JP2022096545A - Cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system.
駆動流により発生する吸引流を当該駆動流と混合して吐出するエジェクタを利用した冷却システムが、従来から提案されている。例えば特許文献1には、低段エジェクタと高段エジェクタとを具備する冷凍サイクルが開示されている。低段エジェクタからの吐出流が高段エジェクタの駆動流により吸引される。高段エジェクタから吐出された冷媒は、凝縮器により凝縮される。 Conventionally, a cooling system using an ejector that mixes a suction flow generated by a drive flow with the drive flow and discharges the suction flow has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a refrigeration cycle including a low-stage ejector and a high-stage ejector. The discharge flow from the low-stage ejector is sucked by the drive flow of the high-stage ejector. The refrigerant discharged from the high-stage ejector is condensed by the condenser.
冷媒を凝縮させる凝縮器においては、例えば冷却水または空気等の冷却用流体が利用される。例えば夏季等における高温の環境では、冷却用流体の温度が上昇するから、凝縮器における冷媒の温度が上昇し、結果的にエジェクタの吐出流の圧力(以下「背圧」という)が上昇する場合がある。背圧が上昇すると、エジェクタに吸引される吸引流の流量が減少し、冷却能力が低下するという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明のひとつの態様は、高温の環境における冷却能力の低下を抑制することを目的とする。 In the condenser that condenses the refrigerant, a cooling fluid such as cooling water or air is used. For example, in a high temperature environment such as in summer, the temperature of the cooling fluid rises, so that the temperature of the refrigerant in the condenser rises, and as a result, the pressure of the discharge flow of the ejector (hereinafter referred to as "back pressure") rises. There is. When the back pressure increases, the flow rate of the suction flow sucked by the ejector decreases, and there is a problem that the cooling capacity decreases. In consideration of the above circumstances, one aspect of the present invention is to suppress a decrease in cooling capacity in a high temperature environment.
本発明のひとつの態様に係る冷却システムは、熱源流体との熱交換により第1冷媒を蒸発させる第1蒸気発生器、前記第1蒸気発生器で蒸発した第1冷媒を第1駆動流として第1流入口から導入し、第1吸引口から導入された第1吸引流と混合して第1吐出口から吐出する第1エジェクタ、前記第1エジェクタから吐出された第1冷媒を第2冷媒との間の熱交換により凝縮させる第1熱交換器、および、前記第1熱交換器により凝縮された第1冷媒を前記第1蒸気発生器に送出する第1ポンプ、を環状に接続してなる第1循環流路と、前記第1循環流路のうち前記第1熱交換器と前記第1ポンプとの間の第1分岐点から分岐する流路であって、前記第1熱交換器から供給された第1冷媒を減圧する第1膨張器と、前記第1膨張器により減圧された第1冷媒を被冷却媒体との間の熱交換により蒸発させる蒸発器とを経由して第1冷媒を前記第1吸引口に供給する第1分岐流路と、熱源流体との熱交換により第2冷媒を蒸発させる第2蒸気発生器、前記第2蒸気発生器で蒸発した第2冷媒を第2駆動流として第2流入口から導入し、第2吸引口から導入された第2吸引流と混合して第2吐出口から吐出する第2エジェクタ、前記第2エジェクタから吐出された第2冷媒を冷却用流体との間の熱交換により凝縮させる第2熱交換器、および、前記第2熱交換器により凝縮された第2冷媒を前記第2蒸気発生器に送出する第2ポンプ、を環状に接続してなる第2循環流路と、前記第2循環流路のうち前記第2熱交換器と前記第2ポンプとの間の第2分岐点から分岐する流路であって、前記第2熱交換器から供給された第2冷媒を減圧する第2膨張器と、前記第2膨張器により減圧された第2冷媒を第1冷媒との間の熱交換により蒸発させる前記第1熱交換器とを経由して第2冷媒を前記第2吸引口に供給する第2分岐流路とを具備する。 In the cooling system according to one aspect of the present invention, the first steam generator that evaporates the first refrigerant by heat exchange with the heat source fluid and the first refrigerant evaporated by the first steam generator are used as the first drive flow. The first ejector introduced from the first inlet, mixed with the first suction flow introduced from the first suction port, and discharged from the first discharge port, and the first refrigerant discharged from the first ejector are referred to as the second refrigerant. A first heat exchanger that condenses by heat exchange between the two, and a first pump that sends the first refrigerant condensed by the first heat exchanger to the first steam generator are connected in a ring shape. A flow path that branches from the first branch point between the first circulation flow path and the first heat exchanger and the first pump in the first circulation flow path, and is from the first heat exchanger. The first refrigerant is passed through a first expander that decompresses the supplied first refrigerant and an evaporator that evaporates the first refrigerant decompressed by the first expander by heat exchange between the first expander and the medium to be cooled. A second steam generator that evaporates the second refrigerant by heat exchange between the first branch flow path that supplies the first suction port and the heat source fluid, and a second refrigerant that has been evaporated by the second steam generator. A second ejector introduced from the second inlet as a drive flow, mixed with the second suction flow introduced from the second suction port, and discharged from the second discharge port, and a second refrigerant discharged from the second ejector. A second heat exchanger that condenses by heat exchange with the cooling fluid and a second pump that sends the second refrigerant condensed by the second heat exchanger to the second steam generator in an annular shape. A second circulation flow path that is connected and a flow path that branches from the second branch point between the second heat exchanger and the second pump among the second circulation flow paths. The first heat exchanger that evaporates the second refrigerant decompressed by the second expander by heat exchange between the second expander that decompresses the second refrigerant supplied from the heat exchanger and the first refrigerant. It is provided with a second branch flow path for supplying the second refrigerant to the second suction port via the above.
