JP2004037057A - Ejector cycle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エジェクタサイクルに関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エジェクタサイクルとは、例えば特開平5−149652号公報に記載のごとく、エジェクタにて冷媒を減圧膨張させて蒸発器にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機の吸入圧を上昇させる蒸気圧縮式冷凍機である。
【0003】
ところで、膨張弁等の減圧手段により等エンタルピ的に冷媒を減圧する蒸気圧縮式冷凍機(以下、膨張弁サイクルと呼ぶ。)では、膨張弁を流出した冷媒が蒸発器に流れ込むのに対して、エジェクタサイクルでは、エジェクタを流出した冷媒は気液分離器に流入し、気液分離器にて分離された液相冷媒が蒸発器に供給され、気液分離器にて分離された気相冷媒が圧縮機に吸入される。
【0004】
つまり、膨張弁サイクルでは、冷媒が圧縮機→放熱器→膨張弁→蒸発器→圧縮機の順に循環する1つの冷媒流れとなるのに対して、エジェクタサイクルでは、圧縮機→放熱器→エジェクタ→気液分離器→圧縮機の順に循環する冷媒流れ(以下、駆動流と呼ぶ。)と、気液分離器→蒸発器→エジェクタ→気液分離器の順に循環する冷媒流れ(吸引流と呼ぶ。)とが存在する。
【0005】
しかも、駆動流は圧縮機により直接的に循環させられるのに対して、吸引流は圧縮機にて圧縮された高圧冷媒の有するエネルギーを利用したエジェクタのポンプ作用(JIS Z 8126 番号2.1.2.3等参照)により循環させられる。
【0006】
このため、エジェクタのポンプ作用が低下すると、吸引流の流量が低下し、冷媒に混合された冷凍機油が蒸発器内に滞留してしまうので、蒸発器の吸熱能力が低下するとともに、圧縮機に戻ってくる冷凍機油が減少して圧縮機の潤滑不足を招くおそれが高い。
【0007】
因みに、冷凍機油とは、圧縮機の摺動部を潤滑する潤滑油であり、一般的な蒸気圧縮式冷凍機では、冷媒に冷凍機油を混合することにより圧縮機内の摺動部を潤滑する。
【0008】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規なエジェクタサイクルを提供し、第2には、多量の冷凍機油が蒸発器内に滞留してしまうを防止することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式のエジェクタサイクルであって、圧縮機(10)から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器(20)と、低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器(30)と、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル(41)を有し、ノズル(41)から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側熱交換器(30)にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機(10)の吸入圧を上昇させるエジェクタ(40)と、エジェクタ(40)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒用出口が圧縮機(10)の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が低圧側熱交換器(30)に接続された気液分離手段(50)と、低圧側熱交換器(30)の冷媒出口側と圧縮機(10)の冷媒吸入側とを繋ぐ冷媒通路(80)を構成する配管手段と、冷媒通路(80)に冷媒を流す場合と流さない場合とを切り換えるバルブ(81)とを具備し、冷媒通路(80)に冷媒を流すことにより低圧側熱交換器(30)内に滞留した冷凍機油を圧縮機(10)に戻すオイル戻しモードを備えることを特徴とする。
【0010】
これにより、低圧側熱交換器(30)内に滞留する冷凍機油を所定量以下に制御して圧縮機(10)に十分な量の冷凍機油を戻すことができるとともに、従来と異なる新規なエジェクタサイクルを得ることができる。
【0011】
請求項2に記載の発明では、バルブ(81)は、低圧側熱交換器(30)の冷媒出口側の圧力が圧縮機(10)の冷媒吸入側の圧力より大きくなり、かつ、その圧力差が所定圧力差以上となったときに、冷媒通路(80)に冷媒を流すように構成されていることを特徴とするものである。
【0012】
請求項3に記載の発明では、バルブ(81)は、弁口を開閉する弁体(81a)、及び弁体(81a)に弁口を閉じる向きの弾性力を作用させるバネ手段(81b)を有して構成されていることを特徴とするものである。
【0013】
請求項4に記載の発明では、バルブ(91)は、エジェクタ(40)の効率が所定値以下となったときに、冷媒通路(80)に冷媒を流すように構成されていることを特徴とするものである。
【0014】
