JP5805567B2 - 冷凍サイクル及び冷凍ショーケース - Google Patents

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Description

本発明は、エジェクタを備えた冷凍サイクル及び冷凍ショーケースに関し、詳しくは、エジェクタの駆動流として使用される冷媒を増加させることができる冷凍サイクル及び冷凍ショーケースに関する。
従来の冷凍サイクルとして、圧縮機と、凝縮器と、凝縮器を通過した冷媒を膨張させる第１膨張弁及び第２膨張弁と、第１膨張弁によって膨張した冷媒と第２膨張弁によって膨張する前の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、第１膨張弁によって膨張した冷媒を熱交換により蒸発させる蒸発器と、第２膨張弁及び内部熱交換器を通過した冷媒を駆動流とし、内部熱交換器及び第１膨張弁を通過した冷媒を吸引流として、これら駆動流と吸引流とを混合して圧縮機に供給するエジェクタと、を備えたものがあった（例えば特許文献１参照）。
特開２００８−８２６９３号公報
しかし、前記従来の冷凍サイクルにおいては、内部熱交換器で十分な気化熱が得られなかった場合、エジェクタの駆動流として使用される冷媒が不足し、冷凍サイクルの効率が低下するおそれがあった。
そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、エジェクタの駆動流として使用される冷媒を増加させることができる冷凍サイクル及び冷凍ショーケースを提供することにある。
前記課題を解決するために、第１の発明による冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の下流で分岐された冷媒をそれぞれ膨張させる第１膨張弁及び第２膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張した冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記第２膨張弁で膨張した冷媒の少なくとも一部を蒸発させる第２蒸発器と、前記第２膨張弁で膨張した冷媒の少なくとも一部を前記凝縮器で凝縮した冷媒との熱交換により蒸発させる熱交換器と、前記第２蒸発器と前記熱交換器とで蒸発した冷媒を駆動流とし、前記第１蒸発器で蒸発した冷媒を吸引流とし、駆動流と吸引流とを混合して前記圧縮機に供給するエジェクタと、を含んで構成されたものである。
また、第２の発明による冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の下流で分岐された冷媒をそれぞれ膨張させる第１膨張弁、第２膨張弁及び第３膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張した冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記第２膨張弁で膨張した冷媒を前記凝縮器で凝縮した冷媒との熱交換により蒸発させる熱交換器と、前記第３膨張弁で膨張した冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、前記熱交換器と前記第２蒸発器とで蒸発した冷媒を駆動流とし、前記第１蒸発器で蒸発した冷媒を吸引流とし、駆動流と吸引流とを混合して前記圧縮機に供給するエジェクタと、を含んで構成されたものである。
さらに、本発明による冷凍ショーケースは、本発明による冷凍サイクルを含んで構成されたものである。
本発明による冷凍サイクル及び冷凍ショーケースによれば、第２蒸発器で蒸発させた冷媒をエジェクタの駆動流として使用することができる。したがって、エジェクタの駆動流として使用される冷媒が増加し、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
本発明による冷凍サイクルの第１実施形態を示す概略構成図である。 前記第１実施形態における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 前記第１実施形態の他の実施例を示す概略構成図である。 本発明による冷凍サイクルの第２実施形態を示す概略構成図である。 前記第２実施形態における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 前記第２実施形態の他の実施例を示す概略構成図である。
以下、本発明による冷凍サイクルの第１実施形態について、図１〜３を参照して説明する。なお、図１における冷媒配管Ａ〜Ｉのそれぞれにおける冷媒の状態と、図２における冷媒の状態Ａ〜Ｉは対応する。
