JP6072899B2

JP6072899B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP6072899B2
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Inventors: 真哉東井上
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Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
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Filing date: 2014-01-29
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Description

本発明は、エジェクタを有する冷凍サイクル装置に関する。

特許文献１に記載の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、気泡発生手段、エジェクタ、及び蒸発器を備え、圧縮機から吐出したガス冷媒の一部を気泡発生手段にバイパスする。そして、気泡発生手段によって、凝縮器から流出した液冷媒に圧縮機から吐出したガス冷媒を流入させて気泡を発生させている。これによって、エジェクタ内での駆動流体と吸引流体との混合が促進されエジェクタの効率が向上する、とされている。

特開２００８−２０２８１２号公報（要約）

しかしながら、上記特許文献１の技術では、圧縮機から吐出されたガス冷媒を分岐して、気泡発生手段に流入させている。このため、蒸発器での冷凍能力が低下するとともに、冷凍効果も減少する。この結果、冷凍サイクル装置の冷凍能力及びエネルギー効率が低下する、という課題があった。
さらに、蒸発器における冷凍能力の低下を補うため、圧縮機の駆動周波数を上昇させ冷媒の循環量を増やす必要があり、冷凍サイクル装置のエネルギー効率が低下する、という課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、エジェクタの効率を向上することができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
また本発明は、冷凍能力及びエネルギー効率を向上することができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、第１蒸発器、及びエジェクタの冷媒吸引口が、冷媒配管で接続された第１冷媒流路と、前記凝縮器と前記第１膨張弁との間を分岐し、前記エジェクタの冷媒流入口、前記エジェクタの冷媒流出口、第２蒸発器、及び前記圧縮機が、冷媒配管で接続された第２冷媒流路と、を備え、前記第２冷媒流路の、前記凝縮器と前記エジェクタの冷媒流入口との間に、第２膨張弁、及び、前記第２膨張弁から流出した冷媒に含まれる気泡を微細化する気泡微細化手段を、順次接続し、前記気泡微細化手段に流入する冷媒の乾き度が、０より大きく、０．１より小さくなるように、前記第２膨張弁の開度を制御するものであり、前記気泡微細化手段は、流入口及び流出口が形成され、前記流出口に向かって冷媒通路面積が減少する旋回室によって構成され、前記流入口から流入した前記冷媒を、旋回流にして、前記流出口から流出させるものであり、複数の前記旋回室が隣接して直列に設けられ、前記旋回室の前記流出口から流出した前記冷媒が、隣接する前記旋回室に流入するものであり、前記第２膨張弁から流出した冷媒を分岐させて複数の前記旋回室のそれぞれに流入させる複数の分岐管が設けられている。

本発明は、第２冷媒流路の、凝縮器とエジェクタの冷媒流入口との間に、第２膨張弁、及び気泡微細化手段を順次接続した。
このため、本発明は、エジェクタの効率を向上することができる。また本発明は、冷凍能力及びエネルギー効率を向上することができる。

実施の形態１における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。実施の形態１における冷凍サイクル装置のエジェクタ１０７の構成と内部の圧力分布とを示す図である。実施の形態１における冷凍サイクル装置の第１蒸発器１０４及び第２蒸発器１０８の構成の概要を示す図である。実施の形態１における冷凍サイクル装置の凝縮器１０２の構成の概要を示す図である。実施の形態１における冷凍サイクル装置の動作状態を示すモリエル線図である。実施の形態２における冷凍サイクル装置の気泡微細化手段１０６の構成を模式的に示す図である。実施の形態３における冷凍サイクル装置の気泡微細化手段１０６の構成を模式的に示す図である。実施の形態４における冷凍サイクル装置の気泡微細化手段１０６の構成を模式的に示す図である。実施の形態４における冷凍サイクル装置の混合器８０５の構成を模式的に示す図である。実施の形態１における冷凍サイクル装置のエジェクタ１０７の効率と乾き度との関係を示す図である。

実施の形態１．
（冷媒回路）
図１は、実施の形態１における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
図１に示す冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１、凝縮器１０２、第１膨張弁１０３、第１蒸発器１０４、第２膨張弁１０５、気泡微細化手段１０６、エジェクタ１０７、及び、第２蒸発器１０８を備える。
これらの要素部品、及び要素部品を接続するための冷媒配管は、室外ユニット１００の筐体内に収納されている。

