JP2008232458A - エジェクタ及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エジェクタの効率を向上する、および冷凍能力を増加させ効率の向上を図った冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】エジェクタ３ａの駆動ノズル３２ａの円筒部に、駆動流体微粒化・旋回機構として機能する駆動流用ベーン５１が配置されている。駆動流用ベーン５１は円筒形状の内表面にねじり状の溝流路５１ａを有するものである。したがって、駆動流用ベーン５１によって駆動ノズル３２ａに流入する駆動流体中の液流は微粒化されると共に、旋回させられるから、液注と１次液滴の２次液滴へ分裂し易く微粒化が促進される。そして、径が小さく均質な径分布で噴射角度が大きい液滴流が噴射されるから、動流体と吸引流体との接触面積を十分に増大することができる。それによって吸引流量が増加し、駆動流体と吸引流体との混合が促進される。
【選択図】図５

Description

本発明はエジェクタ及び冷凍サイクル装置、特に、空調装置、冷凍装置および給湯装置などの冷凍サイクル装置、およびかかる冷凍サイクル装置に用いられるエジェクタに関するものである。

空調装置、冷凍装置および給湯装置などの冷凍サイクル装置などに、エジェクタを組み込んだものが知られている。かかる冷凍サイクル装置は、エジェクタの吸引作用で蒸発ガスを吸引し昇圧させることにより、圧縮機の吸入圧力を上昇させるものであって、これにより、圧縮機の圧縮比を低減して冷凍サイクルの効率を高める効果がある。
従来のエジェクタは、一部二重管構造であって、内管である単孔ノズル本体から減圧、加速されて管軸方向に噴出される低圧の駆動流体が、外管の内壁面側から流入する吸引流体（蒸発器ガス）を吸引する構成である。このため
（あ）単孔ノズルを駆動ノズルとする場合、これから吸引部に噴出する駆動流体を構成する液滴群の平均液滴径は大きくなる。
（い）また、噴流の中心部には径の大きい液滴群が、噴流の周辺部には比較的小さい液滴群が分布し、液滴径分布が一様でない。
（う）特に、エジェクタ入口における冷媒の状態がサブクール液か飽和液の場合には、駆動ノズルの喉部を通過する駆動流体の相変化が遅れることがあり、駆動流体の運動エネルギーへの変換効率を低減することと、液流の分裂が遅れて、噴流の中心に比較的に径の大きい液滴が多数存在する非均質な分布となることがある。

（え）このような場合には、駆動流体と吸引流体との接触面積が減少し、吸引流体を十分に吸引できないため、また、駆動流体と吸引流体とを均質に混合することができないため、駆動流体と吸引流体との混合初期段階から混合層が発達するまでは、長い混合部が必要となる。したがって、駆動流体と吸引流体との混合性能を十分に得ることができず、管摩擦圧力損失が増加し、エジェクタの効率が低下する。
（お）また、内壁面付近では、速度の速い駆動流体と速度の遅い吸引流体の大きい相対流速差によって境界層が厚くなり剥離し、逆流領域が形成されることがあり、これによって圧力損失が増加してエジェクタの効率が低下する。

そこで、冷凍サイクル装置用のエジェクタにおいて、混合促進手段として、混合部の中心に螺旋状に形成されたスワラーを配置して、その先端部がノズルの噴出口に対向するように配したものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２００８００号公報（第２−３頁、図１）

しかしながら、特許文献１に開示された発明には以下のような問題があった。
（イ）実際にスワラーを混合部中心（外管の軸心に同じ）に配するのは困難であることと、このような構造は大きな圧力損失を伴う可能性が高いため、エジェクタの効率が低下する。
（ロ）それによって、当該エジェクタが搭載された冷凍サイクルでは、効率の低いエジェクタのため、エジェクタで蒸発器からの吸引流体を十分に吸引・昇圧して流出させることができないで、蒸発器からの冷媒ガスを十分に吸引することができなくて冷凍能力が減少するか、圧縮機の吸入圧力を十分に高めることができずに冷凍サイクルの効率を向上させることができない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、冷凍サイクル装置に搭載されるエジェクタにおいて、駆動流体と吸引流体との接触面積を十分に増大し、また、エジェクタの内壁面に逆流が発生することを抑制し、圧力損失を低減して短い距離で均質に混合することでエジェクタの効率を向上することを目的とするものである。
また、エジェクタが搭載された冷凍サイクル装置において、エジェクタ効率を向上することで、冷凍能力を増加させること、および、圧縮機の吸入圧力を高めて圧縮機の圧縮比を低減して、効率の向上を図ることを目的とするものである。

本発明に係るエジェクタは、筒状の本体と、該本体内でその軸方向に沿って設けられて駆動流体を噴出する駆動ノズルと、を有するエジェクタであって、
前記本体に、前記駆動ノズルから噴出された駆動流体によって吸引流体を吸引する吸引部と、前記噴出された駆動流体と前記吸引された吸引流体とを混合する混合部と、前記混合部において混合された流体を昇圧するディフューザ部と、が形成され、
前記駆動ノズルに、駆動流体を流入するための駆動流体流入口と、該駆動流体流入口から流入する駆動流体中の液流を微粒化すると共に旋回させるため、前記駆動ノズル内で流路断面積が最も小さくなる喉部より上流側に設けられた駆動流体微粒化・旋回機構と、該微粒化されると共に旋回させられた駆動流体を噴出する駆動流体噴出口と、が設けられていることを特徴とする。

したがって、本発明に係るエジェクタは、駆動流体と吸引流体との接触面積を十分に増大し、また、エジェクタの内壁面に逆流が発生することを抑制し、圧力損失を低減して短い距離で均質に混合することができるから、エジェクタの効率が向上する。
また、本発明に係るエジェクタが設置された冷凍サイクル装置は、効率の良い当該エジェクタによって冷凍能力が増加するため、圧縮機の吸入圧力を高め、冷凍サイクル装置の効率が向上する。

［実施の形態１：冷凍サイクル装置］
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を説明する回路構成図である。図１において、冷凍サイクル装置１００は、例えば室内を冷房する冷房装置であって、室外に設置される室外ユニット１００ａ及び室内に設置される室内ユニット１００ｂを有し、室外ユニット１００ａにおいて冷熱を受け入れた被冷却媒体が室内ユニット１００ｂに搬送され、室内ユニット１００ｂにおいてかかる冷熱を放出することによって、室内を冷房するものである。

（室外ユニット）
室外ユニット１００ａは、 冷媒を圧縮する圧縮機１、圧縮機１において圧縮された冷媒の温熱を放出させる熱源側熱交換器２、エジェクタ３、室内ユニット１００ｂ側に冷熱を伝える第１負荷側熱交換器４、気液分離器５、冷媒を減圧する絞り装置６、室内ユニット１００ｂ側に冷熱を伝える第２負荷側熱交換器７、及びこれらの機器を連通する室外配管（太実線で示す）で接続を有している。
室外配管（室外ユニット１００ａ）内には例えばＣＯ２やＲ４０４ａ、Ｒ４１０Ａ、イソブタン、プロパンなどの冷媒が循環している。

熱源側熱交換器２は、例えばプレートフィンとパイプで構成されるプレートフィンチューブ型の熱交換器であり、熱源側熱交換器２の外表面へ外気を送風する送風機８を備えている。熱源側熱交換器２は送風機８によって搬送される室外ユニット１００ａ周囲の空気と前記パイプ内を流れる冷媒との間で熱交換を行う。
第１負荷側熱交換器４及び第２負荷側熱交換器７は、被冷却媒体である液体、例えば、水やブラインと冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であり、二重管式熱交換器やプレート熱交換器が用いられる。
絞り装置６は、例えば開度が可変に制御される電子膨張弁を用いる。
また、圧縮機１の回転数及び絞り装置６の開度は、マイクロコンピュータなどで構成される制御装置９によってを制御されている。

（室内ユニット）
室内ユニット１００ｂは、室内熱交換器１０及び室内送風機１１を有し、室内熱交換器１０では室内送風機１１によって搬送される室内の空気と、室内配管内の水やブラインなどの液体との間で熱交換を行う。この水やブラインなどの被冷却媒体で搬送される冷熱を室内空気と熱交換することで、室内を冷房している。
なお、図１において、実線矢印は冷媒（室外ユニット１００ａ）の流れ、太点線矢印（室内ユニット１００ｂ）は被冷却媒体として用いる水の流れ、白抜き矢印は空気の流れ、細点線矢印は制御の流れを示している。

（エジェクタの効果）
冷凍サイクル装置１００の運転動作について簡単に説明する。室外ユニット１００ａにおいて、圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器２で空気に放熱して凝縮・液化し、高圧の液冷媒となってエジェクタ３内へ流入する。そして、エジェクタ３において一部が蒸発して気液状態となり、気液分離器５に流入する。
気液分離器５において分離されたガス冷媒は圧縮機１に流入して循環する。一方、気液分離器５において分離された液冷媒は、絞り装置６に流入して減圧され、さらに低温の低圧状態の液冷媒となる。そして、該冷媒は第２負荷側熱交換器７において室内ユニット１００ｂ側に冷熱を供給し、ガス冷媒となってエジェクタ３に吸引される。
以上のように、冷凍サイクル装置１００（正確には、室外ユニット１００ａ）にエジェクタ３を用いることで、圧縮機１の吸入圧力を高めることができ、圧縮比が小さくなり高効率な運転が可能となる（これについては別途詳細に説明する）。

［実施の形態２：エジェクタ］
図２は本発明の実施の形態２に係るエジェクタを説明するものであって、図２の（ａ）は構成を模式的に説明する断面図、図２の（ｂ）は中心軸における圧力分布図である。
図２（ａ）において、エジェクタ３は、管軸方向で内径が変動する略筒状の外筒３１と、外筒３１の一方の端面から内部に挿入された駆動ノズル３２と、を有している。

（駆動ノズル）
駆動ノズル３２の外面は、外径が一定の円筒部（概ね位置Ｘ０−位置Ｘ２の範囲）と、先端に向かって外径が小さくなる円錐部（正確には円錐台、概ね位置Ｘ２−位置Ｘ３の範囲）とを有している。
また、内面は、円筒部（概ね位置Ｘ０の左側）に駆動流体となる冷媒が流入する駆動流体入口部３６が形成されている。そして、先端の近傍で一旦テーパ状に縮径して（位置Ｘ１−位置Ｘ２）、最狭隘位置Ｘ２を形成した後、テーパ状に拡径して、先端の駆動流体噴出口に至っている（位置Ｘ２−位置Ｘ３）。

（外筒）
外筒３１は、駆動ノズル３２の円筒部に対峙する範囲は該円筒部に平行な円筒部（概ね位置Ｘ０−位置Ｘ２の範囲）であって、その後、噴出方向（図２の（ａ）において右側）になるに従って一旦内径が小さくなる縮小部（位置Ｘ２−位置Ｘ４の範囲）と、内径が変動しない径小部（位置Ｘ４−位置Ｘ５の範囲）と、噴出方向になるに従って内径が大きくなる拡大部（位置Ｘ５−位置Ｘ６）と、内径が変動しない径大部（位置Ｘ６−位置Ｘ７の範囲）と、を有している。
そして、外筒３１の一方の端部の近く（位置Ｘ０−位置Ｘ１の範囲）には、吸引される流体が流入するための吸引流体入口部３７が形成され、他方の端部である径大部（位置Ｘ７）には、混合流体が流出する混合流体出口部３８が形成されている。なお、吸引流体入口部３７の数は対向する位置に２つ有するものを示しているが、本発明はこれに限定するものではない。

（流体流路）
したがって、管軸方向（長手方向に同じ）に沿って図中、右方向に向かって流れる流体流路が形成される。すなわち、かかる流体流路は、駆動ノズル３２内に形成される駆動冷媒が流れる冷媒流路と、外筒３１内に形成される、吸引される流体が流れる吸引部３３（概ね位置Ｘ０−位置Ｘ３の範囲）と、駆動冷媒と吸引流体とが流れる混合部３４（位置Ｘ３−位置Ｘ５の範囲）と、混合された流体が昇圧されるディフューザ部３５（位置Ｘ５−位置Ｘ６の範囲）と、によって構成されることになる。
なお、駆動流体は熱源側熱交換器２から流出する冷媒であり、吸引される流体は第２負荷側熱交換器７から流出する冷媒である（図１参照）。

（圧力分布）
図２の（ｂ）において、縦軸は中心軸における圧力、横軸は図２の（ａ）に示す管軸方向の位置を示している。図２において、駆動流体入口部３６から流入した駆動流体は、駆動ノズル３２内を流れる。そして駆動ノズル３２では駆動流体である圧力Ｐ１の駆動冷媒（位置Ｘ１）を音速として圧力Ｐ２（最狭隘位置Ｘ２）まで減圧させる。
そして駆動ノズル出口（位置Ｘ３）からさらに圧力Ｐ３の超音速として混合部３４に噴出する。このとき、吸引流体入口部３７を通って流入した吸引流体、ここではガス冷媒を吸引部３３へ吸引して混合部３４（位置Ｘ３〜位置Ｘ５）で混合する。
さらに、駆動流体と吸引流体とは混合部３４で混合されて気液二相冷媒となり、圧力回復して圧力Ｐ５の状態（位置Ｘ５）となり、更にディフューザ部３５（位置Ｘ５〜位置Ｘ６）でさらに昇圧して（位置Ｘ６）、混合流体出口部３８へ流出する。

