JP2008008591A - 蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】エジェクタのノズル部側と吸引部側のそれぞれに適切に配分した気液二相冷媒を供給することにより高い効率を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】蒸気圧縮式冷凍サイクルは、圧縮機１と、この圧縮機１から吐出された高圧冷媒の熱を放熱する放熱器２と、この放熱器２下流側の冷媒を減圧する減圧器３と、減圧器３によって減圧された冷媒の流れを複数の流れに分配する流路を有する流量分配器１０と、流量分配器１０によって分配された一方の冷媒を取り入れてノズル部５ａから噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、高速度の冷媒流によって他方の冷媒を吸引部５ｂから吸引するエジェクタ５と、流量分配器１０によって分配された他方の冷媒を取り入れて蒸発させ、吸引部５ｂに向けて放出する第２蒸発器８と、を備えており、流量分配器１０は、流入する冷媒を所定量に分配する分配流路機構を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタを、冷凍サイクルにおける冷媒減圧手段および冷媒循環手段として使用した蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。

従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、特許文献１に記載されているように、凝縮後の冷媒を減圧する手段としてエジェクタを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルが知られている。このエジェクタは、放熱器よりも下流側の分岐部から分岐する冷媒流れの一方側の冷媒を取り入れて高速で噴出させるノズル部と、分岐する他方側の冷媒を蒸発器を介して吸引する吸引部と、を備えている。
特開２００５−３０８３８４号公報

しかし、上記従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、エジェクタのノズル部入口に導かれる冷媒が過冷却液相冷媒の場合にはノズル効率が低下してしまうという問題がある。さらに、この問題を改善するため、ノズル部の入口に供給する冷媒を気液二相流とした場合には、システムの効率面から、ノズル部に供給する冷媒流量と吸引部側に供給する冷媒流量とを適切に配分する必要がある。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、エジェクタのノズル部側と吸引部側のそれぞれに適切に配分した気液二相冷媒を供給することにより高い効率を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。すなわち、蒸気圧縮式冷凍サイクルに係る第１の発明は、冷媒を吸入して高圧冷媒に圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）から吐出された前記高圧冷媒の熱を放熱する放熱器（２）と、放熱器（２）下流側の冷媒を減圧する第１絞り手段（３）と、第１絞り手段（３）によって減圧された冷媒の流れを複数の流れに分配する流路を有する流量分配器（１０、２０、３０、４０）と、流量分配器（１０、２０、３０、４０）によって分配された一方の冷媒を取り入れてノズル部（５ａ）から噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、高速度の冷媒流によって他方の冷媒を吸引部（５ｂ）から吸引するエジェクタ（５）と、流量分配器（１０、２０、３０、４０）によって分配された前記他方の冷媒を取り入れて蒸発させ、吸引部（５ｂ）に向けて放出する蒸発器（８）と、を備えており、
流量分配器（１０、２０、３０、４０）は、流入する冷媒を所定量に分配する分配流路機構（１２、１３、１４、２２、２３、２４、３２、３３、３４、４２、４３、４４）を有することを特徴としている。

この発明によれば、放熱器下流側の冷媒を第１絞り手段によって減圧することにより、エジェクタ側に気液二相冷媒を供給するとともに、流量分配器の分配流路機構によって冷媒を分配することにより、エジェクタのノズル部側と吸引部側のそれぞれに適切に配分した気液二相冷媒を供給することができる。これにより、エジェクタを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を向上することができる。

さらに第１の発明における分配流路機構は、第１絞り手段（３）によって減圧された冷媒が流入する第１流通路（１２、２２、３２、４２）と、この第１流通路から分岐して蒸発器（８）側へ冷媒を流出する第２流通路（１３、２３、３３、４３）と、当該第１流通路から分岐してエジェクタ（５）側へ冷媒を流出する第３流通路（１４、２４、３４、４４）と、を備えており、当該第１流通路、当該第２流通路、および当該第３流通路が略同一水平面上に配置され、当該第２流通路の流路径（φｄ２）が当該第１流通路の流路径（φｄ１）よりも大きく、さらに当該第３流通路の流路径（φｄ３）よりも大きいことが好ましい。

この発明によれば、第２流通路の流路径が第１流通路の流路径よりも大きく、第３流通路の流路径よりも大きい分配流路機構を有することにより、第３流通路に流入する冷媒流量を第２流通路に流入する冷媒流量よりも少なくして、エジェクタのノズル部に流入させる冷媒流量を絞って蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を高めることができる。