圧縮機１０１、凝縮器１０２、第１膨張弁１０３、第１蒸発器１０４、及びエジェクタ１０７の冷媒吸引口が、冷媒配管で順次接続され、第１冷媒流路を構成している。
また、凝縮器１０２と第１膨張弁１０３との間を分岐し、第２膨張弁１０５、気泡微細化手段１０６、エジェクタ１０７の冷媒流入口、エジェクタ１０７の冷媒流出口、第２蒸発器１０８、及び圧縮機１０１が、冷媒配管で順次接続され、第２冷媒流路を構成している。
つまり、第２冷媒流路には、第２膨張弁１０５、気泡微細化手段１０６、及びエジェクタ１０７が直列に接続されている。
第２膨張弁１０５は、凝縮器１０２と第１膨張弁１０３との間から分岐した冷媒を、減圧して気液二相状態の冷媒にする。
気泡微細化手段１０６は、第２膨張弁１０５から流出した気液二相状態の冷媒に含まれる気泡を微細化する。

第１蒸発器１０４と第２蒸発器１０８は、冷媒と熱媒体（例えば水）との流れ方向が対向するように配管が接続されている。第１蒸発器１０４と第２蒸発器１０８は、熱負荷側となる室内ユニット１１０の室内熱交換器１１１と接続され、熱媒体を搬送するための送水機１０９が接続されている。

図１の構成をさらに詳しく説明する。

（エジェクタ１０７）
図２は、実施の形態１における冷凍サイクル装置のエジェクタ１０７の構成と内部の圧力分布とを示す図である。
エジェクタ１０７は、冷媒流入口２０４、冷媒吸引口２０５、及び冷媒流出口２０６を有する。
冷媒流入口２０４は、気泡微細化手段１０６と冷媒配管で接続されている。冷媒流入口２０４には、駆動冷媒が流入する。
冷媒吸引口２０５は、第１蒸発器１０４と冷媒配管で接続されている。冷媒吸引口２０５には、駆動冷媒によって吸引される吸引冷媒が流入する。
冷媒流出口２０６は、第２蒸発器１０８と冷媒配管で接続されている。冷媒流出口２０６は、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒を流出する。

エジェクタ１０７は、ノズル部２０１、混合部２０２、ディフューザー部２０３で構成される。ノズル部２０１は、減圧部２０１ａ、ノズル喉部２０１ｂ、末広部２０１ｃで構成される。図２における、「ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ」等のアルファベットは、後述するモリエル線図の各点を表している。

気泡微細化手段１０６を流出した高圧の冷媒（駆動冷媒）は、冷媒流入口２０４から流入し、減圧部２０１ａで流路面積の低下に伴い減圧膨張する。減圧により速度が上昇し、ノズル喉部２０１ｂで音速となる。音速となった駆動冷媒は、末広部２０１ｃで更に速度を上昇させながら減圧する。これにより、超高速で気液二相の冷媒がノズル部２０１から流出する。

一方、エジェクタ１０７の冷媒吸引口２０５から吸引される冷媒は、冷媒吸引口２０５とノズル部２０１の出口との圧力差（ΔＰｓｕｃ）により、超高速の冷媒に引き込まれる（吸引冷媒）。ノズル部２０１の出口、つまり、混合部２０２の入口から超高速の駆動冷媒と低速の吸引冷媒とが混合し始める（混合冷媒）。混合冷媒では、駆動冷媒と吸引冷媒との運動量交換により、圧力が回復（上昇）する。さらに、ディフューザー部２０３においても流路拡大による減速により、動圧が静圧に変換されて圧力が上昇する（ΔＰ）。混合冷媒は、ディフューザー部２０３（冷媒流出口２０６）から流出する。

（第１蒸発器１０４、第２蒸発器１０８）
図３は、実施の形態１における冷凍サイクル装置の第１蒸発器１０４及び第２蒸発器１０８の構成の概要を示す図である。
図３（ａ）は側面図を示し、図３（ｂ）は正面図（積層方向から見た図）を示す。
第１蒸発器１０４及び第２蒸発器１０８は、例えばプレート式の熱交換器によって構成される。第１蒸発器１０４及び第２蒸発器１０８は、冷媒と熱媒体（例えば水）とを熱交換する。
図３（ａ）に示すように、プレート式の熱交換器は、伝熱プレート３０２と伝熱プレート３０３とが交互に積層される。また、プレート式の熱交換器は、最前面に補強用サイドプレート３０１が積層され、最背面に補強用サイドプレート３０４が積層される。

