JP4599782B2

JP4599782B2 - Refrigeration cycle using ejector

Info

Publication number: JP4599782B2
Application number: JP2001285387A
Authority: JP
Inventors: 猛酒井; 哲野村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: JP2003090635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エジェクタおよびエジェクタを用いた冷凍サイクル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】
エジェクタを用いた冷凍サイクルとは、例えば特開平６−１１９７号公報に記載のごとく、エジェクタにて冷媒を減圧膨張させて蒸発器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の吸入圧を上昇させる冷凍サイクルである。
【０００３】
ところで、膨張弁等の減圧手段により等エンタルピ的に冷媒を減圧する冷凍サイクル（以下、膨張弁サイクルと呼ぶ。）では、膨張弁を流出した冷媒が蒸発器に流れ込むのに対して、エジェクタを用いた冷凍サイクルでは、エジェクタを流出した冷媒は気液分離器に流入し、気液分離器にて分離された液相冷媒が蒸発器に供給され、気液分離器にて分離された気相冷媒が圧縮機に吸入される。
【０００４】
つまり、膨張弁サイクルでは、冷媒が圧縮機→放熱器→膨張弁→蒸発器→圧縮機の順に循環する１つの冷媒流れとなるのに対して、エジェクタを用いた冷凍サイクルでは、圧縮機→放熱器→エジェクタ→気液分離器→圧縮機の順に循環する冷媒流れ（以下、この流れを駆動流と呼ぶ。）と、気液分離器→蒸発器→エジェクタ→気液分離器の順に循環する冷媒流れ（以下、この流れを吸引流と呼ぶ。）とが存在することとなる。
【０００５】
このため、膨張弁サイクルにおいては、膨張弁を全開として温度の高い冷媒を蒸発器に流入させることにより蒸発器に付いた霜を取り除くこと（除霜する）ことができるものの、エジェクタを用いた冷凍サイクルでは、放熱器を流れる温度の高い冷媒（駆動流）と蒸発器を流れる吸引流とは別の流れであり、駆動流を蒸発器に供給することができないので、除霜運転ができない。なお、上記公報にも、蒸発器の除霜方法についての具体的な記載及びこれを示唆する記載が一切ない。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、エジェクタを用いた冷凍サイクルに適した除霜運転方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１００）と、圧縮機（１００）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２００）と、冷媒を蒸発させる蒸発器（３００）と、放熱器（２００）から流出した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、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）、及び放熱器（２００）から流出した冷媒をノズル（４１０）を迂回させて蒸発器（３００）に導くバイパス通路（４０６ａ）を有するエジェクタ（４００）と、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器（５００）とを備え、蒸発器（３００）にて冷媒を蒸発させる通常運転時には、放熱器（２００）から流出した冷媒をノズル（４１０）に流入させつつ、蒸発器（３００）内において、巨視的に見て、冷媒を上方側から下方側に向けて流し、蒸発器（３００）に付着した霜を取り除く除霜時には、放熱器（２００）から流出した冷媒をバイパス通路（４０６ａ）に流通させるとともに、蒸発器（３００）内において冷媒を下方側から上方側に向けて流すことを特徴とする。
【０００８】
ところで、圧縮機（１００）の摺動部分の潤滑及びシール性を確保するために、一般的に、冷凍サイクル（エジェクタを用いた冷凍サイクル及び膨張弁サイクル等）では、冷媒に潤滑油（冷凍機）を混合しているが、エジェクタを用いた冷凍サイクルでは、駆動流が圧縮機（１００）を流れるものの、吸引流は圧縮機（１００）を流れないので、吸引流と共に蒸発器（３００）に流入した潤滑油が蒸発器（３００）内に滞留し、圧縮機（１００）に戻ってくる潤滑油が不足するおそれが高い。
【０００９】
これに対しては、蒸発器（３００）内に滞留する潤滑油量を考量して、潤滑油を多めに冷媒中に混合するといった手段が考えられるが、冷媒中の潤滑油量が増大すると、放熱器（２００）及び蒸発器（３００）における冷媒の熱交換効率が低下してしまう。
【００１０】
【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、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１００）と、圧縮機（１００）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２００）と、冷媒を蒸発させる蒸発器（３００）と、放熱器（２００）から流出した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）、並びに、ノズル（４１０）から噴射する高い速度の冷媒流により吸引された蒸発器（３００）にて蒸発した気相冷媒とノズル（４１０）から噴射する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）および放熱器（２００）から流出した冷媒をノズル（４１０）を迂回させて蒸発器（３００）に導くバイパス通路（４０６ａ）を形成するハウジング（４０１）を有するエジェクタ（４００）と、エジェクタ（４００）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して蓄えるとともに、分離された気相冷媒を圧縮機（１００）の吸入側へ流出させるとともに、分離された液相冷媒を蒸発器（３００）の入口側へ流出させる気液分離器（５００）とを備え、ハウジング（４０１）には、放熱器（２００）側に接続される第１接続ポート（４０２）および蒸発器（３００）側に接続される第２接続ポート（４０３）が形成されているとともに、第２接続ポート（４０３）から昇圧部（４２０、４３０）へ冷媒を流す吸引流通路（４０６ｂ）が形成されており、バイパス通路（４０６ａ）は、第１接続ポート（４０２）から流入した冷媒を第２接続ポート（４０３）へ流すように形成されており、ハウジング（４０１）の内部には、第１、第２ポート（４０２、４０３）および昇圧部（４２０、４３０）相互間の連通状態を変化させるバルブ手段（４０５）が配置されており、蒸発器（３００）にて冷媒を蒸発させる通常運転時には、バルブ手段（４０５）が第１接続ポート（４０２）と第２接続ポート（４０３）との間を遮断してバイパス通路（４０６ａ）を閉じるとともに、第２接続ポート（４０３）と昇圧部（４２０、４３０）との間を連通させて吸引流通路（４０６ｂ）を開くことによって、放熱器（２００）から流出した冷媒をノズル（４１０）に流入させつつ、蒸発器（３００）内において、巨視的に見て、冷媒を上方側から下方側に向けて流し、蒸発器（３００）に付着した霜を取り除く除霜運転時には、バルブ手段（４０５）が第１接続ポート（４０２）と第２接続ポート（４０３）との間を連通させてバイパス通路（４０６ａ）を開くとともに、第２接続ポート（４０３）と昇圧部（４２０、４３０）との間を遮断して吸引流通路（４０６ｂ）を閉じることによって、放熱器（２００）から流出した冷媒をバイパス通路（４０６ａ）に流通させるとともに、蒸発器（３００）内において、冷媒を下方側から上方側に向けて流すことを特徴とする。
