JPWO2014045394A1 - Refrigeration equipment - Google Patents

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Abstract

冷凍装置100は、第1冷媒回路50と第2冷媒回路60とを備え、第1冷媒回路50の第1蒸発器4と第2冷媒回路60の第2凝縮器7とでカスケードコンデンサー15を構成する冷凍装置である。この冷凍装置100の第2冷媒回路60は、第2凝縮器7と第2膨張弁10との間に設けられたレシーバー8と、第2圧縮機5に接続され、第2圧縮機5の余剰な冷凍機油18を貯留して第2圧縮機5内の冷凍機油18の量を調整するタンク14と、レシーバー8とタンク14とを接続するバイパス回路13と、バイパス回路13に設けられ、第2冷媒回路60の高圧圧力が所定圧力以上になるとバイパス回路13を開き、第2冷媒回路60の高圧圧力が前記所定圧力よりも小さくなるとバイパス回路13を閉じるバイパス弁13aと、を備えたものである。The refrigeration apparatus 100 includes a first refrigerant circuit 50 and a second refrigerant circuit 60, and the cascade condenser 15 is configured by the first evaporator 4 of the first refrigerant circuit 50 and the second condenser 7 of the second refrigerant circuit 60. Refrigeration equipment. The second refrigerant circuit 60 of the refrigeration apparatus 100 is connected to the receiver 8 provided between the second condenser 7 and the second expansion valve 10 and the second compressor 5, and surplus of the second compressor 5. The refrigerating machine oil 18 is stored to adjust the amount of the refrigerating machine oil 18 in the second compressor 5, the bypass circuit 13 that connects the receiver 8 and the tank 14, and the bypass circuit 13, A bypass valve 13a that opens the bypass circuit 13 when the high pressure of the refrigerant circuit 60 becomes equal to or higher than a predetermined pressure, and closes the bypass circuit 13 when the high pressure of the second refrigerant circuit 60 becomes lower than the predetermined pressure. .

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、第1冷媒回路及び第2冷媒回路を備え、第1冷媒回路の蒸発器と第2冷媒回路の凝縮器とでカスケードコンデンサーを構成した二元冷凍装置に関するものである。   The present invention relates to a refrigeration apparatus, and more particularly to a binary refrigeration apparatus that includes a first refrigerant circuit and a second refrigerant circuit, and in which a cascade condenser is configured by an evaporator of the first refrigerant circuit and a condenser of the second refrigerant circuit. It is.

従来の冷凍機として、第1冷媒回路及び第2冷媒回路を備え、第1冷媒回路の蒸発器と第2冷媒回路の凝縮器とでカスケードコンデンサーを構成した二元冷凍装置が提案されている。このような従来の二元冷凍装置には、第2冷媒回路に、「圧縮機20の吸込側の配管20Sにキャピラリーチューブ66を介して接続された膨張タンク65を備え、キャピラリーチューブ66に並列に逆止弁67を接続し、膨張タンク65の方向を逆止弁の順方向とした。」という構成を備えたものも提案されている(特許文献1参照)。
このような冷凍装置は、通常、第2冷媒回路の圧縮機停止時に第2冷媒回路内の冷媒を逆止弁を介して膨張タンクに迅速に回収することによって、第2冷媒回路内の圧力上昇の防止を図っている。また、このような冷凍装置は、第2冷媒回路の圧縮機の起動後に減圧装置を介して徐々に膨張タンクから第2冷媒回路中に冷媒を戻すことで、第2冷媒回路の圧縮機の起動負荷の軽減を図っている。
As a conventional refrigerator, a binary refrigeration apparatus including a first refrigerant circuit and a second refrigerant circuit, and a cascade condenser formed by an evaporator of the first refrigerant circuit and a condenser of the second refrigerant circuit has been proposed. Such a conventional binary refrigeration apparatus includes an expansion tank 65 connected to a pipe 20S on the suction side of the compressor 20 via a capillary tube 66 in the second refrigerant circuit, and in parallel with the capillary tube 66. A check valve 67 is connected, and a configuration having a configuration of “the forward direction of the check valve is set to the direction of the expansion tank 65” has been proposed (see Patent Document 1).
Such a refrigeration apparatus normally increases the pressure in the second refrigerant circuit by quickly collecting the refrigerant in the second refrigerant circuit into the expansion tank via the check valve when the compressor of the second refrigerant circuit is stopped. To prevent this. In addition, such a refrigeration apparatus gradually starts the compressor of the second refrigerant circuit by returning the refrigerant from the expansion tank into the second refrigerant circuit through the decompression device after the compressor of the second refrigerant circuit is started. The load is reduced.

特開2007−303792号(要約、図6)JP 2007-303792 (Summary, FIG. 6)

二元冷凍装置において、第2冷媒回路の周囲温度が運転時における第2冷媒回路の高圧圧力側の飽和温度(高圧側の回路部分を流れる冷媒の飽和温度)より高い場合、第2冷媒回路の圧縮機が停止すると、第2冷媒回路内の圧力は周囲温度に相当する圧力まで上昇することになる。このような場合、従来の二元冷凍装置は、上述のように第2冷媒回路内の冷媒を膨張タンクに回収し、第2冷媒回路内の圧力上昇の防止を図っている。   In the binary refrigeration apparatus, when the ambient temperature of the second refrigerant circuit is higher than the saturation temperature on the high pressure side of the second refrigerant circuit during operation (saturation temperature of the refrigerant flowing through the circuit portion on the high pressure side) during operation, When the compressor stops, the pressure in the second refrigerant circuit increases to a pressure corresponding to the ambient temperature. In such a case, the conventional binary refrigeration apparatus collects the refrigerant in the second refrigerant circuit in the expansion tank as described above, and prevents the pressure in the second refrigerant circuit from increasing.

ここで、運転中の二元冷凍装置の第2冷媒回路においては、低圧圧力側の回路部分(減圧装置から圧縮機の吸入口までの回路部分)に比べ、高圧圧力側の回路部分(圧縮機の吐出口から減圧装置までの回路部分)の方が冷媒密度が大きい。このため、第2冷媒回路の圧縮機が停止した際、高圧圧力側の回路部分が低圧側の回路部分よりも圧力が高くなる。しかしながら、従来の二元冷凍装置は、第2冷媒回路の圧縮機の吸入側の配管、つまり、第2冷媒回路の低圧側の回路部分に膨張タンクを接続している。このため、従来の二元冷凍装置は、第2冷媒回路の圧縮機が停止した際、第2冷媒回路の高圧側の回路部分において圧力の異常上昇を回避できない場合があるという問題点があった。   Here, in the second refrigerant circuit of the operating dual refrigeration system, the circuit portion on the high pressure side (compressor) is compared with the circuit portion on the low pressure side (circuit portion from the decompression device to the compressor inlet). The circuit density from the discharge port to the decompression device) has a higher refrigerant density. For this reason, when the compressor of the second refrigerant circuit is stopped, the pressure of the circuit portion on the high pressure side becomes higher than that of the circuit portion on the low pressure side. However, in the conventional binary refrigeration apparatus, the expansion tank is connected to the suction side piping of the compressor of the second refrigerant circuit, that is, the low pressure side circuit portion of the second refrigerant circuit. For this reason, the conventional binary refrigeration apparatus has a problem that when the compressor of the second refrigerant circuit is stopped, an abnormal increase in pressure may not be avoided in the circuit portion on the high pressure side of the second refrigerant circuit. .

なお、第2冷媒回路の蒸発器の上流側に、第2冷媒回路の圧縮機が停止した際に蒸発器へ冷媒が流れることを防止する開閉弁(高圧側の回路部分と低圧側の回路部分を遮断する開閉弁)を設ける場合がある。このような開閉弁を設けている場合、第2冷媒回路の高圧側の回路部分から低圧側の回路部分へ冷媒が流れ込む流路がさらに減少するため、第2冷媒回路の高圧側の回路部分において圧力の異常上昇を回避できない場合があるという上記の問題点はさらに顕著となる。   An on-off valve (a high pressure side circuit portion and a low pressure side circuit portion) prevents the refrigerant from flowing into the evaporator when the compressor of the second refrigerant circuit stops upstream of the evaporator of the second refrigerant circuit. May be provided. When such an on-off valve is provided, since the flow path through which the refrigerant flows from the high pressure side circuit portion of the second refrigerant circuit to the low pressure side circuit portion is further reduced, in the high pressure side circuit portion of the second refrigerant circuit The above-mentioned problem that an abnormal increase in pressure may not be avoided is even more remarkable.

