JP2017146068A - Refrigerating machine and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレート式熱交換器とされた中間冷却器を備えた冷凍機およびその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a refrigerator including an intercooler that is a plate heat exchanger and a control method thereof.
二段圧縮サブクーラ一段膨張サイクルは、例えば特許文献1に記載されているように中間冷却器がプレート式熱交換器のため、二段圧縮サブクーラ二段膨張サイクルで使用する気液分離型中間冷却器よりも冷媒充填量の削減ができる。
The two-stage compression subcooler one-stage expansion cycle is a gas-liquid separation type intercooler used in the two-stage compression subcooler two-stage expansion cycle because the intermediate cooler is a plate heat exchanger as described in
しかし、冷却水温度が低く冷媒循環量が多い場合、膨張弁前後差圧(=凝縮圧力−蒸発圧力−中間冷却器圧損)が小さくなり、膨張弁開度が大きくなりすぎて制御ができないといった問題がある。
この対策として、膨張弁口径を大きくすることが考えられる。しかし、最小開度変化での流量調整量が大きくなり、膨張弁制御の精度の低下という問題が生じる。
その他の対策として、中間冷却器の積層数を増やして全体の流路断面積を大きくして圧損を小さくすることが考えられる。しかし、積層数を増やして圧損を小さくしても、副膨張弁を経由した二相冷媒を各流路に分配する際の抵抗が小さくなり、冷媒分配の偏りが生じる。これでは、中間冷却器の伝熱面積を有効に使えず、冷凍機性能が低下してしまう。また、二相冷媒が十分にガス化されずに圧縮機の中間吸込口へ流れ込むキャリーオーバーが発生してしまう。
However, when the cooling water temperature is low and the refrigerant circulation rate is large, the differential pressure before and after the expansion valve (= condensation pressure−evaporation pressure−intermediate cooler pressure loss) becomes small and the expansion valve opening becomes too large to be controlled. There is.
As a countermeasure, it is conceivable to increase the expansion valve diameter. However, there is a problem that the flow rate adjustment amount with the minimum change in opening becomes large, and the accuracy of expansion valve control is lowered.
As another countermeasure, it is conceivable to increase the number of intermediate coolers to increase the overall flow path cross-sectional area and reduce the pressure loss. However, even if the number of stacks is increased to reduce the pressure loss, the resistance when distributing the two-phase refrigerant that has passed through the sub-expansion valve to each flow path is reduced, resulting in uneven distribution of the refrigerant. In this case, the heat transfer area of the intercooler cannot be used effectively, and the refrigerator performance is deteriorated. In addition, a carry-over occurs in which the two-phase refrigerant is not sufficiently gasified and flows into the intermediate suction port of the compressor.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プレート式熱交換器を中間冷却器に使用した場合に生じ得る冷媒循環量の増大に対して適正に運転を行うことができる冷凍機およびその制御方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: When a plate-type heat exchanger is used for an intercooler, it can operate | move appropriately with respect to the increase in the refrigerant | coolant circulation amount which may arise. An object is to provide a refrigerator and a control method thereof.
上記課題を解決するために、本発明の冷凍機およびその制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、前記プレート式熱交換器は、プレートの幅が100mm以上400mm以下、該プレートの高さが300mm以上1000mm以下、該プレートの積層枚数が80枚以上とされていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the refrigerator and the control method thereof of the present invention employ the following means.
That is, the refrigerator according to the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, a liquid refrigerant that is led from the condenser, and a part that is led from the condenser. An intermediate cooler that is a plate-type heat exchanger that exchanges heat with the two-phase refrigerant obtained by expanding the liquid refrigerant by the sub-expansion valve, and a main expansion valve that expands the liquid refrigerant led from the intermediate cooler, An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the main expansion valve, wherein the plate heat exchanger has a plate width of 100 mm to 400 mm, a plate height of 300 mm to 1000 mm, and a stack of the plates The number of sheets is 80 or more.
中間冷却器としてプレート式熱交換器を用い、積層プレートの幅が100mm以上400mm以下、該積層プレートの高さが300mm以上1000mm以下、該積層プレートの積層枚数が80枚以上とすることにより、中間冷却器の圧損を100kPa以上、好ましくは150kPa以上200kPa以下とすることができる。これにより、冷媒循環量が増大しても所定の圧損を確保できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器内で冷媒分配が適正に行われ、冷凍機性能を損なわずに運転を行うことができる。
冷媒としては、HFC−134aが好適に用いられ、HFO−1234ze(E)やHFO−1233zd(E)、HFO−1233zd(Z)を用いても良い。
By using a plate heat exchanger as the intermediate cooler, the width of the laminated plate is 100 mm or more and 400 mm or less, the height of the laminated plate is 300 mm or more and 1000 mm or less, and the number of laminated plates is 80 or more. The pressure loss of the cooler can be 100 kPa or more, preferably 150 kPa or more and 200 kPa or less. As a result, a predetermined pressure loss can be secured even if the refrigerant circulation amount increases, so that the refrigerant is properly distributed in the intermediate cooler that is a plate heat exchanger, and the operation is performed without impairing the performance of the refrigerator. be able to.