【００１１】
したがって、潤滑油を多めに冷媒中に混合する（放熱器（２００）及び蒸発器（３００）における冷媒の熱交換効率が低下する）ことなく、圧縮機（１００）に戻ってくる潤滑油が不足することを防止できる。
【００１２】
また仮に、除霜運転時においても通常運転時と同様に、上方側から下方側に向けて冷媒を蒸発器（３００）内で流通させると、冷媒温度は下方側側に向かうほど低下していくので、冷媒温度が高い上方側で解けた霜（融解水）が重力により下方側に流れていき、冷媒温度の低い下方側で再び凝固して（凍って）しまうおそれがある。
【００１３】
これに対して、本発明では、除霜運転時においては、通常運転時とは逆に下方側から上方側に向けて冷媒を蒸発器（３００）内で流通させるので、解けた霜（融解水）が冷媒温度が高い下方側に流れていくこととなる。したがって、融解水が再び凝固して（凍って）しまうことを防止できるので、効率良く（短時間で）除霜運転を完了させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のエジェクタを用いた冷凍サイクルにおいて、バルブ手段（４０５）は、冷媒通路を兼ねる連通孔（４０５ａ）が形成された円盤状の第１弁部（４０５ｂ）、第１弁部４０５ｂからノズル（４１０）の軸方向に延びる円筒部（４０５ｃ）および円筒部（４０５ｃ）の先端部にて全周に渡って径方向外側に突出したフランジ状の第２弁部（４０５ｄ）を有し、第１弁部（４０５ｂ）は、バイパス通路（４０６ａ）を開閉するものであり、第２弁部（４０６ｂ）は、吸引流通路（４０６ｂ）を開閉するものとしてもよい。
【００１６】
請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載のエジェクタを用いた冷凍サイクルのように、さらに、エジェクタ（４００）は、ノズル（４１０）の開口面積を可変するニードル弁（４１１）を備え、バルブ手段（４０５）は、ニードル弁（４１１）に連動して変位するようになっていてもよい。
【００２２】
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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係るエジェクタを用いた冷凍サイクルを二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ式の給湯器に適用したものであり、図１は本実施形態に係るエジェクタを用いた冷凍サイクルの模式図である。
【００２４】
１００は電動モータ等の駆動源（図示せず。）から駆動力を得て冷媒を吸入圧縮する圧縮機であり、２００は圧縮機１００から吐出した高温・高圧冷媒と給湯水とを熱交換して給湯水を加熱するとともに、冷媒を冷却する水冷媒熱交換器（以下、放熱器と呼ぶ。）である。
【００２５】
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外気から熱を奪う蒸発器であり、４００は放熱器２００から流出する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エジェクタである。なお、エジェクタ４００の詳細構造は後述する。
【００２６】
因みに、図１には蒸発器３００としてサーペンタイン状のものが描かれているが、これは熱交換器を模式的に描いたもので、蒸発器３００はサーペンタイン式の熱交換器に限定されるものではなく、多数本のチューブとタンクとからなる、いわゆるマルチフロー型の熱交換器であってもよい。
【００２７】
また、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器であり、分離された気相冷媒は圧縮機１００に吸引され、分離された液相冷媒は蒸発器３００側に吸引される。
【００２８】
因みに、気液分離器５００と蒸発器３００とを結ぶ冷媒通路は蒸発器３００に吸引される冷媒を減圧して蒸発器３００内の圧力（蒸発圧力）を確実に低下させるために、キャピラリチューブや固定絞りのごとく、冷媒が流通することにより所定の圧力損失が発生するように設定されている。
【００２９】
なお、圧縮機１００の摺動部分の潤滑及びシール性を確保するために、冷媒に潤滑油（冷凍機）を混合しているが、本実施形態で使用している潤滑油（ＰＡＧ）は、気液分離器５００内においては、冷媒と分離した状態となり、気液分離器５００の最下層に溜まるので、Ｕ字状の気相冷媒排出管５１０の最下部に設けられたオイル戻し穴５１１から潤滑油（を多く含む液相冷媒）を吸引して気相冷媒と共に圧縮機１００に供給している。
【００３０】
次に、エジェクタ４００について述べる。
【００３１】
図２は本実施形態に係るエジェクタ４００の断面図であり、図２中、４１０は放熱器２００から流出した高圧冷媒の圧力エネルギー（圧力ヘッド）を速度エネルギー（速度ヘッド）に変換して冷媒を減圧膨張させるノズルであり、本実施形態では、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部４１０ａを有する末広ノズル（ｄｉｖｅｒｇｅｎｔＮｏｚｚｌｅ、ｄｅＬａｖａｌＮｏｚｚｌｅ）を採用している。
【００３２】
また、４１１は、軸方向に変位することによりノズル４１０の開口面積を可変制御するニードル弁であり、このニードル弁４１１の軸方向端部のうち、ノズル４１０側はノズル４１０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、反対側は電気式のアクチュエータ４１２に固定されている。
【００３３】
なお、本実施形態では、アクチュエータ４１２としてステッピングモータを採用しており、ニードル弁４１１はアクチュエータ（ステッピングモータ）４１２のマグネットロータ４１２ａとネジ結合している。このため、マグネットロータ４１２ａが回転すると、ニードル弁４１１は、ロータ４１２ａの回転角とネジのリードとの積に比例した量だけ軸方向に変位する。因みに、４１２ｂは磁界を発生させる励磁コイルである。
【００３４】
また、４２０はノズル４１０から噴射する高い速度の冷媒流（ジェット流）により蒸発器３００にて蒸発した気相冷媒を吸引する混合部４２０であり、４３０は及びノズル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である。
【００３５】
因みに、ディフューザ４３０及び混合部４２０は、ノズル４１０を収納するハウジング４０１により形成されており、ノズル４１０はハウジング４０１に圧入により固定されている。因みに、ノズル４１０及びハウジング４０１はステンレス製である。
【００３６】
なお、混合部４２０においては、図３に示すように、駆動流の運動量と吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部４２０においても冷媒の圧力が（静圧）が上昇する。一方、ディフューザ４３０においては、前述のごとく、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギー（動圧）を圧力エネルギー（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で駆動流の運動量と吸引流冷媒の運動量と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。そこで、本実施形態では、放熱器２００にて必要とされる熱負荷に応じてニードル弁４１１を変位させてノズル４１０の開口面積を可変制御している。
【００３８】
