JPH07122524B2 - 冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビルの冷房等に利用される冷凍機に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来、冷凍機で冷却した水を媒体としてビル等の各室を
冷房する冷房設備においては、これを夜間にも運転して
低温冷水を製造し、この低温冷水を蓄熱槽に貯え、昼間
この貯えた低温冷水を利用して冷房を行なうようにした
所謂蓄熱設備を具備するものがあった。

この種の蓄熱設備を有する冷房設備においては、その蓄
熱する冷水の温度は５℃〜７℃が限度であり、特に冷凍
機として満液式蒸発器を利用した冷凍機を用いた場合
は、その冷水を上記温度以下で使用すると、満液式蒸発
器が凍結するという問題があり、これを避けるために冷
水温度を上記以下にすることはできなかった。

即ちこの満液式蒸発器においては、その内部に配設した
伝熱管内を冷水が流れるため、この冷水の温度が低すぎ
ると該冷水が伝熱管内で凍結して膨張し、伝熱管を破裂
させる恐れがあるからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上記のように蓄熱する冷水温度を７℃とし、こ
の冷水が12℃に上昇するまでの蓄熱温度分を負荷に利用
できるとすれば、蓄熱量は（12℃−７℃）＝５℃とな
る。これに対して例えば蓄熱できる冷水温度を１℃まで
下げられるならば、蓄熱量は（12℃−１℃）＝11℃とな
り、上記７℃の場合に比べ2.2倍になる。これは言い換
えれば蓄熱槽の大きさが1/2.2になることを意味し、設
備コストの低減等においてメリットがある。

また、蒸発器の中には上記満液式蒸発器以外に乾式蒸発
器があり、この乾式蒸発器は冷媒を伝熱管内に流し該伝
熱管の外側を冷水が流れる構造なので、これを冷凍機に
利用すれば該冷水が凍結しても伝熱管が破損することは
ないという特徴を有している。しかしながら満液式蒸発
器は、その点検・掃除等のメンテナンスが容易であり、
また伝熱効率も良い等の利点があるため、冷凍機にこの
満液式蒸発器を利用した方がよい場合が多い。

また、ビル等に取り付けられる既設のターボ冷凍機には
満液式蒸発器が使用されているものが多いため、このタ
ーボ冷凍機を構造変更して改良して、低温冷水による蓄
熱が可能な冷房設備とする方がより経済的である。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、蒸発器
として満液式蒸発器を用いた冷凍機で且つ蓄熱する冷水
の温度を凍結されることなく低くできる冷凍機を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明は冷凍機を、圧縮機と
凝縮器と蒸発器の間を冷媒を導通する配管で連結して単
一の冷凍サイクルを構成し、且つ該蒸発器に水又はブラ
インを通す冷凍機において、前記単一の冷凍サイクル中
に連結される蒸発器の数を複数個にするとともに、該複
数個の蒸発器に水又はブラインを通す配管中には水又は
ブラインを該複数個の蒸発器に並列又は直列に切り替え
て供給する切り替え手段を取り付けて構成した。

〔作用〕

上記の如く冷凍機を構成することにより、前記水または
ブラインを単一の冷凍サイクル中でたとえ低温まで冷却
しても、上記切り替え手段によって水またはブラインを
直列に切り替えられるので、該水またはブラインの流速
をあまり減少させないようにでき、該水またはブライン
が凍結しにくい。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本実施例にかかる冷凍機の構成を示す構成図で
ある。

同図に示すようにこの冷凍機は、圧縮機１と凝縮器２と
乾式蒸発器３と満液式蒸発器４とを具備し、これら機器
間を冷媒を通す配管10,11,12,13,14,15で接続して、そ
の冷凍サイクル系を構成している。なお、図中16は凝縮
器２内を通る冷却水配管である。

上記構成の冷凍機において、ターボ式の圧縮機１で圧縮
された冷媒は、凝縮器２に通水される冷却水配管16によ
って冷却・凝縮される。この凝縮された冷媒は配管10と
配管12,11を通って乾式蒸発器３と満液式蒸発器４とに
供給される。また乾式蒸発器３内を通過した冷媒は配管
13を通して満液式蒸発器４内に導かれる。そして満液式
蒸発器４内を通過した冷媒は配管14を通って再び圧縮機
１内に導かれる。

なお、配管11,12中に取り付けられる22,23はそれぞれ膨
張弁である。

次に満液式蒸発器４には水配管17が取り付けられてい
る。この水配管17内を循環する水は満液式蒸発器４内で
冷媒によって冷却され、該冷却された水は熱交換器等の
負荷（図示せず）に送られ使用され、その後または満液
式蒸発器４に循環される。

