JP2818965B2

JP2818965B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2818965B2
Application number: JP2090549A
Authority: JP
Inventors: 啓夫中村; 博岩田; 政克林; 利次原; 昌幸柴山; 亮一藤本; 仁彦権守; 邦夫土方
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1998-10-30
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH03291465A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、冷凍・冷蔵装置や空気調和機等に使用され
る冷凍サイクルに係り、エゼクタを用いて蒸発器の蒸発
圧力を効率良く下げられるようにした冷凍サイクルを含
むと共にその応用に関するものである。

〔従来の技術〕

冷凍サイクルにおいて、蒸発器での吸熱能力を増大し
たりあるいは十分な低温を作って効率の良い急冷凍を行
うために、蒸発器での冷凍の蒸発温度を下げたい場合が
あるが、従来からの圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器
を環状に接続した冷凍サイクルにおいては、基本的には
絞り装置での絞り作用を大きくすることが必要になり、
これでは前記圧縮機の吸込冷媒圧力が低下して冷媒比体
積の増加により冷媒循環量が減少し、結局冷凍能力が低
下する結果になる。

そこでこれまで、冷媒の圧縮機吸込圧力を下げずに蒸
発器での蒸発圧力のみを下げる方法として、以下のよう
なエゼクタを用いたサイクル構成が知られている。

1.文献「橋本訳：空気調和と冷凍サイクルに用いる２相
形ブースターエジェクター：冷凍と空調、No.183、第37
頁から第40頁（1976−２）」この文献では、圧縮機、凝縮器、エゼクタ及び気液分
離器を環状に接続し、さらに一端が絞りを介して気液分
離器の下部に他端がエゼクタの吸込口に接続された蒸発
器を設けた冷凍サイクルを開示し、エゼクタは、絞り作
用を行うと共に、吸引作用により圧縮機吸込圧力より低
いい蒸発圧力をもつ蒸発器を通して冷媒を吸引する作用
を行う。

2.特公昭55−27665号公報この公報では、圧縮機、凝縮器、第１絞り装置、エゼ
クタ及び第１蒸発器を環状に接続し、さらに一端が第２
絞り装置を介して前記第１蒸発器あるいは前記第１蒸発
器と圧縮機間に接続され、他端が前記エゼクタの吸込部
に接続された第２蒸発器を設けた構成の冷凍サイクルを
開示している。この冷凍サイクルにおいて、エゼクタ
は、絞り作用を行うと共に、吸引作用により、第１蒸発
器で未蒸発の液冷媒を、第２絞りにより第１蒸発器より
低い蒸発圧力に設定された第２蒸発器を通して蒸発させ
ながら吸引する作用を行う。またこの結果として、第１
蒸発器には、圧縮器から吐出される冷凍流量G₁に加え、
エゼクタの吸引作用により第２蒸発器を通過する冷凍流
量G₂との和であるG₁＋G₂を流すことができるため、第１
蒸発器は冷媒側熱伝達率が向上し高効率な蒸発器とする
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記したエゼクタを利用した冷凍サイクルに
は、次のような問題点があった。

１の文献に開示された冷凍サイクルでは、吸熱作用を
エゼクタで冷媒を吸引される蒸発器のみによって行って
おり、何らかの状態変化等によりエゼクタの吸引作用が
低下した場合には、蒸発器に冷媒が流れなくなって冷凍
能力が発揮できなくなり、冷凍サイクルとしての信頼性
が無くなってしまう。

２の特許公報に開示された冷凍サイクルでは、第１蒸
発器での圧力損失が大きい場合には、第２蒸発器の第１
蒸発器あるいは第１蒸発器と圧縮機との間に接続される
一端での圧力がエゼクタの吸込口に接続される他端での
圧力より低くなることもあり、この場合には、エゼクタ
の吸引作用が働かなくなり、圧縮機から吐出される冷媒
流はエゼクタを出たあと第１蒸発器と第２蒸発器とに分
流される。この結果、同公報に記載の第１蒸発器に比べ
て第２蒸発器での冷媒の蒸発圧力を下げる効果や第１蒸
発器に流れる冷凍流量を圧縮機から吐出される冷媒流量
以上に増して第１蒸発器での熱伝達率を増すとい効果が
失われてしまう。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し
て冷凍能力に信頼性があり蒸発器での冷媒蒸発圧力を効
率良く下げられるエゼクタを使用した冷凍サイクルと共
にその応用を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍装置
は、ノズル、混合室、ディフューザから構成されるエゼ
クタを冷凍サイクルの一部に用いたものであり、全体と
しては、圧縮機、凝縮器、第１絞り装置、エゼクタ、分
離器及び第１蒸発器が、冷媒がこの順に流れるように、
環状に接続した冷媒回路に、エゼクタ出口のごく近傍に
設けた分離器から分岐して第２絞り装置を介し第２蒸発
器を通りエゼクタの吸込口に接続して、冷媒がこの順に
流れるようにした冷媒回路を設けた構成とする冷凍サイ
クルを基本とするものである。

更に、上記２つの冷媒回路で蒸発温度が大きく異なる
サイクル状態を得るために、エゼクタでの絞り作用を可
変にして、冷凍装置の使用状態に応じてサイクルを切り
換える。

