JP2022085386A - 冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機において、装置の大型化および高コスト化を抑制する。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮器により凝縮された冷媒を膨張させる膨張機と、膨張機で膨張された冷媒を蒸発させる液膜式の蒸発器と、膨張機で膨張された冷媒に流速差と圧力差を発生させて蒸発器に貯留された冷媒を吸引するエダクタと、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、液膜式の蒸発器を備える冷凍機に関するものである。

冷凍機は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを備える。冷凍機の冷凍サイクルは、圧縮機が冷媒を圧縮し、凝縮器が高温高圧の冷媒を熱交換させて凝縮し、膨張弁が凝縮された液冷媒を膨張させ、蒸発器が膨張された冷媒と被冷却媒体とを熱交換させて冷媒を蒸発させる。蒸発器は、例えば、冷凍庫内を冷却するために用いられる。

冷凍機で用いられる蒸発器として、満液式のものがある。満液式の蒸発器は、ケーシング内の冷媒液に伝熱管を浸漬させ、プール沸騰により冷媒液を蒸発させる。そのため、ケーシングの内部において多量の冷媒液を貯留させる必要があり、コストが増加してしまう。一方で、蒸発器として、液膜式のものがある。液膜式の蒸発器は、ケーシング内で伝熱管に冷媒液を流下させて冷媒液を蒸発させる。そのため、ケーシングの内部において多量の冷媒液を貯留させる必要がなく、冷媒保有量を低減することができる。

このような従来の蒸発器としては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

特開２０１９－１５８２０３号公報 特開２００４－２３９４９３号公報

ところが、上述した液膜式の蒸発器は、蒸発量以上の冷媒液を伝熱管に対して流下させる必要が有り、ケーシングの下部に未蒸発の冷媒液が溜まる。そのため、未蒸発の冷媒液をポンプなどによりケーシングの上部に循環させる必要があり、装置の大型化および高コスト化を招いてしまうという課題がある。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、装置の大型化および高コスト化を抑制する冷凍機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本開示の冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された前記冷媒を膨張させる膨張機と、前記膨張機により膨張された前記冷媒を蒸発させる液膜式の蒸発器と、入口と出口の圧力差を利用して前記蒸発器に貯留された前記冷媒を吸引するエダクタと、を備える。

本開示の冷凍機によれば、装置の大型化および高コスト化を抑制することができる。

図１は、第１実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。 図２は、第２実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。 図３は、第３実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。 図４は、第４実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。 図５は、第５実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。 図６は、第６実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

［第１実施形態］
＜冷凍機の構成＞
図１は、第１実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。

第１実施形態において、図１に示すように、冷凍機１０は、圧縮機１１と、凝縮器１２と、膨張弁（膨張機）１３と、蒸発器１４と、エダクタ１５とを備える。なお、凝縮器１２と膨張弁１３との間にサブクーラ（熱交換器）を設けてもよい。

圧縮機１１は、単段圧縮機であって、例えば、電動機２１により駆動する。圧縮機１１は、冷媒経路３１により凝縮器１２に連結される。圧縮機１１は、冷媒ガス（冷媒）１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス（冷媒）１０２を生成する。凝縮器１２は、冷媒経路３２により膨張弁１３に連結される。凝縮器１２は、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒ガス１０２を冷却することで凝縮させて冷媒液（冷媒）１０３を生成する。膨張弁１３は、冷媒経路３３によりエダクタ１５に連結される。膨張弁１３は、凝縮器１２により凝縮された冷媒液１０３を減圧されることで膨張して低圧の冷媒液（冷媒）１０４を生成する。

エダクタ１５は、冷媒経路３４により蒸発器１４に連結される。エダクタ１５は、膨張弁１３により膨張された低圧の冷媒液１０４を冷媒経路３４側に冷媒液（冷媒）１０５として噴射する。このとき、エダクタ１５は、冷媒液１０４と冷媒液（冷媒）１０５の圧力差を利用して蒸発器１４に貯留された冷媒液（冷媒）１０６を吸引する。蒸発器１４は、冷媒経路３５により圧縮機１１に連結される。蒸発器１４は、液膜式である。なお、冷媒液１０４，１０５は、冷媒液または二相冷媒である。

蒸発器１４は、ケーシング２２と、多数の伝熱管２３と、冷媒供給部２４と、冷媒排出部２５とを有する。ケーシング２２は、内部に多数の伝熱管２３が配置される。多数の伝熱管２３は、水平方向に沿うと共に互いに所定間隔を空けて配置される。多数の伝熱管２３は、内部に被冷却媒体が流れる。冷媒供給部２４は、ケーシング２２の上部に設けられ、冷媒経路３４における下流側の端部が連結される。冷媒排出部２５は、ケーシング２２の上部に冷媒供給部２４に隣接して配置される。冷媒排出部２５は、冷媒経路３５における上流側の端部が連結される。また、ケーシング２２の下部とエダクタ１５とは、冷媒経路３６により連結される。

