JP2004044906A - エジェクタサイクル - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズル効率及びエジェクタ効率を高めながら、広範囲の負荷変動に対応するエジェクタサイクルを提供する。
【解決手段】ノズル４１の冷媒流れ上流側に気液二相域まで減圧膨脹させる可変絞り８０を設け、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように可変絞り８０の絞り開度を制御する。これにより、ノズル効率及びエジェクタ効率を高めながら、広範囲の負荷変動に対応することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】ノズル４１の冷媒流れ上流側に気液二相域まで減圧膨脹させる可変絞り８０を設け、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように可変絞り８０の絞り開度を制御する。これにより、ノズル効率及びエジェクタ効率を高めながら、広範囲の負荷変動に対応することができる。
【選択図】 図１
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、周知のごとく、エジェクタ内のノズル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、ノズルは圧力エネルギーを速度エネルギーに変換するものであるが、ノズルを通過する冷媒は、飽和液線を跨ぐようにして減圧されるため、ノズルの途中で冷媒が気液二相状態となり、ノズルの喉部（ノズル内において最も断面積が小さくなる部位）の壁面近傍において冷媒が沸騰する。一方、ノズルの内壁から離れた中央部においては、冷媒が沸騰し難いため、冷媒の液滴を微粒化することが難しく、ノズル効率及びエジェクタ効率の低下をもたらす要因となっている。
【０００４】
この問題に対して、例えば特開平５−１４９６５２号公報に記載の発明では、ノズルの上流側に開度が固定された固定絞りを配置することより、固定絞りとノズル（エジェクタ）との２段にて冷媒を減圧している。
【０００５】
つまり、初段のノズル（この例では、固定絞り）にて冷媒を一度沸騰させ、二段目のノズル（この例では、エジェクタのノズル）の入口部にて冷媒を拡大させて圧力を回復させることにより、沸騰核を生成させたまま二段目のノズルにて沸騰させるものである。
【０００６】
このため、この二段絞り方式では、二段目のノズルにおける冷媒の沸騰を促進することができるので、ノズルの内壁から離れた中央部においても冷媒を沸騰させることができ、冷媒の液滴を微粒化してノズル効率及びエジェクタ効率を向上させることができる。
【０００７】
しかし、上記公報に記載の発明では、一段目の絞りが固定絞りであるため、流量調整ができず、負荷変動対応範囲が非常に小さくなってしまうという問題点がる。
【０００８】
また、特開平５−０２６５２２号公報に記載の発明では、圧縮機の回転数に基づいてノズルの上流側に設けた可変絞りの開度を制御している。
【０００９】
しかし、冷媒流量は、圧縮機の回転数のみで決定するものではなく、外気温度や内気温度等の熱負荷によっても大きく変化するため、圧縮機の回転数に基づいて可変絞りの開度を制御すると、精度良くエジェクタサイクルを制御することが難しい。
【００１０】
また、圧縮機の回転数に基づいて可変絞りの開度を制御する場合には、高圧側圧力が異常に上昇することを防止するために、圧縮機の回転数のみで冷媒流量が決定しないことから圧縮機の回転数から推定される流量に対して比較的に大きな余裕を見込んで絞り開度を決定する必要がある。
【００１１】
このため、熱負荷が低く流量が小さいときには、絞り開度が大きなりすぎるため、低圧側冷媒圧力、つまり蒸発圧力が下がらず、十分な冷凍能力が発生しないという問題がある。
【００１２】
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、広範囲の負荷変動に対応し得るエジェクタサイクルを提供することを目的とする。
【００１３】
【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、放熱器（２０）とエジェクタ（４０）との間の冷媒通路に設けられ、蒸発器（３０）の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように絞り開度を制御する可変絞り（８０）とを備えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、十分な冷凍能力を発揮させながらノズル効率及びエジェクタ効率を高め、かつ、広範囲の負荷変動に対応する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。
【００１５】
請求項２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、放熱器（２０）とエジェクタ（４０）との間の冷媒通路に設けられ、圧縮機（１０）の冷媒吸入側における冷媒過熱度が所定範囲になるように絞り開度を制御する可変絞り（８０）とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、十分な冷凍能力を発揮させながらノズル効率及びエジェクタ効率を高め、かつ、広範囲の負荷変動に対応する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。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、可変絞り（８０）は、高圧冷媒を気液二相域まで減圧することを特徴とする。
【００１８】
これにより、ノズル効率及びエジェクタ効率を高めながら、広範囲の負荷変動に対応する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。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、可変絞り（８０）は、冷媒過熱度を感知して機械的に作動する機械式膨脹弁であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、可変絞り（８０）は、冷媒過熱度を感知して電気的に作動する電気式膨脹弁であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、可変絞り（８０）とエジェクタ（４０）とが一体化されていることを特徴とするものである。
【００２２】
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。
【００２３】
【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、食品や飲料等を冷蔵・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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
