JP2009162116A - Ejector and refrigeration cycle device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エジェクタとそのエジェクタを用いる冷凍サイクル装置に関し、特にエジェクタ内駆動ノズルでの流動状態を制御し、高効率化を図るノズル構造に関するものである。 The present invention relates to an ejector and a refrigeration cycle apparatus using the ejector, and more particularly, to a nozzle structure that controls the flow state in an ejector drive nozzle and achieves high efficiency.
以下、従来のエジェクタ技術について説明する。
空調・冷凍・給湯装置などにエジェクタを組み込んで構成した冷凍サイクル装置がある。これはエジェクタの吸引作用で蒸発ガスを吸引し昇圧させることで、圧縮機吸入圧力を上昇させるので、圧縮機の圧縮比を低減でき冷凍サイクルの効率を高める効果がある。エジェクタは、放熱器の下流に配置されており、放熱器から導かれる冷媒を高速で噴出させる駆動ノズル(以下、ノズルと称する)や、このノズルから噴出した冷媒を拡散させるディフューザ等で構成されている。従来、この冷凍サイクル装置に用いられるエジェクタの駆動流量を制御する機構として、エジェクタの上流に絞り機構を設けた2段絞り方式の流量制御機構を採用したエジェクタ搭載冷凍サイクルがあった。図10にこの2段絞り方式の流量制御機構を採用したエジェクタ搭載冷凍サイクルの冷媒回路を示す。ここで、従来の2段絞り方式の流量制御機構とは、エジェクタ5の上流に膨張弁3を設けて膨張弁3とエジェクタノズル喉部とで2段階に駆動流量を制御する方式をいう。なお、図10において、1は圧縮機、2は放熱側熱交換器(凝縮器)、6は気液分離器、7は膨張弁、8は負荷側第1熱交換器(蒸発器)、9は負荷側第2熱交換器(蒸発器)、11は室外送風機、12は室内第1送風機、13は室内第2送風機、20は制御装置、21は第1温度検出器、22は第2温度検出器、100は室外ユニット、101は室内ユニット、102、103は室外ユニット100と室内ユニット101を接続する接続配管である。
Hereinafter, conventional ejector technology will be described.
There are refrigeration cycle devices that are configured by incorporating an ejector into an air conditioning, refrigeration, or hot water supply device. This is because the suction pressure of the ejector sucks the evaporative gas and raises the pressure, thereby increasing the compressor suction pressure, thereby reducing the compression ratio of the compressor and increasing the efficiency of the refrigeration cycle. The ejector is disposed downstream of the radiator, and includes a drive nozzle (hereinafter referred to as a nozzle) that ejects the refrigerant guided from the radiator at high speed, a diffuser that diffuses the refrigerant ejected from the nozzle, and the like. Yes. Conventionally, as a mechanism for controlling the drive flow rate of the ejector used in this refrigeration cycle apparatus, there has been an ejector-mounted refrigeration cycle that employs a two-stage throttle type flow rate control mechanism in which a throttle mechanism is provided upstream of the ejector. FIG. 10 shows a refrigerant circuit of an ejector-mounted refrigeration cycle that employs the two-stage throttle flow control mechanism. Here, the conventional two-stage throttle flow rate control mechanism is a method in which the
従来の2段絞り方式の流量制御機構を採用する場合、ノズル入口に導かれる冷媒が液相冷媒や低乾き度二相冷媒の場合には、ノズル喉部を通過する液成分は径の大きい液滴と液膜とからなっており、液滴群の平均液滴径は大きく、液滴径分布を見ると、噴流の中心部には径の大きい液滴群が、噴流の周辺部には比較的小さい液滴群が分布し、一様でない。これがガス・液間の流速差を大きくし、ノズル効率低下の一因となっていた。図11に2段絞り方式の流量制御機構の概要を示す。図11において、3は膨張弁、110はノズル、111は先細部、112は喉部、113は末広部である。
このような2段絞り方式の流量制御機構の場合、駆動流体(凝縮器からの液冷媒)と吸引流体(図示しないエジェクタ吸引部から吸引される蒸発器からのガス冷媒)との接触面積が減少し、吸引流体を十分に吸引できないとともに、駆動流体と吸引流体とを均質に混合することができないことと、駆動流体と吸引流体との混合初期段階から混合層が発達するまでは、長い混合部が必要となるため、駆動流体と吸引流体との混合性能を十分に得ることができず、管摩擦圧力損失が増加し、エジェクタの効率が低下するという問題があった。
また、管内壁面付近では、速度の速い駆動流体と速度の遅い吸引流体の大きい相対流速差によって境界層が厚くなり剥離し、逆流領域が形成されることがあった。これによって、圧力損失が増加してエジェクタの効率が低下するという問題もあった。
また、エジェクタの効率が低いと、エジェクタで蒸発器からの吸引流体を十分に吸引・昇圧して流出させることができない。従って、このようなエジェクタを冷凍サイクル装置に用いた場合には、蒸発器からの冷媒ガスを十分に吸引できなく冷凍能力が減少するか、圧縮機の吸入圧力を十分に高めることができず冷凍サイクルの効率を向上できないという問題もあった。
