(57)【要約】【課題】外部からの熱授受による熱損失を抑制して安定した冷凍能力および成績係数の向上を得ることのできるエジェクタサイクルを提供する。【解決手段】エジェクタ４の外面に断熱部材４２を施して断熱を図った。まず、吸引部４ａ・４ｂを断熱することにより、吸引部４ａ・４ｂでの吸入ガス冷媒の過熱を防止できて吸入ガス密度を低くできるため、吸引部４ａ・４ｂでの圧力損失Δｉ１を低減でき、混合部４ｃ入口でのガス冷媒の割合を低減できるため、蒸発器３へ供給可能な液冷媒量を増加できる。これにより、熱損失Δｉ２も低減できる。また、混合部４ｃ・ディフューザ部４ｄを断熱することにより、この部分での余分な液冷媒の蒸発を抑制できため、上述の熱損失Δｉ１を抑制できる。更に、ディフューザ部４ｄ出口での液割合（クオリティ）を低減できるため、蒸発器３へ供給可能な液冷媒量を増加でき、熱損失Δｉ２も低減できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式のエジェクタサイクルであって、
圧縮機（１）から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２）と、
低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（３）と、
高圧冷媒を減圧膨張させるノズル（４１）を有し、前記ノズル（４１）から噴射する高い速度の冷媒流により前記低圧側熱交換器（３）にて蒸発した気相冷媒を吸引すると共に、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して前記圧縮機（１）の吸入圧を上昇させるエジェクタ（４）と、
前記エジェクタ（４）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒用出口が前記圧縮機（１）の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が前記低圧側熱交換器（３）に接続された気液分離手段（５）とを備えたエジェクタサイクルにおいて、
前記エジェクタ（４）の外面に断熱部材（４２）を施して断熱を図ったことを特徴とするエジェクタサイクル。
【請求項２】
前記エジェクタ（４）の吸引部（４ａ）周りの断熱を図ったことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタサイクル。
【請求項３】
前記エジェクタ（４）の吸引テーパー部（４ｂ）周りの断熱を図ったことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタサイクル。
【請求項４】
前記エジェクタ（４）の混合部（４ｃ）周りの断熱を図ったことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタサイクル。
【請求項５】
前記エジェクタ（４）のディフューザ部（４ｄ）周りの断熱を図ったことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタサイクル。
【請求項６】
前記エジェクタサイクルにおいて、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
【請求項７】
前記エジェクタサイクルにおいて、冷媒としてフロン冷媒を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
【請求項８】
前記エジェクタサイクルにおいて、冷媒として炭化水素冷媒を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
【請求項９】
前記エジェクタサイクルを定置式の冷凍装置に用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
【請求項１０】
前記エジェクタサイクルを車載式の冷凍装置に用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エジェクタサイクルに関するものであり、特にエジェクタサイクルの冷凍能力および成績係数の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エジェクタサイクルとは、周知の如く、エジェクタ内のノズル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共に、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蒸気圧縮式の冷凍装置であり、例えば特許文献１には、冷房能力および成績係数の向上を図った冷凍サイクルが示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３２０７６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、従来のエジェクタサイクルの模式図であり、図６は図５のエジェクサイクルにおけるモリエル線図である。まずこの図５・６を用いてエジェクサイクルの構成と作動の概要を説明する。尚、図６のモリエル線図は、図５のエジェクタサイクルの作動点を描いたもので、図５に示すエジェクタサイクル上のＲ１〜Ｒ９の冷媒状態が、図６に示すモリエル線図上のＲ１〜Ｒ９に対応するものである。
