JP2007292423A - Refrigeration system and storage equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】冷蔵あるいは冷凍に利用する比較的蒸発温度が低い冷凍システムにおいて、圧縮機の耐久性を損なうことなく、電源投入時の冷凍能力および安定時の冷凍システム性能を向上する。
【解決手段】蒸発器4の温度を検知する蒸発温度検知センサー23と、蒸発器4と圧縮機21を繋ぐ吸入配管の入口部の温度を検知する吸入配管入口温度検知センサー25とを備え、蒸発温度検知センサー23で検知された蒸発温度から決定される目標温度より、吸入配管入口温度検知センサー25で検知された実測値が高い場合は膨張弁の開度を大きくし、吸入配管入口温度検知センサー25で検知された実測値が低い場合は膨張弁の開度を小さくすることで蒸発温度を制御し、吸入配管内での油滞留を防止するとともに、電源投入時および安定時における圧縮機21の吐出冷媒の温度を略一定に保ち、圧縮機21の耐久性を損なうことなく冷凍能力を向上できる。
【選択図】図1In a refrigeration system having a relatively low evaporation temperature used for refrigeration or refrigeration, the refrigeration capacity at power-on and the refrigeration system performance at stability are improved without impairing the durability of the compressor.
An evaporation temperature detection sensor for detecting the temperature of an evaporator and a suction pipe inlet temperature detection sensor for detecting a temperature of an inlet part of the suction pipe connecting the evaporator and the compressor are provided. If the measured value detected by the suction pipe inlet temperature detection sensor 25 is higher than the target temperature determined from the evaporation temperature detected by the temperature detection sensor 23, the opening of the expansion valve is increased, and the suction pipe inlet temperature detection sensor. If the measured value detected at 25 is low, the evaporation temperature is controlled by reducing the opening of the expansion valve to prevent oil retention in the suction pipe, and the compressor 21 at the time of power-on and when it is stable. The temperature of the discharged refrigerant can be kept substantially constant, and the refrigeration capacity can be improved without impairing the durability of the compressor 21.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、冷媒として二酸化炭素を使用した冷凍システムにおいて、冷蔵あるいは冷凍に利用する比較的蒸発温度が低い冷凍システムおよび、この冷凍システムを搭載する保冷庫等の貯蔵装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration system having a relatively low evaporation temperature used for refrigeration or refrigeration in a refrigeration system using carbon dioxide as a refrigerant, and a storage device such as a cool box equipped with the refrigeration system.
近年、冷凍システムに使用される冷媒による地球温暖化に対する影響を削減するために、自然冷媒として二酸化炭素を使用した冷凍システムが提案されている。また、二酸化炭素を使用した冷凍システムは、主に遷臨界サイクルである点を利用して高い出湯温度を得る給湯機に適用され、また、不燃性である点を利用してカーエアコンに適用されている。 In recent years, in order to reduce the influence of the refrigerant used in the refrigeration system on global warming, a refrigeration system using carbon dioxide as a natural refrigerant has been proposed. In addition, the refrigeration system using carbon dioxide is mainly applied to hot water heaters that obtain a high hot water temperature using the transcritical cycle, and is applied to car air conditioners using the nonflammable point. ing.
ここで、前記二酸化炭素の遷臨界サイクルを使用した冷凍システムは、高い外気温度においては高い高圧圧力に制御する方が高効率な運転ができるため、蒸発器出口に設置されたアキュームレータ内に滞留する液冷媒の量を調整して高圧圧力を制御する構成が適用されている(例えば、特許文献1参照)。 Here, since the refrigeration system using the carbon dioxide transcritical cycle can be operated more efficiently by controlling to a high high pressure at a high outside air temperature, it stays in the accumulator installed at the outlet of the evaporator. A configuration in which the amount of liquid refrigerant is adjusted to control the high pressure is applied (see, for example, Patent Document 1).
一方、冷蔵あるいは冷凍に利用する比較的蒸発温度が低い冷凍システムにおいては、蒸発温度の低下に伴って吐出ガス温度が非常に高くなるという問題があり、適用が進んでいない。そこで、内部熱交換量を制御して吐出ガス温度の上昇を抑える冷凍システムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, in a refrigeration system having a relatively low evaporation temperature used for refrigeration or freezing, there is a problem that the discharge gas temperature becomes very high as the evaporation temperature decreases, and its application has not progressed. In view of this, a refrigeration system has been proposed in which the internal heat exchange amount is controlled to suppress an increase in the discharge gas temperature (see, for example, Patent Document 2).
また、一般に冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍システムにおいては、圧縮機の冷凍機油として、40℃での動粘度が100mm2/s程度、100℃での動粘度が20mm2/s程度のポリアルキレングリコール冷凍機油が使用される(例えば、非特許文献1参照)。
In general, in a refrigeration system using carbon dioxide as a refrigerant, a polyalkylene glycol refrigeration having a kinematic viscosity at 40 ° C. of about 100
前記ポリアルキレングリコール冷凍機油を前記冷凍機油に用いる主な理由は、蒸発器内の低温低圧条件において分離した油相が二酸化炭素冷媒を良く溶解して低粘度となるとともに、圧縮機内の超臨界状態においては二酸化炭素冷媒をあまり溶解せず圧縮機の潤滑に必要な粘度を維持することができるためである。 The main reason for using the polyalkylene glycol refrigerating machine oil in the refrigerating machine oil is that the oil phase separated under low temperature and low pressure conditions in the evaporator dissolves the carbon dioxide refrigerant well and has a low viscosity, and the supercritical state in the compressor This is because the viscosity required for lubricating the compressor can be maintained without dissolving the carbon dioxide refrigerant so much.
以下、図面を参照しながら従来の冷凍システムを説明する。 Hereinafter, a conventional refrigeration system will be described with reference to the drawings.
図6は従来の冷凍システムの回路構成図、図7は従来の冷凍システムのモリエル線図である。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a conventional refrigeration system, and FIG. 7 is a Mollier diagram of the conventional refrigeration system.
図6に示すように、従来の冷凍システムは、冷媒として二酸化炭素を使用するとともに、圧縮機1、放熱器2、膨張弁3、蒸発器4、アキュームレータ5からなる回路構成を有する。また、放熱器2から膨張弁3へ向かうガス冷媒と、アキュームレータ5から圧縮機1へ向かうガス冷媒との熱交換を行う内部熱交換器6、放熱器2と圧縮機1を外気で空冷する放熱器ファン7、蒸発器4で生成した冷気を保冷庫の庫内(図示せず)へ循環する蒸発器ファン8、放熱器2の出口の冷媒圧力と温度を検知するセンサー9をそれぞれ備えている。
As shown in FIG. 6, the conventional refrigeration system uses carbon dioxide as a refrigerant and has a circuit configuration including a
ここで、膨張弁3は、センサー9で検知された放熱器2の出口の冷媒圧力と温度に基づいて、膨張弁制御装置(図示せず)によってその絞り量が最適制御されるものである。
Here, the expansion amount of the
以上のように構成された従来の冷凍システムについて、以下その動作を説明する。 The operation of the conventional refrigeration system configured as described above will be described below.
