JP4274250B2

JP4274250B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP4274250B2
Application number: JP2007011457A
Authority: JP
Inventors: 裕之森本; 恒雄弓倉; 猛杉本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JP2007147274A

Description

この発明は、冷凍サイクルにエゼクタ使用の冷凍装置に関するものである。

圧縮機、凝縮器、第一絞り装置、エゼクタ、第一蒸発器、気液分離器を順次、配管で接続し、エゼクタ吸引部に第二蒸発器を接続し、さらに気液分離器と第二蒸発器の間に第二絞り装置を備えた冷凍装置が提案されている（例えば特開昭５２−３０９５１号公報）。

この方法では、第二蒸発器の蒸発圧力より、圧縮機吸入の圧力を高くできるため、圧縮機の吸入の冷媒ガス密度が低下しない。このため、圧縮比が大きくならず、高効率の運転が可能となる。
特開昭５２−３０９５１号公報

しかし、上記のようなエゼクタを利用した冷凍装置においては、負荷変動、起動時に対する冷媒流量、冷媒量制御上に多くの問題があった。
また、負荷変動に対してエゼクタの性能が安定しないなど、起動時、停止時や非定常における運転に対して、性能が確保できない等多くの問題があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、気液分離器に液面を検知する手段を備えることで、適正な冷媒量制御を行うことを目的とする。
また、蒸発器出口側の冷媒過熱度に基づき適正な冷媒流量制御を行うことを目的とする。
また、冷媒としてＲ４０４Ａ，Ｒ５０７を用いることで、エゼクタを有効に利用することで、第二蒸発器での冷媒流量を大きくし、第二蒸発器においても冷凍能力が十分確保することを目的としている。
また、凝縮圧力、第一蒸発圧力、第二蒸発圧力等を一定にすることで、エゼクタ性能の信頼性を確保することを目的としている。
また、再起動時に、液冷媒が逆流することのない、信頼性を確保した冷凍装置を得ることを目的とする。
さらに、エゼクタを有する冷凍装置の性能と信頼性を確保することを目的としている。

この発明に係る冷凍装置は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出した冷媒を冷却する凝縮器と、前記凝縮器から流出した高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部、及びこのノズル部から流出する冷媒と蒸発器から流れ込む冷媒とを混合し、冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ部を有するエゼクタと、前記エゼクタから流出した冷媒を冷媒ガスと冷媒液とに分離して前記冷媒を蓄えるとともに、冷媒液を前記蒸発器に供給し、冷媒ガスを前記圧縮機に供給する気液分離器と、前記気液分離器とエゼクタの間に設けられた第一蒸発器と、この第一蒸発器への冷媒の流れを開閉制御する第一電磁弁と、前記気液分離器と前記エゼクタの吸引部とを接続する配管に設けられた第二蒸発器とを備え、前記第一蒸発器をバイパスする回路に第二電磁弁を設け、前記第一電磁弁を閉、前記第二電磁弁を開とし前記バイパス回路に冷媒を流す制御を行うことを特徴とするものである。

この発明に係る冷凍装置は、エゼクタを有する冷凍装置の性能と信頼性を確保できる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態の一例であり、圧縮機１、凝縮器２、第一流量調節弁３、エゼクタ４、第一蒸発器５、第二流量調節弁１３、第二蒸発器６、気液分離器７が順次配管で接続され、さらに、気液分離器７には、液面の高さを検知する液面検知手段として、液面センサ８を備えた冷凍装置である。図２はエゼクタの構造図であり、エゼクタはノズル部１０、ディフューザ部１１から構成されている。図３は圧力−エンタルピ線図上の実施の形態の冷凍サイクル動作点である。なお、図において矢印９は冷媒の流れを示している。