この冷凍サイクルは、冷凍ショーケース、自動販売機及び空調設備等に使用されるものであり、圧縮機１と、凝縮器２と、熱交換器３と、第１膨張弁４と、第１蒸発器５と、第２膨張弁６と、第２蒸発器７と、エジェクタ８と、これらを接続する冷媒配管Ａ〜Ｉとを含んで構成される。
圧縮機１は、冷媒を圧縮して昇温・昇圧するものであり、レシプロ圧縮機、斜板式圧縮機、スクリュー式圧縮機、スクロール式圧縮機等の周知の圧縮機から選択することができる。圧縮機１により冷媒が圧縮されると、冷媒の状態は図２のＩからＡまで移動する。圧縮された冷媒は、図１に示すように、圧縮機１から冷媒配管Ａを通って凝縮器２に供給される。
凝縮器２は、圧縮機１で圧縮された冷媒を、外気との熱交換により冷却して凝縮させる。凝縮器２で冷媒が凝縮すると、冷媒の状態は図２のＡからＢまで移動する。図２に示すように、冷媒は凝縮器２を通過した時点で所定の過冷却度を有するように冷却されるのが好ましい。凝縮した冷媒は、図１に示すように、凝縮器２から冷媒配管Ｂを通って熱交換器３に供給される。
熱交換器３は、凝縮器２で凝縮した冷媒と、第２膨張弁６で膨張した冷媒のうち第２蒸発器７で蒸発しなかった冷媒と、を熱交換させることにより、前者の冷媒をさらに冷却し、後者の冷媒を蒸発させる。凝縮器２で凝縮した冷媒が熱交換器３でさらに冷却されると、冷媒の状態は図２のＢからＣまで移動し、冷媒の過冷却度が増加する。熱交換器３で冷却された冷媒は、図１に示すように、熱交換器３から冷媒配管Ｃを通り、下流の分岐点Ｓで冷媒配管Ｃ１，Ｃ２に分岐される。
まず、冷媒配管Ｃ１に分岐された冷媒について説明する。冷媒配管Ｃ１に分岐された冷媒は、第１膨張弁４に供給される。なお、冷媒配管Ｃ１に分岐される冷媒の流量は、第１膨張弁４，第２膨張弁６のそれぞれの開度を調整することにより制御することができる。
第１膨張弁４は、熱交換器３で冷却された冷媒を減圧することにより膨張させる。第１膨張弁４で冷媒が膨張すると、冷媒の状態は図２のＣからＤまで移動し、冷媒は気相と液相とが混ざった状態となる。第１膨張弁４で膨張した冷媒は、図１に示すように、冷媒配管Ｄを通って第１蒸発器５に供給される。
第１蒸発器５は、第１膨張弁４を通過した冷媒と空気とを熱交換させることにより、空気を冷却し、冷媒を蒸発させる。第１蒸発器５で冷媒が蒸発すると、冷媒の状態は図２のＤからＥまで移動する。図２に示すように、冷媒は第１蒸発器５を通過した時点で所定の過熱度を有するように熱交換（加熱）されるのが好ましい。第１蒸発器５で蒸発した冷媒は、図１に示すように、冷媒配管Ｅを通ってエジェクタ８に吸引される。
次に、冷媒配管Ｃ２に分岐された冷媒について説明する。冷媒配管Ｃ２に分岐された冷媒は、第２膨張弁６に供給される。なお、冷媒配管Ｃ２に分岐される冷媒の流量は、第１膨張弁４，第２膨張弁６のそれぞれの開度を調整することにより制御することができ、第２蒸発器７及び熱交換器３を介して供給されるエジェクタ８の駆動流として十分な流量が確保される。
第２膨張弁６は、熱交換器３で冷却された冷媒を減圧することにより膨張させる。第２膨張弁６で冷媒が膨張すると、冷媒の状態は図２のＣからＦまで移動し、冷媒は気相と液相とが混ざった状態となる。図２に示すように、第２膨張弁６で膨張した冷媒の圧力は、第１膨張弁４で膨張した冷媒の圧力よりも高くされるのが好ましい。第２膨張弁６で膨張した冷媒は、図１に示すように、冷媒配管Ｆを通って第２蒸発器７に供給される。
第２蒸発器７は、第２膨張弁６と熱交換器３との間に設けられており、空気と第２膨張弁６で膨張した冷媒とを熱交換させることにより、空気を冷却し、冷媒の一部を蒸発させる。第２蒸発器７と第１蒸発器５とは並べて配置されており、全体で１つの蒸発器９を構成している。蒸発器９内において、第２蒸発器７は冷却する空気の上流側、第１蒸発器５は冷却する空気の下流側に配置されるため、空気はまず第２蒸発器７で冷却され、その後第１蒸発器５で冷却される。したがって、第２蒸発器７は第１蒸発器５よりも高温の空気で冷媒を蒸発させることとなる。蒸発器９は、第２蒸発器７から第１蒸発器５に向かって送風するファン１０を備えるのが好ましい。第２蒸発器７で冷媒が蒸発すると、冷媒の状態は図２のＦからＧまで移動する。図２に示すように、冷媒は第２蒸発器７を通過した時点で気相と液相とが混ざった状態とされる。第２蒸発器７で蒸発した冷媒は、図１に示すように、冷媒配管Ｇを通って熱交換器３に供給される。
熱交換器３に供給された冷媒のうち、第２蒸発器７で蒸発しなかった液相の冷媒は、分岐点Ｓより上流の熱交換器３にて、凝縮器２で凝縮した冷媒と熱交換されて蒸発する。熱交換器３で冷媒が蒸発すると、冷媒の状態は図２のＧからＨまで移動し、冷媒配管Ｃ２に分岐された冷媒が全て蒸発し、所定の過熱度を有する。熱交換器３で蒸発した冷媒は、図１に示すように、熱交換器３から冷媒配管Ｈを通り、エジェクタ８に駆動流として供給される。
