JPH03291465A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍・冷蔵装置や空気調和機等に使用される
冷凍サイクルに係り、エゼクタを用いて蒸発器の蒸発圧
力を効率良く下げられるようにした冷凍サイクルを含む
と共にその応用に関するものである。

〔従来の技術〕

冷凍サイクルにおいて、蒸発器での吸熱能力を増大した
りあるいは十分な低温を作って効率の良い急冷凍を行う
ために、蒸発器での冷凍の蒸発温度を下げたい場合があ
るが、従来からの圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を
環状に接続した冷凍サイクルにおいては、基本的には絞
り装置での絞り作用を大きくすることが必要になり、こ
れでは前記圧縮機の吸込冷媒圧力が低下して冷媒比体積
の増加により冷媒循環量が減少し、結局冷凍能力が低下
する結果になる。

そこでこれまで、冷媒の気縮機吸込圧力を下げずに蒸発
器での蒸発圧力のみを下げる方法として、以下のような
エゼクタを用いたサイクル構成が知られている。

１、文献「橋本訳：空気調和と冷凍サイクルに用いる２
相形ブースターエジェクター：冷凍と空調、湘１８３、
第３７頁から第４０頁（１９７６−２）Ｊこの文献では
、圧縮機、凝縮器、エゼクタ及び気液分離器を環状に接
続し、さらに一端が絞りを介して気液分離器の下部に他
端がエゼクタの吸込口に接続された蒸発器を設けた冷凍
サイクルを開示し、エゼクタは、絞り作用を行うと共に
、吸引作用により圧縮機吸込圧力より低い蒸発圧力をも
つ蒸発器を通して冷媒を吸引する作用を行う。

２、特公昭５５−２７６６５号公報 この公報では、圧縮機、凝縮器、第１絞り装置。

エゼクタ及び第１蒸発器を環状に接続し、さらに一端が
第２絞り装置を介して前記第１蒸発器あるいは前記第１
蒸発器と圧縮機間に接続され、他端が前記エゼクタの吸
込部に接続された第２蒸発器を設けた構成の冷凍サイク
ルを開示している。この冷凍サイクルにおいて、エゼク
タは、絞り作用を行うと共に、吸引作用により、第１蒸
発器で未蒸発の液冷媒を、第２絞りにより第１蒸発器よ
り低い蒸発圧力に設定された第２蒸発器を通して蒸発さ
せながら吸引する作用を行う。またこの結果として、第
１蒸発器には、圧縮器から吐出される冷凍流量Ｇ１に加
え、エゼクタの吸引作用により第２蒸発器を通過する冷
凍流量Ｇ２との和であるＧ１＋０２を流すことができる
ため、第１ｉ発器は冷媒側熱伝達率が向上し高効率な蒸
発器とすることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記したエゼクタを利用した冷凍サイクルには、
次のような問題点があった。

１の文献に開示された冷凍サイクルでは、吸熱作用をエ
ゼクタで冷媒を吸引される蒸発器のみによって行ってお
り、何らかの状態変化等によりエゼクタの吸引作用が低
下した場合には、蒸発器に冷媒が流れなくなって冷凍能
力が発揮できなくなり、冷凍サイクルとしての信頼性が
無くなってしまう。

２の特許公報に開示された冷凍サイクルでは、第１蒸発
器での圧力損失が大きい場合には、第２蒸発器の第１蒸
発器あるいは第１蒸発器と圧縮機との間に接続される一
端での圧力がエゼクタの吸込口に接続される他端での圧
力より低くなることもあり、この場合には、エゼクタの
吸引作用が働かなくなり、圧縮機から吐出される冷媒流
はエゼクタを出たあと第１蒸発器と第２蒸発器とに分流
される。この結果、同公報に記載の第１蒸発器に比べて
第２蒸発器での冷媒の蒸発圧力を下げる効果や第１蒸発
器に流れる冷凍流量を圧縮機から吐出される冷媒流量以
上に増して第１蒸発器での熱伝達率を増すという効果が
失われてしまう６本発明の目的は、上記した従来技術の
問題点を解決して冷凍能力に信頼性があり蒸発器での冷
媒蒸発圧力を効率良く下げられるエゼクタを使用した冷
凍サイクルと共にその応用を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る基本的にはノ
ズル、混合室、ディフューザから構成されるエゼクタを
用いた冷凍サイクルでは、圧縮機、第１絞り装置、凝縮
器、エゼクタ、第１蒸発器を冷媒がこの順に流れるよう
に環状に接続した冷媒回路に、エゼクタ出口のごく近傍
から第２絞り装置を介して第２１発器を通りエゼクタの
吸込口に接続して冷媒がこの順に流れるようにした冷媒
回路を設けた構成の冷媒サイクルを基本とするものであ
る。

更に極端に蒸発温度の異なるサイクル状態を得るために
、エゼクタでの絞り作用を可変にしたり。

キャピラリチューブのような絞りとエゼクタとを併用し
て使用状態に応じて切り換える。

〔作用〕

以上述べたエゼクタを用いた基本冷凍サイクルにおいて
、圧縮機で圧縮された高温高圧ガス冷媒は、凝縮器で液
化した後、第１絞り装置、エゼクタを通って減圧され、
低温冷媒となって第１蒸発器に入り、ここで吸熱して冷
凍能力を発揮した後、再び圧縮機に吸込まれる。この場
合、エゼクタでは、吐出口に比べて吸込口の圧力が下が
ることにより吸引作用が働き、エゼクタの吐出口から第
２絞り装置、第２蒸発器を通ってエゼクタの吸込口へ吸
込まれる冷媒流が発生し、第２蒸発器でも冷凍能力を発
揮することができる。そして第２絞り装置により、第１
蒸発器に比べて第２蒸発器での冷媒蒸発温度を低くでき
る。また本基本サイクルでは、第１蒸発器に圧縮機を通
過する冷媒流を確実に流すことができると共に、第１蒸
発器での圧力損失が第２蒸発器を流れる冷媒流に悪影響
を及ぼすことがないためエゼクタの吸引作用により第２
蒸発器にも確実に冷媒を流すことができ、この結果、第
１蒸発器、第２蒸発器とも信頼性のある冷凍能力を発揮
することができる。

