(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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エジェクタ（４０）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
放熱器（２０）と前記エジェクタ（４０）とを繋ぐ冷媒通路（６０）を、雰囲気から断熱的に隔離したことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項２】
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エジェクタ（４０）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
放熱器（２０）と前記エジェクタ（４０）とを繋ぐ冷媒通路を構成する冷媒配管（６０）は、断熱材（６１）で覆われていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項３】
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エジェクタ（４０）と、
放熱器（２０）から流出した冷媒と圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換する熱交換器（７０）と、
前記放熱器（２０）と前記エジェクタ（４０）とを繋ぐ冷媒通路（６０）とを有し、
低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
前記熱交換器（７０）、前記冷媒通路（６０）のうち前記放熱器（２０）と前記熱交換器（７０）とを繋ぐ冷媒通路、および、前記冷媒通路（６０）のうち前記熱交換器（７０）と前記エジェクタ（４０）とを繋ぐ冷媒通路を、雰囲気から断熱的に隔離したことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項４】
冷媒としてフロンを用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項５】
冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項６】
冷媒として炭化水素を用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項７】
高圧側の冷媒圧力を冷媒の臨界圧力以上まで上昇させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項８】
前記雰囲気の温度が略０℃以下となる場所に設置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍機のうち、低圧側の冷媒を循環させるポンプ手段としてエジェクタを用いた冷凍機、いわゆるエジェクタサイクルに関するものである。
【０００２】
なお、エジェクタとは、例えばＪＩＳ  Ｚ  ８１２６  番号２．１．２．３定義されているように、高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプである。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エジェクタサイクルは、周知のごとく、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、通常の蒸気圧縮式冷凍機では膨張弁等の減圧器で捨てられていた運動エネルギである膨張エネルギーをエジェクタにて圧力エネルギーに変換して圧縮機の吸入圧を上昇させて圧縮機の消費動力低減を図った蒸気圧縮式冷凍機の一種である。
【０００４】
ここで、通常の蒸気圧縮式冷凍機とは、冷媒を等エンタルピ的に減圧する冷凍機であり、冷媒を循環させるポンプ手段は圧縮機のみであるのに対して、エジェクタサイクルでは、エジェクタのノズルにて冷媒を等エントロピ的に減圧するとともに、低圧側の冷媒はエジェクタのポンプ作用により循環させられ、高圧側の冷媒は圧縮機により循環させられる。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、エジェクタ効果、つまりエジェクタでの動力回収量を向上させて蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
エジェクタサイクルは、後述する図５に示すように、エジェクタ（４０）にて冷媒を等エントロピ的に減圧させることにより得られる断熱熱落差分のエンタルピを回収して圧縮機（１０）の消費動力を低減するものである。
【０００７】
一方、図５に示すｐ−ｈ線図から明らかなように、エンタルピが小さくなるほど、等エントロピ線の傾きが大きくなって圧力の変化量に対するエンタルピの変化量、すなわち断熱熱落差が小さくなるため、減圧膨脹時に回収可能なエネルギの最大理論値が小さくなっていく。
【０００８】
そして、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エジェクタ（４０）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、放熱器（２０）とエジェクタ（４０）とを繋ぐ冷媒通路（６０）を、雰囲気から断熱的に隔離したことを特徴とする。
【０００９】
これにより、エジェクタ（４０）にて減圧される前の高温の冷媒が雰囲気により冷却されてエンタルピが低下してしまうことを防止できるので、減圧膨脹時に回収可能なエネルギの最大理論値が小さくなることを防止できる。
【００１０】
したがって、エジェクタ効果、つまりエジェクタ（４０）での動力回収量を向上させて圧縮機（１０）の消費動力を低減することができるので、エジェクタサイクルを効率よく運転することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、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エジェクタ（４０）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、放熱器（２０）とエジェクタ（４０）とを繋ぐ冷媒通路を構成する冷媒配管（６０）は、断熱材（６１）で覆われていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、エジェクタ（４０）にて減圧される前の高温の冷媒が雰囲気により冷却されてエンタルピが低下してしまうことを防止できるので、減圧膨脹時に回収可能なエネルギの最大理論値が小さくなることを防止できる。
