(57)【要約】【課題】蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、内蔵するエジェクタサイクルと圧縮機の中間ポートを使用した、高圧凝縮液の過冷却を行うことにより、冷凍サイクルの冷凍効果の増大を可能とした、エジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供する。【構成】本発明のエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルは、中間ポート付き圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２４ａ、蒸発器２４とよりなる蒸気圧縮式冷凍サイクルに、前記凝縮器２２と膨張弁２４ａとの間に凝縮器２２から導出される高圧凝縮液を冷却するための過冷却器２３を付設するとともに、該過冷却器２３の冷却手段にエジェクタサイクル３０を内蔵する構成とし、エジェクタサイクル３０は、エジェクタ２５と気液分離器２６と絞り弁２６ａと向流式熱交換路２３ａとより構成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器とよりなる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、
前記凝縮器の後段に過冷却器を設けるとともに、該過冷却器への冷熱を供給するエジェクタサイクルを設け、該サイクルの気液分離時に発生する冷媒ガス回収用中間ポートを前記圧縮機の圧縮工程に設ける構成としたことを特徴とするエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項２】
前記エジェクタサイクルは、前記凝縮器出口側より分岐導入された高圧凝縮液で駆動するエジェクタと、該エジェクタより吐出する中間圧力域の気液二相混合流が導入される気液分離器と、該気液分離器により分離された冷媒液の減圧用絞り弁と、該絞り弁により蒸発した蒸発ガスが前記冷熱を形成し戻りガスを前記エジェクタの吸引部へ減圧吸引させる前記過冷却器の向流熱交換路とより構成したことを特徴とする請求項１記載のエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内蔵したエジェクタサイクルと圧縮機の中間ポートにより、高圧凝縮液の過冷却を行うようにしたエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に使用されている蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器とより構成され、圧縮機より吐出された高圧高温冷媒ガスは凝縮器で凝縮され高圧高温冷媒液となり、該高圧高温冷媒液は膨張弁を介して低圧低温冷媒液となり、この低圧低温冷媒液は蒸発器で蒸発され外部へ冷熱を供給するとともに低圧低温乾き冷媒ガスとなって圧縮機に還流される。
そして上記従来の冷凍サイクルにおいては、冷凍サイクルの性能向上と冷凍効果の増大を図るため、前記凝縮器と膨張弁との間には過冷却器を設け、且つ蒸発器の近傍の冷媒通路に過熱部を設け圧縮機への冷媒の液戻りも併せて防止している。
【０００３】
ところが、蒸発器において冷媒ガスの過熱化を図る際には蒸発器の熱交換性能の低下、大型化、冷媒圧力の損失の増大につながる問題を内蔵する。
また高圧高温凝縮液の過冷却化の場合においても、凝縮器の熱交換性の問題、大型化の問題を内蔵している。
【０００４】
上記問題点解決のため、従来より種々の提案がされ、例えば特許文献１に、図３に示す内部熱交換器に関する提案がある。
上記提案は、前記冷媒の過熱化、過冷却化を同時に行い、冷凍効果の増大を図った冷凍サイクルに係わるもので、圧縮機５１と凝縮器５２を繋ぐ冷媒通路５５の冷媒５５ａと、蒸発器５４と圧縮機５１とを繋ぐ冷媒通路５６の冷媒５６ｂとの間で熱交換させる熱交換部５７を設け、低温冷媒５６ｂと高温冷媒５５ａとの間で熱交換を行なわせ、前記低温冷媒による高温冷媒の過冷却化を行うとともに、低温冷媒に過熱化を行なっている。
【０００５】
一方、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器等よりなる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、前記膨張弁の代わりにエジェクタを使用して膨張弁で無駄にされている熱エネルギの一部を回収して当該サイクルの効率化に使用している。
【０００６】
例えば、図４（Ａ）、（Ｂ）に見るように（非、二相流エジェクタを用いた冷凍イクルは、従来技術に見る冷凍サイクルと異なり膨張弁の代わりに二相流エジェクタを使用したもので、圧縮機６１より吐出された高圧高温冷媒ガスは凝縮器６２による放熱により圧力ＰＨの高圧凝縮液を形成し、形成された高温高圧凝縮液はエジェクタ６３のノズル６３ａで減圧加速され等エントロピ変化をして圧力ＰＳの高速の低温二相流を形成する。前記二相流は後記する蒸発器６５で蒸発した圧力ＰＬの冷媒ガスを吸込み、エジェクタ出口のディフューザ６３ｃで圧力ＰＤに減速加圧され、気液分離器６４に導入され、圧力ＰＤの冷媒液と低温ガスに分離するとともに、分離された低温ガスは圧縮機６１に還流させ、分離された前記低温冷媒液は前記エジェクタ６３の吸引力により減圧吸引され蒸発器６５で蒸発し、蒸発した冷媒ガスは前記エジェクタ６３のノズル６３ａに吸引され、二相流と混合する。