圧縮機1で圧縮されて吐出された冷媒は、放熱器2で外気温度近傍まで冷却され、さらに内部熱交換器6で冷却された後、膨張弁3で減圧されて、蒸発器4で蒸発する。そして、蒸発器4で蒸発できなかった液冷媒をアキュームレータ5内部に貯留しながら、アキュームレータ5からガス冷媒のみが内部熱交換器6を介して圧縮機1へ還流する。
The refrigerant compressed and discharged by the
ここで、外気温度が高い場合、センサー9で検知される放熱器2の出口の冷媒温度が高くなり、膨張弁制御装置によって放熱器2の出口の冷媒圧力が最適な所定量まで高くなるように膨張弁3の開度が絞られる。膨張弁3の開度を絞ることで放熱器2の出口の冷媒圧力が増大するのは、膨張弁3の開度を絞ることによって蒸発温度が低下して、蒸発器4での熱交換量が大きくなるとともに冷媒循環量が低下する結果、蒸発器4における出口の冷媒の乾き度が増大してアキュームレータ5内部に貯留される冷媒量が減少するためである。
Here, when the outside air temperature is high, the refrigerant temperature at the outlet of the
また、外気温度が低い場合、センサー9で検知される放熱器2の出口の冷媒温度が低くなり、膨張弁制御装置(図示せず)によって放熱器2の出口の冷媒圧力が最適な所定量まで低くなるように膨張弁3の開度が開き方向に調整される。膨張弁3の開度を調整することで放熱器2の出口の冷媒圧力が低下するのは、膨張弁3の開度を開けることによって蒸発温度が上昇して、蒸発器4での熱交換量が小さくなるとともに冷媒循環量が増大する結果、蒸発器4における出口の冷媒の乾き度が減少してアキュームレータ5内部に貯留される冷媒量が増加するためである。
When the outside air temperature is low, the refrigerant temperature at the outlet of the
次に、従来の冷凍システムの冷媒の状態変化について図7を用いて詳細に説明する。 Next, the state change of the refrigerant in the conventional refrigeration system will be described in detail with reference to FIG.
図7は、横軸を冷媒のエンタルピーh、縦軸を冷媒の圧力Pとするモリエル線図であり、a、b、c、d、eで示す各点は、保冷庫の庫内(図示せず)が所定温度まで低下した定常状態にある安定時の冷媒の状態変化を示し、a’、b’、c’、d’、e’で示す各点は、前記保冷庫の庫内(図示せず)が外気温度の近傍にある電源投入時の冷媒の状態変化を示す。 FIG. 7 is a Mollier diagram in which the horizontal axis represents the enthalpy h of the refrigerant and the vertical axis represents the pressure P of the refrigerant. Each point indicated by a, b, c, d, e represents the inside of the cool box (not shown). 1) shows a change in the state of the refrigerant in a steady state in which the temperature is lowered to a predetermined temperature, and each point indicated by a ′, b ′, c ′, d ′, e ′ indicates the inside of the cool box (see FIG. (Not shown) shows a change in the state of the refrigerant when the power is turned on in the vicinity of the outside air temperature.
安定時において、圧縮機1から吐出された冷媒は温度T2のa点であり、放熱器2で冷却されて温度T1のb点となる。このb点において、冷媒は超臨界状態にあり、液化しないことが遷臨界サイクルの特長である。
At the stable time, the refrigerant discharged from the
次に、膨張弁3で減圧されて気液混合状態のc点となり、蒸発器4に供給される。蒸発器4で蒸発した冷媒はd点となり、液冷媒が滞留するアキュームレータ5をそのまま通過した後、内部熱交換器6等で加熱されて温度T0のe点となって圧縮機1に還流する。
Next, the pressure is reduced by the
ここで、温度T1は外気温度の近傍にあり、外気温度の変動によって変化する。この時、膨張弁制御装置によって、外気温度が高ければa点およびb点で示される高圧圧力がより高い所定値に調整され、外気温度が低ければa点およびb点で示される高圧圧力がより低い所定値に調整される。 Here, the temperature T1 is in the vicinity of the outside air temperature, and changes depending on the fluctuation of the outside air temperature. At this time, the expansion valve control device adjusts the high pressure indicated by points a and b to a higher predetermined value if the outside air temperature is high, and increases the high pressure indicated by points a and b if the outside air temperature is low. It is adjusted to a low predetermined value.
この結果、広範囲の外気温度においてその外気温度で得られる最適な冷凍効率が実現できる。また、この調整範囲内でアキュームレータ5内に液冷媒が貯留していれば、d点が冷媒の飽和気相線上にあり、e点の温度T0がT1より低く保たれることで、圧縮機1から吐出されるa点の冷媒温度T2が異常に上昇することが抑制できる。
As a result, the optimum refrigeration efficiency obtained at a wide range of outside air temperatures can be realized. Further, if the liquid refrigerant is stored in the
一方、電源投入時においては、圧縮機1から吐出された冷媒は温度T3のa’点であり、放熱器2で冷却されて温度T1のb’点となる。b’点において冷媒は安定時と同様に超臨界状態にある。
On the other hand, when the power is turned on, the refrigerant discharged from the
次に、膨張弁3で減圧されて気液混合状態のc’点となり、蒸発器4に供給される。蒸発器4では冷媒が完全に蒸発してd’点となり、アキュームレータ5をそのまま通過した後、内部熱交換器6等で加熱されて温度T1のe’点となって圧縮機1に還流する。
Next, the pressure is reduced by the
ここで、電源投入時に、蒸発器4およびアキュームレータ5において、冷媒が完全に蒸発して冷媒の飽和気相線よりも高い温度であるd’点になるのは、保冷庫の庫内(図示せず)が外気温度の近傍にあるために、安定時に比べて蒸発器4での蒸発能力が著しく大きくなるためである。そして、安定時にアキュームレータ5内に滞留するべき液冷媒が高圧側に供給されて、a’点およびb’点で示される高圧圧力をa点およびb点で示される安定時の高圧圧力よりも高く保つことになる。
Here, when the power is turned on, in the
なお、電源投入時においては、膨張弁制御装置によって膨張弁3の絞り量を変化させてもアキュームレータ5には液冷媒が滞留せず、高圧圧力が大きく変化しないので、保冷庫の庫内(図示せず)が所定温度まで低下した定常状態になるまで、安定時と同程度の蒸発温度となるように絞り量を固定値としている。
When the power is turned on, the liquid refrigerant does not stay in the
その結果、d’点とc’点のエンタルピーhの差で示される電源投入時の冷凍効果を、d点とc点のエンタルピーhの差で示される安定時の冷凍効果よりも増大することができ、冷蔵あるいは冷凍機器に要求される定常状態到達までの時間を短縮することができる。
しかしながら、上記従来の構成では、圧縮機内の超臨界状態において圧縮機1の潤滑に必要な粘度を維持するために、二酸化炭素冷媒をあまり溶解しない高粘度の冷凍機油を使用しなければならないが、比較的高い蒸発温度0℃〜20℃で運転されるカーエアコン等に比べて、比較的低い蒸発温度−50℃〜0℃で運転される冷蔵あるいは冷凍機器においては、圧縮機1に還流するe点あるいはe’点の冷媒温度が高く、かつ冷媒圧力が低いために配管内で分離した冷凍機油に冷媒があまり溶解せず、高粘度な冷凍機油が滞留することで配管が閉塞したり、起動時に滞留した油が一度に大量に還流して、圧縮機1の耐久性を損なう恐れがあった。
However, in the above conventional configuration, in order to maintain the viscosity necessary for the lubrication of the
特に、冷凍システムを上部に配置する冷蔵あるいは冷凍機器においては、蒸発器4から圧縮機1に還流する際の揚程が大きく、この問題が顕著に現れる。
In particular, in the refrigeration or refrigeration equipment in which the refrigeration system is arranged at the upper part, the head when returning from the
一方、圧縮機1に還流するe点あるいはe’点の冷媒温度を蒸発温度と同一になるまで下げると、液冷媒が連続的に圧縮機1に還流するため、冷凍機油の滞留の問題は解消されるが液冷媒の圧縮に伴い圧縮機1の耐久性を損なう恐れがあった。
On the other hand, if the refrigerant temperature at the point e or e ′ returning to the