When a conventional two-stage throttle flow control mechanism is used, if the refrigerant introduced to the nozzle inlet is a liquid phase refrigerant or a low dryness two-phase refrigerant, the liquid component passing through the nozzle throat is a liquid having a large diameter. It consists of droplets and a liquid film, and the average droplet size of the droplet group is large. Looking at the droplet size distribution, a large droplet group is compared at the center of the jet, and the periphery of the jet is compared Small droplet groups are distributed and not uniform. This increased the flow rate difference between the gas and liquid, and contributed to a decrease in nozzle efficiency. FIG. 11 shows an outline of a two-stage throttle flow control mechanism. In FIG. 11, 3 is an expansion valve, 110 is a nozzle, 111 is a tapered portion, 112 is a throat portion, and 113 is a divergent portion.
In the case of such a two-stage throttle type flow control mechanism, the contact area between the driving fluid (liquid refrigerant from the condenser) and the suction fluid (gas refrigerant from the evaporator sucked from an ejector suction unit (not shown)) is reduced. However, the suction fluid cannot be sufficiently sucked, the driving fluid and the suction fluid cannot be mixed homogeneously, and the mixing section is developed from the initial mixing stage of the driving fluid and the suction fluid until the mixing layer develops. Therefore, there is a problem that the mixing performance of the driving fluid and the suction fluid cannot be sufficiently obtained, the pipe friction pressure loss is increased, and the efficiency of the ejector is lowered.
Further, in the vicinity of the inner wall surface of the pipe, the boundary layer becomes thick and peels off due to a large relative flow velocity difference between the high-speed driving fluid and the low-speed suction fluid, and a backflow region may be formed. As a result, there is a problem that the pressure loss increases and the efficiency of the ejector decreases.
Further, if the efficiency of the ejector is low, the ejector cannot sufficiently suck out and pressurize the suction fluid from the evaporator. Therefore, when such an ejector is used in a refrigeration cycle apparatus, the refrigerant gas from the evaporator cannot be sufficiently sucked and the refrigeration capacity is reduced, or the suction pressure of the compressor cannot be sufficiently increased, There was also a problem that the efficiency of the cycle could not be improved.
従来例ではこのノズル効率の低下を防ぐため、前記放熱器と前記エジェクタとの間に加熱手段を配置し、前記加熱手段で前記液相冷媒を加熱することにより、前記液相冷媒のエンタルピーを所定量増加させ効率を向上する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。しかし、ヒータなどの加熱手段を用いる方法はシステムのコストをアップさせるだけでなく、COP(冷凍サイクルの成績係数)を低下させることになる。 In the conventional example, in order to prevent the nozzle efficiency from being lowered, a heating unit is disposed between the radiator and the ejector, and the liquid phase refrigerant is heated by the heating unit, thereby reducing the enthalpy of the liquid phase refrigerant. A method for improving the efficiency by increasing the quantity is known (see, for example, Patent Document 1). However, the method using a heating means such as a heater not only increases the cost of the system, but also reduces the COP (coefficient of performance of the refrigeration cycle).
