JP5938821B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を用いた冷凍装置に係り、特にエネルギ効率を改善した冷凍装置に関する。

従来、冷蔵、冷凍倉庫などで使用される大型業務用冷蔵、冷凍庫は、圧縮機、凝縮器などを収容した熱源側ユニットと、蒸発器を備えた利用側ユニットとを、ユニット間配管で接続した冷凍装置が用いられている。たとえば、屋外に熱源側ユニットを配置し、冷蔵、冷凍倉庫の天井や壁上部などに利用側ユニットを配置し、各ユニット間を配管で接続して、配管内に冷媒を循環させる構成となっている。
この場合、冷凍装置のエネルギ効率の改善は重要であり、従来から、様々な技術革新が行われている。

しかし、上述した従来の技術では、エネルギ効率の改善が不十分であった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、さらに高効率の冷凍装置を提供することにある。

本発明は、圧縮機、凝縮器を備えた熱源側ユニットと、蒸発器を備えた利用側ユニットとを、ユニット間配管で接続した冷凍装置において、前記ユニット間配管を構成する液管に、前記凝縮器で液化した冷媒を、減圧装置に至る前に、過冷却するための螺旋状の冷媒流路を有する過冷却装置を介装し、前記過冷却装置は、複数のコイルを直列に接続し、下流のコイルの内径を上流のコイルの内径よりも細く、かつ、下流のコイルの内径を上流のコイルの内径の５０％以上とし、冷媒の流速を増加することで冷媒を過冷却する機能を備えた、ことを特徴とする。
本発明では、圧縮機で吐出された冷媒は、凝縮器で液化し、過冷却装置に流入する。この過冷却装置は、螺旋状の冷媒流路を有しており、当該流路内で、冷媒は、スピン回転を受けて、流速を増加して流れ、これにより過冷却される。
本出願人は、種々の実証試験を行った結果、冷媒が、本構成の過冷却装置を流れる過程において、冷媒が、スピン回転及び増速され、過冷却されて、ほぼ完全に液化することを突き止めた。すなわち、過冷却装置を経た冷媒は、過冷却装置を含まない従来のサイクルで液管を流れる冷媒に比べて、ほぼ完全に液化することが判明した。ほぼ完全に液化した冷媒は、減圧装置で減圧され、蒸発器に流入する。本発明では、冷媒が過冷却され、ほぼ完全に液化して減圧される分だけ、従来に比べ、冷凍効率が格段に向上する。実証試験によると、従来比で、たとえば１６％の省エネ化が達成できた。

この場合において、前記過冷却装置が、前記圧縮機の吐出容量に応じて設定された内径を有する管路をコイル状に巻いて構成されていてもよい。
前記過冷却装置が、前記螺旋状の流路内を下から上に冷媒を流すコイルを備え、重力の影響を受けつつ、冷媒の流速を増加することで冷媒を過冷却する機能を備えてもよい。
前記減圧装置が、前記利用側ユニットに配置され、前記過冷却装置が、前記利用側ユニットの近傍に配置されていてもよい。

本発明では、減圧装置に至る前に、冷媒が過冷却され、ほぼ完全に液化して減圧される分だけ、従来に比べ、冷凍効率が格段に向上する。実証試験によると、従来比で、たとえば１６％の省エネ化が達成できる。

本発明の一実施の形態による大型業務用冷凍装置を示す構成図である。 一実施の形態による過冷却装置を示す図である。 別実施の形態による過冷却装置を示す図である。 別実施の形態による大型業務用冷凍装置を示す構成図である。

以下、本発明の一実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１において、１は冷蔵、冷凍倉庫を示す。この倉庫１は機械室１００と、冷凍庫２００とを含み、仕切り壁３００で仕切られている。冷凍庫２００の内壁、及び仕切り壁３００は断熱材（不図示）で覆われている。
この倉庫１には、大型業務用冷凍装置１０が設置されている。この冷凍装置１０は、熱源側ユニット２０と、利用側ユニット３０とを備え、各ユニット２０，３０間が、冷媒を循環するユニット間配管４０で接続されている。
熱源側ユニット２０は、圧縮機２１、凝縮器２２及びアキュムレータ２３を含み、これら各機器２１〜２３が配管２４で接続され、各機器２１〜２３及び配管２４が、筐体２４内に配置されている。利用側ユニット３０は、蒸発器３１及び減圧装置３２を含み、これら各機器３１，３２が配管３３で接続され、これら各機器３１，３２及び配管３３が、筐体３４内に配置されている。

本実施の形態では、機械室１００に熱源側ユニット２０が配置され、利用側ユニット３０が冷凍庫２００の壁上部（又は天井）２００Ａに配置され、これら各ユニット２０，３０の配管２４，３３の間が、液管４１とガス管４２からなる上記ユニット配管４０で接続されている。また、ユニット間配管４０を構成する液管４１であって、凝縮器２２と減圧装置３２の間に位置する管路に、上記凝縮器２２で液化した冷媒を、過冷却するための過冷却装置５０が介装されている。
この過冷却装置５０は、冷媒にスピン回転を付与し、冷媒の流速を増加することで、冷媒を過冷却する機能を備えている。したがって、冷媒にスピン回転を付与し、冷媒の流速を増加できる構成であれば、螺旋状の冷媒流路を有すればよく、たとえば、螺旋状の冷媒流路を内部に備えたブロック状構造体であってもよい。

本実施の形態では、過冷却装置５０は、図２に示すように、二本のコイル５１，５３を直列に接続した構成となっている。
一般に、液管４１の太さは、圧縮機２１の吐出容量（流量）に応じて大きく変化させることはない。しかし、二本のコイル５１，５３の内径は、圧縮機２１の吐出容量（流量）に応じて設定されている。
６００Ｗの圧縮機２１であれば、たとえば内径３ｍｍ、３馬力の圧縮機２１であれば、たとえば内径８ｍｍなどである。ただし、下流のコイル５３の内径は、上流のコイル５１の内径より小さく形成されている。各コイル５１，５３間は、液管４１と同等の内径を有する管路５５で連結されている。
二本のコイル５１，５３の巻き数は、合計で１５〜３０巻きであり、この実施の形態では、２０巻きである。
二本のコイル５１，５３の巻き内径は、コイル５１，５３の内径に応じて設定されている。たとえば内径３ｍｍのコイルでは、２０ｍｍ程度であり、内径８ｍｍのコイルでは、３０〜３２ｍｍ程度である。この巻き内径は、冷媒へのスピン回転及び増速を考慮すれば、細ければ細いほどよいが、生産技術上、コイル５１，５３の内径が太くなれば、巻き内径を小さくできない。
過冷却装置５０は、二本のコイルに限定されず、たとえば、図３に示すように、一本のコイル１５０で構成してもよい。

過冷却装置５０の螺旋状の流路は、上流から下流に向けて徐々に細径に形成することが望ましい。この構成の実現は、図３の構成では生産技術上で難しく、最良形態に近似させ、かつ生産技術上、製造容易な形態とするために、図２に示すように、二本の直列したコイル５１，５３が採用されており、この場合、下流のコイル５３が、上流のコイル５１よりも細径のコイルで構成されている。
この構造では、下流のコイル５３が絞りの機能を果たし、冷媒を減圧する欠点が生じ、たとえば下流のコイル５３が上流のコイル５１の５０％以下の内径となると、絞り過ぎによる欠点が大きくなることが判明している。したがって、下流のコイル５３の内径は、上流のコイル５１の内径の５０％以上とすることが望ましい。

本実施の形態では、過冷却装置５０は、図１に示すように、熱源側ユニット２０の筐体２４の外側で、機械室１００の側壁面に沿って略鉛直に配置される。この構造とすると、凝縮器２２を経た冷媒は、二本のコイル５１，５３の流路を、下から上に流れる構造となり、冷媒は、二本のコイル５１，５３の流路内を、重力の影響を受けつつ、スピン回転を受けて、流速を増加して流れる。
この過冷却装置（二本のコイル５１，５３）５０を略鉛直に配置したことで、凝縮器２２を経た冷媒が、過冷却を受けて、ほぼ完全に液化した冷媒となって、減圧装置３２に送られることが判明している。
また、過冷却装置５０を、熱源側ユニット２０の筐体２４の外側で、機械室１００の側壁面に沿って配置する構造とすると、既に従来の冷凍装置が設置されており、たとえば過冷却装置５０を後付けする際に、その組み付け工事が容易になる。

つぎに、冷凍装置１０の作用を説明する。
本実施の形態では、圧縮機２１で吐出された冷媒は、凝縮器２２で液化し、配管２４を経て、過冷却装置５０に流入する。この過冷却装置５０は、図２に示すように、二本のコイル５１，５３を直列に接続した構成となっており、一段のコイル５１で、重力の影響を受けつつ、スピン回転を受けて、流速を増加して流れる。
つぎに、一段のコイル５１よりも細径の二段のコイル５３に流入し、ここで、再び、重力の影響を受けつつ、スピン回転を受けて、流速を増加して流れる。

この過程において、冷媒は、スピン回転及び増速され、過冷却される。
本出願人は、種々の実証試験を行った結果、冷媒が、本構成の過冷却装置５０を流れる過程において、冷媒が、スピン回転及び増速され、過冷却されて、ほぼ完全に液化することを突き止めた。すなわち、過冷却装置５０を経た冷媒は、過冷却装置５０を含まない従来のサイクルで液管４１を流れる冷媒に比べて、ほぼ完全に液化することが判明した。ほぼ完全に液化した冷媒は、減圧装置３２で減圧され、蒸発器３１に流入し、冷凍庫２００の冷却に供される。本構成では、冷媒が過冷却され、ほぼ完全に液化して減圧される分だけ、従来に比べ、冷凍効率が格段に向上する。実証試験によると、従来比で、１６％の省エネ化が達成できた。

図４は、別の実施の形態を示す。
この実施の形態では、減圧装置３２が、利用側ユニット３０に配置され、過冷却装置５０が、利用側ユニット３０の近傍の、冷凍庫２００の内壁面に沿って略鉛直に配置されている。この構造とすれば、二本のコイル５１，５３が、減圧装置３２の間近に位置するため、下流のコイル５３と減圧装置３２との距離が短くなり、下流のコイル５３を経た冷媒が蒸発によりガス化することなく、完全液化の状態で、直ちに減圧装置３２に流入するため、その分だけ、冷凍効率が更に向上する。

以上各実施の形態では、過冷却装置５０を構成する二本のコイル５１，５３を、液管４１に介装する工事を行うだけでよい。
したがって、既に従来の冷凍装置が設置されている倉庫１であっても、簡単な後付け工事により据え付けできる、等の効果を奏する。

以上、一実施の形態に基づいて、本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。たとえば過冷却装置５０の流路径は、圧縮機の吐出容量に応じて設定された内径としており、冷媒へのスピン回転及び増速による過冷却効果が得られれば、液管４１の内径より太くしてもよい。
また、本発明は、倉庫１への適用に限定されず、たとえば空調装置、冷却装置、家庭用冷蔵庫など、あらゆる冷凍装置に適用が可能である。

１ 冷蔵、冷凍倉庫
１０ 大型業務用冷凍装置
２０ 熱源側ユニット
２１ 圧縮機
２２ 凝縮器
２３ アキュムレータ
２４ 筐体
３０ 利用側ユニット
３１ 蒸発器
３２ 減圧装置
３４ 筐体
４０ ユニット間配管
４１ 液管
５０ 過冷却装置
５１，５３ コイル
１００ 機械室
２００ 冷凍庫
３００ 仕切り壁

Claims (4)

1. 圧縮機、凝縮器を備えた熱源側ユニットと、蒸発器を備えた利用側ユニットとを、ユニット間配管で接続した冷凍装置において、
   前記ユニット間配管を構成する液管に、前記凝縮器で液化した冷媒を、減圧装置に至る前に、過冷却するための螺旋状の冷媒流路を有する過冷却装置を介装し、
   前記過冷却装置が、複数のコイルを直列に接続し、下流のコイルの内径を上流のコイルの内径よりも細く、かつ、下流のコイルの内径を上流のコイルの内径の５０％以上とし、冷媒の流速を増加することで冷媒を過冷却する機能を備えた、
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記過冷却装置が、前記圧縮機の吐出容量に応じて設定された内径を有する管路をコイル状に巻いて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記過冷却装置が、前記螺旋状の流路内を下から上に冷媒を流すコイルを備え、重力の影響を受けつつ、冷媒の流速を増加することで冷媒を過冷却する機能を備えた、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記減圧装置が、前記利用側ユニットに配置され、前記過冷却装置が、前記利用側ユニットの近傍に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷凍装置。

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