WO2014064744A1 - 冷凍装置 - Google Patents

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low
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refrigerant
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杉本 猛
野本 宗
智隆 石川
池田 隆
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三菱電機株式会社
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    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide

Definitions

  • This invention relates to a refrigeration apparatus provided with a circulation circuit (refrigeration cycle) for circulating refrigerant.
  • a refrigeration apparatus in which a high-temperature side circulation circuit (high-temperature side refrigeration cycle) and a low-temperature side circulation circuit (low-temperature side refrigeration cycle) are cascade-connected via a cascade capacitor to perform a dual refrigeration cycle.
  • the conventional refrigeration system has a problem that it is necessary to wastefully operate the compressor of the high-temperature side circulation circuit despite the state where the compressor of the low-temperature side circulation circuit is stopped and the cooling operation is not performed.
  • the compressor of the high-temperature side circulation circuit has a problem that it is necessary to wastefully operate the compressor of the high-temperature side circulation circuit despite the state where the compressor of the low-temperature side circulation circuit is stopped and the cooling operation is not performed.
  • carbon dioxide is used as the refrigerant in the low-temperature side circulation circuit
  • in order to keep the design pressure in the low-temperature side circulation circuit to about 3 to 4 MPa about 30 It is necessary to operate the compressor of the high-temperature side circulation circuit for about 40 minutes or more. This defrosting operation is performed about 4 to 5 times a day.
  • the compressor of the low-temperature side circulation circuit stops (thermo-off) and the compressor of the low-temperature side circulation circuit is restarted
  • the compressor of the high-temperature side circulation circuit is started for a predetermined time (tens of seconds to several minutes) Since the compressor of the low temperature side circulation circuit is started after the lapse, there is a problem that the pull-down speed becomes slow.
  • the compressor of the high-temperature side circulation circuit is not operated when the compressor of the low-temperature side circulation circuit is stopped, and the compressor of the low-temperature side circulation circuit is stopped for a long time, the refrigerant in the low-temperature side circulation circuit will reach about the outside temperature. Warm up and pressure rises.
  • the pressure of the refrigerant in the low-temperature side circulation circuit rises above the design pressure, the refrigerant may be released from the safety valve. In this case, it is necessary to replenish the low temperature side circulation circuit with the refrigerant.
  • the present invention was made to solve the above-described problems, and is a refrigeration apparatus that can suppress an increase in the pressure of refrigerant in the low-temperature side circulation circuit when the compressor in the low-temperature side circulation circuit is stopped. Is what you get.
  • a refrigeration apparatus capable of suppressing an increase in the pressure of the refrigerant in the low-temperature side circulation circuit without operating the compressor of the high-temperature side refrigerant circuit is obtained. It is.
  • the freezing apparatus which can make low the design pressure of a low temperature side circulation circuit is obtained.
  • the refrigeration apparatus includes a first circulation circuit in which a first compressor, a first condenser, a first expansion device, and a first evaporator are sequentially connected by piping to circulate refrigerant, a second compressor, 2 condenser, a 2nd expansion device, and a 2nd evaporator are connected by piping one by one, and it comprises the 2nd circulation circuit through which a refrigerant circulates, the 1st evaporator and the 2nd condenser, and the 1st evaporation
  • a plurality of cascade condensers that exchange heat between the refrigerant flowing through the condenser and the refrigerant flowing through the second condenser, and a pipe between the second evaporator and the second compressor via an on-off valve.
  • An expansion tank, and the first compressor, the first condenser, the first throttling device, the first evaporator, the second compressor, and the second condenser are mounted on an outdoor unit.
  • the plurality of expansion tanks are mounted on an expansion tank unit. .
  • the present invention includes the expansion tank connected to the pipe between the second evaporator and the second compressor via the on-off valve, the low-temperature side circulation can be performed without operating the compressor of the high-temperature side refrigerant circuit. An increase in the pressure of the refrigerant in the circuit can be suppressed.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigeration apparatus in Embodiment 1 of the present invention.
  • the refrigeration apparatus includes a high temperature side circulation circuit A and a low temperature side circulation circuit (load side circuit) B.
  • the high temperature side circulation circuit A and the low temperature side circulation circuit B are cascade-connected via a cascade capacitor 8.
  • the refrigeration apparatus performs a dual refrigeration cycle by circulating a refrigerant in each of the high temperature side circulation circuit A and the low temperature side circulation circuit B.
  • the levels of temperature, pressure, etc. are not particularly determined in relation to absolute values, but are relative in terms of state, operation, etc. in the refrigeration apparatus. It will be determined.
  • a two-way refrigeration cycle including two refrigerant circuits will be described.
  • the refrigeration apparatus according to the present invention includes a refrigeration apparatus (multi-source refrigeration apparatus) including three or more refrigeration cycles. Is included.
  • the high temperature side circulation circuit A includes a high temperature side compressor 1, a high temperature side condenser 2, a high temperature side expansion valve 3, and a high temperature side evaporator 4.
  • the high temperature side compressor 1, the high temperature side condenser 2, the high temperature side expansion valve 3, and the high temperature side evaporator 4 are connected in series by refrigerant piping.
  • the high temperature side compressor 1, the high temperature side condenser 2, the high temperature side expansion valve 3, and the high temperature side evaporator 4 are accommodated in an outdoor unit 14 to be described later.
  • a refrigerant having a relatively small global warming potential for example, R410A, R134a, R32, or HFO refrigerant
  • GWP global warming potential
  • the high temperature side compressor 1 sucks the refrigerant flowing through the high temperature side circulation circuit A.
  • the high temperature side compressor 1 compresses the sucked refrigerant and discharges it in a high temperature and high pressure state.
  • the high temperature side condenser 2 performs heat exchange between the refrigerant discharged from the high temperature side compressor 1 and the air.
  • the high temperature side expansion valve 3 decompresses and expands the refrigerant that has flowed out of the high temperature side condenser 2.
  • the high temperature side evaporator 4 exchanges heat between the refrigerant decompressed by the high temperature side expansion valve 3 and the refrigerant flowing through the low temperature side condenser 7 of the low temperature side circulation circuit B.
  • the high temperature side evaporator 4 and the low temperature side condenser 7 constitute a cascade condenser 8.
  • the cascade condenser 8 is configured by, for example, a plate heat exchanger.
  • the cascade condenser 8 is not limited to a plate heat exchanger, and may be a shell and tube heat exchanger, a double tube heat exchanger, or the like.
  • the high temperature side compressor 1 corresponds to the “first compressor” in the present invention.
  • the high temperature side condenser 2 corresponds to a “first condenser” in the present invention.
  • the high temperature side expansion valve 3 corresponds to a “first throttle device” in the present invention.
  • the high temperature side evaporator 4 corresponds to the “first evaporator” in the present invention.
  • the low temperature side circulation circuit B includes a low temperature side compressor 5, an auxiliary capacitor 6, a low temperature side condenser 7, a liquid receiver 9, a low temperature side flow rate adjustment valve 10, a low temperature side first electromagnetic valve 11, and a low temperature.
  • the side evaporator 12, the low temperature side high pressure sensor 27, and the low temperature side low pressure sensor 28 are included.
  • the low temperature side compressor 5, the auxiliary capacitor 6, the low temperature side condenser 7, the liquid receiver 9, the low temperature side first electromagnetic valve 11, the low temperature side flow rate adjustment valve 10, and the low temperature side evaporator 12 are: Piping is connected in series by refrigerant piping.
  • An expansion tank 18 a, an expansion tank 18 b, and an expansion tank 18 c are connected to the pipe between the low temperature side condenser 7 and the low temperature side compressor 5 via a low temperature side second electromagnetic valve 17.
  • the low temperature side high pressure sensor 27 detects the pressure on the discharge side of the low temperature side compressor 5.
  • the low temperature side low pressure sensor 28 detects the pressure on the suction side of the low temperature compressor 5.
  • the low temperature side compressor 5, the auxiliary capacitor 6, the low temperature side condenser 7, the liquid receiver 9, the low temperature side high pressure sensor 27, and the low temperature side low pressure sensor 28 are accommodated in an outdoor unit 14 described later. ing.
  • the low temperature side first solenoid valve 11, the low temperature side flow rate adjustment valve 10, and the low temperature side evaporator 12 are accommodated in a cooling unit 13.
  • the cooling unit 13 is used, for example, as a refrigerated freezer showcase or a unit cooler.
  • the cooling unit 13 is connected to the low-temperature circuit B by a liquid pipe 15 and a gas pipe 16.
  • Expansion tanks 18a, 18b, and 18c are housed in an expansion tank unit housing 31 described later.
  • the expansion tank unit housing 31 corresponds to the “expansion tank unit” in the present invention.
  • the outdoor unit 14, the cooling unit 13, and the expansion tank unit casing 31 are separated and transported, and piping connection is made on site.
  • a carbon dioxide (CO2) refrigerant having a global warming potential (GWP) of 1 is used as the refrigerant circulating in the low-temperature side circulation circuit B.
  • CO2 carbon dioxide
  • GWP global warming potential
  • the low temperature side compressor 5 sucks the refrigerant flowing through the low temperature side circulation circuit B.
  • the low temperature side compressor 5 compresses the sucked refrigerant and discharges it in a high temperature and high pressure state.
  • the auxiliary capacitor 6 exchanges heat between the refrigerant discharged from the low temperature side compressor 5 and the air.
  • the low-temperature side condenser 7 performs heat exchange between the refrigerant that has flowed out of the auxiliary capacitor 6 and the refrigerant that flows through the high-temperature side evaporator 4 of the high-temperature side circulation circuit A.
  • the liquid receiver 9 stores excess refrigerant out of the refrigerant flowing out of the low temperature side condenser 7.
  • the low-temperature-side flow rate adjustment valve 10 decompresses and expands the refrigerant flowing out of the liquid receiver 9.
  • the low temperature side flow rate adjustment valve 10 is constituted by a temperature type automatic expansion valve or an electronic type expansion valve.
  • the low temperature side evaporator 12 performs heat exchange between the refrigerant decompressed by the low temperature side flow rate adjustment valve 10 and a fluid (for example, air, water, refrigerant, brine, or the like).
  • the low temperature side second solenoid valve 17 is a solenoid valve that is closed when energized.
  • the expansion tank 18 stores refrigerant therein.
  • the expansion tank 18 has an outer diameter of 400 mm or less, for example.
  • the low temperature side compressor 5 corresponds to the “second compressor” in the present invention.
  • the low temperature side condenser 7 corresponds to a “second condenser” in the present invention.
  • the low temperature side flow rate adjustment valve 10 corresponds to a “second throttle device”.
  • the low temperature side evaporator 12 corresponds to the “second evaporator” in the present invention.