したがって、エジェクタ３内での冷媒の状態は、駆動ノズル３２においては、駆動流体入口部３６（位置Ｘ０）で液または二相冷媒、駆動ノズル出口（位置Ｘ３）でノズルによって減圧されて気液二相冷媒である。
一方、外筒３１においては、吸引流体入口部３７および吸引部３３ではガス冷媒、混合部３４、ディフューザ部３５およびエジェクタ出口部３８では、図２（ｂ）に示す様に圧力は変化するものの、気液二相冷媒である。

（冷媒挙動）
図３は、図１に示す冷凍サイクル装置の運転動作を説明するための循環する冷媒の状態を示す圧力―エンタルピー線図（モリエル線図）である。図３において、横軸はエンタルピーであり、Ｉ１〜Ｉ９は各冷媒状態におけるエンタルピー値を示している。また、縦軸は圧力であり、
Ｐｃ１は圧縮機１からの吐出圧力、
Ｐｅ１はエジェクタ３の出口（位置Ｘ６）における圧力、
Ｐｅ２は駆動ノズル３２のノズル出口（位置Ｘ３）における圧力を示している。

圧縮機１から吐出された高温・高圧Ｐｃ１の状態Ｒ１のガス冷媒は、熱源側熱交換器２で空気へ温熱を放出して凝縮・液化し、高圧の状態Ｒ２の液冷媒となってエジェクタ３の駆動流体入口部３６に流入する。
エジェクタ３内へ流入した圧力Ｐｃ１の冷媒は、図示しない冷媒分配器によって分岐された後、複数個の駆動ノズル３２のそれぞれに流入する。そして、駆動ノズル３２の出口（Ｘ３）で圧力Ｐｅ２の状態Ｒ３になり、混合部３４へ流入する。
混合部３４では、吸引流体入口部３７から流入する状態Ｒ４の冷媒ガスと混合した後、状態Ｒ５となった冷媒は、ディフューザ部３５により圧力が回復し、圧力Ｐｅ１の状態Ｒ６となる。

エジェクタで減圧された状態Ｒ６の冷媒は、第１負荷側熱交換器４に流入し、被冷却媒体から熱を奪って液冷媒の一部が蒸発して状態Ｒ７となり、気液分離器５に流入する。
気液分離器５で分離された状態Ｒ８のガス冷媒は、圧縮機１の吸引部へ供給され、循環することになる。一方、分離された状態Ｒ９の液冷媒は、絞り装置６で減圧され、第２負荷側熱交換器７に流入し、蒸発して状態Ｒ４のガス冷媒となってエジェクタ３の吸引流体入口部３７に吸引される。

以上のように、冷凍サイクル装置１００にエジェクタ３を用いることによって、圧縮機１の吸入圧力をＰｅ２からＰｅ１に高めることができ、圧縮比が小さくなり高効率な運転が可能となる。
ここで、エジェクタ３の駆動力は、図３において、等エントロピー膨張時のエンタルピーＩ３と等エンタルピー膨張時のエンタルピーＩ２との「エンタルピー差ΔＨ（＝Ｉ２−Ｉ３）」である。このエンタルピー差ΔＨが大きいほどエジェクタ３の導入効果は大きく、一般にこのエンタルピー差ΔＨは高圧圧力Ｐｃ１と低圧圧力Ｐｅ２との圧力差ΔＰｃ（＝Ｐｃ１−Ｐｅ２）が大きいほど大きくなる。

また、一般にエジェクタ効率は、駆動ノズル３２で圧力エネルギーを速度エネルギーに変換する際のノズル効率（Ｅｎ）と、混合部３４及びディフューザ部３５で速度エネルギーを混合しながら圧力エネルギーに変換する際の混合・ディフューザ効率（Ｅｋ）との積（＝Ｅｎ・Ｅｋ）で表される。
そして、混合・ディフューザ効率は、エジェクタ効率への寄与度が大きく、混合促進を図ることで有効にエジェクタ効率は向上し、さらには冷凍サイクル装置の効率を向上させことができるものである。

