JP2003185275A

JP2003185275A - エジェクタ方式の減圧装置

Info

Publication number: JP2003185275A
Application number: JP2001386376A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nomura; 哲野村; Takeshi Sakai; 猛酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: JP3941495B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ニードル弁にてノズルの絞り開度を調節する
エジェクタにおいて、エジェクタ効率ηｅが悪化してし
まうことを抑制する。【解決手段】「冷媒通路断面積の増減が繰り返されな
い」ように、ニードル弁４４０の先端側を釣り鐘状とす
るとともに、ノズル４１０側を円錐テーパ状の穴とす
る。これにより、冷媒を沸騰させて加速させるという末
広型のノズル４１０の機能を効果的に発揮させることが
できるので、エジェクタ効率ηｅが悪化してしまうこと
を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機にて圧縮さ
れた高温・高圧の冷媒を放冷する放熱器、及び減圧され
た低温・低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器を有し、低温側
の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用され
るエジェクタ方式の減圧装置、いわゆるエジェクタサイ
クル用のエジェクタ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
クタサイクルは、周知のごとく、エジェクタ内のノズル
にて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て圧縮機の消費動力を低減するもの
であるが、エジェクタにおけるエネルギ変換効率（以
下、エジェクタ効率ηｅと呼ぶ。）が低下すると、エジ
ェクタにて吸入圧を十分に上昇させることができなくな
るので、圧縮機の消費動力を十分に低減するできない。

【０００３】一方、エジェクタ内のノズルは一種の固定
絞りであるので、ノズルに流入する冷媒流量が変動する
と、これに呼応してエジェクタ効率ηｅも変動してしま
う。このため、理想的には、冷媒流量に応じてノズルの
絞り開度を可変制御することが望ましい。

【０００４】そこで、発明者等は、図１０に示すよう
に、ニードル弁４４０をノズル４１０内でノズル４１０
の軸線方向に変位させることによりノズル４１０の絞り
開度を調節するエジェクタを検討したが、この検討品で
は、以下のような問題が発生してしまうことが解った。

【０００５】図１０の下方側示すグラフは、ノズル４１
０の軸線方向位置Ｘにおける実質的な冷媒通路断面積Ｓ
の変化を示すもので、このグラフから明らかなように、
ニードル弁４４０の外壁面とノズル４１０の内壁面とが
最も近接する絞り部Ｂを越えてニードル弁４４０の先端
位置に対応する位置Ｃまでは、冷媒流れ下流側に向かう
ほど冷媒通路断面積Ｓが増大していくが、ニードル弁４
４０の先端位置に対応する位置Ｃから喉部の終端部に対
応する位置Ｄまでは、それ以前とは逆に、冷媒通路断面
積Ｓが縮小している。そして、喉部４１１の終端部Ｄ以
降はノズル４１０の末広部４１２であるので、末広形状
に沿って冷媒通路断面積が増大していく。

【０００６】ところで、通路途中に通路面積が最も縮小
した喉部４１１を有する末広型のノズル（ｄｉｖｅｒｇ
ｅｎｔＮｏｚｚｌｅ、ｄｅＬａｖａｌＮｏｚｚｌ
ｅ）は、周知のごとく、喉部４１１以前の先細部４１３
で流体流れを絞って流体を加速し、喉部４１１以降の末
広部４１２で流体を沸騰させることにより音速以上まで
流体を加速するものであるので、図１０のグラフに示さ
れるように、末広部４１２以前、つまり喉部４１１の終
端部Ｄ以前において、冷媒通路断面積Ｓの増減が繰り返
されると、冷媒を沸騰させて加速させるという末広型ノ
ズルの機能が阻害されてしまい、エジェクタ効率ηｅが
悪化してしまう。

【０００７】本発明は、上記点に鑑み、ニードル弁にて
ノズルの絞り開度を調節するエジェクタにおいて、エジ
ェクタ効率ηｅが悪化してしまうことを抑制することを
目的とする。

