JPWO2014184931A1 - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
Description
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の冷凍サイクル100は、圧縮機101、凝縮器102、膨張弁103、蒸発器104、及び気液分離器105が順次配管接続され、冷媒が循環している。
凝縮器102は、例えば図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。
膨張弁103は、冷媒を減圧して膨張させるものである。
蒸発器104は、例えば図示省略の送風手段から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化または蒸発ガス化するものである。
電磁弁(調整弁)106は、開閉により冷媒の流れを制御するものである。
膨張タンク107は、冷凍サイクル100の冷媒が完全にガス化しても、冷媒を回収することで、その圧力が許容圧力を越えないようにするためのものである。冷凍装置が運転可能の状態であれば、他冷却熱源(例えば、冷却水)による冷却によって冷媒温度を下げることが可能であり、冷凍サイクル100の圧力を下げることが可能である。しかし、例えば停電時においては冷凍装置が運転不可能の状態であり、他冷却熱源を運転することも不可能である。そこで、膨張タンク107は、許容圧力を越えないように冷凍サイクル100の圧力を下げるその他の手段として、停電時などの緊急時に用いられる。
返油管108は、膨張タンク107へ回収した冷媒、及び膨張タンク107内に滞留した油を冷凍サイクル100へ戻すためのものである。
圧縮機101より吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器102へ流入し、例えば外気と熱交換して凝縮液化して高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、膨張弁103で減圧され、低圧の気液二相冷媒となって蒸発器104に流入する。蒸発器104に流入した低圧の気液二相冷媒は、例えば冷凍倉庫の庫内空気によって加熱され(冷凍倉庫の庫内空気を冷却し)、蒸発して低圧のガス冷媒となる。そして、蒸発器104を流出した低圧のガス冷媒は、圧縮機101へ流入し、再び圧縮される。
なお、圧縮機101の吸入側に気液分離器105が設けられているため、蒸発器104を流出した冷媒が低圧の気液二相状態であっても、液冷媒を気液分離器105内に溜め、ガス冷媒のみを圧縮機101へ流入させることができる。
まず、冷凍装置が無通電時に電磁弁(調整弁)106が開となるように設定しておくと、停電時に無通電状態となるので電磁弁(調整弁)106が開となる。すると、冷媒流路の容積が返油管108及び膨張タンク107の分だけ増加し(冷凍サイクル100の体積が一時的に増加し)、冷凍サイクル100内の冷媒が膨張タンク107へ侵入することで、冷凍サイクル100の圧力が低下する。
また、冷凍装置が通電時に電磁弁(調整弁)106が閉となるように設定しておくと、復電時に通電状態になるので電磁弁(調整弁)106が閉となる。このとき、膨張タンク107内には冷媒が溜っていることが想定されるため、膨張タンク107内の冷媒を回収してから(復電後、一定時間経過してから)、電磁弁(調整弁)106が閉となるように設定する。
以上のように動作させることで、停電時などの緊急時に冷凍サイクル100が圧力上昇した場合でも、その圧力を下げることができる。
本実施の形態1では、図2に示すように返油管108が膨張タンク107の下部に接続されている。こうすることにより、返油管108からの油の液面高さを稼ぐことができるため、返油速度も上がる。加えて、油は冷媒よりも比重が高く、膨張タンク107の下部に溜まる傾向があるため、膨張タンク107の下部に返油管108を設置することで下部に溜まった油を回収することが可能となる。そのため、膨張タンク107からの返油を素早く確実に行うことができ、膨張タンク107内に油が滞留するのを抑制でき、圧縮機損傷を回避することができる。
図3は、本発明の実施の形態2に係る冷凍装置の冷媒回路の要部拡大図である。
以下、本実施の形態2について説明するが、本実施の形態1と重複するものについては省略する。なお、本実施の形態1の符号100番台は本実施の形態2では200番台に変更している。
本実施の形態2では、図3に示すように冷凍サイクル200と膨張タンク107との接続位置が、気液分離器205である。
こうすることにより、気液分離器205で分離されたガス冷媒を膨張タンク207へ回収することが可能である。そのため、膨張タンク107内への油の浸入が少なくなり、膨張タンク207への油の滞留を回避できる。さらに、膨張タンク207から気液分離器205へ冷媒を戻すことによる、圧縮機201への冷媒液戻りを抑制する効果がある。
図4は、本発明の実施の形態3に係る冷凍装置の冷媒回路の要部拡大図である。
