JP6372778B2 - Refrigeration equipment - Google Patents
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Description
本発明は、能力改善を目的としてガスクーラから出た冷媒を分流し、補助膨張弁にて膨張させる補助回路を有した冷媒回路から構成される冷凍装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration apparatus including a refrigerant circuit having an auxiliary circuit that diverts a refrigerant discharged from a gas cooler and expands it with an auxiliary expansion valve for the purpose of improving performance.
従来より此の種冷凍装置では、圧縮機と、この圧縮機から吐出された冷媒を冷却するガスクーラと、ガスクーラを出た冷媒を膨張させる膨張弁と、この膨張弁を経た冷媒が蒸発する蒸発器とから冷媒回路が構成されている。また、冷凍装置の冷凍能力を改善する目的で、例えばガスクーラから出た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁にて膨張させ、蒸発させることで、分流点前の冷媒や分流後の主回路の冷媒を過冷却する補助回路を設けたものも開発されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
Conventionally, in this kind of refrigeration apparatus, a compressor, a gas cooler that cools the refrigerant discharged from the compressor, an expansion valve that expands the refrigerant that has exited the gas cooler, and an evaporator that evaporates the refrigerant that has passed through the expansion valve A refrigerant circuit is configured from the above. Also, for the purpose of improving the refrigerating capacity of the refrigeration system, for example, the refrigerant discharged from the gas cooler is diverted, and the diverted refrigerant is expanded by the auxiliary expansion valve and evaporated, so that the refrigerant before the diversion point or after the diversion is obtained. The thing which provided the auxiliary circuit which supercools the refrigerant | coolant of a main circuit is also developed (for example, refer
係る補助回路を設けた冷凍装置によれば、ガスクーラを経た後の高圧側冷媒を過冷却することができるため、エンタルピー差を拡大して冷凍能力の改善を図ることができる。また、補助回路を経た冷媒は圧縮機の中間圧部に戻されるため、圧縮機の圧縮仕事が低減されて運転効率も改善することができるものであった。 According to the refrigeration apparatus provided with such an auxiliary circuit, the high-pressure side refrigerant after passing through the gas cooler can be supercooled, so that the enthalpy difference can be expanded to improve the refrigeration capacity. Further, since the refrigerant that has passed through the auxiliary circuit is returned to the intermediate pressure portion of the compressor, the compression work of the compressor can be reduced and the operation efficiency can be improved.
しかしながら、夏場等の高外気温環境では、ガスクーラを出た冷媒の温度が高くなるため(外気温度までしか冷却できないため)、補助回路に分流される冷媒の温度も高くなり、前記膨張弁に流入する冷媒を過冷却する能力が低下する。そのために補助回路に流す冷媒量を増やすと、今度は圧縮機の中間圧部の圧力が高くなり、吐出圧力と温度も上昇してしまう問題があった。 However, in a high outside air temperature environment such as summer, the temperature of the refrigerant that has exited the gas cooler increases (because it can only be cooled to the outside air temperature), so the temperature of the refrigerant that is diverted to the auxiliary circuit also increases and flows into the expansion valve. The ability to supercool the refrigerant to be reduced is reduced. For this reason, when the amount of refrigerant flowing through the auxiliary circuit is increased, the pressure of the intermediate pressure portion of the compressor is increased, and the discharge pressure and temperature are also increased.
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、補助回路を有する冷媒回路から構成された冷凍装置において、能力改善効果が確実に得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and an object of the present invention is to reliably obtain a performance improvement effect in a refrigeration apparatus including a refrigerant circuit having an auxiliary circuit. And
上記課題を解決するために、本発明の冷凍装置は、高段側冷媒回路と、低段側冷媒回路とを備え、この低段側冷媒回路は、圧縮機から吐出されてガスクーラを経た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁にて膨張させる補助回路を有し、高段側冷媒回路は、冷媒を蒸発させて低段側冷媒回路の補助膨張弁に流入する補助回路の冷媒を冷却するものであり、前記低段側冷媒回路は、前記補助膨張弁より上流側の前記補助回路に設けられた第1の過冷却熱交換器と、前記ガスクーラの下流側であって前記補助回路との分流点より上流側に設けられた第2の過冷却熱交換器を備え、前記高段側冷媒回路は、前記低段側冷媒回路の第1の過冷却熱交換器と第1のカスケード熱交換器を構成する第1の蒸発器と、前記低段側冷媒回路の第2の過冷却熱交換器と第2のカスケード熱交換器を構成する第2の蒸発器を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the refrigeration apparatus of the present invention includes a high-stage refrigerant circuit and a low-stage refrigerant circuit, and the low-stage refrigerant circuit supplies the refrigerant discharged from the compressor and passed through the gas cooler. The auxiliary circuit expands the divided refrigerant by the auxiliary expansion valve, and the high stage side refrigerant circuit evaporates the refrigerant and flows the refrigerant of the auxiliary circuit flowing into the auxiliary expansion valve of the low stage side refrigerant circuit. The low-stage refrigerant circuit is a first subcooling heat exchanger provided in the auxiliary circuit upstream of the auxiliary expansion valve, and is downstream of the gas cooler and is connected to the auxiliary circuit. And a second supercooling heat exchanger provided upstream from the branch point of the first stage, and the high stage refrigerant circuit includes a first cascade of the low stage refrigerant circuit and a first cascade. A first evaporator constituting a heat exchanger, and a second subcooling of the low-stage refrigerant circuit Characterized by comprising a second evaporator which constitutes the heat exchanger and the second cascade heat exchanger.
