JP2019015495A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸い込んだ冷媒の圧力をより高めて圧縮機に向けて流出させることができるエジェクタを有する冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】エジェクタ１００は、第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒を流入させる駆動冷媒流入口１１１と、第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を流入させる吸引冷媒流入口１２１と、駆動冷媒流入口１１１から流入した第１冷媒と吸引冷媒流入口１２１から流入した第２冷媒とを合流させる縮径部１３１と、駆動冷媒流入口１１１から流入した第１冷媒の流路を絞るノズル喉部１１３と、縮径部１３１の上流においてノズル喉部１１３を通過した第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有するノズルディフューザ部１１４と、を有し、中心線Ｃを通る平面でノズルディフューザ部１１４の内側の角度αは０°以上１２°以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

本発明は、エジェクタを有した冷凍サイクルによって複数の冷却空間を冷却する冷蔵庫等の冷凍サイクル装置に関する。
例えば、特許文献１に記載の冷却システムは、以下のように構成されている。すなわち、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を放熱させて凝縮する凝縮器と、凝縮器からの冷媒を膨張させる各自の膨張弁と組み合わされ互いに異なる圧力に設定された複数個の蒸発器と、複数個の蒸発器から流出する冷媒の合流点に配置され、低い圧力に設定された蒸発器からの冷媒を、高い圧力に設定された蒸発器から流入する冷媒によって加圧するエジェクタとを備える。

特開２００９−２３６３３０号公報

圧縮機の消費動力を低減させて、冷凍サイクルの効率（成績係数（ＣＯＰ））を向上させるには、エジェクタは、吸い込んだ冷媒の圧力をより高めて圧縮機に向けて流出させることが望ましい。
本発明は、吸い込んだ冷媒の圧力をより高めて圧縮機に向けて流出させることができるエジェクタを有する冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明は、圧縮機と、前記圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、前記第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を、前記第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒によって吸引して前記圧縮機に向けて流出させるエジェクタと、を備え、前記エジェクタは、前記第１冷媒を流入させる第１流入口と、前記第２冷媒を流入させる第２流入口と、前記第１流入口から流入した前記第１冷媒と前記第２流入口から流入した前記第２冷媒とを合流させる合流部と、前記第１流入口から流入した前記第１冷媒の流路を絞る絞り部と、前記合流部の上流において前記絞り部を通過した前記第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部と、を有し、前記拡散部の内側の角度は０°以上１２°以下である冷凍サイクル装置である。
そして、前記エジェクタは、前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部を有し、前記拡散部の出口面積に対する前記平行部の流路面積は２．５以上５．６以下であっても良い。
また、前記エジェクタは、前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部を有し、前記拡散部の最下流部の直径に対する前記平行部の長さは１４以下であっても良い。
また、前記エジェクタは、前記第１蒸発器にてガス化された冷媒を前記第１冷媒として前記第１流入口から流入させると良い。
また、他の観点から捉えると、上記の目的を達成する本発明は、圧縮機と、前記圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、前記第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を、前記第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒によって吸引して前記圧縮機に向けて流出させるエジェクタと、を備え、前記エジェクタは、前記第１冷媒を流入させる第１流入口と、前記第２冷媒を流入させる第２流入口と、前記第１流入口から流入した前記第１冷媒と前記第２流入口から流入した前記第２冷媒とを合流させる合流部と、前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部と、前記第１流入口から流入した前記第１冷媒の流路を絞る絞り部と、前記合流部の上流において前記絞り部を通過した前記第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部と、を有し、前記拡散部の出口面積に対する前記平行部の流路面積は２．５以上５．６以下である冷凍サイクル装置である。
そして、前記エジェクタは、前記拡散部の最下流部の直径に対する前記平行部の長さは１４以下であっても良い。
また、前記エジェクタは、前記第１蒸発器にてガス化された冷媒を前記第１冷媒として前記第１流入口から流入させると良い。
また、他の観点から捉えると、上記の目的を達成する本発明は、圧縮機と、前記圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、前記第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を、前記第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒によって吸引して前記圧縮機に向けて流出させるエジェクタと、を備え、前記エジェクタは、前記第１冷媒を流入させる第１流入口と、前記第２冷媒を流入させる第２流入口と、前記第１流入口から流入した前記第１冷媒と前記第２流入口から流入した前記第２冷媒とを合流させる合流部と、前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部と、前記第１流入口から流入した前記第１冷媒の流路を絞る絞り部と、前記合流部の上流において前記絞り部を通過した前記第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部と、を有し、前記拡散部の最下流部の直径に対する前記平行部の長さは１４以下である冷凍サイクル装置である。
そして、前記エジェクタは、前記第１蒸発器にてガス化された冷媒を前記第１冷媒として前記第１流入口から流入させると良い。
また、他の観点から捉えると、上記の目的を達成する本発明は、圧縮機と、前記圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、前記第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を、前記第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒によって吸引して前記圧縮機に向けて流出させるエジェクタと、を備え、前記エジェクタは、前記第１冷媒を流入させる第１流入口と、前記第２冷媒を流入させる第２流入口と、前記第１流入口から流入した前記第１冷媒と前記第２流入口から流入した前記第２冷媒とを合流させる合流部と、前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部と、前記第１流入口から流入した前記第１冷媒の流路を絞る絞り部と、前記合流部の上流において前記絞り部を通過した前記第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部と、を有し、前記拡散部の最下流部における外側端部と前記平行部の最上流部における内側端部との間の距離に対する前記拡散部の最下流部の直径は０．８２以上１．１７以下である冷凍サイクル装置である。

