JP2010001802A - エジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルへ流入する流体の流量によらず、量産性の向上および製造コストの低減を図ることができるエジェクタを提供する。
【解決手段】エジェクタ１５の昇圧部を、ボデー部１５２の第１冷媒通路１５２ｅと管状部材１５３の第２冷媒通路１５３ａによって構成する。さらに、第１、第２冷媒通路１５２ｅ、１５３ａの双方に、冷媒通路面積が一定に形成されたストレート形状部、および、冷媒通路面積が冷媒流れ方向に向かって徐々に拡大させたテーパ形状部を設け、これらを順次組み合わせて配置することで、昇圧部の冷媒通路面積を冷媒の流れ方向に向かって段階的に拡大させる。これにより、管状部材１５３の入口側の冷媒通路面積を塑性加工で成形可能な冷媒通路面積に拡大し、管状部材１５３全体を塑性加工によって形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノズルから噴射される高速度の噴射流体の吸引作用によって流体吸引口から流体を吸引するエジェクタに関する。

従来、ノズルから噴射される高速度の噴射流体の吸引作用によって流体吸引口から流体を吸引し、吸引された吸引流体と噴射流体とを昇圧部にて混合して昇圧させるエジェクタが知られている。例えば、特許文献１には、１組のストレート形状部とテーパ形状部を有する流体通路によって昇圧部を構成し、この昇圧部の各諸元を適切に設定することで、エジェクタ効率を向上できることが記載されている。

なお、特許文献１におけるストレート形状部は、流体通路面積が略一定に形成された部位であり、ノズルから噴射される噴射流体と流体吸引口から吸引された吸引流体とを混合させる混合部として機能する。一方、テーパ形状部は、流体通路面積が流体流れ方向へ向かって徐々に拡大するように形成された部位であり、混合部にて混合された混合流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換するディフューザ部として機能する。

さらに、特許文献２には、量産性の向上および製造コスト低減を狙ったエジェクタが開示されている。具体的には、この特許文献２のエジェクタでは、ノズル等のエジェクタ構成部品が接続・固定されるボデーに混合部（ストレート形状部）の一部を形成し、混合部の残りの部位とディフューザ部（テーパ形状部）を構成する管状部材を、ボデーに接続することによって昇圧部を構成している。

そして、この管状部材を、金属配管を塑性加工によって形成することで、切削加工によって形成する場合に対して、エジェクタの量産性の向上および製造コストの低減を図っている。
特開２００３−０１４３１８号公報 特開２００６−２３３８０７号公報

ところで、エジェクタのノズルへ流入する流体のノズル側流量Ｇｎｏｚは、エジェクタが適用される装置によって異なる。このため、特許文献１のように、エジェクタに高いエジェクタ昇圧性能を発揮させるためには、エジェクタが適用される装置に応じて、昇圧部の各諸元を適切に設定する必要がある。

例えば、ノズル側流量Ｇｎｏｚが少なくなる装置に適用されるエジェクタでは、混合部（ストレート形状部）の冷媒通路面積を小さく設定しなければならない。従って、特許文献２のようにボデーと管状部材とを接続することによって昇圧部を構成する場合、ノズル側流量Ｇｎｏｚの低下に応じて、混合部に接続される管状部材の入口側の冷媒通路面積を縮小させなければならない。

しかしながら、管状部材は塑性加工によって製造されるので、管状部材の入口側の冷媒通路面積を縮小させると、管状部材の流体入口側にシワが発生する等の加工成形上の不具合が生じやすくなる。

本発明は、上記点に鑑み、ノズルへ流入する流体の流量によらず、量産性の向上および製造コストの低減を図ることができるエジェクタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、流体を減圧させて噴射するノズル（１５１）と、ノズル（１５１）から噴射された噴射流体の流れによって流体を吸引する流体吸引口（１５２ｂ）、および、流体吸引口（１５２ｂ）から吸引された吸引流体と噴射流体とを混合して昇圧させる昇圧部（１５２ｅ、１５３ａ）が形成されたハウジング（１５２、１５３）とを備え、昇圧部は、流体通路面積が一定に形成された複数のストレート形状部（１５２ｆ、１５２ｈ、１５３ｂ、１５３ｄ）、および、流体通路面積が流体の流れ方向に向かって徐々に拡大されるように形成された複数のテーパ形状部（１５２ｇ、１５３ｃ）を有する流体通路（１５２ｅ、１５３ａ）によって構成され、複数のストレート形状部（１５２ｆ、１５２ｈ、１５３ｂ、１５３ｄ）および複数のテーパ形状部（１５２ｇ、１５３ｃ）は、順次繰り返し配置されているエジェクタを特徴とする。