また乾式蒸発器３には水配管18が取り付けられている。
この水配管18の乾式蒸発器３へ導入される側は２つの分
岐管18a,18bとなっており、分岐管18aは水配管17の満液
式蒸発器４への導入側に接続され、分岐管18bは水配管1
7の満液式蒸発器４の排出側に接続されている。また水
配管18の乾式蒸発器３から排出される側の端は、水配管
17の分岐管18bを接続した部分の下流側に接続されてい
る。

そして水配管17から水配管18を通って乾式蒸発器３内に
送られた水は乾式蒸発器３内の冷媒によって冷却され、
該冷却された水は再び水配管17に送り返されるのであ
る。

なお分岐管18aには開閉弁19が取り付けられており、ま
た分岐管18bにも開閉弁20が取り付けられている。また
水配管17の分岐管18bを接続した部分と、水配管18の下
流側端部を接続した部分の間にも開閉弁21が取り付けら
れている。

また同図に示す24は満液式蒸発器４出口部分の水配管17
内の水温を検知し、その水温状態によって前記圧縮機１
の回転速度を制御する制御装置であり、25は乾式蒸発器
３出口部分の水配管18内の水温を検知し、その水温状態
によって前記圧縮機１の回転速度を制御する制御装置で
ある。この制御装置24と制御装置25とはスイッチ26によ
って切り換えできる。

次にこの冷凍機の作動状態を説明する。

まずこの冷凍機を作動させれば、上述のとおりに圧縮機
１と凝縮器２と乾式蒸発器３と満液式蒸発器４内を冷媒
が循環し、これによって乾式蒸発器３と満液式蒸発器４
内の冷媒が冷却される。

そしてまず昼間等にこの冷凍機を通常運転するときは、
この冷凍機のスイッチ26を制御装置24側に切り換えると
ともに、開閉弁19と開閉弁21を開とし、開閉弁20を閉と
しておく。

このようにしておけば、負荷から戻ってきた水は、水配
管17と水配管18によってそれぞれ満液式蒸発器４と乾式
蒸発器３に並列に供給され、両蒸発器によって効率よく
冷却される。

ここで制御装置24は満液式蒸発器４出口の水配管17の水
の温度を検知しその温度に応じて前記圧縮機１の回転速
度を制御しており、これによってこの実施例では該水の
温度が７℃以下にならないように制御している。

なおこのとき乾式蒸発器３側に並列に通水された水は、
前記満液式蒸発器４とほぼ同一の蒸発温度に保持されて
おり、このため乾式蒸発器３出口部分の水配管18内の水
の温度もほぼ７℃に保持される。ここで満液式蒸発器４
の出口の水配管17内の水の温度を検知し制御するように
構成したのは、万一乾式蒸発器３側の通水状況に不具合
があって乾式蒸発器３側に凍結が発生しても前記満液式
蒸発器４があるため直ちにトラブルとならないようにす
るためである。

そしてこの冷凍機を負荷に応じて運転すると、水配管17
内の水の温度を例えば満液式蒸発器４の入り口で12℃と
し、出口で７℃とし、水量をＷ［l/min］、比熱と比重
を１とすれば、その冷凍能力は（12−７）×Ｗ×60×１
×１［kcal/H］となる。

次にこの冷凍機を夜間等の蓄熱運転に切り換えた場合に
ついて説明する。

この場合はまずスイッチ26を制御装置25側に切り換える
とともに、開閉弁19,開閉弁21を閉とし、開閉弁20を開
とする。

このようにしておけば、負荷から戻ってきた水は、水配
管17によってまず満液式蒸発器４に供給・冷却され、該
冷却された水はさらに水配管18b,18によって乾式蒸発器
３に供給され、さらに冷却された水は再び負荷に供給さ
れることとなる。つまり満液式蒸発器４と乾式蒸発器３
とは直列に接続され、しかも満液式蒸発器４は上流側
に、乾式蒸発器３はその下流側に配置されることとな
る。ここで制御装置25は乾式蒸発器３出口の水配管18内
の水の温度を検知しその温度に応じて前記圧縮機１の回
転速度を制御しており、これによってこの実施例では該
水の温度が１℃以下にならないように制御している。

ところでこのように水の温度を１℃まで冷却して蓄熱す
るならば、運転能力が前記７℃まで冷却する場合と同一
としても、その水量Ｗ′［l/min］は、 となる。

即ち、昼間運転時の半分以下の水量となり、実は低温冷
水運転では冷凍機の特性上その能力が減少することを考
慮すると、適正な水量は７℃運転時に比較してさらに大
幅に少なくても良いことになっている。

このように７℃運転時に比べて１℃運転時はその水量が
大幅に少なくてもよいため、前記満液式蒸発器４と乾式
蒸発器３を並列に接続したままでその水量を減少させる
と、蒸発器内での水の速度が低下し、このため伝熱能力
が悪化したり、該水が凍結したりして不具合が生じるこ
ととなるが、本発明のように、２つの蒸発器を直列に接
続すれば、水の速度はそれほど低下せず、このため伝熱
能力は悪化せず、また該水が凍結することもない。