【０００８】

【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、圧縮機にて
圧縮された高温高圧の冷媒を放冷する放熱器（２０
０）、及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発
器（３００）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる
蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装
置であって、放熱器（２００）から流出した冷媒の圧力
エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張
させるとともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉
部（４１１）を有する末広型のノズル（４１０）と、ノ
ズル（４１０）から噴射する冷媒と蒸発器（３００）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昇圧部
（４２０、４３０）と、ノズル（４１０）内でノズル
（４１０）の軸線方向に変位し、ノズル（４１０）の絞
り開度を調節するニードル弁（４４０）とを備え、喉部
（４１１）の終端部（Ｄ）より冷媒流れ上流側におい
て、ニードル弁（４４０）とノズル（４１０）とによっ
て決定される冷媒の通路断面積の軸線方向位置に関する
２階微分値が０以上となるように、ニードル弁（４４
０）の先端側形状及びノズル（４１０）の内壁形状が設
定されていることを特徴とする。

【０００９】これにより、後述する図４に示されるよう
に、「冷媒通路断面積の増減が繰り返されない」ように
なるので、冷媒を沸騰させて加速させるという末広型の
ノズル（４１０）の機能を効果的に発揮させることがで
き、エジェクタ効率ηｅが悪化してしまうことを防止で
きる。

【００１０】請求項２に記載の発明では、圧縮機にて圧
縮された高温高圧の冷媒を放冷する放熱器（２００）、
及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３
００）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧
縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装置であ
って、放熱器（２００）から流出した冷媒の圧力エネル
ギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させる
とともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４
１１）を有する末広型のノズル（４１０）と、ノズル
（４１０）から噴射する冷媒と蒸発器（３００）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昇圧部（４
２０、４３０）と、ノズル（４１０）内でノズル（４１
０）の軸線方向に変位し、ノズル（４１０）の絞り開度
を調節するニードル弁（４４０）とを備え、ノズル（４
１０）のうち喉部（４１１）より冷媒流れ上流側の冷媒
通路は、喉部（４１１）に近づくほど通路断面積が縮小
する円錐テーパ状に形成されており、さらに、ニードル
弁（４４０）は、その先端側における直径寸法（ｒ）の
軸線方向位置に関する２階微分値が０未満なるように釣
り鐘状に形成されていることを特徴とする。

【００１１】これにより、「冷媒通路断面積の増減が繰
り返されない」ようになるので、冷媒を沸騰させて加速
させるという末広型のノズル（４１０）の機能を効果的
に発揮させることができ、エジェクタ効率ηｅが悪化し
てしまうことを防止できる。

【００１２】請求項３に記載の発明では、圧縮機にて圧
縮された高温高圧の冷媒を放冷する放熱器（２００）、
及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３
００）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧
縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装置であ
って、放熱器（２００）から流出した冷媒の圧力エネル
ギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させる
とともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４
１１）を有する末広型のノズル（４１０）と、ノズル
（４１０）から噴射する冷媒と蒸発器（３００）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昇圧部（４
２０、４３０）と、ノズル（４１０）内でノズル（４１
０）の軸線方向に変位し、ノズル（４１０）の絞り開度
を調節するニードル弁（４４０）とを備え、ノズル（４
１０）のうち喉部（４１１）より冷媒流れ上流側の冷媒
通路は、喉部（４１１）に近づくほど通路断面積が縮小
する円錐テーパ状に形成されており、さらに、ニードル
弁（４４０）は、先端側における直径寸法（ｒ）の軸線
方向位置に関する１階微分値が０未満となり、かつ、先
端側における直径寸法（ｒ）の軸線方向位置に関する３
階微分値が０より大きくなるように、先端側に鋭利な突
起部（４４１）が設けられていることを特徴とする。