エダクタ１５は、図示しないが、例えば、ボディと、ディフューザと、ノズルとを有する。エダクタ１５は、ボディにディフューザが連通し、ボディ内にノズルが設けられる。そして、ボディに冷媒経路３６が連結され、ディフューザに冷媒経路３４が連結され、ノズルに冷媒経路３３が連結される。そのため、冷媒経路３３からの冷媒液１０４がノズルから高速で噴射されると、ディフューザから冷媒経路３４に冷媒液１０５として排出される。このとき、ボディの内部が低圧となり、冷媒経路３６を介して冷媒液１０６を吸引し、ディフューザから冷媒経路３４に冷媒液１０５として排出される。なお、エダクタ１５は、この構成に限定されるものではない。

蒸発器１４は、冷媒液１０６を含む冷媒液１０５を蒸発して冷媒ガス（冷媒）１０１を生成する。冷媒供給部２４は、冷媒経路３４から供給された冷媒液１０５をケーシング２２内で流下する。流下した冷媒液１０５は、内部を被冷却媒体が流れる多数の伝熱管２３に接触し、一部が蒸発して冷媒ガス１０１となり、残りがケーシング２２の下部に貯留される冷媒液１０６となる。

＜冷凍機の冷凍サイクル＞
冷凍機１０による冷凍サイクルは、単段冷凍サイクルである。圧縮機１１は、蒸発器１４からの冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２とする（圧縮行程）。凝縮器１２は、高温高圧の冷媒ガス１０２を凝縮させて冷媒液１０３とする（凝縮行程）。膨張弁１３は、凝縮された冷媒液１０３を膨張させて低圧の冷媒液１０４とする（膨張行程）。エダクタ１５は、低圧の冷媒液１０４を蒸発器１４に向けて噴出する。すると、冷媒液１０４の噴出によって発生した吸引力が冷媒経路３６に作用し、蒸発器１４の下部に貯留されている冷媒液１０６が冷媒経路３６を通して吸引される。すなわち、エダクタ１５は、膨張弁１３で膨張された冷媒液１０４と共に、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を蒸発器１４に供給する。蒸発器１４は、冷媒供給部２４から冷媒液１０５を流下し、冷媒液１０５の液相部分を多数の伝熱管２３に接触させることで、冷媒ガス１０１を生成（蒸発行程）し、冷媒ガス１０１が圧縮機１１に供給される。また、蒸発器１４は、未蒸発の冷媒液１０６がケーシング２２の下部に貯留されるが、上述したように、エダクタ１５により冷媒供給部２４に戻される。

ここで、蒸発器１４に供給する冷媒液１０５の温度と圧力は、所定温度および所定圧力に調整する必要がある。従来、膨張弁１３により冷媒液１０３を膨張させて圧力を低下させることで、蒸発器１４に供給する冷媒液１０５の温度や圧力を調整していた。一方、第１実施形態では、膨張弁１３とエダクタ１５により冷媒液１０３を膨張させて圧力を低下させることで、蒸発器１４に供給する冷媒液１０５の温度や圧力を調整する。すなわち、従来、捨てていた膨張弁１３での圧力損失の一部をエダクタ１５の作動動力として利用する。そのため、別途ポンプなどを使用することなく、蒸発器１４の下部に溜まっている冷媒液１０６を冷媒供給部２４に戻すことができる。なお、膨張弁１３の開度を調整可能とし、膨張弁１３とエダクタ１５による圧力の低下配分を調整可能としてもよい。

［第２実施形態］
図２は、第２実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図２に示すように、冷凍機１０Ａは、圧縮機４１と、凝縮器１２と、膨張弁４２と、蒸発器１４と、エダクタ１５と、エコノマイザ（第１気液分離器）４３とを備える。

圧縮機４１は、多段圧縮機（本実施形態では、２段圧縮機）であって、第１圧縮機５１と、第２圧縮機５２とを有する。圧縮機４１は、例えば、電動機２１により駆動する。第１圧縮機５１と第２圧縮機５２は、冷媒経路５３により連結される。第２圧縮機５２は、冷媒経路３１により凝縮器１２に連結される。圧縮機４１は、冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２を生成する。