  • the low temperature side second electromagnetic valve 17 corresponds to an “open / close valve” in the present invention.
  • the refrigerant flowing into the high temperature side condenser 2 is condensed and liquefied by heat exchange with air, and becomes a refrigerant in a liquid phase state at a high pressure.
  • the high-pressure and liquid-phase refrigerant that has flowed out of the high-temperature side condenser 2 is decompressed by the high-temperature side expansion valve 3, and becomes a low-temperature and low-pressure refrigerant in the gas-liquid two-phase state.
  • This low-temperature low-pressure refrigerant in the gas-liquid two-phase state evaporates by exchanging heat with the refrigerant flowing through the low-temperature side condenser 7 of the low-temperature side circulation circuit B in the high-temperature side evaporator 4 constituting the cascade condenser 8. It becomes a gas-phase refrigerant at low pressure. At this time, the refrigerant flowing through the low temperature side condenser 7 of the low temperature side circulation circuit B is cooled. The refrigerant flowing out from the high temperature side evaporator 4 is sucked into the high temperature side compressor 1 again.
  • This low-temperature low-pressure refrigerant in the gas-liquid two-phase state evaporates by exchanging heat with the refrigerant flowing through the low-temperature side condenser 7 of the low-temperature side circulation circuit B in the high-temperature side evaporator 4 constituting the cascade condenser 8. It becomes a gas-phase refrigerant at low pressure.
  • the refrigerant flowing into the low-temperature side condenser 7 is condensed by exchanging heat with the refrigerant flowing through the high-temperature side evaporator 4 of the high-temperature side circulation circuit A to become a low-temperature high-pressure liquid-phase refrigerant.
  • the refrigerant flowing through the high temperature side evaporator 4 of the high temperature side circulation circuit A is heated.
  • the low-temperature and high-pressure liquid phase refrigerant that has flowed out of the low-temperature side condenser 7 flows into the liquid receiver 9.
  • a part of the refrigerant flowing into the liquid receiver 9 is stored as surplus refrigerant, and the rest flows into the low-temperature side flow rate adjustment valve 10.
  • the high-pressure and liquid-phase refrigerant that has flowed into the low-temperature-side flow rate adjustment valve 10 is decompressed and becomes a gas-liquid two-phase refrigerant.
  • This low-temperature, low-pressure, gas-liquid two-phase refrigerant flows into the low-temperature side evaporator 12.
  • the refrigerant exchanges heat with a fluid (for example, air) and evaporates to become a high temperature and low pressure gas phase refrigerant.
  • a fluid for example, air
  • the cooling target space is cooled in the cooling unit 13.
  • the low-pressure gas-phase refrigerant that has flowed out of the low-temperature side evaporator 12 is again sucked into the low-temperature side compressor 5.
  • the liquid receiver 9 is connected as one of the components of the low temperature side circulation circuit B.
  • the present invention is not limited to this, and the liquid receiver 9 is not connected. Also good.
  • a liquid receiver such as an accumulator may be connected to the suction side of the low temperature side compressor 5 instead of the liquid receiver 9. That is, the liquid receiver 9 may determine the connection and the type of the connection depending on the use of the refrigeration apparatus and the refrigerant used.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the outdoor unit 14 includes a high temperature side housing 19 and a low temperature side housing 20.
  • the high temperature side casing 19 and the low temperature side casing 20 are configured by casings having the same outer shape.
  • the high temperature side casing 19 and the low temperature side casing 20 share a bottom plate with a common base 21.
  • the high temperature side casing 19 and the low temperature side casing 20 are installed adjacent to each other on the common mount 21.
  • the high temperature side housing 19 is provided with a high temperature side compressor 1, a high temperature side condenser 2, a high temperature side expansion valve 3, a high temperature side blower 22, and a high temperature side controller 24.
  • the high temperature side blower 22 is installed on the upper portion of the high temperature side casing 19 and supplies air to the high temperature side condenser 2.
  • the high temperature side controller 24 executes various controls of the high temperature side equipment.
  • the low temperature side housing 20 is provided with a low temperature side compressor 5, an auxiliary capacitor 6, a liquid receiver 9, a cascade capacitor 8, a low temperature side blower 23, and a low temperature side controller 26.
  • the low temperature side blower 23 is installed in the upper part of the low temperature side housing 20 and supplies air to the high temperature side condenser 2.
  • the low temperature side controller 26 executes various controls of the low temperature side equipment.
  • the low temperature side controller 26 controls the low temperature side second electromagnetic valve 17.
  • the cascade capacitor 8 extending over both the high temperature side and the low temperature side may be arranged in either the high temperature side casing 19 or the low temperature side casing 20 in consideration of the arrangement condition or the like.
  • the low temperature side controller 26 corresponds to a “control unit” in the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the outdoor unit of FIG. 2 viewed from the A direction.
  • the expansion tank unit housing 31 is arranged with a space beside the high temperature side housing 19 and the low temperature side housing 20.
  • the expansion tanks 18a, 18b, 18c are accommodated in the expansion tank unit housing 31.
  • the expansion tank unit housing 31 includes an expansion tank unit mount 30, a support 31b, and a support 31c.
  • An expansion tank 18 a is mounted on the expansion tank unit mount 30.
  • the expansion tank 18b is mounted on the support 31b.
  • the expansion tank 18c is mounted on the support 31c. That is, the expansion tanks 18a, 18b, and 18c are mounted on the expansion tank unit housing 31 side by side in the vertical direction.
  • a pipe 32a is connected to the lower part of the expansion tank 18a.
  • a pipe 32b is connected to the lower part of the expansion tank 18b.
  • a pipe 32c is connected to the lower part of the expansion tank 18c.
  • the pipe 32 a, the pipe 32 b, and the pipe 32 c gather in the pipe 32 and are connected to the low temperature side second electromagnetic valve 17.
  • the reason for connecting the pipes 32a, 32b, and 32c to the lower portions of the expansion tanks 18a, 18b, and 18c is to reliably collect the refrigerating machine oil.
  • the present invention is not limited to this and may be provided in each of the expansion tanks 18a, 18b, and 18c.
  • the expansion tanks 18a, 18b, and 18c are housed in the expansion tank unit housing 31, but the expansion tanks 18a, 18b, and 18c may be stacked.
  • the expansion tanks 18a, 18b, 18c have an outer diameter of 270 mm (wall thickness: 8 mm) and a length of about 1500 mm.
  • the depth of the expansion tank unit housing 31 is about 400 mm.
  • the depth of the high temperature side housing 19 and the low temperature side housing 20 is about 800 mm.
  • the suction space for the high-temperature side condenser 2 and the auxiliary condenser 6 is secured to 300 mm. For this reason, the expansion tank unit housing
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the circuit internal volume and the circuit internal pressure in Embodiment 1 of the present invention.
  • the relationship with the circuit internal volume of the low temperature side circulation circuit B is shown.
  • the refrigerant of the low temperature side circulation circuit B is carbon dioxide.
  • the ambient temperature (outside air temperature) of the outdoor unit 14 is 46 ° C.
  • the nominal output of the low temperature side compressor 5 of the low temperature side circulation circuit B is about 28 kW (about 10 horsepower).
  • the internal volume of the low temperature side evaporator 12 is about 72 liters.
  • the internal volume of the low temperature side compressor 5, the auxiliary capacitor 6, the low temperature side condenser 7, and the liquid receiver 9 is about 40 liters.
  • the internal volume is about 48 liters. That is, when the length of the extension pipe is 70 m, a value obtained by adding the internal volumes of the expansion tanks 18a, 18b, 18c to about 160 liters is the circuit internal volume of the low temperature side circulation circuit B.
  • the required circuit internal volume (marked in the figure) is about 400 liters.
  • the total internal volume of the expansion tank 18 needs to be 240 liters, which is the difference between 400 liters and 160 liters. Therefore, when three tanks of the expansion tanks 18a, 18b, and 18c are provided, the outer diameter is 270 mm (wall thickness 8 mm) and the length is about 1500 mm.
  • the required circuit internal volume ( ⁇ in FIG. 4) is about 300 liters.
  • the total internal volume of the expansion tank 18 needs to be 140 liters, which is the difference between 300 liters and 160 liters.
  • two expansion tanks 18 having an outer diameter of 270 mm (wall thickness: 8 mm) and a length of about 1500 mm may be used.
  • the internal volume and the number of the expansion tanks 18 are not limited to the above-described configuration, and can be appropriately selected according to the required internal volume.
  • the pipe diameter of the gas pipe 16 can be made smaller than that of the HFC refrigerant.
  • the pipe diameter of the gas pipe 16 is ⁇ 31.75 mm when using R410A, whereas the pipe diameter of the gas pipe 16 is set when using carbon dioxide. It can be set to ⁇ 19.05 mm.
  • the pipe diameter ( ⁇ 31.75 mm) is the same as the pipe when HFC refrigerant is used, the internal volume of the extension pipe is increased. Can be made.
  • the internal volume of the expansion tank 18 can be reduced.
  • the capacity of the expansion tank 18 was calculated assuming that the ambient temperature was 46 ° C.
  • the internal volume and number of the expansion tanks 18 can be appropriately selected according to the temperature environment in which the refrigeration apparatus is used. . For example, if the ambient temperature is about 32 ° C., the capacity or number of the expansion tanks 18 can be reduced.
  • the pressure rise of the refrigerant in the low-temperature side circulation circuit B can be suppressed, and the design pressure of the low-temperature side circulation circuit B can be lowered. Therefore, the manufacturing cost of each member which comprises the low temperature side circulation circuit B can be reduced.
  • the design pressure of the low temperature side circulation circuit B is set to 8.5 MPa without providing the expansion tank 18, the specification of the copper pipe (hairpin) passing through the inside of the plate fin tube type low temperature evaporator 12 is, for example, It becomes about ⁇ 9.52 mm (wall thickness 0.8 mm).
  • the specification of the hairpin of the low temperature side evaporator 12 is about ⁇ 9.52 mm (thickness 0.35 mm).
  • the thickness of the hairpin can be halved, and the material cost alone is halved.
  • the wall thickness of the low temperature side compressor 5, the auxiliary capacitor 6, the cascade capacitor 8, the liquid receiver 9, the liquid pipe 15, the gas pipe 16, and the expansion tank 18 can be reduced.
  • the refrigeration apparatus in which the design pressure of the low-temperature side circulation circuit B is 4.15 MPa or less can reduce the manufacturing cost to half or less compared to the refrigeration apparatus in which the design pressure of the low-temperature side circulation circuit B is 8.5 MPa. it can.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the refrigeration apparatus in Embodiment 1 of the present invention. Hereinafter, description will be given based on each step of FIG.
