the piping system increases and the amount of heat penetration increases, so that flash gas is likely to be generated.
特許文献2では、負荷側冷却器の負荷変動によるレシーバ内の圧力変化で液ポンプにキャビテーションが発生するのを防止するため、レシーバ内のCO2冷媒を冷却し、CO2冷媒液を過冷却する冷却コイルを設けている。
また、特許文献3には、ヒートポンプ装置において、COPを向上させるため、凝縮器から膨張弁へ向かう冷媒の流路と蒸発器か圧縮機へ向かう冷媒の流路とを、円形断面を有する隔壁で形成された二重管で構成し、二重管の内側流路と外側流路とを流れる冷媒を互いに熱交換させるようにした構成が開示されている。
In Patent Document 2, a cooling coil that cools the CO2 refrigerant in the receiver and supercools the CO2 refrigerant liquid in order to prevent cavitation from occurring in the liquid pump due to a pressure change in the receiver due to a load fluctuation of the load side cooler. Is provided.
Further, in Patent Document 3, in order to improve COP in a heat pump device, a refrigerant flow path from a condenser to an expansion valve and a refrigerant flow path to an evaporator or a compressor are separated by a partition wall having a circular cross section. A configuration is disclosed in which the double pipes are formed, and the refrigerant flowing through the inner flow path and the outer flow path of the double pipes exchange heat with each other.
特許文献2に開示された冷却システムのように、CO2冷媒が貯留されたレシーバの内部に冷却コイルを設けると、レシーバの容量が増加し大型化すると共に、レシーバの外部に過冷却装置を設ける必要があり、装置のコンパクト化や低コスト化に反する。
また、レシーバに貯留されたCO2冷媒を負荷側冷却器に送る配管系統において、往路及び復路が夫々独立した経路とした場合、広い設置スペースが必要となる。これは装置のレイアウト上の制約から問題がある。
As in the cooling system disclosed in Patent Document 2, if a cooling coil is provided inside the receiver in which the CO2 refrigerant is stored, the capacity of the receiver increases and the size of the receiver increases, and it is necessary to provide a supercooling device outside the receiver. This is contrary to downsizing and cost reduction of the device.
Further, in the piping system that sends the CO 2 refrigerant stored in the receiver to the load-side cooler, if the forward path and the return path are independent paths, a large installation space is required. This is a problem due to restrictions on the layout of the apparatus.
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、CO2冷媒を負荷側冷却器に送る場合に、低コスト化な手段でフラッシュガスの発生や入熱等をなくし、冷却能力のロスを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and when sending CO2 refrigerant to a load-side cooler, the generation of flash gas, heat input, etc. are eliminated by low-cost means, and the loss of cooling capacity is suppressed. The purpose is to do.
本発明の冷却システムは、一次冷媒が流れ冷凍サイクルを構成する一次冷媒回路と、一次冷媒回路とカスケードコンデンサを介して接続され、二次冷媒としてCO2冷媒が流れる二次冷媒回路と、二次冷媒回路に設けられ、カスケードコンデンサで液化されたCO2冷媒を一旦貯留し、気液分離するレシーバと、レシーバに貯留されたCO2冷媒液を負荷側冷却器に導入する往路、及び該負荷側冷却器で被冷却物を冷却した後の気液混合状態のCO2冷媒をレシーバに戻す復路からなるCO2配管系統とを有するCO2冷媒を用いた冷却システムに適用される。 The cooling system of the present invention includes a primary refrigerant circuit in which a primary refrigerant flows to constitute a refrigeration cycle, a secondary refrigerant circuit that is connected to the primary refrigerant circuit via a cascade capacitor, and in which CO2 refrigerant flows as a secondary refrigerant, and a secondary refrigerant. A receiver provided in the circuit for temporarily storing the CO2 refrigerant liquefied by the cascade capacitor and separating the gas and liquid; a forward path for introducing the CO2 refrigerant liquid stored in the receiver into the load side cooler; and the load side cooler. The present invention is applied to a cooling system using a CO2 refrigerant having a CO2 piping system composed of a return path for returning a CO2 refrigerant in a gas-liquid mixed state after cooling an object to be cooled to a receiver.