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、冷凍サイクル装置に搭載されるエジェクタにおいてガス・液間流速差を低減させることにより、ノズル効率を向上させることができるエジェクタを提供することを目的とする。
また、エジェクタ効率を向上することで、冷凍能力を増加させるか、圧縮機の吸入圧力を高めて圧縮機の圧縮比を低減でき、効率のよい冷凍サイクル装置を得ることを目的とするものである。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an ejector that can improve nozzle efficiency by reducing a gas-liquid flow rate difference in an ejector mounted on a refrigeration cycle apparatus. For the purpose.
Another object of the present invention is to obtain an efficient refrigeration cycle apparatus by increasing the refrigeration capacity by increasing the ejector efficiency or increasing the suction pressure of the compressor to reduce the compression ratio of the compressor. .
本発明に係るエジェクタは、ノズル部が、先細部と喉部と末広部とを備え、前記先細部の上流に駆動流として液冷媒とガス冷媒を混合させる気液混合部を備えたものである。 In the ejector according to the present invention, the nozzle portion includes a tapered portion, a throat portion, and a divergent portion, and a gas-liquid mixing portion that mixes liquid refrigerant and gas refrigerant as a driving flow upstream of the tapered portion. .
本発明のエジェクタはノズル部が上記のように構成されているので、ノズル部出口から微細液滴が噴出して、ガス・液混合が促進され、エジェクタ効率が向上する。また、ヒータなどの他の熱源を必要とせず、効率の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。 In the ejector of the present invention, the nozzle portion is configured as described above, so that fine droplets are ejected from the nozzle portion outlet, gas / liquid mixing is promoted, and the ejector efficiency is improved. Further, it is possible to provide a highly efficient refrigeration cycle apparatus without requiring another heat source such as a heater.
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置について図1を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。
この冷凍サイクル装置は、室外ユニット100と室内ユニット101とで構成され、さらに室外ユニット100と室内ユニット101は接続配管102、103で接続されて閉回路の冷凍サイクルを構成している。冷媒回路を構成する配管内部には冷媒として、例えばCO2やR404a、R410A、R32、イソブタン、プロパンのいずれか1つが封入されている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to
This refrigeration cycle apparatus includes an
室外ユニット100内には、圧縮機1、凝縮器である放熱側熱交換器2、放熱側熱交換器2から室内ユニット101側のエジェクタ5に駆動流として流入する冷媒流量を制御する第1膨張弁3、および圧縮機1からの吐出ガスの一部をバイパスし、放熱側熱交換器2からの液冷媒と混合し、上記エジェクタ5に駆動流として流入するガス冷媒流量を制御する第2膨張弁4が設置され、これらを配管で接続配管102、103の各一端に接続する構成となっている。また、上記第2膨張弁4は、圧縮機1と放熱側熱交換器2の間の配管とエジェクタ5とを接続するバイパス管10に設けられている。なお、圧縮機1はインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプである。また、第1膨張弁3、第2膨張弁4はいずれも開度が可変に制御される電子膨張弁であり、それぞれ第1可変絞り装置、第2可変絞り装置を構成する。
In the
室内ユニット101内には、エジェクタ5、気液分離器6、第3膨張弁7、蒸発器である負荷側第1熱交換器8と負荷側第2熱交換器9が設置され、これらを配管で接続配管102、103の各他端に接続する構成となっている。気液分離器6で分離された液冷媒を導く配管は、第3膨張弁7、負荷側第1熱交換器8を介してエジェクタ5の吸引部に接続されており、気液分離器6で分離されたガス冷媒を導く配管は、負荷側第2熱交換器9を介して圧縮機1に接続されている。また、補助蒸発器として負荷側第2熱交換器9が気液分離器6と圧縮機1の間に接続されているので、気液分離器6のガス分離効率が低くなった時でも負荷側第2熱交換器9で吸熱するため、圧縮機1に液冷媒が混入しないようにすることができる。
In the