【０００５】
まず、圧縮機１によって圧縮された高温・高圧のガス冷媒（Ｒ９）は、凝縮器２で例えば外部空気と熱交換することにより凝縮液化される（Ｒ１）。この凝縮液化された高圧の液冷媒は、エジェクタ４のノズル４１で減圧されることによって気液二相状態となり、この気液二相冷媒はノズル４１より噴出し（Ｒ２）、吸引口４ｅより吸引されたガス冷媒（Ｒ３）と混合して（Ｒ４）、ディフューザ部４ｄで昇圧される（Ｒ５）。
【０００６】
そして、エジェクタ４より流出した気液二相の冷媒は、気液分離器５でガス冷媒と液冷媒とに分離される。分離された液冷媒（Ｒ６）は蒸発器３に供給され、蒸発器３で例えば送風空気と熱交換して蒸発したガス冷媒（Ｒ７）は、再びエジェクタ４に吸引される。また、気液分離器５で分離されたガス冷媒（Ｒ８）は再び圧縮機１に吸引される。
【０００７】
しかしながら、上記従来のエジェクタサイクルにおいて、エジェクタ４が強制対流下に設置される場合など、搭載環境によっては前述した性能向上が得られないという問題がある。これは、例えば上記のエジェクタサイクルを車両用冷凍装置に適用した例では、図示しないエンジン・凝縮器２等の排熱や地熱等が外気・冷却風・走行風等に乗ってエジェクタ４に当たり、エジェクタ４が外部から熱を授受することにより、エジェクタ４内部での液蒸発や、吸引部４ａでの吸入加熱に伴う液密度の低下による吸入圧力損失の増大等が原因である。以下、図６のモリエル線図を用いて上記従来の問題を説明する。
【０００８】
エジェクタサイクルは、圧縮機１にて駆動される駆動流側から供給される液冷媒が、蒸発器３内で蒸発することで、冷凍能力Ｑが得られるサイクルであり、圧縮機１から供給されるエネルギー量は、駆動流量Ｇｎと、蒸発器３出口圧力相当の飽和ガスエンタルピとノズル４１出口エンタルピとの差Δｉｎとの積で表される。
【０００９】
これに対して、エジェクタ４内での熱損失を考えると、運動エネルギーを圧力エネルギーへ変換する混合部４ｃ、ディフューザ部４ｄでの熱損失Δｉ１があり、これは外部熱授受により生じる。また、Δｉ１が大きくなった場合、蒸発器３へ気液分離器５から液だけではなくガス冷媒も供給されるため、蒸発器３入口のエンタルピが大きくなり、蒸発器３で蒸発でき得るエネルギー量の損失Δｉ２がある。
【００１０】
よって、実際の冷凍能力Ｑは、Ｑ＝Ｇｎ・（Δｉｎ−Δｉ１−Δｉ２）となり、上記した車両用冷凍装置の例のように、強制対流下にエジェクタ４を設置する場合には、この外部からの熱授受による熱損失Δｉ１とΔｉ２とを抑制することが重要となる。本発明は、上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、外部からの熱授受による熱損失を抑制して安定した冷凍能力および成績係数の向上を得ることのできるエジェクタサイクルを提供することにある。
【００１１】
【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ないし請求項に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式のエジェクタサイクルであって、圧縮機（１）から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２）と、低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（３）と、高圧冷媒を減圧膨張させるノズル（４１）を有し、ノズル（４１）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側熱交換器（３）にて蒸発した気相冷媒を吸引すると共に、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機（１）の吸入圧を上昇させるエジェクタ（４）と、エジェクタ（４）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒用出口が圧縮機（１）の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が低圧側熱交換器（３）に接続された気液分離手段（５）とを備えたエジェクタサイクルにおいて、