さらに上記実施例においては、満液式蒸発器４を上流
側、乾式蒸発器３を下流側に配置したが、このように蒸
発器を配置すると、低温に弱い満液式蒸発器４が上流側
となるため、たとえ乾式蒸発器３の水の出口温度が１℃
となっていても満液式蒸発器４における水の温度は凍結
温度からは離れており、トラブルの恐れはないこととな
る。

第２図は水配管17又は18の所定部分の水の温度を示す図
であり、同図（ａ）は冷凍機の昼間運転時における満液
式蒸発器４への入口温度と出口温度とを示す図、同図
（ｂ）は冷凍機の夜間運転時における満液式蒸発器４へ
の入口温度と出口温度と乾式蒸発器３の出口温度とを示
す図である。

同図（ａ）の場合は満液式蒸発器４の出口温度が７℃だ
から、該満液式蒸発器４が凍結することはない。

また同図（ｂ）の場合も乾式蒸発器３の出口温度は１℃
であるが、満液式蒸発器４の出口温度は５℃なので、該
満液式蒸発器４が凍結することはないのである。

以上本発明にかかる冷凍機を一実施例を用いて詳細に説
明したが、本発明はこれに限られず種々の変形が可能で
あり、例えば、蒸発器の数は２個のみでなく、３個以上
取り付けてもよく、また蒸発器の種類も種々の変更が可
能である。

また上記実施例においては、水配管17,18中に水を供給
したが、この流体は水に限られず、他のブラインを用い
てもよいことは言うまでもない。

また上記実施例においては、水またはブラインの温度を
検知して前記満液式蒸発器への冷媒供給量を低めに制限
するように制御手段を構成したが、本発明はこれに限ら
れず、満液式蒸発器の凍結の恐れを検知する手段として
は水またはブラインの温度を検知する手段の代わりに、
冷媒の蒸発温度や冷媒の蒸発圧力を検知する手段で構成
してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明に係る冷凍機によれ
ば、単一の冷凍サイクル中に蒸発器を複数個設けるとと
もに、該複数個の蒸発器への通水する水またはブライン
を該複数個の蒸発器に並列又は直列に供給する切り替え
手段を設けたので、該水またはブラインを単一の冷凍サ
イクル中で低温まで冷却しても、該水またはブラインを
蒸発器に直列に供給できその流速を減少させないように
できるので、該水またはブラインが凍結しにくいという
優れた効果を有する。

また水またはブラインを複数の蒸発器に直列に供給した
ときに最も下流側となる蒸発器を乾式蒸発器とすれば、
その乾式蒸発器以外の蒸発器としてたとえ低温に弱い満
液式蒸発器を用いたとしても、該満液式蒸発器が凍結す
ることはないという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる冷凍機の構成を示す
構成図、第２図（ａ），（ｂ）は水配管17,18の所定部
分の水の温度を示す図である。 図中、１……圧縮機、２……凝縮器、３……乾式蒸発
器、４……満液式蒸発器、10,11,12,13,14,15……配
管、17,18……水配管、である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と凝縮器と蒸発器の間を冷媒を導通
   する配管で連結して単一の冷凍サイクルを構成し、且つ
   該蒸発器に水又はブラインを通す冷凍機において、 前記単一の冷凍サイクル中に連結される蒸発器の数を複
   数個にするとともに、該複数個の蒸発器に水又はブライ
   ンを通す配管中には水又はブラインを該複数個の蒸発器
   に並列又は直列に切り替えて供給する切り替え手段を取
   り付けたことを特徴とする冷凍機。
2. 【請求項２】前記複数個の蒸発器の内、水又はブライン
   を直列に供給した時に最後尾に位置することとなる蒸発
   器を乾式蒸発器としたことを特徴とする請求項（１）記
   載の冷凍機。
3. 【請求項３】前記単一の冷凍サイクル中に連結される複
   数個の蒸発器の内の少なくとも１つが満液式蒸発器であ
   る冷凍機であって、該冷凍機には、水又はブラインの温
   度降下による満液式蒸発器の凍結の恐れを検知する検知
   手段を設けるとともに、該検知手段が満液式蒸発器の凍
   結の恐れを検知した際に前記満液式蒸発器への冷媒供給
   量を低めに制限する制御手段を設けたことを特徴とする
   請求項（１）又は（２）記載の冷凍機。
4. 【請求項４】前記冷凍機には、水又はブラインを複数個
   の蒸発器に並列に供給するときの水又はブラインの蒸発
   器出口温度設定値よりも、複数個の蒸発器に直列に供給
   するときの水又はブラインの蒸発器出口温度設定値を低
   く設定し、該水又はブラインの温度がそれぞれその設定
   値以下とならないように冷媒供給量を低めに制限する制
   御手段を設けたことを特徴とする請求項（１）又は
   （２）記載の冷凍機。