JPH035674A - 冷媒回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、冷媒回路に係り、例えば冷凍、冷蔵庫等に用
い、特にエゼクタを有する冷媒回路における。圧縮機お
よび蒸発器の効率向上に好適な冷媒口端に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来の圧縮機、凝縮器、蒸発器を環状に接続した冷媒循
環回路（冷媒循環系）においては、蒸発器の能力を向上
させる一手段として蒸発器内で蒸発する冷媒の蒸発温度
を低くし、被冷却物質との温度差を大きくとることが行
なわれている。しかし、このような方法では、前記圧縮
機の吸込冷媒圧力が低下するとともに冷媒比体積が増加
し、さらに圧縮機による圧縮冷媒量が減少するため、冷
媒回路の効率が低下するという問題があった。

この改善手段として、従来、例えば第６図ないし第８図
に示すように、冷媒循環回路の減圧部にエゼクタを配設
し、下流側の未蒸発液冷媒を再循環させ、減圧時のエネ
ルギー損失を回収しながら圧縮冷媒量の低下がない状態
で、より低温を得る冷凍サイクルが提案されている。

この種の装置として関連するものには、例えば特公昭５
５−２７６６５号公報記載の技術が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 第６図は、従来の冷媒回路の系統図、第７図は、第６図
の冷媒回路のモリエル線図、第８図は、従来のエゼクタ
の断面図である。

第６，７図を参照して従来の冷媒回路各部における冷媒
状態の変化を説明する。図中のＲ工、Ｒ２゜・・・Ｒ工
。はそれぞれの位置における冷媒を示す。

Ｒ，の状態で圧縮機１に吸込まれた低温低圧の冷媒ガス
は、圧縮されてＲ工の高温高圧ガスとなり、凝縮器２に
より凝縮され概略Ｒ２の状態となる。この冷媒は圧縮機
１の吸込側配管との熱交換によりさらに冷却されるが減
圧はされずにＲ２とほとんど等圧な過冷却冷媒Ｒ１とな
る。こののち、エゼクタ１４のノズル部１４ａ（第８図
参照）に入り、このノズル部１４ａで減圧されて第７図
に示すＡの冷媒となる。この減圧過程においては、理想
的な場合、ノズル部１４ａによるエネルギー損失は無視
できるため、過冷却後の冷媒Ｒ１はｉ、で示す等エンタ
ルピ変化後、湿り域においては等エントロピ変化となっ
て冷媒は第７図Ａ点の状態になる。

ここで、凝縮器２の出口部と圧縮機１の吸込側との熱交
換部における冷媒の熱収支は、１、−１　日＝１２−１
３ であるが、減圧時における湿り域の等エントロピ変化の
ため、冷媒Ａのエンタルピ’ＩＡは冷媒Ｒ□のエンタル
ピｉ３よりも小さく、乾き度が低い状態となるものであ
る。

第８図に示すノズル１４ａから噴出された冷媒Ａはエゼ
クタ１４の混合部１４ｂで吸込口５の冷媒Ｒ４と混合し
、第６，７図に示すように冷媒Ｒ５となり吐出口６から
吐出される。この冷媒Ｒ６は第１蒸発器７に入り、空気
等を冷却することによって蒸発しＲＧの気液二相冷媒と
なって流出する６そして、気液分離器８で液冷媒Ｒ７と
ガス冷媒Ｒ８に分離され、ガス冷媒は凝縮器２の出口部
と熱交換して圧縮機１に吸込まれる。

一方、気液分離器８で分離された液冷媒Ｒ７は、絞り装
置９により減圧膨張されＲよ。の冷媒となって第２蒸発
器１０に流入し、空気等を冷却して蒸発し冷媒Ｒ４とな
ってエゼクタ１４の吸込口５から吸上げられる。したが
って、エゼクタ１４を使うことにより、第１蒸発器７よ
り低温の第２蒸発器１０を実現できるとともに、圧縮機
１の吸込冷媒の圧力を第１蒸発器７内の冷媒圧力とでき
るため、吸込冷媒比体積が小さくなり高効率な運転が可
能となるものである。

