JP3941495B2 - エジェクタ方式の減圧装置 - Google Patents
エジェクタ方式の減圧装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3941495B2 JP3941495B2 JP2001386376A JP2001386376A JP3941495B2 JP 3941495 B2 JP3941495 B2 JP 3941495B2 JP 2001386376 A JP2001386376 A JP 2001386376A JP 2001386376 A JP2001386376 A JP 2001386376A JP 3941495 B2 JP3941495 B2 JP 3941495B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- nozzle
- pressure
- ejector
- needle valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
- F25B2341/001—Ejectors not being used as compression device
- F25B2341/0012—Ejectors with the cooled primary flow at high pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
- F25B2341/001—Ejectors not being used as compression device
- F25B2341/0013—Ejector control arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/23—Separators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size
Landscapes
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
Description
【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４１０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４４０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（ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ Ｎｏｚｚｌｅ、ｄｅ Ｌａｖａｌ Ｎｏｚｚｌｅ）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（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、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（４４０）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（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、ノズル（４１０）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（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、ノズル（４１０）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（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。
【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（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、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（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。
【００２３】
請求項６に記載の発明では、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５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７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２００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４００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４１０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４１０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４１１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４４０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２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、４１３…、先細部、
４４０…ニードル弁。
【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４１０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４４０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（ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ Ｎｏｚｚｌｅ、ｄｅ Ｌａｖａｌ Ｎｏｚｚｌｅ）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（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、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（４４０）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（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、ノズル（４１０）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（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、ノズル（４１０）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（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。
【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（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、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（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。
【００２３】
請求項６に記載の発明では、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５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７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２００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４００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４１０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４１０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４１１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４４０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２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、４１３…、先細部、
４４０…ニードル弁。
Claims (7)
- 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（４１１）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（４１０）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。 - 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（４１１）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。 - 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（４１１）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。 - 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（４１１）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。 - 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。
- 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５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蒸気圧縮式冷凍機。
- 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６に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001386376A JP3941495B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | エジェクタ方式の減圧装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001386376A JP3941495B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | エジェクタ方式の減圧装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003185275A JP2003185275A (ja) | 2003-07-03 |
| JP3941495B2 true JP3941495B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=27595542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001386376A Expired - Fee Related JP3941495B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | エジェクタ方式の減圧装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3941495B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3966157B2 (ja) * | 2002-10-25 | 2007-08-29 | 株式会社デンソー | エジェクタ |
| JP4069880B2 (ja) * | 2004-02-18 | 2008-04-02 | 株式会社デンソー | エジェクタ |
| JP4120605B2 (ja) * | 2004-03-22 | 2008-07-16 | 株式会社デンソー | エジェクタ |
| JP2010019133A (ja) * | 2008-07-09 | 2010-01-28 | Denso Corp | エジェクタおよびヒートポンプサイクル装置 |
| US20130000348A1 (en) * | 2010-03-31 | 2013-01-03 | Mitsubishi Electric Corporation | Ejector, motive fluid foaming method, and refrigeration cycle apparatus |
| JP5213986B2 (ja) * | 2011-04-13 | 2013-06-19 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
| JP5962571B2 (ja) * | 2013-04-16 | 2016-08-03 | 株式会社デンソー | エジェクタ |
| CN104265699B (zh) * | 2014-09-29 | 2016-08-24 | 江苏大学 | 一种面积比可调式射流泵 |
| JP6891864B2 (ja) | 2018-03-22 | 2021-06-18 | 株式会社デンソー | エジェクタ |
| CN108343643B (zh) * | 2018-04-13 | 2023-10-31 | 大连理工大学 | 一种可调式引射器 |
-
2001
- 2001-12-19 JP JP2001386376A patent/JP3941495B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003185275A (ja) | 2003-07-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3941602B2 (ja) | エジェクタ方式の減圧装置 | |
| JP4120296B2 (ja) | エジェクタおよびエジェクタサイクル | |
| JP3966157B2 (ja) | エジェクタ | |
| JP4032875B2 (ja) | エジェクタサイクル | |
| KR100884804B1 (ko) | 냉동사이클 장치 | |
| JP4254217B2 (ja) | エジェクタサイクル | |
| JP2004270460A (ja) | エジェクタ | |
| JP3941495B2 (ja) | エジェクタ方式の減圧装置 | |
| JP3903766B2 (ja) | エジェクタ | |
| US20090311111A1 (en) | Ejector | |
| JP4000966B2 (ja) | 蒸気圧縮式冷凍機 | |
| US6931887B2 (en) | Ejector decompression device | |
| JP4134931B2 (ja) | エジェクタ | |
| JP2002349977A (ja) | ヒートポンプサイクル | |
| JP2005037056A (ja) | エジェクタサイクル | |
| JP3603552B2 (ja) | ノズル装置 | |
| JP4110830B2 (ja) | エジェクタ方式の減圧装置 | |
| US6918266B2 (en) | Ejector for vapor-compression refrigerant cycle | |
| JP4888050B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
| JP7472675B2 (ja) | エジェクタ | |
| JP4114544B2 (ja) | エジェクタサイクル | |
| JP2009300027A (ja) | エジェクタおよびエジェクタ式冷凍サイクル | |
| WO2019146322A1 (ja) | エジェクタ | |
| JP2003262413A (ja) | エジェクタサイクル | |
| JP4016879B2 (ja) | エジェクタ方式の減圧装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040415 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060511 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060718 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060905 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070313 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070326 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110413 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130413 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130413 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140413 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S802 | Written request for registration of partial abandonment of right |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R311802 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |