JP2008303851A - 二段減圧式エジェクタおよびエジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】エジェクタ式冷凍サイクルの起動時に、二段減圧式エジェクタにて発生する低周波異音を抑制する。
【解決手段】二段減圧式エジェクタ１６の可変絞り機構部１８ａの出口から第２絞り通路１９ａの入口に至る中圧空間容積Ｖｏ（ｍｍ³）および第２絞り通路１９ａの喉部１９１ａの絞り通路面積Ｓ（ｍｍ²）を調整して、中圧空間容積Ｖｏ、絞り通路面積Ｓおよび喉部１９１ａを通過する冷媒の流速ｖｎ（ｍｍ／ｓ）の関係が、０．０７≦Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ≦０．７となるようにする。これにより、ＣＯＰの大幅な低下を招くことなく、起動時に発生する低周波異音を抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、２つの絞り部で流体を減圧膨張させる二段減圧式エジェクタ、および、二段減圧式エジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクルに関する。

従来、冷媒を減圧膨張させる減圧手段としてエジェクタを用いたエジェクタ式冷凍サイクルが提案されている。

この種のエジェクタ式冷凍サイクルでは、エジェクタのノズル部から噴射される高速度の噴射冷媒の吸引作用によって蒸発器から流出した冷媒を吸引するとともに、ディフューザ部にて昇圧された冷媒を圧縮機に吸入させることで、圧縮機の吸入冷媒圧力を蒸発器の冷媒蒸発圧力よりも上昇させることができる。

従って、エジェクタ式冷凍サイクルでは、蒸発器の冷媒蒸発圧力と圧縮機の吸入冷媒圧力とが一致する通常の冷凍サイクルに対して、圧縮機の駆動動力を低減させることができ、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

さらに、本発明者らは、エジェクタ式冷凍サイクルの更なるＣＯＰ向上のために、特許文献１において、２つの絞り部で冷媒を減圧膨張させる二段減圧式エジェクタを適用したエジェクタ式冷凍サイクルを提案している。

この特許文献１の二段減圧式エジェクタは、上流側絞り部として機能するボックス型の温度式膨張弁と下流側絞り部として機能するノズル部を有するエジェクタとを一体に接続して構成されている。

そして、温度式膨張弁で高圧冷媒を減圧膨張させて沸騰核が生成された中圧冷媒とし、さらに、この中圧冷媒をノズル部で減圧膨張させて低圧冷媒としている。これにより、ノズルにおける冷媒の減圧沸騰を促進させて、エジェクタのノズル効率を向上させている。

なお、ノズル効率とは、冷媒の圧力エネルギーを運動エネルギーに変換させる際のエネルギー変換効率である。従って、ノズル効率を向上させると、ノズルから噴射される噴射冷媒の流速を増加させてエジェクタの回収エネルギー量を増加させることができる。その結果、ディフューザ部における昇圧量を増加させて、ＣＯＰを向上させることができる。
特開２００５−２６５２２３号公報

ところが、本発明者らの調査検討によれば、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルを実際に作動させると、サイクル起動時にエジェクタから低周波異音が発生することが判っている。しかしながら、特許文献１では、低周波異音の抑制という課題には着目していないので、このような課題解決のための具体的手段については提案されていない。

本発明は、上記点に鑑み、エジェクタ式冷凍サイクルの起動時に、二段減圧式エジェクタにて発生する低周波異音を抑制することを目的とする。

本発明は、以下の解析的知見に基づいて案出されたものである。本発明者らは、二段減圧式エジェクタが適用された特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルの起動時からの低圧側冷媒圧力Ｐｓ、高圧側冷媒圧力Ｐｄ、および、二段減圧式エジェクタが発生する騒音レベルＮＬの経時変化を測定した。

その測定結果を図８に示す。図８から明らかなように、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルを起動すると、低圧側冷媒圧力Ｐｓが低下し始め、高圧側冷媒圧力Ｐｄが上昇し始め、さらに、騒音レベルＮＬも増加する。なお、この騒音レベルＮＬの増加は、冷媒がサイクル内を通過する際の摩擦音等の高周波音によるものであることが判っている。

その後、低圧側冷媒圧力Ｐｓが徐々に低下し、高圧側冷媒圧力Ｐｄが徐々に上昇する過程で（具体的には、サイクルの起動後、約２３秒後）、図８の二点鎖線で示すように、騒音レベルＮＬが一際高くなるタイミングがある。

そこで、本発明者らは、この一際高くなる騒音の周波数解析を行ったところ、図９に示すように、約１８０Ｈｚの低周波音であることが判明した。すなわち、この約１８０ｋＨｚの低周波音が、サイクル起動時にエジェクタから生じる低周波異音であることが判明した。

さらに、本発明者らは、この騒音レベルＮＬが一際高くなるタイミングにおける温度式膨張弁の可変絞り機構部の出口からノズル部の最小通路断面積部（喉部）の入口に至る空間（以下、中圧空間という。）内の中圧冷媒の圧力脈動を測定し、この圧力脈動の周波数解析を行った。その結果、図１０に示すように、騒音と同じ約１８０Ｈｚの周波数で脈動していることが判明した。

このことから、本発明者らは、この低周波異音の発生原因の１つとして、温度式膨張弁の弁体部の振動と中圧空間内の冷媒の振動との共振に着目した。つまり、サイクルの起動後、温度式膨張弁の可変絞り機構部上流側の高圧液相冷媒の圧力と中圧冷媒の圧力との圧力差が所定値以上になると、中圧冷媒内に気泡（沸騰核）が形成される。

