JP2004324955A

JP2004324955A - 蒸気圧縮式冷凍機

Info

Publication number: JP2004324955A
Application number: JP2003118119A
Authority: JP
Inventors: Yukikatsu Ozaki; 幸克尾崎; Hirotsugu Takeuchi; 裕嗣武内
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: US20040211199A1; JP4285060B2; DE102004019364A1; DE102004019364B4; US6910343B2

Abstract

【課題】放熱能力が大きく低下することを防止する。
【解決手段】差圧弁６３により気液分離器５０−蒸発器３０間の減圧量を調節してエジェクタ４０の昇圧量が所定圧力差以下となるように制御する。これにより、エジェクタ４０での昇圧量が増大に伴う圧縮機１０の吸入圧上昇を抑制できる。したがって、放熱器２０の放熱能力が低下してしまうことを防止できるので、常に十分な冷凍能力を得ることができ得る。
【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を用いた蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍機（エジェクタサイクル）では、エジェクタ内のノズルから噴射する高い速度の冷媒流により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て圧縮機の消費動力を低減している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３１２４２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エジェクタサイクルは、図１３に示すように、圧縮機１０→放熱器２０→エジェクタ４０→気液分離器５０→圧縮機１０の順に循環する駆動流と、エジェクタ４０内で高圧冷媒が膨脹加速されることにより発生する高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用による吸引流、つまり気液分離器５０→絞り６１→蒸発器３０→エジェクタ４０（昇圧部）→気液分離器５０の順に循環する吸引流れとが発生する。
【０００５】
なお、図１４の破線及び実線は駆動流の状態を示すもので、実線は破線に比べて蒸発器３０での熱負荷が増大した状態を示し、図１４の●で示される符号は、図１３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。因みに、蒸発器３０とエジェクタ４０とを繋ぐ冷媒通路での圧力損失を無視すれば、蒸発器３０内圧力は、エジェクタ４０のノズル出口側圧力（図１４のＰ３での圧力）と略同等となる。
【０００６】
ところで、夏場の急速冷房（クールダウン）運転時のごとく、空調負荷が大きいときには、高圧冷媒を冷却する外気の温度が高いため、ノズル入口での等エントロピ線の傾き（圧力差／比エンタルピ差）が小さくなり、膨脹時の比エンタルピ差（断熱熱落差）が大きくなる。
【０００７】
このため、エジェクタ４０でのエネルギ回収量が増大してエジェクタ４０での昇圧量が増大することに加えて、蒸発器３０での熱負荷も上昇しているため、圧縮機１０の吸入圧、つまり気液分離器５０内の圧力が上昇する。
【０００８】
一方、気液分離器５０内には、気相冷媒と液相冷媒とが共存しているので、気液分離器５０内の圧力、つまり圧縮機１０吸入圧は飽和蒸気線に沿って臨界点に近づくように上昇し、これに連動して放熱器２０に流入する冷媒の比エンタルピが小さくなる。
【０００９】
また、放熱器２０で冷媒は外気温度相当まで冷却されるので、外気温度の上昇に応じて放熱器２０の冷媒出口側における冷媒の比エンタルピが上昇する。したがって、外気温度が高く、かつ、急速冷房運転時のごとく蒸発器３０内圧力が高いときには、放熱器２０の放熱能力が低下するので、十分な冷凍能力を得ることができなくなる。
【００１０】
ところで、吸入圧によらず、吐出冷媒温度、つまり放熱器２０に流入する冷媒の温度を一定とすると、吸入圧の上昇に応じて吐出圧が上昇してしまい、圧縮機１０や放熱器２０が損傷するおそれがあるので、通常は、吐出圧が所定圧力以下となるように圧縮機１０やノズルの絞り開度を制御している。
【００１１】
このため、実際の空調装置においては、吐出圧が所定圧力以下に制限されて吐出冷媒温度が熱負荷の上昇に応じて上昇しないため、放熱器２０の放熱能力は更に低下する。
【００１２】
また、ノズルに流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすると、臨界圧力未満に比べて等エントロピ線の傾きが小さく、圧力の変化量に対するエンタルピの変化量が大きいため、ノズルに流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすると、ノズルに流入する冷媒の圧力を臨界圧力未満とした場合に比べてエジェクタ４０での昇圧量が大きくなる。