請求項5に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式のエジェクタサイクルであって、圧縮機(10)から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器(20)と、低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器(30)と、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル(41)を有し、ノズル(41)から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側熱交換器(30)にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機(10)の吸入圧を上昇させるエジェクタ(40)と、エジェクタ(40)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒用出口が圧縮機(10)の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が低圧側熱交換器(30)に接続された気液分離手段(50)と、圧縮機(10)から吐出した冷媒をノズル(41)を迂回させて低圧側熱交換器(30)に導く冷媒通路(90)を構成する配管手段と、冷媒通路(90)に冷媒を流す場合と流さない場合とを切り換えるバルブ(91)とを具備し、冷媒通路(80)に冷媒を流すことにより低圧側熱交換器(30)内に滞留した冷凍機油を圧縮機(10)に戻すオイル戻しモードを備えることを特徴とする。
【0015】
これにより、低圧側熱交換器(30)内に滞留する冷凍機油を所定量以下に制御して圧縮機(10)に十分な量の冷凍機油を戻すことができるとともに、従来と異なる新規なエジェクタサイクルを得ることができる。
【0016】
請求項6に記載の発明では、冷媒通路(90)には、冷媒を等エンタルピ的に減圧膨脹させる減圧手段(93)が設けられていることを特徴とするものである。
【0017】
請求項7に記載の発明では、冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴とするものである。
【0018】
請求項8に記載の発明では、冷媒として炭化水素が用いられていることを特徴とするものである。
【0019】
請求項9に記載の発明では、冷媒としてフロンが用いられていることを特徴とするものである。
【0020】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0021】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係るエジェクタサイクルを、食品を冷蔵・冷凍保存するショーケース用の蒸気圧縮式冷凍機に適用したものであって、図1はエジェクタサイクルの模式図である。
【0022】
圧縮機10は冷媒を吸入圧縮する電動式の圧縮機であり、放熱器20は圧縮機10から吐出した高温・高圧の冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。
【0023】
また、蒸発器30は、ショーケース内に吹き出す空気と低圧冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷凍能力を発揮する低圧側熱交換器であり、エジェクタ40は放熱器20から流出する冷媒を減圧膨張させて蒸発器30にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機10の吸入圧を上昇させるエジェクタである。
【0024】
そして、エジェクタ40は、図2に示すように、流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル41、ノズル41から噴射する高い速度の冷媒流の巻き込み作用により蒸発器30にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル41から噴射する冷媒流とを混合する混合部42、及びノズル41から噴射する冷媒と蒸発器30から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ43等からなるものである。
【0025】
このとき、混合部42においては、駆動流の運動量と吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部42においても冷媒の圧力が(静圧)が上昇する。
【0026】
一方、ディフューザ43においては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギ(動圧)を圧力エネルギ(静圧)に変換するので、エジェクタ40においては、混合部42及びディフューザ43の両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、以下、混合部42とディフューザ43とを総称して昇圧部と呼ぶ。
【0027】
因みに、本実施形態では、ノズル41から噴出する冷媒の速度を音速以上まで加速するために、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部41aを有するラバールノズル(流体工学(東京大学出版会)参照)を採用しているが、勿論、先細ノズルを採用してもよいことは言うまでもない。
【0028】
また、図1中、気液分離器50はエジェクタ40から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器50の気相冷媒流出口は圧縮機10の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器30側に接続されている。
【0029】
絞り60は気液分離器50から流出した液相冷媒を減圧する減圧手段であり、第1オイル戻し通路70は気液分離器50にて分離された冷凍機油を圧縮機10の吸入側に戻すものである。
【0030】