以上の態様においては、第2蒸気発生器と第2エジェクタと第2熱交換器と第2ポンプとを以上の順番で第2冷媒が循環し、第2分岐流路を介して第2エジェクタに吸引された第2冷媒との間の熱交換により第1循環流路内の第1冷媒が冷却される。また、第1蒸気発生器と第1エジェクタと第1熱交換器と第1ポンプとを以上の順番で第1冷媒が循環し、第1分岐流路を介して第1エジェクタに吸引された第1冷媒との間の熱交換により被冷却媒体が冷却される。第2冷媒と第2エジェクタとを利用して第1冷媒を冷却する動作と、冷却後の第1冷媒と第1エジェクタとを利用して被冷却媒体を冷却する動作との2段階の冷却が実現される。したがって、冷却用流体が高温となる環境でも、第1エジェクタの第1吸引流の流量が充分に確保され、結果的に充分な冷却能力を維持できる。 In the above embodiment, the second refrigerant circulates in the above order through the second steam generator, the second ejector, the second heat exchanger, and the second pump, and reaches the second ejector via the second branch flow path. The first refrigerant in the first circulation flow path is cooled by heat exchange with the sucked second refrigerant. Further, the first refrigerant circulates in the above order through the first steam generator, the first ejector, the first heat exchanger, and the first pump, and is sucked into the first ejector through the first branch flow path. 1 The medium to be cooled is cooled by heat exchange with the refrigerant. There are two stages of cooling: an operation of cooling the first refrigerant using the second refrigerant and the second ejector, and an operation of cooling the cooled medium using the first refrigerant and the first ejector after cooling. It will be realized. Therefore, even in an environment where the cooling fluid has a high temperature, a sufficient flow rate of the first suction flow of the first ejector can be sufficiently secured, and as a result, a sufficient cooling capacity can be maintained.
本発明の好適な態様において、前記第1冷媒と前記第2冷媒とは別種の冷媒である。例えば、前記第1冷媒の飽和温度は、前記第2冷媒の飽和温度を下回る。以上の態様においては、第1冷媒と第2冷媒とが別種の冷媒であるから、高温および低温の何れの環境においても、第1エジェクタおよび第2エジェクタの吐出効率が高い水準に維持される。したがって、高温および低温の何れの環境でも充分な冷却能力を実現できる。 In a preferred embodiment of the present invention, the first refrigerant and the second refrigerant are different types of refrigerants. For example, the saturation temperature of the first refrigerant is lower than the saturation temperature of the second refrigerant. In the above embodiment, since the first refrigerant and the second refrigerant are different types of refrigerant, the discharge efficiency of the first ejector and the second ejector is maintained at a high level in both high temperature and low temperature environments. Therefore, sufficient cooling capacity can be realized in both high temperature and low temperature environments.
本発明の好適な態様において、前記第2蒸気発生器において第2冷媒を蒸発させた熱源流体が、前記第1蒸気発生器に導入される。以上の態様によれば、熱源流体が第1蒸気発生器と第2蒸気発生器とにおいて共用されるから、第1蒸気発生器と第2蒸気発生器とに別個の熱源流体が供給される構成と比較して、冷却システムの規模の増大を抑制できる。 In a preferred embodiment of the present invention, the heat source fluid obtained by evaporating the second refrigerant in the second steam generator is introduced into the first steam generator. According to the above aspect, since the heat source fluid is shared by the first steam generator and the second steam generator, a separate heat source fluid is supplied to the first steam generator and the second steam generator. Compared with, the increase in the scale of the cooling system can be suppressed.