【００１３】
このため、例えば冷媒を二酸化炭素として、ノズルに流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすると、外気温度が高く、かつ、急速冷房運転時のごとく蒸発器３０内圧力が高いときには、ノズルに流入する冷媒の圧力を臨界圧力未満とした場合に比べて吸入圧が上昇するので、ノズルに流入する冷媒の圧力を臨界圧力未満とした場合に比べて放熱器２０の放熱能力が大きく低下する。
【００１４】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な蒸気圧縮式冷凍機を提供し、第２には、放熱能力が大きく低下することを防止することを目的とする。
【００１５】
【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、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、圧縮機（１０）から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（３０）と、高圧冷媒を減圧膨張させるノズル（４１）を有し、ノズル（４１）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側熱交換器（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（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し、気相冷媒用出口が圧縮機（１０）の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が低圧側熱交換器（３０）に接続された気液分離手段（５０）と、気液分離器（５０）から低圧側熱交換器（３０）に供給される冷媒を減圧する減圧手段（６１）と、エジェクタ（４０）での圧力上昇量を制御する昇圧量制御手段（６０）とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、エジェクタ（４０）での昇圧量の増大に伴う圧縮機（１０）の吸入圧上昇を抑制でき得るので、高圧側熱交換器（２０）の放熱能力が低下してしまうことを防止でき、常に十分な冷凍能力を得ることができ得る。
【００１７】
請求項２に記載の発明では、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、圧縮機（１０）から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（３０）と、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル（４１）を有し、ノズル（４１）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側熱交換器（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（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し、気相冷媒用出口が圧縮機（１０）の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が低圧側熱交換器（３０）に接続された気液分離手段（５０）と、気液分離器（５０）から低圧側熱交換器（３０）に供給される冷媒を減圧するとともに、その減圧量を制御するによりエジェクタ（４０）での圧力上昇量を制御する昇圧量制御手段（６０）とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これにより、エジェクタ（４０）での昇圧量の増大に伴う圧縮機（１０）の吸入圧上昇を抑制でき得るので、高圧側熱交換器（２０）の放熱能力が低下してしまうことを防止できるので、常に十分な冷凍能力を得ることができ得る。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、昇圧量制御手段（６０）は、気液分離器（５０）から低圧側熱交換器（３０）に供給される冷媒を減圧する絞り部（６１）、絞り部（６１）を迂回させて気液分離器（５０）から低圧側熱交換器（３０）に冷媒を供給するバイパス部（６２）、及びバイパス部（６２）の連通状態を調節するバルブ手段（６３）を有して構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、バルブ手段（６３）は、バルブ前後の差圧が所定圧力差以上となったときに開く差圧弁であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５に記載の発明では、絞り部（６１）、バイパス部（６２）及びバルブ手段（６３）が一体化されていることを特徴とするものである。
【００２２】