さらにまた、利用形態によっては、例えば第２蒸発器で
の蒸発温度を非常に下げたいが前記基本サイクルでの第
１蒸発器に対する第２蒸発器の蒸発温度低下分では十分
な場合等では、エゼクタの中で絞り作用を行うノズルで
の絞りを可変にしたり、他の種類の絞り装置との併用を
含めて二系統以上の絞り装置として必要に応じて絞りの
程度を切り換えることにより、エゼクタのもつ第２蒸発
器での冷媒蒸発圧力を効率良く下げられるという効果を
保ったまま、非常に異なる蒸発温度を切り換えて発生さ
せることができる。

〔実施例〕

以下１本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るエゼクタを用いた冷凍サイクル
の第１実施例の基本構成を示す図であり、１は圧縮機、
２は凝縮器、３は第１絞り装置、４は入口部５につなが
るノズル１３と吸込部６につながる混合室１４と吐出部
７につながるディフューザ１５とから構成されたエゼク
タ、８はエゼクタの吐出部７にできるだけ近づけて設け
られた分離器、９は第１蒸発器であり、圧縮機１の吐出
側から吸込側にかけてこの順に環状に接続されている。

ここで凝縮器２から第１絞り装＠３までの配管の１部又
は第１絞り装置３は、第１蒸発器９と圧縮機１を結ぶ配
管の一部と熱交換可能に配設され、熱交換部１２を形成
している。また１１は第２蒸発器であり第２蒸発器１１
の冷媒の流入側が第２絞り装置１ｏを介して分離器８に
接続され、流出側がエゼクタの吸込部６に接続されてし
）る。

次に上記構成を持つエゼクタ４を使用した冷凍サイクル
における冷媒の状態を、第２図に示すモリエル線図を参
考にして説明する。また第１図及び第２図において０で
囲んだ英字は、冷凍サイクルにおける位置あるいはその
位置での冷媒の状態を表わす。

第１図及び第２図において、圧縮器１で圧縮された冷媒
ａは凝縮器２で冷却凝縮され冷媒すとなり、熱交換部１
２でさらに冷却と多少減圧されて冷媒Ｃとなってエゼク
タ４に入る。エゼクタ４に入った冷媒は、入口部５から
ノズル１３に入り、ここで、損失のない理想的なノズル
の場合には、等エツトロビー的に減圧膨張して冷媒ｄと
なって混合室１４内に噴射された後、吸引部６から吸弓
される冷媒０と混合して冷媒ｍとなり、さらにディフュ
ーザ１５を通る間に圧力回復して冷媒ｅとなった後、吐
出部７より吐出される。次にこの冷媒ｅは、分離器８に
入り、ここで第１蒸発器９に行く冷媒ｆと第２絞り装置
１０を通って第２蒸発器１１へ行く冷媒Ｊに分離される
。そして冷媒ｆは第１蒸発器９に入って被冷却物より吸
熱して蒸発し冷媒ｇとなり、さらに熱交換部１２で加熱
されてｈの状態になった後、圧縮機１に吸込まれる。

これに対しｊの状態の冷媒は第２絞り装置１０でさらに
減圧されてｋの状態となった後、第２蒸発器１１に入り
、ここで吸熱・蒸発して悲の状態になった後、エゼクタ
４の吸込口６から混合室１４内に吸引され、ここでノズ
ル１３から噴射される冷媒流と混合し前述のｍの状態に
なる。

なお１以上の説明において、第１図ではエゼクタ４の前
に第１絞り装置３を設けているが、エゼクタ４に、十分
な減圧膨張作用及び適当なサイクル制御性がある場合に
は、第１絞り装Ｗ３を省略することができる。また熱交
換部１２も必ず必要なものではなく、使用形態によって
は省略することができる。さらに分離器８も必ず必要な
ものではなく、使用形態や第２蒸発器１１を流れる冷媒
流量の値によっては省略してもよく、例えば配管を三方
に分岐する程度で十分となる。またさらに第２図におい
て、冷媒のｇ−Ｑ＊　Ｊの状態は、理想化して気相線上
や液相線上の状態としたが、条件によっては過熱域や二
相域等になることもあり、冷媒のｂやＣの状態も二相域
だけでなく液相線上や過冷却域の状態になることもある
。

したがって、第２蒸発器１１を、第２絞り装置１０を介
してエゼクタ吐出ロアのごく近傍と、エゼクタ吸込口６
に接続することにより、第２蒸発器１１は、第１蒸発器
９より低温にでき、被冷却物との温度差を大きくとれ、
効率の高い蒸発器として使用できる。また圧縮機１へ吸
込まれる冷媒の圧力は、第１蒸発器９内の冷媒圧力とな
るため、圧縮機１の吸込冷媒比体積が大きくならないと
同時に圧縮機の圧縮比が小さくなる。ので、高効率な運
転ができる。

また第１図の実施例の冷凍サイクルは、上述の如く二つ
の蒸発温度を得ることができるため、冷蔵庫やショーケ
ースのような冷凍・冷蔵装置においては、高効率な二温
度冷凍・冷蔵装置を実現したり、第２蒸発器の低温側蒸
発器として急冷凍機能に有効に使用する等の利用ができ
、さらに空気調和機においては、第１蒸発器９を第２蒸
発器１１の風上側に設ければ、高効率な空気調和機にす
ることができると共に、除湿能力が高まり、高効率な除
湿装置や着霜のしにくい蒸発器として空気調和機に適用
できる。

