JP5346343B2 - Two-stage compression heat pump cycle device - Google Patents
Two-stage compression heat pump cycle device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5346343B2 JP5346343B2 JP2010526459A JP2010526459A JP5346343B2 JP 5346343 B2 JP5346343 B2 JP 5346343B2 JP 2010526459 A JP2010526459 A JP 2010526459A JP 2010526459 A JP2010526459 A JP 2010526459A JP 5346343 B2 JP5346343 B2 JP 5346343B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- stage compression
- medium
- heat transfer
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 title claims description 53
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims description 53
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 52
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 42
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 41
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 27
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 15
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 claims description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000011045 prefiltration Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 21
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 14
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004996 alkyl benzenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
- F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/13—Economisers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/23—Separators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressor (AREA)
Description
本発明は、NH3を熱媒として使用し、低段圧縮部と高段圧縮部とからなる二段圧縮機を備えたヒートポンプサイクルを構成する装置において、高温(60〜75℃)、中温(40〜60℃)及び低温(−15〜10℃)の3種の伝熱媒体の取り出しを同時に可能とし、さらに従来より冷凍能力とCOPを向上させたものである。The present invention uses NH 3 as a heat medium, and is a device that constitutes a heat pump cycle that includes a two-stage compressor composed of a low-stage compression section and a high-stage compression section. 40 to 60 ° C.) and low temperature (−15 to 10 ° C.) three kinds of heat transfer media can be taken out at the same time, and the refrigeration capacity and COP are improved more than before.
特許文献1(特開2000−249413号公報)には、従来の二段圧縮冷凍装置が開示されている。以下この構成を説明する。図7において、冷凍装置010は、業務用冷蔵庫、家庭用冷蔵庫、製氷装置、ショーケース用冷凍装置等に適用される。冷媒回路020は、主回路02Mに高段圧縮機021Hと低段圧縮機021Lの2つの圧縮機を備えた二段圧縮冷凍サイクルを構成している。また、中間冷却器022を備えて吐出ガス温度の低減を図っている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-249413 discloses a conventional two-stage compression refrigeration apparatus. This configuration will be described below. In FIG. 7, a
即ち、低段圧縮機021Lの吐出側が冷媒配管023を介して中間冷却器022に接続され、中間冷却器022が冷媒配管023を介して高段圧縮機021Hに接続されている。そして、高段圧縮機021Hの吐出側が冷媒配管023を介して熱源側熱交換器024に接続されている。熱源側熱交換器024は、例えば、空冷凝縮器であって、室外空気と冷媒とが熱交換して該冷媒を凝縮する。あるいは、室外空気以外の伝熱媒体を導入して、該伝熱媒体を加熱するようにしてもよい。
That is, the discharge side of the
熱源側熱交換器024から中間冷却器022の熱交換部022aと膨張弁025と利用側熱交換器026とが順に冷媒配管023によって直列に接続されている。利用側熱交換器026は、例えば、冷凍庫内の庫内空気と冷媒とが熱交換して該冷媒が蒸発し、庫内空気を冷却するように構成されている。そして、利用側熱交換器026は低段圧縮機021Lの吸入側に冷媒配管023によって接続されている。
From the heat source
熱源側熱交換器024には分岐通路030が分岐され、該分岐通路030は、補助膨張弁031を備えるとともに、一端が中間冷却器022に接続されている。中間冷却器022は、分岐通路030から流入した液冷媒の蒸発によって主回路02Mの液冷媒を過冷却するとともに、低段圧縮機021Lから吐出した吐出ガス冷媒を冷却する。
A
この二段圧縮冷凍装置の冷却動作を図8のモリエル線図に基づいて説明する。図8において、先ず、低圧ガス冷媒は、A点の状態から低段圧縮機021Lに流入し、低段圧縮機021LによってB点まで圧縮される。低段圧縮機021Lから吐出したガス冷媒は、中間冷却器022に流入し、後述する冷媒によってC点まで冷却される。
The cooling operation of this two-stage compression refrigeration apparatus will be described based on the Mollier diagram of FIG. In FIG. 8, first, the low-pressure gas refrigerant flows into the low-
その後、この冷却されたガス冷媒は、C点の状態から高段圧縮機021Hに流入し、高段圧縮機021HによってD点まで圧縮される。高段圧縮機021Hから吐出したガス冷媒は、熱源側熱交換器024に流入し、他の伝熱媒体と熱交換してE点まで冷却されて凝縮する。
Thereafter, the cooled gas refrigerant flows into the
この凝縮した高圧液冷媒は、主回路02Mと分岐通路030との2つに分かれる。この分岐通路030を流れる液冷媒は、補助膨張弁031でF点まで減圧されて中間冷却器022に流れる。一方、主回路02Mを流れる液冷媒は中間冷却器022の熱交換部022aに流れる。この中間冷却器022において、分岐通路030からの液冷媒が蒸発し、低段圧縮機021Lの吐出ガス冷媒を冷却するとともに(B→C)、熱交換部022aの液冷媒を過冷却する(E→G)。
The condensed high-pressure liquid refrigerant is divided into two, a
一方、中間冷却器022で蒸発した分岐通路030のガス冷媒と低段圧縮機021Lの吐出ガス冷媒とがC点で合流する。その後、このガス冷媒は高段圧縮機021Hに流入する。主回路02Mの液冷媒は、熱交換部022aのG点から膨張弁025でH点まで減圧されて利用側熱交換器026に流入する。利用側熱交換器026で、例えば、冷凍庫の庫内空気と熱交換して蒸発し、該庫内空気を冷却する。その後蒸発冷媒はA点に戻り、低段圧縮機021Lに流入する。
On the other hand, the gas refrigerant in the
このように、従来の高温や中温の伝熱媒体の取り出しは、主に、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機の吐出ガスの顕熱と凝縮潜熱で熱媒体を加熱することにより行なわれてきた。この方式では、圧縮機吐出ガスのもつ液化までの熱量を高温用と中温用とに案分して行なうことになる。高温取り出しは、主として顕熱利用であることを考慮すると、その取得熱量は吐出ガス温度から凝縮温度域までの約20%以下である。 As described above, the conventional extraction of a high-temperature or medium-temperature heat transfer medium has been performed mainly by heating the heat medium with the sensible heat and latent heat of condensation of the compressor discharge gas constituting the heat pump cycle. In this method, the amount of heat until liquefaction of the compressor discharge gas is divided between high temperature and medium temperature. Considering that high temperature extraction is mainly sensible heat utilization, the amount of heat obtained is about 20% or less from the discharge gas temperature to the condensation temperature range.
