(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023184132
(43)【公開日】2023-12-28
(54)【発明の名称】エジェクタ冷凍装置
(51)【国際特許分類】
F25B 27/02 20060101AFI20231221BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20231221BHJP
【ＦＩ】
F25B27/02 N
F25B1/00 371C
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022098098
(22)【出願日】2022-06-17
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉田 時空
(72)【発明者】
【氏名】松原 健
(72)【発明者】
【氏名】安嶋 賢哲
(57)【要約】
【課題】エジェクタ冷凍サイクルに圧縮機を導入したハイブリッド形式の冷凍サイクルを適用する場合に、冷凍能力及び装置効率の低下の発生を抑えることができるエジェクタ冷凍装置を提供すること。
【解決手段】制御部Ｃは、圧縮機圧力Ｐｓに対する背圧Ｐｄの圧力比が第１閾値未満の場合、圧縮機７をオフにし切替機構９を介して蒸発器６からの冷媒を吸引入口１ｂに流動させるエジェクタモードに切り替え、圧力比が第１閾値以上、かつ、第２閾値未満である場合、圧縮機７をオンにし切替機構９を介して圧縮機７からの冷媒を吐出口１ｃに流動させる並列ハイブリッドモードに切り替え、圧力比が第２閾値以上の場合、圧縮機７をオンにし切替機構９を介して圧縮機７からの冷媒を吸引入口１ｂに流動させる直列ハイブリッドモードに切り替える。
【選択図】図１
【解決手段】制御部Ｃは、圧縮機圧力Ｐｓに対する背圧Ｐｄの圧力比が第１閾値未満の場合、圧縮機７をオフにし切替機構９を介して蒸発器６からの冷媒を吸引入口１ｂに流動させるエジェクタモードに切り替え、圧力比が第１閾値以上、かつ、第２閾値未満である場合、圧縮機７をオンにし切替機構９を介して圧縮機７からの冷媒を吐出口１ｃに流動させる並列ハイブリッドモードに切り替え、圧力比が第２閾値以上の場合、圧縮機７をオンにし切替機構９を介して圧縮機７からの冷媒を吸引入口１ｂに流動させる直列ハイブリッドモードに切り替える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒を昇圧するポンプと、熱供給源から供給される熱源水により冷媒を加熱しエジェクタ駆動流を発生させる蒸気生成器と、冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁によって減圧された冷媒により被冷却媒体を冷却する蒸発器と、前記蒸気生成器からの冷媒のエジェクタ駆動流によって前記蒸発器により蒸発した冷媒を吸引するエジェクタと、前記エジェクタ内への吸引後に前記エジェクタ駆動流と混合した冷媒を冷却する凝縮器とを有するエジェクタ冷凍装置であって、
前記蒸発器と前記エジェクタとの間に配置されて前記蒸発器からの冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機の前記エジェクタの吸引入口への接続と前記圧縮機の前記エジェクタの吐出口への接続とを少なくとも切り替える切替機構と、
前記圧縮機に並列接続される開閉弁と、
前記圧縮機の吸引側の冷媒圧力である圧縮機圧力を検出する圧縮機圧力センサと、
前記エジェクタの吐出側の冷媒圧力である背圧を検出する背圧センサと、
前記圧縮機圧力に対する背圧の圧力比が第１閾値未満の場合、前記圧縮機をオフにするとともに前記開閉弁を開にして前記切替機構を介して前記蒸発器からの冷媒を前記エジェクタの吸引入口に流動させるエジェクタモードに切り替え、前記圧力比が前記第１閾値以上、かつ、第２閾値未満である場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記開閉弁を開にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吐出口に流動させる並列ハイブリッドモードに切り替え、前記圧力比が前記第２閾値以上の場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記開閉弁を閉にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吸引入口に流動させる直列ハイブリッドモードに切り替える制御部と、
を備えることを特徴とするエジェクタ冷凍装置。