なお、図３において、ガス速度はノズル４１０から噴射する冷媒の速度を１としたときの大きさであり、軸方向寸法はノズル４１０の冷媒出口を基準とした寸法であり、半径寸法はエジェクタ４００を回転対称体としてその中心線からの寸法を表している。
【００３９】
また、ハウジング４０１には、図２に示すように、放熱器２００側に接続される第１接続ポート４０２、蒸発器（３００）側に接続される第２接続ポート４０３、及び気液分離器５００側に接続される第３接続ポート４０４が設けられており、これらポート４０２〜４０４相互間の連通状態はバルブ４０５にて制御される。
【００４０】
ここで、バルブ４０５は、中央部にニードル弁４１１が貫通するとともに、冷媒通路を兼ねる連通孔４０５ａが形成された円盤状の第１弁部４０５ｂ、第１弁部４０５ｂからニードル弁４１１と同軸上に延びる円筒部４０５ｃ、及びこの円筒部４０５ｃの先端部にて全周に渡って径方向外側に突出したフランジ状の第２弁部４０５ｄ等からなるもので、これらは金属（本実施形態では、ステンレス）にて一体成形されている。
【００４１】
このとき、第１弁部４０５ｂは、第１接続ポート４０２から流入した冷媒をノズル４１０を迂回させて第２接続ポート４０３に流すバイパス通路４０６ａを開閉するものであり、第２弁部４０５ｄは、第２接続ポート４０２から流入した冷媒を混合部４２０に流すための吸引流通路４０６ｂを開閉するものである。
【００４２】
そして、両弁部４０５ｂ、４０５ｄは、バイパス通路４０６ａを閉じるときは吸引流通路４０６ｂを開き、一方、バイパス通路４０６ａを開くときは吸引流通路４０６ｂを閉じるように設定されている。
【００４３】
また、ニードル弁４１１のうち少なくとも連通孔４０５ａを貫通する部分に円錐テーパ側の直径が連通孔４０５ａの直径より大きくなるような段付き部４１１ａを設けることにより、図４（ｂ）に示すように、ニードル弁４１１が所定量以上変位したときに、段付き部４１１ａに第１弁部４０５ｂが係止されてバルブ４０５とニードル弁４１１とが機械的に連動して変位するようにしている。
【００４４】
次に、ヒートポンプ式の給湯器（エジェクタを用いた冷凍サイクル）の概略作動を述べる。
【００４５】
１．温水を生成する場合（通常運転時）
エジェクタ４００内のバルブ４０５を作動させて、図４（ａ）に示すように、バイパス通路４０６ａを閉じ、かつ、吸引流通路４０６ｂを開く。
【００４６】
これにより、圧縮機１００が起動すると、図５に示すように、気液分離器５００から気相冷媒が圧縮機１００に吸入され、圧縮された冷媒が放熱器２００に吐出される。そして、放熱器２００にて給湯水を加熱した冷媒は、エジェクタ４００のノズル４１０にて減圧膨張して蒸発器３００内の冷媒を吸引する。
【００４７】
次に、蒸発器３００から吸引された冷媒とノズル４１０から吹き出す冷媒とは、混合部４２０にて混合しながらディフューザ４３０にてその動圧が静圧に変換されて気液分離器５００に戻る。
【００４８】
一方、エジェクタ４００にて蒸発器３００内の冷媒が吸引されるため、蒸発器３００には気液分離器５００から液相冷媒が流入し、その流入した冷媒は、蒸発器３００内を、巨視的に見て、上方側から下方側に向けて流通しながら室外空気から吸熱して蒸発する。
【００４９】
なお、通常運転時においては、第１弁部４０５ｂを挟んで第１接続ポート４０２側の圧力が第２接続ポート４０３側の圧力より高いので、バルブ４０５はこの圧力差によりバイパス通路４０６ａを閉じ、かつ、吸引流通路４０６ｂを開く。
【００５０】
そこで、通常運転時においては、ニードル弁４１１の段付き部４１１ａが第１弁部４０５ｂと干渉しない範囲（以下、この範囲を通常制御範囲と呼ぶ。）で、放熱器（水冷媒熱交換器）２００の熱負荷（駆動流の流量）に応じてニードル弁４１１を作動（ノズル４１０の開口面積）を制御する。
【００５１】
因みに、図６は本実施形態に係るエジェクタを用いた冷凍サイクルの作動を示すｐ−ｈ線図であり、図６に示す番号は図５に示す番号の位置における冷媒の状態を示すものである。
【００５２】
２．蒸発器３００に付着した霜を取り除く場合（除霜運転時）
除霜運転時には、通常制御範囲を超えるまでノズル４１０の開口面積が大きくなるようにニードル弁４１１を変位させて、図４（ｂ）に示すように、バイパス通路４０６ａを開き、かつ、吸引流通路４０６ｂを閉じるとともに、放熱器（水冷媒熱交換器）２００に給湯水を供給するポンプ（図示せず。）を停止して放熱器２００における冷媒と給湯水との熱交換を実質的に停止させる。
【００５３】
これにより、圧縮機１００から吐出した高温の冷媒（ホットガス）は、図７に示すように、エジェクタ４００内のバイパス通路４０６ａを流通して蒸発器３００内に流入し、その流入した冷媒は、通常運転時とは逆に蒸発器３００内を、巨視的に見て、下方側から上方側に向けて流通しながら蒸発器３００に付着した霜を除霜する。
【００５４】
次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述べる。
【００５５】
本実施形態によれば、除霜運転を実施する際には、エジェクタ４００内に設けられたバイパス通路４０６ａを用いて圧縮機１００から吐出した高温の冷媒（ホットガス）を蒸発器３００に供給するので、別途、バイパス通路４０６ａ用の配管を設ける場合に比べて給湯器（エジェクタを用いた冷凍サイクル）の構成を簡素化することができる。
【００５６】
さらに、バイパス通路４０６ａを開閉するバルブ４０５とノズル４１０の開口面積を可変制御するニードル弁４１１とが、同一のアクチュエータ（ステッピングモータ）４１２にて駆動されているので、エジェクタ４００（エジェクタを用いた冷凍サイクル）を構成する部品の点数を低減することができ、エジェクタ４００（エジェクタを用いた冷凍サイクル）の製造原価低減を図ることができる。
【００５７】
ところで、圧縮機１００の摺動部分の潤滑及びシール性を確保するために、一般的に、冷凍サイクル（エジェクタを用いた冷凍サイクル及び膨張弁サイクル等）では、冷媒に潤滑油（冷凍機）を混合しているが、エジェクタを用いた冷凍サイクルでは、駆動流が圧縮機１００を流れるものの、吸引流は圧縮機１００を流れないので、吸引流と共に蒸発器３００に流入した潤滑油が蒸発器３００内に滞留し、圧縮機１００に戻ってくる潤滑油が不足するおそれが高い。
【００５８】
これに対しては、蒸発器３００内に滞留する潤滑油量を考量して、潤滑油を多めに冷媒中に混合するといった手段が考えられるが、冷媒中の潤滑油量が増大すると、放熱器２００及び蒸発器３００における冷媒の熱交換効率が低下してしまう。
【００５９】
そこで、本実施形態では、通常運転時においては、上方側から下方側に向けて冷媒を蒸発器３００内で流通させることにより、冷媒流れと重力とを利用して蒸発器３００内に滞留した潤滑油を蒸発器３００から排出させるようにしている。
【００６０】
このため、本実施形態では、潤滑油を多めに冷媒中に混合する（放熱器２００及び蒸発器３００における冷媒の熱交換効率が低下する）ことなく、圧縮機１００に戻ってくる潤滑油が不足することを防止できる。
【００６１】
また仮に、除霜運転時においても通常運転時と同様に、上方側から下方側に向けて冷媒を蒸発器３００内で流通させると、冷媒温度は下方側に向かうほど低下していくので、冷媒温度が高い上方側で解けた霜（融解水）が重力により下方側に流れていき、冷媒温度の低い下方側で再び凝固して（凍って）しまうおそれがある。
【００６２】
これに対して、本実施形態では、除霜運転時においては、通常運転時とは逆に下方側から上方側に向けて冷媒を蒸発器３００内で流通させるので、解けた霜（融解水）が冷媒温度が高い下方側に流れていくこととなる。したがって、融解水が再び凝固して（凍って）しまうことを防止できるので、効率良く（短時間で）除霜運転を完了させることができる。
【００６３】
（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を用いた冷凍サイクルを用いた熱機関にも適用することができる。
