JP5419901B2 - 冷凍サイクル装置及び流路切替装置及び流路切替方法 - Google Patents
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Description
駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、前記駆動冷媒によって吸引される吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、前記駆動冷媒と前記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と共に、前記混合冷媒流出口が圧縮機の吸入側に接続されるエジェクタと、
冷媒Aを流入する第1冷媒流入口と、冷媒Bを流入する第2冷媒流入口と、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口と接続する第1冷媒流出口と、前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と接続する第2冷媒流出口とを有し、前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第1冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第2冷媒流出口から流出させる第1流路と、前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第2冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第1冷媒流出口から流出させる第2流路とを切り替える流路切替装置と、
前記エジェクタの前記混合冷媒流出口に吸入側が接続される圧縮機と、
前記圧縮機の吐出側に配管で接続される放熱器と、
前記放熱器の冷媒流出側と配管で接続された第1減圧機構と、
一方の側が前記第1減圧機構と配管で接続され、他方の側が前記流路切替装置の前記第1冷媒流入口と接続され、前記他方の側から前記冷媒Aを前記流路切替装置に流入する前記第1蒸発器と、
前記第1減圧機構と前記放熱器とを接続する前記配管の途中から分岐する配管と接続される第2減圧機構と、
一方の側が前記第2減圧機構と配管で接続され、他方の側が前記流路切替装置の前記第2冷媒流入口と接続され、前記他方の側から前記冷媒Bを前記流路切替装置に流入する第2蒸発器と
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1010を示す模式図である。冷凍サイクル装置1010は、圧縮機101、放熱器である凝縮器102、第1流量制御弁103(第1減圧機構)、第1蒸発器104が冷媒配管で順次接続されている。また、凝縮器102の出口から分岐して第2流量制御弁106、第2蒸発器107が冷媒配管で順次接続されている。第1蒸発器104と第2蒸発器107とは、流路制御装置1081(流路切替装置)と接続されている。流路制御装置1081は、エジェクタ105の吸引冷媒流入口1052、エジェクタ105の駆動冷媒流入口1051に、それぞれ冷媒配管で接続されている。エジェクタ105の混合冷媒流出口1053は圧縮機と冷媒配管で接続されている。第1蒸発器104は、第1保冷室001に設置され、第2蒸発器107は第2保冷室002に設置される。
(1)エジェクタ105
エジェクタ105は、駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口1051と、駆動冷媒によって吸引される吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口1052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1053とを有する。混合冷媒流出口1053は、圧縮機101の吸入側に接続されている。
流路制御装置1081は、冷媒Aを流入する第1冷媒流入口81と、冷媒Bを流入する第2冷媒流入口82と、エジェクタ105の駆動冷媒流入口1051と接続する第1冷媒流出口91と、エジェクタ105の吸引冷媒流入口1052と接続する第2冷媒流出口92とを有する。流路制御装置1081は、第1冷媒流入口81から流入した冷媒Aを第1冷媒流出口91から流出させ、かつ、第2冷媒流入口82から流入した冷媒Bを第2冷媒流出口92から流出させる第1流路(破線で示す流路71)と、第1冷媒流入口81から流入した冷媒Aを第2冷媒流出口92から流出させ、かつ、第2冷媒流入口82から流入した冷媒Bを第1冷媒流出口91から流出させる第2流路(実線で示す流路72)とを切り替える。
圧縮機101は、エジェクタ105の混合冷媒流出口1053に吸入側が接続される。