エジェクタ８は、第２蒸発器７と熱交換器３とで蒸発した冷媒を駆動流とし、この駆動流によって生じる静圧低下により第１蒸発器５で蒸発した冷媒を吸引し、駆動流と吸引流とを混合して圧縮機１に供給する。このエジェクタ８は、駆動流の運動エネルギーを利用して第１蒸発器５で蒸発した冷媒を吸引するため、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。エジェクタ８で駆動流と吸引流とが混合されると、駆動流の状態Ｈ及び吸引流の状態Ｅは図２のＩに移動する。エジェクタ８で混合された冷媒は、図１に示すように、冷媒配管Ｉを通って圧縮機１に供給される。
本実施形態によれば、冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器２と、凝縮器２の下流の分岐点Ｓで分岐された冷媒をそれぞれ膨張させる第１膨張弁４及び第２膨張弁６と、第１膨張弁４で膨張した冷媒を蒸発させる第１蒸発器５と、第２膨張弁６で膨張した冷媒の少なくとも一部を蒸発させる第２蒸発器７と、第２膨張弁６で膨張した冷媒の少なくとも一部を凝縮器２で凝縮した冷媒との熱交換により蒸発させる熱交換器３と、第２蒸発器７と熱交換器３とで蒸発した冷媒を駆動流とし、第１蒸発器５で蒸発した冷媒を吸引流とし、駆動流と吸引流とを混合して圧縮機１に供給するエジェクタ８と、を含んで構成されるため、第２蒸発器で蒸発させた冷媒をエジェクタ８の駆動流として使用し、エジェクタ８の駆動流を増加させ、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
また本実施形態によれば、熱交換器３は、第２膨張弁６で膨張した冷媒を、凝縮器２の下流の分岐点Ｓで分岐される前の冷媒との熱交換により蒸発させる。すなわち、熱交換器３で冷却される冷媒は、すでに熱交換器３で一度冷却された冷媒により冷却される。したがって、凝縮器２で凝縮した冷媒を確実に冷却し、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
また本実施形態によれば、第１蒸発器５は空気との熱交換により冷媒を蒸発させ、第２蒸発器７は前記空気よりも高温の空気との熱交換により冷媒を蒸発させるため、第２蒸発器７で蒸発する冷媒の蒸発圧力を、第１蒸発器５で蒸発する冷媒の蒸発圧力より高くすることができ、第２蒸発器７で蒸発した冷媒をエジェクタ８の駆動流として使用することができる。
なお、本実施形態では、第２蒸発器７は、第２膨張弁６と熱交換器３との間に設けられたが、図３に示すように、熱交換器３とエジェクタ８との間に設けられてもよい。また、第２蒸発器７を並列又は直列に複数設け、第１蒸発器１と複数の第２蒸発器７とで蒸発器９を構成してもよい。
次に、本発明の第２実施形態について、図４〜６を参照して説明する。この冷凍サイクルは、圧縮機１と、凝縮器２と、熱交換器３と、第１膨張弁４と、第１蒸発器５と、第２膨張弁６と、第３膨張弁１１と、第２蒸発器７、エジェクタ８と、これらを接続する冷媒配管Ａ〜Ｋとを含んで構成される。
図４に示すように、冷媒配管Ｃは、熱交換器３の下流で３つの冷媒配管Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に分岐され、冷媒配管Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３にはそれぞれ第１膨張弁４，第２膨張弁６，第３膨張弁１１が並列に設けられている。熱交換器３で冷却された冷媒のうち冷媒配管Ｃ３に供給された冷媒は、第３膨張弁１１で膨張し、冷媒の状態は図５のＣからＪに移動する。第３膨張弁１１で膨張した冷媒は、冷媒配管Ｊを通って第３膨張弁１１の下流に設けられた第２蒸発器７に供給される。
第２蒸発器７に供給された冷媒は、第２蒸発器７で蒸発し、冷媒の状態は図５のＪからＫに移動する。第２蒸発器７で蒸発した冷媒は、冷媒配管Ｋを通り、熱交換器３で蒸発した冷媒と合流し、エジェクタ８に駆動流として供給される。
本実施形態によれば、冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器２と、凝縮器２の下流で分岐された冷媒をそれぞれ膨張させる第１膨張弁４、第２膨張弁６及び第３膨張弁１１と、第１膨張弁４で膨張した冷媒を蒸発させる第１蒸発器５と、第２膨張弁６で膨張した冷媒を凝縮器２で凝縮した冷媒との熱交換により蒸発させる熱交換器３と、第３膨張弁１１で膨張した冷媒を蒸発させる第２蒸発器７と、熱交換器３と第２蒸発器７とで蒸発した冷媒を駆動流とし、第１蒸発器５で蒸発した冷媒を吸引流とし、駆動流と吸引流とを混合して圧縮機１に供給するエジェクタ８と、を含んで構成されたため、第２蒸発器７で蒸発させた冷媒をエジェクタ８の駆動流として使用し、エジェクタ８の駆動流を増加させ、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、熱交換器３は、第２膨張弁６で膨張した冷媒を、凝縮器２の下流で分岐される前の冷媒との熱交換により蒸発させるものであったが、図６に示すように、第２膨張弁６で膨張した冷媒を、凝縮器２の下流で分岐され第１膨張弁４で膨張する前の冷媒との熱交換により蒸発させるものであってもよい。
以下、本発明による冷凍ショーケースの実施形態について説明する。この冷凍ショーケースは、図１〜６にその実施形態を図示したような本発明による冷凍サイクルを含んで構成される。冷凍ショーケースの内部には、少なくとも蒸発器９が内蔵され、蒸発器９が冷凍ショーケース内の空気を冷却する。冷凍サイクルを構成する凝縮器２は、冷媒から効率的に放熱するために室外に設置されてもよい。
１…圧縮機
２…凝縮器
３…熱交換器
４…第１膨張弁
５…第１蒸発器
６…第２膨張弁
７…第２蒸発器
８…エジェクタ
９…蒸発器
１０…ファン
１１…第３膨張弁
Ａ〜Ｋ…冷媒配管
Ｓ…分岐点

Claims (8)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    前記凝縮器の下流で分岐された冷媒をそれぞれ膨張させる第１膨張弁及び第２膨張弁と、
    前記第１膨張弁で膨張した冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
    前記第２膨張弁で膨張した冷媒の少なくとも一部を蒸発させる第２蒸発器と、
    前記第２膨張弁で膨張した冷媒の少なくとも一部を前記凝縮器で凝縮した冷媒との熱交換により蒸発させる熱交換器と、
    前記第２蒸発器と前記熱交換器とで蒸発した冷媒を駆動流とし、前記第１蒸発器で蒸発した冷媒を吸引流とし、駆動流と吸引流とを混合して前記圧縮機に供給するエジェクタと、
    を含んで構成されたことを特徴とする冷凍サイクル。
  2. 前記熱交換器は、前記第２膨張弁で膨張した冷媒を、前記凝縮器の下流で分岐される前の冷媒との熱交換により蒸発させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
  3. 前記第１蒸発器は空気との熱交換により冷媒を蒸発させ、前記第２蒸発器は前記空気よりも高温の空気との熱交換により冷媒を蒸発させることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル。
  4. 前記第２蒸発器は、前記第２膨張弁と前記熱交換器との間に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル。
  5. 前記第２蒸発器は、前記熱交換器と前記エジェクタとの間に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル。
  6. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    前記凝縮器の下流で分岐された冷媒をそれぞれ膨張させる第１膨張弁、第２膨張弁及び第３膨張弁と、
    前記第１膨張弁で膨張した冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
    前記第２膨張弁で膨張した冷媒を前記凝縮器で凝縮した冷媒との熱交換により蒸発させる熱交換器と、
    前記第３膨張弁で膨張した冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、
    前記熱交換器と前記第２蒸発器とで蒸発した冷媒を駆動流とし、前記第１蒸発器で蒸発した冷媒を吸引流とし、駆動流と吸引流とを混合して前記圧縮機に供給するエジェクタと、
    を含んで構成されたことを特徴とする冷凍サイクル。
  7. 前記熱交換器は、前記第２膨張弁で膨張した冷媒を、前記凝縮器の下流で分岐され前記第１膨張弁で膨張する前の冷媒との熱交換により蒸発させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクルを含んで構成されたことを特徴とする冷凍ショーケース。
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