第２の発明は、上記すべての発明のいずれかにおける流量分配器が、分配した冷媒の流れを旋回させる旋回流形成手段（１３、２３、２５、３３、３５、４３、４５、２８）を有していることが好ましい。

この発明によれば、旋回流形成手段を有することにより、液冷媒を旋回流に形成することができるので、流路内の相対的な冷媒流速が大きくなり、液冷媒の沸騰を促進して蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を高めることができる。

第３の発明は、第２の発明における旋回流形成手段が上流側の流路よりも流路径の大きい流路（１３、２３、２５、３３、３５、４３、４５）を有することが好ましい。この発明によれば、効率向上に寄与する旋回流を簡単な構成によって形成することができる。また、拡大前後の流路径の比率が所望の値に調節された流量分配器を採用することによって、旋回流による相対的な冷媒流速の増加量を容易に調節することができる。

さらに第２または第３の発明における旋回流形成手段（２５、３５、４５、２８）は、エジェクタ（５）のノズル部（５ａ）に流入させる冷媒を旋回させることが好ましい。この発明によれば、旋回する液冷媒をエジェクタのノズル部に流入させることにより、相対的な冷媒流速が増加して液冷媒の沸騰が促進されてノズル効率を高めることができる。

さらに上記すべての発明のいずれかにおける分配流路機構は、他の流通路と重力方向の高さ位置が異なる流通路（３４、３５、４４、４５）を有することが好ましい。この発明によれば、他の流通路と重力方向の高さ位置が異なる流通路を流れる冷媒流量を絞ることができるので、簡単な構成によって流量分配器における冷媒流量の配分を実施することができる。

さらに上記すべての発明のいずれかにおいて、流量分配器（１０、２０、３０、４０）によって分配された他方の冷媒を蒸発器（８）に供給する前に減圧膨張させる第２絞り手段（４）を備えることが好ましい。この発明によれば、流量分配器からエジェクタの吸引部側に向けて流出する冷媒流量を厳密に調整することができるので、さらに蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を向上するように制御することができる。

なお、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）
図１は、本発明のエジェクタを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルの一例を示している。この蒸気圧縮式冷凍サイクルは、圧縮機１と、この圧縮機１から吐出された高圧冷媒の熱を放熱する放熱器２と、この放熱器２下流側の冷媒を減圧する第１絞り手段である減圧器３と、減圧器３によって減圧された冷媒の流れを複数の流れに分配する複数の流通路を有する流量分配器１０と、を備えている。

さらに、蒸気圧縮式冷凍サイクルは、流量分配器１０によって分配された一方の冷媒を取り入れてノズル部５ａから噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、高速度の冷媒流によって他方の冷媒を吸引部５ｂから吸引するエジェクタ５と、流量分配器１０によって分配された他方の冷媒を取り入れて蒸発させ、吸引部５ｂに向けて放出する第２蒸発器８と、エジェクタ５から吐出された冷媒を取り入れて外部空気との間で熱交換する第１蒸発器７と、を備えている。第１蒸発器７と第２蒸発器８は、ケース１１の内部に第１蒸発器７を風上側として設けられている。図示しない送風機により両蒸発器に強制的に送風される空気は冷媒と熱交換して冷却され、空調対象空間に送られる。

また、蒸気圧縮式冷凍サイクルは、放熱器２と減圧器３との間を流れる高圧冷媒と、圧縮機１に吸入される低圧冷媒とが熱交換するように内部熱交換器６を備えている。この内部熱交換器６における冷媒相互間の熱交換によって、放熱器２と減圧器３との間を流れる高圧冷媒が冷却されるので、第１蒸発器７および第２蒸発器８における冷媒入口・出口間の冷媒のエンタルピ差（冷却能力）を増大させることができる。

圧縮機１は、冷媒を吸入、圧縮および吐出するものであり、電磁クラッチおよびベルトを介して車両走行用エンジンにより回転駆動される。圧縮機１は、例えば、外部からの制御信号により吐出容量を連続的に可変制御できる斜板式可変容量型圧縮機を用いる。

なお、本実施形態の圧縮機１では斜板室の圧力の調整により吐出容量を１００％から略０％付近まで連続的に変化させることができる。したがって、吐出容量を略０％付近に減少させることにより、圧縮機１が実質的に作動停止状態にすることができる。従って、圧縮機１の回転軸をプーリ、ベルトＶを介して車両エンジンに常時連結するクラッチレスの構成としてもよい。

放熱器２は、圧縮機１から吐出された高圧冷媒と図示しない送風機により強制的に送風される車室外空気との間で熱交換を行うことにより、高圧冷媒を放熱させて凝縮する熱交換器である。