【００６４】
また、上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素として高圧側冷媒圧力（圧縮機の吐出圧）が冷媒の臨界圧力以上となるエジェクタを用いた冷凍サイクルであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、フロンを冷媒とするエジェクタを用いた冷凍サイクルのごとく、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力未満となるエジェクタを用いた冷凍サイクルであってもよい。
【００６５】
また、上述の実施形態では、アクチュエータ４１２としてステッピングモータを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばリニアモータ等のその他のものであってもよい。
【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を用いた冷凍サイクル（給湯器）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】ノズルの冷媒出口からディフューザの冷媒出口までにおける、エジェクタの冷媒通路断面の中央部を基準とした半径方向の位置と冷媒流速との関係を示す三次元特性図である。
【図４】本発明の実施形態に係るエジェクタの作動を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るエジェクタを用いた冷凍サイクル（給湯器）の通常運転時における冷媒流れを示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係るエジェクタを用いた冷凍サイクル（給湯器）の通常運転時におけるｐ−ｈ線図である。
【図７】本発明の実施形態に係るエジェクタを用いた冷凍サイクル（給湯器）の除霜運転時における冷媒流れを示す説明図である。
【符号の説明】
４００…エジェクタ、４０１…ハウジング、４０２…第１接続ポート、
４０３…第２接続ポート、４０４…第３接続ポート、４０５…バルブ、
４０６ａ…バイパス通路、４０６ｂ…吸引流通路、４１０…ノズル、
４１１…ニードル弁、４１２…アクチュエータ（ステッピングモータ）、
４２０…混合部、４３０…ディフューザ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ejector and a refrigeration cycle using the ejector.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
The refrigeration cycle using an ejector is, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-1197, sucking a gas phase refrigerant evaporated by an ejector by decompressing and expanding the refrigerant with an ejector and converting expansion energy into pressure energy. This is a refrigeration cycle that increases the suction pressure of the compressor by converting to.
[0003]
Use the way, the refrigeration cycle for reducing the isenthalpic manner refrigerant by decompression means such as an expansion valve (hereinafter, referred to as. An expansion valve cycle), the relative refrigerant flowing out of the expansion valve from flowing into the evaporator, the ejector In the conventional refrigeration cycle, the refrigerant flowing out of the ejector flows into the gas-liquid separator, the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator is supplied to the evaporator, and the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator Is sucked into the compressor.
[0004]
That is, in the expansion valve cycle, the refrigerant becomes one refrigerant flow that circulates in the order of compressor → radiator → expansion valve → evaporator → compressor, whereas in the refrigeration cycle using the ejector, the compressor → heat dissipation. Refrigerant that circulates in the following order: Evaporator → Ejector → Gas-Liquid Separator → Compressor (hereinafter, this flow is referred to as drive flow) There is a flow (hereinafter, this flow is referred to as a suction flow).
[0005]
For this reason, in the expansion valve cycle, the expansion valve is fully opened and a high-temperature refrigerant is allowed to flow into the evaporator to remove (defrost) the frost attached to the evaporator, but the refrigeration using the ejector In the cycle, the high-temperature refrigerant (driving flow) flowing through the radiator and the suction flow flowing through the evaporator are different flows, and the driving flow cannot be supplied to the evaporator, so that the defrosting operation cannot be performed. In addition, the above publication does not have any specific description about the defrosting method of the evaporator and any description suggesting this.
