JP2014190587A - エジェクタ式冷凍サイクル装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エジェクタ式冷凍サイクル装置により生成される冷水を安定して連続的に、確実に供給できるように、蒸発器を安定して運転することができるエジェクタ式冷凍サイクル装置とその制御方法を提供する。
【解決手段】 蒸発器３の冷媒出口に圧力センサ11と温度センサ12とを配設し、圧力センサ11による検出圧力を制御装置10に予め登録した飽和温度データに基づいて飽和温度を算出し、前記温度センサ12による冷媒の検出温度との差を求めれば、この差が過熱度に相当する。この過熱度を予め設定した設定値と比較して、その差によって制御装置10からアクチュエータ6aに駆動信号を送出して、膨張弁６の開度を調整する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エジェクタ式冷凍サイクル装置に関し、特に運転状態を安定させて、所望の仕様の冷水等を確実に供給できるようにしたエジェクタ式冷凍サイクル装置とエジェクタ式冷凍サイクル装置の制御方法に関する。

エネルギ損失を削減して冷凍効率を向上させることができ、省エネルギー化を促進できるエジェクタ式冷凍サイクルを利用したエジェクタ式冷凍機がある。斯かるエジェクタ式冷凍機では、小型・軽量化を促進できる等の利点を備えている。また、この種のエジェクタ式冷凍システムは、主として、エジェクタと加熱装置、蒸発器、凝縮器、膨張弁、冷媒ポンプにより冷凍回路が構成される。一方、本願出願人は、冷媒を加熱して冷媒の蒸気を生成する際の熱源として太陽熱コレクタで加熱された作動媒体をエジェクタに供給して冷水を得るようにしたエジェクタ式冷凍システムを提案している(特許文献１参照)。

ところで、このようなエジェクタを利用した冷凍サイクル装置として、例えば、簡素な構造の絞り弁で、冷媒蒸発器上流の絞りを可変させて性能低下を防ぐと共に、簡素な構造の絞り弁でコストを抑えようするものが提案されている（特許文献２参照。）。

特開２０１０−９６４３６号公報 特開２００４−３２４９３６号公報

前記特許文献２に開示された発明は、絞り弁での絞り度合いを、エバポレータ前後の差圧を用いて可変させており、エバポレータの負荷が高くて冷媒流量が多い、もしくはエバポレータでのスーパーヒートが大きい時にはエバポレータでの圧損が大きくなることに着目してこれを利用しているものである。このため、負荷に応じた最適な絞りに可変することができ、性能の低下を防ぐことができるようになされたものである。この絞り弁の構造として前記差圧の検出にダイヤフラムが用いられているものである。

この特許文献２に開示された冷凍サイクル装置では、前述したとおり、差圧の検出にダイヤフラムが用いられているから、動作させるための差圧の値を変更するダイヤフラムを交換する必要があり、また、応答までに時間を要して迅速性に欠けるものがある。

そこで、この発明は、安定した状態で連続的に冷媒を供給することにより、所望の仕様の冷水を確実に供給できるエジェクタ式冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置は、発生器で発生させた冷媒蒸気を駆動流体として供給し、吸引流体を吸引して蒸発器内で発生する蒸発潜熱によって対象流体を冷却するエジェクタを有し、該エジェクタから排出された冷媒を凝縮器で液化させ、該液化させた冷媒を冷媒供給ポンプによって前記発生器へ返戻させると共に、膨張弁を介して前記蒸発器へ供給するエジェクタ式冷凍サイクル装置において、前記蒸発器の冷媒出口に設置した圧力センサと、前記蒸発器の冷媒出口に設置した温度センサと、前記圧力センサと温度センサとのそれぞれによって捕捉された検出圧力と検出温度とが入力される制御装置とを備え、前記制御装置に飽和蒸気データを登録し、前記検出圧力を該飽和蒸気データに対応させて飽和温度を算出し、前記飽和温度と前記温度センサによる検出温度との差を過熱度として算出し、算出された算出過熱度を予め設定した設定過熱度を比較し、その差に応じて前記膨張弁を開閉することを特徴としている。