次に一応用例として、第１図のエゼクタ使用冷凍サイク
ルを急冷凍機能付冷蔵庫に適用した場合の実施例につい
て述べる。

ところで冷蔵庫において、急冷凍機能により食品のフリ
ージングを行う場合、−１℃から一５℃の最大氷結晶生
成温度帯をすばやく通過させてやると１食品内の氷の結
晶の成長を防ぐことができ、食品の細胞の破壊を防止し
て細胞内のドリップの流出を防止できることから、鮮度
やうまみや栄養分といった質を保ったまま食品をフリー
ジングできることが知られている。

ここで上述の様に食品の最大氷結晶生成温度帯を急速に
通過させるには、冷凍能力を増大したりあるいは冷却器
すなわち蒸発器の温度を下げてやればよい。そして第１
図に示したエゼクタ４を用いた冷凍サイクルでは、前述
のように圧縮機での能力すなわち冷凍能力を落とさずに
蒸発器の温度を下げられることから、この特長を冷蔵庫
の急冷凍機能に応用することが可能となる。

第３図は、第１図のエゼクタ使用冷凍サイクルを組み込
んだ冷蔵庫の冷凍室部分２０の側断面を示す図である。

冷凍室は、断熱材でできた外箱２１、ドア２２、中仕切
２３で囲まれて構成されており、その内部は、断熱的な
急冷室用しきい、ふた２４’　、２４、冷却器室用しき
い２５によって。

冷凍保存室２６、急冷凍室２７、冷却器室２８に分けら
れており、急冷凍室２７内には、第１図の冷凍サイクル
における、低温側の第２蒸発器１１が設置され、冷却器
室２８内には、第１蒸発器９と送風用ファン２９が設置
されている。また３０゜３１は、冷却器室用しきい２５
に設けられた各々冷凍保存室用通気口、急冷室用通気口
であり、３２は、急冷凍用の食品である。

以上の構成において、フリージングのための急冷凍運転
を行わない通常運転を行う通常モートでは、圧縮機（図
示せず）とファン２９を運転することにより、３４及び
３５．３６の矢印で示す風の流れが生じ、冷却器室２８
内の第１蒸発器９と急冷凍室２７内の第２蒸発器１１の
冷凍能力により冷凍室２０内が冷却される。なおこの場
合、ファン２９の送風により、冷凍保存室２６内と急冷
凍室２７内との温度差は、第１蒸発器９と筒２蒸発器１
１との温度差程には大きくならず、比較的均一になる。

次に、第３図において、食品をフリージングするだめの
急冷凍運転を行う急冷凍モードの場合を説明する。

まず、急冷凍モードに切り換える前は、冷蔵庫は前述の
通常モードになっており、冷蔵庫内部は所定温度の十分
冷えた状態になっている。

次に、フリージング用の食品３２を急冷凍室２７に入れ
、急冷凍モードにすると、温度センサ３３により食品３
２の温度が検知され、食品３２の温度が一１℃になるま
では冷凍能力の大きい前述の通常運転状態すなわちファ
ン２９を運転し第１蒸発器９を通ってきた冷風も急冷凍
室２７内に導入して第１蒸発器９と第２蒸発器１１の両
方を有効に使った冷凍能力の大きい状態で運転する。そ
して食品３２の温度−１℃になったら急冷凍モードに切
り換え、ファン２９を止めるか又は微風運転にして、第
１蒸発器９を通る矢印３５．３６で示す空気流が急冷凍
室２７内にほとんど流れ込まないようにする。この結果
、食品３２は、低温側の第２蒸発器１１により、より低
い温度で冷却されることになる。またファン２９による
空気流がほとんど無くなると、第１図の冷凍サイクルに
おいて第１蒸発器９の冷凍負荷が大幅に減ることになり
、これとバランスを取るために圧縮機１の吸込圧力が低
下して冷凍サイクル全体としての冷凍能力が低下するこ
とから第１蒸発器９及び第２蒸発器１１における冷媒の
蒸発温度が低下することになるが、第１図における第２
絞り装置１０を調整して第２蒸発器１１に冷媒が十分流
れるようにすることにより、第２蒸発器１１での冷凍能
力を十分大きく保つようにできる。そして、食品３２の
急冷凍負荷はそれ程大きくないことから、食品３３２は
、十分低温になると同時に食品３２に対しては十分な冷
凍能力を持つ第２蒸発器１１によって急速に冷却される
。またこの場合１食品の温度が一１℃から一５℃になる
までの急冷凍運転を行う時間は充分短くできると同時に
第１蒸発器９は自然対流による冷却効果を発揮するため
、冷凍保存室２６内の温度上昇を抑える効果が働き、冷
凍保存室２６内の食品が悪くなることは無い。

また以上の急冷凍モードにおいて、通常モード運転時で
も第１蒸発器９と第２蒸発器１１の温度差が十分有り、
第２蒸発器１１の冷凍能力も十分有る場合には、第３図
において、食品３２が一１℃になったらファン２９は運
転したままで通気口３１のみを閉じることにより、食品
３２は、十分低温で十分冷凍能力のある第２蒸発器１１
により急速に冷却されることになる。そしてさらにこの
場合には、冷凍保存室２６内にファン２９の送風により
第１蒸発器９の冷凍能力で十分冷却されるため、冷凍保
存室２６内では温度の上昇がほとんど無く食品の劣化も
ない。

ここで急冷凍モードの開始に関しては、手動ボタンによ
り開始するようにしたり、又は例えば第３図の温度セン
サ３３の位置に温度センサと同様に重量センサ（図示せ
ず）を設けてフリージング用の食品３２が入ったことを
検知して急冷凍モードを自動的に開始するようにするこ
ともできる。