【００１３】
したがって、エジェクタ効果、つまりエジェクタ（４０）での動力回収量を向上させて圧縮機（１０）の消費動力を低減することができるので、エジェクタサイクルを効率よく運転することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、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エジェクタ（４０）と、放熱器（２０）から流出した冷媒と圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換する熱交換器（７０）と、放熱器（２０）とエジェクタ（４０）とを繋ぐ冷媒通路（６０）とを有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、熱交換器（７０）、冷媒通路（６０）のうち放熱器（２０）と熱交換器（７０）とを繋ぐ冷媒通路、および、冷媒通路（６０）のうち熱交換器（７０）とエジェクタ（４０）とを繋ぐ冷媒通路を、雰囲気から断熱的に隔離したことを特徴とする。
【００１５】
これにより、エジェクタ（４０）にて減圧される前の高温の冷媒が雰囲気により冷却されてエンタルピが低下してしまうことを防止できるので、減圧膨脹時に回収可能なエネルギの最大理論値が小さくなることを防止できる。
【００１６】
したがって、エジェクタ効果、つまりエジェクタ（４０）での動力回収量を向上させて圧縮機（１０）の消費動力を低減することができるので、エジェクタサイクルを効率よく運転することができる。
【００１７】
なお、請求項４に記載の発明では、冷媒としてフロンを用いたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明では、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明では、冷媒として炭化水素を用いたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、高圧側の冷媒圧力を冷媒の臨界圧力以上まで上昇させることを特徴とする。
【００２１】
これにより、減圧膨脹時の断熱熱落差を大きくすることができるので、減圧膨脹時に回収可能なエネルギの最大理論値が小さくなることを防止できる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、雰囲気の温度が略０℃以下となる場所に設置されていることを特徴とするものである。
【００２３】
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。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るエジェクタサイクルを食品等を冷凍・冷蔵保存するショーケース又冷蔵庫に適用したものであって、図１はエジェクタサイクルの模式図である。
【００２５】
図１中、圧縮機１０は電動モータにより駆動されて冷媒を吸入圧縮する圧縮機であり、放熱器２０は圧縮機１０から吐出した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。
【００２６】
なお、本実施形態では、冷媒としてフロンを採用しているので、放熱器２０内の冷媒圧力は冷媒の臨界圧力未満であり、放熱器２０にて冷媒が凝縮しながらエンタルピが小さくなっていくが、冷媒として二酸化炭素を用いてもよい。
【００２７】
因みに、冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、放熱器２０内の冷媒圧力は冷媒の臨界圧力以上となり、凝縮せずに温度が低下しながらエンタルピが小さくなっていく。
【００２８】
また、蒸発器３０は室内に吹き出す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室内に吹き出す空気を冷却する低圧側熱交換器であり、エジェクタ４０は冷媒を減圧膨張させて蒸発器３０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１０の吸入圧を上昇させるものである。
【００２９】
なお、エジェクタ４０は、図２に示すように、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ー的に減圧膨張させるノズル４１、ノズル４１から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器３０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４２、及びノズル４１から噴射する冷媒と蒸発器３０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４３等からなるものである。
【００３０】
因みに、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を有するラバールノズル（流体工学（東京大学出版会）参照）を採用している。
【００３１】
なお、混合部４２においては、ノズル４１から噴射する冷媒流の運動量と、蒸発器３０からエジェクタ４０に吸引される冷媒流の運動量との和が保存されるように混合するので、混合部４２においても冷媒の静圧が上昇する。
【００３２】
一方、ディフューザ４３においては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の動圧を静圧に変換するので、エジェクタ４０においては、混合部４２及びディフューザ４３の両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、混合部４２とディフューザ４３とを総称して昇圧部と呼ぶ。