As the refrigerant, HFC-134a is preferably used, and HFO-1234ze (E), HFO-1233zd (E), or HFO-1233zd (Z) may be used.
また、本発明の冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記中間冷却器をバイパスして前記凝縮器からの液冷媒を前記主膨張弁の上流側に導くバイパス経路と、該バイパス経路に設けられたバイパス弁と、該バイパス弁の開度を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。 The refrigerator of the present invention includes a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, a liquid refrigerant led from the condenser, and a part of the refrigerant led from the condenser. An intermediate cooler configured as a plate heat exchanger for exchanging heat with the two-phase refrigerant obtained by expanding the liquid refrigerant with the sub-expansion valve; a main expansion valve for expanding the liquid refrigerant guided from the intermediate cooler; An evaporator configured to evaporate the refrigerant guided from the main expansion valve; a bypass path that bypasses the intermediate cooler and guides the liquid refrigerant from the condenser to the upstream side of the main expansion valve; and is provided in the bypass path. And a control unit for controlling the opening degree of the bypass valve.
制御部の指令によってバイパス弁を開き、バイパス経路を流れる冷媒流量を増大させることで、中間冷却器へ流れ込む液冷媒の流量を減少させることができる。これにより、冷媒循環量が大きくなった場合でも、中間冷却器に液冷媒が過剰に流れることを抑制できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器での冷媒分配不良の発生を抑制することができる。 The flow rate of the liquid refrigerant flowing into the intermediate cooler can be decreased by opening the bypass valve according to the command from the control unit and increasing the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass path. As a result, even when the refrigerant circulation amount becomes large, it is possible to suppress the liquid refrigerant from flowing excessively to the intermediate cooler, and thus it is possible to suppress the occurrence of refrigerant distribution failure in the intermediate cooler configured as a plate heat exchanger. be able to.
また、本発明の冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記中間冷却器をバイパスして前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の被冷却媒体入口側に導くバイパス経路と、該バイパス経路に設けられたバイパス弁と、該バイパス弁の開度を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。 The refrigerator of the present invention includes a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, a liquid refrigerant led from the condenser, and a part of the refrigerant led from the condenser. An intermediate cooler configured as a plate heat exchanger for exchanging heat with the two-phase refrigerant obtained by expanding the liquid refrigerant with the sub-expansion valve; a main expansion valve for expanding the liquid refrigerant guided from the intermediate cooler; An evaporator for evaporating the refrigerant led from the main expansion valve, a bypass path for bypassing the intermediate cooler and leading the liquid refrigerant from the condenser to the cooled medium inlet side of the evaporator, and the bypass path It is provided with the provided bypass valve and the control part which controls the opening degree of this bypass valve.
制御部の指令によってバイパス弁を開き、バイパス経路を流れる冷媒流量を増大させることで、中間冷却器へ流れ込む液冷媒の流量を減少させることができる。これにより、冷媒循環量が大きくなった場合でも、中間冷却器に液冷媒が過剰に流れることを抑制できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器での冷媒分配不良の発生を抑制することができる。
また、主膨張弁もバイパスさせることができるので、冷媒循環量の増大を見込んで口径が大きな膨張弁を採用する必要もなく、膨張弁の制御精度の低下を招くおそれがない。
さらに、バイパス経路を経て液冷媒を蒸発器の被冷却媒体(例えば冷水)入口側に導くこととした。これにより、熱交換量が大きく冷媒が蒸発してドライアウトが生じ易い領域である被冷却媒体入口側に冷媒を導くことができるので、この領域でのドライアウトを抑制して蒸発器での熱伝達率の向上を図ることができる。
The flow rate of the liquid refrigerant flowing into the intermediate cooler can be decreased by opening the bypass valve according to the command from the control unit and increasing the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass path. As a result, even when the refrigerant circulation amount becomes large, it is possible to suppress the liquid refrigerant from flowing excessively to the intermediate cooler, and thus it is possible to suppress the occurrence of refrigerant distribution failure in the intermediate cooler configured as a plate heat exchanger. be able to.
In addition, since the main expansion valve can also be bypassed, it is not necessary to employ an expansion valve having a large diameter in anticipation of an increase in the amount of refrigerant circulation, and there is no possibility of reducing the control accuracy of the expansion valve.
Furthermore, the liquid refrigerant is guided to the cooling medium (for example, cold water) inlet side of the evaporator through the bypass path. As a result, the refrigerant can be guided to the inlet side of the medium to be cooled, which is a region where the heat exchange amount is large and the refrigerant evaporates easily, so that the dryout in this region is suppressed and the heat in the evaporator is reduced. The transmission rate can be improved.