また、二元冷凍装置では、第2冷媒回路の圧縮機が停止した場合でも、第1冷媒回路を運転させて第2冷媒回路を冷却することによって、第2冷媒回路の異常圧力上昇を回避できる。このため、停電等が発生して第1冷媒回路を運転することができない場合を除き、膨張タンクはその機能を果たすことがない。したがって、従来の二元冷凍装置は、使用するかどうかがわからない膨張タンクを備えているため、二元冷凍装置のコストがアップしてしまうという問題点があった。   Further, in the binary refrigeration apparatus, even when the compressor of the second refrigerant circuit is stopped, the abnormal pressure rise of the second refrigerant circuit can be avoided by operating the first refrigerant circuit and cooling the second refrigerant circuit. . For this reason, the expansion tank does not perform its function except when a power failure occurs and the first refrigerant circuit cannot be operated. Therefore, since the conventional binary refrigeration apparatus includes an expansion tank that does not know whether to use it, there is a problem that the cost of the binary refrigeration apparatus increases.

本発明は、上述のような課題のうちの少なくとも1つを解決するものであり、第2冷媒回路の圧縮機が停止した際、第2冷媒回路の高圧側の回路部分において圧力の異常上昇が発生することを防止できる冷凍装置を提供することを目的とする。   The present invention solves at least one of the problems as described above, and when the compressor of the second refrigerant circuit stops, an abnormal increase in pressure occurs in the high pressure side circuit portion of the second refrigerant circuit. It aims at providing the freezing apparatus which can prevent generating.

本発明に係る冷凍装置は、第1圧縮機、第1凝縮器、第1減圧装置及び第1蒸発器が順次配管接続された第1冷媒回路と、第2圧縮機、第2凝縮器、第2減圧装置及び第2蒸発器が順次配管接続された第2冷媒回路と、を備え、前記第1冷媒回路の前記第1蒸発器と前記第2冷媒回路の前記第2凝縮器とでカスケードコンデンサーを構成する冷凍装置であって、前記第2冷媒回路の前記第2凝縮器と前記第2減圧装置との間に接続され、余剰な冷媒を貯留するレシーバーと、前記第2冷媒回路の前記第2圧縮機に接続され、前記第2圧縮機の余剰な冷凍機油を貯留して前記第2圧縮機内の冷凍機油の量を調整するタンクと、前記レシーバーと前記タンクとを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられ、前記第2冷媒回路の高圧圧力が所定圧力以上になると前記バイパス回路を開き、前記第2冷媒回路の高圧圧力が前記所定圧力よりも小さくなると前記バイパス回路を閉じる第1開閉弁と、を備えたものである。   The refrigeration apparatus according to the present invention includes a first refrigerant circuit in which a first compressor, a first condenser, a first decompression device, and a first evaporator are sequentially connected by piping, a second compressor, a second condenser, And a second condenser circuit in which a decompression device and a second evaporator are sequentially connected by a pipe, and a cascade condenser between the first evaporator of the first refrigerant circuit and the second condenser of the second refrigerant circuit A receiver that is connected between the second condenser of the second refrigerant circuit and the second decompression device and stores excess refrigerant, and the second refrigerant circuit. A tank connected to the two compressors, storing a surplus refrigerating machine oil of the second compressor and adjusting an amount of the refrigerating machine oil in the second compressor, a bypass circuit connecting the receiver and the tank; The high pressure of the second refrigerant circuit provided in the bypass circuit There opens the bypass circuit and equal to or higher than a predetermined pressure, in which the high pressure of the second refrigerant circuit is provided with a first opening and closing valve closing the bypass circuit to become smaller than the predetermined pressure.

本発明に係る冷凍装置においては、第2冷媒回路の第2圧縮機が停止し、第2冷媒回路の高圧圧力が所定圧力以上になった際、高圧側の回路部分に設けられたレシーバーから、バイパス回路及び第1開閉弁を介して、第2冷媒回路内の冷媒をタンク内に貯留する。このため、本発明に係る冷凍装置は、第2冷媒回路の第2圧縮機が停止した際、第2冷媒回路の高圧側の回路部分において圧力の異常上昇が発生することを防止できる。   In the refrigeration apparatus according to the present invention, when the second compressor of the second refrigerant circuit is stopped and the high pressure of the second refrigerant circuit becomes equal to or higher than a predetermined pressure, from the receiver provided in the circuit portion on the high pressure side, The refrigerant in the second refrigerant circuit is stored in the tank via the bypass circuit and the first on-off valve. For this reason, when the 2nd compressor of the 2nd refrigerant circuit stops, the refrigerating device concerning the present invention can prevent that the abnormal rise of a pressure occurs in the high pressure side circuit part of the 2nd refrigerant circuit.

また、本発明に係る冷凍装置においては、従来の冷凍装置の膨張タンクとして機能するタンクは、第2冷媒回路の運転中、第2圧縮機の油タンクとしても機能する。このため、本発明に係る冷凍装置は、冷凍機油の枯渇によって第2圧縮機が故障してしまうことも防止できる。   In the refrigeration apparatus according to the present invention, the tank that functions as the expansion tank of the conventional refrigeration apparatus also functions as the oil tank of the second compressor during the operation of the second refrigerant circuit. For this reason, the refrigeration apparatus according to the present invention can also prevent the second compressor from being damaged due to exhaustion of the refrigeration oil.

本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。It is a refrigerant circuit diagram which shows the structure of the freezing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の動作状態を示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the operation state of the freezing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る第2冷媒の冷媒密度と冷媒温度と冷媒圧力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the refrigerant density of the 2nd refrigerant | coolant which concerns on Embodiment 1 of this invention, refrigerant temperature, and a refrigerant | coolant pressure. 本発明の実施の形態1に係る冷凍装置における第2冷媒回路の各構成要素の内容積、これら各構成要素に蓄えられる冷媒量(第2冷媒の量)、第2冷媒回路内の冷媒密度、及び冷媒圧力の関係を示す図である。The internal volume of each component of the second refrigerant circuit in the refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, the amount of refrigerant stored in each component (amount of the second refrigerant), the refrigerant density in the second refrigerant circuit, It is a figure which shows the relationship between a refrigerant | coolant pressure. 本発明の実施の形態1に係る第2冷媒回路のタンク近傍を示す冷媒回路図である。It is a refrigerant circuit diagram which shows the tank vicinity of the 2nd refrigerant circuit which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。It is a refrigerant circuit figure which shows the structure of the freezing apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。It is a refrigerant circuit figure which shows the structure of the freezing apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。
図1に示すように、本実施の形態1に係る冷凍装置100は、二元冷凍装置であり、第1冷媒回路50と第2冷媒回路60とを備えている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing a configuration of a refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the refrigeration apparatus 100 according to the first embodiment is a binary refrigeration apparatus, and includes a first refrigerant circuit 50 and a second refrigerant circuit 60.

第1冷媒回路50は、第1冷媒が循環する冷媒回路であり、第1圧縮機1、第1凝縮器2、第1膨張弁3及び第1蒸発器4が順次配管接続されて構成されている。第1圧縮機1は、低圧で気相状態の第1冷媒を吸入し、高圧の気相状態に圧縮するものである。第1凝縮器2は、第1圧縮機1で高圧の気相状態に圧縮された第1冷媒を、空気等の熱交換対象と熱交換させ、高圧の液相状態に凝縮させるものである。第1膨張弁3は、第1凝縮器2で高圧の液相状態に凝縮された第1冷媒を膨張・減圧して低圧の気液二相状態にするものである。第1蒸発器4は、第1膨張弁3で低圧の気液二相状態に膨張・減圧した第1冷媒を、第2冷媒回路60の第2凝縮器7を流れる第2冷媒と熱交換させ、低圧の気相状態に蒸発させるものである。つまり、本実施の形態1に係る冷凍装置100は、第1冷媒回路50の第1蒸発器4と第2冷媒回路60の第2凝縮器7とで、カスケードコンデンサー15を構成している。
ここで、第1膨張弁3が、本発明の第1減圧装置に相当する。第1減圧装置として、キャピラリーチューブ等を用いてもよい。なお、上記の第1冷媒回路50の説明に用いた「高圧」及び「低圧」、並びに、以下の第1冷媒回路50の説明に用いる「高圧」及び「低圧」は、第1冷媒回路50内における第1冷媒の相対的な圧力を示したものであり、第1冷媒の絶対的な圧力を示したものではない。
The first refrigerant circuit 50 is a refrigerant circuit through which the first refrigerant circulates. The first refrigerant circuit 1, the first condenser 2, the first expansion valve 3, and the first evaporator 4 are sequentially connected by piping. Yes. The first compressor 1 sucks the first refrigerant in a gas phase at a low pressure and compresses the first refrigerant in a gas phase at a high pressure. The first condenser 2 causes the first refrigerant compressed in the high-pressure gas phase state by the first compressor 1 to exchange heat with a heat exchange target such as air, and condenses it into a high-pressure liquid phase state. The first expansion valve 3 expands and depressurizes the first refrigerant condensed in the high-pressure liquid phase state by the first condenser 2 to form a low-pressure gas-liquid two-phase state. The first evaporator 4 exchanges heat with the second refrigerant flowing through the second condenser 7 of the second refrigerant circuit 60, with the first refrigerant expanded and decompressed in a low-pressure gas-liquid two-phase state by the first expansion valve 3. Evaporates into a low-pressure gas phase. That is, in the refrigeration apparatus 100 according to the first embodiment, the first evaporator 4 of the first refrigerant circuit 50 and the second condenser 7 of the second refrigerant circuit 60 constitute a cascade condenser 15.
Here, the first expansion valve 3 corresponds to the first pressure reducing device of the present invention. A capillary tube or the like may be used as the first decompression device. The “high pressure” and “low pressure” used in the description of the first refrigerant circuit 50 and the “high pressure” and “low pressure” used in the following description of the first refrigerant circuit 50 are the same in the first refrigerant circuit 50. It shows the relative pressure of the first refrigerant at, and does not show the absolute pressure of the first refrigerant.

第2冷媒回路60は、第2冷媒が循環する冷媒回路であり、第2圧縮機5、第2凝縮器7、第2膨張弁10及び第2蒸発器11が順次配管接続されて構成されている。第2圧縮機5は、低圧で気相状態の第2冷媒を吸入し、高圧の気相状態に圧縮するものである。第2凝縮器7は、第2圧縮機5で高圧の気相状態に圧縮された第2冷媒を、第1冷媒回路50の第1蒸発器4を流れる第1冷媒と熱交換させ、高圧の液相状態又は気液二相状態に凝縮させるものである。第2膨張弁10は、第2凝縮器7で高圧の液相状態又は気液二相状態に凝縮された第2冷媒を膨張・減圧して低圧の気液二相状態にするものである。第2蒸発器11は、第2膨張弁10で低圧の気液二相状態に膨張・減圧した第2冷媒を、空気等の熱交換対象と熱交換させ、低圧の気相状態に蒸発させるものである。
ここで、第2膨張弁10が、本発明の第2減圧装置に相当する。第2減圧装置として、キャピラリーチューブ等を用いてもよい。なお、上記の第2冷媒回路60の説明に用いた「高圧」及び「低圧」、並びに、以下の第2冷媒回路60の説明に用いる「高圧」及び「低圧」は、第2冷媒回路60内における第2冷媒の相対的な圧力を示したものであり、第2冷媒の絶対的な圧力を示したものではない。
The second refrigerant circuit 60 is a refrigerant circuit in which the second refrigerant circulates, and is configured by sequentially connecting the second compressor 5, the second condenser 7, the second expansion valve 10, and the second evaporator 11 by piping. Yes. The second compressor 5 sucks the second refrigerant in a gas phase at a low pressure and compresses the second refrigerant in a gas phase at a high pressure. The second condenser 7 exchanges heat between the second refrigerant compressed in the high-pressure gas phase state by the second compressor 5 with the first refrigerant flowing through the first evaporator 4 of the first refrigerant circuit 50, It is condensed to a liquid phase state or a gas-liquid two phase state. The second expansion valve 10 expands and depressurizes the second refrigerant condensed by the second condenser 7 into a high-pressure liquid phase state or a gas-liquid two-phase state to make a low-pressure gas-liquid two-phase state. The second evaporator 11 heat-exchanges the second refrigerant expanded and depressurized by the second expansion valve 10 into a low-pressure gas-liquid two-phase state with a heat exchange target such as air, and evaporates it into a low-pressure gas-phase state. It is.
Here, the second expansion valve 10 corresponds to a second pressure reducing device of the present invention. A capillary tube or the like may be used as the second decompression device. The “high pressure” and “low pressure” used in the description of the second refrigerant circuit 60 and the “high pressure” and “low pressure” used in the following description of the second refrigerant circuit 60 are the same in the second refrigerant circuit 60. It shows the relative pressure of the second refrigerant at, and does not show the absolute pressure of the second refrigerant.

また、本実施の形態1に係る第2冷媒回路60には、油分離器6、レシーバー8、開閉弁9、アキュムレーター12、バイパス回路13、バイパス弁13a及びタンク14も設けられている。   The second refrigerant circuit 60 according to the first embodiment is also provided with an oil separator 6, a receiver 8, an on-off valve 9, an accumulator 12, a bypass circuit 13, a bypass valve 13a, and a tank 14.

油分離器6は、第2圧縮機5と第2凝縮器7との間に設けられるものであり、第2圧縮機5から吐出された第2冷媒に混入した冷凍機油を分離するものである。この油分離器6には、油戻し配管6aが設けられている。この油戻し配管6aは第2圧縮機5の吸入側に接続されており、油分離器6で分離された冷凍機油は第2圧縮機5の吸入側に戻される構造となっている。レシーバー8は、第2凝縮器7と第2膨張弁10との間に設けられ、余剰な第2冷媒を貯留するものである。また、レシーバー8は、第2凝縮器7から気液二相状態の第2冷媒が流出した際、当該第2冷媒を気相状態の第2冷媒と液相状態の第2冷媒とに分離し、液相状態の第2冷媒を第2膨張弁10へ供給する機能も果たす。   The oil separator 6 is provided between the second compressor 5 and the second condenser 7 and separates refrigeration oil mixed in the second refrigerant discharged from the second compressor 5. . The oil separator 6 is provided with an oil return pipe 6a. The oil return pipe 6 a is connected to the suction side of the second compressor 5, and the refrigeration oil separated by the oil separator 6 is returned to the suction side of the second compressor 5. The receiver 8 is provided between the second condenser 7 and the second expansion valve 10 and stores excess second refrigerant. Further, when the gas-liquid two-phase second refrigerant flows out of the second condenser 7, the receiver 8 separates the second refrigerant into a gas-phase second refrigerant and a liquid-phase second refrigerant. Also, the second refrigerant in the liquid phase is supplied to the second expansion valve 10.

開閉弁9は、レシーバー8と第2膨張弁10との間に設けられ、両者の間の回路を開閉するものである。つまり、開閉弁9は、第2蒸発器11に第2冷媒が流入することを防止するものである。換言すると、開閉弁9は、第2冷媒回路60の高圧側の回路部分(第2圧縮機5の吐出口から第2膨張弁10までの回路部分)と低圧側の回路部分(第2膨張弁10から第2圧縮機5の吸入口までの回路部分)とを遮断するものである。
ここで、開閉弁9が、本発明の第2開閉弁に相当する。
The on-off valve 9 is provided between the receiver 8 and the second expansion valve 10 and opens and closes a circuit between them. That is, the on-off valve 9 prevents the second refrigerant from flowing into the second evaporator 11. In other words, the on-off valve 9 includes a circuit portion on the high pressure side of the second refrigerant circuit 60 (circuit portion from the discharge port of the second compressor 5 to the second expansion valve 10) and a circuit portion on the low pressure side (second expansion valve). 10 to the circuit portion from the suction port of the second compressor 5).
Here, the on-off valve 9 corresponds to a second on-off valve of the present invention.

アキュムレーター12は、第2蒸発器11と第2圧縮機5との間に設けられるものである。このアキュムレーター12は、第2蒸発器11から流出した第2冷媒を気相状態の第2冷媒と液相状態の第2冷媒とに分離し、気相状態の第2冷媒を第2圧縮機5に吸入させ、第2圧縮機5での液バックの発生を防止する。また、アキュムレーター12は、余剰な第2冷媒を貯留する機能も果たす。なお、本実施の形態1に係る第2冷媒回路60は、余剰な第2冷媒を貯留する機能を果たす構成として、レシーバー8も備えている。このため、第2圧縮機5で液バックが発生する懸念が無い場合、アキュムレーター12を設けなくてもよい。   The accumulator 12 is provided between the second evaporator 11 and the second compressor 5. The accumulator 12 separates the second refrigerant flowing out of the second evaporator 11 into a second refrigerant in a gas phase and a second refrigerant in a liquid phase, and the second refrigerant in the gas phase is converted into a second compressor. 5 is sucked in to prevent the occurrence of liquid back in the second compressor 5. In addition, the accumulator 12 also functions to store excess second refrigerant. In addition, the 2nd refrigerant circuit 60 which concerns on this Embodiment 1 is also provided with the receiver 8 as a structure which fulfill | performs the function which stores an excess 2nd refrigerant | coolant. For this reason, the accumulator 12 may not be provided when there is no concern that liquid back may occur in the second compressor 5.