また慝冷凍モードの終了に関しては、第３図に示した温
度センサ３３により食品３２が一５℃になったことを検
知して通常モードに戻すようにすることかできると共に
、終了を冷蔵庫正面にＬＥＤや液晶等により表示したり
、又はブザー等により知らせるようにできる。

さらにまた前述の急冷凍モードを考えると、第３図にお
いて、食品３２を急速に最大氷結晶生成温度帯を通過さ
せるに、第２蒸発器１１を熱伝導により冷却する直冷式
にする方が良く、これにより食品３２を効率良く急速に
冷却することができる。

第３図に示した第２蒸発器１１を直冷式蒸発器として構
成すると第４図のような構造が考えられる。第４図（ａ
）は、直冷式蒸発器を、低温冷媒の流れる配管３７の上
に金属等の熱伝導率の高い板３８を取り付けた構造とし
たもので、フリージング用の食品３２は板３８の上にし
かに置かれる。

第４図（ｂ）は、第４図（ａ）に示した板３８をＵ字状
に曲げてＵ字板３８′にしたものであり。

この構造により食品３２を側面からも冷却でき。

さらには冷媒配管３７を板３８′の側面にまで配設する
（図示せず）ことも可能で、食品３２をより効率良く急
速に冷却することができる。第４図（ｃ）は、第４図（
ｂ）に示した構造に加えて、さらに食品３２の上方に上
下に移動可能な接触板３９を設け、急冷凍モードで運転
する時には接触板３９を下方に移動して食品３２を適当
に押し付けられるように構成したものである。この様な
蒸発器により食品３２と直冷式蒸発器がより密接に接触
できるため、食品３２をさらに効率良く急速に冷却する
ことができる。なお接触板３９の移動に関しては、第４
図（ｂ）あるいは第４図（ｃ）において側面板を移動可
能にして、急冷モードの時側面板を食品に押し付けられ
る構造にすることも可能である。

次に、第５図に急冷凍運転を行えるエゼクタを用いた冷
凍サイクルの第２実施例を示す。第５図は、第１図にお
いて分離器８と第１蒸発器９との配管接続方法を変更し
たものであり、第１図と同一番号を付けたものは同一部
分を示す。また４０は分離器、４１はバルブであり１分
離器４０は。

エゼクタ４につながる配管４２とＡ点で結合され、Ａ点
と同等かあるいはそれ以下の高さにあるＢ点から配管４
３につながり、さらにバルブ４１、配管４５を介して第
１蒸発器９に接続している。さらにまた分離器４０は、
バルブ４１をバイパスした配管４４を介して、分離器４
０の上面の０点と配管４５上のＤ点で結ばれている。

以上の冷凍サイクルにおいて、通常の冷却運転を行う通
常モードと食品のフリージングを行うための急冷凍モー
ドの場合を考える。

まず通常モードの場合には、バルブ４１を開とすること
により、エゼクタから吐出される低温の二相冷媒流は、
配管４２を通って分離器４０に入った後、配管４３との
結合点Ｂが配管４２との結合点Ａが同等以下の高さに設
けていることから、バルブ４１を通って第１蒸発器９に
行く流れＧ工と第２絞り装置１０を通って第２蒸発器１
１に入る流れＧ２とに分流され、第１蒸発器９及びこれ
より温度の低い第２蒸発器１１においてそれぞれの冷凍
能力を発庸することになる。

次に急冷凍モードの場合には、温度が一１℃になるまで
は、バルブ４１を開として、通常モートと同一の運転を
行う。そして食品の温度が一１℃になったら、バルブ４
１を閉として急冷凍運転を開始する。この場合には、エ
ゼクタ４から吐出される低温の二相冷媒流は、配管４２
を通って分離器４０に入った後、バルブ４１が閉となっ
ておりしかも冷媒流入点Ａと冷媒流呂点Ｃとが直角方向
にあることから１分離器４０で気液分離し、気体冷媒は
０点から配管４４を通ってバルブ４１をバイパスして第
１蒸発器９へ流れ、液冷媒は第２絞υ装［１０を通って
第２蒸発器１１に流れることになる。この結果、第１蒸
発器９での冷凍能力はほとんど無くなり、第２蒸発器１
１が冷凍能力を発揮することになると同時に、第１蒸発
器９と第２蒸発器１１を合わせた全冷凍能力が下がるこ
とから、蒸発器側と冷凍サイクル側との冷凍能力のバラ
ンスのために、圧縮機上の吸込圧力が低下し圧縮機１を
流れる冷媒流量が減少する。そして第２蒸発器１１での
冷媒の蒸発圧力が下がり、第２蒸発器１１がより低温に
なる。したがって、より低温の第２蒸発器１１により食
品を急速に冷却することができる。

また第５図の破線で示す熱交換部１２のように、凝縮器
２の出口配管４６の１部及び第１絞り装置３と第１蒸発
器９から圧縮機吸込口へかけての吸込配管４７とを熱交
換させた構成にしである場合には、前述のバルブ４１を
開とした通常運転状態では第１蒸発器９を出た気体冷媒
の温度が十分低く、なは冷凍能力を持っていることから
、凝縮器出口配管４６及び第１絞り装置３を十分冷却で
き、エゼクタ４の入口での冷媒が十分液分の多い状態に
なり、エゼクタ４のノズルにおける減圧効果が比較的小
さくなる。これに対して前述のバルブ４１を閉ととした
急冷凍運転では、第１蒸発器９を出た冷媒は相手スーパ
ーヒートされた状態でほとんど冷凍能力を持っていない
ことから、凝縮器出口配管４６及び第１絞り装置３をほ
とんど冷却できず、エゼクタ入口での冷媒はより過冷却
度あるいは液分の少い状態になり、エゼクタ４のノズル
１３における減圧効果が比較的大きくなる。したかって
第５図に示した第２実施例では前述の急冷凍運転時にバ
ルブ４１を開から閉にした時の第２蒸発器１１での冷媒
の蒸発温度を下げる効果が熱交換部１２により増幅され
、第２蒸発器１１をさらに低温にでき、食品をより急速
に冷却できるようになる。