請求項2の発明の冷凍装置は、上記発明において第1の蒸発器は、高段側冷媒回路の冷媒流に対して第2の蒸発器の上流側に設けられることを特徴とする。 The refrigeration apparatus according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the first evaporator is provided upstream of the second evaporator with respect to the refrigerant flow of the higher stage refrigerant circuit.
請求項3の発明の冷凍装置は、請求項1又は請求項2の発明において補助回路は、補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の第2の過冷却熱交換器の下流側であって、前記分流点より上流側の低段側冷媒回路の冷媒を冷却することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the refrigeration apparatus according to the first or second aspect of the invention, wherein the auxiliary circuit is downstream of the second subcooling heat exchanger of the low-stage side refrigerant circuit by the refrigerant expanded by the auxiliary expansion valve. The refrigerant in the low-stage refrigerant circuit at the upstream side of the diversion point is cooled.
請求項4の発明の冷凍装置は、請求項1又は請求項2の発明において低段側冷媒回路の冷媒は、前記分流点にて主回路に流れる冷媒と、補助回路に流れる冷媒とに分流されると共に、補助回路は、補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の分流点より下流側の主回路の冷媒を冷却することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the refrigeration apparatus according to the first or second aspect of the present invention, wherein the refrigerant in the low-stage refrigerant circuit is divided into the refrigerant flowing through the main circuit and the refrigerant flowing through the auxiliary circuit at the branch point. And the auxiliary circuit cools the refrigerant in the main circuit downstream from the branch point of the low-stage refrigerant circuit by the refrigerant expanded by the auxiliary expansion valve.
請求項5の発明の冷凍装置は、請求項3又は請求項4の発明において補助回路は、低段側冷媒回路の圧縮機の中間圧部に冷媒を戻すことを特徴とする。 A refrigeration apparatus according to a fifth aspect of the invention is characterized in that, in the third or fourth aspect of the invention, the auxiliary circuit returns the refrigerant to the intermediate pressure portion of the compressor of the low stage side refrigerant circuit.
請求項6の発明の冷凍装置は、請求項1又は請求項2の発明において補助回路は、補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の圧縮機を冷却することを特徴とする。 A refrigeration apparatus according to a sixth aspect of the invention is characterized in that, in the first or second aspect of the invention, the auxiliary circuit cools the compressor of the low-stage refrigerant circuit with the refrigerant expanded by the auxiliary expansion valve. .
請求項7の発明の冷凍装置は、上記各発明において高段側冷媒回路の第1及び第2の蒸発器の冷媒蒸発温度は、低段側冷媒回路のガスクーラを経た冷媒の温度より低く制御されることを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a seventh aspect of the present invention, in each of the above inventions, the refrigerant evaporation temperatures of the first and second evaporators of the higher stage refrigerant circuit are controlled to be lower than the temperature of the refrigerant that has passed through the gas cooler of the lower stage refrigerant circuit. It is characterized by that.
請求項8の発明の冷凍装置は、上記各発明において高段側冷媒回路は、外気温度が低い環境では運転が停止されることを特徴とする。 The refrigeration apparatus according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that, in each of the above inventions, the operation of the high stage side refrigerant circuit is stopped in an environment where the outside air temperature is low.