第2オイル戻し通路80は、蒸発器30の冷媒出口側と圧縮機10の冷媒吸入側とを繋ぐ冷媒通路であり、第2オイル戻し通路80には、冷媒が蒸発器30の冷媒出口側から圧縮機10の冷媒吸入側に向かって流れることのみを許容する逆止弁81が設けられており、この逆止弁81が開閉することにより第2オイル戻し通路80に冷媒を流す場合と流さない場合とが制御される。
【0031】
ここで、逆止弁81は、弁口を開閉する弁体81a、及び弁体81aに弁口を閉じる向きの弾性力を作用させるバネ81bを有して構成されたもので、弁体81a及びバネ81bは、蒸発器30の冷媒出口側の圧力が圧縮機10の冷媒吸入側の圧力より大きくなり、かつ、その圧力差が所定圧力差以上となったときに第2オイル戻し通路80を開くように設定されている。
【0032】
なお、図1の逆止弁81は、JIS B 0125に従った逆止弁の記号であり、図1に示された弁体81a及びバネ81bの形状は、必ずしも実際の形状を示すものではない。
【0033】
また、本実施形態では、冷媒を二酸化炭素とするとともに、図3に示すように、圧縮機10にてノズル41に流入する高圧冷媒を冷媒の臨界圧力以上まで昇圧している。因みに、図3の●で示される符号は、図1に示す●で示される符号位置における冷媒の状態を示すものである。
【0034】
次に、本実施形態に係るサイクルの作動及び特徴点を述べる。
【0035】
1.通常運転モード(図3参照)
圧縮機10から吐出した冷媒を放熱器20側に循環させる。これにより、放熱器20にて冷却された冷媒は、エジェクタ40のノズル41にて等エントロピ的に減圧膨張して、音速以上の速度で混合部42内に流入する。
【0036】
そして、混合部42に流入した高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用により、蒸発器30内で蒸発した冷媒が混合部42内に吸引されるため、低圧側の冷媒が気液分離器50→絞り60→蒸発器30→エジェクタ40(昇圧部)→気液分離器50の順に循環する。
【0037】
一方、蒸発器30から吸引された冷媒(吸引流)とノズル41から吹き出す冷媒(駆動流)とは、混合部42にて混合しながらディフューザ43にてその動圧が静圧に変換されて気液分離器50に戻る。
【0038】
2.オイル戻しモード
本モードは、冷媒に混合された状態でエジェクタサイクル内を循環する冷凍機油が蒸発器30内に所定量以上滞留した場合や外気温度が低下した場合等のエジェクタ効率ηeが低下した場合又はエジェクタ40のポンプ作用が低下した場合に自動的に実行されるモードである。
【0039】
因みに、エジェクタ効率ηeとは、放熱器20を流通する冷媒の質量流量Gnとノズル41の出入口のエンタルピ差Δieとの積を分母とし、分子には、圧縮機10の仕事としてエネルギがどの程度回収されたかを示す冷媒流量Gnと蒸発器30を流通する冷媒の質量流量Geとの和とエジェクタ40での圧力回復ΔPを置いて定義したものである。具体的には、エジェクタ40に吸引される前の吸引冷媒の速度エネルギを考慮して、以下の数式1で定義した。
【0040】
【数1】
すなわち、エジェクタ40のポンプ作用が十分に大きいときには、エジェクタ40での圧力回復ΔP、つまりエジェクタ40での昇圧量ΔPが大きいため、図4に示すように、逆止弁81を挟んで圧縮機10の冷媒吸入側の圧力P3が相対的に蒸発器30の冷媒出口側の圧力P1より大きくなり、第2オイル戻し通路80は逆止弁81により閉じられ、第2オイル戻し通路80に冷媒は流れない。
【0041】
しかし、エジェクタ40のポンプ作用が小さくなると、逆止弁81を挟んで蒸発器30の冷媒出口側の圧力P1が相対的に圧縮機10の冷媒吸入側の圧力P3より大きくなるため、図5に示すように、逆止弁81が開き、第2オイル戻し通路80に冷媒が流れる。
【0042】
したがって、蒸発器30の冷媒出口側が直接的に圧縮機10の吸入側と連通するので、エジェクタ40のポンプ作用が小さくても、蒸発器30内に滞留していた冷凍機油が圧縮機10に向かって流れ、冷凍機油の滞留が解消される。
【0043】
そして、蒸発器30内の冷凍機油が減少すると、蒸発器30での冷凍能力が増大して吸引流及び駆動流の流量が増大するため、エジェクタ40のポンプ作用が大きくなり、逆止弁81を挟んで圧縮機10の冷媒吸入側の圧力P3が相対的に蒸発器30の冷媒出口側の圧力P1より大きくなる。
【0044】
つまり、蒸発器30内の冷凍機油が減少すると、逆止弁81が閉じて自動的にオイル戻しモードから通常運転モードに移行し、逆に、蒸発器30内の多量の冷凍機油が滞留すると、逆止弁81が開いて自動的に通常運転モードからオイル戻しモードに移行する。
【0045】
以上に述べたように、本実施形態では、蒸発器30内に滞留する冷凍機油を所定量以下に制御して圧縮機10に十分な量の冷凍機油を戻すことができる。
【0046】
なお、図6は本実施形態に係るエジェクタサイクルにおける圧縮機10内の冷凍機油量の変化、並びに第2オイル戻し通路80及び逆止弁81を有していない通常のエジェクタサイクルにおける圧縮機10内の冷凍機油量の変化を示す試験結果であり、この結果からも明らかなように、本実施形態では、蒸発器30内に滞留する冷凍機油を所定量以下に制御して圧縮機10に十分な量の冷凍機油を戻すことができることが解る。
【0047】
因みに、図7はエジェクタ効率ηeを約40%としたときの、外気温度とエジェクタ40での昇圧量ΔPとの関係を示すグラフ(数値シミレーション結果)である。
【0048】
(第2実施形態)
