JP2005009774A

JP2005009774A - エジェクタサイクル

Info

Publication number: JP2005009774A
Application number: JP2003174678A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Nishijima; 春幸西嶋; Hirotsugu Takeuchi; 裕嗣武内; Hisatsugu Matsunaga; 久嗣松永; Toru Ikemoto; 徹池本; Takeharu Asaoka; 丈晴浅岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-01-13
Also published as: DE102004029510A1; US20040255612A1; US6925835B2

Abstract

【課題】エジェクタサイクルのＣＯＰを向上させる。
【解決手段】蒸発器３０の冷媒出口３０ｂを冷媒入口３０ａより上方側に位置させる。これにより、蒸発器３０内を流れる冷媒の流通性を向上させることができるので、仮に、エジェクタ４０で発生するポンプ能力が小さいときであっても、十分な量の冷媒をエジェクタ４０で吸引することができる。したがって、蒸発器３０に十分な量の冷媒を供給することができ、エジェクタサイクルのＣＯＰを向上させることができる。
【選択図】図１

Description

【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、冷凍庫や冷凍車等の低い温度にて物品を補完するための蒸気圧縮式冷凍機に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
エジェクタサイクルとは、エジェクタ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蒸気圧縮式冷凍機（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１１９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エジェクタサイクルでは、圧縮機から吐出した冷媒を放熱器側に循環させて放熱器にて蒸発器で吸熱した熱を放熱するとともに、放熱器で冷却された冷媒をエジェクタのノズルにて等エンロピ的に減圧膨張させてノズルから噴射する高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用により、蒸発器で蒸発した冷媒がエジェクタ内に吸引して、低圧側の冷媒を気液分離器→蒸発器→エジェクタ４０→気液分離器の順に循環させるので、エジェクタで発生するポンプ能力が低くなると、エジェクタサイクルの成績係数が低下してしまう。
【０００５】
なお、成績係数とは、蒸発器で発生する冷凍能力を圧縮機の消費動力で除した値であり、以下、ＣＯＰと表記する。
【０００６】
そこで、発明者は、実機により試験及びコンピュータシミレーション等の手段により、ＣＯＰが低下する主要な原因を調査研究したところ、以下の２点が明らかになった。
【０００７】
すなわち、蒸発器内を流れる冷媒の流通性が悪く、エジェクタで発生するポンプ能力では十分な量の冷媒を吸引できない、ノズルでの冷媒の断熱熱落差、つまり冷媒がノズルで等エントロピ膨脹する際に低下する冷媒のエンタルピが小さくなり、エジェクタで回収することができるエネルギが減少して圧縮機の消費動力が増大してしまう等がある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規なエジェクタサイクルを提供し、第２には、ＣＯＰを向上させることを目的とする。
【０００９】
【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に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２０）と、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、放熱器（２０）から流出した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、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昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が圧縮機（１０）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が蒸発器（３０）側に接続された気液分離器（５０）とを備え、蒸発器（３０）の冷媒出口（３０ｂ）は、蒸発器（３０）の冷媒入口（３０ａ）より上方側に位置していることを特徴とする。
【００１０】
そして、蒸発器（３０）は冷媒を蒸発させることにより冷凍能力を発揮するもので、内部では蒸発の進行とともに気相冷媒が増大していくとともに、気相冷媒は液相冷媒に比べて密度が小さいため、重力の影響を受けて液相冷媒より上方側に移動しようとする。
【００１１】
このとき、本発明では、蒸発器（３０）の冷媒出口（３０ｂ）を冷媒入口（３０ａ）より上方側に位置させているので、蒸発器（３０）内を流れる冷媒の流通性を向上させることができる。
【００１２】
