| 【発明の名称】 |
冷凍サイクル |
| 【発明者】 |
【氏名】森本 裕之
【氏名】根来 耕一
【氏名】今西 正美
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| 【要約】 |
【課題】冷却用熱交換器による冷却運転と、冷却用熱交換器の蒸発温度より低い温度での蓄熱用熱交換器による蓄冷運転とを行う場合、圧縮機の吸入圧力が低下して、冷凍サイクルの効率が低下する。
【解決手段】圧縮機１、凝縮器２、エゼクタ７、冷却用熱交換器４、気液分離器８を環状に配管接続するとともに、前記エゼクタと前記気液分離器とを蓄熱用熱交換器６を介して前記環状に接続した配管とは別に配管接続した |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機、凝縮器、エゼクタ、冷却用熱交換器、気液分離器を環状に配管接続するとともに、前記エゼクタと前記気液分離器とを蓄熱用熱交換器を介して前記環状に接続した配管とは別に配管接続したことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】 前記気液分離器と前記蓄熱用熱交換器間に、配管抵抗手段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。
【請求項３】 前記凝縮器と前記エゼクタ間に設けた第１開閉弁と、第２開閉弁、絞り装置を有し、前記第１開閉弁と前記エゼクタをバイパスするバイパス管と、前記第１開閉弁、前記第２開閉弁の開閉を制御する弁制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷凍サイクル。
【請求項４】 前記圧縮機を容量可変型圧縮機とし、前記圧縮機の容量を制御する容量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の冷凍サイクル。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却用熱交換器と蓄熱用熱交換器を備え、冷凍装置、空気調和装置等に用いられる冷凍サイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の通常の冷却運転と蓄冷運転を同時に行うことができる例えば冷凍装置の冷凍サイクルを示すものである。図において、圧縮機１、凝縮器２、絞り装置３ａ、３ｂ、冷却用熱交換器４、蓄熱用熱交換器６、減圧弁５が順次配管にて接続され冷凍サイクルを形成している。この冷凍サイクルでは、圧縮機１より出た冷媒は矢印のように配管内を流れ、冷却用熱交換器４で蒸発、冷却し、また、蒸発用熱交換器６で蒸発し、蓄熱剤１８に蓄冷する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記の様な冷凍サイクルにおいて、冷却用熱交換器４での蒸発温度より低い温度での蓄冷運転を行う場合は、蓄熱用熱交換器６での蒸発圧力に圧縮機１の吸い込み圧力を合わす必要があり、冷却用熱交換器４より下流に減圧弁５を設けなければならない。その結果、圧縮機１の吸い込み圧力が低下するため、冷凍サイクルの効率が著しく低下するという問題があった。
【０００４】本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、エゼクタを冷凍サイクルに組み込むことで、冷却用熱交換器での蒸発温度より低い温度で蓄冷運転を行っても圧縮機の吸入圧力を冷却用熱交換器の蒸発圧力とすることができ、通常の冷却運転と蓄冷運転を同時に、かつ高効率に行うことを目的としている。また、蓄熱用熱交換器への冷媒流量を目標の流量とすることができ、安定した蓄冷能力を有する冷凍サイクルを得ることを目的としている。また、冷却熱交換器による冷却運転と、冷却運転と蓄熱熱交換器による蓄冷運転の同時運転とを自由に選択できる冷凍サイクルを得ることを目的としている。また、冷却熱交換器の負荷が増加しても増加した負荷に対応でき、かつ要求される蓄冷量も確保できる冷凍サイクルを得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明に係わる冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、エゼクタ、冷却用熱交換器、気液分離器を環状に配管接続するとともに、前記エゼクタと前記気液分離器とを蓄熱用熱交換器を介して前記環状に接続した配管とは別に配管接続したものである。