しかし、この従来技術でエゼクタのノズル部１４ａに供
給される冷媒Ｒ１は前述したように過冷却冷媒で完全に
液体状態であり、ノズル部１４ａで過冷却冷媒を減圧膨
張しても液体状態では等エンタルピ変化のため、第７図
のモリエル線図の液相線を過ぎるまでは運動エネルギー
に僅かしか変換できず、減圧した冷媒の持つ冷凍能力の
一部しか等エントロピ変化をさせることができなかった
。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、蒸発器へ流入する液冷媒量を増し、蒸
発器における冷媒の持つ冷凍能力を最大限に増大し、蒸
発器および圧縮器の効率を向上しつる冷媒回路を提供す
ることを、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために１本発明に係る冷媒回路の構
成は、少なくとも、圧縮機、凝縮器、エゼクタ、第１蒸
発器を接続して構成された冷媒循環系に、一端が絞り装
置を介して上記第１蒸発器を有する冷媒循環系に接続さ
れ、他端が前記エゼクタの吸引部に接続された第２蒸発
器を備えてなる冷媒回路において、上記エゼクタのノズ
ル部を、上記冷媒循環系の圧縮機吸込側に対して熱交換
的に配設したものである。

より詳しくは、上記において、ノズル部のスロート部よ
り少なくとも下流側を、冷媒循環系の圧縮機吸込側に対
して熱交換的に配設したものである。

なお、付記すると、上記目的は、エゼクタのノズル部を
圧縮機の吸込側と熱交換的に配設し、ノズル部で減圧さ
れる冷媒が過冷却でない液もしくは湿り状態とすること
により、達成される。

［作用］ 上記の技術的手段による働きは次のとおりである。

凝縮器を出た液冷媒は、過冷却冷媒とはならずに、圧縮
機の吸込側と熱交換的に配設されたエゼクタのノズル部
で減圧膨張されて噴出される。それによって、ノズル部
を通過する冷媒は湿り状態となり１等エントロピ変化を
示す個所で使用できるので、ノズルから噴出される冷媒
は乾き度の低い状態となり、第１蒸発器での冷媒も乾き
度の低い所で使うことができる。

特に、エゼクタのノズル部が、絞り・拡大をもつ、いわ
ゆる末広ノズル（ラバルノズルまたは超音速ノズルとも
呼ばれる）のときには、少なくとも、流路断面積が最小
となるスロート部より下流を冷却することにより、さら
に効果的となる。

すなわち、スロート部より上流では、流れは亜音速であ
り、圧力が飽和圧力より高く液体状態にあるので、この
部分を冷却しても単に液体の温度が下るだけであり、か
つ温度が下った分だけ飽和圧力が下りスロート部に至っ
ても発泡せず、膨張エネルギを発生しないで運動エネル
ギが十分に取り出せない。

これに対し、スロート部より下流側を冷却すると、スロ
ート部上流での液温度が高く飽和圧力が高いので液体は
ノズル内で圧力低下しつつ早く発泡し膨張エネルギを早
期から取り出すことができる。

また、スロート部下流で発泡して気液二相流となった流
れを冷却すると、圧力低下とともに液体が蒸発して液体
分量が減るのを防止でき、蒸発器での利用可能な冷媒液
量を増加できる。したがって、蒸発器における冷却能力
を高めることができる。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図ないし第５図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る冷媒回路の系統図、
第２図は、第１図の冷媒回路のモリエル線図、第３図は
、第１図のエゼクタのノズル部冷却手段の一例を示す断
面図である。

