JPWO2020095381A1 - 流体温調システム及び冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
実施の形態による流体温調システムは、高温側冷凍機(100)、中温側冷凍機(200)、及び低温側冷凍機(300)を備える多元式冷凍装置によって、流体を冷却する。多元式冷凍装置における中温側冷凍機(200)は、中温側第1蒸発器(204)と、中温側第2蒸発器(224)とを有する。高温側冷凍機(100)の高温側蒸発器(104)と中温側冷凍機(200)の中温側凝縮器(202)とが、第1カスケードコンデンサ(CC1)を構成する。中温側冷凍機200の中温側第2蒸発器(224)と低温側冷凍機(300)の低温側凝縮器(302)とが、第2カスケードコンデンサ(CC2)を構成する。そして、流体通流装置が通流させる流体は、中温側冷凍機(200)の中温側第1蒸発器(204)によって冷却された後、低温側冷凍機(300)の低温側蒸発器(304)によって冷却される。
Description
高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側膨張弁及び高温側蒸発器が、この順に高温側冷媒を循環させるように接続された高温側冷凍回路を有する高温側冷凍機と、
中温側圧縮機、中温側凝縮器、中温側第1膨張弁及び中温側第1蒸発器が、この順に中温側冷媒を循環させるように接続された中温側冷凍回路を有するとともに、前記中温側冷凍回路における前記中温側凝縮器の下流側で且つ前記中温側第1膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記中温側第1蒸発器の下流側で且つ前記中温側圧縮機の上流側の部分に接続され、前記中温側冷凍回路から分岐する前記中温側冷媒を通流させる分岐流路、前記分岐流路に設けられた中温側第2膨張弁、及び前記分岐流路において前記中温側第2膨張弁よりも下流側に設けられた中温側第2蒸発器を含むカスケード用バイパス回路を有する中温側冷凍機と、
低温側圧縮機、低温側凝縮器、低温側膨張弁及び低温側蒸発器が、この順に低温側冷媒を循環させるように接続された低温側冷凍回路を有する低温側冷凍機と、
流体を通流させる流体通流装置と、を備え、
前記高温側冷凍機の前記高温側蒸発器と前記中温側冷凍機の前記中温側凝縮器とが、前記高温側冷媒と前記中温側冷媒との熱交換を可能とする第1カスケードコンデンサを構成し、
前記中温側冷凍機の前記中温側第2蒸発器と前記低温側冷凍機の前記低温側凝縮器とが、前記中温側冷媒と前記低温側冷媒との熱交換を可能とする第2カスケードコンデンサを構成する。
そして、当該流体温調システムは、前記流体通流装置が通流させる流体を、前記中温側冷凍機の前記中温側第1蒸発器によって冷却した後、前記低温側冷凍機の前記低温側蒸発器によって冷却する。
これにより、上記流体温調システムは、温度制御対象物に対する目標の所望温度までの冷却を実現する際に、低温側冷凍機において高性能な圧縮機を採用した単純な三元冷凍装置よりも容易に製作され得ることで、所望温度までの温度制御対象の冷却を容易に且つ安定的に実現できる。
第1圧縮機、第1凝縮器、第1膨張弁及び第1蒸発器が、この順に第1冷媒を循環させるように接続された第1冷凍回路を有するとともに、前記第1冷凍回路における前記第1凝縮器の下流側で且つ前記第1膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記第1蒸発器の下流側で且つ前記第1圧縮機の上流側の部分に接続され、前記第1冷凍回路から分岐する前記第1冷媒を通流させる分岐流路、前記分岐流路に設けられたカスケード用膨張弁、及び前記分岐流路において前記カスケード用膨張弁よりも下流側に設けられたカスケード用蒸発器を含むカスケード用バイパス回路を有する第1冷凍機と、
第2圧縮機、第2凝縮器、第2膨張弁及び第2蒸発器が、この順に第2冷媒を循環させるように接続された第2冷凍回路を有する第2冷凍機と、を備え、
前記第1冷凍機の前記カスケード用蒸発器と前記第2冷凍機の前記第2凝縮器とが、前記第1冷媒と前記第2冷媒との熱交換を可能とするカスケードコンデンサを構成する。