〔作用〕

以上述べたエゼクタを用いた基本冷凍サイクルにおい
て、圧縮機で圧縮された高温高圧ガス冷媒は、凝縮器で
液化した後、第１絞り装置、エゼクタを通って減圧さ
れ、低温冷媒となって第１蒸発器に入り、ここで吸熱し
て冷凍能力を発揮した後、再び圧縮機に吸込まれる。こ
の場合、エゼクタでは、吐出口に比べて吸込口の圧力が
下がることにより吸引作用が働き、エゼクタの吐出口か
ら第２絞り装置、第２蒸発器を通ってエゼクタの吸込口
へ吸込まれる冷媒流が発生し、第２蒸発器でも冷凍能力
を発揮することができる。そして第２絞り装置により、
第１蒸発器に比べて第２蒸発器での冷媒蒸発温度を低く
できる。また本基本サイクルでは、第１蒸発器に圧縮機
を通過する冷媒流を確実に流すことができると共に、第
１蒸発器での圧力損失が第２蒸発器を流れる冷媒流に悪
影響を及ぼすことがないためエゼクタの吸引作用により
第２蒸発器にも確実に冷媒を流すことができ、この結
果、第１蒸発器、第２蒸発器とも信頼性のある冷凍能力
を発揮することができる。

さらにまた、利用形態によっては、例えば第２蒸発器
での蒸発温度を非常に下げたいが前記基本サイクルでの
第１蒸発器に対する第２蒸発器の蒸発温度低下分では十
分な場合等では、エゼクタの中で絞り作用を行うノズル
での絞りを可変にしたり、他の種類の絞り装置との併用
を含めて二系統以上の絞り装置として必要に応じて絞り
の程度を切り換えることにより、エゼクタのもつ第２蒸
発器での冷媒蒸発圧力を効率良く下げられるという効果
を保ったまま、非常に異なる蒸発温度を切り換えて発生
させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るエゼクタを用いた冷凍サイク
ルの第１実施例の基本構成を示す図であり、１は圧縮
機、２は凝縮器、３は第１絞り装置、４は入口部５につ
ながるノズル13と吸込部６につながる混合室14と吐出部
７につながるディフューザ15とから構成されたエゼク
タ、８はエゼクタの吐出部７にできるだけ近づけて設け
られた分離器、９は第１蒸発器であり、圧縮機１の吐出
側から吸込側にかけてこの順に環状に接続されている。
ここで凝縮器２から第１絞り装置３までの配管の１部又
は第１絞り装置３は、第１蒸発器９から圧縮機１に戻る
配管の一部と熱交換可能に配設され、熱交換部12を形成
している。また11は第２蒸発器であり第２蒸発器11の冷
媒の流入側が第２絞り装置異10を介して分離器８に接続
され、流出側がエゼクタの吸込部６に接続されている。

次に上記構成を持つエゼクタ４を使用した冷凍サイク
ルにおける冷媒の状態を、第２図に示すモリエル線図を
参考にして説明する。また第１図及び第２図に示す英字
は、冷凍サイクルにおける位置あるいはその位置での冷
媒の状態を表わす。

第１図及び第２図において、圧縮器１で圧縮された冷
媒ａは凝縮器２で冷却凝縮され冷媒ｂとなり、熱交換部
12でさらに冷却と多少減圧されて冷媒ｃとなってエゼク
タ４に入る。エゼクタ４に入った冷媒は、入口部５から
ノズル13に入り、ここで、損失のない理想的なノズルの
場合には、等エソトロビー的に減圧膨張して冷媒ｄとな
って混合室14内に噴射された後、吸引部６から吸引され
る冷媒ｌと混合して冷媒ｍとなり、さらにディフューザ
15を通る間に圧力回復して冷媒ｅとなった後、吐出部７
より吐出される。次にこの冷媒ｅは、分離器８に入り、
ここで第１蒸発器９に行く冷媒ｆと第２絞装置10を通っ
て第２蒸発器11へ行く冷媒ｊに分離される。そして冷媒
ｆは第１蒸発器９に入って被冷却物より吸熱して蒸発し
冷媒ｇとなり、さらに熱交換部12で加熱されてｈの状態
になった後、圧縮機１に吸込まれる。これに対しｊの状
態の冷媒は第２絞り装置10でさらに減圧されてｋの状態
となった後、第２蒸発器11に入り、ここで吸熱・蒸発し
てｌの状態になった後、エゼクタ４の吸込口６から混合
室14内に吸引され、ここでノズル13から噴射される冷媒
流と混合し前述のｍの状態になる。

なお、以上の説明において、第１図ではエゼクタ４の
前に第１絞り装置３を設けているが、エゼクタ４に、十
分な減圧膨張作用及び適当なサイクル制御性がある場合
には、第１絞り装置３を省略することができる。また熱
交換部12も必ず必要なものではなく、使用形態によって
省略することができる。さらに分離器８も必ず使用なも
のではなく、使用形態や第２蒸発器11を流れる冷媒流量
の値によっては省略してもよく、例えば配管を三方に分
岐する程度で十分となる。またさらに第２図において、
冷媒のg,l,jの状態は、理想化して気相線上や液相線上
の状態としたが、条件によっては過熱域や二相域等にな
ることもあり、冷媒のｂやｃの状態も二相域だけでなく
液相線上や過冷却域の状態になることもある。