タンク14は、従来の冷凍装置(より詳しくは二元冷凍装置)の膨張タンクと同様の機能を果たすものである。このタンク14は、バイパス回路13によってレシーバー8と接続されている。つまり、本実施の形態1に係る冷凍装置100は、第2冷媒回路60の高圧側の回路部分に膨張タンクとして機能するタンク14が接続された構成となっている。また、バイパス回路13には、バイパス回路13を開閉するバイパス弁13aが設けられている。このバイパス弁13aは、通常の運転時には閉状態(バイパス回路13を閉じた状態)になっている。また、このバイパス弁13aは、第2圧縮機5が停止し、第2冷媒回路60の高圧側の圧力が所定圧力以上になった際、開状態(バイパス回路13を開いた状態)にするものである。つまり、本実施の形態1に係る冷凍装置100は、第2冷媒回路60の高圧側の圧力が所定圧力以上になった際、第2冷媒回路60の第2冷媒をタンク14に貯留する構成となっている。
ここで、バイパス弁13aが、本発明の第1開閉弁に相当する。
なお、所定圧力とは、例えば、通常の運転時に想定される高圧圧力(第2冷媒回路60の高圧側の回路部分の圧力)よりも高い圧力であり、第2冷媒回路60の故障を防止するために設定された許容圧力よりも低い圧力である。また、第2冷媒回路60の高圧圧力は、例えば、第2冷媒回路60の高圧側の回路部分に設けられた図示せぬ圧力センサーによって検出される。
The tank 14 performs the same function as an expansion tank of a conventional refrigeration apparatus (more specifically, a binary refrigeration apparatus). The tank 14 is connected to the receiver 8 by a bypass circuit 13. That is, the refrigeration apparatus 100 according to the first embodiment has a configuration in which the tank 14 that functions as an expansion tank is connected to a circuit portion on the high-pressure side of the second refrigerant circuit 60. Further, the bypass circuit 13 is provided with a bypass valve 13 a that opens and closes the bypass circuit 13. The bypass valve 13a is in a closed state (a state in which the bypass circuit 13 is closed) during normal operation. The bypass valve 13a is in an open state (a state in which the bypass circuit 13 is opened) when the second compressor 5 is stopped and the pressure on the high pressure side of the second refrigerant circuit 60 becomes equal to or higher than a predetermined pressure. It is. That is, the refrigeration apparatus 100 according to Embodiment 1 has a configuration in which the second refrigerant of the second refrigerant circuit 60 is stored in the tank 14 when the pressure on the high-pressure side of the second refrigerant circuit 60 becomes equal to or higher than a predetermined pressure. It has become.
Here, the bypass valve 13a corresponds to the first on-off valve of the present invention.
The predetermined pressure is, for example, a pressure higher than a high pressure assumed during normal operation (a pressure of a circuit portion on the high pressure side of the second refrigerant circuit 60), and prevents the second refrigerant circuit 60 from being broken. Therefore, the pressure is lower than the set allowable pressure. Further, the high pressure of the second refrigerant circuit 60 is detected by, for example, a pressure sensor (not shown) provided in a circuit portion on the high pressure side of the second refrigerant circuit 60.

上記のように構成された冷凍装置100は、次のように動作する。   The refrigeration apparatus 100 configured as described above operates as follows.

図2は、本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の動作状態を示すモリエル線図である。
まず、第1冷媒回路50の動作について説明する。第1冷媒回路50においては低圧で気相状態の第1冷媒(点A)は、第1圧縮機1に吸入されて圧縮され、第1冷媒回路50においては高圧の気相状態(点B)となり、第1圧縮機1から吐出される。第1圧縮機1から吐出された第1冷媒(点B)は、第1凝縮器2に流入し、空気等の熱交換対象によって冷却されて凝縮し(換言すると、空気等の熱交換対象を加熱し)、第1冷媒回路50においては高圧で液状態の第1冷媒(点C)となる。この第1冷媒は、第1凝縮器2から流出した後に第1膨張弁3に流入し、減圧・膨張して、第1冷媒回路50では低圧の気液二相冷媒(点D)となる。そして、第1膨張弁3から流出した第1冷媒は、第1蒸発器4(つまり、カスケードコンデンサー15)に流入し、第2冷媒回路60の第2凝縮器7を流れる第2冷媒に加熱されて蒸発し(換言すると、第2冷媒回路60の第2凝縮器7を流れる第2冷媒を冷却し)、第1冷媒回路50においては低圧で気相状態の第1冷媒(点A)となる。その後、この第1冷媒は、再び第1圧縮機1に吸入される。第1冷媒回路50は、このような動作を繰り返す。
FIG. 2 is a Mollier diagram showing the operating state of the refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
First, the operation of the first refrigerant circuit 50 will be described. In the first refrigerant circuit 50, the first refrigerant (point A) in a low pressure and gas phase is sucked into the first compressor 1 and compressed, and in the first refrigerant circuit 50, the high pressure gas phase (point B). And discharged from the first compressor 1. The first refrigerant (point B) discharged from the first compressor 1 flows into the first condenser 2 and is cooled and condensed by a heat exchange target such as air (in other words, the heat exchange target such as air is changed). The first refrigerant circuit 50 becomes a high-pressure and liquid first refrigerant (point C). The first refrigerant flows out from the first condenser 2 and then flows into the first expansion valve 3 to be decompressed and expanded to become a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant (point D) in the first refrigerant circuit 50. Then, the first refrigerant flowing out from the first expansion valve 3 flows into the first evaporator 4 (that is, the cascade condenser 15), and is heated by the second refrigerant flowing through the second condenser 7 of the second refrigerant circuit 60. Evaporates (in other words, the second refrigerant flowing through the second condenser 7 of the second refrigerant circuit 60 is cooled), and the first refrigerant circuit 50 becomes a first refrigerant (point A) in a gas phase at a low pressure. . Thereafter, the first refrigerant is sucked into the first compressor 1 again. The first refrigerant circuit 50 repeats such an operation.

続いて、第2冷媒回路60の動作について説明する。第2冷媒回路60においては低圧で気相状態の第2冷媒(点E)は、第2圧縮機5に吸入されて圧縮され、第2冷媒回路60においては高圧の気相状態(点F)となり、第2圧縮機5から吐出される。第2圧縮機5から吐出された第2冷媒(点F)は、油分離器6で冷凍機油が分離された後、第2凝縮器7(つまり、カスケードコンデンサー15)に流入し、第1冷媒回路50の第1蒸発器4を流れる第1冷媒に冷却されて凝縮し(換言すると、第1冷媒回路50の第1蒸発器4を流れる第1冷媒を加熱し)、第2冷媒回路60においては高圧で液状態の第2冷媒(点G)となる。この第2冷媒は、第2凝縮器7から流出した後、レシーバー8及び開閉弁9を介して第2膨張弁10に流入し、減圧・膨張して、第2冷媒回路60では低圧の気液二相冷媒(点H)となる。そして、第2膨張弁10から流出した第2冷媒は、空気等の加熱対象に加熱されて蒸発し(換言すると、空気等の熱交換対象を冷却し)、第2冷媒回路60においては低圧で気相状態の第1冷媒(点E)となる。その後、この第2冷媒は、アキュムレーター12を通った後、再び第2圧縮機5に吸入される。第2冷媒回路60は、このような動作を繰り返す。   Subsequently, the operation of the second refrigerant circuit 60 will be described. In the second refrigerant circuit 60, the second refrigerant in a gas phase at a low pressure (point E) is sucked into the second compressor 5 and compressed, and in the second refrigerant circuit 60 in a gas phase in a high pressure (point F). And discharged from the second compressor 5. The second refrigerant (point F) discharged from the second compressor 5 flows into the second condenser 7 (that is, the cascade condenser 15) after the refrigeration oil is separated by the oil separator 6, and the first refrigerant. In the second refrigerant circuit 60, the first refrigerant flowing through the first evaporator 4 of the circuit 50 is cooled and condensed (in other words, the first refrigerant flowing through the first evaporator 4 of the first refrigerant circuit 50 is heated). Becomes a second refrigerant in a liquid state at high pressure (point G). The second refrigerant flows out of the second condenser 7 and then flows into the second expansion valve 10 via the receiver 8 and the on-off valve 9 and is decompressed / expanded. In the second refrigerant circuit 60, the low-pressure gas-liquid is discharged. It becomes a two-phase refrigerant (point H). Then, the second refrigerant that has flowed out of the second expansion valve 10 is heated by a heating target such as air and is evaporated (in other words, a heat exchange target such as air is cooled), and the second refrigerant circuit 60 has a low pressure. It becomes the 1st refrigerant | coolant (point E) of a gaseous-phase state. Thereafter, the second refrigerant passes through the accumulator 12 and is then sucked into the second compressor 5 again. The second refrigerant circuit 60 repeats such an operation.

