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JP5733866B1 - Refrigerant heat exchanger - Google Patents

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JP5733866B1
JP5733866B1 JP2014100863A JP2014100863A JP5733866B1 JP 5733866 B1 JP5733866 B1 JP 5733866B1 JP 2014100863 A JP2014100863 A JP 2014100863A JP 2014100863 A JP2014100863 A JP 2014100863A JP 5733866 B1 JP5733866 B1 JP 5733866B1
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巌 寺島
晃奈 津田
晃奈 津田
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正人 竹田
正人 竹田
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Mayekawa Manufacturing Co
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Abstract

【課題】製造コストを増大させることなく圧縮機への液バックを確実に防止すると共に、冷媒ガスの圧力損失を低減して動力損失を低減し、かつ冷媒量を低減する冷媒熱交換器を提供する。【解決手段】冷媒熱交換器24は、第1の冷媒が導入される第1の導入口56、内部で気化した第1の冷媒が導出される第1の導出口64、第2の冷媒の導入口70及び第2の導出口76、が形成された筒状の中空容器50と、この内部に配置され、表裏面に第1の冷媒及び第2の冷媒の熱交換流路を形成するプレート重合体52と、この上方空間に上面壁に形成された冷媒ガス導入孔及び冷媒ガス導出管66を有する中空ハウジング68と、第2の冷媒の冷媒導入路74及び冷媒導出路80とを備える。中空ハウジングの上面壁は、上壁の内面に近接して対向配置されて筒状の中空容器の軸方向に延設され、冷媒ガス導入孔は、上面壁に筒状の中空容器の軸方向に間隔を有して複数設けられる。【選択図】図2Provided is a refrigerant heat exchanger that reliably prevents liquid back to the compressor without increasing manufacturing cost, reduces pressure loss of refrigerant gas, reduces power loss, and reduces the amount of refrigerant. To do. A refrigerant heat exchanger includes a first inlet port through which a first refrigerant is introduced, a first outlet port from which a first refrigerant vaporized inside is led out, and a second refrigerant port. A cylindrical hollow container 50 in which an inlet 70 and a second outlet 76 are formed, and a plate that is disposed inside and forms a heat exchange channel for the first refrigerant and the second refrigerant on the front and back surfaces. A hollow housing 68 having a polymer 52, a refrigerant gas introduction hole and a refrigerant gas outlet pipe 66 formed in the upper surface wall in the upper space, and a refrigerant inlet path 74 and a refrigerant outlet path 80 of a second refrigerant are provided. The upper surface wall of the hollow housing is disposed opposite to the inner surface of the upper wall and extends in the axial direction of the cylindrical hollow container, and the refrigerant gas introduction hole is formed in the axial direction of the cylindrical hollow container on the upper surface wall. A plurality are provided at intervals. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、冷凍サイクルを構成する冷凍機などに用いられる冷媒熱交換器に関する。   The present invention relates to a refrigerant heat exchanger used in a refrigerator or the like constituting a refrigeration cycle.

冷凍サイクルを構成する冷凍機には蒸発器や凝縮器が設けられている。蒸発器は冷媒と被冷却物とを熱交換させ、冷媒が被冷却物から蒸発潜熱を奪うことで被冷却物を冷却する。凝縮器は気化した冷媒を冷却水や外気と熱交換させ、冷媒を冷却水や外気で冷却し液化させる。冷凍サイクルを構成する一次冷媒回路と二次冷媒回路とを有する冷凍機では、一次冷媒回路と二次冷媒回路とは満液式蒸発器(カスケードコンデンサ)を介して連結され、これらの冷媒熱交換器で、一次冷媒と二次冷媒とが熱交換される。かかる冷媒熱交換器では、一次冷媒が二次冷媒から蒸発潜熱を奪い気化する。   The refrigerator constituting the refrigeration cycle is provided with an evaporator and a condenser. The evaporator exchanges heat between the refrigerant and the object to be cooled, and the refrigerant cools the object to be cooled by taking the latent heat of evaporation from the object to be cooled. The condenser exchanges heat between the vaporized refrigerant and cooling water or outside air, and cools and liquefies the refrigerant with cooling water or outside air. In a refrigerator having a primary refrigerant circuit and a secondary refrigerant circuit constituting a refrigeration cycle, the primary refrigerant circuit and the secondary refrigerant circuit are connected via a full-liquid evaporator (cascade condenser), and heat exchange of these refrigerants is performed. The primary refrigerant and the secondary refrigerant exchange heat with each other. In such a refrigerant heat exchanger, the primary refrigerant takes the evaporation latent heat from the secondary refrigerant and vaporizes.

特許文献1には、満液式蒸発器が開示されている。この満液式蒸発器では、中空容器内で気化した冷媒は、圧縮機の入口に連結した吸引管に吸引される。そして、前記吸引管の入口には、邪ま板が設けられて液状冷媒の侵入を防止している。   Patent Document 1 discloses a full liquid evaporator. In this full liquid evaporator, the refrigerant vaporized in the hollow container is sucked into a suction pipe connected to the inlet of the compressor. A baffle plate is provided at the inlet of the suction pipe to prevent the liquid refrigerant from entering.

特許文献2には、熱交換効率の良いシェルアンドプレート式熱交換器で構成された満液式冷媒蒸発器が開示されている。この蒸発器は、気化した冷媒を圧縮機に導く導管にフィルタ式の液滴分離器が設けられている。また、中空容器の側方隔壁とプレート重合体との間の空間に充填材が充填されている。   Patent Document 2 discloses a full liquid refrigerant evaporator composed of a shell-and-plate heat exchanger with good heat exchange efficiency. In this evaporator, a filter type droplet separator is provided in a conduit that guides the vaporized refrigerant to a compressor. In addition, a filler is filled in the space between the side wall of the hollow container and the plate polymer.

特許文献3にも、特許文献2と同様の構成のシェルアンドプレート式冷媒熱交換器が開示されている。この冷媒熱交換器にも、気化した冷媒を圧縮機に導く導管の入口にフィルタ式の液滴分離器が設けられている。特許文献4にもシェルアンドプレート式冷媒熱交換器が開示されている。この冷媒熱交換器は、冷媒を吸入する吸入口にデミスタが設けられ、このデミスタによって冷媒の気液分離が行われるように構成されている。   Patent Document 3 also discloses a shell-and-plate refrigerant heat exchanger having the same configuration as Patent Document 2. This refrigerant heat exchanger is also provided with a filter type droplet separator at the inlet of a conduit for leading the vaporized refrigerant to the compressor. Patent Document 4 also discloses a shell-and-plate refrigerant heat exchanger. This refrigerant heat exchanger is configured such that a demister is provided at an inlet for sucking the refrigerant, and the gas-liquid separation of the refrigerant is performed by the demister.

特表2005−502016号公報JP 2005-502016 gazette 国際公開第2012/107645号公報International Publication No. 2012/107645 国際公開第1997/045689号公報International Publication No. 1997/045689 特開2011−196582号公報JP 2011-196582 A

冷媒熱交換器が冷媒蒸発器として使用される場合、液状の冷媒が圧縮機に侵入する液バックを防止する必要がある。しかし、特許文献1に開示された邪ま板による液滴分離方式は、蒸発液面との距離が十分にとれない場合に、液滴の分離効果はあまり良くない。従って、圧縮機への液バックが生じるおそれがある。   When the refrigerant heat exchanger is used as a refrigerant evaporator, it is necessary to prevent liquid back from entering the compressor with liquid refrigerant. However, the droplet separation method using the baffle plate disclosed in Patent Document 1 does not have a very good droplet separation effect when the distance from the evaporation liquid surface cannot be sufficient. Therefore, there is a possibility that liquid back to the compressor occurs.

一方、特許文献2又は特許文献3に開示されたフィルタ式の液滴分離器は液滴の分離効果が良いが、大きな圧力損失が起りやすく、そのため、冷凍機の動力が増加するおそれがある。また、特許文献4に記載された冷媒の気液分離を行うデミスタは、比較的に高価であり、製造コストを増大させる。   On the other hand, the filter-type droplet separator disclosed in Patent Document 2 or Patent Document 3 has a good droplet separation effect, but a large pressure loss is likely to occur, which may increase the power of the refrigerator. Further, the demister that performs gas-liquid separation of the refrigerant described in Patent Document 4 is relatively expensive and increases the manufacturing cost.