以下、本実施の形態3について説明するが、本実施の形態1〜2と重複するものについては省略する。なお、本実施の形態1の符号100番台は本実施の形態3では300番台に変更している。
本実施の形態3では、本実施の形態2に加え、図4に示すように気液分離器305と膨張タンク307とを接続している返油管308に、下部に穴309aが形成されたトラップ309が設けられている。
こうすることにより、油が返油管308に侵入してきた場合に、トラップ309で油を滞留させ、トラップ309の下部の穴309aからその油を排出することによって、膨張タンク307内への油侵入をさらに抑制することが可能である。
図5は、本発明の実施の形態4に係る冷凍装置の冷媒回路の要部拡大図である。
以下、本実施の形態4について説明するが、本実施の形態1〜3と重複するものについては省略する。なお、本実施の形態1の符号100番台は本実施の形態4では400番台に変更している。
本実施の形態4では、本実施の形態3に加え、図5に示すように気液分離器405と膨張タンク407とを接続している返油管408に、電磁弁(調整弁)406と並列に逆止弁410が設けられている。また、返油管408の電磁弁(調整弁)406が設けられている側、つまり、膨張タンク407へ油が浸入する側の径を細くし、返油管408の逆止弁410が設けられている側、つまり、膨張タンク407から返油する側の径を太くする。
こうすることにより、膨張タンク407への油侵入をさらに抑制することが可能であると同時に、返油量を増やせるため、返油をさらに素早く行うことが可能である。
図6は、本発明の実施の形態5に係る冷凍装置の冷媒回路の要部拡大図である。
以下、本実施の形態5について説明するが、本実施の形態1〜4と重複するものについては省略する。なお、本実施の形態1の符号100番台は本実施の形態5では500番台に変更している。
本実施の形態5では、本実施の形態4に加え、図6に示すように電磁弁(調整弁)の代わりに蒸発圧力調整弁(EPR)506が設けられている。
こうすることにより、蒸発圧力調整弁506は両側に一定圧力差が発生するまで開とならない弁であるため、電磁弁(調整弁)の制御を簡略化することが可能である。
以下、本実施の形態6について説明するが、本実施の形態1〜5と重複するものについては省略する。
本実施の形態6では、本実施の形態2〜5において、図示省略するが本実施の形態1と同様に、返油管が膨張タンクの下部に接続されている。
こうすることにより、実施の形態2〜5の効果に加え、実施の形態1の効果も得ることが可能である。
図7は、本発明の実施の形態7に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
以下、本実施の形態7について説明するが、本実施の形態1〜6と重複するものについては省略する。なお、本実施の形態1の符号100番台は本実施の形態7では600番台に変更している。
本実施の形態7では、冷凍装置の冷凍サイクル600が二元冷凍サイクルとなっており、高元側冷凍サイクル600aと低元側冷凍サイクル600bとで構成されている。
低元側冷凍サイクル600bは、低元側圧縮機601b、カスケード熱交換器611の低元側流路、低元側膨張弁603b、蒸発器604、及び気液分離器605が順次配管接続され、設計温度内で超臨界状態となる冷媒(例えば、二酸化炭素やR23)が循環している。
また、低元側冷凍サイクル600bの低元側圧縮機601bの吸入側と気液分離器605との間には、膨張タンク607が返油管608で接続されており、返油管608には電磁弁(調整弁)606が設けられている。
高元側冷凍サイクル600aの高元側圧縮機601aより吐出された高温高圧の蒸気冷
媒は、凝縮器602へ流入し、例えば外気と熱交換して凝縮液化し、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、高元側膨張弁603aで減圧され、低圧の気液二相冷媒となってカスケード熱交換器611の高元側流路に流入する。この低圧の気液二相状態となった高元側の冷媒は、カスケード熱交換器611内で低元側流路を流れる冷媒によって加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となって高元側圧縮機601aへ流入し、再び圧縮される。
なお、低元側圧縮機601bの吸入側に気液分離器605が設けられているため、蒸発器604を流出した冷媒が低圧の気液二相状態であっても、液冷媒を気液分離器605内に溜め、ガス冷媒のみを低元側圧縮機601bへ流入させることができる。
ここで、二元冷凍サイクルが、空気冷却式単元冷凍サイクルに比べて設計温度内で超臨界状態となる冷媒量を減らすことができる理由は、二元冷凍サイクルでは低元側と高元側の熱交換器部分にカスケード熱交換器611を用いており、空気冷却式凝縮器を用いた単元サイクルと比べ、冷媒量を削減することが可能となるためである。
よって、油充填量を削減することが可能となり(空気冷却式凝縮器よりもカスケード熱交換器(プレート式熱交換器)611の方が、冷媒量が少なくて済む。)、絶対量として削減することができるため、膨張タンク607へ浸入した場合でも膨張タンク607内への油の滞留を回避できる。
図8は、本発明の実施の形態8に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
以下、本実施の形態8について説明するが、本実施の形態1〜7と重複するものについては省略する。なお、本実施の形態1の符号100番台は本実施の形態8では700番台に変更している。
本実施の形態8では、本実施の形態7に加え、図8に示すように低元側冷凍サイクル700bに低元側膨張弁703b1、703b2が2つ直列に配管接続されている。
このように、低元側膨張弁703b1、703b2を2段構成とすることによって、従来は配管内で液単相状態として存在していた部分の冷媒を、気液二相状態として存在させることができるようになる。気液二相状態で存在することによって、液単相状態で存在する場合よりも密度が低くなり、結果としてサイクル全体の冷媒量を削減可能となる。そのため、膨張タンク707内に油が滞留するのをさらに抑制できる。
Claims (11)
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環している冷凍サイクルと、
前記冷媒を回収し、前記冷凍サイクルの圧力を下げる膨張タンクと、
前記膨張タンクへ回収した前記冷媒、及び前記膨張タンク内に滞留した油を前記冷凍サイクルへ戻す返油管と、
前記返油管に設けられ、開閉により前記冷媒の流れを制御する調整弁と、を備え、
前記返油管は、
前記圧縮機の吸入側と、前記膨張タンクの下部とを接続する
ことを特徴とする冷凍装置。 - 高元側圧縮機、凝縮器、高元側膨張弁、及びカスケード熱交換器の高元側流路が順次配管接続され、冷媒が循環している高元側冷凍サイクルと、
低元側圧縮機、カスケード熱交換器の低元側流路、低元側膨張弁、及び蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環している低元側冷凍サイクルと、
で構成される冷凍サイクルと、
前記低元側冷凍サイクルを循環する冷媒を回収し、前記冷凍サイクルの圧力を下げる膨張タンクと、
前記膨張タンクへ回収した前記低元側冷凍サイクルを循環する冷媒、及び前記膨張タンク内に滞留した油を前記冷凍サイクルへ戻す返油管と、
前記返油管に設けられ、開閉により前記低元側冷凍サイクルを循環する冷媒の流れを制御する調整弁と、を備え、
前記返油管は、
前記低元側圧縮機の吸入側と前記膨張タンクの下部とを接続した
ことを特徴とする冷凍装置。 - 前記低元側冷凍サイクルを循環する冷媒は、設計温度内で超臨界状態となる
ことを特徴とする請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記低元側冷凍サイクルを循環する冷媒は、
二酸化炭素またはR23である
ことを特徴とする請求項3に記載の冷凍装置。 - 前記低元側膨張弁が、二つ直列に設けられた
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 気液分離器が前記圧縮機の吸入側に設けられ、
前記返油管は、
前記気液分離器と、前記膨張タンクの下部とを接続する
ことを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。 - 気液分離器が前記低元側圧縮機の吸入側に設けられ、
前記返油管は、
前記気液分離器と、前記膨張タンクの下部とを接続する
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 前記返油管は、下部に穴が形成されたトラップが設けられ、
前記返油管に侵入してきた前記油を前記トラップで滞留させ、前記穴からその油を排出する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の冷凍装置。 - 前記返油管に、前記調整弁と並列に逆止弁が設けられ、
前記調整弁が設けられている側の径を細くし、前記逆止弁が設けられている側の径を太くした
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 前記調整弁は、無通電時に開となるように設定され、通電時に閉となるように設定され、
前記膨張タンク内の前記冷媒を回収してから、または復電後、一定時間経過してから閉となるように設定された
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 前記調整弁は、両側に一定圧力差が発生するまで開とならない蒸発圧力調整弁である
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の冷凍装置。
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