上記のように動作する冷凍装置100において、第2冷媒回路60の第2蒸発器11を利用側熱交換器として用いる場合、つまり、例えば被冷却物が保管された保管空間内の空気を第2蒸発器11で冷却する場合、第2蒸発器11で発揮される能力は、点Hから点Eのエンタルピー差と第2蒸発器11を流れる第2冷媒の量との積になる。また、本実施の形態1に係る冷凍装置100では、第2蒸発器11の冷却が必要な場合、開閉弁9を開状態にして第2冷媒が第2蒸発器11に流れるようにし、第2圧縮機5を運転させる。そして、第1冷媒回路も同様に運転させる。また、第2蒸発器11の冷却が不要となった場合、開閉弁9を閉状態にして第2冷媒の流れを止めると共に第2圧縮機5を停止させ、第1冷媒回路も同様に停止させるようにしている。   In the refrigeration apparatus 100 that operates as described above, when the second evaporator 11 of the second refrigerant circuit 60 is used as a use-side heat exchanger, that is, for example, air in a storage space in which an object to be cooled is stored is second. When cooling with the evaporator 11, the ability exhibited by the second evaporator 11 is the product of the enthalpy difference from the point H to the point E and the amount of the second refrigerant flowing through the second evaporator 11. Further, in the refrigeration apparatus 100 according to the first embodiment, when the second evaporator 11 needs to be cooled, the on-off valve 9 is opened so that the second refrigerant flows into the second evaporator 11, and the second evaporator 11 is opened. The compressor 5 is operated. The first refrigerant circuit is also operated in the same manner. When the cooling of the second evaporator 11 is no longer necessary, the on-off valve 9 is closed to stop the flow of the second refrigerant, stop the second compressor 5, and similarly stop the first refrigerant circuit. I am doing so.

ここで、第2冷媒回路60の周囲温度が運転時における第2冷媒回路60の高圧圧力側の飽和温度(高圧側の回路部分を流れる第2冷媒の飽和温度)より高い場合、第2冷媒回路60の第2圧縮機5が停止すると、第2冷媒回路60内の圧力は周囲温度に相当する圧力まで上昇することになる。
例えば、本実施の形態1に係る冷凍装置100では、第2冷媒としてCO冷媒の使用を想定している。そして、第2冷媒回路60の運転中の高圧圧力側の飽和温度がCO冷媒の臨界温度(31.1[℃])より低い温度となるように運転することを想定している。このような場合、停止時における第2冷媒回路60内の圧力は図3に示すようになる。
Here, when the ambient temperature of the second refrigerant circuit 60 is higher than the saturation temperature on the high pressure side of the second refrigerant circuit 60 during operation (saturation temperature of the second refrigerant flowing in the circuit portion on the high pressure side) during operation, the second refrigerant circuit When the 60 second compressor 5 stops, the pressure in the second refrigerant circuit 60 rises to a pressure corresponding to the ambient temperature.
For example, in the refrigeration apparatus 100 according to Embodiment 1, it is assumed that a CO 2 refrigerant is used as the second refrigerant. Then, it is assumed that the operation as the saturation temperature of the high pressure side during operation of the second refrigerant circuit 60 becomes a temperature lower than the critical temperature (31.1 [℃]) of CO 2 refrigerant. In such a case, the pressure in the 2nd refrigerant circuit 60 at the time of a stop becomes as shown in FIG.

図3は、本発明の実施の形態1に係る第2冷媒の冷媒密度と冷媒温度と冷媒圧力との関係を示す図である。なお、この図3は、横軸に第2冷媒の温度を示し、縦軸に第2冷媒の圧力を示している。また、図3に示す「150」,「230」,「260」,「350」,「400」,「450」,「500」,「550」の直線は、それぞれ、第2冷媒の冷媒密度(冷媒量[kg])/容積[m])が150[kg/m],230[kg/m],260[kg/m],350[kg/m],400[kg/m],450[kg/m],500[kg/m],550[kg/m]のときの冷媒温度と圧力との関係を表している。FIG. 3 is a diagram showing a relationship among the refrigerant density, the refrigerant temperature, and the refrigerant pressure of the second refrigerant according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the temperature of the second refrigerant, and the vertical axis indicates the pressure of the second refrigerant. Also, the straight lines “150”, “230”, “260”, “350”, “400”, “450”, “500”, “550” shown in FIG. Refrigerant amount [kg]) / volume [m 3 ]) are 150 [kg / m 3 ], 230 [kg / m 3 ], 260 [kg / m 3 ], 350 [kg / m 3 ], 400 [kg / The relationship between the refrigerant temperature and the pressure at m 3 ], 450 [kg / m 3 ], 500 [kg / m 3 ], and 550 [kg / m 3 ] is shown.

図3に示すように、第2冷媒の温度が高くなるほど、第2冷媒の圧力が高くなっている。また、第2冷媒の冷媒密度が高くなるほど、第2冷媒の圧力が高くなっている。例えば、第2冷媒の冷媒密度が約350[kg/m]で温度が60[℃]の場合、第2冷媒の圧力は10.894[MPa]となる。As shown in FIG. 3, the higher the temperature of the second refrigerant, the higher the pressure of the second refrigerant. Further, the higher the refrigerant density of the second refrigerant, the higher the pressure of the second refrigerant. For example, when the refrigerant density of the second refrigerant is about 350 [kg / m 3 ] and the temperature is 60 [° C.], the pressure of the second refrigerant is 10.894 [MPa].

このため、本実施の形態1では、第2冷媒回路60が停止し、第2冷媒回路60の周囲温度が上昇し、第2冷媒回路60内の圧力が上昇した場合でも、第2冷媒回路60内の圧力が許容圧力以下となるように、タンク14の内容積を決定している。   Therefore, in the first embodiment, even when the second refrigerant circuit 60 stops, the ambient temperature of the second refrigerant circuit 60 increases, and the pressure in the second refrigerant circuit 60 increases, the second refrigerant circuit 60 The internal volume of the tank 14 is determined so that the internal pressure is less than or equal to the allowable pressure.

図4は、本発明の実施の形態1に係る冷凍装置における第2冷媒回路の各構成要素の内容積、これら各構成要素に蓄えられる冷媒量(第2冷媒の量)、第2冷媒回路内の冷媒密度、及び冷媒圧力の関係を示す図である。この図4に示す第2冷媒回路60の各構成要素の内容積は、10馬力([Hp]=×745.7[W])相当の第2冷媒回路60を想定した場合のものである。また、この図4に示す第2冷媒回路60の各構成要素に蓄えられる冷媒量は、この10馬力相当の第2冷媒回路60の運転中に、各構成要素に蓄えられる冷媒量を示している。ここで、図4に示す「吐出配管」は、第2圧縮機5の吐出口から第2凝縮器へ至るまでの配管である。また、「液管」は、第2凝縮器7から第2膨張弁10へ至るまでの配管である。また、「吸入管」は、第2蒸発器11から第2圧縮機5の吸入口へ至るまでの配管である。なお、第2膨張弁10から第2蒸発器11へ至るまでの配管は、短く内容積及び冷媒貯留量が小さいので、図4での記載を省略している。
また、
FIG. 4 shows the internal volume of each component of the second refrigerant circuit in the refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, the amount of refrigerant stored in each component (amount of the second refrigerant), and the inside of the second refrigerant circuit It is a figure which shows the relationship between the refrigerant density of this, and a refrigerant | coolant pressure. The internal volume of each component of the second refrigerant circuit 60 shown in FIG. 4 is a case where the second refrigerant circuit 60 corresponding to 10 horsepower ([Hp] = × 745.7 [W]) is assumed. Further, the amount of refrigerant stored in each component of the second refrigerant circuit 60 shown in FIG. 4 indicates the amount of refrigerant stored in each component during the operation of the second refrigerant circuit 60 equivalent to 10 horsepower. . Here, the “discharge pipe” shown in FIG. 4 is a pipe from the discharge port of the second compressor 5 to the second condenser. The “liquid pipe” is a pipe from the second condenser 7 to the second expansion valve 10. The “suction pipe” is a pipe from the second evaporator 11 to the suction port of the second compressor 5. In addition, since the piping from the 2nd expansion valve 10 to the 2nd evaporator 11 is short and the internal volume and refrigerant | coolant storage amount are small, description in FIG. 4 is abbreviate | omitted.
Also,

図4に示す第2冷媒回路60の場合、第2冷媒回路60の内容積合計は0.084[m]であり、冷媒量は19.36[kg]となるため、冷媒密度は230.6[kg/m]となる。この冷媒密度において周囲温度が43[℃]となった場合、第2冷媒回路60内の圧力は、図2より約7.696[MPa]となる。このとき、第2冷媒回路60内の圧力を許容圧力(6.2+α[MPa])よりも小さい冷媒圧力である6.2[MPa]以下程度にしようとすると、第2冷媒回路60内の冷媒密度を150[kg/m]以下にする必要がある。つまり、第2冷媒回路60内の第2冷媒の量が変わらないとすると(第2冷媒の量19.36[kg]を固定値とすると)、第2冷媒回路60の必要内容積は0.1291[m]となる。つまり、タンク14は、0.0451[m](=0.1291−0.084)の内容積が必要となる。In the case of the second refrigerant circuit 60 shown in FIG. 4, the total internal volume of the second refrigerant circuit 60 is 0.084 [m 3 ], and the amount of refrigerant is 19.36 [kg]. 6 [kg / m 3 ]. When the ambient temperature at this refrigerant density is 43 [° C.], the pressure in the second refrigerant circuit 60 is about 7.696 [MPa] from FIG. At this time, if the pressure in the second refrigerant circuit 60 is set to about 6.2 [MPa] or less, which is a refrigerant pressure smaller than the allowable pressure (6.2 + α [MPa]), the refrigerant in the second refrigerant circuit 60 The density needs to be 150 [kg / m 3 ] or less. That is, if the amount of the second refrigerant in the second refrigerant circuit 60 does not change (assuming the amount of second refrigerant 19.36 [kg] is a fixed value), the required internal volume of the second refrigerant circuit 60 is 0. 1291 [m 3 ]. That is, the tank 14 needs an internal volume of 0.0451 [m 3 ] (= 0.1291-0.084).