減圧器３は、放熱器２で熱交換された高圧冷媒を減圧する機能を有しており、例えば、冷媒の流量を調節する流量調節弁などで構成する。減圧器３を制御装置（図示しない）によって制御することにより、高圧冷媒を気液二相流の状態にして流量分配器１０に流入させることができる。このときの気液二相流は、冷媒の乾き度や流速によって、成層流、せん状流、スラグ流などの形態を呈し、また、ガス冷媒が上方に位置し液冷媒が下方に位置する上下分離流の形態を呈する。なお、減圧器３は冷媒流量を可変制御できる電気式の流量調節弁でもよいし、固定式の流量調節弁でもよい。

流量分配器１０は、内部に複数の流通路が形成された立方体または矩形体であり、減圧器３で減圧されて流入してくる冷媒を所定量に分配する分配流路機構を有している。図２に示すように、流量分配器１０は、減圧器３により減圧された冷媒が流入する第１流通路１２と、第１流通路１２から分岐して第２蒸発器８側へ冷媒を流出する第２流通路１３と、第１流通路１２から分岐してエジェクタ５のノズル部５ａ側へ冷媒を流出する第３流通路１４と、を備えており、これらの流通路が分配流路機構を構成している。

第１流通路１２、第２流通路１３、および第３流通路１４は、図３に示すように、それぞれ水平方向に伸長し、これらは略同一の水平面上に配置されている。換言すれば、第１流通路１２と第３流通路１４は、第１流通路１２の流路軸方向に伸長する流路中心線１５と第３流通路１４の流路軸方向に伸長する流路中心線１６とが略一致するように、設けられている。さらに、第２流通路１３の流路軸方向に伸長する流路中心線も、流路中心線１５および流路中心線１６を含む略同一の水平面上に配置されている。つまり、流量分配器１０の内部に形成されるすべての流通路は、重力方向に対して同じ高さ位置に設けられている。

第１流通路１２、第２流通路１３、第３流通路１４は、すべて略円筒状の流路であり、それぞれの流路径は、φｄ１、φｄ２、φｄ３である。φｄ１、φｄ２、およびφｄ３の関係は、φｄ２＞φｄ１、およびφｄ２＞φｄ３である。つまり、第２流通路の流路径φｄ２は、第１流通路の流路径φｄ１よりも大きく、さらに第３流通路の流路径φｄ３よりも大きく形成されている。なお、図２において第２流通路１３および第３流通路１４が第１流通路１２に対して分岐する形態は、直角状に分岐する形態としているが、両流通路が末広がり状の対称に分岐する形態であってもよい。

第２流通路の流路径φｄ２が第１流通路の流路径φｄ１よりも大きく、第３流通路の流路径φｄ３よりも大きく形成されている場合には、第３流通路１４に流入させる冷媒流量を各流路径が等しく形成されているときと比べて減少させることができる。このように、冷媒流量を絞りたい流路と増やしたい流路との関係を満たした分配流路機構を構成することにより、最適流量比を備えた効率のよい蒸気圧縮式冷凍サイクルが得られる。また、このように構成された分配流路機構は、エジェクタのノズル効率や蒸発器の冷凍能力を考慮してシステムの成績係数を最大限にすることになる。

また、流量分配器１０が上記のような分配流路機構を有することにより、第２流通路１３および第３流通路１４において重力に起因する気相冷媒と液相冷媒との偏在を抑制し、それらの偏りの変動を対称的に形成することができる。そして、気液二相流の流れが与える影響を低減して、冷媒を所望の比率で分配することができる。例えば、気相冷媒と液相冷媒の偏在状態が各流路において同様に発生し、さらにサイクルの運転状態が変化しても当該偏在状態が各流路において同様に変化することになる。

さらに、流量分配器１０は、分配した冷媒の流れを旋回させる旋回流形成手段を有している。この旋回流形成手段は、上流側の流路よりも流路径の大きい流路を有することによって構成される。本実施形態における旋回流形成手段は、第２流通路１３の流路径φｄ２が上流側の流路である第１流通路１２の流路径φｄ１よりも大きく形成されていることである。

図６は、旋回流形成手段によって形成される旋回流２６の速度ベクトルを示した斜視図である。第１流通路１２に流入した気液二相冷媒が第２流通路１３に流入するときには、図６に示すように、流路の半径方向外方に働く遠心力が第２流通路１３の拡大された内壁面に沿うように斜め前方に働いて、実際の速度ベクトルＶの発生に寄与することになる。このとき、液冷媒が主に旋回することになる。液冷媒は慣性力の影響を受けやすいからである。