第１図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は、ノズ
ル部３ａと混合部３ｂとからなるエゼクタ、４はエゼク
タ入口管、５は、エゼクタの混合部３ｂに接続される吸
込口、６は、エゼクタの混合部から混合冷媒を吐出する
吐出口、７は第１蒸発器、８は気液分離器、１１は、気
液分離器８で分離されたガス冷媒を圧縮機１に導く吸込
側配管、１２は、圧縮機１と蒸発器２とを結ぶ圧縮機の
吐出側配管である。

第１図に示すように、圧縮機１、吐出側配管１２、凝縮
器２、エゼクタ入口管４、エゼクタ３、吐出口６は、第
１蒸発器７．気液分離器８．吸込側配管１１が順次連結
されて冷媒循環系に係る冷媒循環回路が構成されている
。

９は、気液分離器８で分離された液冷媒を導く管路に設
けた、例えばキャピラリなどの絞り装置。

１ｏは第２蒸発器で、この第２蒸発器１ｏは、−端が絞
り装［９を介して前記冷媒循環回路の気液分離器８に接
続され、他端がエゼクタ３の吸引部に吸込口５を介して
接続されている。

エゼクタ３のノズル部３ａは、圧縮機１の吸込側配管１
１に対して熱交換的に配設されており、その具体的な実
施例を第３図に示す。

第３図に示すように、ノズル部３ａは、流路断面積が最
小に絞られたスロート部１３がら漸次流路面積が拡大し
てゆく末広ノズルとなっている。

スロート部１３より下流側に放熱フィン３ｆが形成され
、このノズル部３ａを囲んで熱交換ジャケット３ｃが装
備され、この熱交換ジャケット３ｃに、吸込側配管１１
の冷媒入口部３ｄおよび冷媒出口部３ｅが開口して熱交
換部が構成されている。

ノズル部３ａの先端は混合部３ｂ内に開口し、また、こ
の混合部３ｂに吸込口５が接続されている。

次に、本実施例の冷媒回路の冷媒の流れを第１図、およ
び第２図に示すモリエル線図を参照して説明する。ここ
で図中のＲ１，Ｒ２，・・・Ｒ９は、それぞれの位置に
おける冷媒状態を示している。

Ｒ，の状態で圧縮機１に吸込まれた低温低圧のガス冷媒
は圧縮されてＲ１の高温高圧の冷媒ガスとなり吐出側配
管１２を流れ、凝縮器２により凝縮され、液冷媒あるい
はそれに近い乾き度をもったＲ２の冷媒となる。

この冷媒Ｒ２は、エゼクタ入口管４を介してエゼクタ３
のノズル部３ａに入り、スロート部１３から末広ノズル
となるノズル部３ａで減圧膨張されて超音速流となり第
２図に示す冷媒Ｂとなる。すなわち、ノズル部３ａの末
広部では圧縮機１の吸込側配管１１のガス冷媒と熱交換
されているため、湿り状態の冷媒がノズル部３ａで等エ
ントロピ変化で減圧された状態Ｂ′よりも、冷媒Ｂのエ
ンタルピｉ、は、１Ｉｌ−ｉ、の分だけ小さくなる。し
かして、ノズル部３ａから噴出された冷媒Ｂは混合部３
ｂで吸込口５の冷媒Ｒ３と混合し、冷媒Ｒ４となって吐
出口６から吐出される。この冷媒Ｒ４は、液体リッチの
状態で第１蒸発器７に入り、空気等を冷却することによ
って蒸発する。このとき、冷媒Ｂの持つエンタルピｉ３
が従来より小さいため、第１蒸発器７を流れる冷媒の乾
き度が小さい所で使用できＲ９の冷媒となって流出する
。そして、気液分離器８で液冷媒ＲＧとガス冷媒Ｒ７に
分離され、ガス冷媒は圧縮機１に吸込まれる。一方、気
液分離器８で分離された液冷媒ＲＧは、絞り装置９によ
り減圧されＲ１の冷媒となって第２蒸発器１０に流入し
空気等を冷却して蒸発し冷媒Ｒ１となってエゼクタ３の
混合部３ｂに吸込口５を介して吸引される。