請求項9の発明の冷凍装置は、上記各発明において低段側冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。
The refrigeration apparatus of the invention of
本発明の冷凍装置は、高段側冷媒回路と、低段側冷媒回路とを備え、この低段側冷媒回路は、圧縮機から吐出されてガスクーラを経た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁にて膨張させる補助回路を有し、高段側冷媒回路は、冷媒を蒸発させて低段側冷媒回路の補助膨張弁に流入する補助回路の冷媒を冷却するようにしたので、例えば、請求項3や請求項4の発明の如く低段側冷媒回路のガスクーラを経た冷媒を分流して、分流前や分流後の冷媒を過冷却するための補助回路を流れる冷媒を、高段側冷媒回路の冷媒を蒸発させて冷却することができるので、特に夏場等の高外気温環境下において、補助回路による低段側冷媒回路の能力改善効果を確実に得ることが可能となる。
この場合、低段側冷媒回路が、補助膨張弁より上流側の補助回路に設けられた第1の過冷却熱交換器と、ガスクーラの下流側であって補助回路との分流点より上流側に設けられた第2の過冷却熱交換器を備え、高段側冷媒回路が、低段側冷媒回路の第1の過冷却熱交換器と第1のカスケード熱交換器を構成する第1の蒸発器と、低段側冷媒回路の第2の過冷却熱交換器と第2のカスケード熱交換器を構成する第2の蒸発器を備えることにより、低段側冷媒回路のガスクーラを出た冷媒も高段側冷媒回路の冷媒を蒸発させて冷却することができるようになり、一層の能力改善を実現することができる。
The refrigeration apparatus of the present invention includes a high-stage refrigerant circuit and a low-stage refrigerant circuit, and the low-stage refrigerant circuit divides the refrigerant discharged from the compressor and passed through the gas cooler, and the divided refrigerant is Since it has an auxiliary circuit that is expanded by the auxiliary expansion valve, the high-stage refrigerant circuit evaporates the refrigerant and cools the refrigerant in the auxiliary circuit flowing into the auxiliary expansion valve of the low-stage refrigerant circuit. The refrigerant flowing through the auxiliary circuit for diverting the refrigerant that has passed through the gas cooler of the low stage side refrigerant circuit as in the inventions of
In this case, the low-stage refrigerant circuit is downstream of the first supercooling heat exchanger provided in the auxiliary circuit upstream of the auxiliary expansion valve and the gas cooler and upstream of the branch point of the auxiliary circuit. A first evaporation comprising a second subcooling heat exchanger provided, wherein the high stage side refrigerant circuit constitutes the first subcooling heat exchanger and the first cascade heat exchanger of the low stage side refrigerant circuit. And a second evaporator constituting the second subcooling heat exchanger of the low stage side refrigerant circuit and the second cascade heat exchanger, the refrigerant that has exited the gas cooler of the low stage side refrigerant circuit is also provided. It becomes possible to evaporate and cool the refrigerant in the higher stage side refrigerant circuit, thereby realizing further improvement in performance.
また、請求項6の発明の如く補助回路の補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の圧縮機を冷却する場合にも、補助回路により圧縮機を効果的に冷却して、能力改善効果を確実に得ることが可能となる。
Further, when the compressor of the low-stage refrigerant circuit is cooled by the refrigerant expanded by the auxiliary expansion valve of the auxiliary circuit as in the invention of
特に、請求項2の発明の如く第1の蒸発器を、高段側冷媒回路の冷媒流に対して第2の蒸発器の上流側に設ければ、補助回路による過冷却効果を確実に実施することができるようになる。
In particular, if the first evaporator is provided on the upstream side of the second evaporator with respect to the refrigerant flow of the high-stage refrigerant circuit as in the invention of
また、請求項3の発明の如く補助回路が、補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の第2の過冷却熱交換器の下流側であって、前記分流点より上流側の低段側冷媒回路の冷媒を冷却することにより、温度的により安定した冷媒を補助回路に流すことが可能となる。
Further, as in the invention of
また、請求項5の発明の如く補助回路が、低段側冷媒回路の圧縮機の中間圧部に冷媒を戻すことにより、圧縮機における圧縮仕事を低減して運転効率の改善も実現することができるようになる。 Further, as in the invention of claim 5 , the auxiliary circuit returns the refrigerant to the intermediate pressure portion of the compressor of the low stage side refrigerant circuit, thereby reducing the compression work in the compressor and improving the operation efficiency. become able to.
また、請求項7の発明の如く高段側冷媒回路の第1及び第2の蒸発器の冷媒蒸発温度を、低段側冷媒回路のガスクーラを経た冷媒の温度より低く制御することで、高段側冷媒回路の冷媒により低段側冷媒回路の補助回路の冷媒や、ガスクーラを経た冷媒を的確に冷却することが可能となる。 According to the seventh aspect of the present invention, the refrigerant evaporating temperature of the first and second evaporators of the high stage side refrigerant circuit is controlled to be lower than the temperature of the refrigerant passing through the gas cooler of the low stage side refrigerant circuit. The refrigerant in the auxiliary refrigerant circuit in the low-stage refrigerant circuit and the refrigerant that has passed through the gas cooler can be accurately cooled by the refrigerant in the refrigerant circuit on the side.