なお、従来の冷凍装置(二元冷凍装置)の膨張タンクも、上記と同様に内容積が決定されている。   The internal volume of the expansion tank of the conventional refrigeration apparatus (binary refrigeration apparatus) is determined in the same manner as described above.

ここで、図4にも示すように、運転中の第2冷媒回路60においては、低圧圧力側の回路部分に比べ、高圧圧力側の回路部分の方が冷媒密度が大きくなっている。このため、第2冷媒回路60の第2圧縮機5が停止し、第2冷媒回路60内の第2冷媒が周囲温度相当まで上昇した場合、高圧圧力側の回路部分が低圧側の回路部分よりも圧力が高くなる。これは高圧側の第2凝縮器7(カスケードコンデンサー15)出口から第2膨張弁10の間は液相状態の第2冷媒が多いことにより冷媒密度が高く、低圧側の第2蒸発器11出口から第2圧縮機5の間は気相状態の第2冷媒が多いことにより冷媒密度が低いためである。このため、低圧側の回路部分から膨張タンク内へ冷媒を導く従来の冷凍装置においては、第2冷媒回路60の高圧圧力側の回路部分が、第2冷媒回路の許容圧力より高くなってしまう場合があった。特に、本実施の形態1のようにレシーバー8と第2膨張弁10との間の回路を開閉する開閉弁9を設けている場合、開閉弁9が閉状態のときに第2圧縮機5が停止すると、第2冷媒回路60の高圧側の回路部分から低圧側の回路部分へ第2冷媒が流れ込む流路がさらに減少するため、第2冷媒回路60の高圧側の回路部分において圧力の異常上昇を回避できない場合があるという上記の問題点はさらに顕著となる。   Here, as shown in FIG. 4, in the second refrigerant circuit 60 in operation, the circuit density on the high pressure side has a higher refrigerant density than the circuit part on the low pressure side. For this reason, when the 2nd compressor 5 of the 2nd refrigerant circuit 60 stops and the 2nd refrigerant in the 2nd refrigerant circuit 60 rose to equivalent to ambient temperature, the circuit part by the side of high pressure is lower than the circuit part by the side of low pressure. Even the pressure becomes higher. This is because the refrigerant density is high between the outlet of the second condenser 7 (cascade condenser 15) on the high pressure side and the second expansion valve 10 due to the large amount of the second refrigerant in the liquid phase, and the outlet of the second evaporator 11 on the low pressure side. This is because the refrigerant density is low between the second compressor 5 and the second compressor 5 due to the large amount of the second refrigerant in the gas phase. For this reason, in the conventional refrigeration apparatus that guides the refrigerant from the low pressure side circuit portion into the expansion tank, the high pressure side circuit portion of the second refrigerant circuit 60 becomes higher than the allowable pressure of the second refrigerant circuit. was there. In particular, when the on-off valve 9 that opens and closes the circuit between the receiver 8 and the second expansion valve 10 is provided as in the first embodiment, the second compressor 5 is operated when the on-off valve 9 is closed. When stopped, the flow path through which the second refrigerant flows from the circuit portion on the high pressure side of the second refrigerant circuit 60 to the circuit portion on the low pressure side further decreases, so that an abnormal increase in pressure occurs in the circuit portion on the high pressure side of the second refrigerant circuit 60. The above-mentioned problem that there are cases where it is not possible to avoid the problem becomes even more remarkable.

このため、本実施の形態1に係る第2冷媒回路60は、バイパス回路13及びバイパス弁13aを介して、膨張タンクとして機能するタンク14を高圧側の回路部分に配置されたレシーバー8と接続した構成としている。そして、第2冷媒回路60の高圧部分が所定圧力以上となった際、バイパス弁13aを開いて、高圧側の第2冷媒を低圧側のタンク14に流し高圧側の圧力を下げるようにしている。   For this reason, the second refrigerant circuit 60 according to the first embodiment connects the tank 14 functioning as an expansion tank to the receiver 8 disposed in the circuit portion on the high pressure side via the bypass circuit 13 and the bypass valve 13a. It is configured. When the high pressure portion of the second refrigerant circuit 60 reaches a predetermined pressure or higher, the bypass valve 13a is opened so that the high pressure side second refrigerant flows into the low pressure side tank 14 and the high pressure side pressure is lowered. .

なお、電源が供給されている通常運転での第2圧縮機5の停止であれば、開閉弁9を開とすることにより高圧側の冷媒を低圧側に流し高圧側の圧力を下げたり、第1冷媒回路50を運転させることによって第2冷媒回路60の高圧を冷却し圧力を下げることも可能である。このため、バイパス弁13aは、停電時のように開閉弁9及び第1冷媒回路50を動作させられない環境でも動作するものが好ましい。したがって、バイパス弁13aは、第2冷媒回路60の高圧圧力に基づいて機械的に開閉する開閉弁であることが好ましい。   If the second compressor 5 is stopped in a normal operation in which power is supplied, the on-off valve 9 is opened to cause the high-pressure side refrigerant to flow to the low-pressure side, By operating the first refrigerant circuit 50, it is possible to cool the high pressure of the second refrigerant circuit 60 and lower the pressure. For this reason, it is preferable that the bypass valve 13a operates even in an environment where the on-off valve 9 and the first refrigerant circuit 50 cannot be operated, such as during a power failure. Therefore, the bypass valve 13a is preferably an on-off valve that mechanically opens and closes based on the high pressure of the second refrigerant circuit 60.

このようにタンク14は、膨張タンクとして機能する。つまり、タンク14は、第2冷媒回路60の運転が停止した場合の回路内圧力を許容圧力以下に抑えることを目的としている。しかしながら、例えば停電により第2冷媒回路60が停止して冷媒回路内の圧力を下げることにタンク14を利用する頻度は少ない。   Thus, the tank 14 functions as an expansion tank. That is, the tank 14 is intended to suppress the circuit pressure when the operation of the second refrigerant circuit 60 is stopped to an allowable pressure or less. However, for example, the tank 14 is used less frequently for stopping the second refrigerant circuit 60 due to a power failure and reducing the pressure in the refrigerant circuit.

そこで、本実施の形態1では、膨張タンクとして機能するタンク14を、通常運転中は油タンクとして用いている。   Therefore, in the first embodiment, the tank 14 that functions as an expansion tank is used as an oil tank during normal operation.

図5は、本発明の実施の形態1に係る第2冷媒回路のタンク近傍を示す冷媒回路図である。
図5に示すように、第2圧縮機5とタンク14とは、例えば同一の底面部に配置され、第2圧縮機5とタンク14の底面が同じ高さになっている。そして、タンク14内には、冷凍機油18が貯留されている。また、第2圧縮機5とタンク14とは、2本の配管17にて接続されている。詳しくは、1本の配管17は、それぞれの底面の近くで第2圧縮機5及びタンク14の冷凍機油18が存在するところ(例えば底面付近)を接続している。また、もう1本は、第2圧縮機5及びタンク14の冷凍機油18が存在しないところ(例えばタンク14の上面側等、気相状態の第2冷媒で満たされる場所)を接続している。
また、図1に示すように、このタンク14には油分離器6の油戻し配管6aも接続されており、油分離器6で分離された冷凍機油18をタンク14内に返す構成となっている。
FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram showing the vicinity of the tank of the second refrigerant circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 5, the 2nd compressor 5 and the tank 14 are arrange | positioned at the same bottom face part, for example, and the bottom face of the 2nd compressor 5 and the tank 14 is the same height. A refrigerating machine oil 18 is stored in the tank 14. The second compressor 5 and the tank 14 are connected by two pipes 17. Specifically, one pipe 17 connects a place where the refrigerating machine oil 18 of the second compressor 5 and the tank 14 exists near the bottom face (for example, near the bottom face). The other is connected to a place where the second compressor 5 and the refrigerating machine oil 18 of the tank 14 do not exist (for example, a place filled with a second refrigerant in a gas phase state such as the upper surface side of the tank 14).
Further, as shown in FIG. 1, an oil return pipe 6 a of the oil separator 6 is also connected to the tank 14, and the refrigerating machine oil 18 separated by the oil separator 6 is returned to the tank 14. Yes.