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、製造コストを増大させることなく圧縮機への液バックを確実に防止すると共に、冷媒ガスの圧力損失を低減して動力損失を低減し、かつ冷媒量を低減可能な冷媒熱交換器を実現することを目的とする。   In view of the problems of the conventional technology, the present invention reliably prevents liquid back to the compressor without increasing the manufacturing cost, reduces the pressure loss of the refrigerant gas, reduces the power loss, and the amount of the refrigerant. It aims at realizing the refrigerant | coolant heat exchanger which can reduce this.

前記目的を達成するため、本発明の冷媒熱交換器は、第1の冷媒が導入される第1の導入口、内部で気化した第1の冷媒が導出される第1の導出口、第2の冷媒が導入される第2の導入口、及び第2の冷媒が導出される第2の導出口、が形成された筒状の中空容器と、
該中空容器の内部に配置され、表裏面に第1の冷媒及び第2の冷媒の熱交換流路を形成する凹凸が形成された多数のプレートが重ねられたプレート重合体と、
前記プレート重合体の上方空間に前記中空容器の上部隔壁に対向配置され、上面壁に形成された冷媒ガス導入孔及び前記第1の導出口に接続された冷媒ガス導出管を有する中空ハウジングと、
前記第2の導入口と前記第2の冷媒の熱交換流路とを結ぶ冷媒導入路、及び前記第2の冷媒の熱交換流路と前記第2の導出口とを結ぶ冷媒導出路とを備え、
前記中空ハウジングの前記上面壁は、前記上部隔壁の内面に近接して対向配置されて筒状の前記中空容器の軸方向に延設され、
前記冷媒ガス導入孔は、前記上面壁に筒状の前記中空容器の軸方向に間隔を有して複数設けられている冷媒熱交換器であって、
前記プレート重合体を構成するプレートの形状が、中空容器の軸心(O)よりも下側のプレートは、中空容器の軸心(O)よりも下方の位置(S)を中心とした曲率半径を有して中空容器の内壁面に近接して沿って半円形状に形成されるとともに、中空容器の軸心(O)よりも上側のプレートは、中空容器の軸心(0)を中心として曲率半径よりも大きな曲率半径を有した半楕円形状に形成したことを特徴とする
In order to achieve the above object, a refrigerant heat exchanger according to the present invention includes a first inlet through which a first refrigerant is introduced, a first outlet through which a first refrigerant vaporized inside is derived, and a second outlet. A cylindrical hollow container formed with a second inlet through which the refrigerant is introduced and a second outlet through which the second refrigerant is derived;
A plate polymer that is arranged inside the hollow container and on which front and back surfaces are stacked with a large number of plates on which concavities and convexities that form heat exchange channels for the first refrigerant and the second refrigerant are formed;
A hollow housing having a refrigerant gas introduction pipe connected to the first outlet and a refrigerant gas introduction hole formed in an upper surface wall of the upper space of the plate polymer so as to face the upper partition wall of the hollow container;
A refrigerant introduction path connecting the second inlet and the heat exchange flow path of the second refrigerant, and a refrigerant outlet path connecting the heat exchange flow path of the second refrigerant and the second outlet. Prepared,
The upper wall of the hollow housing is disposed in close proximity to the inner surface of the upper partition wall and extends in the axial direction of the cylindrical hollow container,
The refrigerant gas introduction hole is a refrigerant heat exchanger provided in the upper surface wall with a plurality of intervals in the axial direction of the cylindrical hollow container ,
The plate constituting the plate polymer has a radius of curvature centered on a position (S) below the axis (O) of the hollow container, with the plate below the axis (O) of the hollow container. And is formed in a semicircular shape along the vicinity of the inner wall surface of the hollow container, and the plate above the axis (O) of the hollow container is centered on the axis (0) of the hollow container A semi-elliptical shape having a radius of curvature larger than the radius of curvature is characterized .

かかる発明によれば、中空容器とプレート重合体との間の空間s1、s2が狭くする事が出来。このように、プレートの外周と中空容器の内壁面bとの隙間s1、s2を小さくすることで、中空容器を小型化することができる。従って、中空容器の小型化と相まって、冷媒熱交換器の製造コストを低減することができる。According to this invention, the spaces s1 and s2 between the hollow container and the plate polymer can be narrowed. Thus, the hollow container can be reduced in size by reducing the gaps s1 and s2 between the outer periphery of the plate and the inner wall surface b of the hollow container. Therefore, coupled with the downsizing of the hollow container, the manufacturing cost of the refrigerant heat exchanger can be reduced.

本発明の冷媒熱交換器は、もともと熱交換効率が良いシェルアンドプレート式熱交換器であり、熱交換効率が良い分だけ使用する冷媒量を低減できる利点がある。また、前記構成において、プレート重合体に形成された熱交換流路で第2の冷媒と熱交換して気化した第1の冷媒ガスは、上昇して中空ハウジングの下方から中空ハウジングを迂回し、中空容器の上部隔壁面に対向配置された冷媒ガス導入孔から中空ハウジングに流入する。第1の冷媒ガスはかかる長い迂回流路を通る間に、重力により第1の冷媒ガスに含まれる液滴を分離されるので、液滴分離効果を向上でき、圧縮機への液バックを防止できる。また、中空ハウジングの上面壁は、上部隔壁の内面に近接して対向配置されて筒状の中空容器の軸方向に延設され、冷媒ガス導入孔は、上面壁に筒状の中空容器の軸方向に間隔を有して複数設けられている。このため、プレート重合体と上面壁との距離を長くすることができる。従って、熱交換して気化した第1の冷媒ガスが上面壁に至るまでの流路が長くなり、この流路を通る間に、重力により第1の冷媒ガスに含まれる液滴を分離させることができる。よって、液滴分離効果がより向上し、圧縮機への液バックを確実に防止可能な冷媒熱交換器を実現できる。また、液滴分離にあたりデミスタを用いていないので、製造コストを低減できる。
The refrigerant heat exchanger of the present invention is originally a shell-and-plate heat exchanger with good heat exchange efficiency, and has an advantage that the amount of refrigerant to be used can be reduced by the amount of good heat exchange efficiency. Further, in the above configuration, the first refrigerant gas vaporized by heat exchange with the second refrigerant in the heat exchange flow path formed in the plate polymer rises and bypasses the hollow housing from below the hollow housing, The refrigerant flows into the hollow housing from the refrigerant gas introduction hole arranged to face the upper partition wall surface of the hollow container. While the first refrigerant gas passes through such a long bypass flow path, the droplets contained in the first refrigerant gas are separated by gravity, so that the droplet separation effect can be improved and the liquid back to the compressor is prevented. it can. The upper wall of the hollow housing is disposed in opposition to the inner surface of the upper partition wall so as to extend in the axial direction of the cylindrical hollow container, and the refrigerant gas introduction hole is formed on the upper wall of the cylindrical hollow container. A plurality are provided with intervals in the direction. For this reason, the distance between the plate polymer and the top wall can be increased. Accordingly, the flow path through which the first refrigerant gas vaporized by heat exchange reaches the upper wall becomes long, and the droplets contained in the first refrigerant gas are separated by gravity while passing through this flow path. Can do. Accordingly, a refrigerant heat exchanger can be realized in which the droplet separation effect is further improved and the liquid back to the compressor can be surely prevented. In addition, since a demister is not used for droplet separation, the manufacturing cost can be reduced.

また、第1の冷媒ガスが上昇して冷媒ガス導入孔に到達する流路の途中に、特許文献2又は特許文献3に開示されたフィルタ式の液滴分離器を設けていないので、圧力損失を低減できる。そのため、本発明の冷媒熱交換器が組み込まれた冷凍機のCOPを向上できる。   Further, since the filter type droplet separator disclosed in Patent Document 2 or Patent Document 3 is not provided in the middle of the flow path where the first refrigerant gas rises and reaches the refrigerant gas introduction hole, the pressure loss Can be reduced. Therefore, the COP of the refrigerator incorporating the refrigerant heat exchanger of the present invention can be improved.