そして、前記目的を達成するため、CO2配管系統は、往路に設けられた液ポンプと負荷側冷却器との間の領域で、往路と復路とは二重壁で内側流路及び外側流路が形成された二重管で構成され、この二重管において、往路を流れるCO2冷媒液は内側流路を流れ、復路を流れる気液混合状態のCO2冷媒は外側流路を流れるように構成されている。
なお、前記二重管は、互いに同心状に配置されているもの、及び互いに偏心して配置されているものを含むものとする。
In order to achieve the above object, the CO2 piping system is a region between the liquid pump and the load side cooler provided in the forward path, and the forward path and the return path are double walls, and the inner flow path and the outer flow path are provided. In this double tube, the CO2 refrigerant liquid flowing in the forward path flows through the inner flow path, and the gas-liquid mixed state CO2 refrigerant flowing in the return path flows in the outer flow path. Yes.
In addition, the said double pipe shall include what is arrange | positioned mutually concentrically and what is arrange | positioned eccentrically.
本発明では、復路を流れるCO2冷媒は、往路を流れるCO2冷媒と比べて、配管の圧力損失分だけ減圧するため温度も幾分低下する。復路を流れる低温のCO2冷媒を外側流路に流すことで、往路のCO2冷媒の断熱が効果的に行われるため、フラッシュガスの発生及び冷却能力のロスを効果的に抑制できる。そのため、配管系統が長くなっても、フラッシュガスの発生を確実に防止できる。
また、CO2配管系統を二重管としたことで、設置スペースを縮小でき、設置スペース上の制約をクリアできる。さらに、外側流路を熱伝達係数が小さく、かつ体積が大きい気液混合状態のCO2冷媒の復路の流路としたことで、外部からの入熱を効果的に抑制できると共に、2つの流路の流路断面積をバランス良く配分できる。
In the present invention, the CO2 refrigerant flowing in the return path is depressurized by the pressure loss of the pipe as compared with the CO2 refrigerant flowing in the forward path, so that the temperature also decreases somewhat. By flowing the low-temperature CO2 refrigerant flowing in the return path to the outer flow path, the heat insulation of the CO2 refrigerant in the forward path is effectively performed, so that generation of flash gas and loss of cooling capacity can be effectively suppressed. Therefore, even if the piping system becomes long, generation of flash gas can be reliably prevented.
In addition, since the CO2 piping system is a double pipe, the installation space can be reduced and restrictions on the installation space can be cleared. Furthermore, by making the outer channel a return channel for the CO2 refrigerant in a gas-liquid mixed state having a small heat transfer coefficient and a large volume, heat input from the outside can be effectively suppressed and two channels can be used. Can be distributed in a well-balanced manner.
また、内側流路を流れるCO2冷媒液に対して、圧力がわずかしか変わらない気液混合状態のCO2冷媒が外側流路を流れるため、内側流路を形成する隔壁に耐圧性能を付与する必要がなく、薄肉化が可能になると共に、低コストな材料を用いることができる。
従って、レシーバの容量を増加させることなく、冷却システムのコンパクト化及び低コスト化を達成できる。
さらに、外側流路を流れるCO2冷媒は内側流路を流れるCO2冷媒より温度が幾分低下するので、外側流路を流れるCO2冷媒で内側流路を流れるCO2冷媒を冷却する効果もある。
Further, since the CO2 refrigerant in a gas-liquid mixed state in which the pressure slightly changes with respect to the CO2 refrigerant liquid flowing through the inner flow path flows through the outer flow path, it is necessary to provide pressure resistance performance to the partition walls forming the inner flow path. In addition, the thickness can be reduced and a low-cost material can be used.
Therefore, the cooling system can be made compact and low in cost without increasing the capacity of the receiver.
Furthermore, since the temperature of the CO2 refrigerant flowing through the outer flow path is somewhat lower than that of the CO2 refrigerant flowing through the inner flow path, there is also an effect of cooling the CO2 refrigerant flowing through the inner flow path with the CO2 refrigerant flowing through the outer flow path.