図３（ｂ）に示すように、補強用サイドプレート３０１は、略矩形の板状に形成される。補強用サイドプレート３０１は、略矩形の四隅に、第１流入管３０５、第１流出管３０６、第２流入管３０７、第２流出管３０８が設けられる。
各伝熱プレート３０２、３０３は、補強用サイドプレート３０１と同様に、略矩形の板状に形成され、四隅に第１流入口、第１流出口、第２流入口、第２流出口が設けられる。
補強用サイドプレート３０４は、補強用サイドプレート３０１等と同様に、略矩形の板状に形成される。なお、補強用サイドプレート３０４には、第１流入管３０５、第１流出管３０６、第２流入管３０７、第２流出管３０８が設けられない。

これにより、第１流入管３０５から流入した熱媒体（例えば、水）を、第１流出管３０６から流出する第１流路が、伝熱プレート３０３の背面と伝熱プレート３０２の前面との間に形成される。
同様に、第２流入管３０７から流入した冷媒を、第２流出管３０８から流出する第２流路が、伝熱プレート３０２の背面と伝熱プレート３０３の前面との間に形成される。
伝熱プレート３０２と伝熱プレート３０３との間に、熱媒体が流れる流路と冷媒が流れる流路とが交互に形成される。そして、熱媒体の流れ方向と冷媒の流れ方向とが対向する（対抗流）。

なお、第１蒸発器１０４及び第２蒸発器１０８は、冷媒と熱媒体とを熱交換するプレート式の熱交換器に限定されない。例えば、冷媒と空気とを熱交換するフィンアンドチューブ熱交換器でも良い。この場合、第２蒸発器１０８から第１蒸発器１０４に向かうように空気を流す。また、室内熱交換器１１１及び送水機１０９を省略して、第１蒸発器１０４及び第２蒸発器１０８の少なくとも一方を、室内ユニット１１０に配置して、熱負荷となる室内空気と熱交換しても良い。

（凝縮器１０２）
図４は、実施の形態１における冷凍サイクル装置の凝縮器１０２の構成の概要を示す図である。
図４に示すように、凝縮器１０２は、室外ユニット１００に設けた送風機室４１５に配置されている。凝縮器１０２は、冷媒と空気とを熱交換するフィンアンドチューブ型の熱交換器で構成する。
送風機室４１５内には、送風機４０６と、これに隣接する凝縮器１０２とが組み込まれている。送風機室４１５内は、風路確保のため大きな空間を有している。送風機４０６は、３枚の翼型のプロペラと、このプロペラを回転駆動させるモータとが組み合わされており、外部から供給される電力によりモータとプロペラが所定の回転数で回転するようになっている。
凝縮器１０２は、例えば、アルミ薄板のフィンが多数密着した長い冷媒配管が略Ｌ字平板状に曲げ成形されており、冷媒配管内の冷媒とフィン周辺の空気とで熱交換が行われる。凝縮器１０２は、送風機４０６によって各フィン間を流れて通過する空気の風量が調節され、熱交換の量が調節される。

なお、凝縮器１０２は、冷媒と空気とを熱交換するフィンアンドチューブ型の熱交換器に限定されない。例えば、冷媒と熱媒体（例えば水）とを熱交換するプレート式の熱交換器でも良い。

（室内ユニット１１０）
室内ユニット１１０内には、室内熱交換器１１１が設けられている。
室内熱交換器１１１は、例えば、熱媒体と空気とを熱交換するフィンアンドチューブ型の熱交換器で構成する。室内熱交換器１１１、第２蒸発器１０８、第１蒸発器１０４、及び送水機１０９は、順次接続され、熱媒体が循環する流路を形成する。

なお、室内熱交換器１１１は、フィンアンドチューブ型の熱交換器に限定されない。例えば、第２蒸発器１０８及び第１蒸発器１０４を循環する熱媒体と、熱負荷となる熱媒体（例えば水）とを熱交換するプレート式の熱交換器でも良い。

（冷凍サイクルの動作）
次に、冷凍サイクル装置の動作を説明する。
図５は、実施の形態１における冷凍サイクル装置の動作状態を示すモリエル線図である。
図５のモリエル線図の横軸は冷媒の比エンタルピを示し、縦軸は圧力を示す。また、モリエル線図内の点ａ〜点ｉは、図１及び図２に示す位置における冷媒状態を示す。