第1実施形態では、機械式バルブをなす逆止弁81により第2オイル戻し通路80を開閉したが、本実施形態は、図8に示すように、逆止弁81に代えて電磁弁82とするとともに、圧力センサ83a、83bによりエジェクタ40での昇圧量ΔPを検出し、エジェクタ40での昇圧量ΔPが所定値以下となったときに電磁弁82を開き、エジェクタ40での昇圧量ΔPが所定値を超えたときに電磁弁82を閉じるようにしたものである。
【0049】
なお、本実施形態は、電磁弁82を閉じる時の所定値と電磁弁83を閉じる時の所定値とを相違させても実施することができる。
【0050】
また、本実施形態では、エジェクタ40での昇圧量ΔPをパラメータとして電磁弁82の開閉制御を行ったが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば圧縮機10の回転数、冷媒温度及び冷媒圧力等からエジェクタ効率ηeを算出し、エジェクタ効率ηeが所定値以下となったときに電磁弁82を開き、エジェクタ効率ηeが所定値を超えたときに電磁弁82を閉じるようにしてもよい。この際、電磁弁82を閉じる時のエジェクタ効率ηeの所定値と電磁弁83を閉じる時のエジェクタ効率ηeの所定値とを相違させてもよいことは言うまでもない。
【0051】
(第3実施形態)
本実施形態は、図9〜12に示すように、第2オイル戻し通路80を廃止し、圧縮機10から吐出した冷媒をノズル41を迂回させて蒸発器30に導くバイパス通路90を設けるとともに、バイパス通路90と高圧冷媒通路との分岐部にバイパス通路90に冷媒を流す場合と流さない場合とを切り換える三方弁91を設け、バイパス通路90に冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させる膨脹弁93を設けたものである。
【0052】
そして、エジェクタ40での昇圧量ΔPが所定値以下となったとき又はエジェクタ効率ηeが所定値以下となったときにバイパス通路90に冷媒を流してオイル戻しモードを実施し、エジェクタ40での昇圧量ΔPが所定値を超えたとき又はエジェクタ効率ηeが所定値を超えたときにバイパス通路90側を閉じて通常運転モードを行うもである。
【0053】
因みに、膨脹弁93は、蒸発器30の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する機械式又は電気式の減圧器であるが、キャピラリーチューブやオリフィス等の固定絞りとしてもよい。
【0054】
なお、図9、11に示すエジェクタサイクルでは、オイル戻しモード時には、高圧冷媒がノズル41に流入せず高圧冷媒の全量が膨脹弁93に流れるので、オイル戻しモード時には、あたかも、膨脹弁サイクルと同様な冷媒流れとなる。
【0055】
(第4実施形態)
本実施形態は、第3実施形態の変形例である。具体的には、図13に示すように、膨脹弁93を全閉可能なバルブとすることにより三方弁91を廃止したものである。
【0056】
すなわち、通常運転モード時には膨脹弁93を全閉とし、オイル戻しモード時には、膨脹弁93を開くことによりバイパス通路90に冷媒を流すものである。
【0057】
なお、図13は第3実施形態の図9に対して本実施形態を適用したものであるが、図10〜12に対しても本実施形態を適用することができることは言うまでもない。
【0058】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、二酸化炭素を冷媒としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷媒として炭化水素やフロン等を用いてもよい。
【0059】
また、上述の実施形態では、高圧側冷媒圧力を臨界圧力以上としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0060】
また、上述の実施形態では、本発明に係るエジェクタサイクルを、食品を冷蔵・冷凍保存するショーケース用の蒸気圧縮式冷凍機に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば空調装置にも適用することができる。
【0061】
また、本発明は、オイル戻しモード時に、圧縮機10により蒸発器30内の冷凍機油を直接的に吸引する、又は圧縮機10の吐出圧により直接的に蒸発器30内の冷凍機油を押し出すものであるから、上述の実施形態に限定されるものではない。
【0062】
また、ノズル41の入口側に蒸発器30の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定値となるように絞り開度を制御するバルブを設けてもよい。
【0063】
また、放熱器20から流出した高圧冷媒と圧縮機10に吸入される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図2】本発明の実施形態に係るエジェクタの模式図である。
【図3】p−h線図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係るエジェクタサイクルの作動説明図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係るエジェクタサイクルの作動説明図である。
【図6】オイル戻し効果を示すグラフである。
【図7】エジェクタの性能低下を示すグラフである。
【図8】本発明の第2実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図9】本発明の第3実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図10】本発明の第3実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図11】本発明の第3実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図12】本発明の第3実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図13】本発明の第4実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【符号の説明】
