(57)【要約】  エジェクタ用いる冷凍サイクル装置において、広い運転範囲に渡って高効率運転を実現する。冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１、凝縮器１０２、第一流量制御弁１０３、冷媒貯留容器１０４、第二流量制御弁１０５、第一蒸発器１０６が順次接続され、凝縮器１０２出口から分岐して第三流量制御弁１０７、エジェクタ１０８、第二蒸発器１０９、圧縮機１０１が順次接続される。エジェクタ１０８の駆動冷媒流入口１０８１は第三流量制御弁１０７と接続され、吸引冷媒流入口１０８２は第一蒸発器１０６出口と接続され、混合冷媒流出口１０８３と第二蒸発器１０９の冷媒流入口が接続される。そして冷凍サイクル装置１００は、凝縮器１０２と第二流量制御弁１０５とを連結する冷媒配管から分岐して第四流量制御弁１１０を介してエジェクタ１０８の混合冷媒流出口１０８３に接続するバイパス回路１１３を備えた。
2012053229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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と、
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と、
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と
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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ことを特徴とする冷媒循環方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプの高効率運転を図るエジェクタを備えた、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエジェクタを備えた冷凍サイクル装置として、凝縮器１２の出口に取り付けた可変絞り機構３１、可変絞り機構３１の下流側から分岐して、一方は固定絞り１９、もう一方はエジェクタ１５を取り付けた構成となっている（例えば、特許文献１）。【０００３】
固定絞り１９とエジェクタ１５のノズル１５ａを通過する冷媒流量は、システム全体の冷却能力が最大となる最適流量比に予め設定されており、エジェクタ１５のノズル部１５ａの冷媒流路面積、混合部１５ｃおよびディフューザー部１５ｄの寸法、固定絞り１９の開度を適切な値に設計するによって実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６４９号公報（第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来例のような構成の場合、エジェクタ上流側に備えた可変絞り機構によりエジェクタ１５への冷媒流入圧力が低下するため、エジェクタ１５で回収する膨張動力が低減し、結果、エジェクタによる冷凍サイクルの効率改善効果を十分に得られない。【０００６】
また、エジェクタ１５での膨張動力回収量を最大限に得るため、ノズル部１５ａの流路面積および固定絞り１９の流路面積を、可変絞り機構１３を全開状態で決定すると良いが、冷却負荷の増大により冷媒循環量が増大した場合、固定絞り１９とエジェクタ１５のノズル１５ａの流路面積が過小となり、冷凍サイクルの高低圧差が広がり、ＣＯＰが最大となる最適な運転状態から外れる課題がある。【０００７】
この発明は、エジェクタを利用し、運転効率の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の冷凍サイクル装置は、
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、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と、
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と、
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と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エジェクタを利用した、運転効率の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の冷凍サイクル装置１００の模式図。
【図２】実施の形態１のエジェクタ１０８の内部構造を示す模式図。
【図３】実施の形態１のモリエル線図。
【図４】実施の形態１の別のモリエル線図。
【図５】実施の形態１のさらに別のモリエル線図。
【図６】実施の形態１の第一流量制御弁１０３の制御フロー図。