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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機を車両空調装置用のエジェクタサイクルに適用したものであり、図１は二酸化炭素を冷媒とするエジェクタサイクル１の模式図であり、図２はエジェクタ４０の模式図であり、図３は差圧弁６３の模式図である。
【００２４】
図１中、圧縮機１０は走行用エンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮する周知の可変容量型の圧縮機であり、圧縮機１０の吐出容量は、後述する蒸発器３０内の温度又は圧力が所定範囲内になるように制御される。
【００２５】
なお、電動圧縮機のごとく、吐出冷媒流量を回転数により制御することができるものを圧縮機１０として採用してもよいことは言うまでもない。
【００２６】
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り、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冷媒を蒸発させて室内に吹き出す空気を冷却する低圧側熱交換器である。
【００２７】
なお、本実施形態では、冷媒を二酸化炭素として、圧縮機１０の吐出圧を冷媒の臨界圧力以上としているので、放熱器２０内で冷媒は凝縮（相変化）することなく、温度を低下させることでそのエンタルピを低下させるが、例えば冷媒をＨＦＣ１３４ａとして、圧縮機１０の吐出圧を圧力未満とした場合には、放熱器２０内で冷媒は凝縮しながらそのエンタルピを低下させる。
【００２８】
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り、詳細は後述する。
【００２９】
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。
【００３０】
絞り６１は気液分離器５０から蒸発器３０に供給される冷媒を減圧する絞り手段であり、本実施形態では、絞り６１としてキャピラリーチューブやオリフィスのごとく、絞り開度が固定された固定絞りを採用している。
【００３１】
また、絞り部６１を迂回させて気液分離器５０から蒸発器３０に冷媒を供給するバイパス回路６２には、バイパス回路６２の連通状態を開度を調節するバルブ手段をなす差圧弁６３が設けられており、この差圧弁６３は、バルブ前後の差圧、つまり気液分離器５０側の圧力と蒸発器３０側との圧力差が所定圧力差以上となったときに開くもので、詳細は後述する。
【００３２】
なお、送風機２１は放熱器２０に冷却風、つまり外気を送風するもので、送風機３１は蒸発器３０に室内に吹き出す空気を送風するものである。
【００３３】
次に、エジェクタ４０について述べる。
【００３４】
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、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、ノズル４１の絞り開度を可変制御するニードル４４、及びニードル４４をその軸方向に変位させるアクチュエータ４５等からなるものである。
【００３５】
因みに、本実施形態では、アクチュエータ４５として、ステッピングモータを採用しており、ニードル４４は、ステッピングモータの回転角に比例して軸方向に変位する。
【００３６】
ところで、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。
【００３７】
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。
【００３８】
つまり、理想的なエジェクタ４０においては、混合部４２で２種類の冷媒流の運動量の和が保存されるように冷媒圧力が増大し、ディフューザ４３でエネルギーが保存されるように冷媒圧力が増大することが望ましい。
【００３９】
次に、差圧弁６３について述べる。
【００４０】
ハウジング６３ａは、図３に示すように、気液分離器５０の液相冷媒流出口側に連通する流入口６３ｂ、及び蒸発器３０に連通する流出口６３ｃが形成されたステンレスや真鍮等の金属製のものであり、このハウジング６３ａ内には、流入口６３ｂ側の空間６３ｄと流出口６３ｃ側の空間６３ｅとを連通させる弁口６３ｆが形成されている。
【００４１】
また、空間６３ｅ内には、弁口６３ｆの開度を調節する弁体６３ｇが配設されており、この弁体６３ｇは、金属製のコイルバネ（弾性部材）６３ｈによって流入口６３ｂ側の空間６３ｄに向けて押圧されている。
【００４２】
なお、ハウジング６３ａは、ハウジング６３ａのうち流出口６３ｃが形成されている部位（蓋部）６３ｉと、流入口６３ｂが形成されている部位（底部）６３ｊと、円筒状の本体部６３ｋとの３つの部位から構成されており、底部６３ｊと本体部６３ｋは一体形成され、蓋部６３ｉは、弁体６３ｇ及びコイルバネ６３ｈをハウジング６３ａ内に収納した後、溶接やねじ結合等の結合手段によってハウジング６３ａに結合されている。
【００４３】
また、ガイドスカート６３ｍはハウジング６３ａ内での弁体６３ｇの移動を案内（ガイド）するものであり、このガイドスカート６３ｍの円筒外側面６３ｎがハウジング６３ａの内壁に接触することにより、弁体６３ｇの移動が案内されている。さらに、ガイドスカート６３ｍのうち弁体６３ｇの近傍には、冷媒流路をなす複数個の穴６３ｐが形成されている。
【００４４】
ここで、差圧弁６３の作動を述べておく。図３から明らかなように、弁体６３ｇのうち流入口６３ｂ側には、気液分離器５０側圧力による作用力Ｆ１が作用するので、弁体６３ｇは流出口６３ｃ側に押圧される。一方、流出口６３ｃ側には、蒸発器３０の入口側圧力及びコイルバネ６３ｈの弾性力による作用力Ｆ２が作用するので、弁体６３ｇは流入口６３ｂ側に押圧される。
【００４５】
つまり、作用力Ｆ２が作用力Ｆ１より大きい場合には、弁体６３ｇは、弁口６３ｆの開度が小さくなるように移動し、作用力Ｆ１が作用力Ｆ２より大きい場合には、弁体６３ｇは、弁口６３ｆの開度が大きくなるように移動する（図３の（ｂ）参照）。
【００４６】
したがって、弁体６３ｇは、作用力Ｆ１と作用力Ｆ２とが均衡する位置で停止するので、弁口６３ｆの開度は、コイルバネ６３ｈが弁体６３ｇに及ぼす弾性力によって決定する。すなわち、両空間６３ｄ、６３ｅ間の圧力差ΔＰは、コイルバネ６３ｈが弁体６３ｇに及ぼす弾性力に対応する。
【００４７】
そして、弁体６３ｇの移動量（リフト量）は僅かなので、コイルバネ６３ｈが弁体６３ｇに及ぼす弾性力の変化は、ほぼ無視することができるため、両空間６３ｄ、６３ｅ間の圧力差ΔＰは、ほぼ一定となる。
【００４８】
次に、エジェクタサイクルの概略作動を述べる。
【００４９】
圧縮機１０から吐出した冷媒を放熱器２０側に循環させる。これにより、放熱器２０にて冷却された冷媒は、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。
【００５０】
そして、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→絞り６１→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。
【００５１】
一方、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。
【００５２】
ところで、蒸発器３０を流れる冷媒は、エジェクタ４０のポンプ作用により循環しているので、エジェクタ４０での昇圧量は、エジェクタ４０の昇圧部から気液分離器５０→蒸発器３０→エジェクタ４０に至る冷媒通路における圧力損失と同じである。
【００５３】
このとき、エジェクタ４０と気液分離器５０とを繋ぐ配管での圧力損失、蒸発器３０での圧力損失及び蒸発器３０とエジェクタ４０とを繋ぐ配管での圧力損失は、絞り６１での圧力損失に比べると十分に小さいので、エジェクタ４０での昇圧量は、ほぼ絞り６１及び差圧弁６３で発生する圧力損失で決定される。
【００５４】
一方、バイパス回路６２は絞り６１に対して並列に設けられているので、絞り６１で発生する圧力損失は差圧弁６３の影響を受ける。具体的には、図４に示すように、差圧弁６３が開く前は、絞り６１を通過する冷媒流量、つまりノズル４１での断熱熱落差の増大に伴うポンプ作用の増大に応じて圧力損失が増大し、差圧弁６３が開いた後の圧力損失はほぼ一定となる。
【００５５】
したがって、エジェクタ４０での昇圧量は、差圧弁６３が開く前はノズル４１での断熱熱落差の変化に連動するように変化し、差圧弁６３が開いた後はほぼ一定となる。
【００５６】
なお、上述の説明から明らかなように、本実施形態では、絞り６１、バイパス回路６２及び差圧弁６３により特許請求の範囲に記載した「昇圧量制御手段」及び減圧手段が構成される。
【００５７】
因みに、差圧弁６３が開く前は絞り６１での圧力損失によりエジェクタ４０での昇圧量、つまり蒸発器３０を循環する冷媒流量及び蒸発器３０内圧力が決定されることから、本実施形態では、以下のようにして絞り６１の絞り開度を設定している。
【００５８】
すなわち、空調装置の運転条件において、エジェクタ４０で駆動する低圧冷媒流量と絞り６１の減圧量（エジェクタ４０の昇圧量）の関係をみると、絞り６１の減圧量が大きいと吸引流量は少なく、逆に、減圧量が小さいと吸引流量が多くなる。
【００５９】
ここで、絞り６１での減圧量が大きくなると、蒸発器３０内の圧力が低下して蒸発温度が低下するものの、冷媒流量が低下するので、蒸発器３０の冷媒出口で過熱度が過大となり、蒸発器３０の熱交換効率が低下してしまうので、蒸発器３０での冷凍能力が低下して成績係数の低下を招く。
【００６０】
逆に、絞り６１での減圧量が小さくなると、エジェクタ４０での昇圧量が低下して圧縮機１０の吸入圧が低下するので、圧縮機１０の圧縮仕事量が増大してしまい、成績係数が低下してしまう。そこで、絞り６１の絞り開度は、空調負荷の変動範囲において、成績係数が大きく低下しない程度の開度に設定される。
【００６１】
また、本実施形態において、ノズル４１の絞り開度は、高圧側冷媒温度（例えば、放熱器２０出口側の冷媒温度）に基づいて決定される目標高圧となるように制御され、圧縮機１０から吐出される冷媒流量（圧縮機１０の吐出容量）は、蒸発器３０内の蒸発温度（例えば、蒸発器３０を通過した直後の空気温度）が目標温度となるように制御される。