凝縮器102は、圧縮機101の吐出側に配管で接続される。第1流量制御弁103(第1減圧機構)は、凝縮器102の冷媒流出側と配管で接続される。第1蒸発器104(前記第1蒸発器)は、一方の側(冷媒流入側)が第1流量制御弁103と配管で接続され、他方の側(冷媒流出側)が流路制御装置1081の第1冷媒流入口81と接続され、他方の側から冷媒Aを流路制御装置1081に流入する。第2流量制御弁106(第2減圧機構)は、第1流量制御弁103と凝縮器102とを接続する配管の途中から分岐する配管と接続される。第2蒸発器107(第2蒸発器)は、一方の側(冷媒流入側)が第2流量制御弁106と配管で接続され、他方の側(冷媒流出側)が流路制御装置1081の第2冷媒流入口82と接続され、他方の側から冷媒Bを流路制御装置1081に流入する。
分岐部Y1の上流側には圧力検出器602aが設置され、分岐部Y2の上流側には圧力検出器602bが設置されており、冷媒圧力を検出する。圧力検出器602a,602bの検出信号は、制御ユニット603内の受信部604に集まる。演算部605は、受信部604によって受信された検出信号、各種設定値などに基づいて比較判断を行い、送信部606を介して制御信号を各流路制御弁601a〜601dに送信する。
次に、冷凍サイクル装置1010の動作について、第1蒸発器104の冷媒圧力が第2蒸発器107の冷媒圧力よりも低い場合を例に説明する。
図4は、第1蒸発器104の冷媒圧力<第2蒸発器107の冷媒圧力
の場合のモリエル線図を示す。図4のモリエル線図の横軸は冷媒の比エンタルピを示し、縦軸は圧力を示す。また、モリエル線図内の点a〜jは、図1および図2に示す位置における冷媒状態を示す。
図5は、流路制御装置1081の動作を示すフローチャートである。次に図5を用いて、流路制御装置1081の動作を説明する。
(1)ST101にて、冷媒の圧力が検出されて受信部604に集約される。
(2)ST102では、演算部605が圧力の検出値を比較する。演算部605は、圧力検出器602aの検出値が圧力検出器602bよりも小さい場合、
すなわち、
第1蒸発器104の冷媒Wr1圧力<第2蒸発器107の冷媒Wr2圧力
の場合(図4で説明した例の場合)、制御ユニット603は、ST103−aにて流路制御弁601a、601cを開放し、かつ、流路制御弁601b、602dを閉止する(図1に示す第2流路)。この場合、第2蒸発器107を流出する高圧の冷媒Wr2は駆動冷媒流入口1051に流入し、第1蒸発器104を流出する低圧の冷媒Wr1は吸引冷媒流入口1052に流入する。
(3)一方、圧力検出器602aの検出値が圧力検出器602bの検出値よりも大きい場合、
すなわち、
第1蒸発器104の冷媒Wr1圧力>第2蒸発器107の冷媒Wr2
の場合、制御ユニット603は、ST103−bにて流路制御弁601b、601dを開放し、流路制御弁601a、602cを閉止する(図1に示す第1流路)。この場合、第1蒸発器104を流出する高圧の冷媒Wr1は駆動冷媒流入口1051に流入し、第2蒸発器107を流出する低圧の冷媒Wr2は吸引冷媒流入口1052に流入する。
(4)このように、流路制御装置1081に流入する冷媒Wr1、Wr2のうち、圧力の高いほうが駆動冷媒流入口1051に流入し、圧力の低いほうが吸引冷媒流入口1052に流入する。
Qcomp=Wr×Δh (1)
式(1)より、圧縮機の消費電力を低減するには、冷媒流量WrもしくはΔhを低減させれば良い。しかし、冷媒流量Wrを低減すると冷凍機の冷却能力が低下するため、Δhを低減させる必要がある。
Δh=ha−hb (2)
Δh’=he−hb’ (3)
ここに、式(2)、式(3)の添え字は、図7に示すモリエル線図の各点におけるエンタルピを表している。冷凍サイクル装置1010ではエジェクタ105の昇圧効果により、圧縮機101の出口エンタルピは、
hb<hb’
となり、従来の冷凍サイクルと比べてΔhを低減できる。その結果、圧縮機101の消費電力を低減できる。
η=We/Wn (4)
膨張動力Wnは、エジェクタ105へ流入した状態g(駆動冷媒流入口1051)の冷媒が状態h(図3)まで断熱膨張した場合の動力であり、式(5)で表せる。
Wn=Wr1×(hg−hh) (5)
回収動力Weは、エジェクタ105が昇圧仕事に利用した動力であり、式(6)で表せる。
We=Wr2×ΔP/ρg (6)
また、エジェクタ105、流路制御弁601a〜601d、制御ユニット603をモジュール構造607にすることで、既存の設備への実装が容易になる。このため、工事時間の短縮を図れる。図1、図10、図12の「モジュール構造607」の指す破線は、エジェクタ105、流路制御弁601a〜601d、制御ユニット603等を収納する筺体を示している。
図2に示した圧力検出器602a,602bの代わりに、第1蒸発器104と第2蒸発器107の冷媒配管に温度検出器(第1検出器、第2検出器)を取り付け、冷媒温度の検出値に基づいて流路切替弁601を制御しても良い。また、第1保冷室001と第2保冷室002に温度検出器を取り付け、保冷室内の温度を比較して流路切替弁601を制御してもよい。冷媒Wr1、Wr2の冷媒温度の高低、あるいは保冷室内の温度の高低は、冷媒圧力の高低に対応する。よって、これらの場合は、図5のフローチャートで、冷媒圧力を冷媒温度、あるいは保冷室内温度に読み代えればよい。
