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JP5185541B2 - 冷却システム - Google Patents

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本発明は、アンモニア等の冷媒を用いた１次冷媒回路により生成した冷熱を、二酸化炭素等を冷媒として用いた２次冷媒回路の凝縮熱として利用し、この二酸化炭素冷媒回路により生成した冷熱を負荷側に供給する自然冷媒を用いた冷却システムに関し、より詳しくは、二酸化炭素冷媒回路に有する負荷側冷却器にヒータデフロスト装置を設けてなる冷却システムに関する。
今日、オゾン層破壊防止や温暖化防止等の地球環境保全の観点から、室内の空調や物品の冷却・冷凍に用いる冷凍装置の冷媒を、広く冷媒として用いられてきたフロンに代えて、自然冷媒であってオゾン破壊係数ゼロまた地球温暖化係数がゼロもしくは限りなくゼロに近いアンモニアが見直され、このアンモニアを冷媒として用いる冷凍装置の採用が増加している。
しかしながら、アンモニアは人体に有毒であるので、アンモニア冷媒回路の冷熱を直接負荷側に供給するのではなく、アンモニアと同じく自然冷媒であるが、毒性のない二酸化炭素を冷媒として使用する２次冷媒回路を介在せしめて負荷側に冷熱を供給する構成の自然冷媒冷却システムが実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。
上述した二酸化炭素を冷媒とする回路は、アンモニア冷媒回路により生じる冷熱を凝縮冷熱として利用し、二酸化炭素を液化してレシーバーに貯留し、この液冷媒を液ポンプで負荷側冷却器に送り、この負荷側冷却器で熱交換を終えた冷媒のうち気化したものはカスケードコンデンサを介し凝縮されてレシーバーに戻り、また気化せず液体のものは直接レシーバーに戻るようになっている。
そして、この二酸化炭素を冷媒とする回路に有する負荷側冷却器に付着する霜の除霜（デフロスト）は散水デフロストによって行われるのが一般的であるが、この散水デフロストによる負荷側冷却器の除霜は、以下に記載するような問題があった。
すなわち、負荷側冷却器には冷却器負荷の多少に関係なく液ポンプによって二酸化炭素の液冷媒が一定量供給されているので、着霜の影響により交換熱量（液冷媒の気化量）が減少して冷却器内の液冷媒量が多い状態となっている負荷側冷却器に対し散水デフロストによる除霜を行うと、この散水によって負荷側冷却器内における液冷媒の温度が上昇して、通常より多い量の負荷側冷却器内の液冷媒が急激に気化するため二酸化炭素を冷媒とする回路の圧力が急上昇し、負荷側冷却器や冷媒回路の損傷、またカスケードコンデンサによる二酸化炭素の液化ができなくなる恐れがあった。
特開２００２−２４３３５０号公報（第１〜５頁、図１〜５）
本発明は、二酸化炭素等の自然冷媒を用いた２次冷媒回路の負荷側冷却器に付着する霜を除霜（デフロスト）する際、２次冷媒回路に急激な圧力上昇を生じさせることなく除霜ができる冷却システムを提供できるようにした。
上述した課題を解決するために、本発明に係る冷却システムは、少なくともいずれか一方に自然冷媒が循環される１次冷媒回路と２次冷媒回路を備え、１次冷媒回路にて生じる冷熱により２次冷媒回路の冷媒をカスケードコンデンサにより凝縮してレシーバーに貯留し、同レシーバー内の液冷媒を液ポンプによって負荷側の冷却器に送る自然冷媒冷却システムにおいて、前記冷却器をデフロストする際、前記レシーバー内における液冷媒の圧力または温度状態を検知しながら前記冷却器に備えるヒータの加熱量を調整して、同ヒータの加熱による冷却器内における液冷媒の気化量を調整するように構成したものとしてある。
また前記ヒータを電気ヒータで構成し、この電気ヒータの電源をＯＮ／ＯＦＦすることにより、あるいは、電気ヒータの放熱量を増減調整することによりヒータの加熱量を調整できるように構成したものとしてある。