【０００７】
上記二相流は気相と液相が分離され、液相は前記蒸発器６５へ、又気相は圧縮機６１へそれぞれ気液分離器６４を介して導入されていく。エジェクタ６３では前記高速二相流の運動エネルギがディフューザで圧力に変換されるため、圧縮機の効率向上につながっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０９−１６６３６３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、エジェクタと圧縮機の中間ポートを介して、高圧凝縮液の過冷却により冷凍サイクルの冷凍効果の増大を可能とした、エジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明のエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルは、
圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器とよりなる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、
前記凝縮器の後段に過冷却器を設けるとともに、該過冷却器への冷熱を供給するエジェクタサイクルを設け、該サイクルの気液分離時に発生する冷媒ガス回収用中間ポートを前記圧縮機の圧縮工程に設ける構成としたことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの性能向上を目的としてなされたもので、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器等よりなる冷凍サイクルにおいて、
前記圧縮機より吐出された高温高圧気相の冷媒ガスが凝縮器の凝縮により形成された高温高圧冷媒液である高圧凝縮液を過冷却する過冷却器を設けたもので、その過冷却器の冷却手段に従来技術に見られた膨張弁等の減圧手段により形成された低温冷媒ガスを使用することなく、前記高圧凝縮液により駆動されるエジェクタサイクルを使用して、
前記過冷却器の冷却手段に使用された蒸発ガスの戻りガスを吸引部により真空吸入させ、吸引させた戻りガスと導入高圧凝縮液より形成された気液二相流とを混合部で混合させ、形成された気液二相混合流をディフューザで昇圧させて、中間圧力域の気液二相混合流を吐出させ、下流の気液分離器によって該気液二相混合流より冷媒液を分離し、分離した冷媒液により過冷却器の冷却用冷熱を形成させ、該冷熱に使用した戻りガスを前記エジェクタの吸引部へ還流させるサイクル過程を形成するようにしてある。
【００１２】
そして、前記気液分離器において分離された、気相冷媒である冷媒ガスは圧縮機の圧縮工程における中間圧力域へ戻すため中間ポートを圧縮機に設ける構成にしてある。
【００１３】
また、上記本発明における、エジェクタサイクルは、前記凝縮器出口側より分岐導入された高圧凝縮液で駆動するエジェクタと、該エジェクタより吐出する中間圧力域の気液二相混合流が導入される気液分離器と、該気液分離器により分離された冷媒液の減圧用絞り弁と、該絞り弁により蒸発した蒸発ガスが前記冷却手段を形成し戻りガスを前記エジェクタの吸引部へ減圧吸引させる過冷却器の向流熱交換路とよりなる構成が好ましい。
【００１４】
上記発明は、前記エジェクタサイクルについての構成を特定したもので、前記高圧凝縮液を導入して気液二相化し、該二相化により過冷却器の冷却用蒸発ガスの戻りガスを真空吸入する吸入循環力を与え、前記気液二相流と前記戻りガスとの混合により形成された超音速の気液二相混合流をディフューザを介しての減速による昇圧した中間圧力域の気液二相流を流出するエジェクタと、流出した気液二相流を液分離する気液分離器と、分離された中間圧力域の液相を減圧絞り弁を介して蒸発ガスを発生させ、該蒸発ガスの冷却後の戻りガスをエジェクタに真空吸入させる過冷却器の向流熱交換路、とより構成させたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明のエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルの概略構成を示す図で、図２は図１の蒸気圧縮式冷凍サイクルのモリエル線図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明のエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルは、
中間ポート付き圧縮機２１と凝縮器２２と膨張弁２４ａと蒸発器２４とよりなる蒸気圧縮式冷凍サイクルに、前記凝縮器２２と膨張弁２４ａとの間に凝縮器２２から導出される高圧凝縮液を冷却するための過冷却器２３を設けるとともに、該過冷却器２３の冷却手段としてエジェクタサイクル３０を付設する構成としてある。
【００１７】
上記エジェクタサイクル３０は、図に見るように、二相流エジェクタ２５と気液分離器２６と絞り弁２６ａと過冷却器２３の向流式熱交換路２３ａとより構成し、下記特徴を有効に利用したものである。
ａ、エジェクタの吸引作用による向流式熱交換路よりの戻りガスの吸引
ｂ、昇圧作用による分離冷媒ガスの圧縮機への戻し圧の上昇
則ち、凝縮器２２から分岐させた圧力ＰＨの高圧凝縮液の一部をエジェクタ２５のノズル２５ａに導入し、蒸気圧以下の圧力ＰＳに減圧加速して一次流れの高速低温の気液二相流（液滴＋ガス）を形成する。