図１、図２、図３を用いて冷凍サイクル動作について説明する。圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒ガスＲ１は凝縮器２に入り、そこで凝縮して高圧の液冷媒Ｒ２となり、第一流量調節弁３で冷媒流量を調節され、エゼクタ４に送り込まれる。エゼクタ４に送り込まれた冷媒はノズル部出口Ｅ２で状態Ｒ３になり、ディフューザ部１１の混合部へ流れ込む。混合部でＥ４から流れ込む状態Ｒ４の冷媒ガスと混合した後、Ｒ５の状態となった冷媒はディフューザ１１によりＰｅ２からＰｅ１に圧力が回復し、状態Ｒ６の冷媒となる。エゼクタ４をでた冷媒は第一蒸発器５に流れ込み、湿りの状態Ｒ７で気液分離器７に送り込まれる。気液分離器７で状態Ｒ８の冷媒ガスは圧縮機１の吸入へ、一方状態Ｒ９の冷媒液は第二流量調節弁１３で減圧され、第二蒸発器６に送り込まれ、蒸発して状態Ｒ４となって、エゼクタ４の吸引部Ｅ４に流れる。このため、通常の冷凍装置の様に、二つの蒸発器があり、異なる蒸発圧力Ｐｅ１，Ｐｅ２（Ｐｅ１＞Ｐｅ２）で運転している場合は、蒸発圧力Ｐｅ２に圧縮機吸入の圧力を合わせる必要があるが、エゼクタを用いることで、圧縮機吸入の圧力を蒸発圧力Ｐｅ１に合わせることができるため、圧縮機１の吸入ガス密度が低下しない。そのため圧縮比が小さくでき、高効率な運転が可能となる。

次に、冷媒としてＲ４０４ＡまたはＲ５０７のエゼクタに対する有効性を説明する。ここではＲ４０４Ａのみについて説明するが、Ｒ５０７でもよい。
図１において圧縮機１での冷媒流量をＧｓ、第二蒸発器６での冷媒流量をＧｅ、第二蒸発器６での冷媒流量Ｇｅと圧縮機１での冷媒流量Ｇｓの比を流量比α（＝Ｇｅ／Ｇｓ）とする。一般にエゼクタ効率ηと流量比αとエンタルピの関係は（１）式で表される。
α＝｛（Ｈ_R10−Ｈ_R3）／（Ｈ_R11−Ｈ_R4）｝η・・・・（１）
Ｈはエンタルピで、添え字は図３の冷凍サイクル動作点に対応している。Ｒ２→Ｒ３，Ｒ４→Ｒ１１は等エントロピ変化、Ｒ２→Ｒ１０は等エンタルピ変化である。（１）式からも分かる様に、Ｈ_R11→Ｈ_R4が小さく、Ｈ_R10→Ｈ_R3が大きい冷媒ほど、同じエゼクタ効率の場合は流量比αが大きくなる。その結果、第二蒸発器６での冷媒流量は大きくなり、第二蒸発器６の冷凍能力を大きくすることが可能となる。（Ｈ_R10−Ｈ_R3）／（Ｈ_R11−Ｈ_R4）は冷媒の物性で決定される値である。たとえば、第一蒸発器５での蒸発圧力Ｐｅ１と第二蒸発器６の蒸発圧力Ｐｅ２の差を５０ｋＰａ一定とした場合におけるＲ２２とＲ４０４Ａの（Ｈ_R10−Ｈ_R3）／（Ｈ_R11−Ｈ_R4）と第二蒸発器６の蒸発温度との関係を図４に示す。図４でＲ２２とＲ４０４Ａ比較すると、Ｒ４０４Ａの（Ｈ_R10−Ｈ_R3）／（Ｈ_R11−Ｈ_R4）はＲ２２のそれに比べて約１．７倍大きい。同じエゼクタ効率ηを用いた場合、Ｒ４０４Ａの方がＲ２２より流量比αが大きくなり、第二蒸発器６での冷凍能力を大きくすることが容易になる。以上から、冷媒としてＲ４０４Ａを用いた冷凍装置には物性の観点から他の冷媒と比べてエゼクタ４の効果が大きいと言える。
即ち、（Ｈ_R10−Ｈ_R3）／（Ｈ_R11−Ｈ_R4）の値が大きい冷媒、例えば、従来使われていた冷媒Ｒ２２に比べて大きいＲ４０４Ａ，Ｒ５０７を用いることでエゼクタを有効に利用することができる。

次に、運転方法について説明する。たとえば、第一流量調節弁３、第二流量調節弁１３には、それぞれ電子膨張弁３、電子膨張弁１３を採用し、さらに気液分離器７には液面センサ８を備え、液面センサ８が気液分離器７での液面高さが所定量にないことを検知したとき、第１の第一流量調節弁制御手段が電子膨張弁３を流れる冷媒流量を調節することにより、冷媒量の制御を行う。具体的には、気液分離器７で液面が低下すると、電子膨張弁３の開度を大きくし、液面が高くなるように、冷媒量を制御する。
逆に、液面が高い時は電子膨張弁３の開度を小さくして、液面高さが低下するように制御する。その結果、冷媒量は適正に制御することができる。
また、第二蒸発器６の冷媒流量制御は、圧力を検出する圧力検知手段として、たとえば、圧力センサ１８と、前記蒸発器の温度を検出する温度検知手段として、たとえば、温度センサ１９を用いて、第二蒸発器出口の圧力Ｐ、温度Ｔを検出して、蒸発器出口の過熱度が一定になるように、第１の第二流量調節弁制御手段が電子膨張弁１３で冷媒流量を制御する。
なお、起動時等、気液分離器７に液冷媒が存在しない時や不足時は、液面センサ８の検知により第２の第二流量調節弁制御手段が電子膨張弁１３を全閉にして、第一蒸発器５のみの運転とする。液面センサ８により液面高さが目標値まで到達しているのを検出した後は電子膨張弁１３の開度調節を行う。
但し、第１、第２の第二流量調節弁制御手段は、共通の制御手段としてもよい。

実施の形態２．
図５は発明の実施の形態２を示したものである。前記発明の実施の形態１の第一蒸発器５の出口に第一蒸発器の出口圧力を検出する第１の第一蒸発器圧力検知手段として、たとえば圧力センサ２０を設置し、さらに前記第一蒸発器５の出口に第一蒸発器の出口温度を検出する第１の第一蒸発器温度検知手段として、たとえば温度センサ２１を備えている。通常の運転モードでは、前記発明の実施の形態１と同様に、気液分離器７の液面を検出する手段、たとえば、液面センサ８で液面を検知して、第１の第一流量調節弁制御手段が第一流量調節弁、たとえば電子膨張弁３の開度を調節することで、気液分離器７の冷媒量を制御する。
また、第一蒸発器５のみの運転を行う時は、第二流量調節弁１３、たとえば電子膨張弁１３を全閉にし、第一蒸発器５の出口の圧力Ｐを圧力センサ２０で検出し、さらに温度Ｔを温度センサ２１で検出して、蒸発器出口の過熱度が一定になるように、第２の第一流量調節弁制御手段が電子膨張弁３で冷媒流量を制御する。
但し、第１、第２の第一流量調節弁制御手段は共通の制御手段としてもよい。

実施の形態３．
図６は発明の実施の形態３を示したものである。前記発明の実施の形態２の第一蒸発器５に例えば第一開閉弁として第一電磁弁１２と、第一蒸発器５をバイパスする第一バイパス回路１５と、そのバイパス回路１５に第二開閉弁として第二電磁弁１４を備えている。

通常の運転モードでは、第一バイパス回路１５の電磁弁１４は閉、第一蒸発器５の電磁弁１２は開にする。液面センサ８で気液分離器７に冷媒が存在しないことや不足が検出されたときは、第一開閉弁制御手段が第一蒸発器５の電磁弁１２は閉、バイパス回路１５の電磁弁１４は開にして、第一蒸発器５を冷媒がバイパスできるようにし、液面センサ８により目標液面高さになるまで、冷媒がバイパス回路１５を流れるようにする。目標液面高さに達すると、通常の運転モードにする。
また、第二蒸発器６の冷媒流量制御は、圧力を検出する手段として、例えば、圧力センサ１８と、前記蒸発器の温度を検出する手段として、例えば温度センサ１９を用いて、第二蒸発器出口の圧力Ｐ、温度Ｔを検出して、第１の第二流量調節弁制御手段が蒸発器出口の過熱度が一定になるように、電子膨張弁１３で制御する。
第一蒸発器５の電磁弁１２を閉、バイパス回路１５の電磁弁１４を開にすることで、例えば、ヒータデフロスト時等、第二蒸発器６のみの運転が可能となる。また、第一蒸発器５でヒータデフロストを行いたい時も同様に、第一蒸発器５の第一電磁弁１２は閉、バイパス回路１５の第二電磁弁１４は開にすると、第一蒸発器５はデフロストを行い、第二蒸発器６は運転させることにより、庫内温度上昇を抑えることが可能となる。逆に、電子膨張弁１３を全閉、バイパス回路１５の第二電磁弁１４は閉にすると、第一蒸発器５のみの運転となり、第二蒸発器６のみデフロスト状態にすることもできる。

実施の形態４．
図７は発明の実施の形態４を示したものである。圧縮機１、凝縮器２、第一流量調節弁３、エゼクタ４、第三流量調節弁１７を備え、エゼクタ４をバイパスする第二バイパス回路１６、第一蒸発器５、気液分離器７、第二流量調節弁１３、第二蒸発器６などが順次配管で接続されている。さらに、気液分離器７には、例えば液面の高さを検知する手段として液面センサ８を備えた冷凍装置である。ここでは、第一流量調節弁３、第二流量調節弁１３、第三流量調節弁１７には、電子膨張弁を用いることにする。
通常の運転モードでは、電子膨張弁１７の開度を全閉にし、エゼクタ４に冷媒が流れるようにし、気液分離器７の液面を液面センサ８で検出して、第１の第一流量調節弁制御手段が電子膨張弁３で冷媒量を制御する。
また、第二蒸発器６の冷媒流量制御は、圧力を検出する手段として、例えば、圧力センサ１８と、前記蒸発器の温度を検出する手段として、例えば温度センサ１９を用いて、第二蒸発器出口の圧力Ｐ、温度Ｔを検出して、第１の第二流量調節弁制御手段が蒸発器出口の過熱度が一定になるように、電子膨張弁１３で制御する。
起動時などは、第１の第三流量調節弁制御手段がこの電子膨張弁３を全閉にし、さらに電子膨張弁１３も全閉にして、エゼクタ４と第二蒸発器６に冷媒を流れなくする。気液分離器７の液面高さを液面センサ８にて検出しながら、エゼクタ４をバイパスする回路１６の電子膨張弁１７の開度を調節することで冷媒量を制御する。液面高さが目標値になるまで、電子膨張弁１３は全閉にし、第一蒸発器５のみの運転とする。液面高さが目標値に達した後は通常の運転モードにする。

実施の形態５．
図８は発明の実施の形態５を示したものである。前記実施の形態４の第一蒸発器５に例えば第一開閉弁として第一電磁弁１２と、第一蒸発器５をバイパスする第一バイパス回路１５と、その回路に第二開閉弁として第二電磁弁１４を備えている。
通常の運転モードでは、バイパス回路１５の第二電磁弁１４は閉、第一蒸発器５の第一電磁弁１２は開にし、電子膨張弁１７の開度は全閉にし、エゼクタ４に冷媒が流れるようにする。気液分離器７の液面センサ８で検知し、第１の第一流量調節弁制御手段が電子膨張弁３の開度を調節することで、冷媒量を制御する。また、第二蒸発器６の冷媒流量制御は、圧力を検出する手段として、例えば、圧力センサ１８と、前記蒸発器の温度を検出する手段として、例えば温度センサ１９を用いて、第二蒸発器出口の圧力Ｐ、温度Ｔを検出して、第１の第二流量調節弁制御手段が蒸発器出口の過熱度が一定になるように、電子膨張弁１３で制御する。
液面センサ８で気液分離器７に冷媒が存在しないことや不足が検知されたときは、第２の第三流量調節弁制御手段が第一蒸発器５の第一電磁弁１２は閉、バイパス回路１５の第二電磁弁１４は開にし、第一蒸発器５を冷媒がバイパスさせるようにし、電子膨張弁３は全閉にしてエゼクタをバイパスする回路１６の電子膨張弁１７により、液面センサ８により目標液面高さになるまで、蒸発器５をバイパスさせ、目標液面高さに達すると、通常の運転モードにする。
但し、第２の第三流量調節弁制御手段は、前記実施の形態４の第１の第三流量調節弁制御手段と共通の制御手段としてもよい。
第一蒸発器５の電磁弁１２を閉、バイパス回路１５の電磁弁１４を開にすることで、第二蒸発器６のみの運転可能となる。また、ヒータデフロストなどを使用した時も同様に、第一蒸発器５の電磁弁１２は閉、バイパス回路１５の電磁弁１４は開にすると、第一蒸発器５はデフロストを行い、第二蒸発器６は運転させることにより、庫内温度上昇を抑えることが可能となる。逆に、電子膨張弁１３を全閉、バイパス回路１５の電磁弁１４は閉にすると、第一蒸発器５は運転状態、第二蒸発器６はデフロスト状態にすることもできる。

実施の形態６．
図９は発明の実施の形態６を示すものである。圧縮機１、凝縮器２、第一流量調節弁３、エゼクタ４、第一蒸発器５、第二流量調節弁１３、第二蒸発器６が順次配管で接続され、さらに、気液分離器７には、液面の高さを検知する手段として、液面センサ８を備えた冷凍装置である。また、第一流量調節弁３、エゼクタ４と第一蒸発器５をバイパスする第三バイパス回路２３と、そのバイパス回路２３に第四流量調節弁２４を備えている。ここでは、第一流量調節弁３、第二流量調節弁１３、第四流量調節弁２４には電子膨張弁を用いている。
通常の運転モードでは、電子膨張弁２４は全閉にし、エゼクタ４に冷媒が流れるようにする。気液分離器７に設置した液面センサ８で液面高さを検出して、第１の第一流量調節弁制御手段が電子膨張弁３により、冷媒量制御を行う。
また、第二蒸発器６の冷媒流量制御は、圧力を検出する手段として、例えば、圧力センサ１８と、前記蒸発器の温度を検出する手段として、例えば温度センサ１９を用いて、第二蒸発器出口の圧力Ｐ、温度Ｔを検出して、第１の第二流量調節弁制御手段が蒸発器出口の過熱度が一定になるように、電子膨張弁１３で制御する。
気液分離器に液が存在しない時または不足時は、第１の第四流量調節弁制御手段が電子膨張弁３を全閉にして、エゼクタに冷媒が流れないようにして、バイパス回路２３に冷媒を流れるようにして、目標液面高さに達するまで電子膨張弁２４の開度を調節しながら運転する。気液分離器７での目標液面高さに到達した後は通常運転モードにする。

実施の形態７．
図１０は本発明の実施の形態の一例であり、圧縮機１、凝縮器２、液溜２６、第三開閉弁２７、エゼクタ４、第一蒸発器５、気液分離器７、第二流量調節弁１３、第二蒸発器６が順次配管で接続されている。なお図において、矢印９は冷媒の流れを示している。
図２、図３、図１０を用いて冷凍サイクル動作について説明する。圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒ガスＲ１は凝縮器２に入り、そこで凝縮して高圧の液冷媒Ｒ２となり、エゼクタ４に送り込まれる。エゼクタ４に送り込まれた冷媒はノズル部出口Ｅ２で状態Ｒ３になり、ディフューザ１１の混合部へ流れ込む。混合部でＥ４から流れ込む状態Ｒ４の冷媒ガスと混合した後、Ｒ５の状態となった冷媒はディフューザ１１によりＰｅ２からＰｅ１に圧力が回復し、状態Ｒ６の冷媒となる。エゼクタ４を出た冷媒は第一蒸発器５に流れ込み、湿りの状態Ｒ７となり気液分離器７に送り込まれる。気液分離器７で状態Ｒ８の冷媒ガスは圧縮機１の吸入側へ、一方状態Ｒ９の冷媒液は第二流量調節弁１３で減圧され、第二蒸発器６に送り込まれ、蒸発して状態Ｒ４となって、エゼクタ５の吸引部Ｅ４に流れる。このため、通常の冷凍装置のように、二つの蒸発器があり、異なる蒸発圧力Ｐｅ１，Ｐｅ２（Ｐｅ１＞Ｐｅ２）で運転している場合は、蒸発圧力Ｐｅ２に圧縮機吸入の圧力を合わせる必要があるが、エゼクタを用いることで、圧縮機吸入の圧力を蒸発圧力Ｐｅ１に合わせることができるため、圧縮機１の吸入ガス密度が低下しない。そのため圧縮比が小さくでき、高効率な運転が可能となる。

運転方法について説明する。本発明の実施の形態では、第二流量調節弁１３には電子膨張弁１３、第三開閉弁２７には電磁弁２７、第二蒸発器出口の圧力を検出する第１の第二蒸発器圧力検出手段１８には圧力センサ１８、第二蒸発器出口の温度を検出する第１の第二蒸発器温度検出手段１９には温度センサ１９を用いている。運転時は電磁弁２７は開にしておき、第二蒸発器出口の圧力、温度を圧力センサ１８、温度センサ１９で測定し、第１の第二流量調節弁制御手段６ａが第二蒸発器出口の過熱度を算出し、所定の目標の過熱度になるように電子膨張弁１３の開度を調節することで、第二蒸発器６に送り込む冷媒流量を制御する。停止時は通常の冷凍装置と同じように、電磁弁２７を全閉にして、ポンプダウン運転で冷凍装置を停止させる。
このようにポンプダウン運転で冷凍装置を停止させた場合、次に冷凍装置を起動する時は気液分離器７に冷媒液が残っているために、圧縮機１に急激に冷媒が返る可能性があり、信頼性の問題がある。そこで、気液分離器７を第二蒸発器６より上の位置に据え、さらに冷凍装置が停止した場合、電子膨張弁１３は全開にしておき、気液分離器７の冷媒液が第二蒸発器６に流れ込むようにする。このように冷媒液を第二蒸発器６に移動させることによって再起動時、圧縮機１に冷媒液が返りにくくなるため、信頼性が向上する。
さらに、再起動時には、第１の第二流量調節弁制御手段６ａにより、電子膨張弁１３を全閉にし、第二蒸発器出口の圧力センサ１８、温度センサ１９で過熱度を算出し、所定の過熱度に達したら、電子膨張弁１３を開け、第二蒸発器６の液冷媒をなくすようにすることが望ましい。以後は所定の目標の過熱度になるように、第１の第二流量調節弁制御手段６ａにより電子膨張弁１３で第二蒸発器６での冷媒流量を制御する。この制御をすることで、起動時の第二蒸発器６から気液分離器７に逆流する冷媒をなくすことが可能となり、信頼性が向上する。

実施の形態８．
図１１は本発明の実施の形態８を示したものである。圧縮機１、凝縮器２、液溜２６、第三開閉弁２７、エゼクタ４、第一蒸発器５、第二蒸発器６等が配管接続されている。凝縮器２には、例えば本発明の実施の形態では凝縮器２の中間地点に凝縮圧力を検出する凝縮圧力検出手段２９として、圧力センサ２９を備えている。凝縮圧力検出手段の代わりに凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段として温度センサでもよい。第二蒸発器出口には第１の圧力検出手段１８として圧力センサ１８、第１の温度検出手段１９として温度センサ１９を用いている。
次に凝縮圧力制御（凝縮圧力を一定にする制御）の有効性について説明する。図１１において圧縮機１での冷媒流量をＧｃ、第二蒸発器６での冷媒流量をＧｅ、第二蒸発器６での冷媒流量Ｇｅと圧縮機１での冷媒流量Ｇｃの比を流量比α（＝Ｇｅ／Ｇｃ）とする。一般にエゼクタ効率ηと流量比αとエンタルピの関係は（２）式で表される。
α＝（Ｈ_R10−Ｈ_R3）・η／（Ｈ_R11−Ｈ_R4）・・・・（２）
Ｈはエンタルピで、添え字は図３の冷凍サイクル動作点に対応している。Ｒ２→Ｒ３，Ｒ４→Ｒ１１は等エントロピ変化、Ｒ２→Ｒ１０は等エンタルピ変化である。（２）式からもわかる様に、Ｈ_R10→Ｈ_R3が大きいほど、同じエゼクタ効率の場合は流量比が大きくなる。その結果、エゼクタを有効に利用することができる。すなわち、凝縮圧力が低下すると、図３からも分かるようにエンタルピＨ_R3は増大し、Ｈ_R10−Ｈ_R3も小さくなる。その結果（２）式から、流量比αは低下する。凝縮圧力を上昇させると流量比αは増加するが、圧縮比が増加するため、圧縮機の性能は低下する。その結果Ｇｃは低下するので、第二蒸発器の冷凍能力は増加しない。すなわち凝縮圧力は適正な範囲がある。

次に、運転方法について説明する。圧力センサ２９で凝縮圧力を検出し、目標の凝縮圧力に到達するように、凝縮圧力制御手段２ａにより、空冷式凝縮器の場合は風量を調節する。具体的には、凝縮圧力が目標圧力を下回るときは、風量を減少させ、逆に凝縮圧力が目標圧力を上回るときは、風量を増大させる。水冷式凝縮器の場合は水量を調節する。具体的には、凝縮圧力が目標圧力を下回るときは、水量を減少させ、逆に凝縮圧力が目標圧力を上回るときは、水量を増大させる。このような制御方法で、凝縮圧力を目標の範囲に入るようにする。また、第二蒸発器出口の圧力、温度を圧力センサ１８、温度センサ１９で測定し、第二蒸発器出口の過熱度を算出し、目標の過熱度になるように、第１の第二流量調節弁制御手段６ａにより電子膨張弁１３の開度を調節することで、第二蒸発器６に送り込む冷媒流量を制御する。

実施の形態９．
図１２は発明の実施の形態９を示したものである。第二蒸発器６に蒸発圧力を検出する第２の蒸発圧力検出手段３１として圧力センサ３１を備えている。第二蒸発器６に第２の蒸発圧力検出手段３１の代わりに第２の蒸発温度検出手段として温度センサを用いてもよい。凝縮器２に凝縮圧力検出手段２９として圧力センサを備えているが、凝縮温度温度検出手段でもよい。凝縮器２の凝縮圧力あるいは凝縮温度は前記発明の実施の形態８の制御と同様に凝縮圧力制御手段２ａにて制御する。第二蒸発器６の蒸発圧力を圧力センサ３１で検出し、第３の第二流量調節弁制御手段６ｂにより、目標の蒸発圧力になるように、第二流量調節弁１３を制御する。具体的には、蒸発圧力が目標の蒸発圧力より大きい場合は、流量調節弁１３として例えば電子膨張弁１３の開度を小さくする。逆に蒸発圧力が目標の蒸発圧力より低い場合は、電子膨張弁１３の開度を大きくする。この運転により凝縮圧力は一定、第二蒸発圧力は一定となる。また、第一蒸発圧力はエゼクタのノズルの入口の状態とノズル径でほぼ決定されるため、第一蒸発圧力もほぼ一定となる。その結果、（２）式におけるＨ_R10−Ｈ_R3，Ｈ_R11−Ｈ_R4も一定となり、流量比αも一定となり、第二蒸発器６の冷凍能力は一定となる。このような制御方法は、負荷変動が小さい冷凍倉庫などに特に有効である。

実施の形態１０．
図１３は発明の実施の形態１０を示すものである。圧縮機１、凝縮器２、液溜２６、第三開閉弁２７、第一流量調節弁３、第一蒸発器５、気液分離器７を順次接続して回路を形成し、前記第一流量調節弁３と第一蒸発器５をバイパスさせる第四バイパス回路２８にエゼクタ４を備え、さらに、第二流量調節弁１３と第二蒸発器６を接続した回路を前記気液分離器７と前記エゼクタ４の吸引部Ｅ４に接続している。前記気液分離器７と第二蒸発器６との間に第二流量調節弁１３として電子膨張弁１３を備えている。また、第一流量調節弁３として、例えば電子膨張弁３を用いる。また、凝縮器２には凝縮圧力を検出する凝縮圧力検出手段として圧力センサ２９及び凝縮圧力制御手段２ａ、第一蒸発器５の蒸発圧力を検出する第２の第一蒸発器圧力検出手段として圧力センサ３２及び第３の第一流量調節弁制御手段５ａ、第二蒸発器の蒸発圧力を検出する第２の第二蒸発器圧力手段として圧力センサ３１及び第３の第二流量調節弁制御手段６ｂを備えている。
通常の運転では、凝縮器２では目標の凝縮圧力になるように凝縮圧力制御手段２ａにより風量や水量を増減させる。第一蒸発器５については、目標の第一蒸発圧力になるように第３の第一流量調節弁制御手段５ａにより電子膨張弁３の制御を行い、第二蒸発器６については、目標の第二蒸発圧力になるように第３の第二流量調節弁制御手段６ｂにより電子膨張弁１３の制御を行う。通常の運転では、エゼクタ４に流れる冷媒流量はほぼ一定であり、エゼクタ入口の状態もほぼ一定であるので、第二蒸発器６での冷凍能力はほぼ一定となる。また、第二蒸発器６の冷凍能力もほぼ一定となる。
例えば第一蒸発器５の設置されている庫内の温度が高い場合（負荷大きい場合）は気液分離器７に液がなくなる可能性がある。しかし、本発明の実施の形態のようにバイパス回路２８にエゼクタ４を設け、第一蒸発器５をバイパスさせることで、常に気液分離器７に冷媒液を送り込むことができるため、気液分離器７に冷媒液を溜めることが可能となり、信頼性が向上する。

実施の形態１１．
図１４は発明の実施の形態１１を示すものである。前記発明の実施の形態１０の第四バイパス回路２８の第一蒸発器６と気液分離器７を接続した配管との合流点と第一蒸発器出口の間にエゼクタ４の出口圧力と、圧縮機吸込み圧力を常に等しくするような圧力調節弁３４として例えば蒸発圧力調節弁３４を備えている。第一蒸発器５での冷媒負荷が大きくなり、エゼクタ４出口の圧力が上昇し、その結果、エゼクタ４での圧力差が十分に確保できず、性能を十分に発揮できない現象が発生する。蒸発圧力調節弁３４を設置することで、エゼクタ４出口の圧力をほぼ一定にすることが可能となり、エゼクタ４の性能を一定にすることができる。第一蒸発器出口には第一蒸発器出口圧力を検出する第３の圧力検出手段３５、第一蒸発器出口温度を検出する第２の温度検出手段３６として圧力センサ３５、温度センサ３６及び第４の第一流量調節弁制御手段５ｂを備えている。
凝縮器２及び第二蒸発器６の圧力制御については、前記実施の形態１０と同じである。

通常の運転では、エゼクタ４に流れる冷媒流量はほぼ一定であり、エゼクタ入口の状態もほぼ一定であるので、第二蒸発器６での冷凍能力はほぼ一定となる。また第一蒸発器出口の圧力センサ３５、温度センサ３６から第一蒸発器出口の過熱度を求め、目標の過熱度になるように電子膨張弁３の開度を調節する。本発明の実施の形態のような冷媒回路にすることで、第一蒸発器５の冷凍能力は可変、第二蒸発器６の冷凍能力は一定にすることが可能となる。このような制御及び冷媒回路を用いる冷凍装置は、第一蒸発器側の冷凍倉庫は負荷変動があるが、第二蒸発器の冷凍倉庫は負荷変動が小さい所に特に有効である。

実施の形態１２．
図１５は発明の実施の形態１２を示すものである。前記発明の実施の形態１０の第四バイパス回路２８に第四開閉弁３３として、例えば電磁弁３３を備えている。通常運転では、前記第四バイパス回路２８の電磁弁３３は開にしておき、前記発明の実施の形態１０と同様の制御とする。エゼクタ４を備えた第四バイパス回路２８の電磁弁３３を閉じることで、起動時やプルダウン時には第一蒸発器５のみの運転となり、通常の冷凍サイクルとなる。起動時やプルダウン運転時（非定常な運転時）は、冷媒流量などの変動が大きいことが予測され、安定な状態になるまでは、エゼクタに冷媒を流さないようにしたいため、通常の冷凍サイクル運転とする。また、前記電磁弁３３を閉じることで、第二蒸発器６は停止による霜取り運転、第一蒸発器５は通常運転が可能となる。逆に、第一電子膨張弁３を全閉にし、前記電磁弁３３は開にしておくと、第一蒸発器５は停止による霜取り運転、第二蒸発器６は通常運転が可能となる。

この発明の実施の形態１を示す図である。この発明のエゼクタの構造図である。この発明の圧力−エンタルピ線図上の冷凍サイクル動作点である。この発明のＨ_R10−Ｈ_R3／Ｈ_R11−Ｈ_R4と蒸発温度の関係を示す図である。この発明の実施の形態２を示す図である。この発明の実施の形態３を示す図である。この発明の実施の形態４を示す図である。この発明の実施の形態５を示す図である。この発明の実施の形態６を示す図である。この発明の実施の形態７を示す図である。この発明の実施の形態８を示す図である。この発明の実施の形態９を示す図である。この発明の実施の形態１０を示す図である。この発明の実施の形態１１を示す図である。この発明の実施の形態１２を示す図である。

符号の説明

１圧縮機、２凝縮器、２ａ凝縮器制御手段、３第一流量調節弁、４エゼクタ、５第一蒸発器、５ｂ制御手段、６第二蒸発器、６ａ制御手段、６ｂ制御手段、７気液分離器、８液面検知手段、１２第一開閉弁、１３第二流量調節弁、１４開閉弁（第二開閉弁）、１５バイパス回路（第一バイパス回路）、１６第二バイパス回路、１７第三流量調節弁、１８圧力検知手段、１９温度検知手段、２０圧力検知手段、２１温度検知手段、２２吸引部、２３バイパス回路（第三バイパス回路）、２４流量調節弁（第四流量調節弁）、２８バイパス回路、２９凝縮圧力（温度）検知手段、３１第二蒸発器圧力（温度）検出手段、３３開閉弁、３４圧力調整弁、３５圧力検出手段、３６温度検出手段。
なお、各図中において同一の番号は同一または相当部分を示す。

Claims

冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出した冷媒を冷却する凝縮器と、前記凝縮器から流出した高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部、及びこのノズル部から流出する冷媒と蒸発器から流れ込む冷媒とを混合し、冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ部を有するエゼクタと、前記エゼクタから流出した冷媒を冷媒ガスと冷媒液とに分離して前記冷媒を蓄えるとともに、冷媒液を前記蒸発器に供給し、冷媒ガスを前記圧縮機に供給する気液分離器と、前記気液分離器とエゼクタの間に設けられた第一蒸発器と、この第一蒸発器への冷媒の流れを開閉制御する第一電磁弁と、前記気液分離器と前記エゼクタの吸引部とを接続する配管に設けられた第二蒸発器とを備え、前記第一蒸発器をバイパスする回路に第二電磁弁を設け、前記第一電磁弁を閉、前記第二電磁弁を開とし前記バイパス回路に冷媒を流す制御を行うことを特徴とする冷凍装置。