さらに、前記構成に加えて、中空ハウジングを中空容器の上部隔壁に対向配置したまま中空容器の軸方向に延設すると共に、第1の導入口に接続されると共に、中空ハウジングの下面に中空ハウジングの長手方向に設けられ、第1の冷媒をプレート重合体に散布する散布孔を有する冷媒散布管をさらに備えるようにすることができる。   Further, in addition to the above configuration, the hollow housing extends in the axial direction of the hollow container while being opposed to the upper partition wall of the hollow container, is connected to the first inlet, and is formed on the lower surface of the hollow housing. It is possible to further include a refrigerant distribution tube provided in the longitudinal direction and having a distribution hole for distributing the first refrigerant to the plate polymer.

これによって、第1の冷媒液をプレート重合体に対し軸方向に均一にかつプレート重合体の上面に広く散布できるので、第1の冷媒と第2の冷媒との熱交換効率を向上できる。そのため、中空容器への第1の冷媒の供給量を低減できると共に、一次冷媒回路全体の第1の冷媒量を低減できる。   Thereby, since the first refrigerant liquid can be uniformly distributed in the axial direction with respect to the plate polymer and widely spread on the upper surface of the plate polymer, the heat exchange efficiency between the first refrigerant and the second refrigerant can be improved. Therefore, the supply amount of the first refrigerant to the hollow container can be reduced, and the first refrigerant amount of the entire primary refrigerant circuit can be reduced.

また、本発明の一実施態様として、中空ハウジングの側方隔壁と前記プレート重合体との間に形成された空間を上下に仕切ると共に、前記中空容器に対して前記プレート重合体を固定する2列のステーを設け、これら2列のステーの間に区画され、第1の冷媒液で満たされる空間に充填材を充填するようにすることができる。これによって、中空容器へ供給する第1の冷媒の供給量を低減できる。   Further, as one embodiment of the present invention, two rows for vertically partitioning a space formed between a side partition of a hollow housing and the plate polymer and fixing the plate polymer to the hollow container These stays are provided, and the space between the two rows of stays and filled with the first refrigerant liquid can be filled with the filler. Thereby, the supply amount of the 1st refrigerant | coolant supplied to a hollow container can be reduced.

さらに、本発明の一実施態様として、中空ハウジングの横断面を、横方向の長辺と上下方向の短辺とで構成された矩形状に形成することができる。これによって、第1の冷媒が第1の導出口に達するまでに長い迂回流路を形成でき、その邪ま板効果で液滴分離効果を向上できる。また、中空ハウジングが下方へ突出しないので、中空容器の容積を低減でき、その分第1の冷媒の供給量を低減できる。また、中空容器の横断面を横方向へ広げてあるので、第1の冷媒の圧力損失を低減でき、これによって、下流側に設けられる圧縮機の動力を低減できる。   Furthermore, as one embodiment of the present invention, the cross section of the hollow housing can be formed in a rectangular shape composed of a long side in the horizontal direction and a short side in the vertical direction. Accordingly, a long bypass channel can be formed before the first refrigerant reaches the first outlet, and the droplet separation effect can be improved by the baffle plate effect. Further, since the hollow housing does not protrude downward, the volume of the hollow container can be reduced, and the supply amount of the first refrigerant can be reduced accordingly. Moreover, since the cross section of the hollow container is expanded in the lateral direction, the pressure loss of the first refrigerant can be reduced, and thereby the power of the compressor provided on the downstream side can be reduced.

さらに、本発明の一実施態様として、前記冷媒散布管に形成される散布孔を冷媒散布管の軸方向に多数配列することができる。これによって、第1の冷媒液をプレート重合体に対し軸方向に均一にかつプレート重合体の上面に広く散布できるので、第1の冷媒と第2の冷媒との熱交換効率を向上できる。   Furthermore, as one embodiment of the present invention, a large number of spray holes formed in the coolant spray pipe can be arranged in the axial direction of the coolant spray pipe. Thereby, since the first refrigerant liquid can be uniformly distributed in the axial direction with respect to the plate polymer and widely spread on the upper surface of the plate polymer, the heat exchange efficiency between the first refrigerant and the second refrigerant can be improved.

さらに、本発明の一実施態様として、冷媒ガス導入孔を中空ハウジングの上面壁に中空ハウジングの軸方向に軸対称に2列に配置することができる。これによって、第1の冷媒が中空ハウジングに流入するときの圧力損失を低減できる。   Furthermore, as one embodiment of the present invention, the refrigerant gas introduction holes can be arranged in two rows on the upper wall of the hollow housing so as to be axially symmetrical with respect to the axial direction of the hollow housing. Thereby, the pressure loss when the first refrigerant flows into the hollow housing can be reduced.

さらに、本発明の一実施態様として、中空ハウジング及び冷媒散布管を一体に形成することができる。これによって、中空容器への中空ハウジング及び冷媒散布管の取付けが容易になる。さらに、本発明の一実施態様として、プレート重合体を構成するプレートの形状は、中空容器の軸方向視において、該中空容器の軸心を通る水平線に対して上下方向に非対称に形成され、中空容器の軸心よりも下側のプレートは、該中空容器の内壁面に近接して沿って円形状に形成され、中空容器の軸心よりも上側のプレートは、偏平状に形成されてもよい。これによって、水平線よりも下側のプレートと中空容器の内壁面との隙間を小さくすることができ、中空容器を小型化することができる。従って、プレートの外周と中空容器の内壁面との隙間に詰め物をする必要性が無くなるとともに中空容器の小型化と相まって、冷媒熱交換器の製造コストを低減することができる。   Furthermore, as one embodiment of the present invention, the hollow housing and the refrigerant distribution tube can be formed integrally. This facilitates the attachment of the hollow housing and the refrigerant spray tube to the hollow container. Furthermore, as one embodiment of the present invention, the shape of the plate constituting the plate polymer is asymmetric in the vertical direction with respect to a horizontal line passing through the axis of the hollow container in the axial direction of the hollow container. The plate below the axis of the container may be formed in a circular shape along the vicinity of the inner wall surface of the hollow container, and the plate above the axis of the hollow container may be formed in a flat shape. . As a result, the gap between the plate below the horizontal line and the inner wall surface of the hollow container can be reduced, and the hollow container can be reduced in size. Therefore, it is not necessary to fill the gap between the outer periphery of the plate and the inner wall surface of the hollow container, and the manufacturing cost of the refrigerant heat exchanger can be reduced in combination with the miniaturization of the hollow container.

本発明によれば、中空容器とプレート重合体との間の空間s1、s2が狭くする事ができる。このように、プレートの外周と中空容器の内壁面bとの隙間s1、s2を小さくすることで、中空容器を小型化することができる。従って、中空容器の小型化と相まって、冷媒熱交換器の製造コストを低減することができる。
According to the present invention, the spaces s1 and s2 between the hollow container and the plate polymer can be narrowed. Thus, the hollow container can be reduced in size by reducing the gaps s1 and s2 between the outer periphery of the plate and the inner wall surface b of the hollow container. Therefore, coupled with the downsizing of the hollow container, the manufacturing cost of the refrigerant heat exchanger can be reduced.

本発明の一実施形態に係る空調設備の全体構成図である。It is the whole air-conditioning equipment lineblock diagram concerning one embodiment of the present invention. 前記空調設備に組み込まれたCO液化器の正面視断面図である。It is a front cross-sectional view of the CO 2 liquefier incorporated in the air-conditioning equipment. 前記CO液化器の左側面図である。It is a left side view of the CO 2 liquefier. 前記CO液化器のA―A線に沿う右側面視断面図である。It is a right side sectional view taken along the line A-A of the CO 2 liquefier. 図2に示すCO液化器の一部拡大断面図である。It is a partially enlarged cross-sectional view of the CO 2 liquefier shown in Fig. 前記CO液化器に設けられた中空ハウジングの上面図である。It is a top view of a hollow housing provided in the CO 2 liquefier. 本発明の実施形態に係る前記CO液化器のA―A線に沿う右側面視断面図である。It is a right side sectional view taken along the line A-A of the CO 2 liquefier according to implementation embodiments of the present invention.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.