さらに、e点あるいはe’点の冷媒温度が高く、かつ冷媒圧力が低いために、電源投入時において圧縮機1から吐出されたa’点の冷媒温度T3が異常に上昇して圧縮機の耐久性を損なう恐れがあった。
Furthermore, since the refrigerant temperature at point e or e ′ is high and the refrigerant pressure is low, the refrigerant temperature T3 at point a ′ discharged from the
本発明は、従来の課題を解決するもので、冷蔵あるいは冷凍機器に要求される圧縮機の耐久性を損なうことなく、電源投入時の冷凍能力および安定時における冷凍効率等の冷凍システム性能の向上を図る冷凍システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the conventional problems and improves the refrigeration system performance such as the refrigeration capacity at the time of power-on and the refrigeration efficiency at the stable time without impairing the durability of the compressor required for refrigeration or refrigeration equipment. An object of the present invention is to provide a refrigeration system that achieves the above.
上記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍システムおよびこれを備えた貯蔵装置は、アキュームレータと内部熱交換器を搭載せず、蒸発器の蒸発温度と、蒸発器と圧縮機を繋ぐ吸入配管の温度の差を20℃以内に保つようにしたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the refrigeration system of the present invention and the storage device including the refrigeration system do not include an accumulator and an internal heat exchanger, and do not include an accumulator and an intake temperature that connects the evaporator and the compressor. The temperature difference of the piping is kept within 20 ° C.
これによって、吸入配管内で分離した冷凍機油中の冷媒溶解量を確保することで、動粘度を30mm2/s以下、望ましくは10mm2/s以下に抑制し、配管内での油滞留を防止することができる。さらに、電源投入時および安定時における圧縮機の吐出冷媒の温度を略一定に保つことで圧縮機の耐久性を損なうことなく、電源投入時に蒸発温度を高く保つことで冷媒循環量を増大させて冷凍能力の向上を図ることができる。 This ensures the amount of refrigerant dissolved in the refrigerating machine oil separated in the suction pipe, thereby suppressing the kinematic viscosity to 30 mm2 / s or less, desirably 10 mm2 / s or less, and preventing oil retention in the pipe. Can do. Furthermore, the refrigerant circulation rate can be increased by keeping the evaporation temperature high when the power is turned on without losing the durability of the compressor by keeping the temperature of the refrigerant discharged from the compressor substantially constant when the power is turned on and stable. The refrigeration capacity can be improved.
本発明の冷凍システムおよびこれを備えた貯蔵装置は、簡易な構成で膨張弁の開度と圧縮機の能力を制御することで、冷蔵あるいは冷凍機器に要求される圧縮機の耐久性を損なうことなく、電源投入時の冷凍能力および安定時における冷凍効率等の冷凍システム性能の向上を図ることができる。 The refrigeration system of the present invention and the storage device equipped with the same impair the durability of the compressor required for refrigeration or refrigeration equipment by controlling the opening of the expansion valve and the capacity of the compressor with a simple configuration. In addition, it is possible to improve the refrigeration system performance such as the refrigeration capacity when the power is turned on and the refrigeration efficiency when the power is stable.
本発明の請求項1に記載の発明は、圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器を具備した冷凍システムにおいて、冷媒として二酸化炭素を主成分とする自然冷媒を使用するとともに、前記蒸発器の蒸発温度を−50℃〜0℃の範囲として、前記蒸発器の蒸発温度と前記圧縮機の吸入配管温度との差を20℃以内に保つようにしたものである。
Invention of
これにより、前記圧縮機の吸入配管内で分離した冷凍機油中の冷媒溶解量を確保し、配管内での油滞留を防止することができる。 Thereby, the refrigerant | coolant dissolution amount in the refrigerating machine oil isolate | separated within the suction piping of the said compressor can be ensured, and the oil stagnation in piping can be prevented.
本発明の請求項2に記載の発明は、前記圧縮機の潤滑油として40℃での動粘度が30mm2/s〜300mm2/sであるポリアルキレングリコール冷凍機油を使用したものである。
The invention according to
かかることにより、前記吸入配管内で分離した冷凍機油中の冷媒溶解量を確保でき、動粘度を30mm2/s以下、望ましくは10mm2/s以下に抑制し、配管内での油滞留を防止することができる。 As a result, the amount of refrigerant dissolved in the refrigerating machine oil separated in the suction pipe can be ensured, the kinematic viscosity is suppressed to 30 mm2 / s or less, preferably 10 mm2 / s or less, and oil retention in the pipe is prevented. Can do.
本発明の請求項3に記載の発明は、前記蒸発器の蒸発温度を検知する蒸発温度センサーと、前記圧縮機の吸入配管における圧縮機近傍の温度を検知する吸入配管出口温度センサーを備え、前記蒸発温度センサーで検知した蒸発温度から決定される目標温度より、前記吸入配管出口温度センサーで検知された吸入配管温度が高い場合に前記膨張弁の開度を大きくし、低い場合に前記は膨張弁の開度を小さくすることで蒸発温度を制御するようにしたものである。
The invention according to
かかることにより、前記吸入配管内で分離した冷凍機油中の冷媒溶解量を確保し、動粘度を30mm2/s以下、望ましくは10mm2/s以下に抑制し、配管内での油滞留を防止することができるとともに、電源投入時および安定時における圧縮機の吐出冷媒の温度を略一定に保つことができる。その結果、圧縮機の耐久性を損なうことなく、電源投入時に蒸発温度を高く保つことで冷媒循環量を増大させて冷凍能力の向上を図ることができる。 This ensures the amount of refrigerant dissolved in the refrigerating machine oil separated in the suction pipe, suppresses the kinematic viscosity to 30 mm2 / s or less, preferably 10 mm2 / s or less, and prevents oil retention in the pipe. In addition, the temperature of the refrigerant discharged from the compressor when the power is turned on and when it is stable can be kept substantially constant. As a result, it is possible to improve the refrigerating capacity by increasing the refrigerant circulation amount by keeping the evaporation temperature high when the power is turned on without impairing the durability of the compressor.
本発明の請求項4に記載の発明は、前記蒸発器の蒸発温度を検知する蒸発温度センサーと、前記圧縮機の吸入配管における蒸発器近傍の温度を検知する吸入配管入口温度センサーを備え、前記蒸発温度センサーで検知した蒸発温度から決定される目標温度より、前記吸入配管入口温度センサーで検知された吸入配管温度が高い場合に前記膨張弁の開度を大きくし、低い場合に前記膨張弁の開度を小さくすることで蒸発温度を制御するものである。
The invention according to
かかることにより、比較的外気温度の影響を受けない圧縮機の吸入配管における蒸発器近傍の温度を基に制御することができ、液バックを防止しながら精度よく吸入配管の温度を調整することができる。また、前記吸入配管内で分離した冷凍機油中の冷媒溶解量を確保することで、動粘度を30mm2/s以下、望ましくは10mm2/s以下に抑制し、配管内での油滞留を防止することができ、電源投入時および安定時における圧縮機の吐出冷媒の温度を略一定に保ち、前記圧縮機の耐久性を損なうことなく、電源投入時に蒸発温度を高く保つことができ、冷媒循環量を増大させて冷凍能力の向上を図ることができる。 As a result, it is possible to control based on the temperature in the vicinity of the evaporator in the suction pipe of the compressor that is relatively unaffected by the outside air temperature, and to accurately adjust the temperature of the suction pipe while preventing liquid back. it can. In addition, by securing the amount of refrigerant dissolved in the refrigerating machine oil separated in the suction pipe, the kinematic viscosity is suppressed to 30 mm2 / s or less, preferably 10 mm2 / s or less, and oil retention in the pipe is prevented. The temperature of the refrigerant discharged from the compressor when the power is turned on and when it is stable can be kept substantially constant, and the evaporation temperature can be kept high when the power is turned on without impairing the durability of the compressor. It can be increased to improve the refrigerating capacity.
本発明の請求項5に記載の発明は、前記圧縮機を能力可変可能な圧縮機とし、被冷却室内の空気温度の高低で圧縮機の能力を制御するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the compressor is a compressor whose capacity can be varied, and the capacity of the compressor is controlled by the air temperature in the cooled room.
かかることにより、特に被冷却室内の空気温度が高い電源投入時において、前記圧縮機の能力を増大することで蒸発器出口温度および吸入配管の温度を速やかに低下させることができ、電源投入時の吸入配管内での油滞留を防止することができるとともに、被冷却室内の空気温度が低下した安定時には、圧縮機の能力を減少することで効率の高い運転が実現できる。 This makes it possible to quickly reduce the evaporator outlet temperature and the suction pipe temperature by increasing the capacity of the compressor, particularly when the air temperature in the cooled room is high. It is possible to prevent oil stagnation in the suction pipe, and at the stable time when the air temperature in the cooled room is lowered, it is possible to realize highly efficient operation by reducing the capacity of the compressor.
本発明の請求項6に記載の発明は、前記圧縮機のシェルの温度、あるいは吐出配管における圧縮機近傍の温度を検知する高温保護検知センサーを備え、前記高温保護検知センサーによって検出した温度が所定値を超えた場合に、前記圧縮機の能力を所定時間毎に低下させる制御を行うものである。 The invention according to claim 6 of the present invention includes a high temperature protection detection sensor for detecting the temperature of the shell of the compressor or the temperature in the vicinity of the compressor in the discharge pipe, and the temperature detected by the high temperature protection detection sensor is predetermined. When the value is exceeded, control is performed to reduce the capacity of the compressor every predetermined time.
かかることにより、前記放熱器が埃等によって目詰まりする等、放熱能力の低下に起因して前記圧縮機の能力を低下させ、これによって生じる異常高温により、圧縮機の耐久性を低下させるといった不具合を防止することができる。 As a result, the heat radiator is clogged with dust or the like, resulting in a decrease in heat dissipation capability, resulting in a decrease in the compressor performance, and an abnormally high temperature resulting in a decrease in the compressor durability. Can be prevented.
本発明の請求項7に記載の発明は、上記の冷凍システムを搭載して、食品を冷蔵あるいは冷凍温度で保存する貯蔵装置としたものである。
The invention according to
かかる貯蔵装置は、特に蒸発温度が低い運転条件であっても簡易な構成で膨張弁の開度と圧縮機の能力を制御することで、圧縮機の耐久性を損なうことなく、電源投入時の冷凍能力および安定時における冷凍効率等の冷凍システム性能の向上を図ることができ、信頼性の高い貯蔵装置が得られる。 Such a storage device can control the opening of the expansion valve and the capacity of the compressor with a simple configuration even under operating conditions where the evaporation temperature is particularly low, so that the durability of the compressor is not impaired and the power is turned on. Refrigerating capacity and refrigeration system performance such as refrigeration efficiency when stable can be improved, and a highly reliable storage device can be obtained.