  • the low temperature side controller 26 detects the pressure on the discharge side of the low temperature side compressor 5 detected by the low temperature side high pressure sensor 27 and the low temperature side low pressure sensor 28 when the low temperature side compressor 5 is stopped. The pressure on the suction side of the low-temperature compressor 5 thus obtained is acquired. Then, it is determined whether at least one of the suction-side pressure and the discharge-side pressure of the low-temperature side compressor 5 is equal to or higher than a preset pressure value P1. If at least one of the suction-side pressure and the discharge-side pressure of the low-temperature side compressor 5 is not equal to or higher than the preset pressure value P1, step S1 is repeated.
  • the pressure value P1 is set according to the design pressure of the low temperature side circulation circuit B, for example.
  • the design pressure is 4.15 MPa
  • the pressure is set to 4 MPa in consideration of the measurement error of the sensor and the operation time of the solenoid valve.
  • the pressure value P1 corresponds to the “first pressure value” in the present invention.
  • the low temperature side controller 26 determines whether the suction side pressure or the discharge side pressure of the low temperature side compressor 5 is equal to or less than a preset pressure value P2.
  • a preset pressure value P2 When the pressure on the suction side or the pressure on the discharge side of the low temperature side compressor 5 is not equal to or lower than the preset pressure value P2, the process returns to step S2 and the open state of the low temperature side second electromagnetic valve 17 is maintained.
  • the pressure value P2 is set to a value lower than the pressure value P1.
  • the pressure value P2 corresponds to the “second pressure value” in the present invention.
  • the low temperature side second solenoid valve 17 in the first embodiment is a solenoid valve that is closed when energized. For this reason, even when the low temperature side compressor 5 is stopped due to a power failure or the like, the low temperature side second electromagnetic valve 17 is opened, the internal volume of the low temperature side circulation circuit B is increased, and the refrigerant pressure is increased. descend.
  • the low temperature side controller 26 opens the low temperature side second electromagnetic valve 17 for a preset time when the low temperature side compressor 5 is restarted. That is, when the low temperature side compressor 5 is started, the low temperature side second electromagnetic valve 17 is opened, and after the preset time has elapsed, the low temperature side second electromagnetic valve 17 is closed. Thereby, the refrigerant in the expansion tank 18 can be recovered in the low temperature side circulation circuit B.
  • step S3 and S4 mentioned above may be abbreviate
  • the low temperature side second electromagnetic valve 17 may be closed after a preset time has elapsed since the low temperature side compressor 5 was restarted.
  • the first embodiment includes the expansion tank 18 connected to the pipe between the low temperature side evaporator 12 and the low temperature side compressor 5 via the low temperature side second electromagnetic valve 17. For this reason, when the low temperature side compressor 5 of the low temperature side circulation circuit B has stopped, the pressure rise of the refrigerant
  • the design pressure of the low-temperature side circulation circuit B can be set to 4.15 MPa equivalent to that when the R410A refrigerant is used.
  • the gas pipe 16 and the expansion tank 18 can be made of a general-purpose HFC refrigerant. Therefore, the cost increase from the model of HFC refrigerant
  • the low temperature side compressor 5 of the low temperature side circulation circuit B is stopped and restarted, it is not necessary to wastefully operate the high temperature side compressor 1 of the high temperature side circulation circuit A. Further, at the time of restart after the low temperature side compressor 5 of the low temperature side circulation circuit B is stopped (thermo-off), after the high temperature side compressor 1 of the high temperature side circulation circuit A is started, the low temperature side There is no need to restart the compressor 5. For this reason, the pull-down speed does not become slow.
  • the low temperature side second electromagnetic valve 17 is a solenoid valve that is closed when energized, the refrigerant of the low temperature side circulation circuit B can be used even when the power supply to the refrigeration apparatus is stopped for a long time due to a power failure or the like. The pressure rise can be suppressed.
  • FIG. FIG. 6 is a configuration diagram of a refrigeration apparatus in Embodiment 2 of the present invention.
  • the pipe 33a is inserted into the expansion tank 18a from the upper part of the expansion tank 18a.
  • the end of the pipe 33a is disposed at a position close to the bottom of the expansion tank 18a.
  • the pipe 33b is inserted into the expansion tank 18b from the upper part of the expansion tank 18b.
  • the end of the pipe 33b is arranged at a position close to the bottom of the expansion tank 18b.
  • the piping 33c is inserted into the expansion tank 18c from the upper part of the expansion tank 18c.
  • the end of the pipe 33c is arranged at a position close to the bottom of the expansion tank 18c.
  • the pipe 33 a, the pipe 33 b, and the pipe 33 c are gathered in the pipe 33 and connected to the low temperature side second electromagnetic valve 17.
  • the reason why the ends of the pipes 33a, 33b, and 33c are arranged at positions close to the bottoms of the expansion tanks 18a, 18b, and 18c is to reliably collect the refrigerating machine oil.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a refrigeration apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • an expansion tank frame 35 is provided below the common frame 21 of the high temperature side case 19 and the low temperature side case 20.
  • the expansion tanks 18a, 18b, and 18c are mounted on the expansion tank mount 35. That is, the expansion tank mount 35 is disposed adjacent to the lower side of the high temperature side casing 19 and the low temperature side casing 20, and the expansion tanks 18a, 18b, and 18c are mounted on the expansion tank mount 35 side by side in the horizontal direction. ing.
  • the expansion tank mount 35 corresponds to the “expansion tank unit” in the present invention.
  • a pipe 34a is connected to the lower part of the expansion tank 18a.
  • a pipe 34b is connected to the lower part of the expansion tank 18b.
  • a pipe 34c is connected to the lower part of the expansion tank 18c.
  • the pipe 34 a, the pipe 34 b, and the pipe 34 c are collected in the pipe 34 and connected to the low temperature side second electromagnetic valve 17. The reason why the pipes 34a, 34b, 34c are connected to the lower portions of the expansion tanks 18a, 18b, 18c is to reliably collect the refrigerating machine oil.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the expansion tank frame 35 is provided below the common frame 21 of the high temperature side case 19 and the low temperature side case 20, compared with the first embodiment, the expansion tank 18 and the outdoor unit 14 are separated from each other.
  • the installation width (depth) can be reduced. For example, if the outer diameter of the expansion tank 18 is 300 mm or less, the depth of the outdoor unit 14 can be 1000 mm or less. Therefore, a compact refrigeration apparatus can be provided despite the presence of the expansion tank 18.
  • FIG. FIG. 8 is a block diagram of a refrigeration apparatus in Embodiment 4 of the present invention.
  • the pipe 36a is inserted into the expansion tank 18a from the upper part of the expansion tank 18a.
  • the end of the pipe 36a is disposed at a position close to the bottom of the expansion tank 18a.
  • the pipe 36b is inserted into the expansion tank 18b from the upper part of the expansion tank 18b.
  • the end of the pipe 36b is disposed at a position close to the bottom of the expansion tank 18b.
  • the pipe 36c is inserted into the expansion tank 18c from the upper part of the expansion tank 18c.
  • the end of the pipe 36c is disposed at a position close to the bottom of the expansion tank 18c.
  • the pipe 36 a, the pipe 36 b, and the pipe 36 c are collected in the pipe 36 and connected to the low temperature side second electromagnetic valve 17.
  • the reason why the ends of the pipes 36a, 36b, and 36c are arranged at positions close to the bottoms of the expansion tanks 18a, 18b, and 18c is to reliably collect the refrigerating machine oil.
  • Embodiment 5 FIG.
  • the refrigeration apparatus in which the high temperature side circulation circuit A and the low temperature side circulation circuit B are cascade-connected has been described.
  • a refrigeration apparatus that performs two-stage compression will be described.
  • FIG. 9 is a refrigerant circuit diagram of the refrigeration apparatus in Embodiment 5 of the present invention.
  • the refrigerating apparatus of the fifth embodiment includes a low stage compressor 55, a high stage compressor 51, an intermediate cooler 54, a low stage first solenoid valve 57, and a low stage side first.
  • a flow rate adjusting valve 56 and a low-stage evaporator 58 are sequentially connected by piping, and a circulation circuit for circulating the refrigerant is provided.
  • the refrigerant branched from the outlet side of the gas cooler 52 and passed through the intermediate cooling flow rate adjustment valve 53 and the intermediate cooler 54 is supplied between the low-stage compressor 55 and the high-stage compressor 51.
  • An intermediate pressure circuit is provided.
  • An expansion tank 63a, an expansion tank 63b, and an expansion tank 63c are connected to the pipe between the low-stage evaporator 58 and the low-stage compressor 55 via a low-stage second electromagnetic valve 62. .
  • CO2 carbon dioxide
  • GWP global warming potential
  • the low stage high pressure sensor 64 detects the pressure on the discharge side of the low stage compressor 55.
  • the low stage low pressure sensor 65 detects the pressure on the suction side of the low stage compressor 55.
  • the low-stage first flow rate adjusting valve 56, the low-stage first electromagnetic valve 57, and the low-stage evaporator 58 are housed in the low-stage cooling unit 59.
  • the low-stage cooling unit 59 is used as, for example, a refrigerated freezer showcase or a unit cooler.
  • the low-stage cooling unit 59 is connected to the circulation circuit by a low-stage liquid pipe 60 and a low-stage gas pipe 61.
  • the low-stage second electromagnetic valve 62 is an electromagnetic valve that is closed when energized.
  • the low-stage second electromagnetic valve 62 is controlled by the controller 66.
  • expansion tank 63 The internal volume and the number of expansion tanks 63a, 63b, 63c (hereinafter simply referred to as “expansion tank 63” if not distinguished from each other) are based on the relationship between the circuit internal volume and the circuit internal pressure, and the design pressure. Appropriate selection can be made by applying the technical idea described in 1.
  • the low stage compressor 55 corresponds to the “first stage compressor” in the present invention.
  • the high stage compressor 51 corresponds to the “second stage compressor” in the present invention.
  • the gas cooler 52 corresponds to a “heat radiator” in the present invention.
  • the low-stage-side first flow rate adjustment valve 56 corresponds to the “throttle device” in the present invention.
  • the low-stage evaporator 58 corresponds to the “evaporator” in the present invention.
  • the low-stage second electromagnetic valve 62 corresponds to the “open / close valve” in the present invention.
  • the controller 66 corresponds to a “control unit” in the present invention.
  • FIG. 10 is a Mollier diagram representing the operation of the refrigeration apparatus in Embodiment 5 of the present invention.
  • the low-pressure gas-phase refrigerant (point F in FIG. 10) that has flowed out of the low-stage evaporator 58 is sucked into the low-stage compressor 55 and compressed to an intermediate pressure.
  • the superheated steam (point G in FIG. 10) discharged from the low-stage compressor 55 merges with the intermediate-pressure refrigerant that has flowed out of the intermediate cooler 54 (point H in FIG. 10), and enters the high-stage compressor 51. enter.