【図７】実施の形態１の第二流量制御弁１０５の制御フロー図。
【図８】実施の形態１の第三流量制御弁１０７、第四流量制御弁１１０の制御フロー図。
【図９】実施の形態１の第三流量制御弁１０７、第四流量制御弁１１０の別の制御フロー図。
【図１０】実施の形態１の冷凍サイクル装置１００の冷却負荷と冷媒流量比との関係図。
【図１１】実施の形態１の冷凍サイクル装置１００の冷却負荷と吸入圧力との関係図。
【図１２】実施の形態１の冷凍サイクル装置１００の冷却負荷とＣＯＰ吸入圧力との関係図。
【図１３】実施の形態１の冷凍サイクル装置１００の別の模式図。
【図１４】実施の形態１のニードル弁付きのエジェクタ１０８の全体図。
【図１５】実施の形態１のニードル弁２０５の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
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。
【００１２】
（１）冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１、放熱器である凝縮器１０２、第一流量制御弁１０３、余剰冷媒を貯留する冷媒貯留容器１０４、第二流量制御弁１０５（流量制御弁）、第一蒸発器１０６が、順次、冷媒配管で接続され、第一蒸発器１０６の冷媒出口がエジェクタ１０８の吸引冷媒流入口１０８２と配管で接続される第一冷媒経路を有する。
（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。
【００１３】
（各種検出器）
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。
【００１４】
（エジェクタ１０８の構成）
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。
【００１５】
（動作）
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。
【００１６】
圧縮機１０１の吸入口における状態ａの低圧冷媒は、圧縮機１０１により高温高圧ガス冷媒（状態ｂ）となり、凝縮器１０２へ流入し、室外空気との熱交換により冷却されて状態ｃとなる。状態ｃの冷媒はエジェクタ１０８の駆動冷媒流入口１０８１へ流れる冷媒と第一流量制御弁１０３へ流れる冷媒とに分流する。第一流量制御弁１０３へ流れた冷媒は減圧されたのち、冷媒貯留容器１０４へ流入する。冷媒貯留容器１０４では、密度の大きい液冷媒が容器の底側に滞留し、ガス冷媒が容器上部に滞留する。冷媒貯留容器１０４から流出した状態ｄの冷媒は、第二流量制御弁１０５で減圧されて状態ｅとなり、第一蒸発器１０６へ流入する。第一蒸発器１０６で冷却空間からの熱授受により加熱され、状態ｆとなってエジェクタ１０８の吸引冷媒流入口１０８２へ流れる。
【００１７】
一方、凝縮器１０２から分流して第三流量制御弁１０７へ流れた状態ｃの冷媒は、第三流量制御弁１０７で圧力が低下して状態ｇとなり、エジェクタ１０８へ流入する。エジェクタ１０８のノズル部２０１で減圧された状態ｈの超高速冷媒は、ノズル部２０１の出口直後に吸引冷媒、つまり、第一蒸発器１０６を流出した状態ｆの冷媒と混合して状態ｉとなる。冷媒は、エジェクタ１０８の混合部２０２、ディフューザー部２０３で圧力が上昇して状態ｊとなり、エジェクタ１０８の混合冷媒流出口１０８３から流出する。
【００１８】
状態ｊの冷媒は、第二蒸発器１０９にて冷却空間との熱交換により状態ｍとなり、圧縮機１０１へ吸入される以上の動作により冷凍サイクルが形成される。
【００１９】
膨張動力を最大化するため、第三流量制御弁１０７は全開状態で運転する好ましいが、冷却負荷が小さくて冷媒循環量が少ない運転状態では、第四流量制御弁１１０を閉止し、第一流量制御弁１０３で第一蒸発器１０６への冷媒流量を調整し、第三流量制御弁１０７でエジェクタ１０８へ流入する冷媒流量を調整すると、運転効率の高い冷凍サイクルの動作状態を得ることができる。
【００２０】
図４は、別のモリエル線図である。エジェクタ１０８のノズル喉部２０１ｂの流路面積が固定値のため、冷却負荷が大きくなり冷媒循環量が増大すると、エジェクタ１０８へ流入する冷媒流量が過少となり、第一蒸発器１０６への冷媒流量が過多となる。その結果、冷凍サイクルの動作状態は、図４の破線に示すように、点ａ、ｆ、ｉ、ｊ、ｌ、ｍがモリエ線図の右下へ移動するため、圧縮機１０１の吸入圧力が低下し、冷凍サイクルの運転効率が低下する。
【００２１】