この気泡は不安定な状態で体積変化するので、気泡が形成されることによって、弁体部が振動する。さらに、中圧空間に体積変化する気泡が存在すると、中圧空間が一種のダンパ空間となってしまうので、弁体部の振動数と中圧空間の共振周波数が一致してしまうと、共振異音が生じることになる。

そこで、本発明者らは、中圧空間容積Ｖｏ（ｍｍ³）、並びに、中圧空間内の気泡の存在量を示すパラメータとしてノズル部の喉部の絞り通路面積Ｓ（ｍｍ²）および喉部を通過する冷媒の流速ｖｎ（ｍｍ／ｓ）に着目し、各パラメータを整理したところ、Ｖｏ×Ｓ／ｖｎの変化に伴って、中圧冷媒の圧力脈動が変化することを見出した。

このことの詳細を図１１により説明する。なお、図１１の横軸は、Ｖｏ×Ｓ／ｖｎを示し、さらに、図１１の下段側の縦軸は、通常運転時の圧力脈動と起動時に低周波異音が発生する際の圧力脈動との差を示し、図１１の上段側の縦軸は、Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ＝０．０４におけるエジェクタのディフューザ部における昇圧量をΔＰ０とした時に、ΔＰ０に対する昇圧量比を示している。

図１１によれば、Ｖｏ×Ｓ／ｖｎの上昇に伴って、中圧冷媒の圧力脈動が減少し、ディフューザ部における昇圧量が低下する。特に、Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ≧０．０７の範囲で中圧圧力の圧力脈動が効果的に減少する。一方、昇圧量の低下は、中圧空間内に存在する気泡（沸騰核）が減少あるいは消滅してエジェクタ効率が低下することが原因と考えられるが、Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ≦０．７とすれば、昇圧量が大幅に低減してしまうことを回避できる。

そこで、本発明では、上記の知見に基づいて、流体を減圧膨張させる第１絞り通路（１８０ｆ、２６３ｄ）および第１絞り通路（１８０ｆ、２６３ｄ）の絞り通路面積を変化させる弁体部（１８１ａ、２６１）を有する可変絞り機構部（１８ａ、２６ａ）と、可変絞り機構部（１８ａ、２６ａ）にて減圧された流体を更に減圧膨張させる第２絞り通路（１９ａ、２６ｂ）が形成されたノズル部（１９１、２６３）とを備え、ノズル部（１９１、２６３）から噴射された高速度の噴射流体の吸引作用によって、流体を吸引する二段減圧式エジェクタであって、可変絞り機構部（１８ａ、２６ａ）の出口から第２絞り通路（１９ａ、２６ｂ）の入口に至る容積である中圧空間容積Ｖｏ（単位：ｍｍ³）、第２絞り通路（１９ａ、２６ｂ）における最小通路断面積部（１９１ａ、２６３ｂ）の通路断面積を絞り通路面積Ｓ（単位：ｍｍ²）、さらに、最小通路断面積部（１９１ａ、２６３ｂ）を通過する流体の流速を流速ｖｎ（単位：ｍｍ／ｓ）としたときに、
０．０７≦Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ≦０．７
になっている二段減圧式エジェクタを第１の特徴とする。

これによれば、Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ≧０．０７となっているので、エジェクタ式冷凍サイクルに適用した際に、サイクルの起動時に二段減圧式エジェクタにて発生する低周波異音を抑制することができる。さらに、Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ≦０．７となっているので、エジェクタ効率が大幅に低下してＣＯＰが低下してしまうことを回避できる。

また、上記第１の特徴の二段減圧式エジェクタにおいて、第１絞り通路（２６３ｄ）および第２絞り通路（２６ｂ）は、ノズル部（２６３）の流体通路に形成されており、弁体部（２６１）は、第１絞り通路（２６３ｄ）における最小通路断面積部（２６３ａ）の絞り通路面積のみを変化させるようになっていてもよい。

これによれば、１つのノズル部（２６３）内に第１絞り通路（２６３ｄ）および第２絞り通路（２６ｂ）を形成できるので、二段減圧式エジェクタの小型化ができる。

また、上述の第１の特徴の二段減圧式エジェクタにおいて、可変絞り機構部は、温度式膨張弁（１８）の絞り通路（１８０ｆ、２６３ｄ）と弁体部（１８１ａ、２６１）とによって構成されていてもよい。例えば、ボックス型の温度式膨張弁とノズル部の最小冷媒通路面積が変化しないエジェクタとを一体に接続するといった簡素な構成で、二段減圧式エジェクタを実現できる。

また、上述の第１の特徴の二段減圧式エジェクタにおいて、可変絞り機構部は、弁体部（２６１）の作動を電気的に制御可能な電気式可変絞り機構で構成されていてもよい。

さらに、本発明では、上述の第１の特徴の二段減圧式エジェクタ（１６、２６、２７）を備えるエジェクタ式冷凍サイクルを第２の特徴とする。これによれば、エジェクタ式冷凍サイクルの起動時に、二段減圧式エジェクタにて発生する低周波異音を抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。

（第１実施形態）
図１、２により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の二段式エジェクタ１６を備えるエジェクタ式冷凍サイクル１０を車両用空調装置に適用している。図１は、このエジェクタ式冷凍サイクル１０の全体構成図である。エジェクタ式冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１は、電磁クラッチ、ベルト等を介して図示しない車両エンジンにより回転駆動される。