  • the gas refrigerant compressed by the high-stage compressor 51 (point J in FIG. 10) is cooled by the gas cooler 52 and slightly subcooled (point K in FIG. 10). Most of the refrigerant that has flowed out of the gas cooler 52 passes through the high-pressure side of the intercooler 54, further increases supercooling (point M in FIG. 10), and flows into the low-stage first flow rate adjustment valve 56. .
  • the supercooled liquid refrigerant that has flowed into the low-stage-side first flow rate adjustment valve 56 is decompressed and becomes a gas-liquid two-phase refrigerant (point Q in FIG. 10).
  • This low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flows into the low-stage evaporator 58.
  • the refrigerant exchanges heat with a fluid (for example, air) and evaporates to become a high-temperature and low-pressure gas-phase refrigerant.
  • the space to be cooled is cooled in the low-stage cooling unit 59.
  • the low-pressure gas-phase refrigerant (point F in FIG. 10) that has flowed out of the low-stage evaporator 58 is again sucked into the low-stage compressor 55.
  • the refrigerant branched on the outlet side of the gas cooler 52 becomes a refrigerant (N point in FIG. 10) whose pressure is reduced to the intermediate pressure by the intermediate cooling flow rate adjustment valve 53.
  • the intermediate pressure refrigerant flows into the intermediate pressure side of the intermediate cooler 54.
  • the refrigerant that has flowed into the intermediate pressure side of the intermediate cooler 54 exchanges heat with the refrigerant that flows through the high pressure side of the intermediate cooler 54, and excessively passes high pressure gas (point K in FIG. 10) toward the low-stage first electromagnetic valve 57.
  • Increase the degree of cooling point M in FIG. 10
  • the intermediate pressure side of the intermediate cooler 54 is in a state where the refrigerant liquid and the steam coexist, but from here the steam (point H in FIG. 10) close to the saturated state is sucked into the high stage compressor 51.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the refrigeration apparatus in Embodiment 5 of the present invention. Hereinafter, a description will be given based on each step of FIG.
  • the controller 66 uses the discharge pressure of the low-stage compressor 55 detected by the low-stage high pressure sensor 64 and the low-stage low-pressure sensor 65 when the low-stage compressor 55 is stopped. The detected pressure on the suction side of the low stage compressor 55 is acquired. Then, it is determined whether at least one of the suction-side pressure and the discharge-side pressure of the low-stage compressor 55 is equal to or higher than a preset pressure value P1. If at least one of the suction-side pressure and the discharge-side pressure of the low-stage compressor 55 is not greater than or equal to the preset pressure value P1, step S11 is repeated.
  • the pressure value P1 is set according to the design pressure of the circulation circuit, for example.
  • the design pressure is 4.15 MPa
  • the pressure is set to 4 MPa in consideration of the measurement error of the sensor and the operation time of the solenoid valve.
  • the pressure value P1 corresponds to the “first pressure value” in the present invention.
  • the controller 66 determines whether the suction-side pressure or the discharge-side pressure of the low-stage compressor 55 is equal to or less than a preset pressure value P2.
  • a preset pressure value P2 When the suction-side pressure or the discharge-side pressure of the low-stage compressor 55 is not less than or equal to the preset pressure value P2, the process returns to step S12 and the open state of the low-stage second electromagnetic valve 62 is maintained.
  • the pressure value P2 is set to a value lower than the pressure value P1.
  • the pressure value P2 corresponds to the “second pressure value” in the present invention.
  • step S14 When the suction-side pressure or the discharge-side pressure of the low-stage compressor 55 is equal to or lower than the preset pressure value P2, the controller 66 closes the low-stage second electromagnetic valve 62 and proceeds to step S11. Return. As described above, when the pressure of the refrigerant decreases, the low-stage second electromagnetic valve 62 is closed to stop the inflow of the refrigerant into the expansion tank 63. Thus, the refrigerant can be collected in a short time when the low-stage compressor 55 is restarted.
  • the low-stage second electromagnetic valve 62 in the fifth embodiment is an electromagnetic valve that is closed when energized. For this reason, even when the low-stage compressor 55 is stopped due to a power failure or the like, the low-stage second electromagnetic valve 62 is opened, the circuit volume of the circulation circuit increases, and the refrigerant pressure decreases. To do.
  • the controller 66 opens the low-stage second electromagnetic valve 62 for a preset time. That is, when the low-stage compressor 55 is started, the low-stage second electromagnetic valve 62 is opened, and after the preset time has elapsed, the low-stage second electromagnetic valve 62 is closed. Thereby, the refrigerant in the expansion tank 63 can be recovered in the circulation circuit.
  • step S13 and S14 mentioned above may be abbreviate
  • the low-stage second electromagnetic valve 62 may be closed after a preset time has elapsed since the low-stage compressor 55 was restarted.
  • the fifth embodiment includes the expansion tank 63 connected to the pipe between the low-stage evaporator 58 and the low-stage compressor 55 via the low-stage second electromagnetic valve 62. ing. For this reason, it is possible to suppress an increase in refrigerant pressure in the circulation circuit when the low-stage compressor 55 of the circulation circuit is stopped. Moreover, the design pressure of the circulation circuit can be lowered. Therefore, the manufacturing cost of each member which comprises the low temperature side circulation circuit B can be reduced.
  • the low-stage second electromagnetic valve 62 is an electromagnetic valve that is closed when energized, even if the power supply to the refrigeration apparatus is stopped for a long time due to a power failure or the like, the refrigerant pressure in the circulation circuit The rise can be suppressed.