【００６２】
なお、目標圧力とは、高圧側冷媒温度をパラメータとして高い成績係数を得ることができる高圧側圧力であり、目標温度とは、フロスト現象が発生しない程度の温度（例えば、蒸発器３０を通過した直後の空気温度で３℃〜４℃）である。
【００６３】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００６４】
本実施形態では、エジェクタ４０の昇圧量が所定圧力差以下となるように制御されるので、エジェクタ４０での昇圧量の増大に伴う圧縮機１０の吸入圧上昇を抑制できる。したがって、放熱器２０の放熱能力が低下してしまうことを防止できるので、常に十分な冷凍能力を得ることができ得る。
【００６５】
なお、二酸化炭素を冷媒とする車両用エジェクタサイクルにおいては、エジェクタ４０の最大昇圧量が１．２ＭＰａ以上になる得り、かつ、低圧側圧力（蒸発器３０内圧力）がフロスト現象が発生しない程度の温度に維持されることから、本実施形態では、差圧弁６３の開弁圧力差を０．６ＭＰａ以上、０．７ＭＰａ以下としてエジェクタ４０の昇圧量が差圧弁６３の開弁圧力差の設定値以下となるように設定している。
【００６６】
（第２実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、差圧弁６３の弁体６３ｇに絞り６１を設けることにより絞り６１、バイパス回路６２及び差圧弁６３を一体化したものである。
【００６７】
なお、差圧弁６３が閉じているときは、弁体６３ｇに設けた絞り６１を経由して冷媒が流れ、差圧弁６３が開いたときには、主に弁口６３ｆを経由して冷媒が流れる。
【００６８】
（第３実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、バイパス回路６２を開閉する電磁弁６４、バイパス回路６２において電磁弁６４と直列に配置した絞り６５、及び電磁弁６４の開閉する電子制御装置６６にて機械式の差圧弁６３と同等の機能を実現したものである。
【００６９】
また、絞り６５は電磁弁６４が開いたときに、エジェクタ４０での昇圧量が所定量以下となる程度の圧力差を発生させる固定絞りであり、電子制御装置６６は、蒸発器３０の熱負荷に基づいて電磁弁６４の開閉を制御している。
【００７０】
なお、蒸発器３０での熱負荷が高いときには、通常、高温の空気が多量に蒸発器３０を通過するので、蒸発器３０内の圧力及び温度が高くなっている。そこで、本実施形態では、温度センサ６７により蒸発器３０に流入する冷媒温度Ｔｉｎにて蒸発器３０の熱負荷を検出している。
【００７１】
そして、図７に示すように、温度センサ６７の検出温度が所定温度Ｔｉｎ０より高いときには、高負荷条件となってエジェクタ４０での昇圧量が所定値を超えてしまうものとみなして電磁弁６４を開いて、気液分離器５０−蒸発器３０間の減圧量、つまりエジェクタ４０での昇圧量を低下させ（Ｓ１〜Ｓ３）、温度センサ６７の検出温度が所定温度Ｔｉｎ０以下のときには、電磁弁６４を閉じる（Ｓ４）。
【００７２】
これにより、図８に示すように、エジェクタ４０の昇圧量が所定圧力差以下となるように制御されるので、エジェクタ４０での昇圧量の増大に伴う圧縮機１０の吸入圧上昇を抑制できる。したがって、放熱器２０の放熱能力が低下してしまうことを防止できるので、常に十分な冷凍能力を得ることができ得る。
【００７３】
また、電磁弁６４を開閉するといった簡便な手段にてエジェクタ４０の昇圧量を制御できるので、エジェクタサイクル（空調装置）の製造原価上昇を抑制できる。
【００７４】
なお、冷媒温度と冷媒圧力とは相関関係を有していることから、冷媒圧力にて蒸発器３０の熱負荷を検出してもよいことは言うまでもない。
【００７５】
（第４実施形態）
本実施形態は、絞り開度を変化させることができる電気式の可変絞り６８にて昇圧量制御手段６０を構成したものである。
【００７６】
具体的には、図９に示すように、絞り６１、バイパス回路６２及び差圧弁６３を廃止して、気液分離器５０と蒸発器３０とを繋ぐ冷媒回路に可変絞り６８を設置するとともに、可変絞り６８前後の圧力差を可変絞り６８前後の冷媒温度差から検出し、この温度差（圧力差）に基づいて絞り開度を調節するものである。
【００７７】
そして、温度センサ６９は可変絞り６８にて減圧される前の冷媒温度を検出し、温度センサ６７は可変絞り６８にて減圧された後の冷媒温度を検出し、電子制御装置６６は両センサ６９、６７の検出温度差から可変絞り６８での減圧量、つまり可変絞り６８の冷媒入口と出口との圧力差を算出して予め設定されたプログラムに従って絞り開度を制御する。
【００７８】
因みに、気液分離器５０から流出する冷媒は飽和液冷媒であり、蒸発器３０に流入する冷媒は蒸発器３０圧力における気液二相冷媒であり、かつ、Ｔｏｕｔ（可変絞り６８にて減圧された後の冷媒温度）とＴｉｎ（可変絞り６８にて減圧される前の冷媒温度）は各圧力における飽和温度であることから、温度差から圧力差ΔＰを算出することができる。