図５は、さらに別のモリエル線図である。次に本実施の形態１であるバイパス回路１１３を利用した動作を、図５のモリエル線図を用いて説明する。圧縮機１０１の吸入口における状態ａの低圧冷媒は、圧縮機１０１により高温高圧ガス冷媒（状態ｂ）となり、凝縮器１０２へ流入し、室外空気との熱交換により冷却されて状態ｃとなる。状態ｃの冷媒はエジェクタ１０８の駆動冷媒流入口１０８１へ流れる冷媒と第一流量制御弁１０３へ流れる冷媒とに分流する。第一流量制御弁１０３へ流れた冷媒は減圧されたのち、冷媒貯留容器１０４へ流入する。冷媒貯留容器１０４から流出した状態ｄの冷媒は、バイパス回路１１３と第二流量制御弁１０５に流れる冷媒に分流する。第二流量制御弁１０５へ流れる冷媒は、図３で述べた動作と同様に、第一蒸発器１０６を通過して吸引冷媒流入口１０８２へと流入する。一方、バイパス回路１１３へ流れる冷媒は、第四流量制御弁１１０で流量調整されて減圧し（状態ｋ）、エジェクタ１０８から流出した状態ｊの冷媒と混合し、状態ｌとなる。状態ｌとなった冷媒は、第二蒸発器１０９を通って圧縮機１０１に吸入される。
【００２２】
バイパス回路１１３の利用によりエジェクタ１０８の混合冷媒流出口１０８３のエンタルピを小さくできる。このため、図４に破線で示した点ａ、ｆ、ｉ、ｊ、ｌ、ｍを適正な状態にすることができ、冷凍サイクルの高効率化を図れる。
【００２３】
（制御）
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。
【００２４】
図６は制御装置１２０による、第一流量制御弁１０３の制御フローを示す図である。第一流量制御弁１０３の制御目標値を凝縮器１０２の出口過冷却度とした場合を例に挙げ、その制御フローを図６を用いて説明する。過冷却度とは、冷媒の飽和温度と冷媒温度との温度差を意味する。
【００２５】
ＳＴ１０１では、凝縮器１０２の出口に取り付けた温度検出器１１２ａで状態ｃの冷媒温度を検出する。ＳＴ１０２にて、圧縮機１０１の吐出配管に取り付けた圧力検出器１１１ａで状態ｂの圧力を検出する。ＳＴ１０３にて、ＳＴ１０２の圧力検出値より冷媒の飽和温度を演算し、ＳＴ１０４にて、ＳＴ１０３の冷媒飽和温度の演算値と凝縮器１０２の出口温度の検出値の差より状態ｃの過冷却度を演算する。この過冷却度の演算値をＳＴ１０５で判定し、第一流量制御弁１０３の開度を制御する。
【００２６】
過冷却度の演算値が目標値より小さい場合は、ＳＴ１０６−１にて第一流量制御弁１０３の開度を小さくして冷媒流量を減少（ＳＴ１０７−１）させて過冷却度を上昇させる（ＳＴ１０８−１）。過冷却度の演算値が大きい場合は、ＳＴ１０６−２にて第一流量制御弁の開度を大きくして冷媒流量を増大（ＳＴ１０７−２）させて過冷却度を低下させる（ＳＴ１０８−２）。ＳＴ１０１からＳＴ１０８を周期的に繰り返して凝縮器１０２の出口の状態ｃの過冷却度を制御する。過冷却度の目標値は、冷凍サイクルの運転効率が最大となる値に予め設定されている。
【００２７】
上記では、冷媒の飽和温度を圧縮機１０１の吐出口にとりつけた圧力検出器から演算しているが、これには限定せず、凝縮器１０２の出口、もしくは入口に圧力検出器を取り付けてもよい。また、冷媒が飽和状態である位置に温度検出器を取り付け、直接飽和温度を検出してもよい。
【００２８】
図７は、制御装置１２０による第二流量制御弁１０５の制御フローを示す図である。次に第二流量制御弁１０５の制御について説明する。第二流量制御弁１０５の制御目標値を、第一蒸発器１０６の出口過熱度とした場合を例に挙げ、その制御フローを、図７を用いて説明する。過熱度とは、冷媒温度と冷媒の飽和温度との差を意味する。
【００２９】
ＳＴ２０１では、第一蒸発器１０６の出口に取り付けた温度検出器１１２ｂで状態ｆの冷媒温度を検出する。ＳＴ２０２にて、温度検出器１１２ｃで第一蒸発器１０６の中間温度を検出する。第一蒸発器１０６内の冷媒は気液二相の飽和状態であるため、熱交換器中間部の温度の検出値がそのまま冷媒の飽和温度として利用できる。ＳＴ２０３にて、ＳＴ２０１とＳＴ２０２で検出した温度検出器値より、制御装置１２０は、第一蒸発器１０６の出口過熱度を演算する。制御装置１２０は、この過熱度の演算値をＳＴ２０４で判定し、第二流量制御弁１０５の開度を制御する。
【００３０】
過熱度の演算値が目標値より小さい場合は、制御装置１２０は、ＳＴ２０５−１にて第二流量制御弁１０５の開度を小さくして冷媒流量を減少（ＳＴ２０５−１）させ、過熱度を上昇させる（ＳＴ２０６−１）。過熱度の演算値が大きい場合は、制御装置１２０は、ＳＴ２０５−２にて第二流量制御弁１０５の開度を大きくして冷媒流量を増大（ＳＴ１０７−２）させ、過熱度を低下させる（ＳＴ２０７−２）。制御装置１２０は、ＳＴ２０１からＳＴ２０７の制御を周期的に繰り返して第一蒸発器１０６の出口の状態ｆの過熱度を制御する。
【００３１】
第二流量制御弁１０５の制御目標値は、第一蒸発器１０６の出口過熱度に限定せず、他の物理量（乾き度や温度）を用いて制御しても良い。また、第一蒸発器１０６の出口の物理量に限定せず、第一蒸発器１０６の出口での物理量に相関関係にある、圧縮機１０１の吸入過熱度や吐出温度を用いて制御してもよい。
【００３２】
