| 【発明の名称】 |
ブライン冷却装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】市川 義文
【氏名】諸星 恒次
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| 【要約】 |
【課題】地球温暖化を防止するなど環境問題へ対応し、かつブライン熱交換器内での凍結が防止されたブライン冷却装置を得る。
【解決手段】スクリュー圧縮機１、凝縮器３、主膨張弁５、蒸発器６を配管にて接続し蒸発器６を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、アンモニア冷媒とされた冷媒と、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器６と、ブラインの流量に応じてスクリュー圧縮機１の容量を制御する容量制御手段とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】スクリュー圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続し冷媒を前記蒸発器にて蒸発することにより前記蒸発器を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、アンモニア冷媒とされた前記冷媒と、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器と、前記ブラインの流量に応じて前記スクリュー圧縮機の容量を制御する容量制御手段とを備えたことを特徴とするブライン冷却装置。
【請求項２】スクリュー圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続し冷媒を前記蒸発器にて蒸発することにより前記蒸発器を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、アンモニア冷媒とされた前記冷媒と、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器と、前記ブラインの流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段によりブライン流量の減少が検出された場合、前記スクリュー圧縮機の運転容量を減少させる容量制御手段とを備えたことを特徴とするブライン冷却装置。
【請求項３】スクリュー圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続し冷媒を前記蒸発器にて蒸発することにより前記蒸発器を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、アンモニア冷媒とされた前記冷媒と、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器と、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段と、前記吸入圧力検出手段により前記圧縮機の吸入圧力が低下したと判断された場合、前記スクリュー圧縮機の運転容量を減少させる容量制御手段とを備えたことを特徴とするブライン冷却装置。
【請求項４】スクリュー圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続しアンモニア冷媒を前記蒸発器にて蒸発することにより前記蒸発器を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器と、前記スクリュー圧縮機の容量制御手段と、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段とを備え、前記圧縮機の吸入圧力が予め定めた設定値以下となる時間が所定の一定時間継続した場合、前記スクリュー圧縮機の運転容量を減少させることを特徴とするブライン冷却装置。
【請求項５】請求項４に記載のものにおいて、前記吸入圧力の設定値をブライン凍結温度よりも５〜１０℃高い温度に相当する飽和圧力とすることを特徴とするブライン冷却装置。
【請求項６】請求項４に記載のものにおいて、前記スクリュー圧縮機の運転容量は１００％の運転容量から５０％へ減少させることを特徴とするブライン冷却装置。
【請求項７】請求項３又は４に記載のいずれかのものにおいて、前記吸入圧力検出手段として圧力開閉器を用いたことを特徴とするブライン冷却装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍、冷蔵ショーケース、冷凍、冷蔵庫等に用いられる冷却されたブラインを循環させる冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧縮式冷凍機に用いられている冷媒としてフロン系冷媒が使用されていきたが、オゾン層破壊や地球温暖化に対する見直しから冷媒としてアンモニアを用いることが冷却装置においても検討されている。アンモニア冷凍機で用いられる冷却装置は満液式や、液循環式が例えば、特開平１０-１７０１２４号公報に記載されている。