図1は、本発明の実施形態に係る冷却システム100の構成図である。冷却システム100は、被冷却媒体Q3を冷却するためのシステムである。被冷却媒体Q3は、冷却システム100による冷却の目的となる媒体であり、例えば水,油または空気等の流体である。図1に例示される通り、本実施形態の冷却システム100は、第1システム10と第2システム20と第1熱交換器30とを具備する。
FIG. 1 is a block diagram of a
第1システム10は、第1循環流路11と第1分岐流路12と第1蒸気発生器13と第1エジェクタ14と第1ポンプ16と第1膨張器17と蒸発器18とを具備する。第1循環流路11および第1分岐流路12には、第1冷媒が循環する。第1循環流路11には、第1蒸気発生器13と第1エジェクタ14と第1熱交換器30と第1ポンプ16とが、以上の順番で設置される。すなわち、第1循環流路11は、第1蒸気発生器13と第1エジェクタ14と第1熱交換器30と第1ポンプ16とを環状に接続してなる。
The
第2システム20は、第2循環流路21と第2分岐流路22と第2蒸気発生器23と第2エジェクタ24と第2熱交換器25と第2ポンプ26と第2膨張器27とを具備する。第2循環流路21および第2分岐流路22には、第2冷媒が循環する。第2循環流路21には、第2蒸気発生器23と第2エジェクタ24と第2熱交換器25と第2ポンプ26とが、以上の順番で設置される。すなわち、第2循環流路21は、第2蒸気発生器23と第2エジェクタ24と第2熱交換器25と第2ポンプ26とを環状に接続してなる。
The
第1熱交換器30は、第1循環流路11内の気相の第1冷媒と第2分岐流路22内の液相の第2冷媒との間の熱交換により、第1循環流路11内の第1冷媒を凝縮させるとともに第2分岐流路22内の第2冷媒を蒸発させる。以上の説明から理解される通り、本実施形態の冷却システム100においては、第1システム10と第2システム20とが第1熱交換器30を介して相互に接続される。第1システム10と第2システム20とが第1熱交換器30を共用する構成とも換言される。なお、第1熱交換器30を第1システム10および第2システム20の一方の要素として把握してもよい。
The
第1システム10の流路(第1循環流路11および第1分岐流路12)と第2システム20の流路(第2循環流路21および第2分岐流路22)とは、相互に連通しない別個の流路である。すなわち、第1冷媒と第2冷媒とは混合されない。したがって、第1冷媒の種類と第2冷媒の種類とは個別に選定される。本実施形態では、第1システム10に使用される第1冷媒と第2システム20に使用される第2冷媒とは、相異なる種類の冷媒である。すなわち、第1冷媒と第2冷媒とは、例えば組成または特性が相違する。具体的には、第2冷媒の飽和温度(凝縮温度または蒸発温度)は、第1冷媒の飽和温度(凝縮温度または蒸発温度)を上回る。すなわち、第2冷媒の飽和圧力は、第1冷媒の飽和圧力を上回る。
The flow path of the first system 10 (first
図1の温水流路91は、第1システム10と第2システム20とにわたる流路である。温水流路91には温水Q1が熱源流体として供給される。温水Q1は、例えば工場排水または使用済み冷却水等の排温水である。第1システム10は、温水流路91において第2システム20の下流側に位置する。なお、第1システム10および第2システム20の各々について温水流路91が個別に設置されてもよい。第1システム10および第2システム20の各々について以下に詳述する。
The hot
[第1システム10]
まず、第1システム10の具体的な構成を説明する。第1システム10の第1蒸気発生器13は、温水流路91に供給される温水Q1と、第1循環流路11内の第1冷媒との熱交換により、第1冷媒を蒸発させる熱交換器(回収器)である。
[First system 10]
First, a specific configuration of the
第1エジェクタ14は、第1流入口14aと第1吸引口14bと第1吐出口14cとを含む。第1蒸気発生器13から送出された気相の第1冷媒は、第1駆動流X1として第1流入口14aに供給される。第1エジェクタ14は、第1駆動流X1により発生する静圧低下により、第1分岐流路12内の第1冷媒を第1吸引流Y1として第1吸引口14bから吸引する。第1流入口14aに供給された第1駆動流X1と第1吸引口14bに供給された第1吸引流Y1とが混合され、混合後の気相の第1冷媒がディフューザにより昇圧されたうえで第1吐出口14cから吐出される。以上の説明の通り、第1エジェクタ14は、第1蒸気発生器13で蒸発した第1冷媒を第1駆動流X1として第1流入口14aから導入し、第1吸引口14bから導入された第1吸引流Y1と混合して第1吐出口14cから吐出する。
The
第1熱交換器30は、第1エジェクタ14から供給された気相の第1冷媒を凝縮させる。第1ポンプ16は、第1熱交換器30により凝縮された液相の第1冷媒を第1蒸気発生器13に送出する液相ポンプである。第1循環流路11内の第1冷媒は、第1ポンプ16により第1エジェクタ14の駆動圧力まで昇圧される。
The
第1分岐流路12は、第1循環流路11から分岐する流路である。すなわち、第1循環流路11に流通する第1冷媒の一部が第1分岐流路12に供給される。具体的には、第1分岐流路12は、第1循環流路11のうち第1熱交換器30と第1ポンプ16との間の第1分岐点N1と、第1エジェクタ14の第1吸引口14bとを接続する。すなわち、第1分岐流路12は、第1吸引流Y1となる第1冷媒を第1エジェクタ14に供給する流路である。第1分岐流路12には、第1膨張器17と蒸発器18とが設置される。蒸発器18は、第1膨張器17と第1エジェクタ14の第1吸引口14bとの間に位置する。
The first
第1膨張器17には、第1熱交換器30により凝縮された第1冷媒の一部が供給される。第1膨張器17は、第1分岐流路12内の第1冷媒を減圧することで膨張させる。例えば電子膨張弁,手動膨張弁,定圧膨張弁,オリフィスまたはキャピラリー等の任意の形式の減圧機構が第1膨張器17として利用される。
A part of the first refrigerant condensed by the
蒸発器18は、被冷却流路93に供給された被冷却媒体Q3と、第1膨張器17により減圧された液相の冷媒との間の熱交換により、第1冷媒を蒸発させる熱交換器である。蒸発器18が生成する気相の第1冷媒が、第1吸引流Y1として第1エジェクタ14の第1吸引口14bに吸引される。第1エジェクタ14からの吸引により圧力が低下した第1冷媒の潜熱を利用して、被冷却媒体Q3が冷却される。
The
以上の構成において、第1システム10の第1冷媒は、第1蒸気発生器13→第1エジェクタ14→第1熱交換器30→第1ポンプ16→第1蒸気発生器13という順番で第1循環流路11内を循環する。そして、第1循環流路11から第1分岐流路12に分岐した第1冷媒は、第1膨張器17と蒸発器18とを経由して第1エジェクタ14の第1吸引口14bに吸引される。蒸発器18における第1冷媒との熱交換により、被冷却流路93内の被冷却媒体Q3が冷却される。以上の説明から理解される通り、第1分岐流路12は、第1循環流路11のうち第1熱交換器30と第1ポンプ16との間の第1分岐点N1から分岐し、第1膨張器17と蒸発器18とを経由して第1冷媒を第1吸引口14bに供給する流路である。
In the above configuration, the first refrigerant of the
[第2システム20]
次に、第2システム20の具体的な構成を説明する。第2システム20の第2蒸気発生器23は、温水流路91に供給される温水Q1と、第2循環流路21内の第2冷媒との熱交換により、第2冷媒を蒸発させる熱交換器(回収器)である。第2蒸気発生器23における熱交換で温度が低下した温水Q1(すなわち第2冷媒を蒸発させた温水Q1)が、第1システム10の第1蒸気発生器13に供給される。すなわち、第1蒸気発生器13における温水Q1の温度は、第2蒸気発生器23における温水Q1の温度を下回る。
[Second system 20]
Next, a specific configuration of the
第2エジェクタ24は、第2流入口24aと第2吸引口24bと第2吐出口24cとを含む。第2蒸気発生器23から送出された気相の第2冷媒は、第2駆動流X2として第2流入口24aに供給される。第2エジェクタ24は、第2駆動流X2により発生する静圧低下により、第2分岐流路22内の第2冷媒を第2吸引流Y2として第2吸引口24bから吸引する。第2流入口24aに供給された第2駆動流X2と第2吸引口24bに供給された第2吸引流Y2とが混合され、混合後の気相の第2冷媒がディフューザにより昇圧されたうえで第2吐出口24cから吐出される。以上の説明の通り、第2エジェクタ24は、第2蒸気発生器23で蒸発した第2冷媒を第2駆動流X2として第2流入口24aから導入し、第2吸引口24bから導入された第2吸引流Y2と混合して第2吐出口24cから吐出する。
The
第2熱交換器25は、第2エジェクタ24から吐出された気相の第2冷媒を凝縮させる。具体的には、第2熱交換器25は、第2エジェクタ24から供給された第2冷媒と、放熱流路92に供給される冷却用流体Q2との間の熱交換により、第2冷媒を凝縮させる。冷却用流体Q2は、例えば低温の工業用水、または循環式の冷却塔から供給される冷却水である。第2循環流路21内の第2冷媒は、冷却用流体Q2に対して放熱することで凝縮する。
The
第2ポンプ26は、第2熱交換器25により凝縮された液相の第2冷媒を第2蒸気発生器23に送出する液相ポンプである。第2循環流路21内の第2冷媒は、第2ポンプ26により第2エジェクタ24の駆動圧力まで昇圧される。
The
第2分岐流路22は、第2循環流路21から分岐する流路である。すなわち、第2循環流路21に流通する第2冷媒の一部が第2分岐流路22に供給される。具体的には、第2分岐流路22は、第2循環流路21のうち第2熱交換器25と第2ポンプ26との間の第2分岐点N2と、第2エジェクタ24の第2吸引口24bとを接続する。すなわち、第2分岐流路22は、第2吸引流Y2となる第2冷媒を第2エジェクタ24に供給する流路である。第2分岐流路22には、第2膨張器27と第1熱交換器30とが設置される。第1熱交換器30は、第2膨張器27と第2エジェクタ24の第2吸引口24bとの間に位置する。
The second
第2膨張器27には、第2熱交換器25により凝縮された第2冷媒の一部が供給される。第2膨張器27は、第2分岐流路22内の第2冷媒を減圧することで膨張させる。例えば電子膨張弁,手動膨張弁,定圧膨張弁,オリフィスまたはキャピラリー等の任意の形式の減圧機構が第2膨張器27として利用される。
A part of the second refrigerant condensed by the