さらに、本発明の冷凍機では、前記制御部は、前記凝縮器内の圧力と前記蒸発器内の圧力との差が所定値以下になった場合、又は、前記主膨張弁の開度が所定値以上になった場合に、前記バイパス弁の開度を増大させることを特徴とする。 Further, in the refrigerator of the present invention, the control unit is configured such that the difference between the pressure in the condenser and the pressure in the evaporator becomes a predetermined value or less, or the opening of the main expansion valve is predetermined. When it becomes more than a value, the opening degree of the bypass valve is increased.
凝縮器内の圧力と蒸発器内の圧力との差が所定値以下になると、または、主膨張弁の開度が所定値以上になると、冷媒循環量が過剰になったと判断し、バイパス弁の開度を増大させる。これにより、プレート式熱交換器とされた中間冷却器での冷媒分配不良の発生を抑制することができる。 When the difference between the pressure in the condenser and the pressure in the evaporator becomes a predetermined value or less, or when the opening of the main expansion valve becomes a predetermined value or more, it is determined that the refrigerant circulation amount has become excessive, and the bypass valve Increase the opening. Thereby, generation | occurrence | production of the refrigerant | coolant distribution defect in the intermediate cooler made into the plate type heat exchanger can be suppressed.
また、本発明の冷凍機の制御方法は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記中間冷却器をバイパスして前記凝縮器からの液冷媒を前記主膨張弁の上流側に導くバイパス経路と、該バイパス経路に設けられたバイパス弁とを備えた冷凍機の制御方法であって、前記凝縮器内の圧力と前記蒸発器内の圧力との差が所定値以下になった場合、又は、前記主膨張弁の開度が所定値以上になった場合に、前記バイパス弁の開度を増大することを特徴とする。 The refrigerator control method of the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, a liquid refrigerant that is led from the condenser, and a condenser that is led from the condenser. An intermediate cooler that is a plate heat exchanger that exchanges heat with a two-phase refrigerant in which a part of the liquid refrigerant is expanded by the sub-expansion valve, and a main expansion valve that expands the liquid refrigerant guided from the intermediate cooler An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the main expansion valve, a bypass path for bypassing the intermediate cooler and guiding the liquid refrigerant from the condenser to the upstream side of the main expansion valve, and the bypass path A control method for a refrigerator having a bypass valve provided in a case where a difference between the pressure in the condenser and the pressure in the evaporator becomes a predetermined value or less, or the main expansion valve When the opening of the valve exceeds a predetermined value, increase the opening of the bypass valve. Characterized in that it.
バイパス弁を開き、バイパス経路を流れる冷媒流量を増大させることで、中間冷却器へ流れ込む液冷媒の流量を減少させることができる。これにより、冷媒循環量が大きくなった場合でも、中間冷却器に液冷媒が過剰に流れることを抑制できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器での冷媒分配不良の発生を抑制することができる。 The flow rate of the liquid refrigerant flowing into the intermediate cooler can be reduced by opening the bypass valve and increasing the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass path. As a result, even when the refrigerant circulation amount becomes large, it is possible to suppress the liquid refrigerant from flowing excessively to the intermediate cooler, and thus it is possible to suppress the occurrence of refrigerant distribution failure in the intermediate cooler configured as a plate heat exchanger. be able to.
また、本発明の冷凍機の制御方法は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記中間冷却器をバイパスして前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の被冷却媒体入口側に導くバイパス経路と、該バイパス経路に設けられたバイパス弁とを備えた冷凍機の制御方法であって、前記凝縮器内の圧力と前記蒸発器内の圧力との差が所定値以下になった場合、又は、前記主膨張弁の開度が所定値以上になった場合に、前記バイパス弁の開度を増大することを特徴とする。 The refrigerator control method of the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, a liquid refrigerant that is led from the condenser, and a condenser that is led from the condenser. An intermediate cooler that is a plate heat exchanger that exchanges heat with a two-phase refrigerant in which a part of the liquid refrigerant is expanded by the sub-expansion valve, and a main expansion valve that expands the liquid refrigerant guided from the intermediate cooler An evaporator that evaporates the refrigerant guided from the main expansion valve, a bypass path that bypasses the intermediate cooler and guides the liquid refrigerant from the condenser to the cooled medium inlet side of the evaporator, A control method for a refrigerator having a bypass valve provided in a bypass path, wherein a difference between a pressure in the condenser and a pressure in the evaporator becomes a predetermined value or less, or When the opening of the expansion valve exceeds a predetermined value, the bypass valve Characterized by increasing the degree.