【０００３】また、冷凍サイクル内の冷媒封入量を削減するには、蒸発器にヘリンボーンプレートやコルゲートプレート等に代表されるプレート式熱交換器を用いることが適していることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による満液式や、液循環式の冷却機では大量の冷媒を必要とするため、オゾン層破壊や地球温暖化に対して適さないばかりか、アンモニア冷媒を用いることもその効率、危険性等より充分ではなかった。
【０００５】また、プレート式熱交換器を用いた場合は、ブライン流量が減少した際に、内部凍結が発生し、熱交換器を形成する伝熱管が閉塞して変形あるいは破裂する危険性があった。
【０００６】本発明の目的は、上記課題を解決し、ブラインの熱交換器内での凍結を防止し、信頼性が向上され安定した運転が図れるブライン冷却装置を提供することにある。
【０００７】また、本発明の目的は、使用される冷媒量を少なくし、オゾン層破壊の恐れを少なくする、地球温暖化を防止するなど環境問題へ対応したブライン冷却装置を提供することにある。
【０００８】さらに、本発明の目的は、冷媒量を少なく性能向上を図ると共に、自然系冷媒を用いても効率を良好とし、自然系冷媒の可燃性や毒性に対して安全性を高めたブライン冷却装置を提供することにある。なお、本発明は上記課題の少なくとも一つを解決するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、スクリュー圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続し冷媒を前記蒸発器にて蒸発することにより前記蒸発器を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、アンモニア冷媒とされた前記冷媒と、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器と、前記ブラインの流量に応じて前記スクリュー圧縮機の容量を制御する容量制御手段とを備えたものである。
【００１０】冷媒としてアンモニアを用いるので、オゾン層破壊や地球温暖化の恐れがなく、その冷媒の使用量も蒸発器を複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とすることで少なくできる。そして、ブラインの流量に応じて高出力の得られるスクリュー圧縮機の容量を制御するので、冷媒封入量を削減したことに起因する熱交換器内での凍結を防止し、信頼性を向上できる。
【００１１】また、本発明はスクリュー圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続し冷媒を前記蒸発器にて蒸発することにより前記蒸発器を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、アンモニア冷媒とされた前記冷媒と、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器と、前記ブラインの流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段によりブライン流量の減少が検出された場合、前記スクリュー圧縮機の運転容量を減少させる容量制御手段とを備えたものである。
【００１２】ブライン流量の減少に伴い冷却負荷も減少するが、このときブライン流量の減少が検出された場合、スクリュー圧縮機の運転容量を減少させるので、ブラインは凍結温度まで過度に温度低下することがない。よって、熱交換器内での凍結を防止し、信頼性を向上できる。
【００１３】さらに、本発明はスクリュー圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続し冷媒を前記蒸発器にて蒸発することにより前記蒸発器を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、アンモニア冷媒とされた前記冷媒と、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器と、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段と、前記吸入圧力検出手段により前記圧縮機の吸入圧力が低下したと判断された場合、前記スクリュー圧縮機の運転容量を減少させる容量制御手段とを備えたものである。
【００１４】ブライン流量が減少すると、冷却負荷も減少し圧縮機の吸入圧力が低下する。そして、吸入圧力検出手段により圧縮機の吸入圧力が低下したと判断された場合、スクリュー圧縮機の運転容量を減少させるので、通常の連続運転の動作の中で熱交換器内のブライン凍結を防止できる。