次に、本発明をサーバ室の空調設備を構成するCO液化器に適用した一実施形態を図1〜図6により説明する。図1は本実施形態に係る空調設備10の全体構成図である。空調設備10は、冷凍サイクルを構成する一次冷媒回路12と、サーバ室34の空調を行う二次冷媒回路14とを備えている。一次冷媒回路12には、一次冷媒としてNH冷媒が循環すると共に、冷凍サイクルを構成する機器として、圧縮機16、蒸発式凝縮器(エバコン)18、NHレシーバ20、膨張弁22及びCO液化器24が設けられている。 Next, an embodiment in which the present invention is applied to a CO 2 liquefier constituting air conditioning equipment in a server room will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an air conditioning facility 10 according to the present embodiment. The air conditioning facility 10 includes a primary refrigerant circuit 12 that constitutes a refrigeration cycle, and a secondary refrigerant circuit 14 that performs air conditioning of the server room 34. In the primary refrigerant circuit 12, NH 3 refrigerant circulates as a primary refrigerant, and as a device constituting the refrigeration cycle, a compressor 16, an evaporative condenser (evaporator) 18, an NH 3 receiver 20, an expansion valve 22 and CO 2 are used. A liquefier 24 is provided.

一次冷媒回路12には、圧縮機16をバイパスするバイパス路26a及び膨張弁22をバイパスするバイパス路26bが設けられている。バイパス路26aには、NH冷媒の流れを一次冷媒回路12又はバイパス路26aに切り換えるために開閉する切換弁28aが設けられている。バイパス路26bにはNH冷媒の流れを一次冷媒回路12又はバイパス路26bに切り換えるために開閉する切換弁28bが設けられている。 The primary refrigerant circuit 12 is provided with a bypass path 26 a that bypasses the compressor 16 and a bypass path 26 b that bypasses the expansion valve 22. The bypass passage 26a is provided with a switching valve 28a that opens and closes in order to switch the flow of the NH 3 refrigerant to the primary refrigerant circuit 12 or the bypass passage 26a. The bypass path 26b is provided with a switching valve 28b that opens and closes in order to switch the flow of the NH 3 refrigerant to the primary refrigerant circuit 12 or the bypass path 26b.

二次冷媒回路14は、二次冷媒としてCO冷媒が循環しており、COレシーバ30及びCO冷媒を循環させるCO液ポンプ32が設けられている。CO液化器24とCOレシーバ30とはCO循環路42によって接続されている。二次冷媒回路14はサーバ室34の内部に導設され、サーバ室34の内部に設けられた複数の冷却器36に接続されている。サーバ室34の内部では、サーバが収納された多数のサーバラック40が上下に積み上げられ、直線状に整列しかつ横方向に複数の列を形成して配置されている。 In the secondary refrigerant circuit 14, CO 2 refrigerant is circulated as a secondary refrigerant, and a CO 2 receiver 30 and a CO 2 liquid pump 32 that circulates the CO 2 refrigerant are provided. The CO 2 liquefier 24 and the CO 2 receiver 30 are connected by a CO 2 circulation path 42. The secondary refrigerant circuit 14 is led inside the server room 34 and connected to a plurality of coolers 36 provided inside the server room 34. Inside the server room 34, a large number of server racks 40 in which servers are stored are stacked up and down, arranged in a straight line, and arranged in a plurality of rows in the lateral direction.

二次冷媒回路14は、CO冷媒の蒸発温度が常温に設定されるように高圧に保持されている。例えば、CO冷媒の蒸発温度を22℃とするためには、5.9MPaに調整される。 The secondary refrigerant circuit 14 is maintained at a high pressure so that the evaporation temperature of the CO 2 refrigerant is set to normal temperature. For example, in order to set the evaporation temperature of the CO 2 refrigerant to 22 ° C., it is adjusted to 5.9 MPa.

かかる構成において、一次冷媒回路12では、NH冷媒ガスは圧縮機16によって圧縮され、圧縮機16から吐出されたNH冷媒ガスは蒸発式凝縮器18で外気aにより冷却され液化する。液化したNH冷媒はNHレシーバ20に一旦貯留される。NHレシーバ20に一旦貯留されたNH冷媒液は膨張弁22で減圧された後、CO液化器24でCO冷媒と熱交換され、CO冷媒より吸熱して気化する。気化したNH冷媒は再び圧縮機16に送られて圧縮される。 In such a configuration, in the primary refrigerant circuit 12, NH 3 refrigerant gas is compressed by the compressor 16, and the NH 3 refrigerant gas discharged from the compressor 16 is cooled and liquefied by the outside air a in the evaporative condenser 18. The liquefied NH 3 refrigerant is temporarily stored in the NH 3 receiver 20. NH 3 refrigerant liquid once stored in NH 3 receiver 20 after being reduced by the expansion valve 22, it is CO 2 refrigerant exchanges heat in a CO 2 liquefier 24, vaporized by absorbing heat from the CO 2 refrigerant. The vaporized NH 3 refrigerant is sent again to the compressor 16 and compressed.

二次冷媒回路14を循環するCO冷媒は一旦COレシーバ30に貯留され気液分離される。COレシーバ30内のCO冷媒ガスはCO循環路42を介してCO液化器24に送られ、CO液化器24でNH冷媒液と熱交換される。NH冷媒液との熱交換で液化されたCO冷媒はCO循環路42を介してCOレシーバ30に戻る。 The CO 2 refrigerant circulating in the secondary refrigerant circuit 14 is temporarily stored in the CO 2 receiver 30 and separated into gas and liquid. CO 2 refrigerant gas CO 2 receiver 30 is sent to the CO 2 liquefier 24 through the CO 2 circulation path 42, NH 3 refrigerant liquid in a CO 2 liquefier 24 and is heat exchanged. NH 3 CO 2 refrigerant is liquefied by heat exchange with the refrigerant liquid is returned to CO 2 receiver 30 via the CO 2 circulation path 42.

COレシーバ30内のCO冷媒液は、二次冷媒回路14を介して冷却器36に送られる。冷却器36でCO冷媒液はサーバ室34内の空気と熱交換し、その蒸発潜熱でサーバ室34内の空気を冷却し一部が気化する。 The CO 2 refrigerant liquid in the CO 2 receiver 30 is sent to the cooler 36 via the secondary refrigerant circuit 14. In the cooler 36, the CO 2 refrigerant liquid exchanges heat with the air in the server room 34, and the air in the server room 34 is cooled by the latent heat of evaporation, and a part thereof is vaporized.

サーバ室34内で後述するホット流hfが形成されるホット領域の空気は、サーバの放熱により例えば35℃ぐらいに昇温している。この昇温した空気を冷却器36を流れる22℃のCO冷媒液で、例えば25℃に冷却し、後述するコールド流cfが形成されるコールド領域に供給できる。サーバ室34内の空気との熱交換で気液二相流となったCO冷媒はCOレシーバ30に戻る。 The air in the hot region in which a hot flow hf, which will be described later, is formed in the server chamber 34 is heated to, for example, about 35 ° C. due to heat radiation from the server. The heated air can be cooled to, for example, 25 ° C. with a 22 ° C. CO 2 refrigerant liquid flowing through the cooler 36 and supplied to a cold region where a cold flow cf described later is formed. The CO 2 refrigerant that has become a gas-liquid two-phase flow by heat exchange with the air in the server chamber 34 returns to the CO 2 receiver 30.

冷却器36で冷却された室内空気は、冷却器36に設けられた送風機38により、サーバラック40の間の空間を下方に向かうコールド流cfを形成する。各サーバラック40にはサーバ間に隙間が形成されており、これらの隙間にコールド流cfから冷却空気が流入する多数の冷気通路cwが形成される。冷却空気はサーバを冷却し昇温した後、サーバラック40の外側へ流出する。サーバラック40の外側へ流出した昇温空気は冷却器36に向かって上昇するホット流hfを形成する。   The room air cooled by the cooler 36 forms a cold flow cf that goes downward in the space between the server racks 40 by a blower 38 provided in the cooler 36. In each server rack 40, gaps are formed between the servers, and a number of cold air passages cw into which cooling air flows from the cold flow cf are formed in these gaps. The cooling air cools the server and rises in temperature, and then flows out of the server rack 40. The heated air that has flowed out of the server rack 40 forms a hot flow hf that rises toward the cooler 36.