バイパス弁を開き、バイパス経路を流れる冷媒流量を増大させることで、中間冷却器へ流れ込む液冷媒の流量を減少させることができる。これにより、冷媒循環量が大きくなった場合でも、中間冷却器に液冷媒が過剰に流れることを抑制できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器での冷媒分配不良の発生を抑制することができる。
また、主膨張弁もバイパスさせることができるので、冷媒循環量の増大を見込んで口径が大きな膨張弁を採用する必要もなく、膨張弁の制御精度の低下を招くおそれがない。
さらに、バイパス経路を経て液冷媒を蒸発器の被冷却媒体(例えば冷水)入口側に導くこととした。これにより、熱交換量が大きく冷媒が蒸発してドライアウトが生じ易い領域である被冷却媒体入口側に冷媒を導くことができるので、この領域でのドライアウトを抑制して蒸発器での熱伝達率の向上を図ることができる。
The flow rate of the liquid refrigerant flowing into the intermediate cooler can be reduced by opening the bypass valve and increasing the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass path. As a result, even when the refrigerant circulation amount becomes large, it is possible to suppress the liquid refrigerant from flowing excessively to the intermediate cooler, and thus it is possible to suppress the occurrence of refrigerant distribution failure in the intermediate cooler configured as a plate heat exchanger. be able to.
In addition, since the main expansion valve can also be bypassed, it is not necessary to employ an expansion valve having a large diameter in anticipation of an increase in the amount of refrigerant circulation, and there is no possibility of reducing the control accuracy of the expansion valve.
Furthermore, the liquid refrigerant is guided to the cooling medium (for example, cold water) inlet side of the evaporator through the bypass path. As a result, the refrigerant can be guided to the inlet side of the medium to be cooled, which is a region where the heat exchange amount is large and the refrigerant evaporates easily, so that the dryout in this region is suppressed and the heat in the evaporator is reduced. The transmission rate can be improved.
積層プレートの幅、高さ及び積層数を適正に選定することにより、冷媒循環量が増大しても所定の圧損を確保できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器内で冷媒分配が適正に行われ、冷凍機性能を損なわずに運転を行うことができる。
冷媒循環量が増大しても中間冷却器をバイパスするバイパス経路を流れる冷媒流量を増大させることで、中間冷却器へ流れ込む液冷媒の流量を減少させることができるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器での冷媒分配不良の発生を抑制することができる。
By properly selecting the width, height, and number of layers of the laminated plates, a predetermined pressure loss can be secured even if the amount of refrigerant circulation increases, so that the refrigerant distribution is performed in the intermediate cooler that is a plate heat exchanger. It is carried out properly and can be operated without impairing the performance of the refrigerator.
Even if the amount of refrigerant circulation increases, the flow rate of the liquid refrigerant flowing into the intermediate cooler can be reduced by increasing the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass path that bypasses the intermediate cooler. Further, it is possible to suppress the occurrence of poor refrigerant distribution in the intermediate cooler.
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
図1に示すように、ターボ冷凍機(冷凍機)1は、ターボ圧縮機(圧縮機)2と、凝縮器3と、中間冷却器4と、主膨張弁5と、蒸発器7と、制御部(図示せず)とを備えている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below.
As shown in FIG. 1, a turbo refrigerator (refrigerator) 1 includes a turbo compressor (compressor) 2, a
ターボ圧縮機2は、インバータモータ9により駆動される遠心圧縮機であり、吸入口2Aおよび吐出口2Bの他に、図示省略の第1羽根車と第2羽根車との間に設けられる中間吸入口2Cを備え、吸入口2Aから吸い込んだ低圧ガス冷媒を第1羽根車および第2羽根車の回転により2段圧縮し、圧縮した高圧ガス冷媒を吐出口2Bから吐き出すように構成されている。
冷媒としては、HFC−134aが用いられる。ただし、HFO−1234ze(E)やHFO−1233zd(E)、HFO−1233zd(Z)を用いても良い。
The
As the refrigerant, HFC-134a is used. However, HFO-1234ze (E), HFO-1233zd (E), or HFO-1233zd (Z) may be used.