【００１３】これにより、「冷媒通路断面積の増減が繰
り返されない」ようになるので、冷媒を沸騰させて加速
させるという末広型のノズル（４１０）の機能を効果的
に発揮させることができ、エジェクタ効率ηｅが悪化し
てしまうことを防止できる。

【００１４】ところで、請求項２に記載の発明では、釣
り鐘状に形成していたので、ニードル弁（４４０）の表
面及びその近傍を流れる冷媒の流線が、ニードル弁（４
４０）の先端以降において衝突するので、ニードル弁
（４４０）以降において、冷媒流れに乱れが発生するお
それが高い。

【００１５】これに対して、本発明では、ニードル弁
（４４０）の先端側を、先端側における直径寸法（ｒ）
の軸線方向位置に関する１階微分値が０未満となり、か
つ、先端側における直径寸法ｒの軸線方向位置Ｘに関す
る３階微分値が０より大きくなるように、ニードル弁
（４４０）の先端側に鋭利な突起部（４４１）を形成し
ているので、ニードル弁（４４０）の表面及びその近傍
を流れる冷媒の流線が、ニードル弁（４４０）の先端以
降で滑らかに合流する。

【００１６】したがって、ニードル弁（４４０）以降に
おいて、冷媒流れに乱れが発生することを抑制できるの
で、エジェクタ効率ηｅが悪化してしまうことを確実に
防止できる。

【００１７】請求項４に記載の発明では、圧縮機にて圧
縮された高温高圧の冷媒を放冷する放熱器（２００）、
及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３
００）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧
縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装置であ
って、放熱器（２００）から流出した冷媒の圧力エネル
ギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させる
とともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４
１１）を有する末広型のノズル（４１０）と、ノズル
（４１０）から噴射する冷媒と蒸発器（３００）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昇圧部（４
２０、４３０）と、ノズル（４１０）内でノズル（４１
０）の軸線方向に変位し、ノズル（４１０）の絞り開度
を調節するニードル弁（４４０）とを備え、ノズル（４
１０）のうち喉部（４１１）より冷媒流れ上流側におけ
る冷媒通路は、直径寸法（Ｒ）の軸線方向位置に関する
１階微分値が０未満となり、かつ、直径寸法（Ｒ）の軸
線方向位置に関する２階微分値が０より大きくなって、
喉部（４１１）に向かうほど縮小するように鼓状に形成
されており、さらに、ニードル弁（４４０）は、先端側
に向かうほど断面積が縮小するように円錐テーパ状に形
成されていることを特徴とする。

【００１８】これにより、「冷媒通路断面積の増減が繰
り返されない」ようになるので、冷媒を沸騰させて加速
させるという末広型のノズル（４１０）の機能を効果的
に発揮させることができ、エジェクタ効率ηｅが悪化し
てしまうことを防止できる。

【００１９】請求項５に記載の発明では、ノズル（４１
０）の絞り開度を最小としたときに、ニードル弁（４４
０）の先端が、冷媒流れにおいて、喉部（４１１）の終
端部（Ｄ）以前に位置するように構成されていることを
特徴とする。

【００２０】これにより、喉部４１１以降で冷媒流れが
ニードル弁（４４０）にて乱されることを防止できるの
で、エジェクタ効率ηｅが悪化してしまうことを確実に
防止できる。

【００２１】請求項６に記載の発明では、圧縮機にて圧
縮された高温高圧の冷媒を放冷する放熱器（２００）、
及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３
００）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧
縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装置であ
って、放熱器（２００）から流出した冷媒の圧力エネル
ギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させる
とともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４
１１）を有する末広型のノズル（４１０）と、ノズル
（４１０）から噴射する冷媒と蒸発器（３００）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昇圧部（４
２０、４３０）と、ノズル（４１０）内でノズル（４１
０）の軸線方向に変位し、ノズル（４１０）の絞り開度
を調節するニードル弁（４４０）とを備え、ニードル弁
（４４０）とノズル（４１０）との間の通路断面積が最
小となる位置から下流側に向かって所定長さに渡って、
前記通路断面積が略一定となるように、ニードル弁（４
４０）の先端側形状及びノズル（４１０）の内壁形状が
設定されていることを特徴とする。

【００２２】これにより、「冷媒通路断面積の増減が繰
り返す」エジェクタに比べて、エジェクタ効率ηｅが悪
化してしまうことを確実に防止できる。

【００２３】請求項７に記載の発明では、放熱器（２０
０）内の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる蒸気圧縮式冷
凍機に、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のエジ
ェクタ方式の減圧装置（４００）を用いたことを特徴と
する。

【００２４】これにより、蒸気圧縮式冷凍機の成績係数
を向上させることができる。

【００２５】なお、請求項８に記載の発明のごとく、冷
媒として二酸化炭素を用いてもよい。

【００２６】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。

【００２７】

【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方式の減圧装置、すなわちエジ
ェクタサイクル用のエジェクタを給湯器用のヒートポン
プサイクルに適用したもので、図１は本実施形態に係る
給湯器用のヒートポンプサイクルの模式図である。

【００２８】圧縮機１００は冷媒を吸入圧縮するもので
あり、放熱器２００は圧縮機１００から吐出した冷媒と
給湯水とを熱交換して給湯水を加熱することにより冷媒
を冷却する高圧側熱交換器である。

【００２９】なお、圧縮機１００は電動モータ（図示せ
ず。）により駆動されており、放熱器２００の加熱能力
を大きくするときには、圧縮機１００の回転数を増大さ
せて圧縮機１００から吐出する冷媒の流量を増大させ、
一方、加熱能力を小さくするときには、圧縮機１００の
回転数を低下させて圧縮機１００から吐出する冷媒の流
量を減少させる。

【００３０】因みに、本実施形態では、冷媒としてフロ
ンを用いているので、放熱器２００内の冷媒圧力は冷媒
の臨界圧力以下であり、放熱器２００にて冷媒が凝縮す
るが、勿論、冷媒として二酸化炭素を用いてもよい。な
お、冷媒として二酸化炭素を用いた場合は、放熱器２０
０内の冷媒圧力は冷媒の臨界圧力以上となり、かつ、放
熱器２００内で冷媒が凝縮することなく、冷媒入口側か
ら冷媒出口側に向かうほど冷媒温度が低下するような温
度分布を有する。

【００３１】蒸発器３００は室外空気と液相冷媒とを熱
交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷媒を蒸発
させて室外空気から吸熱する低圧側熱交換器であり、エ
ジェクタ４００は冷媒を減圧膨張させて蒸発器３００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１００の吸入圧を
上昇させるものである。なお、エジェクタ４００の詳細
は、後述する。

【００３２】また、気液分離器５００はエジェクタ４０
０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５００のうち気相冷媒流
出口は圧縮機１００の吸引側に接続され、液相流出口は
蒸発器３００側の流入側に接続される。

【００３３】なお、エジェクタサイクル全体のマクロ的
作動は、周知のエジェクタサイクルと同じであるので、
本実施形態では、エジェクタサイクル全体のマクロ的作
動の説明は省略する。

【００３４】次に、図２に基づいてエジェクタ４００の
構造について述べる。

【００３５】エジェクタ４００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減圧
膨張させるノズル４１０、ノズル４１０から噴射する高
い速度の冷媒流により蒸発器３００にて蒸発した気相冷
媒を吸引しながら、ノズル４１０から噴射する冷媒流と
を混合する混合部４２０、及びノズル４１０から噴射す
る冷媒と蒸発器３００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４３０等からなるもので
ある。

【００３６】なお、混合部４２０においては、ノズル４
１０から噴射する冷媒流の運動量と、蒸発器３００から
エジェクタ４００に吸引される冷媒流の運動量との和が
保存されるように混合するので、混合部４２０において
も冷媒の静圧が上昇する。一方、ディフューザ４３０に
おいては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷
媒の動圧を静圧に変換するので、エジェクタ４００にお
いては、混合部４２０及びディフューザ４３０の両者に
て冷媒圧力を昇圧する。そこで、混合部４２０とディフ
ューザ４３０とを総称して昇圧部と呼ぶ。

【００３７】つまり、理想的なエジェクタ４００におい
ては、混合部４２０で２種類の冷媒流の運動量の和が保
存されるように冷媒圧力が増大し、ディフューザ４３０
でエネルギーが保存されるように冷媒圧力が増大するこ
とがのぞましい。

【００３８】また、ノズル４１０は、通路途中に通路面
積が最も縮小した喉部４１１を有する末広型のノズルで
あり、ノズル４１０の絞り開度は、ノズル４１０内でニ
ードル弁４４０をアクチュエータ４５０によりノズル４
１０の軸線方向に変位させることによって行う。

【００３９】そして、本実施形態では、図３に示すよう
に、喉部４１１の終端部Ｄより冷媒流れ上流側におい
て、ニードル弁４４０とノズル４１０とによって決定さ
れる冷媒の通路断面積の軸線方向位置に関する２階微分
値が０以上となるように、ニードル弁４４０の先端側形
状及びノズル４１０の内壁形状を設定することにより、
ニードル弁４４０の外壁面とノズル４１０の内壁面とが
最も近接する絞り部Ｂ以降において、冷媒通路断面積の
増減が繰り返されないようにしている。

【００４０】ここで、「通路断面積の軸線方向位置に関
する２階微分値が０以上とする」ことが、「絞り部Ｂ以
降において、冷媒通路断面積の増減が繰り返されない」
ことを意味することを説明しておく。なお、軸線方向
は、冷媒流れ下流側、つまりノズル４１０の出口側に向
かう向きを正の向きとし、絞り部Ｂを基準として正の向
きの軸線方向位置をＸと表す。

【００４１】図４（ａ）のグラフを、「冷媒通路断面積
Ｓの増減が繰り返されない」理想的な冷媒通路断面積Ｓ
と軸方向位置Ｘとの関係を示す関数ｆ（Ｘ）としたと
き、これを１階微分すると、図４（ｂ）に示すグラフと
なる。したがって、図４（ｂ）から明らかなように、関
数ｆ（Ｘ）の２階微分値が０以上であれば、関数ｆ
（Ｘ）は「冷媒通路断面積Ｓの増減が繰り返されない」
理想的な冷媒通路断面積Ｓと軸方向位置Ｘとの関係を示
すこととなる。

【００４２】なお、実際の関数ｆ（Ｘ）は、図３から明
らかなように、１階微分関数ｄｆ（Ｘ）／ｄＸが不連続
となる点Ｃが存在するが、この不連続になる点Ｃは無視
する。

【００４３】そして、本実施形態では、「冷媒通路断面
積Ｓの増減が繰り返されない」ように具体的な構成とし
て、図５に示すような、ニードル弁４４０の先端側形状
及びノズル４１０の内壁形状を設定している。

【００４４】すなわち、ノズル４１０のうち喉部４１１
より冷媒流れ上流側の冷媒通路を、喉部４１１に近づく
ほど通路断面積が縮小する円錐テーパ状に形成するとと
もにニードル弁４４０の先端側形状を、その先端側にお
ける直径寸法ｒの軸線方向位置Ｘに関する２階微分値が
０未満なるように、つまり先端側に向かうほど直径寸法
ｒの変化率が小さくなってニードル弁４４０の外形接線
が軸線に対して直角に近づくような釣り鐘状に形成して
いる。

【００４５】因みに、本実施形態では、直径寸法ｒは、
以下の数式となる。

【００４６】

【数１】ｒ＝[｛Ａ＋（Ｂ−Ａ）×（Ｌ−Ｘ）／Ｌ｝²−Ａ²]^1/2 また、本実施形態では、図６に示すように、ノズル４１
０の絞り開度を最小としたときに、ニードル弁４４０の
先端が、冷媒流れにおいて喉部４１１の終端部Ｄ以前に
位置するように、喉部４１１の軸方向寸法が設定されて
いる。