本発明によれば、吸い込んだ冷媒の圧力をより高めて圧縮機に向けて流出させることができるエジェクタを有する冷凍サイクル装置を提供することができる。

実施の形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成を示す図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置を適用する冷蔵庫の概略構成を示す図である。 エジェクタの概略構成を示す図である。 角度αと昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。 （ａ）は、角度αが１．５°である場合の、ノズル部のノズルディフューザ部、混合部における冷媒の流速を示す図である。（ｂ）は、角度αが１５°である場合の、ノズル部のノズルディフューザ部、混合部における冷媒の流速を示す図である。 面積比Ｓｒと昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。 長さ比Ｌｒと昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。 図３のVIII部の拡大図である。 比ｆと昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。 角度αと、比ｆと、昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。 エジェクタのノズル部の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１の概略構成を示す図である。
冷凍サイクル装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機１０と、圧縮機１０にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器２０と、流量制御弁３０とを有している。本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１においては、Ｒ６００ａ冷媒を用いている。

また、冷凍サイクル装置１は、第１膨張装置４０と、第１蒸発器５０とを有している。また、冷凍サイクル装置１は、第２膨張装置６０と、第２蒸発器７０とを有している。第１膨張装置４０及び第２膨張装置６０は、膨張弁やキャピラリチューブを有し、凝縮器２０を流出後の冷媒を減圧、膨張させる。第１蒸発器５０及び第２蒸発器７０については後述する。

また、冷凍サイクル装置１は、第２蒸発器７０からの冷媒を、第１蒸発器５０から流入する冷媒によって吸引するエジェクタ１００を有している。エジェクタ１００については後で詳述する。

また、冷凍サイクル装置１は、圧縮機１０、凝縮器２０、流量制御弁３０を順次接続する冷媒配管８０を有している。また、冷凍サイクル装置１は、流量制御弁３０の下流にて分岐した、第１分岐配管８１と、第２分岐配管８２とを有している。第１膨張装置４０と第１蒸発器５０とは、第１分岐配管８１で順次接続されている。第２膨張装置６０と第２蒸発器７０とは、第２分岐配管８２で順次接続されている。第１分岐配管８１は、エジェクタ１００の後述する駆動冷媒流入口１１１に、第２分岐配管８２は、エジェクタ１００の後述する吸引冷媒流入口１２１に、それぞれ接続されている。また、冷凍サイクル装置１は、エジェクタ１００の後述する混合冷媒流出口１４１と圧縮機１０の吸入側とを接続する圧縮冷媒配管８３を有している。

図２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１を適用する冷蔵庫２００の概略構成を示す図である。
冷蔵庫２００は、筐体２１０内に、仕切板によって区分けされた、食料品等を冷蔵する冷蔵室２２０と、食料品等を冷凍する冷凍室２３０とを有している。また、冷蔵庫２００は、冷凍室２３０の後方に機械室２４０を有している。

冷蔵庫２００は、冷蔵室２２０の後方に、第１冷気通路２２１を有している。第１冷気通路２２１内には、冷凍サイクル装置１の第１蒸発器５０と、冷蔵室２２０内に風を送る冷蔵室送風機２２２とが設置されている。第１蒸発器５０は、第１膨張装置４０で減圧した冷媒を第１冷気通路２２１内の冷気との熱交換により蒸発させる。第１蒸発器５０と熱交換して冷却された冷気は冷蔵室送風機２２２により第１冷気通路２２１を上昇し、第１冷気通路２２１の吐出口を介して冷蔵室２２０に吐出され、冷蔵室２２０内を冷却する。第１蒸発器５０の蒸発温度は冷蔵室２２０内を冷却するために第１膨張装置４０により調整される。