これまで、通常モードの運転時に比べて急冷凍モードの
運転時に第２蒸発器の温度を下げることにより、通常モ
ードの運転時に十分な冷凍能力を保つと共に急冷凍モー
ドの運転時に食品をより急速に冷却できる可能性につい
て述べたが、通常モードの運転時に比べて急冷凍モード
の運転時に第２蒸発器の温度を十分に下げることは、エ
ゼクタのノズルあるいは第１絞り装置に相当する部品の
絞りを可変することによっても実現できる。以下その実
施例について説明する。

第６図は、第１図に示した第１実施例をさらにエゼクタ
のノズル部を２個並列に設けてこれを切り換えて使うよ
うにした場合の、エゼクタ部分付近のサイクル構成を示
す実施例である。この図において、５０は絞り作用の小
さい第１ノズル５１ａ、絞り作用の大きい第２ノズル５
１ｂと混合室５２とディフューザ５３とから成るエゼク
タ、５４はバルブであり、また凝縮器あるいは第１絞り
装置につながる配管５５はＥ点で配管５６と配管５７に
分岐し、配管５６はバルブ５４を介して第１ノズル５１
ａにつながり、配管５７は第２ノズル５１ｂに接続して
いる。

以上の構成により、前述の通常モードの運転時には、バ
ルブ５４を開とすることにより、配管５５を通って流入
する高温高圧の冷媒流は主に絞り作用の小さい第１ノズ
ル５１ａを通って流れる。

また前述の急冷モードの運転時には、バルブ５４を閉と
することにより、配管５５を通ってきた冷媒流は絞り作
用の大きい第２ノズル５１ｂを流れるようになる。この
結果、通常運転時に比べて急冷凍運転時の方が、第１ノ
ズル５１ａあるいは第２ノズル５１ｂから混合室５２、
ディフューザ５３を通ってエゼクタ５０から吐出される
二相冷媒流、さらには第２蒸発器１１での冷媒の蒸発温
度がより低温になれ、急冷凍運転時に食品を急速に冷却
できることになる。

なお第６図では、絞り作用を行うノズルを第１ノズル５
１ａと第２ノズル５１ｂの２個を並列に設けた構成にし
たが、これに限るものではなく。

必要に応じて複数個を並列に設けた構成にして。

複数段の温度レベルを作り、より効率の良い急冷凍を含
めた冷却運転を行うこともできる。

第７図は、絞り作用を可変にできるノズルを持ったエゼ
クタの他の実施例を示す図である。第７図に示したエゼ
クタは、ノズル６０、吸込口６３を持った混合室６２、
ディフューザ６４から構成されており、又ノズル６０は
、入口部６０ａ、のど部６０ｂ、末広部６０ｃから構成
され、さらにのど部６０ｂは、形状記憶合金あるいは熱
膨張率の大きい材料でしかも高温の時に内径が細くなる
ように変形する材料の円筒６１を内側に設けた構造にし
であると共に、のど部６０ｂは、スイッチ６６を介して
電源６７に接続されたヒータ６５により加熱できるよう
に構成されている。

以上の構成において、前述の通常モードの運転時には、
スイッチ６６を開にしてヒータ６５に通電しない状態に
しておくと、ノズル６０ののど部６０ｂ内の円筒６１の
流路面積が比較的大きくなり絞り作用の小さい状態とな
るので、エゼクタから吐出される二相冷媒流の温度は通
常運転に適した低温となる。次に急冷凍モードの運転時
には。

スイッチ６６を閉にしてヒータ６５に通電した状態にし
ておくと、のト部６０ｂ内の円筒６１の流路面積が小さ
く絞り作用の大きい状態となるので、エゼクタから吐出
される冷媒流さらには第２蒸発器での冷媒温度が低くな
り、食品を急速に冷却することができることになる。

第８図は、絞り作用を可変にできるノズルを持ったエゼ
クタのさらに他の実施例を示す図である。

この図において、６８は、入口部６８ａ、のど部６８ｂ
、数広部６８ｃから成るノズル、６９は矢印７０のよう
に図上で左右に移動可能でどの部６８ｂの流路断面積を
可変にするためのニードルであり、さらに第７図と同一
番号を付したものは同一部分を示す。

以上の構成において、通常モードの運転時には、ニード
ル７０を矢印７０の左の方向に移動することにより、の
ど部６８ｂの冷媒流路断面積が大きくて絞り作用の小さ
い状態となり、蒸発器を通常運転に適した低温にできる
。次に急冷凍運転時には、ニードル６９を矢印７０の右
の方向に移動することにより、のど部６８ｂの冷媒流路
断面積が小さくて絞り作用の大きい状態となるので、エ
ゼクタを出る冷媒流ひいては第２蒸発器での冷媒の蒸発
温度が低くなり、食品を急速に冷却できるようになる。

次に、通常モードの運転と急冷凍モードの運転とで冷媒
の蒸発温度を大幅に変えるためには、エゼクタと他の一
般的な絞り装置とを併用してこれらを適当に使い分ける
ことによっても達成できる。

そして他の一般的な絞り装置としてはキャピラリチュー
ブやノズルや膨張弁等でもよい。

以下その実施例について説明する。

第９図は、第１図に示した実施例において、第１図の場
合に比べて十分大きな絞り作用をもつ一般的な絞り装置
を用いた第１絞り装置７１（第１図においては３に相当
）をバイパスする配管７２を、凝縮器２と第１絞り装置
！７１を結ぶ配管７３上のＦ点と、第１絞り装置７１と
エゼクタ４を結ぶ配管７４上のＧ点とを結ぶように設け
ると同時にバイパス配管７２の途中にバルブ７５を設け
たものであり、７６は熱交換部、７７は圧縮機吸込配管
である。また第１図と同一番号を付したものは同一部分
を示す。