凝縮器１２は、圧縮機４１により圧縮された高温高圧の冷媒ガス１０２を冷却することで凝縮させて冷媒液１０３を生成する。膨張弁４２は、第１膨張弁５４と、第２膨張弁５５とを有する。第１膨張弁５４および第２膨張弁５５は、凝縮器１２により凝縮された冷媒液１０３の排出経路に直列に配置される。エコノマイザ４３は、第１膨張弁５４と第２膨張弁５５との間に配置される。すなわち、凝縮器１２は、冷媒経路３２により第１膨張弁５４に連結される。第１膨張弁５４は、冷媒経路５６によりエコノマイザ４３に連結される。エコノマイザ４３は、冷媒経路５７により第２膨張弁５５に連結されると共に、冷媒経路５８により冷媒経路５３に連結される。第２膨張弁５５は、冷媒経路３３によりエダクタ１５に連結される。

第１膨張弁５４は、凝縮器１２により凝縮された冷媒液１０３を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液（冷媒）１１１を生成する。エコノマイザ４３は、低圧の冷媒液１１１を冷媒液（冷媒）１１２と冷媒ガス（冷媒）１１３とに気液分離する。第２膨張弁５５は、冷媒液１１２を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液１０４を生成する。一方、冷媒ガス１１３は、第２圧縮機５２に供給される。

エダクタ１５は、冷媒経路３４により蒸発器１４の冷媒供給部２４に連結されると共に、ケーシング２２の下部と冷媒経路３６により連結される。エダクタ１５は、第２膨張弁５５により膨張された低圧の冷媒液１０４を冷媒経路３４側に冷媒液１０５として噴射する。このとき、エダクタ１５は、冷媒液１０４に流速差と圧力差を発生させて蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を吸引する。

蒸発器１４は、冷媒経路３５により圧縮機１１に連結される。蒸発器１４は、液膜式である。蒸発器１４は、冷媒液１０６を含む冷媒液１０５を蒸発して冷媒ガス１０１を生成する。冷媒液１０５は、一部が蒸発して冷媒ガス１０１となって圧縮機４１に供給され、残りがケーシング２２の下部に貯留される冷媒液１０６となる。

冷凍機１０Ａによる冷凍サイクルは、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルである。圧縮機４１は、蒸発器１４からの冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２とする。凝縮器１２は、高温高圧の冷媒ガス１０２を凝縮させて冷媒液１０３とする。第１膨張弁５４は、凝縮された冷媒液１０３を膨張させて低圧の冷媒液１１１とする。エコノマイザ４３は、低圧の冷媒液１１１を冷媒液１１２と冷媒ガス（冷媒）１１３とに気液分離し、冷媒ガス１１３を第２圧縮機５２に供給する。第２膨張弁５５は、冷媒液１１２を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液１０４を生成する。エダクタ１５は、低圧の冷媒液１０４を蒸発器１４に向けて噴出し、蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を吸引する。すなわち、エダクタ１５は、膨張弁１３で膨張された冷媒液１０４と共に、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を蒸発器１４に供給する。蒸発器１４は、冷媒液１０５の一部蒸発させて冷媒ガス１０１を生成し、圧縮機１１に供給する。また、蒸発器１４は、未蒸発の冷媒液１０６がケーシング２２の下部に貯留されるが、エダクタ１５により冷媒供給部２４に戻される。

［第３実施形態］
図３は、第３実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。なお、上述した第２実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態において、図３に示すように、冷凍機１０Ｂは、圧縮機４１と、凝縮器１２と、膨張弁４４と、蒸発器１４と、エダクタ１５と、エコノマイザ（第１熱交換器）４５とを備える。

圧縮機４１は、第１圧縮機５１と、第２圧縮機５２とを有する。第１圧縮機５１と第２圧縮機５２は、冷媒経路５３により連結される。第２圧縮機５２は、冷媒経路３１により凝縮器１２に連結される。圧縮機４１は、冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２を生成する。

凝縮器１２は、圧縮機４１により圧縮された高温高圧の冷媒ガス１０２を冷却することで凝縮させて冷媒液１０３を生成する。膨張弁４４は、第１膨張弁６１と、第２膨張弁６２とを有する。第１膨張弁６１および第２膨張弁６２は、凝縮器１２により凝縮された冷媒液１０３の排出経路に並列に配置される。エコノマイザ４５は、第１膨張弁６１と第２膨張弁６２との間に配置される。すなわち、凝縮器１２は、２本に分岐した冷媒経路６３，６４が連結される。一方の冷媒経路６３は、第１膨張弁６１に連結され、第１膨張弁６１は、冷媒経路６５により冷媒経路５３に連結される。他方の冷媒経路６４は、第２膨張弁６２に連結され、第２膨張弁６２は、冷媒経路３３によりエダクタ１５に連結される。エコノマイザ４５は、冷媒経路６４，６５の間に設けられる。

