JP6643753B2 - Heat transport system and heat transport method - Google Patents
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Description
本発明は、熱輸送システムおよび熱輸送方法に関し、より詳細には、ループ式サーモサイフォン方式による熱輸送システムの運転、停止を繰り返す断続運転を行う場合、運転開始直後の立ち上がり特性を改善するとともに、ループ式サーモサイフォン方式の高効率化を達成可能な熱輸送システムおよび熱輸送方法に関する。 The present invention relates to a heat transport system and a heat transport method, and more particularly, when performing an intermittent operation of repeating the operation and stop of the heat transport system by a loop-type thermosiphon system, while improving the startup characteristics immediately after the start of operation, The present invention relates to a heat transport system and a heat transport method capable of achieving high efficiency of a loop-type thermosiphon system.
従来より、熱媒液を蒸発する蒸発器と、蒸発器より上方レベルに設置され、熱媒ガスを凝縮する凝縮器との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させる熱輸送システムが採用されている。
このような熱輸送システムの例としては、蒸発器から凝縮器へ熱媒ガスを送る熱媒ガス配管と、凝縮器から蒸発器へ熱媒液を送る熱媒液配管とを有し、熱媒液配管には、熱媒用受液器が設けられている。
以上の構成を有する熱輸送システムによれば、通常運転の際は、蒸発器において熱媒液を蒸発させ、熱媒ガス配管により熱媒ガスを凝縮器へ送り、凝縮器において熱媒ガスを凝縮し、たとえば、熱媒ガスとの熱交換により温水を取り出し、熱媒液配管により熱媒液を熱媒用受液器を介して蒸発器へ送り、以上より、蒸発器より上方レベルに設置された凝縮器との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させることにより、熱輸送することが可能である。
Conventionally, a heat transport system that circulates a heat medium by a loop-type thermosiphon system between an evaporator that evaporates a heat medium liquid and a condenser that is installed at a level higher than the evaporator and condenses a heat medium gas. Has been adopted.
Examples of such a heat transport system include a heating medium gas pipe for sending a heating medium gas from an evaporator to a condenser, and a heating medium liquid pipe for sending a heating medium liquid from a condenser to an evaporator. The liquid pipe is provided with a heat medium receiver.
According to the heat transport system having the above configuration, during normal operation, the heat medium liquid is evaporated in the evaporator, the heat medium gas is sent to the condenser by the heat medium gas pipe, and the heat medium gas is condensed in the condenser. Then, for example, hot water is taken out by heat exchange with a heat medium gas, the heat medium liquid is sent to the evaporator through the heat medium liquid receiver by the heat medium liquid pipe, and, as described above, the heat medium is installed at a level higher than the evaporator By circulating the heat medium between the condenser and the condenser by a loop-type thermosiphon method, heat can be transported.
一方、負荷冷却器、圧縮機、蓄熱器、コンデンサー、受液器、膨張弁をこの順に冷媒配管により順次接続して、内部に冷却用冷媒が流れる冷却回路により、負荷冷却器を冷却する冷却システムにおいて、冷却した負荷冷却器のデフロスト(除霜)を行うのに、省エネルギー化の観点から、冷却運転中の排熱を利用して、デフロストを行う冷凍装置あるいは空気調和機として、ループ型サーモサイフォンによる自然循環により、デフロストを行う技術が、たとえば、特許文献1に開示されている。 On the other hand, a cooling system in which a load cooling device, a compressor, a heat storage device, a condenser, a liquid receiver, and an expansion valve are sequentially connected in this order by a refrigerant pipe, and a cooling circuit through which a cooling refrigerant flows, cools the load cooling device. In order to perform defrosting (defrosting) of the cooled load cooler, from the viewpoint of energy saving, a loop-type thermosiphon is used as a refrigerating device or an air conditioner that performs defrosting by using exhaust heat during cooling operation. For example, Patent Document 1 discloses a technique for performing defrost by natural circulation according to the present invention.
この冷凍装置は、負荷冷却器、圧縮機、蓄熱器、コンデンサー、受液器、膨張弁をこの順に冷媒配管により順次接続して、内部に冷却用冷媒が流れる冷却回路を構成する冷凍装置において、さらに、負荷冷却器と蓄熱器との間を循環するデフロスト回路が設けられ、デフロスト回路は、内部にデフロスト用熱媒が流れ、蓄熱器内において、蓄熱剤から吸熱する吸熱部と、負荷冷却器内において、放熱するデフロスト部とを有し、冷却回路は、蓄熱器内において、蓄熱剤に放熱する放熱部と、負荷冷却器内において、負荷流体を冷却する冷却部とを有し、蓄熱器が負荷冷却器より下方レベルに設置され、蓄熱器から負荷冷却器に向かって、吸熱部により加熱されたデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用往路と、負荷冷却器から蓄熱器に向かって、デフロスト部により冷却されたデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用復路とが設けられる。 In this refrigerating apparatus, a load cooler, a compressor, a regenerator, a condenser, a liquid receiver, and an expansion valve are sequentially connected in this order by a refrigerant pipe, and a refrigerating apparatus that forms a cooling circuit in which a cooling refrigerant flows therein, Further, a defrost circuit that circulates between the load cooler and the heat storage device is provided.The defrost circuit has a heat absorbing portion that receives a heat medium for defrost flowing therein and absorbs heat from the heat storage agent in the heat storage device, and a load cooler. In the heat storage, the cooling circuit has a heat radiating part that radiates heat to the heat storage agent, and a cooling part that cools the load fluid in the load cooler. Is installed at a level lower than the load cooler, from the regenerator to the load cooler, the defrost heat medium heated by the heat absorbing portion flows through the defrost forward path, and from the load cooler to the regenerator. , Are provided with the backward defrosting flows defrosting heat medium cooled by the defrost unit.
このような構成を有する冷凍装置によれば、冷却運転中、負荷冷却器を冷却することにより蒸発した冷媒ガスは、圧縮機により圧縮されて、蓄熱器において放熱し、その結果蓄熱され、冷媒ガスあるいは冷媒液が、コンデンサーで凝縮あるいは過冷却されて、冷媒液が受液器に受け入れられ、膨張弁を経て、再度負荷冷却器を冷却する冷却回路を構成することにより、負荷冷却器を冷却する。
一方、負荷冷却器のデフロスト運転中には、負荷冷却器の冷却運転中に蓄熱器に蓄熱した熱を利用することにより、蓄熱器から負荷冷却器へデフロスト用熱媒ガスを送る一方、負荷冷却器から蓄熱器へ、負荷冷却器をデフロストした結果生じるデフロスト用熱媒液を戻すことにより、下方に位置するホット側の蓄熱器と、上方に位置するコールド側の負荷冷却器との間で自然循環によるループ型サーモサイフォンを構成することで、圧縮機を停止した状態でのデフロストを可能とすることにより、省エネルギー化を達成しつつデフロストすることが可能である。
According to the refrigerating apparatus having such a configuration, during the cooling operation, the refrigerant gas evaporated by cooling the load cooler is compressed by the compressor and radiates heat in the heat accumulator. Alternatively, the refrigerant liquid is condensed or supercooled by the condenser, the refrigerant liquid is received by the receiver, and the cooling liquid is cooled by forming a cooling circuit that cools the load cooler again through the expansion valve. .
On the other hand, during the defrost operation of the load cooler, by using the heat stored in the regenerator during the cooling operation of the load cooler, the heat medium gas for defrost is sent from the regenerator to the load cooler, while the load cooling is performed. By returning the defrosting heat transfer fluid resulting from the defrosting of the load cooler from the heat sink to the heat accumulator, a natural heat is generated between the hot heat accumulator located below and the cold load cooler located above. By configuring a loop-type thermosiphon by circulation, defrosting can be performed while the compressor is stopped, so that defrosting can be performed while achieving energy saving.
しかしながら、このような冷凍装置において、運転中に単管サーモサイフォン現象が発生することに起因して、以下のような技術的問題が引き起こされる。
ここに、単管サーモサイフォン現象とは、下に位置する高温部と上に位置する低温部との間での相変化による熱輸送形式により、自然循環を生じるものである。
However, in such a refrigeration system, the following technical problems are caused due to the occurrence of a single-tube thermosiphon phenomenon during operation.