ターボ圧縮機2の吐出口2Bから吐き出された高圧ガス冷媒は、油ミスト分離タンク10へと導かれて、冷媒中の油分が遠心分離される。油分が遠心分離された高圧冷却ガスは、油ミスト分離タンク10から凝縮器3へと導かれる。
The high-pressure gas refrigerant discharged from the
凝縮器3は、シェルアンドチューブ式熱交換器であり、ターボ圧縮機2から油ミスト分離タンク10を経て供給される高圧ガス冷媒と冷却水回路11を介して循環される冷却水とを熱交換させることにより、高圧冷却ガスを凝縮液化するものである。冷却水回路11には、図示しない冷却塔が接続されており、この冷却塔にて冷却水が所定温度まで冷却される。なお、冷却水ポンプ12によって供給される冷却水の流れと高圧ガス冷媒の流れとは、対向流となるようにすることが望ましい。なお、凝縮器3としてプレート式熱交換器を用いても良い。
The
中間冷却器4は、冷凍サイクル8の主回路中を流れて凝縮器3から導かれた液冷媒と、主回路から分流されて副膨張弁13により減圧された二相冷媒とを熱交換させ、冷媒の蒸発潜熱により主回路中を流れる液冷媒を過冷却するプレート式熱交換器である。また、中間冷却器4には、液冷媒を過冷却することにより蒸発されたガス冷媒(中間圧冷媒)をターボ圧縮機2の中間吸入口2Cから中間圧の圧縮冷媒中に注入するためのガス回路14が接続されている。
The
中間冷却器4を経て過冷却された冷媒は、主膨張弁5を通過することにより膨張して蒸発器7に供給される。蒸発器7は、シェルアンドチューブ式熱交換器であり、主膨張弁5から導かれた冷媒と冷水回路15を介して循環される冷水(被冷却媒体)とを熱交換させることにより、冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷水を冷却するものである。なお、冷水ポンプ16によって供給される冷水の流れと冷媒の流れとは、対向流となるようにすることが望ましい。なお、蒸発器7としてプレート式熱交換器を用いても良い。
The refrigerant supercooled through the
また、冷凍サイクル8は、油ミスト分離タンク10によって油分が分離された高圧ガス冷媒の一部を凝縮器3とターボ圧縮機2との間からバイパスするホットガスバイパス回路17を備えている。このホットガスバイパス回路17上には、ホットガスバイパス回路17からターボ圧縮機2へと導かれる高圧ガス冷媒の流量を調整するホットガスバイパス弁18が設けられている。
The
冷媒、冷却水および冷水の温度や圧力を測定する測定手段として、ターボ圧縮機2の吸入口2A、吐出口2B、中間吸入口2Cには、圧力計41、42、43および温度計31、32、33が設けられ、冷却水回路11の入口および出口、冷水回路15の入口および出口には、各々温度計35、36、37、38が設けられ、主膨張弁5の入口には、温度計34が設けられている。
As measuring means for measuring the temperature and pressure of refrigerant, cooling water and cold water, pressure gauges 41, 42, 43 and
ターボ冷凍機1の制御は、図示しない制御部によって行われる。
制御部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
The
The control unit includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a computer-readable storage medium. A series of processes for realizing various functions is stored in a storage medium or the like in the form of a program as an example, and the CPU reads the program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions are realized. The program is preinstalled in a ROM or other storage medium, provided in a state stored in a computer-readable storage medium, or distributed via wired or wireless communication means. Etc. may be applied. The computer-readable storage medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
図2には、中間冷却器4の概略構造が示されている。中間冷却器4は、積層プレート40を複数枚重ねることによって並列に隣り合う複数の流路を形成したプレート式熱交換器となっている。なお、同図では、流路42a,42bが6つのみ示されているが、これはあくまでも例示であり、実際には80以上の流路となる。
凝縮器3(図中に「CON」と表示)から導かれる液冷媒の流路42aと、凝縮器3から分岐されて副膨張弁13を経た後に導かれる二相冷媒の流路42bとは、交互に設けられており、また対向流となっている。
FIG. 2 shows a schematic structure of the
The
凝縮器3からの液冷媒は、図において上方から下方へと流路42a内を流れて中間冷却器4を通過する。中間冷却器4を通過した液冷媒は、主膨張弁5にて絞られた後に蒸発器7(図中に「EVA」と表示)へと導かれる。
The liquid refrigerant from the
凝縮器3から分岐された一部の液冷媒は、副膨張弁13にて絞られて二相冷媒とされた後に中間冷却器4の流路42b内へと流れ込み、図において下方から上方へと流れる。流路42bの上流側には、所定の圧損を与えるディストリビュータ44が設けられている。ディストリビュータ44によって、各流路42bに対して均等に二相冷媒を分配するようになっている。中間冷却器4を通過する間に二相冷媒からガス冷媒へと変化したガス冷媒は、ターボ圧縮機2(図中に「COMP」と表示)の中間吸込口2Cへと流れる。
このように、凝縮器3から導かれて図において流路42aを上方から下方へ流れる液冷媒は、隣接する二相冷媒の蒸発潜熱によって冷却されて過冷却冷媒となり、副膨張弁13から導かれて流路42bを図において下方から上方へと流れる二相冷媒は、隣接する液冷媒から蒸発潜熱を得ることによってガス冷媒へと変化する。
A part of the liquid refrigerant branched from the
Thus, the liquid refrigerant that is guided from the
積層プレート40の幅は100mm以上400mm以下、積層プレート40の高さは300mm以上1000mm以下、積層プレート40の積層枚数が80枚以上400枚以下とされている。これにより、中間冷却器4の圧損を100kPa以上、好ましくは150kPa以上200kPa以下とすることができ、二相冷媒の流路42bの冷媒分配不良を抑制することができる。