第１膨張弁６１は、凝縮器１２により凝縮された冷媒液１０３を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液（冷媒）１２１を生成する。エコノマイザ４５は、冷媒経路６４を流れる冷媒液（第２冷媒）１０３と冷媒経路６５を流れる冷媒液（第１冷媒）１２１との間で熱交換を行うことで、冷媒ガス（冷媒）１２２を生成する。冷媒ガス１２２は、第２圧縮機５２に供給される。第２膨張弁６２は、エコノマイザ４５で熱交換された冷媒液１２３を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液１０４を生成する。

エダクタ１５は、冷媒経路３４により蒸発器１４の冷媒供給部２４に連結されると共に、ケーシング２２の下部と冷媒経路３６により連結される。エダクタ１５は、第２膨張弁６２により膨張された低圧の冷媒液１０４を冷媒経路３４側に冷媒液１０５として噴射する。このとき、エダクタ１５は、冷媒液１０４に流速差と圧力差を発生させて蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を吸引する。

蒸発器１４は、冷媒経路３５により圧縮機１１に連結される。蒸発器１４は、液膜式である。蒸発器１４は、冷媒液１０６を含む冷媒液１０５を蒸発して冷媒ガス１０１を生成する。冷媒液１０５は、一部が蒸発して冷媒ガス１０１となって圧縮機４１に供給され、残りがケーシング２２の下部に貯留される冷媒液１０６となる。

冷凍機１０Ｂによる冷凍サイクルは、２段圧縮１段膨張冷凍サイクルである。圧縮機４１は、蒸発器１４からの冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２とする。凝縮器１２は、高温高圧の冷媒ガス１０２を凝縮させて冷媒液１０３とする。第１膨張弁６１は、凝縮された冷媒液１０３を膨張させて低圧の冷媒液１２１とする。エコノマイザ４５は、冷媒液１０３と冷媒液１２１との間で熱交換を行って冷媒ガス１２２を生成し、冷媒ガス１２２を第２圧縮機５２に供給する。第２膨張弁６２は、冷媒液１２３を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液１０４を生成する。エダクタ１５は、低圧の冷媒液１０４を蒸発器１４に向けて噴出し、蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を吸引する。すなわち、エダクタ１５は、膨張弁１３で膨張された冷媒液１０４と共に、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を蒸発器１４に供給する。蒸発器１４は、冷媒液１０５の一部蒸発させて冷媒ガス１０１を生成し、圧縮機１１に供給する。また、蒸発器１４は、未蒸発の冷媒液１０６がケーシング２２の下部に貯留されるが、エダクタ１５により冷媒供給部２４に戻される。

［第４実施形態］
図４は、第４実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態において、図４に示すように、冷凍機１０Ｃは、圧縮機１１と、凝縮器１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４と、エダクタ１５と、補助ポンプ４６とを備える。

圧縮機１１は、冷媒経路３１により凝縮器１２に連結される。圧縮機１１は、冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２を生成する。凝縮器１２は、冷媒経路３２により膨張弁１３に連結される。凝縮器１２は、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒ガス１０２を冷却することで凝縮させて冷媒液１０３を生成する。膨張弁１３は、冷媒経路３３によりエダクタ１５に連結される。膨張弁１３は、凝縮器１２により凝縮された冷媒液１０３を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液１０４を生成する。

エダクタ１５は、冷媒経路３４により蒸発器１４の冷媒供給部２４に連結されると共に、ケーシング２２の下部と冷媒経路３６により連結される。エダクタ１５は、第２膨張弁６２により膨張された低圧の冷媒液１０４を冷媒経路３４側に冷媒液１０５として噴射する。このとき、エダクタ１５は、冷媒液１０４に流速差と圧力差を発生させて蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を吸引する。

補助ポンプ４６は、図示しないが、電動機により駆動する。補助ポンプ４６は、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６をエダクタ１５の排出経路としての冷媒経路３４に供給する。蒸発器１４におけるケーシング２２の下部と冷媒経路３４とは、冷媒経路７１により連結される。補助ポンプ４６は、冷媒経路７１に設けられる。

蒸発器１４は、冷媒経路３５により圧縮機１１に連結される。蒸発器１４は、液膜式である。蒸発器１４は、冷媒液１０６を含む冷媒液１０５を蒸発して冷媒ガス１０１を生成する。冷媒液１０５は、一部が蒸発して冷媒ガス１０１となって圧縮機４１に供給され、残りがケーシング２２の下部に貯留される冷媒液１０６となる。