次に、図2〜図6に基づいて、CO液化器24の構成を説明する。CO液化器24は、シェルアンドプレート式熱交換器を構成し、一次冷媒回路12に満液式蒸発器(カスケードコンデンサ)として組み込まれている。CO液化器24では一次冷媒であるNH冷媒液と二次冷媒であるCO冷媒ガスとが熱交換され、NH冷媒がCO冷媒から吸熱して気化し、CO冷媒は液化する。 Next, based on FIGS. 2-6, the configuration of the CO 2 liquefier 24. The CO 2 liquefier 24 constitutes a shell and plate heat exchanger, and is incorporated in the primary refrigerant circuit 12 as a full liquid evaporator (cascade condenser). In the CO 2 liquefier 24, the NH 3 refrigerant liquid as the primary refrigerant and the CO 2 refrigerant gas as the secondary refrigerant are heat-exchanged, the NH 3 refrigerant absorbs heat from the CO 2 refrigerant and vaporizes, and the CO 2 refrigerant liquefies. .

図2〜図4において、断面が円形で円筒形状を有する中空容器50の内部にプレート重合体52が収容されている。プレート重合体52は、円板状の多数のプレート54が重ね合されて円筒形状に形成されている。中空容器50の上壁の軸方向一端にNH導入口56が形成され、NH導入口56にNH導入管58が設けられている。中空容器50の内部でNH導入管58の先端にNH散布管60が接続されている。NH散布管60は中空容器50の上壁50aに対してほぼ平行に配置されている。 2 to 4, a plate polymer 52 is accommodated in a hollow container 50 having a circular cross section and a cylindrical shape. The plate polymer 52 is formed in a cylindrical shape by overlapping a large number of disk-shaped plates 54. An NH 3 introduction port 56 is formed at one axial end of the upper wall of the hollow container 50, and an NH 3 introduction pipe 58 is provided at the NH 3 introduction port 56. An NH 3 spraying tube 60 is connected to the tip of the NH 3 introduction tube 58 inside the hollow container 50. The NH 3 spraying tube 60 is disposed substantially parallel to the upper wall 50 a of the hollow container 50.

図4に示すように、NH散布管60には、下方に向けて多数の細径の散布孔60aが軸方向に2列に形成されている。 As shown in FIG. 4, the NH 3 spray pipe 60 has a large number of narrow spray holes 60 a formed in two rows in the axial direction downward.

図5はNH導入管58、NH散布管60及び中空ハウジング68の拡大図である。NH導入管58は一次冷媒回路12に接続されている。NH導入管58からNH散布管60にNH冷媒液が供給される。中空ハウジング68は中空容器50の軸方向に延設されており、中空ハウジング68の下面にNH散布管60がタップ溶接wによって固定されている。従って、中空ハウジング68とNH散布管60とは一体に形成されている。 FIG. 5 is an enlarged view of the NH 3 introduction pipe 58, the NH 3 spraying pipe 60 and the hollow housing 68. The NH 3 introduction pipe 58 is connected to the primary refrigerant circuit 12. NH 3 refrigerant liquid is supplied from the NH 3 inlet tube 58 to the NH 3 sparge tube 60. The hollow housing 68 extends in the axial direction of the hollow container 50, and the NH 3 spraying tube 60 is fixed to the lower surface of the hollow housing 68 by tap welding w. Therefore, the hollow housing 68 and the NH 3 spraying tube 60 are integrally formed.

NH導入管58と中空容器50の軸方向反対側の上壁端部に、NH導出口64が形成され、NH導出口64にNH導出管66が設けられている。NH導出管66は一次冷媒回路12に接続されている。NH導出管66の下端には中空ハウジング68が一体に連結されている。 On wall end portion of the axially opposite side of the NH 3 inlet tube 58 and the hollow container 50, NH 3 outlet 64 is formed, NH 3 outlet pipe 66 is provided in the NH 3 outlet 64. The NH 3 outlet pipe 66 is connected to the primary refrigerant circuit 12. A hollow housing 68 is integrally connected to the lower end of the NH 3 outlet tube 66.

図4に示すように、中空ハウジング68の横断面は、横方向(即ち水平方向)の長辺68aと上下方向の短辺68bとを有する四角形をなしている。   As shown in FIG. 4, the cross section of the hollow housing 68 is a quadrangle having a long side 68a in the horizontal direction (that is, a horizontal direction) and a short side 68b in the vertical direction.

図6は本発明の参考例に係る中空ハウジング68の上面図である。図6に示すように、中空ハウジング68の上面には、長手方向に軸対称に2列に配置された多数のNHガス導入孔68cが形成されている。
FIG. 6 is a top view of a hollow housing 68 according to a reference example of the present invention . As shown in FIG. 6, on the upper surface of the hollow housing 68, a large number of NH 3 gas introduction holes 68c arranged in two rows in axial symmetry with respect to the longitudinal direction are formed.

図2及び図3において、中空容器50の一方の側壁にCO導入口70が形成され、CO導入口70にCO導入管72が形成されている。CO導入管72はCO循環路42に接続され、プレート重合体52の内部にCO導入管72と各プレート54の表裏面に形成されたCO冷媒の熱交換流路とを連通するCO流路74が形成されている。 2 and 3, a CO 2 introduction port 70 is formed on one side wall of the hollow container 50, and a CO 2 introduction pipe 72 is formed on the CO 2 introduction port 70. The CO 2 introduction pipe 72 is connected to the CO 2 circulation path 42, and communicates the CO 2 introduction pipe 72 and the heat exchange flow path of the CO 2 refrigerant formed on the front and back surfaces of each plate 54 inside the plate polymer 52. A CO 2 flow path 74 is formed.

また、CO導入管72の下方の側壁にCO導出口76が形成され、CO導出口76にCO導出管78が形成されている。CO導出管78はCO循環路42に接続され、プレート重合体52の内部にCO導出管78と各プレート54の表裏面に形成されたCO冷媒の熱交換流路とを連通するCO流路80が形成されている。 Moreover, CO 2 outlet 76 is formed in the side wall below the CO 2 inlet tube 72, CO 2 discharge pipe 78 to the CO 2 outlet 76 is formed. The CO 2 lead-out pipe 78 is connected to the CO 2 circulation path 42, and communicates the CO 2 lead-out pipe 78 with the heat exchange flow path of the CO 2 refrigerant formed on the front and back surfaces of each plate 54 inside the plate polymer 52. A CO 2 flow path 80 is formed.

プレート重合体52を構成する多数のプレート54は表裏両面に特定の凹凸パターンをもち、これらのプレート54が表裏交互に重ねられている。これによって、プレート54の表裏面に2つの独立した流路が交互に形成されている。一方の流路は中空容器50の内部空間に開口し、この開口からNH冷媒が流入する。各プレート54には同じ位置に2つの開口が形成され、これらの開口が重ね合されることでCO流路74及び80が形成される。開口70から流入したCO冷媒ガスはCO流路74を介し、プレート54に表裏面に形成された他方の流路を流れ、その間NH冷媒と熱交換した後、CO流路80を介して開口76から流出する。 A large number of plates 54 constituting the plate polymer 52 have specific uneven patterns on both front and back surfaces, and these plates 54 are alternately stacked. Thereby, two independent flow paths are alternately formed on the front and back surfaces of the plate 54. One flow path opens into the internal space of the hollow container 50, and NH 3 refrigerant flows from this opening. Each plate 54 is formed with two openings at the same position, and these openings are overlapped to form CO 2 channels 74 and 80. CO 2 refrigerant gas flowing from the opening 70 through the CO 2 flow path 74, flows through the other flow path formed in the front and back surfaces to the plate 54, after NH 3 refrigerant exchanges heat between the CO 2 flow path 80 Through the opening 76.

かかるシェルアンドプレート式熱交換器のプレート重合体52の構成は従来公知である(例えば特開2012−57900号公報参照)。   The structure of the plate polymer 52 of such a shell-and-plate heat exchanger is conventionally known (see, for example, JP 2012-57900 A).