冷蔵庫２００は、冷凍室２３０の後方に、第２冷気通路２３１を有している。第２冷気通路２３１内には、冷凍サイクル装置１の第２蒸発器７０と、冷凍室２３０内に風を送る冷凍室送風機２３２とが設置されている。第２蒸発器７０は、第２膨張装置６０で減圧した冷媒を第２冷気通路２３１内の冷気との熱交換により蒸発させる。第２蒸発器７０と熱交換して冷却された冷気は冷凍室送風機２３２により第２冷気通路２３１を上昇し、第２冷気通路２３１の吐出口を介して冷凍室２３０に吐出され、冷凍室２３０内を冷却する。第２蒸発器７０の蒸発温度は冷凍室２３０内を冷却するために第２膨張装置６０により調整される。

圧縮機１０は、機械室２４０内に配置されている。
凝縮器２０は、機械室２４０内、筐体２１０の底部の下方等に配置されている。
エジェクタ１００は、第１冷気通路２２１内又は第２冷気通路２３１内に設置されている。ただし、エジェクタ１００は、筐体２１０の後部の壁内に設置してもよい。

以上のように構成された冷凍サイクル装置１においては、圧縮機１０の駆動によって圧縮された高温高圧の冷媒は凝縮器２０で放熱して凝縮する。凝縮器２０で凝縮した冷媒の一部は、第１分岐配管８１を介して、第１膨張装置４０及び第１蒸発器５０を通り、エジェクタ１００に流入する。他方、凝縮器２０で凝縮した冷媒の一部は、第２分岐配管８２を介して、第２膨張装置６０及び第２蒸発器７０を通り、エジェクタ１００に流入する。エジェクタ１００で合流した冷媒は後述するディフューザ部１４０から流出して圧縮機１０に流入する。

（エジェクタ１００）
図３は、エジェクタ１００の概略構成を示す図である。
エジェクタ１００は、第１蒸発器５０にて蒸発させられた冷媒（以下、「駆動冷媒」と称す。）が通るノズル部１１０と、第２蒸発器７０にて蒸発させられた冷媒（以下、「吸引冷媒」と称す。）を吸引する吸引部１２０と、を有している。
また、エジェクタ１００は、駆動冷媒と吸引冷媒とを混合する混合部１３０と、混合部１３０にて混合させられた混合冷媒を昇圧して流出させるディフューザ部１４０と、を有している。

ノズル部１１０には、駆動冷媒が流入する駆動冷媒流入口１１１が形成されている。
吸引部１２０には、吸引冷媒が流入する吸引冷媒流入口１２１が形成されている。
ディフューザ部１４０には、混合冷媒を流出させる混合冷媒流出口１４１が形成されている。

ノズル部１１０は、駆動冷媒を減圧させる減圧部１１２と、駆動冷媒の流路が絞られたノズル喉部１１３と、駆動冷媒の流速を上昇させるノズルディフューザ部１１４とを有している。
減圧部１１２は、図３で右に行くに従って径が小さくなる略円錐状の流路を有している。
ノズルディフューザ部１１４は、図３で右に行くに従って径が大きくなる略円錐状、又は径が同じ略円柱状の流路を有している。ノズルディフューザ部１１４については後で詳述する。
ノズル喉部１１３は、減圧部１１２とノズルディフューザ部１１４との間において、流路の面積が最も絞られた部位である。

吸引部１２０は、ノズル部１１０の周囲に形成された略円筒状の流路を有する。
混合部１３０は、図３で右に行くに従って径が大きくなる略円錐状の流路を有する合流部１３１と、径が同じ略円柱状の流路を有する平行部１３２とを有している。
ディフューザ部１４０は、図３で右に行くに従って径が大きくなる略円錐状の流路を有する。

以上のように構成されたエジェクタ１００においては、第１蒸発器５０での熱交換により蒸発した（ガス化した）後の気相冷媒、つまり、液滴を含まない、又は、液滴をわずかに含む冷媒である駆動冷媒がノズル部１１０の駆動冷媒流入口１１１から流入する。また、第２蒸発器７０での熱交換により蒸発した（ガス化した）後の気相冷媒、つまり、液滴を含まない、又は、液滴をわずかに含む冷媒である吸引冷媒が吸引部１２０の吸引冷媒流入口１２１から流入する。
そして、エジェクタ１００は、駆動冷媒流入口１１１から流入した駆動冷媒と吸引冷媒流入口１２１から流入した吸引冷媒とを、混合部１３０にて合流させて混合冷媒とし、混合冷媒流出口１４１から流出させる。