圧縮機１０１から吐出された高温高圧のガス冷媒（状態ａ）は、凝縮器１０２へ流入する。凝縮器１０２へ流入したガス冷媒は、凝縮器１０２による空気との熱交換により凝縮され高温高圧の液冷媒となる（状態ｂ）。凝縮器１０２から流出した液冷媒は、第１膨張弁１０３へ流れる液冷媒と、第２膨張弁１０５へ流れる液冷媒とに分流される。

凝縮器１０２の出口から分流され第１膨張弁１０３へ流入した液冷媒（状態ｂ）は、第１膨張弁１０３で等エンタルピ膨張されて気液二相状態の冷媒となり（状態ｃ）、第１蒸発器１０４へ流入する。第１蒸発器１０４へ流入した冷媒は、第１蒸発器１０４による熱媒体との熱交換により加熱されガス冷媒となる（状態ｄ）。第１蒸発器１０４から流出したガス冷媒（状態ｄ）は、エジェクタ１０７の冷媒吸引口２０５へ吸引される。

一方、凝縮器１０２の出口から分流され第２膨張弁１０５へ流入した液冷媒（状態ｂ）は、第２膨張弁１０５で等エンタルピ膨張されて気液二相状態の冷媒となり（状態ｅ）、気泡微細化手段１０６へ流入する。つまり、気泡微細化手段１０６に流入する冷媒の乾き度は０より大きい。例えば、気泡微細化手段１０６に流入する冷媒の乾き度は、０より大きく、０．１より小さい。
ここで、気泡微細化手段１０６に流入する冷媒の乾き度を０．１以上にすると、エジェクタ１０７の動力回収率（効率η）が低下する。このため、気泡微細化手段１０６に流入する冷媒の乾き度が、０より大きく０．１より小さくなるように、第２膨張弁１０５の開度を制御する。

なお、気泡微細化手段１０６に流入する冷媒の乾き度が、０より大きくなるように、第２膨張弁１０５の開度を制御しても良い。
例えば、第２膨張弁１０５の入口側及び出口側に、冷媒の温度を計測する温度センサーを取り付ける。そして、出口側の冷媒温度が入口側の冷媒温度よりも低くなるように第２膨張弁１０５の開度を調整する。これにより、気泡微細化手段１０６に流入する冷媒の乾き度を、０より大きくすることができる。
なお、本発明は、第２膨張弁１０５の開度を制御する構成に限定されない。本発明は、気泡微細化手段１０６に気液二相状態の冷媒が流入する構成であれば良い。例えば、第２膨張弁１０５の開度が固定でも良い。

気泡微細化手段１０６は、第２膨張弁１０５から流入した気液二相状態の冷媒に含まれる気泡を微細化する。これにより、気液二相状態の冷媒に含まれる液冷媒とガス冷媒とが均質に混合される。気泡微細化手段１０６から流出した気液二相状態の冷媒（状態ｅ）は、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４へ流入する。

エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４へ流入した気液二相状態の冷媒（状態ｅ）は、エジェクタ１０７のノズル部２０１で断熱膨張（等エントロピ膨張）され、超高速で気液二相の冷媒となる（状態ｆ）。超高速で気液二相状態の冷媒は、第１蒸発器１０４で気化された冷媒（状態ｄ）を吸引し、混合部２０２で超高速の冷媒（状態ｆ）と低速の冷媒（状態ｄ）とが混合して混合冷媒となる（状態ｇ）。この混合冷媒は、ディフューザー部２０３で圧力が上昇し（状態ｈ）、エジェクタ１０７の冷媒流出口２０６から流出する。

エジェクタ１０７の冷媒流出口２０６を流出した冷媒（状態ｈ）は、第２蒸発器１０８へ流入する。第２蒸発器１０８へ流入したガス冷媒は、第２蒸発器１０８による熱媒体との熱交換により加熱されガス冷媒となる（状態ｉ）。このガス冷媒は、圧縮機１０１に吸入される。

以上のように本実施の形態１においては、第２冷媒流路の、凝縮器１０２とエジェクタ１０７の冷媒流入口２０４との間に、第２膨張弁１０５、及び、第２膨張弁１０５から流出した冷媒に含まれる気泡を微細化する気泡微細化手段１０６を、順次接続した。
このため、第１蒸発器１０４及び第２蒸発器１０８での冷凍能力の低下を抑制し、冷凍効果を低下させることなく、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４に流入する冷媒に含まれる気泡を微細化することができる。この結果、エジェクタ１０７の、圧力エネルギーを速度エネルギーへ変換する動力回収率（効率）を向上することができ、冷凍サイクル装置の冷凍能力及びエネルギー効率（ＣＯＰ：ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＯｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上することができる。

