JP2014169810A

JP2014169810A - エジェクタ式冷凍機

Info

Publication number: JP2014169810A
Application number: JP2013041231A
Authority: JP
Inventors: Keizo Yokoyama; 計三横山; Keiichi Yoshimuta; 圭一吉牟田; Susumu Nakano; 進中野; Takuya Tago; 拓弥田子; Tatsuya Saegusa; 達哉三枝; Hidetaka Ando; 英孝安藤
Original assignee: Nikkey Co Ltd; Hibiya Engineering Ltd
Current assignee: Nikkey Co Ltd; Hibiya Engineering Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-18

Abstract

【課題】エジェクタ式冷凍サイクルによるエジェクタ式冷凍機を小型化することにより設置スペースの狭小化を図る。
【解決手段】エジェクタ２から排出された冷媒Ｒを液化する凝縮器４の出口の流路に、口径の大きな配管を用いて大径配管部８としてある。この大径配管部８を蒸発器３に接続させてあり、また冷媒循環ポンプ５に接続して発生器１に供給して、冷媒Ｒを循環させている。凝縮器４で液体に戻された冷媒Ｒは前記大径配管部８に貯留されて、発生器１と蒸発器３とに供給されるから、冷媒Ｒを安定して連続的に供給できる。

【選択図】図１

Description

この発明は、エジェクタ式冷凍サイクルによる冷凍機の構造に関し、小型化を図ったエジェクタ式冷凍機に関する。

エネルギ損失を削減して冷凍効率を向上させることができ、省エネルギー化を促進できるエジェクタ式冷凍サイクルを利用したエジェクタ式冷凍機がある。斯かるエジェクタ式冷凍機では、小型・軽量化を促進できる等の利点を備えている。また、この種のエジェクタ式冷凍システムは、主として、エジェクタと加熱装置、蒸発器、凝縮器、膨張弁、冷媒ポンプにより冷凍回路が構成される。一方、本願出願人は、冷媒を加熱して冷媒の蒸気を生成する際の熱源として太陽熱コレクタで加熱された作動媒体をエジェクタに供給して冷却水を得るようにしたエジェクタ式冷凍システムを提案している(特許文献１参照)。

ところで、このようなエジェクタを利用した冷凍装置等では、例えば、特許文献２に開示されているように、エジェクタから凝縮器に至る経路中に気液分離のタンクが配設されて、液体となった冷媒を貯留し蒸発器に安定して供給できるようにしてある。また、特許文献３には気液分離装置の容量を削減するために、冷媒配管に余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるエジェクタサイクルが開示されている。また、例えば、特許文献４に開示されたエジェクタ式冷凍サイクル用ユニットでは、蒸発器の複数の冷媒通路に対する冷媒流れの分配または集合を行うタンクが配設されている。

図４は、この種のエジェクタ式冷凍サイクルの一例を示すブロック図であり、特に工場などの生産施設から廃棄されている85℃程度の温水等の各種の廃熱を保有している温水を投入する方式のエジェクタ式冷凍機を示している。投入された温水Whは発生器１を介して冷媒Ｒを蒸発させて蒸気を発生させる。この蒸気がエジェクタ２に供給されて、該エジェクタ２のノズル部を通過する際の吸引効果によって蒸発器３を負圧にして蒸発潜熱を低温熱源として蒸発器３を介して冷却水Wcを生成して所望の設備等へ供給する。

前記ノズル部では発生器１で蒸発した高圧冷媒Rhを減圧して駆動冷媒とすることで蒸発器３から吸引冷媒Rsを吸引し、駆動冷媒と蒸発器３から吸引される吸引冷媒Rsとが混合されて凝縮器４に供給され、冷却水Wと熱交換されて液体に戻される。液体となった冷媒Ｒはレシーバータンク７に貯留され、冷媒循環ポンプ５によって前記発生器１に該レシーバータンク７から連続的に供給されると共に、膨張弁６を通して前記蒸発器３に供給される。

特開２０１０−９６４３６号公報特開２００３−２２２４４５号公報特開２００４−３２４９２９号公報特開２００７−１９２５０３号公報

前述のように、蒸発器に安定して連続させて冷媒を供給するためには、冷媒を貯留するレシーバータンク７が設置されている。特に、気液分離器では液相の容量が一定以下に減少しては不都合であるから、十分な貯留量を確保できる大きさを要している。このため、レシーバータンクが大型となってしまい、エジェクタ式冷凍機の外形寸法を大きくしてしまっている。