この圧縮機１１としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチの断続により圧縮機作動の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機のいずれを使用してもよい。また、圧縮機１１として電動圧縮機を使用すれば、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整できる。

圧縮機１１の冷媒吐出側には、放熱器１２が接続されている。放熱器１２は圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と電動送風機１３により送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて高圧冷媒を冷却するものである。電動送風機１３は、周知の遠心多翼ファン１３ａを電動モータ１３ｂにて回転駆動させるものである。

なお、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用し、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界サイクルを構成している。従って、放熱器１２は冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。

放熱器１２の下流側には、レシーバ１４が接続されている。このレシーバ１４は、放熱器１２から流出した冷媒の気液を分離して液相冷媒を溜める気液分離器である。

レシーバ１４の液相冷媒出口には、冷媒の流れを分岐する分岐部１５が接続されている。この分岐部１５は、１つの冷媒流入口と２つの冷媒流出口とを有する、いわゆる三方継手によって構成できる。もちろん、直方体状の金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。

さらに、分岐部１５のうち一方の冷媒流出口は、二段減圧式エジェクタ１６の高圧冷媒入口１８０ａへ接続され、他方の冷媒流出口は、冷媒分岐通路１７を介して、二段減圧式エジェクタ１６の冷媒吸引口１９０ｅ側へ接続されている。

二段減圧式エジェクタ１６については、図２により説明する。図２は、二段減圧式エジェクタ１６の断面図である。この二段減圧式エジェクタ１６は、周知のボックス型の温度式膨張弁１８とエジェクタ１９を一体に接続して構成したものである。

まず、温度式膨張弁１８は、二段減圧式エジェクタ１６の上流側絞り部である可変絞り機構部１８ａを構成する減圧手段である。具体的には、この温度式膨張弁１８は、後述する第１蒸発器２０出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて第１蒸発器２０出口側冷媒の過熱度を検出し、第１蒸発器２０出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように可変絞り機構部１８ａの絞り通路面積（冷媒流量）を調整する内部均圧式膨張弁である。

温度式膨張弁１８は、ハウジング１８０、作動棒１８１、感温部１８２等を有して構成される。ハウジング１８０は、角柱状あるいは円柱状の金属ブロックに穴開け加工等を施して形成したもので、温度式膨張弁１８の外殻を形成する。ハウジング１８０には、冷媒流入口、流出口１８０ａ〜１８０ｄ、弁室１８０ｅ、第１絞り通路１８０ｆ、連通室１８０ｇ、感温部１８２を取り付ける取付穴１８０ｈ等が形成されている。

冷媒流入口、流出口１８０ａ〜１８０ｄとしては、具体的に、分岐部１５で分岐された一方の冷媒を流入させる高圧冷媒入口１８０ａ、エジェクタ１９のノズル部１９１入口側へ冷媒を流出させる中圧冷媒出口１８０ｂ、後述する第１蒸発器２０出口側冷媒を流入させる低圧冷媒入口１８０ｃ、および、圧縮機１１吸入側へ冷媒を流出させる低圧冷媒出口１８０ｄが形成される。

高圧冷媒入口１８０ａは、作動棒１８１の弁体部１８１ａを収容する弁室１８０ｅに連通し、さらに、中圧冷媒出口１８０ｂも、第１絞り通路１８０ｆを介して、弁室１８０ｅに連通している。第１絞り通路１８０ｆは、高圧冷媒入口１８０ａから流入した冷媒を減圧膨張させて、中圧冷媒出口１８０ｂ側へ導くものである。

作動棒１８１には、一方の端部に形成された球状の弁体部１８１ａおよび後述する感温部１８２の円板状部材１８２ｄに連結される感温棒１８１ｂ等が設けられている。そして、弁体部１８１ａが作動棒１８１（感温棒１８１ｂ）の軸方向に変位することによって、第１絞り通路１８０ｆの絞り通路面積が調整される。従って、本実施形態では、第１絞り通路１８０ｆおよび弁体部１８１ａによって可変絞り機構部１８ａ構成される。

また、作動棒１８１の軸方向は、弁室１８０ｅから連通室１８０ｇ、取付穴１８０ｈを貫通するように延びている。連通室１８０ｇは、低圧冷媒入口１８０ｃ、低圧冷媒出口１８０ｄおよび取付穴１８０ｈを連通させる連通空間である。従って、低圧冷媒入口１８０ｃから流入した第１蒸発器２０出口側冷媒は、取付穴１８０ｈを介して感温部１８２へ導かれるとともに、低圧冷媒出口１８０ｄから流出する。

感温部１８２は、第１蒸発器２０出口側冷媒の温度と圧力に対応して作動する過熱度応動機構である。具体的には、感温部１８２には、金属製あるいは樹脂製のダイアフラム１８２ａによって区画された第１圧力室１８２ｂおよび第２圧力室１８２ｃが形成されており、第１圧力室１８２ｂは、内部に冷媒が封入された状態で密封され、第２圧力室１８２ｃは、取付穴１８０ｈを介して連通室１８０ｇに連通している。

また、ダイアフラム１８２ａのうち第２圧力室１８２ｃ側の面には、金属製の円板状部材１８２ｄが接合されており、前述の如く、この円板状部材１８２ｄには、作動棒１８１の感温棒１８１ｂが連結されている。従って、第１圧力室１８２ｂには、感温棒１８１ｂおよび円板状部材１８２ｄを介して、連通室１８０ｇに流入した第１蒸発器２０出口側冷媒の温度が伝達される。

これにより、第１圧力室１８２ｂ内の内圧は、第１蒸発器２０出口側冷媒の温度に応じた冷媒の飽和蒸気圧力になる。一方、第２圧力室１８２ｃの圧力は、第１蒸発器２０出口側冷媒圧力になる。従って、第１圧力室１８２ｂの内圧による荷重と第２圧力室１８２ｃの圧力による荷重とに荷重差に応じてダイアフラム１８２ａが変位する。さらに、このダイアフラム１８２ａの変位に連動して、作動棒１８１（弁体部１８１ａ）が変位する。

例えば、第１蒸発器２０出口側冷媒の温度（過熱度）が上昇すると、第１圧力室１８２ｂ内の冷媒に伝達されて、第１圧力室１８２ｂの内圧（飽和蒸気圧力）が上昇する。そのため、第１圧力室１８２ｂの内圧による荷重が増加して、ダイアフラム１８２ａが第１絞り通路１８０ｆの開口面積を増加させる方向に変位する。

これにより、中圧冷媒出口１８０ｂから流出する冷媒流量が増加して、エジェクタ１９を介して第１蒸発器２０に供給される冷媒流量も増加するので、第１蒸発器２０出口側冷媒の温度（過熱度）が低下する。温度式膨張弁１８では、このように弁体部１８１ａの変位を調整することによって、第１蒸発器２０出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように第１絞り通路１８１ｆの絞り通路面積（冷媒流量）を調整している。

次に、エジェクタ１９は、温度式膨張弁１８にて減圧膨張された中間圧の冷媒を減圧膨張させる下流側絞り部として機能する第２絞り通路１９ａが形成された減圧手段であるとともに、高速で噴射される噴射冷媒の吸引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１９は、ボデー部１９０およびノズル部１９１を有して構成される。ボデー部１９０は、略円筒状の金属（例えば、アルミニウム）にて形成されており、エジェクタ１９の外殻を形成する。

ボデー部１９０の外周部の一端側には、温度式膨張弁１８と接続部１９０ａが形成され、その内部には、ノズル部１９１を収容するノズル室１９０ｂ、混合部１９０ｃ、ディフューザ部１９０ｄが形成され、さらに、ボデー部１９０の内外を貫通する冷媒吸引口１９０ｅが形成されている。

接続部１９０ａは、温度式膨張弁１８の中圧冷媒出口１８０ｂ内に嵌合されて、温度式膨張弁１８とエジェクタ１９と接続する。これにより、中圧冷媒出口１８０ｂから流出した冷媒がエジェクタ１９のノズル部１９１へ流入する。なお、接続部１９０ａおよび中圧冷媒出口１８０ｂとの隙間は、Ｏ−リング等のシール手段によってシールされており、この隙間から冷媒が漏れることはない。

ノズル部１９１は、略円筒状で冷媒の流れ方向側の端部に円錐状の先細り部を有する金属（例えば、ステンレス合金）で形成されている。具体的には、その内部に形成された冷媒通路の内径が、冷媒の流れ方向に沿って徐々に縮小し、冷媒通路断面積が最も縮小した喉部１９１ａ以降では徐々に拡大する、いわゆるラバールノズルを採用している。

従って、本実施形態では、喉部１９１ａの下流側の冷媒通路によって、第２絞り通路１９ａが形成される。もちろん、ノズル部１９１として、喉部１９１ａの下流側では、冷媒通路断面積が変化しない先細ノズルを採用してもよい。

さらに、ノズル部１９１は、ボデー部１９０のノズル室１９０ｂに圧入等の方法で固定されており、圧入部（固定部）から冷媒が漏れないようになっている。もちろん、固定部から冷媒が漏れないようになっていれば、接着、溶接、圧接、はんだ付け等の接合手段で接合・固定してもよい。

冷媒吸引口１９０ｅは後述する第２蒸発器２３下流側冷媒をボデー部１９０内部に吸引する吸引口である。この冷媒吸引口１９０ｅは、ノズル部１９１の外周側に配置されるとともに、ノズル室１９０ｂを介して、ノズル部１９１の冷媒流れ方向最下流部に形成された冷媒噴射口１９１ｂと連通するように配置されている。

混合部１９０ｃは、ボデー部１９０の軸方向略中央の内部に形成され、冷媒噴射口１９１ｂから噴射された高速度の噴射冷媒と冷媒吸引口１９０ｅから吸引された吸引冷媒とを混合する空間で、冷媒噴射口１９１ｂおよび冷媒吸引口１９０ｅの下流側に配置されている。

ディフューザ部１９０ｄは、混合部１９０ｃ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である。ディフューザ部１９０ｄ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機能、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。

さらに、本実施形態の二段減圧式エジェクタ１６では、可変絞り機構部１８ａの出口から、第２絞り通路１９ａの入口（具体的には、喉部１９１ａ）へ至る中圧空間容積Ｖｏ（ｍｍ³）、喉部１９１ａの絞り通路面積Ｓ（ｍｍ²）およびサイクルの起動時から通常運転へ至る過程において喉部１９１ａを通過する冷媒の流速ｖｎ（ｍｍ／ｓ）が、以下の式Ｆ１の関係を満たすようになっている。
０．０７≦Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ≦０．７…（Ｆ１）
なお、中圧空間容積Ｖｏは、図１、２中、点のハッチングで示す部位の容積である。