[0006]
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a defrosting operation method suitable for a refrigeration cycle using an ejector.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a compressor (100) for sucking and compressing refrigerant and a radiator (200) for cooling the refrigerant discharged from the compressor (100) are provided. And the evaporator (300) for evaporating the refrigerant, and the pressure energy of the high-pressure refrigerant flowing out from the radiator (200) is converted into velocity energy to inject the refrigerant from the nozzle (410) and the nozzle (410). The vapor phase refrigerant evaporated in the evaporator (300) is sucked by the high-speed refrigerant flow, and the velocity energy is converted into pressure energy while mixing the refrigerant injected from the nozzle (410) and the refrigerant sucked from the evaporator (300). The pressure increasing sections (420, 430) for increasing the pressure of the refrigerant by converting the refrigerant into the evaporator (300), and the refrigerant flowing out from the radiator (200) bypass the nozzle (410) to the evaporator (300) And an ejector (400) having a bypass passage (406a) and a gas-liquid separator (500) for separating the refrigerant into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant and storing the refrigerant, and in the evaporator (300), the refrigerant During normal operation for evaporating the refrigerant, the refrigerant flowing from the radiator (200) flows into the nozzle (410), and the refrigerant is directed from the upper side to the lower side in the evaporator (300) as viewed macroscopically. When the defrosting is performed to remove the frost attached to the evaporator (300), the refrigerant flowing out of the radiator (200) is circulated through the bypass passage (406a), and the refrigerant is moved upward from below in the evaporator (300). It is characterized by flowing toward the side.
[0008]
By the way, in order to ensure lubrication and sealing performance of the sliding portion of the compressor (100), in general, in a refrigeration cycle (such as a refrigeration cycle and an expansion valve cycle using an ejector), lubricating oil (refrigerator) However, in the refrigeration cycle using an ejector, the driving flow flows through the compressor (100), but the suction flow does not flow through the compressor (100). There is a high risk that the lubricating oil that has flowed will remain in the evaporator (300) and that the lubricating oil that returns to the compressor (100) will be insufficient.
[0009]
For this, a means of considering the amount of lubricating oil staying in the evaporator (300) and mixing a larger amount of lubricating oil into the refrigerant can be considered, but when the amount of lubricating oil in the refrigerant increases, The heat exchange efficiency of the refrigerant in the radiator (200) and the evaporator (300) is reduced.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a compressor (100) for sucking and compressing refrigerant and a radiator (200) for cooling the refrigerant discharged from the compressor (100) are provided. An evaporator (300) that evaporates the refrigerant, a nozzle (410) that converts the pressure energy of the high-pressure refrigerant flowing out of the radiator (200) into velocity energy, and decompresses and expands the refrigerant , and the nozzle (410). the pressure of the high velocity evaporator is sucked by the refrigerant stream (300) by converting the speed energy while mixing the refrigerant ejected from the evaporated vapor-phase refrigerant and a nozzle (410) into pressure energy at the refrigerant injection a bypass passage (406 leading to the booster unit to boost the (420, 430) and the radiator (200) evaporator by bypassing the nozzle (410) refrigerant flowing out from the (300) ) And the ejector (400) having a housing (401) forming the ejector (400 conjunction obtain 蓄 the leaked refrigerant is separated into a gas phase refrigerant and liquid-phase refrigerant from), the compressor the separated gas-phase refrigerant (100) and a gas-liquid separator (500) that causes the separated liquid-phase refrigerant to flow out to the inlet side of the evaporator (300) . The housing (401) includes a radiator ( The first connection port (402) connected to the 200) side and the second connection port (403) connected to the evaporator (300) side are formed, and the booster unit (403) is connected to the second connection port (403). 420, 430) is formed with a suction flow passage (406b) through which the refrigerant flows, and the bypass passage (406a) allows the refrigerant flowing from the first connection port (402) to pass through the second connection port (403). Valve means (405) for changing the communication state between the first and second ports (402, 403) and the boosting parts (420, 430) is formed inside the housing (401). In the normal operation in which the refrigerant is evaporated by the evaporator (300), the valve means (405) shuts off between the first connection port (402) and the second connection port (403) to bypass the passage. (406a) is closed, and the suction flow passage (406b) is opened by communicating between the second connection port (403) and the boosting portions (420, 430), so that the refrigerant flowing out of the radiator (200) is discharged. In the evaporator (300), the refrigerant is allowed to flow from the upper side to the lower side while flowing into the nozzle (410) to remove frost adhering to the evaporator (300). During operation , the valve means (405) communicates between the first connection port (402) and the second connection port (403) to open the bypass passage (406a), and the second connection port (403) and the boosting unit. (420, 430) is shut off and the suction flow passage (406b) is closed to allow the refrigerant flowing out of the radiator (200) to flow through the bypass passage (406a) and in the evaporator (300). The refrigerant is caused to flow from the lower side toward the upper side.
[0011]
Therefore, there is not enough lubricating oil to return to the compressor (100) without excessively mixing the lubricating oil in the refrigerant (decreasing the heat exchange efficiency of the refrigerant in the radiator (200) and the evaporator (300)). Can be prevented.
[0012]
Also, if the refrigerant is circulated in the evaporator (300) from the upper side to the lower side in the defrosting operation as in the normal operation, the refrigerant temperature decreases toward the lower side. Therefore, frost (melted water) melted on the upper side where the refrigerant temperature is high may flow downward due to gravity, and may solidify (freeze) again on the lower side where the refrigerant temperature is low.
[0013]
On the other hand, in the present invention, during the defrosting operation, the refrigerant is circulated in the evaporator (300) from the lower side to the upper side as opposed to during the normal operation. ) Flows to the lower side where the refrigerant temperature is high. Therefore, it is possible to prevent the molten water from solidifying (freezing) again, so that the defrosting operation can be completed efficiently (in a short time).
[0014]
As in the invention of claim 2, in the refrigeration cycle using the ejector of claim 1, the valve means (405) is a disc-shaped first having a communication hole (405a) also serving as a refrigerant passage. A flange portion projecting radially outward over the entire circumference at the valve portion (405b), the cylindrical portion (405c) extending in the axial direction of the nozzle (410) from the first valve portion 405b, and the tip of the cylindrical portion (405c) The second valve portion (405d) opens and closes the bypass passage (406a), and the second valve portion (406b) opens and closes the suction flow passage (406b). It is good also as what to do.