以下、本発明による冷凍システムの実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of a refrigeration system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。 In addition, about the same structure as the past, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. Further, the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における冷凍システムの冷媒回路図、図2は、同実施の形態1における冷凍システムの制御基準線を示す図、図3は、同実施の形態1における冷凍システムの冷凍機油の動粘度特性を示す図、図4は、同実施の形態1における冷凍システムのモリエル線図である。
(Embodiment 1)
1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigeration system according to
図1に示すように、実施の形態1の冷凍システムは、冷媒として二酸化炭素を使用し、また、圧縮機21は、回転数に比例して能力が変化する能力可変型の圧縮機(以下、圧縮機と称す)を採用している。そして、本冷凍システムの冷凍サイクルは、圧縮機21、放熱器2、電動膨張弁22、蒸発器4を配管により環状に連結することによって構成されている。
As shown in FIG. 1, the refrigeration system of the first embodiment uses carbon dioxide as a refrigerant, and the
また、前記冷凍サイクルは、蒸発器4の蒸発温度を検知する蒸発温度検知センサー23と、蒸発器4と圧縮機21を接続する吸入管24の入口部の温度を検知する吸入配管入口温度検知センサー25と、被冷却室(図示せず)の室内空気温度を検知する室内温度センサー26を備えている。
The refrigeration cycle includes an evaporation
ここで、圧縮機21の潤滑油として、40℃の動粘度が約100mm2/sであるポリアルキレングリコール冷凍機油を使用している。また、図1中の実線矢印は冷媒の流れを示し、破線矢印は、蒸発器4および放熱器2を通過する風の流れを示している。
Here, a polyalkylene glycol refrigerating machine oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. of about 100
以上のように構成された実施の形態1の冷凍システムについて、以下その動作を説明する。
The operation of the refrigeration system according to
圧縮機21で圧縮され、吐出された冷媒は、放熱器2で外気温度近傍まで冷却された後、電動膨張弁22で減圧されて、蒸発器4で蒸発する。そして、蒸発器4で蒸発したガス冷媒が圧縮機21へ還流する。
The refrigerant compressed and discharged by the
ここで、圧縮機21は、室内温度センサー26で検知された被冷却室の室内空気温度Trと設定温度に基づいて、圧縮機制御装置27によりその回転数が最適制御されるものである。
Here, the rotation speed of the
また、電動膨張弁22は、蒸発温度検知センサー23で検知された蒸発器4の蒸発温度と吸入配管入口温度検知センサー25で検知された吸入管24の入口部の温度に基づいて、膨張弁制御装置28によりその絞り量が最適制御されるものである。
The
かかる膨張弁22の制御は、具体的には図2に示すように、蒸発温度検知センサー23で検知された蒸発器4の蒸発温度Teに対応して予め規定された吸入管24の入口部の目標温度Tsと、吸入配管入口温度検知センサー25で検知された実際の温度とを比較して、実際の温度の方が高い場合(図2の領域A)は電動膨張弁22の開度を所定量開け、実際の温度の方が低い場合(図2の領域B)は電動膨張弁22の開度を所定量閉じるものである。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
これによって、図2の領域Aでは蒸発器4の蒸発温度を高く、かつ吸入管24の入口部の温度を低く変化させ、また、図2の領域Bでは蒸発器4の蒸発温度を低く、かつ吸入管24の入口部の温度を高く変化させることができ、結果として図2で示した制御基準線上で冷凍システムの状態を安定させることができる。
Accordingly, the evaporation temperature of the
また、蒸発器4の任意の蒸発温度Teに対応して予め規定された吸入管24の入口部の目標温度Tsを定める制御基準線を、圧縮機21で圧縮され、吐出された冷媒の温度が略同一となるように予め決めておけば、被冷却室(図示せず)の室内空気温度や圧縮機21の能力が変化しても圧縮機21で圧縮され、吐出された冷媒の温度を略同一に保つことができる。
Further, the control reference line that defines the target temperature Ts at the inlet of the
例えば、高圧圧力の設計値を9MPaとし、下記の(式1)に基づいて制御基準線を設定すれば、蒸発器4の蒸発温度Teが−9℃においては目標温度Tsが−5℃となり、冷媒が吸入管24から圧縮機21に流入するまでに3℃程度昇温して−2℃程度になると推定され、さらに9MPaまで圧縮されると吐出された冷媒の温度は120℃程度になる。
For example, if the design value of the high pressure is 9 MPa and the control reference line is set based on the following (Equation 1), the target temperature Ts becomes −5 ° C. when the evaporation temperature Te of the
Ts=αTe・Te+βTe+γ …(式1)
α=0.0037,β=1.26,γ=6
同様に、式1によれば、蒸発器4の蒸発温度Teが−15℃においては目標温度Tsが−12℃となり、冷媒が吸入管24から圧縮機21に流入するまでに同様に3℃程度昇温して−9℃程度なると推定され、さらに9MPaまで圧縮されると吐出された冷媒の温度は120℃程度になる。
Ts = αTe · Te + βTe + γ (Formula 1)
α = 0.0037, β = 1.26, γ = 6
Similarly, according to
このように、蒸発器4の蒸発温度Teが低い場合には、目標温度Tsを低く制御することで、蒸発温度と吸入管24内の冷媒および冷凍機油の温度との差を10℃以内にすることができるとともに、吸入管24内の冷媒の温度を下げることにより圧縮機21から吐出される冷媒温度の上昇を120℃以内に抑えることができる。
Thus, when the evaporation temperature Te of the
なお、安定時における目標温度Tsが、被冷却室の設定温度と同程度になるように、蒸発器4の蒸発能力を設計することが望ましい。すなわち、目標温度Tsが被冷却室の設定温度と同程度であれば、冷媒の冷凍効果が最大限利用できるので高い冷凍効率が期待できる。
It should be noted that it is desirable to design the evaporation capacity of the
そして、蒸発器4の蒸発能力が不足すると、目標温度Tsが被冷却室の設定温度を下回るとともに、蒸発温度Teがより低いレベルで安定する。
If the evaporation capacity of the
また、吸入管24の断熱を強化して、冷媒が吸入管24から圧縮機21に流入するまでの昇温を抑制することが望ましい。これは、圧縮機21から吐出される冷媒温度の上昇を抑えるために、圧縮機21に流入する冷媒の温度をさらに下げる必要があるためである。
In addition, it is desirable to reinforce the heat insulation of the
ここで、吸入管24内における冷凍機油の動粘度の変化について、図3を用いて説明する。
Here, the change of the kinematic viscosity of the refrigerating machine oil in the
図3は横軸を温度、縦軸を動粘度とし、冷凍機油および冷凍機油と冷媒の混合物の温度と動粘度の関係を示している。例えば、冷媒重量比=0%で示した線は冷凍機油の温度と動粘度の関係を示しており、40℃での動粘度が約100mm2/s、100℃での動粘度が約16mm2/sである。また、冷凍機油と冷媒の混合物については、混合物中の冷媒の重量比10%、20%、30%、40%、50%における温度と動粘度の関係をそれぞれ異なる記号(○、□、◇、△、×)毎にそれを結ぶ線で示している。
FIG. 3 shows the relationship between the temperature of the refrigerating machine oil and the mixture of the refrigerating machine oil and the refrigerant and the kinematic viscosity, with the horizontal axis representing temperature and the vertical axis representing kinematic viscosity. For example, the line indicated by the refrigerant weight ratio = 0% indicates the relationship between the temperature of the refrigerating machine oil and the kinematic viscosity. The kinematic viscosity at 40 ° C. is about 100
また、図3において、線A、線B、線C、線Dは、それぞれ蒸発温度が−20℃、−10℃、0℃、10℃における吸入管24内の冷凍機油と、冷媒の混合物の温度と、動粘度の関係を示したものである。これらの線は、それぞれの蒸発温度に相当する冷媒圧力下における冷媒の溶解量を測定した結果から、冷凍機油と冷媒の混合物の動粘度を推定したものである。
In FIG. 3, line A, line B, line C, and line D represent the mixture of refrigerant oil and refrigerant in the
これらの線A、線B、線C、線Dの形状から、吸入管24内の冷凍機油と冷媒の混合物の温度が常温近傍の20℃〜40℃の範囲において、その動粘度は10mm2/sを大きく越えた極大値を持ち、かつ蒸発温度が低いほど動粘度の極大値が大きくなることがわかる。
From the shape of these lines A, B, C and D, the kinematic viscosity is 10
これは、蒸発温度が低いほど吸入管24内の冷媒圧力が低くなることで、冷凍機油に溶解する冷媒量が小さくなり、冷凍機油単独の動粘度に近づくためである。このことから、前記蒸発温度が−20℃よりさらに低くなると動粘度の極大値がさらに大きくなることが推定される。
This is because the lower the evaporation temperature, the lower the refrigerant pressure in the
この結果から、内部熱交換器を用いて吸入管24を常温程度まで加温する従来の構成に比べて、蒸発温度と吸入管24内の冷媒および冷凍機油の温度との差を10℃以内にする本実施の形態1では、吸入管24内の冷凍機油と冷媒の混合物の動粘度をほぼ10mm2/s以下に抑えることができ、吸入配管24内での油滞留を防止することができる。したがって、電源投入時および安定時における圧縮機21の吐出冷媒の温度を略一定に保つことができ、能力可変型の圧縮機21の耐久性を損なうことなく、電源投入時に蒸発温度を高く保ち、冷媒循環量を増大させて冷凍能力の向上を実現できることがわかる。
From this result, the difference between the evaporation temperature and the temperature of the refrigerant and the refrigerating machine oil in the
なお、比較的高い蒸発温度0℃〜20℃で運転されるカーエアコンと同等の油滞留特性を確保するには、吸入配管24内の冷凍機油と冷媒の混合物の動粘度を30mm2/s以下に保つ必要がある。さらに、冷凍システムを上部に設置した冷蔵庫等の保冷庫の場合は、蒸発器4が圧縮機21の下側にあり、吸入配管24の揚程が大きくなるのでさらに低い動粘度10mm2/s以下に抑えることが望ましい。
In addition, in order to ensure the oil retention characteristic equivalent to a car air conditioner operated at a relatively high evaporation temperature of 0 ° C. to 20 ° C., the kinematic viscosity of the mixture of the refrigerating machine oil and the refrigerant in the
次に、本実施の形態1における冷凍システムの冷媒の状態変化について図4を用いて詳細に説明する。 Next, the state change of the refrigerant in the refrigeration system in the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.