したがって、第２蒸発器11を、第２絞り装置10を介し
てエゼクタ吐出口７のごく近傍と、エゼクタ吸込口６に
接続することにより、第２蒸発器11は、第１蒸発器９よ
り低温にでき、被冷却物との温度差を大きくとれ、効率
の高い蒸発器として使用できる。また圧縮機１へ吸込ま
れる冷媒の圧力は、第１蒸発器９内の冷媒圧力となるた
め、圧縮機１の吸込冷媒比体積が大きくならないと同時
に圧縮機の圧縮比が小さくなるので、高効率な運転がで
きる。

また第１図の実施例の冷凍サイクルは、上述の如く二
つの蒸発温度を得ることができるため、冷蔵庫やショー
ケースのような冷凍・冷蔵装置においては、高効率な二
温度冷凍・冷蔵装置を実現したり、第２蒸発器の低温側
蒸発器として急冷凍機能に有効に使用する等の利用がで
き、さらに空気調和機においては、第１蒸発器９を第２
蒸発器11の風上側に設ければ、高効率な空気調和機にす
ることができると共に、除湿能力が高まり、高効率な除
湿装置や着霜のしにくい蒸発器として空気調和機に適用
できる。

次に一応用例として、第１図のエゼクタ使用冷凍サイ
クルを急冷凍機能付冷蔵庫に適用した場合の実施例につ
いて述べる。

ところで冷蔵庫において、急冷凍機能により食品のフ
リージングを行う場合、−１℃から−５℃の最大氷結晶
生成温度帯をすばやく通過させてやると、食品内の氷の
結晶の成長を防ぐことができ、食品の細胞の破壊を防止
して細胞内のドリップの流出を防止できることから、鮮
度やうまみや栄養分といった質を保ったまま食品をフリ
ージングできることが知られている。

ここで上述の様に食品の最大氷結晶生成温度帯を急速
に通過させるには、冷凍能力を増大したりあるいは冷却
器すなわち蒸発器の温度を下げてやればよい。そして第
１図に示したエゼクタ４を用いた冷凍サイクルでは、前
述のように圧縮機での能力すなわち冷凍能力を落とさず
に蒸発器の温度を下げられることから、この特長を冷蔵
庫の急冷凍機能に応用することが可能となる。

第３図は、第１図のエゼクタ使用冷凍サイクルを組み
込んだ冷蔵庫の冷凍室部分20の側断面を示す図である。
冷凍室は、断熱材でできた外箱21、ドア22、中仕切23で
囲まれて構成されており、その内部は、断熱的な急冷室
用しきい、ふた24′,24、冷却器室用しきい25によっ
て、冷凍保存室26、急冷凍室27、冷却器室28に分けられ
ており、急冷凍室27内には、第１図の冷凍サイクルにお
ける、低温側の第２蒸発器11が設置され、冷却器室28内
には、第１蒸発器９と送風用ファン29が設置されてい
る。また30,31は、冷却器室用しきい25に設けられた各
々冷凍保存室用通気口、急冷室用通口であり、32は、急
冷凍用の食品である。

以上の構成において、フリージングのための急冷凍運
転を行わない通常運転を行う通常モードでは、圧縮機
（図示せず）とファン29を運転することにより、34及び
35,36の矢印で示す風の流れが生じ、冷却器室28内の第
１蒸発器９と急冷凍室27内の第２蒸発器11の冷凍能力に
より冷凍室20内が冷却される。なおこの場合、ファン29
の送風により、冷凍保存室26内と急冷凍室27内との温度
差は、第１蒸発器９と第２蒸発器11との温度差程には大
きくならず、比較的均一になる。

次に、第３図において、食品をフリージングするため
の急冷凍運転を行う急冷凍モードの場合を説明する。

まず、急冷凍モードに切り換える前は、冷蔵庫は前述
の通常モードになっており、冷蔵庫内部は所定温度の十
分冷えた状態になっている。

次に、フリージング用の食品32を急冷凍室27に入れ、
急冷凍モードにすると、温度センサ33により食品32の温
度が検知され、食品32の温度が−１℃になるまでは冷凍
能力の大きい前述の通常運転状態すなわちファン29を運
転し第１蒸発器９を通ってきた冷風も急冷凍室27内に導
入して第１蒸発器９と第２蒸発器11の両方を有効に使っ
た冷凍能力の大きい状態で運転する。そして食品32の温
度−１℃になったら急冷凍モードに切り換え、ファン29
を止めるか又は微風運転にして、第１蒸発器９を通る矢
印35,36で示す空気流が急冷凍室27内にほとんど流れ込
まないようにする。この結果、食品32は、低温側の第２
蒸発器11により、より低い温度で冷却されることにな
る。またファン29により空気流がほとんどなくなると、
第１図の冷凍サイクルにおいて第１蒸発器９の冷凍負荷
が大幅に減ることになり、これとバランスを取るために
圧縮機１の吸込圧力が低下して冷凍サイクル全体として
の冷凍能力が低下することから第１蒸発器９及び第２蒸
発器11における冷媒の蒸発温度が低下することになる
が、第１図における第２絞り装置10を調整して第２蒸発
器11に冷媒が十分流れるようにすることにより、第２蒸
発器11での冷凍能力を十分大きく保つようにできる。そ
して、食品32の急冷凍負荷はそれ程大きくないことか
ら、食品32は、十分低温になると同時に食品32に対して
は十分な冷凍能力を持つ第２蒸発器11によって急速に冷
却される。またこの場合、食品の温度が−１℃から−５
℃になるまでの急冷凍運転を行う時間は充分短くできる
と同時に第１蒸発器９は自然対流による冷却効果を発揮
するため、冷凍保存室26内の温度上昇を抑える効果が働
き、冷凍保存室26内の食品が悪くなることは無い。