放熱側熱交換器2、負荷側第1熱交換器8、負荷側第2熱交換器9は、プレートフィンとパイプで構成されるプレートフィンチューブ型の熱交換器であり、熱交換器の外表面へ空気を送風する室外送風機11、室内第1送風機12、室内第2送風機13をそれぞれ備えている。
The heat radiation
また、負荷側第1熱交換器8とエジェクタ5の間には第1温度検出器21が、負荷側第2熱交換器9と圧縮機1の間には第2温度検出器22が設置され、それぞれ設置箇所の冷媒温度を検出し、その信号は室外ユニット100内に設置された制御装置20に入力される。制御装置20は、この冷媒温度検知情報に基づいて、圧縮機1の回転数、第1膨張弁3および第2膨張弁4の開度を制御することにより冷媒流量制御を行う。
A
次に、この冷凍サイクル装置に使用されるエジェクタ5の構造を図2に示す。図2(a)はエジェクタ5のノズル部50の構造と作用の説明図で、図2(b)はエジェクタ5の概略構成図である。
エジェクタ5は、ノズル部50、エジェクタ混合部51、ディフューザ部52から構成され、さらに冷媒を吸引するためのエジェクタ吸引部53を備えている。ノズル部50の入口部は後述する気液混合部57と接続され、エジェクタ吸引部53は負荷側第1熱交換器8の出口部と接続され、ディフューザ部52の出口部は気液分離器6の入口部と接続されている。そして、このエジェクタ5のノズル部50は、気液混合機構を備える先細−末広の構造となっている。すなわち、ノズル部50は、流路断面積が漸減する先細部54と、断面積がもっとも小さい喉部55と、断面積が漸増する末広部56とから構成されており、さらに先細部54の上流に駆動流として液冷媒とガス冷媒を混合する気液混合部57を備えている。
Next, the structure of the
The
上記のように構成されたエジェクタ5のノズル部50においては、放熱側熱交換器(凝縮器)2から流出する液冷媒は第1膨張弁3で減圧された後、気液混合部57に駆動流として流入する。また、圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒の一部はバイパス管10を通り、第2膨張弁4で減圧された後、気液混合部57に駆動流として流入し上記液冷媒と混合する。このように気液混合部57で駆動流として液冷媒とガス冷媒とを混合してから、その混合二相流を先細部54に通し加速させて喉部55下流に噴出させる。すなわち、先細部54では混合二相流を減圧膨張させ、喉部55で音速とし、さらに末広部56で減圧して超音速として噴出させる。このとき、負荷側第1熱交換器8で吸熱し蒸発したガス冷媒がエジェクタ吸引部53から吸引され、上記混合二相流と混合し、エジェクタ混合部51で圧力を回復し、さらにディフューザ部52で圧力を上昇させて流出する。
In the
ここで、エジェクタ5のノズル部50の作用について、さらに詳しく説明する。図3はノズル内の静圧分布を従来例と比較して示す図である。図3中の実線は従来例を示し、気液混合部を設けない2段絞り方式の場合であり、冷媒を乾き度小の状態で供給した場合のノズル内静圧分布をあらわしている。点線は本実施形態の場合であり、冷媒を乾き度大の状態で供給した場合のノズル内静圧分布をあらわしている。図3の横軸はノズルの入口(Xin)からの距離X(mm)を示し、縦軸は各位置での圧力P(MPa)を示す。
本実施形態の場合、ノズル部50の先細部54に混合二相冷媒が流入すると、喉部55近傍で従来例よりもはやく急減圧しフラッシングする(フラッシング流れとなる)。その後、混合二相冷媒は末広部56でさらに減圧して乾き度が増加するとともに加速する。
従って、従来例のように単に2段絞り方式とした場合よりも、本実施形態のようにさらに気液混合部57を設けて液冷媒とガス冷媒を混合させてからノズル部50に供給する方式とした方が、冷媒の乾き度をより高めることができる。冷媒の乾き度は、第1膨張弁3、第2膨張弁4のいずれか一方もしくは両方の開度を制御することにより、0〜0.4の範囲内に調整することが望ましい。なお、冷媒の乾き度は、単位流量の液体質量に対する気体質量の割合であり、0は飽和液、1は飽和蒸気を意味する。
Here, the operation of the
In the case of the present embodiment, when the mixed two-phase refrigerant flows into the tapered
Therefore, compared to the case of simply using the two-stage throttle method as in the conventional example, the gas-
図4はノズル内の温度分布を従来例と比較して示す図である。図4中の太線は気液混合部を設けない2段絞り方式の従来例を示し、細線は本実施形態の場合である。また、太線の実線は乾き度小の液冷媒、点線は乾き度小のガス冷媒、細線の実線は乾き度大の液冷媒、点線は乾き度大のガス冷媒を、ノズル部に供給した場合である。図4の横軸はノズルの入口(Xin)からの距離X(mm)を示し、縦軸は各位置での温度(℃)を示す。
図4から、本実施形態、従来例ともに、喉部55直後の一定区間の急激なフラッシング過程中に、液冷媒とガス冷媒間に大きな熱的非平衡が存在することがわかる。その後、熱的非平衡は緩和され、ノズル出口まで殆んど平衡状態で緩やかに膨張する。しかし、本実施形態の場合、液冷媒とガス冷媒間の熱的非平衡は従来例よりも小さく、かつ早く緩和されることがわかる。