冷凍機１０Ｃによる冷凍サイクルは、単段冷凍サイクルである。圧縮機４１は、蒸発器１４からの冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２とする。凝縮器１２は、高温高圧の冷媒ガス１０２を凝縮させて冷媒液１０３とする。膨張弁１３は、凝縮された冷媒液１０３を膨張させて低圧の冷媒液１０４とする。エダクタ１５は、低圧の冷媒液１０４を蒸発器１４に向けて噴出し、蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を吸引する。また、補助ポンプ４６は、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を冷媒経路３４に供給する。すなわち、エダクタ１５および補助ポンプ４６により、膨張弁１３で膨張された冷媒液１０４と共に、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を蒸発器１４に供給する。蒸発器１４は、冷媒液１０５の一部蒸発させて冷媒ガス１０１を生成し、圧縮機１１に供給する。また、蒸発器１４は、未蒸発の冷媒液１０６がケーシング２２の下部に貯留されるが、エダクタ１５および補助ポンプ４６により冷媒供給部２４に戻される。

蒸発器１４の下部に貯留された冷媒液１０６は、エダクタ１５および補助ポンプ４６により蒸発器１４の冷媒供給部２４に戻される。このとき、エダクタ１５の入口部（膨張弁１３の出口部）と蒸発器１４の入口部との圧力差が所定値以上である場合、エダクタ１５だけで蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を蒸発器１４の冷媒供給部２４に戻すことができる。一方、エダクタ１５の入口部（膨張弁１３の出口部）と蒸発器１４の入口部との圧力差が所定値より低い場合、エダクタ１５だけでは蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を必要量だけ蒸発器１４の冷媒供給部２４に戻すことが困難となる。このとき、補助ポンプ４６を補助的に利用し、エダクタ１５および補助ポンプ４６により蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を蒸発器１４の冷媒供給部２４に戻す。

冷凍機１０Ｃが定格運転であっても、エダクタ１５の作動だけで蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を必要量だけ蒸発器１４の冷媒供給部２４に戻すことが困難であるとき、補助ポンプ４６を作動する。また、冷凍機１０Ｃが部分負荷運転であるとき、エダクタ１５の入口部と蒸発器１４の入口部との圧力差が小さく、エダクタ１５の作動だけで蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を必要量だけ蒸発器１４の冷媒供給部２４に戻すことが困難であるとき、補助ポンプ４６を作動する。

この場合、図示しないが、蒸発器１４におけるケーシング２２の下部に貯留する冷媒液１０６の貯留量を検出するセンサを設け、制御装置は、センサが検出した冷媒液１０６の貯留量に応じて補助ポンプ４６の作動を制御するようにしてもよい。すなわち、制御装置は、冷媒液１０６の貯留量が予め設定されて上限貯留量を超えると、補助ポンプ４６を作動し、冷媒液１０６の貯留量が予め設定されて下限貯留量を下回ると、補助ポンプ４６の作動を停止する。なお、制御装置による制御を作業者が手動により実施してもよい。

［第５実施形態］
図５は、第５実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。なお、上述した第４実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第５実施形態において、図５に示すように、冷凍機１０Ｄは、圧縮機１１と、凝縮器１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４と、エダクタ１５と、気泡ポンプ（補助ポンプ）４７とを備える。

圧縮機１１は、冷媒経路３１により凝縮器１２に連結される。圧縮機１１は、冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２を生成する。凝縮器１２は、冷媒経路３２により膨張弁１３に連結される。凝縮器１２は、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒ガス１０２を冷却することで凝縮させて冷媒液１０３を生成する。膨張弁１３は、冷媒経路３３によりエダクタ１５に連結される。膨張弁１３は、凝縮器１２により凝縮された冷媒液１０３を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液１０４を生成する。

エダクタ１５は、冷媒経路３４により蒸発器１４の冷媒供給部２４に連結されると共に、ケーシング２２の下部と冷媒経路３６により連結される。エダクタ１５は、第２膨張弁６２により膨張された低圧の冷媒液１０４を冷媒経路３４側に冷媒液１０５として噴射する。このとき、エダクタ１５は、冷媒液１０４に流速差と圧力差を発生させて蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を吸引する。