図10、図11を参照して、実施の形態2の冷凍サイクル装置1020を説明する。図10は実施の形態2の冷凍サイクル装置1020の流路制御装置1082の構成を示す。冷凍サイクル装置1020は、冷凍サイクル装置1020と流路制御装置1082が異なる。実施の形態2では、流路制御装置1082は、三方切替弁608と逆止弁609とを用いた構成である。
まず、圧力検出器602a、602bの検出値が制御ユニット603のデータ受信部604に集められ、演算部605にて検出値が比較される。圧力検出器602bの検出値が圧力検出器602aの検出値よりも高い場合は、図11の(a)に示すように、制御ユニット603は、第1蒸発器104から流出した低圧冷媒Wr1が、分岐部Y1、三方切替弁608、エジェクタ105の吸引冷媒流入口1052へ流れように三方切替弁608を制御する。第2蒸発器107から流出した高圧冷媒Wr2は、分岐部Y2、逆止弁609bを通ってエジェクタ105の駆動冷媒流入口1051へ流れる。
一方、圧力検出器602bの検出値が圧力検出器602aの検出値よりも低い場合は、図11(b)に示すように、制御ユニット603は,第2蒸発器107から流出した低圧冷媒Wr2が、三方切替弁608を通るよう制御する。これにより、第1蒸発器104から流出した高圧冷媒Wr1がエジェクタ105の吸入口204へ流れる。
次に、図12を参照して、実施の形態3の冷凍サイクル装置1030を説明する。
図12は実施の形態3の実施の形態3の冷凍サイクル装置1030を示す。実施の形態3の冷凍サイクル装置1030は、図12に示すように,既存設備の保冷室を3室以上に拡張する場合を示す。このような場合、エジェクタと切替弁とのモジュール構造607により、冷却空間の温度帯を考慮せずに、各蒸発器の出口とエジェクタモジュールとを接続できる。そして、流路切替弁と制御ユニットとを用いることで、常に、エジェクタによる動力回収運転が実現できので、冷凍サイクルの省エネ化を図ることができる。
Claims (13)
- 駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、前記駆動冷媒によって吸引される吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、前記駆動冷媒と前記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と共に、前記混合冷媒流出口が圧縮機の吸入側に接続されるエジェクタと、
冷媒Aを流入する第1冷媒流入口と、冷媒Bを流入する第2冷媒流入口と、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口と接続する第1冷媒流出口と、前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と接続する第2冷媒流出口とを有し、前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第1冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第2冷媒流出口から流出させる第1流路と、前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第2冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第1冷媒流出口から流出させる第2流路とを切り替える流路切替装置と、
前記エジェクタの前記混合冷媒流出口に吸入側が接続される圧縮機と、
前記圧縮機の吐出側に配管で接続される放熱器と、
前記放熱器の冷媒流出側と配管で接続された第1減圧機構と、
一方の側が前記第1減圧機構と配管で接続され、他方の側が前記流路切替装置の前記第1冷媒流入口と接続され、前記他方の側から前記冷媒Aを前記流路切替装置に流入する前記第1蒸発器と、
前記第1減圧機構と前記放熱器とを接続する前記配管の途中から分岐する配管と接続される第2減圧機構と、
一方の側が前記第2減圧機構と配管で接続され、他方の側が前記流路切替装置の前記第2冷媒流入口と接続され、前記他方の側から前記冷媒Bを前記流路切替装置に流入する第2蒸発器と
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記流路切替装置は、
前記第1冷媒流入口に流入する前記冷媒Aの状態と、前記第2冷媒流入口に流入する前記冷媒Bの状態とに基づいて、前記第1流路と前記第2流路とを切り替えることを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流路切替装置は、さらに、
前記第1冷媒流入口に流入する前記冷媒Aの状態として、前記冷媒Aの圧力と温度とのいずれかを検出する第1検出器と、
前記第2冷媒流入口に流入する前記冷媒Bの状態として、前記第1検出器が前記冷媒Aの圧力を検出するときには前記冷媒Bの圧力を検出し、前記第1検出器が前記冷媒Aの温度を検出するときには冷媒Bの温度を検出する第2検出器と
を備え、
前記第1検出器と前記第2検出器との検出するそれぞれの検出値に基づいて、前記第1流路と前記第2流路とを切り替えることを特徴とする請求項2記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流路切替装置は、
前記第1検出器の検出値が前記第2検出器の検出値よりも高いときには前記第1流路に切り替え、前記第2検出器の検出値が前記第1検出器の検出値よりも高いときには前記第2流路に切り替えることを特徴とする請求項3記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流路切替装置は、さらに、
第1流路切替弁と、
第2流路切替弁と、
第3流路切替弁と、
第4流路切替弁と、
前記第1検出器と前記第2検出器との検出結果に基づいて、前記第1流路切替弁から前記第4流路切替弁を制御する制御装置と
備え、
前記第1冷媒流入口、前記第1流路切替弁、前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口が配管で順次接続され、
前記第2冷媒流入口、前記第2流路切替弁、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口が配管で順次接続され、
前記第1冷媒流入口と前記第1流路切替弁との途中から前記第2流路切替弁と前記駆動冷媒流入口との途中に接続する配管の途中に前記第3流路切替弁が配置され、
前記第2冷媒流入口と前記第2流路切替弁との途中から前記第1流路切替弁と前記吸引冷媒流入口との途中に接続する配管の途中に前記第4流路切替弁が配置された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1検出器の検出値が前記第2検出器の検出値よりも高いときには前記第3流路切替弁と前記第4流路切替弁とを開放し、かつ、前記第1流路切替弁と前記第2流路切替弁とを閉止し、
前記第2検出器の検出値が前記第1検出器の検出値よりも高いときには前記第1流路切替弁と前記第2流路切替弁とを開放し、かつ、前記第3流路切替弁と前記第4流路切替弁とを閉止することを特徴とする請求項5記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流路切替装置は、さらに、
三方切替弁と、
第1逆止弁と、
第2逆止弁と、
前記第1検出器と第2検出器との検出結果に基づいて、前記三方切替弁を制御する制御装置と
を備え、
前記第1冷媒流入口、前記第1逆止弁、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口が順次冷媒配管で接続され、
前記第1冷媒流入口と前記第1逆止弁との途中と前記三方切替弁の第1の冷媒流入口とが配管で接続され、
前記第2冷媒流入口と前記三方切替弁の第2の冷媒流入口とが配管で接続され、
前記第2冷媒流入口と前記三方切替弁の第2の冷媒流入口との途中と、前記第1逆止弁と前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口との途中が、途中に第2逆止弁が配置された配管で接続され、
前記三方切替弁の冷媒流出口が、前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口に接続された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、
前記第1検出器の検出値が前記第2検出器の検出値よりも高いときには前記三方切替弁の冷媒流出口を前記第1の冷媒流入口と接続し、前記第2検出器の検出値が前記第1検出器の検出値よりも高いときには前記三方切替弁の冷媒流出口を前記第2の冷媒流入口と接続することを特徴とする請求項7記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流路切替装置と前記エジェクタとは、
同じ筺体の内部に収納され、モジュール化されてい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。 - 前記冷凍サイクル装置は、
冷媒である作動流体として、フロン系冷媒と、混合冷媒と、炭化水素系の冷媒と、自然冷媒との、いずれかを用いたことを特徴する請求項1〜9のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、前記駆動冷媒によって吸引される吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、前記駆動冷媒と前記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と共に、前記混合冷媒流出口が圧縮機の吸入側に接続される第1エジェクタと、
冷媒Aを流入する第1冷媒流入口と、冷媒Bを流入する第2冷媒流入口と、前記第1エジェクタの前記駆動冷媒流入口と接続する第1冷媒流出口と、前記第1エジェクタの前記吸引冷媒流入口と接続する第2冷媒流出口とを有し、前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第1冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第2冷媒流出口から流出させる第1流路と、前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第2冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第1冷媒流出口から流出させる第2流路とを切り替える流路切替装置と、