前記蒸発器と前記エジェクタとの間に配置されて前記蒸発器からの冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機の前記エジェクタの吸引入口への接続と前記圧縮機の前記エジェクタの吐出口への接続とを少なくとも切り替える切替機構と、
前記圧縮機に並列接続される開閉弁と、
前記圧縮機の吸引側の冷媒圧力である圧縮機圧力を検出する圧縮機圧力センサと、
前記エジェクタの吐出側の冷媒圧力である背圧を検出する背圧センサと、
前記圧縮機圧力に対する背圧の圧力比が第１閾値未満の場合、前記圧縮機をオフにするとともに前記開閉弁を開にして前記切替機構を介して前記蒸発器からの冷媒を前記エジェクタの吸引入口に流動させるエジェクタモードに切り替え、前記圧力比が前記第１閾値以上、かつ、第２閾値未満である場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記開閉弁を開にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吐出口に流動させる並列ハイブリッドモードに切り替え、前記圧力比が前記第２閾値以上の場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記開閉弁を閉にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吸引入口に流動させる直列ハイブリッドモードに切り替える制御部と、
を備えることを特徴とするエジェクタ冷凍装置。
【請求項2】
前記蒸気生成器に供給される前記熱源水の温度を検出する熱源水温度センサを備え、
前記制御部は、前記熱源水の温度が所定閾値温度未満である場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記ポンプをオフにし、前記開閉弁を閉にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吐出口に流動させる圧縮式モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ冷凍装置。
前記制御部は、前記熱源水の温度が所定閾値温度未満である場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記ポンプをオフにし、前記開閉弁を閉にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吐出口に流動させる圧縮式モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ冷凍装置。
【請求項3】
前記切替機構は、
前記圧縮機と前記エジェクタの吐出口とを接続する第１配管と、
前記開閉弁と前記エジェクタの吸引入口とを接続する第２配管と、
前記第１配管と前記第２配管とを接続する接続配管と、
前記接続配管が接続される前記第１配管の接続点と前記エジェクタの吐出口との間に設けられた第１開閉弁と、
前記接続配管に設けられた第２開閉弁と、
を備え、
前記制御部は、前記エジェクタモードの場合、前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉にし、前記並列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記直列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にすることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ冷凍装置。
前記圧縮機と前記エジェクタの吐出口とを接続する第１配管と、
前記開閉弁と前記エジェクタの吸引入口とを接続する第２配管と、
前記第１配管と前記第２配管とを接続する接続配管と、
前記接続配管が接続される前記第１配管の接続点と前記エジェクタの吐出口との間に設けられた第１開閉弁と、
前記接続配管に設けられた第２開閉弁と、
を備え、
前記制御部は、前記エジェクタモードの場合、前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉にし、前記並列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記直列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にすることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ冷凍装置。
【請求項4】
前記切替機構は、
前記圧縮機と前記エジェクタの吐出口とを接続する第１配管と、
前記開閉弁と前記エジェクタの吸引入口とを接続する第２配管と、