FIG. 4 is a diagram showing the temperature distribution in the nozzle in comparison with the conventional example. The thick line in FIG. 4 shows a conventional example of a two-stage drawing method without a gas-liquid mixing unit, and the thin line is the case of this embodiment. The thick solid line indicates a low dryness refrigerant, the dotted line indicates a low dryness gas refrigerant, the thin solid line indicates a high dryness liquid refrigerant, and the dotted line indicates a high dryness gas refrigerant. is there. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the distance X (mm) from the nozzle inlet (Xin), and the vertical axis indicates the temperature (° C.) at each position.
4 that both the present embodiment and the conventional example have a large thermal non-equilibrium between the liquid refrigerant and the gas refrigerant during the rapid flushing process in a certain section immediately after the
図5はノズル内の流速分布を従来例と比較して示す図である。図5の太線は気液混合部を設けない2段絞り方式の従来例を示し、細線は本実施形態の場合である。また、太線の実線は乾き度小の液冷媒、点線は乾き度小のガス冷媒、細線の実線は乾き度大の液冷媒、点線は乾き度大のガス冷媒を、ノズル部に供給した場合である。図5の横軸はノズルの入口(Xin)からの距離X(mm)を示し、縦軸は各位置での流速(m/s)を示す。
ノズル内の流速分布についても同様に、本実施形態、従来例ともに、喉部55直後の一定区間の急激なフラッシング過程中に、ガス冷媒と液冷媒の流速間に速度の非平衡が存在することがわかる。しかし、本実施形態の場合でも、液冷媒とガス冷媒間の流速の非平衡は従来例よりも小さく、かつ早く緩和されることがわかる。
FIG. 5 is a diagram showing the flow velocity distribution in the nozzle in comparison with the conventional example. The thick line in FIG. 5 shows a conventional example of a two-stage throttle system without a gas-liquid mixing part, and the thin line is the case of this embodiment. The thick solid line indicates a low dryness refrigerant, the dotted line indicates a low dryness gas refrigerant, the thin solid line indicates a high dryness liquid refrigerant, and the dotted line indicates a high dryness gas refrigerant. is there. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the distance X (mm) from the nozzle inlet (Xin), and the vertical axis indicates the flow velocity (m / s) at each position.
Similarly, with respect to the flow velocity distribution in the nozzle, in both of the present embodiment and the conventional example, there is a velocity non-equilibrium between the flow velocity of the gas refrigerant and the liquid refrigerant during the rapid flushing process in a certain section immediately after the
このように、本実施形態では、圧縮機1から吐出される高温高圧のガス冷媒の一部をバイパス管10を介して気液混合部57に供給するとともに、そのガス冷媒と放熱側熱交換器(凝縮器)2から供給される液冷媒とを気液混合部57で混合させつつ、エジェクタ5のノズル部50に駆動流として供給するので、喉部55通過後の気液二相冷媒の液成分が微細な液滴となる。従って、その微細液滴をノズル部出口から噴出することで、エジェクタ混合部51でさらにガス・液混合が促進されるため、エジェクタ効率が向上する。特に、本実施形態ではR404A、R410Aのような気液間密度差が大きい冷媒において、その効果が大きい。
また、従来のようにエジェクタ駆動流の液冷媒を加熱するヒータなどの他の熱源を必要としないため、安価で効率の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。
Thus, in this embodiment, while supplying a part of high-temperature / high pressure gas refrigerant discharged from the
Moreover, since other heat sources such as a heater for heating the liquid refrigerant in the ejector drive flow are not required as in the prior art, an inexpensive and highly efficient refrigeration cycle apparatus can be provided.
図6に喉部直径が2.5mmのノズルに飽和液で流入する場合に対し、ボイド率0.6で流入する場合に飽和液と同量の流量を流すために必要な喉部の直径を示す。なお、ボイド率というのは、全容積に対する気体容積の割合である。
図6からわかるように、気液二相で流入する場合は飽和液で流入する場合と比較し、喉部径が大きくなる。つまり、ボイド率0.6で流入する場合は喉部径を2.5mmから3mmにする必要がある。
従って、本実施形態では、同量の流量に対し、従来の2段絞り方式に比べてノズル喉部径を大きくすることができるので、異物の詰まりが少なくなる効果が得られる。特に、喉部径が2mm以下である空調・冷凍・給湯装置用エジェクタには有効である。
また、気液混合部57を設けたエジェクタ5は、第2膨張弁4を備えていることにより圧縮機1吸入部の冷媒状態を制御することができるので、インバータ機等の幅広い流量範囲で使用される冷凍サイクルに好適に利用することができる。
FIG. 6 shows the diameter of the throat necessary for flowing the same amount of flow as that of the saturated liquid when flowing at a void rate of 0.6 when the throat diameter flows into a nozzle having a throat diameter of 2.5 mm. Show. Note that the void ratio is the ratio of the gas volume to the total volume.
As can be seen from FIG. 6, the throat diameter is larger when the gas-liquid two-phase flow is performed than when the saturated liquid is flowed. That is, when flowing in with a void rate of 0.6, the throat diameter needs to be 2.5 mm to 3 mm.
Therefore, in the present embodiment, the nozzle throat diameter can be increased with respect to the same amount of flow as compared with the conventional two-stage throttle method, so that an effect of reducing clogging of foreign matters can be obtained. In particular, the present invention is effective for an ejector for an air conditioning / freezing / hot water supply apparatus having a throat diameter of 2 mm or less.
Moreover, since the
図7(a)はエジェクタ5の構造を示し、図7(b)はエジェクタ5内部の圧力変化を示す図であり、エジェクタ5の各位置(X1〜X6)における圧力をあらわしている。図8は図1に示した冷凍サイクル装置のp−h線図である。
図7、図8を参照して、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の動作を説明する。
FIG. 7A shows the structure of the
The operation of the refrigeration cycle apparatus according to
圧縮機1から吐出された高温・高圧のガス冷媒R1は、主に放熱側熱交換器2で空気へ放熱して自身は凝縮・液化し、液冷媒R2となる。ガス冷媒R1の他の一部は第2膨張弁4により減圧されてR2’の状態となり、バイパス管10を通ってエジェクタ5の気液混合部57へバイパスされる。
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant R1 discharged from the
放熱側熱交換器2で放熱した液冷媒R2は気液混合部57に流入し、圧縮機1と放熱側熱交換器2入口との間からバイパスされたガス冷媒R2’と混合し状態R3となり、エジェクタ5のノズル部50に流入する。
The liquid refrigerant R2 radiated by the heat radiating
エジェクタ5に流入した冷媒R3は、ノズル部50で減圧されて状態R4となり、エジェクタ吸引部53から流入する冷媒ガスR9と合流する。本実施形態では、図3で示したようにエジェクタ5のノズル部50に乾き度が高いガス・液混合流R3を流入させることにより、状態R5でガス・液の速度差の低減した均質流となる。また、エジェクタ5のノズル部50において微細液滴状態で噴出されることから、駆動流の液滴が吸引流ガスと接触する面積が増加し、せん断力により負荷側第1熱交換器8からのガス冷媒R9を吸引しやすくなり、吸引流量が増加する。その後エジェクタ混合部51、ディフューザ部52を通過し、図7(b)、図8で示されるように圧力がP2’まで昇圧した状態R6となる。すなわち、本実施形態では、従来の2段絞り方式での圧力回復P2と異なり、同量の吸引流量に対し、液滴が小さくてガス・液が混合し易いことから、昇圧量が増加する。
The refrigerant R3 that has flowed into the
エジェクタ5のディフューザ部52を通過した冷媒は、気液分離器6に流入し、R7の液冷媒とR10のガス冷媒に分離される。負荷側第2熱交換器9から流出したR10のガス冷媒は圧縮機1の入口へ流入し、R7の液冷媒は第3膨張弁7で減圧されて状態R8となり、負荷側第1熱交換器8で空気から吸熱し自身は蒸発・気化しガス冷媒R9となり、エジェクタ5により吸引される。
以上から、このエジェクタ5を用いることで、圧縮機の吸入圧力をP3からP2’に高めることができ、吸入圧力が高くなり高効率な運転が可能となる。
The refrigerant that has passed through the
From the above, by using this
本実施形態によれば、高性能化が進み、負荷側第1熱交換器8における冷媒と空気の温度差が小さい機器、例えばルームエアコンや冷蔵庫等々において、このエジェクタ5を用いることで、負荷側第1熱交換器8の温度差の制約を受けずに圧縮機1の吸引圧力を上げることができる有用な装置となる。
According to the present embodiment, the performance increases and the use of this
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置について説明する。
図9(a)は実施の形態2に係るエジェクタ5Aのノズル部の構造と作用の説明図、(b)はエジェクタ5Aの概略構成図である。また、このエジェクタ5Aを用いた冷凍サイクル装置の冷媒回路は図1と同様であるので、特に断らない限り詳細な説明は省略する。
このエジェクタ5Aは、内側ノズル部50aと、先細部54、喉部55および末広部56を備える外側ノズル部50bとを備えている。内側ノズル部50aはその先端が外側ノズル部50bの喉部55に臨ませて配置される。内側ノズル部50aには駆動流として図1の放熱側熱交換器2、第1膨張弁3を介して液冷媒を供給するようになっており、内側ノズル部50aと外側ノズル部50bとの間の先細状の流路50cには図1の圧縮機1からの吐出ガスの一部をバイパス管10、第2膨張弁4を介して供給するようになっている。また、内側ノズル部50aと外側ノズル部50bは同軸状に配置される。すなわち、本実施形態のエジェクタ5Aは、内側ノズル部50aから駆動流として液冷媒を噴出し、内側ノズル部50aと外側ノズル部50bとの間の流路50cの先細部から駆動流としてガス冷媒を噴出するノズル構造を備えたものであり、内側ノズル部50aの先端と喉部55との間の空間が駆動流としての液冷媒とガス冷媒の気液混合部57として構成されている。つまり、本実施形態のエジェクタ5Aは、内外二重の噴射管により駆動流としての液冷媒とガス冷媒を先細部で混合して噴射する先細−末広型のノズル構造を備えたものである。
Next, a refrigeration cycle apparatus according to
FIG. 9A is an explanatory diagram of the structure and operation of the nozzle portion of the
The
本実施形態のエジェクタ5Aのノズル構造では、圧縮機1からの吐出ガス冷媒の一部を内側ノズル部50aと外側ノズル部50bとの間にある先細状の流路50cに導入・加速させ、この高速のガス冷媒を内側ノズル部50aから噴出される液冷媒の外部表面に噴出し混合することによって、液冷媒の液滴を微細化する。この微細液滴を含む混合二相流を末広部56で減圧して超音速として噴出させるのである。このとき、負荷側第1熱交換器8で吸熱し蒸発したガス冷媒がエジェクタ吸引部53から吸引され、上記混合二相流と混合し、エジェクタ混合部51で圧力を回復し、さらにディフューザ部52で圧力を上昇させて流出するため、実施の形態1と同様に、エジェクタ効率を向上させることができる。 また、第2膨張弁4を備えていることにより圧縮機1吸入部の冷媒状態を制御することができるので、インバータ機等の幅広い流量範囲で使用される冷凍サイクルに好適に利用することができる。
In the nozzle structure of the
以上のように、本実施形態では、エジェクタ5Aの入口部に気液混合部57を設けたので、内側ノズル部50aから微細液滴を噴出させることができ、高効率なエジェクタサイクルを提供することができる。
As described above, in the present embodiment, since the gas-
本発明は、以上に述べた実施の形態1、2の構成、形態に限られるものではなく、CO2やR404a、R410A、R32、イソブタン、プロパンなどを冷媒とし、エジェクタを用いる全ての冷凍サイクルに適用できる。また、駆動ノズル(駆動流のノズル部)として固定ノズルまたは可変ノズル(例えば、内側ノズル部と外側ノズル部を軸方向に相対移動させるノズル)を用いる全ての冷凍サイクルに適用できる。また、本発明は、駆動ノズルと混合部の大きさとは関係なく適用が可能である。 The present invention in the configuration of the first and second embodiments described above, the present invention is not limited to the form, CO 2 or R404a, R410A, R32, isobutane, propane and the like as a refrigerant, to all of the refrigeration cycle using the ejector Applicable. Further, the present invention can be applied to all refrigeration cycles using a fixed nozzle or a variable nozzle (for example, a nozzle that relatively moves an inner nozzle portion and an outer nozzle portion in the axial direction) as a drive nozzle (nozzle portion of a drive flow). Further, the present invention can be applied regardless of the size of the drive nozzle and the mixing portion.
また、熱交換器は上記に限るのものではなく、二重管やプレート熱交換器などの水やブラインを加熱源あるいは冷却源とする液−液熱交換器でも良い。 The heat exchanger is not limited to the above, and may be a liquid-liquid heat exchanger using water or brine as a heating source or a cooling source such as a double tube or a plate heat exchanger.
1 圧縮機、2 放熱側熱交換器、3 第1膨張弁、4 第2膨張弁、5、5A エジェクタ、6 気液分離器、7 第3膨張弁、8 負荷側第1熱交換器、9 負荷側第2熱交換器、10 バイパス管、11 室外送風機、12 室内第1送風機、13 室内第2送風機、20 制御装置、21 第1温度検出器、22 第2温度検出器、50 ノズル部、50a 内側ノズル部、50b 外側ノズル部、50c 内側ノズル部と外側ノズル部との間の流路、51 エジェクタ混合部、52 ディフューザ部、53 エジェクタ吸引部、54 先細部、55 喉部、56 末広部、57 気液混合部、100 室外ユニット、101 室内ユニット、102、103 接続配管。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記エジェクタのノズル部が、先細部と喉部と末広部とを備え、前記先細部の上流に駆動流として前記凝縮器からの液冷媒と前記圧縮機からのガス冷媒を混合させる気液混合部を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 In a refrigeration cycle apparatus comprising at least a compressor, a condenser, an ejector, a gas-liquid separator, and an evaporator to constitute a refrigeration cycle,
The nozzle part of the ejector comprises a tapered part, a throat part, and a divergent part, and a gas-liquid mixing part that mixes liquid refrigerant from the condenser and gas refrigerant from the compressor as a driving flow upstream of the tapered part A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記エジェクタは、内側ノズル部と、先細部、喉部および末広部を備える外側ノズル部とを備え、前記内側ノズル部はその先端が前記外側ノズル部の喉部に臨ませて配置され、前記内側ノズル部に駆動流として前記凝縮器から液冷媒を供給するとともに、前記内側ノズル部と前記外側ノズル部との間の環状流路に前記圧縮機からガス冷媒をバイパスして供給することを特徴とする冷凍サイクル装置。 In a refrigeration cycle apparatus comprising at least a compressor, a condenser, an ejector, a gas-liquid separator, and an evaporator to constitute a refrigeration cycle,
The ejector includes an inner nozzle portion and an outer nozzle portion having a tapered portion, a throat portion, and a divergent portion, and the inner nozzle portion is disposed with its tip facing the throat portion of the outer nozzle portion, A liquid refrigerant is supplied from the condenser as a driving flow to the nozzle part, and a gas refrigerant is bypassed and supplied from the compressor to an annular flow path between the inner nozzle part and the outer nozzle part. Refrigeration cycle equipment.
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