また以上の急冷凍モードにおいて、通常モード運転時
でも第１蒸発器９と第２蒸発器11の温度差が十分有り、
第２蒸発器11の冷凍能力も十分有る場合には、第３図に
おいて、食品32が−１℃になったらファン29は運転した
ままで通気口31のみを閉じることにより、食品32は、十
分低温で十分冷凍能力のある第２蒸発器11により急速に
冷却されることになる。そしてさらにこの場合には、冷
凍保存室26内にファン29の送風により第１蒸発器９の冷
凍能力で十分冷却されるため、冷凍保存室26内では温度
の上昇がほとんど無く食品の劣化もない。

ここで急冷凍モードの開始に関しては、手動ボタンに
より開始するようにしたり、又は例えば第３図の温度セ
ンサ33の位置に温度センサと同様に重量センサ（図示せ
ず）を設けてフリージング用の食品32が入ったことを検
知して急冷凍モードを自動的に開始するようにすること
もできる。

また急冷凍モードの終了に関しては、第３図に示した
温度センサ33により食品32が−５℃になったことを検知
して通常モードに戻すようにすることができると共に、
終了を冷蔵庫正面にLEDや液晶等により表示したり、又
はブザー等により知らせるようにできる。

さらにまた前述の急冷凍モードを考えると、第３図に
おいて、食品32を急速に最大氷結晶生成温度帯を通過さ
せるに、第２蒸発器11を熱伝導により冷却する直冷式に
する方が良く、これにより食品32を効率良く急速に冷却
することができる。

第３図に示した第２蒸発器11を直冷式蒸発器として構
成すると第４図のような構造が考えられる。第４図
（ａ）は、直冷式蒸発器を、低温冷媒の流れる配管37の
上に金属等の熱伝導率の高い板38を取り付けた構造とし
たもので、フリージング用の食品32は板38の上にじかに
置かれる。第４図（ｂ）は、第４図（ａ）に示した板38
をＵ字状に曲げてＵ字板38′にしたものであり、この構
造により食品32を側面からも冷却でき、さらには冷媒配
管37を板38′の側面にまで配設する（図示せず）ことも
可能で、食品32をより効率良く急速に冷却することがで
きる。第４図（ｃ）は、第４図（ｂ）に示した構造に加
えて、さらに食品32の上方に上下に移動可能な接触板39
を設け、急冷凍モードで運転する時には接触板39を下方
に移動して食品32を適当に押し付けられるように構成し
たものである。この様な蒸発器により食品32と直冷式蒸
発器がより密接に接触できるため、食品32をさらに効率
良く急速に冷却することができる。なお接触板39の移動
に関しては、第４図（ｂ）あるいは第４図（ｃ）におい
て側面板を移動可能にして、急冷モードの時側面板を食
品に押し付けられる構造にすることも可能である。

次に、第５図に急冷凍運転を行えるエゼクタを用いた
冷凍サイクルの第２実施例を示す。第５図は、第１図に
おいて分離器８と第１蒸発器９との配管接続方法を変更
したものであり、第１図と同一番号を付けたものは同一
部分を示す。また40は分離器、41はバルブであり、分離
器40は、エゼクタ４につながる配管42とＡ点で結合さ
れ、Ａ点と同等かあるいはそれ以下の高さにあるＢ点か
ら配管43につながり、さらにバルブ41、配管45を介して
第１蒸発器９に接続している。さらにまた分離器40は、
バルブ41をバイパスした配管44を介して、分離器40の上
面のＣ点と配管45上のＤ点で結ばれている。

以上の冷凍サイクルにおいて、通常の冷却運転を行う
通常モードと食品のフリージングを行うための急冷凍モ
ードの場合を考える。

まず通常モードの場合には、バルブ41を開とすること
により、エゼクタから吐出される低温の二相冷媒流は、
配管42を通って分離器40に入った後、配管43との結合点
Ｂが配管42との結合点Ａが同等以下の高さに設けている
ことから、バルブ41を通って第１蒸発器９に行く流れG₁
と第２絞り装置10を通って第２蒸発器11に入る流れG₂と
に分流され、第１蒸発器９及びこれより温度の低い第２
蒸発器11においてそれぞれの冷凍能力を発庸することに
なる。