第1熱交換器30には、第1エジェクタ14から吐出された第1冷媒が第1循環流路11を介して供給されるとともに、第2膨張器27により減圧された第2冷媒が第2分岐流路22を介して供給される。第1熱交換器30は、第1エジェクタ14から吐出された気相の第1冷媒と第2膨張器27から供給された液相の第2冷媒との間の熱交換により、第1冷媒を凝縮させるとともに第2冷媒を蒸発させる。すなわち、第1熱交換器30は、第1冷媒を凝縮させる凝縮器、および第2冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。第1熱交換器30が第2分岐流路22内に生成する気相の第2冷媒が、第2吸引流Y2として第2エジェクタ24の第2吸引口24bに吸引される。第2エジェクタ24からの吸引により圧力が低下した第2冷媒の潜熱を利用して、第1循環流路11内の第1冷媒が冷却される。
The first refrigerant discharged from the
以上の構成において、第2システム20の第2冷媒は、第2蒸気発生器23→第2エジェクタ24→第2熱交換器25→第2ポンプ26→第2蒸気発生器23という順番で第2循環流路21内を循環する。そして、第2循環流路21から第2分岐流路22に分岐した第2冷媒は、第2膨張器27と第1熱交換器30とを経由して第2エジェクタ24の第2吸引口24bに吸引される。第1熱交換器30における第2冷媒との熱交換により、第1循環流路11内の第1冷媒が冷却される。以上の説明から理解される通り、第2分岐流路22は、第2循環流路21のうち第2熱交換器25と第2ポンプ26との間の第2分岐点N2から分岐し、第2膨張器27と第1熱交換器30とを経由して第2冷媒を第2吸引口24bに供給する流路である。
In the above configuration, the second refrigerant of the
図2は、冷却システム100に関するP-h線図である。第1システム10における第1冷媒の状態が実線で図示され、第2システム20における第2冷媒の状態が破線で図示されている。
FIG. 2 is a Ph diagram with respect to the
第1蒸気発生器13における熱交換により、第1循環流路11内の第1冷媒の状態は、状態a1から状態b1に遷移する。第1エジェクタ14が第1駆動流X1および第1吸引流Y1を混合および吐出する過程により、第1冷媒の状態は、状態b1から状態c1に遷移する。状態c1における圧力Pが第1エジェクタ14の背圧に相当する。第1熱交換器30における熱交換(凝縮)により、第1循環流路11内の第1冷媒の状態は、状態c1から状態d1に遷移する。そして、第1循環流路11内の第1冷媒のうち第1ポンプ16に供給された部分が当該第1ポンプ16により昇圧されることで、第1冷媒の状態は、状態d1から前述の状態a1に遷移する。他方、第1循環流路11から第1分岐流路12に供給された第1冷媒の状態は、第1膨張器17における減圧により状態d1から状態e1に遷移する。減圧後の第1冷媒の状態は、蒸発器18における熱交換により状態e1から状態f1に遷移する。蒸発器18から送出された気相の第1冷媒が第1吸引流Y1として第1エジェクタ14に吸引されることで、第1冷媒の状態は、状態f1から前述の状態c1に遷移する。状態c1は、第1エジェクタ14内における第1駆動流X1と第1吸引流Y1との混合に相当する。
Due to the heat exchange in the
第2蒸気発生器23における熱交換により、第2循環流路21内の第2冷媒の状態は、状態a2から状態b2に遷移する。第2エジェクタ24が第2駆動流X2および第2吸引流Y2を混合および吐出する過程により、第2冷媒の状態は、状態b2から状態c2に遷移する。状態c2における圧力Pが第2エジェクタ24の背圧に相当する。第2熱交換器25における凝縮により、第2循環流路21内の第2冷媒の状態は、状態c2から状態d2に遷移する。そして、第2循環流路21内の第2冷媒のうち第2ポンプ26に供給された部分が当該第2ポンプ26により昇圧されることで、第2冷媒の状態は、状態d2から前述の状態a2に遷移する。他方、第2循環流路21から第2分岐流路22に供給された第2冷媒の状態は、第2膨張器27における減圧により状態d2から状態e2に遷移する。減圧後の第2冷媒の状態は、第1熱交換器30における熱交換により状態e2から状態f2に遷移する。第1熱交換器30から送出された気相の第2冷媒が第2吸引流Y2として第2エジェクタ24に吸引されることで、第2冷媒の状態は、状態f2から前述の状態c2に遷移する。状態c2は、第2エジェクタ24内における第2駆動流X2と第2吸引流Y2との混合に相当する。
Due to the heat exchange in the
図3は、対比例に係る冷却システムの構成図である。対比例は、第1実施形態における第2システム20を省略し、第1熱交換器30を第2熱交換器25に置換した構成である。対比例においては、第1エジェクタ14から吐出された第1冷媒と、放熱流路92に供給された冷却用流体Q2との間の熱交換により、第1循環流路11内の第1冷媒が凝縮される。対比例においては第1冷媒のみが利用される。
FIG. 3 is a block diagram of a cooling system related to inverse proportion. The inverse proportion is a configuration in which the