【００４７】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００４８】本実施形態は、前述のごとく、「冷媒通路
断面積Ｓの増減が繰り返されない」ようにニードル弁４
４０の先端側形状及びノズル４１０の内壁形状を設定し
ているので、冷媒を沸騰させて加速させるという末広型
ノズル４１０の機能を効果的に発揮させることができ、
エジェクタ効率ηｅが悪化してしまうことを防止でき
る。

【００４９】また、ノズル４１０の絞り開度を最小とし
たときに、ニードル弁４４０の先端が、冷媒流れにおい
て喉部４１１の終端部Ｄ以前に位置するように、喉部４
１１の軸方向寸法が設定されているので、喉部４１１以
降の末広部４１２（図５参照）にて冷媒流れがニードル
弁４４０にて乱されることを防止できる。したがって、
末広部４１２にて冷媒を確実に沸騰させて音速以上まで
加速することができるので、エジェクタ効率ηｅが悪化
してしまうことを確実に防止できる。

【００５０】（第２実施形態）本実施形態は、図７に示
すように、ノズル４１０のうち喉部４１１より冷媒流れ
上流側の冷媒通路を、喉部４１１に近づくほど通路断面
積が縮小する円錐テーパ状に形成するとともに、ニード
ル弁４４０の先端側を、先端側における直径寸法ｒの軸
線方向位置Ｘに関する１階微分値が０未満となり、か
つ、先端側における直径寸法ｒの軸線方向位置Ｘに関す
る３階微分値が０より大きくなるように、ニードル弁４
４０の先端側に鋭利な針状の突起部４４１を形成するこ
とにより、「冷媒通路断面積Ｓの増減が繰り返されな
い」ようにしたものである。

【００５１】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００５２】第１実施形態では、ニードル弁４４０の先
端側を、先端側に向かうほど直径寸法ｒの変化率が小さ
くなってニードル弁４４０の外形接線が軸線に対して直
角に近づくような釣り鐘状に形成していたので、ニード
ル弁４４０の表面及びその近傍を流れる冷媒の流線が、
ニードル弁４４０の先端以降において衝突するので、ニ
ードル弁４４０以降において、冷媒流れに乱れが発生す
るおそれが高い。

【００５３】これに対して、本実施形態では、ニードル
弁４４０の先端側を、先端側における直径寸法ｒの軸線
方向位置Ｘに関する１階微分値が０未満となり、かつ、
先端側における直径寸法ｒの軸線方向位置Ｘに関する３
階微分値が０より大きくなるように、ニードル弁４４０
の先端側に鋭利な針状の突起部４４１を形成したので、
ニードル弁４４０の表面及びその近傍を流れる冷媒の流
線が、ニードル弁４４０の先端以降で滑らかに合流す
る。

【００５４】したがって、ニードル弁４４０以降におい
て、冷媒流れに乱れが発生することを抑制できるので、
エジェクタ効率ηｅが悪化してしまうことを確実に防止
できる。

【００５５】因みに、図８（ａ）は直径寸法ｒの軸線方
向位置Ｘと関係を示す関数ｆ（Ｘ）であり、図８（ｂ）
は関数ｆ（Ｘ）の１階微分関数を示し、図（８）（ｃ）
は関数ｆ（Ｘ）の２階微分関数を示す。これらからも明
らかなようように、ニードル弁４４０の先端側を、先端
側における直径寸法ｒの軸線方向位置Ｘに関する１階微
分値が０未満となり、かつ、先端側における直径寸法ｒ
の軸線方向位置Ｘに関する３階微分値が０より大きくな
るようにすれば、図７に示すようなニードル弁４４０を
得ることができる。