次に急冷凍モードの場合には、温度が−１℃になるま
では、バルブ41を開として、通常モードと同一の運転を
行う。そして食品の温度が−１℃になったら、バルブ41
を閉として急冷凍運転を開始する。この場合には、エゼ
クタ４から吐出される低温の二相冷媒流は、配管42を通
って分離器40に入った後、バルブ41が閉となっておりし
かも冷媒流入点Ａと冷媒流出点Ｃとが直角方向にあるこ
とから、分離器40で気液分離し、気体冷媒はＣ点から配
管44を通ってバルブ41をバイパスして第１蒸発器９へ流
れ、液冷媒は第２絞り装置10を通って第２蒸発器11に流
れることになる。この結果、第１蒸発器９での冷凍能力
はほとんど無くなり、第２蒸発器11が冷凍能力を発揮す
ることになると同時に、第１蒸発器９と第２蒸発器11を
合わせた全冷凍能力が下がることから、蒸発器側と冷凍
サイクル側との冷凍能力のバランスのために、圧縮気１
の吸込圧力が低下し圧縮機１を流れる冷媒流量が減少す
る。そして第２蒸発器11での冷媒の蒸発圧力が下がり、
第２蒸発器11がより低温になる。したがって、より低温
の第２蒸発器11により食品を急速に冷却することができ
る。

また第５図の破線で示す熱交換部12のように、凝縮器
２の出口配管46の１部及び第１絞り装置３と第１蒸発器
９から圧縮機吸込口へかけての吸込配管47とを熱交換さ
せた構成にしてある場合には、前述のバルブ41を開とし
た通常運転状態では第１蒸発器９の出た気体冷媒の温度
が十分低く、ほぼ冷凍能力を持っていることから、凝縮
器出口配管46及び第１絞り装置３を十分冷却でき、エゼ
クタ４の入口での冷媒が十分液分の多い状態になり、エ
ゼクタ４のノズルにおける減圧効果が比較的小さくな
る。これに対して前述のバルブ41を閉とした急冷凍運転
では、第１蒸発器９を出た冷媒は相手がスーパーヒート
された状態でほとんど冷凍能力を持っていないことか
ら、凝縮器出口配管46及び第１絞り装置３をほとんど冷
却できず、エゼクタ入口での冷媒はより過冷却度あるい
は液分の少い状態になり、エゼクタ４のノズル13におけ
る減圧効果が比較的大きくなる。したがって第５図に示
した第２実施例では前述の急冷凍運転時にバルブ41を開
から閉にした時の第２蒸発器11での冷媒の蒸発温度を下
げる効果が熱交換部12により増幅され、第２蒸発器11を
さらに低温にでき、食品をより急速に冷却できるように
なる。

これまで、通常モードの運転時に比べて急冷凍モード
の運転時に第２蒸発器の温度を下げることにより、通常
モードの運転時に十分な冷凍能力を保つと共に急冷凍モ
ードの運転時に食品をより急速に冷却できる可能性につ
いて述べたが、通常モードの運転時に比べて急冷凍モー
ドの運転時に第２蒸発器の温度を十分に下げることは、
エゼクタのノズルあるいは第１絞り装置に相当する部品
の絞りを可変することによっても実現できる。以下その
実施例について説明する。

第６図は、第１図に示した第１実施例をさらにエゼク
タのノズル部を２個並列に設けてこれを切り換えて使う
ようにした場合の、エゼクタ部分付近のサイクル構成を
示す実施例である。この図において、50は絞り作用の小
さい第１ノズル51a、絞り作用の大きい第２ノズル51bと
混合室52とディフューザ53とから成るエゼクタ、54はバ
ルブであり、また第１絞り装置につながる配管55はＥ点
で配管56と配管57に分岐し、配管56はバルブ54を介して
第１ノズル51aにつながり、配管57は第２ノズル51bに接
続している。

以上の構成により、前述の通常モードの運転時には、
バルブ54を開とすることにより、配管55を通って流入す
る高温高圧の冷媒流は主に絞り作用の小さい第１ノズル
51aを通って流れる。また前述の急冷モードの運転時に
は、バルブ54を閉とすることにより、配管55を通ってき
た冷媒流は絞り作用の大きい第２ノズル51bを流れるよ
うになる。この結果、通常運転時に比べて急冷凍運転時
の方が、第２ノズル51bから混合室52、ディフューザ53
を通ってエゼクタ50から吐出される二相冷媒流、さらに
は第２蒸発器11での冷媒の蒸発温度がより低温になれ、
急冷凍運転時に食品を急速に冷却できることになる。

なお第６図では、絞り作用を行うノズルを第１ノズル
51aと第２ノズル51bの２個を並列に設けた構成にした
が、これに限るものではなく、必要に応じて複数個を並
列に設けた構成にして、複数段の温度レベルを作り、よ
り効率の良い急冷凍を含めた冷却運転を行うこともでき
る。

第７図は、絞り作用を可変にできるノズルを持ったエ
ゼクタの他の実施例を示す図である。第７図に示したエ
ゼクタは、ノズル60、吸込口63を持った混合室62、ディ
フューザ64から構成されており、又ノズル60は、入口部
60a、のど部60b、末広部60cから構成され、さらにのど
部60bは、形状記憶合金あるいは熱膨張率の大きい材料
でしかも高温の時に内径が細くなるように変形する材料
の円筒61を内側に設けた構造にしてあると共に、のど部
60bは、スイッチ66を介して電源67に接続されたヒータ6
5により加熱できるように構成されている。