さらに、吐出ガスと伝熱媒体とを対向流にして熱交換を行なわせるため、冷凍サイクルの運転条件により吐出温度が低下するような場合には、十分な熱交換ができず、熱量不足が生じる。このため、高温伝熱媒体の取り出しが困難になるという問題が起こる。 Furthermore, since heat is exchanged by making the discharge gas and the heat transfer medium counter flow, when the discharge temperature decreases due to the operating conditions of the refrigeration cycle, sufficient heat exchange cannot be performed, resulting in insufficient heat. . For this reason, the problem that it becomes difficult to take out the high-temperature heat transfer medium occurs.
ヒートポンプサイクル装置において、CO2を冷媒とし圧縮機吐出圧力を臨界圧力以上の超臨界状態で運転することにより、90℃付近の高温伝熱媒体の取り出しが可能になることは従来公知である。
しかし、CO2を超臨界状態で運転すると、高圧部が10〜12MPaほどの高圧となるため、運転に注意を要すると共に、高圧部を耐圧構造とする必要がある。さらに、超臨界運転で追い焚きを行なう場合には、COP(成績係数)が低下するため、運転の自由度が制限されるという問題がある。
However, when CO 2 is operated in a supercritical state, the high pressure portion becomes a high pressure of about 10 to 12 MPa. Therefore, attention is required for operation, and the high pressure portion needs to have a pressure resistant structure. Furthermore, in the case of chasing in supercritical operation, the COP (coefficient of performance) is lowered, and there is a problem that the degree of freedom of operation is limited.
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、二段圧縮ヒートポンプサイクル装置において、高温の伝熱媒体を安定して生成できるようにするとともに、高温、中温及び低温の3種の伝熱媒体の同時取り出しを可能とし、かつCOPを向上でき、運転の自由度が広いヒートポンプサイクル装置を実現することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention enables a high-temperature heat transfer medium to be stably generated in a two-stage compression heat pump cycle device, and simultaneously uses three types of heat transfer media of high temperature, medium temperature, and low temperature. An object of the present invention is to realize a heat pump cycle apparatus that can be taken out, can improve COP, and has a high degree of freedom in operation.
かかる目的を達成するため、本発明の二段圧縮ヒートポンプサイクル装置は、
NH3を熱媒とし、圧縮機が中間冷却器を介在させた低段圧縮部と高段圧縮部からなる二段圧縮機で構成され、
高段圧縮部から吐出されて凝縮器を経た液熱媒が中間冷却器で低段圧縮部から吐出されたガス熱媒と熱交換した後蒸発器を経て低段圧縮部に循環する二段圧縮ヒートポンプサイクル装置において、
第1の伝熱媒体流路を凝縮器に導設し該凝縮器で第1の伝熱媒体をガス熱媒と潜熱熱交換させて高温伝熱媒体を生成するとともに、
第2の伝熱媒体流路を蒸発器に導設し該蒸発器で第2の伝熱媒体を液熱媒と潜熱熱交換させて低温伝熱媒体を生成し、
前記凝縮器と前記中間冷却器との間に第1の過冷却器を、前記中間冷却器と前記蒸発器との間に第2の過冷却器を夫々介設し、
第3の伝熱媒体流路を第2の過冷却器を経て第1の過冷却器に直列に導設し該第1及び第2の過冷却器で第3の伝熱媒体を液熱媒と対向流で顕熱熱交換させて中温伝熱媒体を生成するように構成し、
前記第1の過冷却器と前記中間冷却器との間に第1の膨張弁、前記第2の過冷却器と前記蒸発器との間に第2の膨張弁を夫々介設したことを特徴とする。
In order to achieve this object, the two-stage compression heat pump cycle device of the present invention,
NH 3 is used as a heat medium, and the compressor is composed of a two-stage compressor composed of a low-stage compression section and a high-stage compression section with an intermediate cooler interposed therebetween,
Two-stage compression, in which the liquid heat medium discharged from the high-stage compression section and passed through the condenser exchanges heat with the gas heat medium discharged from the low-stage compression section in the intermediate cooler and then circulates to the low-stage compression section through the evaporator In heat pump cycle equipment,
The first heat transfer medium flow path is led to the condenser, and the first heat transfer medium is subjected to latent heat exchange with the gas heat medium in the condenser to generate a high-temperature heat transfer medium.
A second heat transfer medium flow path is led to the evaporator, and the second heat transfer medium is subjected to latent heat exchange with the liquid heat medium in the evaporator to generate a low-temperature heat transfer medium;
The first subcooler between the intercooler and the condenser, a second subcooler and respectively interposed between said evaporator and said intercooler,
The third heat transfer medium flow path is connected in series to the first subcooler via the second subcooler, and the third heat transfer medium is transferred to the liquid heat medium by the first and second subcoolers. And sensible heat exchange in the counter flow to produce an intermediate temperature heat transfer medium,
A first expansion valve is interposed between the first subcooler and the intermediate cooler, and a second expansion valve is interposed between the second subcooler and the evaporator, respectively. And
本発明では、地球環境にやさしく、熱伝達率、熱吸収効果が大きくて、COPが高く、価格も安いなどの利点があるNH3を熱媒として用いる。これによって、COPを向上できると共に、高圧部の圧力が4MPa程度とCO2の場合と比べて小さいため、耐圧構造を必要とせず、運転も容易である。
また、高圧部がCO2冷媒のように超臨界圧とならないため、追い焚きを行なう場合でも、COPが低下しない。従って、運転の自由度が広い利点がある。In the present invention, NH 3 having advantages such as being friendly to the global environment, having a large heat transfer coefficient and heat absorption effect, high COP, and low price is used as a heat medium. As a result, the COP can be improved, and since the pressure in the high pressure portion is about 4 MPa, which is smaller than that of CO 2 , a pressure resistant structure is not required and the operation is easy.
Further, since the high pressure portion does not become a supercritical pressure unlike the CO 2 refrigerant, the COP does not decrease even when the reheating is performed. Therefore, there is an advantage that the degree of freedom of driving is wide.
また、凝縮器での凝縮温度は65〜80℃、中間冷却器での中間温度は20〜40℃、及び蒸発器で蒸発温度を−20〜10℃とすることができる。そして、NH3熱媒を用いることによって、高段圧縮部の吐出側で高い熱媒温度が得られ、かつ凝縮器での熱媒と伝熱媒体との潜熱熱交換により高温の伝熱媒体を安定して取り出すことが可能になる。Moreover, the condensation temperature in a condenser can be 65-80 degreeC, the intermediate temperature in an intermediate cooler can be 20-40 degreeC, and evaporation temperature can be -20-10 degreeC with an evaporator. By using the NH 3 heat medium, a high heat medium temperature is obtained on the discharge side of the high-stage compression unit, and a high-temperature heat transfer medium is obtained by latent heat exchange between the heat medium and the heat transfer medium in the condenser. It can be taken out stably.