エジェクタ（４）の外面に断熱部材（４２）を施して断熱を図ったことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明によれば、エジェクタ（４）の吸引部（４ａ）周りの断熱を図ったことを特徴としている。また、請求項３に記載の発明によれば、エジェクタ（４）の吸引テーパー部（４ｂ）周りの断熱を図ったことを特徴としている。また、請求項４に記載の発明によれば、エジェクタ（４）の混合部（４ｃ）周りの断熱を図ったことを特徴としている。また、請求項５に記載の発明によれば、エジェクタ（４）のディフューザ部（４ｄ）周りの断熱を図ったことを特徴としている。
【００１３】
まず、吸引部（４ａ）を断熱することにより、吸引部（４ａ）での冷媒への加熱が防止できると共に、混合部（４ｃ）へ流れるガス冷媒の密度を高くすることができるため、混合部（４ｃ）入口の液冷媒量、気液分離器（５）への液冷媒供給量、蒸発器（３）への液冷媒供給量を増大でき、冷凍能力および成績係数を安定的に向上することができる。
【００１４】
また、吸引テーパー部（４ｂ）の内部冷媒流速は、絞り部であるため早く、内部表面の熱伝達係数が上がり、外部からの熱の授受が生じ易い。そのため、この吸引テーパー部（４ｂ）を断熱することにより、混合部（４ｃ）へ流れるガス冷媒の密度を高くすることができるため、混合部（４ｃ）入口の液冷媒量、気液分離器（５）への液冷媒供給量、蒸発器（３）への液冷媒供給量を増大でき、冷凍能力および成績係数を安定的に向上することができる。
【００１５】
また、混合部（４ｃ）は、ノズル（４１）から供給される細かい液滴を、吸引テーパー部（４ｂ）から吸引されるガス冷媒と混合することで、液滴の速度を低下させ、圧力上昇が生じる。よって、混合部（４ｃ）を断熱することにより、混合部（４ｃ）での液蒸発を抑制でき、混合部（４ｃ）へ流れるガス冷媒の密度を高くすることができるため、混合部（４ｃ）入口の液冷媒量、気液分離器（５）への液冷媒供給量、蒸発器（３）への液冷媒供給量を増大でき、冷凍能力を安定的に向上することができる。また、昇圧量も増加できるため、圧縮機（１）の吸入圧力が上昇して成績係数を安定的に向上することができる。
【００１６】
また、ディフューザ部（４ｄ）は、混合部（４ｃ）に対して面積を拡大することで速度を低下させ、圧力上昇を生じさせる。このディフューザ部（４ｄ）を断熱することにより、ディフューザ部（４ｄ）での液蒸発を抑制できるため、気液分離器（５）への液冷媒供給量、蒸発器（３）への液冷媒供給量を増大でき、冷凍能力を安定的に向上することができる。また、昇圧量も増加できるため、圧縮機（１）の吸入圧力が上昇して成績係数を安定的に向上することができる。
【００１７】
また、上記各部（４ａ〜４ｄ）のうちの複数ヶ所、もしくはエジェクタ（４）の外面全体を断熱することにより、よりいっそう冷凍能力および成績係数を安定的に向上することができることとなる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明によれば、エジェクタサイクルにおいて、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いたことを特徴としている。これにより、二酸化炭素冷媒を用いた定置式や車載式の冷凍装置において、冷凍能力および成績係数を安定的に向上させることができる。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明によれば、エジェクタサイクルにおいて、フロン冷媒として二酸化炭素冷媒を用いたことを特徴とする。また、請求項８に記載の発明によれば、エジェクタサイクルにおいて、冷媒としてハイドロカーボン冷媒を用いたことを特徴としている。これは、加熱ガスの密度変化が少ない二酸化炭素冷媒に対し、フロン冷媒もしくは、炭化水素（ハイドロカーボン、通称プロパンガス）冷媒を用いることにより、よりいっそう冷凍能力および成績係数を安定的に向上することができることとなる。
【００２０】
また、請求項９に記載の発明によれば、エジェクタサイクルを定置式の冷凍装置に用いたことを特徴としている。また、請求項１０に記載の発明によれば、エジェクタサイクルを車載式の冷凍装置に用いたことを特徴としている。これにより、定置式の冷凍装置において、冷凍能力および成績係数を安定的に向上することができる。また、エンジン廃熱や走行風等により外部からの熱授受を受け易い車載式の冷凍装置においては、よりいっそう冷凍能力および成績係数を安定的に向上することができることとなる。尚、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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態におけるエジェクタサイクルの模式図であり、図２は図１におけるエジェクタ４の断面図である。本実施形態は、本発明に係るエジェクタサイクルを定置式の冷凍装置に適用したものであり、例えば食品や飲料等を冷蔵・冷凍保存するショーケース用の蒸気圧縮式冷凍装置等である。尚、冷媒には二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を用いている。