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Abstract

 高温側圧縮機1、高温側凝縮器2、高温側膨張弁3、及び高温側蒸発器4が順次配管接続され、冷媒が循環する高温側循環回路Aと、低温側圧縮機5、低温側凝縮器7、低温側流量調整弁10、及び低温側蒸発器12が順次配管接続され、冷媒が循環する低温側循環回路Bと、高温側蒸発器4と低温側凝縮器7とで構成され、高温側蒸発器4を流れる冷媒と低温側凝縮器7を流れる冷媒とが熱交換を行うカスケードコンデンサ8と、低温側凝縮器7と低温側圧縮機5との間の配管に低温側第2電磁弁17を介して接続された複数の膨張タンク18と、を備え、高温側圧縮機1、高温側凝縮器2、高温側膨張弁3、高温側蒸発器4、低温側圧縮機5、および低温側凝縮器7は、室外ユニット14に搭載され、複数の膨張タンク18は、膨張タンクユニット筐体31に搭載されたことを特徴とする。

Description

冷凍装置
 この発明は、冷媒を循環させる循環回路(冷凍サイクル)を備えた冷凍装置に関する。
 従来、高温側循環回路(高温側冷凍サイクル)と低温側循環回路(低温側冷凍サイクル)とを、カスケードコンデンサを介してカスケード接続して、二元冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている。
 従来の冷凍装置において、低温側循環回路の圧縮機の停止時に、高温側循環回路の圧縮機を運転し、低圧側循環回路の冷媒を冷却することで、低温側循環回路の圧力上昇を抑制するものが提案されている(特許文献1参照)。
 例えば、低温側循環回路の蒸発器の霜取り運転を行う際に時には、低温側循環回路の圧縮機を停止させ、高温側循環回路の圧縮機を運転している。また、低温側循環回路の圧縮機が停止(サーモオフ)した状態において、低温側循環回路の圧縮機を再起動する場合、高温側循環回路の圧縮機を起動した後、所定時間経過後に、低温側循環回路の圧縮機を再起動している。
特開2004-190917号公報(段落[0008]-[0023]、図1)
 しかしながら、従来の冷凍装置においては、低温側循環回路の圧縮機が停止して冷却運転が実施されない状態にもかかわらず、無駄に高温側循環回路の圧縮機を運転する必要があるという問題点があった。
 例えば、低温側循環回路の冷媒に二酸化炭素を使用した場合において、低温側循環回路の設計圧力を、3~4MPa程度に抑えるためには、低温側循環回路の蒸発器の霜取り運転時に、約30~40分程度余分に高温側循環回路の圧縮機を運転する必要がある。この霜取り運転は、1日に4~5回程度実施される。
 また、低温側循環回路の圧縮機が停止(サーモオフ)し、低温側循環回路の圧縮機の再起動時に、高温側循環回路の圧縮機を起動してから所定時間(数十秒から数分間)経過後に、低温側循環回路の圧縮機を起動するため、プルダウン速度が遅くなるという問題点があった。
 また、仮に、低温側循環回路の圧縮機の停止時に高温側循環回路の圧縮機を運転しない場合、低温側循環回路の圧縮機が長時間停止すると、低温側循環回路の冷媒が外気温度程度に温められ、圧力が上昇する。
 このような低温側循環回路の圧力の上昇に対応するべく、低温側循環回路を構成する各部材の構造が頑丈にする必要がある。例えば、冷媒配管の肉厚を厚くする必要がある。このため、製造コストが増加してしまうという問題点があった。
 また、低温側循環回路の冷媒の圧力が、設計圧力以上に上昇した場合には、安全弁から冷媒が放出される場合がある。この場合、低温側循環回路に冷媒を補充する必要が生じる。
 この発明は、上記のよう課題を解決するためになされたもので、低温側循環回路の圧縮機が停止している際における、低温側循環回路の冷媒の圧力上昇を抑制することができる冷凍装置を得るものである。
 また、低温側循環回路の圧縮機の停止時及び再起動時に、高温側冷媒回路の圧縮機を運転せずに、低温側循環回路の冷媒の圧力上昇を抑制することができる冷凍装置を得るものである。
 また、低温側循環回路の設計圧力を低くすることができる冷凍装置を得るものである。
 この発明に係る冷凍装置は、 第1圧縮機、第1凝縮器、第1絞り装置、及び第1蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する第1循環回路と、第2圧縮機、第2凝縮器、第2絞り装置、及び第2蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する第2循環回路と、前記第1蒸発器と前記第2凝縮器とで構成され、前記第1蒸発器を流れる冷媒と前記第2凝縮器を流れる冷媒とが熱交換を行うカスケードコンデンサと、前記第2蒸発器と前記第2圧縮機との間の配管に開閉弁を介して接続された複数の膨張タンクと、を備え、前記第1圧縮機、前記第1凝縮器、前記第1絞り装置、前記第1蒸発器、前記第2圧縮機、および前記第2凝縮器は、室外ユニットに搭載され、前記複数の膨張タンクは、膨張タンクユニットに搭載されたことを特徴とする。
 この発明は、第2蒸発器と第2圧縮機との間の配管に開閉弁を介して接続された膨張タンクを備えたので、高温側冷媒回路の圧縮機を運転せずに、低温側循環回路の冷媒の圧力上昇を抑制することができる。
この発明の実施の形態1における冷凍装置の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態1における冷凍装置の構成図である。 図2の室外ユニットをA方向から見た構成図である。 この発明の実施の形態1における回路内容積と回路内圧力との関係を表す図である。 この発明の実施の形態1における冷凍装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態2における冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態3における冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態4における冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態5における冷凍装置の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態5における冷凍装置の動作を表すモリエル線図である。 この発明の実施の形態5における冷凍装置の動作を説明するフローチャートである。
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
 なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
[構成]
 図1は、この発明の実施の形態1における冷凍装置の冷媒回路図である。
 図1に示すように、冷凍装置は、高温側循環回路A、及び低温側循環回路(負荷側回路)Bを有する。
 高温側循環回路Aと低温側循環回路Bとは、カスケードコンデンサ8を介して、カスケード接続されている。
 冷凍装置は、高温側循環回路Aと低温側循環回路Bとのそれぞれで、冷媒を循環させることで二元冷凍サイクルを行う。
 ここで、低温側、高温側と称する構成における、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、冷凍装置における状態、動作等において相対的に定まるものとする。
 なお、本実施の形態1では、2つの冷媒回路を備えた二元冷凍サイクルについて説明するが、本発明に係る冷凍装置には、3つ以上の冷凍サイクルを備えた冷凍装置(多元冷凍装置)が含まれる。
(高温側循環回路A)
 高温側循環回路Aは、高温側圧縮機1と、高温側凝縮器2と、高温側膨張弁3と、高温側蒸発器4と、を有する。
 高温側圧縮機1と、高温側凝縮器2と、高温側膨張弁3と、高温側蒸発器4とは、冷媒配管によって、直列に配管接続されている。
 高温側圧縮機1と、高温側凝縮器2と、高温側膨張弁3と、高温側蒸発器4は、後述する室外ユニット14に収納されている。
 高温側循環回路Aを循環させる冷媒は、地球温暖化係数(GWP)が比較的小さな冷媒(例えば、R410A、R134a、R32、又はHFO冷媒)を使用する。
 高温側圧縮機1は、高温側循環回路Aを流れる冷媒を吸入する。
 高温側圧縮機1は、吸入した冷媒を圧縮して、高温且つ高圧の状態にして吐出する。
 高温側凝縮器2は、高温側圧縮機1から吐出された冷媒と、空気との間で熱交換を行う。
 高温側膨張弁3は、高温側凝縮器2から流出した冷媒を、減圧して膨張させる。
 高温側蒸発器4は、高温側膨張弁3で減圧された冷媒と、低温側循環回路Bの低温側凝縮器7を流れる冷媒との間で熱交換を行う。
 高温側蒸発器4及び低温側凝縮器7は、カスケードコンデンサ8を構成する。
 カスケードコンデンサ8は、例えばプレート式の熱交換器で構成される。
 なお、カスケードコンデンサ8は、プレート式の熱交換器に限定されず、シェルアンドチューブ式の熱交換器、又は二重管式の熱交換器などでも良い。
 なお、高温側圧縮機1は、本発明における「第1圧縮機」に相当する。
 高温側凝縮器2は、本発明における「第1凝縮器」に相当する。
 高温側膨張弁3は、本発明における「第1絞り装置」に相当する。
 高温側蒸発器4は、本発明における「第1蒸発器」に相当する。
(低温側循環回路B)
 低温側循環回路Bは、低温側圧縮機5と、補助コンデンサ6と、低温側凝縮器7と、受液器9と、低温側流量調整弁10と、低温側第1電磁弁11と、低温側蒸発器12と、低温側高圧圧力センサ27と、低温側低圧圧力センサ28と、を有する。
 低温側圧縮機5と、補助コンデンサ6と、低温側凝縮器7と、受液器9と、低温側第1電磁弁11と、低温側流量調整弁10と、低温側蒸発器12とは、冷媒配管によって、直列に配管接続されている。
 低温側凝縮器7と低温側圧縮機5との間の配管には、低温側第2電磁弁17を介して、膨張タンク18a、膨張タンク18b、及び膨張タンク18cが接続されている。
 低温側高圧圧力センサ27は、低温側圧縮機5の吐出側の圧力を検出する。
 低温側低圧圧力センサ28は、低温側圧縮機5の吸入側の圧力を検出する。
 低温側圧縮機5と、補助コンデンサ6と、低温側凝縮器7と、受液器9と、低温側高圧圧力センサ27と、低温側低圧圧力センサ28とは、後述する室外ユニット14に収納されている。
 低温側第1電磁弁11と、低温側流量調整弁10と、低温側蒸発器12は、冷却ユニット13に収納されている。
 冷却ユニット13は、例えば、冷蔵冷凍ショーケース、ユニットクーラとして利用される。
 冷却ユニット13は、液配管15と、ガス配管16とで、低温側循環回路Bに配管接続されている。
 膨張タンク18a、18b、18c(以下、区別しない場合は単に「膨張タンク18」という)は、後述する膨張タンクユニット筐体31に収納されている。
 なお、膨張タンクユニット筐体31は本発明における「膨張タンクユニット」に相当する。
 例えば、冷凍装置を据え付け時には、室外ユニット14と、冷却ユニット13と、膨張タンクユニット筐体31とを分離して運搬し、現地にて配管接続する。
 低温側循環回路Bを循環させる冷媒は、例えば、地球温暖化係数(GWP)が1である二酸化炭素(CO2)冷媒を使用する。
 低温側圧縮機5は、低温側循環回路Bを流れる冷媒を吸入する。
 低温側圧縮機5は、吸入した冷媒を圧縮して、高温且つ高圧の状態にして吐出する。
 補助コンデンサ6は、低温側圧縮機5から吐出された冷媒と、空気との間で熱交換を行う。
 低温側凝縮器7は、補助コンデンサ6から流出された冷媒と、高温側循環回路Aの高温側蒸発器4を流れる冷媒との間で熱交換を行う。
 受液器9は、低温側凝縮器7から流出した冷媒のうち、余剰の冷媒を貯留する。
 低温側流量調整弁10は、受液器9から流出した冷媒を、減圧して膨張させる。
 低温側流量調整弁10は、温度式自動膨張弁又は電子式膨張弁で構成される。
 低温側蒸発器12は、低温側流量調整弁10で減圧された冷媒と、流体(例えば、空気、水、冷媒、又はブライン等)との間で熱交換を行う。
 低温側第2電磁弁17は、通電時に閉状態となる電磁弁である。
 膨張タンク18は、内部に冷媒が貯えられる。
 膨張タンク18は、例えば外径が400mm以下である。
 なお、低温側圧縮機5は、本発明における「第2圧縮機」に相当する。
 低温側凝縮器7は、本発明における「第2凝縮器」に相当する。
 低温側流量調整弁10は、「第2絞り装置」に相当する。
 低温側蒸発器12は、本発明における「第2蒸発器」に相当する。
 低温側第2電磁弁17は、本発明における「開閉弁」に相当する。
(高温側循環回路Aの動作)
 高温側圧縮機1から吐出された高温高圧で気相状態の冷媒は、高温側凝縮器2へ流入する。
 高温側凝縮器2へ流入した冷媒は、空気との熱交換によって凝縮液化され、高圧で液相状態の冷媒となる。
 高温側凝縮器2から流出した高圧で液相状態の冷媒は、高温側膨張弁3で減圧され、低温低圧で気液二相状態の冷媒となる。
 この低温低圧で気液二相状態の冷媒は、カスケードコンデンサ8を構成する高温側蒸発器4で、低温側循環回路Bの低温側凝縮器7を流れている冷媒と熱交換して蒸発し、低圧で気相状態の冷媒となる。
 このとき、低温側循環回路Bの低温側凝縮器7を流れている冷媒は、冷却される。
 高温側蒸発器4から流出した冷媒は、高温側圧縮機1に再度吸入される。
(低温側循環回路Bの動作)
 低温側圧縮機5から吐出された高温高圧で気相状態の冷媒は、補助コンデンサ6に流入する。
 この補助コンデンサ6では、高温高圧で気相状態の冷媒と空気とが熱交換し、冷媒が冷却されて若干温度が下がった状態になる。
 補助コンデンサ6で冷却された冷媒は、カスケードコンデンサ8を構成する低温側凝縮器7に流入する。
 この低温低圧で気液二相状態の冷媒は、カスケードコンデンサ8を構成する高温側蒸発器4で、低温側循環回路Bの低温側凝縮器7を流れている冷媒と熱交換して蒸発し、低圧で気相状態の冷媒となる。
 低温側凝縮器7に流入した冷媒は、高温側循環回路Aの高温側蒸発器4を流れている冷媒と熱交換して凝縮し、低温高圧の液相状態の冷媒となる。
 このとき、高温側循環回路Aの高温側蒸発器4を流れている冷媒は、加温される。
 低温側凝縮器7から流出した低温高圧の液相状態の冷媒は、受液器9に流入する。
 受液器9に流入した冷媒は、一部が余剰冷媒として蓄えられ、残りが低温側流量調整弁10に流入する。