以上の構成において、前述の通常モードの運転時に
は、スイッチ66を開にしてヒータ65に通電しない状態に
しておくと、ノズル60ののど部60b内の円筒61の流路面
積が比較的大きくなり絞り作用の小さい状態となるの
で、エゼクタから吐出される二相冷媒流の温度は通常運
転に適した低温となる。次に急冷凍モードの運転時に
は、スイッチ66を閉にしてヒータ65に通電した状態にし
ておくと、のド部60b内の円筒61の流路面積が小さく絞
り作用の大きい状態となるので、エゼクタから吐出され
る冷媒流さらに第２蒸発器での冷媒温度が低くなり、食
品を急速に冷却することができることになる。

第８図は、絞り作用を可変にできるノズルを持ったエ
ゼクタのさらに他の実施例を示す図である。この図にお
いて、68は、入口部68a、のど部68、末広部68cから成る
ノズル、69は矢印70のように図上で左右に移動可能でど
の部68bの流路断面積を可変にするためのニードルであ
り、さらに第７図と同一番号を付したものは同一部分を
示す。

以上の構成において、通常モードの運転時には、ニー
ドル70を矢印70の左の方向に移動することにより、のど
部68bの冷媒流路断面積が大きくて絞り作用の小さい状
態となり、蒸発器を通常運転に適した低温にできる。次
に急冷凍運転時には、ニードル69を矢印70の右の方向に
移動することにより、のど部68bの冷媒流路断面積が小
さくて絞り作用の大きい状態となるので、エゼクタを出
る冷媒流ひいては第２蒸発器での冷媒の蒸発温度が低く
なり、食品を急速に冷却できるようになる。

次に、通常モードの運転と急冷凍モードの運転とで冷
媒の蒸発温度を大幅に変えるためには、エゼクタと他の
一般的な絞り装置とを併用してこれらを適当に使い分け
ることによっても達成できる。そして他の一般的な絞り
装置としてはキャピラリチューブやノズルや膨張弁等で
もよい。

以下その実施例について説明する。

第９図は、第１図に示した実施例において、第１図の
場合に比べて十分大きな絞り作用をもつ一般的な絞り装
置を用いた第１絞り装置71（第１図においては３に相
当）をバイパスする配管72を、凝縮器２と第１絞り装置
71を結ぶ配管73上のＦ点と、第１絞り装置71とエゼクタ
４を結ぶ配管74上のＧ点とを結ぶように設けると同時に
バイパス配管72の途中にバルブ75を設けたものであり、
76は熱交換部、77は圧縮機吸込配管である。また第１図
と同一番号を付したものでは同一部分を示す。

以上の構成により、通常モードの運転時には、バルブ
75を開とすることにより、凝縮機２を出た高温高圧の冷
媒流は、Ｆ点からバイパス配管72に入りバルブ75を通っ
て、第１絞り装置71をバイパスしてエゼクタ４に入る。
この結果、通常モードの運転時における絞り作用は、エ
ゼクタ４のみによって行われ、エゼクタ４における絞り
作用の通常運転に合った絞り度にしておくことにより、
第１蒸発器９及び第２蒸発器11を通常モードの運転に適
した低温にできる。これに対して急冷凍モードの運転時
には、バルブ75を閉とすることにより、凝縮器２を出た
冷媒流は、第１絞り装置71を通ってからエゼクタ４に流
入する。そしてこの場合の絞り作用は、第１絞り装置71
及びエゼクタ４の二段にわたって行われ、上述の通常運
転の時に比べて大きくなる。したがってエゼクタ４を出
た冷媒流、即ち第２蒸発器11での冷媒蒸発温度がさらに
十分低くなり、食品を急速に冷却できる。

また第９図においては、熱交換部76は圧縮機吸込配管
77と凝縮器出口配管73及び第１絞り装置71とで熱交換す
るようにしてあるが、第１図の実施例で述べたように熱
交換しないようなサイクル構成にしてもよい。さらには
また第９図に第５図における分離器40と第１蒸発器９と
の間の同様の配管構成、すなわち分離器８と第１蒸発器
９の間にバルブを設けると同時に分離器８の上側からバ
ルブをバイパスして分離器８と第１蒸発器９を結ぶ配管
に結ぶバイパス配管を設けてもよく、この場合には第５
図に示した第２実施例と同様の急冷凍モードの運転時に
第２蒸発器の冷凍能力を十分大きくしてさらに効率良く
急冷凍運転を行うようにすることが可能となる。

次に第10図は、第１図において、絞り装置として、キ
ャピラリチューブやノズルや膨張弁等の汎用の絞り装置
とこの絞り装置より絞り作用を大きくしたエゼクタとを
並列に設けて、通常モード運転時と急冷凍モードの運転
時とでこれらの絞りを切り換えて使用できるように構成
したものであり、凝縮器２の出口配管78は、分岐点Ｈよ
り、バルブ81、エゼクタ４より絞り作用の小さい汎用の
絞り装置82を通って分離器83と第１蒸発器９を結ぶ配管
84上のＩ点につながる配管79と、第１絞り装置３（第１
図の場合と同様に無くてもよい）を介してエゼクタ４に
つながる配管80に分岐したサイクル構成としたものであ
る。また第10図において、85は熱交換部であり、第１図
と同一番号を付したものは同一部分を示す。