[0016]
As in the invention described in claim 3, as in the refrigeration cycle using the ejector described in claim 1 or 2, the ejector (400) further includes a needle valve that varies the opening area of the nozzle (410) ( 411), and the valve means (405) may be displaced in conjunction with the needle valve (411).
[0022]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present embodiment, the refrigeration cycle using the ejector according to the present invention is applied to a heat pump type water heater using carbon dioxide as a refrigerant, and FIG. 1 is a schematic diagram of the refrigeration cycle using the ejector according to the present embodiment. FIG.
[0024]
Reference numeral 100 denotes a compressor that obtains driving force from a driving source (not shown) such as an electric motor and sucks and compresses the refrigerant, and 200 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 100 and hot water. And a water-refrigerant heat exchanger (hereinafter referred to as a radiator) that heats hot water and cools the refrigerant.
[0025]
Reference numeral 300 denotes an evaporator that removes heat from the outside air by evaporating the liquid phase refrigerant by exchanging heat between the outdoor air and the liquid phase refrigerant. Reference numeral 400 denotes an evaporator 300 that expands the refrigerant flowing out of the radiator 200 under reduced pressure. In addition to sucking the vapor-phase refrigerant evaporated, the ejector increases the suction pressure of the compressor 100 by converting expansion energy into pressure energy. The detailed structure of the ejector 400 will be described later.
[0026]
Incidentally, although a serpentine-like thing is drawn in FIG. 1 as the evaporator 300, this is a schematic drawing of a heat exchanger, and the evaporator 300 is limited to a serpentine-type heat exchanger. Instead, it may be a so-called multiflow type heat exchanger composed of a large number of tubes and tanks.
[0027]
Reference numeral 500 denotes a gas-liquid separator that stores the refrigerant by flowing the refrigerant flowing out from the ejector 400 into the gas phase refrigerant and the liquid phase refrigerant, and compressing the separated gas phase refrigerant. The liquid-phase refrigerant sucked and separated by the machine 100 is sucked to the evaporator 300 side.
[0028]
Incidentally, the refrigerant passage connecting the gas-liquid separator 500 and the evaporator 300 reduces the pressure of the refrigerant sucked into the evaporator 300 and reliably reduces the pressure (evaporation pressure) in the evaporator 300. Like a fixed throttle, it is set so that a predetermined pressure loss occurs when the refrigerant flows.
[0029]
In addition, in order to ensure the lubrication and sealing performance of the sliding part of the compressor 100, lubricating oil (refrigerator) is mixed with the refrigerant, but the lubricating oil (PAG) used in this embodiment is In the gas-liquid separator 500, the gas-liquid separator 500 is separated from the refrigerant and accumulates in the lowermost layer of the gas-liquid separator 500, so that the oil return hole 511 provided in the lowermost part of the U-shaped gas-phase refrigerant discharge pipe 510 Lubricating oil (a liquid phase refrigerant containing a large amount) is sucked and supplied to the compressor 100 together with the gas phase refrigerant.
[0030]
Next, the ejector 400 will be described.
[0031]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ejector 400 according to the present embodiment. In FIG. 2, reference numeral 410 denotes pressure energy (pressure head) of the high-pressure refrigerant that has flowed out from the radiator 200 to convert it into velocity energy (speed head). In this embodiment, a divergent nozzle (diverse nozzle, de laver nozzle) having a throat portion 410a with the smallest passage area is employed in the passage.
[0032]
Also, 411 is a needle valve to variably control an opening area of the nozzle 410 by a child displaced axially, of the axial end portion of the needle valve 411, as the nozzle 410 side toward the nozzle 410 side sectional A conical taper is formed so that the area is reduced, and the opposite side is fixed to an electric actuator 412.
[0033]
In this embodiment, a stepping motor is employed as the actuator 412, and the needle valve 411 is screwed to the magnet rotor 412 a of the actuator (stepping motor) 412. For this reason, when the magnet rotor 412a rotates, the needle valve 411 is displaced in the axial direction by an amount proportional to the product of the rotation angle of the rotor 412a and the lead of the screw. Incidentally, 412b is an exciting coil for generating a magnetic field.
[0034]
Reference numeral 420 denotes a mixing unit 420 that sucks the vapor-phase refrigerant evaporated in the evaporator 300 by a high-speed refrigerant flow (jet flow) ejected from the nozzle 410. Reference numeral 430 denotes the refrigerant ejected from the nozzle 410 and the evaporator. A diffuser 430 converts pressure energy into pressure energy and increases the pressure of the refrigerant while mixing with the refrigerant sucked from 300.
[0035]
Incidentally, the diffuser 430 and the mixing unit 420 are formed by a housing 401 that accommodates the nozzle 410, and the nozzle 410 is fixed to the housing 401 by press-fitting. Incidentally, the nozzle 410 and the housing 401 are made of stainless steel.
[0036]
In the mixing unit 420, as shown in FIG. 3, the driving flow and the suction flow are mixed so that the sum of the driving flow momentum and the suction flow momentum is preserved. The pressure increases (static pressure). On the other hand, in the diffusion-menu The 430, as described above, by gradually expanding the cross-sectional area, so to convert the refrigerant speed energy (dynamic pressure) into pressure energy (static pressure), the ejector 400, both mixing portion 420 and the diffusion-menu the 430 steps up the refrigerant pressure at. Therefore, collectively referred to as step-up unit and a mixing unit 420 and the diffusion-menu THE 430.
[0037]
That is, in the ideal ejector 400, the mixing portion 420 the refrigerant pressure so that the sum is stored in the momentum of the suction flow refrigerant and momentum of motive flow in increases, energy is stored in the diffusion-menu The 430 It is desirable that the refrigerant pressure increases. Therefore, in the present embodiment, the needle valve 411 is displaced according to the thermal load required in the radiator 200 to variably control the opening area of the nozzle 410.
[0038]
In FIG. 3, the gas velocity is the size when the velocity of the refrigerant injected from the nozzle 410 is 1, the axial dimension is a size based on the refrigerant outlet of the nozzle 410, and the radial size is the ejector 400. Represents the dimension from the center line.
[0039]
As shown in FIG. 2, the housing 401 includes a first connection port 402 connected to the radiator 200 side, a second connection port 403 connected to the evaporator (300) side, and a gas-liquid separator 500. A third connection port 404 connected to the side is provided, and a communication state between these ports 402 to 404 is controlled by a valve 405.
