JP2007101159A - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】１つのエジェクタを活用することで、加熱、冷却の両運転時とも能力向上もしくは省動力させる。
【解決手段】圧縮機１２と、室外熱交換器３１と、室内熱交換器３３と、入口から供給される高圧冷媒を吐出口へ向けて噴射することにより吸引口２７ｂから冷媒を吸引して吐出口へ送り出すエジェクタ２７と、室外熱交換器３１と室内熱交換器３３との間から分岐して入口に高圧冷媒を供給する分岐通路３０と、高圧冷媒を室外熱交換器３１に供給して室内熱交換器３３からの冷媒が吸引口２７ｂへ流れる第１モードと、高圧冷媒を室内熱交換器３３に供給して室外熱交換器３１からの冷媒が吸引口２７ｂへ流れる第２モードとを切り換える電気式四方弁２１とを備えている。 これによれば、加熱、冷却の両運転時とも１つのエジェクタ２７を活用することができ、加熱、冷却の両運転とも能力向上もしくは省動力させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エジェクタを有するエジェクタ式冷凍サイクルに関するものであり、例えば、エンジン駆動式のヒートポンプ式空調装置に適用して有効である。

従来、エジェクタ式冷凍サイクルを有するエンジン駆動のヒートポンプ式空調装置が、特許文献１にて示されている。また特許文献２には、冷暖房可能なエジェクタ式サイクルにて、暖房能力の向上を図ったものが示されている。
特開平６−１８１２１号公報 特開平２００２−３２７９６７号公報

しかしながら、上記従来技術はいずれも、冷房運転時にはエジェクタをパスする構成のため、冷房時の性能向上もしくは省動力を図れないという問題点があった。本発明は、この従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、加熱運転時だけではなく、冷却運転時においても１つのエジェクタを活用することで、加熱、冷却の両運転時とも能力向上もしくは省動力させることのできるエジェクタ式冷凍サイクルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機（１２）と、
冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器（３１）と、
冷媒と熱交換対象とを熱交換させる利用側熱交換器（３３）と、
圧縮機（１２）によって冷媒が流される冷媒循環路に配置され、入口と吐出口とが直列に接続され、入口から供給される高圧冷媒を吐出口へ向けて噴射することにより吸引口（２７ｂ）から冷媒を吸引して吐出口へ送り出すエジェクタ（２７）と、
室外熱交換器（３１）と利用側熱交換器（３３）との間の冷媒循環路から分岐して入口に高圧冷媒を供給する分岐通路（３０）と、
圧縮機（１２）から吐出される高圧冷媒を室外熱交換器（３１）に供給して利用側熱交換器（３３）からの冷媒が吸引口（２７ｂ）へ流れる第１モードと、
圧縮機（１２）から吐出される高圧冷媒を利用側熱交換器（３３）に供給して室外熱交換器（３１）からの冷媒が吸引口（２７ｂ）へ流れる第２モードとを切り換える流路切換手段（２１）とを備えることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、加熱、冷却の両運転時とも１つのエジェクタ（２７）を活用することができ、加熱、冷却の両運転とも能力向上もしくは省動力させることができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器（３１）は複数の熱交換部（３１ａ、３１ｂ）を有し、第１モード時は複数の熱交換部（３１ａ、３１ｂ）を冷媒循環路に並列に接続し、第２モード時は複数の熱交換部（３１ａ、３１ｂ）の一部（３１ｂ）をエジェクタ（２７）の吐出口と圧縮機（１２）との間に接続することを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、第２モード時に、冷媒蒸発圧力の異なる複数の蒸発器（３１ａ、３１ｂ）において冷媒を適切に蒸発させて圧縮機（１２）に吸入させるので、単一の蒸発器において冷媒を蒸発させて圧縮機（１２）に吸入させるよりも圧縮機（１２）の冷媒循環流量を増加させることできる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（２７）と圧縮機（１２）との間に、第１モード時に室外熱交換器（３１）から流出する冷媒とエジェクタ（２７）から流出して圧縮機（１２）に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段（３７）を設けたことを特徴としている。

この請求項３に記載の発明によれば、上記の熱回収手段（３７）として二重管などの内部熱交換器を設けることにより、サブクールを増大させることで利用側熱交換器（３３）入口のエンタルピを減少させる作用を持つため、利用側熱交換器（３３）の入口と出口とのエンタルピ差を大きくとることができ、利用側熱交換器（３３）の冷却性能を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（２７）と圧縮機（１２）との間に、第２モード時にエジェクタ（２７）から流出する冷媒と室外空気より高い温度の熱源とを熱交換させる冷媒加熱用熱交換器（１９）を設けたことを特徴としている。

この請求項４に記載の発明によれば、上記の冷媒加熱用熱交換器（１９）としてプレート式などの冷媒加熱器を設けることにより、例えば圧縮機駆動用エンジンの排熱を利用するなどして利用側熱交換器（３３）での加熱性能を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、冷媒加熱用熱交換器（１９）をアキュームレータ（２８）の入口側に設けたことを特徴としている。この請求項５に記載の発明によれば、上述のように利用側熱交換器（３３）での加熱能力を向上させることができるうえ、低温冷却時には低圧側の温度が下がり過ぎるのを防止するための吸熱源として冷媒加熱用熱交換器（１９）を利用することもできるようになる。ちなみに、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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態（請求項１に対応）について添付した図１〜図５を用いて詳細に説明する。まず図１は、本発明の基本となるエジェクタ式冷凍サイクルの模式図であり、図２は、図１のエジェクタ式冷凍サイクルをヒートポンプ式空調装置に適用した第１実施形態の全体構成図である。