【００１５】さらに、本発明はスクリュー圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続しアンモニア冷媒を前記蒸発器にて蒸発することにより前記蒸発器を流通するブラインを冷却するブライン冷却装置において、複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とされた蒸発器と、前記スクリュー圧縮機の容量制御手段と、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段とを備え、前記圧縮機の吸入圧力が予め定めた設定値以下となる時間が所定の一定時間継続した場合、前記スクリュー圧縮機の運転容量を減少させるものである。
【００１６】これにより、圧縮機の吸入圧力が予め定めた設定値以下となる時間が所定の一定時間継続した場合、スクリュー圧縮機の運転容量を減少させるので、通常の連続運転の動作の中で熱交換器内のブライン凍結を確実に防止でき、アンモニアの冷凍サイクル内の封入量を少なくするため熱交換器にプレート式熱交換器を用いることが可能となり、オゾン層破壊や地球温暖化に対して好適なものとすることができる。
【００１７】さらに、本発明は上記のものにおいて、吸入圧力の設定値をブライン凍結温度よりも５〜１０℃高い温度に相当する飽和圧力とすることが望ましい。
【００１８】さらに、本発明は上記のものにおいて、スクリュー圧縮機の運転容量は１００％の運転容量から５０％へ減少させることが、凍結防止用の運転から再度、冷却運転に復帰させる場合、運転効率等の点から好ましい。
【００１９】さらに、本発明は上記のものにおいて、吸入圧力検出手段として圧力開閉器を用いることが、低価格化、信頼性の点より有利である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１ないし６を参照して説明する。図１は、アンモニア冷凍サイクルのサイクル系統図であり、実線は冷媒、破線は冷凍機油の流れ方向を示す。圧縮機は、開放型のスクリュー圧縮機１を二段としたもので、スクリュー圧縮機１１の低段、高段ロータによりアンモニア（ガス）は圧縮され、高温高圧のガスとなり冷凍機油と共に吐出され、油分離器２内にて冷媒ガスと冷凍機油に分離される。
【００２１】冷媒ガスは、凝縮器３にて冷却水によって凝縮液となり、過冷却器４にて更に液温が下げられ、主膨張弁５により低温の湿りガスとなり、蒸発器であるプレート式熱交換器６内で被冷却物であるブラインの冷却作用が行われ後、スクリュー圧縮機１へと吸入される。
【００２２】図２は、プレート式熱交換器のブライン出入口の構造を示す斜視図であり、ブラインは、プレート式熱交換器の上部入口より流入する。アンモニア冷媒が蒸発することにより、ブラインは上部から下部に向かって流れていく間に冷却され、下部出口より温度が下げられた状態で排出される。
【００２３】ブラインの流量が減少した際、プレート式熱交換器６内にて、ブラインの流れは均一ではなくなり、プレート内で正規の流れを持つ流路と比べて極端にブラインの通過速度が低下、又は流れず滞留することになる。そのため、プレート式熱交換器６内で滞留しているブラインは、プレート式熱交換器６内でアンモニア冷媒が蒸発することによって冷却され徐々に凍結を始める。
【００２４】アンモニア冷媒の蒸発は継続しているので、ブラインの凍結はさらに増長し、ブライン流量が減少するため、プレート式熱交換器６内にエアが混入する場合がある。よって、ブラインの濃度が低下し、凍結温度が高くなり、ブライン凍結を発生しやすくする要因となる。
【００２５】プレート式熱交換器６内でブラインが凍結すると、積層された各プレートの変形又は破損等を起こす場合があり、アンモニア冷媒が、ブラインサイクル内へ漏洩又は外部への漏洩を起こし、他の機器に腐食等の影響を与える危険性がある。
【００２６】一方、油分離器２にて分離された冷凍機油は、油タンク７に排出され、油タンク７から油冷却器８に入る。油冷却器８にて冷却水により冷却された冷凍機油は、油ストレーナ９にて油中の異物が除去された後、スクリュー圧縮機１の中間圧力部である軸受１５ａ、１５ｂ部及び軸封装置１６部へ給油される。
【００２７】図３は、凍結保護用圧力開閉器１０の配管接続方法を示す構成図であり、スクリュー圧縮機１の吸入圧力を表示する圧力連成計１１はスクリュー圧縮機１の吸入圧力部と、サービスバルブ１７を介して配管１２にて接続されており、この配管１２を分岐させ、分岐させた一方と凍結保護用圧力開閉器１０とを同サイズの配管１３にて接続し、スクリュー圧縮機１の吸入圧力を検知させる。
【００２８】図４は、スクリュー圧縮機１の吸入圧力の変化を示すグラフであり、図５は、吸入圧力を検知し容量制御を行うためのシーケンス回路を、図６は容量制御用電磁弁の動作を示す。
【００２９】圧縮機１は１００％ロード時、容量制御電磁弁（２０Ａ，Ｃ）１９ａ、１９ｃが開状態となっており、この１００％ロードでの運転中に、プレート式熱交換器６内でのブライン流量が減少すると、冷却負荷も減少するため主膨張弁５は閉方向の制御を行い、吸入圧力は低下する。