図4に示すように、中空容器50の側壁とプレート重合体52との間にステー82a及び82bが架設されている。ステー82aの下方に中空容器50の側壁とプレート重合体52との間を仕切るステー84aが設けられ、ステー82bの下方に中空容器50の側壁とプレート重合体52との間を仕切るステー84bが設けられている。そして、ステー82aとステー84aとの間に形成される空間s1に、棒状の充填材86が充填され、ステー82bとステー84bとの間に形成される空間s2に、棒状の充填材86が充填されている。   As shown in FIG. 4, stays 82 a and 82 b are installed between the side wall of the hollow container 50 and the plate polymer 52. A stay 84a that partitions the side wall of the hollow container 50 and the plate polymer 52 is provided below the stay 82a, and a stay 84b that partitions the side wall of the hollow container 50 and the plate polymer 52 is provided below the stay 82b. It has been. The space s1 formed between the stay 82a and the stay 84a is filled with the rod-shaped filler 86, and the space s2 formed between the stay 82b and the stay 84b is filled with the rod-shaped filler 86. Has been.

NH冷媒液とCO冷媒ガスとはプレート重合体52で熱交換され、NH冷媒液はCO冷媒から吸熱し気化する。逆に、CO冷媒ガスは冷却され液化する。気化したNH冷媒ガスは上昇し、NHガス導入孔68cから中空ハウジング68の内部に流入し、NH導出管66から一次冷媒回路12に流出する。 Heat exchange is performed between the NH 3 refrigerant liquid and the CO 2 refrigerant gas in the plate polymer 52, and the NH 3 refrigerant liquid absorbs heat from the CO 2 refrigerant and vaporizes. Conversely, the CO 2 refrigerant gas is cooled and liquefied. The vaporized NH 3 refrigerant gas rises, flows into the inside of the hollow housing 68 from the NH 3 gas introduction hole 68c, and flows out from the NH 3 lead-out pipe 66 to the primary refrigerant circuit 12.

かかる構成において、外気温度が20℃(WB15℃・相対湿度60%)以下の場合には、圧縮機16を稼働させない運転を行う。即ち、NH冷媒は、CO液化器24と蒸発式凝縮器18との間をバイパス路26a及び26bを通って循環する。 In such a configuration, when the outside air temperature is 20 ° C. (WB 15 ° C./relative humidity 60%) or less, an operation in which the compressor 16 is not operated is performed. That is, the NH 3 refrigerant circulates between the CO 2 liquefier 24 and the evaporative condenser 18 through the bypass paths 26a and 26b.

CO液化器24で、CO冷媒ガスは、蒸発式凝縮器18で外気aと熱交換して凝縮した20℃のNH冷媒と熱交換する。この熱交換でNH冷媒は蒸発し、CO冷媒は22℃のCO液となる。 In the CO 2 liquefier 24, the CO 2 refrigerant gas exchanges heat with the 20 ° C. NH 3 refrigerant condensed by exchanging heat with the outside air a in the evaporative condenser 18. By this heat exchange, the NH 3 refrigerant evaporates, and the CO 2 refrigerant becomes a CO 2 liquid at 22 ° C.

蒸発式凝縮器18には伝熱管18aが設けられ、伝熱管18aは一次冷媒回路12に接続されている。蒸発式凝縮器18の内部に貯留された冷却水は水ポンプ18bにより汲み上げられ伝熱管18aに散布される。この冷却水に蒸発潜熱で伝熱管18aを流れるNH3冷媒ガスは冷却され液化する。   The evaporative condenser 18 is provided with a heat transfer tube 18 a, and the heat transfer tube 18 a is connected to the primary refrigerant circuit 12. The cooling water stored in the evaporative condenser 18 is pumped up by the water pump 18b and dispersed in the heat transfer tube 18a. The NH3 refrigerant gas flowing through the heat transfer pipe 18a by the latent heat of evaporation in this cooling water is cooled and liquefied.

圧縮機16を稼働させない運転では、CO液化器24で気化したNH冷媒ガスはサーモサイフォン作用でバイパス路26aを上昇する。蒸発式凝縮器18で液化したNH冷媒液は、その重力で一次冷媒回路12及びバイパス路26bを流下し、CO液化器24に戻る。 In an operation in which the compressor 16 is not operated, the NH 3 refrigerant gas vaporized by the CO 2 liquefier 24 moves up the bypass 26a by a thermosiphon action. The NH 3 refrigerant liquid liquefied by the evaporative condenser 18 flows down the primary refrigerant circuit 12 and the bypass path 26b by the gravity, and returns to the CO 2 liquefier 24.

外気温度が20℃(WB15℃・相対湿度60%)以上の場合には、切換弁28a及び28bを閉じ、圧縮機16を稼働させる運転を行う。   When the outside air temperature is 20 ° C. (WB 15 ° C./relative humidity 60%) or more, the switching valves 28a and 28b are closed and the compressor 16 is operated.

CO液化器24で、CO冷媒はNH冷媒液と熱交換し、22℃のCO液となる。22℃のCO冷媒液は、サーバ室34に設けられた冷却器36に送られ、冷却器36でサーバ室34内の空気を25℃に冷却する。25℃に冷却された室内空気は送風機38で下方に送られ、コールド流cfを形成する。 In the CO 2 liquefier 24, the CO 2 refrigerant exchanges heat with the NH 3 refrigerant liquid to become a 22 ° C. CO 2 liquid. The 22 ° C. CO 2 refrigerant liquid is sent to a cooler 36 provided in the server room 34, and the cooler 36 cools the air in the server room 34 to 25 ° C. The room air cooled to 25 ° C. is sent downward by the blower 38 to form a cold flow cf.

冷却空気はサーバラック40間に形成された冷気通路cwを通り、情報処理機器を冷却すると共に、35℃の昇温し、サーバラック40の外側へ流出する。その後、上昇するホット流hfを形成する。ホット流hfは冷却器36で25℃に冷却される。   The cooling air passes through the cool air passage cw formed between the server racks 40, cools the information processing equipment, raises the temperature to 35 ° C., and flows out of the server rack 40. Thereafter, a rising hot flow hf is formed. The hot stream hf is cooled to 25 ° C. by the cooler 36.

本実施形態によれば、冷媒として、オゾン層破壊作用がなくかつ地球温暖化係数がゼロに近い自然冷媒のNH及びCOを用いているので、地球温暖化のおそれがなく、かつこれらの冷媒は高い冷却能力をもつので、冷却効率を向上できる。 According to the present embodiment, as the refrigerant, NH 3 and CO 2 , which are natural refrigerants that have no ozone depleting action and have a global warming potential close to zero, there is no fear of global warming, and these Since the refrigerant has a high cooling capacity, the cooling efficiency can be improved.

さらに、二次冷媒回路内を高圧に保持することでCO冷媒を常温に調整し、冷却器36におけるCO冷媒の蒸発温度が常温となるように調整しているので、サーバ室34内の空気をCO冷媒の蒸発潜熱で容易に常温に冷却できる。また、二次冷媒回路14に常温のCO冷媒が流れるので、結露が発生するおそれがなく、万一、サーバ室34内でCO冷媒が漏洩しても、気化するので情報処理機器を損傷するおそれがない。 Furthermore, the CO 2 refrigerant is adjusted to room temperature by maintaining the inside of the secondary refrigerant circuit at a high pressure, and the evaporation temperature of the CO 2 refrigerant in the cooler 36 is adjusted to be room temperature. Air can be easily cooled to room temperature by the latent heat of vaporization of the CO 2 refrigerant. In addition, since the normal temperature CO 2 refrigerant flows through the secondary refrigerant circuit 14, there is no risk of condensation, and even if the CO 2 refrigerant leaks in the server room 34, it vaporizes and damages information processing equipment. There is no fear.

また、冷却器36から出たコールド流cfとサーバラック40から出たホット流hfとをサーバ室34内で別な領域に区分けして形成しているので、これらの空気流が混じり合うことがない。そのため、サーバ室34の冷却効率を向上できる。   Further, since the cold flow cf from the cooler 36 and the hot flow hf from the server rack 40 are formed separately in different regions in the server room 34, these air flows may be mixed. Absent. Therefore, the cooling efficiency of the server room 34 can be improved.

また、外気温度が常温以下のとき、圧縮機16の運転を止め、蒸発式凝縮器18において、常温以下の外気aでNH冷媒を冷却すると共に、CO液化器24と蒸発式凝縮器18との間で、NH冷媒をサーモサイフォン作用を利用して自然循環させるようにしているので、圧縮機16の動力を節減できCOPを向上できる。 Further, when the outside air temperature is below normal temperature, the operation of the compressor 16 is stopped, and the NH 3 refrigerant is cooled by the outside air a below normal temperature in the evaporative condenser 18, and the CO 2 liquefier 24 and the evaporative condenser 18 are cooled. Since the NH 3 refrigerant is naturally circulated using the thermosiphon action, the power of the compressor 16 can be saved and the COP can be improved.