（駆動流用ベーン）
図４および図５は、本発明の実施の形態２に係るエジェクタを模式的に説明するものであって、図４の（ａ）は駆動流用ベーンが配置された状態を示す断面図、図４の（ｂ）は駆動流用ベーンを示す斜視図、（ｃ）は駆動流用ベーンが配置される前の状態を示す断面図、図４の（ｄ）は冷媒挙動を示す模式図、図５の（ａ）は参考に示す従来品の構成の一部を示す断面図、（ｂ）は従来品の冷媒挙動を示す模式図である。なお、図２と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

図５の（ａ）において、エジェクタ３ａの駆動ノズル３２ａの円筒部（図２において、テーパ状に縮径を始める位置Ｘ１の上流側）に、図５の（ｂ）の斜視図に示す駆動流用ベーン５１が配置されている。駆動流用ベーン５１は駆動流体微粒化・旋回機構として機能するものであって、径５０ｍｍ以下、長さ１００ｍｍ以下で、円筒形状の内表面にねじり状の溝流路５１ａを有するものである。したがって、駆動ノズル３２ａに流入する駆動流体中の液流を微粒化するとともに、旋回させることができる。
また、旋回の度合いを調節できるように、多様な形状のねじり流路（溝流路に同じ）をもつ駆動流用ベーンを乗せかえるため、図５（c）に示すように、内面の円筒部の終端に駆動流用ベーン座部５２が形成されている。

したがって、駆動流用ベーン５１が装着された駆動ノズル３２ａより駆動流体を噴出することにより、液注と１次液滴の２次液滴へ分裂し易く微粒化が促進される。すなわち、図５（ｄ）に示すように径が小さく均質な径分布で噴射角度が大きい液滴流が噴射され、駆動流体と吸引流体との接触面積を十分に増大することができる。
それによって吸引流量が増加する。このような駆動ノズル３２ａ内の挙動は、特に喉部近傍の駆動液流の相変化を促進し、駆動ノズル３２ａ内の二相膨張プロセス中の熱的非平衡による損失を減少させる効果も期待できる。

一方、外筒３１において、混合部３４内でこのような駆動流体の旋回流は吸引流体を巻き込むことにより、混合部３４内で駆動流体と吸引流体との混合を促進する。即ち、吸引流体は、管壁面付近に沿って流れるのではなく（図５の（ｂ）参照）、図４（d）のように、駆動流体が吸引流体を巻き込んだ比較的均質な混合流として流れる。
そして均質な混合層が厚く発達するため、混合部３４を短くでき管摩擦圧力損失を減少させることができ、エジェクタによる圧力上昇を増加させる。さらに、エジェクタの効率を向上することで、これを冷凍サイクル装置に搭載した場合の圧縮機吸入圧力の上昇量を高くでき、圧縮比を低減できるとともに、冷凍能力を増加させることができて、冷凍サイクルを高効率で運転できる。

ところで、 図５に参考として示す従来品では、エジェクタ９３に設置された従来の単孔駆動ノズル９３２では、液流の分裂が遅れて、噴流の中心に比較的径の大きい液滴が多数存在する非均質な液滴径分布を示す。
このような場合には、駆動流体と吸引流体との接触面積が減少し、吸引流体を十分に吸引できないとともに、駆動流体と吸引流体とを均質に混合することができないことと、駆動流体と吸引流体との混合初期段階から混合層が発達するまでは、長い混合部が必要となるため、駆動流体と吸引流体との混合性能を十分に得ることができず、管摩擦圧力損失が増加し、エジェクタの効率が低下するという問題があった。
また、外筒９３１の内壁面付近では、速度の速い駆動流体と速度の遅い吸引流体の大きい相対流速差によって境界層が厚くなって剥離し、逆流領域が形成されることがあった。これによって、圧力損失が増加してエジェクタの効率が低下するという問題もあった。

図１０は、本発明の実施の形態２に係るエジェクタ３内の圧力上昇幅の増加を従来の単孔ノズルを用いた場合と比較した圧力分布図である。
図１０において、実線が従来の単孔ノズル９３を用いた場合で、破線が実施の形態２における駆動ノズル３を用いた場合である。

なお、エジェクタ３に流入する流体は、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａ、ＣＯ２、イソブタン、プロパンなどを冷媒としているが、これに限定するものではない。また、エジェクタ３は全ての冷凍サイクルに適用できるものである。また、駆動ノズル３２は、固定ノズルあるいは可変ノズルの何れであってもよい。さらに、駆動ノズル３２と外筒３１（たとえば、混合部３４）の大きさとは関係なく本発明は適用可能である。