 低温側流量調整弁10に流入した高圧で液相状態の冷媒は、減圧され、気液二相状態の冷媒となる。
 この低温低圧で気液二相状態の冷媒は、低温側蒸発器12に流入する。
 低温側蒸発器12では、冷媒が流体(例えば空気)と熱交換して蒸発し、高温低圧の気相状態の冷媒となる。
 このとき、冷却ユニット13では冷却対象空間が冷却される。
 低温側蒸発器12から流出した低圧で気相状態の冷媒は、低温側圧縮機5に再度吸入される。
 なお、本実施の形態1では、低温側循環回路Bの構成要素の1つとして受液器9が接続されているが、本発明はこれに限定されず、受液器9を接続しなくてもよい。
 また、受液器9の代わりに低温側圧縮機5の吸入側にアキュムレーター等の受液器を接続するようにしてもよい。
 つまり、受液器9は、冷凍装置の用途及び使用される冷媒等によって、接続の有無、種類の選定を決定すればよい。
 次に、各ユニットにおける機器の配置及び機器の詳細を説明する。
(室外ユニット14)
 図2は、この発明の実施の形態1における冷凍装置の構成図である。
 図2に示すように、室外ユニット14は、高温側筐体19と、低温側筐体20とを備える。
 高温側筐体19及び低温側筐体20は、外形が同一の筐体で構成されている。
 高温側筐体19及び低温側筐体20は、底板を共通架台21で共有している。
 高温側筐体19及び低温側筐体20は、共通架台21上に隣接して設置されている。
 高温側筐体19には、高温側圧縮機1、高温側凝縮器2、高温側膨張弁3、高温側送風機22、及び、高温側制御コントローラ24が設置されている。
 高温側送風機22は、高温側筐体19の上部に設置され、高温側凝縮器2に空気を供給する。
 高温側制御コントローラ24は、高温側機器の各種制御を実行する。
 低温側筐体20には、低温側圧縮機5、補助コンデンサ6、受液器9、カスケードコンデンサ8、低温側送風機23、及び、低温側制御コントローラ26が設置されている。
 低温側送風機23は、低温側筐体20の上部に設置され、高温側凝縮器2に空気を供給する。
 低温側制御コントローラ26は、低温側機器の各種制御を実行する。
 低温側制御コントローラ26は、低温側第2電磁弁17を制御する。
 なお、高温側、低温側の両者にまたがるカスケードコンデンサ8は、配置具合等を考慮して、高温側筐体19、低温側筐体20のどちらに配置してもよい。
 なお、低温側制御コントローラ26は、本発明における「制御部」に相当する。
(膨張タンクユニット筐体31)
 図3は、図2の室外ユニットをA方向から見た構成図である。
 図3に示すように、膨張タンクユニット筐体31は、高温側筐体19および低温側筐体20の横に間隔を空けて配置されている。
 膨張タンク18a、18b、18cは、膨張タンクユニット筐体31に収納されている。
 膨張タンクユニット筐体31は、膨張タンクユニット架台30と、支え31bと、支え31cとを有する。
 膨張タンクユニット架台30の上に、膨張タンク18aを搭載する。
 支え31bの上に、膨張タンク18bを搭載する。
 支え31cの上に、膨張タンク18cを搭載する。
 つまり、膨張タンク18a、18b、18cは、膨張タンクユニット筐体31に、垂直方向に並んで搭載されている。
 膨張タンク18aの下部には、配管32aが接続されている。
 膨張タンク18bの下部には、配管32bが接続されている。
 膨張タンク18cの下部には、配管32cが接続されている。
 配管32a、配管32b、配管32cは、配管32に集合し、低温側第2電磁弁17に接続されている。
 配管32a、32b、32cを、膨張タンク18a、18b、18cの下部に接続するのは、冷凍機油を確実に回収するためである。
 なお、本実施の形態1では、低温側第2電磁弁17が1個の場合を説明するが、本発明はこれに限らず、膨張タンク18a、18b、18cのそれぞれに設けてもよい。
 また、膨張タンク18a、18b、18cは、膨張タンクユニット筐体31に収納したが、膨張タンク18a、18b、18cを積み上げても良い。
 後述するように、膨張タンク18a、18b、18cは、外径が270mm(肉厚8mm)で、長さが約1500mmである。
 膨張タンク18a、18b、18cを、縦方向に並べて配置することによって、膨張タンクユニット筐体31の奥行きを400mm程度となる。
 高温側筐体19及び低温側筐体20の奥行きは、800mm程度である。
 高温側凝縮器2及び補助コンデンサ6の吸い込みスペースを、300mm確保することとする。
 このため、膨張タンクユニット筐体31と室外ユニット14とを、1500mm程度のスペースに設置することができる。
 次に、膨張タンク18の容量について説明する。
 図4は、この発明の実施の形態1における回路内容積と回路内圧力との関係を表す図である。
 図4においては、以下の条件において、高温側循環回路A及び低温側循環回路Bの冷媒の循環が停止し、冷媒温度が周囲温度に上昇した場合の、低温側循環回路Bの冷媒の圧力と、低温側循環回路Bの回路内容積との関係を示している。
 低温側循環回路Bの冷媒は、二酸化炭素である。
 室外ユニット14の周囲温度(外気温度)は、46℃である。
 低温側循環回路Bの低温側圧縮機5の称呼出力は、約28kW(約10馬力)である。
 低温側蒸発器12の内容積は、約72リットルである。
 低温側圧縮機5、補助コンデンサ6、低温側凝縮器7、及び、受液器9の内容積は、約40リットルである。
 冷却ユニット13と室外ユニット14とをつなぐ液配管15及びガス配管16(以下「延長配管」ともいう)の長さが70mの場合、内容積は約48リットルである。
 即ち、延長配管の長さが70mの場合、約160リットルに、膨張タンク18a、18b、18cの内容積を加えた値が、低温側循環回路Bの回路内容積である。
 図4に示すように、低温側循環回路Bの回路内容積が大きいほど、圧力上昇が少なくなる。
 例えば、低温側循環回路Bの設計圧力を、R410Aを使用した場合と同等である4.15MPaとする場合、必要となる回路内容積(図中▲印)は約400リットルとなる。
 上述した条件においては、膨張タンク18の合計内容積は、400リットルと160リットルとの差である240リットルが必要となる。
 したがって、膨張タンク18a、18b、18cの3個のタンクを設ける場合、外径が270mm(肉厚8mm)で、長さが約1500mmとなる。
 また、延長配管の長さが35mの場合、必要となる回路内容積(図4の図中◆)は、約300リットルとなる。
 上述した条件においては、膨張タンク18の合計内容積は、300リットルと160リットルとの差の140リットルが必要となる。
 この場合、外径が270mm(肉厚8mm)で、長さが約1500mmの膨張タンク18が2個でよい。
 なお、膨張タンク18の内容積及び個数は、上述した構成に限定されるものではなく、必要な内容積に応じて、適宜選定することができる。
 ここで、低温側循環回路Bの冷媒に二酸化炭素を使用する場合、圧損が少ないため、ガス配管16の配管径を、HFC冷媒と比較して細くできる。
 例えば、冷凍能力が28kWの冷凍装置において、R410Aを使用する場合にはガス配管16の配管径がφ31.75mmであるのに対し、二酸化炭素を使用する場合には、ガス配管16の配管径をφ19.05mmとすることが可能である。
 ただし、配管内容積を確保するために、二酸化炭素を使用する場合であっても、HFC冷媒を使用した場合の配管と同じ配管径(φ31.75mm)にすれば、延長配管の内容積を増加させることができる。
 例えば、延長配管の長さが70mの場合、ガス配管16の配管径をφ19.05mmからφ31.75mmに変更すると、内容積が約40リットル増加する。
 よって、膨張タンク18の内容積を低減できる。
 なお、上述した条件では、周囲温度が46℃として、膨張タンク18の容量を算出したが、冷凍装置を使用する温度環境に応じて、膨張タンク18の内容積及び個数を適宜選定することができる。
 例えば、周囲温度が32℃程度であれば、膨張タンク18の容量又は個数を削減できる。
 このように、膨張タンク18を設けることで、低温側循環回路Bの冷媒の圧力上昇を抑制することができ、低温側循環回路Bの設計圧力を低くすることができる。
 よって、低温側循環回路Bを構成する各部材の製造コストを低減できる。
 例えば、膨張タンク18を設けずに、低温側循環回路Bの設計圧力を8.5MPaとした場合、プレートフィンチューブ式の低温側蒸発器12の内部に通す銅配管(ヘアピン)の仕様は、例えばφ9.52mm(肉厚0.8mm)程度になる。
 一方、膨張タンク18を設けて、設計圧力を4.15MPaとした場合、低温側蒸発器12のヘアピンの仕様は、φ9.52mm(肉厚0.35mm)程度になる。
 このように、ヘアピンの肉厚が半分程度にでき、材料費だけでも半分程度になる。
 同様に、低温側圧縮機5、補助コンデンサ6、カスケードコンデンサ8、受液器9、液配管15、ガス配管16、膨張タンク18についても肉厚を低下することができる。
 即ち、低温側循環回路Bの設計圧力を4.15MPa以下とした冷凍装置は、低温側循環回路Bの設計圧力が8.5MPaの冷凍装置と比較して、製造コストを半分以下に抑えることができる。
 次に、膨張タンク18と連通する低温側第2電磁弁17の制御動作について説明する。
 図5は、この発明の実施の形態1における冷凍装置の動作を説明するフローチャートである。
 以下、図5の各ステップに基づき説明する。
(S1)
 低温側制御コントローラ26は、低温側圧縮機5が停止している際に、低温側高圧圧力センサ27で検出された低温側圧縮機5の吐出側の圧力と、低温側低圧圧力センサ28で検出された低温側圧縮機5の吸入側の圧力とを取得する。
 そして、低温側圧縮機5の吸入側の圧力及び吐出側の圧力の少なくとも一方が、予め設定した圧力値P1以上であるか否かを判断する。
 低温側圧縮機5の吸入側の圧力及び吐出側の圧力の少なくとも一方が、予め設定した圧力値P1以上でない場合、ステップS1を繰り返す。
 ここで、圧力値P1は、例えば、低温側循環回路Bの設計圧力に応じて設定する。例えば、設計圧力が4.15MPaの場合、センサの測定誤差及び電磁弁の動作時間等を考慮して、4MPaに設定する。
 なお、圧力値P1は、本発明における「第1圧力値」に相当する。
(S2)
 低温側圧縮機5の吸入側の圧力及び吐出側の圧力の少なくとも一方が、予め設定した圧力値P1以上である場合、低温側制御コントローラ26は、低温側第2電磁弁17を開状態にする。
 これによって、低温側循環回路Bの冷媒が、膨張タンク18a、18b、18cのそれぞれに流入する。即ち、低温側循環回路Bの回路内容積が増加し、冷媒の圧力が低下する。
(S3)
 低温側制御コントローラ26は、低温側圧縮機5の吸入側の圧力又は吐出側の圧力が、予め設定した圧力値P2以下であるか否かを判断する。
 低温側圧縮機5の吸入側の圧力又は吐出側の圧力が、予め設定した圧力値P2以下でない場合、ステップS2に戻り、低温側第2電磁弁17の開状態を維持する。
 ここで、圧力値P2は、圧力値P1と比較して低い値に設定する。
 なお、圧力値P2は、本発明における「第2圧力値」に相当する。
(S4)
 低温側圧縮機5の吸入側の圧力又は吐出側の圧力が、予め設定した圧力値P2以下である場合、低温側制御コントローラ26は、低温側第2電磁弁17を閉状態にして、ステップS1に戻る。
 このように、冷媒の圧力が低下した場合には、低温側第2電磁弁17を閉状態にして、膨張タンク18への冷媒の流入を停止させる。これによって、低温側圧縮機5の再起動時における冷媒の回収を短時間で行うことができる。
 なお、例えば停電などによって、冷凍装置に対する電力供給が長時間停止する場合がる。
 本実施の形態1における低温側第2電磁弁17は、通電時に閉状態となる電磁弁である。このため、停電等によって、低温側圧縮機5が停止している際にも、低温側第2電磁弁17は開状態となり、低温側循環回路Bの回路内容積が増加し、冷媒の圧力が低下する。
(低温側圧縮機5の再起動時)
 低温側制御コントローラ26は、低温側圧縮機5の再起動時に、予め設定した時間の間、低温側第2電磁弁17を開状態にする。
 即ち、低温側圧縮機5の起動時に、低温側第2電磁弁17を開状態とし、予め設定した時間経過後、低温側第2電磁弁17を閉状態にする。
 これによって、膨張タンク18内の冷媒を、低温側循環回路B内に回収することができる。
 なお、上述したステップS3及びS4の動作を省略し、低温側第2電磁弁17を開状態に維持しても良い。そして、低温側圧縮機5の再起動時から予め設定した時間を経過した後、低温側第2電磁弁17を閉状態にしても良い。
 以上のように本実施の形態1においては、低温側蒸発器12と低温側圧縮機5との間の配管に低温側第2電磁弁17を介して接続された膨張タンク18を備えている。
 このため、低温側循環回路Bの低温側圧縮機5が停止している際における、低温側循環回路Bの冷媒の圧力上昇を抑制することができる。
 また、低温側循環回路Bの低温側圧縮機5の停止時及び再起動時に、高温側循環回路Aの高温側圧縮機1を運転せずに、低温側循環回路Bの冷媒の圧力上昇を抑制することができる。
 また、低温側循環回路Bの設計圧力を低くすることができる。
 また、低温側循環回路Bの冷媒として二酸化炭素を使用した場合において、低温側循環回路Bの設計圧力を、R410A冷媒を用いた場合と同等の4.15MPaとすることができる。
 このため、低温側循環回路Bの構成部品である、低温側圧縮機5、補助コンデンサ6、カスケードコンデンサ8、受液器9、低温側蒸発器12(ショーケース、ユニットクーラ)、液配管15、及びガス配管16、並びに、膨張タンク18を、汎用性のあるHFC冷媒で使用の材料を使うことができる。
 よって、地球温暖化に対応可能な二酸化炭素冷媒を使って、HFC冷媒の機種からのコストアップを大幅に抑えることができる。
 また、低温側循環回路Bの低温側圧縮機5の停止時及び再起動時に、高温側循環回路Aの高温側圧縮機1を、無駄に運転する必要がなくなる。
 また、低温側循環回路Bの低温側圧縮機5が停止(サーモオフ)した後の再起動時に、高温側循環回路Aの高温側圧縮機1を起動したから所定時間の経過を待って、低温側圧縮機5を再起動する必要が無くなる。このため、プルダウン速度が遅くなることがない。
 また、低温側第2電磁弁17は、通電時に閉状態となる電磁弁であるので、停電等によって、冷凍装置に対する電力供給が長時間停止する場合であっても、低温側循環回路Bの冷媒の圧力上昇を抑制することができる。
実施の形態2.
