JPH0712412A - 冷凍サイクル及び冷凍装置 - Google Patents
冷凍サイクル及び冷凍装置Info
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- JPH0712412A JPH0712412A JP14998993A JP14998993A JPH0712412A JP H0712412 A JPH0712412 A JP H0712412A JP 14998993 A JP14998993 A JP 14998993A JP 14998993 A JP14998993 A JP 14998993A JP H0712412 A JPH0712412 A JP H0712412A
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/13—Economisers
Abstract
(57)【要約】
【目的】 冷媒として無害で安全な水を用いることがで
きる冷凍サイクル及び冷凍装置を提供する。 【構成】 循環冷媒が密閉系内で圧縮，凝縮，ＪＴ膨
張，蒸発，再圧縮の各工程を繰り返す循環サイクルによ
り構成される冷凍サイクルにおいて、前記循環冷媒が水
を主成分とするものであり、前記各工程を大気圧以下で
循環する。
きる冷凍サイクル及び冷凍装置を提供する。 【構成】 循環冷媒が密閉系内で圧縮，凝縮，ＪＴ膨
張，蒸発，再圧縮の各工程を繰り返す循環サイクルによ
り構成される冷凍サイクルにおいて、前記循環冷媒が水
を主成分とするものであり、前記各工程を大気圧以下で
循環する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクル及び冷凍
装置に関し、詳しくは、各種空調機，化学装置における
プロセスガスや液の冷却を行う冷凍サイクル及び冷凍装
置であって、冷媒として水を用いた冷凍サイクル及び装
置に関する。
装置に関し、詳しくは、各種空調機，化学装置における
プロセスガスや液の冷却を行う冷凍サイクル及び冷凍装
置であって、冷媒として水を用いた冷凍サイクル及び装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、各種の空調や冷凍用の機械冷
凍機が広く用いられている。これらの冷却，冷凍用に用
いられる冷凍装置は、基本的には、冷媒圧縮機，凝縮
器，膨張弁，冷却蒸発器を備えた密閉系の冷凍サイクル
からなるものであり、冷媒圧縮機で圧縮された冷媒は、
凝縮器で凝縮した後、膨張弁でＪＴ膨張して寒冷を発生
し、冷却蒸発器で他の流体を冷却し、その後、再び冷媒
圧縮機で圧縮されて循環する構成を有している。そし
て、このような冷凍装置に用いる冷媒として、従来は、
各種フロンが用いられていた。
凍機が広く用いられている。これらの冷却，冷凍用に用
いられる冷凍装置は、基本的には、冷媒圧縮機，凝縮
器，膨張弁，冷却蒸発器を備えた密閉系の冷凍サイクル
からなるものであり、冷媒圧縮機で圧縮された冷媒は、
凝縮器で凝縮した後、膨張弁でＪＴ膨張して寒冷を発生
し、冷却蒸発器で他の流体を冷却し、その後、再び冷媒
圧縮機で圧縮されて循環する構成を有している。そし
て、このような冷凍装置に用いる冷媒として、従来は、
各種フロンが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
冷凍装置に多く用いられているフロン（Ｒ１２，Ｒ２２
等）が、オゾン層を破壊するため、その利用が禁止され
つつある。このような中で、代替フロンの開発が進めら
れるとともに、代替品としてプロパンやブタンあるいは
アンモニア等の使用も検討されているが、これらの代替
品は、いずれも可燃性であったり、有毒であったりする
問題があった。
冷凍装置に多く用いられているフロン（Ｒ１２，Ｒ２２
等）が、オゾン層を破壊するため、その利用が禁止され
つつある。このような中で、代替フロンの開発が進めら
れるとともに、代替品としてプロパンやブタンあるいは
アンモニア等の使用も検討されているが、これらの代替
品は、いずれも可燃性であったり、有毒であったりする
問題があった。
【０００４】そこで本発明は、冷媒として無害で安全な
水を用いることができる冷凍サイクル及び冷凍装置を提
供することを目的としている。
水を用いることができる冷凍サイクル及び冷凍装置を提
供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の冷凍サイクルは、循環冷媒が密閉系内で
圧縮，凝縮，ＪＴ膨張，蒸発，再圧縮の各工程を繰り返