以上の構成において、通常モードの運転時には、バル
ブ81を開とすることにより、凝縮器２を出た冷媒流は、
主に絞り作用が小さい方の汎用の絞り装置82を通って第
１蒸発器９に入る従来からと同様のサイクル構成とな
り、第１蒸発器９を通常モード運転に適した低温にでき
る。これに対して急冷凍モード運転時には、バルブ81を
閉とすることにより、凝縮器２を出た冷凍流は、絞り作
用の大きい方のエゼクタ４に入り、第１図と同様の動作
・作用により、急冷凍運転を行うことになり、第２蒸発
器での冷凍蒸発温度が十分低くなるので、食品を急速に
冷却できる。

また第10図では、第１蒸発器９につながる分離器83の
冷媒流出点Ｊを、分離器83の横方向としてあるが、第５
図のＣ点と同様に分離器83の上方に設けることができる
（図示せず）。この場合には、第５図の場合と同様に、
急冷凍モードの運転における冷凍能力を第２蒸発器11に
集中することができ、急冷凍運転にとってより効果的に
なる。

また第10図の場合とは逆に、通常モードの絞り作用が
小さい方の運転時にエゼクタを用い、急冷凍モードの運
転時に絞り作用を大きくした汎用の絞り装置を用いるサ
イクル構成にすることもできる。第11図にその一例を示
す。この図は、米縮器２の出口配管78上の分岐点Ｈより
バルブ88、第１絞り装置（第１図と場合と同様に無くて
も良い）を介して通常運転用絞りとして用いる絞り作用
の小さいエゼクタ４につながる配管86と、急冷凍運転時
に用いる絞り作用の大きい汎用の絞り装置89を介して第
２蒸発器11の冷媒出口からエゼクタ４の吸込口６につな
がる配管とＬ点で結合して第２蒸発器11につながる配管
87とに分岐し、さらに第２絞り装置10と第２蒸発器11を
結ぶ配管上のＭ点と逆止弁91を介して第１蒸発器９と圧
縮機１を結ぶ配管上のＮ点につながる配管90を設けたサ
イクル構成としたものである。また第11図において、92
は熱交換部であり、第１図と同一番号を付したものは同
一部分を示す。

以上の構成により、通常モード運転時には、バルブ88
を開とすることにより、凝縮器２を出た冷媒流は、配管
86からバルブ88を通って、主として絞り作用の小さい方
のエゼクタ４に流れ込み、第１蒸発器９、さらには第２
蒸発器11を通常運転に適した低温にする。なおこの場合
には、逆止弁91により、配管90を通ってＮ点からＭ点へ
逆流する冷媒流がしゃ断される。次に急冷凍モードの運
転時には、バルブ88を閉とすることにより、凝縮器２を
出た冷媒流は、配管87、絞り作用の大きい方の一般的な
絞り装置89を通って第２蒸発器11に入り、さらに第２蒸
発器11を出た冷媒流は、主に、配管90に入り逆止弁91を
通って、Ｎ点から吸込配管77を通った後圧縮機１に吸込
まれる。そして第２蒸発器11での冷媒蒸発温度は十分低
くなり、食品を急速に冷却できることになる。なおこの
場合には、Ｌ点からエゼクタ４、分離器８、第１蒸発器
９を通ってＮ点を流れる流れ、及びＭ点から第２絞り装
置10、分離器８、第１蒸発器９を通ってＮ点に行く流れ
は、Ｌ点から第２蒸発器11、逆止弁91を通ってＮ点に行
く流路より流通抵抗が大きいため、ほとんど流れない。

なお第９図、第10図，第11図のサイクル構成は、第１
図のサイクル構成と同様に、第３図に関連して詳細した
急冷凍機能付き冷蔵庫への組み込み方及び利用をするこ
とができる。

ところで、これまでに説明してきた各図では、エゼク
タは比較的複雑な構造をしているが、製品化を考慮した
場合には、エゼクタを安価に製作することが必要にな
る。

第12図は、エゼクタの簡単で作りやすい構造の一実施
例を示す図である。この図において、エゼクタは、ノズ
ル97とディフューザ98から構成され、またノズル97は比
較的径の細いパイプのl₁の部分を絞ることにより製作
し、ディフューザ98は長さl₂の所で管を曲げると同時に
l₃の部分を、ノズル97のl₁の部分と同様に、絞りにより
製作し、あとでノズル97をディフューザ98の99,99′位
置から内部に挿入・結合した比較的簡単な構造としたも
のであり、この場合、同時に混合室96が形成される。す
なわち第12図のエゼクタは、管の曲げと絞りにより製作
できる安価で量産性に富んだ構造としたものである。