ここで、速度ベクトルＶは、流路軸方向の速度ベクトル成分Ｖ１と、流路の半径方向の速度ベクトル成分Ｖ２との合力である。また、旋回流発生の有無にかかわらず流路を流れる冷媒流量は同じであるので、速度ベクトル成分Ｖ１は旋回しない流れのときの流路軸方向の速度ベクトル成分と等しい。つまり、旋回流が発生するときの実際の冷媒速度の絶対値Ｖは、旋回流が発生していないときの流路断面積を直角方向に貫く冷媒速度の絶対値に比較して大きくなる。

したがって、旋回流が発生するときは、流路内の相対的な冷媒流速が大きくなり、流路内壁面からの擾乱を受けやすく、液冷媒の沸騰が促進されることになる。また、流路内の気液二相冷媒に旋回流や混合流れが発生すると、冷媒の液滴が細分化され、気液の速度差が低減することになり、流路内の流れが均質流に近づくことになる。これにより、液冷媒が沸騰しやすくなり、システムの成績係数も向上する。

なお、旋回流形成手段は、図７に示すように、流路の内壁面に形成された螺旋状溝２８により構成してもよい。螺旋状溝２８を備えた流路内に冷媒が流れると、この螺旋状溝２８に誘導されるように流れ、図６のような旋回流を形成することになる。また、旋回流形成手段は、この螺旋状溝２８の代わりに、同様の螺旋状を呈して内壁面から内側に突出する螺旋状リブで構成してもよい。

なお、流量分配器１０は、冷媒配管と同じ材質（例えば、アルミニウム）で構成されており、上記所望の寸法形状の流路にするために、アルミ製のブロックを切削して形成したり、アルミダイキャストや、鍛造によって形成したりして製作することができる。また、流量分配器１０は、真鍮や銅によって構成してもよい。流量分配器１０の第１流通路１２、第２流通路１３、第３流通路１４のそれぞれは、接続されるそれぞれの冷媒配管とろう付け接合されている。

次に、第３流通路１４と接続される冷媒配管はエジェクタ５と接続されている。このエジェクタ５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流体輸送を冷媒循環手段でもある。

エジェクタ５には、流量分配器１０で分配された一方の冷媒を取り入れ、そ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５ａと、ノズル部５ａの冷媒噴出口と連通するように配置され、第２蒸発器８からの気相冷媒を吸引する吸引部５ｂが備えられている。

ノズル部５ａおよび吸引部５ｂの下流側には、ノズル部５ａからの高速度の冷媒流と吸引部５ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部が設けられている。そして、混合部の下流側に昇圧部をなすディフューザ部が配置されている。このディフューザ部は冷媒の通路面積を徐々に大きくする形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する機能を有する。

ディフューザ部の冷媒流れ方向下流側には第１蒸発器７が接続されている。第１蒸発器７は、強制的に送風された空気と冷媒とを熱交換し、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器である。

第１蒸発器７の冷媒流れ方向下流側には、アキュムレータ９が接続されている。このアキュムレータ９は冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離する気液分離器である。アキュムレータ９の気相冷媒出口側は、内部熱交換器６を介して圧縮機１の吸入側に接続されている。

次に、第２流通路１３と接続される冷媒配管には、第２絞り手段であるキャピラリ４と、キャピラリ４よりも下流部位に第２蒸発器８が配置されている。キャピラリ４は、第２蒸発器８への流入する冷媒の流量調整と減圧を行うものであり、螺旋状に券回された細管によって形成されている。なお、第２絞り手段は、オリフィスなどの固定絞りにて構成してもよい。

第２蒸発器８は、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器であり、本実施形態では、第１蒸発器７と第２蒸発器８を一体構造に組み付けている。具体的には、第１蒸発器７と第２蒸発器８の各構成部品をアルミニウムで構成し、ろう付けにより一体構造に接合している。

図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等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ている。この制御装置は、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、処理を行って各種機器の作動を制御する。また、制御装置には、各種センサ群からの検出信号、および操作パネル（図示せず）からの各種操作信号が入力される。また、操作パネルには冷却対象空間の冷却温度を設定する温度設定スイッチや圧縮機１の作動指令信号を出す空調作動スイッチ等が設けられている。

次に、上述のような構成で本実施形態の作動について説明する。空調作動スイッチがＯＮ状態となると、制御装置の制御出力によって圧縮機１の電磁クラッチに通電され、電磁クラッチが接続状態となり、圧縮機１に車両走行用エンジンから回転駆動力が伝達される。