前記圧力センサでの検出圧力から求められた飽和温度は、蒸発器の出口における蒸発温度と一致するので、この飽和温度を前記蒸発温度とする。この蒸発温度と前記温度センサでの検出温度との差を過熱度として算出する。

前記過熱度を予め設定された設定値と比較する。このとき、過熱度が設定値以上であれば前記膨張弁を開き、設定値未満であれば閉じるように前記制御装置によって制御する。

また、請求項２の発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置の制御方法は、発生器で発生させた冷媒蒸気を駆動流体として供給し、吸引流体を吸引して蒸発器内で発生する蒸発潜熱によって対象流体を冷却するエジェクタを有し、該エジェクタから排出された冷媒を凝縮器で液化させ、該液化させた冷媒を冷媒供給ポンプによって前記発生器へ返戻させると共に、膨張弁を介して前記蒸発器へ供給するエジェクタ式冷凍サイクル装置の制御方法において、前記蒸発器の冷媒出口の冷媒圧力を検出し、前記蒸発器の冷媒出口の冷媒温度を検出し、前記冷媒圧力から飽和蒸気データに基づいて飽和温度を求め、前記算出した飽和温度と前記冷媒温度との差を算出して過熱度とし、算出された算出過熱度を予め設定した設定過熱度を比較し、その差に応じて前記膨張弁を開閉することを特徴としている。

蒸発器の出口での検出圧力から飽和温度を求め、この飽和温度と蒸発器出口の検出温度との差を過熱度として、この過熱度と予め設定した設定値と比較して前記膨張弁の開閉操作を行う。

この発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置とその制御方法によれば、蒸発器の出口における冷媒蒸気の状態から膨張弁の開度を調整することで、蒸発器内への冷媒の供給を安定して行うことができ、エジェクタ式冷凍サイクル装置を安定して運転することができる。排出される冷媒蒸気の状態に迅速に対応して、蒸発器を安定して作動させることができる。

この発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置の概略の構成を説明するブロック図である。 この発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置の制御方法を説明するフローチャートであり、このエジェクタ式冷凍サイクル装置の全体の操作手順を説明するものである。 この発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置の制御方法を説明するフローチャートであり、膨張弁の開閉制御の操作手順を説明するものである。 図３に示すフローチャートの一部であり、図３のＡ部に連続する手順を説明するものである。

以下、図示した好ましい実施の形態に基づいてこの発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置を具体的に説明する。

図１はこの発明に係るエジェクタ式冷凍サイクルを用いたエジェクタ式冷凍機のブロック図であり、エジェクタ式冷凍機は、主として発生器１とエジェクタ２、蒸発器３、凝縮器４、冷媒循環ポンプ５、膨張弁６とにより構成されている。発生器１には、工場から排出される約85℃程度の温水やコ・ジェネレーションシステムからの廃熱、温泉の熱、あるいは太陽熱コレクターで集熱した温水Whが熱媒として供給される。発生器１の冷媒Ｒの入口側には冷媒循環ポンプ５の吐出側の接続されて該冷媒循環ポンプ５によって冷媒Ｒが供給される。発生器１の出口側はエジェクタ２の入口が接続されており、発生器１によって冷媒Ｒが加熱されて生成された高圧冷媒Rhが供給されている。

前記エジェクタ２のノズル部2aには蒸発器３の冷媒の出口側が接続されており、入口から供給された高圧冷媒Rhを該ノズル部2aで減圧させて発生した駆動流体としての駆動冷媒の負圧によって該蒸発器３から吸引流体としての吸引冷媒Rsが吸引される。このノズル部2aの下流には混合部2bが設けられ、混合部2bの下流にはディフューザ部2cが設けられており、入口から供給されて発生した前記駆動冷媒と、該駆動冷媒と吸引冷媒Rsとが混合された混合冷媒とは、ノズル部2a、混合部2b、ディフューザ部2cの順に流れて出口から吐出される。

エジェクタ２の出口には凝縮器４が接続されており、前記混合冷媒は外部から供給される冷却水Ｗによって液体の冷媒Ｒに戻される。この凝縮器４の出口側には前記冷媒循環ポンプ５の吸込口が接続されて、該冷媒循環ポンプ５によって冷媒Ｒが前記発生器１に供給される。また、この冷媒循環ポンプ５の吸込側には膨張弁６を介して前記蒸発器３の供給されている。前記凝縮器４の出口から前記蒸発器３に至る流路の途中にはレシーバータンク７が配されており、液化された冷媒Ｒが貯留されるようにしてある。

前記蒸発器３の冷媒Rsの出口側配管には、冷媒Rsの圧力を測定する圧力センサ11と、冷媒Rsの温度を測定する温度センサ12とが設置されている。これら圧力センサ11の圧力信号と温度センサ12の温度信号が、制御装置10に入力されている。そして、この制御装置10には前記膨張弁６の開閉操作を行うアクチュエータ6aが接続されており、開閉信号が送出されている。

以上により構成されたこの発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置について、その作用を図２ないし図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する。

図２はエジェクタ式冷凍サイクル装置のメインのフローチャートであり、メインスイッチの電源を「ON」(ステップ２０１)でこのエジェクタ式冷凍サイクル装置が運転待機の状態となり、それぞれの機器等との間での通信の可否が確認される（イニシャル通信確認／ステップ２０２）。また、前記制御装置10にはモニター画面15が備えられており、このモニター画面15に電源が「ON」されていることを表示する。そして、エジェクタ式冷凍サイクル装置の運転スイッチのオンに待機する（ステップ２０３）。運転スイッチがオンされたならば(ステップ２０３／運転)、異常検査回路による運転状況の異常の有無を検査が行われる（ステップ２０４）。また、運転スイッチがオフされた場合には、冷媒循環ポンプ５が停止する。

次いで、前記発生器１の運転制御が行われる（ステップ２０５）と共に、該発生器１の温水弁制御が実施される（ステップ２０６）。これは、エジェクターの駆動流体の流量を安定化させるために発生器１から出力される冷媒の温度と圧力が一定となるように制御すると共に、駆動流量を最小にして駆動させることにより成績係数（COP（Coefficient of Performance））を高めて動作効率の向上を図る。

そして、この発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置が特徴とする前記蒸発器３の膨張弁６の制御が行われる(ステップ７)。これは蒸発器３により生成される冷水の出口温度を安定させるために、冷媒の蒸発圧力が一定となるように、過熱度を制御するものである。この膨張弁６の制御を、蒸発器３の冷水温度制御（ステップ２０８）と併せて、図３及び図４を参照して説明する。

蒸発器３の膨張弁６の制御手順が開始されると（ステップ３０１）、前記モニター画面15に蒸発器１に関する情報が表示される。次いで膨張弁６の全閉状態が確認される（ステップ３０２）。その後、手動による操作が行われるか否かが判断され（ステップ３０３）、手動操作される場合には(ステップ３０３／Ｙ)、膨張弁６の開度を手動により設定する（ステップ３１０）。手動操作ではないと判断された場合、すなわち自動運転時には（ステップ３０３／Ｎ）、前記圧力センサ11によって蒸発器３の真空状態が測定される（ステップ３０４）。この場合、例えば、蒸発器３内が設定値以下となるまで前記エジェクタ２により吸引させる（ステップ３０４／Ｎ）。蒸発器３の出口の真空が設定値以下となったならば(ステップ３０４／Ｙ)、制御装置10は前記アクチュエータ6aに駆動信号を送出して膨張弁６を予め設定された開度まで開放する（ステップ３０５）。

膨張弁６が開放されると改めて蒸発器３の圧力が前記圧力センサ11により測定され（ステップ３０６）、ゲージ圧力が予め設定された設定値以下である場合には膨張弁６を開放する（ステップ３０７）。このとき、開度の調整は予め設定された制御幅（パルス数）と時間（パルス／秒）とによって前記アクチュエータ6aを操作して行いながら、前記圧力となるまで繰り返す（ステップ３０６）