【００３０】そして、スクリュー圧縮機１の吸入圧力が凍結保護用圧力開閉器１０の設定値まで低下し、これが限時継電器１８の設定時間を継続した場合、二段とされたスクリュー圧縮機１のそれぞれの容量制御用電磁弁（２０Ｂ，Ｃ）１９ｂ、１９ｃが通電され開状態になり、運転容量を５０％ロードの容量制御運転に移行する。
【００３１】この容量制御運転により、圧縮機１の冷却能力は減少し、プレート式熱交換器６内に停滞しているブラインが凍結温度まで低下することを防止できる。
【００３２】その後吸入圧力が上昇し、凍結保護用圧力開閉器１０の復帰値に達するまで、５０％ロードの容量制御運転をさせ、その後、スクリュー圧縮機１の運転容量を１００％ロードに復帰させ、再度冷却運転を行わせる。
【００３３】ブラインの温度低下による吸入圧力の変化は、スクリュー圧縮機１の吸入圧力部で検知され、この吸入圧力に相当する飽和温度は、プレート式熱交換器６内のアンモニア冷媒の蒸発温度よりもプレート式熱交換器６内及び吸入配管１４内の圧力損失に相当する飽和温度の分のみ低い温度となるように設定する。
【００３４】つまり、圧縮機の吸入圧力が予め定めた設定値以下となる時間が所定の一定時間継続した場合、スクリュー圧縮機の運転容量を減少させ、通常の連続運転の動作の中で熱交換器内のブライン凍結を確実に防止する。そして、アンモニアの冷凍サイクル内の封入量を少なくするため熱交換器にプレート式熱交換器をオゾン層破壊や地球温暖化の恐れを少なくする。さらに、吸入圧力の設定値をブライン凍結温度よりも５〜１０℃高い温度に相当する飽和圧力とすることが望ましく、、ブライン凍結に対する保護としては、より安全サイドとなる。また、この場合のブラインは被冷却物である流体であれば良く、水もブラインとして利用できる。
【００３５】ブライン冷却装置において、アンモニアを冷媒とし冷凍サイクルを構成する場合、アンモニアの冷凍サイクル内の封入量をブライン冷却器にプレート式熱交換器６を使用することで、最小限の冷媒量とすることができる。
【００３６】また、ブラインの流量が減少することに起因するプレート式熱交換器６の内部凍結を未然に防止すれば、プレートの破損によるアンモニア冷媒の漏洩の危険性も回避することができる。
【００３７】さらに、凍結保護用圧力開閉器１０の動作にて、スクリュー圧縮機１の５０％ロードの容量制御運転を行わせ、吸入圧力が凍結保護用圧力開閉器１０の復帰値まで上昇すると、スクリュー圧縮機１の運転容量を１００％ロードとし、再度冷却運転に復帰させることにより、ブラインの内部凍結でユニットを異常停止させることなく、日常の連続運転の動作の中で、プレート式熱交換器６内でのブライン凍結を回避することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、オゾン層破壊や地球温暖化の恐れがない冷媒としてアンモニアを用い、その冷媒の使用量も蒸発器を複数枚のプレートが積層されるプレート式熱交換器とすることで少なくし、ブラインの流量に応じてスクリュー圧縮機の容量を制御するので、冷媒封入量を削減したことに起因する熱交換器内での凍結が防止され、信頼性が向上されたブライン冷却装置を提供することができる。
【００３９】また、本発明によれば、ブライン流量の減少が検出された場合、スクリュー圧縮機の運転容量を減少させるので、ブラインは凍結温度まで過度に温度低下することがなく、信頼性が向上されたブライン冷却装置を提供することができる。
【００４０】さらに、本発明によれば吸入圧力検出手段により圧縮機の吸入圧力が低下したと判断された場合、スクリュー圧縮機の運転容量を減少させるので、圧縮機の吸入圧力が低下は冷却負荷の減少となり、ブライン流量の減少となり、熱交換器内のブライン凍結を通常の連続運転の動作の中で防止できる。
【００４１】さらに、本発明によれば圧縮機の吸入圧力が予め定めた設定値以下となる時間が所定の一定時間継続した場合、スクリュー圧縮機の運転容量を減少させ、熱交換器にプレート式熱交換器を用いるので、ブライン凍結を確実に防止でき、アンモニアの冷凍サイクル内の封入量を少なくしてオゾン層破壊や地球温暖化に対して好適なブライン冷却装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１０年９月１７日（１９９８．９．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
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| 【公開番号】 |
特開２０００−８８４３１（Ｐ２０００−８８４３１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年３月３１日（２０００．３．３１） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２６２７１３ |
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