したがって、仮に、エジェクタ（４０）で発生するポンプ能力が小さいときであっても、十分な量の冷媒をエジェクタ（４０）で吸引することができるので、蒸発器（３０）に十分な量の冷媒を供給することができ、エジェクタサイクルのＣＯＰを向上させることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２０）と、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、放熱器（２０）から流出した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、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昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が圧縮機（１０）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が蒸発器（３０）側に接続された気液分離器（５０）と、ノズル（４１）における断熱熱落差が所定量以上となるようにノズル（４１）に流れ込む冷媒の状態を制御する制御手段（７０）とを備えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、圧縮機（１０）の消費動力を小さくすることができるので、エジェクタサイクルのＣＯＰを向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、制御手段（７０）は、高圧冷媒の圧力を検出する圧力検出手段（７１）の検出圧力に基づいて放熱器（２０）に供給する冷却風の風量を制御することにより、ノズル（４１）における断熱熱落差が所定量以上となるようにノズル（４１）に流れ込む冷媒の状態を制御することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、制御手段（７０）は、放熱器（２０）に供給する冷却風の温度を検出する温度検出手段（７２）の検出温度に基づいて放熱器（２０）に供給する冷却風の風量を制御することにより、ノズル（４１）における断熱熱落差が所定量以上となるようにノズル（４１）に流れ込む冷媒の状態を制御することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２０）と、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、放熱器（２０）から流出した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、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昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が圧縮機（１０）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が蒸発器（３０）側に接続された気液分離器（５０）と、ノズル（４１）に流れ込む冷媒の圧力が所定値以上となるように高圧冷媒圧力を制御する制御手段（７０）とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これにより、ノズル（４１）における断熱熱落差が所定量以上となるようにノズル（４１）に流れ込む冷媒の状態を制御することが可能となるので、圧縮機（１０）の消費動力を小さくすることができ、エジェクタサイクルのＣＯＰを向上させることができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、制御手段（７０）は、放熱器（２０）に供給する冷却風の温度を検出する温度検出手段（７２）の検出温度に基づいて放熱器（２０）に供給する冷却風の風量を制御することにより、ノズル（４１）に流れ込む冷媒の圧力が所定値以上となるように高圧冷媒圧力を制御することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２０）と、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、放熱器（２０）から流出した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、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昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が圧縮機（１０）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が蒸発器（３０）側に接続された気液分離器（５０）と、放熱器（２０）に供給する冷却風の風量を冷却風の温度の低下に応じて減少させる制御手段（７０）とを備えることを特徴とする。
【００２１】
これにより、ノズル（４１）に流れ込む冷媒の圧力が所定値以上となるように高圧冷媒圧力を制御することが可能となるので、ノズル（４１）における断熱熱落差が所定量以上となるようにノズル（４１）に流れ込む冷媒の状態を制御することが可能となり、圧縮機（１０）の消費動力を小さくすることができ、エジェクタサイクルのＣＯＰを向上させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、高圧冷媒の圧力が所定値を超えないようにする高圧リミット制御手段（７０）を有することを特徴とする。
【００２３】
これにより、高圧冷媒圧力が過度に上昇してしまうことを未然に防止できる。
【００２４】
請求項８に記載の発明では、冷媒として、フロンが用いられていることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項９に記載の発明では、冷媒として、二酸化炭素が用いられていることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、冷媒として、炭化水素が用いられていることを特徴とするものである。
【００２７】
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。
【００２８】