上記の式Ｆ１を満足させるためには、例えば、温度式膨張弁１８の可変絞り機構部１８ａの出口から中圧冷媒出口１８０ｂへ至る通路容積を調整する手段、ノズル部１９１入口から喉部１９１ａへ至る通路容積を調整する手段、あるいは、喉部１９１ａの絞り通路面積Ｓを直接調整するといった手段を採用できる。例えば、本実施形態では、具体的に、中圧空間容積Ｖｏを３００ｍｍ³以上確保している。

次に、図１に示すように、二段減圧式エジェクタ１６の出口側（具体的には、エジェクタ１９のディフューザ部１９０ｄの出口側）には、第１蒸発器２０が接続される。

この第１蒸発器２０は、内部を通過する低圧冷媒と電動送風機２１により送風される空気（内気または外気）と熱交換させることによって、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。電動送風機２１は、電動送風機１３と同様の構成で、遠心多翼ファン２１ａおよび電動モータ２１ｂを有して構成される。

なお、第１蒸発器２０は車両用空調装置の室内空調ユニット（図示せず）の空気通路を形成するケース内に配置されて、このケース内を通過して車室内へ吹き出される空気を冷却する冷却手段を構成している。つまり、本実施形態では、第１蒸発器２０は車室内空調用として用いられており、第１蒸発器２０の空調対象空間は車室内となる。

また、上記室内空調ユニットのケース内のうち第１蒸発器２０の空気流れ下流側には、空気を加熱する加熱手段を構成するヒータコア（図示せず）等が配置され、このヒータコアの加熱度合いにより温度調整および湿度調整された空調風がケースの空気流れ下流側端部の吹出口（図示せず）から車室内へ吹き出すようになっている。

第１蒸発器２０の冷媒出口側には、前述の二段減圧式エジェクタ１６の低圧冷媒入口１８０ｃが接続されている。さらに、二段減圧式エジェクタ１６の低圧冷媒出口１８０ｄには、圧縮機１１吸入側が接続されている。

一方、分岐点１５で分岐された他方の冷媒は冷媒分岐通路１７を介して、二段減圧式エジェクタ１６の冷媒吸引口１９０ｅ側に流入する。この冷媒分岐通路１７には絞り手段２２が配置され、絞り手段２２よりも冷媒流れ下流側に第２蒸発器２３が配置されている。絞り手段２２は第２蒸発器２３へ流入する冷媒を減圧膨張させる減圧手段であって、具体的にはキャピラリチューブやオリフィスのような固定絞りで構成されている。

第２蒸発器２３は、内部を通過する低圧冷媒と電動送風機２４により送風される空気と熱交換させることによって、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。電動送風機２４は、電動送風機１３、２１と同様の構成で、遠心多翼ファン２４ａおよび電動モータ２４ｂを有して構成される。

なお、第２蒸発器２３は車室内に設けられた冷蔵庫内へ吹き出される空気を冷却する冷却手段を構成している。つまり、本実施形態では、第２蒸発器２３は冷蔵庫内の冷却用として用いられており、第２蒸発器２３の空調対象空間（冷却対象空間）は冷蔵庫内となる。また、電動送風機２４は冷蔵庫内空気を吸入して第２蒸発器２３に向けて循環送風する。

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。車両エンジンから圧縮機１１へ回転駆動力が伝達されると、圧縮機１１が冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。圧縮機１１から吐出された高温気相冷媒は、放熱器１２にて電動送風機１３から送風された外気によって冷却されて凝縮する。

凝縮した冷媒はレシーバ１４にて気液分離され、レシーバ１４から流出した飽和液相冷媒は、分岐点１５にて二段減圧式エジェクタ１６の高圧冷媒入口１８０ａへ向かう冷媒流れと、冷媒分岐通路１７に向かう冷媒流れとに分流する。

二段減圧式エジェクタ１６に流入した冷媒流れは、温度式膨張弁１８の可変絞り機構部１８ａにて減圧膨張され、中圧冷媒出口１８０ｂからエジェクタ１９のノズル部１９１へ流入する。この際、可変絞り機構部１８ａでは、第１蒸発器２０出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲になるように、絞り通路面積が調整される。さらに、可変絞り機構部１８ａにて減圧膨張された冷媒には、沸騰核が形成される。

エジェクタ１９のノズル部１９１へ流入した冷媒は、ノズル部１９１の第２絞り通路１９ａにて減圧膨張される。これにより、ノズル部１９１にて冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、冷媒噴射口１９１ｂから高速度の噴射冷媒となって噴射される。この際の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口１９０ｅから第２蒸発器２３通過後の冷媒を吸引する。

冷媒噴射口１９１ｂから噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口１９０ｅから吸引された吸引冷媒は、ノズル部１９１下流側の混合部１９０ｃで混合してディフューザ部１９０ｄに流入する。このディフューザ部１９０ｄでは通路面積の拡大により、冷媒の速度（膨張）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。

二段減圧式エジェクタ１６のディフューザ部１９０ｄから流出した冷媒は第１蒸発器２０に流入する。第１蒸発器２０では、低圧冷媒が電動送風機２１の送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内へ送風される空気が冷却される。

第１蒸発器２０通過後の冷媒は、再び、二段減圧式エジェクタ１６の低圧冷媒入口１８０ｃへ流入して、連通室１８０ｇを介して、低圧冷媒出口１８０ｄから流出する。そして、圧縮機１１へ吸入され、再び圧縮される。

一方、冷媒分岐通路１７へ流入した冷媒流れは絞り手段２２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２３に流入する。第２蒸発器２３では、低圧冷媒が電動送風機２４の送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、冷蔵庫内へ送風される空気が冷却される。第２蒸発器２３通過後の冷媒は冷媒吸引口１９０ｅから二段減圧式エジェクタ１６内へ吸引される。