このヒートポンプ式空調装置は、暖房運転モード（加熱運転モード）と冷房運転モード（冷却運転モード）とが切り換え可能に構成されている。従って、本実施形態における熱交換対象は室内に吹き出される空気である。本実施形態のヒートポンプ式空調装置は、室外機１０と室内機１１とに大別され、室外機１０は、圧縮機１２および圧縮機１２の駆動源である図示しない電動モータなどを備えている。

圧縮機１２は、外部からの制御信号によって吐出容量を連続的に可変制御することのできる周知の斜板式可変容量型圧縮機を採用している。具体的には、吐出冷媒圧力Ｐｄと吸入冷媒圧力Ｐｓを利用して図示しない斜板室の圧力Ｐｃを制御することにより、斜板の傾斜角度を可変してピストンのストロークを変化させる。

これにより、吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させて、この吐出容量の変化により吐出能力を調整するものである。ここで、吐出容量は冷媒の吸入圧縮を行う作動空間の幾何学的な容積であり、具体的には、ピストンストロークの上死点と下死点との間のシリンダ容積である。また、本実施形態では、斜板式の可変容量型圧縮機の中でも吐出容量の変更により圧縮機１２の吸入冷媒圧力Ｐｓを制御する低圧制御タイプの斜板式可変容量型圧縮機を用いている。

ここで、低圧制御タイプの斜板式可変容量型圧縮機における斜板室の圧力Ｐｃの制御について説明すると、圧縮機１２は電磁式容量制御弁１２ａを備えており、この電磁式容量制御弁１２ａは、圧縮機１２の吸入冷媒圧力Ｐｓによる力を発生する図示しない圧力応動機構と、この吸入冷媒圧力Ｐｓによる力と対向する電磁力を発生する図示しない電磁機構とを内蔵している。

この電磁機構の電磁力は、後述する空調制御装置４０から出力される制御電流Ｉｎによって決定される。そして、この吸入冷媒圧力Ｐｓに応じた力と電磁力によって変位する図示しない弁体により吐出冷媒圧力Ｐｄを斜板室に導入する割合を変化させて斜板室の圧力Ｐｃを変化させている。

そして、斜板式可変容量型圧縮機においては、周知のように制御室の圧力Ｐｃの低下→斜板の傾斜角度の増加→ピストンストロークの増加→吐出容量の増加となり、逆に、制御圧Ｐｃの上昇→斜板の傾斜角度の減少→ピストンストロークの減少→吐出容量の減少となるように吐出容量変更機構が構成されている。なお、圧縮機１２として固定容量式圧縮機を用いて、電動モータの回転数制御によって冷媒吐出流量を変更するようにしても良い。

圧縮機１２の吐出側は、冷媒中の潤滑オイルを分離するオイルセパレータ２０を介して電気式四方弁２１に接続される。オイルセパレータ２０は、冷媒中のオイルを分離し、減圧機構２２を介して圧縮機１２の冷媒吸入側にオイルを戻すために配置されているものである。なお、本実施形態では減圧機構２２としてキャピラリーチューブを採用している。

電気式四方弁２１は、圧縮機１２の吐出側と室内機１１内の室内熱交換器（利用側熱交換器）３３との間および室外熱交換器３１とエジェクタ２７の冷媒吸引口２７ｂとの間を同時に接続する回路（図１、図２中の実線で示す回路）と、圧縮機１２の吐出側と室外熱交換器３１との間および室内熱交換器３３とエジェクタ２７の冷媒吸引口２７ｂとの間を同時に接続する回路（図１、図２中の破線で示す回路）とを切り換えるものである。

つまり、電気式四方弁２１は、後述する冷房運転モードと暖房運転モードとにおける冷媒流路を切り換える機能を果し、本実施形態における冷媒流路切換手段である。室外機１０と室内機１１との接続部において、電気式四方弁２１側の接続部にはガス管ストップバルブ２３が配置されている。

このガス管ストップバルブ２３は、室外機１０と室内機１１とを分離する際に冷媒が洩れないようにするコネクタとしての機能を有する。よって、室外機１０と室内機１１との接続時には単なる冷媒通路として機能する。一方、室外機１０と室内機１１との他方の接続部には、液管ストップバルブ２４が配置されている。この液管ストップバルブ２４も室外機１０と室内機１１とを分離する際に冷媒が洩れないようにするコネクタとしての機能を有するもので、室外機１０と室内機１１の接続時には単なる冷媒通路として機能する。

また、液管ストップバルブ２４の室外機１０内部側にはドライヤ２５が接続されている。このドライヤ２５は、冷媒中の水分を除去する乾燥剤が内蔵されている。乾燥剤としてはゼオライト、シリカゲルなどを用いることができる。ドライヤ２５のさらに内部側には、高圧冷媒用の気液分離器であるレシーバ２６が接続されている。このレシーバ２６は、気相冷媒と液相冷媒を分離して液相冷媒を貯めておくことができる。

レシーバ２６の反室内機側の冷媒通路は、室外側可変絞り弁３２を介して室外熱交換器３１に接続されているとともに、レシーバ２６と室外側可変絞り弁３２との間には分岐通路３０が設けられている。そしてこの分岐通路３０には、冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引作用（巻き込み作用）によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段でもあるエジェクタ２７が接続されている。

このエジェクタ２７は、図３に示すように、分岐通路３０から流入する液相冷媒の通路面積を小さく絞って冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部２７ａ、ノズル部２７ａの冷媒噴出口と連通するように配置されて冷媒を吸引する冷媒吸引口２７ｂ、ノズル部２７ａおよび冷媒吸引口２７ｂの下流側に配置されてノズル部２７ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口２７ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部２７ｃ、および混合部２７ｃの下流側に配置されて冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる昇圧部を成すディフューザ部２７ｄを有している。