【００２２】
圧縮機１は冷媒を吸入圧縮する電動式の圧縮機であり、凝縮器２は圧縮機１から吐出した高温・高圧の冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。また、蒸発器３は、ショーケース内に吹き出す空気と低圧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凍能力を発揮する低圧側熱交換器である。また、エジェクタ４は凝縮器２から流出する冷媒を減圧膨張させて蒸発器３にて蒸発した気相冷媒を吸引すると共に、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１の吸入圧を上昇させるエジェクタである。
【００２３】
そして、エジェクタ４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等エントロピ的に減圧膨張させるノズル４１と、ノズル４１から噴射する高い速度の冷媒流の巻き込み作用により蒸発器３にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル４１から噴射する冷媒流とを混合する混合部４ｃ、およびノズル４１から噴射する冷媒と蒸発器３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部４ｄ等からなるものである。
【００２４】
この時、混合部４ｃにおいては、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４ｃにおいても冷媒の圧力（静圧）が上昇する。一方、ディフューザ部４ｄ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４においては、混合部４ｃおよびディフューザ部４ｄの両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、混合部４ｃとディフューザ部４ｄとを総称して昇圧部と呼ぶ。
【００２５】
ちなみに、本実施形態では、ノズル４１から噴出する冷媒の速度を音速以上まで加速するために、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部４１ａを有するラハールノズル（流体工学（東京大学出版会）参照）を採用しているが、勿論、先細ノズルを採用しても良いことは言うまでもない。そして、本発明の特徴であり要部構成として、エジェクタ４の外面に、例えば発泡スチロールや発泡ウレタン等の断熱部材４２を施して断熱を図っている。この断熱部材４２は貼り付けでも良いし、型内にエジェクタ４を入れ、その外周に断熱部分を形成したものであっても良い。
【００２６】
また、気液分離器５は、エジェクタ４から流出した冷媒が流入すると共に、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器５の気相冷媒流出口は圧縮機１の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器３側に接続されている。
【００２７】
次に、本実施形態に係るエジェクタサイクルの概略作動を述べる。まず、圧縮機１によって圧縮された高温・高圧のガス冷媒は、凝縮器２で例えば外部空気と熱交換することにより凝縮液化される。この凝縮液化された高圧の液冷媒は、エジェクタ４のノズル４１で減圧されることによって気液二相状態となり、この気液二相冷媒はノズル４１より噴出し、吸引口４ｅより吸引されたガス冷媒と混合して、ディフューザ部４ｄで昇圧される。
【００２８】
そして、エジェクタ４より流出した気液二相の冷媒は、気液分離器５でガス冷媒と液冷媒とに分離される。分離された液冷媒は蒸発器３に供給され、蒸発器３で例えば送風空気と熱交換して蒸発したガス冷媒は、再びエジェクタ４に吸引される。また、気液分離器５で分離されたガス冷媒は再び圧縮機１に吸引される。
【００２９】
次に、本実施形態での特徴を述べる。本実施形態では、エジェクタ４の外面に断熱部材４２を施して断熱を図っている。これによる効果を、図３を用いて説明する。尚、図３（ａ）は本実施形態（図１）のエジェクサイクルにおけるモリエル線図であり、（ｂ）はそのモリエル線図中のＡ部詳細図、（ｃ）は同じくＢ部詳細図である。以下、エジェクタ４の断熱による効果を部位毎に分けて説明する。
【００３０】
▲１▼：吸引部４ａを断熱することにより、吸引部４ａでの冷媒への加熱が防止できると共に、混合部４ｃへ流れるガス冷媒の密度を高くすることができるため、混合部４ｃ入口の液冷媒量、気液分離器５への液冷媒供給量、蒸発器３への液冷媒供給量を増大できる。モリエル線図では、図３（ｂ）で従来がａ→□ｂ１→□ｃ１とすると、▲１▼はａ→△ｂ２→△ｃ２となる。