気泡ポンプ４７は、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６をエダクタ１５の排出経路としての冷媒経路３４に供給する。蒸発器１４におけるケーシング２２の下部に気泡ポンプ４７が設けられる。気泡ポンプ４７は、冷媒経路７２により冷媒経路３４に連結され、冷媒経路７２に開閉弁７３が設けられる。気泡ポンプ４７は、Ｕ字形状をなし、一端部が蒸発器１４におけるケーシング２２の下部に連結され、他端部が冷媒経路７２に連結される。圧縮機１１と凝縮器１２とを連結する冷媒経路３１から分岐して冷媒経路７４が設けられる。冷媒経路７４は、開閉弁７５が設けられ、気泡ポンプ４７における下部に連結される。気泡ポンプ４７は、冷媒経路７４からＵ字形状の下部に冷媒ガス（冷媒）１０２が供給される。気泡ポンプ４７は、下部に供給された冷媒ガス１０２と蒸発器１４の下部に貯留される冷媒液１０６との比重差を利用することで、冷媒ガス１０２により蒸発器１４の冷媒液１０６を冷媒経路７２により冷媒経路３４に供給する。

蒸発器１４は、冷媒経路３５により圧縮機１１に連結される。蒸発器１４は、液膜式である。蒸発器１４は、冷媒液１０６を含む冷媒液１０５を蒸発して冷媒ガス１０１を生成する。冷媒液１０５は、一部が蒸発して冷媒ガス１０１となって圧縮機４１に供給され、残りがケーシング２２の下部に貯留される冷媒液１０６となる。

冷凍機１０Ｄによる冷凍サイクルは、単段冷凍サイクルである。圧縮機１１は、蒸発器１４からの冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２とする。凝縮器１２は、高温高圧の冷媒ガス１０２を凝縮させて冷媒液１０３とする。膨張弁１３は、凝縮された冷媒液１０３を膨張させて低圧の冷媒液１０４とする。エダクタ１５は、低圧の冷媒液１０４を蒸発器１４に向けて噴出し、蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を吸引する。また、開閉弁７３，７５を開放すると、気泡ポンプ４７が作動し、冷媒ガス１０２により蒸発器１４の冷媒液１０６を冷媒経路７２から冷媒経路３４に供給する。すなわち、エダクタ１５および気泡ポンプ４７により、膨張弁１３で膨張された冷媒液１０４と共に、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を蒸発器１４に供給する。蒸発器１４は、冷媒液１０５の一部蒸発させて冷媒ガス１０１を生成し、圧縮機１１に供給する。また、蒸発器１４は、未蒸発の冷媒液１０６がケーシング２２の下部に貯留されるが、エダクタ１５および補助ポンプ４６により冷媒供給部２４に戻される。

なお、気泡ポンプ４７の作動条件は、第４実施形態で説明した補助ポンプ４６と同様である。

［第６実施形態］
図６は、第６実施形態の冷凍機を表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第６実施形態において、図６に示すように、冷凍機１０Ｅは、圧縮機１１と、凝縮器１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４と、エダクタ１５と、プレート型熱交換器（第２熱交換器）４８と、気液分離器（第２気液分離器）４９とを備える。

圧縮機１１は、冷媒経路３１により凝縮器１２に連結される。圧縮機１１は、冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２を生成する。凝縮器１２は、冷媒経路３２により膨張弁１３に連結される。凝縮器１２は、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒ガス１０２を冷却することで凝縮させて冷媒液１０３を生成する。膨張弁１３は、冷媒経路８１によりプレート型熱交換器に連結される。膨張弁１３は、凝縮器１２により凝縮された冷媒液１０３を膨張させることで減圧して低圧の冷媒液１０４を生成する。

プレート型熱交換器４８は、冷媒経路８２により気液分離器４９に連結される。気液分離器４９は、冷媒経路３３によりエダクタ１５に連結されると共に、冷媒経路８３により冷媒経路５３に連結される。プレート型熱交換器４８は、低圧の冷媒液１０４を加熱して冷媒液１４１として排出する。このとき、低圧の冷媒液１０４は、一部が蒸発して冷媒ガスとなる。気液分離器４９は、冷媒液１４１を冷媒液１０４と冷媒ガス（冷媒）１４２とに気液分離する。冷媒液１０４は、エダクタ１５に供給され、冷媒ガス１４２は、圧縮機１１に供給される。

エダクタ１５は、冷媒経路３４により蒸発器１４の冷媒供給部２４に連結されると共に、ケーシング２２の下部と冷媒経路３６により連結される。エダクタ１５は、第２膨張弁６２により膨張された低圧の冷媒液１０４を冷媒経路３４側に冷媒液１０５として噴射する。このとき、エダクタ１５は、冷媒液１０４に流速差と圧力差を発生させて蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を吸引する。