す循環サイクルにより構成される冷凍サイクルにおい
て、前記循環冷媒が水を主成分とするものであり、前記
各工程を大気圧以下で循環することを特徴としている。
ため、本発明の冷凍サイクルは、循環冷媒が密閉系内で
圧縮，凝縮，ＪＴ膨張，蒸発，再圧縮の各工程を繰り返
す循環サイクルにより構成される冷凍サイクルにおい
て、前記循環冷媒が水を主成分とするものであり、前記
各工程を大気圧以下で循環することを特徴としている。
【０００６】さらに、本発明の冷凍サイクルは、上記構
成において、前記圧縮工程を複数段、特に、１段目の吐
出圧力が０．６〜２．５ｋＰａ、２段目の吐出圧力が
２．５〜８．５ｋＰａの範囲の２段で行うとともに、各
段の吸入圧力で蒸発工程を行うこと、循環冷媒が水とメ
タノールあるいは水とエタノールの混合冷媒であり、メ
タノール又はエタノールの混合量が３０％以下であるこ
とを特徴としている。
成において、前記圧縮工程を複数段、特に、１段目の吐
出圧力が０．６〜２．５ｋＰａ、２段目の吐出圧力が
２．５〜８．５ｋＰａの範囲の２段で行うとともに、各
段の吸入圧力で蒸発工程を行うこと、循環冷媒が水とメ
タノールあるいは水とエタノールの混合冷媒であり、メ
タノール又はエタノールの混合量が３０％以下であるこ
とを特徴としている。
【０００７】また、本発明の冷凍装置は、冷媒圧縮機，
凝縮器，膨張弁，冷却蒸発器を備えた冷凍装置におい
て、前記凝縮器を、前記冷却蒸発器と同じ高さ乃至高位
置に配設したことを特徴とし、さらに、前記凝縮器を導
出した冷媒と、前記冷却蒸発器を導出した冷媒とを熱交
換する熱交換器を設けたことを特徴としている。
凝縮器，膨張弁，冷却蒸発器を備えた冷凍装置におい
て、前記凝縮器を、前記冷却蒸発器と同じ高さ乃至高位
置に配設したことを特徴とし、さらに、前記凝縮器を導
出した冷媒と、前記冷却蒸発器を導出した冷媒とを熱交
換する熱交換器を設けたことを特徴としている。
【０００８】
【作 用】上記のように、冷凍サイクル内の各工程を大
気圧以下にすることにより、冷媒として水を使用するこ
とが可能となり、特に、圧縮工程を複数段で行い、各圧
縮工程の吸入圧力で蒸発工程を行うことにより、効率の
向上が図れる。また、凝縮器の設置位置を、冷却蒸発器
以上にすることにより、冷媒の流れを円滑にできる。
気圧以下にすることにより、冷媒として水を使用するこ
とが可能となり、特に、圧縮工程を複数段で行い、各圧
縮工程の吸入圧力で蒸発工程を行うことにより、効率の
向上が図れる。また、凝縮器の設置位置を、冷却蒸発器
以上にすることにより、冷媒の流れを円滑にできる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
てさらに詳細に説明する。図１は、本発明の冷凍サイク
ルを実施する冷凍装置の一実施例を示すもので、この冷
凍装置は、多段圧縮機からなる冷媒圧縮機１と、該冷媒
圧縮機１の第１圧縮段１１で圧縮された水を主成分とす
る冷媒の圧縮熱を除去するアフタークーラー２と、該冷
媒圧縮機１の第２圧縮段１２から吐出される圧縮冷媒を
大気あるいは冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器３と、
凝縮した冷媒を後述する冷却蒸発器４から導出した冷媒
により冷却する熱交換器５と、該熱交換器５を導出した
後の冷媒をＪＴ膨張させる２個の膨張弁６１，６２と、
ＪＴ膨張により降温した冷媒で被冷却流体を冷却する冷
却蒸発器４とにより構成されている。
てさらに詳細に説明する。図１は、本発明の冷凍サイク
ルを実施する冷凍装置の一実施例を示すもので、この冷
凍装置は、多段圧縮機からなる冷媒圧縮機１と、該冷媒
圧縮機１の第１圧縮段１１で圧縮された水を主成分とす
る冷媒の圧縮熱を除去するアフタークーラー２と、該冷
媒圧縮機１の第２圧縮段１２から吐出される圧縮冷媒を
大気あるいは冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器３と、
凝縮した冷媒を後述する冷却蒸発器４から導出した冷媒
により冷却する熱交換器５と、該熱交換器５を導出した
後の冷媒をＪＴ膨張させる２個の膨張弁６１，６２と、
ＪＴ膨張により降温した冷媒で被冷却流体を冷却する冷
却蒸発器４とにより構成されている。
【００１０】以下、上記構成の冷凍装置において水を冷
媒として用い、圧力９３４ｋＰａ，温度４０℃，水分飽
和の空気１００ｋｇ・ｍｏｌ／ｈを、１０℃に冷却する
プロセスを説明する。冷媒圧縮機１の第２圧縮段１２で
約７．３５ｋＰａに圧縮された約２．７６ｋｇ・ｍｏｌ