本発明の一実施態様として、前記二重管の外周を断熱壁で囲繞することができる。これによって、外部からの入熱を遮断できるため、冷却システムの冷却能力のロス及び熱効率の低下を防止できる。 As an embodiment of the present invention, the outer periphery of the double pipe can be surrounded by a heat insulating wall. As a result, heat input from the outside can be cut off, so that it is possible to prevent a loss in cooling capacity and a decrease in thermal efficiency of the cooling system.
本発明の一実施態様として、前記二重管の外周を真空圧の断熱空間で囲繞することができる。これによっても、外部からの入熱を遮断できるため、冷却システムの冷却能力のロス及び熱効率の低下を防止できる。 As an embodiment of the present invention, the outer periphery of the double tube can be surrounded by a heat insulating space of vacuum pressure. Also by this, since the heat input from the outside can be cut off, it is possible to prevent a loss in cooling capacity and a decrease in thermal efficiency of the cooling system.
本発明の一実施態様は、一次冷媒回路には圧縮機、凝縮器及び膨張弁が設けられ、二重管に冷媒導入空間が形成されている。そして、凝縮器の出口で一次冷媒回路から分岐し、前記冷媒導入空間の一端に接続された一次冷媒分岐往路と、冷媒導入空間の他端と圧縮機入口の一次冷媒回路とに接続された一次冷媒分岐復路とを有し、冷媒導入空間に一次冷媒分岐往路を介して一次冷媒を導入するようにすることができる。
これによって、二重管の形成された冷媒導入空間に一次冷媒を導入し、一次冷媒で二重管を冷却できるため、二重管への外部からの入熱を有効に抑制でき、フラッシュガスの発生を抑制できる。
In one embodiment of the present invention, the primary refrigerant circuit is provided with a compressor, a condenser, and an expansion valve, and a refrigerant introduction space is formed in the double pipe. And it branches from the primary refrigerant circuit at the outlet of the condenser and is connected to the primary refrigerant branch forward path connected to one end of the refrigerant introduction space, the other end of the refrigerant introduction space, and the primary refrigerant circuit of the compressor inlet A refrigerant branch return path, and the primary refrigerant can be introduced into the refrigerant introduction space via the primary refrigerant branch forward path.
As a result, the primary refrigerant can be introduced into the refrigerant introduction space where the double pipe is formed, and the double pipe can be cooled with the primary refrigerant, so that heat input from the outside to the double pipe can be effectively suppressed, and the flash gas Generation can be suppressed.
前記実施態様において、冷媒導入空間を二重管の外周面を囲繞するように形成すれば、二重管への外部からの入熱を有効に抑制でき、フラッシュガスの発生を抑制できる。
また、負荷の増減によってカスケードコンデンサやレシーバの圧力変動が起こり、これらの圧力変動が液ポンプの吸入ヘッドを低下させてキャビテーションに至る場合がある。本実施態様では、一次冷媒で復路のCO2冷媒を予冷することで、事前に増加負荷分を予冷でき、前記圧力変動を抑えることができる。
In the above embodiment, if the refrigerant introduction space is formed so as to surround the outer peripheral surface of the double pipe, heat input from the outside to the double pipe can be effectively suppressed, and generation of flash gas can be suppressed.
In addition, pressure fluctuations in the cascade capacitor and the receiver may occur due to increase / decrease in the load, and these pressure fluctuations may lower the suction head of the liquid pump and lead to cavitation. In this embodiment, by precooling the CO2 refrigerant in the return path with the primary refrigerant, the increased load can be precooled in advance, and the pressure fluctuation can be suppressed.
あるいは場合よっては、前記冷媒導入空間を内側流路と外側流路の間に形成してもよい。これによって、往路を形成する内側流路の断熱を有効に行うことができる。 Or depending on the case, you may form the said refrigerant | coolant introduction space between an inner side flow path and an outer side flow path. As a result, it is possible to effectively insulate the inner flow path that forms the forward path.