また、CO液化器24では、中空ハウジング68は、横方向に長い長辺68aを有する矩形状に形成した横断面を有しているので、優れた邪ま板効果を有している。気化したNH冷媒は中空ハウジング68の外側に形成された迂回流路を通ることで、NHガス導入孔68cに達するまでに液滴分離効果を向上できる。そのため、圧縮機16への液バックを効果的に防止できる。 Further, in the CO 2 liquefier 24, the hollow housing 68 has a cross section formed in a rectangular shape having long sides 68a that are long in the lateral direction, and thus has an excellent baffle effect. The vaporized NH 3 refrigerant passes through a bypass channel formed outside the hollow housing 68, so that the droplet separation effect can be improved before reaching the NH 3 gas introduction hole 68c. Therefore, liquid back to the compressor 16 can be effectively prevented.

また、NH冷媒ガスの流路にはフィルタ式の液滴分離器を設けていないので、圧力損失を低減できる。そのため、圧縮機動力を低減できCOPを向上できる。 Further, since no filter type droplet separator is provided in the flow path of the NH 3 refrigerant gas, pressure loss can be reduced. Therefore, compressor power can be reduced and COP can be improved.

また、NH散布管60によりNH冷媒液をプレート重合体52の軸方向に均一にかつプレート重合体52の上面に広く散布できるので、NH冷媒とCO冷媒との熱交換効率を向上できる。そのため、中空容器50へ供給するNH冷媒量を低減できると共に、一次冷媒回路12を流れるNH冷媒量を低減できる。 Further, since the widely be sprayed uniformly and the upper surface of the plate the polymer 52 in the axial direction of the plate polymer 52, NH 3 refrigerant liquid by NH 3 sparge tube 60, increase the heat exchange efficiency of the NH 3 refrigerant and CO 2 refrigerant it can. Therefore, the amount of NH 3 refrigerant supplied to the hollow container 50 can be reduced, and the amount of NH 3 refrigerant flowing through the primary refrigerant circuit 12 can be reduced.

また、空間s1及びs2に充填材86を充填することで、中空容器50に供給するNH3冷媒量を低減できる。こうして一次冷媒回路12を流れるNH冷媒量を大幅に低減できるので、NHレシーバ20を小型化できる。 In addition, by filling the spaces s1 and s2 with the filler 86, the amount of NH3 refrigerant supplied to the hollow container 50 can be reduced. In this way, the amount of NH 3 refrigerant flowing through the primary refrigerant circuit 12 can be greatly reduced, so that the NH 3 receiver 20 can be reduced in size.

また、中空ハウジング68の横断面を、横方向に長い長辺を有する矩形状に形成したことで、中空ハウジング68が下方へ突出しない。そのため、中空容器50の容積を低減でき、その分NH冷媒の供給量を低減できる。また、中空ハウジング68の横断面を横方向へ広げてあるので、中空ハウジング68の内部を通るNH冷媒ガスの圧力損失を低減でき、これによって、圧縮機16の動力を低減できる。 Moreover, the hollow housing 68 does not protrude downward because the cross section of the hollow housing 68 is formed in a rectangular shape having long sides in the horizontal direction. Therefore, the volume of the hollow container 50 can be reduced, and the supply amount of the NH 3 refrigerant can be reduced correspondingly. Further, since the cross section of the hollow housing 68 is expanded in the lateral direction, the pressure loss of the NH 3 refrigerant gas passing through the inside of the hollow housing 68 can be reduced, and thereby the power of the compressor 16 can be reduced.

さらに、NH散布管60に形成された散布孔60aをNH散布管60の軸方向に多数配列したので、NH冷媒液をプレート重合体52に対し軸方向に均一にかつプレート重合体52の上面に広く散布できる。これによって、NH冷媒とCO冷媒との熱交換効率を向上できる。 Further, since numerous arranged spraying hole 60a formed in the NH 3 sparge tube 60 in the axial direction of the NH 3 sparge tube 60, NH 3 refrigerant liquid plate polymer 52 uniformly and in the axial direction relative to the plate polymer 52 Can be widely spread on the top surface of Thereby, the heat exchange efficiency between the NH 3 refrigerant and the CO 2 refrigerant can be improved.

さらに、NH導入孔68cを中空ハウジング68の上面壁に中空ハウジング68の軸方向に軸対称に2列に配置したので、NH冷媒ガスが中空ハウジング68に流入するときの圧力損失を低減できる。 Furthermore, since the NH 3 introduction holes 68c are arranged in two rows on the upper surface wall of the hollow housing 68 so as to be axially symmetric with respect to the axial direction of the hollow housing 68, the pressure loss when the NH 3 refrigerant gas flows into the hollow housing 68 can be reduced. .

さらに、中空ハウジング68及びNH散布管60をタップ溶接wで一体に形成したので、中空容器への中空ハウジング及び冷媒散布管の取付けが容易になる。 Furthermore, since the hollow housing 68 and the NH 3 spraying tube 60 are integrally formed by tap welding w, it is easy to attach the hollow housing and the coolant spraying tube to the hollow container.

なお、本発明者等の試算によれば、圧縮機16を稼働した運転で、NH冷媒の凝縮温度を35℃とし、蒸発温度を16℃とし、外気温度をWB+15℃以上とした運転では、COPが6前後の運転が可能になる。また、圧縮機16を稼働しないフリークーリング運転で、外気温度をWB+15℃以下とした場合、COPが13以上の運転が可能になる。また、本実施形態の空調設備10Aが東京地区に設けられたサーバ室に適用された場合、年間のフリークーリング運転日は200日以上となり、年間COPは10以上となる。 According to the estimation by the present inventors, in the operation in which the compressor 16 was operated, the NH 3 refrigerant condensation temperature was 35 ° C., the evaporation temperature was 16 ° C., and the outside air temperature was WB + 15 ° C. or more. Operation with a COP of around 6 is possible. Further, in a free cooling operation in which the compressor 16 is not operated, when the outside air temperature is set to WB + 15 ° C. or less, an operation with a COP of 13 or more is possible. When the air conditioning facility 10A of this embodiment is applied to a server room provided in the Tokyo area, the annual free cooling operation day is 200 days or more, and the annual COP is 10 or more.

また、前述した本発明の参考例では、中空容器50とプレート重合体52との間に空間s1、s2が形成されている場合を示したが、図8に示す実施例では中空容器50とプレート重合体52との間の空間s1、s2が狭くなるようにしている。この場合、図7(断面図)に示すように、プレート重合体52を構成するプレート54の形状は、中空容器50の軸方向視において、中空容器50の軸心Sを通る水平線Hに対して上下方向に非対称に形成されている。即ち、中空容器50の軸心Oよりも下側のプレート54aは、中空容器50の軸心Oよりも下方の位置Sを中心とした曲率半径を有して中空容器50の内壁面50bに近接して沿って半円形状に形成される。また、中空容器50の軸心Oよりも上側のプレート50bは、中空容器50の軸心0を中心として曲率半径よりも大きな曲率半径を有して偏平状(半楕円形状)に形成されている。プレート重合体52の上方の空間部50cには、NH導入管60及び中空ハウジング68が配設されている。これらについては、前述したので、その説明は省略する。
In the above-described reference example of the present invention, the case where the spaces s1 and s2 are formed between the hollow container 50 and the plate polymer 52 is shown. However, in the embodiment shown in FIG. Spaces s1 and s2 between the polymer 52 are narrowed . In this case, as shown in FIG. 7 (cross-sectional view), the shape of the plate 54 constituting the plate polymer 52 is relative to the horizontal line H passing through the axis S of the hollow container 50 in the axial view of the hollow container 50. It is formed asymmetric in the vertical direction. That is, the plate 54 a below the axis O of the hollow container 50 has a radius of curvature centered on the position S below the axis O of the hollow container 50 and is close to the inner wall surface 50 b of the hollow container 50. And is formed in a semicircular shape. Further, the plate 50b above the axis O of the hollow container 50 is formed in a flat shape (semi-elliptical shape) having a radius of curvature larger than the radius of curvature around the axis 0 of the hollow container 50. . In the space 50c above the plate polymer 52, an NH 3 introduction pipe 60 and a hollow housing 68 are disposed. Since these have been described above, description thereof will be omitted.