／ｈの気体の水は、凝縮器３に導入され、管３１から導
入される冷却水により間接的に約４０℃に冷却され、該
凝縮器３内で凝縮する。凝縮した水は、熱交換器５で更
に冷却された後に二分し、その一方は、一方の膨張弁６
１で冷媒圧縮機１の第２圧縮段１２の吸入圧力である約
２．４ｋＰａ付近までＪＴ膨張して約２０℃となり冷却
蒸発器４の温端側の蒸発流路４１に導入され、他方は、
他方の膨張弁６２で冷媒圧縮機１の第１圧縮段１１の吸
入圧力である約０．９ｋＰａ付近までＪＴ膨張して約７
℃となり冷却蒸発器４の冷端側の蒸発流路４２に導入さ
れる。
媒として用い、圧力９３４ｋＰａ，温度４０℃，水分飽
和の空気１００ｋｇ・ｍｏｌ／ｈを、１０℃に冷却する
プロセスを説明する。冷媒圧縮機１の第２圧縮段１２で
約７．３５ｋＰａに圧縮された約２．７６ｋｇ・ｍｏｌ
／ｈの気体の水は、凝縮器３に導入され、管３１から導
入される冷却水により間接的に約４０℃に冷却され、該
凝縮器３内で凝縮する。凝縮した水は、熱交換器５で更
に冷却された後に二分し、その一方は、一方の膨張弁６
１で冷媒圧縮機１の第２圧縮段１２の吸入圧力である約
２．４ｋＰａ付近までＪＴ膨張して約２０℃となり冷却
蒸発器４の温端側の蒸発流路４１に導入され、他方は、
他方の膨張弁６２で冷媒圧縮機１の第１圧縮段１１の吸
入圧力である約０．９ｋＰａ付近までＪＴ膨張して約７
℃となり冷却蒸発器４の冷端側の蒸発流路４２に導入さ
れる。
【００１１】冷却蒸発器４の温端側の蒸発流路４１に導
入された１．５１ｋｇ・ｍｏｌ／ｈの水は、該冷却蒸発
器４の冷却流路に導入される前記４０℃の空気を約２４
℃まで冷却し、自身は蒸発して冷媒圧縮機１の第２圧縮
段１２に吸引される。また、冷却蒸発器４の冷端側の蒸
発流路４２に導入された１．１３ｋｇ・ｍｏｌ／ｈの水
は、前記約２４℃の空気を、所定温度である１０℃まで
冷却し、自身は蒸発して前記熱交換器５に導入され、前
記凝縮器３で凝縮した水を冷却する冷却源となり、その
後、冷媒圧縮機１の第１圧縮段１１に吸引される。
入された１．５１ｋｇ・ｍｏｌ／ｈの水は、該冷却蒸発
器４の冷却流路に導入される前記４０℃の空気を約２４
℃まで冷却し、自身は蒸発して冷媒圧縮機１の第２圧縮
段１２に吸引される。また、冷却蒸発器４の冷端側の蒸
発流路４２に導入された１．１３ｋｇ・ｍｏｌ／ｈの水
は、前記約２４℃の空気を、所定温度である１０℃まで
冷却し、自身は蒸発して前記熱交換器５に導入され、前
記凝縮器３で凝縮した水を冷却する冷却源となり、その
後、冷媒圧縮機１の第１圧縮段１１に吸引される。
【００１２】上記第１圧縮段１１に吸引された気体の水
は、約２．４ｋＰａに圧縮され、前記アフタークーラー
２で冷却水により冷却された後、前記冷却蒸発器４の蒸
発流路４１から導出した気体の水と合流して冷媒圧縮機
１の第２圧縮段１２に吸引される。第２圧縮段１２に吸
引された気体の水は、再び約７．３５ｋＰａに圧縮され
て上記経路を循環しながら、冷却蒸発器４で被冷却流体
である前記空気を４０℃から１０℃に冷却する。
は、約２．４ｋＰａに圧縮され、前記アフタークーラー
２で冷却水により冷却された後、前記冷却蒸発器４の蒸
発流路４１から導出した気体の水と合流して冷媒圧縮機
１の第２圧縮段１２に吸引される。第２圧縮段１２に吸
引された気体の水は、再び約７．３５ｋＰａに圧縮され
て上記経路を循環しながら、冷却蒸発器４で被冷却流体
である前記空気を４０℃から１０℃に冷却する。
【００１３】このように、冷媒圧縮機１での圧縮工程，
凝縮器３での凝縮工程，膨張弁６１，６２でのＪＴ膨張
工程，冷却蒸発器４での蒸発工程，冷媒圧縮機１に循環
しての再圧縮工程を繰り返す密閉系からなる循環サイク
ルにより構成される冷凍サイクルにおいて、該サイクル
内を循環する冷媒として水を用いるとともに、前記各工
程を大気圧以下で操作することにより、十分な冷却性能
を得ることができる。
凝縮器３での凝縮工程，膨張弁６１，６２でのＪＴ膨張
工程，冷却蒸発器４での蒸発工程，冷媒圧縮機１に循環
しての再圧縮工程を繰り返す密閉系からなる循環サイク
ルにより構成される冷凍サイクルにおいて、該サイクル
内を循環する冷媒として水を用いるとともに、前記各工
程を大気圧以下で操作することにより、十分な冷却性能
を得ることができる。
【００１４】また、上記実施例に示すように、圧縮工程
を複数段で行い、各段の吸入圧力に対応する圧力で蒸発
工程を行うことにより、被冷却流体の冷却効率を保った
まま冷媒圧縮機１の負担を軽減することができ、動力費
の低減が図れる。特に、圧縮工程を２段とし、１段目の