[0040]
Here, the valve 405 is coaxial with the needle valve 411 from the disc-shaped first valve portion 405b and the first valve portion 405b in which the needle valve 411 passes through the central portion and the communication hole 405a also serving as a refrigerant passage is formed. And a flange-shaped second valve portion 405d that protrudes radially outward over the entire circumference at the tip of the cylindrical portion 405c, and these are made of metal (in this embodiment, Stainless steel).
[0041]
At this time, the first valve portion 405b opens and closes a bypass passage 406a that causes the refrigerant flowing from the first connection port 402 to bypass the nozzle 410 and flow to the second connection port 403. The second valve portion 405d The suction flow passage 406b for flowing the refrigerant flowing in from the second connection port 402 to the mixing unit 420 is opened and closed.
[0042]
Both valve portions 405b and 405d are set to open the suction flow passage 406b when closing the bypass passage 406a, and close the suction flow passage 406b when opening the bypass passage 406a.
[0043]
Further, as shown in FIG. 4B, a stepped portion 411a having a diameter on the conical taper side larger than the diameter of the communication hole 405a is provided at least in a portion of the needle valve 411 passing through the communication hole 405a. When the needle valve 411 is displaced by a predetermined amount or more, the first valve portion 405b is locked to the stepped portion 411a so that the valve 405 and the needle valve 411 are mechanically interlocked and displaced.
[0044]
Next, the general operation of the heat pump type water heater ( refrigeration cycle using an ejector) will be described.
[0045]
1. When generating hot water (during normal operation)
The valves 405 in the ejector 400 is actuated, as shown in FIG. 4 (a), closing the bypass passage 406a, and opens the suction passage 406b.
[0046]
As a result, when the compressor 100 is started, the gas-phase refrigerant is sucked into the compressor 100 from the gas-liquid separator 500 and the compressed refrigerant is discharged to the radiator 200 as shown in FIG. And the refrigerant | coolant which heated hot-water supply with the heat radiator 200 decompresses and expands with the nozzle 410 of the ejector 400, and attracts | sucks the refrigerant | coolant in the evaporator 300. FIG.
[0047]
Then, the refrigerant discharged from the suction refrigerant and the nozzle 410 from the evaporator 300, the dynamic pressure is converted into static pressure by diffusion-menu The 430 with mixing in the mixing portion 420 gas-liquid separator 500 Return to.
[0048]
On the other hand, since the refrigerant in the evaporator 300 is sucked by the ejector 400, the liquid-phase refrigerant flows into the evaporator 300 from the gas-liquid separator 500, and the refrigerant that flows in the evaporator 300 macroscopically. As seen from the above, the refrigerant absorbs heat from the outdoor air and evaporates while flowing from the upper side to the lower side.
[0049]
During normal operation, since the pressure on the first connection port 402 side is higher than the pressure on the second connection port 403 side across the first valve portion 405b, the valve 405 closes the bypass passage 406a due to this pressure difference, In addition, the suction flow passage 406b is opened.
[0050]
Therefore, during normal operation, the radiator (water refrigerant heat exchanger) is a range in which the stepped portion 411a of the needle valve 411 does not interfere with the first valve portion 405b (hereinafter, this range is referred to as a normal control range). The needle valve 411 is operated (opening area of the nozzle 410) in accordance with the heat load of 200 (flow rate of the driving flow).
[0051]
6 is a ph diagram showing the operation of the refrigeration cycle using the ejector according to the present embodiment, and the numbers shown in FIG. 6 indicate the state of the refrigerant at the positions indicated by the numbers in FIG. .
[0052]
2. When removing frost adhering to the evaporator 300 (during defrosting operation)
During the defrosting operation, the needle valve 411 is displaced so that the opening area of the nozzle 410 increases until the normal control range is exceeded, and the bypass passage 406a is opened as shown in FIG. While closing 406b, a pump (not shown) for supplying hot water to the radiator (water refrigerant heat exchanger) 200 is stopped to substantially stop heat exchange between the refrigerant and the hot water in the radiator 200. .
[0053]
As a result, the high-temperature refrigerant (hot gas) discharged from the compressor 100 flows into the evaporator 300 through the bypass passage 406a in the ejector 400, as shown in FIG. Contrary to the normal operation, the inside of the evaporator 300 is viewed macroscopically, and the frost attached to the evaporator 300 is defrosted while flowing from the lower side toward the upper side.
[0054]
Next, features (effects) of this embodiment will be described.
[0055]
According to the present embodiment, when the defrosting operation is performed, the high-temperature refrigerant (hot gas) discharged from the compressor 100 is supplied to the evaporator 300 using the bypass passage 406a provided in the ejector 400. Therefore, the configuration of the water heater ( refrigeration cycle using an ejector) can be simplified as compared with the case where a pipe for the bypass passage 406a is separately provided.
[0056]
Further, since the valve 405 for opening and closing the bypass passage 406a and the needle valve 411 for variably controlling the opening area of the nozzle 410 are driven by the same actuator (stepping motor) 412, the ejector 400 ( freezing using the ejector) is performed. The number of parts constituting the cycle) can be reduced, and the manufacturing cost of the ejector 400 ( refrigeration cycle using the ejector) can be reduced.
[0057]
By the way, in order to ensure lubrication and sealing performance of the sliding portion of the compressor 100, in general, in a refrigeration cycle (such as a refrigeration cycle and an expansion valve cycle using an ejector), lubricating oil (refrigerator) is used as a refrigerant. In the refrigeration cycle using the ejector, although the driving flow flows through the compressor 100 but the suction flow does not flow through the compressor 100, the lubricating oil flowing into the evaporator 300 together with the suction flow is mixed with the evaporator 300. There is a high risk that the lubricating oil staying inside and returning to the compressor 100 will be insufficient.
[0058]
In order to cope with this, a means of considering the amount of lubricating oil staying in the evaporator 300 and mixing a larger amount of lubricating oil into the refrigerant can be considered, but if the amount of lubricating oil in the refrigerant increases, the radiator The heat exchange efficiency of the refrigerant in 200 and the evaporator 300 is reduced.