中温伝熱媒体の取り出しは、第1の過冷却器と第2の過冷却器とで行なう。即ち、中温伝熱媒体取り出し用の第3の伝熱媒体流路を第2の過冷却器を経てから第1の過冷却器に直列に導設して、第1及び第2の過冷却器で液熱媒と対向流で顕熱熱交換させる。これによって、40〜60℃の中温伝熱媒体を生成することができる。 The medium temperature heat transfer medium is taken out by the first subcooler and the second subcooler. That is, the third heat transfer medium flow path for taking out the intermediate temperature heat transfer medium passes through the second subcooler and then is connected in series to the first subcooler, so that the first and second subcoolers are provided. In sensible heat exchange with the liquid heat medium. Thereby, an intermediate temperature heat transfer medium of 40 to 60 ° C. can be generated.
また、第1及び第2の過冷却器で熱媒が過冷却されるので、蒸発器で低温伝熱媒体から奪う熱量を増加でき、これによって、COPが向上する。特に、従来方式と比べて、第2の過冷却器での低温伝熱媒体とNH3熱媒との交換熱量がCOP増大分となる。Further, since the heat medium is supercooled by the first and second subcoolers, the amount of heat taken from the low-temperature heat transfer medium by the evaporator can be increased, thereby improving COP. In particular, compared to the conventional method, the amount of heat exchanged between the low-temperature heat transfer medium and the NH 3 heat medium in the second subcooler is an increase in COP.
また、液熱媒の過冷却度が増すことにより、中間温度域での熱媒の乾度が減少する。これによって、熱媒の自己冷却時のフラッシュガスが減り、中間圧力域で発生するガス熱媒量が減少するため、二段圧縮ヒートポンプサイクルの中間圧力が下がる。従って、高段圧縮部と低段圧縮部の消費動力が低減するという利点がある。さらに、蒸発器側での熱吸収能力が増加することにより、本装置のCOPが向上するとともに、高温伝熱媒体の取り出しをさらに安定して行なうことができる。 In addition, when the degree of supercooling of the liquid heat medium increases, the dryness of the heat medium in the intermediate temperature range decreases. As a result, the flash gas during self-cooling of the heat medium is reduced, and the amount of gas heat medium generated in the intermediate pressure region is reduced, so that the intermediate pressure of the two-stage compression heat pump cycle is lowered. Therefore, there is an advantage that the power consumption of the high-stage compression section and the low-stage compression section is reduced. Furthermore, since the heat absorption capacity on the evaporator side is increased, the COP of the present apparatus is improved and the high-temperature heat transfer medium can be taken out more stably.
高温で取り出した熱媒体の用途としては、例えば、60℃の熱媒体を70℃まで昇温して循環する熱供給や暖房、又は吸着式冷凍機の熱源とするか、又はブラインを介して間接に熱交換を行ない給湯用としても用いることができる。生成された中温伝熱媒体の用途として、例えば、15℃程度の供給水を55℃まで昇温して給湯用とするか、あるいはボイラの給水加熱として用いることができる。 As a use of the heat medium taken out at a high temperature, for example, the heat medium at 60 ° C. is heated to 70 ° C. and circulated, or used as a heat source for an adsorption refrigerator, or indirectly through a brine. It can also be used for hot water supply by exchanging heat. As an application of the generated intermediate temperature heat transfer medium, for example, the feed water at about 15 ° C. can be heated to 55 ° C. for hot water supply, or can be used for boiler feed water heating.
低温で取り出した伝熱媒体の用途としては、冷却プロセスとしての活用や、低圧受液器と蒸発器とを組合せてCO2ブラインなどのブラインを供給するインダイレクトシステムや、蒸発器をカスケードコンデンサとして構成し、該カスケードコンデンサでCO2冷媒を液化して、CO2冷媒を液ポンプで循環するNH3−CO2ブライン液ポンプ冷凍システム等に用いることができる。Applications of the heat transfer medium taken out at low temperatures include the use as a cooling process, an indirect system that supplies a brine such as CO 2 brine by combining a low-pressure receiver and an evaporator, and the evaporator as a cascade capacitor. configured, the cascade condenser liquefies the CO 2 refrigerant, a CO 2 refrigerant can be used for NH 3 -CO 2 brine pump refrigeration system or the like for circulating a liquid pump.
本発明装置においては、第1の過冷却器と中間冷却器との間に第1の膨張弁を介設するとともに、第2の過冷却器と蒸発器との間に第2の膨張弁を介設することによって、低段圧縮部と高段圧縮部との間に中間圧力域を形成する二段圧縮ヒートポンプサイクルを構成することができる。 In the device of the present invention, a first expansion valve is interposed between the first subcooler and the intercooler, and a second expansion valve is disposed between the second subcooler and the evaporator. By interposing, a two-stage compression heat pump cycle that forms an intermediate pressure region between the low-stage compression section and the high-stage compression section can be configured.
高段圧縮部の吐出側は、凝縮温度が80℃程度になると、吐出圧力が4MPa前後となるため、NH3熱媒の漏れのない構造が求められる。そのため、本発明装置において、好ましくは、少なくとも高段圧縮部を駆動するために固定子の巻線としてアルミ線材を使用した密閉型モータ又は密閉型IPMモータを備えるようにするとよい。これによって、高段圧縮部の駆動モータをNH3熱媒による腐食から守り、かつNH3熱媒が装置外に漏洩するのを防止することができる。On the discharge side of the high-stage compression section, when the condensing temperature reaches about 80 ° C., the discharge pressure becomes around 4 MPa, so a structure without leakage of NH 3 heating medium is required. Therefore, in the device of the present invention, it is preferable to provide a sealed motor or a sealed IPM motor that uses an aluminum wire as a stator winding to drive at least the high-stage compression section. As a result, the drive motor of the high-stage compression unit can be protected from corrosion by the NH 3 heat medium, and the NH 3 heat medium can be prevented from leaking outside the apparatus.
また、本発明装置において、二段圧縮機を、高段圧縮部と低段圧縮部とが直列に連結された単機二段圧縮機とすれば、二段圧縮機の構成をコンパクトにまとめることができ、設置スペースを削減できるとともに、圧縮機に要する動力を低減することができる。さらに、前記密閉型モータの構成と単機二段圧縮機の構成を組み合わせれば、夫々の構成の相乗効果を得ることができる。 In the device of the present invention, if the two-stage compressor is a single-unit two-stage compressor in which a high-stage compressor and a low-stage compressor are connected in series, the configuration of the two-stage compressor can be compactly combined. In addition, the installation space can be reduced and the power required for the compressor can be reduced. Furthermore, if the configuration of the hermetic motor and the configuration of a single-stage two-stage compressor are combined, a synergistic effect of each configuration can be obtained.
