JP4704167B2 - Refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明は冷凍サイクル装置に係り、特に膨張損失を低減するエゼクタを組み込んだ冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a refrigeration cycle apparatus incorporating an ejector that reduces expansion loss.
近年、大気中の二酸化炭素量の増加による地球温暖化問題への対応が重要となっている。空気調和機や冷凍機などにおいても、効率の向上による消費エネルギーの低減化に対する要求が増加しつつあり、従来、それらに対する施策の一つとして、図9および図10に示すように、エゼクタを組み込むことによる冷凍サイクルの効率向上が検討されていた。 In recent years, it has become important to deal with the problem of global warming caused by an increase in the amount of carbon dioxide in the atmosphere. Even in air conditioners and refrigerators, demands for reducing energy consumption by improving efficiency are increasing. Conventionally, as shown in FIGS. 9 and 10, as shown in FIGS. Improvements in the efficiency of the refrigeration cycle have been studied.
図9に示す冷凍サイクル51は、第一の気液分離器52と圧縮機53のインジェクションポート間の圧力差を利用してエゼクタ54を駆動し、第一の気液分離器52より圧力の低い第二の気液分離器55から抽出された冷媒蒸気を吸入し昇圧させた後に圧縮機53に注入する。これにより、蒸発器56に流入する冷媒循環量が減少し、蒸発器56経路の圧力損失に伴う効率低下を防止しつつ、圧縮機53の入力を低減し、効率の向上を図っている。しかしながら、本方式では冷凍サイクルの効率低下の一因である膨張行程での膨張損失の大半は利用できず、結果的に効率向上への効果に限界があった。
The
また図10に示す冷凍サイクル61は凝縮圧力と圧縮機吸込圧力の差を利用してエゼクタ64を駆動し、蒸発器66出口冷媒を吸引、昇圧することで膨張仕事量の回収と冷媒蒸気の圧縮を同時に行い圧縮機63の入力の低減を図っている。しかしながら、本方式では外気温度や空調温度等の使用条件の変化による膨張仕事量が低下した時や、蒸発器経路の圧力損失が増加した時などに冷媒の吸引量が低下し、効率の低下をきたすことがあった。
Further, the
なお、特許文献1及び特許文献2には、効率向上のために、エゼクタを組み込んだ冷凍サイクル装置の改良に関する提案がなされている。
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、運転条件や設置条件によらず、冷凍サイクルにおける膨張損失を低減して、効率向上を図ることができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a refrigeration cycle apparatus capable of reducing the expansion loss in the refrigeration cycle and improving the efficiency irrespective of operating conditions and installation conditions. And
上述した目的を達成するため、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、膨張装置、蒸発器、エゼクタを順次連結するとともに、一端が前記凝縮器と前記膨張装置間に接続されるとともに、他端が前記エゼクタのエゼクタ駆動ノズルの入口側に接続されるバイパス通路を設け、前記蒸発器の出口側を前記エゼクタの吸引部に接続しかつ、エゼクタのデフューザの出口側を前記圧縮機の吸込み側に接続しかつ、前記バイパス通路に第二の膨張装置を設けるとともに、この第二の膨張装置出口側の冷媒を前記過冷却熱交換器の冷媒と熱交換した後、エゼクタの入口側に導くようにして、前記バイパス通路の冷媒により前記過冷却熱交換器の冷媒を冷却するようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, a refrigeration cycle apparatus according to the present invention sequentially connects a compressor, a condenser, a supercooling heat exchanger, an expansion device, an evaporator, and an ejector, and has one end connected to the condenser and the expansion. A bypass passage connected between the apparatuses and having the other end connected to the inlet side of the ejector drive nozzle of the ejector, the outlet side of the evaporator is connected to the suction portion of the ejector, and the diffuser of the ejector connect the outlet side to the suction side of the compressor and provided with a second expansion device in the bypass passage, the refrigerant in the second expansion device outlet and a refrigerant heat exchanger of the supercooling heat exchanger Thereafter, the refrigerant in the subcooling heat exchanger is cooled by the refrigerant in the bypass passage so as to be guided to the inlet side of the ejector .
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、運転条件や設置条件によらず、冷凍サイクルにおける膨張損失を低減して、効率向上を図ることができる冷凍サイクル装置を提供することができる。 According to the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, it is possible to provide a refrigeration cycle apparatus capable of reducing the expansion loss in the refrigeration cycle and improving the efficiency irrespective of the operating conditions and the installation conditions.
以下、本発明の第1実施形態に係る冷凍サイクル装置について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の第1実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本第1実施形態の冷凍サイクル装置1は、圧縮機2、凝縮器3、過冷却熱交換器4、膨張装置5、蒸発器6、エゼクタ7、過冷却熱交換器4、圧縮機2を冷媒通路8により順次サークル状に連結して構成される。
As shown in FIG. 1, the
また、冷凍サイクル装置1には、バイパス通路9を設け、このバイパス通路9により、凝縮器3と膨張装置5間と、エゼクタ7のエゼクタ駆動ノズル7aの入口側を接続する。さらに、蒸発器6の出口側をエゼクタ7の吸引部7bに接続し、エゼクタ7のデフューザ7cの出口側を、過冷却熱交換器4を伝熱的に介して圧縮機2の吸込み側に接続する。なお、図中矢印は冷媒の流れを示す。
Further, the
図2は本第1実施形態の冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを説明するためのモリエル線図(圧力−エンタルピ線図)であり、この図2に示された(1)から(10)の各点は図1に記載された冷凍空調装置の(1)から(10)の各点に対応し、各位置における圧力−エンタルピ状態を表わす。 FIG. 2 is a Mollier diagram (pressure-enthalpy diagram) for explaining the refrigeration cycle of the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment. Each point of (1) to (10) shown in FIG. Corresponds to the points (1) to (10) of the refrigeration air conditioner described in FIG. 1, and represents the pressure-enthalpy state at each position.
すなわち、(1)は圧縮機2の出口部、(2)は凝縮器3の出口部、(3)は過冷却熱交換器4の出口部、(4)は蒸発器6の入口部、(5)は蒸発器6の出口部、(6)はエゼクタ7の吸引部7b、(7)はエゼクタ7の混合部、(8)はエゼクタ7のデフューザ7cの出口部、(9)は過冷却熱交換器4の冷却側の出口部、(10)はエゼクタ駆動ノズル7aの出口部である。
That is, (1) is the outlet of the
図1及び図2に示すように、上記のような構成を有する本第1実施形態の冷凍サイクル装置によれば、図中矢印で示すように、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒例えばR410Aの蒸気は最も高い圧力とエンタルピを有し(図中点(1))、凝縮器3で凝縮されて液冷媒となり(図中点(2))、さらに過冷却熱交換器4にて冷却された後(図中点(3))、膨張装置5で減圧し(図中点(4))、蒸発器6に流入し(図中点(4))、蒸発器6で蒸発し蒸発器6の出口部に導出される(図中点(5))。
As shown in FIGS. 1 and 2, according to the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment having the above-described configuration, as shown by arrows in the drawing, a high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the
一方、凝縮器3の出口側(図中点(2))の冷媒の一部はエゼクタ駆動ノズル7aに流入し、速度を得、減圧され(図中点(10)、蒸発器6から流出しエゼクタ7の吸引部7bに導かれた冷媒(図中点(6))を吸引する。エゼクタ駆動ノズル7aから流出した冷媒とエゼクタ7の吸引部7bから吸引された冷媒は、エゼクタ7の混合部7dで混合され(図中点(7))、エゼクタ7のデフューザ7cでΔp1だけ昇圧される。エゼクタ7のデフューザ7cで昇圧された冷媒(図中点(8))は、過冷却熱交換器4の冷却側で加熱、気化された後(図中点(9))、圧縮機2に戻る。
On the other hand, a part of the refrigerant on the outlet side of the condenser 3 (point (2) in the figure) flows into the
一方、残りの冷媒は、このように低圧冷媒がエゼクタ7により昇圧された後、圧縮機2に吸引されるため、圧縮機2における圧縮仕事量が低減する。なお、冷凍サイクルに分離形空気調和機を想定して蒸発器出口からエゼクタ7の吸引部7bまでの間に相応する圧力損失を繰り込んでいる。
On the other hand, the remaining refrigerant is sucked into the
上記のように、本実施形態によれば、運転条件や設置条件によらず、冷凍サイクルの膨張仕事量を効率良く回収し、圧縮仕事量の低減を図ることが可能な冷凍サイクルが実現される。 As described above, according to the present embodiment, a refrigeration cycle that can efficiently recover the expansion work of the refrigeration cycle and reduce the compression work regardless of the operating conditions and the installation conditions is realized. .
次に本発明の第2実施形態に係る冷凍サイクル装置について説明する。 Next, a refrigeration cycle apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
第1実施形態は過冷却熱交換器がエゼクタ出口側の冷媒と熱交換するのに対して、本第2実施形態は過冷却熱交換器が第二の膨張装置を備えたバイパス通路の冷媒と熱交換する。 In the first embodiment, the supercooling heat exchanger exchanges heat with the refrigerant on the ejector outlet side, whereas in the second embodiment, the supercooling heat exchanger includes a refrigerant in the bypass passage provided with the second expansion device. Exchange heat.
例えば、図3に示すように、第2実施形態の冷凍サイクル装置11では、バイパス通路19を設け、このバイパス通路19により、凝縮器3と第一の膨張装置5A間と、エゼクタ7のエゼクタ駆動ノズル7aの入口側を接続する。バイパス通路19には、第二の膨張装置5Bが設けられ、さらに、バイパス通路19の冷媒により過冷却熱交換器4の冷媒と熱交換するようになっている。なお、他の構成は図1に示す冷凍サイクル装置と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
For example, as shown in FIG. 3, in the
従って、圧縮機2から吐出された冷媒蒸気を凝縮器3で凝縮させ、一部の冷媒は第二の膨張装置5Bで減圧され過冷却熱交換器4の冷媒を冷却した後、エゼクタ駆動ノズル7aに流入し、蒸発器6から流出した冷媒を吸引しつつ圧縮し、残りの冷媒は過冷却熱交換器4にて冷却された後、第一の膨張装置5Aで減圧され蒸発器6に流入する。これにより、中間圧力で過冷却熱交換器を冷却した冷媒が、低圧圧力に減圧する膨張仕事量を回収し、蒸発器出口冷媒を昇圧することで圧縮機入力を低減することができる。
Accordingly, the refrigerant vapor discharged from the
なお、本実施例では過冷却熱交換器に流入する冷媒を凝縮器出口から分岐させているが、過冷却熱交換器の出口側から分岐させてもよい。 In the present embodiment, the refrigerant flowing into the supercooling heat exchanger is branched from the condenser outlet, but may be branched from the outlet side of the supercooling heat exchanger.
また、本発明の第3実施形態に係る冷凍サイクル装置について説明する。 A refrigeration cycle apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
本第3実施形態は、第2実施形態に第1実施形態を付加したもの、すなわち、第2実施形態と同様に第一の過冷却熱交換器が第二の膨張装置を備えたバイパス通路の冷媒と熱交換しかつ、第1実施形態と同様に第二の過冷却熱交換器がエゼクタの出口側と圧縮機の吸込み側に接続する冷媒通路の冷媒と熱交換する。 The third embodiment is obtained by adding the first embodiment to the second embodiment, that is, a bypass passage in which the first supercooling heat exchanger includes the second expansion device as in the second embodiment. Similarly to the first embodiment, the second supercooling heat exchanger exchanges heat with the refrigerant in the refrigerant passage connected to the outlet side of the ejector and the suction side of the compressor.
例えば、図4に示すように、第3実施形態の冷凍サイクル装置21では、一端が凝縮器3と第一の膨張装置5A間に接続され、他端がエゼクタ7のエゼクタ駆動ノズル7aの入口側に接続されたバイパス通路19には、第二の膨張装置5Bが設けられ、さらに、バイパス通路19の冷媒と第一の過冷却熱交換器4Aの冷媒とを熱交換するようになっており、また、冷媒通路8により、エゼクタ7のデフューザ7cの出口側と圧縮機2の吸込み側に接続され、デフューザ7cの出口側の冷媒は第二の過冷却熱交換器4Bの冷媒と熱交換し、さらに、エゼクタ7の吸引部7bは蒸発器6に接続される。
For example, as shown in FIG. 4, in the
従って、第二の過冷却熱交換器を付加し、エゼクタ出口側の冷媒で冷却する。これにより、エゼクタ出口の冷媒の状態が気液二相の状態となり、圧縮機への液戻りが生じることを防止すると同時に過冷却量の増加を図ることで、蒸発器の冷媒循環量を低減し、圧力損失によるロスを低下させ効率の向上を図ることができる。また、本第3実施形態では、過冷却熱交換器の冷却温度を複数とし、それぞれの過冷却熱交換器で加熱された中間圧力の冷媒で対応するエゼクタを駆動することで、膨張仕事量を効率良く回収することができる。 Therefore, a second supercooling heat exchanger is added and cooled by the refrigerant on the ejector outlet side. As a result, the state of the refrigerant at the ejector outlet becomes a gas-liquid two-phase state, preventing liquid from returning to the compressor, and at the same time increasing the amount of supercooling, thereby reducing the amount of refrigerant circulating in the evaporator. Thus, loss due to pressure loss can be reduced and efficiency can be improved. Moreover, in this 3rd Embodiment, the cooling temperature of a subcooling heat exchanger is made into multiple, and an expansion work is driven by driving the corresponding ejector with the refrigerant | coolant of the intermediate pressure heated with each subcooling heat exchanger. It can be recovered efficiently.
また、本発明の第4実施形態に係る冷凍サイクル装置について説明する。 A refrigeration cycle apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
本第4実施形態は、第3実施形態のエゼクタの吸込口と蒸発器6間に第二のエゼクタを設ける。
In the fourth embodiment, a second ejector is provided between the suction port of the ejector of the third embodiment and the
例えば、図5に示すように、第4実施形態の冷凍サイクル装置31では、第3実施形態と同様に接続された第一のエゼクタ7Aの吸引部7Abには、一端が凝縮器3と第一の膨張装置5A間に接続された第二のバイパス通路19Bにエゼクタ駆動ノズル7Baが接続された第二のエゼクタ7Bが接続され、この第二のエゼクタ7B吸引部7Bbには、蒸発器6の出口側が接続されている。
For example, as shown in FIG. 5, in the
図6は本第4実施形態の冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを説明するためのモリエル線図(圧力−エンタルピ線図)であり、この図6に示された(11)から(24)の各点は図5に記載された冷凍空調装置の(11)から(24)の各点に対応し、各位置における圧力−エンタルピ状態を表わす。 FIG. 6 is a Mollier diagram (pressure-enthalpy diagram) for explaining the refrigeration cycle of the refrigeration cycle apparatus of the fourth embodiment. Each point of (11) to (24) shown in FIG. Corresponds to the points (11) to (24) of the refrigeration air conditioner described in FIG. 5 and represents the pressure-enthalpy state at each position.
すなわち、(11)は圧縮機2の出口部、(12)は凝縮器3の出口部、(13)は第一の過冷却熱交換器4Aの出口部、(14)は第二の過冷却熱交換器4Bの出口部、(15)は蒸発器6の入口部、(16)は蒸発器6の出口部、(17)は第二のエゼクタ7Bの吸引部7Bb、(18)は第二のエゼクタ7Bのデフューザ7Bcの出口部、(19)は第一のエゼクタ7Aのデフューザ7Acの出口部、(20)は第二の過冷却熱交換器4Bの冷却側の出口部、(21)は第二のエゼクタ7Bのエゼクタ駆動ノズル7Baの出口部、(22)は第二の膨張装置5Bの出口部、(23)は第一の過冷却熱交換器4Aの冷却側の出口部、(24)は第一のエゼクタ7Aのエゼクタ駆動ノズル7Aaの出口部である。
That is, (11) is the outlet of the
従って、図6に示す本第4実施形態による冷凍サイクルの状態図からもわかるように、第一のエゼクタ7Aによる昇圧Δp2と第二のエゼクタ7Bによる昇圧Δp3の両方の昇圧が得られ、図2示す第1実施形態の冷凍サイクルの状態図と比較すると、エゼクタによる昇圧量が増加し圧縮仕事量のさらなる低減が図られ、膨張仕事量の回収量がさらに増加し効率の向上が図られる。また、図7に、本第4実施形態、エゼクタを搭載した冷凍サイクルの従来例、エゼクタを搭載しない冷凍サイクルのガス圧力損失−COP比較結果を示す。図7からもわかるように、図10に示す従来のエゼクタサイクルでは、蒸発器出口配管の圧力損失が増加すると効率が著しく低下し、通常の冷凍サイクルより悪化する領域が存在するが、本第4実施形態のエゼクタサイクルでは、全領域に渡り通常の冷凍サイクルより効率が上昇する。なお、図7に示す比較は、特定の運転条件での効率比較結果であり、凝縮温度の低下や蒸発温度の上昇などにより、エゼクタでの回収可能仕事量が低減した場合には、より低い圧力損失で従来のエゼクタサイクルの効率が低下することとなる。
Accordingly, as can be seen from the state diagram of the refrigeration cycle according to the fourth embodiment shown in FIG. 6, both the boost Δp2 by the
また、本発明の第5実施形態に係る冷凍サイクル装置について説明する。 In addition, a refrigeration cycle apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
本第5実施形態は、第4実施形態に第三の過冷却熱交換器を付加するとともに、一端が凝縮器と膨張装置間に接続され、他端が圧縮機の吸込み側に接続されかつ、第三の膨張装置を備えた第二のバイパス通路を設け、第三の過冷却熱交換器と熱交換させる。 The fifth embodiment adds a third supercooling heat exchanger to the fourth embodiment, one end is connected between the condenser and the expansion device, the other end is connected to the suction side of the compressor, and A second bypass passage having a third expansion device is provided to exchange heat with the third supercooling heat exchanger.
例えば、図8に示すように、第5実施形態の冷凍サイクル装置41では、一端が凝縮器3と第一の膨張装置5A間に接続され、他端が圧縮機2の吸込み側に接続されかつ、第三の膨張装置5Cを備えた第三のバイパス通路19Cを設け、第三の過冷却熱交換器5Cと熱交換させる。
For example, as shown in FIG. 8, in the
これにより、過冷却量をさらに増加させ、冷凍サイクルの効率を高めることができる。 Thereby, the amount of supercooling can be further increased and the efficiency of the refrigeration cycle can be increased.
なお、上記各実施形態において、冷凍サイクル構成では、冷却若しくは加熱の一方のみの構成を示しているが、四方弁などを適宜組込み可逆サイクルとして構成することが可能である。また、エゼクタや過冷却熱交換器などの各構成要素は便宜上個別に図示しているが、冷凍サイクル機能が同一であれば、一体化などにより構成の簡素化を図ることも可能である。 In each of the above embodiments, only one of cooling or heating is shown in the refrigeration cycle configuration, but a four-way valve or the like can be appropriately configured as a reversible cycle. Moreover, although each component, such as an ejector and a supercooling heat exchanger, is individually illustrated for convenience, if the refrigeration cycle function is the same, the configuration can be simplified by integration or the like.
1…冷凍サイクル装置、2…圧縮機、3…凝縮器、4…過冷却熱交換器、5…膨張装置、6…蒸発器、7…エゼクタ、7a…エゼクタ駆動ノズル、7b…吸込口、7c…デフューザ、8…冷媒通路、9…バイパス通路。
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