前記第1エジェクタの前記混合冷媒流出口に吸入側が接続される圧縮機と、
前記圧縮機の吐出側に配管で接続される放熱器と、
前記放熱器の冷媒流出側と配管で接続された第1減圧機構と、
一方の側が前記第1減圧機構と配管で接続され、他方の側が前記流路切替装置の前記第1冷媒流入口と接続され、前記他方の側から前記冷媒Aを前記流路切替装置に流入する第1蒸発器と、
前記第1減圧機構と前記放熱器とを接続する前記配管の途中から分岐する第1分岐部と配管で接続される第2減圧機構と、
一方の側が前記第2減圧機構と配管で接続される第2蒸発器と、
前記第2蒸発器の他方の側と吸引冷媒流入口が配管で接続され、混合冷媒流出口が流路切替装置の前記第2冷媒流入口と配管で接続され、前記混合冷媒流出口から前記冷媒Bを前記流路切替装置に流入する第2エジェクタと、
前記第1分岐部と前記放熱器とを接続する前記配管の途中から分岐する第2分岐部と配管で接続される第3減圧機構と、
一方の側が前記第3減圧機構と配管で接続され、他方の側が前記第2エジェクタの駆動冷媒流入口と配管で接続される第3蒸発器と
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、前記駆動冷媒によって吸引される吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、前記駆動冷媒と前記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と共に、前記混合冷媒流出口が圧縮機の吸入側に接続されるエジェクタの、前記駆動冷媒流入口と、前記吸引冷媒流入口とに接続される流路切替装置であって、
冷媒Aを流入する第1冷媒流入口と、冷媒Bを流入する第2冷媒流入口と、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口と接続する第1冷媒流出口と、前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と接続する第2冷媒流出口とを有し、前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第1冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第2冷媒流出口から流出させる第1流路と、前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第2冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第1冷媒流出口から流出させる第2流路とを切り替えることを特徴とする流路切替装置 - 駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、前記駆動冷媒によって吸引される吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、前記駆動冷媒と前記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と共に、前記混合冷媒流出口が圧縮機の吸入側に接続されるエジェクタの、前記駆動冷媒流入口と、前記吸引冷媒流入口とに、それぞれ配管によって接続される流路切替装置であって、
冷媒Aを流入する第1冷媒流入口と、冷媒Bを流入する第2冷媒流入口と、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口と接続する第1冷媒流出口と、前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と接続する第2冷媒流出口とを有する流路切替装置に対して、
前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第1冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第2冷媒流出口から流出させる第1流出方式と、
前記第1冷媒流入口から流入した前記冷媒Aを前記第2冷媒流出口から流出させ、かつ、前記第2冷媒流入口から流入した前記冷媒Bを前記第1冷媒流出口から流出させる第2流出方式と
を切り替えることを特徴とする流路切替方法。
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JP2011007076A JP5419901B2 (ja) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | 冷凍サイクル装置及び流路切替装置及び流路切替方法 |
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