【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、食品や飲料等を冷蔵・冷凍保存するショーケース又は食品や飲料等を冷蔵・冷凍保存した状態で運搬する冷凍車等の庫内の温度を空調装置等に比べて低い温度とする必要性がある蒸気圧縮式冷凍機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。
【００２９】
圧縮機１０は電動モータ又はエンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、凝縮器２０は圧縮機１０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凝縮する放熱器をなす高圧側熱交換器であり、コンデンサファン２１は、凝縮器２０に冷却風を送風する電動式の送風機である。
【００３０】
また、蒸発器３０は、庫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り、この蒸発器３０は、冷媒出口３０ｂが冷媒入口３０ａより上方側に位置するように設置されているため、蒸発器３０内で冷媒は、巨視的に見て下方側から上方側に向けて流れる。なお、エバポレータファン３１は蒸発器３０に室内に吹き出す空気を送風する電動式の送風機である。
【００３１】
エジェクタ４０は凝縮器２０から流出する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エジェクタである。
【００３２】
そして、エジェクタ４０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、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。
【００３３】
このとき、混合部４２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４２においても冷媒の圧力が（静圧）が上昇する。
【００３４】
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、冷媒の速度エネルギ（動圧）を圧力エネルギ（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、以下、混合部４２とディフューザ４３とを総称して昇圧部と呼ぶ。
【００３５】
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）を採用しているが、勿論、先細ノズルを採用してもよいことは言うまでもない。
【００３６】
また、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側に接続されている。
【００３７】
可変絞り装置６０は、凝縮器２０とエジェクタ４０との間の冷媒通路、つまりノズル４１の冷媒流れ上流側に設けられて凝縮器２０から流出した高圧冷媒を気液二相域まで減圧膨脹させる膨脹弁であり、この可変絞り装置６０は、蒸発器３０の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲（例えば、０．１ｄｅｇ〜１０ｄｅｇ）になるように絞り開度を制御するもので、周知の外部均圧式膨脹弁と同様な構造のもである。
【００３８】
具体的には、絞り開度を変化させる弁体６１、蒸発器３０の冷媒出口側の冷媒温度を感知して内圧が変化する背圧室６２を構成する薄膜状のダイヤフラム６３、弁体６１とダイヤフラム６３とを連結してダイヤフラム６３の変位を弁体６１に伝える連接棒６４、背圧室６２の体積を縮小させる向きのバネ圧を作用させるバネ６５、及びダイヤフラム６３を挟んで背圧室６２と反対側の圧力室６６に蒸発器３０の冷媒出口側の冷媒圧力を導く外均管６７等からなるものである。
【００３９】
なお、背圧室６２は、蒸発器３０の冷媒出口側の冷媒温度を感知する感温筒６２ａと連通しており、蒸発器３０の冷媒出口側の冷媒温度は感温筒６２ａを介して背圧室６２に伝達される。
【００４０】
このため、可変絞り装置６０は、蒸発器３０内の圧力、つまり蒸発器３０での熱負荷が高くなって蒸発器３０出口側における冷媒過熱度が大きくなったときには、可変絞り装置６０の絞り開度を小さくしてノズル４１から噴射される駆動流の流速を大きくすることいより、吸引流、つまり蒸発器３０を循環する冷媒量を増大させ、逆に、蒸発器３０内の圧力が低下して蒸発器３０出口側における冷媒過熱度が小さくなったときには、可変絞り装置６０の開度を大きくしてノズル４１から噴射される駆動流の流速を小さくして、吸引流、つまり蒸発器３０を循環する冷媒量を減少させる。
【００４１】
次に、エジェクタサイクルの概略作動を述べる。
【００４２】
圧縮機１０から吐出した冷媒を凝縮器２０側に循環させる。これにより、凝縮器２０にて冷却された高圧冷媒は、可変絞り装置６０にて等エンタルピ的に気液二相域まで減圧された後、エジェクタ４０のノズル４１にて等エントロピ的に減圧膨張して、音速以上の速度で混合部４２内に流入する。
【００４３】
このとき、本実施形態では、可変絞り装置６０にて冷媒を一度沸騰させ、ノズル４１の入口部にて冷媒を拡大させて圧力を回復させることにより、沸騰核を生成させたまま二段目のノズルにて沸騰させることができるので、ノズル４１における冷媒の沸騰を促進することができ、冷媒の液滴を微粒化してエジェクタ効率ηｅを向上させることができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、冷媒をフロンとして高圧側冷媒圧力、つまりノズル４１に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以下としている。
【００４５】
一方、混合部４２に流入した高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用（ＪＩＳＺ８１２６番号２．１．２．３等参照）により、蒸発器３０内で蒸発した冷媒が混合部４２内に吸引されるため、低圧側の冷媒が気液分離器５０→逆止弁５１→蒸発器３０→エジェクタ４０（昇圧部）→気液分離器５０の順に循環する。