10…圧縮機、20…放熱器、30…蒸発器、40…エジェクタ、50…気液分離器、60…絞り、80…第2オイル戻し通路、81…逆止弁。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ejector cycle.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
The ejector cycle is, for example, as described in JP-A-5-149652, in which the refrigerant is decompressed and expanded by the ejector, the vapor-phase refrigerant evaporated by the evaporator is sucked, and the expansion energy is converted into pressure energy. This is a vapor compression refrigerator that raises the suction pressure of the compressor.
[0003]
By the way, in a vapor compression refrigerator (hereinafter, referred to as an expansion valve cycle) in which the refrigerant is isenthalpically depressurized by a decompression means such as an expansion valve, the refrigerant flowing out of the expansion valve flows into an evaporator. In the ejector cycle, the refrigerant flowing out of the ejector flows into the gas-liquid separator, the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator is supplied to the evaporator, and the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator is It is sucked into the compressor.
[0004]
That is, in the expansion valve cycle, the refrigerant becomes one refrigerant flow circulating in the order of compressor → radiator → expansion valve → evaporator → compressor, whereas in the ejector cycle, the refrigerant → compressor → radiator → ejector → A refrigerant flow circulating in the order of gas-liquid separator → compressor (hereinafter, referred to as a driving flow) and a refrigerant flow circulating in the order of gas-liquid separator → evaporator → ejector → gas-liquid separator (referred to as suction flow). ) And exists.
[0005]
In addition, the driving flow is directly circulated by the compressor, whereas the suction flow is a pumping action of the ejector utilizing the energy of the high-pressure refrigerant compressed by the compressor (JIS Z 8126 No. 2.1. (See 2.3 etc.).
[0006]
For this reason, when the pumping action of the ejector decreases, the flow rate of the suction flow decreases, and the refrigerating machine oil mixed with the refrigerant stays in the evaporator. There is a high possibility that the amount of returned refrigerating machine oil will decrease, resulting in insufficient lubrication of the compressor.