そして、制御装置から圧縮機１の電磁式容量制御弁に制御プログラムに基づいて制御電流Ｉｎが出力されると、圧縮機１が、気相冷媒を吸入、圧縮して吐出する。

圧縮機１から圧縮され吐出された高温高圧の気相冷媒は放熱器２に流入する。放熱器２では高温高圧の冷媒が外気により冷却されて凝縮する。放熱器２から流出した放熱後の高圧冷媒は、内部熱交換器６において、アキュムレータ９から流出した低圧の気相冷媒と熱交換を行う。

そして、内部熱交換器６から流出した冷媒は、減圧器３によって所望の圧力に減圧膨張され、気液二相流が形成される。この気液二相冷媒は、流量分配器１０へ流入し、一方がエジェクタ５へ向かう冷媒流れと、他方がキャピラリ４へ向かう冷媒流れとにそれぞれ適切な流量で分配される。

ここで、流量分配器１０は、内部に形成された第１流通路１２、第２流通路１３、および第３流通路１４がいずれも略同一の水平面上になるように配置されているので、流量分配器１０に流入した液相冷媒は重力の影響を受けることなく適切に分流されることになる。

したがって、流量分配器１０においては、エジェクタ５のノズル部５ａ側に流出する冷媒における液相冷媒の割合と、第２蒸発器８側に流出する冷媒における液相冷媒の割合とが略均等になるように冷媒が分配されることになる。その結果、エジェクタ５のノズル部５ａ側には液相冷媒が確実に流入する。

そして、エジェクタ５に流入した冷媒はノズル部５ａで減圧され膨張する。この減圧膨張時に冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されるので、冷媒はノズル部５ａ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、吸引部５ｂから第２蒸発器８の通過後の冷媒が吸引されることになる。

ノズル部５ａから噴出した冷媒と吸引部５ｂに吸引された冷媒は、ノズル部５ａの下流側の混合部で混合してディフューザ部に流入する。このディフューザ部では通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。

ここで、本実施形態では、エジェクタ５のノズル部５ａ側には確実に液相冷媒が流入するように構成されているため、ディフューザ部が昇圧能力を発揮しやすく、サイクルの運転効率の悪化を抑制することができる。

そして、エジェクタ５のディフューザ部から流出した冷媒は第１蒸発器７に流入する。第１蒸発器７では、低圧冷媒が送風空気から吸熱して蒸発する。そして、第１蒸発器７を通過後の冷媒はアキュムレータ９へ流入して気相冷媒と液相冷媒とに分離されることになる。

そして、アキュムレータ９から流出した気相冷媒は、内部熱交換器６へ流入し、高圧冷媒と熱交換を行う。そして、内部熱交換器６から流出した気相冷媒は、圧縮機１に吸入され再び圧縮される。

他方、第２蒸発器８側に流出した冷媒は、キャピラリ４で減圧されて低圧冷媒となり、この低圧冷媒が第２蒸発器８に流入する。第２蒸発器８では、流入した低圧冷媒が第１蒸発器７で冷却された送風空気から吸熱して蒸発する。そして、第２蒸発器８で蒸発した冷媒は、エジェクタ５の吸引部５ｂから吸引されて、混合部でノズル部５ａを通過した液相冷媒と混合して第１蒸発器７に流入していく。

このように本実施形態の蒸気圧縮式冷凍サイクルの流量分配器１０は、流入する冷媒を所定量に分配する分配流路機構を有している。そして、この分配流路機構は、減圧器３によって減圧された冷媒が流入する第１流通路１２と、この第１流通路１２から分岐して第２蒸発器８側へ冷媒を流出する第２流通路１３と、第１流通路１２から分岐してエジェクタ５側へ冷媒を流出する第３流通路１４と、を備えている。この第１流通路１２、第２流通路１３、および第３流通路１４は略同一水平面上に配置され、第２流通路１３の流路径φｄ２は、第１流通路１２の流路径φｄ１よりも大きく、さらに第３流通路１４の流路径φｄ３よりも大きく形成されている。

この構成によれば、第３流通路１４に流入する冷媒流量を第２流通路１３に流入する冷媒流量よりも少なくして、エジェクタ５のノズル部５ａに流入させる冷媒流量を絞ることによって冷媒流量を適切に分配することができる。

また、流量分配器１０は、分配した冷媒の流れを旋回させる旋回流形成手段を有し、この旋回流形成手段は、上流側の流路よりも流路径の大きい流路で構成されることが好ましい。