【００４６】
そして、蒸発器３０から吸引された冷媒（吸引流）とノズル４１から吹き出す冷媒（駆動流）とは、混合部４２にて混合しながらディフューザ４３にてその動圧が静圧に変換されて気液分離器５０に戻る。
【００４７】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４８】
蒸発器３０は冷媒を蒸発させることにより冷凍能力を発揮するもので、内部では蒸発の進行とともに気相冷媒が増大していくとともに、気相冷媒は液相冷媒に比べて密度が小さいため、重力の影響を受けて液相冷媒より上方側に移動しようとする。
【００４９】
そして、本実施形態では、蒸発器３０の冷媒出口３０ｂを冷媒入口３０ａより上方側に位置させているので、蒸発器３０内を流れる冷媒の流通性を向上させることができる。
【００５０】
したがって、仮に、エジェクタ４０で発生するポンプ能力が小さいときであっても、十分な量の冷媒をエジェクタ４０で吸引することができるので、蒸発器３０に十分な量の冷媒を供給することができ、エジェクタサイクルのＣＯＰを向上させることができる。
【００５１】
なお、図２はコンデンサファン２１の風量を一定とした従来のエジェクタサイクル、及び本実施形態に係るエジェクタサイクルのＣＯＰと外気温度ＴＡとの関係を示すグラフであり、図２からも明らかなように、想定している外気温度範囲略全域において、ＣＯＰが向上していることが解る。
【００５２】
（第２実施形態）
本実施形態は、図３に示すように、凝縮器２０の冷媒出口側に減圧される前の高圧冷媒の圧力ＰＤを検出する圧力センサ７１、凝縮器２０に供給する冷却風の温度、つまり外気温度ＴＡを検出する外気温度センサ７２を設けるとともに、凝縮器２０に供給する冷却風の風量を冷却風の温度の低下に応じて送風量を減少させるようにコンデンサファン２１を制御することにより、ノズル４１に流れ込む冷媒の圧力が所定値以上となるように高圧冷媒圧力を制御して、ノズル４１における断熱熱落差が所定量以上となるようにノズル４１に流れ込む冷媒の状態を制御するものである。
【００５３】
因みに、電子制御装置（ＥＣＵ）７０は、ＲＯＭやＨＤＤ等の不揮発性記憶装置、ＲＡＭ及びＣＰＵ等からなるコンピュータであり、電子制御装置７０は、両センサ７１、７２の検出値に基づいて不揮発性記憶装置に記憶されたプログラムに従って圧縮機１０、コンデンサファン２１及びエバポレータファン３１等を制御する。
【００５４】
なお、コントロールパネル７３は、エジェクタサイクルの起動スイッチ（メインスイッチ）や制御目標庫内温度の設定器等が設けられたものであり、電子制御装置７０とハーネス等を介して接続されている。
【００５５】
以下、コンデンサファン２１の制御作動の一例を図４に示すフローチャートに基づいて述べる。因みに、図４に示すフローチャートの記載様式は、ＪＩＳＸ０１２１に準拠したものである。
【００５６】
図４に示すフローチャートは、コントロールパネル７３のメインスイッチが投入されると実行され、コントロールパネル７３のメインスイッチが遮断されると停止するもので、コントロールパネル７３のメインスイッチが投入されてプログラムが起動されると、先ずコンデンサファン２１を最大風量にて稼動させる（Ｓ１）。
【００５７】
次のＳ２にてコントロールパネル７３のメインスイッチが投入されているか否か、つまりメインスイッチがＯＮであるかＯＦＦであるかを判定し、メインスイッチがＯＮである場合には、Ｓ３にて外気温度センサ７２の検出温度、つまりコンデンサファン２１で送風される冷却空気の温度（外気温）ＴＡを読み込こむ。
【００５８】
そして、Ｓ４にて圧力センサ７１の検出値、つまり高圧冷媒圧力ＰＤを読み込むとともに、高圧冷媒圧力ＰＤが第１の高圧圧力検出しきい値１より小さいか否かを判定し、高圧冷媒圧力ＰＤが第１の高圧圧力検出しきい値１より小さいときには、Ｓ５にて冷却風の風量を冷却風の温度の低下に応じて減少させるようにコンデンサファン２１を制御する。
【００５９】
なお、本実施形態では、第１の高圧圧力検出しきい値１を２．９ＭＰａとして、外気温度ＴＡが約２０℃となるとコンデンサファン２１が最大風量、つまりコンデンサファン２１を駆動するファンモータの出力が最大となり、外気温度ＴＡが約０℃となるとコンデンサファン２１、つまりファンモータが停止するが、これは、一実施例であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。
【００６０】
同様に、Ｓ５で示される高圧冷媒圧力ＰＤは制御目標値ではなく、外気温度ＴＡに応じて冷却風量を変化させると、これに呼応して高圧冷媒圧力ＰＤも変化することを示すものである。
【００６１】
次のＳ６にて、高圧冷媒圧力ＰＤが第２の高圧圧力検出しきい値２を超えているか否かを判定し、高圧冷媒圧力ＰＤが第２の高圧圧力検出しきい値２を超えているときには、凝縮器２０や圧縮機１０等の高圧側機器に損傷が発生するおそれがあるものとみなして、コンデンサファン２１を最大出力にて稼動させる。
【００６２】
逆に、高圧冷媒圧力ＰＤが第２の高圧圧力検出しきい値２以下であるときには、凝縮器２０や圧縮機１０等の高圧側機器に損傷が発生するおそれがないものとみなしてＳ２に戻る。
【００６３】
なお、第２の高圧圧力検出しきい値２は、高圧側機器の耐圧限度に所定の安全率を考慮した値であり、通常、第１の高圧圧力検出しきい値１より高い圧力である。
【００６４】
また、Ｓ２にてコントロールパネル７３のメインスイッチが遮断されていると判定されたときには、コンデンサファン２１及び圧縮機１０を停止させる（Ｓ７）。
【００６５】
なお、図５は、本実施形態に係るコンデンサファン２１制御を行った場合の外気温度ＴＡ、コンデンサファン２１の風量、つまりコンデンサファン２１のファンモータへの印可電圧、及び高圧冷媒圧力ＰＤの変化の一例を示すグラフである。
【００６６】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００６７】