したがって、気液分離された液冷媒を従来より多量に供
給でき、吸込口５を介してエゼクタ３の混合部３ｂへの
吸引能力を増大することが可能となる。これにより、第
２蒸発器１０へ流れる冷媒量が増大することになるので
、第２蒸発器１０における冷却力が向上する。

なお、絞り装置９の絞り量を調整することにより、第２
蒸発器１０における冷却温度をより下げることが可能で
ある。

以上説明した如く１本実施例によれば、第１蒸発器に入
る冷媒の持つエンタルピを小さくできるため、第１蒸発
器での吸熱量を従来と同じにしたとするとその後気液分
離された液冷媒の絶対量は多くなり、第２蒸発器での冷
媒循環量を増大できてより低温が得られ、蒸発器の効率
向上を図ることができる。また、圧縮機の吸込冷媒圧力
が低下せずに運転できるため、圧縮機の効率も向上でき
るものである。

なお、本発明は上述の第１図の実施例に限らず。

図示しないが、第１蒸発器を分離器の後流側の圧縮機吸
込側に設ける構成としても、相応の効果が期待される。

次に１本発明の他の実施例を第４図および第５図を参照
して説明する。

第４図は、本発明の他の実施例に係る冷媒回路の系統図
、第５図は、第４図の冷媒回路のモリエル線図である。

第４図において第１図と同一符号のものは同等部分であ
るから、その説明を省略する。

第４図の実施例が、先の第１図の実施例と相違するとこ
ろは、エゼクタのノズル部を多段（本例では２段）とし
たものである。すなわち、エゼクタ３Ａのノズル部は第
１のノズル３ａ１と第２のノズル３ａ、とからなり、混
合部３ｂに接続している。

そして、この２段のノズル３ａ１．３ａ、間を、圧縮機
１の吸込側配管１１に対して熱交換的に配設した構成と
なっている。

このような第４図の冷媒回路における冷媒の流れを第５
図に示すモリエル線図を参照して説明する。ここで、図
中のＲ□、Ｒ２，・・・Ｒ１はそれぞれの位置における
冷媒の状態を示す。

Ｒ１□の状態で圧縮機１に吸込まれた冷媒は圧縮されて
高温高圧ガスとなり、凝縮器２により凝縮されて液冷媒
あるいはそれに近い乾き度を持ったＲ２の冷媒となる。

この冷媒Ｒ２は、エゼクタ入口管４を介してエゼクタ３
Ａに入り、まず第１のノズル３ａ１において、断熱膨張
の等エントロピ変化を行い、冷媒はＲ３−０となる。次
に圧縮機吸込側との熱交換によって、冷媒はＲ１−２ま
でエンヒルピが減少する。そのエンタルどの減少分ｉ３
−□−１，−２はｉ□１−１．に等しい。そして、第２
のノズル３ａ２によってさらに断熱膨張の等エントロピ
ー変化する。第２のノズル３ａ、から噴出された冷媒Ｒ
４は、エゼクタ３Ａの混合部３ｂで吸込口５の冷媒Ｒ３
と混合し、冷媒Ｒ１となって吐出口６から吐出される。

冷媒ＲＧは、第１蒸発器７で空気等を冷却しながら蒸発
して気液二相の冷媒Ｒ７となり、冷媒Ｒ７は気液分離器
８で液冷媒Ｒ，とガス冷媒Ｒ３に分離される。液冷媒Ｒ
８は絞り装置９で減圧されＲｌｏの冷媒となって第２蒸
発器１０に流入し、空気等を冷却して蒸発し冷媒Ｒ５と
なってエゼクタ３Ａの混合部３ｂに吸引される。一方、
ガス冷媒Ｒ，は吸込側配管１１を介してエゼクタ３Ａの
２段のノズル３ａ１，３ａ、間と熱交換しＲ１□の状態
で圧縮機１に吸込まれる。