本発明の一実施態様は、負荷側冷却器が、車両の車載タンクにガス燃料を充填する高圧ガス充填設備に設けられ、高圧ガス充填設備から車載タンクに搭載されるガス燃料を冷却するものである。
これによって、高圧充填によるガス燃料の昇温を抑制し、ガス燃料の車両への充填を効率的に行うことができる。
In one embodiment of the present invention, the load-side cooler is provided in a high-pressure gas filling facility that fills a vehicle-mounted tank of a vehicle with gas fuel, and cools the gas fuel mounted on the vehicle-mounted tank from the high-pressure gas filling facility. is there.
Thereby, the temperature rise of the gas fuel due to the high-pressure filling can be suppressed, and the vehicle can be efficiently filled with the gas fuel.
本発明によれば、冷却システムでCO2冷媒を負荷側冷却器に送る場合に、低コストかつ省スペースな手段でフラッシュガスの発生や入熱等をなくし、冷却能力のロスを効果的に抑制できる。 According to the present invention, when CO2 refrigerant is sent to a load-side cooler in a cooling system, generation of flash gas, heat input, and the like can be eliminated by low-cost and space-saving means, and loss of cooling capacity can be effectively suppressed. .
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.
(実施形態1)
本発明の第1実施形態に係る冷却システムを図1〜図5に基づいて説明する。図1において、本実施形態に係る冷却システム10Aは、一次冷媒回路12、二次冷媒回路14及び負荷側冷却器16で構成されている。
一次冷媒回路12は一次冷媒が循環しており、一次冷媒として、例えば、NH3、炭化水素等の自然冷媒、又はフロン系冷媒が用いられている。一次冷媒回路12には、圧縮機18、凝縮器20、膨張弁22及びカスケードコンデンサ24が介設されている。圧縮機18として例えば往復動式圧縮機などが用いられ、カスケードコンデンサ24として例えばシェルアンドプレート式熱交換器などが用いられる。
(Embodiment 1)
A cooling system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, a cooling system 10 </ b> A according to this embodiment includes a primary
In the
ガス状の一次冷媒は圧縮機18で圧縮された後、凝縮器20で凝縮され液状となる。液状となった一次冷媒は膨張弁22で減圧され、カスケードコンデンサ24でCO2冷媒を冷却し、一次冷媒は蒸発する。
The gaseous primary refrigerant is compressed by the
二次冷媒回路14はCO2冷媒が循環している。二次冷媒回路14にはレシーバ30が介設され、カスケードコンデンサ24とレシーバ30とは、CO2循環路32で接続されている。レシーバ30内のCO2冷媒ガスはカスケードコンデンサ24に送られ、カスケードコンデンサ24で冷却液化される。カスケードコンデンサ24で液化されたCO2冷媒液は重力で下降しレシーバ30に戻る。
In the secondary
二次冷媒回路14は往路14aと復路14bとで構成されている。レシーバ30の出口側の往路14aには給液量可変型の液ポンプ34が設けられている。二次冷媒回路14は負荷側冷却器16まで導設されている。負荷側冷却器16は、水素ガスが高圧で貯蔵された水素ステーション42に設けられている。水素ステーション42には、貯蔵タンク(不図示)に水素ガスが高圧状態で貯蔵されている。負荷側冷却器16には水素ガスの導管44が導設されており、車両の車載タンクに該水素ガスを供給するとき、該水素ガスを事前に冷却する。
The secondary
レシーバ30出口の往路14aには流量調整弁36が設けられ、負荷側冷却器16入口の往路14aには圧力調整弁38が設けられている。往路14aは負荷側冷却器16の内部に設けられた伝熱管の入口に接続され、復路14bは負荷側冷却器16の該伝熱管の出口に接続されている。