ここで、エジェクタ１０７の動力回収率（効率η）は、次式で表せる。

Ｖは、エジェクタ１０７の冷媒流出口２０６での冷媒速度である。
Ｇは、冷媒循環量である。
Δｈは、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４の冷媒（状態ｅ）の比エンタルピと、ノズル部２０１で断熱膨張したあとの冷媒（状態ｆ）の比エンタルピとの差（断熱熱落差）である。

上記式の関係から、冷媒速度Ｖが上昇することで、エジェクタ１０７の動力回収率（効率η）が向上する。
本実施の形態１においては、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４に流入する冷媒に含まれる気泡を微細化するので、エジェクタ１０７内で、液冷媒とガス冷媒との接触面積が増え、液冷媒の減圧沸騰が促進される。この結果、エジェクタ１０７から流出する冷媒の速度が上昇する。つまり、圧力エネルギーを速度エネルギーへ変換する動力回収率が上昇する。よって、冷凍サイクル装置のエネルギー効率を向上することができる。

また、本実施の形態１においては、気泡微細化手段１０６に流入する冷媒の乾き度が、０より大きく０．１より小さい。つまり、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４の冷媒（状態ｅ）の乾き度が、０より大きく０．１より小さい。このため、エジェクタ１０７の動力回収率（効率η）を向上することができる。その理由は、次の通りである。
冷媒の乾き度が０、即ち液冷媒の場合、液冷媒は非圧縮性流体であるため、状態ｂから状態ｆへの膨張行程のうち液相状態での等エンタルピ変化は、断熱熱落差Δｈの変化に寄与しない。このため、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４の冷媒（状態ｅ）の乾き度を０より大きくし、気液二相状態の冷媒にしている。また、冷媒の乾き度が０．１より小さければ、膨張行程の全体から見れば乾き度の変化量は僅かな量であるため、エネルギーロスは微小である。

また、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４の冷媒（状態ｅ）の乾き度が、０より大きく０．１より小さいことで、冷媒速度Ｖを大きくすることでき、エジェクタ１０７の動力回収率（効率η）が向上する。
ここで、エジェクタ１０７の冷媒流出口２０６での冷媒速度Ｖは、ノズル動力に比例する。つまり、ノズル動力を大きくすることで、冷媒速度Ｖが大きくなり、エジェクタ１０７の動力回収率（効率η）が向上する。
このノズル動力は、エジェクタ１０７のノズル部２０１内における運動エネルギーへの変換効率（ノズル効率ηｎ）と、断熱熱落差Δｈとの積である。

ノズル効率ηｎと、断熱熱落差Δｈと、乾き度とには、図１０に示すような関係がある。
ノズル効率ηｎは、ノズル部２０１内における圧力変化量（ΔＰ／ΔＺ）が小さくなるほど大きくなる。なお、ΔＺは距離である。
圧力変化量（ΔＰ／ΔＺ）は、冷媒の乾き度が大きいほど小さくなる。例えば、乾き度が０の液状態の冷媒がエジェクタ１０７へ流入した場合、液状態の冷媒がガス状態の冷媒へ急激に体積膨張して圧力が急降下し、圧力変化量（ΔＰ／ΔＺ）が大きくなる。一方、乾き度が０より大きい場合、冷媒中に気泡が含まれているため、液相状態と比較して体積が膨張している。このため、乾き度が大きいほど、体積膨張はより緩やかになり、圧力変化量がより小さくなる。このようなことから、乾き度が大きいほどノズル効率ηｎが大きくなる。
また、断熱熱落差Δｈは、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４の冷媒（状態ｅ）の比エンタルピと、ノズル部２０１で断熱膨張したあとの冷媒（状態ｆ）の比エンタルピとの差であるから、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４の冷媒（状態ｅ）の乾き度が大きくなるほど、小さくなる。例えば、乾き度が０．２のとき断熱熱落差Δｈは０になる。

以上のことから、ノズル動力は、乾き度がある値のときピークとなり、その値よりも大きくなると減少する。例えば、図１０に示すように、断熱熱落差Δｈが０となる乾き度が０．２の場合、ノズル動力がピークとなる乾き度は約０．０７５となる。つまり、乾き度がこの値よりも大きくなると、ノズル動力は減少する。
本実施の形態では、乾き度の制御動作における余裕を持たすため、乾き度を０．１より小さくしている。