［実施の形態３：エジェクタ］
（旋回流路）
図６は本発明の実施の形態３に係るエジェクタを模式的に説明するものであって、図６の（ａ）は構成の一部を示す断面図、図６の（ｂ）は液滴の状況を示す断面図である。なお、図２と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
前記した実施の形態２では、駆動流体微粒化・旋回機構として駆動ノズル３２ａの入口部に駆動流用ベーン５１を脱着自在に設置し、旋回の度合いを調節できるように、ねじり流路形状が異なる駆動流用ベーン５１を乗せかえることができるように駆動流用ベーン座部５２を設けている。
これに対し実施の形態３のエジェクタ３ｂでは、駆動流体微粒化・旋回機構として、駆動ノズル３２ｂの先端のテーパ状の縮径部（以下「先細駆動ノズルの壁面」と称呼する場合がある）に、図６（ａ）に示すように旋回流路６１を設けるように構成する。他の各部の構成は図２に同様である。

したがって、エジェクタ３ｂにおいても、図６（ｂ）に示すように微粒化が促進されることにより、駆動流体と吸引流体との接触面積を十分に増大することと、駆動流体の旋回流が吸引流体を巻き込むことにより、吸引流量とエジェクタ３ｂ内の圧力上昇が増加するなど、実施の形態２と同様な効果が得られる（図１０参照）。
それにより、エジェクタ３ｂの効率を向上させることができる。さらに、このエジェクタ３ｂを冷凍サイクル装置１００に搭載することで、冷凍サイクル装置１００の効率を向上させることができる。

［実施の形態４：エジェクタ］
（補助流入孔）
図７は本発明の実施の形態４に係るエジェクタを模式的に説明するものであって、図７の（ａ）は構成の一部を示す断面図、図７の（ｂ）は液滴の状況を示す断面図、図７の（ｃ）および（ｄ）は流体の流れる様子を示す回路図である。なお、図２と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図７において、エジェクタ３ｃの駆動ノズル３２ｃには、駆動ノズル３２ｃの入口壁面に接して１本または２本以上の補助流入孔３９が形成されている。したがって、流入する全体駆動流量の一部を、補助流入孔３９を通して接線方向に噴出することにより、駆動流体中の液流を微粒化するとともに、旋回させることを可能とする構成にしている。
すなわち、図７（d）に示すようにエジェクタ３ｃに流れる全体駆動流量の一部は補助流入孔３９に連通するバイパス路である補助流入路７１に流入される。旋回の度合いの調整は主流入管側のバルブ７２で流量調整することにより行われる。よって、エジェクタ３ｃでも、エジェクタ３ａ（実施の形態２）と同様な効果が得られる（図１０参照）。
また、効率のよいエジェクタ３ｃを冷凍サイクル装置１００に設置すれば、圧縮機１の吸入圧力を高め、冷凍サイクル装置１００の効率を向上させることができる。

［実施の形態５：エジェクタ］
（混合流体用旋回流路）
図８は本発明の実施の形態５に係るエジェクタを模式的に説明する構成の一部を示す断面図である。なお、図２と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図８において、エジェクタ３ｄにおいて、吸引流体を旋回させるために、吸引流体旋回機構として外筒３１ｄの混合部の入口壁面に混合流体用旋回流路８１を設ける構成としている。
混合流体用旋回流路８１は、混合部３４の入口壁面に長さ１００ｍｍ以下の長さのものを設ける。混合流体用旋回流路８１を設けて吸引流体を旋回させることにより、境界層を薄くし、境界層の発達による剥離発生を抑制し、吸引部の流れの再循環渦損失を低減ないし防止することができる。
さらにこれと共に、ディフューザ部３５と混合部３４とにおける流体剥離を低減することができ、圧力損失を低減して短い距離で均質に混合することでエジェクタ内における圧力上昇幅が増加してエジェクタの効率を向上できる（図１０参照）。
また、効率のよいエジェクタ３ｄを冷凍サイクル装置１００に設置すれば、圧縮機１の吸入圧力を高め、冷凍サイクル装置１００の効率を向上させることができる。

［実施の形態６：エジェクタ］
（補助流入孔）
図９は本発明の実施の形態６に係るエジェクタを模式的に説明する構成の一部を示す断面図である。なお、図２と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図９において、エジェクタ３ｅには、外筒３１ｅの駆動ノズル３２が配置された側に、外筒３１ｅを包囲する補助外筒９０が設置されている。外筒３１ｅには、補助外筒９０によって包囲された範囲であって、混合部３４に、複数本の補助流入孔９１が開けられ、外筒３１ｅと補助外筒９０との間に補助流入部９２が形成されている。吸引流入孔９１は、混合部３４内の流れに対し垂直方向または傾斜した方向に、混合部外壁面の円周方向に開いている構成である。