さらにエジェクタ２７には、ノズル部２７ａの冷媒通路面積を可変制御する通路面積調整機構２７ｅが設けられている。具体的に通路面積調整機構２７ｅは、ノズル部２７ａ内の通路長手方向に移動可能に配置されたニードル２７ｆと、ニードル２７ｆを移動させる駆動部２７ｇとから成っている。このニードル２７ｆの先端形状は細長く尖った形状になっており、ニードル２７ｆの根本部は駆動部２７ｇに連結され、この駆動部２７ｇの操作力にてニードル２７ｆがノズル部２７ａの通路に沿って移動する。

そして、ニードル２７ｆの外周面とノズル部２７ａの最小通路部との間に形成される冷媒通路面積を変更するようになっている。さらに、ニードル２７ｆの外周面がノズル部２７ａの最小通路部の内壁面に圧接することにより、ノズル部２７ａの通路を全閉することもできる。なお、駆動部２７ｇとしては、ステッピングモータのようなモータアクチュエータ、あるいは電磁ソレノイド機構などであり、電気的に制御可能な駆動手段であれば他の駆動機構であっても良い。

そして、通路面積調整機構２７ｅの駆動部２７ｇは、後述する空調制御装置４０の制御信号によって制御される。ディフューザ部２７ｄの下流側はアキュームレータ２８に接続されている。アキュームレータ２８は、気相冷媒と液相冷媒を分離する気液分離器であり、圧縮機１２の冷媒吸入側に気相冷媒を導出するとともに、冷凍サイクル中の余剰冷媒を液相冷媒にして貯留するものである。

先の分岐通路３０を分岐させた位置より下流側の冷媒通路には、室外側可変絞り弁３２と、そのまた下流側には室外熱交換器３１に接続されている。室外側可変絞り弁３２は、後述する空調制御装置４０から出力される制御信号によって冷媒通路面積を変化させて冷媒を減圧するものである。室外側可変絞り弁３２は、本実施形態における室外側絞り手段であり、全開時（冷媒通路面積最大時）には減圧作用を発揮することなく、単に冷媒通路として機能できるようになっている。

室外熱交換器３１は、冷媒と室外ファン３１１によって送風される室外空気とを熱交換させる熱交換器であり、室外ファン３１１はモータ３１２によって駆動される電動ファンである。なお、モータ３１２は後述する空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転駆動される。

本実施形態で室外熱交換器３１は複数の熱交換部３１ａ、３１ｂを有し、その複数の熱交換部３１ａ、３１ｂが冷媒通路に並列に接続されるようになっている。そして、室外熱交換器３１の下流側は電気式四方弁２１を介してエジェクタ２７の冷媒吸引口２７ｂにつながるようになっている。

次に、室内機１１について説明する。本実施形態で室内機１１は、二台の室内機ユニット１１ａ、１１ｂを備えている。また、室内機ユニット１１ａは室内熱交換器３３ａ、室内側可変絞り弁３４ａ、室内ファン３５ａおよびモータ３６ａを有している。室内熱交換器３３ａは、室内ファン３５ａによって送風される室内空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器であり、本実施形態における利用側熱交換器である。

室内ファン３５ａは、モータ３６ａによって駆動される電動ファンである。そしてモータ３６ａは、後述する空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数制御される。室内側可変絞り弁３４ａは、後述する空調制御装置４０から出力される制御信号によって冷媒通路面積を変化させて冷媒を減圧するものである。また、この室内側可変絞り弁３４ａは、全開時（冷媒通路面積最大時）には減圧作用を発揮することなく、単に冷媒通路として機能できるようになっている。

また、室内機ユニット１１ｂは、室内熱交換器３３ｂ、室内側可変絞り弁３４ｂ、室内ファン３５ｂおよびモータ３６ｂを有し、室内機ユニット１１ａと全く同様の構成になっており、室内機ユニット１１ａに対して並列に接続されている。よって、室内熱交換器３３ｂも本実施形態における利用側熱交換器である。なお、本実施形態では、室内機ユニット１１ａ、１１ｂの２台を接続しているが、３台以上の複数の室内機ユニットを並列接続しても良いし１台であっても良い。ちなみに室内機ユニットは、２０台程度まで増設可能となっている。

図４は、図２のヒートポンプ式空調装置における電気制御部の概要を示すブロック図である。空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って空調機器群４１の作動を制御する。

空調制御装置４０には、センサ群４２の検出信号、およびリモコン操作器４３の操作信号が入力される。空調制御装置４０はこれら入力信号に基づく所定の演算処理を行って、空調機器群４１への駆動信号を出力する。空調機器群４１として、具体的には、電磁式容量制御弁１２ａ、電気式四方弁２１、通路面積調整機構２７ｅ、室外ファン用のモータ３１２、室外側可変絞り弁３２、室内側可変絞り弁３４ａ、３４ｂ、室内ファン用のモータ３６ａ、３６ｂが空調制御装置４０の制御信号によって制御される。

リモコン操作器４３には、各室内機１１の空調対象である室内の設定温度信号を出す温度設定スイッチ４３ａ、室内ファン３５ａ、３５ｂの風量切換信号を出す風量切換スイッチ４３ｂ、室内吹出空気の吹出方向切換信号を出す風向切換スイッチ４３ｃ、冷凍サイクルの冷房暖房切換信号を出す冷房暖房切換スイッチ４３ｄなどの複数の操作スイッチ、および図示しない作動表示部などが設けられている。

次に、上述の構成において本実施形態の作動について説明する。図５は、図２のヒートポンプ式空調装置における空調機器群の作動状態を示す表である。まず、暖房運転モードの作動について説明する。暖房運転モードはリモコン操作器４３の冷房暖房切換スイッチ４３ｄが暖房側に切り換えられると開始される。冷房暖房切換スイッチ４３ｄの操作信号は空調制御装置４０に入力され、空調制御装置４０は、空調機器群４１が図５の表の暖房運転モード欄に示す作動状態になるように制御信号を出力する。