図６は、凝縮器２０への送風量を一定とした場合のエジェクタサイクルの概略挙動を示すｐ−ｈ線図であり、破線は外気温度ＴＡが高い状態を示し、一点鎖線は外気温度が低い状態を示す。
【００６８】
そして、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、ノズル４１での冷媒の断熱熱落差Δｈ、つまり冷媒がノズル４１で等エントロピ膨脹する際に低下する冷媒のエンタルピ量Δｈが高圧冷媒から回収されるエネルギとなり、この断熱熱落差Δｈが大きいほど、圧縮機１０の吸入圧が上昇して圧縮機１０の消費動力が低下する。
【００６９】
したがって、本実施形態のごとく、ノズル４１における断熱熱落差Δｈが所定量以上となるようにノズル４１に流れ込む冷媒の状態を制御すれば、圧縮機１０の消費動力を小さくすることができるので、エジェクタサイクルのＣＯＰを向上させることができる。
【００７０】
また、ノズル４１では冷媒が略等エントロピ膨脹するが、等エントロピ線の傾き（＝ΔＰ／Δｈ）は、ノズル４１に流入する冷媒のエンタルピが大きいほど小さくなるので、ノズル４１に流入する冷媒のエンタルピが大きいほどノズル４１での断熱熱落差Δｈが大きくなる。
【００７１】
一方、ノズル４１に流入する冷媒の圧力、つまり凝縮器２０内の圧力は、凝縮器２０に送風される冷却風の温度が低くなるほど低下するので、図６に示すように、冷却風の温度、つまり外気温度ＴＡが低くなるほどノズル４１での断熱熱落差Δｈが小さくなる。
【００７２】
したがって、前述したように、外気温度ＴＡの低下に応じて凝縮器２０への送風量を減少させれば、ノズル４１に流れ込む冷媒の圧力が所定値以上となるように高圧冷媒圧力を制御することが可能となるので、ノズル４１における断熱熱落差Δｈが所定量以上とすることができ得る。
【００７３】
なお、図７はコンデンサファン２１の風量を一定とした従来のエジェクタサイクル、及び本実施形態に係るエジェクタサイクルのＣＯＰと外気温度ＴＡとの関係を示すグラフであり、図７からも明らかなように、想定している外気温度範囲略全域において、ＣＯＰが向上していることが解る。
【００７４】
（第３実施形態）
外気温度ＴＡと高圧冷媒圧力ＰＤとは相関関係を有していることから、本実施形態は、圧力センサ７１の検出値（高圧冷媒圧力ＰＤ）に基づいてコンデンサファン２１の風量、つまりコンデンサファン２１のファンモータに印加する電圧を制御するものである。
【００７５】
以下、本実施形態に係るコンデンサファン２１の制御作動の一例を図８に示すフローチャートに基づいて述べる。
【００７６】
図８に示すフローチャートは、コントロールパネル７３のメインスイッチが投入されると実行され、コントロールパネル７３のメインスイッチが遮断されると停止するもので、コントロールパネル７３のメインスイッチが投入されてプログラムが起動されると、先ずコンデンサファン２１を最大風量、つまりコンデンサファン２１のファンモータを最大出力（１００％）にて稼動させる（Ｓ１０）。
【００７７】
次のＳ１１にてコントロールパネル７３のメインスイッチが投入されているか否か、つまりメインスイッチがＯＮであるかＯＦＦであるかを判定し、メインスイッチがＯＮである場合には、Ｓ１２にて圧力センサ７１の検出値、つまり高圧冷媒圧力ＰＤをみ読込こむ。
【００７８】
そして、Ｓ１３にて高圧冷媒圧力ＰＤが例えば２．９ＭＰａより小さいか否かを判定して高圧冷媒圧力ＰＤが例えば２．９ＭＰａより以上のときには、コンデンサファン２１を最大風量にて稼動させる（Ｓ１０）。
【００７９】
また、高圧冷媒圧力ＰＤが例えば２．９ＭＰａより小さいときには、Ｓ１４にて高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．７ＭＰａより小さいか否かを判定して高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．７ＭＰａより以上のときには、コンデンサファン２１の送風量、つまりファンモータの出力を最大風量時の約７５％とする（Ｓ１５）。
【００８０】
また、高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．７ＭＰａより小さいときには、Ｓ１６にて高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．５ＭＰａより小さいか否かを判定して高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．５ＭＰａより以上のときには、コンデンサファン２１の送風量、つまりファンモータの出力を最大風量時の約５０％とする（Ｓ１７）。
【００８１】
また、高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．５ＭＰａより小さいときには、Ｓ１８にて高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．３ＭＰａより小さいか否かを判定して高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．３ＭＰａより以上のときには、コンデンサファン２１の送風量、つまりファンモータの出力を最大風量時の約２５％とする（Ｓ１９）。
【００８２】
また、高圧冷媒圧力ＰＤが例えば１．３ＭＰａより小さいときには、コンデンサファン２１、つまりファンモータを停止させる（Ｓ２０）。
【００８３】
なお、Ｓ１１にてコントロールパネル７３のメインスイッチが遮断されていると判定されたときには、コンデンサファン２１及び圧縮機１０を停止させる（Ｓ２１）。
【００８４】
以上に述べたように、本実施形態においても、ノズル４１に流れ込む冷媒の圧力が所定値以上となるように高圧冷媒圧力を制御することが可能となるので、ノズル４１における断熱熱落差Δｈが所定量以上とすることができ得る。
【００８５】
（第４実施形態）
第２、３実施形態では、コンデンサファン２１のファンモータに印加する電圧を制御することにより、凝縮器２０に送風する冷却風量を制御したが、本実施形態は、図９に示すように、コンデンサファン２１及び凝縮器２０の外側を覆うダクト部材を構成するファンシュラウド２２の空気出入口側に、出入口開口部の開口面積を調節することによって凝縮器２０に送風する冷却風量を制御する風量制御手段をなす風量制御ドア２３を設けたものである。なお、風量制御ドア２３は電子制御装置７０により制御される。
【００８６】
因みに、本実施形態では、送風量は主に風量制御ドア２３の開度により制御されるが、コンデンサファン２１及び風量制御ドア２３の両者で送風量を制御してもよいことは言うまでもない。
【００８７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、可変絞り装置６０を有していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変絞り装置６０を廃止して凝縮器２０から流出した高圧冷媒を直接ノズル４１に導いてもよい。
【００８８】
また、上述の実施形態では、本発明を食品や飲料等を冷蔵・冷凍保存するショーケース等に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば空調装置に用の蒸気圧縮式冷凍機に適用してもよい。
【００８９】
また、本実施形態では、可変絞り装置６０として外部均圧式温度膨張弁を採用したが、可変絞り装置６０として内部均圧式温度膨張弁を採用してもよい。
【００９０】
また、上述の実施形態では、可変絞り装置６０とノズル４１とが別々に設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば可変絞り装置６０とノズル４１（エジェクタ４０）とを一体化してもよい。
【００９１】
また、上述の実施形態では、冷媒をフロンとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば炭化水素（ＨＣ）としてもよい。
【００９２】
また、上述の実施形態では、高圧側冷媒圧力、つまり圧縮機１０の吐出圧を冷媒の臨界圧力以下としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、高圧側冷媒圧力を冷媒の臨界圧力より高くしてもよい。なお、この場合の冷媒としては、二酸化炭素等の自然冷媒が望ましい。
【００９３】
また、第１実施形態と第２〜４実施形態のいずれかとを組み合わせてもよい。
【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】ＣＯＰと外気温度との関係を示すグラフである。
【図３】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４】本発明の第２実施形態に係るエジェクタサイクルの制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るコンデンサファン制御を行った場合の外気温度ＴＡ、コンデンサファンの風量、つまりコンデンサファンのファンモータへの印可電圧、及び高圧冷媒圧力ＰＤの変化の一例を示すグラフである。
【図６】ｐ−ｈ線図である。
【図７】ＣＯＰと外気温度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第３実施形態に係るエジェクタサイクルの制御を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、２０…凝縮器、２１…コンデンサファン、３０…蒸発器、
３１…エバポレータファン、４０…エジェクタ、５０…気液分離器、
６０…可変絞り装置、７０…電子制御装置。

Claims

冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
前記圧縮機（１０）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２０）と、
冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、
前記放熱器（２０）から流出した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減圧膨張させるノズル（４１）、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蒸発器（３０）にて蒸発した気相冷媒を吸引し、前記ノズル（４１）から噴射する冷媒と前記蒸発器（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昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、
前記エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が前記圧縮機（１０）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が前記蒸発器（３０）側に接続された気液分離器（５０）とを備え、
前記蒸発器（３０）の冷媒出口（３０ｂ）は、前記蒸発器（３０）の冷媒入口（３０ａ）より上方側に位置していることを特徴とするエジェクタサイクル。
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
前記圧縮機（１０）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２０）と、
冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、