【０００６】また、第２の発明に係わる冷凍サイクルは、第１の発明において、前記気液分離器と前記蓄熱用熱交換器間に、配管抵抗手段を備えたものである。
【０００７】また、第３の発明に係わる冷凍サイクルは、第１の発明または第２の発明において、前記凝縮器と前記エゼクタ間に設けた第１開閉弁と、第２開閉弁、絞り装置を有し、前記第１開閉弁と前記エゼクタをバイパスするバイパス管と、前記第１開閉弁、前記第２開閉弁の開閉を制御する弁制御手段とを備えたものである。
【０００８】また、第４の発明に係わる冷凍サイクルは、第１の発明、第２の発明または第３の発明において、前記圧縮機を容量可変型圧縮機とし、前記圧縮機の容量を制御する容量制御手段を備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実施の形態の一例を示す冷凍装置の冷凍サイクルであり、圧縮機１、凝縮器２、エゼクタ７、冷却用熱交換器４、気液分離器８、が順次環状に配管で接続されるとともに、気液分離器８とエゼクタ７を蓄熱用熱交換器６を介して別途配管接続して、冷凍サイクルを構成している。図２はエゼクタの構造図であり、エゼクタはノズル９、デフュ−ザ１０から構成されている。図３は冷凍サイクル動作点を示す圧力−エンタルピ線図である。なお、図において、矢印は冷媒の流れを示している。
【００１０】本冷凍サイクルの蓄熱用熱交換器６は蓄熱槽１７内で蓄熱剤１８で覆われており、エゼクタ７を利用することにより、冷却用熱交換器４では通常の冷却運転（冷蔵運転、冷凍運転、冷房運転等を冷却運転と呼ぶ）を行いながら、蓄熱槽１７内の蓄熱用熱交換器６では蓄熱剤１８に蓄冷熱を蓄える蓄冷運転を行うことができる。
【００１１】図２、図３を用いてエゼクタ７を利用した冷凍サイクルによる蓄冷運転と冷却運転の同時運転について説明する。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７に送り込まれる。エゼクタ７のノズル９の入口Ｅ１に送り込まれた冷媒はノズル９の出口Ｅ２で状態Ｒ３になり、デフュ−ザ１０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フュ−ザ１０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７を出た冷媒は冷却用熱交換器４に流れ込み、湿りの状態Ｒ７で気液分離器８に送り込まれる。気液分離器８で状態Ｒ８の冷媒ガスは圧縮機１の吸入へ、一方状態Ｒ９の冷媒は、蓄熱用熱交換器６に送り込まれ、蒸発して状態Ｒ４となって、エゼクタ７の吸引部Ｅ４に流れる。
【００１２】本冷凍サイクルには、冷却用熱交換器４と蓄熱用熱交換器６があり、しかもそれぞれ異なる蒸発圧力Ｐｅ１、Ｐｅ２（ Ｐｅ１＞Ｐｅ２）で運転する。エゼクタを用いない場合は、低い方の蓄熱用熱交換器側の蒸発圧力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７を用いることで、圧縮機吸入の圧力を高い方の冷却用熱交換器側の蒸発圧力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。その結果、圧縮比を小さくすることができ、高効率な運転が可能となる。
【００１３】以上のような冷凍サイクル運転を行うことで、冷却用熱交換器４の蒸発圧力Ｐｅ１より低い蒸発圧力Ｐｅ２で蓄冷運転を行いながら、冷却用熱交換器４で蒸発圧力Ｐｅ１の冷却運転も行うことができ、しかも圧縮機１の吸入圧力を高い蒸発圧力Ｐｅ１とでき、高効率な運転が可能となる。