本実施形態では、上記の如く作動するので、第１、２蒸発器２０、２３で同時に冷却作用を発揮できる。その際に、第１蒸発器２０の冷媒蒸発圧力はディフューザ部１４ｄで昇圧した後の圧力となり、一方、第２蒸発器２３の冷媒蒸発圧力はノズル部１９１での減圧直後の圧力となる。

これにより、第１蒸発器２０の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも第２蒸発器２３の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）を低くすることができる。本実施形態では、第１蒸発器２０を車室内空調用として用い、第２蒸発器２３を冷蔵庫内の冷却用として用いているので、車室内冷房温度よりも車載の冷凍冷蔵庫内の冷却温度を低くすることができる。

また、第１蒸発器２０下流側を圧縮機１１吸入側に接続しているので、ディフューザ部１９０ｄで昇圧された冷媒を圧縮機１１に吸入させることができる。その結果、圧縮機１１の吸入圧を上昇させることができるので、圧縮機１１の駆動動力を低減して、ＣＯＰを向上できる。

さらに、本実施形態では、二段減圧式エジェクタ１６を採用しているので、温度式膨張弁１８の可変絞り機構部１８ａで減圧膨張され、沸騰核が生成された中圧冷媒をエジェクタ１９のノズル部１９１へ流入させることができる。これにより、ノズル１９１における冷媒の減圧沸騰を促進させて、エジェクタ１９のノズル効率を向上させることができる。その結果、エジェクタ式冷凍サイクル１０のＣＯＰを効果的に向上できる。

しかも、本実施形態では、中圧空間容積Ｖｏ、絞り通路面積Ｓおよび流速ｖｎが上述の式Ｆ１の関係となっているので、図８〜１１で説明したように、エジェクタ式冷凍サイクル１０の起動時に二段減圧式エジェクタにて発生する低周波異音を抑制することができ、さらに、ノズル効率向上効果を損なうこともない。

さらに、上述の如く、中圧空間容積Ｖｏ、絞り通路面積Ｓを調整するだけで、容易に式Ｆ１を満たすことができるので、温度式膨張弁１８とエジェクタ１９とを一体に接続するといった簡素な構成で、二段減圧式エジェクタ１６を構成できる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、温度式膨張弁１８とエジェクタ１９とを一体に接続することで二段減圧式エジェクタ１６を構成しているが、本実施形態では、図３、４に示すように、温度式膨張弁とエジェクタとを一体化して二段減圧式エジェクタ２６を構成している。なお、図３、４では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。これは以下の図においても同様である。

なお、図３は、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０の全体構成図であり、図４は、二段減圧式エジェクタ２６の断面図である。本実施形態の二段減圧式エジェクタ２６は、第１実施形態の温度式膨張弁１８に対応するハウジング２６０、ニードル弁２６１、感温部２６２、さらに、第１実施形態のエジェクタ１９に対応するボデー１９０、ノズル部２６３を有して構成される。

ハウジング２６０には、分岐部１５で分岐された一方の冷媒を流入させる高圧冷媒入口２６０ａが設けられ、この高圧冷媒入口２６０ａは、ノズル部２６３の入口側に連通している。また、ハウジング２６０に取り付けられた感温部２６２は、第１実施形態と同様のダイアフラム２６２ａ、第１圧力室２６２ｂ、第２圧力室２６２ｃおよび円板状部材２６２ｄ等を有している。

第１圧力室２６２ｂは、図３に示すように、第１蒸発器２０出口側冷媒の温度を検出する感温筒２６２ｄに接続されている。従って、第１圧力室２６２ｂ内の内圧は、第１蒸発器２０出口側冷媒の温度に応じた冷媒の飽和蒸気圧力になる。また、第２圧力室２６２ｃには、均圧管２６２ｅを介して、第１蒸発器２０出口側冷媒が導かれる。従って、第２圧力室２６２内の内圧は、第１蒸発器２０出口冷媒の圧力となる。

また、ダイアフラム２６２の第２圧力室２６２ｃ側面に接合された円板状部材２６２ｄには、針状に形成されたニードル弁２６１が連結されている。このニードル弁２６１は、ハウジング２６０内部を貫通して、ノズル部２６３の冷媒通路内の第１喉部２６３ａよりも冷媒流れ方向下流側まで伸びている。

ノズル部２６３は、第１実施形態のノズル部１９１と基本的に同じ構成であるが、その内部の冷媒通路の形状が異なる。すなわち、ノズル部２６３の冷媒通路の内径は、入口部側から冷媒流れ方向に沿って、徐々に縮小した後に徐々に拡大して、さらに、徐々に縮小した後に徐々に拡大しながら冷媒噴射口２６３ｃへ至っている。

これにより、ノズル部２６３には、冷媒流れ方向上流側から、第１喉部２６３ａ、第２喉部２６３ｂの二つの喉部が形成されている。前述の如く、ニードル弁２６１の先端は、第１喉部２６３ａよりも冷媒流れ方向下流側まで伸びているので、ニードル弁２６１がダイアフラム２６２ａに連動して変位することによって、第１喉部２６３ａの絞り通路面積が調整される。