すなわち、吸引部３３に流れる全体吸引流量の一部は分岐させて補助流入部９２に流入させ、補助流入孔９１を通して混合部３４に噴出させることにより、実施の形態２と同様に、駆動流体と吸引流体との混合を促進する効果が得られる。
よって、実施の形態５と同じように境界層を薄くし、境界層の発達による剥離発生を抑制し、吸引部３３の流れの再循環渦損失を低減ないし防止することができるとともに、ディフューザ部３５と混合部３４における流体剥離を低減することができ、圧力損失を低減して短い距離で均質に混合することでエジェクタ３ｅ内における圧力上昇幅が増加してエジェクタ３ｅの効率を向上できる（図１０参照）。
また、効率のよいエジェクタ３ｅを冷凍サイクル装置１００に設置すれば、圧縮機１の吸入圧力を高め、冷凍サイクル装置１００の効率を向上させることができる。

［実施の形態１〜実施の形態６］
以上の説明から明らかなように、実施の形態１において説明した冷凍サイクル装置１００には、実施の形態２〜６に示すエジェクタ３ａ〜３ｅの何れであっても設置することができるものである。
また、実施の形態１〜６に示す、外筒３１、３１ｄ、３１ｅと、 駆動ノズル３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃとは、それぞれ適宜組み合わせることができるものである。

本発明は以上の構成であって、エジェクタ効率が向上するから、冷凍サイクルを用いる各種装置に広く利用することができると共に、効率のよい各種冷凍サイクル装置として広く利用することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を説明する回路構成図。 本発明の実施の形態２に係るエジェクタを説明する断面図と圧力分布図。 図１に示す冷凍サイクル装置の運転動作を説明するためのモリエル線図。 本発明の実施の形態２に係るエジェクタを説明する断面図等。 参考に示す従来品の一部を示す断面図等。 本発明の実施の形態３に係るエジェクタを模式的に説明する断面図。 本発明の実施の形態４に係るエジェクタを模式的に説明する断面図等。 本発明の実施の形態５に係るエジェクタを模式的に説明する断面図。 本発明の実施の形態６に係るエジェクタを模式的に説明する断面図。 図２に示すエジェクタ内の圧力上昇幅の増加を比較した圧力分布図。

符号の説明

１：圧縮機、２：熱源側熱交換器、３：エジェクタ（実施の形態１）、３ａ：エジェクタ（実施の形態２）、３ｂ：エジェクタ（実施の形態３）、３ｃ：エジェクタ（実施の形態４）、３ｄ：エジェクタ（実施の形態５）、３ｅ：エジェクタ（実施の形態６）、４：負荷側熱交換器、５：気液分離器、６：絞り装置、７：負荷側熱交換器、８：送風機、９：制御装置、１０：室内熱交換器、１１：室内送風機、３１：外筒、３１ａ：外筒（実施の形態２）、３１ｄ：外筒（実施の形態５）、３１ｅ：外筒（実施の形態６）、３２：駆動ノズル（実施の形態１）、３２ａ：駆動ノズル（実施の形態２）、３２ｂ：駆動ノズル（実施の形態３）、３２ｃ：駆動ノズル（実施の形態４）、３３：吸引部、３４：混合部、３５：ディフューザ部、３６：駆動流体入口部、３７：吸引流体入口部、３８：混合流体出口部、３９：補助流入孔（実施の形態４）、５１：駆動流用ベーン（実施の形態２）、５１ａ：溝流路、５２：駆動流用ベーン座部、６１：旋回流路（実施の形態３）、７１：補助流入路、７２：バルブ、８１：混合流体用旋回流路（実施の形態５）、９０：補助外筒（実施の形態６）、９１：吸引流入孔、９１：補助流入孔、９２：補助流入部、１００：冷凍サイクル装置（実施の形態１）、１００ａ：室外ユニット、１００ｂ：室内ユニット、 ΔＨ：エンタルピー差、ΔＰｃ：圧力差。

Claims (10)