吐出圧力を０．６〜２．５ｋＰａ、２段目の吐出圧力を
２．５〜８．５ｋＰａ程度に設定することにより、圧縮
比を適当な範囲に保った状態で十分な膨張比を得ること
ができる。
を複数段で行い、各段の吸入圧力に対応する圧力で蒸発
工程を行うことにより、被冷却流体の冷却効率を保った
まま冷媒圧縮機１の負担を軽減することができ、動力費
の低減が図れる。特に、圧縮工程を２段とし、１段目の
吐出圧力を０．６〜２．５ｋＰａ、２段目の吐出圧力を
２．５〜８．５ｋＰａ程度に設定することにより、圧縮
比を適当な範囲に保った状態で十分な膨張比を得ること
ができる。
【００１５】さらに、上記実施例では、冷媒として水を
単独で使用したが、水にメタノールやエタノールを加え
た混合物を冷媒として用いることにより、冷媒の融点を
下げて冷媒の使用温度範囲を低温側に広げることができ
る。なお、このときのメタノール又はエタノールの混合
量は、安全性等を考慮して３０％以下にすることが好ま
しい。
単独で使用したが、水にメタノールやエタノールを加え
た混合物を冷媒として用いることにより、冷媒の融点を
下げて冷媒の使用温度範囲を低温側に広げることができ
る。なお、このときのメタノール又はエタノールの混合
量は、安全性等を考慮して３０％以下にすることが好ま
しい。
【００１６】一方、各工程が大気圧以下で行われるた
め、冷媒の圧力差が非常に小さく、特に、凝縮器３での
凝縮工程から冷却蒸発器４での蒸発工程に至る間は、凝
縮器３で凝縮した水を膨張弁６１，６２でＪＴ膨張させ
て冷却蒸発器４に導入しなければならないが、例えば、
上記のように、冷媒圧縮機１で圧縮され、凝縮器３で凝
縮した水の圧力が、約７．３５ｋＰａ（約０．０７５ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 ）の場合は、液体の水を数ｃｍしか上昇さ
せることができないため、凝縮器３が冷却蒸発器４より
低い位置にあると、水のヘッド圧のために冷媒の水を冷
却蒸発器４に導入することができなくなる。したがっ
て、装置構成としては、前記凝縮器３を、前記冷却蒸発
器４と同じ高さ乃至冷却蒸発器４よりも高位置に配設す
る必要がある。
め、冷媒の圧力差が非常に小さく、特に、凝縮器３での
凝縮工程から冷却蒸発器４での蒸発工程に至る間は、凝
縮器３で凝縮した水を膨張弁６１，６２でＪＴ膨張させ
て冷却蒸発器４に導入しなければならないが、例えば、
上記のように、冷媒圧縮機１で圧縮され、凝縮器３で凝
縮した水の圧力が、約７．３５ｋＰａ（約０．０７５ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 ）の場合は、液体の水を数ｃｍしか上昇さ
せることができないため、凝縮器３が冷却蒸発器４より
低い位置にあると、水のヘッド圧のために冷媒の水を冷
却蒸発器４に導入することができなくなる。したがっ
て、装置構成としては、前記凝縮器３を、前記冷却蒸発
器４と同じ高さ乃至冷却蒸発器４よりも高位置に配設す
る必要がある。
【００１７】また、上記実施例に示すように、凝縮器３
で凝縮した液体の水を、冷却蒸発器４の蒸発流路４２か
ら導出した気体の水により冷却する熱交換器５を設けた
ので、ＪＴ膨張前の液体の水の温度を下げることがで
き、ＪＴ膨張後の温度を低くでき、冷却効率を向上させ
ることができる。
で凝縮した液体の水を、冷却蒸発器４の蒸発流路４２か
ら導出した気体の水により冷却する熱交換器５を設けた
ので、ＪＴ膨張前の液体の水の温度を下げることがで
き、ＪＴ膨張後の温度を低くでき、冷却効率を向上させ
ることができる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷凍サイ
クル及び冷凍装置によれば、冷媒として水、又は水にメ
タノールやエタノールを加えた混合物を使用することが
できるので、従来の冷凍サイクル，冷凍装置に使用され
ていたフロンが抱えるオゾン層の破壊や地球温暖化の問
題を解消することができ、また、可燃性，毒性がないの
で使用上も安全である。さらに、冷凍サイクル内の冷媒
圧力が大気圧以下であるため、従来のように高圧ガスの
適用を受けることもない。しかも、水は、潜熱が大きい
ので、冷媒循環量が少なくて済み、動力費の低減も図る
ことができる。
クル及び冷凍装置によれば、冷媒として水、又は水にメ
タノールやエタノールを加えた混合物を使用することが
できるので、従来の冷凍サイクル，冷凍装置に使用され
ていたフロンが抱えるオゾン層の破壊や地球温暖化の問
題を解消することができ、また、可燃性，毒性がないの