補助ポンプ４６は、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６をエダクタ１５の冷媒経路３４に供給する。蒸発器１４におけるケーシング２２の下部と冷媒経路３４とは、冷媒経路７１により連結される。補助ポンプ４６は、冷媒経路７１に設けられる。

蒸発器１４は、冷媒経路３５により圧縮機１１に連結される。蒸発器１４は、液膜式である。蒸発器１４は、冷媒液１０６を含む冷媒液１０５を蒸発して冷媒ガス１０１を生成する。冷媒液１０５は、一部が蒸発して冷媒ガス１０１となって圧縮機４１に供給され、残りがケーシング２２の下部に貯留される冷媒液１０６となる。

冷凍機１０Ｅによる冷凍サイクルは、単段冷凍サイクルである。圧縮機１１は、蒸発器１４からの冷媒ガス１０１を圧縮して高温高圧の冷媒ガス１０２とする。凝縮器１２は、高温高圧の冷媒ガス１０２を凝縮させて冷媒液１０３とする。膨張弁１３は、凝縮された冷媒液１０３を膨張させて低圧の冷媒液１０４とする。プレート型熱交換器４８は、冷媒液１０４を加熱して冷媒液１４１とし、気液分離器４９は、冷媒液１４１を冷媒液１０４と冷媒ガス１４２とに気液分離する。冷媒液１０４は、エダクタ１５に供給され、冷媒ガス１４２は、圧縮機１１に供給される。エダクタ１５は、低圧の冷媒液１０４を蒸発器１４に向けて噴出し、蒸発器１４の下部の冷媒液１０６を吸引する。また、補助ポンプ４６は、必要に応じて作動し、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を冷媒経路３４に供給する。すなわち、エダクタ１５および補助ポンプ４６により、膨張弁１３で膨張された冷媒液１０４と共に、蒸発器１４に貯留された冷媒液１０６を蒸発器１４に供給する。蒸発器１４は、冷媒液１０５の一部蒸発させて冷媒ガス１０１を生成し、圧縮機１１に供給する。また、蒸発器１４は、未蒸発の冷媒液１０６がケーシング２２の下部に貯留されるが、エダクタ１５および補助ポンプ４６により冷媒供給部２４に戻される。

［本実施形態の作用効果］
冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機１１，４１と、圧縮機１１，４１により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１２と、凝縮器１２により凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁（膨張機）１３，４２，４４と、膨張弁１３，４２，４４で膨張された冷媒を蒸発させる液膜式の蒸発器１４と、入口と出口の圧力差を利用して蒸発器１４に貯留された冷媒を吸引するエダクタ１５とを備える。

第１の態様に係る冷凍機は、圧縮機１１が冷媒を圧縮し、凝縮器１２が冷媒を凝縮させ、膨張弁１３が冷媒を膨張させ、液膜式の蒸発器１４が冷媒を蒸発させる。このとき、エダクタ１５は、入口と出口の圧力差を利用して蒸発器１４に貯留された冷媒を吸引し、蒸発器１４に供給する。すなわち、膨張弁１３での圧力損失の一部をエダクタ１５の作動動力として利用することで、蒸発器１４での冷媒の循環を可能とする。そのため、別途ポンプなどを使用する必要がなく、装置の大型化および高コスト化を抑制することができる。

第２の態様に係る冷凍機は、圧縮機４１は、多段圧縮機であり、膨張弁４２は、凝縮器１２により凝縮された冷媒の冷媒経路（排出経路）３２，５６，５７に直列に配置される第１膨張弁５４および第２膨張弁５５を有し、第１膨張弁５４と第２膨張弁５５との間に冷媒から気液分離した冷媒ガスを圧縮機４１の２段目以降に供給するエコノマイザ（第１気液分離器）４３が設けられる。これにより、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルとして効率を向上することができると共に、装置の大型化および高コスト化を抑制することができる。

第３の態様に係る冷凍機は、圧縮機４１は、多段圧縮機であり、膨張弁４４は、凝縮器１２により凝縮された冷媒の冷媒経路（排出経路）６３，６４に並列に配置される第１膨張弁６１および第２膨張弁６２を有し、第１膨張弁６１により膨張された後の冷媒液（第１冷媒）１２１と第２膨張弁６２により膨張される前の冷媒液（第２冷媒）１０３とを熱交換して冷媒ガス（第１冷媒）１２２を圧縮機４１の２段目以降に供給するエコノマイザ（第１熱交換器）４５が設けられる。これにより、２段圧縮１段膨張冷凍サイクルとして効率を向上することができると共に、装置の大型化および高コスト化を抑制することができる。