図4は、横軸を冷媒のエンタルピーh、縦軸を冷媒の圧力Pとするモリエル線図であり、p、q、r、s、tで示す各点は、被冷却室(冷蔵庫の場合は冷蔵室あるいは冷凍室が相当)の室内空気温度Trが所定温度まで低下した定常状態にある安定時の冷媒の状態変化を示し、p’、q’、r’、s’、t’で示す各点は、室内空気温度Trが外気温度の近傍にある電源投入時の冷媒の状態変化を示す。 FIG. 4 is a Mollier diagram in which the horizontal axis represents the enthalpy h of the refrigerant and the vertical axis represents the pressure P of the refrigerant. The points indicated by p, q, r, s, and t are the chambers to be cooled (in the case of a refrigerator). This shows the state change of the refrigerant in the steady state in which the indoor air temperature Tr of the refrigerator compartment or the freezer compartment is lowered to a predetermined temperature, and is indicated by p ′, q ′, r ′, s ′, t ′. The point indicates the change in state of the refrigerant when the power is turned on, where the indoor air temperature Tr is in the vicinity of the outside air temperature.
図4において、安定時は、前記能力可変型の圧縮機21から吐出された冷媒は温度T6のp点であり、放熱器2で冷却されて温度T5のq点となる。q点において冷媒は超臨界状態にあり液化しないことが遷臨界サイクルの特長である。
In FIG. 4, when stable, the refrigerant discharged from the
次に、電動膨張弁22で減圧されて気液混合状態のr点となり、蒸発器4に供給される。蒸発器4で蒸発した冷媒はs点となり、吸入管24の入口部に流入した後、吸入管24から圧縮機21に流入するまでに加熱されて温度T4のt点となって圧縮機21に還流する。
Next, the pressure is reduced by the
ここで、蒸発器4で蒸発した冷媒のs点の温度は、吸入配管入口温度検知センサー25で検知されるとともに、前記したように目標温度Tsに近づくように膨張弁制御装置28により電動膨張弁22の開度が調整されている。そして、s点からt点までの温度変化は、吸入管24の断熱構造等によって決まり、また、t点からp点までの温度変化は、蒸発温度Teと高圧圧力の設計値と圧縮機21の圧縮機効率でほぼ決まる。これらのことから、s点の温度を任意の蒸発温度Teに対して予め決められた目標温度Tsに近づけると、p点の温度T6をほぼ任意の値に保つことができる。
Here, the temperature at the point s of the refrigerant evaporated by the
なお、室内空気温度Trの変化に応じて圧縮機21の能力を変化させても、同様にs点の温度を任意の蒸発温度Teに対して予め決められた目標温度Tsに近づけると、p点の温度T6をほぼ任意の値(所定値)に保つことができる。ただし、圧縮機21を、低能力で運転される安定時に最高効率が得られるように設計した場合、低速運転時においてt点からp点までの温度上昇が小さくなるので、室内空気温度Trを越えない範囲で目標温度Tsを高速運転時よりも高く設定してもよい。
Even if the capacity of the
さらに、室内空気温度Trを越えない範囲で目標温度Tsを高く設定する方が、r点からs点までのエンタルピー変化で示される冷凍効果を高めることができ、冷凍効率の向上を図ることができる。 Furthermore, setting the target temperature Ts higher within a range that does not exceed the indoor air temperature Tr can enhance the refrigeration effect indicated by the enthalpy change from the r point to the s point, thereby improving the refrigeration efficiency. .
また、温度T5は外気温度の近傍にあり、外気温度の変動によって変化する。この時、q点の圧力はほとんど変化せず、エンタルピーが変化する。これは、蒸発器4内に液冷媒が滞留するアキュームレータ等の構造を持たないためである。
Further, the temperature T5 is in the vicinity of the outside air temperature, and changes due to fluctuations in the outside air temperature. At this time, the pressure at the point q hardly changes and the enthalpy changes. This is because there is no structure such as an accumulator in which the liquid refrigerant stays in the
この結果、高圧圧力を通常使用される9〜12MPa程度に設計すると、25℃以下の低外気温ではr点からs点までのエンタルピー変化で示される冷凍効果が大きくなり、高い冷凍効率が実現できるが、35℃以上の高外気温ではr点からs点までのエンタルピー変化で示される冷凍効果が小さくなり、冷凍効率は著しく低下する。 As a result, when the high pressure is designed to be about 9 to 12 MPa that is normally used, the refrigeration effect indicated by the enthalpy change from the r point to the s point becomes large at a low outside temperature of 25 ° C. or less, and high refrigeration efficiency can be realized. However, at a high outside air temperature of 35 ° C. or higher, the refrigeration effect indicated by the enthalpy change from the r point to the s point is reduced, and the refrigeration efficiency is significantly reduced.
したがって、常に高外気温度で使用される場合は、高圧圧力の設計値を15MPa程度のより高い値にすることが望ましい。 Therefore, when always used at a high outside air temperature, it is desirable to set the design value of the high pressure to a higher value of about 15 MPa.