また、本発明装置において、高段圧縮部の吐出側に油分離器を介設し、高段圧縮部から吐出されたNH3を凝縮器で予冷却した後、該油分離器に導入するように構成するとよい。かかる構成とすれば、高段圧縮部から高温で吐出されたガス熱媒を一旦凝縮器で冷却した後で油分離器に導入するので、油分離器を構成するエレメントの耐久性を劣化させないで済み、また、ガス熱媒に混入した油ミストの粘度を低下させることにより、ガス熱媒との分離効果を向上させることができる。また、ガス熱媒を冷却することにより、油分離器を通過するガス熱媒の容積を減少させることができるので、適正な通過流速を確保することができる。In the apparatus of the present invention, an oil separator is provided on the discharge side of the high-stage compression section, and NH 3 discharged from the high-stage compression section is precooled by the condenser and then introduced into the oil separator. It is good to configure. With this configuration, the gas heat medium discharged at a high temperature from the high-stage compression section is once cooled by the condenser and then introduced into the oil separator, so that the durability of the elements constituting the oil separator is not deteriorated. In addition, by reducing the viscosity of the oil mist mixed in the gas heating medium, it is possible to improve the separation effect from the gas heating medium. In addition, by cooling the gas heating medium, the volume of the gas heating medium passing through the oil separator can be reduced, so that an appropriate passage flow rate can be ensured.
また、油分離器を、圧縮ガスと油ミストとからなる混合流体が流入する流入口を囲んで袋状に覆うように配設された油分離エレメントで構成し、該油分離エレメントを、内側から外側に向けて、荒メッシュ径の荒分離用プレフィルタエレメントと、油ミストを捕捉可能な微細メッシュ径のフィルタエレメントと、多数のガス熱媒通過孔を有し該フィルタエレメントで捕捉した油ミストの再飛散を防止する飛散防止用エレメントの三層から構成するとよい。 Further, the oil separator is constituted by an oil separation element disposed so as to surround a flow inlet into which a mixed fluid composed of compressed gas and oil mist flows and is covered in a bag shape, and the oil separation element is formed from the inside. A rough separation prefilter element having a rough mesh diameter, a fine mesh diameter filter element capable of capturing oil mist, and a large number of gas heat medium passage holes, and the oil mist captured by the filter element facing outward. It is good to comprise from the three layers of the element for scattering prevention which prevents re-scattering.
NH3熱媒では、高段圧縮部から吐出されるガス熱媒の温度は100℃以上になる。これに対し、微細メッシュ径のフィルタエレメント本体の内側に荒メッシュ径の荒分離用フィルタを設け、該荒分離フィルタエレメントで予めスケールや大きな油ミストを分離することにより、フィルタエレメント本体が150℃までの耐久性を確保することができる。また、該フィルタエレメント本体の外周側に飛散防止用フィルタを設けることにより、一旦ガス熱媒から分離した油ミストの飛散を防止できるので、ガス熱媒からの油ミストの分離効率を向上できる。In the NH 3 heat medium, the temperature of the gas heat medium discharged from the high-stage compression unit is 100 ° C. or higher. On the other hand, a rough separation filter having a coarse mesh diameter is provided inside the filter element main body having a fine mesh diameter, and the filter element main body is up to 150 ° C. by separating scale and large oil mist in advance with the rough separation filter element. It is possible to ensure durability. Further, by providing a filter for preventing scattering on the outer peripheral side of the filter element body, it is possible to prevent the oil mist once separated from the gas heating medium from being scattered, so that the separation efficiency of the oil mist from the gas heating medium can be improved.
また、二段圧縮機の潤滑油としてNH3冷媒と非相溶性の油を用いるようにすれば、油分離器での油ミストの分離効果を更に向上することができる。In addition, if an oil incompatible with the NH 3 refrigerant is used as the lubricating oil for the two-stage compressor, the oil mist separation effect in the oil separator can be further improved.
次に本発明装置の第1実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る、NH3を熱媒とした二段圧縮ヒートポンプサイクル装置の系統図である。図1において、二段圧縮ヒートポンプサイクル装置1の高段圧縮機11の吐出側熱媒配管2に油分離器12が介設され、高段圧縮機11でガス状の熱媒に混じった潤滑油を油分離器12で分離し、分離した潤滑油を戻しライン12aを介して高段圧縮機11又は後述する低段圧縮機19に戻している。なお、本実施形態では、NH3熱媒と非相溶性の潤滑油、例えばナフテン系の鉱油、又はアルキルベンゼン(合成油)等を用いている。Next, 1st Embodiment of this invention apparatus is described based on FIGS. FIG. 1 is a system diagram of a two-stage compression heat pump cycle apparatus using NH 3 as a heat medium according to the present embodiment. In FIG. 1, an