第４の態様に係る冷凍機は、蒸発器１４に貯留された冷媒をエダクタ１５の冷媒経路（排出経路）６５に供給する補助ポンプ４６が設けられる。これにより、必要に応じて補助ポンプ４６を作動することで、冷凍機の運転状態にかかわらず、蒸発器１４での冷媒の循環を適正に実施することができる。

第５の態様に係る冷凍機は、補助ポンプとしての気泡ポンプ４７を設ける。これにより、例えば、圧縮機１１，４１で圧縮された冷媒を利用して気泡ポンプ４７を作動させることで、補助ポンプの駆動源としての電動機などを不要とすることができ、装置の簡素化を図ることができると共に、運転コストを低減することができる。

第４の態様および第５の態様に係る冷凍機は、蒸発器１４に貯留された冷媒の貯留量に応じて補助ポンプ４６および気泡ポンプ４７の作動を制御する制御装置が設けられる。これにより、冷凍機の運転状態にかかわらず、蒸発器１４での冷媒の循環を適正に実施することができる。

第６の態様に係る冷凍機は、膨張弁１３で膨張された冷媒を蒸発させるプレート型熱交換器（第２熱交換器）４８と、プレート型熱交換器４８により熱交換された冷媒から気液分離した冷媒を圧縮機１１に供給する気液分離器（第２気液分離器）４９とが設けられる。これにより、冷媒を蒸発させる機能を蒸発器１４とプレート型熱交換器４８に分散させることとなり、蒸発器１４とプレート型熱交換器４８の小型化を図ることができると共に、蒸発器１４に使用する冷媒の使用量を減少することができ、運転コストの増加を抑制することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 冷凍機
１１，４１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１３，４２，４４ 膨張弁
１４ 蒸発器
１５ エダクタ
２１ 電動機
２２ ケーシング
２３ 伝熱管
２４ 冷媒供給部
２５ 冷媒排出部
３１，３２，３３，３４，３５，３６，５３，５６，５７，５８，６３，６４，６５，７１，７２，７４，８１，８２，８３ 冷媒経路
４３ エコノマイザ（第１気液分離器）
４５ エコノマイザ（第１熱交換器）
４６ 補助ポンプ
４７ 気泡ポンプ（補助ポンプ）
４８ プレート型熱交換器（第２熱交換器）
４９ 気液分離器（第２気液分離器）
５１ 第１圧縮機
５２ 第２圧縮機
５４，６１ 第１膨張弁（第１膨張機）
５５，６２ 第２膨張弁（第２膨張機）
７３，７５ 開閉弁
１０１，１０２，１１３，１２２，１４２ 冷媒ガス（冷媒）
１０３，１０４，１０５，１０６，１１１，１１２，１２１，１２３，１３１，１４１ 冷媒液（冷媒）

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機により圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器により凝縮された前記冷媒を膨張させる膨張機と、
   前記膨張機により膨張された前記冷媒を蒸発させる液膜式の蒸発器と、
   入口と出口の圧力差を利用して前記蒸発器に貯留された前記冷媒を吸引するエダクタと、
   を備える冷凍機。
2. 前記圧縮機は、多段圧縮機であり、前記膨張機は、前記凝縮器により凝縮された前記冷媒の排出経路に直列に配置される第１膨張機および第２膨張機を有し、前記第１膨張機と前記第２膨張機との間に前記冷媒から気液分離した冷媒ガスを前記圧縮機の２段目以降に供給する第１気液分離器が設けられる、
   請求項１に記載の冷凍機。
3. 前記圧縮機は、多段圧縮機であり、前記膨張機は、前記凝縮器により凝縮された前記冷媒の排出経路に並列に配置される第１膨張機および第２膨張機を有し、前記第１膨張機により膨張された後の第１冷媒と前記第２膨張機により膨張される前の第２冷媒とを熱交換して前記第１冷媒を前記圧縮機の２段目以降に供給する第１熱交換器が設けられる、
   請求項１に記載の冷凍機。
4. 前記蒸発器に貯留された前記冷媒を前記エダクタの排出経路に供給する補助ポンプが設けられる、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍機。
5. 前記補助ポンプは、気泡ポンプである、
   請求項４に記載の冷凍機。
6. 前記蒸発器に貯留された前記冷媒の貯留量に応じて前記補助ポンプの作動を制御する制御装置が設けられる、
   請求項４または請求項５に記載の冷凍機。
7. 前記膨張機で膨張された前記冷媒を蒸発させる第２熱交換器と、前記第２熱交換器により熱交換された前記冷媒から気液分離した冷媒ガスを前記圧縮機に供給する第２気液分離器とが設けられる、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷凍機。

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