かかる構成により、駆動冷媒流入口１１１から流入した駆動冷媒は、減圧部１１２で、流路面積の低下に伴い減圧膨張する。減圧により速度が上昇した駆動冷媒は、ノズル喉部１１３で流速が大きくなり、その後、ノズルディフューザ部１１４でさらに速度を上昇させる。これにより超高速の駆動冷媒がノズル部１１０から流出する。
一方、吸引部１２０の吸引冷媒流入口１２１から吸引される吸引冷媒は、吸引冷媒流入口１２１とノズル部１１０の出口との圧力差により、超高速の駆動冷媒に引き込まれる。混合部１３０の合流部１３１にて、ノズル部１１０の出口から流出した高速の駆動冷媒と低速の吸引冷媒とが混合し始める。駆動冷媒と吸引冷媒との運動エネルギーの交換が行われる。
ディフューザ部１４０においても流路拡大による減速により、動圧が静圧に変換されて圧力が上昇し、混合冷媒が、ディフューザ部１４０から流出する。

本実施の形態に係るエジェクタ１００は、駆動冷媒流入口１１１から流入した駆動冷媒を高速にすることで静圧を低下させて、吸引冷媒流入口１２１から吸引冷媒を吸い込む機能を有する。そして、エジェクタ１００は、吸引冷媒流入口１２１での吸引冷媒の圧力（以下、「吸込圧力Ｐｅ」と称す。）に対して、ディフューザ部１４０の混合冷媒流出口１４１を介して圧縮機１０に向けて流出する混合冷媒の圧力（以下、「出口圧力Ｐｃ」と称す。）が高いほど高性能である。つまり、出口圧力Ｐｃを吸込圧力Ｐｅで割った値を「昇圧率ＰＬＲ」と称す場合（昇圧率ＰＬＲ＝出口圧力Ｐｃ／吸込圧力Ｐｅ）、昇圧率ＰＬＲが高いほどエジェクタ１００の性能が高まる。これは、圧縮機１０に流入する冷媒の圧力が高いほど、冷凍サイクル装置１の効率（成績係数（ＣＯＰ））を向上させることができるからである。

上述したように本実施の形態に係るエジェクタ１００においては、ノズル部１１０の駆動冷媒流入口１１１から、第１蒸発器５０での熱交換により蒸発した（ガス化した）後の気相冷媒が駆動冷媒として流入する。これに対して、ノズル部１１０の駆動冷媒流入口１１１から流入する駆動冷媒が液冷媒である場合には、駆動冷媒を通すノズル部１１０には、冷媒を蒸発させる機能と高速にする機能が必要である。これは、液冷媒は、一部が蒸発してガスになるものの、残りは液滴のままとなり、残った液滴が冷媒の高速化の妨げとなるためである。
本実施の形態に係るエジェクタ１００は、駆動冷媒が単相流（液滴を含まない、又は、液滴をわずかに含む）であるエジェクタであるため、駆動冷媒を通すノズル部１１０は、冷媒を蒸発させる機能を有していなくても、駆動冷媒の流速を高速にする機能を有することで、昇圧率ＰＬＲを高めることができる。

本発明者らが鋭意検討した結果、ノズルディフューザ部１１４の内側の角度α（ノズルディフューザ部１１４の流路の外周面（ノズルディフューザ部１１４における流路を形成する部位の内周面）を、中心線Ｃを通る面で切断した断面形状である直線Ｌ同士がなす角）は、０°以上１２°以下であることが好ましいことを見出した。

図４は、角度αと昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。図４には、後述する面積比Ｓｒを３．４、後述する長さ比Ｌｒを８．０とした場合の相関関係を示している。
図５（ａ）は、角度αが１．５°である場合の、ノズル部１１０のノズルディフューザ部１１４、混合部１３０における冷媒の流速を示す図である。図５（ｂ）は、角度αが１５°である場合の、ノズル部１１０のノズルディフューザ部１１４、混合部１３０における冷媒の流速を示す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）には、冷媒の流速が大きいほど細かいハッチングで示している。なお、最も細かいハッチングは、超音速を示している。図５（ａ）及び図５（ｂ）では、ノズル部１１０の断面形状を示すハッチングを省略している。