プレート式熱交換器とされた中間冷却器4の圧損は、積層プレート40の積層数を増減することによって調整される。具体的には、積層枚数を増やすことによって合計の流路断面積を増やし流速を落として圧損を小さくし、積層枚数を減らすことによって合計の流路断面積を減らし流速を上げて圧損を大きくする。
The width of the
The pressure loss of the
図3及び図4には、中間冷却器4における冷媒分配の状態が示されている。
図3は、本実施形態に係る中間冷却器4であり、積層枚数は86枚とされている。冷媒はHFC−134aを用いている。同図は、中間冷却器4を図2のように正面から見込んだ際のサーモグラフィの結果を示している。すなわち、図において左右方向が積層方向であり、下から上に向かって二相冷媒が流れ、上から下に向かって液冷媒が流れる。図3から、左右方向における温度差が大きくないことが分かる。これは、冷媒分配が良好であることを意味する。図3の場合、圧損は100kPa以上となっていた。
一方、図4は、参考例であり、図3と同様のサーモグラフィの結果であるが、積層数が212枚という点で相違する。同図から、左右方向(積層方向)における温度差が大きく、冷媒分配が良好でないことが分かる。図4の場合、圧損は10〜20kPaとなっていた。このように、冷媒循環量の増大に応じて積層数を増やすと、中間冷却器での圧損が小さくなり冷媒分配不良が生じることが分かる。
3 and 4 show the state of refrigerant distribution in the
FIG. 3 shows the
On the other hand, FIG. 4 is a reference example and is the result of thermography similar to FIG. 3, but is different in that the number of stacked layers is 212. From the figure, it can be seen that the temperature difference in the left-right direction (stacking direction) is large and the refrigerant distribution is not good. In the case of FIG. 4, the pressure loss was 10 to 20 kPa. In this way, it is understood that when the number of stacked layers is increased in accordance with the increase in the refrigerant circulation amount, the pressure loss in the intermediate cooler is reduced and refrigerant distribution failure occurs.
以上により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
中間冷却器4としてプレート式熱交換器を用い、積層プレート40の幅が100mm以上400mm以下、積層プレート40の高さが300mm以上1000mm以下、積層プレート40の積層枚数が80枚以上とすることにより、中間冷却器4の圧損を100kPa以上、好ましくは150kPa以上200kPa以下とすることができる。これにより、冷媒循環量が増大しても所定の圧損を確保できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器4内で冷媒分配が適正に行われ、冷凍機性能を損なわずに運転を行うことができる。
As mentioned above, according to this embodiment, there exist the following effects.
By using a plate heat exchanger as the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図5を用いて説明する。
本実施形態は、第1実施形態に対してバイパス経路を備えている点で相違し、その他については同様である。したがって、同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This embodiment is different from the first embodiment in that a bypass path is provided, and the rest is the same. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図5に示されているように、中間冷却器4をバイパスして凝縮器3からの液冷媒を主膨張弁5の上流側に導くバイパス経路50が設けられている。バイパス経路50の上流端は、副膨張弁13へと分岐する分岐点Aよりも下流側に設けられている。
また、バイパス経路50には、バイパス弁52が設けられている。バイパス弁52としては、開度調整が可能な電動ボール弁が用いられる。ただし、単なる開閉を行う電磁弁としても良い。バイパス弁52の開度指令は、図示しない制御部によって行われる。制御部は、凝縮器3内の圧力と蒸発器7内の圧力との差が所定値以下になった場合、又は、主膨張弁5の開度が所定値以上になった場合、冷媒循環量が過剰になったと判断し、バイパス弁52の開度を増大させる。
As shown in FIG. 5, a
Further, a
このように、本実施形態によれば、制御部の指令によってバイパス弁52を開き、バイパス経路50を流れる冷媒流量を増大させることで、中間冷却器4へ流れ込む液冷媒の流量を減少させることができる。これにより、冷媒循環量が大きくなった場合でも、中間冷却器4に液冷媒が過剰に流れることを抑制できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器4での冷媒分配不良の発生を抑制することができる。
なお、中間冷却器4としては、第1実施形態で示した構成のプレート式熱交換器を用いずに、バイパス経路50に液冷媒をバイパスさせた際に中間冷却器4に流れ込む冷媒流量に対して所望の冷媒分配が行われるように圧損が調整された中間冷却器でもよい。
As described above, according to the present embodiment, the flow rate of the liquid refrigerant flowing into the
The
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図6及び図7を用いて説明する。
本実施形態は、第1実施形態に対してバイパス経路を備えている点で相違し、その他については同様である。したがって、同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is different from the first embodiment in that a bypass path is provided, and the rest is the same. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図6に示されているように、中間冷却器4をバイパスして凝縮器3からの液冷媒を蒸発器7の冷水(被冷却媒体)入口側に導くバイパス経路60が設けられている。バイパス経路60の上流端は、副膨張弁13へと分岐する分岐点Aよりも下流側に設けられている。