【００７９】
なお、図１０は本実施形態に係るエジェクタサイクルにおける可変絞り６８の制御を示すフローチャートであり、温度差（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）から算出した圧力差ΔＰが所定値ΔＰ０を越えるようなときには、圧力差ΔＰが所定値ΔＰ０となる可変絞り６８の開度を制御し、圧力差ΔＰが所定値ΔＰ０以下のときには、高い成績係数を得ることができる程度の絞り開度に制御する（Ｓ１１〜Ｓ１４）因みに、本実施形態では、蒸発器３０の冷媒出口における過熱度、つまり蒸発器３０に流入する冷媒の温度（温度センサ６７の検出温度）と蒸発器３０から流出する冷媒の温度（温度センサ７０の検出温度）との温度差が所定温度差範囲（例えば、２℃〜４℃）となるようにすることにより高い成績係数を得ている。
【００８０】
なお、本実施形態では、冷媒温度差から間接的に圧力差を検出しているが、圧力センサにより圧力差を直接的に検出してもよい。
【００８１】
（第５実施形態）
第４実施形態では、可変絞り６８前後の圧力差ΔＰをパラメータとして絞り開度を制御したのに対して、本実施形態では、気液分離器５０内の圧力、つまり圧縮機１０の吸入圧をパラメータとして絞り開度を制御するものである。
【００８２】
具体的には、図１１に示すように、圧縮機１０の吸入圧を意味するＴｉｎ（可変絞り６８にて減圧される前の冷媒温度）が、所定圧力を意味する所定温度Ｔｉｎ０を越えるようなときには、Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎ０となる可変絞り６８の開度を制御し、Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎ０以下のときには、高い成績係数を得ることができる程度の絞り開度に制御する（Ｓ２１〜Ｓ２４）。
【００８３】
因みに、所定温度Ｔｉｎ０は冷媒の臨界温度より低い所定温度であり、本実施形態も蒸発器３０の冷媒出口における過熱度が所定温度差範囲となるようにすることにより高い成績係数を得ている。
【００８４】
なお、本実施形態では、冷媒温度差から間接的に圧力を検出しているが、圧力センサにより圧力を直接的に検出してもよい。
【００８５】
（第６実施形態）
本実施形態は、図１２に示すように、第１実施形態に係るエジェクタサイクル（図１参照）において、絞り６１を、蒸発器３０の冷媒出口側の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する、いわゆる温度式膨脹弁を採用したものである。
【００８６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、気液分離器５０から蒸発器３０に至る冷媒通路における減圧量を調節することによりエジェクタ４０での昇圧量を制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば混合部４２やディフューザ４３の通路断面積を空調負荷に応じて変化させる等して昇圧量制御手段を構成してもよい。
【００８７】
また、上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば窒素等の自然冷媒を用いてもよい。
【００８８】
また、上述の実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷蔵庫等に適用してもよい。
【００８９】
また、上述の実施形態では、低圧側冷媒温度（蒸発温度）が所定範囲となるように圧縮機１０が制御されるものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９０】
また、上述の実施形態では、可変容量型の圧縮機を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、固定容量型の圧縮機の稼働率を電磁クラッチ等にて制御するタイプのもであってもよい。
【００９１】
また、上述の実施形態では、ノズル４１の絞り開度を調節することができるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズル４１の絞り開度が固定されたものであってもよい。
【００９２】
また、上述の実施形態では、ノズル４１の絞り開度を調節するアクチュエータ４５が電気式であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、特開平９−２６４６２２号公に記載のアクチュエータと同様な機械式のものであってもよい。
【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実施形態に係る差圧弁の模式図である。
【図４】圧力差と冷媒流量との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る差圧弁の模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るエジェクタサイクルのフローチャートである。