以上の構成により、通常モードの運転時には、バルブ７
５を開とすることにより、凝縮器２を出た高温高圧の冷
媒流は、Ｆ点からバイパス配管７２に入りバルブ７５を
通って、第１絞り装置７１をバイパスしてエゼクタ４に
入る。この結果、通常モードの運転時における絞り作用
は、エゼクタ４のみによって行われ、エゼクタ４におけ
る絞り作用を通常運転に合った絞り度にしておくことに
より、第１蒸発器９及び第２蒸発器１１を通常モードの
運転に適した低温にできる。これに対して急冷凍モード
の運転時には、バルブ７５を閉とすることにより、凝縮
器２を出た冷媒流は、第１絞り装置７１を通ってからエ
ゼクタ４に流入する。

そしてこの場合の絞り作用は、第１絞り装置７１及びエ
ゼクタ４の二段にわたって行われ、上述の通常運転の時
に比べて大きくなる。したがってエゼクタ４を出た冷媒
流、即ち第２蒸発器１１での冷媒蒸発温度がさらに十分
低くなり、食品を急速に冷却できる。

また第９図においては、熱交換部７６は圧縮機吸込配管
７７と凝縮器出口配管７３及び第１絞り装置７１とで熱
交換するようにしであるが、第１図の実施例で述にたよ
うに熱交換しないようなサイクル構成にしてもよい。さ
らにはまた第９図に第５図における分離器４０と第１蒸
発器９との間の同様の配管構成、すなわち分離器８と第
１蒸発器９の間にバルブを設けると同時に分離器８の上
側からバルブをバイパスして分離器８と第１蒸発器９を
結ぶ配管に結ぶバイパス配管を設けてもよく、この場合
には第５図に示した第２実施例と同様の急冷凍モードの
運転時に第２蒸発器の冷凍能力を十分大きくしてさらに
効率良く急冷凍運転を行うようにすることが可能となる
。

次に第１０図は、第１図において、絞り装置として、キ
ャピラリチューブやノズルや膨張弁等の汎用の絞り装置
とこの絞り装置より絞り作用を大きくしたエゼクタとを
並列に設けて、通常モード運転時と急冷凍モードの運転
時とでこれらの絞りを切り換えて使用できるように構成
したものであり、凝縮器２の出口配管７８は、分岐点Ｈ
より、バルブ８１、エゼクタ４より絞り作用の小さい汎
用の絞り装置８２を通って分離器８３と第１蒸発器９を
結ぶ配管８４上の１点につながる配管７９と、第１絞り
装置３（第１図の場合と同様に無くてもよい）を介して
エゼクタ４につながる配管８０に分岐したサイクル構成
としたものである。また第１０図において、８５は熱交
換部であり、第１図と同一番号を付したものは同一部分
を示す。

以上の構成において１通常モードの運転時には、バルブ
８１を開とすることにより、凝縮器２を出た冷媒流は、
主に絞り作用が小さい方の汎用の絞り装置８２を通って
第１蒸発器９に入る従来からと同様のサイクル構成とな
り、第１蒸発器９を通常モード運転に適した低温にでき
る。これに対して急冷績モード運転時には、バルブ８１
を閉とすることにより、凝縮器２を出た冷凍流は、絞り
作用の大きい方のエゼクタ４に入り、第１図と同様の動
作・作用により、急冷凍運転を行うことになり、第２蒸
発器での冷凍蒸発温度が十分低くなるので１食品を急速
に冷却できる。

また第１０図では、第１蒸発器９につながる分離器８３
の冷媒流出点Ｊを、分離器８３の横方向としであるが、
第５図の０点と同様に分離器８３の上方に設けることが
できる（図示せず）。この場合には、第５図の場合と同
様に、急冷凍モードの運転における冷凍能力を第２蒸発
器１１に集中することができ、急冷凍運転にとってより
効果的になる。

また第１０図の場合とは逆に１通常モードの絞り作用が
小さい方の運転時にエゼクタを用い、急冷凍モードの運
転時に絞り作用を大きくした汎用の絞り装置を用いるサ
イクル構成にすることもできる。第１１図にその一例を
示す。この図は、米縮器２の呂ロ配管７８上の分岐点Ｈ
よりバルブ８８、第１絞り装置（第１図の場合と同様に
無くても良い）を介して通常運転用絞りとして用いる絞
り作用の小さいエゼクタ４につながる配管８６と、急冷
凍運転時に用いる絞り作用の大きい汎用の絞り装置８９
を介して第２蒸発器１１の冷媒出口からエゼクタ４の吸
込口６につながる配管とＬ点で結合して第２蒸発器１１
につながる配管８７とに分岐し、さらに第２絞り装置１
ｏと第２蒸発器１１を結ぶ配管上のＭ点と逆止弁９１を
介して第１蒸発器９と圧縮機１を結ぶ配管上のＮ点につ
ながる配管９ｏを設けたサイクル構成としたものである
。また第１１図において、９２は熱交換部であり、第１
図と同一番号を付したものは同一部分を示す。