また、バイパス経路60には、バイパス弁62が設けられている。バイパス弁62としては、開度調整が可能な電動ボール弁が用いられる。ただし、単なる開閉を行う電磁弁としても良い。バイパス弁62の開度指令は、図示しない制御部によって行われる。制御部は、凝縮器3内の圧力と蒸発器7内の圧力との差が所定値以下になった場合、又は、主膨張弁5の開度が所定値以上になった場合、冷媒循環量が過剰になったと判断し、バイパス弁62の開度を増大させる。
As shown in FIG. 6, a
The
図7には、蒸発器7の概略構成が示されている。蒸発器7は、シェルアンドチューブ式とされており、横断面が略円形とされた水平方向軸線を有する円筒形状の容器とされている。蒸発器7の両側部には冷水が導かれる水室が設けられており、各水室45,46の間に挟まれた空間が中間冷却器4から導かれた冷媒が存在する蒸発室47となっている。各水室45,46と蒸発室47との間は、管板48にて仕切られている。
FIG. 7 shows a schematic configuration of the
各水室45,46間には多数の伝熱管49が接続されている。これら伝熱管49は、図示しないが複数の管群を構成している。伝熱管49の下方には、蒸発器7内に流入した二相冷媒を分配するための例えば多孔板とされた液分配構造68が設けられている。
一方の水室45から入った冷水は、各伝熱管49を通り他方の水室46にて折り返した後に、再び水室45へと戻り、外部負荷へと導かれる。したがって、この場合、一方の水室45は、冷水入口と冷水出口の部屋が仕切られていることになる。
A large number of
The cold water that has entered from one
蒸発器7の下方には、水平方向軸線の略中央位置に、中間冷却器4から主膨張弁5を経て導かれた冷媒を導入する冷媒配管53が接続されている。蒸発器7の上部には、蒸発器7内で蒸発した冷媒ガスをターボ圧縮機2の吸込口2Aへと導く吸込配管64が接続されている。吸込配管64が接続された位置の上流側近傍には、例えば多孔板とされた気液を分離するための気液分離構造66が設けられている。蒸発器7の上方の端部には、ホットガスバイパス管65が接続されている。
そして、バイパス経路60は、蒸発器7の水平軸線方向の中央位置よりも冷水入口側(図において左側)に接続されている。これにより、バイパス弁62を経た冷媒は、蒸発器7の冷水入口側の冷水を流す伝熱管49の近傍に導かれることになる。
Below the
The
このように、本実施形態によれば、制御部の指令によってバイパス弁62を開き、バイパス経路60を流れる冷媒流量を増大させることで、中間冷却器4へ流れ込む液冷媒の流量を減少させることができる。これにより、冷媒循環量が大きくなった場合でも、中間冷却器4に液冷媒が過剰に流れることを抑制できるので、プレート式熱交換器とされた中間冷却器4での冷媒分配不良の発生を抑制することができる。
また、主膨張弁5もバイパスさせることができるので、冷媒循環量の増大を見込んで口径が大きな膨張弁を採用する必要もなく、膨張弁の制御精度の低下を招くおそれがない。
さらに、バイパス経路60を経て冷媒を蒸発器7の冷水入口側に導くこととしたので、熱交換量が大きく冷媒が蒸発してドライアウトが生じ易い領域である冷水入口側に冷媒を導くことができ、この領域でのドライアウトを抑制して蒸発器での熱伝達率の向上を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the flow rate of the liquid refrigerant flowing into the
Further, since the
Furthermore, since the refrigerant is guided to the cold water inlet side of the
なお、中間冷却器4としては、第1実施形態で示した構成のプレート式熱交換器を用いずに、バイパス経路60に液冷媒をバイパスさせた際に中間冷却器4に流れ込む冷媒流量に対して所望の冷媒分配が行われるように圧損が調整された中間冷却器でもよい。
Note that the
1 ターボ冷凍機(冷凍機)
2 ターボ圧縮機(圧縮機)
2A 吸入口
2B 吐出口
2C 中間吸込口
3 凝縮器
4 中間冷却器
5 主膨張弁
7 蒸発器
13 副膨張弁
40 積層プレート
50,60 バイパス経路
52,62 バイパス弁
1 Turbo refrigerator (refrigerator)
2 Turbo compressor (compressor)
Claims (6)
該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、
該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、
該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
を備え、
前記プレート式熱交換器は、プレートの幅が100mm以上400mm以下、該プレートの高さが300mm以上1000mm以下、該プレートの積層枚数が80枚以上とされていることを特徴とする冷凍機。 A compressor for compressing the refrigerant;
A condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor;
An intermediate cooler configured as a plate heat exchanger for exchanging heat between the liquid refrigerant led from the condenser and a two-phase refrigerant obtained by expanding a part of the liquid refrigerant led from the condenser with a sub-expansion valve;
A main expansion valve for expanding the liquid refrigerant led from the intermediate cooler;
An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the main expansion valve;
With
The plate heat exchanger has a plate width of 100 mm or more and 400 mm or less, a height of the plate of 300 mm or more and 1000 mm or less, and a stack number of the plates of 80 or more.