一方、電源投入時においては、圧縮機21から吐出された冷媒は、温度T6のp’点であり、放熱器2で冷却されて温度T5のq’点となる。これらのp’点、q’点はそれぞれ安定時のp点、q点とほぼ同じ状態にある。
On the other hand, when the power is turned on, the refrigerant discharged from the
次に、電動膨張弁22で減圧されて気液混合状態のr’点となり、蒸発器4に供給される。蒸発器4で蒸発した冷媒はs’点となり、吸入管24の入口部に流入した後、吸入管24から圧縮機21に流入するまでに加熱され、温度T5のt’点となって圧縮機21に還流する。
Next, the pressure is reduced by the
ここで、r’、s’、t’の各点で示される電源投入時の低圧圧力がr、s、tの各点で示される安定時の低圧圧力よりも高いのは、前述の如く膨張弁制御装置28により電動膨張弁22の開度が調整されているためであり、吸入配管入口温度検知センサー25で検知されるs’点の温度Tsが定常時よりも高くなると、蒸発温度Teが定常時よりも高くなる結果である。
Here, the low pressure pressure at the time of turning on the power indicated by the points r ′, s ′, and t ′ is higher than the stable low pressure pressure indicated by the points r, s, and t. This is because the opening degree of the
また、吸入配管入口温度検知センサー25で検知されるs’点の温度Tsが定常時よりも高くなるのは、室内空気温度Trが高いことに起因して、蒸発器4での蒸発能力が過剰であるとともに、吸入管24入口部の周辺温度が高いためである。
Further, the reason why the temperature Ts at the point s ′ detected by the intake pipe inlet
この結果、電源投入時における圧縮機21の吐出冷媒の温度を略一定に保ちながら、電源投入時に蒸発温度Teを高く保つことにより、冷媒循環量を増大させて冷凍能力を向上することができる。さらに、電源投入時は、室内温度Trが高いので、圧縮機制御装置27により圧縮機21を増速して冷凍能力を向上することが期待できる。
As a result, by keeping the temperature of the refrigerant discharged from the
以上のように、本実施の形態1においては、冷凍システムにアキュームレータと内部熱交換器を搭載しない構成とし、また、蒸発器4の温度を検知する蒸発温度検知センサー23と、蒸発器4と能力可変型の圧縮機21を繋ぐ吸入配管24の入口部の温度を検知する吸入配管入口温度検知センサー25を備え、蒸発温度検知センサー23で検知された蒸発温度Teから決定される目標温度Tsと比較して吸入配管入口温度検知センサー25で検知された実測値が高い場合は、電動膨張弁22の開度を大きくし、逆に吸入配管入口温度検知センサー25で検知された実測値が低い場合は、電動膨張弁22の開度を小さくする制御を行うものである。
As described above, in the first embodiment, the refrigeration system does not include the accumulator and the internal heat exchanger, and the evaporation
そして、かかる制御により、蒸発温度Teを制御することが可能となり、その結果、蒸発器4と圧縮機21を繋ぐ吸入配管の温度の差を10℃以内に保つことにより、吸入管24内の冷凍機油と冷媒の混合物の動粘度をほぼ10mm2/s以下に抑えることができ、吸入配管24内での油滞留を防止することができる。さらに、電源投入時および安定時における圧縮機21の吐出冷媒の温度を略一定に保つことにより、圧縮機21の耐久性を損なうことなく、電源投入時に蒸発温度Teを高く保つことができ、その結果、冷媒循環量を増大させて冷凍能力の向上を図ることができる。
Such control makes it possible to control the evaporation temperature Te. As a result, by keeping the temperature difference of the suction pipe connecting the
なお、本実施の形態1においては、自然冷媒として二酸化炭素の単独冷媒を使用したが、図4のT6で示した能力可変型の圧縮機21から吐出される冷媒温度等の熱物性を改善するために、二酸化炭素に炭化水素等の自然冷媒を混合した混合冷媒を使用しても、q点において液化せずに遷臨界サイクルを形成していれば同様の効果が期待できる。
In the first embodiment, the single refrigerant of carbon dioxide is used as the natural refrigerant, but the thermophysical properties such as the refrigerant temperature discharged from the
また、本実施の形態1においては、外気温度の影響を受けにくくするために、蒸発器4に近い吸入管24の入口部に吸入配管入口温度検知センサー25を備えて、吸入管24の温度を制御したが、図1において符号25aで示す如く前記能力可変型の圧縮機21に近く、外気温あるいは圧縮機からの熱伝導を受けて最も温度が高くなる吸入管24の出口付近の温度を検知して吸入管24の温度を制御してもよい。この場合、外気温度の影響を受けないように、吸入管24の出口付近の温度を検知するセンサー25aを断熱材で被覆することが望ましい。
In the first embodiment, in order to make it less susceptible to the influence of the outside air temperature, the suction pipe inlet
さらに、本実施の形態1においては、室内空気温度Trに基づいて圧縮機制御装置27により能力可変型の圧縮機21の能力を制御したが、室内温度検知センサー26を、図1において符号26aで示す如く圧縮機21から吐出される冷媒が通過する吐出配管の温度あるいは、符号26bで示す如く圧縮機21の外表面の温度を検出するセンサーに置き換え、もしくは付加し、その検出温度が基準値を越えた場合に、前述の制御(膨張弁制御)に優先して所定時間毎に圧縮機21の能力を低下するように制御することが望ましい。これによって、放熱器7が何らかの原因で放熱能力が低下した場合に、圧縮機21の能力を低下させ、これに起因して冷凍システムが異常高温となり、圧縮機21の耐久性が低下するといった弊害が防止できる。
Furthermore, in the first embodiment, the capacity of the
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2における保冷庫の構成模式図である。なお、先の実施の形態1における冷凍システムと同一の構成については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a schematic diagram of the structure of the cool box in the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure same as the refrigerating system in
図5に示すように、本実施の形態2における保冷庫の冷凍システムは、先の実施の形態1と同様に、冷媒として二酸化炭素を使用するとともに、回転数を可変することで能力可変可能な能力可変型の圧縮機21、スパイラルフィン放熱器30、電動膨張弁22、蒸発器4を環状に連結し、冷媒循環回路を構成している。また、蒸発器4の蒸発温度を検知する蒸発温度検知センサー23と、蒸発器4と圧縮機21を接続する吸入管24の入口部の温度を検知する吸入配管入口温度検知センサー25と、被冷却室である貯蔵室32の室内空気温度を検知する室内温度センサー26を備えている。
As shown in FIG. 5, the refrigerating system of the cool box in the second embodiment uses carbon dioxide as a refrigerant and can vary the capacity by varying the number of revolutions, as in the first embodiment. The
ここで、スパイラルフィン放熱器30は、周知の如く1本の冷媒配管にスパイラル状の1枚のフィンプレート31を圧着固定したものであり、スパイラルフィン放熱器30内の超臨界状態にある冷媒の温度勾配に従って、1枚のフィンプレート31も同様の温度勾配となる特徴がある。
Here, as is well known, the
また、スパイラルフィン放熱器30は、1本の冷媒配管を蛇行状に折曲した構成を基本としているため、高い耐圧設計が容易であり、高圧圧力が9〜15MPaと比較的高い冷凍システムに適用する場合、同一放熱能力を有するフィンチューブ熱交換器より安価に実現することができる。
Moreover, since the
また、本実施の形態2の保冷庫は、図5に示すように、食品等の熱負荷を冷蔵する貯蔵室32の上部に機械室33を設け、能力可変型の圧縮機21やスパイラルフィン放熱器30等を配置している。さらに、貯蔵室32と機械室33の間に設けた断熱壁34の中には、蒸発器4や電動膨張弁22等を配置している。
Further, as shown in FIG. 5, the cool box of the second embodiment is provided with a
このように、上部に冷凍システムを設けた業務用冷蔵庫等の保冷庫においては、蒸発器4が圧縮機21よりも下に配置されることが多く、吸入配管24の揚程が大きくなることから、吸入配管24内における冷凍機油と冷媒の混合物における動粘度の挙動が特に重要となる。
Thus, in a cold storage such as a commercial refrigerator provided with a refrigeration system in the upper part, the
以上のように構成された実施の形態2の保冷庫について、以下その動作を説明する。 The operation of the cool box of the second embodiment configured as described above will be described below.