本発明の冷却システムによれば、冷却システム運転中に２次冷媒回路の負荷側冷却器に付着する霜を除霜（デフロスト）する場合は、この２次冷媒回路に有するレシーバー内における二酸化炭素等の自然冷媒が液化した液冷媒の圧力または温度状態を検知しながら負荷側冷却器に備えるヒータの加熱量を調整して負荷側冷却器に付着する霜を除霜（デフロスト）するので、負荷側冷却器内部の温度が急激に上昇せず、負荷側冷却器内部の液冷媒も急激に気化することがない。
したがって、負荷側冷却器や二酸化炭素等を冷媒とする２次冷媒回路を損傷させることなく安全に負荷側冷却器に付着する霜を除霜でき、また、カスケードコンデンサに気化した冷媒が急激に流入することがなくアンモニア等を冷媒とする１次冷媒回路も安定した運転ができる。
また、これまで一般的であった２次冷媒回路に有する負荷側冷却器の散水デフロストによる除霜を、ヒータによるヒータデフロストにしたので、散水デフロストに必要であったデフロスト水槽や送水管等の設備を設置しなくてもよく、したがってこれら設備に掛かる設置コストやメンテナンスコストの節約を図ることができる。
そして冷却システムを休止する際は、前述する冷却器の除霜と同じように、レシーバー内における二酸化炭素等の自然冷媒が液化した液冷媒の圧力または温度状態を検知しながら負荷側冷却器に備えるヒータの加熱量を調整しながら同ヒータを作動することにより、負荷側冷却器内に残留する二酸化炭素等の液冷媒を安全にかつ短時間で回収することもできる。
以下、本発明の冷却システムを添付図面に基づいて説明する。
図において、符号１は冷媒をアンモニアとする１次冷媒回路を、符号２は冷媒を二酸化炭素とする２次冷媒回をそれぞれ示している。
前記１次冷媒回路１においては、レシーバーを兼用する液化したアンモニア冷媒を貯留する凝縮器３の液相３ａに一端が接続されたアンモニア冷媒往管５の他端が膨張弁４を介してカスケードコンデンサ６の１次側入口に接続され、同カスケードコンデンサ６の１次側出口に一端が接続されたアンモニア冷媒復管７の他端が圧縮機８を介して前記凝縮器３の気相３ｂに接続されている。
前記２次冷媒回路２においては、レシーバー９の液相９ａに一端が接続された二酸化炭素冷媒往管１２の他端が液ポンプ１０、調整弁１１、電磁弁１３を介して冷却器１４の冷媒入口１４ａに接続され、同冷却器１４の冷媒出口１４ｂに一端が接続された二酸化炭素冷媒復管１６の他端が復管分岐部１６ａに接続され、同復管分岐部１６ａに一端が接続された直帰管１７の他端が前記レシーバー９の気相９ｂに接続され、また同復管分岐部１６ａに一端が接続された経由入管１８の他端がカスケードコンデンサ６の２次側入口に接続され、同カスケードコンデンサ６の２次側出口に一端が接続された経由出管１９の他端が前記レシーバー９の気相９ｃに接続されている。
また、前記冷却器１４にはこの冷却器１４に付着する霜を除霜（デフロスト）する電気ヒータ１５を設けていて、この電気ヒータ１５は、信号線を介して制御回路２４に接続されている。
また制御回路２４は、信号線を介してレシーバー９に設けている圧力センサ２０と接続されていて、前記電気ヒータ１５によって冷却器１４に付着する霜を除霜（デフロスト）する際は、制御回路２４が、前記レシーバー９に設けている圧力センサ２０が検出するレシーバー９の内圧データを基に、電気ヒータ１５の電源をＯＮ／ＯＦＦして同電気ヒータ１５による加熱量を適宜に調整しながら冷却器１４に付着する霜を除霜（デフロスト）するようになっている。
すなわち、冷却器１４に付着する霜を除霜（デフロスト）する際、同冷却器１４内部に気化しないで液状で溜まっている二酸化炭素の液冷媒が、電気ヒータ１５の加熱による冷却器１４内部の温度上昇によって急激に気化して、この気化した冷媒により冷却器１４や二酸化炭素冷媒復管１６、この二酸化炭素冷媒復管１６後段の直帰管１７、経由入管１８、カスケードコンデンサ６、経由出管１９等の２次冷媒回路２系の構成部材が損傷しないようにするため、電気ヒータ１５の電源をＯＮ／ＯＦＦすることで二酸化炭素の液冷媒の気化量を調整している。