【００１４】次に蓄冷運転による蓄冷熱利用の放冷運転について説明する。蓄熱用熱交換器６の周囲は蓄熱剤１８で覆われている。冷却用熱交換器４と蓄熱用熱交換器６は図４に示すように、同一の冷却装置１１に設置されている。蓄熱用熱交換器６の周囲を覆っている蓄熱剤１８に冷熱が蓄えられる。具体的には蓄熱剤１８が凝固するかたちで冷熱が蓄えられる（蓄熱剤１８が水の場合は、水が氷となる）。夜間は冷却用熱交換器４による冷却運転と蓄冷運転を同時に行い、蓄熱用熱交換器６により蓄熱剤１８を凝固させる。昼間の電力需要が大きい時は、圧縮機１を停止させ、冷却装置１１のファン１２のみを運転させ、蓄熱剤１８の融解熱を用いて冷却を行う。これにより、電力のピ−クカット運転を行うことができ、効率の良い冷凍サイクルとなる。もちろん昼間で負荷が大き場合は、圧縮機１を運転して冷却用熱交換器４による冷却と蓄熱剤１８の融解熱を用いた冷却を同時に行うことで大きな負荷に対応することもできる。また、圧縮機１をインバ−タ等による容量可変型の圧縮機とし、負荷の大小、要求蓄冷量により圧縮機の容量を制御する容量制御手段を備えることにより、例えば冷却用熱交換器４による冷却運転と蓄熱用熱交換器６による蓄冷運転とを同時に行う場合、冷却用熱交換器４の負荷が増加しても、圧縮機容量を増加して冷媒流量を増加することにより負荷に対応でき、かつ、蓄熱用熱交換器６による所定の蓄冷熱量も確保できる。
【００１５】実施の形態２．図５は実施の形態２を示したものである。前記実施の形態１の図１の冷凍サイクルにおいて、気液分離器８と蓄熱用熱交換器６の間に配管抵抗手段１３を設けている。配管抵抗手段１３としては、例えばキャピラリ−チュ−ブ１３等である。温度式膨張弁や電子式膨張弁等の流量調整弁でもよい。その他の構成は、実施の形態１の図１に記載のものと同じであるので、説明を省略する。
【００１６】エゼクタの特性は、図６に示すとおりであり、圧力差 Ｐｅ１−Ｐｅ２を大きくすると蓄熱用熱交換器４に流れ込む流量は低下する特性を示す。この特性を利用して、目標の圧力差、あるいは目標の流量（蓄熱用熱交換器６に流れ込む流量）になるような配管抵抗手段１３の流路抵抗を選定することで、設定した蓄冷能力を安定的に確保できる。また、圧縮機１をインバ−タ等により容量可変型圧縮機とすることにより、実施の形態１に記載と同様な作用、効果を得ることができる。さらに、圧縮機１を容量可変型圧縮機とし、かつ、配管抵抗手段１３を温度式膨張弁、電子式膨張弁、流量調整弁等の流路抵抗可変型のものとし、圧縮機容量を変えることで冷媒流量を変化させ、また、流路抵抗で変えることにより、蓄熱用熱交換器４に流れ込む流量を変えることにより、蓄熱用熱交換器４の負荷状態や蓄熱用熱交換器６の要求蓄冷熱量に合うように圧縮機１の容量と配管抵抗手段１３の流路抵抗とをそれぞれ容量制御手段、配管抵抗制御手段により制御して、安定して負荷に対応できるとともに、所定の蓄冷熱量を確保できる。
【００１７】実施の形態３．図７は実施の形態３を示したものである。実施の形態２の図５の冷凍サイクルにおいて、凝縮器２とエゼクタ７間に第１開閉弁１４ａを設け、また、凝縮器２と第１開閉弁１４ａ間の配管と、エゼクタ７と蓄熱用熱交換器４間の配管を接続する配管を設け、この配管に第２開閉弁１４ｂと絞り装置１５を設けたものである。第１開閉弁１４ａ、第２開閉弁１４ｂとして、例えば電磁弁、絞り装置１５として、例えば温度式膨張弁を用いている。温度式膨張弁の代わりに電子式膨張弁を用いてもよい。ただし、この時は電子式膨張弁を制御する制御手段が必要となる。その他は、実施の形態２の図５と同じ（圧縮機１を容量可変型としたり、配管抵抗手段１３を流量可変とすることも含めて）であるので、同じ番号を付けて説明を省略する。