Here, the single-tube thermosiphon phenomenon is a phenomenon in which natural circulation is caused by a heat transport method by a phase change between a high-temperature portion located below and a low-temperature portion located above.
この場合、蓄熱器からデフロスト用熱媒ガスを負荷冷却器に送るデフロスト用往管に設置される単一の切り替え弁により、冷凍運転とデフロスト運転との切り替えは可能ではあるが、デフロスト用復路の負荷冷却器から蓄熱器に向かう流れのみを可能とする逆止弁が、冷凍装置の停止時のデフロスト用復路内のデフロスト用熱媒の液位より下方のレベルに設けられると、単管サーモサイフォン現象が生じることがある。
より詳細には、負荷冷却器から蓄熱器に向かって、デフロスト部により冷却されたデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用復路には、蓄熱器から負荷冷却器への冷媒の流れを阻止する逆止弁が、冷凍庫外に設けられているが、逆止弁が冷凍装置の停止時のデフロスト用復路内のデフロスト用熱媒の液位に対して、どのようなレベルに設置されているか不明であり、逆止弁が冷凍装置の停止時のデフロスト用復路内のデフロスト用熱媒の液位より下のレベルに設置されていると、冷凍庫外、より正確には、デフロスト用復路の冷凍室壁と液面との間の部分において、デフロスト用熱媒が加熱されることにより蒸発し、冷凍庫内で冷却され凝縮することになり、負荷冷却器側に無駄な熱負荷が入力され、負荷冷却器への熱負荷の増大が引き起こされ、冷凍運転の効率性の低下が生じる。
このような逆止弁すら設置されないと、熱媒ガスが蓄熱器から負荷冷却器へ逆流することで、負荷冷却器側に無駄な熱負荷が入力されるともに、熱媒液が負荷冷却器から蓄熱器へ戻ることで、蓄熱器側が温度低下することにより、負荷冷却器への熱負荷の増大に加え、デフロスト時間の長期化が引き起こされる。
In this case, it is possible to switch between the refrigeration operation and the defrost operation by a single switching valve installed in the defrost forward pipe that sends the defrost heat medium gas from the regenerator to the load cooler, but it is possible to switch the defrost return path. When a check valve that allows only the flow from the load cooler to the regenerator is provided at a level lower than the liquid level of the defrosting heat medium in the defrosting return path when the refrigerating device is stopped, a single-tube thermosiphon A phenomenon may occur.
More specifically, on the return path for defrost in which the defrost heat medium cooled by the defrost section flows from the load cooler toward the regenerator, a check valve for preventing the flow of refrigerant from the regenerator to the load cooler is provided. It is provided outside the freezer, but it is unknown at what level the check valve is installed with respect to the liquid level of the defrost heat medium in the defrost return path when the refrigerating device is stopped, If the check valve is installed at a level lower than the liquid level of the defrosting heat medium in the defrosting return path when the refrigeration system is stopped, outside the freezer, more precisely, the freezing chamber wall of the defrosting return path and the liquid In the portion between the surface and the surface, the defrost heat medium evaporates by being heated, evaporates, is cooled and condensed in the freezer, and a useless heat load is input to the load cooler side, and the load cooler is cooled. Increased heat load caused , Reduced efficiency of the freezing operation occurs.
If such a check valve is not installed, the heat medium gas flows back from the regenerator to the load cooler, so that a useless heat load is input to the load cooler side and the heat medium liquid flows from the load cooler. Returning to the heat accumulator causes a temperature drop on the heat accumulator side, which increases the heat load on the load cooler and prolongs the defrost time.
デフロスト時間の長期化について、蓄熱器側の温度低下によりデフロスト運転開始前に、デフロスト用熱媒の飽和温度が低下しており、それに起因して、デフロスト運転の立ち上がりが遅延し、デフロスト時間の長期化が生じる。 Regarding the prolongation of the defrost time, the saturation temperature of the heat medium for defrost has been reduced before the start of the defrost operation due to the temperature drop on the regenerator side. Transformation occurs.
以上の技術的問題点について、このような冷凍装置と上記熱輸送システムとは、前者がデフロスト運転においてループ型サーモサイフォンを構成し、後者が通常運転においてループ型サーモサイフォンを構成する違いはあるが、高温側の蒸発器が低レベル、低温側の凝縮器が高レベルに設置され、両者を熱媒液用配管と熱媒ガス用配管とにより循環回路を構成して、熱媒の循環によりループ型サーモサイフォンを構成する点では、共通であることから、上記熱輸送システムにおいても同様に引き起こされる共通な課題である。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、ループ式サーモサイフォン方式による熱輸送システムの運転、停止を繰り返す断続運転を行う場合、運転開始直後の立ち上がり特性を改善するとともに、ループ式サーモサイフォン方式の高効率化を達成可能な熱輸送システムおよび熱輸送方法を提供することにある。 In view of the above technical problems, an object of the present invention is to improve the start-up characteristics immediately after the start of operation and improve the loop thermosyphon when performing intermittent operation in which the operation and stop of the heat transport system by the loop thermosiphon system are repeated. An object of the present invention is to provide a heat transport system and a heat transport method capable of achieving high efficiency of a siphon system.
上記課題を達成するために、本発明の熱輸送システムは、
熱媒液を蒸発する蒸発器と、蒸発器より上方レベルに設置され、熱媒ガスを凝縮する凝縮器との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させる熱輸送システムにおいて、
前記蒸発器から前記凝縮器へ熱媒ガスを送る熱媒ガス配管と、前記凝縮器から前記蒸発器へ熱媒液を送る熱媒液配管とを有し、
前記熱媒液配管には、熱媒用受液器が設けられ、
前記熱媒液配管の前記凝縮器と前記熱媒用受液器との間には、第1開閉弁が設けられ、
さらに、前記熱媒ガス配管の前記蒸発器と前記凝縮器との間と、前記熱媒液配管の前記第1開閉弁と前記熱媒用受液器との間を連絡するバイパス管が設けられ、
前記熱媒ガス配管の前記凝縮器の入り口側と、前記バイパス管とにそれぞれ、第2開閉弁および第3開閉弁が設けられ、
前記システムの運転時には、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が開、前記第3開閉弁が閉とされ、前記システムの停止時には、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が閉、前記第3開閉弁が開とされる、構成としている。
In order to achieve the above object, a heat transport system of the present invention includes:
In a heat transport system that circulates a heat medium by a loop-type thermosiphon method, between an evaporator that evaporates a heat medium liquid and a condenser that is installed at a level higher than the evaporator and condenses a heat medium gas,
A heat medium gas pipe that sends a heat medium gas from the evaporator to the condenser, and a heat medium liquid pipe that sends a heat medium liquid from the condenser to the evaporator,
The heat medium liquid pipe is provided with a heat medium liquid receiver,
A first on-off valve is provided between the condenser and the heat medium receiver in the heat medium liquid pipe,
Further, a bypass pipe communicating between the evaporator and the condenser of the heat medium gas pipe and between the first opening / closing valve of the heat medium liquid pipe and the heat medium receiver is provided. ,
A second on-off valve and a third on-off valve are provided on the inlet side of the condenser of the heat medium gas pipe and the bypass pipe, respectively.
When operating the system, the first on-off valve and the second on-off valve are opened and the third on-off valve is closed, and when the system is stopped, the first on-off valve and the second on-off valve are closed, The third on-off valve is opened.