更に、請求項8の発明の如く高段側冷媒回路を、外気温度が低い環境では運転停止することで、低段側冷媒回路の補助回路による能力改善効果が悪化する場合のみ高段側冷媒回路を運転して、不要な高段側冷媒回路の運転を回避し、効率の悪化を解消することが可能となる。
Further, the high stage side refrigerant circuit is stopped only in the case where the performance improvement effect by the auxiliary circuit of the low stage side refrigerant circuit is deteriorated by stopping the operation of the high stage side refrigerant circuit in the environment where the outside air temperature is low as in the invention of
そして、上記各発明の冷凍装置は、請求項9の発明の如く低段側冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を使用する場合に特に有効である。 The refrigeration apparatus of each of the above inventions is particularly effective when carbon dioxide is used as the refrigerant in the low-stage refrigerant circuit as in the ninth aspect of the invention.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は本発明を適用した一実施例の冷凍装置1の冷媒回路図である。この実施例の冷凍装置1は、スーパーマーケット等の店舗に設置されるショーケースを冷却するものであり、それぞれ独立した冷媒閉回路を構成する高段側冷媒回路2と低段側冷媒回路3とから構成されている。高段側冷媒回路2は、圧縮機4と、この圧縮機4の吐出側に接続されたガスクーラ(又は凝縮器)6と、このガスクーラ6の出口側に接続された膨張弁7と、膨張弁7の出口側に接続された第1の蒸発器8と、第2の蒸発器9とから構成されている。
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigerating
第2の蒸発器9の出口は圧縮機4の吸込側に接続されているが、この第2の蒸発器9と圧縮機4の間には内部熱交換器11が設けられている。この内部熱交換器11は、ガスクーラ6から膨張弁7に向かう高圧側冷媒が流れる第1の流路11Aと、第2の蒸発器9から圧縮機4に向かう低圧側冷媒が流れる第2の流路11Bを有しており、これら流路11Aと11Bを冷媒の間で熱交換を行わせるものである。そして、この高段側冷媒回路2内には、冷媒として二酸化炭素等の自然冷媒、或いは、HFO冷媒、HFC冷媒が封入されている。
The outlet of the
一方、低段側冷媒回路3は、第1の圧縮要素13と第2の圧縮要素14を備えた二段圧縮式の圧縮機12と、この圧縮機12の第2の圧縮要素14の吐出側に接続されたガスクーラ16と、このガスクーラ16の出口側に接続された第2の過冷却熱交換器17と、この第2の過冷却熱交換器17の出口側に接続された中間熱交換器18の第1の流路18Aと、この中間熱交換器18の第1の流路18Aの出口に接続された分流器(分流点)19と、この分流器19から分岐した主回路21に並列に接続された膨張弁(主膨張弁)22及び蒸発器23の直列回路と、分流器19から分岐した補助回路26とから構成されている。
On the other hand, the low-
低段側冷媒回路3の膨張弁22及び蒸発器23は、店舗内に複数台(実施例では2台)設置されたショーケースSにそれぞれ設けられており、各蒸発器23が圧縮機12の第1の圧縮要素13の吸込側に接続される。尚、高段側冷媒回路2の全て、及び、低段側冷媒回路補助回路3の膨張弁22及び蒸発器23以外の機器は、店舗外に設置された冷凍機に設置され、分流器19から分岐した主回路21と圧縮機12の第1の圧縮要素13の吸込側が冷媒配管27、28により各ショーケースSの膨張弁22と蒸発器23に接続される。
The
前記補助回路26は、低段側冷媒回路3の冷凍能力を改善するための回路であり、第1の過冷却熱交換器31と、この第1の過冷却熱交換器31の出口側に接続された補助膨張弁32と、このから補助膨張弁32の出口側に接続された中間熱交換器18の第2の流路18Bを備えている。
The
また、圧縮機12はインタークーラ33を備えている。このインタークーラ33は、圧縮機12の第1の圧縮要素13から吐出された冷媒を冷却(空冷)するものであり、このインタークーラ33を経た後の冷媒が第2の圧縮要素14に吸い込まれて更に圧縮される構成とされている。即ち、インタークーラ33は圧縮機12の中間圧部となる。補助回路26の第2の流路18Bの出口側は、このインタークーラ33の出口に接続されている。そして、この低段側冷媒回路3内には二酸化炭素が冷媒として所定量封入されている。
Further, the