これによれば、複数のストレート形状部（１５２ｆ、１５２ｈ、１５３ｂ、１５３ｄ）および複数のテーパ形状部（１５２ｇ、１５３ｃ）を順次繰り返し配置した流体通路（１５２ｅ、１５３ａ）によって昇圧部を形成しているので、昇圧部の流体通路面積を、流体の流れ方向に向かって段階的に拡大させることができる。

従って、昇圧部のうち、少なくとも、塑性加工が可能な冷媒通路面積となる範囲の部位を、塑性加工で成形することができる。その結果、ノズルへ流入する流体の流量によらず、エジェクタの量産性の向上および製造コストの低減を図ることができる。なお、本請求項における「流体通路面積が一定」とは、流体通路面積が完全に一定であることのみを意味するものではなく、製造誤差の都合で微小に変化している略一定のものも含む意味である。

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において、ハウジング（１５２、１５３）は、流体吸引口（１５２ｂ）および流体通路のうち上流側を構成する第１流体通路（１５２ｅ）が形成されたボデー部（１５２）、並びに、流体通路のうち下流側を構成する第２流体通路（１５３ａ）が形成された管状部材（１５３）を接続することによって構成されており、第１流体通路（１５２ｅ）には、少なくとも１つ以上のストレート形状部（１５２ｆ）、および、少なくとも１つ以上のテーパ形状部（１５２ｇ）が配置されていることを特徴とする。

これによれば、第１流体通路（１５２ｅ）に形成された流体通路のストレート形状部（１５２ｆ）によって、ノズル（１５１）から噴射される噴射流体と流体吸引口から吸引された吸引流体とを混合させるための適切な形状の混合部を構成できる。さらに第１流体通路（１５２ｅ）に形成されたテーパ形状部（１５２ｇ）のテーパ角度を調整することで、テーパ形状部（１５２ｇ）の出口側の冷媒通路面積を拡大することができる。

これにより、第２流体通路（１５３ａ）の入口側の冷媒通路面積を塑性加工が可能な冷媒通路面積となるように拡大することができるので、管状部材（１５３）の全部を塑性加工によって形成することが可能となる。その結果、より一層、エジェクタの量産性の向上および製造コストの低減を図ることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のエジェクタにおいて、第２流体通路（１５３ａ）には、少なくとも１つ以上のテーパ形状部（１５３ｃ）が配置されていることを特徴とする。これにより、第２流体通路（１５３ａ）に配置されたテーパ形状部（１５３ｃ）をディフューザ部として機能させて流体を十分に昇圧することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項２または３に記載のエジェクタにおいて、第１流体通路（１５２ｅ）のうち、管状部材（１５３）との接続部側には、テーパ形状部（１５２ｇ）が配置され、第２流体通路（１５３ａ）のうち、ボデー部（１５２）との接続部側には、前記ストレート形状部（１５３ｂ）が配置されていてもよい。

また、請求項５に記載の発明のように、請求項２または３に記載のエジェクタにおいて、第１流体通路（１５２ｅ）のうち、管状部材（１５３）との接続部側には、ストレート形状部（１５２ｈ）が配置され、第２流体通路（１５３ａ）のうち、ボデー部（１５２）との接続部側には、ストレート形状部（１５３ｂ）が配置されていてもよい。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のエジェクタにおいて、管状部材（１５３）は、金属配管を塑性加工することによって形成されたものであることを特徴とする。これにより、管状部材（１５３）を金属配管で形成できるので、より一層、エジェクタの量産性の向上および製造コストの低減を図ることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲に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１〜３により、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本発明のエジェクタ１５を備えるエジェクタ式冷凍サイクル１０を、水道水を加熱して台所や風呂等に給湯するヒートポンプ式給湯機１に適用している。図１は、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１の全体構成図である。

ヒートポンプ式給湯機１は、貯湯タンク２１内の給湯水を循環させる水循環回路２０、および、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクルとしてのエジェクタ式冷凍サイクル１０を備えている。従って、本実施形態における流体は、エジェクタ式冷凍サイクル１０を循環する冷媒となる。また、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。