該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、
該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、
該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記中間冷却器をバイパスして前記凝縮器からの液冷媒を前記主膨張弁の上流側に導くバイパス経路と、
該バイパス経路に設けられたバイパス弁と、
該バイパス弁の開度を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする冷凍機。 A compressor for compressing the refrigerant;
A condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor;
An intermediate cooler configured as a plate heat exchanger for exchanging heat between the liquid refrigerant led from the condenser and a two-phase refrigerant obtained by expanding a part of the liquid refrigerant led from the condenser with a sub-expansion valve;
A main expansion valve for expanding the liquid refrigerant led from the intermediate cooler;
An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the main expansion valve;
A bypass path that bypasses the intermediate cooler and guides the liquid refrigerant from the condenser to the upstream side of the main expansion valve;
A bypass valve provided in the bypass path;
A control unit for controlling the opening of the bypass valve;
A freezer comprising the above.
該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、
該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、
該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記中間冷却器をバイパスして前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の被冷却媒体入口側に導くバイパス経路と、
該バイパス経路に設けられたバイパス弁と、
該バイパス弁の開度を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする冷凍機。 A compressor for compressing the refrigerant;
A condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor;
An intermediate cooler configured as a plate heat exchanger for exchanging heat between the liquid refrigerant led from the condenser and a two-phase refrigerant obtained by expanding a part of the liquid refrigerant led from the condenser with a sub-expansion valve;
A main expansion valve for expanding the liquid refrigerant led from the intermediate cooler;
An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the main expansion valve;
A bypass path that bypasses the intermediate cooler and guides the liquid refrigerant from the condenser to the cooled medium inlet side of the evaporator;
A bypass valve provided in the bypass path;
A control unit for controlling the opening of the bypass valve;
A freezer comprising the above.
該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、
該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、
該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記中間冷却器をバイパスして前記凝縮器からの液冷媒を前記主膨張弁の上流側に導くバイパス経路と、
該バイパス経路に設けられたバイパス弁と、
を備えた冷凍機の制御方法であって、
前記凝縮器内の圧力と前記蒸発器内の圧力との差が所定値以下になった場合、又は、前記主膨張弁の開度が所定値以上になった場合に、前記バイパス弁の開度を増大することを特徴とする冷凍機の制御方法。 A compressor for compressing the refrigerant;
A condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor;
An intermediate cooler configured as a plate heat exchanger for exchanging heat between the liquid refrigerant led from the condenser and a two-phase refrigerant obtained by expanding a part of the liquid refrigerant led from the condenser with a sub-expansion valve;
A main expansion valve for expanding the liquid refrigerant led from the intermediate cooler;
An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the main expansion valve;
A bypass path that bypasses the intermediate cooler and guides the liquid refrigerant from the condenser to the upstream side of the main expansion valve;
A bypass valve provided in the bypass path;
A method of controlling a refrigerator comprising:
When the difference between the pressure in the condenser and the pressure in the evaporator becomes a predetermined value or less, or when the opening of the main expansion valve becomes a predetermined value or more, the opening of the bypass valve The control method of the refrigerator characterized by increasing.
該圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器から導かれる液冷媒と該凝縮器から導かれる一部の液冷媒を副膨張弁で膨張させた二相冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器とされた中間冷却器と、
該中間冷却器から導かれた液冷媒を膨張させる主膨張弁と、
該主膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記中間冷却器をバイパスして前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の被冷却媒体入口側に導くバイパス経路と、
該バイパス経路に設けられたバイパス弁と、
を備えた冷凍機の制御方法であって、
前記凝縮器内の圧力と前記蒸発器内の圧力との差が所定値以下になった場合、又は、前記主膨張弁の開度が所定値以上になった場合に、前記バイパス弁の開度を増大することを特徴とする冷凍機の制御方法。 A compressor for compressing the refrigerant;
A condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor;
An intermediate cooler configured as a plate heat exchanger for exchanging heat between the liquid refrigerant led from the condenser and a two-phase refrigerant obtained by expanding a part of the liquid refrigerant led from the condenser with a sub-expansion valve;
A main expansion valve for expanding the liquid refrigerant led from the intermediate cooler;
An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the main expansion valve;
A bypass path that bypasses the intermediate cooler and guides the liquid refrigerant from the condenser to the cooled medium inlet side of the evaporator;
A bypass valve provided in the bypass path;
A method of controlling a refrigerator comprising:
When the difference between the pressure in the condenser and the pressure in the evaporator becomes a predetermined value or less, or when the opening of the main expansion valve becomes a predetermined value or more, the opening of the bypass valve The control method of the refrigerator characterized by increasing.
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