このように本実施の形態では、気泡微細化手段１０６に流入する冷媒の乾き度が、０より大きく０．１より小さい。つまり、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４の冷媒（状態ｅ）の乾き度が、０より大きく０．１より小さい。
このため、ノズル動力が大きくなり、エジェクタ１０７の冷媒流出口２０６での冷媒速度を速くすることができる。よって、エジェクタ１０７の動力回収率（効率η）を向上することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、気泡微細化手段１０６の構成の一例を説明する。

図６は、実施の形態２における冷凍サイクル装置の気泡微細化手段１０６の構成を模式的に示す図である。
図６（ａ）は、冷媒配管の冷媒流れ方向が水平方向である場合を示し、図６（ｂ）は、冷媒配管の冷媒流れ方向が垂直方向である場合を示している。
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、本実施の形態２における気泡微細化手段１０６は、冷媒が通過する多孔質体６０１によって構成されている。
多孔質体６０１は、冷媒配管内の流路に設けられている。多孔質体６０１は、例えば、全体が多孔質透過材で形成され、通気孔（流体が透過できる多孔体表面及び内部の気孔）の平均直径が約５００μｍであり、空隙率が９２±６％である。この多孔質体６０１は、例えば、ウレタンフォームに金属粉末を塗布後、熱処理してウレタンフォームを焼失させ、金属を３次元の格子状に成形したものである。多孔質体６０１の材料は、例えばＮｉ（ニッケル）である。

多孔質体６０１を通過する前の気液二相状態の冷媒、即ち第２膨張弁１０５から流出した冷媒は、乾き度が低いため、液冷媒内に気泡の塊（気泡スラグ６０２、６０３）を含んだ様相となる。この気泡スラグ６０２、６０３が、多孔質体６０１を通過すると、多孔質体６０１内で微細化され、微細気泡６０４として流出する。

このため、微細化した気泡と液冷媒とを均質化した気液二相状態の冷媒を、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４へ流入させることができる。
よって、エジェクタ１０７内で、液冷媒とガス冷媒との接触面積が増え、液冷媒の減圧沸騰が促進される。この結果、エジェクタ１０７から流出する冷媒の速度が上昇する。つまり、圧力エネルギーを速度エネルギーへ変換する動力回収率が上昇する。よって、冷凍サイクル装置のエネルギー効率を向上することができる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、気泡微細化手段１０６の構成の一例を説明する。

図７は、実施の形態３における冷凍サイクル装置の気泡微細化手段１０６の構成を模式的に示す図である。
図７（ａ）は、旋回軸に直交する方向の断面図を示し、図７（ｂ）は旋回軸方向の断面図を示す。
図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、気泡微細化手段１０６は、気泡微細化手段１０６は、導入管７０１、分岐管７０２ａ、７０２ｂ、旋回室７０３ａ、７０３ｂ、流出管７０４を備えている。
本実施の形態３における気泡微細化手段１０６は、導入管７０１から流入した冷媒を、旋回流にして、流出管７０４から流出させる、二段階旋回機構によって構成されている。

旋回室７０３ａ、７０３ｂは、流出管７０４に向かって冷媒通路面積が減少する形状を有している。例えば旋回室７０３ａ、７０３ｂは、円錐形状を有している。
また、旋回室７０３ａ、７０３ｂは、隣接して設けられ、旋回室７０３ａから流出した冷媒が、隣接する旋回室７０３ｂに流入する。なお、旋回室の数は２つに限定されない。

なお、旋回室７０３ａと分岐管７０２ａとの接続部分が、本発明の「流入口」に相当する。また、旋回室７０３ｂと分岐管７０２ｂとの接続部分が、本発明の「流入口」に相当する。また、旋回室７０３ａから旋回室７０３ｂへ冷媒が流出する開口が、本発明の「流出口」に相当する。また、旋回室７０３ｂと流出管７０４との接続部分が、本発明の「流出口」に相当する。

第２膨張弁１０５から流出した気液二相状態の冷媒は、導入管７０１を通って、分岐管７０２ａと分岐管７０２ｂとに二分岐され、それぞれ旋回室７０３ａと旋回室７０３ｂとに流入する。
図７（ａ）に示すように、分岐管７０２ａ、７０２ｂは、円錐形状を有する旋回室７０３ａ、７０３ｂに、円形断面の接線方向に向かって接続されている。これにより、旋回室７０３ａ、７０３ｂに流入した冷媒は、旋回室７０３ａ、７０３ｂの内壁面に沿って流れ、旋回流となる。