図８は、制御装置１２０による第三流量制御弁１０７、第四流量制御弁１１０の制御フローである。第三流量制御弁１０７と第四流量制御弁１１０とは、図８の制御フローでのみ制御される。例えば後述のＳＴ３０６−１では制御装置１２０は第四流量制御弁１１０が全閉かどうかを判定するが、初期状態（例えば冷凍サイクル装置１００の運転開始時）では第四流量制御弁１１０は全閉であり、第三流量制御弁１０７は、全開ではない所定の開度に設定される。
【００３３】
次に第三流量制御弁１０７と第四流量制御弁１１０の制御について、図８を用いて説明する。第三流量制御弁１０７と第四流量制御弁１１０との動作は、第四流量制御弁１１０が閉止状態のとき、第三流量制御弁１０７が開閉動作を行い、第三流量制御弁１０７が全開状態のとき、第四流量制御弁１１０が開閉動作を行うことが特徴である。
【００３４】
第三流量制御弁１０７と第四流量制御弁１１０の制御について、第二蒸発器１０９の出口過熱度（点ｍ）を目標値とした場合を例に挙げて説明する。
【００３５】
ＳＴ３０１では、温度検出器１１２ｄを介して第二蒸発器１０９の出口温度を検出する。ＳＴ３０２にて、圧力検出器１１１ｂで状態ａの圧力を検出する。ＳＴ３０３にて、制御装置１２０は、ＳＴ３０２の圧力検出値より冷媒の飽和温度を、所定の過熱度演算規則に従って演算する。ＳＴ３０４にて、ＳＴ３０１での温度検出値とＳＴ３０３での冷媒飽和温度の演算値を用いて第二蒸発器１０９の出口過熱度を演算（温度検出値−冷媒飽和温度）する。この演算も含めて、所定の過熱度演算規則である。この過熱度の演算値をＳＴ３０５で判定し、第三流量制御弁１０７と第四流量制御弁１１０の開度を制御する。
【００３６】
ＳＴ３０３での過熱度の演算値が目標値より小さい場合は、ＳＴ３０６−１で第四流量制御弁１１０の開度をチェックする。第四流量制御弁１１０が全閉の場合、第三流量制御弁１０７の開度を小さく（ＳＴ３０６−１ａ）する。第四流量制御弁１１０が開いており、バイパス回路１１３に冷媒が流れているときは、第四流量制御弁１１０の開度を小さくする（ＳＴ３０６−１ｂ）。ＳＴ３０６−１ａあるいはＳＴ３０６−１ｂの操作により、第二蒸発器１０９の冷媒流量が低下し（ＳＴ３０７−１）、第二蒸発器１０９の出口過熱度が上昇する（ＳＴ３０８−１）。
【００３７】
一方、ＳＴ３０５にて、第二蒸発器１０９の出口過熱度が目標値より大きい場合は、ＳＴ３０６−２で第三流量制御弁１０７の開度をチェックする。第三流量制御弁１０７が全開の場合、第四流量制御弁１１０の開度を大きく（ＳＴ３０６−２ａ）する。第三流量制御弁１０７が全開でない場合は、第三流量制御弁１０７の開度を大きくする（ＳＴ３０６−２ｂ）。ＳＴ３０６−２ａあるいはＳＴ３０６−２ｂの操作により、第二蒸発器１０９の冷媒流量が増大し（ＳＴ３０７−２）、第二蒸発器１０９の出口過熱度が低下する（ＳＴ３０８−２）。
【００３８】
以上の実施の形態では、第三流量制御弁１０７、第四流量制御弁１１０の制御目標値を第二蒸発器１０９の出口過熱度としているが、圧縮機１０１の吸入過熱度や圧縮機１０１の吐出側温度を所定の目標値に制御してもよい。
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。
【００３９】
本実施の形態１の効果を、図１０、図１１、図１２を用いて説明する。
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。
【００４０】
図１１は、冷凍サイクル装置１００の冷却負荷と吸入圧力との関係図である。横軸は冷却負荷を示し、縦軸は圧縮機１０１の吸入圧力を示す。バイパス回路１１３を利用した場合、第一蒸発器１０６の冷媒流量が適正値に調整されるため、バイパス回路を利用しない場合と比べて圧縮機１０１の吸入圧力低下を抑制できる。
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。
【００４１】
本実施の形態１の冷凍サイクル装置１００に用いる冷媒はＲ４１０Ａ、Ｒ３２などのフロン系冷媒に限らず、プロパンやイソブタンなどの炭化水素系の冷媒や二酸化炭素を用いてもよい。いずれの冷媒に対しても本実施の形態１と同じ効果を得ることができる。プロパンは可燃性冷媒であるが、蒸発器と凝縮器を同じ筐体内に収納して冷却空間から離れた場所に設置し、蒸発器に水を循環させて冷水を用いて冷却することで、安全性の高い冷凍サイクル装置として利用できる。また、低ＧＷＰ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）冷媒のＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）系冷媒やその混合冷媒を用いても同様の効果を得ることができる。
【００４２】