さらに、リモコン操作器４３の温度設定スイッチ４３ａと室内機吸込空気温度センサ５５ａ、５５ｂの検出値との差を比較して圧縮機１２を駆動する電動モータの回転数を変更する。温度設定スイッチ４３ａと室内機吸込空気温度センサ５５ａ、５５ｂの検出値との差が大きければ、電動モータの回転数を高くし、小さければ電動モータの回転数が低くなるように印加電圧を制御する。

ここで、圧縮機吐出温度センサ５１または圧縮機吐出圧力センサ５３の検出値が予め定めた所定の値より大きくなった場合は、サイクル内の高圧冷媒が異常な状態であるものとして、電動モータの回転数を低くして、または、電動モータを停止させてシステムの安全性を確保している。

また、電気式四方弁２１は、図２の実線で示すように、圧縮機１２吐出側と室内機１１との間および室外熱交換器３１とエジェクタ２７の冷媒吸引口２７ｂとの間を同時に接続するように切り換える。これにより、圧縮機１２から吐出した高温高圧の気相冷媒はオイルセパレータ２０を通過し、さらに電気式四方弁２１を通過して室内機１１側へ流出する。

室内機１１側に流入した冷媒は、並列に接続された室内機ユニット１１ａおよび室内機ユニット１１ｂへ流入する。室内機ユニット１１ａに流入した冷媒は、室内熱交換器３３ａにおいて室内ファン３５ａより送風された室内空気と熱交換して凝縮する。従って、室内熱交換器３３ａは冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器として作用する。そして、室内ファン３５ａより送風された空気は、室内熱交換器３３ａにおいて加熱されて室内へ吹き出し、室内の暖房が行われる。

なお、暖房運転モードでは室内側可変絞り弁３４ａは流量調整弁として機能するので、冷媒は減圧されることなく室内機ユニット１１ａから流出する。室内機ユニット１１ａと並列に接続された室内機ユニット１１ｂにおいても冷媒は全く同様に放熱して流出する。

室内機１１から流出して室外機１０へ流入した冷媒は、ドライヤ２５で水分を除去されてレシーバ２６へ流入する。レシーバ２６から流出した液相冷媒は、レシーバ２６の冷媒流れ下流側で分岐されて、エジェクタ２７のノズル部２７ａ側と、室外側可変絞り弁３２とへ流出する。

まず、エジェクタ２７のノズル部２７ａ側へ流入した冷媒は、ノズル部２７ａで減圧され膨張する。そして、ノズル部２７ａで冷媒が減圧膨張する際に、冷媒の圧力エネルギが速度エネルギに変換されるので、冷媒はノズル部２７ａの噴出口から高速度となって噴出する。そして、この冷媒噴出流の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口２７ｂから室外熱交換器３１の下流側の冷媒を吸引する。

ノズル部２７ａから噴出した冷媒と、冷媒吸引口２７ｂから吸引された冷媒は、ノズル部２７ａ下流側の混合部２７ｃで混合してディフューザ部２７ｄに流入する。このディフューザ部２７ｄでは通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換されて冷媒の圧力が上昇する。

一方、レシーバ２６の冷媒流れ下流側で分岐されて室外側可変絞り弁３２側へ流出した液相冷媒は、室外側可変絞り弁３２において減圧される。ここで、室外側可変絞り弁３２は室外熱交換器出口温度センサ４７の検出値と室外熱交換器入口温度センサ４６の検出値との差が所定の値になるように冷媒通路面積を制御している。

具体的には、室外熱交換器出口温度センサ４７の検出値から室外熱交換器入口温度センサ４６の検出値を引いた値が所定の値以上の場合は冷媒通路面積を拡大して、所定の値より小さい場合は冷媒通路面積を縮小するようになっている。室外側可変絞り弁３２において減圧された冷媒は、室外熱交換器３１に流入し、室外ファン３１１により送風された室外空気と熱交換して蒸発する。従って、室外熱交換器３１は冷媒に吸熱させて蒸発させる蒸発器として作用する。

さらに、室外熱交換器３１から流出した冷媒は、電気式四方弁２１が切り換えられているので、エジェクタ２７の冷媒吸引口２７ｂへ吸入され、ノズル部２７ａから噴出した冷媒と混合してディフューザ部２７ｄで昇圧される。ディフューザ部２７ｄから流出した冷媒は、アキュームレータ２８に流入して再び圧縮機１２に吸入される。このように、暖房運転モードでは、図１の実線矢印方向に冷媒が流れるサイクルを構成し、室内熱交換器３３ａ、３３ｂを放熱器として作用させ、室外熱交換器３１を蒸発器として作用させて、室内空気の暖房を行っている。

次に、冷房運転モードの作動について説明する。冷房運転モードはリモコン操作器４３の冷房暖房切換スイッチ４３ｄが冷房側に切り換えられると開始される。空調制御装置４０は、暖房運転モードと同様に空調機器群４１が図５の表の冷房運転モード欄に示す作動状態になるように制御信号を出力する。電気式四方弁２１は、図１の破線で示すように、圧縮機１２吐出側と室外熱交換器３１との間および室内機１１と冷媒吸引口２７ｂとの間を同時に接続するように切り換えられている。

よって、圧縮機１２から吐出された高温高圧の気相冷媒は、オイルセパレータ２０を通過し、さらに電気式四方弁２１を通過し室外熱交換器３１へ流出する。室外熱交換器３１に流入した冷媒は、室外熱交換器３１において室外ファン３１１より送風される室外空気と熱交換して凝縮する。従って、室外熱交換器３１は冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器として作用する。