油分離器12の下流側熱媒配管2には凝縮器13が介設されている。凝縮器13には、ガス状のNH3熱媒と熱交換して高温の伝熱媒体を取り出すために、伝熱媒体ライン14が接続され、高温取り出し用伝熱媒体aとガス熱媒とが間接的に潜熱熱交換される。凝縮器13で、該伝熱媒体aが高温のガス熱媒と潜熱熱交換されて、該伝熱媒体aが加熱されるとともに、ガス熱媒は冷却されて液化する。A
凝縮器13の下流側熱媒配管2には第1の過冷却器15が介設されている。第1の過冷却器15には中温取り出し用伝熱媒体bを導入する伝熱媒体ライン16が導設され、ここで該伝熱媒体bと液熱媒とが顕熱熱交換され、該伝熱媒体bが加熱されると共に、液熱媒は過冷却される。第1の過冷却器15の下流側には第1の膨張弁17が介設され、液熱媒は第1の膨張弁17を通過して減圧された後、中間冷却器18に到る。
A
中間冷却器18には低段圧縮機19の吐出側熱媒配管5を介して低段圧縮機19から吐出されたNH3ガス熱媒が供給される。第1の膨張弁17で減圧された液熱媒の一部は、中間冷却器18の内部で、熱媒配管5から供給されたガス熱媒の熱を吸収して蒸発する。そして、中間冷却器18内のガス熱媒n1は熱媒配管3を通って高段圧縮機11に導入される。中間冷却器18内の液熱媒n2は、熱媒配管4を経て第2の過冷却器21に到る。The NH 3 gas heat medium discharged from the
第2の過冷却器21には、中温取り出し用伝熱媒体ライン16の上流側が導設され、中温取り出し用伝熱媒体bは、まず、第2の過冷却器21で液熱媒と熱交換して予熱され、一方、液熱媒はさらに過冷却度を増す。このように、中温取り出し用熱媒体ライン16は、第2の過冷却器21を経て第1の過冷却器15に直列に導設されており、中温取り出し用熱媒体bは、まず第2の過冷却器21で予熱された後、第1の過冷却器15でさらに加熱されるように構成されている。
The
第2の過冷却器21の下流側熱媒配管4には、第2の膨張弁22が介設されており、液熱媒は第2の膨張弁22を通ってさらに減圧される。減圧された熱媒は蒸発器23に到る。蒸発器23には低温取り出し用熱媒体ライン24が導設されている。蒸発器23で低温取り出し用熱媒体cと液熱媒とが潜熱熱交換され、液熱媒は該伝熱媒体cから蒸発潜熱を奪って蒸発し、ガス熱媒となって低段圧縮機19に到り、低段圧縮機19で圧縮される。一方、伝熱媒体cは冷却されて低温伝熱媒体として用途先に供給される。
A
なお、本実施形態では、高段圧縮機11と低段圧縮機19とは両者の回転軸が直列に接続された単機二段圧縮機として構成されている。即ち、高段圧縮機11及び低段圧縮機19は往復動型圧縮機であり、これらのピストンはピストンロッドを介して同一のクランク軸に接続され、同一のクランク軸で駆動される。
In the present embodiment, the high-
次に本実施形態のヒートポンプサイクル装置1の作動を図2のモリエル線図により説明する。図2において、ダッシュを付さないAからHまでの符号は、図7に示す従来の二段圧縮冷凍装置010の作動状態を示し、この作動動作はすでに図8のモリエル線図で説明済みである。本実施形態のヒートポンプサイクル装置1の作動動作は、AからB、C、Dを通り、E点に至るまでは、従来の二段圧縮冷凍装置010の作動動作と同一である。
Next, the operation of the heat
即ち、低圧ガス熱媒は、A点の状態から低段圧縮機19に流入し、低段圧縮機19によってB点まで圧縮される。低段圧縮機19から吐出したガス熱媒は中間冷却器18に流入し、熱媒配管2から中間冷却器18に流入した液熱媒によって冷却されてC点に到る。
That is, the low-pressure gas heating medium flows into the
中間冷却器18内のガス熱媒n1は、高段圧縮機11に到って圧縮され(D点)、高段圧縮機11から吐出したガス熱媒は、凝縮器13で冷却され凝縮する(E点)。凝縮器13から出た液冷媒は、第1の過冷却器15でさらに冷却されて過冷却域に到る(E’点)。第1の過冷却器15から出た液冷媒は、第1の膨張弁17を通って減圧された後、中間冷却器18に到る(F’点)。The gas heat medium n 1 in the
第1の膨張弁17を経て減圧された液熱媒の一部が、中間冷却器18で低段圧縮機19の吐出側熱媒配管5から流入したガス熱媒の保有熱を吸収して蒸発し(F’→C)、高段圧縮機11に到る。一方、残りの液冷媒n2は第2の過冷却器21に到り、第2の過冷却器21で中温取り出し用熱媒体bによって冷却される(F’→G’)。第2の過冷却器21を出た液熱媒は、第2の膨張弁22を通って減圧され(G’→H’)、その後、蒸発器23で低温取り出し用熱媒体cから蒸発潜熱を奪って蒸発する(H’→A)。蒸発したガス熱媒は再び低段圧縮機19で圧縮される(A→B)。A part of the liquid heat medium depressurized through the
本実施形態においては、熱媒としてNH3を用いているが、NH3は可燃性及び有毒性であるため、NH3が外気に漏洩するのを防止する必要がある。高段圧縮機11は、凝縮温度が80℃程度になると、吐出圧力が4MPa程度になるため、NH3の漏洩のない構造が要求される。そこで、高段圧縮機11の駆動装置は、NH3によって腐食されないアルミ線材を固定子の巻線として用いたハーメチック型モータを用いている。以下この構造を図3に基づいて説明する。In the present embodiment, NH 3 is used as a heat medium. However, NH 3 is flammable and toxic, so it is necessary to prevent NH 3 from leaking to the outside air. The
ハーメチック型モータ30は、高段圧縮機11及び低段圧縮機19のピストンを駆動するクランク軸と結合されて、高段圧縮機11及び低段圧縮機19を駆動する。ハーメチック型モータ30は、例えば、3相誘導モータであり、略円筒形状の耐圧力密封筐体31を備えており、筐体31には密封玉軸受32によって回転軸33が回転可能に支持されている。そして、回転軸33の一端(紙面右側)は、筐体31から突出して高段圧縮機11及び低段圧縮機19のクランク軸に結合される。
The
回転軸33には回転子34が取り付けられ、筐体31の内面側に設けられたフレーム31aの内側に、この回転子34を取り囲むようにして、固定子35が配設されている。固定子35には巻線36が装着されている。そして、筐体31に端子箱37が接続され、巻線36は、端子箱37から配線38により、サーマルリレー39、電磁接触器41、及び遮断器42を介して3相交流電源43に接続されている。この電力供給機構によって、ハーメチック型モータ30が回転駆動される。
A
図4に示すように、本実施形態のヒートポンプサイクル装置1に用いられる圧縮機50は、往復動型の高段圧縮機11及び低段圧縮機19が多気筒式に並設されて構成されている。圧縮機50のクランク室51では、高段圧縮機11及び低段圧縮機19のピストン(図示略)がピストンロッドを介して単一のクランク軸52に接続されている。
As shown in FIG. 4, the
ハーメチック型モータ30の回転軸33が、クランク軸52とカップリング53によって結合されており、この結合部分は、クランク室51とハーメチック型モータ30の筐体31との間で、圧縮機50とハーメチック型モータ30とを気密状態で完全に一体化する接続ケーシング54の内部に位置している。
A
ハーメチック型モータ30が回転すると、その回転が圧縮機50のクランク軸52に伝達されて、高段圧縮機11及び低段圧縮機19を駆動する。なお、図示しないが、筐体31にはNH3熱媒の導入口及び排出口が設けられており、NH3熱媒の一部が該導入口から筐体31内に導入されることによって、ハーメチック型モータ30が冷却される。When the