図１３は、冷凍サイクル装置１００の別の模式図である。図１３では、第四流量制御弁１１０（バイパス流量制御部の一例）を、「開閉弁１１４と毛細管１１５との構成」（バイパス流量制御部の一例）で代替させている。すなわち図１ではバイパス回路１１３に流れる流量を第四流量制御弁１１０で調整したが、コスト低減を目的に、図１３に示すように開閉弁１１４（制御装置１２０による開閉の制御可能）と毛細管１１５とを利用して、第四流量制御弁１１０の代わりに流量制御を行うバイパス流量制御部を構成してもよい。
【００４３】
また図１３では、「第一流量制御弁１０３と冷媒貯留容器１０４」を取り除いている。図１の冷凍サイクル装置１００から「第一流量制御弁１０３と冷媒貯留容器１０４」を取り除き、第二流量制御弁１０５の上流側にバイパス回路１１３を備えても良く、この場合でも同じ効果を得ることができる。
【００４４】
（ニードル弁）
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。
【００４５】
図１５に示すように、ニードル弁２０５はコイル部２０５ａ、ローター部２０５ｂ、ニードル部２０５ｃで構成される。コイル部２０５ａは制御装置１２０の制御信号送信部（前図示しない）から信号ケーブル２０５ｄを介してパルス信号を受信すると、磁極を発生し、コイル内部のローター部２０５ｂが回転する。ローター部２０５ｂの回転軸にはネジとニードルが加工してあり、ねじの回転が軸方向の動きとなり、ニードル部２０５ｃが移動する。このニードル部２０５ｃを図１５の左右方向に動かして凝縮器１０２から流入する駆動流量の調整を行える構造である。この構造によって、第三流量制御弁１０７の機能を可動式のニードル弁２０５で置き換えることができる。
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。
【００４６】
以上の実施の形態１における冷凍サイクル装置１００は、空調装置に限らず、凝縮器に水熱交換器を利用した空気熱源の給湯装置、蒸発器に水熱交換器を利用した空気熱源のチラーやブラインクーラー、さらに、蒸発器と凝縮器に水熱交換器を利用したヒートポンプチラーに利用してもよい。
【００４７】
本実施の形態１の冷凍サイクル装置は、エジェクタを用いた冷凍サイクル装置において、エジェクタの適正運転条件から外れた場合でもエジェクタにより高効率運転可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００４８】
実施の形態１の冷凍サイクル装置１００は、冷却負荷が小さくエジェクタへの冷媒流量が過多となる場合は、第一流量制御弁１０３を用いて第一蒸発器１０６への流量を調整する。そして、冷却負荷が大きくエジェクタ１０８への冷媒流量が過小となる場合は、第四流量制御弁１１０を用いて第一蒸発器への流量を調整することで、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクルの動作状態を形成することができ、冷凍サイクルの省エネ運転を図ることができる。
【００４９】
以上の実施の形態１では冷凍サイクル装置を説明したが、この冷凍サイクル装置を以下のような冷媒循環方法として把握することも可能である。
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。
【符号の説明】
【００５０】
１００  冷凍サイクル装置、１０１  圧縮機、１０２  凝縮器、１０３  第一流量制御弁、１０４  冷媒貯留容器、１０５  第二流量制御弁、１０６  第一蒸発器、１０７  第三流量制御弁、１０８  エジェクタ、１０９  第二蒸発器、１１０  第四流量制御弁、１１１ａ，１１１ｂ  圧力検出器、１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ  温度検出器、１１３  バイパス回路、１１４  開閉弁、１１５  毛細管、１１６  分岐部、１２０  制御装置、２０１  ノズル部、２０１ａ  絞り部、２０１ｂ  喉部、２０１ｃ  末広部、２０２  混合部、２０３  ディフューザー部、２０４  吸引部、２０５  ニードル弁、２０５ａ  コイル部、２０５ｂ  ローター部、２０５ｃ  ニードル部、２０５ｄ  信号ケーブル。
【図１】
2012053229.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月12日(2013.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明の冷凍サイクル装置は、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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【国際調査報告】
2012053229.tif 000018
2012053229.tif 000019
2012053229.tif 000020
2012053229.tif 000021
2012053229.tif 000022
2012053229.tif 000023