例えば夏季等における高温の環境では、冷却用流体Q2の温度が上昇する。対比例において冷却用流体Q2の温度が上昇すると、第1冷媒の凝縮温度が上昇することで第1エジェクタ14の吐出流の圧力(すなわち背圧)が上昇する場合がある。第1エジェクタ14の背圧が上昇すると、第1吸引流Y1の圧力と背圧との差異が増加するから、第1エジェクタ14に吸引された第1吸引流Y1の流量(すなわち第1分岐流路12を流通する第1冷媒の流量)が減少する。したがって、対比例においては、高温の環境において被冷却媒体Q3を冷却する能力(以下「冷却能力」という)が低下するという問題がある。
For example, in a high temperature environment such as in summer, the temperature of the cooling fluid Q2 rises. When the temperature of the cooling fluid Q2 rises in inverse proportion, the condensation temperature of the first refrigerant rises, which may raise the pressure (that is, back pressure) of the discharge flow of the
なお、第1駆動流X1の圧力を増加させれば第1吸引流Y1の流量は増加する。しかし、第1駆動流X1の圧力は、第1蒸気発生器13における温水Q1と第1循環流路11内の第1冷媒との温度差に依存するから、第1駆動流X1の圧力を充分に増加させることは現実的には困難である。また、温水Q1の流量を増加させることで温水Q1の温度の低下を抑制し、第1冷媒の蒸発温度を上昇させることで第1駆動流X1の圧力を増加させる方法も想定される。しかし、温水流路91に温水Q1を供給するポンプに必要な動力が増大するから、装置全体の規模または冷却に必要なコストが増大するという問題がある。
If the pressure of the first drive flow X1 is increased, the flow rate of the first suction flow Y1 increases. However, since the pressure of the first drive flow X1 depends on the temperature difference between the hot water Q1 in the
対比例とは対照的に、第1実施形態においては、冷却システム100が第1システム10と第2システム20とで構成される。以上の構成において、第2循環流路21から第2分岐流路22に分岐した第2冷媒が、第2膨張器27と第1熱交換器30とを経由して第2エジェクタ24の第2吸引口24bに吸引される。第1熱交換器30による熱交換で第1循環流路11内の第1冷媒が冷却される。そして、第2システム20により冷却された第1冷媒が、第1循環流路11から第1分岐流路12に分岐し、第1膨張器17と蒸発器18とを経由して第1エジェクタ14の第1吸引口14bに吸引される。蒸発器18による熱交換で被冷却流路93内の被冷却媒体Q3が冷却される。
In contrast to inverse proportion, in the first embodiment, the
以上の通り、本実施形態においては、第2システム20による冷却後の第1冷媒との熱交換により被冷却媒体Q3が冷却される。すなわち、第2システム20が第2冷媒を利用して第1冷媒を利用する動作と、第2システム20による冷却後の第1冷媒を第1システム10が利用して被冷却媒体Q3を冷却する動作との2段階の冷却が実現される。第1循環流路11内の第1冷媒が冷却されることで、冷却用流体Q2が高温となる環境でも、第1エジェクタ14の背圧は低い圧力に維持される。すなわち、第1エジェクタ14における第1吸引流Y1の圧力と背圧との差異が低減される。したがって、高温の環境においても、第1エジェクタ14による第1吸引流Y1の流量が充分に確保され、結果的に充分な冷却能力を維持できる。
As described above, in the present embodiment, the cooled medium Q3 is cooled by heat exchange with the first refrigerant after cooling by the
図4は、第1冷媒および第2冷媒の各々について温度Tとエジェクタの吐出効率Eとの関係を表すグラフである。第1冷媒のみが使用される対比例において、冷却用流体Q2が低温TLである環境では、第1エジェクタ14の吐出効率Eは高い数値E1に維持される。しかし、第1冷媒のみが使用される対比例において、冷却用流体Q2が高温THである環境では、第1エジェクタ14の吐出効率Eは数値E2に低下する。したがって、対比例のもとでは、冷却用流体Q2が高温THとなる環境において充分な冷却能力を達成できない。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the temperature T and the discharge efficiency E of the ejector for each of the first refrigerant and the second refrigerant. In the relative proportion in which only the first refrigerant is used, the discharge efficiency E of the