以上の構成を有する熱輸送システムによれば、システムの通常運転の際は、熱媒液配管の凝縮器と熱媒用受液器との間に設けた第1開閉弁、および熱媒ガス配管の凝縮器の入り口側に設けた第2開閉弁を開くとともに、蒸発器と凝縮器との間と、凝縮器と熱媒用受液器との間を連絡するバイパス管に設けた第3開閉弁を閉じることにより、蒸発器において熱媒液を蒸発させ、熱媒ガス配管により熱媒ガスを凝縮器へ送り、凝縮器において熱媒ガスを凝縮し、たとえば、熱媒ガスとの熱交換により温水を取り出し、熱媒液配管により熱媒液を熱媒用受液器を介して蒸発器へ送り、以上より、蒸発器より上方レベルに設置された凝縮器との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させることにより、熱輸送することが可能である。
一方、システムの停止の際は、熱媒液配管においては、熱媒用受液器温度と凝縮器が設置されている庫内温度と比べ熱媒用受液器温度の方が高いため、熱媒用受液器の熱媒が蒸発してガスになり熱媒液配管を凝縮器に向かって流れ、庫内で冷却され熱媒液となり、液が受液器に戻る単管サーモサイフォン現象が起こったり、熱媒ガス配管においては、凝縮器において冷却された熱媒液が熱媒ガス配管を蒸発器に向かって流れ、蒸発器で蒸発してガスになり熱媒ガス配管を凝縮器に向かって流れる単管サーモサイフォン現象が起こったりするところ、第1開閉弁および第2開閉弁が閉、第3開閉弁が開とされることにより、熱媒液配管および熱媒ガス配管において、熱媒液が凝縮器へ逆流したり、熱媒ガスが蒸発器へ逆流することにより、いわゆる単管サーモサイフォン現象を生じることなく、バイパス管を介して蒸発器からの熱媒ガスが、凝縮器をバイパスして熱媒用受液器へ流れることにより、熱媒用受液器に受け入れられた熱媒液が加熱されて、蒸発器における熱媒の飽和温度の低下が抑制されることから、ループ式サーモサイフォン方式による熱輸送システムの運転、停止を繰り返す断続運転を行う場合、運転開始直後の立ち上がり特性を改善するとともに、ループ式サーモサイフォン方式の高効率化を達成可能である。
According to the heat transport system having the above configuration, during the normal operation of the system, the first on-off valve provided between the condenser of the heat medium liquid pipe and the heat medium receiver, and the heat medium gas pipe A second opening / closing valve provided on the inlet side of the condenser is opened, and a third opening / closing valve provided on a bypass pipe communicating between the evaporator and the condenser and between the condenser and the heat medium receiver. By closing the valve, the heat medium liquid is evaporated in the evaporator, the heat medium gas is sent to the condenser by the heat medium gas pipe, and the heat medium gas is condensed in the condenser, for example, by heat exchange with the heat medium gas. Take out the hot water, send the heat transfer fluid to the evaporator via the heat transfer fluid receiver by the heat transfer fluid pipe, and the loop thermosiphon between the condenser and the condenser installed above the evaporator. By circulating the heat medium according to the method, heat can be transported.
On the other hand, when the system is stopped, the temperature of the heat medium receiver is higher in the heat medium liquid pipe than the temperature of the heat medium receiver in the refrigerator where the condenser is installed. The single-tube thermosiphon phenomenon in which the heat medium in the medium receiver evaporates and turns into gas, flows through the heat medium liquid pipe toward the condenser, is cooled in the refrigerator, becomes a heat medium liquid, and returns to the liquid receiver. In the heat medium gas pipe, the heat medium liquid cooled in the condenser flows through the heat medium gas pipe toward the evaporator, evaporates in the evaporator to become a gas, and the heat medium gas pipe flows toward the condenser. When the single pipe thermosiphon phenomenon occurs, the first open / close valve and the second open / close valve are closed, and the third open / close valve is opened. When the liquid flows back to the condenser or the heating medium gas flows back to the evaporator, The heat medium gas from the evaporator flows into the heat medium receiver by bypassing the condenser without passing through the bypass pipe without causing a single-tube thermosiphon phenomenon. When the intermittent operation of repeating the operation and stop of the heat transport system by the loop thermosiphon method is started because the heat medium liquid is heated and the decrease in the saturation temperature of the heat medium in the evaporator is suppressed, the operation starts. Immediate rise characteristics can be improved, and high efficiency of the loop thermosiphon system can be achieved.
また、前記蒸発器において、熱媒液が吸熱し蒸発するのがよい。
さらに、前記凝縮器において、熱媒ガスが放熱し凝縮するのがよい。
さらにまた、前記蒸発器において、熱媒液が吸熱し蒸発しつつ、前記凝縮器において、熱媒ガスが放熱し凝縮するのでもよい。
加えて、前記蒸発器において、外部の排熱を回収することにより、熱媒液を蒸発するのがよい。
さらに、前記凝縮器において、熱媒ガスを凝縮することにより、温水を外部に供給するのがよい。
さらにまた、前記蒸発器において、外部の排熱を回収することにより、熱媒液を蒸発しつつ、前記凝縮器において、熱媒ガスを凝縮することにより、温水を外部に供給するのがよい。
加えて、前記一方向弁は、逆止弁であるのがよい。
Further, in the evaporator, it is preferable that the heat medium liquid absorbs heat and evaporates.
Further, in the condenser, the heat medium gas may radiate heat and condense.
Still further, in the evaporator, the heat transfer medium gas may absorb heat and evaporate, while the heat transfer medium gas releases heat and condenses in the condenser.
In addition, in the evaporator, it is preferable that the heat medium liquid is evaporated by collecting external exhaust heat.
Further, in the condenser, it is preferable to supply hot water to the outside by condensing the heating medium gas.
Furthermore, it is preferable that hot water is supplied to the outside by condensing the heat medium gas in the condenser while evaporating the heat medium liquid by recovering the exhaust heat from the outside in the evaporator.
Additionally, the one-way valve may be a check valve.
上記課題を達成するために、本発明の熱輸送方法は、
熱媒液を蒸発する蒸発器と、蒸発器より上方レベルに設置され、熱媒ガスを凝縮する凝縮器との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させる熱輸送方法において、
通常運転の際は、蒸発器において熱媒液を蒸発させ、熱媒ガスを凝縮器へ送り、凝縮器において熱媒ガスを凝縮し、熱媒液を熱媒用受液器を介して蒸発器へ送ることにより、蒸発器と蒸発器より上方レベルに設置された凝縮器との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させることにより、熱輸送し、
運転停止の際は、熱媒の凝縮器から蒸発器への逆流、および/または熱媒の蒸発器から凝縮器への逆流を抑制しつつ、蒸発器からの熱媒ガスを凝縮器をバイパスして熱媒用受液器へ流す、構成としている。
前記システムの停止時には、前記熱媒ガス配管と、前記バイパス管と、前記熱媒液配管とにより、ループ式サーモサイフォンが構成されるのがよい。
In order to achieve the above object, the heat transport method of the present invention,
In a heat transport method for circulating a heat medium by a loop-type thermosiphon method, between an evaporator for evaporating a heat medium liquid and a condenser installed at a level higher than the evaporator and condensing a heat medium gas,
During normal operation, the heat medium is evaporated in the evaporator, the heat medium gas is sent to the condenser, the heat medium gas is condensed in the condenser, and the heat medium liquid is evaporated through the heat medium receiver. To transfer heat between the evaporator and the condenser installed at a level higher than the evaporator by circulating a heat medium by a loop-type thermosiphon method,
When the operation is stopped, the heat medium gas from the evaporator is bypassed to the condenser while suppressing the back flow of the heat medium from the condenser to the evaporator and / or the back flow of the heat medium from the evaporator to the condenser. Flow to the heat medium receiver.
When the system is stopped, a loop-type thermosiphon may be constituted by the heat medium gas pipe, the bypass pipe, and the heat medium liquid pipe.