【００３３】
また、図１中、気液分離器５０はエジェクタ４０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手段であり、気液分離器５０の気相冷媒流出口は圧縮機１０の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器３０側の流入側に接続される。
【００３４】
そして、本実施形態では、図３に示すように、放熱器２０とエジェクタ４０とを繋ぐ冷媒通路を構成する配管６０は、インシュレータ等の断熱材６１により覆われて、雰囲気から断熱的に隔離されている。
【００３５】
なお、本実施形態では、断熱材６１として、樹脂又は樹脂発泡材等の熱伝導率が金属に比べて小さい材質で構成している。また、本実施形態では、圧縮機１０、放熱器２０及びエジェクタ４０等の機器は、全てショーケース内に設置されているため、ここで言う雰囲気とは、ショーケース内の雰囲気温度を意味する。
【００３６】
因みに、図４はエジェクタサイクルの全体のマクロ的作動を示すｐ−ｈ線図であり、そのマクロ的作動は周知のエジェクタサイクルと同じであるので、本実施形態では、エジェクタサイクル全体のマクロ的作動の説明は省略する。また、図４の●で示される符号は、図１に示す●で示される符号位置における冷媒の状態を示すものである。
【００３７】
因みに、冷凍能力を増大させるときには、圧縮機１０の回転数を増大させて圧縮機１０から吐出される冷媒流量を増大させ、冷凍能力を減少させるときには、圧縮機１０の回転数を減少させて圧縮機１０から吐出される冷媒流量を減少させる。
【００３８】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００３９】
エジェクタサイクルでは、図５に示すように、エジェクタ４０にて冷媒を等エントロピ的に減圧させることにより得られる断熱熱落差分のエンタルピを回収して圧縮機１０の消費動力を低減するものである。
【００４０】
一方、図５に示すｐ−ｈ線図から明らかなように、エンタルピが小さくなるほど、等エントロピ線の傾きが大きくなって圧力の変化量に対するエンタルピの変化量、すなわち断熱熱落差が小さくなるため、減圧膨脹時に回収可能なエネルギの最大理論値が小さくなっていく。
【００４１】
これに対して、本実施形態では、放熱器２０とエジェクタ４０とを繋ぐ配管６０を断熱材６１で覆っているので、エジェクタ４０にて減圧される前の高温の冷媒が雰囲気により冷却されてエンタルピが低下してしまうことを防止でき、減圧膨脹時に回収可能なエネルギの最大理論値が小さくなることを防止できる。
【００４２】
延いては、エジェクタ効果、つまりエジェクタ４０での動力回収量を向上させて圧縮機１０の消費動力を低減することができるので、エジェクタサイクルを効率よく運転することができる。
【００４３】
因みに、図６は、配管６０を断熱材６１に覆った場合と覆わない場合とを比較したもので、図６からも明らかなように、成績係数（ＣＯＰ）が向上することが解る。
【００４４】
（第２実施形態）
本実施形態は、図７に示すように、放熱器２０から流出してエジェクタ４０に流入する高圧冷媒と圧縮機１０に吸入される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器７０を設けるとともに、内部熱交換器７０も含めて配管６０を断熱材６１で覆って冷媒通路を雰囲気から断熱的に隔離したものである。
【００４５】
なお、因みに、図８は、配管６０を断熱材６１に覆った場合と覆わない場合とを比較したもので、図８からも明らかなように、成績係数（ＣＯＰ）が向上することが解る。
【００４６】
なお、内部熱交換器７０にて高圧冷媒と低圧冷媒とを熱交換するとエジェクタ４０に流入する冷媒のエンタルピが減少してエジェクタ効果が減少するものの、蒸発器３０の冷媒入口側と冷媒出口側とのエンタルピ差が増大するので、吸熱能力（冷凍能力）は増大する。
【００４７】
（その他の実施形態）
本発明は、前述したように減圧膨脹時の断熱熱落差が大きいほど効果的であるので、例えば庫内の温度が−２０℃とする必要性がある冷凍庫等のように、蒸発器３０内の温度（蒸発温度）が０℃以下とする必要がある蒸気圧縮式冷凍機に適用して特に、効果的である。
【００４８】
また、上述の実施形態では、配管６０を断熱材６１で覆うことにより冷媒通路を雰囲気から断熱的に隔離したが、本発明はこれに限定されるものではなく、配管６０自体を断熱性に優れた材料で構成する、配管６０に断熱シートを貼る、発泡樹脂等の断熱材を配管６０に吹き付け塗装する、又は断熱性に優れた材料と耐食性に優れた材料を組み合わせて配管６０を構成する等してもよい。
【００４９】
また、例えば配管６０が設置される雰囲気の温度が放熱器２０が設置される雰囲気の温度より低くならないようにする等して配管６０を流れる冷媒が雰囲気の影響を大きく受けないようにすることにより、冷媒通路を雰囲気から断熱的に隔離してもよい。
【００５０】
また、冷媒は、二酸化炭素やフロンに限定されるものではなく、例えば炭化水素等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るエジェクタの模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るエジェクタサイクルに適用される配管の斜視図である。
【図４】ｐ−ｈ線図である。
【図５】ｐ−ｈ線図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るエジェクタサイクルの効果を示す図表である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るエジェクタサイクルの効果を示す図表である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、２０…放熱器、３０…蒸発器、４０…エジェクタ、
５０…気液分離器、６０…冷媒配管、６１…断熱材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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