そこで、この発明は、十分な貯留量を確保できて、蒸発器に安定して連続的に冷媒を供給できると共に、冷凍機の外形寸法を小さくすることができるようにしたエジェクタ式冷凍機を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係るエジェクタ式冷凍機は、駆動流体によって吸引流体を吸引して蒸発器内で発生する蒸発潜熱によって対象流体を冷却するエジェクタを有するエジェクタ式冷凍機であって、前記エジェクタから排出された駆動流体と吸引流体の混合流体を凝縮器で液化し、前記蒸発器へ返戻させるエジェクタ式冷凍機において、前記液化した混合流体の前記凝縮器から蒸発器へ至る流路の配管を口径の大きい大径配管部とし、該大径配管部に前記液化した混合流体を貯留させることを特徴としている。

すなわち、前記大径配管部の容量で液化した冷媒を貯留するようにして、蒸発器への安定した供給を連続して行えるようにしたものである。当該大径配管部の容量を十分なものとすることによりレシーバータンクを省略することができる。また、口径を十分な大きさのものとすることにより、凝縮器と蒸発器との間の配管を短くすることができる。

また、請求項２の発明に係るエジェクタ式冷凍機は、前記エジェクタにおける駆動流体及び混合流体の流れ方向を、水平方向に対して任意の角度に傾斜させてあることを特徴としている。

すなわち、エジェクタの長手方向を、駆動流体及び混合流体の流れ方向が、従来の水平方向に対して、傾斜方向となるようにしたものである。このため、エジェクタの姿勢が傾いた状態となり、水平方向に要求される長さを縮小できるものである。

傾斜させる方向は、駆動流体と混合流体を下方に向けて流れるようにすることが好ましい。駆動流体と混合流体の流れ方向を上方向と下方向のいずれの方向とすることもできるが、重力の効果を有効に利用できるようにするためである。

この発明に係るエジェクタ式冷凍機によれば、レシーバータンクを省略することができるから、エジェクタ式冷凍機の小型化を促進することができる。

また、請求項２の発明に係るエジェクタ式冷凍機によれば、エジェクタを傾斜させることで、該エジェクタを水平方向に設置した場合に較べて、水平長さを小さくして設置できるから、エジェクタ式冷凍機の水平方向の寸法を縮小できる。しかも、大径配管部の設置と相俟ってエジャクタ式冷凍機をさらに小型化できる。

この発明に係るエジェクタ式冷凍機が有する主たる特徴を説明する概略のブロック図である。この発明に係るエジェクタ式冷凍機の別の実施形態を説明する概略のブロック図である。従来のエジェクタ式冷凍機の概略構造を説明する図である。

以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係るエジェクタ式冷凍機を具体的に説明する。

図１は、この発明に係るエジェクタ式冷凍機10の主たる構成を説明するブロック図である。なお、図３に示すエジェクタ式冷凍機と同一の部分については同一の符号を付してある。

エジェクタ式冷凍機10は、主として発生器１とエジェクタ２、蒸発器３、凝縮器４、冷媒循環ポンプ５、膨張弁６とにより構成されている。発生器１には、工場から排出される約85℃程度の温水やコ・ジェネレーションシステムからの廃熱、温泉の熱、あるいは太陽熱コレクターで集熱した温水Whが熱媒として供給される。発生器１の冷媒Ｒの入口側には冷媒循環ポンプ５の吐出側の接続されて該冷媒循環ポンプ５によって冷媒Ｒが供給される。発生器１の出口側はエジェクタ２の入口が接続されており、発生器１によって冷媒Ｒが加熱されて生成されれた高圧冷媒Rhが供給されている。

前記エジェクタ２のノズル部2aには蒸発器３の冷媒Ｒの出口側が接続されており、入口から供給された高圧冷媒Rhを該ノズル部2aで減圧させて発生した駆動流体としての駆動冷媒の負圧によって該蒸発器３から吸引流体としての吸引冷媒Rsが吸引される。このノズル部2aの下流には混合部2bが設けられ、混合部2bの下流にはディフューザ部2cが設けられており、入口から供給されて発生した前記駆動冷媒と、該駆動冷媒と吸引冷媒Rsとが混合された混合冷媒とは、ノズル部2a、混合部2b、ディフューザ部2cの順に流れて出口から吐出される。