【００１８】冷却運転と蓄冷運転を同時に行う時は、第１開閉弁１４ａのみを開とし、第２開閉弁１４ｂを閉とするか、または、電磁弁１４ａと電磁弁１４ｂを共に開になるように弁制御手段１６によって制御する。また、冷却運転のみを行いたい時は、弁制御手段１６により電磁弁１４ａを閉、電磁弁１４ｂを開にする。以上本実施の形態の様な冷媒回路および制御を採用することで、冷却運転と、冷却運転と蓄冷運転の同時運転とを自由に選択でき、蓄冷熱が必要でない時、冷却運転のみを行い、蓄冷運転をしないことが可能（無駄な運転をしないですむ）となり、より効率の良い冷凍サイクルが得られる。
【００１９】また、図７において、図８に示すように膨張弁１５の上流の配管を蓄熱槽９の蓄熱剤１８と接触させるような冷媒回路構成とすることで、蓄熱剤１８の融解熱を用いて冷媒に過冷却を与えて膨張弁１５の上流の冷媒のエンタルピ−を小さくすることができるため、冷却用熱交換器４での入口と出口の冷媒のエンタルピ−差を大きくすることができる。その結果として、エンタルピ−差が大きくなった分、容量可変の圧縮機により冷媒流量を低下させることができ、圧縮機１の消費電力を低減することができる。本実施の形態の図７の冷凍サイクルの電磁弁１４ａと電磁弁１４ｂ、膨張弁１５を備えた配管との構造を実施の形態１の図１の冷凍サイクルに用いてもよく、同様の作用、効果が得られる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の発明に係わる冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、エゼクタ、冷却用熱交換器、気液分離器を環状に配管接続するとともに、前記エゼクタと前記気液分離器とを蓄熱用熱交換器を介して前記環状に接続した配管とは別に配管接続したので、冷却用熱交換器より低い蒸発圧力で蓄熱用熱交換器による蓄冷運転を行いながら、冷却用熱交換器で冷却運転もでき、しかも圧縮機の吸入圧力を高い冷却用熱交換器の蒸発圧力とでき、高効率な運転が可能な冷凍サイクルが得られる。
【００２１】また、第２の発明に係わる冷凍サイクルは、第１の発明において、前記気液分離器と前記蓄熱用熱交換器間に、配管抵抗手段を備えたので、第１の発明の効果に加えて、配管抵抗手段の流路抵抗を適宜選定することにより、冷却用熱交換器と蓄熱用熱交換器との蒸発圧力差を目標の圧力差、あるいは、蓄熱用熱交換器へ流れ込む冷媒流量を目標の流量とすることができ、設定した蓄冷能力を安定して確保することができる。
【００２２】また、第３の発明に係わる冷凍サイクルは、第１の発明または第２の発明において、前記凝縮器と前記エゼクタ間に設けた第１開閉弁と、第２開閉弁、絞り装置を有し、前記第１開閉弁と前記エゼクタをバイパスするバイパス管と、前記第１開閉弁、前記第２開閉弁の開閉を制御する弁制御手段とを備えたので、第１の発明の効果または第２の発明の効果に加えて、冷却用熱交換器による冷却運転と蓄熱用熱交換器による蓄冷運転との同時の運転と、冷却用熱交換器による冷却運転のみの運転とを自由に選択でき、より効率の良い冷凍サイクルが得られる。
【００２３】また、第４の発明に係わる冷凍サイクルは、第１の発明、第２の発明または第３の発明において、前記圧縮機を容量可変型圧縮機とし、前記圧縮機の容量を制御する容量制御手段を備えたので、第１の発明の効果、第２の発明の効果または第３の発明の効果に加えて、圧縮機の容量を可変とすることにより、冷却用熱交換器の負荷が増加しても、圧縮機の容量を増加して冷媒流量を増加して負荷に対応でき、かつ、蓄冷用熱交換器による所定の蓄冷熱も確保できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１１日（１９９９．３．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０２４３９
【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９６５（Ｐ２０００−２５７９６５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６４３９２ |
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