そして、エジェクタ４０は、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、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。
【００３１】
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、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。
【００３２】
可変絞り８０は、放熱器２０とエジェクタ４０との間の冷媒通路、つまりノズル４１の冷媒流れ上流側に設けられて放熱器２０から流出した高圧冷媒を気液二相域まで減圧膨脹させる膨脹弁であり、この可変絞り８０は、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲（例えば、０．１ｄｅｇ〜１０ｄｅｇ）になるように絞り開度を制御するもので、周知の温度式膨脹弁と同様な構造のもである。
【００３３】
具体的には、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒温度を感知する感温部８１内のガス圧と蒸発器３０内の圧力及びバネ圧との釣り合いにより絞り開度を制御すする、いわゆる内部均圧式温度膨張弁と同様な構造を有するものである。
【００３４】
このため、蒸発器３０内の圧力、つまり蒸発器３０での熱負荷が高くなると、可変絞り８０の開度が大きくなり、逆に、蒸発器３０内の圧力、つまり蒸発器３０での熱負荷が低くなると、可変絞り８０の開度が小さくなる。
【００３５】
また、本実施形態では、可変絞り８０のバルブボディ８２をエジェクタ４０と一体化して、可変絞り８０及びエジェクタ４０から減圧部の小型化を図っている。
【００３６】
次に、本実施形態に係るサイクルの概略作動及び特徴点を述べる。
【００３７】
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にて冷却された高圧冷媒は、可変絞り８０にて等エンタルピ的に気液二相域まで減圧された後、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。
【００３８】
したがって、可変絞り８０にて冷媒を一度沸騰させ、ノズル４１の入口部にて冷媒を拡大させて圧力を回復させることにより、沸騰核を生成させたまま二段目のノズルにて沸騰させることができるので、ノズル４１における冷媒の沸騰を促進することができる、冷媒の液滴を微粒化してエジェクタ効率ηｅを向上させることができる（図２参照）。
【００３９】
なお、本実施形態では、冷媒をフロンとして高圧側冷媒圧力、つまりノズル４１に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以下としている。
【００４０】
一方、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。
【００４１】
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。
【００４２】
したがって、本実施形態では、十分な冷凍能力を発揮させながらノズル効率及びエジェクタ効率を高め、かつ、広範囲の負荷変動に対応することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、可変絞り８０として内部均圧式温度膨張弁を採用したが、可変絞り８０として外部均圧式温度膨張弁を採用してもよいことは言うまでもない。
【００４４】
（第２実施形態）
第１実施形態では、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように可変絞り８０の絞り開度を制御したが、本実施形態は、図３に示すように、圧縮機１０の冷媒吸入側における冷媒過熱度が所定範囲（例えば、０．１ｄｅｇ〜３０ｄｅｇ）になるように可変絞り８０の絞り開度を制御するものである。
【００４５】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、機械式の可変絞りであったが、本実施形態は、図４、５に示すように、電気的な温度センサ８４により冷媒温度を検出し、電気式のアクチュエータ８３により絞り開度を制御する電気式の可変絞り８０を用いたものである。
【００４６】
なお、図４は蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように可変絞り８０の絞り開度を制御する例であり、図５は圧縮機１０の冷媒吸入側における冷媒過熱度が所定範囲になるように可変絞り８０の絞り開度を制御する例である。
【００４７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、フロンを冷媒としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷媒として例えば二酸化炭素や炭化水素等を用いてもよい。
【００４８】
また、上述の実施形態では、高圧側冷媒圧力を臨界圧力以下としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、高圧側冷媒圧力を臨界圧力以上としてもよい。
【００４９】
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、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。
【００５０】
また、上述の実施形態では、冷媒温度から過熱度を機械的又は電気的に検出したが、温度と圧力とは相関関係があるので、冷媒圧力から過熱度を機械的又は電気的に検出してもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、可変絞り８０にて気液二相域まで減圧したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
また、上述の実施形態では、可変絞り８０は冷媒を等エンタルピ的に減圧膨脹させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させてもよい。
【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】本発明の第１実施形態に係るエジェクタサイクルの効果を説明するための説明図である。
【図３】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４】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５】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。
【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…可変絞り（温度式膨脹弁）。