で使用上も安全である。さらに、冷凍サイクル内の冷媒
圧力が大気圧以下であるため、従来のように高圧ガスの
適用を受けることもない。しかも、水は、潜熱が大きい
ので、冷媒循環量が少なくて済み、動力費の低減も図る
ことができる。
【図１】 本発明の一実施例を示す冷凍装置の系統図で
ある。
ある。
１…冷媒圧縮機、３…凝縮器、４…冷却蒸発器、５…熱
交換器、６１，６２…膨張弁
交換器、６１，６２…膨張弁
Claims (9)
- 【請求項１】 循環冷媒が密閉系内で圧縮，凝縮，ＪＴ
膨張，蒸発，再圧縮の各工程を繰り返す循環サイクルに
より構成される冷凍サイクルにおいて、前記循環冷媒が
水を主成分とするものであり、前記各工程を大気圧以下
で循環することを特徴とする冷凍サイクル。 - 【請求項２】 前記圧縮工程を複数段で行うとともに、
各段の吸入圧力で蒸発工程を行うことを特徴とする請求
項１記載の冷凍サイクル。 - 【請求項３】 前記圧縮工程及び蒸発工程が２段である
ことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル。 - 【請求項４】 前記蒸発工程は、１段目の吐出圧力が
０．６〜２．５ｋＰａ、２段目の吐出圧力が２．５〜
８．５ｋＰａであることを特徴とする請求項３記載の冷
凍サイクル。 - 【請求項５】 前記循環冷媒が水とメタノールの混合物
であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。 - 【請求項６】 前記循環冷媒が水とエタノールの混合物
であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。 - 【請求項７】 前記メタノール又はエタノールの混合量
が３０％以下であることを特徴とする請求項５又は６記
載の冷凍サイクル。 - 【請求項８】 冷媒圧縮機，凝縮器，膨張弁，冷却蒸発
器を備えた冷凍装置において、前記凝縮器を、前記冷却
蒸発器と同じ高さ乃至高位置に配設したことを特徴とす
る冷凍装置。 - 【請求項９】 前記凝縮器を導出した冷媒と、前記冷却
蒸発器を導出した冷媒とを熱交換する熱交換器を設けた
ことを特徴とする請求項８記載の冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14998993A JPH0712412A (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 冷凍サイクル及び冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14998993A JPH0712412A (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 冷凍サイクル及び冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0712412A true JPH0712412A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15487037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14998993A Pending JPH0712412A (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 冷凍サイクル及び冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0712412A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008122012A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Sasakura Engineering Co Ltd | 液体の蒸発式冷却装置 |
-
1993
- 1993-06-22 JP JP14998993A patent/JPH0712412A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008122012A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Sasakura Engineering Co Ltd | 液体の蒸発式冷却装置 |
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