以上の構成により、通常モード運転時には、バルブ８８
を開とすることにより、凝縮器２を出た冷媒流は、配管
８６からバルブ８８を通って、主として絞り作用の小さ
い方のエゼクタ４に流れ込み、第１蒸発器９、さらには
第２蒸発器１１を通常運転に適した低温にする。なおこ
の場合には、逆止弁９１により、配管９０を通ってＮ点
からＭ点へ逆流する冷媒流がしゃ断される。次に急冷凍
モードの運転時には、バルブ８８を閉とすることにより
、凝縮器２を畠だ冷媒流は、配管８７、絞り作用の大き
い方の一般的な絞り装置１８９を通って第２蒸発器１１
に入り、さらに第２蒸発器１１を出た冷媒流は、主に、
配管９０に入り逆止弁９１を通って、Ｎ点から吸込配管
７７を通った後圧縮機１に吸込まれる。そして第２蒸発
器１１での冷媒蒸発温度は十分低くなり、食品を急速に
冷却できることになる。なおこの場合には、Ｌ点からエ
ゼクタ４、分離器８、第１蒸発器９を通ってＮ点に流れ
る流れ、及びＭ点から第２絞り装置１０、分離器°８．
第１蒸発器９を通ってＮ点に行く流れは、Ｌ点から第２
蒸発器１１、逆止弁９１を通ってＮ点に行く流路より流
通抵抗が大きいため、はとんど流れない。

なお第９図、第１０図、第１１図のサイクル構成は、第
１図のサイクル構成と同様に、第３図に関連して詳細し
た急冷凍機能付き冷蔵庫への組み込み方及び利用をする
ことができる。

ところで、これまでに説明してきた各図では、エゼクタ
は比較的複雑な構造をしているが、製品化を考慮した場
合には、エゼクタを安価に製作することが必要になる。

第１２図は、エゼクタの簡単で作りやすい構造の一実施
例を示す図である。この図において、エゼクタは、ノズ
ル９７とディフューザ９８から構成され、またノズル９
７は比較的径の細いパイプのＱ□の部分を絞ることによ
り製作し、ディフュザ９８は長さＱ２の所で管を曲げる
と同時にＱ３の部分を、ノズル９７のＱ４の部分と同様
に、絞りにより製作し、あとでノズル９７をディフュー
ザ９８の９９．９９’位置から内部に挿入・結合した比
較的簡単な構造としたものであり、この場合、同時に混
合室９６が形成される。すなわち第１２図のエゼクタは
、管の曲げと絞りにより製作できる安価で量産性に富ん
だ構造としたものである。

また第１３図は、例えば第１２図のエゼクタにおけるノ
ズル９７のＱ工部分及びディフューザ９８のＱ１部分を
絞る方法の例を示す図である。

第１３図では、中央部を太く端部に行くにつれ徐々に細
くした、軸１００の回りに回転するローラ１０１と軸１
０２の回りに回転するローラへ１０１と同一形状のロー
ラ１０３との間に管１０４をはさみ、ローラ１０１，１
０３及び管１０４を回転しながら、ローラ１０１と１０
３との間の間隔を矢印１０５のようにせばめるような絞
り方法により、第１２図におけるノズル９７の絞り部Ｑ
、及びディフューザ９８の絞り部Ω７を容易に作ること
が可能になる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、圧縮機、
凝縮器、絞り装置、蒸発器から成る冷凍サイクルにおい
て、絞り装置としてエゼクタを用いると同時に、エゼク
タによる絞り作用と吸引作用を利用することにより、エ
ゼクタの出口から圧縮機の吸込口に到る冷媒流路に、確
実に冷媒流の流れる蒸発器を設け、さらにエゼクタの出
口から吸込口に到る冷媒流路に、より低温を生じる蒸発
器を設けた基本的な冷凍サイクル構成としたことにより
、冷凍能力に信頼性があり、効率良く低温の蒸発器を実
現できる冷凍サイクルを提供することができる。