また、上述した電気ヒータ１５における加熱量の調整は、同電気ヒータ１５の電源をＯＮ／ＯＦＦすることで加熱量を調整しているが、電気ヒータ１５の放熱量を増減調整することで加熱量を調整する場合もある。
また制御回路２４による電気ヒータ１５における加熱量の調整は、本実施例では示していないが、レシーバー９の内圧を検知する圧力センサ２０に変えて、レシーバー９に、同レシーバー９内における液冷媒の温度を検知する温度センサを設け、この温度センサの液冷媒の温度データを基にして前記制御回路２４によって電気ヒータ１５による加熱量を適宜に調整しながら動作させる場合もある。
そして、前述したレシーバー９、レシーバー９と液ポンプ１０間の二酸化炭素冷媒往管１２、液ポンプ１０には信号線を介して液量センサ２１を接続してあって、この液量センサ２１によってレシーバー９、レシーバー９と液ポンプ１０間の二酸化炭素冷媒往管１２、液ポンプ１０の液量が監視されている。
また、被空調室等の温度を検出する温度センサ２３が信号線を介して制御回路２２に接続してあって、この温度センサ２３が検出した温度データを基に、制御回路２２によって電磁弁１３の開度が調節される。
本発明に係る冷却システムの実施例を示す構成図。
符号の説明
１ １次冷媒回路
２ ２次冷媒回路
３ 凝縮器
３ａ 液相
３ｂ 気相
４ 膨張弁
５ アンモニア冷媒往管
６ カスケードコンデンサ
７ アンモニア冷媒復管
８ 圧縮機
９ レシーバー
９ａ 液相
９ｂ 気相
９ｃ 気相
１０ 液ポンプ
１１ 調整弁
１２ 二酸化炭素冷媒往管
１３ 電磁弁
１４ 冷却器
１４ａ 冷媒入口
１４ｂ 冷媒出口
１５ 電気ヒータ
１６ 二酸化炭素冷媒復管
１６ａ 復管分岐部
１７ 直帰管
１８ 経由入管
１９ 経由出管
２０ 圧力センサ
２１ 液量センサ
２２ 制御回路
２３ 温度センサ
２４ 制御回路

Claims (2)

  1. １次冷媒としてアンモニアが循環される１次冷媒回路と、２次冷媒として二酸化炭素が循環される２次冷媒回路と、を備え、１次冷媒回路にて生じる冷熱により２次冷媒回路の冷媒をカスケードコンデンサにより凝縮してレシーバーに貯留し、同レシーバー内の液冷媒を液ポンプによって負荷側の冷却器に送る自然冷媒冷却システムにおいて、
    前記冷却器をデフロストする際、前記レシーバー内における液冷媒の圧力または温度状態を検知しながら前記冷却器に備える電気ヒータの電源をＯＮ／ＯＦＦすることにより同ヒータの加熱量を調整して、同ヒータの加熱による冷却器内における液冷媒の気化量を急激に気化しない程度の気化量に調整して、負荷側冷却器及び／又は冷媒回路を損傷させることなく除霜できるように構成してなる冷却システム。
  2. １次冷媒としてアンモニアが循環される１次冷媒回路と、２次冷媒として二酸化炭素が循環される２次冷媒回路と、を備え、１次冷媒回路にて生じる冷熱により２次冷媒回路の冷媒をカスケードコンデンサにより凝縮してレシーバーに貯留し、同レシーバー内の液冷媒を液ポンプによって負荷側の冷却器に送る自然冷媒冷却システムにおいて、
    前記冷却器をデフロストする際、前記レシーバー内における液冷媒の圧力または温度状態を検知しながら前記冷却器に備える電気ヒータの放熱量を増減調整することにより同ヒータの加熱量を調整して、同ヒータの加熱による冷却器内における液冷媒の気化量を急激に気化しない程度の気化量に調整して、負荷側冷却器及び／又は冷媒回路を損傷させることなく除霜できるように構成してなる冷却システム。
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