図3において、回転子34はアルミニウムダイキャスト製であり、固定子35は、例えば、磁性鋼板(JISC2522)の表面に絶縁コーティングが施されている。巻線36は高純度のアルミニウム線で構成され、表面にフッ素系樹脂のパーフルオロアルコキシ(Perfluoro alkoxy:PFA)が被覆されている。アルミニウム線は銅線に比べて導電率が低いが、NH3によって腐食することはない。また、表面に、絶縁性、アルミニウム線に対する追従性、耐クラック性及び熱劣化耐性の良好なPFAを被覆しているので、NH3熱媒に対する耐久性を高くすることができる。In FIG. 3, the
なお、ハーメチック型モータ30として、三相誘導モータの代わりに、永久磁石埋め込み型の同期モータであるIPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)を用いてもよい。IPMモータは回転子に永久磁石が埋め込まれており、回転子を囲むようにして、固定子が配置される。IPMモータを用いることにより、圧縮機50の駆動モータを高効率化及び小型化することができるばかりでなく、所謂PAM回転数制御等の回転数制御によって、駆動モータを最適制御することができる(なお、NH3熱媒を用いたヒートポンプサイクル装置にアルミ線材を巻き線として用いたハーメチック型モータ又はIPMモータを適用する場合の詳細な構成については、本出願人が先に出願した特開2004−56990号公報を参照されたい。)。As the
次に、油分離器12の構造を図5に基づいて説明する。図5において、油セパレータの隔壁10にNH3熱媒と潤滑油との混合流体dが流入する入口開口10aが設けられ、該入口開口10aの下部に油分離器12が取り付けられている。油分離器12は、中心に開口122aを有する上部カバー122と、円筒状の油分離エレメント構造123と、下部カバー124とからなり、中心に垂設された心棒121の下端部に螺合された円筒状の大径部121aに下部カバー124が支持されることによって、油分離器12の入口開口10aに固定されている。Next, the structure of the
油分離エレメント構造123は上部開口を有し、上部開口から流入した混合流体dは荒分離エレメント125を内側から外側に、即ち、矢印e方向に通過する際に潤滑油とゴミが分離される。油分離エレメント構造123は、内周側から外周側に向かって荒分離エレメント125、正規分離エレメント126及び飛散防止エレメント127の3層構造になっている。そして、正規分離エレメント126の外周側には正規分離エレメント126のサポート部材128が設けられ、飛散防止エレメント127の外周側には飛散防止エレメント127のガード部材129が設けられている。荒分離エレメント125は、金属製の荒いワイヤメッシュで構成され、ここで大きな油ミストやゴミを分離する。
The oil
正規分離エレメント126は、例えばグラスウールなどで構成され、ポーラスなスポンジ状をなし、微細なメッシュ径を有し、ここで細かな油ミストまで分離される。飛散防止エレメント127は多数のガス熱媒通過孔を有し、ここで正規分離エレメント126に補足された油ミストが再飛散するのを防止する。かかる構成の油分離エレメント123によって、ミクロン単位の油ミストまで分離されるとともに、荒分離エレメント125を設けることで、ゴミによる正規分離エレメント126の破損の可能性を低減することができる。
The
かかる構成の本実施形態によれば、熱媒特性の優れるNH3熱媒を用い、高段圧縮機11の吐出側冷媒温度が100℃以上になり、凝縮器13での凝縮温度が65〜80℃となる。そして、凝縮器13に高温取り出し用伝熱媒体ライン14が導設され、ライン14を流れる伝熱媒体aがNH3熱媒と対向流で潜熱熱交換を行ない、図2中の(D→E)分の熱量を吸収するので、60〜75℃の高温伝熱媒体aを取り出すことができる。According to this embodiment having such a configuration, the NH 3 heat medium having excellent heat medium characteristics is used, the discharge-side refrigerant temperature of the
また、中間冷却器18でNH3熱媒の中間温度は20〜40℃となるが、中温取り出し用伝熱媒体ラインbは第2の過冷却器21から第1の過冷却器15に直列に配設され、第2の過冷却器21及び第1の過冷却器15の両方で液熱媒と顕熱して加温され、図2中の(E→G’)分の熱量を吸収するので、40〜60℃の中温伝熱媒体bを取り出すことができる。例えば、凝縮器13吐出側の凝縮熱媒液の温度が60℃の場合には、55℃程度の伝熱媒体bを取り出すことができる。In addition, the intermediate temperature of the NH 3 heat medium is 20 to 40 ° C. in the
そして、蒸発器23では低温取り出し用伝熱媒体cと液熱媒とが潜熱熱交換することによって、図2中の(H’→A)分の蒸発潜熱量が得られる。これによって、−15〜10℃の低温伝熱媒体を取り出すことができる。
Then, in the
中温取り出し用伝熱媒体ラインbでは、第1の過冷却器15及び第2の過冷却器21の2段階で液熱媒を過冷却するので、図2に示すように、従来の冷凍装置より冷凍効果がΔh分だけ増加し、蒸発器23での蒸発潜熱の吸収量が増加する。
In the medium temperature extraction heat transfer medium line b, since the liquid heat medium is supercooled in two stages of the
例えば、中間冷却器18の中間温度が40℃の液熱媒のエンタルピーは145.6kcal/kgであり、それを第2の過冷却器21で15℃まで過冷却すると、液冷媒のエンタルピーは117.8kcal/kgとなるので、冷凍効果の増加分はΔh=145.6−117.8=27.8kcal/kgとなる。この増加分は蒸発器23で液熱媒が−20℃から10℃に温度上昇する際に吸収する蒸発潜熱の約10%に相当する。このことから、最大で約10%程度の熱吸収効果の増加が見込まれる。
For example, the enthalpy of the liquid heat medium whose intermediate temperature of the
さらに、第1の過冷却器15及び第2の過冷却器21で液熱媒の過冷却度を増加させることにより、中間温度域での熱媒の乾度が減少し、これによって、熱媒の自己冷却のフラッシュガスが減少する。従って、中間圧力域でのガス熱媒の循環量が減少するため、中間圧力が減少し、高段圧縮機11及び低段圧縮機19の消費動力が低減する。さらに、蒸発器23での熱吸収能力の向上によって、ヒートポンプサイクル装置1のCOPが向上すると共に、高温伝熱媒体の安定した取り出しが可能になる。
Further, by increasing the degree of supercooling of the liquid heat medium by the
また、NH3熱媒を用いたことにより、高圧部の圧力が4MPa程度とCO2の場合と比べて小さいため、耐圧構造を必要とせず、運転も容易である。また、高圧部がCO2冷媒のように超臨界圧とならないため、追い焚きを行なう場合でも、COPが低下しない。従って、運転の自由度が広い利点がある。Further, by using the NH3 heat medium, since the pressure of the high pressure section is smaller than in the case of 4MPa about and CO 2, without requiring a pressure-resistant structure, is easy operation. Further, since the high pressure portion does not become a supercritical pressure unlike the CO 2 refrigerant, the COP does not decrease even when the reheating is performed. Therefore, there is an advantage that the degree of freedom of driving is wide.