上記課題を達成するために、本発明の熱輸送システムは、
負荷冷却器、圧縮機、蓄熱器、コンデンサー、熱媒用受液器、膨張弁をこの順に冷媒配管により順次接続して、冷却回路を構成する熱輸送システムにおいて、
前記蓄熱器が前記負荷冷却器より下方レベルに設置され、
前記負荷冷却器への流入部を構成する前記冷媒配管、または前記負荷冷却器からの流出部を構成する前記冷媒配管のいずれか一方の前記冷媒配管と、前記蓄熱器への流入部を構成する前記冷媒配管、または前記蓄熱器からの流出部を構成する前記冷媒配管のいずれか一方の前記冷媒配管とを接続する第1バイパス管と、
前記負荷冷却器への流入部を構成する前記冷媒配管、または前記負荷冷却器からの流出部を構成する前記冷媒配管の前記いずれか一方の前記冷媒配管に対する他方の前記冷媒配管と、前記蓄熱器への流入部を構成する前記冷媒配管、または前記蓄熱器からの流出部を構成する前記冷媒配管の前記いずれか一方の前記冷媒配管に対する他方の前記冷媒配管とを接続する第2バイパス管と、を有し、
それにより、前記蓄熱器において前記負荷冷却器の冷却運転中に蓄熱した熱を利用することにより、前記蓄熱器から前記負荷冷却器へ前記第1バイパス配管を介して、冷媒ガスを送る一方、前記負荷冷却器から前記蓄熱器へ前記第2バイパス配管を介して、前記負荷冷却器をデフロストした結果生じる冷媒液を戻す、ループ型サーモサイフォンを構成し、
前記第2バイパス管には、熱媒用受液器が設けられ、
前記第2バイパス管の前記負荷冷却器と前記熱媒用受液器との間には、第1開閉弁が設けられ、
さらに、前記第1バイパス管の前記蓄熱器と前記負荷冷却器との間と、前記第2バイパス管の前記第1開閉弁と前記熱媒用受液器との間を連絡する第3バイパス管が設けられ、
前記第1バイパス管の前記負荷冷却器の入り口側と、前記第3バイパス管とにそれぞれ、第2開閉弁および第3開閉弁が設けられ、
前記デフロスト運転時には、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が開、前記第3開閉弁が閉とされ、前記デフロスト運転の停止時には、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が閉、前記第3開閉弁が開とされる、構成としている。
In order to achieve the above object, a heat transport system of the present invention includes:
In the heat transport system that sequentially connects the load cooler, the compressor, the heat storage device, the condenser, the heat medium receiver, and the expansion valve by the refrigerant pipe in this order, and forms a cooling circuit,
The regenerator is installed below the load cooler,
Any one of the refrigerant pipes constituting the inflow section to the load cooler or the refrigerant pipe constituting the outflow section from the load cooler and an inflow section to the regenerator. A first bypass pipe connecting the refrigerant pipe, or one of the refrigerant pipes forming the outflow portion from the regenerator, to the refrigerant pipe,
The refrigerant pipe constituting the inflow portion to the load cooler, or the other refrigerant pipe with respect to the one of the refrigerant pipes constituting the outflow portion from the load cooler, and the regenerator A second bypass pipe connecting the other refrigerant pipe to the one of the refrigerant pipes of the refrigerant pipe constituting the inflow section to the refrigerant pipe or the refrigerant pipe constituting the outflow section from the regenerator, Has,
Thereby, by utilizing the heat stored during the cooling operation of the load cooler in the regenerator, the refrigerant gas is sent from the regenerator to the load cooler via the first bypass pipe, while the refrigerant gas is sent. A loop-type thermosiphon configured to return a refrigerant liquid resulting from defrosting the load cooler from the load cooler to the regenerator through the second bypass pipe;
The second bypass pipe is provided with a heat medium receiver.
A first on-off valve is provided between the load cooler of the second bypass pipe and the heat medium receiver,
Furthermore, a third bypass pipe communicating between the heat storage unit and the load cooler of the first bypass pipe and between the first on-off valve and the heat medium receiver of the second bypass pipe. Is provided,
A second on-off valve and a third on-off valve are provided on an entrance side of the load cooler of the first bypass pipe and on the third bypass pipe, respectively.
During the defrost operation, the first on-off valve and the second on-off valve are opened and the third on-off valve is closed. When the defrost operation is stopped, the first on-off valve and the second on-off valve are closed, The third on-off valve is opened.
本発明に係る熱輸送システムの第1実施形態を図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
図1に示すように、熱輸送システムである冷凍装置10は、負荷冷却器12、圧縮機14、蓄熱器16、コンデンサー18、受液器20、膨張弁22をこの順に冷媒配管により順次接続して、冷却回路を構成する。蓄熱器16が負荷冷却器12より下方レベル(レベル差H)に設置され、膨張弁22と負荷冷却器12とを接続する第3冷媒配管28と、圧縮機14と蓄熱器16とを接続する第2冷媒配管26とを接続する第1バイパス管27と、負荷冷却器12と圧縮機14とを接続する第1冷媒配管24と、蓄熱器16とコンデンサー18とを接続する第4冷媒配管30とを接続する第2バイパス管31とを有し、第1冷媒配管24の負荷冷却器12への接続位置は、第3冷媒配管28の負荷冷却器12への接続位置より下方レベル(レベル差h)としている。コンデンサー18と受液器20との間は、第6冷媒配管50により接続されている。
それにより、蓄熱器16において負荷冷却器12の冷却運転中に蓄熱した熱を利用することにより、蓄熱器16から負荷冷却器12へ第1バイパス管27を介して、冷媒ガスを送る一方、負荷冷却器12から蓄熱器16へ第2バイパス管31を介して、負荷冷却器12をデフロストした結果生じる冷媒液を戻す、ループ型サーモサイフォンを構成するようにしている。
A first embodiment of a heat transport system according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a refrigeration apparatus 10 serving as a heat transport system connects a
Thus, by utilizing the heat stored in the
蓄熱器16の負荷冷却器12に対する相対的な設置レベル差H、および第1冷媒配管24の負荷冷却器12への接続位置の第3冷媒配管28の負荷冷却器12への接続位置に対する相対的な設置レベル差hは、ループ型サーモサイフォンを構成する観点から、適宜定めればよい。
さらに、受液器20と膨張弁22とを接続する第5冷媒配管40と、第4冷媒配管30の第2切替弁34の蓄熱器16側とを接続する第3バイパス管42が設けられ、第3バイパス管42の途中に第5切替弁44が設けられ、受液器20から第5冷媒配管40の一部、第3バイパス管42および第4冷媒配管30の一部を介して、冷媒液を蓄熱器16へ送るようにしてある。
さらに、第2冷媒配管26と第4冷媒配管30とを接続する蓄熱器バイパス管46が設けられ、蓄熱器バイパス管46の途中に第6切替弁48が設けられる。
The relative installation level difference H of the
Further, a fifth
Further, a
第2バイパス管31には、熱媒用受液器90が設けられ、第2バイパス管31の負荷冷却器12と熱媒用受液器90との間には、第1開閉弁64が設けられ、さらに、第1バイパス管27の蓄熱器16と負荷冷却器12との間と、第2バイパス管31の第1開閉弁64と熱媒用受液器90との間を連絡するバイパス管92が設けられる。
第1バイパス管27の負荷冷却器12の入り口側と、バイパス管92とにそれぞれ、第2開閉弁38および第3開閉弁94が設けられる。
後に説明するように、デフロスト運転時には、第1開閉弁64および第2開閉弁38が開、第3開閉弁94が閉とされ、第1バイパス管27および第2バイパス管31により、ループ式サーモサイフォンが構成され、デフロスト運転の停止時には、第1開閉弁64および第2開閉弁38が閉、第3開閉弁94が開とされ、第1バイパス管27の一部、バイパス管92および第2バイパス管31の一部により、同様に、ループ式サーモサイフォンが構成される。
A
A second on-off
As will be described later, at the time of the defrost operation, the first on-off
各冷媒配管(第1冷媒配管24、第2冷媒配管26、第4冷媒配管30)には、以下に説明するように、通常運転モードとデフロスト運転モードとの切替の観点から、切替弁が設けられている。
より詳細には、第1バイパス管27の第2冷媒配管26への接続位置より、圧縮機14側に第1切替弁32が設けられ、第2バイパス管31の第4冷媒配管30への接続位置より、コンデンサー18側に第2切替弁34が設けられ、第2バイパス管31の第1冷媒配管24への接続位置より、圧縮機14側に第3切替弁36が設けられ、第1バイパス管27の途中に第2開閉弁38が設けられる。
なお、第2冷媒配管26には、蓄熱器16から圧縮機14への冷媒の流れを阻止する逆止弁62、第2バイパス管31には、蓄熱器16から負荷冷却器12への冷媒の流れを阻止する第1開閉弁64、および第3バイパス管42には、蓄熱器16から受液器20への冷媒の流れを阻止する逆止弁66がそれぞれ設けられる。
負荷冷却器12は、たとえば、冷凍庫、冷蔵倉庫、出荷室等の庫内を冷却するのに、庫内に設置される。
蓄熱器16の蓄熱材は、潜熱製蓄熱材でもよく、顕熱製蓄熱材でもよい。たとえば、潜熱製蓄熱材としては、パラフィン系があり、 顕熱製蓄熱材としては、水がある。
As described below, a switching valve is provided in each of the refrigerant pipes (the first
More specifically, a
The second
The
The heat storage material of the
後に説明するように、デフロスト運転モードの初期において、デフロスト前に、受液器20より負荷冷却器12のデフロストに必要な冷媒量を第3バイパス管42を介して自然供給するようにしている。
より詳細には、圧縮機14を停止した際、受液器20と膨張弁22との間の第5冷媒配管40内の冷媒は、圧縮機14より下流であり、比較的高圧であり、一方、第1バイパス管27と第2バイパス管31とにより負荷冷却器12と蓄熱器16とを接続することにより構成されるループ型サーモサイフォンにおいては、高圧側の蓄熱器16と低圧側の負荷冷却器12とが連通することにより、比較的中圧となることから、この差圧により、冷媒を受液器20から負荷冷却器12へ自然供給することが可能である。
変形例として、第5冷媒配管40の受液器20から第3バイパス管42との分岐部までの間、または第3バイパス管42の途中にポンプ(図示せず)を設け、それにより、デフロスト前に、受液器20より負荷冷却器12のデフロストに必要な冷媒量を第3バイパス管42を介して強制供給してもよい。
As described later, in the initial stage of the defrost operation mode, the amount of refrigerant required for defrosting the load cooler 12 from the
More specifically, when the
As a modified example, a pump (not shown) is provided between the
以上の構成を有する冷凍装置10について、図2ないし図5を参照しながら、その作用を、冷凍装置10の運転方法の説明を通じて、以下に説明する。
冷凍装置10の運転方法について、運転モードとして、通常運転モード1(蓄熱段階)(図2)、通常運転モード2(蓄熱終了以降)(図3)、デフロスト運転モード(初期段階)(図4)、およびデフロスト運転モード(通常段階)(図5)に分かれる。
まず、図2に示すように、通常運転モード1(蓄熱段階)においては、第1切替弁32、第2切替弁34、第3切替弁36および膨張弁22を開き、一方第4切替弁38および第5切替弁44を閉じた状態で、圧縮機14を運転する。
なお、第1バイパス管27の第2開閉弁38は閉じており、第2バイパス管31の第1開閉弁64により、第1バイパス管27および第2バイパス管31を介して、冷媒がバイパスしないようにしている。
冷媒は、負荷冷却器12から第1冷媒配管24を介して圧縮機14に流入し、ここで圧縮され、さらに圧縮機14から第2冷媒配管26を介して蓄熱器16に流入し、ここで冷媒は放熱し、蓄熱器16に蓄熱され、さらに蓄熱器16から第4冷媒配管30を介してコンデンサー18に流入し、ここで凝縮あるいは過冷却され、さらにコンデンサー18から第6冷媒配管50を介して受液器20に流入し、ここで一定量の冷媒液が受け入れられ、さらに液状の冷媒は、受液器20から第5冷媒配管40を介して膨張弁22に流入し、ここで膨張弁22の開度を調整することにより、冷媒の過熱度を調整し、さらに膨張弁22から第3冷媒配管28を介して負荷冷却器12に戻り、冷却回路を構成するようにしている。
以上のように、冷媒は、図2の矢印で示すように流れ、負荷冷却器12から圧縮機14を介して蓄熱器16までの間でガス状態、特に、負荷冷却器12と圧縮機14との間は、低圧のガス状態、一方圧縮機14と蓄熱器16と間は高圧のガス状態、一方、蓄熱器16から膨張弁22を介して負荷冷却器12までの間で液または湿り蒸気状態である。
The operation of the refrigeration apparatus 10 having the above-described configuration will be described below with reference to FIGS.
Regarding the operation method of the refrigeration apparatus 10, as the operation modes, the normal operation mode 1 (heat storage stage) (FIG. 2), the normal operation mode 2 (after the end of heat storage) (FIG. 3), the defrost operation mode (initial stage) (FIG. 4) , And a defrost operation mode (normal stage) (FIG. 5).
First, as shown in FIG. 2, in the normal operation mode 1 (heat storage stage), the
The second on-off
The refrigerant flows from the load cooler 12 to the
As described above, the refrigerant flows as indicated by the arrow in FIG. 2 and is in a gas state between the
次いで、図3に示すように、通常運転モード2(蓄熱終了以降)においては、通常運転モード1(図2)と同様に、第1切替弁32、第2切替弁34、第3切替弁36および膨張弁を開き、一方第2開閉弁38および第5切替弁44を閉じた状態で、圧縮機14を運転する。
なお、通常運転モード1(図2)と同様に、第1バイパス管27の第2開閉弁38は閉じており、第2バイパス管31の第1開閉弁64により、第1バイパス管27および第2バイパス管31を介して、冷媒がバイパスしないようにしている。
本運転モードは、図2の運転モードと同様に、通常運転モードであるが、図2においては蓄熱中であったが、図3の通常運転モード2においては、蓄熱終了以降のモードである。
Next, as shown in FIG. 3, in the normal operation mode 2 (after the end of the heat storage), the
Note that, similarly to the normal operation mode 1 (FIG. 2), the second on-off
This operation mode is a normal operation mode similarly to the operation mode of FIG. 2. In FIG. 2, the heat storage is being performed. However, in the normal operation mode 2 of FIG.
より詳細には、圧縮機14からの吐出冷媒ガスの流路は、蓄熱終了以降も図2の蓄熱中と同様としてもよい。
つまり、冷媒は、負荷冷却器12から第1冷媒配管24を介して圧縮機14に流入し、ここで圧縮され、さらに圧縮機14から第2冷媒配管26を介して蓄熱器16に流入し、ここで冷媒は放熱し、蓄熱器16に蓄熱され、さらに蓄熱器16から第4冷媒配管30を介してコンデンサー18に流入し、ここで凝縮あるいは過冷却され、さらにコンデンサー18から第6冷媒配管50を介して受液器20に流入し、ここで一定量の冷媒液が受け入れられ、さらに液状の冷媒は、受液器20から第5冷媒配管40を介して膨張弁22に流入し、ここで膨張弁22の開度を調整することにより、冷媒の過熱度を調整し、さらに膨張弁22から第3冷媒配管28を介して負荷冷却器12に戻り、冷却回路を構成するようにしている。
しかしながら、圧縮機14からの吐出冷媒ガスが蓄熱器16を介してコンデンサー18まで流れることにより、蓄熱器16での圧力損失が不可避的に生じることから、このような圧力損失を排除するために、第1切替弁32を閉じる代わりに、第6切替弁48を開くことにより、圧縮機14からの吐出冷媒ガスが蓄熱器バイパス管46を介して蓄熱器16をバイパスするようにしている。
More specifically, the flow path of the refrigerant gas discharged from the
That is, the refrigerant flows from the load cooler 12 into the
However, since the refrigerant gas discharged from the
次いで、図4に示すように、デフロスト運転モード(初期段階)においては、圧縮機14を停止するとともに、第2開閉弁38および第5切替弁44を開き、一方第1切替弁32、第2切替弁34、第3切替弁36および膨張弁22を閉じる。
つまり、通常運転モードにおける冷却回路を停止しながら、第1バイパス管27、第2バイパス管31および第3バイパス管42による冷媒の流れを可能にすることで、冷媒液が受液器20から第3バイパス管42を介して蓄熱器16に流れるとともに、蓄熱器16と負荷冷却器12との間で自然循環によるループ型サーモサイフォンを構成するようにしている。
Next, as shown in FIG. 4, in the defrost operation mode (initial stage), the
In other words, by allowing the refrigerant to flow through the
この場合、特に冷凍運転直後のデフロスト運転モード(初期段階)であり、受液器20と膨張弁22との間の第5冷媒配管40内の冷媒は、圧縮機14より下流であり、比較的高圧であり、一方、第1バイパス管27と第2バイパス管31とにより負荷冷却器12と蓄熱器16とを接続することにより構成されるループ型サーモサイフォンにおいては、高圧側の蓄熱器16と低圧側の負荷冷却器12とが連通することにより、比較的中圧となることから、この差圧により、冷媒を受液器20から負荷冷却器12へ自然供給することが可能である。
このとき、必要な冷媒量とは、ループ型サーモサイフォンにおいて、サーモサイフォンが円滑に循環し、かつ負荷冷却器12のデフロストに必要な所定の熱輸送が得られるに十分な量であり、負荷冷却器12の容量、ループ型サーモサイフォンの一部である第1バイパス管27、第2バイパス管31それぞれの配管長に応じて変わるものである。
なお、圧縮機14を停止した時点において、保有冷媒量が十分な場合には、受液器20から第3バイパス管42を介して蓄熱器16への送り込みは不要であり、第5切替弁44を閉じた状態で、ループ型サーモサイフォンによるデフロスト運転のみを行えばよい。
以上のように、冷媒は、図4の矢印で示すように流れ、受液器20から第5冷媒配管40および第3バイパス管を介して蓄熱器16までは液状、蓄熱器16から第2冷媒配管26および第1バイパス管27を介して負荷冷却器12まではガス状態、負荷冷却器12から第2バイパス管31を介して蓄熱器16までは液状である。
In this case, especially in the defrost operation mode (initial stage) immediately after the freezing operation, the refrigerant in the fifth
At this time, in the loop-type thermosiphon, the required amount of refrigerant is an amount sufficient for the thermosiphon to circulate smoothly and to obtain a predetermined heat transport required for defrosting the
At the time when the
As described above, the refrigerant flows as indicated by the arrow in FIG. 4, and is liquid from the
次いで、図5に示すように、デフロスト運転モード(通常段階)においては、図4と同様に、圧縮機14を停止するとともに、第2開閉弁38を開き、一方第1切替弁32、第2切替弁34、第3切替弁36、第5切替弁44および膨張弁22を閉じる。
より詳細には、蓄熱器16の蓄熱により蒸発(吸熱)した冷媒ガスは、第2冷媒配管26から第1バイパス管27を経て負荷冷却器12に流れ、ここで冷媒ガスは、凝縮(放熱)することにより、負荷冷却器12のデフロストを行い、負荷冷却器12に付着した霜取りが行われ、冷媒液は、第2バイパス管31から第4冷媒配管30を経て蓄熱器16に戻り、この自然循環を繰り返すことにより、ループ型サーモサイフォンを構成する。
なお、負荷冷却器12内に流入する圧縮機14の油は、第3冷媒配管28より下方レベルの第1冷媒配管24に流出し、ベンド部80に送り込まれるようにしている。
このデフロスト運転により、負荷冷却器12の霜取りが完了したら、通常運転モード1に戻り、次のデフロスト運転に備えて、蓄熱を再開すればよい。
Next, as shown in FIG. 5, in the defrost operation mode (normal stage), the
More specifically, the refrigerant gas evaporated (heat absorbed) by the heat storage of the
Note that the oil of the
When the defrosting of the
たとえば、デフロスト運転の断続運転、すなわち、デフロスト運転およびデフロスト運転の停止とを繰り返す場合には、以下のように運転する。
デフロスト運転の停止の際は、第2バイパス管31においては、熱媒用受液器温度と負荷冷却器12が設置されている庫内温度と比べ熱媒用受液器温度の方が高いため、熱媒用受液器90の熱媒が蒸発してガスになり第2バイパス管31を負荷冷却器12に向かって流れ、庫内で冷却され熱媒液となり、液が熱媒用受液器90に戻る単管サーモサイフォン現象が起こったり、第1バイパス管27においては、負荷冷却器12において冷却された熱媒液が第1バイパス管27を蓄熱器16に向かって流れ、蓄熱器16で蒸発してガスになり第1バイパス管27を負荷冷却器12に向かって流れる単管サーモサイフォン現象が起こったりするところ、第1開閉弁64および第2開閉弁38が閉、第3開閉弁94が開とされることにより、第2バイパス管31および第1バイパス管27において、熱媒液が負荷冷却器12へ逆流したり、熱媒ガスが蓄熱器16へ逆流することにより、いわゆる単管サーモサイフォン現象を生じることなくバイパス管92を介して蓄熱器16からの熱媒ガスが、負荷冷却器12をバイパスして熱媒用受液器90へ流れることにより、熱媒用受液器90に受け入れられた熱媒液が加熱されて、蓄熱器16における熱媒の飽和温度の低下が抑制されることから、ループ式サーモサイフォン方式による熱輸送システムの運転、停止を繰り返す断続運転を行う場合、運転開始直後の立ち上がり特性を改善するとともに、ループ式サーモサイフォン方式の高効率化を達成可能である。
For example, when the intermittent operation of the defrost operation, that is, the defrost operation and the stop of the defrost operation are repeated, the operation is performed as follows.
When the defrost operation is stopped, the temperature of the heat medium receiver is higher in the
通常運転モード(図2および図3)とデフロスト運転モード(図4および図5)との間の切替のタイミングは、負荷冷却器12における霜の発生状況に応じて、適宜手動で切替えてもよいし、あるいは負荷冷却器12における負荷が比較的一定で、霜の進行が比較的規則的である場合には、予めタイマー設定をして、自動的に切替るようにしてもよい。
通常運転モード1(図2)から通常運転モード2(図3)への切替のタイミング、およびデフロスト運転モード(初期)(図2)からデフロスト運転モード(通常)(図3)への切替のタイミングについては、たとえば、タイマーにより自動設定してもよいし、あるいは負荷冷却器12の伝熱管(図示せず)の温度を検出し、検出した温度により設定してもよい。
なお、デフロスト運転を断続運転する場合、デフロスト運転の停止中において、通常の冷却運転は、再開してもよいし、停止のままでもよく、デフロスト運転に必要な蓄熱器16における蓄熱量の観点から、蓄熱量が足りない場合には、デフロスト運転の停止中において、通常の冷却運転を再開することにより、蓄熱をしてもよい
The timing of switching between the normal operation mode (FIGS. 2 and 3) and the defrost operation mode (FIGS. 4 and 5) may be manually switched as appropriate according to the state of frost generation in the
Timing of switching from normal operation mode 1 (FIG. 2) to normal operation mode 2 (FIG. 3) and timing of switching from defrost operation mode (initial) (FIG. 2) to defrost operation mode (normal) (FIG. 3) For example, the temperature may be automatically set by a timer, or may be set by detecting the temperature of a heat transfer tube (not shown) of the
When the defrost operation is performed intermittently, during the stop of the defrost operation, the normal cooling operation may be restarted or may be stopped, and from the viewpoint of the heat storage amount in the
以上の構成を有する冷凍装置10によれば、冷却運転中、負荷冷却器12を冷却することにより蒸発した冷媒ガスは、圧縮機14により圧縮されて、蓄熱器16において放熱し、その結果蓄熱され、冷媒ガスあるいは冷媒液が、コンデンサー18で凝縮あるいは過冷却されて、冷媒液が受液器20に受け入れられ、膨張弁22を経て、再度負荷冷却器12を冷却する冷却回路を構成することにより、負荷冷却器12を冷却する。
According to the refrigeration apparatus 10 having the above-described configuration, during the cooling operation, the refrigerant gas evaporated by cooling the
一方、負荷冷却器12のデフロスト運転中には、負荷冷却器12の冷却運転中に蓄熱器16に蓄熱した熱を利用することにより、蓄熱器16から負荷冷却器12へ第1バイパス管27を介して、冷媒ガスを送る一方、負荷冷却器12から蓄熱器16へ第2バイパス管31を介して、負荷冷却器12をデフロストした結果生じる冷媒液を戻すことにより、下方に位置するホット側の蓄熱器16と、上方に位置するコールド側の負荷冷却器12との間で自然循環によるループ型サーモサイフォンを構成することで、圧縮機14を停止した状態でのデフロストを可能とするとともに、従来のウィック式あるいはサーモサイフォン式による小さな熱輸送限界の問題を生じることなく、省エネルギー化を達成しつつデフロストすることが可能である。
On the other hand, during the defrost operation of the
以上の構成を有する負荷冷却器12のデフロスト(除霜)方法によれば、冷媒ガスを圧縮する圧縮機14を有する冷却回路により冷却する、最上方レベルに位置する負荷冷却器12のデフロスト方法であって、負荷冷却器12の冷却運転中に、圧縮機14の吐出冷媒ガスの顕熱あるいは凝縮潜熱を蓄熱する段階と、蓄熱した熱を利用して、サーモサイフォン方式により、負荷冷却器12をデフロストする段階とを、有し、蓄熱段階は、負荷冷却器12より下方レベルに設置される蓄熱器16により行い、サーモサイフォン方式は、負荷冷却器12と蓄熱器16との間にループ型デフロスト回路を構成しており、冷却運転中において、蓄熱段階終了後に、蓄熱器16をバイパスする段階を有するのでもよい。
According to the defrosting (defrosting) method of the load cooler 12 having the above-described configuration, the load cooler 12 located at the uppermost level is cooled by the cooling circuit having the
以下に、図6ないし図8を参照しながら、本願発明の第2実施形態を説明する。以下の説明においては、第1実施形態の構成要素と同じ構成要素には、同じ参照番号を付することにより、その説明は省略することとし、本実施形態の特徴部分について、詳細に説明する。
本実施形態の特徴部分は、単管サーモサイフォン現象の発生を防止する運転にあり、より具体的には、第1実施形態と同様に、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させる熱輸送システムであるのは共通であるが、第1実施形態においては、ループ式サーモサイフォン方式によりデフロスト運転を行い、デフロスト運転の断続運転の際のいわゆる単管サーモサイフォン現象の発生を防止するものであるが、本実施形態において、ループ式サーモサイフォン方式により運転するのは、温熱供給運転であり、温熱供給運転の断続運転の際のいわゆる単管サーモサイフォン現象の発生を防止する点で異なる。
このため、第1実施形態においては、冷凍運転用冷媒を加熱して高温とするのに蓄熱器が利用され、加熱された冷媒ガスがデフロストに利用されて低温となるのに負荷冷却器が対象とされ、低レベルに高温部、高レベルに低温部が構成されているのに対して、本実施形態においては、蒸発器16が外部排熱の回収用に利用されて熱媒が高温とされ、凝縮器12が外部媒体を加熱して温水供給するのに利用されて熱媒が低温とされ、低レベルに高温部、高レベルに低温部が構成されている。
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same components as those of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The features of the present embodiment will be described in detail.