このように、プレート54の外周と中空容器50の内壁面50bとの隙間s1、s2を小さくすることで、中空容器50を小型化することができる。従って、プレート54の外周と中空容器50の内壁面50bとの隙間に詰め物をする必要性が無くなるとともに、中空容器50の小型化と相まって、CO液化器24(冷媒熱交換器)の製造コストを低減することができる。 Thus, by reducing the gaps s1 and s2 between the outer periphery of the plate 54 and the inner wall surface 50b of the hollow container 50, the hollow container 50 can be reduced in size. Therefore, it is not necessary to fill the gap between the outer periphery of the plate 54 and the inner wall surface 50b of the hollow container 50, and the manufacturing cost of the CO 2 liquefier 24 (refrigerant heat exchanger) is coupled with the downsizing of the hollow container 50. Can be reduced.

本発明によれば、中空容器とプレート重合体との間の空間s1、s2が狭くする事ができる。このように、プレートの外周と中空容器の内壁面bとの隙間s1、s2を小さくすることで、中空容器を小型化することができる。従って、中空容器の小型化と相まって、冷媒熱交換器の製造コストを低減することができる。 According to the present invention, the spaces s1 and s2 between the hollow container and the plate polymer can be narrowed. Thus, the hollow container can be reduced in size by reducing the gaps s1 and s2 between the outer periphery of the plate and the inner wall surface b of the hollow container. Therefore, coupled with the downsizing of the hollow container, the manufacturing cost of the refrigerant heat exchanger can be reduced.

10 空調設備
12 一次冷媒回路
14 二次冷媒回路
16 圧縮機
18 蒸発式凝縮器
20 NHレシーバ
22 膨張弁
24 CO液化器(冷媒熱交換器)
26a、26b バイパス路
28a、28b 切換弁
30 COレシーバ
34 サーバ室
36 冷却器
38 送風機
40 サーバラック
42 CO循環路
50 中空容器
50a 上壁
50b 内壁面
50c 空間部
52 プレート重合体
54 プレート
54a プレートの下側
54b プレートの上部
56 NH導入口
58 NH導入管(第1の導入口)
60 NH散布管
60a 散布孔
64 NH導出口(第1の導出口)
66 NH導出管(冷媒ガス導出管)
68 中空ハウジング
68a 長辺
68b 短辺
68c NH導入孔(冷媒ガス導入孔)
70 CO導入口(第2の導入口)
72 CO導入管
74 CO流路(冷媒導入路)
76 CO導出口(第2の導出口)
78 CO導出管
80 CO流路(冷媒導出路)
82a、82b、84a、84b ステー
86 充填材
a 外気
cf コールド流
cw 冷気通路
hf ホット流
s1、s2 空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Air conditioning equipment 12 Primary refrigerant circuit 14 Secondary refrigerant circuit 16 Compressor 18 Evaporative condenser 20 NH 3 receiver 22 Expansion valve 24 CO 2 liquefier (refrigerant heat exchanger)
26a, 26b Bypass path 28a, 28b Switching valve 30 CO 2 receiver 34 Server room 36 Cooler 38 Blower 40 Server rack 42 CO 2 circulation path 50 Hollow container 50a Upper wall 50b Inner wall surface 50c Space portion 52 Plate polymer 54 Plate 54a Plate Lower side 54b Upper part of plate 56 NH 3 inlet 58 NH 3 inlet pipe (first inlet)
60 NH 3 spray pipe 60a spray hole 64 NH 3 outlet (first outlet)
66 NH 3 outlet pipe (refrigerant gas outlet pipe)
68 Hollow housing 68a Long side 68b Short side 68c NH 3 introduction hole (refrigerant gas introduction hole)
70 CO 2 inlet (second inlet)
72 CO 2 introduction pipe 74 CO 2 passage (refrigerant introduction passage)
76 CO 2 outlet (second outlet)
78 CO 2 outlet pipe 80 CO 2 passage (refrigerant outlet passage)
82a, 82b, 84a, 84b Stay 86 Filling material a Outside air cf Cold flow cw Cold air passage hf Hot flow s1, s2 Space

Claims (2)

第1の冷媒が導入される第1の導入口、内部で気化した第1の冷媒が導出される第1の導出口、第2の冷媒が導入される第2の導入口、及び第2の冷媒が導出される第2の導出口、が形成された筒状の中空容器と、
該中空容器の内部に配置され、表裏面に第1の冷媒及び第2の冷媒の熱交換流路を形成する凹凸が形成された多数のプレートが重ねられたプレート重合体と、
前記プレート重合体の上方空間に前記中空容器の上部隔壁に対向配置され、上面壁に形成された冷媒ガス導入孔及び前記第1の導出口に接続された冷媒ガス導出管を有する中空ハウジングと、
前記第2の導入口と前記第2の冷媒の熱交換流路とを結ぶ冷媒導入路、及び前記第2の冷媒の熱交換流路と前記第2の導出口とを結ぶ冷媒導出路とを備え、
前記中空ハウジングの前記上面壁は、前記上部隔壁の内面に近接して対向配置されて筒状の前記中空容器の軸方向に延設され、
前記冷媒ガス導入孔は、前記上面壁に筒状の前記中空容器の軸方向に間隔を有して複数設けられている冷媒熱交換器であって、
前記プレート重合体を構成するプレートの形状が、中空容器の軸心(O)よりも下側のプレートは、中空容器の軸心(O)よりも下方の位置(S)を中心とした曲率半径を有して中空容器の内壁面に近接して沿って半円形状に形成されるとともに、中空容器の軸心(O)よりも上側のプレートは、中空容器の軸心(0)を中心として曲率半径よりも大きな曲率半径を有した半楕円形状に形成したことを特徴とする冷媒熱交換器。
A first inlet through which the first refrigerant is introduced, a first outlet through which the first refrigerant vaporized therein is led out, a second inlet through which the second refrigerant is introduced, and a second A cylindrical hollow container in which a second outlet from which the refrigerant is led out is formed;
A plate polymer that is arranged inside the hollow container and on which front and back surfaces are stacked with a large number of plates on which concavities and convexities that form heat exchange channels for the first refrigerant and the second refrigerant are formed;
A hollow housing having a refrigerant gas introduction pipe connected to the first outlet and a refrigerant gas introduction hole formed in an upper surface wall of the upper space of the plate polymer so as to face the upper partition wall of the hollow container;
A refrigerant introduction path connecting the second inlet and the heat exchange flow path of the second refrigerant, and a refrigerant outlet path connecting the heat exchange flow path of the second refrigerant and the second outlet. Prepared,
The upper wall of the hollow housing is disposed in close proximity to the inner surface of the upper partition wall and extends in the axial direction of the cylindrical hollow container,
The refrigerant gas introduction hole is a refrigerant heat exchanger provided in the upper surface wall with a plurality of intervals in the axial direction of the cylindrical hollow container ,
The plate constituting the plate polymer has a radius of curvature centered on a position (S) below the axis (O) of the hollow container, with the plate below the axis (O) of the hollow container. And is formed in a semicircular shape along the vicinity of the inner wall surface of the hollow container, and the plate above the axis (O) of the hollow container is centered on the axis (0) of the hollow container A refrigerant heat exchanger characterized by being formed in a semi-elliptical shape having a radius of curvature larger than the radius of curvature .
前記中空容器の上部隔壁に対向配置されたまま前記筒状の中空容器に軸方向に延設された前記中空ハウジングと、
前記第1の導入口に接続されると共に、前記中空ハウジングの下面に前記中空ハウジングの長手方向に設けられ、前記第1の冷媒を前記プレート重合体に散布する散布孔を有する冷媒散布管とをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の冷媒熱交換器。
The hollow housing extending in the axial direction in the cylindrical hollow container while being opposed to the upper partition wall of the hollow container;
A refrigerant distribution pipe connected to the first introduction port and provided on the lower surface of the hollow housing in the longitudinal direction of the hollow housing and having a distribution hole for distributing the first refrigerant to the plate polymer; The refrigerant heat exchanger according to claim 1, further comprising:
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