また、圧縮機50の高段圧縮機11に往復動型圧縮機を用いたことにより、往復動型圧縮機は、吐出側のガス熱媒に多量の潤滑油が介在しないため、熱媒循環量を確保でき、ガス熱媒を高温度にすることができる。ちなみに、スクリュー圧縮機は、吐出側のガス熱媒に多量の潤滑油が介在するため、熱媒循環量が低下し、ガス熱媒の温度が低下してしまう。
In addition, since the reciprocating compressor is used as the
また、圧縮機50の駆動手段として、固定子35の巻線36にアルミニウム線材を用いたハーメチック型モータ30を設け、かつNH3熱媒が外部に漏れない密閉構造としているので、可燃性及び有毒性を有し腐食性が強いNH3が外部に漏れる心配がなく、かつ圧縮機50の駆動モータがNH3によって腐食される心配がない。Further, as a driving means of the
また、本実施形態では、高段圧縮機11と低段圧縮機19の駆動軸が単一のクランク軸52に連結された単機二段構造となっているので、ヒートポンプサイクル装置1の設置スペースを低減し、高段圧縮機11及び低段圧縮機19の駆動動力を低減することができる。
In this embodiment, since the drive shafts of the high-
また、本実施形態では、高段圧縮機11の吐出側に図5に示す構成を有する油分離器12を設けたことにより、高段圧縮機11から吐出するガス熱媒に混入する潤滑油を高精度に分離でき、かつ潤滑油としてNH3と非相溶性の潤滑油を用いているため、NH3熱媒に混入する潤滑油をミクロン単位で分離することができる。In the present embodiment, the
次に本発明装置の第2実施形態を図6に基づいて説明する。図6において、本実施形態においては、高段圧縮機11の吐出側熱媒配管において、高段圧縮機11から吐出した熱媒を凝縮器13に導入する熱媒配管2aと凝縮器13で顕熱熱交換した後の冷媒を油分離器12に導入する熱媒配管2bを設けている。その他の構成は、熱媒としてNH3を用いることも含めて、前記第1実施形態と同一であるので、同一部分については説明を省略する。Next, 2nd Embodiment of this invention apparatus is described based on FIG. In FIG. 6, in the present embodiment, in the discharge side heat medium pipe of the
本実施形態では、高段圧縮機11から吐出された高温のガス熱媒を一旦凝縮器13に導き、凝縮器13で高温取り出し用伝熱媒体aと対向流で顕熱熱交換させて予冷却し、その後、ガス熱媒を油分離器12に導入するようにしている。高段圧縮機11から吐出したNH3熱媒は100℃以上の温度を有する。この高温のガス熱媒を直接油分離器12に導入させずに、一旦凝縮器13で顕熱熱交換して100℃以下の温度に予冷却して油分離器12に導入することにより、油分離器12の分離エレメントの耐久性をガス熱媒の高熱で劣化させないようにすることができる。In the present embodiment, the high-temperature gas heat medium discharged from the high-
また、高段圧縮機11から吐出したガス熱媒を予冷却してから油分離器12に導入することにより、油分離器12の分離エレメントを通過するガス熱媒の容積を減少させることができるので、適正な通過流速を確保することができる。その他前記第1実施形態と同一の作用効果を奏することができる。
In addition, by precooling the gas heat medium discharged from the high-
本発明によれば、NH3熱媒を用いた二段圧縮ヒートポンプサイクル装置において、高温、中温及び低温の3種の温度域の伝熱媒体を同時に取り出すことができるとともに、COPを向上させ、かつ高段圧縮機の吐出側でガス熱媒に混入した潤滑油を高精度で分離できるヒートポンプサイクル装置を実現することができる。According to the present invention, in a two-stage compression heat pump cycle device using NH 3 heat medium, heat transfer media in three temperature ranges of high temperature, medium temperature and low temperature can be taken out simultaneously, COP can be improved, and It is possible to realize a heat pump cycle device capable of separating the lubricating oil mixed in the gas heat medium with high accuracy on the discharge side of the high stage compressor.
Claims (6)
高段圧縮部から吐出されて凝縮器を経た液熱媒が中間冷却器で低段圧縮部から吐出されたガス熱媒と熱交換した後蒸発器を経て低段圧縮部に循環する二段圧縮ヒートポンプサイクル装置において、
第1の伝熱媒体流路を凝縮器に導設し該凝縮器で第1の伝熱媒体をガス熱媒と潜熱熱交換させて高温伝熱媒体を生成するとともに、
第2の伝熱媒体流路を蒸発器に導設し該蒸発器で第2の伝熱媒体を液熱媒と潜熱熱交換させて低温伝熱媒体を生成し、
前記凝縮器と前記中間冷却器との間に第1の過冷却器を、前記中間冷却器と前記蒸発器との間に第2の過冷却器を夫々介設し、
第3の伝熱媒体流路を第2の過冷却器を経て第1の過冷却器に直列に導設し該第1及び第2の過冷却器で第3の伝熱媒体を液熱媒と対向流で顕熱熱交換させて中温伝熱媒体を生成するように構成し、
前記第1の過冷却器と前記中間冷却器との間に第1の膨張弁、前記第2の過冷却器と前記蒸発器との間に第2の膨張弁を夫々介設したことを特徴とする二段圧縮ヒートポンプサイクル装置。 NH 3 is used as a heat medium, and the compressor is composed of a two-stage compressor composed of a low-stage compression section and a high-stage compression section with an intermediate cooler interposed therebetween,
Two-stage compression, in which the liquid heat medium discharged from the high-stage compression section and passed through the condenser exchanges heat with the gas heat medium discharged from the low-stage compression section in the intermediate cooler and then circulates to the low-stage compression section through the evaporator In heat pump cycle equipment,
The first heat transfer medium flow path is led to the condenser, and the first heat transfer medium is subjected to latent heat exchange with the gas heat medium in the condenser to generate a high-temperature heat transfer medium.
A second heat transfer medium flow path is led to the evaporator, and the second heat transfer medium is subjected to latent heat exchange with the liquid heat medium in the evaporator to generate a low-temperature heat transfer medium;
The first subcooler between the intercooler and the condenser, a second subcooler and respectively interposed between said evaporator and said intercooler,
The third heat transfer medium flow path is connected in series to the first subcooler via the second subcooler, and the third heat transfer medium is transferred to the liquid heat medium by the first and second subcoolers. And sensible heat exchange in the counter flow to produce an intermediate temperature heat transfer medium,
A first expansion valve is interposed between the first subcooler and the intermediate cooler, and a second expansion valve is interposed between the second subcooler and the evaporator, respectively. A two-stage compression heat pump cycle device.
該油分離エレメントは、内側から外側に向けて、荒メッシュ径の荒分離用プレフィルタエレメントと、油ミストを捕捉可能な微細メッシュ径のフィルタエレメントと、多数のガス熱媒通過孔を有し該フィルタエレメントで捕捉した油ミストの再飛散を防止する飛散防止用エレメントの三層から構成されていることを特徴とする請求項4に記載の二段圧縮ヒートポンプサイクル装置。 The oil separator is composed of an oil separation element disposed so as to surround a flow inlet into which a mixed fluid composed of compressed gas and oil mist flows and covers the bag.