The feature of this embodiment lies in the operation for preventing the occurrence of the single-tube thermosiphon phenomenon. More specifically, as in the first embodiment, a heat transport system that circulates a heat medium by a loop-type thermosiphon system. In the first embodiment, the defrost operation is performed by the loop-type thermosiphon system to prevent the so-called single-tube thermosiphon phenomenon during the intermittent operation of the defrost operation. In the present embodiment, the operation by the loop-type thermosiphon system is the heat supply operation, which is different in that the so-called single tube thermosiphon phenomenon is prevented from occurring during the intermittent operation of the heat supply operation.
For this reason, in the first embodiment, a regenerator is used to heat the refrigeration operation refrigerant to a high temperature, and a load cooler is used to heat the refrigerant gas to a low temperature by being used for defrost. In contrast, in the present embodiment, the
より詳細には、図6に示すように、熱媒液を蒸発する蒸発器16と、蒸発器16より上方レベルに設置され、熱媒ガスを凝縮する凝縮器12との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させる熱輸送システムにおいて、蒸発器16から凝縮器12へ熱媒ガスを送る熱媒ガス配管27と、凝縮器12から蒸発器16へ熱媒液を送る熱媒液配管31とを有する。
蒸発器16において、外部の排熱を回収することにより、熱媒液を蒸発する一方、凝縮器12において、熱媒ガスを凝縮することにより、温水を外部に供給し、たとえば、食品向け洗浄水として利用するようにしている。
熱媒液配管31には、熱媒用受液器90が設けられ、熱媒液配管31の凝縮器12と熱媒用受液器90との間には、第1開閉弁64が設けられ、さらに、熱媒ガス配管27の蒸発器16と凝縮器12との間と、熱媒液配管31の第1開閉弁64と熱媒用受液器との間を連絡するバイパス管92が設けられ、熱媒ガス配管27の凝縮器12の入り口側と、バイパス管92とにそれぞれ、第2開閉弁38および第3開閉弁94が設けられる。
第1開閉弁64は、凝縮器12から熱媒用受液器への一方向の流れを可能とする逆止弁でもよいし、第1実施形態と同様に、通常の電動開閉弁でもよい。
図7に示すように、温熱供給運転時には、第1開閉弁64および第2開閉弁38が開、第3開閉弁94が閉とされ、熱媒ガス配管27および熱媒液配管31により、ループ式サーモサイフォンが構成され、図8に示すように、温熱供給運転の停止時には、第1開閉弁64および第2開閉弁38が閉、第3開閉弁94が開とされ、熱媒ガス配管27の一部、バイパス管92および熱媒液配管31の一部により、同様にループ式サーモサイフォンが構成される。
なお、蒸発器16において、外部の排熱を回収することにより、熱媒液を蒸発しつつ、凝縮器12において、熱媒ガスを凝縮することにより、温水を外部に供給するのでもよい。
変形例として、第1実施形態と同様に、蒸発器16を蓄熱器とすることにより、凝縮器12において、熱媒ガスを凝縮することにより、温水を外部に供給する際は、蓄熱器により蓄熱した熱を利用し、一方、温水の外部供給停止の際は、蓄熱器により外部の排熱を回収することにより蓄熱してもよい。
More specifically, as shown in FIG. 6, a loop-type thermostat is provided between an evaporator 16 for evaporating the heat medium liquid and a
In the
The heat
The first opening / closing
As shown in FIG. 7, at the time of the heat supply operation, the first opening / closing
In the
As a modified example, as in the first embodiment, when the
以上の構成を有する熱輸送システムによれば、システムの通常運転の際は、熱媒液配管31の凝縮器12と熱媒用受液器90との間に設けた第1開閉弁64、および熱媒ガス配管27の凝縮器12の入り口側に設けた第2開閉弁38を開くとともに、蒸発器16と凝縮器12との間と、凝縮器12と熱媒用受液器90との間を連絡するバイパス管92に設けた第3開閉弁94を閉じることにより、蒸発器16において熱媒液を蒸発させ、熱媒ガス配管27により熱媒ガスを凝縮器12へ送り、凝縮器12において熱媒ガスを凝縮し、たとえば、熱媒ガスとの熱交換により温水を取り出し、熱媒液配管31により熱媒液を熱媒用受液器90を介して蒸発器12へ送り、以上より、蒸発器16より上方レベルに設置された凝縮器12との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させることにより、熱輸送することが可能である。
According to the heat transport system having the above configuration, during normal operation of the system, the first on-off
一方、システムの停止の際は、熱媒液配管31においては、熱媒用受液器温度と凝縮器12が設置されている温度と比べ熱媒用受液器温度の方が高いため、熱媒用受液器90の熱媒が蒸発してガスになり熱媒液配管31を凝縮器12に向かって流れ、庫内で冷却され熱媒液となり、液が受液器90に戻る単管サーモサイフォン現象が起こったり、熱媒ガス配管27においては、凝縮器12において冷却された熱媒液が熱媒ガス配管27を蒸発器16に向かって流れ、蒸発器16で蒸発してガスになり熱媒ガス配管27を凝縮器12に向かって流れる単管サーモサイフォン現象が起こったりするところ、第1開閉弁64および第2開閉弁38が閉、第3開閉弁94が開とされることにより、熱媒液配管31および熱媒ガス配管27において、熱媒液が凝縮器12へ逆流したり、熱媒ガスが蒸発器16へ逆流することにより、いわゆる単管サーモサイフォン現象を生じることなくバイパス管92を介して蒸発器16からの熱媒ガスが、凝縮器12をバイパスして熱媒用受液器90へ流れることにより、熱媒用受液器90に受け入れられた熱媒液が加熱されて、蒸発器16における熱媒の飽和温度の低下が抑制されることから、ループ式サーモサイフォン方式による熱輸送システムの運転、停止を繰り返す断続運転を行う場合、運転開始直後の立ち上がり特性を改善するとともに、ループ式サーモサイフォン方式の高効率化を達成可能である。
On the other hand, when the system is stopped, in the heat
以上の構成を有する熱輸送システムを用いる熱輸送方法としては、熱媒液を蒸発する蒸発器16と、蒸発器16より上方レベルに設置され、熱媒ガスを凝縮する凝縮器12との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させる熱輸送方法において、通常運転の際は、蒸発器16において熱媒液を蒸発させ、熱媒ガスを凝縮器12へ送り、凝縮器12において熱媒ガスを凝縮し、熱媒液を熱媒用受液器90を介して蒸発器16へ送ることにより、蒸発器16と蒸発器16より上方レベルに設置された凝縮器12との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させることにより、熱輸送し、運転停止の際は、熱媒の凝縮器12から蒸発器16への逆流、および/または熱媒の蒸発器16から凝縮器12への逆流を抑制しつつ、蒸発器16からの熱媒ガスを凝縮器12をバイパスして熱媒用受液器90へ流すものとされる。
As a heat transport method using the heat transport system having the above configuration, an
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において、当業者であれば、種々の修正あるいは変更が可能である。
たとえば、第1実施形態において、第1バイパス管27の蓄熱器16側への接続として、第2冷媒配管26側、一方第2バイパス管31の蓄熱器16側の接続として、第4冷媒配管30側として説明したが、それに限定されることなく、第1バイパス管27の蓄熱器16側への接続として、第4冷媒配管30側、一方第2バイパス管31の蓄熱器16側の接続として、第2冷媒配管26側としてもよい。
たとえば、本実施形態において、蓄熱器16として説明したが、それに限定されることなく、冷媒からの蓄熱が可能である限り、蓄熱槽でもよい。
たとえば、本実施形態において、通常運転における蓄熱の終了段階(図3)において、蓄熱槽での圧力損失を排除するために、第1切替弁32を閉じる代わりに、第6切替弁48を開くことにより、蓄熱器16をバイパスするものとして説明したが、それに限定されることなく、蓄熱器16での圧力損失が高くなければ、蓄熱器バイパス管46を省略してもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, various modifications or changes can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
For example, in the first embodiment, the connection of the
For example, in the present embodiment, the
For example, in the present embodiment, in order to eliminate the pressure loss in the heat storage tank, the
たとえば、本実施形態において、デフロスト運転初期(図4)において、ループ式サーモサイフォンに必要な冷媒量を送り込むためのものとして説明したが、それに限定されることなく、圧縮機14を停止した時点において保有される冷媒量で十分な場合には、このような運転は不要であり、場合により、第3バイパス管42自体を省略してもよい。