上記のエゼクタ３Ａ部における作用をさらに強調して次
に述べる。

凝縮器２を出た飽和液冷媒Ｒ２は、過冷却なしで第１の
ノズル３ａ、で減圧される。それにより冷媒は湿り蒸気
域に入り等エントロピーで減圧されＲ３−１の冷媒とな
る。減圧されたＲ、、の冷媒は圧縮機１の吸込側配管１
１の低温ガスとの熱交換により乾き度の低い湿り蒸気の
冷媒Ｒ３−２となる。そして、第２のノズル３ａ２によ
り等エントロピー変化でさらに減圧される。多段のノズ
ルはこの動作を繰返すものである。

第４図の実施例によれば、多段のノズルを使用すること
により、圧縮機吸込側との熱交換が効率よくでき、かつ
、減圧を段階に分けて行なうため、無理なく減圧するご
とができる。これらの効果により、気液分離器に流入す
る冷媒の乾き度はさらに小さいものとなり、液冷媒を容
易に得られるようになる。その結果、蒸発器に流入する
冷媒は液冷媒となり、蒸発器と液冷媒が接して蒸発が行
なわれる内表面積が大きくなり熱交換が良くなって冷凍
能力が向上するという効果が加わる。

なお、第４図の実施例では、２段のノズル間に圧縮機吸
込側との熱交換部を設けた例を説明したが、本発明はこ
れに限るものではなく、エゼクタ混合部、ノズル間に熱
交換部を構成しても相応の効果が期待できる。

［発明の効果コ 以上詳細に説明したように、本発明によれば。

蒸発器へ流入する液冷媒量を増し、蒸発器における冷媒
の持つ冷凍能力を最大限に増大し、蒸発器および圧縮機
の効率を向上しうる冷媒回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る冷媒回路の系統図、
第２図は、第１図の冷媒回路のモリエル線図、第３図は
、第１図のエゼクタのノズル部冷却手段の一例を示す断
面図、第４図は、本発明の他の実施例に係る冷媒回路の
系統図、第５図は、第４図の冷媒回路のモリエル線図、
第６図は、従来の冷媒回路の系統図、第７図は、第６図
の冷媒回路のモリエル線図、第８図は、従来のエゼクタ
の断面図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３．３Ａ・・・エゼ
クタ、３ａ・・・ノズル部、３ａ、・・・第１のノズル
、３ａ２・・・第２のノズル、３ｂ・・・混合部、７・
・・第１蒸発器、１ｏ・・・第２蒸発器、８・・・気液
分離器、９・・・絞り装置、１１・・・吸込側配管、１
３・・・スロート部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも、圧縮機、凝縮器、エゼクタ、第１蒸発
   器を接続して構成された冷媒循環系に、一端が絞り装置
   を介して上記第１蒸発器を有する冷媒循環系に接続され
   、他端が前記エゼクタの吸引部に接続された第２蒸発器
   を備えてなる冷媒回路において、上記エゼクタのノズル
   部を、上記冷媒循環系の圧縮機吸込側に対して熱交換的
   に配設したことを特徴とする冷媒回路。 ２、ノズル部のスロート部より少なくとも下流側を、冷
   媒循環系の圧縮機吸込側に対して熱交換的に配設したこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷媒回路。 ３、少なくとも、圧縮機、凝縮器、エゼクタ、第１蒸発
   器を接続して構成された冷媒循環系に、一端が絞り装置
   を介して上記第１蒸発器を有する冷媒循環系に接続され
   、他端が前記エゼクタの吸引部に接続された第２蒸発器
   を備えてなる冷媒回路において、上記エゼクタのノズル
   部を多段に構成し、これら多段のノズル間、またはエゼ
   クタ混合部、ノズル間のいずれかを、上記冷媒循環系の
   圧縮機吸込側に対して熱交換的に配設したことを特徴と
   する冷媒回路。