前記放熱器（２０）から流出した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減圧膨張させるノズル（４１）、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蒸発器（３０）にて蒸発した気相冷媒を吸引し、前記ノズル（４１）から噴射する冷媒と前記蒸発器（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昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、
前記エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が前記圧縮機（１０）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が前記蒸発器（３０）側に接続された気液分離器（５０）と、
前記ノズル（４１）における断熱熱落差が所定量以上となるように前記ノズル（４１）に流れ込む冷媒の状態を制御する制御手段（７０）とを備えることを特徴とするエジェクタサイクル。
前記制御手段（７０）は、高圧冷媒の圧力を検出する圧力検出手段（７１）の検出圧力に基づいて前記放熱器（２０）に供給する冷却風の風量を制御することにより、前記ノズル（４１）における断熱熱落差が所定量以上となるように前記ノズル（４１）に流れ込む冷媒の状態を制御することを特徴とする請求項２に記載のエジェクタサイクル。
前記制御手段（７０）は、前記放熱器（２０）に供給する冷却風の温度を検出する温度検出手段（７２）の検出温度に基づいて前記放熱器（２０）に供給する冷却風の風量を制御することにより、前記ノズル（４１）における断熱熱落差が所定量以上となるように前記ノズル（４１）に流れ込む冷媒の状態を制御することを特徴とする請求項２に記載のエジェクタサイクル。
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
前記圧縮機（１０）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２０）と、
冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、
前記放熱器（２０）から流出した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減圧膨張させるノズル（４１）、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蒸発器（３０）にて蒸発した気相冷媒を吸引し、前記ノズル（４１）から噴射する冷媒と前記蒸発器（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昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、
前記エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が前記圧縮機（１０）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が前記蒸発器（３０）側に接続された気液分離器（５０）と、
前記ノズル（４１）に流れ込む冷媒の圧力が所定値以上となるように高圧冷媒圧力を制御する制御手段（７０）とを備えることを特徴とするエジェクタサイクル。
前記制御手段（７０）は、前記放熱器（２０）に供給する冷却風の温度を検出する温度検出手段（７２）の検出温度に基づいて前記放熱器（２０）に供給する冷却風の風量を制御することにより、前記ノズル（４１）に流れ込む冷媒の圧力が所定値以上となるように高圧冷媒圧力を制御することを特徴とする請求項５に記載のエジェクタサイクル。
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
前記圧縮機（１０）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（２０）と、
冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、
前記放熱器（２０）から流出した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減圧膨張させるノズル（４１）、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蒸発器（３０）にて蒸発した気相冷媒を吸引し、前記ノズル（４１）から噴射する冷媒と前記蒸発器（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昇圧部（４２、４３）を有するエジェクタ（４０）と、
前記エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、気相冷媒の流出口が前記圧縮機（１０）の吸入側に接続され、液相冷媒の流出口が前記蒸発器（３０）側に接続された気液分離器（５０）と、
前記放熱器（２０）に供給する冷却風の風量を前記冷却風の温度の低下に応じて減少させる制御手段（７０）とを備えることを特徴とするエジェクタサイクル。
高圧冷媒の圧力が所定値を超えないようにする高圧リミット制御手段（７０）を有することを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１つに記載のエジェクタサイクル。
冷媒として、フロンが用いら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つに記載のエジェクタサイクル。
冷媒として、二酸化炭素が用いら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つに記載のエジェクタサイクル。
冷媒として、炭化水素が用いら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つに記載のエジェクタサイクル。