【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、周知のごとく、エジェクタ内のノズル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、ノズルは圧力エネルギーを速度エネルギーに変換するものであるが、ノズルを通過する冷媒は、飽和液線を跨ぐようにして減圧されるため、ノズルの途中で冷媒が気液二相状態となり、ノズルの喉部（ノズル内において最も断面積が小さくなる部位）の壁面近傍において冷媒が沸騰する。一方、ノズルの内壁から離れた中央部においては、冷媒が沸騰し難いため、冷媒の液滴を微粒化することが難しく、ノズル効率及びエジェクタ効率の低下をもたらす要因となっている。
【０００４】
この問題に対して、例えば特開平５−１４９６５２号公報に記載の発明では、ノズルの上流側に開度が固定された固定絞りを配置することより、固定絞りとノズル（エジェクタ）との２段にて冷媒を減圧している。
【０００５】
つまり、初段のノズル（この例では、固定絞り）にて冷媒を一度沸騰させ、二段目のノズル（この例では、エジェクタのノズル）の入口部にて冷媒を拡大させて圧力を回復させることにより、沸騰核を生成させたまま二段目のノズルにて沸騰させるものである。
【０００６】
このため、この二段絞り方式では、二段目のノズルにおける冷媒の沸騰を促進することができるので、ノズルの内壁から離れた中央部においても冷媒を沸騰させることができ、冷媒の液滴を微粒化してノズル効率及びエジェクタ効率を向上させることができる。
【０００７】
しかし、上記公報に記載の発明では、一段目の絞りが固定絞りであるため、流量調整ができず、負荷変動対応範囲が非常に小さくなってしまうという問題点がる。
【０００８】
また、特開平５−０２６５２２号公報に記載の発明では、圧縮機の回転数に基づいてノズルの上流側に設けた可変絞りの開度を制御している。
【０００９】
しかし、冷媒流量は、圧縮機の回転数のみで決定するものではなく、外気温度や内気温度等の熱負荷によっても大きく変化するため、圧縮機の回転数に基づいて可変絞りの開度を制御すると、精度良くエジェクタサイクルを制御することが難しい。
【００１０】
また、圧縮機の回転数に基づいて可変絞りの開度を制御する場合には、高圧側圧力が異常に上昇することを防止するために、圧縮機の回転数のみで冷媒流量が決定しないことから圧縮機の回転数から推定される流量に対して比較的に大きな余裕を見込んで絞り開度を決定する必要がある。
【００１１】
このため、熱負荷が低く流量が小さいときには、絞り開度が大きなりすぎるため、低圧側冷媒圧力、つまり蒸発圧力が下がらず、十分な冷凍能力が発生しないという問題がある。
【００１２】
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、広範囲の負荷変動に対応し得るエジェクタサイクルを提供することを目的とする。
【００１３】
【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、放熱器（２０）とエジェクタ（４０）との間の冷媒通路に設けられ、蒸発器（３０）の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように絞り開度を制御する可変絞り（８０）とを備えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、十分な冷凍能力を発揮させながらノズル効率及びエジェクタ効率を高め、かつ、広範囲の負荷変動に対応する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。
【００１５】
請求項２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、放熱器（２０）とエジェクタ（４０）との間の冷媒通路に設けられ、圧縮機（１０）の冷媒吸入側における冷媒過熱度が所定範囲になるように絞り開度を制御する可変絞り（８０）とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、十分な冷凍能力を発揮させながらノズル効率及びエジェクタ効率を高め、かつ、広範囲の負荷変動に対応する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。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、可変絞り（８０）は、高圧冷媒を気液二相域まで減圧することを特徴とする。
【００１８】
これにより、ノズル効率及びエジェクタ効率を高めながら、広範囲の負荷変動に対応する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。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、可変絞り（８０）は、冷媒過熱度を感知して機械的に作動する機械式膨脹弁であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、可変絞り（８０）は、冷媒過熱度を感知して電気的に作動する電気式膨脹弁であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、可変絞り（８０）とエジェクタ（４０）とが一体化されていることを特徴とするものである。
【００２２】
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。
【００２３】
【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、食品や飲料等を冷蔵・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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
そして、エジェクタ４０は、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、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。
【００３１】
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、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。
【００３２】
可変絞り８０は、放熱器２０とエジェクタ４０との間の冷媒通路、つまりノズル４１の冷媒流れ上流側に設けられて放熱器２０から流出した高圧冷媒を気液二相域まで減圧膨脹させる膨脹弁であり、この可変絞り８０は、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲（例えば、０．１ｄｅｇ〜１０ｄｅｇ）になるように絞り開度を制御するもので、周知の温度式膨脹弁と同様な構造のもである。
【００３３】
具体的には、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒温度を感知する感温部８１内のガス圧と蒸発器３０内の圧力及びバネ圧との釣り合いにより絞り開度を制御すする、いわゆる内部均圧式温度膨張弁と同様な構造を有するものである。
【００３４】
このため、蒸発器３０内の圧力、つまり蒸発器３０での熱負荷が高くなると、可変絞り８０の開度が大きくなり、逆に、蒸発器３０内の圧力、つまり蒸発器３０での熱負荷が低くなると、可変絞り８０の開度が小さくなる。