この構成を採用した場合には、旋回流の形成により流路内の相対的な冷媒流速が大きくなり、流路内壁面からの擾乱を受けやすく、液冷媒の沸騰を促進して蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を高めることができる。また、旋回流を簡単な構成によって形成することができる。また、拡大前後の流路径の比率を所望の値に調節することによって、旋回流による相対的な冷媒流速の増加量を容易に調節することができる。

また、流量分配器１０によって分配された冷媒は第２蒸発器８に供給する前にキャピラリ４によって減圧膨張されることが好ましい。この場合には、流量分配器１０からエジェクタ５の吸引部５ｂ側に向けて流出する冷媒流量を厳密に調整することができるので、さらに蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を向上するように制御することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、流量分配器２０の構成について図４および図５を用いて説明する。図４は、本実施形態における流量分配器の内部構成を示した平面図であり、図５は、図４におけるＸ方向矢視図である。なお、流量分配器２０を適用する蒸気圧縮式冷凍サイクルは、第１実施形態で説明したサイクルと同様である。

流量分配器２０は、流量分配器１０に対して、エジェクタ５のノズル部５ａ側に流入させる冷媒流を旋回流にする構成を有している点が異なっている。本実施形態は、その他の構成については第１実施形態と同様であり、同様の作用効果を有している。

図４に示すように、流量分配器２０は、減圧器３により減圧された冷媒が流入する第１流通路２２と、第１流通路２２から分岐して第２蒸発器８側へ冷媒を流出する第２流通路２３と、第１流通路２２から分岐してエジェクタ５のノズル部５ａ側へ連通する第３流通路２４と、第３流通路２４を通る冷媒をエジェクタ５のノズル部５ａ側へ流出する第４流通路２５と、を備えており、これらの流通路が分配流路機構を構成している。

第１流通路２２、第２流通路２３、第３流通路２４、および第４流通路２５は、図５に示すように、それぞれ水平方向に伸長し、これらは略同一の水平面上に配置されている。換言すれば、第１流通路２２と第３流通路２４は、第１流通路２２の流路軸方向に伸長する流路中心線１５と第３流通路２４の流路軸方向に伸長する流路中心線１６とが略一致するように設けられている。さらに、第２流通路２３の流路軸方向に伸長する流路中心線および第４流通路２５の流路軸方向に伸長する流路中心線も、流路中心線１５および流路中心線１６を含む略同一の水平面上に配置されている。つまり、流量分配器２０の内部に形成されるすべての流通路は、重力方向に対して同じ高さ位置に設けられている。

第１流通路２２、第２流通路２３、第３流通路２４、および第４流通路２５は、すべて略円筒状の流路であり、それぞれの流路径は、φｄ１、φｄ２、φｄ３、φｄ４である。φｄ１、φｄ２、およびφｄ３の関係は、φｄ２＞φｄ１、φｄ２＞φｄ３、およびφｄ４＞φｄ３である。つまり、流量分配器２０の分配流路機構は、流量分配器１０の分配流路機構に対して、第４流通路の流路径φｄ４が第３流通路の流路径φｄ３よりも大きいことが相違している。

本実施形態における旋回流形成手段は、第２流通路２３の流路径φｄ２が上流側の流路である第１流通路２２の流路径φｄ１よりも大きく形成されていることと、第４流通路２５の流路径φｄ４が上流側の流路である第３流通路２４の流路径φｄ３よりも大きく形成されていること、である。

したがって、第２蒸発器８側へ冷媒を流出する第２流通路２３、およびエジェクタ５のノズル部５ａ側へ冷媒を流出する第４流通路２５においては、流路内の冷媒流は旋回流となり、図６に示すように、流路内の相対的な冷媒流速が大きくなり、流路内壁面からの擾乱を受けやすく、液冷媒の沸騰が促進されることになる。

このように本実施形態の流量分配器２０においては、エジェクタ５のノズル部５ａに流入させる冷媒を旋回させるものである。この構成を採用した場合には、旋回する液冷媒をエジェクタ５のノズル部５ａに流入させることにより、相対的な冷媒流速が増加して液冷媒の沸騰が促進され、膨張損失エネルギーが増加してノズル効率を高めることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、流量分配器３０の構成について図８および図９を用いて説明する。図８は、本実施形態における流量分配器の内部構成を示した平面図であり、図９は、図８におけるＸ方向矢視図である。なお、流量分配器３０を適用する蒸気圧縮式冷凍サイクルは、第１実施形態で説明したサイクルと同様である。

流量分配器３０は、流量分配器２０に対して、エジェクタ５のノズル部５ａ側に流入させる冷媒を流す流通路が他の流通路よりも重量方向に対して高い位置に設けられている点が異なっている。本実施形態は、その他の構成については第１および第２実施形態と同様であり、同様の作用効果を有している。

図８に示すように、流量分配器３０は、流量分配器２０と同様に、減圧器３により減圧された冷媒が流入する第１流通路３２と、第１流通路３２から分岐して第２蒸発器８側へ冷媒を流出する第２流通路３３と、第１流通路３２から分岐してエジェクタ５のノズル部５ａ側へ連通する第３流通路３４と、第３流通路３４を通る冷媒をエジェクタ５のノズル部５ａ側へ流出する第４流通路３５と、を備えており、これらの流通路が分配流路機構を構成している。

図９に示すように、第１流通路３２、第２流通路３３、第３流通路３４、第４流通路３５のうち、第３流通路３４および第４流通路３５が、他の流通路よりも重力方向に対して高い位置に設けられている。つまり、第３流通路３４は、第１流通路３２から分岐するときに、その流路入口が所定距離上方に移動した位置に配置されている。換言すれば、第１流通路３２の流路軸方向に伸長する流路中心線３６は、第３流通路３４の流路軸方向に伸長する流路中心線３７はよりも所定距離下方に位置することになる。

なお、第１流通路３２と第２流通路３３は、略同一の水平面上に配置されている。また、第３流通路３４と第４流通路３５は、第１流通路３２と第２流通路３３とが位置する水平面よりも上方に位置する水平面上に配置されている。

本実施形態における分配流路機構は、他の流通路よりも重力方向に対して高い位置に設けられている第３流通路３４および第４流通路３５を備えている。この分配流路機構を有することにより、第３流通路３４に流入する冷媒流量を第２流通路３３に流入する冷媒流量よりも少なくすることができ、エジェクタ５のノズル部５ａに流入させる冷媒流量を絞って適切に分配することができる。

このように本実施形態の流量分配器３０は、他の流通路よりも重力方向の高さ位置が上方にある第３流通路３４および第４流通路３５を有している。この構成を採用した場合には、第３流通路３４および第４流通路３５の冷媒流量を減少させる流量調整を簡単な構成によって実施することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態は、流量分配器４０の構成について図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、本実施形態における流量分配器の内部構成を示した平面図であり、図１１は、図１０におけるＸ方向矢視図である。なお、流量分配器４０を適用する蒸気圧縮式冷凍サイクルは、第１実施形態で説明したサイクルと同様である。

流量分配器４０は、流量分配器３０に対して、エジェクタ５のノズル部５ａ側に流入させる冷媒を流す流通路が他の流通路よりも重量方向に対して低い位置に設けられている点が異なっている。本実施形態は、その他の構成については第１および第２実施形態と同様であり、同様の作用効果を有している。

図１０に示すように、流量分配器４０は、流量分配器３０と同様に、減圧器３により減圧された冷媒が流入する第１流通路４２と、第１流通路４２から分岐して第２蒸発器８側へ冷媒を流出する第２流通路４３と、第１流通路４２から分岐してエジェクタ５のノズル部５ａ側へ連通する第３流通路４４と、第３流通路４４を通る冷媒をエジェクタ５のノズル部５ａ側へ流出する第４流通路４５と、を備えており、これらの流通路が分配流路機構を構成している。

図１１に示すように、第３流通路４４および第４流通路４５が、他の流通路よりも重力方向に対して低い位置に設けられている。つまり、第３流通路４４は、第１流通路４２から分岐するときに、その流路入口が所定距離下方に移動した位置に配置されている。換言すれば、第１流通路４２の流路軸方向に伸長する流路中心線４６は、第３流通路４４の流路軸方向に伸長する流路中心線４７はよりも所定距離上方に位置することになる。

なお、第１流通路４２と第２流通路４３は、略同一の水平面上に配置されている。また、第３流通路４４と第４流通路４５は、第１流通路４２と第２流通路４３とが位置する水平面よりも下方に位置する水平面上に配置されている。

このように本実施形態の流量分配器４０は、他の流通路よりも重力方向の高さ位置が下方にある第３流通路４４および第４流通路４５を有している。この構成を採用した場合には、第３流通路４４および第４流通路４５の冷媒流量を減少させる流量調整を簡単な構成によって実施することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態における蒸気圧縮式冷凍サイクルは、車両用空調装置や、給湯器用または室内空調用のヒートポンプサイクルに適用することができる。また、その設置場所は車両のような移動体や、定位置に置かれた固定体である。

また、上記実施形態においては、特に冷媒の種類を特定していないが、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒、二酸化炭素冷媒などの蒸気圧縮式の超臨界サイクルおよび亜臨界サイクルのいずれに適用できるものであってもよい。

また、上記実施形態におけるエジェクタは、ノズルの冷媒流路面積を可変することにできる可変流量型でもよい。

また、上記実施形態における流量分配器は、外形が立方体や矩形体のブロックの内部に流路を備えた形態の他、上記実施形態に記載された複数の流路を有する分岐配管によって構成してもよい。

本発明の第１実施形態から第４実施形態における蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示した模式図である。 第１実施形態における流量分配器の内部構成を示した平面図である。 図２におけるＸ方向矢視図である。 第２実施形態における流量分配器の内部構成を示した平面図である。 図４におけるＸ方向矢視図である。 第１実施形態から第４実施形態において旋回流形成手段によって形成された旋回流の速度ベクトルを示した斜視図である。 旋回流形成手段を構成する流路内の螺旋状溝を示した斜視図である。 第３実施形態における流量分配器の内部構成を示した平面図である。 図８におけるＸ方向矢視図である。 第４実施形態における流量分配器の内部構成を示した平面図である。 図１０におけるＸ方向矢視図である。

符号の説明

１…圧縮機
２…放熱器
３…減圧器（第１絞り手段）
４…キャピラリ（第２絞り手段）
５…エジェクタ
５ａ…ノズル部
５ｂ…吸引部
８…蒸発器
１０、２０、３０、４０…流量分配器
１２、２２、３２、４２…第１流通路（分配流路機構）
１３、２３、３３、４３…第２流通路（分配流路機構、旋回流形成手段）
１４、２４、３４、４４…第３流通路（分配流路機構）
２５、３５、４５…第４流通路（旋回流形成手段）
２８…螺旋状溝（旋回流形成手段）

Claims (7)

1. 冷媒を吸入して高圧冷媒に圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）から吐出された前記高圧冷媒の熱を放熱する放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）下流側の冷媒を減圧する第１絞り手段（３）と、
   前記第１絞り手段（３）によって減圧された冷媒の流れを複数の流れに分配する流路を有する流量分配器（１０、２０、３０、４０）と、
   前記流量分配器（１０、２０、３０、４０）によって分配された一方の冷媒を取り入れてノズル部（５ａ）から噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、前記高速度の冷媒流によって他方の冷媒を吸引部（５ｂ）から吸引するエジェクタ（５）と、
   前記流量分配器（１０、２０、３０、４０）によって分配された前記他方の冷媒を取り入れて蒸発させ、前記吸引部（５ｂ）に向けて放出する蒸発器（８）と、を備え、
   前記流量分配器（１０、２０、３０、４０）は、流入する冷媒を所定量に分配する分配流路機構（１２、１３、１４、２２、２３、２４、３２、３３、３４、４２、４３、４４）を有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
2. 前記分配流路機構は、前記第１絞り手段（３）によって減圧された冷媒が流入する第１流通路（１２、２２、３２、４２）と、前記第１流通路から分岐して前記蒸発器（８）側へ冷媒を流出する第２流通路（１３、２３、３３、４３）と、前記第１流通路から分岐して前記エジェクタ（５）側へ冷媒を流出する第３流通路（１４、２４、３４、４４）と、を備え、
   前記第１流通路、前記第２流通路、および前記第３流通路が略同一水平面上に配置され、前記第２流通路の流路径（φｄ２）が前記第１流通路の流路径（φｄ１）よりも大きく、さらに前記第３流通路の流路径（φｄ３）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
3. 前記流量分配器は、分配した冷媒の流れを旋回させる旋回流形成手段（１３、２３、２５、３３、３５、４３、４５、２８）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
4. 前記旋回流形成手段は、上流側の流路よりも流路径の大きい流路（１３、２３、２５、３３、３５、４３、４５）を有することを特徴とする請求項３に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
5. 前記旋回流形成手段（２５、３５、４５、２８）は、前記エジェクタ（５）の前記ノズル部（５ａ）に流入させる冷媒を旋回させることを特徴とする請求項３または４に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
6. 前記分配流路機構は、他の流路と重力方向の高さ位置が異なる流路（３４、３５、４４、４５）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
7. 前記流量分配器（１０、２０、３０、４０）によって分配された前記他方の冷媒を前記蒸発器（８）に供給する前に減圧膨張させる第２絞り手段（４）を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。

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