[0007]
Incidentally, the refrigerating machine oil is lubricating oil for lubricating a sliding part of the compressor. In a general vapor compression type refrigerating machine, a sliding part in the compressor is lubricated by mixing refrigerating machine oil with a refrigerant.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its first object to provide a new ejector cycle different from the conventional one, and secondly to prevent a large amount of refrigerating machine oil from remaining in an evaporator. I do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a vapor compression type ejector cycle for transferring heat on a low-temperature side to a high-temperature side, the high-pressure ejector cycle being discharged from a compressor (10). A nozzle having a high-pressure side heat exchanger for releasing heat of the refrigerant (20), a low-pressure side heat exchanger for evaporating the low-pressure refrigerant (30), and a nozzle (41) for isoentropically decompressing and expanding the high-pressure refrigerant; The high-pressure refrigerant flow injected from (41) sucks the vapor-phase refrigerant evaporated in the low-pressure side heat exchanger (30) and converts expansion energy into pressure energy to reduce the suction pressure of the compressor (10). The ejector (40) to be raised and the refrigerant flowing out of the ejector (40) are separated into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant, and an outlet for the gas-phase refrigerant is connected to the suction side of the compressor (10). The outlet is a low-pressure side heat exchanger A gas-liquid separation means (50) connected to the refrigerant pipe (30) and a refrigerant passage (80) connecting the refrigerant outlet side of the low-pressure side heat exchanger (30) and the refrigerant suction side of the compressor (10); And a valve (81) for switching between a case where the refrigerant flows through the refrigerant passage (80) and a case where the refrigerant does not flow therethrough. The refrigerant flows through the refrigerant passage (80) and stays in the low-pressure side heat exchanger (30). An oil return mode for returning the refrigerating machine oil to the compressor (10).
[0010]
Thereby, the refrigerating machine oil staying in the low-pressure side heat exchanger (30) can be controlled to a predetermined amount or less to return a sufficient amount of the refrigerating machine oil to the compressor (10), and a new ejector different from the conventional one can be provided. You can get a cycle.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, the valve (81) is configured such that the pressure at the refrigerant outlet side of the low-pressure side heat exchanger (30) is higher than the pressure at the refrigerant suction side of the compressor (10), and the pressure difference between the two. Is configured to flow the refrigerant into the refrigerant passage (80) when the pressure difference becomes equal to or more than a predetermined pressure difference.
[0012]
According to the third aspect of the present invention, the valve (81) includes a valve element (81a) for opening and closing the valve port and a spring means (81b) for applying an elastic force to the valve element (81a) in a direction to close the valve port. It is characterized by having such a configuration.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, the valve (91) is configured to flow the refrigerant into the refrigerant passage (80) when the efficiency of the ejector (40) becomes equal to or less than a predetermined value. Is what you do.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a vapor compression type ejector cycle for transferring heat on a low temperature side to a high temperature side, wherein the high pressure side heat exchanger () radiates heat of the high pressure refrigerant discharged from the compressor (10). 20), a low-pressure side heat exchanger (30) for evaporating the low-pressure refrigerant, and a nozzle (41) for isoentropically decompressing and expanding the high-pressure refrigerant. An ejector (40) for sucking the vapor-phase refrigerant evaporated in the low-pressure side heat exchanger (30) and converting expansion energy into pressure energy to increase the suction pressure of the compressor (10); Is separated into a gaseous refrigerant and a liquid-phase refrigerant, an outlet for the gas-phase refrigerant is connected to the suction side of the compressor (10), and an outlet for the liquid-phase refrigerant is connected to the low-pressure side heat exchanger (30). Connected gas-liquid separation means (5 ), Piping means constituting a refrigerant passage (90) for guiding the refrigerant discharged from the compressor (10) to the low-pressure side heat exchanger (30) by bypassing the nozzle (41), and refrigerant in the refrigerant passage (90). A valve (91) for switching between flowing and non-flowing the refrigerant, and allowing the refrigerant flowing through the refrigerant passage (80) to flow the refrigerant oil retained in the low-pressure side heat exchanger (30) to the compressor (10). It is characterized by having an oil return mode for returning to oil.
[0015]
Thereby, the refrigerating machine oil staying in the low-pressure side heat exchanger (30) can be controlled to a predetermined amount or less to return a sufficient amount of the refrigerating machine oil to the compressor (10), and a new ejector different from the conventional one can be provided. You can get a cycle.
[0016]
The invention according to
[0017]
The seventh aspect of the present invention is characterized in that carbon dioxide is used as the refrigerant.
[0018]
The invention according to
[0019]
The invention according to claim 9 is characterized in that chlorofluorocarbon is used as the refrigerant.
[0020]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of the respective means are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiments described later.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
In the present embodiment, the ejector cycle according to the present invention is applied to a vapor compression refrigerator for a showcase which refrigerates and freezes food, and FIG. 1 is a schematic diagram of the ejector cycle.