前記第１配管と前記第２配管とを接続する接続配管と、
前記接続配管が接続される前記第１配管の接続点と前記エジェクタの吐出口との間に設けられた第１開閉弁と、
前記接続配管に設けられた第２開閉弁と、
を備え、
前記制御部は、前記エジェクタモードの場合、前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉にし、前記並列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記直列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記圧縮式モードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にすることを特徴とする請求項２に記載のエジェクタ冷凍装置。
前記圧縮機と前記エジェクタの吐出口とを接続する第１配管と、
前記開閉弁と前記エジェクタの吸引入口とを接続する第２配管と、
前記第１配管と前記第２配管とを接続する接続配管と、
前記接続配管が接続される前記第１配管の接続点と前記エジェクタの吐出口との間に設けられた第１開閉弁と、
前記接続配管に設けられた第２開閉弁と、
を備え、
前記制御部は、前記エジェクタモードの場合、前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉にし、前記並列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記直列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記圧縮式モードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にすることを特徴とする請求項２に記載のエジェクタ冷凍装置。
【請求項5】
前記開閉弁は、逆止弁であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のエジェクタ冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エジェクタ冷凍サイクルに圧縮機を導入したハイブリッド形式の冷凍サイクルを適用する場合に、冷凍能力及び装置効率の低下の発生を抑えることができるエジェクタ冷凍装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エジェクタ冷凍装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが既に提供されている。このエジェクタ冷凍装置は、冷媒が循環される循環経路において冷媒加熱手段としての蒸気生成器と凝縮器との間にエジェクタが設けられ、蒸気生成器から吐出された冷媒が駆動流体としてエジェクタに供給される一方、エジェクタから吐出された冷媒が凝縮器に供給されるものである。循環経路において凝縮器からポンプまでの間に位置する部分には、分岐経路が設けられている。分岐経路は、膨張弁及び蒸発器を備え、蒸発器を通過した後の冷媒を吸引流体としてエジェクタに供給するものである。このエジェクタ冷凍装置では、蒸気生成器に排温水等の熱源を供給するとともに、蒸発器に被冷却水を供給すれば、蒸発器において冷却された冷水を得ることが可能となる。
【0003】
エジェクタ冷凍装置のエジェクタ冷凍サイクルはポンプのみで駆動できるため、圧縮機を用いた圧縮式冷凍サイクルに比較して消費電力を抑えることができる。しかし、凝縮器を流れる冷却水の温度が高いとエジェクタの背圧が上昇し、冷凍能力及び装置効率が大幅に低下してしまうことがある。
【0004】
このため、特許文献２では、圧縮機を導入したエジェクタ冷凍装置が提案されている。その１つは、圧縮機とエジェクタとを直列に連結し、エジェクタにより圧縮機の吐出圧力を低減することにより、圧縮機の消費電力を低減するようにしている。また、他の１つとして、圧縮機とエジェクタとを並列に配置するものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１４－１９０５８７号公報
【特許文献2】特開２０１１－９４８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、図６に示すように、圧縮機７とエジェクタ１とを直列に連結した直列ハイブリッド形式の冷凍サイクル装置では、圧縮機７の消費電力を抑えることができるものの、エジェクタ１の背圧が低い場合、エジェクタ１が十分に機能するため、圧縮機７前後の差圧が非常に小さくなってしまう。圧縮機７は、一定の前後圧力差が必要であり、圧力差が小さい場合には、オイルの循環不良などにより信頼性が低下する。また、圧縮機７の効率は、図７に示すように、低圧縮比領域において大幅に低下してしまう。このため、直列ハイブリッド形式の冷凍サイクル装置では、圧縮機が一定の圧力差を確保できる条件下のみで圧縮機が適用されることになる。