また１本発明の上記エゼクタ使用冷凍サイクルは冷凍サ
イクルの効率を高く保ったまま冷媒蒸発温度の異なる二
つの蒸発器を実現できることから、例えば、冷蔵庫やシ
ョーケース等の冷凍・冷蔵装置においては、高効率な蒸
発温度冷凍・冷蔵装置を実現したり、低温側蒸発器を食
品を急速に冷やす急冷凍機能に有効に使用したり、また
空気調和機においては、高効率な除湿装置や着霜のしに
くい蒸発器の実現など、いろいろな用途に応用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による基本的なエゼクタ使用二蒸発温度
冷凍サイクルの第１実施例を示す図、第２図は第１図の
サイクル構成に対応したモリエル線図、第３図はエゼク
タ使用二蒸発温度冷凍サイクルを急冷凍機能付き冷蔵庫
に適用した場合の本発明の実施例に係る冷蔵庫の上側断
面図、第４図（ａ）、第４図（ｂ）及び第４図（Ｃ）は
第３図において急冷凍室に設置する低温側蒸発器の構造
を示す図、第５図は本発明によるエゼクタ使用冷凍サイ
クルの第２実施例を示す図、第６図、第７・図、第８図
はそれぞれ本発明の実施例に係るエゼクタの絞り作用を
可変にするノズルの構成を示す図、第９図、第１０図、
第１１図はそれぞれ本発明によるエゼクタと他の絞り装
置を併用して蒸発温度が大幅に異なる二つの蒸発器を実
現する場合の冷凍サイクルの構成を示す図、第１２図は
本発明に係るエゼクタの構造を示す図、第１３図は本発
明に係る第１３図のエゼクタの製作方法を示す図である
。 符号の説明 １・・・圧縮機、 ４．５０・・・エゼクタ、 １３、５１　ａ、　５　ｌ　ｂ＋ ２・・・凝縮器、 ６０．６８．９７・・・ノズ ル。 １４．５２，６２，９６・・・混合室。 １５．５３，６４．９８・・・ディフューザ、８．４０
．８３・・・分離器。 ９・・第１蒸発器、　　　　　１１・・・第２蒸発器、
１０・・・第２絞り装置、 １２．７６．８５．９２・・・熱交換部。 ２６・・・冷凍保存室、　　　　２７・・・急冷凍室２
８・冷却器室、　　　　　３９・・・送風用ファン、３
０．３１・・通気孔、　　３２・・・食品、３３・・・
温度センサ、　　　　３７・・・冷媒配管、３８・・冷
却板、 ４１．５４，７５，８１．８８・・・バルブ、６１・・
熱膨張率の大きい円筒、６５・・・ヒータ、６９・・・
ニードル、 ７１．８２．８９・・・一般的な絞り装置、１０１゜ １０３・・・ローラ。 １０４・・・管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機と凝縮器と絞り装置と第１蒸発器とをこの順
   序で直列に接続して構成した冷凍サイクルにおいて、絞
   り作用及びポンプ作用を行う装置としてエゼクタの出口
   から圧縮機の吸込口に至る配管中に前記第１蒸発器を設
   け、さらに前記エゼクタ出口のごく近傍の分岐点から該
   エゼクタの吸込口に至る配管中に第２絞り装置と低温側
   の第２蒸発器を冷媒の流れ方向でこの順序に設けたこと
   を特徴とする冷凍サイクル。 ２、前記エゼクタ出口のごく近傍の分岐点位置に分離器
   を設け、該分離器から前記第１蒸気器に至る配管を、分
   離器の上方から第１蒸発器に至る冷媒配管と、分離器の
   側方で入口側位置と同等かあるいはそれより下方の位置
   から弁を通って第１蒸発器に至る配管との二系統とし、
   また分離器の下方からは前記第２絞り装置に至る配管を
   設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル
   。 ３、前記エゼクタのノズル部の絞り作用を可変とするこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル。 ４、前記ノズル部を、絞り作用の異なる複数個のノズル
   を並列に設けた構成にすると共に、凝縮器から各ノズル
   に至る配管を必要に応じて切り換えて冷媒を流すことを
   特徴とする請求項前項のうちいずれか１項に記載の冷凍
   サイクル。 ５、前記ノズル部において、そののど部に形状記憶合金
   あるいは熱膨張係数の比較的大きい材料とこれらを加熱
   するためのヒータとを設けると共に、前記のど部の内径
   又はノズルの絞り作用をヒータ入力により可変にしたこ
   とを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記
   載の冷凍サイクル。 ６、前記ノズル部を、その内部にニードルを設けると共
   に、該ニードルが前記のど部の流路断面積を可変にでき
   るようにノズルの軸方向に移動可能な構成にしたことを
   特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の
   冷凍サイクル。 ７、前記凝縮器の出口からエゼクタに至る配管の途中を
   、汎用の絞り装置を通るものと弁を通るものとの二系統
   に分け、該弁の開閉により絞り作用を変えられるような
   構成にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷
   凍サイクル。 ８、前記エゼクタと並列に汎用の絞り装置を設けると共
   に、絞り作用の小さい方の流路配管中で前記絞り装置の
   上流側に弁を設けたことを特徴とする請求項１又は２記
   載の冷凍サイクル。 ９、前記エゼクタをバイパスして、前記凝縮器出口配管
   から、弁及びエゼクタを通る流路より絞り作用の小さい
   汎用の絞り装置を介して、エゼクタと第１蒸発器との間
   の配管を結ぶ配管を設けたことを特徴とする請求項８記
   載の冷凍サイクル。 １０、前記凝縮器から前記エゼクタに至る配管中に弁を
   設けると共に、凝縮器出口から該弁をバスパスして第２
   蒸発器とエゼクタ吸込口を結ぶ配管で途中にエゼクタを
   通る流路より絞り作用の小さい汎用の絞り装置を設けた
   配管、及び第絞り装置と第２蒸発器を結ぶ配管から逆止
   弁を介して第１蒸発器と圧縮機吸込口を結ぶ配管へ至る
   配管を設けたことを特徴とする請求項８記載の冷凍サイ
   クル。 １１、請求項１から１０項のうちいずれか１項に記載の
   エゼクタ及び少なくとも二つの蒸発器を持つ各冷凍サイ
   クルを備えた急冷凍機能を持つ冷蔵庫において、急冷凍
   室を設けると共に、その中に低温側蒸発器を設けたこと
   を特徴とする急冷凍機能付き冷蔵庫。 １２、前記急冷凍室内に設けた低温側蒸発器を熱伝導に
   より食品を冷却する直冷式としたことを特徴とする請求
   項１１に記載の急冷凍機能付き冷蔵庫。 １３、前記急冷凍室内に設ける低温側蒸発器を、冷媒配
   管とこれに密着接触させて設けた冷却板と、該冷却板と
   の間に食品をはさんで押しつけられるように移動可能に
   取り付けた押さえ板とから構成したことを特徴とする請
   求項１１又は１２に記載の急冷凍機能付き冷蔵庫。 １４、急冷凍運転を行う場合に、食品が最大氷結晶生成
   温度帯を通過する間は、前記急冷凍室内に庫内ファンに
   よる送風がほとんど流れこまないように運転することを
   特徴とする請求項１１から１３項のうちいずれか１項に
   記載の急冷凍機能付き冷蔵庫。 １５、急冷凍運転時で、食品が最大氷結晶生成温度帯を
   通過する時には、庫内送風ファンを止めるか又は微風運
   転にするようにしたことを特徴とする請求項１４に記載
   の急冷凍機能付き冷蔵庫。 １６、急冷凍運転時で、食品が最大氷結晶生成温度帯を
   通過する時には、急冷凍室内への送風路を遮断するよう
   にしたことを特徴とする請求項１４に記載の急冷凍機能
   付き冷蔵庫。 １７、エゼクタの製造方法において、ノズルやディフュ
   ーザの入口部からのど部、拡大部にかけての内径をなめ
   らかに変化する構造を、管を絞ることによって製作する
   ようにしたことを特徴とするエゼクタの製造方法。 １８、中間付近を太くした１対のローラの間に配管をく
   わえ、該ローラ及び該配管を回転させると同時に１対の
   ローラ間の間隔をせばめるような管を絞ることを特徴と
   する請求項１７記載のエゼクタの製造方法。