【図８】圧力差と冷媒流量との関係を示すグラフである。
【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。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るエジェクタサイクルのフローチャートである。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るエジェクタサイクルのフローチャートである。
【図１２】本発明の第６実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図１３】従来の技術に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図１４】ｐ−ｈ線図である。
【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…昇圧量制御手段、６１…絞り、
６２…バイパス回路、６３…差圧弁。

Claims

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、
圧縮機（１０）から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、
低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（３０）と、
高圧冷媒を減圧膨張させるノズル（４１）を有し、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低圧側熱交換器（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前記圧縮機（１０）の吸入圧を上昇させるエジェクタ（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し、気相冷媒用出口が前記圧縮機（１０）の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が前記低圧側熱交換器（３０）に接続された気液分離手段（５０）と、
前記気液分離器（５０）から前記低圧側熱交換器（３０）に供給される冷媒を減圧する減圧手段（６１）と、
前記エジェクタ（４０）での圧力上昇量を制御する昇圧量制御手段（６０）とを備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
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、
圧縮機（１０）から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、
低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（３０）と、
高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル（４１）を有し、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低圧側熱交換器（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前記圧縮機（１０）の吸入圧を上昇させるエジェクタ（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し、気相冷媒用出口が前記圧縮機（１０）の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が前記低圧側熱交換器（３０）に接続された気液分離手段（５０）と、
前記気液分離器（５０）から前記低圧側熱交換器（３０）に供給される冷媒を減圧するとともに、その減圧量を制御するにより前記エジェクタ（４０）での圧力上昇量を制御する昇圧量制御手段（６０）とを備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
前記昇圧量制御手段（６０）は、前記気液分離器（５０）から前記低圧側熱交換器（３０）に供給される冷媒を減圧する絞り部（６１）、前記絞り部（６１）を迂回させて前記気液分離器（５０）から前記低圧側熱交換器（３０）に冷媒を供給するバイパス部（６２）、及び前記バイパス部（６２）の連通状態を調節するバルブ手段（６３）を有して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
前記バルブ手段（６３）は、バルブ前後の差圧が所定圧力差以上となったときに開く差圧弁であることを特徴とする請求項３に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
前記絞り部（６１）、前記バイパス部（６２）及び前記バルブ手段（６３）が一体化されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の蒸気圧縮式冷凍機。