また、冷房運転モードでは室外側可変絞り弁３２が全開状態となっているので、室外側可変絞り弁３２は単なる冷媒通路として機能する。そのため、室外熱交換器３１から流出した冷媒は減圧されることなく室外側可変絞り弁３２を通過する。室外側可変絞り弁３２を通過した液相冷媒は、その冷媒流れ下流側で分岐されて、エジェクタ２７のノズル部２７ａ側と、レシーバ２６側とへ流出する。

まず、エジェクタ２７のノズル部２７ａ側へ流入した冷媒は、ノズル部２７ａで減圧され膨張する。そして、ノズル部２７ａで冷媒が減圧膨張する際に、冷媒の圧力エネルギが速度エネルギに変換されるので、冷媒はノズル部２７ａの噴出口から高速度となって噴出する。そして、この冷媒噴出流の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口２７ｂから室内熱交換器３３の下流側の冷媒を吸引する。

ノズル部２７ａから噴出した冷媒と、冷媒吸引口２７ｂから吸引された冷媒は、ノズル部２７ａ下流側の混合部２７ｃで混合してディフューザ部２７ｄに流入する。このディフューザ部２７ｄでは通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換されて冷媒の圧力が上昇する。

一方、レシーバ２６側へ流出した液相冷媒は、ドライヤ２５で水分を除去され、室内機１１へ流入する。室内機１１へ流入した液相冷媒は、並列に接続された室内機ユニット１１ａおよび室内機ユニット１１ｂへ流入する。室内機ユニット１１ａに流入した冷媒は、室内側可変絞り弁３４ａにおいて減圧される。

ここで、室内側可変絞り弁３４ａは室内機ガス管温度センサ４５ａの検出値と室内機液管温度センサ４４ａの検出値との差が所定の値になるように冷媒通路面積を制御している。具体的には、室内機ガス管温度センサ４５ａの検出値から室内機液管温度センサ４４ａの検出値を引いた値が所定の値以上の場合は冷媒通路面積を拡大して、所定の値より小さい場合は冷媒通路面積を縮小するようになっている。

室内側可変絞り弁３４ａにおいて減圧された冷媒は、室内熱交換器３３ａに流入し、室内ファン３５ａにより送風される室内空気と熱交換して蒸発する。従って、室内熱交換器３３ａは冷媒に吸熱させて蒸発させる蒸発器として作用する。さらに、室内熱交換器３３ａから流出した冷媒は、電気式四方弁２１が切り換えられているので、エジェクタ２７の冷媒吸引口２７ｂへ吸入され、ノズル部２７ａから噴出した冷媒と混合してディフューザ部２７ｄで昇圧される。

ディフューザ部２７ｄから流出した冷媒は、アキュームレータ２８に流入して再び圧縮機１２に吸入される。このように、冷房運転モードでは、図１の破線矢印方向に冷媒が流れるサイクルを構成し、室外熱交換器３１を放熱器として作用させ、室内熱交換器３３ａ、３３ｂを蒸発器として作用させて、室内空気の暖房を行っている。なお、室内機ユニット１１ａと並列に接続された室内機ユニット１１ｂにおいても冷媒は同様に蒸発して流出する。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機１２と、冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器３１と、冷媒と熱交換対象とを熱交換させる室内熱交換器３３と、圧縮機１２によって冷媒が流される冷媒循環路に配置され、入口と吐出口とが直列に接続され、入口から供給される高圧冷媒を吐出口へ向けて噴射することにより吸引口２７ｂから冷媒を吸引して吐出口へ送り出すエジェクタ２７と、室外熱交換器３１と室内熱交換器３３との間の冷媒循環路から分岐して入口に高圧冷媒を供給する分岐通路３０と、圧縮機１２から吐出される高圧冷媒を室外熱交換器３１に供給して室内熱交換器３３からの冷媒が吸引口２７ｂへ流れる第１モードと、圧縮機１２から吐出される高圧冷媒を室内熱交換器３３に供給して室外熱交換器３１からの冷媒が吸引口２７ｂへ流れる第２モードとを切り換える電気式四方弁２１とを備えている。

これによれば、加熱、冷却の両運転時とも１つのエジェクタ２７を活用することができ、加熱、冷却の両運転とも能力向上もしくは省動力させることができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態（請求項３、４に対応）におけるエンジン駆動のヒートポンプ式空調装置の構成図である。上述した第１実施形態と異なる構成を説明する。まず、本実施形態のヒートポンプ式空調装置は、圧縮機１２の駆動源として水冷式のエンジン１３を備えている。圧縮機１２はエンジン１３のクランクプーリにベルトなどを介して連結されており、エンジンの作動時には常時回転駆動される。従って、圧縮機１２として固定容量式圧縮機を用いて、エンジン１３の回転数制御によって冷媒吐出流量を変更するようにしても良い。

本実施形態でエンジン１３は、灯油を燃料とするディーゼルエンジンを採用しており、スタータ１３ａにより始動する。また、エンジン１３は燃料噴射量を制御する図示しない燃料噴射弁と図示しない燃料噴射弁駆動装置とを有しており、燃料噴射弁駆動装置によって燃料噴射弁の弁開度を変化させることでエンジン１３への燃料噴射量を制御してエンジン回転数を制御できるようになっている。なお、燃料噴射弁駆動装置は前述の空調制御装置４０の出力信号によって制御される。

また、エンジン１３は水冷式のエンジンであるため、室外機１０はエンジン１３の冷却水を循環させる冷却水回路１４を備えている。冷却水は電動水ポンプ１５によって冷却水回路１４を循環するようになっており、ラジエータ１６において冷却される。ラジエータ１６は冷却水と外気とを熱交換させる放熱器である。

さらに、冷却水回路１４にはサーモ弁１７を有しており、サーモ弁１７によってラジエータ１６に冷却水を導入させる回路と、ラジエータ１６をバイパスさせる回路とが切り換えられる。このサーモ弁１７は、ワックスの体積変化を利用して弁体を変位させる周知の温度応答弁であり、冷却水温度が所定の温度以上になるとラジエータ１６導入回路に切り換え、所定の温度より低くなるとバイパス回路に切り換える。

また、冷却水回路１４には、電気式三方弁１８が設けられている。この電気式三方弁１８は、ラジエータ１６に冷却水を導入させる回路と、冷媒を加熱する冷媒加熱器１９に冷却水を導入させる回路とを切り換えるものである。冷媒加熱器１９は、エンジン１３の冷却水を室外空気より高い温度の熱源として、冷媒と熱交換させて冷媒を加熱する冷媒加熱用熱交換器であり、具体的には、低圧損のプレート式熱交換器である。この冷媒加熱器１９は、エジェクタ２７のディフューザ部２７ｄの下流側に接続されており、ディフューザ下流側冷媒と冷却水とが熱交換できるようになっている。

また、本実施形態ではエジェクタ２７と圧縮機１２との間、より具体的には冷媒加熱器１９とアキュームレータ２８との間に、熱回収手段として２重管などの内部熱交換器３７を設けている。この内部熱交換器３７は、暖房運転モード時に室外熱交換器３１から流出する冷媒とエジェクタ２７から流出して圧縮機１２に吸入される冷媒とを熱交換させるものである。

内部熱交換器３７には、並列させてバイパス通路３８を設けて、そのバイパス通路３８に開閉弁３９を設置している。そして、この開閉弁３９を閉じたとき内部熱交換器３７に冷媒が流通され、開閉弁３９を開けると内部熱交換器３７がバイパスされるよう、圧損が内部熱交換器３７より小さくなるように開閉弁３９の口径を選定している。そして、開閉弁３９は空調制御装置４０の制御信号によって制御されるようになっている。なお、内部熱交換器３７の入口側に内部熱交換器３７への連通とバイパス通路３８への連通とを切り換える電気式三方弁を設けた構成であっても良い。

次に、図６の構成における本実施形態の作動について、第１実施形態と異なる部分を説明する。図７は、図６のヒートポンプ式空調装置における暖房運転時のサイクルを模式的に示したモリエル線図である。暖房運転モードの冷却水回路１４では、電気式三方弁１８が冷却水を冷媒加熱器１９側に導入させる回路に切り換えるので、冷媒加熱器１９で冷媒を加熱できるようになっている。

このとき、エジェクタ２７の通路面積調整機構２７ｅは、冷媒加熱器１９の下流側に設けられた冷媒加熱器出口温度センサ４９（図６参照）の検出値と冷媒加熱器１９の上流側に設けられた冷媒加熱器入口温度センサ４８（図６参照）の検出値との差が所定の値になるようにノズル部２７ａの冷媒通路面積を制御している。

具体的には、下流側の冷媒加熱器出口温度センサ４９の検出値から上流側の冷媒加熱器入口温度センサ４８の検出値を引いた値が所定の値（例えば、１〜１０℃程度）以上の場合には冷媒通路面積を拡大し、所定の値より小さい場合は冷媒通路面積を縮小するようになっている。

ディフューザ部２７ｄから流出した冷媒は、冷媒加熱器１９へ流入する。前述の如く、冷媒加熱器１９には室外空気よりも高い温度の冷却水が導入されており、ディフューザ部２７ｄから流出した冷媒は冷却水と熱交換することで、さらに吸熱して蒸発する。冷媒加熱器１９で蒸発した気相冷媒はアキュームレータ２８に流入して、再び圧縮機に吸入される。ちなみに内部熱交換器３７は、開閉弁３９を開いてバイパスするように設定されている。

この暖房運転モードのサイクルでは、エジェクタ２７のノズル部２７ａ側にはレシーバ２６からの液相冷媒が流入するようになっているので、気相冷媒のみが流入するよりも速度エネルギが高くなり、ディフューザ部２７ｄが昇圧能力を発揮し易く、昇圧量ｄＰを大きくすることができる。

また、冷媒蒸発圧力の異なる複数の蒸発器１９、３１において冷媒を適切に蒸発させて圧縮機１２に吸入させるので、単一の蒸発器において冷媒を蒸発させて圧縮機１２に吸入させるよりも圧縮機１２の冷媒循環流量を増加させることできる。その結果、圧縮機１２の必要動力が増大して駆動用のエンジン１３の負荷も増大するので、冷却水温度を上昇させて冷媒加熱器１９における吸熱量を増加させることもできる。

次に図８は、図６のヒートポンプ式空調装置における冷房運転時のサイクルを模式的に示したモリエル線図である。冷房運転モードの冷却水回路１４では、電気式三方弁１８が冷却水をラジエータ１６側に導入するように切り換えられており、冷媒加熱器１９では冷媒を加熱できないようになっている。一方、開閉弁３９を閉じてディフューザ部２７ｄから流出した冷媒は内部熱交換器３７へ流入するように設定される。このように、冷房時にエジェクタ２７側と分岐した一方の冷媒は、レシーバ２６により液冷媒分が内部熱交換器３７を通ることで過冷却冷媒となって室内機１１に送られる。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、エジェクタ２７と圧縮機１２との間に、第１モード時に室外熱交換器３１から流出する冷媒とエジェクタ２７から流出して圧縮機１２に吸入される冷媒とを熱交換させる内部熱交換器３７を設けている。

これによれば、熱回収手段として二重管などの内部熱交換器３７を設けることにより、サブクールを増大させることで室内熱交換器３３入口のエンタルピを減少させる作用を持つため室内熱交換器３３の入口と出口とのエンタルピ差を大きくとることができ、室内熱交換器３３の冷却性能を向上させることができる。

また、エジェクタ２７と圧縮機１２との間に、第２モード時にエジェクタ２７から流出する冷媒と室外空気より高い温度の冷却水とを熱交換させる冷媒加熱用熱交換器１９を設けている。これによれば、上記の冷媒加熱用熱交換器１９としてプレート式などの冷媒加熱器を設けることにより、例えば圧縮機駆動用エンジンの排熱を利用するなどして室内熱交換器３３での加熱性能を向上させることができる。

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態（請求項２に対応）におけるヒートポンプ式空調装置の構成図である。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態のヒートポンプ式空調装置は、室外熱交換器３１として複数の第１、第２熱交換部３１ａ、３１ｂを有している。そして、一方の第１熱交換部３１ａのレシーバ２６側には、第１逆止弁６０が第１熱交換部３１ａから冷媒が流出する方向に流通を可として配設されている。

また、ディフューザ部２７ｄの冷媒流れ下流側（ａ点）には第１分岐通路６１が設けられ、その第１分岐通路６１の下流側は、先の第１逆止弁６０と第１熱交換部３１ａとの間（ｂ点）に接続されている。そして第１分岐通路６１には、上記の分岐点（ａ点）側から上記接続点（ｂ点）側に向けての流通を可とする第２逆止弁６２が配設されている。

また、先の第１熱交換部３１ａの電気式四方弁２１側には、第１開閉弁６３が配設されている。そして、その第１開閉弁６３と先の第１熱交換部３１ａとの間（ｃ点）から第２分岐通路６４が設けられ、その第２分岐通路６４の下流側は、ディフューザ部２７ｄの冷媒流れ下流側（ｄ点）に接続されている。そして第２分岐通路６４には第２開閉弁６５が配設されている。

第１、第２開閉弁６３、６５は、空調制御装置４０の制御信号によって制御されるようになっている。具体的に、室内熱交換器３３で冷房を行う第２モード時には第１開閉弁６３を開き、第２開閉弁６５（第２分岐通路６４）を閉じるようにしている。これにより、圧縮機１２から吐出された冷媒は第１、第２熱交換部３１ａ、３１ｂを並行して流れ、第１逆止弁６０を通過して、上述した第１実施形態での暖房運転モードと同様に循環することとなる。ちなみに、第１分岐通路６１は、第１熱交換部３１ａ側が高圧となるため第２逆止弁６２によって流通が阻止される。

また、室内熱交換器３３で暖房を行う第１モード時には第１開閉弁６３を閉じ、第２開閉弁６５（第２分岐通路６４）を開くようにしている。これにより、レシーバ２６から流出する冷媒は、エジェクタ２７側と室外側可変絞り弁３２側とに分岐され、第１熱交換部３１ａ側には第１逆止弁６０によって流通が阻止される。

そして、室外側可変絞り弁３２→第２熱交換部３１ｂ→電気式四方弁２１→冷媒吸引口２７ｂと流れる。そしてディフューザ部２７ｄから流出する冷媒はａ点で分岐され、その分岐された一方が第１分岐通路６１→第２逆止弁６２→第１熱交換部３１ａ→第２分岐通路６４→第２開閉弁６５と流れ、ｄ点にてａ点で分岐した他方と合流してアキュームレータ２８へ流入する流れとなる。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。室外熱交換器３１は複数の第１、第２熱交換部３１ａ、３１ｂを有し、第１（冷房運転）モード時は複数の第１、第２熱交換部３１ａ、３１ｂを冷媒循環路に並列に接続し、第２（暖房運転）モード時は複数の第１、第２熱交換部３１ａ、３１ｂの一部である第１熱交換部３１ａをエジェクタ２７の吐出口と圧縮機１２との間に接続するようにしている。

これによれば、第２モード時に、冷媒蒸発圧力の異なる複数の蒸発器３１ａ、３１ｂにおいて冷媒を適切に蒸発させて圧縮機１２に吸入させるので、単一の蒸発器において冷媒を蒸発させて圧縮機１２に吸入させるよりも圧縮機１２の冷媒循環流量を増加させることできる。

（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態におけるエンジン駆動のヒートポンプ式空調装置の構成図である。これは、図６の第２実施形態と同様に、図９の第３実施形態のヒートポンプ式空調装置の冷凍サイクル中に、冷媒加熱器１９と内部熱交換器３７とを構成したものである。これにより、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５実施形態）
図１１は、本発明の第５実施形態（請求項５に対応）におけるエンジン駆動のヒートポンプ式空調装置の構成図である。上述した図１０の第４実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、冷媒加熱器１９をアキュームレータ２８の入口側に設けている。これによれば、前述のように室内熱交換器３３での加熱能力を向上させることができるうえ、低温冷却時には低圧側の温度が下がり過ぎるのを防止するための吸熱源として冷媒加熱器１９を利用することもできるようになる。

（その他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、利用側絞り手段を成す室内側可変絞り弁３４ａ、３４ｂ、室外側絞り手段を成す室外側可変絞り弁３２として電気的制御信号によって冷媒通路面積を変化させる電気式の可変絞り機構を採用しているが、固定絞り手段を採用しても良い。

上述の実施形態のように、冷媒流れ方向によって冷媒を減圧させる機能と単に冷媒通路としての機能を切り換える場合は、固定絞り機構（例えば、キャピラリーチューブ）と直列に第１逆止弁を設け、さらに固定絞り機構と第１逆止弁と並列に接続されるバイパス通路を設けて、バイパス通路に第１逆止弁の流れ方向と逆方向の流れを許容する第２逆止弁を設ければ良い。

（２）上述の実施形態では、暖房運転モードにおいて室外側可変絞り弁３２の冷媒通路面積を、室外熱交換器出口温度センサ４７の検出値と室外熱交換器入口温度センサ４６の検出値に基づいて変更しているが、その他の方法を用いても良い。例えば、第１実施形態の暖房運転モードにおいて、室外熱交換器３１下流側冷媒の過熱度を検出して、この過熱度が所定の値になるように室外側可変絞り弁３２の冷媒通路面積を変更しても良い。

また、冷房運転モードにおける室内側可変絞り弁３４ａ、３４ｂの冷媒通路面積の制御についても同様であり、例えば、第１実施形態の冷房運転モードにおいて室内熱交換器３３ａ下流側冷媒の過熱度を検出して、この過熱度が所定の値になるように室外側可変絞り弁３３ａの冷媒通路面積を変更しても良い。

（３）上述の実施形態では、エジェクタ２７に通路面積調整機構２７ｅを設けた可変流量型エジェクタを用いているが、固定流量型エジェクタと可変絞り機構とを組み合わせても良い。この場合は、ノズル部２７ａ上流側に全閉機能を有する可変絞り機構を配置すれば良い。

（４）上述の実施形態では、斜板式可変容量型圧縮機を採用しているが、圧縮機の形式はこれに限定されるものではない。例えば、固定容量式のスクロール型圧縮機を採用しても良い。また、上述の実施形態では、灯油を燃料とするディーゼルエンジンを採用しているが、ガソリン、灯油、水素などを燃料とする他の形式のエンジンを採用しても良い。

さらに、上述の実施形態では、冷媒加熱器１９の熱源としてエンジン１３の冷却水を採用しているが、地熱、太陽熱、電気ヒータなどを熱源としても良い。このような熱源を採用した場合は圧縮機１２をエンジン駆動とせず、電動駆動や風力駆動などとしても良い。

さらに、上述の実施形態では内部熱交換器３７に２重管熱交換器、冷媒加熱器１９にプレート式熱交換器を使用しているが、シェルアンドチューブ式の熱交換器を含め、いずれの形式の熱交換器を使用しても良い。

（５）上述の実施形態では、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルを熱交換対象が室内空気であるヒートポンプ式空調装置に適用したが、熱交換対象が水である給湯装置などに適用しても良い。

本発明の基本となるエジェクタ式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式空調装置の構成図である。 エジェクタ２７の断面構造図である。 図２のヒートポンプ式空調装置における電気制御部の概要を示すブロック図である。 図２のヒートポンプ式空調装置における空調機器群の作動状態を示す表である。 本発明の第２実施形態におけるエンジン駆動のヒートポンプ式空調装置の構成図である。 図６のヒートポンプ式空調装置における暖房運転時のサイクルを模式的に示したモリエル線図である。 図６のヒートポンプ式空調装置における冷房運転時のサイクルを模式的に示したモリエル線図である。 本発明の第３実施形態におけるヒートポンプ式空調装置の構成図である。 本発明の第４実施形態におけるエンジン駆動のヒートポンプ式空調装置の構成図である。 本発明の第５実施形態におけるエンジン駆動のヒートポンプ式空調装置の構成図である。

符号の説明

１２…圧縮機
１９…冷媒加熱器（冷媒加熱用熱交換器）
２１…電気式四方弁（冷媒流路切換手段）
２７…エジェクタ
２７ｂ…冷媒吸引口
２８…アキュームレータ
３０…分岐通路
３１…室外熱交換器
３１ａ…第１熱交換部（熱交換部）
３１ｂ…第２熱交換部（熱交換部）
３３…室内熱交換器（利用側熱交換器）
３７…内部熱交換器（熱回収手段）

Claims (5)

1. 冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機（１２）と、
   冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器（３１）と、
   冷媒と熱交換対象とを熱交換させる利用側熱交換器（３３）と、
   前記圧縮機（１２）によって冷媒が流される冷媒循環路に配置され、入口と吐出口とが直列に接続され、前記入口から供給される高圧冷媒を前記吐出口へ向けて噴射することにより吸引口（２７ｂ）から冷媒を吸引して前記吐出口へ送り出すエジェクタ（２７）と、
   前記室外熱交換器（３１）と前記利用側熱交換器（３３）との間の冷媒循環路から分岐して前記入口に高圧冷媒を供給する分岐通路（３０）と、
   前記圧縮機（１２）から吐出される高圧冷媒を前記室外熱交換器（３１）に供給して前記利用側熱交換器（３３）からの冷媒が前記吸引口（２７ｂ）へ流れる第１モードと、
   前記圧縮機（１２）から吐出される高圧冷媒を前記利用側熱交換器（３３）に供給して前記室外熱交換器（３１）からの冷媒が前記吸引口（２７ｂ）へ流れる第２モードとを切り換える冷媒流路切換手段（２１）とを備えることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
2. 前記室外熱交換器（３１）は複数の熱交換部（３１ａ、３１ｂ）を有し、前記第１モード時は前記複数の熱交換部（３１ａ、３１ｂ）を前記冷媒循環路に並列に接続し、前記第２モード時は前記複数の熱交換部（３１ａ、３１ｂ）の一部（３１ｂ）を前記エジェクタ（２７）の前記吐出口と前記圧縮機（１２）との間に接続することを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
3. 前記エジェクタ（２７）と前記圧縮機（１２）との間に、前記第１モード時に前記室外熱交換器（３１）から流出する冷媒と前記エジェクタ（２７）から流出して前記圧縮機（１２）に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段（３７）を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
4. 前記エジェクタ（２７）と前記圧縮機（１２）との間に、前記第２モード時に前記エジェクタ（２７）から流出する冷媒と前記室外空気より高い温度の熱源とを熱交換させる冷媒加熱用熱交換器（１９）を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
5. 前記冷媒加熱用熱交換器（１９）をアキュームレータ（２８）の入口側に設けたことを特徴とする請求項４に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。

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