For example, in the present embodiment, the description has been given of the case where the required amount of refrigerant is supplied to the loop type thermosiphon in the initial stage of the defrost operation (FIG. 4). However, the present invention is not limited to this. Such operation is unnecessary when the amount of the retained refrigerant is sufficient, and the
h レベル差
H レベル差
10 冷凍装置
12 負荷冷却器
14 圧縮機
16 蓄熱器
18 コンデンサー
20 受液器
22 膨張弁
24 第1冷媒配管
26 第2冷媒配管
28 第3冷媒配管
30 第4冷媒配管
27 第1バイパス管
31 第2バイパス管
32 第1切替弁
34 第2切替弁
36 第3切替弁
38 第2開閉弁
40 第5冷媒配管
42 第3バイパス管
44 第5切替弁
46 蓄熱器バイパス管
48 第6切替弁
50 第6冷媒配管
62 逆止弁
64 第1開閉弁
66 逆止弁
80 ベンド部
90 熱媒用受液器
92 バイパス管
94 第3開閉弁
h Level difference H Level difference 10
Claims (10)
器との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させる熱輸送システムにお
いて、
前記蒸発器から前記凝縮器へ熱媒ガスを送る熱媒ガス配管と、前記凝縮器から前記蒸発器
へ熱媒液を送る熱媒液配管とを有し、
前記熱媒液配管には、熱媒用受液器が設けられ、
前記熱媒液配管の前記凝縮器と前記熱媒用受液器との間には、第1開閉弁が設けられ、
さらに、前記熱媒ガス配管の前記蒸発器と前記凝縮器との間と、前記熱媒液配管の前記第
1開閉弁と前記熱媒用受液器との間を連絡するバイパス管が設けられ、
前記熱媒ガス配管の前記凝縮器の入り口側と、前記バイパス管とにそれぞれ、第2開閉弁
および第3開閉弁が設けられ、
前記システムの運転時には、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が開、前記第3開閉弁
が閉とされ、前記システムの停止時には、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が閉、前
記第3開閉弁が開とされることを特徴とする熱輸送システム。 Heat that circulates the heat medium by a loop-type thermosiphon system between an evaporator that evaporates the heat medium liquid by external heat recovery and a condenser that is installed above the evaporator and condenses the heat medium gas. In the transportation system,
A heat medium gas pipe that sends a heat medium gas from the evaporator to the condenser, and a heat medium liquid pipe that sends a heat medium liquid from the condenser to the evaporator,
The heat medium liquid pipe is provided with a heat medium receiver.
A first on-off valve is provided between the condenser and the heat medium receiver of the heat medium liquid pipe,
Further, a bypass pipe communicating between the evaporator and the condenser of the heat medium gas pipe and between the first opening / closing valve of the heat medium liquid pipe and the heat medium receiver is provided. ,
A second on-off valve and a third on-off valve are provided on the inlet side of the condenser of the heat medium gas pipe and on the bypass pipe, respectively.
When operating the system, the first on-off valve and the second on-off valve are opened and the third on-off valve is closed, and when the system is stopped, the first on-off valve and the second on-off valve are closed, The heat transport system, wherein the third on-off valve is opened.
ム。 The heat transport system according to claim 1, wherein the heat medium liquid absorbs heat and evaporates in the evaporator.
し凝縮する、請求項1に記載の熱輸送システム。 The heat transport system according to claim 1, wherein, in the evaporator, the heat medium liquid absorbs heat and evaporates, while the heat medium gas radiates heat and condenses in the condenser.
求項2に記載の熱輸送システム。 The heat transport system according to claim 2, wherein the heat medium liquid is evaporated by recovering external exhaust heat in the evaporator.
に記載の熱輸送システム。 The hot water is supplied to the outside by condensing a heat carrier gas in the condenser.
A heat transport system according to claim 1.
器において、熱媒ガスを凝縮することにより、温水を外部に供給する、請求項4に記載の
熱輸送システム。 The hot water is supplied to the outside by condensing a heat medium gas in the condenser while evaporating a heat medium liquid by recovering external exhaust heat in the evaporator. Heat transport system.
弁である、請求項1に記載の熱輸送システム。 The heat transport system according to claim 1, wherein the first on-off valve is a check valve that allows a one-way flow from the condenser to the heat medium receiver.
により、ループ式サーモサイフォンが構成される、請求項1に記載の熱輸送システム。 The heat transport system according to claim 1, wherein when the system is stopped, a loop-type thermosiphon is configured by the heat medium gas pipe, the bypass pipe, and the heat medium liquid pipe.
器との間で、ループ式サーモサイフォン方式により熱媒を循環させる熱輸送方法において
、
通常運転の際は、蒸発器において熱媒液を蒸発させ、熱媒ガスを凝縮器へ送り、凝縮器に
おいて熱媒ガスを凝縮し、熱媒液を熱媒用受液器を介して蒸発器へ送ることにより、蒸発
器と蒸発器より上方レベルに設置された凝縮器との間で、ループ式サーモサイフォン方式
により熱媒を循環させることにより、熱輸送し、
運転停止の際は、熱媒の凝縮器から蒸発器への逆流、および/または熱媒の蒸発器から凝
縮器への逆流を抑制しつつ、蒸発器からの熱媒ガスを凝縮器をバイパスして熱媒用受液器
へ流す、
ことを特徴とする熱輸送方法。 Heat that circulates the heat medium by a loop-type thermosiphon system between an evaporator that evaporates the heat medium liquid by external heat recovery and a condenser that is installed above the evaporator and condenses the heat medium gas. In the transportation method,
During normal operation, the heat medium is evaporated in the evaporator, the heat medium gas is sent to the condenser, the heat medium gas is condensed in the condenser, and the heat medium liquid is evaporated through the heat medium receiver. To transfer heat between the evaporator and the condenser installed at a level higher than the evaporator by circulating a heat medium by a loop-type thermosiphon method,
When the operation is stopped, the heat medium gas from the evaporator is bypassed to the condenser while suppressing the back flow of the heat medium from the condenser to the evaporator and / or the back flow of the heat medium from the evaporator to the condenser. Flow to the heat medium receiver,
A heat transport method characterized by the above-mentioned.
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