1. 筒状の本体と、該本体内でその軸方向に沿って設けられて駆動流体を噴出する駆動ノズルと、を有するエジェクタであって、
   前記本体に、前記駆動ノズルから噴出された駆動流体によって吸引流体を吸引する吸引部と、前記噴出された駆動流体と前記吸引された吸引流体とを混合する混合部と、前記混合部において混合された流体を昇圧するディフューザ部と、が形成され、
   前記駆動ノズルに、駆動流体を流入するための駆動流体流入口と、該駆動流体流入口から流入する駆動流体中の液流を微粒化すると共に旋回させるため、前記駆動ノズル内で流路断面積が最も小さくなる喉部より上流側に設けられた駆動流体微粒化・旋回機構と、該微粒化されると共に旋回させられた駆動流体を噴出する駆動流体噴出口と、が設けられていることを特徴とするエジェクタ。
2. 前記駆動流体微粒化・旋回機構は、前記駆動ノズルの内に配置される筒状の駆動流用ベーンであって、内面にねじり流路が形成されていることを特徴とする請求項１記載のエジェクタ。
3. 前記駆動ノズルの内壁面に、断面円形の中央部と、前記駆動流体噴出口に向かって縮径する先細部と、前記中央部と前記先細部との繋ぎ部に円環状の段差部である駆動流用ベーン座部、とが形成され、前記段差部に前記駆動流用ベーンが配置自在であることを特徴とする請求項２記載のエジェクタ。
4. 前記駆動流体微粒化・旋回機構は、前記駆動ノズルの内壁面に形成されたねじり形状のねじり流路であることを特徴とする請求項１記載のエジェクタ。
5. 前記駆動流体微粒化・旋回機構は、前記駆動ノズルの壁面に貫通する１または２以上の補助流入孔と、該補助流入孔に連通する補助流入管と、から構成され、
   前記駆動流体流入口から流入する駆動流体と共に、前記補助流入管を経由して前記補助流入孔から前記駆動ノズル内に駆動流体が流入することを特徴とする請求項１記載のエジェクタ。
6. 筒状の本体と、該本体内でその軸方向に沿って設けられて駆動流体を噴出する駆動ノズルと、を有するエジェクタであって、
   前記本体に、前記駆動ノズルから噴出された駆動流体によって吸引流体を吸引する吸引部と、前記噴出された駆動流体と前記吸引された吸引流体とを混合する混合部と、前記混合部において混合された流体を昇圧するディフューザ部と、が形成され、
   前記混合部の内壁面にねじり流路からなる混合流体旋回機構が形成され、該ねじり形状流路によって前記混合が促進されることを特徴とするエジェクタ。
7. 筒状の本体と、該本体内でその軸方向に沿って設けられて駆動流体を噴出する駆動ノズルと、を有するエジェクタであって、
   前記本体に、前記駆動ノズルから噴出された駆動流体によって吸引流体を吸引する吸引部と、前記噴出された駆動流体と前記吸引された吸引流体とを混合する混合部と、前記混合部において混合された流体を昇圧するディフューザ部と、が形成され、
   前記吸引部の壁面に貫通する１個以上の分岐吸引流体流入孔と、該分岐吸引流体流入孔と前記吸引部とを連通する分岐吸引流体流入管と、から構成される補助吸引機構が形成され、
   前記吸引部に流入する前記吸引流体の一部が分岐されて前記混合部に流入することによって、前記混合が促進されることを特徴とするエジェクタ。
8. 前記分岐吸引流体流入孔が、前記混合部の壁面に垂直または傾斜して設けられ、かつ前記混合部の内径より小さい内径であることを特徴とする請求項７記載のエジェクタ。
9. 前記分岐吸引流体流入孔が、前記混合部における前記混合された流体の流れに対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求項７記載のエジェクタ。
10. 冷媒を圧縮する圧縮機と
    該圧縮機において圧縮された冷媒が保有する温熱を放出させる熱源側熱交換器と、
    請求項１乃至９の何れかに記載のエジェクタと、
    該エジェクタを通過した冷媒を気体と液体とに分離する気液分離器と、
    気液分離器において分離された液体状の冷媒を減圧する絞り装置と、
    該絞り装置を通過した冷媒が保有する冷熱を放出させる第１負荷側熱交換器と、
    を有する冷凍サイクル装置であって、
    前記熱源側熱交換器を通過した冷媒が、前記エジェクタの駆動ノズルに流入される駆動流体とされ、
    前記第１負荷側熱交換器を通過した冷媒が、前記エジェクタの本体の吸引部に吸引される吸引流体とされ、
    前記気液分離器において分離された気体状の冷媒が、前記圧縮機に流入されることを特徴とする冷凍サイクル装置。

Images