エジェクタ２の出口には凝縮器４が接続されており、前記混合冷媒は外部から供給される冷却水Ｗによって液体の冷媒Ｒに戻される。この凝縮器４の出口側には前記冷媒循環ポンプ５の吸込口が接続されて、該冷媒循環ポンプ５によって冷媒Ｒが前記発生器１に供給される。また、この冷媒循環ポンプ５の吸込側には膨張弁６を介して前記蒸発器３の供給されている。そして、前記凝縮器４の出口から前記蒸発器３に至る流路の一部を口径の大きい配管による大径配管部８としてある。

以上により構成されたこの発明に係るエジェクタ式冷凍機では、発生器１に温水Whが供給されて、冷媒Ｒを加熱することにより蒸発して発生した高圧冷媒Rhがエジェクタ２に供給され、ノズル部2aを通過する際に減圧されて駆動冷媒を生成する。エジェクタ２のノズル部2aには蒸発器３で生成された吸引冷媒Rsが供給されており、前記駆動冷媒がノズル部2aを通過する際に発生される負圧によって該吸引冷媒Rsが吸引されて駆動冷媒に伴われる。

エジェクタ２のノズル部2aで吸引された吸引冷媒Rsは前記混合部2bにて前記駆動冷媒と混合されて混合流体である混合冷媒となる。この混合部2bの下流側のディフューザ部2cで混合冷媒が減速されて昇圧される。この混合冷媒が凝縮器４に供給されて、冷却水Ｗによって冷却されて液体の冷媒Ｒに戻される。凝縮器４の出口側に接続された前記冷媒循環ポンプ５で前記発生器１に戻される。

また、前記凝縮器４で戻された冷媒Ｒの一部は前記膨張弁６を介して前記蒸発器３に供給されている。前記凝縮器４から蒸発器３に至る冷媒Ｒの流路の途中には前記大径配管部８が設置されているから、凝縮器４で液体に戻された冷媒Ｒはこの大径配管部８で貯留される。そして、貯留された冷媒Ｒは前記冷媒循環ポンプ５で発生器１に供給され、該冷媒循環ポンプ５に至る途中で分岐されて膨張弁６に導入されて蒸発器３に供給される。

そして、前記蒸発器３から吸引冷媒Rsが前記エジェクタ２の駆動冷媒に吸引され、その際の蒸発潜熱により蒸発器３に供給された対象流体である水Ｗを冷却して冷却水Wcが生成され、該冷却水Wcは所望の用途に利用されることになる。

次に、図２に示す実施形態に係るエジェクタ式冷凍機20について説明する。なお、図１に示すエジェクタ式冷凍機10と同一の部分については同一の符号を付してあり、その説明を省略する。

図２に示す実施形態では、エジェクタ21における前記駆動冷媒及び前記混合冷媒の流れ方向を、同図に示すように、水平方向から適宜な角度に傾斜させて斜め下方となるようにしてある。また、同図に示すように、吸引冷媒Rsは前記駆動冷媒の流れ方向に対して斜め上方からノズル部21aに供給されるようにしてある。なお、ノズル部21aの下流側に混合部21bとディフューザー部21cが順次続いている。

また、凝縮器４の出口側には大径配管部８が配されており、液化した冷媒Ｒがこの大径配管部８に貯留されて、前記冷媒循環ポンプ５によって前記発生器１と蒸発器３とに供給される。

この発明に係るエジェクタ式冷凍機によれば、小型化を促進して、設置スペースを小さくできるため、設置場所の自由度を向上させてエジェクタ式冷凍機の普及に寄与する。

Wh 温水
Wc 冷水
Rh 高圧冷媒（駆動流体）
Rs 吸引冷媒（吸引流体）
１発生器
２エジェクタ
2a ノズル部
2b 混合部
2c ディフューザ部
３蒸発器
４凝縮器
５冷媒循環ポンプ
６膨張弁
７レシーバータンク
８大径配管部
10 エジェクタ式冷凍機
20 エジェクタ式冷凍機
21 エジェクタ
21a ノズル部
21b 混合部
21c ディフューザ部

Claims

駆動流体によって吸引流体を吸引して蒸発器内で発生する蒸発潜熱によって対象流体を冷却するエジェクタを有するエジェクタ式冷凍機であって、前記エジェクタから排出された駆動流体と吸引流体の混合流体を凝縮器で液化し、前記蒸発器へ返戻させるエジェクタ式冷凍機において、
前記液化した混合流体の前記凝縮器から蒸発器へ至る流路の配管を口径の大きい大径配管部とし、該大径配管部に前記液化した混合流体を貯留させることを特徴とするエジェクタ式冷凍機。
前記エジェクタにおける駆動流体及び混合流体の流れ方向を、水平方向に対して任意の角度に傾斜させてあることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍機。