また第13図は、例えば第12図のエゼクタにおけるノズ
ル97のl₁部分及びディフューザ98のl₃部分を絞る方法の
例を示す図である。

第13図では、中央部を太く端部に行くにつれ徐々に細
くした、軸100の回りに回転するローラ101と軸102の回
りに回転するローラへ101と同一形状のローラ103との間
に管104を回転しながら、ローラ101と103との間の間隔
を矢印105のようにせばめるような絞り方法により、第1
2図におけるノズル97の絞り部l₁及びディフューザ98の
絞り部l₃を容易に作ることが可能になる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、圧縮
機，凝縮器，絞り装置，蒸発器から成る冷凍装置におい
て、絞り装置としてエゼクタを用いると同時に、エゼク
タによる絞り作用と吸引作用を利用することにより、エ
ゼクタの出口から圧縮機の吸込口に至る冷媒流路に、確
実に冷媒流の流れる蒸発器を設け、さらにエゼクタの出
口から吸込口に至る冷媒流路に、より低温を生じる蒸発
器を設けた基本的な冷凍サイクル構成としたことによ
り、冷凍能力に信頼性があり、効率良く低温の蒸発器を
実現できる冷凍装置を提供することができる。

また、本発明の上記エゼクタ使用冷凍装置は冷凍サイ
クルの効率を高く保ったまま冷媒蒸発温度の異なる二つ
の蒸発器を実現できることから、例えば、冷蔵庫やショ
ーケース等の冷凍・冷蔵装置においては、高効率な蒸発
温度冷凍・冷蔵装置を実現したり、低温側蒸発器を食品
を急速に冷やす急冷凍機能に有効に使用したり、また空
気調和機においては、高効率な除湿装置や着霜のしにく
い蒸発器の実現など、いろいろな用途に応用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による基本的なエゼクタ使用二蒸発温度
冷凍サイクルの第１実施例を示す図、第２図は第１図の
サイクル構成に対応したモリエル線図、第３図はエゼク
タ使用二蒸発温度冷凍サイクルを急冷凍機能付き冷蔵庫
に適用した場合の本発明の実施例に係る冷蔵庫の上側断
面図、第４図（ａ），第４図（ｂ）及び第４図（ｃ）は
第３図において急冷凍室に設置する低温側蒸発器の構造
を示す図、第５図は本発明によるエゼクタ使用冷凍サイ
クルの第２実施例を示す図、第６図、第７図、第８図は
それぞれ本発明の実施例に係るエゼクタの絞り作用を可
変にするノズルの構成を示す図、第９図、第10図，第11
図はそれぞれ本発明によるエゼクタと他の絞り装置を併
用して蒸発温度が大幅に異なる二つの蒸発器を実現する
場合の冷凍サイクルの構成を示す図、第12図は本発明に
係るエゼクタの構造を示す図、第13図は本発明に係る第
13図のエゼクタの製作方法を示す図である。符号の説明１……圧縮機、２……凝縮器、 4,50……エゼクタ、 13,51a,51b,60,68,97……ノズル、 14,52,62,96……混合室、 15,53,64,98……ディフューザ、 8,40,83……分離器、９……第１蒸発器、11……第２蒸発器、 10……第２絞り装置、 12,76,85,92……熱交換部、 26……冷凍保存室、27……急冷凍室 28……冷却器室、39……送風用ファン、 30,31……通気孔、32……食品、 33……温度センサ、37……冷媒配管、 38……冷却板、 41,54,75,81,88……バルブ、 61……熱膨張率の大きい円筒、65……ヒータ、 69……ニードル、 71,82,89……一般的な絞り装置、 101,103……ローラ、104……管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原利次栃木県下都賀郡大平町富田800番地株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者柴山昌幸栃木県下都賀郡大平町富田800番地株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者藤本亮一栃木県下都賀郡大平町富田800番地株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者権守仁彦栃木県下都賀郡大平町富田800番地株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者土方邦夫東京都世田谷区深沢４―35―13 (56)参考文献特開昭63−312388（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−184375（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−192265（ＪＰ，Ｕ) 実開昭56−70753（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−76300（ＪＰ，Ｕ) 特公昭55−27664（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 1/00 - 5/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機と凝縮器と第１絞り装置と第１蒸発
器とを順に配管接続して冷凍サイクルを構成した冷凍装
置において、前記第１絞り装置と前記第２蒸発器との間
に前記第１絞り装置側から順に接続して、冷媒の絞り作
用を行うエゼクタと該エゼクタ出口に近接する分離器と
を設け、該分離器から分岐して前記エゼクタに戻る配管
に該戻り方向に順に第２絞り装置及び第２蒸発器を設
け、さらに前記分離器から前記第１蒸発器に至る配管
を、該分離器の頂部から第１蒸発器に至る冷媒配管と、
該分離器の側方で入口側位置と同等かあるいはそれより
下方に位置から弁を通って第１蒸発器に至る配管との二
系統とし、また前記分離器から分岐して前記エゼクタに
戻る前記配管は、前記分離器の底部から延びることを特
徴とする冷凍装置。
【請求項２】前記エゼクタは、該エゼクタの入口部に設
けられ前記第１絞り装置に接続するノズルと、該入口部
に順に続く混合室、ディフューザ及び吐出部と、前記入
口部に前記ノズルに隣接して設けられ前記第２蒸発器か
ら戻る冷媒を吸入する吸込口とから構成され、前記ノズ
ルには、該ノズルの入口部とそれに続く末広部との中間
に位置するのど部に形状記憶合金あるいは熱膨張係数の
大きい材料を設け、またそれを加熱するヒータを設け
て、前記のど部の内径を前記ヒータの入力により可変と
することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。