【００３１】
▲２▼：また、吸引テーパー部４ｂの内部冷媒流速は、絞り部であるため早く、内部表面の熱伝達係数が上がり、外部からの熱の授受が生じ易い。そのため、この吸引テーパー部４ｂを断熱することにより、混合部４ｃへ流れるガス冷媒の密度を高くすることができるため、混合部４ｃ入口の液冷媒量、気液分離器５への液冷媒供給量、蒸発器３への液冷媒供給量を増大できる。モリエル線図では、図３（ｂ）で▲１▼＋▲２▼ではａ→○ｂ３→○ｃ３となる。
【００３２】
▲３▼：また、混合部４ｃは、ノズル４１から供給される細かい液滴を、吸引テーパー部４ｂから吸引されるガス冷媒と混合することで、液滴の速度を低下させ、圧力上昇が生じる。よって、混合部４ｃを断熱することにより、混合部４ｃでの液蒸発を抑制でき、混合部４ｃへ流れるガス冷媒の密度を高くすることができるため、混合部４ｃ入口の液冷媒量、気液分離器５への液冷媒供給量、蒸発器３への液冷媒供給量を増大できる。また、昇圧量も増加できるため、圧縮機１の吸入圧力を上昇させることができる。モリエル線図では、図３（ｃ）で▲１▼＋▲２▼が□ｄ３→□ｅ３→□ｆ３とすると、▲１▼＋▲２▼＋▲３▼では△ｄ４→△ｅ４→△ｆ４となる。
【００３３】
▲４▼：また、ディフューザ部４ｄは、混合部４ｃに対して面積を拡大することで速度を低下させ、圧力上昇を生じさせる。このディフューザ部４ｄを断熱することにより、ディフューザ部４ｄでの液蒸発を抑制できるため、気液分離器５への液冷媒供給量、蒸発器３への液冷媒供給量を増大できる。また、昇圧量も増加できるため、圧縮機１の吸入圧力を上昇させることができる。モリエル線図では、図３（ｃ）で▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼では○ｄ５→○ｅ５→○ｆ５となる。
【００３４】
これらの断熱による効果をまとめると（図３（ａ）参照）、
・  吸引部（吸引部４ａ・吸引テーパー部４ｂ）での圧力損失低減
・  昇圧部（混合部４ｃ・ディフューザ部４ｄ）でのエネルギー損失抑制
・  蒸発器３入口エンタルピの増大
・  吸引流量の増大
・  昇圧量の増大による圧縮機１の吸入圧力の上昇、となる。
【００３５】
図４は、本考案の冷房能力・ＣＯＰにおける効果を従来と比較して示すグラフである。フロン冷媒を用いた車載用冷凍装置の例であるが、冷凍能力にて約６％、成績係数（ＣＯＰ）にて約１６％向上している。このように冷凍能力および成績係数を安定的に向上することができる。また、冷媒として二酸化炭素冷媒を用い、本エジェクタサイクルを定置式の冷凍装置に用いている。これにより、二酸化炭素冷媒を用いた定置式の冷凍装置において、冷凍能力および成績係数を安定的に向上させることができる。
【００３６】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、エジェクタ４の断熱に断熱部材を用いているが、エジェクタ４を形成する外殻部材そのものを断熱部材もしくは断熱構造としても良い。また、二酸化炭素を冷媒としているが、例えば冷媒としてフロンや炭化水素等を用いても良い。
【００３７】
また、本発明に係るエジェクタサイクルを、ショーケース用の蒸気圧縮式冷凍装置に適用しているが、例えば車載用の冷凍装置に適用しても良い。また、固定絞りのエジェクタ４としているが、例えば機械的や電機的な温度式可変絞りエジェクタであっても良い。また、高圧側冷媒圧力は臨界圧力以下であっても良いし、臨界圧力以上であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるエジェクタサイクルの模式図である。
【図２】図１におけるエジェクタ４の断面図である。
【図３】（ａ）は図１のエジェクサイクルにおけるモリエル線図であり、（ｂ）はそのモリエル線図中のＡ部詳細図、（ｃ）は同じくＢ部詳細図である。
【図４】本考案の冷房能力・ＣＯＰにおける効果を従来と比較して示すグラフである。
【図５】従来のエジェクタサイクルの模式図である。
【図６】従来の問題点を説明する図５のエジェクサイクルにおけるモリエル線図である。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  凝縮器（高圧側熱交換器）
３  蒸発器（低圧側熱交換器）
４  エジェクタ
４ａ  吸引部
４ｂ  吸引テーパー部
４ｃ  混合部
４ｄ  ディフューザ部
５  気液分離器（気液分離手段）
４１  ノズル
４２  断熱部材
【図１】
2004353935.tif 000003
【図２】
2004353935.tif 000004
【図３】
2004353935.tif 000005
【図４】
2004353935.tif 000006
【図５】
2004353935.tif 000007
【図６】
2004353935.tif 000008