【0007】
ここで、エジェクタ冷凍サイクルの冷凍能力は、冷却水温度に応じて大幅に低下してしまうため、圧縮機を導入した直列ハイブリッド形式の冷凍サイクルに切り替えたいが、図８に示すように、圧縮機を用いた運転に切り替える際、圧縮機の圧縮比の制約から圧縮機の運転ができない領域ＥＢが生じてしまい、冷凍能力が低下する領域が発生してしまうという課題がある。
【0008】
一方、図９に示すように、圧縮機７とエジェクタ１とを並列に配置した並列ハイブリッド形式の冷凍サイクル装置では、圧縮機７に十分な圧力差が生じるため、圧縮機７の性能低下や信頼性低下が生じることはなく、領域ＥＢにおいて冷凍能力が低下することもない。しかし、圧縮機７とエジェクタ１とを並列に配置しているため、エジェクタの吸引吐出間の圧力差も上昇してしまう。このため、図１０に示すように、高背圧領域では、エジェクタ１が駆動せず、十分な性能向上効果を得ることができないという課題がある。
【0009】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エジェクタ冷凍サイクルに圧縮機を導入したハイブリッド形式の冷凍サイクルを適用する場合に、冷凍能力及び装置効率の低下の発生を抑えることができるエジェクタ冷凍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】
【0010】
上記目的を達成するため、本発明は、冷媒を昇圧するポンプと、熱供給源から供給される熱源水により冷媒を加熱しエジェクタ駆動流を発生させる蒸気生成器と、冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁によって減圧された冷媒により被冷却媒体を冷却する蒸発器と、前記蒸気生成器からの冷媒のエジェクタ駆動流によって前記蒸発器により蒸発した冷媒を吸引するエジェクタと、前記エジェクタ内への吸引後に前記エジェクタ駆動流と混合した冷媒を冷却する凝縮器とを有するエジェクタ冷凍装置であって、前記蒸発器と前記エジェクタとの間に配置されて前記蒸発器からの冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の前記エジェクタの吸引入口への接続と前記圧縮機の前記エジェクタの吐出口への接続とを少なくとも切り替える切替機構と、前記圧縮機に並列接続される開閉弁と、前記圧縮機の吸引側の冷媒圧力である圧縮機圧力を検出する圧縮機圧力センサと、前記エジェクタの吐出側の冷媒圧力である背圧を検出する背圧センサと、前記圧縮機圧力に対する背圧の圧力比が第１閾値未満の場合、前記圧縮機をオフにするとともに前記開閉弁を開にして前記切替機構を介して前記蒸発器からの冷媒を前記エジェクタの吸引入口に流動させるエジェクタモードに切り替え、前記圧力比が前記第１閾値以上、かつ、第２閾値未満である場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記開閉弁を開にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吐出口に流動させる並列ハイブリッドモードに切り替え、前記圧力比が前記第２閾値以上の場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記開閉弁を閉にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吸引入口に流動させる直列ハイブリッドモードに切り替える制御部と、を備えることを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、上記の発明において、前記蒸気生成器に供給される前記熱源水の温度を検出する熱源水温度センサを備え、前記制御部は、前記熱源水の温度が所定閾値温度未満である場合、前記圧縮機をオンにするとともに前記ポンプをオフにし、前記開閉弁を閉にして前記切替機構を介して前記圧縮機からの冷媒を前記エジェクタの吐出口に流動させる圧縮式モードに切り替えることを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、上記の発明において、前記切替機構は、前記圧縮機と前記エジェクタの吐出口とを接続する第１配管と、前記開閉弁と前記エジェクタの吸引入口とを接続する第２配管と、前記第１配管と前記第２配管とを接続する接続配管と、前記接続配管が接続される前記第１配管の接続点と前記エジェクタの吐出口との間に設けられた第１開閉弁と、前記接続配管に設けられた第２開閉弁と、を備え、前記制御部は、前記エジェクタモードの場合、前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉にし、前記並列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記直列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にすることを特徴とする。
【0013】
また、本発明は、上記の発明において、前記切替機構は、前記圧縮機と前記エジェクタの吐出口とを接続する第１配管と、前記開閉弁と前記エジェクタの吸引入口とを接続する第２配管と、前記第１配管と前記第２配管とを接続する接続配管と、前記接続配管が接続される前記第１配管の接続点と前記エジェクタの吐出口との間に設けられた第１開閉弁と、前記接続配管に設けられた第２開閉弁と、を備え、前記制御部は、前記エジェクタモードの場合、前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉にし、前記並列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記直列ハイブリッドモードの場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記圧縮式モードの場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にすることを特徴とする。
【0014】
また、本発明は、上記の発明において、前記開閉弁は、逆止弁であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、エジェクタ冷凍サイクルに圧縮機を導入したハイブリッド形式の冷凍サイクルを適用する場合に、冷凍能力及び装置効率の低下の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
【0018】
＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態であるエジェクタ冷凍装置の構成を示す回路図である。ここで例示するエジェクタ冷凍装置は、工場排水や使用済み冷却水等の排温水からの排熱を熱源水として回収し、被冷却媒体を冷却した冷水を生成するものであり、エジェクタ冷凍サイクルに圧縮機７による圧縮式冷凍サイクルを適用したものである。なお、被冷却媒体としては、水や油、空気あるいはその他の冷媒を対象とすることができる。本実施の形態では、特に、排温水から回収した排熱により、被冷却水から冷水を生成するエジェクタ冷凍装置を例示している。
図１は、本発明の実施の形態であるエジェクタ冷凍装置の構成を示す回路図である。ここで例示するエジェクタ冷凍装置は、工場排水や使用済み冷却水等の排温水からの排熱を熱源水として回収し、被冷却媒体を冷却した冷水を生成するものであり、エジェクタ冷凍サイクルに圧縮機７による圧縮式冷凍サイクルを適用したものである。なお、被冷却媒体としては、水や油、空気あるいはその他の冷媒を対象とすることができる。本実施の形態では、特に、排温水から回収した排熱により、被冷却水から冷水を生成するエジェクタ冷凍装置を例示している。
【0019】
エジェクタ冷凍装置は、エジェクタ１、凝縮器２、ポンプ３、蒸気生成器４を順次接続した循環経路を有する。また、エジェクタ冷凍装置には、凝縮器２とポンプ３との間の分岐点Ｐ１において循環経路を流通する冷媒の一部を吸引流体としてエジェクタ１に供給する。
【0020】
分岐点Ｐ１から分岐した冷媒は、膨張弁５、蒸発器６を介してエジェクタ１側に供給される。蒸発器６の下流には、分岐点Ｐ２から圧縮機７及び逆止弁８が並列接続され、切替機構９に接続される。圧縮機７の吐出冷媒は、切替機構９により、エジェクタ１の吸引入口１ｂ又は吐出口１ｃに接続される。エジェクタ１の駆動流入口１ａには、蒸気生成器４から供給される冷媒が駆動流として入力され、この駆動流により吸引入口１ｂから冷媒が吸引流として吸引され吐出口１ｃから吐出する。
【0021】
ポンプ３は、循環経路において冷媒の循環供給を行うものである。ポンプ３は、例えば液相の可変容量ポンプであり、冷媒を昇圧してエジェクタ１に供給するものである。ポンプ３は、後述する制御部Ｃから与えられる駆動信号に従った回転数で駆動される。蒸気生成器４は、熱供給源２０から蒸気生成器４に供給される排温水などの熱源水との間で熱交換を行うことにより、ポンプ３から供給された冷媒を蒸発させる。
【0022】
凝縮器２は、エジェクタ１から吐出された気相の冷媒と、凝縮器２に供給される冷却水との間で熱交換し放熱を行うことにより、冷媒を凝縮させるものである。膨張弁５は、凝縮器２を通過して分岐点Ｐ１を介して分岐供給された冷媒を膨張させて減圧する。蒸発器６は、膨張弁５を通過した後の液相の冷媒と、蒸発器６に供給される被冷却水との間で熱交換を行うことにより、冷媒を蒸発させるとともに冷水を生成するものである。なお、膨張弁５としては電子膨張弁が好適であるが、用途や構成に応じて手動膨張弁、定圧膨張弁、温度膨張弁等のその他の形式の膨張弁を適宜選択しても良い。圧縮機７は、冷媒を圧縮できるものであればよい。
【0023】
切替機構９は、圧縮機７とエジェクタ１の吐出口１ｃとを接続する第１配管と、逆止弁８とエジェクタ１の吸引入口１ｂとを接続する第２配管と、第１配管の接続点９ａと第２配管の接続点９ｂとを接続する接続配管を有する。そして、接続点９ａとエジェクタ１の吐出口１ｃとの間に開閉弁Ｖ１が設けられ、接続配管には開閉弁Ｖ２が設けられる。
【0024】
本実施の形態では、圧縮機７、逆止弁８及び切替機構９により、エジェクタモード、並列ハイブリッドモード、直列ハイブリッドモード、圧縮式モードの４つの運転モードに切り替えられる（図３参照）。エジェクタモードでは、圧縮機７がオフ、ポンプ３がオン、開閉弁Ｖ１が閉、開閉弁Ｖ２が閉となり、図５に示したエジェクタ１のみによるエジェクタ冷凍サイクルとなる。このエジェクタモードは、圧縮機７を停止しているため、低消費電力で駆動することができるが、高背圧下では駆動することができない。
【0025】
並列ハイブリッドモードでは、圧縮機７がオン、ポンプ３がオン、開閉弁Ｖ１が開、開閉弁Ｖ２が閉となる。このモードでは、蒸発器６からの冷媒は、圧縮機７に吸引される冷媒と、逆止弁８を通りエジェクタ１の吸引入口１ｂに吸引される冷媒とに分岐される。圧縮機７により圧縮された冷媒とエジェクタ１で圧縮された冷媒とは、凝縮器２の上流にて合流し、凝縮器２に送られる。なお、凝縮器２の上流側に内部熱交換器などの放熱器を設けるようにしてもよい。この並列ハイブリッドモードは、圧縮機７により、エジェクタ１の冷凍能力低下分を補填することが可能であり、中背圧条件下で有効である。
【0026】
直列ハイブリッドモードでは、圧縮機７がオン、ポンプ３がオン、開閉弁Ｖ１が閉、開閉弁Ｖ２が開となる。このモードでは、蒸発器６からの冷媒は、圧縮機７に吸引された後、エジェクタ１の吸引入口１ｂに吸引される。この直列ハイブリッドモードでは、エジェクタ１により圧縮機７の吐出圧力を下げることができるため、圧縮機７の消費電力が抑えられ、従来の圧縮式冷凍サイクルよりも高い効率（ＣＯＰ）を達成することができる。直列ハイブリッドモードは、中背圧から高背圧の条件下において有効である。
【0027】
圧縮式モードでは、圧縮機７がオン、ポンプ３がオフ、開閉弁Ｖ１が開、開閉弁Ｖ２が閉となる。このモードは、エジェクタ冷凍サイクルではなく、一般的な圧縮式冷凍サイクルとなる。圧縮式モードは、最も効率が低くなるが、排熱等の熱源水がなくても駆動することができる。すなわち、熱供給源２０から供給される熱源水の熱源が得られない場合であっても、本エジェクタ冷凍装置を停止せずに安定して運転することが可能となる。
【0028】
なお、圧縮機圧力センサＳ１は、圧縮機７の吸引側の冷媒圧力である圧縮機圧力Ｐｓを検出する。また、背圧センサＳ２は、エジェクタ１の吐出側の冷媒圧力である背圧Ｐｄを検出する。さらに、熱源水温度センサＳ３は、蒸気生成器４に供給される熱源水の熱源水温度Ｔｗを検出する。
【0029】
制御部Ｃは、冷媒の圧力や温度、熱源水の温度などを検出して、ポンプ３、膨張弁５、圧縮機７、切替機構９などを制御する。制御部Ｃは、特に、圧縮機圧力Ｐｓ、背圧Ｐｄ、熱源水温度Ｔｗを検出し、運転モードの切替制御を行う。制御部Ｃは、運転モードの切替制御の際、圧縮機圧力Ｐｓに対する背圧Ｐｄの圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）を用いる。
【0030】
＜運転モードに対する効率及び冷凍能力＞
図２は、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）に対する運転モード効率及び冷凍能力の変化を示す図である。図２に示すように、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第１閾値Ｒ１２未満の低背圧の領域Ｅ１では、曲線Ｍ１が示すようにエジェクタモードの効率及び冷凍能力が高い。また、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第１閾値Ｒ１２以上で第２閾値Ｒ２３未満の中背圧の領域Ｅ２では、曲線Ｍ２が示すように並列ハイブリッドモードの効率及び冷凍能力が高い。