The oil separation element has, from the inside toward the outside, a rough separation pre-filter element having a coarse mesh diameter, a fine mesh diameter filter element capable of capturing oil mist, and a large number of gas heat medium passage holes. 5. The two-stage compression heat pump cycle device according to claim 4 , wherein the two-stage compression heat pump cycle device comprises three layers of anti-scattering elements that prevent re-entrainment of oil mist captured by the filter element.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2008/065308 WO2010023737A1 (en) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Two-stage compressor heat pump cycling apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2010023737A1 JPWO2010023737A1 (en) | 2012-01-26 |
JP5346343B2 true JP5346343B2 (en) | 2013-11-20 |
Family
ID=41720926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010526459A Expired - Fee Related JP5346343B2 (en) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Two-stage compression heat pump cycle device |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2317251A1 (en) |
JP (1) | JP5346343B2 (en) |
WO (1) | WO2010023737A1 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012174105A2 (en) | 2011-06-13 | 2012-12-20 | Lingelbach Fred | Refrigeration system and methods for refrigeration |
JP5330471B2 (en) * | 2011-09-01 | 2013-10-30 | 八洋エンジニアリング株式会社 | Air conditioner |
DE102011120176B4 (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-20 | Robert Bosch Gmbh | Reversible heat pump device and method for its operation |
US9964339B2 (en) * | 2016-01-19 | 2018-05-08 | Heatcraft Refrigeration Products Llc | Cooling system with low temperature load |
CN107036319B (en) * | 2016-02-04 | 2020-10-02 | 松下知识产权经营株式会社 | Refrigeration cycle device |
WO2017157924A2 (en) | 2016-03-15 | 2017-09-21 | Hsl Energy Holding Aps | Heat pump apparatus |
US10767911B2 (en) * | 2017-11-21 | 2020-09-08 | Heatcraft Refrigeration Products Llc | Cooling system |
CN109708337B (en) * | 2019-03-04 | 2021-10-01 | 北京热科能源技术研究有限公司 | Multistage series compression heat pump unit |
CN113251698A (en) * | 2021-04-29 | 2021-08-13 | 太原理工大学 | Large-temperature-difference multistage compression mixed working medium heat pump system suitable for recovering waste heat of power plant |
DE102022118369A1 (en) * | 2022-07-22 | 2024-01-25 | Man Energy Solutions Se | Compression refrigeration machine, system of compression refrigeration machines and method for operating a compression refrigeration machine |
DE102022127011A1 (en) | 2022-10-14 | 2024-04-25 | Lübbers FTS GmbH | Heat pump device for energy-efficient generation of process heat, drying device for drying a material to be dried and method for operating a heat pump device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5731767A (en) * | 1980-08-01 | 1982-02-20 | Hitachi Ltd | Double stage screw refrigerating plant |
JPS58145859A (en) * | 1982-02-24 | 1983-08-31 | 株式会社日立製作所 | Two-stage screw refrigerator |
JPH05245321A (en) * | 1992-03-06 | 1993-09-24 | Nippon Muki Co Ltd | Mist filter and mist collector |
JP2004056990A (en) * | 2002-05-29 | 2004-02-19 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Rotary electric machine coupled to the same for ammonia |
JP2006220351A (en) * | 2005-02-10 | 2006-08-24 | Hitachi Ltd | Freezer |
JP2007127411A (en) * | 2007-02-19 | 2007-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | Refrigerating cycle device using non-azeotropic mixture refrigerant |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000249413A (en) | 1999-03-01 | 2000-09-14 | Daikin Ind Ltd | Refrigeration unit |
-
2008
- 2008-08-27 EP EP08809387A patent/EP2317251A1/en not_active Withdrawn
- 2008-08-27 JP JP2010526459A patent/JP5346343B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-08-27 WO PCT/JP2008/065308 patent/WO2010023737A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5731767A (en) * | 1980-08-01 | 1982-02-20 | Hitachi Ltd | Double stage screw refrigerating plant |
JPS58145859A (en) * | 1982-02-24 | 1983-08-31 | 株式会社日立製作所 | Two-stage screw refrigerator |
JPH05245321A (en) * | 1992-03-06 | 1993-09-24 | Nippon Muki Co Ltd | Mist filter and mist collector |
JP2004056990A (en) * | 2002-05-29 | 2004-02-19 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Rotary electric machine coupled to the same for ammonia |
JP2006220351A (en) * | 2005-02-10 | 2006-08-24 | Hitachi Ltd | Freezer |
JP2007127411A (en) * | 2007-02-19 | 2007-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | Refrigerating cycle device using non-azeotropic mixture refrigerant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2317251A1 (en) | 2011-05-04 |
JPWO2010023737A1 (en) | 2012-01-26 |
WO2010023737A1 (en) | 2010-03-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5346343B2 (en) | Two-stage compression heat pump cycle device | |
EP2019272B1 (en) | Combined receiver and heat exchanger for a secondary refrigerant | |
WO2001022008A1 (en) | Multi-stage compression refrigerating device | |
US20110185765A1 (en) | Heat pump apparatus | |
KR100356627B1 (en) | Ammonia refrigerator | |
US20100011791A1 (en) | R422d heat transfer systems and r22 systems retrofitted with r422d | |
US6385995B1 (en) | Apparatus having a refrigeration circuit | |
JP6884507B2 (en) | Turbo compressor, turbo refrigerator equipped with this | |
CN107532826B (en) | Turbine refrigerating device | |
JP5272941B2 (en) | Turbo compressor and refrigerator | |
JP6004004B2 (en) | Turbo refrigerator | |
JP2018066308A (en) | Turbomachine | |
JP4651452B2 (en) | Refrigeration air conditioner | |
WO2015104822A1 (en) | Refrigeration cycle device | |
JP4454323B2 (en) | Refrigeration system | |
JP4722963B2 (en) | refrigerator | |
JP2007051788A (en) | Refrigerating device | |
WO2021117254A1 (en) | Spot cooler device | |
JP2009204258A (en) | Turbo refrigerating machine | |
KR20190117265A (en) | Gas engine-driven heat pump type air conditioning and hot water suppling apparatus | |
JPH11223397A (en) | Freezer refrigerator | |
JP2010210133A (en) | Refrigerating cycle device | |
JP5419365B2 (en) | Turbo refrigerator | |
JP4341492B2 (en) | Refrigerant cooling circuit | |
JP2009204259A (en) | Turbo refrigerating machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121211 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130730 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130816 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |