JP5506944B2 - 冷凍サイクル装置及び冷媒循環方法 - Google Patents
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Description
圧縮機の冷媒吐出側、凝縮器、第一流量制御弁、余剰冷媒を貯留する冷媒貯留容器、第二流量制御弁、及び第一蒸発器が、順に配管で接続され、前記第一蒸発器の冷媒出口が前記エジェクタの吸引冷媒流入口と配管で接続される第一冷媒経路と、前記エジェクタの前記混合冷媒流出口、第二蒸発器、及び前記圧縮機の冷媒吸入側が、順に配管で接続される第二冷媒経路と、前記第一冷媒経路において前記凝縮器の冷媒出口と前記第一流量制御弁とを接続する配管の途中の分岐部から分岐し、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口に配管で接続される第三冷媒経路と、前記第一冷媒経路の前記分岐部よりも下流側の前記第一冷媒経路において、前記冷媒貯留容器の下流側と前記第二流量制御弁の上流側との間から分岐し、前記第二冷媒経路において前記エジェクタの前記混合冷媒流出口と前記第二蒸発器との間に配管で接続されるバイパス路であって、冷媒の流量を制御するバイパス流量制御部が途中に配置されたバイパス路とを備えたことを特徴とする。
図1は、実施の形態1における冷凍サイクル装置100の構成を示す模式図である。冷凍サイクル装置100はエジェクタ108を備えている。
(2)また、冷凍サイクル装置100は、圧縮機101、第二蒸発器109が、冷媒配管で接続され、第二蒸発器109の冷媒入口がエジェクタ108の混合冷媒流出口1083と冷媒配管で接続される第二冷媒経路を有する。
(3)また、冷凍サイクル装置100は、第一冷媒経路において凝縮器102の冷媒出口と第二流量制御弁105とを接続する配管の途中の分岐部116から分岐し、エジェクタ108の駆動冷媒流入口1081に配管で接続される第三冷媒経路を有する。第三冷媒経路の途中には第三流量制御弁107(駆動流量制御部の一例)が配置されている。
(4)さらに、冷凍サイクル装置100は、第一冷媒経路の分岐部116よりも下流側の第一冷媒経路において第二流量制御弁105の上流側から分岐し、第二冷媒経路においてエジェクタ108の混合冷媒流出口1083と第二蒸発器109との間に配管で接続されるバイパス路であって、冷媒の流量を制御する第四流量制御弁110(バイパス流量制御部)が途中に配置されたバイパス回路113を備えている。バイパス回路113が冷凍サイクル装置100の特徴である。
(5)また、冷凍サイクル装置100は制御装置120を備えている。
冷媒が循環する各部配管には、各検出器(センサー)が取り付けられている。すなわち、圧縮機101の吐出および吸入圧力を測定する圧力検出器111a、111bや、凝縮器102の出口温度を検出する温度検出器112a、第一蒸発器106の出口温度および中間温度を検出する温度検出器112b、112c、圧縮機101の吸入温度を検出する温度検出器112dなどが取り付けられている。これらの検出器からの検出信号は、制御装置120に集約される。そして、制御装置120内の演算処理部(図示していない)に設けられた演算手段によって各種信号が処理され、各々の目標値(例えば、温度、過熱度、過冷却度)と比較・判断されたのち、制御装置120内の制御信号送信部(図示していない)から各種アクチュエータ(例えば、流量制御弁、圧縮機)に制御指令値が送信される。制御装置120は各種アクチュエータを制御する。図1に示す第一流量制御弁103、第二流量制御弁105、第三流量制御弁107、第四流量制御弁110は、制御装置120の制御によって開度制御が可能である。また、圧縮機101は制御装置120の制御によって、運転周波数の制御が可能である。以下の図6〜図9のフローチャートで説明する制御は、すべて制御装置120によるものである。図1、図13における検出器と流量制御弁を結ぶ破線は、検出器と、検出結果に基づき制御される流量制御弁との関係を示している。例えば図1の場合、温度検出器112aの検出結果に基づき、第一流量制御弁103が制御される。
図2は、エジェクタ108の内部構造を示す図である。エジェクタ108は、ノズル部201、混合部202、ディフューザー部203で構成される。ノズル部201は、絞り部201a、喉部201b、末広部201cで構成される。エジェクタ108は、凝縮器102から流出した高圧の冷媒(駆動冷媒)を駆動冷媒流入口1081から流入し、流入した駆動冷媒を絞り部201aで減圧膨張させてノズル喉部201bで音速とし、更に末広部201cで超音速として減圧・加速させる。これにより超高速の気液二相冷媒がノズル部201から流出する。一方、吸引冷媒流入口1082の冷媒は、ノズル部201から流出した超高速の冷媒により引き込まれる(吸引冷媒)。ノズル部201の出口、つまり、混合部202の入口から超高速の駆動冷媒と低速の吸引冷媒とが混ざり合いはじめ、互いの運動量交換により圧力が回復(上昇)する。さらに、ディフューザー部203においても流路拡大による減速で圧力が回復し、ディフューザー部203の混合冷媒流出口1083から駆動冷媒と吸引冷媒との混合した混合冷媒が流出する。
次に動作について説明する。
図3は、バイパス回路113を利用しない場合、つまり、本実施の形態1の前提となるモリエル線図を示している。図3のモリエル線図の横軸は冷媒の比エンタルピ、縦軸は圧力を示しており、線図中のa−mの各点は図1に示す冷凍サイクル装置の概略図における各配管の冷媒状態を示す。
次に各流量制御弁の制御について説明する。前記のように、各流量制御弁の制御は制御装置120が実行する。
図9は、制御装置120が吐出側温度に基づき第三流量制御弁107、第四流量制御弁110を制御する制御フローである。図9のST405以降は図8と同様である。図9のST401のみが図8と異なる。すなわち吐出側温度に基づき、第三流量制御弁107、第四流量制御弁110を制御する図9の場合、制御装置120は、ST401において、圧縮機101の吐出温度を検出する温度検出器(図示していない)の検出結果に所定の吐出温度演算規則を適用して、吐出温度を演算する。そして、ST405において、制御装置120は、予め保有する目標吐出温度と、吐出温度演算結果とを比較判定する。演算値が目標吐出温度未満であればST406−1に処理が進み、演算値が目標吐出温度であれば処理は終了し、演算値が目標吐出温度より大きい場合、処理はST406−2に進む。以下の処理は図8と同様である。
図10は、冷凍サイクル装置100の冷却負荷と冷媒流量比との関係図である。図10の横軸は冷却負荷を示し、縦軸は冷媒流量比(第一蒸発器106の冷媒流量/圧縮機101の吐出冷媒流量)を示す。バイパス回路113を利用しない場合、冷却負荷の増大に伴い流量比は増大するのに対し、バイパス回路113を使用した場合は、冷媒流量比を冷却負荷に対して安定させることができる。
この結果、図12は、冷凍サイクル装置100の冷却負荷とCOP吸入圧力との関係図であるが、図12に示すように、バイパス回路がない場合と比べて高いCOPを得ることができる。
図14はニードル弁付きのエジェクタの全体図を示す。
図15はニードル弁205の構造を示す。図1では、エジェクタ108の上流側に第三流量制御弁107を備えた構成であるが、図14に示すようにエジェクタ108と可動式のニードル弁205(駆動流量制御部の一例)とを一体構造としたエジェクタを利用することで、第三流量制御弁107に代替してもよい。
このように、ニードル弁205は、エジェクタ108の駆動冷媒流入口1081への挿入量が制御装置1220の制御によって変化することで、駆動流量制御部として機能する。これにより、エジェクタ108と第三流量制御弁107とを一体構造化できるため、両者を接続する配管がなくなり、コストを削減することができる。
すなわち、
駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口とを有するエジェクタを用いて冷媒を循環させる冷媒循環方法において、
圧縮機、放熱器、流量制御弁、第一蒸発器の順に配管で接続され、前記第一蒸発器の冷媒出口が前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と配管で接続される第一冷媒経路を形成し、
前記圧縮機、第二蒸発器の順に配管で接続され、前記第二蒸発器の冷媒入口が前記エジェクタの前記混合冷媒流出口と配管で接続される第二冷媒経路を形成し、
前記第一冷媒経路において前記放熱器の冷媒出口と前記流量制御弁とを接続する配管の途中の分岐部から分岐し、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口に配管で接続される第三冷媒経路を形成し、
前記第一冷媒経路の前記分岐部よりも下流側の前記第一冷媒経路において前記流量制御弁の上流側から分岐し、前記第二冷媒経路において前記エジェクタの前記混合冷媒流出口と前記第二蒸発器との間に配管で接続されるバイパス路であって、冷媒の流量を制御するバイパス流量制御部が途中に配置されたバイパス路を形成して、
前記冷媒を循環させる冷媒循環方法。
Claims (10)
- 駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口とを有するエジェクタを備え、冷媒を循環させる冷凍サイクル装置において、
圧縮機の冷媒吐出側、凝縮器、第一流量制御弁、余剰冷媒を貯留する冷媒貯留容器、第二流量制御弁、及び第一蒸発器が、順に配管で接続され、前記第一蒸発器の冷媒出口が前記エジェクタの吸引冷媒流入口と配管で接続される第一冷媒経路と、
前記エジェクタの前記混合冷媒流出口、第二蒸発器、及び前記圧縮機の冷媒吸入側が、順に配管で接続される第二冷媒経路と、
前記第一冷媒経路において前記凝縮器の冷媒出口と前記第一流量制御弁とを接続する配管の途中の分岐部から分岐し、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口に配管で接続される第三冷媒経路と、
前記第一冷媒経路の前記分岐部よりも下流側の前記第一冷媒経路において、前記冷媒貯留容器の下流側と前記第二流量制御弁の上流側との間から分岐し、前記第二冷媒経路において前記エジェクタの前記混合冷媒流出口と前記第二蒸発器との間に配管で接続されるバイパス路であって、冷媒の流量を制御するバイパス流量制御部が途中に配置されたバイパス路と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記冷凍サイクル装置は、さらに、
前記第三冷媒経路を介して前記駆動冷媒として前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口に流入する冷媒の流量を調整する駆動流量制御部を備えたことを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル装置。 - 前記駆動流量制御部と前記バイパス流量制御部とは、
開度の制御を受けることによって冷媒の流量を制御し、
前記冷凍サイクル装置は、さらに、
前記駆動流量制御部と、前記バイパス流量制御部との開度を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項2記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記バイパス流量制御部の開度を判定し、開度が閉止状態と判定すると、前記駆動流量制御部の開度を制御することを特徴とする請求項3記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記駆動流量制御部の開度を判定し、開度が全開状態と判定すると、前記バイパス流量制御部の開度を制御することを特徴とする請求項3または4のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記第二冷媒経路における所定箇所の現在の冷媒の過熱度を、所定の過熱度演算規則に従って演算し、演算された前記過熱度に基づいて、前記駆動流量制御部と、前記バイパス流量制御部との少なくともいずれかの開度を制御することを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記圧縮機の冷媒の吐出温度を、所定の吐出温度演算規則に従って演算し、演算された前記吐出温度に基づいて、前記駆動流量制御部と、前記バイパス流量制御部との少なくともいずれかの開度を制御することを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記バイパス流量制御部は、
開閉弁と毛細管とから構成されたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記駆動流量制御部は、
前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口への挿入量が前記制御装置の制御によって変化するニードル弁によって実現されることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 冷凍サイクル装置は、
冷媒として、フロン系冷媒と、炭化水素系冷媒と、HFO系冷媒とのいずれかを使用することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
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