当該冷凍装置は、温度制御対象を、前記第1冷凍機の前記第1蒸発器によって冷却した後、前記第2冷凍機の前記第2蒸発器によって冷却してもよい。
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が、この順に冷媒を循環させるように接続された冷凍回路を備え、
前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記膨張弁の上流側の部分と、前記冷凍回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分とが、各前記部分を通過する前記冷媒の熱交換を可能とする内部熱交換器を構成する。
多元式冷凍装置10は三元式冷凍装置であり、それぞれヒートポンプ式の冷凍機として構成される高温側冷凍機100と、中温側冷凍機200と、低温側冷凍機300と、を備えている。
高温側冷凍機100は、高温側圧縮機101、高温側凝縮器102、高温側膨張弁103及び高温側蒸発器104が、この順に高温側冷媒を循環させるように配管部材(パイプ)によって接続された高温側冷凍回路110と、高温側ホットガス回路120と、冷却用バイパス回路130と、を有している。
中温側冷凍機200は、中温側圧縮機201、中温側凝縮器202、中温側第1膨張弁203及び中温側第1蒸発器204が、この順に中温側冷媒を循環させるように配管部材(パイプ)により接続された中温側冷凍回路210と、カスケード用バイパス回路220と、中温側ホットガス回路230と、を有している。
低温側冷凍機300は、低温側圧縮機301、低温側凝縮器302、低温側膨張弁303及び低温側蒸発器304が、この順に低温側冷媒を循環させるように配管部材(パイプ)により接続された低温側冷凍回路310と、低温側ホットガス回路320と、を有している。
例えば、中温側冷凍機200及び低温側冷凍機300の少なくともいずれかにおいては、R1132aと、CO2(R744)とを混合させた混合冷媒が用いられてもよい。この場合、極めて低温の冷却と地球温暖化係数の抑制を実現しつつ、取り扱いも容易になり得る。
また、中温側冷凍機200及び低温側冷凍機300の少なくともいずれかにおいて、R1132aと、R744と、R23とを混合させた混合冷媒が用いられてもよい。
続いて流体通流装置20について説明する。本実施の形態における流体通流装置20は、流体が通流する流体流路21と、流体流路で流体を通流させるための駆動力を付与するポンプ22と、を有している。本実施の形態における流体流路21は、中温側冷凍機200の中温側第1蒸発器204に接続され、低温側冷凍機300の低温側蒸発器304に接続され、さらには温度制御対象50に接続されている。
次に、流体温調システム1の動作の一例を説明する。
第2圧縮機、第2凝縮器、第2膨張弁及び第2蒸発器が、この順に第2冷媒を循環させるように接続された第2冷凍回路を有する第2冷凍機と、を備え、
前記第1冷凍機の前記カスケード用蒸発器と前記第2冷凍機の前記第2凝縮器とが、前記第1冷媒と前記第2冷媒との熱交換を可能とするカスケードコンデンサを構成する、冷凍装置。
この際、温度制御対象を、前記第1冷凍機の前記第1蒸発器によって冷却した後、前記第2冷凍機の前記第2蒸発器によって冷却することが良い。
前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記膨張弁の上流側の部分と、前記冷凍回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分とが、各前記部分を通過する前記冷媒の熱交換を可能とする内部熱交換器を構成する、冷凍装置。
Claims (8)
- 高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側膨張弁及び高温側蒸発器が、この順に高温側冷媒を循環させるように接続された高温側冷凍回路を有する高温側冷凍機と、