【００５６】（第３実施形態）本実施形態は、図９に示
すように、ノズル４１０のうち喉部４１１より冷媒流れ
上流側における冷媒通路を、直径寸法Ｒの軸線方向位置
Ｘに関する１階微分値が０未満となり、かつ、直径寸法
Ｒの軸線方向位置Ｘに関する２階微分値が０より大きく
なって、喉部４４１に向かうほど縮小するように鼓状に
形成するとともに、ニードル弁４４０の先端側を、先端
側に向かうほど断面積が縮小するように円錐テーパ状と
することにより、「冷媒通路断面積Ｓの増減が繰り返さ
れない」ようにしたものである。

【００５７】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、給湯器に本発明を適用したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、冷蔵庫、冷凍庫及び空調装置等の
その他のエジェクタサイクルにも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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】本発明の第１実施形態に係るノズルの説明図で
ある。

【図４】本発明の第１実施形態に係るノズルの形状を説
明するためのグラフである。

【図５】本発明の第１実施形態に係るノズルの拡大図で
ある。

【図６】本発明の第１実施形態に係るノズルの説明図で
ある。

【図７】本発明の第２実施形態に係るノズルの説明図で
ある。

【図８】本発明の第１実施形態に係るノズルの形状を説
明するためのグラフである。

【図９】本発明の第３実施形態に係るノズルの模式図で
ある。

【図１０】試作検討に係るノズルの説明図である。

【符号の説明】

４１０…ノズル、４１１…喉部、４１２…末広部、４１
３…、先細部、４４０…ニードル弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒を
放冷する放熱器（２００）、及び減圧された低温低圧の
冷媒を蒸発させる蒸発器（３００）を有し、低温側の熱
を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエ
ジェクタ方式の減圧装置であって、前記放熱器（２００）から流出した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減圧膨張させると
ともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１
１）を有する末広型のノズル（４１０）と、前記ノズル（４１０）から噴射する冷媒と前記蒸発器
（３００）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
させる昇圧部（４２０、４３０）と、前記ノズル（４１０）内で前記ノズル（４１０）の軸線
方向に変位し、前記ノズル（４１０）の絞り開度を調節
するニードル弁（４４０）とを備え、前記喉部（４１１）の終端部（Ｄ）より冷媒流れ上流側
において、前記ニードル弁（４４０）と前記ノズル（４
１０）とによって決定される冷媒の通路断面積の前記軸
線方向位置に関する２階微分値が０以上となるように、
前記ニードル弁（４４０）の先端側形状及び前記ノズル
（４１０）の内壁形状が設定されていることを特徴とす
るエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項２】圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒を
放冷する放熱器（２００）、及び減圧された低温低圧の
冷媒を蒸発させる蒸発器（３００）を有し、低温側の熱
を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエ
ジェクタ方式の減圧装置であって、前記放熱器（２００）から流出した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減圧膨張させると
ともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１
１）を有する末広型のノズル（４１０）と、前記ノズル（４１０）から噴射する冷媒と前記蒸発器
（３００）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
させる昇圧部（４２０、４３０）と、前記ノズル（４１０）内で前記ノズル（４１０）の軸線
方向に変位し、前記ノズル（４１０）の絞り開度を調節
するニードル弁（４４０）とを備え、前記ノズル（４１０）のうち前記喉部（４１１）より冷
媒流れ上流側の冷媒通路は、前記喉部（４１１）に近づ
くほど通路断面積が縮小する円錐テーパ状に形成されて
おり、さらに、前記ニードル弁（４４０）は、その先端側にお
ける直径寸法（ｒ）の前記軸線方向位置に関する２階微
分値が０未満なるように釣り鐘状に形成されていること
を特徴とするエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項３】圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒を
放冷する放熱器（２００）、及び減圧された低温低圧の
冷媒を蒸発させる蒸発器（３００）を有し、低温側の熱
を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエ
ジェクタ方式の減圧装置であって、前記放熱器（２００）から流出した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減圧膨張させると
ともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１
１）を有する末広型のノズル（４１０）と、前記ノズル（４１０）から噴射する冷媒と前記蒸発器
（３００）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
させる昇圧部（４２０、４３０）と、前記ノズル（４１０）内で前記ノズル（４１０）の軸線
方向に変位し、前記ノズル（４１０）の絞り開度を調節
するニードル弁（４４０）とを備え、前記ノズル（４１０）のうち前記喉部（４１１）より冷
媒流れ上流側の冷媒通路は、前記喉部（４１１）に近づ
くほど通路断面積が縮小する円錐テーパ状に形成されて
おり、さらに、前記ニードル弁（４４０）は、先端側における
直径寸法（ｒ）の前記軸線方向位置に関する１階微分値
が０未満となり、かつ、先端側における直径寸法（ｒ）
の前記軸線方向位置に関する３階微分値が０より大きく
なるように、先端側に鋭利な突起部（４４１）が設けら
れていることを特徴とするエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項４】圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒を
放冷する放熱器（２００）、及び減圧された低温低圧の
冷媒を蒸発させる蒸発器（３００）を有し、低温側の熱
を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエ
ジェクタ方式の減圧装置であって、前記放熱器（２００）から流出した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減圧膨張させると
ともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１
１）を有する末広型のノズル（４１０）と、前記ノズル（４１０）から噴射する冷媒と前記蒸発器
（３００）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
させる昇圧部（４２０、４３０）と、前記ノズル（４１０）内で前記ノズル（４１０）の軸線
方向に変位し、前記ノズル（４１０）の絞り開度を調節
するニードル弁（４４０）とを備え、前記ノズル（４１０）のうち前記喉部（４１１）より冷
媒流れ上流側における冷媒通路は、直径寸法（Ｒ）の前
記軸線方向位置に関する１階微分値が０未満となり、か
つ、直径寸法（Ｒ）の前記軸線方向位置に関する２階微
分値が０より大きくなって、前記喉部（４１１）に向か
うほど縮小するように鼓状に形成されており、さらに、前記ニードル弁（４４０）は、先端側に向かう
ほど断面積が縮小するように円錐テーパ状に形成されて
いることを特徴とするエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項５】前記ノズル（４１０）の絞り開度を最小
としたときに、前記ニードル弁（４４０）の先端が、冷
媒流れにおいて、前記喉部（４１１）の終端部（Ｄ）以
前に位置するように構成されていることを特徴とする請
求項１ないし４のいずれか１つに記載のエジェクタ方式
の減圧装置。
【請求項６】圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒を
放冷する放熱器（２００）、及び減圧された低温低圧の
冷媒を蒸発させる蒸発器（３００）を有し、低温側の熱
を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエ
ジェクタ方式の減圧装置であって、前記放熱器（２００）から流出した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減圧膨張させると
ともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１
１）を有する末広型のノズル（４１０）と、前記ノズル（４１０）から噴射する冷媒と前記蒸発器
（３００）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
させる昇圧部（４２０、４３０）と、前記ノズル（４１０）内で前記ノズル（４１０）の軸線
方向に変位し、前記ノズル（４１０）の絞り開度を調節
するニードル弁（４４０）とを備え、前記ニードル弁（４４０）と前記ノズル（４１０）との
間の通路断面積が最小となる位置から下流側に向かって
所定長さに渡って、前記通路断面積が略一定となるよう
に、前記ニードル弁（４４０）の先端側形状及び前記ノ
ズル（４１０）の内壁形状が設定されていることを特徴
とするエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項７】放熱器（２００）内の圧力が冷媒の臨界
圧力以上となる蒸気圧縮式冷凍機に、請求項１ないし６
のいずれか１つに記載のエジェクタ方式の減圧装置（４
００）を用いたことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項８】冷媒として二酸化炭素を用いたことを特
徴とする請求項７に記載の蒸気圧縮式冷凍機。