従って、本実施形態では、第１喉部２６３ａの上流側の冷媒通路２６３ｄ（第１絞り通路）とニードル弁２６１とによって、可変絞り機構部２６ａが構成される。より詳細には、ハウジング２６０、ニードル弁２６１、感温部２６２および第１喉部２６３ａ等によって、第１蒸発器２０出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように絞り通路面積（冷媒流量）が調整される外部均圧式膨張弁が構成される。

もちろん、第２圧力室２６２ｃに第１蒸発器２０出口側冷媒を導くことによって、内部均圧式膨張弁としてもよい。そして、可変絞り機構部２６ａよりも下流側の冷媒通路のうち冷媒通路断面積が最も縮小する第２喉部２６３ｂ以降の冷媒通路によって、第２絞り通路２６ｂが形成される。

さらに、本実施形態の二段減圧式エジェクタ２６でも、可変絞り機構部２６ａの出口から、第２絞り通路２６ｂの入口（具体的には、第２喉部２６３ｂ）へ至る中圧空間容積Ｖｏ（ｍｍ³）、第２喉部２６３ｂの絞り通路面積Ｓ（ｍｍ²）およびサイクルの起動時から通常運転への過程における第２喉部２６３ｂを通過する冷媒の流速をｖｎ（ｍｍ／ｓ）が、上述した式Ｆ１の関係を満たすように調整されている。

なお、本実施形態における中圧空間容積Ｖｏは、図３、４中、点のハッチングで示す部位の容積である。

従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０を作動させても、第１実施形態と同様に、エジェクタ式冷凍サイクルの起動時に二段減圧式エジェクタにて発生する低周波異音を抑制することができ、さらに、ノズル効率向上効果を損なうことなくＣＯＰを効果的に向上できる。また、温度式膨張弁とエジェクタとを一体化しているので、二段減圧式エジェクタの小型化も図れる。

（第３実施形態）
第２実施形態の二段減圧式エジェクタ２６では、過熱度応動機構である感温部２６２によって、ニードル弁２６１を作動させて、第１蒸発器２０出口側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように可変絞り機構部２６ａの絞り通路面積を調整しているが、本実施形態では、図５の全体構成図に示すように、ニードル弁２６１の作動を電気的に制御可能な二段減圧式エジェクタ２７を採用している。

本実施形態の二段減圧式エジェクタ２７では、ニードル弁２６１を電動アクチュエータ２７０によって、駆動する構成になっている。なお、この電動アクチュエータ２７０としては、例えば、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等を採用できる。

さらに、この電動アクチュエータ２７０は、制御装置３０から出力される制御信号によって駆動制御される。制御装置３０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、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、電動アクチュエータ２７０の作動を制御する。

また、制御装置３０の入力側には、第１蒸発器２０出口側冷媒の温度を検出する温度センサ３１および圧力を検出する圧力センサ３２が接続されている。そして、制御装置３０では、これらのセンサ３１、３２の信号に基づいて、第１蒸発器２０出口側冷媒の過熱度を算出し、算出された値が予め定めた範囲になるように、電動アクチュエータ２７０の作動を制御する。

これにより、第１喉部２６３ａとニードル弁２６１とによって構成される可変絞り機構部の絞り通路面積が調整される。その他の構成は、第２実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０を作動させても、第２実施形態と全く同様の効果を得ることができる。

（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、上流側絞り部として可変絞り機構部１８ａ、２６ａを配置し、下流側絞り部として固定絞りである第２絞り通路１９ａ、２６ｂを配置している。これに対して、前述の如く、エジェクタ式冷凍サイクルの起動時に発生する低周波異音は、中圧空間容積Ｖｏおよび中圧空間内に存在する気泡（沸騰核）の量を変化させることで抑制可能である。

従って、上流側絞り部として固定絞りを配置し、下流側絞り部として可変絞り機構を配置する構成であって前述の低周波異音は抑制可能である。すなわち、中圧空間容積Ｖｏ、並びに、中圧空間内の気泡の存在量を表すパラメータを示す可変絞り機構の絞り通路面積Ｓおよび可変絞り機構を通過する冷媒の流速ｖｎ等に着眼すればよい。

さらに、具体的な二段減圧式エジェクタの構成としては、例えば、図６、７に示す構成を採用できる。なお、図６、７は、それぞれ、第２、３実施形態のノズル部２６３周辺に相当する部位を拡大した断面図である。すなわち、ニードル弁２６１の先端テーパ部を第２喉部２６３ｂの下流側まで伸びるように配置し、ニードル弁２６１を変位させることによって、第２喉部２６３ｂの絞り通路面積を調整する。

一方、第１喉部２６３ａの内側では、ニードル弁２６１が変位しても、ニードル弁２６１のうち直線状の部位のみが変位するので、第１喉部２６３ａの絞り通路面積は変化しない。これにより、上流側絞り部を固定絞りとし、下流側絞り部を可変絞り機構とする構成を容易に実現できる。

（２）上述の実施形態では、二段減圧式エジェクタ１６、２６、２７の上流側に分岐部１５が配置されたエジェクタ式冷凍サイクル１０について説明しているが、本発明が適用されるサイクル構成はこれに限定されない。

例えば、レシーバ１４を廃止して、放熱器１２から流出した冷媒を直接、二段減圧式エジェクタ１６、２６、２７へ流入させ、二段減圧式エジェクタ１６、２６、２７の下流側に配置された気液分離器から液相冷媒を二段減圧式エジェクタ１６、２６、２７に吸引させる構成としてもよい。

また、二段減圧式エジェクタ１６、２６、２７の下流側にディフューザ部１９０ｄから流出した冷媒の流れを分岐する分岐部を設け、分岐された冷媒をそれぞれ、第１蒸発器２０、第２蒸発器２３へ供給する構成としてもよい。