前記ステップ３０６で測定された蒸発器３の出口圧力が予め設定された設定値以上である場合には、ステップ４０１に進んで、前記温度センサ12により測定された温度に基づいて過熱度を算出して目標温度となるように制御する。すなわち、前記圧力センサ11で測定した検出圧力から、前記制御装置10に予め登録させた飽和蒸気データに基づいて飽和温度を求める。この飽和温度とは蒸発器３の蒸発温度と一致するので、この算出した飽和温度と前記温度センサ12によって検出した冷媒Rsの検出温度との差は過熱度とすることができる。この過熱度を予め設定した設定値と比較する（ステップ４０１）。すなわち、算出された過熱度が冷媒ガス過熱度の設定値以上の場合には膨張弁６の開度を大きくし（ステップ４０２）、設定値未満の場合には小さくする（ステップ４０３）ように、前記制御装置10から膨張弁６の前記アクチュエータ6aを駆動する。

次いで、前記ステップ２０８の冷水温度制御が実行されて、蒸発器３の冷水出口で測定された冷水温度を設定された温度と比較する（ステップ４０４）。設定された温度よりも低い場合には（ステップ４０４／−値）冷水流量出口制御弁を開放して流量を増加し（ステップ４０５）、設定された温度よりも高い場合には（ステップ４０４／＋値）冷水流量出口制御弁を閉成して流量を減少させる。すなわち、蒸発器３の運転状態が安定すると、生成される冷水温度が低下すると共に、負荷の変動によっても冷水温度が変化するので、冷水温度を一定とするためである。その後、前記ステップ３０６に戻って蒸発器３の圧力が前記圧力センサ11により測定され、その測定値と設定値とが比較される。

この発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置及びその制御方法によれば、蒸発器によってほぼ一定の温度の冷水を安定的に連続して生成できるので、空調装置等の後工程の装置を安定して運転することに寄与する。

Rh 高速冷媒（駆動流）
Rs 低速冷媒（吸引流）
１ 発生器
２ エジェクタ
３ 蒸発器
４ 凝縮器
５ 冷媒循環ポンプ
６ 膨張弁
6a アクチュエータ
７ レシーバータンク
10 制御装置
11 圧力センサ
12 温度センサ

Claims (2)

1. 発生器で発生させた冷媒蒸気を駆動流体として供給し、吸引流体を吸引して蒸発器内で発生する蒸発潜熱によって対象流体を冷却するエジェクタを有し、該エジェクタから排出された冷媒を凝縮器で液化させ、該液化させた冷媒を冷媒供給ポンプによって前記発生器へ返戻させると共に、膨張弁を介して前記蒸発器へ供給するエジェクタ式冷凍サイクル装置において、
   前記蒸発器の冷媒出口に設置した圧力センサと、
   前記蒸発器の冷媒出口に設置した温度センサと、
   前記圧力センサと温度センサとのそれぞれによって捕捉された検出圧力と検出温度とが入力される制御装置とを備え、
   前記制御装置に飽和蒸気データを登録し、前記検出圧力を該飽和蒸気データに対応させて飽和温度を算出し、
   前記飽和温度と前記温度センサによる検出温度との差を過熱度として算出し、
   算出された算出過熱度を予め設定した設定過熱度を比較し、その差に応じて前記膨張弁を開閉することを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル装置。
2. 発生器で発生させた冷媒蒸気を駆動流体として供給し、吸引流体を吸引して蒸発器内で発生する蒸発潜熱によって対象流体を冷却するエジェクタを有し、該エジェクタから排出された冷媒を凝縮器で液化させ、該液化させた冷媒を冷媒供給ポンプによって前記発生器へ返戻させると共に、膨張弁を介して前記蒸発器へ供給するエジェクタ式冷凍サイクル装置の制御方法において、
   前記蒸発器の冷媒出口の冷媒圧力を検出し、
   前記蒸発器の冷媒出口の冷媒温度を検出し、
   前記冷媒圧力から飽和蒸気データに基づいて飽和温度を求め、
   前記算出した飽和温度と前記冷媒温度との差を算出して過熱度とし、
   算出された算出過熱度を予め設定した設定過熱度を比較し、その差に応じて前記膨張弁を開閉することを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル装置の制御方法。

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