このように第2圧縮機5とタンク14と接続することによって、第2圧縮機5内の油面(冷凍機油18の上面部)とタンク14内の油面を同じ高さにすることができる。このため、第2圧縮機5内の冷凍機油が減少した場合はタンク14から冷凍機油が補充され、第2圧縮機5内の冷凍機油18が増加した場合(余剰な冷凍機油18が発生した場合)はタンク14へ冷凍機油18が排出されることによって、第2圧縮機5内の冷凍機油18の量の変動を調整することができ、第2圧縮機5の油枯渇や油量増加による油圧縮を回避することができる。   By connecting the second compressor 5 and the tank 14 in this way, the oil level in the second compressor 5 (the upper surface portion of the refrigerating machine oil 18) and the oil level in the tank 14 can be made the same height. . For this reason, when the refrigerating machine oil in the 2nd compressor 5 reduces, refrigerating machine oil is replenished from the tank 14, and the refrigerating machine oil 18 in the 2nd compressor 5 increases (when the surplus refrigerating machine oil 18 generate | occur | produces). ) Can adjust the fluctuation of the amount of the refrigerating machine oil 18 in the second compressor 5 by discharging the refrigerating machine oil 18 to the tank 14, and the oil due to the oil depletion of the second compressor 5 and the oil amount increase. Compression can be avoided.

なお、第2冷媒回路60の運転条件及び構成等によっては、第2冷媒回路60の運転中、第2圧縮機5以外の構成に貯留される冷凍機油18の量、つまり、配管部分(吐出配管、液管、及び吸入管等)、油分離器6、第2凝縮器7、レシーバー8、第2蒸発器11及びアキュムレーター12に貯留される冷凍機油18の量は、最大で、第2圧縮機5に貯留可能な冷凍機油の量と同程度になる場合がある。例えば、図4で示した10馬力([Hp]=×745.7[W])相当の第2冷媒回路60の例では、第2圧縮機5に貯留可能な冷凍機油の量は約3[L]となる。この場合、第2冷媒回路60の運転条件等によっては、第2圧縮機5以外の構成に貯留される冷凍機油18の量は、最大で、約3[L]になる場合がある。このため、第2圧縮機5で油枯渇が発生することを確実に防止するには、タンク14に貯留できる冷凍機油18の量は、第2圧縮機5が貯留可能な冷凍機油18の量の2倍以上としておくことが好ましい。また、第2圧縮機5とタンク14の底面の高さは必ずしも同じにする必要はなく、第2圧縮機5の運転時の狙いの油量に対して、タンク14はその容積・形状・保有油量に応じた底面の高さとしてよい。また、図1では第2冷媒回路60の油分離器6にて分離した冷凍機油をタンク14へ返す回路としているが、油分離器6の油戻し配管6aの接続先は、第2圧縮機5の吸入側であればタンク14に限定されるものではない。   Depending on the operating conditions and configuration of the second refrigerant circuit 60, the amount of the refrigerating machine oil 18 stored in the configuration other than the second compressor 5 during the operation of the second refrigerant circuit 60, that is, the piping portion (discharge piping) , Liquid pipe, suction pipe, etc.), oil separator 6, second condenser 7, receiver 8, second evaporator 11 and accumulator 12, the amount of refrigerating machine oil 18 is the maximum, the second compression The amount of refrigerating machine oil that can be stored in the machine 5 may be approximately the same. For example, in the example of the second refrigerant circuit 60 corresponding to 10 horsepower ([Hp] = × 745.7 [W]) shown in FIG. 4, the amount of refrigerating machine oil that can be stored in the second compressor 5 is about 3 [ L]. In this case, depending on the operating conditions of the second refrigerant circuit 60, the amount of the refrigerating machine oil 18 stored in the configuration other than the second compressor 5 may be about 3 [L] at the maximum. For this reason, in order to reliably prevent the oil depletion from occurring in the second compressor 5, the amount of the refrigerating machine oil 18 that can be stored in the tank 14 is the amount of the refrigerating machine oil 18 that can be stored in the second compressor 5. It is preferable to set it twice or more. Further, the heights of the bottom surfaces of the second compressor 5 and the tank 14 are not necessarily the same, and the tank 14 has a volume, shape, and possession with respect to a target oil amount during operation of the second compressor 5. It is good also as the height of the bottom according to the amount of oil. In FIG. 1, the refrigeration oil separated by the oil separator 6 of the second refrigerant circuit 60 is returned to the tank 14, but the connection destination of the oil return pipe 6 a of the oil separator 6 is the second compressor 5. If it is the suction side, it is not limited to the tank 14.

以上、本実施の形態1のように構成された冷凍装置100においては、第2冷媒回路60の第2圧縮機5が停止し、第2冷媒回路60の高圧圧力が所定圧力以上になった際、高圧側の回路部分に設けられたレシーバー8から、バイパス回路13及びバイパス弁13aを介して、第2冷媒回路60内の第2冷媒をタンク14内に貯留する。このため、本実施の形態1のように構成された冷凍装置100においては、第2冷媒回路60の第2圧縮機5が停止した際、第2冷媒回路60の高圧側の回路部分において圧力の異常上昇が発生することを防止できる。   As described above, in the refrigeration apparatus 100 configured as in the first embodiment, when the second compressor 5 of the second refrigerant circuit 60 is stopped and the high pressure of the second refrigerant circuit 60 becomes equal to or higher than a predetermined pressure. The second refrigerant in the second refrigerant circuit 60 is stored in the tank 14 from the receiver 8 provided in the circuit portion on the high-pressure side via the bypass circuit 13 and the bypass valve 13a. For this reason, in the refrigeration apparatus 100 configured as in the first embodiment, when the second compressor 5 of the second refrigerant circuit 60 stops, the pressure in the circuit portion on the high pressure side of the second refrigerant circuit 60 is reduced. Abnormal rise can be prevented.

また、本実施の形態1のように構成された冷凍装置100においては、従来の冷凍装置の膨張タンクとして機能するタンク14は、第2冷媒回路60の運転中、第2圧縮機5の油タンクとしても機能する。このため、本実施の形態1のように構成された冷凍装置100においては、冷凍機油18の枯渇等によって第2圧縮機5が故障してしまうことも防止できる。   In the refrigeration apparatus 100 configured as in the first embodiment, the tank 14 that functions as an expansion tank of the conventional refrigeration apparatus is an oil tank of the second compressor 5 during the operation of the second refrigerant circuit 60. Also works. For this reason, in the refrigeration apparatus 100 configured as in the first embodiment, it is possible to prevent the second compressor 5 from being broken due to exhaustion of the refrigeration oil 18 or the like.

実施の形態2.
実施の形態1では、第2冷媒回路60に1台の第2圧縮機5を備えた冷凍装置100について説明したが、第2冷媒回路60に複数台の第2圧縮機5を備える構成としてもよい。このような場合、タンク14を以下のような構成にすることにより、冷凍装置100のコストアップを抑制することも可能となる。なお、本実施の形態2で特に記述しない構成については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the refrigeration apparatus 100 having the second refrigerant circuit 60 provided with one second compressor 5 has been described. However, the second refrigerant circuit 60 may include a plurality of second compressors 5. Good. In such a case, the cost of the refrigeration apparatus 100 can be suppressed by configuring the tank 14 as follows. Note that a configuration not particularly described in the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the same function and configuration are described using the same reference numerals.

図6は、本発明の実施の形態2に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。
本実施の形態2に係る冷凍装置100は、実施の形態1と異なり、第2冷媒回路60に2台の第2圧縮機5を備えている。そして、これら2台の第2圧縮機5のそれぞれは、配管17を介して1つのタンク14に接続されている。
FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram illustrating a configuration of the refrigeration apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
Unlike the first embodiment, the refrigeration apparatus 100 according to the second embodiment includes two second compressors 5 in the second refrigerant circuit 60. Each of the two second compressors 5 is connected to one tank 14 via a pipe 17.

本実施の形態2のように冷凍装置100を構成することにより、実施の形態1と同じ効果を得ることができる。
また、本実施の形態2のように冷凍装置100を構成することにより、第2圧縮機5の台数よりも少ない個数のタンク14で冷凍装置を構成することができるので、冷凍装置100のコストアップを抑制することもできる。
By configuring the refrigeration apparatus 100 as in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Further, by configuring the refrigeration apparatus 100 as in the second embodiment, it is possible to configure the refrigeration apparatus with a smaller number of tanks 14 than the number of the second compressors 5, thus increasing the cost of the refrigeration apparatus 100. Can also be suppressed.