対比例とは対照的に、本実施形態においては、相異なる種類の第1冷媒と第2冷媒とが利用される。具体的には、第2冷媒の飽和温度が、第1冷媒の飽和温度を上回る。例えば冬季等の低温の環境では、第1冷媒が図4の低温TLに維持されるから、対比例と同様に、第1エジェクタ14の吐出効率Eは高い数値E1に維持される。他方、図4から理解される通り、冷却用流体Q2が高温THである環境でも、第2エジェクタ24の吐出効率Eは高い数値E3に維持される。すなわち、夏季等の高温の環境においては、第2エジェクタ24が高い吐出効率Eで動作することで、第1システム10の第1冷媒が効果的に冷却される。以上の通り、本実施形態においては、相異なる種類の第1冷媒および第2冷媒が利用されるから、高温の環境における冷却能力の低下を抑制できるという効果は格別に顕著である。ただし、第1冷媒と第2冷媒とは同種の冷媒でもよい。
In contrast to inverse proportion, different types of first and second refrigerants are used in this embodiment. Specifically, the saturation temperature of the second refrigerant exceeds the saturation temperature of the first refrigerant. For example, in a low temperature environment such as winter, since the first refrigerant is maintained at the low temperature TL in FIG. 4, the discharge efficiency E of the
なお、特許文献1の図8には、低段エジェクタと高段エジェクタとを具備する冷却システムが開示されている。低段エジェクタからの吐出流が高段エジェクタに吸引される。特許文献1の構成とは対照的に、第1実施形態においては、第1エジェクタ14を含む第1システム10と第2エジェクタ24を含む第2システム20とが、第1熱交換器30を介して接続されるから、特許文献1に開示された構成とは顕著に相違する。
Note that FIG. 8 of Patent Document 1 discloses a cooling system including a low-stage ejector and a high-stage ejector. The discharge flow from the low-stage ejector is sucked into the high-stage ejector. In contrast to the configuration of Patent Document 1, in the first embodiment, the
100…冷却システム、10…第1システム、11…第1循環流路、12…第1分岐流路、13…第1蒸気発生器、14…第1エジェクタ、14a…第1流入口、14b…第1吸引口、14c…第1吐出口、16…第1ポンプ、17…第1膨張器、18…蒸発器、20…第2システム、21…第2循環流路、22…第2分岐流路、23…第2蒸気発生器、24…第2エジェクタ、24a…第2流入口、24b…第2吸引口、24c…第2吐出口、25…第2熱交換器、26…第2ポンプ、27…第2膨張器、30…第1熱交換器、91…温水流路、92…放熱流路、93…被冷却流路。 100 ... Cooling system, 10 ... 1st system, 11 ... 1st circulation flow path, 12 ... 1st branch flow path, 13 ... 1st steam generator, 14 ... 1st ejector, 14a ... 1st inlet, 14b ... 1st suction port, 14c ... 1st discharge port, 16 ... 1st pump, 17 ... 1st inflator, 18 ... evaporator, 20 ... 2nd system, 21 ... 2nd circulation flow path, 22 ... 2nd branch flow Road, 23 ... 2nd steam generator, 24 ... 2nd ejector, 24a ... 2nd inlet, 24b ... 2nd suction port, 24c ... 2nd discharge port, 25 ... 2nd heat exchanger, 26 ... 2nd pump , 27 ... second expander, 30 ... first heat exchanger, 91 ... hot water flow path, 92 ... heat dissipation flow path, 93 ... cooled flow path.