流量調整弁36と圧力調整弁38との間の往路14a及び復路14bは、二重管40Aで構成されている。以下、図2及び図3に基づいて二重管40Aの構成を説明する。
A flow
The
図2及び図3において、二重管40Aは、円形断面を有し、径が異なる2つの内管46及び外管48で構成されている。内管46と外管48とは同心状に配置されている。内管46は往路14aに接続され、内管46の内部に内側流路F1が形成されている。外管48は復路14bに接続され、外管48の内側に外側流路F2が形成されている。内管46及び外管48は熱伝導性の良いAl又はAlを主成分とするAl合金を用いるとよい。
外管48の外周面は断熱材からなる断熱層50で囲繞されている。断熱層50を構成している断熱材は、例えば、ポリウレタンフオームなどの公知の断熱材である。
2 and 3, the double tube 40 </ b> A is composed of two
The outer peripheral surface of the
かかる構成において、往路14aから−40℃のCO2冷媒液が負荷側冷却器16に送られ、水素ガス管44には、45〜50℃の水素ガスが送られる。負荷側冷却器16で−40℃のCO2冷媒液は水素ガスを−33℃〜−37℃に冷却し、CO2冷媒は気液混合状態となって復路14bから排出される。気液の割合は、例えば蒸発に供される必要冷媒循環量の1.5〜3倍程度に設定されている。復路14bを流れるCO2冷媒は、往路14aを流れるCO2冷媒と比べて、負荷側冷却器16などの配管における圧力損失分だけ減圧するため温度も幾分、例えば−42℃ぐらいまで低下する。
ここで、往路14a及び復路14bを二重管としない従来の冷却システム、及び本実施形態の冷却システムにおいて、CO2冷媒の状態変化を図4、5及び図9、10に基づいて説明する。
In such a configuration, −40 ° C. CO 2 refrigerant liquid is sent from the
Here, the state change of the CO2 refrigerant in the conventional cooling system in which the
図9は従来の冷却システムを模式的に示し、図10は従来の冷却システムのモリエル線図を示している。
従来の冷却システムにおいて、往路14aを流れるCO2冷媒はe→dの間で侵入熱と圧力損失でeの位置が飽和液線に近づいている。そのため、液ポンプ34のポンプ圧力を高くしないと、e位置で気化が起る。また、負荷側冷却器16の入口(d位置)のエンタルピも高くなり、液ポンプ34のポンプ圧力をさらに高くしないと、CO2冷媒は気化が起った状態で負荷側冷却器16に送られる。そのため、冷媒供給量が不安になったり、負荷側冷却器16内での圧力損失が増え、かつ冷媒循環量(kg/s)当りの潜熱が小さくなり、冷却能力が低下する。
FIG. 9 schematically shows a conventional cooling system, and FIG. 10 shows a Mollier diagram of the conventional cooling system.
In the conventional cooling system, the CO2 refrigerant flowing in the
図4は冷却システム10Aのモリエル線図を示し、図5は、図4のモリエル線図を説明するため、冷却システム10Aを模式的に示している。
本実施形態では、往路14aを流れるCO2冷媒はe→dの間でCO2冷媒の圧力損失を考慮する必要があるが、復路14bを流れるCO2冷媒で冷却されるため、気化することはない。そのため、圧力損失のみを考慮すればよいため、液ポンプ34のポンプ圧力を小さくすることができる。
FIG. 4 shows a Mollier diagram of the
In the present embodiment, the CO2 refrigerant flowing in the
本実施形態によれば、二重管40Aにおいて、内側流路F1を流れるCO2冷媒液より低温のCO2冷媒を外側流路F2に流すことで、内側流路F1を流れるCO2冷媒の断熱が効果的に行われる。そのため、往路14aを流れるCO2冷媒液のフラッシュガスの発生及び冷却能力のロスを効果的に抑制できる。従って、CO2冷媒の配管系統が長くなっても、フラッシュガスの発生を確実に防止できる。
また、CO2配管系統を二重管40Aとしたことで、設置スペースを縮小でき、設置スペース上の制約をクリアできる。さらに、外側流路F2を熱伝達係数が小さく、かつ体積が大きい気液混合状態のCO2冷媒が流れる流路としたことで、外部からの入熱を効果的に抑制できると共に、2つの流路の流路断面積をバランス良く配分できる。
According to the present embodiment, in the