なお、本実施の形態2では2台の第2圧縮機5を備えた冷凍装置100について説明したが、3台以上の第2圧縮機5を備えた冷凍装置100としても勿論よい。この場合、全ての第2圧縮機5を1つのタンク14に接続してもよいし、タンク14を複数設けて、これらタンク14のそれぞれに複数の第2圧縮機5を接続してもよい。また、タンク14を複数設ける場合、そのうちの一部のタンク14が1台の第2圧縮機5に接続される構成になっていても勿論よい。   In the second embodiment, the refrigeration apparatus 100 including the two second compressors 5 has been described. However, the refrigeration apparatus 100 including three or more second compressors 5 may be used as a matter of course. In this case, all the second compressors 5 may be connected to one tank 14, or a plurality of tanks 14 may be provided, and a plurality of second compressors 5 may be connected to each of these tanks 14. When a plurality of tanks 14 are provided, it is of course possible that a part of the tanks 14 is connected to one second compressor 5.

実施の形態3.
第2冷媒回路60にアキュムレーターの機能を持たせる場合、実施の形態1及び実施の形態2で示したタンク14を以下に示すタンク16のような構成にしてもよい。なお、本実施の形態3で特に記述しない構成については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
Embodiment 3 FIG.
When the second refrigerant circuit 60 has the function of an accumulator, the tank 14 shown in the first and second embodiments may be configured like the tank 16 shown below. Note that a structure not particularly described in the third embodiment is the same as that in the first or second embodiment, and the same function or structure is described using the same reference numeral.

図7は、本発明の実施の形態3に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。
本実施の形態3に係るタンク16は、実施の形態1及び実施の形態2と同様に、配管17を介して第2圧縮機5と接続されており、バイパス回路13及びバイパス弁13aを介してレシーバー8と接続されている。
FIG. 7 is a refrigerant circuit diagram illustrating a configuration of the refrigeration apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
Similar to the first and second embodiments, the tank 16 according to the third embodiment is connected to the second compressor 5 via the pipe 17 and via the bypass circuit 13 and the bypass valve 13a. The receiver 8 is connected.

さらに、本実施の形態3に係るタンク16は、冷媒配管を介して、第2蒸発器11及び第2圧縮機5の吸入口とも接続されている。これにより、本実施の形態3に係るタンク16は、第2蒸発器11から流出した第2冷媒を気相状態の第2冷媒と液相状態の第2冷媒とに分離し、気相状態の第2冷媒を第2圧縮機5に吸入させ、第2圧縮機5での液バックの発生を防止することができる。
つまり、本実施の形態3に係るタンク16は、実施の形態1及び実施の形態2で示したタンク14の機能に加え、実施の形態1及び実施の形態2で示したアキュムレーター12の機能も兼ね備えた構成となっている。
Furthermore, the tank 16 according to the third embodiment is also connected to the second evaporator 11 and the suction port of the second compressor 5 via the refrigerant pipe. As a result, the tank 16 according to the third embodiment separates the second refrigerant flowing out of the second evaporator 11 into the second refrigerant in the gas phase and the second refrigerant in the liquid phase. The second refrigerant can be sucked into the second compressor 5 to prevent the occurrence of liquid back in the second compressor 5.
That is, the tank 16 according to the third embodiment has the function of the accumulator 12 shown in the first and second embodiments in addition to the function of the tank 14 shown in the first and second embodiments. It has a combined structure.

本実施の形態3のように冷凍装置100を構成することにより、実施の形態1及び実施の形態2と同じ効果を得ることができる。
また、本実施の形態3のように冷凍装置100を構成することにより、タンク16でアキュムレーターの機能を果たすことができるので、アキュムレーターを別途設ける必要がなく、冷凍装置100のコストアップを抑制することもできる。
By configuring the refrigeration apparatus 100 as in the third embodiment, the same effects as in the first and second embodiments can be obtained.
Further, by configuring the refrigeration apparatus 100 as in the third embodiment, the tank 16 can fulfill the function of an accumulator, so there is no need to provide an accumulator separately, and an increase in the cost of the refrigeration apparatus 100 is suppressed. You can also

1 第1圧縮機、2 第1凝縮器、3 第1膨張弁、4 第1蒸発器、5 第2圧縮機、6 油分離器、6a 油戻し配管、7 第2凝縮機、8 レシーバー、9 開閉弁、10 第2膨張弁、11 第2蒸発器、12 アキュムレーター、13 バイパス回路、13a バイパス弁、14 タンク、15 カスケードコンデンサー、16 タンク、17 配管、18 冷凍機油、50 第1冷媒回路、60 第2冷媒回路、100 冷凍装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st compressor, 2 1st condenser, 3 1st expansion valve, 4th 1st evaporator, 5 2nd compressor, 6 Oil separator, 6a Oil return piping, 7 2nd condenser, 8 Receiver, 9 On-off valve, 10 second expansion valve, 11 second evaporator, 12 accumulator, 13 bypass circuit, 13a bypass valve, 14 tank, 15 cascade condenser, 16 tank, 17 piping, 18 refrigerating machine oil, 50 first refrigerant circuit, 60 Second refrigerant circuit, 100 refrigeration apparatus.

Claims (6)

第1圧縮機、第1凝縮器、第1減圧装置及び第1蒸発器が順次配管接続された第1冷媒回路と、
第2圧縮機、第2凝縮器、第2減圧装置及び第2蒸発器が順次配管接続された第2冷媒回路と、
を備え、
前記第1冷媒回路の前記第1蒸発器と前記第2冷媒回路の第2凝縮器とでカスケードコンデンサーを構成する冷凍装置であって、
前記第2冷媒回路の前記第2凝縮器と前記第2減圧装置との間に接続され、余剰な冷媒を貯留するレシーバーと、
前記第2冷媒回路の前記第2圧縮機に接続され、前記第2圧縮機の余剰な冷凍機油を貯留して前記第2圧縮機内の冷凍機油の量を調整するタンクと、
前記レシーバーと前記タンクとを接続するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられ、前記第2冷媒回路の高圧圧力が所定圧力以上になると前記バイパス回路を開き、前記第2冷媒回路の高圧圧力が前記所定圧力よりも小さくなると前記バイパス回路を閉じる第1開閉弁と、
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
A first refrigerant circuit in which a first compressor, a first condenser, a first pressure reducing device, and a first evaporator are sequentially connected by piping;
A second refrigerant circuit in which a second compressor, a second condenser, a second pressure reducing device, and a second evaporator are sequentially connected by piping;
With
A refrigeration apparatus comprising a cascade condenser by the first evaporator of the first refrigerant circuit and the second condenser of the second refrigerant circuit,
A receiver connected between the second condenser of the second refrigerant circuit and the second decompression device and storing excess refrigerant;
A tank that is connected to the second compressor of the second refrigerant circuit, stores excess refrigeration oil in the second compressor, and adjusts the amount of refrigeration oil in the second compressor;
A bypass circuit connecting the receiver and the tank;
A first circuit is provided in the bypass circuit, and opens when the high pressure of the second refrigerant circuit exceeds a predetermined pressure, and closes the bypass circuit when the high pressure of the second refrigerant circuit becomes smaller than the predetermined pressure. An on-off valve;
A refrigeration apparatus comprising:
前記第2圧縮機を複数備え、
前記タンクは、少なくとも2つの前記第2圧縮機に接続され、これら前記第2圧縮機内の冷凍機油の量を調整することを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
A plurality of the second compressors;
2. The refrigeration apparatus according to claim 1, wherein the tank is connected to at least two of the second compressors, and adjusts an amount of refrigeration oil in the second compressors.
前記第2蒸発器の流出口と前記タンクとを接続し、
前記タンクにおける前記冷凍機油よりも上方となる位置と前記第2圧縮機の吸入口とを接続し、
前記タンクをアキュムレーターとしても使用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。
Connecting the outlet of the second evaporator and the tank;
Connecting a position above the refrigerating machine oil in the tank and the suction port of the second compressor;
The refrigeration apparatus according to claim 1 or 2, wherein the tank is also used as an accumulator.
前記第2圧縮機と前記第2凝縮器との間に設けられた油分離器を備え、
該油分離器の油戻し配管が、前記タンク又は前記圧縮機の吸入側の配管に接続されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の冷凍装置。
An oil separator provided between the second compressor and the second condenser;
The refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an oil return pipe of the oil separator is connected to a pipe on the suction side of the tank or the compressor.
前記第1開閉弁は、前記第2冷媒回路の高圧圧力に基づいて機械的に開閉する開閉弁であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の冷凍装置。   5. The refrigeration apparatus according to claim 1, wherein the first on-off valve is an on-off valve that mechanically opens and closes based on a high pressure of the second refrigerant circuit. 前記レシーバーと前記第2減圧装置との間に、両者の間の回路を開閉する第2開閉弁を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の冷凍装置。   The refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a second on-off valve that opens and closes a circuit between the receiver and the second decompression device. .
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