Claims (4)
前記第1循環流路のうち前記第1熱交換器と前記第1ポンプとの間の第1分岐点から分岐する流路であって、前記第1熱交換器から供給された第1冷媒を減圧する第1膨張器と、前記第1膨張器により減圧された第1冷媒を被冷却媒体との間の熱交換により蒸発させる蒸発器とを経由して第1冷媒を前記第1吸引口に供給する第1分岐流路と、
熱源流体との熱交換により第2冷媒を蒸発させる第2蒸気発生器、前記第2蒸気発生器で蒸発した第2冷媒を第2駆動流として第2流入口から導入し、第2吸引口から導入された第2吸引流と混合して第2吐出口から吐出する第2エジェクタ、前記第2エジェクタから吐出された第2冷媒を冷却用流体との間の熱交換により凝縮させる第2熱交換器、および、前記第2熱交換器により凝縮された第2冷媒を前記第2蒸気発生器に送出する第2ポンプ、を環状に接続してなる第2循環流路と、
前記第2循環流路のうち前記第2熱交換器と前記第2ポンプとの間の第2分岐点から分岐する流路であって、前記第2熱交換器から供給された第2冷媒を減圧する第2膨張器と、前記第2膨張器により減圧された第2冷媒を第1冷媒との間の熱交換により蒸発させる前記第1熱交換器とを経由して第2冷媒を前記第2吸引口に供給する第2分岐流路と
を具備する冷却システム。 The first steam generator that evaporates the first refrigerant by heat exchange with the heat source fluid, and the first refrigerant evaporated by the first steam generator are introduced as the first drive flow from the first inlet and from the first suction port. A first heat exchange that mixes with the introduced first suction flow and discharges from the first discharge port, and a first heat exchange that condenses the first refrigerant discharged from the first ejector by heat exchange with the second refrigerant. A first circulation flow path formed by connecting a device and a first pump that sends out a first refrigerant condensed by the first heat exchanger to the first steam generator in an annular shape.
A flow path that branches from the first branch point between the first heat exchanger and the first pump in the first circulation flow path, and the first refrigerant supplied from the first heat exchanger is used. The first refrigerant is sent to the first suction port via a first expander that reduces the pressure and an evaporator that evaporates the first refrigerant decompressed by the first expander by heat exchange between the first expander and the medium to be cooled. The first branch flow path to be supplied and
A second steam generator that evaporates the second refrigerant by heat exchange with the heat source fluid, and a second refrigerant evaporated by the second steam generator are introduced as a second drive flow from the second inlet and from the second suction port. A second heat exchange that mixes with the introduced second suction flow and discharges from the second discharge port, and a second heat exchange that condenses the second refrigerant discharged from the second ejector by heat exchange with the cooling fluid. A second circulation flow path formed by connecting the device and the second pump that sends the second fluid condensed by the second heat exchanger to the second steam generator in an annular shape.
Of the second circulation flow path, the flow path that branches from the second branch point between the second heat exchanger and the second pump, and the second refrigerant supplied from the second heat exchanger is used. The second refrigerant is passed through the second expander for depressurizing and the first heat exchanger for evaporating the second refrigerant decompressed by the second expander by heat exchange between the first refrigerant and the first refrigerant. 2 A cooling system including a second branch flow path for supplying to the suction port.
請求項1の冷却システム。 The cooling system according to claim 1, wherein the first refrigerant and the second refrigerant are different types of refrigerants.
請求項2の冷却システム。 The cooling system according to claim 2, wherein the saturation temperature of the first refrigerant is lower than the saturation temperature of the second refrigerant.
請求項1から請求項3の何れかの冷却システム。 The cooling system according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat source fluid obtained by evaporating the second refrigerant in the second steam generator is introduced into the first steam generator.
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CN116202240A (en) * | 2023-03-13 | 2023-06-02 | 河南科技大学 | Thermally driven low-temperature injection refrigeration system and circulation method |
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- 2020-12-17 JP JP2020209718A patent/JP2022096545A/en active Pending
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