能力可変型の圧縮機21で圧縮され、吐出された冷媒は、スパイラルフィン放熱器30で外気と熱交換し、外気温度近傍まで冷却された後、電動膨張弁22で減圧されて、蒸発器4へ流れ、ここで蒸発する。そして、蒸発器4で蒸発したガス冷媒が圧縮機21へ還流し、以下前述の流れを繰り返す。
The refrigerant compressed and discharged by the variable
ここで、スパイラルフィン放熱器30は、破線矢印で示す如く放熱器ファン7により機械室33内に導入した空気(外気)の流れとほぼ対向するように配置されている。したがって、スパイラルフィン放熱器30の内部では、圧縮機21に近い側が最も冷媒温度が高く、放熱器ファン7に近づくにつれて冷媒温度が低下する温度勾配が形成されている。これによって、比較的小さい放熱能力で、スパイラルフィン放熱器30の出口部の冷媒温度を略外気温度まで低下させることができ、簡素かつ安価に冷凍効率を向上することができる。
Here, the
また、先の実施の形態1における冷凍システムと同様に、電動膨張弁22は、蒸発温度検知センサー23で検知された蒸発器4の蒸発温度と吸入配管入口温度検知センサー25で検知された吸入管24の入口部の温度に基づいて、膨張弁制御装置28によりその絞り量が最適制御されるものである。
Similarly to the refrigeration system in the first embodiment, the
この結果、内部熱交換器を用いて吸入管24を常温程度まで加温する従来の構成に比べて、蒸発温度と吸入管24内の冷媒および冷凍機油の温度との差を10℃以内にする本実施の形態2では、吸入管24内の冷凍機油と冷媒の混合物の動粘度をほぼ10mm2/s以下に抑えることができ、吸入配管24内での油の滞留を防止することができる。
As a result, the difference between the evaporation temperature and the temperature of the refrigerant and the refrigerating machine oil in the
また、先の実施の形態1における冷凍システムと同様に、能力可変型の圧縮機21は、室内温度センサー26で検知された貯蔵室32の室内空気温度と設定温度に基づいて、圧縮機制御装置27によりその回転数が最適制御されるものである。
Further, similarly to the refrigeration system in the first embodiment, the
以上のように、本実施の形態2においては、先の実施の形態1における冷凍システムと同様に、冷凍システムにアキュームレータと内部熱交換器を搭載せず、蒸発器4の温度を検知する蒸発温度検知センサー23と、蒸発器4と能力可変型の圧縮機21を繋ぐ吸入配管24の入口部の温度を検知する吸入配管入口温度検知センサー25を備え、蒸発温度検知センサー23で検知された蒸発温度Teから決定される目標温度Tsと比較して、吸入配管入口温度検知センサー25で検知された実測値が高い場合は、電動膨張弁22の開度を大きくし、逆に吸入配管入口温度検知センサー23で検知された実測値が低い場合は、電動膨張弁22の開度を小さくする制御を行い、蒸発温度Teを制御することによって、蒸発器4と圧縮機21を繋ぐ吸入配管24の温度の差を10℃以内に保つことができる。
As described above, in the second embodiment, like the refrigeration system in the first embodiment, the evaporating temperature for detecting the temperature of the
その結果、吸入管24内の冷凍機油と冷媒の混合物の動粘度をほぼ10mm2/s以下に抑えることができ、機械室33を上部に配置した構成において、大きな揚程を持つ吸入配管24内での油の滞留を防止することができるとともに、電源投入時および安定時における圧縮機21の吐出冷媒の温度を略一定に保つことが可能となり、これにより圧縮機21の耐久性を損なうことがなく、また、電源投入時に蒸発温度Teを高く保つことがかのうとなり、これにより冷媒循環量を増大させ、冷凍能力の向上を図ることができる。
As a result, the kinematic viscosity of the mixture of the refrigerating machine oil and the refrigerant in the
なお、本実施の形態2においては、スパイラルフィン放熱器30から電動膨張弁22までの配管を最短距離で結んだが、冷蔵あるいは冷凍機器等で使用される結露防止ヒータに換えて、スパイラルフィン放熱器30から電動膨張弁22までの配管を利用してもよい。かかる構成とすれば、外部に漏洩する冷熱を利用して電動膨張弁22に流入する冷媒温度を低下することができ、さらに冷凍効率の向上を図ることが期待できる。
In the second embodiment, the pipe from the
なお、本発明は、実施の形態の保冷庫に限るものではなく、冷蔵庫、冷凍庫あるいは自動販売機等の貯蔵装置にも適用できるものである。 In addition, this invention is not restricted to the cool box of embodiment, It can apply also to storage apparatuses, such as a refrigerator, a freezer, or a vending machine.
以上のように、本発明にかかる冷凍システムおよびこれを備えた貯蔵装置は、吸入配管内での油の滞留を防止することができるとともに、電源投入時および安定時における圧縮機の吐出冷媒の温度を略一定に保つことができ、これにより圧縮機の耐久性を損なうことなく、冷蔵あるいは冷凍機器に要求される電源投入時の冷凍能力および安定時における冷凍効率等の冷凍システム性能の向上を図ることができる。したがって、冷媒のノンフロン化と機器の省エネルギー化が要求されるショーケースや業務用冷凍冷蔵庫、自動販売機等の冷蔵あるいは冷凍機器にも適用できる。 As described above, the refrigeration system and the storage device including the refrigeration system according to the present invention can prevent the oil from staying in the suction pipe, and the temperature of the refrigerant discharged from the compressor when the power is turned on and when it is stable. Can be maintained substantially constant, thereby improving the refrigeration system performance such as the refrigeration capacity at the time of power-on and the refrigeration efficiency at the time of stability required for refrigeration or refrigeration equipment without impairing the durability of the compressor. be able to. Therefore, the present invention can also be applied to refrigeration or refrigeration equipment such as showcases, commercial refrigeration refrigerators, and vending machines that require non-fluorocarbon refrigerants and energy saving equipment.
2 放熱器
4 蒸発器
21 圧縮機(能力可変型の圧縮機)
22 電動膨張弁
24 吸入管
23 蒸発温度検知センサー
25 吸入配管入口温度検知センサー
26 室内温度検知センサー
2
22
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