 図6は、この発明の実施の形態2における冷凍装置の構成図である。
 図6に示すように、配管33aは、膨張タンク18aの上部から膨張タンク18a内に差し込まれる。配管33aの端部は、膨張タンク18aの底に近い位置に配置される。
 配管33bは、膨張タンク18bの上部から膨張タンク18b内に差し込まれる。配管33bの端部は、膨張タンク18bの底に近い位置に配置される。
 配管33cは、膨張タンク18cの上部から膨張タンク18c内に差し込まれる。配管33cの端部は、膨張タンク18cの底に近い位置に配置される。
 配管33a、配管33b、配管33cは、配管33に集合し、低温側第2電磁弁17に接続されている。
 配管33a、33b、33cの端部を、膨張タンク18a、18b、18cの底に近い位置に配置するのは、冷凍機油を確実に回収するためである。
 その他の構成、及び、動作は上記実施の形態1と同様である。
 本実施の形態2においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
実施の形態3.
 図7は、この発明の実施の形態3における冷凍装置の構成図である。
 図7に示すように、高温側筐体19及び低温側筐体20の共通架台21の下部に、膨張タンク架台35を設けている。
 膨張タンク架台35の上に、膨張タンク18a、18b、18cに搭載する。
 つまり、膨張タンク架台35は、高温側筐体19及び低温側筐体20の下に隣接して配置され、膨張タンク18a、18b、18cは、膨張タンク架台35に、水平方向に並んで搭載されている。
 なお、膨張タンク架台35は本発明における「膨張タンクユニット」に相当する。
 膨張タンク18aの下部には、配管34aが接続されている。
 膨張タンク18bの下部には、配管34bが接続されている。
 膨張タンク18cの下部には、配管34cが接続されている。
 配管34a、配管34b、配管34cは、配管34に集合し、低温側第2電磁弁17に接続されている。
 配管34a、34b、34cを、膨張タンク18a、18b、18cの下部に接続するのは、冷凍機油を確実に回収するためである。
 その他の構成、及び、動作は上記実施の形態1と同様である。
 本実施の形態3においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
 また、高温側筐体19及び低温側筐体20の共通架台21の下部に、膨張タンク架台35を設けているので、上記実施の形態1と比較して、膨張タンク18と室外ユニット14との設置幅(奥行き)を小さくすることができる。
 例えば、膨張タンク18の外径が300mm以下であれば、室外ユニット14の奥行きを1000mm以下にできる。
 よって、膨張タンク18があるにもかかわらずコンパクトな冷凍装置を提供できる。
実施の形態4.
 図8は、この発明の実施の形態4における冷凍装置の構成図である。
 図8に示すように、配管36aは、膨張タンク18aの上部から膨張タンク18a内に差し込まれる。配管36aの端部は、膨張タンク18aの底に近い位置に配置される。
 配管36bは、膨張タンク18bの上部から膨張タンク18b内に差し込まれる。配管36bの端部は、膨張タンク18bの底に近い位置に配置される。
 配管36cは、膨張タンク18cの上部から膨張タンク18c内に差し込まれる。配管36cの端部は、膨張タンク18cの底に近い位置に配置される。
 配管36a、配管36b、配管36cは、配管36に集合し、低温側第2電磁弁17に接続されている。
 配管36a、36b、36cの端部を、膨張タンク18a、18b、18cの底に近い位置に配置するのは、冷凍機油を確実に回収するためである。
 その他の構成、及び、動作は上記実施の形態4と同様である。
 本実施の形態4においても、実施の形態3と同様の効果を得ることができる。
実施の形態5.
 上記実施の形態1~4では、高温側循環回路Aと低温側循環回路Bとをカスケード接続した冷凍装置について説明したが、本実施の形態5では、2段圧縮する冷凍装置について説明する。
 図9は、この発明の実施の形態5における冷凍装置の冷媒回路図である。
 図9に示すように、本実施の形態5の冷凍装置は、低段側圧縮機55、高段側圧縮機51、中間冷却器54、低段側第1電磁弁57、低段側第1流量調整弁56、及び低段側蒸発器58が順次配管接続され、冷媒が循環する循環回路を備えている。
 また、ガスクーラ52の出口側を分岐し、中間冷却用流量調整弁53及び中間冷却器54を通過して減圧した冷媒を、低段側圧縮機55と高段側圧縮機51との間に供給する中間圧回路を備えている。
 低段側蒸発器58と低段側圧縮機55との間の配管には、低段側第2電磁弁62を介して、膨張タンク63a、膨張タンク63b、及び膨張タンク63cが接続されている。
 本実施の形態5における冷凍装置の循環回路及び中間圧回路を循環させる冷媒は、地球温暖化係数(GWP)が1である二酸化炭素(CO2)冷媒を使用する。
 低段側高圧圧力センサ64は、低段側圧縮機55の吐出側の圧力を検出する。
 低段側低圧圧力センサ65は、低段側圧縮機55の吸入側の圧力を検出する。
 低段側第1流量調整弁56と、低段側第1電磁弁57と、低段側蒸発器58は、低段側冷却ユニット59に収納されている。
 低段側冷却ユニット59は、例えば、冷蔵冷凍ショーケース、ユニットクーラとして利用される。
 低段側冷却ユニット59は、低段側液配管60と、低段側ガス配管61とで、循環回路に配管接続されている。
 低段側第2電磁弁62は、通電時に閉状態となる電磁弁である。
 低段側第2電磁弁62は、コントローラ66によって制御される。
 膨張タンク63a、63b、63c(以下、区別しない場合は単に「膨張タンク63」という)の内容積及び個数は、回路内容積と回路内圧力との関係、及び、設計圧力に基づき、実施の形態1で説明した技術思想を適用して、適宜選定することができる。
 なお、低段側圧縮機55は、本発明における「第1段圧縮機」に相当する。
 高段側圧縮機51は、本発明における「第2段圧縮機」に相当する。
 ガスクーラ52は、本発明における「放熱器」に相当する。
 低段側第1流量調整弁56は、本発明における「絞り装置」に相当する。
 低段側蒸発器58は、本発明における「蒸発器」に相当する。
 低段側第2電磁弁62は、本発明における「開閉弁」に相当する。
 コントローラ66は、本発明における「制御部」に相当する。
 次に、本実施の形態5における冷凍装置の動作について説明する。
 図10は、この発明の実施の形態5における冷凍装置の動作を表すモリエル線図である。
 低段側蒸発器58を流出した低圧で気相状態の冷媒(図10のF点)は、低段側圧縮機55に吸い込まれ、中間圧力まで圧縮される。
 低段側圧縮機55から吐出された過熱蒸気(図10のG点)は、中間冷却器54を流出した中間圧の冷媒と合流し(図10のH点)、高段側圧縮機51に入る。
 高段側圧縮機51で圧縮されたガス冷媒(図10のJ点)は、ガスクーラ52で冷却されて若干過冷却された状態(図10のK点)となる。
 ガスクーラ52を流出した冷媒の大部分は、中間冷却器54の高圧側を通って、さらに過冷却を増した状態(図10のM点)となり、低段側第1流量調整弁56に流入する。
 低段側第1流量調整弁56に流入した過冷却状態の液冷媒は、減圧され、気液二相状態の冷媒となる(図10のQ点)。
 この低温低圧で気液二相状態の冷媒は、低段側蒸発器58に流入する。
 低段側蒸発器58では、冷媒が流体(例えば空気)と熱交換して蒸発し、高温低圧の気相状態の冷媒となる。
 このとき、低段側冷却ユニット59では冷却対象空間が冷却される。
 低段側蒸発器58から流出した低圧で気相状態の冷媒(図10のF点)は、低段側圧縮機55に再度吸入される。
 一方、ガスクーラ52の出口側を分岐した冷媒は、中間冷却用流量調整弁53で中間圧力まで減圧された冷媒(図10のN点)となる。この中間圧の冷媒は、中間冷却器54の中間圧側に流入する。
 中間冷却器54の中間圧側に流入した冷媒は、中間冷却器54の高圧側を流れる冷媒と熱交換して、低段側第1電磁弁57へ向かう高圧ガス(図10のK点)の過冷却度を大きくする(図10のM点)。
 中間冷却器54の中間圧側は、冷媒液と蒸気が共存する状態にあるが、ここから乾き飽和状態に近い蒸気(図10H点)が高段側圧縮機51に吸い込まれる。
 次に、膨張タンク63と連通する低段側第2電磁弁62の制御動作について説明する。
 低段側第2電磁弁62の制御動作は、上述した実施の形態1における低温側第2電磁弁17の制御動作と同様の技術思想を適用することができる。
 図11は、この発明の実施の形態5における冷凍装置の動作を説明するフローチャートである。
 以下、図11の各ステップに基づき説明する。
(S11)
 コントローラ66は、低段側圧縮機55が停止している際に、低段側高圧圧力センサ64で検出された低段側圧縮機55の吐出側の圧力と、低段側低圧圧力センサ65で検出された低段側圧縮機55の吸入側の圧力とを取得する。
 そして、低段側圧縮機55の吸入側の圧力及び吐出側の圧力の少なくとも一方が、予め設定した圧力値P1以上であるか否かを判断する。
 低段側圧縮機55の吸入側の圧力及び吐出側の圧力の少なくとも一方が、予め設定した圧力値P1以上でない場合、ステップS11を繰り返す。
 ここで、圧力値P1は、例えば、循環回路の設計圧力に応じて設定する。例えば、設計圧力が4.15MPaの場合、センサの測定誤差及び電磁弁の動作時間等を考慮して、4MPaに設定する。
 なお、圧力値P1は、本発明における「第1圧力値」に相当する。
(S12)
 低段側圧縮機55の吸入側の圧力及び吐出側の圧力の少なくとも一方が、予め設定した圧力値P1以上である場合、コントローラ66は、低段側第2電磁弁62を開状態にする。
 これによって、循環回路の冷媒が、膨張タンク63a、63b、63cのそれぞれに流入する。即ち、循環回路の回路内容積が増加し、冷媒の圧力が低下する。
(S13)
 コントローラ66は、低段側圧縮機55の吸入側の圧力又は吐出側の圧力が、予め設定した圧力値P2以下であるか否かを判断する。
 低段側圧縮機55の吸入側の圧力又は吐出側の圧力が、予め設定した圧力値P2以下でない場合、ステップS12に戻り、低段側第2電磁弁62の開状態を維持する。
 ここで、圧力値P2は、圧力値P1と比較して低い値に設定する。
 なお、圧力値P2は、本発明における「第2圧力値」に相当する。
(S14)
 低段側圧縮機55の吸入側の圧力又は吐出側の圧力が、予め設定した圧力値P2以下である場合、コントローラ66は、低段側第2電磁弁62を閉状態にして、ステップS11に戻る。
 このように、冷媒の圧力が低下した場合には、低段側第2電磁弁62を閉状態にして、膨張タンク63への冷媒の流入を停止させる。これによって、低段側圧縮機55の再起動時における冷媒の回収を短時間で行うことができる。
 なお、例えば停電などによって、冷凍装置に対する電力供給が長時間停止する場合がる。
 本実施の形態5における低段側第2電磁弁62は、通電時に閉状態となる電磁弁である。このため、停電等によって、低段側圧縮機55が停止している際にも、低段側第2電磁弁62は開状態となり、循環回路の回路内容積が増加し、冷媒の圧力が低下する。
(低段側圧縮機55の再起動時)
 コントローラ66は、低段側圧縮機55の再起動時に、予め設定した時間の間、低段側第2電磁弁62を開状態にする。
 即ち、低段側圧縮機55の起動時に、低段側第2電磁弁62を開状態とし、予め設定した時間経過後、低段側第2電磁弁62を閉状態にする。
 これによって、膨張タンク63内の冷媒を、循環回路内に回収することができる。
 なお、上述したステップS13及びS14の動作を省略し、低段側第2電磁弁62を開状態に維持しても良い。そして、低段側圧縮機55の再起動時から予め設定した時間を経過した後、低段側第2電磁弁62を閉状態にしても良い。
 以上のように本実施の形態5においては、低段側蒸発器58と低段側圧縮機55との間の配管に低段側第2電磁弁62を介して接続された膨張タンク63を備えている。
 このため、循環回路の低段側圧縮機55が停止している際における、循環回路の冷媒の圧力上昇を抑制することができる。
 また、循環回路の設計圧力を低くすることができる。よって、低温側循環回路Bを構成する各部材の製造コストを低減できる。
 また、低段側第2電磁弁62は、通電時に閉状態となる電磁弁であるので、停電等によって、冷凍装置に対する電力供給が長時間停止する場合であっても、循環回路の冷媒の圧力上昇を抑制することができる。
 1 高温側圧縮機、2 高温側凝縮器、3 高温側膨張弁、4 高温側蒸発器、5 低温側圧縮機、6 補助コンデンサ、7 低温側凝縮器、8 カスケードコンデンサ、9 受液器、10 低温側流量調整弁、11 低温側第1電磁弁、12 低温側蒸発器、13 冷却ユニット、14 室外ユニット、15 液配管、16 ガス配管、17 低温側第2電磁弁、18a 膨張タンク、18b 膨張タンク、18c 膨張タンク、19 高温側筐体、20 低温側筐体、21 共通架台、22 高温側送風機、23 低温側送風機、24 高温側制御コントローラ、26 低温側制御コントローラ、27 低温側高圧圧力センサ、28 低温側低圧圧力センサ、30 膨張タンクユニット架台、31 膨張タンクユニット筐体、31b 支え、31c 支え、32 配管、32a 配管、32b 配管、32c 配管、33 配管、33a 配管、33b 配管、33c 配管、34 配管、34a 配管、34b 配管、34c 配管、35 膨張タンク架台、36 配管、36a 配管、36b 配管、36c 配管、51 高段側圧縮機、52 ガスクーラ、53 中間冷却用流量調整弁、54 中間冷却器、55 低段側圧縮機、56 低段側第1流量調整弁、57 低段側第1電磁弁、58 低段側蒸発器、59 低段側冷却ユニット、60 低段側液配管、61 低段側ガス配管、62 低段側第2電磁弁、63 膨張タンク、63a 膨張タンク、63b 膨張タンク、63c 膨張タンク、64 低段側高圧圧力センサ、65 低段側低圧圧力センサ、66 コントローラ、A 高温側循環回路、B 低温側循環回路。

Claims (15)

  1.  第1圧縮機、第1凝縮器、第1絞り装置、及び第1蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する第1循環回路と、
     第2圧縮機、第2凝縮器、第2絞り装置、及び第2蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する第2循環回路と、
     前記第1蒸発器と前記第2凝縮器とで構成され、前記第1蒸発器を流れる冷媒と前記第2凝縮器を流れる冷媒とが熱交換を行うカスケードコンデンサと、
     前記第2蒸発器と前記第2圧縮機との間の配管に開閉弁を介して接続された複数の膨張タンクと、を備え、
     前記第1圧縮機、前記第1凝縮器、前記第1絞り装置、前記第1蒸発器、前記第2圧縮機、および前記第2凝縮器は、室外ユニットに搭載され、
     前記複数の膨張タンクは、膨張タンクユニットに搭載された
    ことを特徴とする冷凍装置。
  2.  前記膨張タンクユニットは、前記室外ユニットの横に間隔を空けて配置され、
     前記複数の膨張タンクは、前記膨張タンクユニットに、垂直方向に並んで搭載された
    ことを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
  3.  前記膨張タンクユニットは、前記室外ユニットの下に隣接して配置され、
     前記複数の膨張タンクは、前記膨張タンクユニットに、水平方向に並んで搭載された
    ことを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
  4.  前記複数の膨張タンクと前記開閉弁と接続する配管の、前記複数の膨張タンク側の端部は、前記複数の膨張タンクの下部に接続された
    ことを特徴とする請求項1または2記載の冷凍装置。
  5.  前記複数の膨張タンクと前記開閉弁と接続する配管の、前記複数の膨張タンク側の端部は、前記複数の膨張タンクの上部から差し込まれ、前記複数の膨張タンクの底部に配置された
    ことを特徴とする請求項1または2記載の冷凍装置。
  6.  前記開閉弁を制御する制御部を備え、
     前記制御部は、
     前記第2圧縮機が停止している際に、前記第2圧縮機の吸入側の圧力及び吐出側の圧力の少なくとも一方が、第1圧力値以上の場合、前記開閉弁を開状態にする
    ことを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の冷凍装置。
  7.  前記制御部は、
     前記第2圧縮機の吸入側の圧力及び吐出側の圧力が、前記第1圧力値と比較して低い第2圧力値以下の場合、前記開閉弁を閉状態にする
    ことを特徴とする請求項6記載の冷凍装置。
  8.  前記制御部は、
     前記第2圧縮機の再起動時に、予め設定した時間の間、前記開閉弁を開状態にする
    ことを特徴とする請求項6又は7記載の冷凍装置。
  9.  前記開閉弁は、通電時に閉状態となる電磁弁である
    ことを特徴とする請求項1~8の何れか一項に記載の冷凍装置。
  10.  前記第2循環回路を循環する冷媒は、二酸化炭素である
    ことを特徴とする請求項1~9の何れか一項に記載の冷凍装置。
  11.  前記第2循環回路を循環する冷媒は、二酸化炭素であり、
     前記第2蒸発器と前記第2圧縮機との間の配管の径は、
     前記第2循環回路を循環する冷媒にHFCを使用した場合の配管の径と同じとした
    ことを特徴とする請求項1~9の何れか一項に記載の冷凍装置。
  12.  第1段圧縮機、第2段圧縮機、放熱器、絞り装置、及び蒸発器が順次配管接続され、冷媒が循環する循環回路と、
     前記放熱器の出口側を分岐し、前記冷媒を減圧して、前記第1段圧縮機と前記第2段圧縮機との間に供給する中間圧回路と、
     前記蒸発器と前記第2段圧縮機との間の配管に開閉弁を介して接続された膨張タンクと、を備えた
    ことを特徴とする冷凍装置。
  13.  前記開閉弁を制御する制御部を備え、
     前記制御部は、
     前記第2段圧縮機が停止している際に、前記第2段圧縮機の吸入側の圧力及び吐出側の圧力の少なくとも一方が、第1圧力値以上の場合、前記開閉弁を開状態にする
    ことを特徴とする請求項12記載の冷凍装置。
  14.  前記制御部は、
     前記第2段圧縮機の吸入側の圧力及び吐出側の圧力が、前記第1圧力値と比較して低い第2圧力値以下の場合、前記開閉弁を閉状態にする
    ことを特徴とする請求項13記載の冷凍装置。
  15.  前記制御部は、
     前記第2段圧縮機の再起動時に、予め設定した時間の間、前記開閉弁を開状態にする
    ことを特徴とする請求項13又は14記載の冷凍装置。
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