中温側圧縮機、中温側凝縮器、中温側第1膨張弁及び中温側第1蒸発器が、この順に中温側冷媒を循環させるように接続された中温側冷凍回路を有するとともに、前記中温側冷凍回路における前記中温側凝縮器の下流側で且つ前記中温側第1膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記中温側第1蒸発器の下流側で且つ前記中温側圧縮機の上流側の部分に接続され、前記中温側冷凍回路から分岐する前記中温側冷媒を通流させる分岐流路、前記分岐流路に設けられた中温側第2膨張弁、及び前記分岐流路において前記中温側第2膨張弁よりも下流側に設けられた中温側第2蒸発器を含むカスケード用バイパス回路を有する中温側冷凍機と、
低温側圧縮機、低温側凝縮器、低温側膨張弁及び低温側蒸発器が、この順に低温側冷媒を循環させるように接続された低温側冷凍回路を有する低温側冷凍機と、
流体を通流させる流体通流装置と、を備え、
前記高温側冷凍機の前記高温側蒸発器と前記中温側冷凍機の前記中温側凝縮器とが、前記高温側冷媒と前記中温側冷媒との熱交換を可能とする第1カスケードコンデンサを構成し、
前記中温側冷凍機の前記中温側第2蒸発器と前記低温側冷凍機の前記低温側凝縮器とが、前記中温側冷媒と前記低温側冷媒との熱交換を可能とする第2カスケードコンデンサを構成し、
前記流体通流装置が通流させる流体を、前記中温側冷凍機の前記中温側第1蒸発器によって冷却した後、前記低温側冷凍機の前記低温側蒸発器によって冷却する、流体温調システム。 - 前記低温側冷凍回路における前記低温側凝縮器の下流側で且つ前記低温側膨張弁の上流側の部分と、前記低温側冷凍回路における前記低温側蒸発器の下流側で且つ前記低温側圧縮機の上流側の部分とが、各前記部分を通過する前記低温側冷媒の熱交換を可能とする内部熱交換器を構成する、請求項1に記載の流体温調システム。
- 前記低温側冷媒は、R23であり、前記低温側膨張弁によって膨張されることにより、−70℃以下まで降温される、請求項1又は2に記載の流体温調システム。
- 前記低温側冷媒は、R1132aであり、前記低温側膨張弁によって膨張されることにより、−70℃以下まで降温される、請求項1又は2に記載の流体温調システム。
- 前記低温側冷媒は、R1132aを含み、前記低温側膨張弁によって膨張されることにより、−70℃以下まで降温される、請求項1又は2に記載の流体温調システム。
- 前記中温側冷媒と、前記低温側冷媒とが同じ冷媒である、請求項1又は2に記載の流体温調システム。
- 第1圧縮機、第1凝縮器、第1膨張弁及び第1蒸発器が、この順に第1冷媒を循環させるように接続された第1冷凍回路を有するとともに、前記第1冷凍回路における前記第1凝縮器の下流側で且つ前記第1膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記第1蒸発器の下流側で且つ前記第1圧縮機の上流側の部分に接続され、前記第1冷凍回路から分岐する前記第1冷媒を通流させる分岐流路、前記分岐流路に設けられたカスケード用膨張弁、及び前記分岐流路において前記カスケード用膨張弁よりも下流側に設けられたカスケード用蒸発器を含むカスケード用バイパス回路を有する第1冷凍機と、
第2圧縮機、第2凝縮器、第2膨張弁及び第2蒸発器が、この順に第2冷媒を循環させるように接続された第2冷凍回路を有する第2冷凍機と、を備え、
前記第1冷凍機の前記カスケード用蒸発器と前記第2冷凍機の前記第2凝縮器とが、前記第1冷媒と前記第2冷媒との熱交換を可能とするカスケードコンデンサを構成する、冷凍装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が、この順に冷媒を循環させるように接続された冷凍回路を備え、
前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記膨張弁の上流側の部分と、前記冷凍回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分とが、各前記部分を通過する前記冷媒の熱交換を可能とする内部熱交換器を構成する、冷凍装置。
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