In addition, since the CO2 piping system is the
また、内側流路F1を流れるCO2冷媒液に対して、圧力がわずか程度しか変わらない気液混合状態のCO2冷媒が外側流路F2を流れるため、内側流路F1を形成する内管46に耐圧性能を付与する必要がなく低コスト化できる。例えば、内管46にポリエチレン管などのフレキシブルな管を用いることで、配管設置工数を低減できると共に、配管材料費を節減できる。
また、二重管40Aの外周を断熱層50で囲繞したことで、外部からの入熱を遮断でき、そのため、冷却システム10Aの冷却能力のロス及び熱効率の低下を防止できる。
さらに、外側流路F2を流れるCO2冷媒は内側流路F1を流れるCO2冷媒より温度が幾分低下するので、外側流路F2を流れるCO2冷媒で内側流路F1を流れるCO2冷媒を冷却する効果もある。
Further, since the CO2 refrigerant in a gas-liquid mixed state whose pressure changes only slightly to the CO2 refrigerant liquid flowing in the inner flow path F1 flows in the outer flow path F2, the
Moreover, the heat input from the outside can be shut off by surrounding the outer periphery of the
Further, since the temperature of the CO2 refrigerant flowing through the outer flow path F2 is somewhat lower than that of the CO2 refrigerant flowing through the inner flow path F1, the effect of cooling the CO2 refrigerant flowing through the inner flow path F1 with the CO2 refrigerant flowing through the outer flow path F2 is also achieved. is there.
さらに、負荷側冷却器16が、車両の車載タンクに水素ガスを充填する水素ステーション42に設けられ、水素ステーション42から車両の車載タンクに搭載される水素ガスを冷却するため、車載タンクに高圧充填される水素ガスの昇温を抑制し、水素ガスの車両への充填効率を高めることができる。
本実施形態では、内管46と外管48とは同心状に配置されているが、本発明ではこの配置に限定されない。即ち、内管46と外管48とを偏心して配置してもよい。
Furthermore, the load-
In the present embodiment, the
(実施態様2)
次に、本発明の第2実施形態を図6に基づいて説明する。本実施形態に係る三重管40Bは、内側流路F1を形成する内管46と、外側流路F2を形成する外管48とで構成される二重管のさらに外側にこれらの管と同心状に配置された円形断面の管52を設けている。管52の内側には、真空圧に保持された断熱空間sが形成されている。断熱空間sに連通する管路49が設けられ、管路49には開閉弁51が設けられている。管路49は真空ポンプなどの減圧装置(不図示)に接続されている。該減圧装置で管路49を介し真空引きすることで、断熱空間sをほぼ真空圧とすることができる。なお、断熱空間sは管軸方向に仕切板で複数に仕切り、各断熱空間sに管路49を接続するようにしてもよい。その他の構成は第1実施形態と同一である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
本実施形態によれば、外側流路F2の外側に真空圧に保持された断熱空間sを形成したことで、内側流路F1や外側流路F2に対する断熱性能をさらに向上できる。そのため、往路14aを流れるCO2冷媒液のフラッシュガスの発生及び冷却能力のロスを効果的に抑制でき、かつ復路14bを流れるCO2冷媒の予冷効果をさらに発揮できる。
According to this embodiment, the heat insulation performance with respect to the inner flow path F1 and the outer flow path F2 can be further improved by forming the heat insulation space s held at the vacuum pressure outside the outer flow path F2. Therefore, generation of flash gas of the CO2 refrigerant liquid flowing in the