（３）上述の実施形態では、第１蒸発器２０および第２蒸発器２３によって、それぞれ異なる冷却対象空間を冷却しているが、第１蒸発器２０および第２蒸発器２３によって同一の冷却対象空間を冷却するようにしてもよい。

この際、冷却対象空間へ送風される送風空気を第１蒸発器２０→第２蒸発器２３の順に冷却すればよい。このように、風上側に第１蒸発器２０を配置し、風下側に第１蒸発器２０よりも冷媒蒸発温度の低い第２蒸発器２３を配置すれば、送風空気と第１、２蒸発器２０、２３との温度差を確保して、効率良く送風空気を冷却できる。

（４）上述の実施形態に対して、さらに、放熱器１２下流側の高圧冷媒と圧縮機１１へ吸入される低圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けてもよい。これにより、第１、２蒸発器２０、２３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）を増大させて、より一層、ＣＯＰを向上させることができる。

（５）上述の実施形態では、放熱器１２とレシーバ１４との構成について詳細を述べていないが、放熱器１２とレシーバ１４は一体に構成されていてもよいし、別体として構成されていてもよい。

さらに、放熱器１２として、冷媒を凝縮させる凝縮用熱交換部と、この凝縮用熱交換部からの冷媒を導入して冷媒の気液を分離するレシーバ部と、このレシーバ部からの飽和液相冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部とを有する、いわゆるサブクール型の凝縮器を採用すれば、レシーバ１４を廃止できる。

（６）上述の実施形態では、本発明の二段減圧式エジェクタを適用したエジェクタ式冷凍サイクルを車両用空調装置に用いているが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、家庭用冷蔵庫、自動販売機用冷却装置、冷蔵機能付きショーケース等の定置用の冷凍サイクルにも適用できる。

（７）上述の実施形態では、放熱器１２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、第１、２蒸発器２０、２３を室内側熱交換器として車室および冷蔵庫内の冷却用に適用しているが、逆に、第１、２蒸発器２０、２３を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器１２を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。

第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。 第１実施形態の二段減圧式エジェクタの断面図である。 第２実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。 第２実施形態の二段減圧式エジェクタの断面図である。 第３実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。 他の実施形態の二段減圧式エジェクタの要部の断面図である。 別の他の実施形態の二段減圧式エジェクタの要部の断面図である。 高圧側冷媒圧力、低圧側冷媒圧力、騒音レベルの経時変化のグラフである。 騒音レベルの周波数解析結果を示すグラフである。 中圧冷媒の圧力脈動の周波数解析結果を示すグラフである。 Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ、圧力脈動および昇圧量比の関係を示すグラフである。

符号の説明

１６、２６、２７…二段減圧式エジェクタ、１８ａ、２６ａ…可変絞り機構部、
１９ａ、２６ｂ…第２絞り通路、１８０ｆ、２６３ｄ…第１絞り通路、
１８１ａ…弁体部、２６１…ニードル弁、１９１、２６３…ノズル部、
１９１ａ…喉部、２６３ａ…第１喉部、２６３ｂ…第２喉部、

Claims (5)

1. 流体を減圧膨張させる第１絞り通路（１８０ｆ、２６３ｄ）および前記第１絞り通路（１８０ｆ、２６３ｄ）の絞り通路面積を変化させる弁体部（１８１ａ、２６１）を有する可変絞り機構部（１８ａ、２６ａ）と、
   前記可変絞り機構部（１８ａ、２６ａ）にて減圧された流体を更に減圧膨張させる第２絞り通路（１９ａ、２６ｂ）が形成されたノズル部（１９１、２６３）とを備え、
   前記ノズル部（１９１、２６３）から噴射された高速度の噴射流体の吸引作用によって、流体を吸引する二段減圧式エジェクタであって、
   前記可変絞り機構部（１８ａ、２６ａ）の出口から前記第２絞り通路（１９ａ、２６ｂ）の入口に至る容積である中圧空間容積Ｖｏ（単位：ｍｍ³）、
   前記第２絞り通路（１９ａ、２６ｂ）における最小通路断面積部（１９１ａ、２６３ｂ）の通路断面積を絞り通路面積Ｓ（単位：ｍｍ²）、
   さらに、前記最小通路断面積部（１９１ａ、２６３ｂ）を通過する流体の流速を流速ｖｎ（単位：ｍｍ／ｓ）としたときに、
   ０．０７≦Ｖｏ×Ｓ／ｖｎ≦０．７
   になっていることを特徴とする二段減圧式エジェクタ。
2. 前記第１絞り通路（２６３ｄ）および前記第２絞り通路（２６ｂ）は、前記ノズル部（２６３）の流体通路に形成されており、
   前記弁体部（２６１）は、前記第１絞り通路（２６３ｄ）における最小通路断面積部（２６３ａ）の絞り通路面積のみを変化させることを特徴とする請求項１に記載の二段減圧式エジェクタ。
3. 前記可変絞り機構部は、温度式膨張弁（１８）の絞り通路（１８０ｆ、２６３ｄ）と弁体部（１８１ａ、２６１）とによって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の二段減圧式エジェクタ。
4. 前記可変絞り機構部は、前記弁体部（２６１）の作動を電気的に制御可能な電気式可変絞り機構で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の二段減圧式エジェクタ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の二段減圧式エジェクタ（１６、２６、２７）を備えることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。

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