分岐管７０２ａから旋回室７０３ａへ流入した気液二相状態の冷媒は、旋回流となることで、密度の大きい液冷媒が遠心力により旋回室７０３ａの外側に、密度の小さいガス冷媒が向心力により中心部に分離される。
さらに、流出管７０４に向かって、旋回室７０３ａの流路断面積（冷媒通路面積）が小さくなるため、流速が増しながら旋回室７０３ａから旋回室７０３ｂへ流入する。

一方、分岐管７０２ｂから旋回室７０３ｂへ流入した気液二相状態の冷媒は、旋回室７０３ａから流出した旋回流と混合しながら、旋回流となる。旋回室７０３ｂでは、旋回室７０３ａで形成された旋回流により、旋回流の形成が促進される。
旋回室７０３ｂ内の気液二相状態の冷媒は、旋回流となることで、密度の大きい液冷媒が遠心力により旋回室７０３ｂの外側に、密度の小さいガス冷媒が向心力により中心部に分離される。
さらに、流出管７０４に向かって、旋回室７０３ｂの流路断面積（冷媒通路面積）が小さくなるため、流速が増しながら流出管７０４から流出する。

旋回室７０３ｂから流出管７０４へ流出した気液二相状態の冷媒は、流出開始後、旋回成分が弱まり始める。この結果、流出管７０４の流れ方向に沿って旋回速度の速度差が生じる。
この速度差が、液冷媒とガス冷媒とにせん断力を発生させ、ガス冷媒が分断されることで、気泡が微細化される。

なお、分岐管７０２ａ及び分岐管７０２ｂの少なくとも一方に、流量を調節する流量調節手段を取り付け、旋回室７０３ａと旋回室７０３ｂへ流入する冷媒量を、気泡の微細化に適した流入量に調整するようにしても良い。
また、旋回室７０３ａ及び旋回室７０３ｂの形状は円錐状に限定されない。旋回室７０３ａ、７０３ｂの出口方向に沿って断面積が減少する形状であればよい。例えば、断面Ｕ字形状でも良い。

実施の形態４．
本実施の形態４では、気泡微細化手段１０６の構成の一例を説明する。

図８は、実施の形態４における冷凍サイクル装置の気泡微細化手段１０６の構成を模式的に示す図である。
図８に示すように、本実施の形態４における気泡微細化手段１０６は、冷媒を気相（ガス冷媒）と液相（液冷媒）とに分離する気液分離器８０２と、気液分離器８０２によって分離された液相の冷媒と気相の冷媒とを混合する混合器８０５と、によって構成されている。

気液分離器８０２は、例えば、重力の作用によって液冷媒とガス冷媒とを分離する重力落下式の気液分離器である。気液分離器８０２は、流入管８０１、ガス冷媒流出口８０３、液冷媒流出口８０４を備えている。
流入管８０１は、外殻を形成するタンクの上方から冷媒を流入させる。
液冷媒流出口８０４は、タンクの下方から液冷媒を流出させる。
ガス冷媒流出口８０３は、配管の端部が液冷媒流出口８０４より上方に挿入され、タンク内のガス冷媒を流出させる。ガス冷媒流出口８０３は、例えば、液冷媒流出口８０４より外周側に複数取り付けられている。

第２膨張弁１０５から流出した気液二相状態の冷媒は、流入管８０１を通って気液分離器８０２の内部へ流入する。気液分離器８０２の内部では、密度の大きい液冷媒が下側へ、密度の小さいガス冷媒が上側に分離する。
ガス冷媒流出口８０３から流出したガス冷媒、及び、液冷媒流出口８０４から流出した液冷媒は、それぞれ混合器８０５へ流入する。

図９は、実施の形態４における冷凍サイクル装置の混合器８０５の構成を模式的に示す図である。
図９に示すように、混合器８０５は、液冷媒流出口８０４からの液相の冷媒が流通する液相冷媒流路９０１と、ガス冷媒流出口８０３からの気相の冷媒を、液相冷媒流路９０１に噴出させる気相冷媒流路９０２と、を備えている。混合器８０５は、液相の冷媒と気相の冷媒とを混合して、流出管８０６へ流出させる。