(実施形態3)
次に、本発明の第3実施形態を図7及び図8に基づいて説明する。本実施形態に係る冷却システム10Bにおいては、図8に示すように、CO2冷媒の往路14aと復路14bを形成する流路が三重管40Cで構成されている。
三重管40Cは、内側流路F1を形成する内管46と、外側流路F2を形成する外管48とで構成される二重管のさらに外側に、これらの管と同心状に配置された管54が設けられている。管54の内側には、一次冷媒を導入する冷媒導入空間rが形成され、管54の外周面は前記第1実施形態と同様の断熱層50で囲繞されている。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the
The
また、図7に示すように、一次冷媒回路12では、第1実施形態の一次冷媒回路12の構成に加えて、さらに次の構成を付加している。即ち、凝縮器20の出口で一次冷媒回路12から分岐し、冷媒導入空間rの一端(液ポンプ34に近い側の端部)に接続された一次冷媒分岐往路56と、冷媒導入空間rの他端と圧縮機18入口の一次冷媒回路12とに接続された一次冷媒分岐復路58とを有している。一次冷媒分岐往路56には膨張弁57が設けられている。その他の構成は第1実施形態と同一である。
Moreover, as shown in FIG. 7, in the
かかる構成において、冷却システム10Bの運転中、冷媒導入空間rに一次冷媒分岐往路56を介して一次冷媒が導入される。一次冷媒分岐往路56を流れる一次冷媒は、膨張弁57を通り、冷媒導入空間rに充填される。冷媒導入空間rに充填された一次冷媒は、外部及び外側流路F2及び内側流路F1を流れるCO2冷媒から蒸発潜熱を吸収して気化する。その後、一次冷媒分岐復路58を介して圧縮機18入口の一次冷媒回路12に戻される。
In such a configuration, during the operation of the cooling system 10 </ b> B, the primary refrigerant is introduced into the refrigerant introduction space r through the primary refrigerant branch forward
本実施形態によれば、内側流路F1及び外側流路F2を外側から一次冷媒の蒸発潜熱で冷却できるため、これらの流路への外部からの入熱を有効に抑制できる。
また、負荷の増減によってカスケードコンデンサ24やレシーバ30の圧力変動が起こり、これらの圧力変動が液ポンプ34の吸入ヘッドを低下させてキャビテーションに至る場合があるが、本実施形態では、一次冷媒で復路14bのCO2冷媒を予冷することで、事前に増加負荷分を予冷でき、前記圧力変動を抑えることができる。
また、三重管40Cにおいて、外側流路F2を流れるCO2冷媒と冷媒導入空間rを流れる一次冷媒とは互いに向流に流れているので、一次冷媒によるCO2冷媒の冷却効果をさらに高めることができる。
According to this embodiment, since the inner flow path F1 and the outer flow path F2 can be cooled from the outside by the latent heat of evaporation of the primary refrigerant, heat input from the outside to these flow paths can be effectively suppressed.
Further, pressure fluctuations in the
Further, in the
なお、本実施形態では、冷媒導入空間rを外管48の外側に配置したが、冷媒導入空間rを内管46と外管48との間に配置するようにしてもよい。
In this embodiment, the refrigerant introduction space r is arranged outside the
本発明によれば、冷却システムでCO2冷媒を負荷側冷却器に送る場合に、低コスト化かつ省スペースな手段でフラッシュガスの発生や入熱等をなくし、冷却能力のロスを効果的に抑制できる。 According to the present invention, when CO2 refrigerant is sent to the load side cooler in the cooling system, generation of flash gas and heat input are eliminated by cost-saving and space-saving means, and loss of cooling capacity is effectively suppressed. it can.
10A、10B 冷却システム
12 一次冷媒回路
14 二次冷媒回路
14a 往路
14b 復路
16 負荷側冷却器
18 圧縮機
20 凝縮器
22、57 膨張弁
24 カスケードコンデンサ
36 流量調整弁
30 レシーバ
32 CO2循環路
34 液ポンプ
38 圧力調整弁
40A 二重管
40B、40C 三重管
42 水素ステーション(高圧ガス充填設備)
44 導管
46 内管
48 外管
49 管路
50 断熱層
51 開閉弁
52、54 管
56 一次冷媒分岐往路
58 一次冷媒分岐復路
F1 内側流路
F2 外側流路
r 冷媒導入空間
s 断熱空間
10A,
44
Claims (6)
前記一次冷媒回路とカスケードコンデンサを介して接続され、二次冷媒としてCO2冷媒が流れる二次冷媒回路と、
前記二次冷媒回路に設けられ、前記カスケードコンデンサで液化されたCO2冷媒を一旦貯留し、気液分離するレシーバと、
前記レシーバに貯留されたCO2冷媒液を負荷側冷却器に導入する往路、及び該負荷側冷却器で被冷却物を冷却した後の気液混合状態のCO2冷媒を前記レシーバに戻す復路からなるCO2配管系統とを有するCO2冷媒を用いた冷却システムであって、
前記CO2配管系統は、
前記往路に設けられた液ポンプと前記負荷側冷却器との間の領域で、前記往路と前記復路とは二重壁で内側流路及び外側流路が形成された二重管で構成され、
前記二重管において、前記往路を流れるCO2冷媒液は前記内側流路を流れ、前記復路を流れる気液混合状態のCO2冷媒は前記外側流路を流れるように構成され、
前記二重管は、前記レシーバにおける飽和液状態から前記液ポンプを経て過冷却状態となって前記内側流路を流れる前記CO2冷媒液が該過冷却状態のまま前記負荷側冷却器に流入するように、前記負荷側冷却器において前記気液混合状態となった前記CO2冷媒を前記レシーバに向けて前記外側流路に流すように構成された
ことを特徴とするCO2冷媒を用いた冷却システム。 A primary refrigerant circuit in which a primary refrigerant flows and forms a refrigeration cycle;
A secondary refrigerant circuit that is connected to the primary refrigerant circuit via a cascade capacitor and through which CO2 refrigerant flows as a secondary refrigerant;
A receiver that is provided in the secondary refrigerant circuit, temporarily stores the CO2 refrigerant liquefied by the cascade condenser, and performs gas-liquid separation;
CO2 comprising a forward path for introducing the CO2 refrigerant liquid stored in the receiver to the load-side cooler, and a return path for returning the CO2 refrigerant in a gas-liquid mixed state after the object to be cooled is cooled by the load-side cooler to the receiver A cooling system using a CO2 refrigerant having a piping system,
The CO2 piping system is
In the region between the liquid pump provided in the forward path and the load-side cooler, the forward path and the return path are constituted by a double pipe in which an inner flow path and an outer flow path are formed by a double wall,
In the double pipe, the CO2 refrigerant liquid flowing through the forward path flows through the inner flow path, and the gas-liquid mixed CO2 refrigerant flowing through the return path is configured to flow through the outer flow path ,
The double pipe is changed from a saturated liquid state in the receiver to a supercooled state via the liquid pump so that the CO2 refrigerant liquid flowing through the inner flow path flows into the load side cooler in the supercooled state. In addition, the CO2 refrigerant that is configured to flow the CO2 refrigerant in the gas-liquid mixed state in the load-side cooler to the outer flow path toward the receiver is used. Cooling system.
前記二重管に冷媒導入空間が形成され、
前記凝縮器の出口で前記一次冷媒回路から分岐し、前記冷媒導入空間の一端に接続された一次冷媒分岐往路と、
前記冷媒導入空間の他端と前記圧縮機入口の前記一次冷媒回路とに接続された一次冷媒分岐復路とを有し、
前記冷媒導入空間に前記一次冷媒分岐往路を介して前記一次冷媒を導入するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のCO2冷媒を用いた冷却システム。 The primary refrigerant circuit is provided with a compressor, a condenser and an expansion valve,
A refrigerant introduction space is formed in the double pipe,
Branched from the primary refrigerant circuit at the outlet of the condenser, and connected to one end of the refrigerant introduction space, a primary refrigerant branch forward path;
A primary refrigerant branch return path connected to the other end of the refrigerant introduction space and the primary refrigerant circuit at the compressor inlet;
The cooling system using CO2 refrigerant according to claim 1, wherein the primary refrigerant is introduced into the refrigerant introduction space via the primary refrigerant branch forward path.
車両の車載タンクにガス燃料を充填する高圧ガス充填設備に設けられ、前記高圧ガス充填設備から前記車載タンクに搭載されるガス燃料を冷却するものであることを特徴とする請求項1に記載のCO2冷媒を用いた冷却システム。 The load side cooler is:
2. The high-pressure gas filling facility for filling the on-vehicle tank of the vehicle with gas fuel, and cooling the gas fuel mounted on the on-vehicle tank from the high-pressure gas filling facility. Cooling system using CO2 refrigerant.
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