この低段側冷媒回路3の補助回路26の第1の過冷却熱交換器31は、高段側冷媒回路2の第1の蒸発器8と熱交換関係に設けられて第1のカスケード熱交換器36を構成する。また、低段側冷媒回路3の第2の過冷却熱交換器17は、高段側冷媒回路2の第2の蒸発器9と熱交換関係に設けられて第2のカスケード熱交換器37を構成する。尚、各ガスクーラ6、16(インタークーラ33も同様)には、それぞれ図示しない送風機が設けられており、各送風機によって空冷される構成とされている。
The first
図中Cは冷凍装置1の制御手段としてのコントローラである。このコントローラCには、外気温度を検出する外気温度センサ39が接続されており、コントローラCはこの外気温度センサ39を始め、冷凍装置1の各部の温度、圧力を検出する各種センサの出力に基づき、圧縮機4、12や前述した送風機、各膨張弁7、32を制御する。
In the figure, C is a controller as control means of the
尚、ショーケースSに設けられた膨張弁22は、ショーケースS側のコントローラにより制御されるが、このコントローラはコントローラ38と連携して動作し、或いは、更に上位の集中コントローラの支配下でコントローラ38と共に制御されることになる。
The
以上の構成で、次に実施例の冷凍装置1の動作を説明する。コントローラCはショーケースS側からの運転要求に応じて低段側冷媒回路3の圧縮機12を運転するが、高段側冷媒回路2の圧縮機4については、外気温度センサ39が検出する外気温度が所定の高温度(例えば、+30℃等)に上昇した場合に運転し、所定のヒステリシスを有したOFF温度(例えば、+25℃等)以下では高段側冷媒回路2の圧縮機4の運転を停止する。
Next, the operation of the
今は、上記所定の高温度以上の高外気温度環境であるものとすると、コントローラCは低段側冷媒回路3の圧縮機12と高段側冷媒回路2の圧縮機4を起動する。この高段側冷媒回路2の圧縮機4で圧縮され、吐出された冷媒はガスクーラ6に流入し、そこで空冷される。ガスクーラ6で空冷された冷媒は、内部熱交換器11の第1の流路11Aを経て膨張弁7に流入する。冷媒はこの膨張弁7で減圧されて膨張し、先ず第1のカスケード熱交換器36を構成する第1の蒸発器8で蒸発する。
Assuming that the environment is a high outside air temperature environment higher than the predetermined high temperature, the controller C starts the
この第1の蒸発器8で蒸発し、第1の過冷却熱交換器31を冷却する作用を発揮した冷媒は、次に第2のカスケード熱交換器37を構成する第2の蒸発器9に流入して蒸発し、そこで、第2の過冷却熱交換器17を冷却する作用を発揮する。この第2の蒸発器9で蒸発した冷媒は、内部熱交換器11の第2の流路11Bで第1の流路11Aを流れる高圧側冷媒を冷却した後、圧縮機4に吸い込まれて再び圧縮される。
The refrigerant that evaporates in the
一方、低段側冷媒回路3の圧縮機12の第1の圧縮要素13で圧縮された冷媒(二酸化炭素)は、最初にインタークーラ33に流入して空冷される。このインタークーラ33で空冷された冷媒は、圧縮機12の中間圧部に戻り、第2の圧縮要素14に吸い込まれる。この第2の圧縮要素14で二段目の圧縮が行われた冷媒は、ガスクーラ16に流入し、そこで空冷される。
On the other hand, the refrigerant (carbon dioxide) compressed by the
ガスクーラ16を出た冷媒は、次に第2のカスケード熱交換器37を構成する第2の過冷却熱交換器17に流入し、そこで高段側冷媒回路2の第2の蒸発器9から冷却作用を受けて過冷却される。この第2の過冷却熱交換器17を出た冷媒は中間熱交換器18の第1の流路18Aを経て分流器19に至る。この分流器19に至った冷媒は主回路21と補助回路26に分流される。
The refrigerant that has exited the
このうち、主回路21に分流された冷媒は、冷媒配管27を経て各ショーケースSの膨張弁(主膨張弁)22に至り、そこで減圧されて膨張する。膨張弁22を経た冷媒は蒸発器23に入り、そこで蒸発する。このときの吸熱作用で、各ショーケースS内を冷却する。蒸発器23を出た冷媒は冷媒配管28を経て圧縮機12の第1の圧縮要素13に吸い込まれ、一段目の圧縮が行われる。
Among these, the refrigerant branched into the
他方、補助回路26に分流された冷媒は、第1のカスケード熱交換器36を構成する第1の過冷却熱交換器31に流入し、そこで高段側冷媒回路2の第1の蒸発器8から冷却作用を受けて過冷却される。この第1の過冷却熱交換器31を出た冷媒は補助膨張弁32で減圧されて膨張する。この補助膨張弁32を経た冷媒は中間熱交換器18の第2の流路18Bに流入して蒸発する。このときの冷却作用で第2の過冷却熱交換器17を出て中間熱交換器18の第1の流路18Aに流入した冷媒を過冷却する。
On the other hand, the refrigerant divided into the
この中間熱交換器18の第2の流路18Bを出た冷媒は、インタークーラ33の出口でこのインタークーラ33を経た冷媒に合流した後、圧縮機12の第2の圧縮要素14に吸い込まれて圧縮(二段目)される。即ち、補助回路26の冷媒は、圧縮機12の中間圧部に戻されることになる。
The refrigerant that has exited the
図2の向かって右側は、図1の冷凍装置1のP−h線図であり、左側は高段側冷媒回路2が無い、低段側冷媒回路3のみの場合のP−h線図を示している。コントローラCは、高段側冷媒回路2の各蒸発器8、9における冷媒の蒸発温度が、低段側冷媒回路3のガスクーラ16を経た冷媒の温度よりも低くなるように冷凍装置1を制御する。これにより、例えば高段側冷媒回路2(図2のL1)の高圧側圧力(圧縮機4の吐出圧力)は9MPa、低圧側圧力(圧縮機4の吸込圧力)は6MPa程となり、低段側冷媒回路3(図2のL2)の高圧側圧力(第2の圧縮要素14の吐出圧力)は7MPa、中間圧(第2の圧縮要素14の吸込圧力、即ち、第1の圧縮要素13の吐出圧力)は5MPa、低圧側圧力(第1の圧縮要素13の吸込圧力)は3MPa程となる。また、低段側冷媒回路3のガスクーラ16を出た冷媒の温度は+30℃程であるが、第2の過冷却熱交換器17を出た冷媒の温度は+20℃程まで低下する。
The right side of FIG. 2 is a Ph diagram of the
一方、図2の向かって左側の如く低段側冷媒回路3のみの場合には、高圧側圧力は8MPa、中間圧は5MPa、低圧側圧力は3MPa程である。これらの図からも明らかな如く、第2のカスケード熱交換器37を構成する高段側冷媒回路2の第2の蒸発器9で低段側冷媒回路3のガスクーラ16を出た冷媒を過冷却することにより、低段側冷媒回路3の高圧側圧力は抑えられている。
On the other hand, in the case of only the low-
また、図2にL3で示す部分が第1のカスケード熱交換器36を構成する高段側冷媒回路2の第1の蒸発器8による補助回路26の冷媒の過冷却効果である。この補助回路26の冷媒の過冷却により、中間熱交換器18の第2の流路18Bに流入する冷媒の温度が低くなるため、第1の流路18Aを流れる冷媒の過冷却効果が向上することになる。そのため、低段側冷媒回路3の冷媒のエンタルピー差を大きくすることができるようになる。更に、そのことにより補助回路26に分流しなければならない冷媒量が過大に増加することが無くなる。
Further, the portion indicated by L3 in FIG. 2 is the supercooling effect of the refrigerant in the
尚、コントローラCは前述した如く外気温度センサ39が検出する外気温度が前述したOFF温度に低下した場合、高段側冷媒回路2の圧縮機4を停止する。以後は、低段側冷媒回路3のみの運転となる。そして、外気温度が前述した高温度に上昇した場合、コントローラCは再び高段側冷媒回路2の圧縮機4を起動するものである。
The controller C stops the
このように、本発明の冷凍装置1は、高段側冷媒回路2と、低段側冷媒回路3とを備え、この低段側冷媒回路3は、圧縮機12から吐出されてガスクーラ16を経た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁32にて膨張させる補助回路26を有し、高段側冷媒回路2は、冷媒を蒸発させて低段側冷媒回路3の補助膨張弁32に流入する補助回路26の冷媒を冷却するように構成されているので、低段側冷媒回路3のガスクーラ16を経た冷媒を分流して、分流前の冷媒を過冷却するための補助回路26を流れる冷媒を、高段側冷媒回路2の冷媒を蒸発させて冷却することができるようになる。これにより、特に夏場等の高外気温環境下において、補助回路26による低段側冷媒回路3の能力改善効果を確実に得ることが可能となる。
As described above, the
この場合、低段側冷媒回路3は、補助膨張弁32より上流側の補助回路26に設けられた第1の過冷却熱交換器31と、ガスクーラ16の下流側であって分流器29及び中間熱交換器18より上流側に設けられた第2の過冷却熱交換器17を備えており、高段側冷媒回路2は、低段側冷媒回路3の第1の過冷却熱交換器31と第1のカスケード熱交換器36を構成する第1の蒸発器8と、低段側冷媒回路3の第2の過冷却熱交換器17と第2のカスケード熱交換器37を構成する第2の蒸発器9を備えているので、低段側冷媒回路3のガスクーラ16を出た冷媒も高段側冷媒回路2の冷媒を蒸発させて冷却することができるようになり、一層の能力改善を実現することができる。
In this case, the low-
特に、高段側冷媒回路2の第1の蒸発器8は、当該高段側冷媒回路2の冷媒流に対して第2の蒸発器9の上流側に設けられているので、膨張弁7を出た冷媒は、最初に第1の蒸発器8で蒸発し、第1の過冷却熱交換器31を流れる補助回路26の冷媒を過冷却することになる。これにより、第2の蒸発器9で蒸発した後の冷媒が第1の蒸発器8で蒸発する場合に比して、補助回路26の補助膨張弁32に流入する冷媒を強力に過冷却することができるようになり、中間熱交換器18における補助回路26による過冷却効果を確実に実施することが可能となる。
In particular, since the
また、低段側冷媒回路3の補助回路26は、補助膨張弁32で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路3の第2の過冷却熱交換器17の下流側であって、分流器19より上流側の低段側冷媒回路3の冷媒を冷却するので、温度的により安定した冷媒を補助回路26に流すことが可能となる。
The
また、低段側冷媒回路3の補助回路26は、低段側冷媒回路3の圧縮機12の中間圧部に冷媒を戻すので、圧縮機12における第1の圧縮要素13の圧縮仕事を低減して運転効率の改善も実現することができるようになる。
Further, since the
また、コントローラCは、高段側冷媒回路2の第1及び第2の蒸発器8、9の冷媒蒸発温度を、低段側冷媒回路3のガスクーラ16を経た冷媒の温度より低く制御するので、高段側冷媒回路2の冷媒により低段側冷媒回路3の補助回路26の冷媒や、ガスクーラ16を経た冷媒を的確に冷却することが可能となる。
Further, since the controller C controls the refrigerant evaporation temperature of the first and
更に、コントローラCは、外気温度が低い環境では高段側冷媒回路2の圧縮機4の運転を停止するので、低段側冷媒回路3の補助回路26による能力改善効果が悪化する場合のみ高段側冷媒回路2を運転して、不要な高段側冷媒回路2の運転を回避し、効率の悪化を解消することが可能となる。そして、この冷凍装置1は、低段側冷媒回路3の冷媒として二酸化炭素を使用する場合に特に有効なものとなる。
Furthermore, since the controller C stops the operation of the
次に、図3は本発明の冷凍装置1の他の実施例の冷媒回路図を示している。尚、この図において図1と同一符号で示すものは同一、若しくは、同様の機能を奏するものとする。この場合、低段側冷媒回路3の分流器19は第2の過冷却熱交換器17と中間熱交換器18の第1の流路18Aの間に設けられている。
Next, FIG. 3 shows a refrigerant circuit diagram of another embodiment of the
即ち、この実施例ではガスクーラ16を出て第2の過冷却熱交換器17を経た冷媒が分流器19で主回路21と補助回路26とに分流され、補助回路26の補助膨張弁32で減圧膨張された冷媒は、中間熱交換器18の第2の流路18Bで蒸発し、第1の流路18Aを流れる主回路21の冷媒を過冷却するかたちとなる。
That is, in this embodiment, the refrigerant leaving the
このように補助回路26により、分流後の主回路21の冷媒を過冷却する冷凍装置1の場合にも本発明は有効である。
Thus, the present invention is also effective in the case of the
次に、図4は本発明の冷凍装置1のもう一つの他の実施例の冷媒回路を示している。尚、この図において図3と同一符号で示すものは同一、若しくは、同様の機能を奏するものとする。この実施例の場合は図3と異なり、低段側冷媒回路3の圧縮機として二段圧縮では無く、単段の圧縮機12Aが用いられている。そのため、補助回路26は圧縮機12Aの吸込側(低圧側)に冷媒を戻すように構成されている。
Next, FIG. 4 shows a refrigerant circuit of another embodiment of the
図5はこの場合の冷凍装置1のP−h線図を示している。図中L4は高段側冷媒回路2、L5はこの場合の低段側冷媒回路3であり、L6の部分が第1のカスケード熱交換器36を構成する第1の過冷却熱交換器31での過冷却効果を示す。低段側冷媒回路3の圧縮機として係る単段の圧縮機12Aを用いた場合にも、本発明は有効である。
FIG. 5 shows a Ph diagram of the
次に、図6は本発明の冷凍装置1の更にもう一つの他の実施例の冷媒回路を示している。尚、この図において図4と同一符号で示すものは同一、若しくは、同様の機能を奏するものとする。この実施例の場合は図4と異なり、補助回路26は所謂インジェクション回路である。即ち、この実施例の補助回路26は、分流器19で分流した冷媒を補助膨張弁32で減圧し、膨張させて圧縮機12A内に戻す。そして、圧縮機12A内で蒸発させることにより、圧縮機12Aを冷却する。
Next, FIG. 6 shows a refrigerant circuit of still another embodiment of the
図7はこの場合の冷凍装置1のP−h線図を示している。図中L7は高段側冷媒回路2、L8はこの場合の低段側冷媒回路3であり、L9の部分が第1のカスケード熱交換器36を構成する第1の過冷却熱交換器31でのインジェクション冷媒の過冷却効果を示す。このように、補助回路26で圧縮機12Aに冷媒をインジェクションする場合にも、インジェクション冷媒を第1のカスケード熱交換器36を構成する第1の過冷却熱交換器31で過冷却することができるので、圧縮機12を効果的に冷却することができるようになる。これにより、補助回路26による能力改善効果を確実に得ることが可能となる。
FIG. 7 shows a Ph diagram of the
尚、実施例ではショーケースSを冷却する冷凍装置1に本発明を適用したが、それに限らず、冷却貯蔵庫や空気調和機等で用いられる冷凍装置にも本発明は有効である。また、実施例で示した数値は、あくまでも例示であって、それに限られるものではない。
In the embodiment, the present invention is applied to the
1 冷凍装置
2 高段側冷媒回路
3 低段側冷媒回路
4、12、12A 圧縮機
6、16 ガスクーラ
8 第1の蒸発器
9 第2の蒸発器
17 第2の過冷却熱交換器
18 中間熱交換器
19 分流器(分流点)
26 補助回路
31 第1の過冷却熱交換器
32 補助膨張弁
36 第1のカスケード熱交換器
37 第2のカスケード熱交換器
DESCRIPTION OF
26
Claims (9)
前記高段側冷媒回路は、冷媒を蒸発させて前記低段側冷媒回路の補助膨張弁に流入する補助回路の冷媒を冷却するものであり、
前記低段側冷媒回路は、前記補助膨張弁より上流側の前記補助回路に設けられた第1の過冷却熱交換器と、前記ガスクーラの下流側であって前記補助回路との分流点より上流側に設けられた第2の過冷却熱交換器を備え、
前記高段側冷媒回路は、前記低段側冷媒回路の第1の過冷却熱交換器と第1のカスケード熱交換器を構成する第1の蒸発器と、前記低段側冷媒回路の第2の過冷却熱交換器と第2のカスケード熱交換器を構成する第2の蒸発器を備えたことを特徴とする冷凍装置。 A high-stage refrigerant circuit and a low-stage refrigerant circuit are provided. The low-stage refrigerant circuit divides the refrigerant discharged from the compressor and passed through the gas cooler, and expands the divided refrigerant using an auxiliary expansion valve. Has an auxiliary circuit,
The high-stage refrigerant circuit cools the refrigerant in the auxiliary circuit that evaporates the refrigerant and flows into the auxiliary expansion valve of the low-stage refrigerant circuit ,
The low-stage refrigerant circuit includes a first subcooling heat exchanger provided in the auxiliary circuit on the upstream side of the auxiliary expansion valve and a downstream side of the gas cooler and upstream of a branch point with the auxiliary circuit. A second subcooling heat exchanger provided on the side,
The high stage refrigerant circuit includes a first subcooling heat exchanger of the low stage refrigerant circuit, a first evaporator constituting a first cascade heat exchanger, and a second evaporator of the low stage refrigerant circuit. A refrigerating apparatus comprising: the subcooling heat exchanger and a second evaporator constituting a second cascade heat exchanger .
前記補助回路は、前記補助膨張弁で膨張された冷媒により、前記低段側冷媒回路の分流点より下流側の前記主回路の冷媒を冷却することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の冷凍装置。 The refrigerant of the low stage side refrigerant circuit is divided into a refrigerant flowing in the main circuit at the diversion point and a refrigerant flowing in the auxiliary circuit,
The said auxiliary circuit cools the refrigerant | coolant of the said main circuit downstream from the branch point of the said low stage side refrigerant circuit with the refrigerant | coolant expanded by the said auxiliary | assistant expansion valve, The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. The refrigeration apparatus described.
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