混合器８０５においては、ガス冷媒流出口８０３から気相冷媒流路９０２へ流入したガス冷媒と、液冷媒流出口８０４から液相冷媒流路９０１へ流入した液冷媒との界面に速度差が生じる。この速度差が、液冷媒とガス冷媒とにせん断力を発生させ、ガス冷媒が分断されることで、気泡が微細化される。

ガス冷媒流出口８０３から流出するガス冷媒の速度、及び、液冷媒流出口８０４から流出する液冷媒の速度は、流出管８０６の流路断面積と、ガス冷媒及び液冷媒の各質量流量で決定される。
乾き度が比較的小さい場合、液冷媒の占める割合がガス冷媒より多いため、液冷媒流出口８０４の流路面積を小さく、ガス冷媒流出口８０３の流路断面積を小さくすることで、液冷媒とガス冷媒との速度差がより大きくなる。なお、ここでの流路断面積とは、各相の総流路断面積である。

以上のような構成によって、微細化した気泡と液冷媒とを均質化した気液二相状態の冷媒を、エジェクタ１０７の冷媒流入口２０４へ流入させることができる。
よって、エジェクタ１０７内で、液冷媒とガス冷媒との接触面積が増え、液冷媒の減圧沸騰が促進される。この結果、エジェクタ１０７から流出する冷媒の速度が上昇する。つまり、圧力エネルギーを速度エネルギーへ変換する動力回収率が上昇する。よって、冷凍サイクル装置のエネルギー効率を向上することができる。

なお、図８及び図９の例では、ガス冷媒流出口８０３を、液冷媒流出口８０４の外周側に複数取り付けた場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ガス冷媒流出口８０３を中心部に設け、液冷媒流出口８０４を外周側に取り付けてもよい。

１００室外ユニット、１０１圧縮機、１０２凝縮器、１０３第１膨張弁、１０４第１蒸発器、１０５第２膨張弁、１０６気泡微細化手段、１０７エジェクタ、１０８第２蒸発器、１０９送水機、１１０室内ユニット、１１１室内熱交換器、２０１ノズル部、２０１ａ減圧部、２０１ｂノズル喉部、２０１ｃ末広部、２０２混合部、２０３ディフューザー部、２０４冷媒流入口、２０５冷媒吸引口、２０６冷媒流出口、３０１補強用サイドプレート、３０２伝熱プレート、３０３伝熱プレート、３０４補強用サイドプレート、３０５第１流入管、３０６第１流出管、３０７第２流入管、３０８第２流出管、４０６送風機、４１５送風機室、６０１多孔質体、６０２気泡スラグ、６０３気泡スラグ、６０４微細気泡、７０１導入管、７０２ａ分岐管、７０２ｂ分岐管、７０３ａ旋回室、７０３ｂ旋回室、７０４流出管、８０１流入管、８０２気液分離器、８０３ガス冷媒流出口、８０４液冷媒流出口、８０５混合器、８０６流出管、９０１液相冷媒流路、９０２気相冷媒流路。

Claims

圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、第１蒸発器、及びエジェクタの冷媒吸引口が、冷媒配管で接続された第１冷媒流路と、
前記凝縮器と前記第１膨張弁との間を分岐し、前記エジェクタの冷媒流入口、前記エジェクタの冷媒流出口、第２蒸発器、及び前記圧縮機が、冷媒配管で接続された第２冷媒流路と、
を備え、
前記第２冷媒流路の、前記凝縮器と前記エジェクタの冷媒流入口との間に、
第２膨張弁、及び、前記第２膨張弁から流出した冷媒に含まれる気泡を微細化する気泡微細化手段を、順次接続し、
前記気泡微細化手段に流入する冷媒の乾き度が、０より大きく、０．１より小さくなるように、前記第２膨張弁の開度を制御するものであり、
前記気泡微細化手段は、
流入口及び流出口が形成され、前記流出口に向かって冷媒通路面積が減少する旋回室によって構成され、
前記流入口から流入した前記冷媒を、旋回流にして、前記流出口から流出させるものであり、
複数の前記旋回室が隣接して直列に設けられ、
前記旋回室の前記流出口から流出した前記冷媒が、隣接する前記旋回室に流入するものであり、
前記第２膨張弁から流出した冷媒を分岐させて複数の前記旋回室のそれぞれに流入させる複数の分岐管が設けられている
冷凍サイクル装置。