角度αが１５°である場合、ノズルディフューザ部１１４の内周面に沿って駆動冷媒が流れようとするが、吸引冷媒に押されるため、ノズルディフューザ部１１４内に剥離が発生して、ロスが発生する。それゆえ、図５（ｂ）に示すように、ノズルディフューザ部１１４の流路の出口１１４ａの速度が低下する。速度低下が発生すると、静圧が高くなり、吸引冷媒を吸い込む力が低下する。その結果、昇圧率ＰＬＲが低下し、冷凍サイクル装置１の効率が上がり難くなる。

これに対して、図５（ａ）に示すように、角度αが１．５°である場合、ノズルディフューザ部１１４の内周面に沿って流れる駆動冷媒の流速が大きく、ノズルディフューザ部１１４内に剥離が発生しないため速度低下が発生しない。そして、ノズルディフューザ部１１４の流路の出口１１４ａの速度が大きいため静圧が低くなり、吸引冷媒を吸い込む力が向上する。その結果、昇圧率ＰＬＲが大きくなり、冷凍サイクル装置１の効率が上がり易くなる。

そして、本発明者らが鋭意検討した結果、図４に示すように、角度αが０°以上１２°以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．１５以上となり、角度αが１２°より大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きいことを見出した。それゆえ、角度αを０°以上１２°以下とすることで、角度αを１２°より大きくする場合よりもエジェクタ１００の性能を向上させることができる。その結果、角度αを０°以上１２°以下とすることで、角度αを１２°より大きくする場合よりも、冷凍サイクル装置１の効率（成績係数（ＣＯＰ））を向上させることができる。

なお、角度αは、０°以上９．５°以下であることがより好ましい。角度αが０°以上９．５°以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．２０以上となり、角度αが９．５°よりも大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きい。また、角度αは、１．５°以上４°以下であることが特に好ましい。角度αが１．５°以上４°以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．２２５以上となり、角度αが０°以上１．５未満、４°より大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きい。

また、本発明者らが鋭意検討した結果、ノズルディフューザ部１１４の流路の出口１１４ａの面積である出口面積Ｓｅ（図３参照）と、混合部１３０の平行部１３２の流路面積である平行部面積Ｓｍ（図３参照）との面積比Ｓｒ（＝平行部面積Ｓｍ／出口面積Ｓｅ）は、２．５以上５．６以下であることが好ましいことを見出した。

図６は、面積比Ｓｒと昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。図６には、角度αを１．５°、長さ比Ｌｒを８．０とした場合の相関関係を示している。
図６に示すように、面積比Ｓｒが２．５以上５．６以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．１５以上となり、面積比Ｓｒが２．５より小さい場合、及び面積比Ｓｒが５．６より大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きい。

ノズルディフューザ部１１４の流路の出口１１４ａの出口面積Ｓｅと混合部１３０の平行部１３２の平行部面積Ｓｍとの比が小さすぎると吸引冷媒を吸い込む空間が少なく、吸引冷媒を吸い込む力が低下するため、昇圧率ＰＬＲが小さくなる。
一方、ノズルディフューザ部１１４の流路の出口１１４ａの出口面積Ｓｅと混合部１３０の平行部１３２の平行部面積Ｓｍとの比が大きすぎると、吸引冷媒を吸い込む空間が大きくなり、駆動冷媒と吸引冷媒とが運動エネルギーの交換をし難くなるため、吸引冷媒を吸い込む力が低下する。
その結果、面積比Ｓｒが２．５より小さい場合及び面積比Ｓｒが５．６より大きい場合には、昇圧率ＰＬＲが下がり、冷凍サイクル装置１の効率が上がり難くなる。

これに対して、面積比Ｓｒが２．５以上５．６以下である場合、吸引冷媒を吸い込む空間を確保でき、また、駆動冷媒と吸引冷媒とが運動エネルギーの交換を行うことができるので、吸引冷媒を吸い込む力が向上する。その結果、昇圧率ＰＬＲが上がり、冷凍サイクル装置１の効率が上がる。

それゆえ、面積比Ｓｒを２．５以上５．６以下とすることで、面積比Ｓｒを２．５より小さくする場合及び面積比Ｓｒを５．６より大きくする場合よりもエジェクタ１００の性能を向上させることができる。その結果、面積比Ｓｒを２．５以上５．６以下とすることで、面積比Ｓｒを２．５より小さくする場合及び面積比Ｓｒを５．６より大きくする場合よりも、冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。

なお、面積比Ｓｒは、２．８以上４．３以下であることがより好ましい。面積比Ｓｒが２．８以上４．３以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．２０以上となり、面積比Ｓｒが２．８より小さい場合及び面積比Ｓｒが４．３より大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きい。それゆえ、面積比Ｓｒを２．８以上４．３以下とすることで、冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。

また、本発明者らが鋭意検討した結果、ノズルディフューザ部１１４の流路の出口１１４ａ（最下流部）の直径である出口直径Ｄｅ（図３参照）と、混合部１３０の平行部１３２の中心線方向の長さである平行部長さＬｍ（図３参照）との長さ比Ｌｒ（＝平行部長さＬｍ／出口直径Ｄｅ）は、１４以下であることが好ましいことを見出した。

図７は、長さ比Ｌｒと昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。図７には、角度αを１．５°、面積比Ｓｒを３．４とした場合の相関関係を示している。
図７に示すように、長さ比Ｌｒが１４以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．１以上となり、長さ比Ｌｒが１４より大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きい。

ノズルディフューザ部１１４の流路の出口１１４ａの出口直径Ｄｅと、混合部１３０の平行部１３２の平行部長さＬｍとの長さ比Ｌｒが大きすぎる場合（長さ比Ｌｒが１４より大きい場合）、混合部１３０の平行部１３２での圧力損失が大きくなり、冷媒の流速が低下するため、昇圧率ＰＬＲが小さくなると考えられる。

これに対して、長さ比Ｌｒが１４以下である場合、混合部１３０の平行部１３２での圧力損失が小さく、冷媒の流速が大きくなり、静圧が下がる。その結果、吸引冷媒を吸い込む力が大きくなる。また、混合部１３０の平行部１３２では、駆動冷媒と吸引冷媒とが運動エネルギーの交換を行うことができるので、吸引冷媒を吸い込む力が向上する。

それゆえ、長さ比Ｌｒを１４以下とすることで、長さ比Ｌｒを１４より大きくする場合よりも昇圧率ＰＬＲを上げることができ、エジェクタ１００の性能を向上させることができる。その結果、長さ比Ｌｒを１４以下とすることで、長さ比Ｌｒを１４より大きくする場合よりも、冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。

なお、長さ比Ｌｒは、３．０以上１２．５以下であることがより好ましい。長さ比Ｌｒは、３．０以上１２．５以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．２０以上となり、長さ比Ｌｒが３．０より小さい場合及び長さ比Ｌｒが１２．５より大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きい。それゆえ、長さ比Ｌｒを３．０以上１２．５以下とすることで、冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。

＜合流部１３１の形状について＞
図８は、図３のVIII部の拡大図である。
混合部１３０の合流部１３１は、中心線方向には、ノズル部１１０と混合部１３０の平行部１３２との間の空間である。また、合流部１３１は、半径方向には、ノズル部１１０（ノズルディフューザ部１１４）の出口における外側の端部１１０ａと平行部１３２の入口における内側の端部１３２ａとを直線的に結んだ曲面Ｃｓ内の空間である。曲面Ｃｓを、中心線Ｃを通る面で切断した断面形状は、図８に破線で示す直線Ｌｃとなる。また、曲面Ｃｓは、吸引部１２０と合流部１３１との境界を示す面であるとともに、吸引部１２０から吸引冷媒が流出する流出口でもある。

そして、本発明者らが鋭意検討した結果、直線Ｌｃの長さＬｌｃ（ノズル部１１０の端部１１０ａと平行部１３２の端部１３２ａとの間の距離）と、ノズル部１１０のノズルディフューザ部１１４の出口直径Ｄｅとの比ｆ（＝出口直径Ｄｅ／長さＬｌｃ）は、０．８２以上１．１７以下であることが好ましいことを見出した。
図９は、比ｆと昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。

図９に示すように、比ｆが０．８２以上１．１７以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．１５以上となり、比ｆが０．８２より小さい場合、及び比ｆが１．１７より大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きい。

直線Ｌｃの長さＬｌｃと、ノズルディフューザ部１１４の出口直径Ｄｅとの比が小さすぎると、吸引冷媒を吸い込む空間が大きくなり、駆動冷媒と吸引冷媒とが運動エネルギーの交換をし難くなるため、吸引冷媒を吸い込む力が低下する。
一方、直線Ｌｃの長さＬｌｃと、ノズルディフューザ部１１４の出口直径Ｄｅとの比が大きすぎると、吸引冷媒を吸い込む空間が小さく、吸引冷媒を吸い込む力が低下するため、昇圧率ＰＬＲが小さくなる。
その結果、比ｆが０．８２より小さい場合及び比ｆが１．１７より大きい場合には、昇圧率ＰＬＲが下がり、冷凍サイクル装置１の効率が上がり難くなる。

これに対して、比ｆが０．８２以上１．１７以下である場合、吸引冷媒を吸い込む空間を確保でき、また、駆動冷媒と吸引冷媒とが運動エネルギーの交換を行い易くなるので、吸引冷媒を吸い込む力が向上する。その結果、昇圧率ＰＬＲが上がり、冷凍サイクル装置１の効率が上がる。

それゆえ、比ｆを０．８２以上１．１７以下とすることで、比ｆを０．８２より小さくする場合及び比ｆを１．１７より大きくする場合よりもエジェクタ１００の性能を向上させることができる。その結果、比ｆを０．８２以上１．１７以下とすることで、比ｆを０．８２より小さくする場合及び比ｆを１．１７より大きくする場合よりも、冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。

なお、比ｆは、０．８５以上１．１２以下であることがより好ましい。比ｆが０．８５以上１．１２以下である場合、昇圧率ＰＬＲが１．２０以上となり、比ｆが０．８５より小さい場合及び比ｆが１．１２より大きい場合よりも昇圧率ＰＬＲが大きい。それゆえ、比ｆを０．８５以上１．１２以下とすることで、冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。

図１０は、角度αと、比ｆと、昇圧率ＰＬＲとの相関関係を示す図である。
上記直線Ｌｃの長さＬｌｃが同一である場合、角度αが大きくなるに従って、ノズル部１１０のノズルディフューザ部１１４の出口直径Ｄｅは大きくなることから、図１０に示すように、角度αが大きくなるに従って比ｆは大きくなる。このように、比ｆは、角度αに応じて変化する。また、出口直径Ｄｅが大きくなる従って出口面積Ｓｅが大きくなり、出口面積Ｓｅが大きくなるに従って面積比Ｓｒが小さくなることから、面積比Ｓｒが小さくなるに従って比ｆは大きくなる。このように、比ｆは、面積比Ｓｒに応じて変化する。また、出口直径Ｄｅが大きくなるに従って長さ比Ｌｒが小さくなることから、長さ比Ｌｒが小さくなるに従って比ｆは大きくなる。このように、比ｆは、長さ比Ｌｒに応じて変化する。

上述したように、エジェクタ１００は、第１冷媒の一例としての駆動冷媒を流入させる第１流入口の一例としての駆動冷媒流入口１１１と、第２冷媒の一例としての吸引冷媒を流入させる第２流入口の一例としての吸引冷媒流入口１２１とを有する。また、エジェクタ１００は、駆動冷媒流入口１１１から流入した駆動冷媒と吸引冷媒流入口１２１から流入した吸引冷媒とを合流させる合流部１３１と、合流部１３１の下流において合流した駆動冷媒と吸引冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部１３２とを有する。また、エジェクタ１００は、駆動冷媒流入口１１１から流入した駆動冷媒の流路を絞る絞り部の一例としてのノズル喉部１１３と、合流部１３１の上流においてノズル喉部１１３を通過した駆動冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部の一例としてのノズルディフューザ部１１４とを有する。そして、エジェクタ１００は、ノズルディフューザ部１１４の最下流部における外側端部の一例としての端部１１０ａと平行部１３２の最上流部における内側端部の一例としての端部１３２ａとの間の距離（長さＬｌｃ）に対するノズルディフューザ部１１４の最下流部の出口直径Ｄｅの一例としての比ｆは０．８２以上１．１７以下である。このように構成されたエジェクタ１００によれば、比ｆが０．８２より小さい、又は、比ｆが１．１７より大きい場合に比して、エジェクタ１００の性能を向上させることができる。その結果、このエジェクタ１００を有する冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。

＜エジェクタ１００のノズル部１１０の変形例＞
図１１は、エジェクタ１００のノズル部１１０の変形例を示す図である。
上述した実施形態においては、ノズル部１１０のノズル喉部１１３は、減圧部１１２における略円錐状の流路と、ノズルディフューザ部１１４における略円錐状の流路との境界である円形状であるが、特にかかる態様に限定されない。図１１に示すように、ノズル喉部１１３は、径が同じ略円柱状の流路を有しても良い。

１…冷凍サイクル装置、１０…圧縮機、２０…凝縮器、３０…流量制御弁、４０…第１膨張装置、５０…第１蒸発器、６０…第２膨張装置、７０…第２蒸発器、８０…冷媒配管、８１…第１分岐配管、８２…第２分岐配管、８３…圧縮冷媒配管、１００…エジェクタ、２００…冷蔵庫

Claims (10)

1. 圧縮機と、
   前記圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
   前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、
   前記第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を、前記第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒によって吸引して前記圧縮機に向けて流出させるエジェクタと、
   を備え、
   前記エジェクタは、
   前記第１冷媒を流入させる第１流入口と、
   前記第２冷媒を流入させる第２流入口と、
   前記第１流入口から流入した前記第１冷媒と前記第２流入口から流入した前記第２冷媒とを合流させる合流部と、
   前記第１流入口から流入した前記第１冷媒の流路を絞る絞り部と、
   前記合流部の上流において前記絞り部を通過した前記第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部と、
   を有し、
   前記拡散部の内側の角度は０°以上１２°以下である
   冷凍サイクル装置。
2. 前記エジェクタは、
   前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部を有し、
   前記拡散部の出口面積に対する前記平行部の流路面積は２．５以上５．６以下である
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記エジェクタは、
   前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部を有し、
   前記拡散部の最下流部の直径に対する前記平行部の長さは１４以下である
   請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記エジェクタは、
   前記第１蒸発器にてガス化された冷媒を前記第１冷媒として前記第１流入口から流入させる
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 圧縮機と、
   前記圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
   前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、
   前記第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を、前記第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒によって吸引して前記圧縮機に向けて流出させるエジェクタと、
   を備え、
   前記エジェクタは、
   前記第１冷媒を流入させる第１流入口と、
   前記第２冷媒を流入させる第２流入口と、
   前記第１流入口から流入した前記第１冷媒と前記第２流入口から流入した前記第２冷媒とを合流させる合流部と、
   前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部と、
   前記第１流入口から流入した前記第１冷媒の流路を絞る絞り部と、
   前記合流部の上流において前記絞り部を通過した前記第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部と、
   を有し、
   前記拡散部の出口面積に対する前記平行部の流路面積は２．５以上５．６以下である
   冷凍サイクル装置。
6. 前記エジェクタは、
   前記拡散部の最下流部の直径に対する前記平行部の長さは１４以下である
   請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記エジェクタは、
   前記第１蒸発器にてガス化された冷媒を前記第１冷媒として前記第１流入口から流入させる
   請求項５又は６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 圧縮機と、
   前記圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
   前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、
   前記第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を、前記第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒によって吸引して前記圧縮機に向けて流出させるエジェクタと、
   を備え、
   前記エジェクタは、
   前記第１冷媒を流入させる第１流入口と、
   前記第２冷媒を流入させる第２流入口と、
   前記第１流入口から流入した前記第１冷媒と前記第２流入口から流入した前記第２冷媒とを合流させる合流部と、
   前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部と、
   前記第１流入口から流入した前記第１冷媒の流路を絞る絞り部と、
   前記合流部の上流において前記絞り部を通過した前記第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部と、
   を有し、
   前記拡散部の最下流部の直径に対する前記平行部の長さは１４以下である
   冷凍サイクル装置。
9. 前記エジェクタは、
   前記第１蒸発器にてガス化された冷媒を前記第１冷媒として前記第１流入口から流入させる
   請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 圧縮機と、
    前記圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、
    前記凝縮器にて凝縮された冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、
    前記第２蒸発器にて蒸発させられた第２冷媒を、前記第１蒸発器にて蒸発させられた第１冷媒によって吸引して前記圧縮機に向けて流出させるエジェクタと、
    を備え、
    前記エジェクタは、
    前記第１冷媒を流入させる第１流入口と、
    前記第２冷媒を流入させる第２流入口と、
    前記第１流入口から流入した前記第１冷媒と前記第２流入口から流入した前記第２冷媒とを合流させる合流部と、
    前記合流部の下流において合流した前記第１冷媒と前記第２冷媒とを通過させる円柱状の流路を有する平行部と、
    前記第１流入口から流入した前記第１冷媒の流路を絞る絞り部と、
    前記合流部の上流において前記絞り部を通過した前記第１冷媒を通過させる円柱状又は円錐状の流路を有する拡散部と、
    を有し、
    前記拡散部の最下流部における外側端部と前記平行部の最上流部における内側端部との間の距離に対する前記拡散部の最下流部の直径は０．８２以上１．１７以下である
    冷凍サイクル装置。