ついで、その差圧（ＰＨ−ＰＳ）により吸引部２５ｄに向流式熱交換路２３ａよりの加熱戻りガスを減圧吸引して二次流れを形成する。
そして、混合部２５ｂで吸引された二次流れである戻りガスは前記低温の高速気液二相流と混合して加熱戻りガスは冷却され、気液二相混合流を形成する。
更に、ディフューザ２５ｃの喉元からの拡大部で音速で流入した気液二相混合流は昇圧し、圧力ＰＤの中間圧力域の気液二相混合流が下流の気液分離器２６へ導入される。
【００１８】
気液分離器２６では、導入された圧力ＰＤの中間圧力域の気液二相混合流の気液分離を行い、分離された中間圧力域ＰＤの冷媒液は絞り弁２６ａで減圧され蒸発し、過冷却器２３の向流式熱交換路２３ａで蒸発潜熱による高圧凝縮液の過冷却を行い、前記熱の授受により加熱された加熱戻りガスは前記したようにエジェクタ２５の吸引部２５ｄへ二次流れとして減圧吸引される。
【００１９】
一方、前記気液分離器２６において分離された中間圧力域ＰＤの冷媒ガスは圧縮機２１の中間ポート２１ａに戻され、高温高圧冷媒として圧縮機より吐出される。
【００２０】
図２には、図１のエジェクタ付き冷凍サイクルのモリエル線図を示してる。
図２の各状態線の動作の起点ないし終点を示す番号は図１における各機器の結合位置の番号と同一番号で示してある。以下図２に示すモリエル線図により動作の状況を説明する。
【００２１】
図２の符号１→２→３→４→５→１のサイクル変化は、圧縮機２１で圧力ＰＬの過熱蒸気１を圧力ＰＨまで圧縮し高圧高温蒸気２を得る。ついで、凝縮器２２により高圧凝縮液３を得て、ついで過冷却器２３により高圧低温凝縮液４を得て、ついで膨張弁２４ａにより断熱膨張させて蒸発圧力ＰＬまで下降させて圧力ＰＬの低圧低温の湿り蒸気５を得て、ついで蒸発器２４を経由して乾き蒸気１の状態に戻る。
【００２２】
上記１→２→３→４→５→１の冷凍サイクルにおいて、点３より分離した圧力ＰＨの高圧凝縮液により作動するエジェクタ２５により等エントロピ膨張によりエジェクタ２５のノズル２５ａの先端に圧力ＰＳの一次流れである高速ミスト流の低温気液二相流１４を形成する。
一方前記エジェクタ２５の吸引部２５ｄにおいては、該吸引部２５ｄに接続する向流式熱交換路２３ａを介して過冷却器２３を通過する高圧凝縮液との間の熱の授受を終わった圧力ＰＤの加熱戻りガス１３ａと前記吸引部２５ｄの差圧（ＰＬ−ＰＳ）により加熱戻りガス１３ａは吸引され、二次流れである戻りガス流を形成して、エジェクタ２５の混合部２５ｂ（点１４ａ）で前記一次流れと二次流れを混合させ、気液二相混合流１４ａを形成する。ついで該気液二相混合流はディフューザ２５ｃに至り音速より減速されるために昇圧して、圧力ＰＤの中間圧力域の気液二相混合流１１を形成して、下流の気液分離器２６へ導入され、気液分離をする。
上記気液分離器２６により分離された圧力ＰＤ冷媒液１２は、絞り弁２６ａを介して蒸気圧以下の圧力ＰＬの低圧低温の湿り蒸気１３を得て、過冷却器２３で蒸発して蒸発潜熱を過冷却器内を通過する高圧凝縮液に与え、加熱戻りガス１３ａを形成してエジェクタ２５の吸引部２５ｄに吸引され、圧力ＰＳの戻りガス１４ａ形成する。
【００２３】
一方、前記気液分離器２６により分離された圧力ＰＤの冷媒乾きガス１５は圧縮機２１の中間ポート２１ａに吸入され、圧縮冷媒ガス１とともに圧縮され高温高圧冷媒ガス２を形成する。
上記線図に見るように（ｈ３−ｈ４）のエンタルピに相当する冷凍効果の増大を図ることができる。
【００２４】
上記エジェクタサイクル３０の構成により、従来の膨張弁よりなる冷却回路の場合使い捨ての状態にあった有効なエネルギの回収を可能とするとともに、凝縮器からの高圧凝縮液の効率的過冷却化を行う構成にしてある。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、上記構成により、下記効果を奏する。
過冷却器の冷却手段に従来技術に見られた膨張弁等の減圧手段により形成された低温冷媒ガスを使用することなく、前記高圧凝縮液により駆動されるエジェクタサイクルを使用したため、
エジェクタの吸引作用による向流式熱交換路より戻り加熱ガスの自動的吸引を可能とするとともに、
昇圧作用により分離冷媒ガスの圧縮機への戻し圧を上昇させ圧縮機への還流を効率的に行なわせ、高い冷凍効果の増大を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルの概略構成を示す図である。
【図２】図１のエジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図３】従来の冷凍効果の増大を図った冷凍サイクルの概略構成を示す図である。
【図４】（Ａ）は従来の膨張弁の代わりにエジェクタを使用したエジェクタ冷凍サイクルの概略構成を示す図で、（Ｂ）は（Ａ）のエジェクタ内における気液二相流の圧力変化の状況を示す図である。
【符号の説明】
２１　　圧縮機
２１ａ　中間ポート
２２　　凝縮器
２３　　過冷却器
２３ａ　向流式熱交換路
２４　　蒸発器
２４ａ　膨張弁
２５　　二相流エジェクタ
２５ａ　ノズル
２５ｂ　混合部
２５ｃ　ディフューザ
２５ｄ　吸引部
２６　　気液分離器
３０　　エジェクタサイクル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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