[0022]
The
[0023]
Further, the
[0024]
Then, as shown in FIG. 2, the
[0025]
At this time, in the
[0026]
On the other hand, in the
[0027]
Incidentally, in the present embodiment, in order to accelerate the speed of the refrigerant ejected from the
[0028]
In FIG. 1, the gas-
[0029]
The
[0030]
The second
[0031]
Here, the
[0032]
Note that the
[0033]
In this embodiment, the refrigerant is carbon dioxide, and the high-pressure refrigerant flowing into the
[0034]
Next, the operation and features of the cycle according to the present embodiment will be described.
[0035]
1. Normal operation mode (see Fig. 3)
The refrigerant discharged from the
[0036]
Then, the refrigerant evaporated in the
[0037]
On the other hand, while the refrigerant sucked from the evaporator 30 (suction flow) and the refrigerant blown out from the nozzle 41 (drive flow) are mixed in the
[0038]
2. Oil return mode This mode is used when the refrigerating machine oil circulating in the ejector cycle while being mixed with the refrigerant stays in the
[0039]
Incidentally, the ejector efficiency ηe is defined as the product of the mass flow rate Gn of the refrigerant flowing through the
[0040]
(Equation 1)
That is, when the pumping action of the
[0041]
However, when the pump action of the
[0042]
Therefore, since the refrigerant outlet side of the
[0043]
When the refrigerating machine oil in the
[0044]
That is, when the refrigerating machine oil in the
[0045]
As described above, in the present embodiment, a sufficient amount of the refrigerating machine oil can be returned to the
[0046]
FIG. 6 shows a change in the refrigerating machine oil amount in the
[0047]
FIG. 7 is a graph (a numerical simulation result) showing the relationship between the outside air temperature and the boost amount ΔP in the
[0048]
(2nd Embodiment)
In the first embodiment, the second
[0049]
Note that the present embodiment can be implemented even if the predetermined value when the
[0050]
Further, in the present embodiment, the opening / closing control of the
[0051]
(Third embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIGS. 9 to 12, the second
[0052]
When the pressure increase amount ΔP in the
[0053]
Incidentally, the
[0054]
In the ejector cycle shown in FIGS. 9 and 11, in the oil return mode, the high-pressure refrigerant does not flow into the
[0055]
(Fourth embodiment)
This embodiment is a modification of the third embodiment. Specifically, as shown in FIG. 13, the three-
[0056]
That is, in the normal operation mode, the
[0057]
Although FIG. 13 shows the third embodiment in which the present embodiment is applied to FIG. 9, it is needless to say that the present embodiment can be applied to FIGS.
[0058]
(Other embodiments)
In the above embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant, but the present invention is not limited to this. For example, hydrocarbons, chlorofluorocarbons, or the like may be used as the refrigerant.
[0059]
In the above-described embodiment, the high-pressure side refrigerant pressure is equal to or higher than the critical pressure, but the present invention is not limited to this.
[0060]
In the above-described embodiment, the ejector cycle according to the present invention is applied to a vapor compression refrigerator for a showcase that refrigerates and freezes food, but the application of the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to an air conditioner.
[0061]
In the present invention, the refrigerating machine oil in the
[0062]
Further, a valve may be provided at the inlet side of the
[0063]
Further, an internal heat exchanger for exchanging heat between the high-pressure refrigerant flowing out of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an ejector cycle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an ejector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a ph diagram.
FIG. 4 is an operation explanatory view of an ejector cycle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an operation explanatory view of an ejector cycle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing an oil return effect.
FIG. 7 is a graph showing a decrease in ejector performance.
FIG. 8 is a schematic view of an ejector cycle according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view of an ejector cycle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view of an ejector cycle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view of an ejector cycle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic view of an ejector cycle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic view of an ejector cycle according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10: compressor, 20: radiator, 30: evaporator, 40: ejector, 50: gas-liquid separator, 60: throttle, 80: second oil return passage, 81: check valve.
Claims (9)
圧縮機(10)から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器(20)と、
低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器(30)と、
高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル(41)を有し、前記ノズル(41)から噴射する高い速度の冷媒流により前記低圧側熱交換器(30)にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して前記圧縮機(10)の吸入圧を上昇させるエジェクタ(40)と、
前記エジェクタ(40)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒用出口が前記圧縮機(10)の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が前記低圧側熱交換器(30)に接続された気液分離手段(50)と、
前記低圧側熱交換器(30)の冷媒出口側と前記圧縮機(10)の冷媒吸入側とを繋ぐ冷媒通路(80)を構成する配管手段と、
前記冷媒通路(80)に冷媒を流す場合と流さない場合とを切り換えるバルブ(81、91)とを具備し、
前記冷媒通路(80)に冷媒を流すことにより前記低圧側熱交換器(30)内に滞留した冷凍機油を前記圧縮機(10)に戻すオイル戻しモードを備えることを特徴とするエジェクタサイクル。A vapor compression type ejector cycle for transferring low-temperature heat to a high-temperature side,
A high-pressure side heat exchanger (20) for radiating heat of the high-pressure refrigerant discharged from the compressor (10);
A low pressure side heat exchanger (30) for evaporating the low pressure refrigerant,
It has a nozzle (41) for isoentropically decompressing and expanding a high-pressure refrigerant, and sucks a vapor-phase refrigerant evaporated in the low-pressure side heat exchanger (30) by a high-speed refrigerant flow injected from the nozzle (41). An ejector (40) for converting expansion energy into pressure energy to increase the suction pressure of the compressor (10);
The refrigerant flowing out of the ejector (40) is separated into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant, an outlet for the gas-phase refrigerant is connected to a suction side of the compressor (10), and an outlet for the liquid-phase refrigerant is connected to the low-pressure side. Gas-liquid separation means (50) connected to the heat exchanger (30);
Piping means for forming a refrigerant passage (80) connecting the refrigerant outlet side of the low-pressure side heat exchanger (30) and the refrigerant suction side of the compressor (10);
A valve (81, 91) for switching between a case where the refrigerant flows and a case where the refrigerant does not flow in the refrigerant passage (80),
An ejector cycle comprising: an oil return mode in which refrigeration oil retained in the low-pressure side heat exchanger (30) is returned to the compressor (10) by flowing a refrigerant through the refrigerant passage (80).
圧縮機(10)から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器(20)と、
低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器(30)と、
高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル(41)を有し、前記ノズル(41)から噴射する高い速度の冷媒流により前記低圧側熱交換器(30)にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して前記圧縮機(10)の吸入圧を上昇させるエジェクタ(40)と、
前記エジェクタ(40)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒用出口が前記圧縮機(10)の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が前記低圧側熱交換器(30)に接続された気液分離手段(50)と、
前記圧縮機(10)から吐出した冷媒を前記ノズル(41)を迂回させて前記低圧側熱交換器(30)に導く冷媒通路(90)を構成する配管手段と、
前記冷媒通路(90)に冷媒を流す場合と流さない場合とを切り換えるバルブ(91)とを具備し、
前記冷媒通路(80)に冷媒を流すことにより前記低圧側熱交換器(30)内に滞留した冷凍機油を前記圧縮機(10)に戻すオイル戻しモードを備えることを特徴とするエジェクタサイクル。A vapor compression type ejector cycle for transferring low-temperature heat to a high-temperature side,
A high-pressure side heat exchanger (20) for radiating heat of the high-pressure refrigerant discharged from the compressor (10);
A low pressure side heat exchanger (30) for evaporating the low pressure refrigerant,
It has a nozzle (41) for isoentropically decompressing and expanding a high-pressure refrigerant, and sucks a vapor-phase refrigerant evaporated in the low-pressure side heat exchanger (30) by a high-speed refrigerant flow injected from the nozzle (41). An ejector (40) for converting expansion energy into pressure energy to increase the suction pressure of the compressor (10);
The refrigerant flowing out of the ejector (40) is separated into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant, an outlet for the gas-phase refrigerant is connected to a suction side of the compressor (10), and an outlet for the liquid-phase refrigerant is connected to the low-pressure side. Gas-liquid separation means (50) connected to the heat exchanger (30);
Piping means for forming a refrigerant passage (90) for guiding the refrigerant discharged from the compressor (10) to the low pressure side heat exchanger (30) by bypassing the nozzle (41);
A valve (91) for switching between a case where the refrigerant flows and a case where the refrigerant does not flow in the refrigerant passage (90),
An ejector cycle comprising: an oil return mode in which refrigeration oil retained in the low-pressure side heat exchanger (30) is returned to the compressor (10) by flowing a refrigerant through the refrigerant passage (80).
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