【００３５】
また、本実施形態では、可変絞り８０のバルブボディ８２をエジェクタ４０と一体化して、可変絞り８０及びエジェクタ４０から減圧部の小型化を図っている。
【００３６】
次に、本実施形態に係るサイクルの概略作動及び特徴点を述べる。
【００３７】
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にて冷却された高圧冷媒は、可変絞り８０にて等エンタルピ的に気液二相域まで減圧された後、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。
【００３８】
したがって、可変絞り８０にて冷媒を一度沸騰させ、ノズル４１の入口部にて冷媒を拡大させて圧力を回復させることにより、沸騰核を生成させたまま二段目のノズルにて沸騰させることができるので、ノズル４１における冷媒の沸騰を促進することができる、冷媒の液滴を微粒化してエジェクタ効率ηｅを向上させることができる（図２参照）。
【００３９】
なお、本実施形態では、冷媒をフロンとして高圧側冷媒圧力、つまりノズル４１に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以下としている。
【００４０】
一方、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。
【００４１】
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。
【００４２】
したがって、本実施形態では、十分な冷凍能力を発揮させながらノズル効率及びエジェクタ効率を高め、かつ、広範囲の負荷変動に対応することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、可変絞り８０として内部均圧式温度膨張弁を採用したが、可変絞り８０として外部均圧式温度膨張弁を採用してもよいことは言うまでもない。
【００４４】
（第２実施形態）
第１実施形態では、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように可変絞り８０の絞り開度を制御したが、本実施形態は、図３に示すように、圧縮機１０の冷媒吸入側における冷媒過熱度が所定範囲（例えば、０．１ｄｅｇ〜３０ｄｅｇ）になるように可変絞り８０の絞り開度を制御するものである。
【００４５】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、機械式の可変絞りであったが、本実施形態は、図４、５に示すように、電気的な温度センサ８４により冷媒温度を検出し、電気式のアクチュエータ８３により絞り開度を制御する電気式の可変絞り８０を用いたものである。
【００４６】
なお、図４は蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように可変絞り８０の絞り開度を制御する例であり、図５は圧縮機１０の冷媒吸入側における冷媒過熱度が所定範囲になるように可変絞り８０の絞り開度を制御する例である。
【００４７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、フロンを冷媒としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷媒として例えば二酸化炭素や炭化水素等を用いてもよい。
【００４８】
また、上述の実施形態では、高圧側冷媒圧力を臨界圧力以下としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、高圧側冷媒圧力を臨界圧力以上としてもよい。
【００４９】
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、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。
【００５０】
また、上述の実施形態では、冷媒温度から過熱度を機械的又は電気的に検出したが、温度と圧力とは相関関係があるので、冷媒圧力から過熱度を機械的又は電気的に検出してもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、可変絞り８０にて気液二相域まで減圧したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
また、上述の実施形態では、可変絞り８０は冷媒を等エンタルピ的に減圧膨脹させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させてもよい。
【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】本発明の第１実施形態に係るエジェクタサイクルの効果を説明するための説明図である。
【図３】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４】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５】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。
【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…可変絞り（温度式膨脹弁）。
Claims (6)
- 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、
前記放熱器（２０）と前記エジェクタ（４０）との間の冷媒通路に設けられ、前記蒸発器（３０）の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲になるように絞り開度を制御する可変絞り（８０）とを備えることを特徴とするエジェクタサイクル。 - 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、
前記放熱器（２０）と前記エジェクタ（４０）との間の冷媒通路に設けられ、前記圧縮機（１０）の冷媒吸入側における冷媒過熱度が所定範囲になるように絞り開度を制御する可変絞り（８０）とを備えることを特徴とするエジェクタサイクル。 - 前記可変絞り（８０）は、高圧冷媒を気液二相域まで減圧することを特徴とする請求項１に記載のエジェクタサイクル。
- 前記可変絞り（８０）は、冷媒過熱度を感知して機械的に作動する機械式膨脹弁であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタサイクル。
- 前記可変絞り（８０）は、冷媒過熱度を感知して電気的に作動する電気式膨脹弁であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタサイクル。
- 前記可変絞り（８０）と前記エジェクタ（４０）とが一体化されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のエジェクタサイクル。
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