[0059]
Therefore, in the present embodiment, during normal operation, the refrigerant is circulated in the evaporator 300 from the upper side to the lower side, thereby using the refrigerant flow and gravity to retain the lubrication accumulated in the evaporator 300. The oil is discharged from the evaporator 300.
[0060]
For this reason, in this embodiment, there is not enough lubricating oil to return to the compressor 100 without mixing much lubricating oil into the refrigerant (the heat exchange efficiency of the refrigerant in the radiator 200 and the evaporator 300 is reduced). Can be prevented.
[0061]
Also, if the refrigerant is circulated in the evaporator 300 from the upper side to the lower side in the defrosting operation as in the normal operation, the refrigerant temperature decreases toward the lower side. There is a possibility that frost (melted water) melted on the upper side where the temperature is high flows downward due to gravity and solidifies (freezes) again on the lower side where the refrigerant temperature is low.
[0062]
In contrast, in the present embodiment, during the defrosting operation, the refrigerant is circulated in the evaporator 300 from the lower side to the upper side, contrary to the normal operation, so that the thawed frost (melted water) Will flow to the lower side where the refrigerant temperature is high. Therefore, it is possible to prevent the molten water from solidifying (freezing) again, so that the defrosting operation can be completed efficiently (in a short time).
[0063]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a water heater, but the present invention is not limited to this, and a heat engine using a refrigeration cycle using other ejectors such as a refrigerator, a freezer, and an air conditioner. Can also be applied.
[0064]
In the aforementioned embodiment, the refrigerant is high-pressure side refrigerant pressure (discharge pressure of the compressor) is the refrigeration cycle using the critical pressure or more and Do Rue ejector refrigerant as the carbon dioxide, the present invention is to it is not limited, as a refrigeration cycle using an ejector for a chlorofluorocarbon refrigerant, the high-pressure side refrigerant pressure may be a refrigeration cycle using Rue ejectors such as below the critical pressure of the refrigerant.
[0065]
In the above-described embodiment, the stepping motor is adopted as the actuator 412. However, the present invention is not limited to this, and may be another type such as a linear motor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigeration cycle (water heater) using an ejector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an ejector according to an embodiment of the present invention.
[Figure 3] definitive from the refrigerant outlet of the nozzle to a refrigerant outlet of the diffusion-menu The is a three-dimensional characteristic diagram showing the relationship between radial position and the refrigerant flow rate relative to the central portion of the refrigerant passage section of the ejector.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the operation of the ejector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a refrigerant flow during normal operation of a refrigeration cycle (water heater) using the ejector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a ph diagram during normal operation of a refrigeration cycle (water heater) using an ejector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a refrigerant flow during a defrosting operation of a refrigeration cycle (water heater) using the ejector according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
400 ... ejector, 401 ... housing, 402 ... first connection port,
403 ... second connection port, 404 ... third connection port, 405 ... valve,
406a ... Bypass passage, 406b ... Suction flow passage, 410 ... Nozzle,
411 ... Needle valve, 412 ... Actuator (stepping motor),
420 ... mixing section, 430 ... diffusion-menu The.

Claims

A compressor (100) for sucking and compressing refrigerant;
A radiator (200) for cooling the refrigerant discharged from the compressor (100);
An evaporator (300) for evaporating the refrigerant;
Nozzle (410) for decompressing and expanding the refrigerant by converting the speed energy of pressure energy of the high-pressure refrigerant flowing out of the radiator (200), as well as aspirated by the high speed flow of refrigerant ejected from the nozzle (410) Boosting units (420, 430) that increase the pressure of the refrigerant by converting the velocity energy into pressure energy while mixing the gas-phase refrigerant evaporated in the evaporator (300) and the refrigerant injected from the nozzle (410). and ejector (400) and having a housing (401) of said forming a radiator (200) bypass passage leading to the evaporator outflow refrigerant diverted the nozzle (410) (300) from (406a),
With obtaining 蓄separates the refrigerant flowing from the ejector (400) into a gas phase refrigerant and liquid-phase refrigerant, together to flow out the separated gas-phase refrigerant to the suction side of the compressor (100), separated A gas-liquid separator (500) for flowing a liquid-phase refrigerant to the inlet side of the evaporator (300) ,
The housing (401) is formed with a first connection port (402) connected to the radiator (200) side and a second connection port (403) connected to the evaporator (300) side. In addition, a suction flow passage (406b) is formed to flow the refrigerant from the second connection port (403) to the pressure increase parts (420, 430).
The bypass passage (406a) is formed to allow the refrigerant flowing from the first connection port (402) to flow to the second connection port (403),
Inside the housing (401), valve means (405) for changing the state of communication between the first and second ports (402, 403) and the boosting parts (420, 430) is disposed.
During normal operation in which the evaporator (300) evaporates the refrigerant, the valve means (405) cuts off the connection between the first connection port (402) and the second connection port (403). (406a) is closed and the suction port (406b) is opened by communicating between the second connection port (403) and the booster (420, 430), thereby releasing the radiator (200). While flowing the refrigerant flowing out into the nozzle (410), in the evaporator (300) macroscopically, flowing the refrigerant from the upper side to the lower side,
During the defrosting operation for removing frost adhering to the evaporator (300), the valve means (405) communicates between the first connection port (402) and the second connection port (403) to perform the bypass. The radiator (200) is opened by opening the passage (406a) and blocking the gap between the second connection port (403) and the booster (420, 430) to close the suction flow passage (406b ). A refrigeration cycle using an ejector , wherein the refrigerant flowing out of the refrigerant flows through the bypass passage (406a) and flows from the lower side to the upper side in the evaporator (300).

The valve means (405) includes a disk-shaped first valve portion (405b) having a communication hole (405a) also serving as a refrigerant passage, and a cylindrical portion extending from the first valve portion 405b in the axial direction of the nozzle (410). (405c) and a flange-shaped second valve portion (405d) protruding radially outward over the entire circumference at the tip of the cylindrical portion (405c),
The first valve portion (405b) opens and closes the bypass passage (406a),
The refrigeration cycle using an ejector according to claim 1, wherein the second valve portion (406b) opens and closes the suction flow passage (406b).

Furthermore, the ejector (400) includes a needle valve (411) that varies the opening area of the nozzle (410),
The refrigeration cycle using an ejector according to claim 1 or 2, wherein the valve means (405) is displaced in conjunction with the needle valve (411).