さらに、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第２閾値Ｒ２３以上の高背圧の領域Ｅ３では、曲線Ｍ３，Ｍ４が示すように直列ハイブリッドモード及び圧縮式モードの効率及び冷凍能力が高い。したがって、制御部Ｃは、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が領域Ｅ１の場合、エジェクタモードに切り替え、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が領域Ｅ２の場合、並列ハイブリッドモードに切り替え、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が領域Ｅ３の場合、直列ハイブリッドモードに切り替える。なお、各運転モードに対する圧縮機７、ポンプ３、開閉弁Ｖ１、開閉弁Ｖ２の切替制御内容は、上記のように、図３に示すとおりである。
図２は、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）に対する運転モード効率及び冷凍能力の変化を示す図である。図２に示すように、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第１閾値Ｒ１２未満の低背圧の領域Ｅ１では、曲線Ｍ１が示すようにエジェクタモードの効率及び冷凍能力が高い。また、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第１閾値Ｒ１２以上で第２閾値Ｒ２３未満の中背圧の領域Ｅ２では、曲線Ｍ２が示すように並列ハイブリッドモードの効率及び冷凍能力が高い。さらに、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第２閾値Ｒ２３以上の高背圧の領域Ｅ３では、曲線Ｍ３，Ｍ４が示すように直列ハイブリッドモード及び圧縮式モードの効率及び冷凍能力が高い。したがって、制御部Ｃは、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が領域Ｅ１の場合、エジェクタモードに切り替え、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が領域Ｅ２の場合、並列ハイブリッドモードに切り替え、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が領域Ｅ３の場合、直列ハイブリッドモードに切り替える。なお、各運転モードに対する圧縮機７、ポンプ３、開閉弁Ｖ１、開閉弁Ｖ２の切替制御内容は、上記のように、図３に示すとおりである。
【0031】
＜モード切替処理＞
図４は、制御部Ｃによる運転モードのモード切替処理手順を示すフローチャートである。図４に示すように、制御部Ｃは、まず、熱源水温度Ｔｗ、圧縮機圧力Ｐｓ、背圧Ｐｄを計測する（ステップＳ１０１）。その後、熱源水温度Ｔｗが所定閾値温度Ｔｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。熱源水温度Ｔｗが所定閾値温度Ｔｔｈ未満である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、運転モードを圧縮式モードに切り替え（ステップＳ１０３）、本処理を終了する。
図４は、制御部Ｃによる運転モードのモード切替処理手順を示すフローチャートである。図４に示すように、制御部Ｃは、まず、熱源水温度Ｔｗ、圧縮機圧力Ｐｓ、背圧Ｐｄを計測する（ステップＳ１０１）。その後、熱源水温度Ｔｗが所定閾値温度Ｔｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。熱源水温度Ｔｗが所定閾値温度Ｔｔｈ未満である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、運転モードを圧縮式モードに切り替え（ステップＳ１０３）、本処理を終了する。
【0032】
一方、熱源水温度Ｔｗが所定閾値温度Ｔｔｈ未満でない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、さらに、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第１閾値Ｒ１２未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第１閾値Ｒ１２未満である場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、運転モードをエジェクタモードに切り替え（ステップＳ１０５）、本処理を終了する。
【0033】
圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第１閾値Ｒ１２未満でない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、さらに、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第２閾値Ｒ２３未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第２閾値Ｒ２３未満である場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、運転モードを並列ハイブリッドモードに切り替え（ステップＳ１０７）、本処理を終了する。
【0034】
一方、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が第２閾値Ｒ２３未満でない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、運転モードを直列ハイブリッドモードに切り替え（ステップＳ１０８）、本処理を終了する。
【0035】
従来、直列ハイブリッド方式による冷凍サイクルでは、図８に示すように、中背圧の領域ＥＢにおいて、圧縮機７が運転できずに効率及び冷凍能力が低下するが、本実施の形態ではこの中背圧の領域ＥＢにおいて並列ハイブリッドモードに切り替えることにより、効率及び冷凍能力の低下を抑えることができる。
【0036】
また、従来、並列ハイブリッド方式による冷凍サイクルでは、図１０に示すように、高背圧の領域において効率及び冷凍能力が低下するが、本実施の形態では、この高背圧の領域において直列ハイブリッドモードに切り替えることによって、効率及び冷凍能力の低下を抑えることができる。
【0037】
本実施の形態では、圧縮機を導入したエジェクタ冷凍装置において、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）の全領域に対して効率及び冷凍能力の高い運転モードに切り替えることができ、エジェクタ冷凍サイクルに圧縮機を導入したハイブリッド形式の冷凍サイクルを適用する場合に、冷凍能力及び装置効率の低下の発生を抑えることができる。
【0038】
なお、第１閾値Ｒ１２及び第２閾値Ｒ２３、さらに所定閾値温度Ｔｔｈは、エジェクタ冷凍装置に対して事前に性能試験などを行って予め決定されるものである。この第１閾値Ｒ１２は、例えば、背圧上昇によりエジェクタ１のみによる効率が低下する点であり、第２閾値Ｒ２３は、例えば、背圧低下により圧縮機７が運転できなくなる点である。
【0039】
さらに、圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）に替えて、圧力差（Ｐｄ－Ｐｓ）をパラメータとして用いてもよい。また、圧縮機圧力Ｐｓに替えて圧縮機７と吸引入口１ｂとの間の圧力を用いてもよい。また、圧縮機圧力Ｐｓに替えて、蒸発器６の入口側、すなわち膨張弁５による膨張後の温度を間接的に用いてもよいし、背圧Ｐｄに替えて、凝縮器２による凝縮後の温度や冷却水の温度などを間接的に用いてもよい。さらに、熱源水温度Ｔｗに替えて、熱源水の流量であってもよい。
【0040】
また、逆止弁８は、制御部Ｃによって制御される電磁弁などの開閉弁であってもよい。なお、コスト面からは、逆止弁８とするとよい。
【0041】
なお、上記の実施の形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
【符号の説明】
【0042】
１ エジェクタ
１ａ 駆動流入口
１ｂ 吸引入口
１ｃ 吐出口
２ 凝縮器
３ ポンプ
４ 蒸気生成器
５ 膨張弁
６ 蒸発器
７ 圧縮機
８ 逆止弁
９ 切替機構
９ａ，９ｂ 接続点
２０ 熱供給源
Ｃ 制御部
Ｅ１～Ｅ３，ＥＢ 領域
Ｍ１～Ｍ４ 曲線
Ｐ１，Ｐ２ 分岐点
Ｐｄ 背圧
Ｐｓ 圧縮機圧力
Ｒ１２ 第１閾値
Ｒ２３ 第２閾値
Ｓ１ 圧縮機圧力センサ
Ｓ２ 背圧センサ
Ｓ３ 熱源水温度センサ
Ｔｔｈ 所定閾値温度
Ｔｗ 熱源水温度
Ｖ１，Ｖ２ 開閉弁
１ａ 駆動流入口
１ｂ 吸引入口
１ｃ 吐出口
２ 凝縮器
３ ポンプ
４ 蒸気生成器
５ 膨張弁
６ 蒸発器
７ 圧縮機
８ 逆止弁
９ 切替機構
９ａ，９ｂ 接続点
２０ 熱供給源
Ｃ 制御部
Ｅ１～Ｅ３，ＥＢ 領域
Ｍ１～Ｍ４ 曲線
Ｐ１，Ｐ２ 分岐点
Ｐｄ 背圧
Ｐｓ 圧縮機圧力
Ｒ１２ 第１閾値
Ｒ２３ 第２閾値
Ｓ１ 圧縮機圧力センサ
Ｓ２ 背圧センサ
Ｓ３ 熱源水温度センサ
Ｔｔｈ 所定閾値温度
Ｔｗ 熱源水温度
Ｖ１，Ｖ２ 開閉弁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】