まず、水循環回路２０について説明する。貯湯タンク２１は、断熱構造を有して高温の給湯水を長時間保温するための温水タンクであり、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）で形成されている。

貯湯タンク２１に貯留された給湯水は、貯湯タンク２１の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク２１内の下部に設けられた給水口から水道水が給水されるようになっている。

水循環回路２０には、給湯水を循環させる電動ポンプ２２が配置されている。この電動ポンプ２２は、図示しない制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。そして、制御装置が電動ポンプ２２を作動させると、給湯水は、電動ポンプ２２→後述する水−冷媒熱交換器１２の水側通路１２ａ→貯湯タンク２１→電動ポンプ２２の順に循環する。

次に、エジェクタ式冷凍サイクル１０について説明する。エジェクタ式冷凍サイクル１０において、圧縮機１１は、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、本実施形態では、吐出容量が固定された圧縮機構１１ａを電動モータ１１ｂにて駆動する電動圧縮機を採用している。この圧縮機構１１ａとしては、具体的に、スクロール型、ベーン型、ローリングピストン型等の各種圧縮機構を採用できる。

電動モータ１１ｂは、制御装置から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態の電動モータ１１ｂは、圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段を構成している。

圧縮機１１の吐出側には、水−冷媒熱交換器１２の冷媒側通路１２ｂが接続されている。水−冷媒熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒側通路１２ｂと給湯水が通過する水側通路１２ａとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱器である。

なお、前述の如く、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器１２の冷媒側通路１２ｂでは、冷媒（二酸化炭素）は凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。

水−冷媒熱交換器１２の冷媒側通路１２ｂ出口側には、冷媒側通路１２ｂから流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部１３が接続されている。分岐部１３は、３つの流入出口を有する三方継手構造のもので、流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、２つを冷媒流出口としている。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して構成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに通路径の異なる複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。

さらに、分岐部１３の一方の冷媒流出口には、分岐部１３と後述するエジェクタ１５のノズル１５１入口側とを接続する第１冷媒配管１４ａが接続され、他方の冷媒流出口には、分岐部１３と後述する電気式膨張弁１７入口側とを接続する第２冷媒配管１４ｂが接続されている。なお、第１冷媒配管１４ａは、エジェクタ１５の駆動流が流通する駆動流側配管である。

エジェクタ１５は、冷媒減圧手段の機能を果たすとともに、ノズル１５１から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運動量輸送式ポンプとしての機能を果たすものである。このエジェクタ１５の詳細構成については図２により説明する。図２は、エジェクタ１５の軸方向断面図である。

図２に示すように、本実施形態のエジェクタ１５は、ノズル１５１、ボデー部１５２、管状部材１５３、ニードル１５４、駆動部１５５等を有して構成されている。まず、ノズル１５１は、第１冷媒配管１４ａを介して内部へ流入した冷媒を、等エントロピ的に減圧させて噴射するもので、略円柱状の金属（例えば、ステンレス鋼）に切削加工を施すことによって形成されている。

具体的には、ノズル１５１は、径の異なる２つの円筒部材を同軸状に結合した形状に形成されており、径の大きい側の大径部１５１ａの外周面が、ボデー部１５２に圧入固定されている。さらに、大径部１５１ａには、第１冷媒配管１４ａを介して流入する冷媒を、ノズル１５１内に形成された冷媒通路１５１ｃへ流入させるノズル流入口１５１ｄが設けられている。

この冷媒通路１５１ｃは、大径部１５１ａ側から小径部１５１ｂ側へ冷媒を流すように形成されている。冷媒通路１５１ｃのうち下流側（小径部１５１ｂ側）の部位は、ノズル１５１の軸方向に延びて、その冷媒通路面積が冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小するように形成されている。これにより、冷媒通路１５１ｃを流通する冷媒が減圧されて、冷媒通路１５１ｃの最下流部に形成された冷媒噴射口１５１ｅから矢印１００方向へ噴射される。

また、冷媒通路１５１ｃの内部には、ノズル１５１の軸方向に変位して冷媒通路１５１ｃの冷媒通路面積を変化させるニードル１５４が配置されている。このニードル１５４は、ノズル１５１と同軸状に延びる針状部材であって、円柱状の金属（例えば、ステンレス鋼）に切削加工を施すことによって形成されている。

さらに、ニードル１５４の冷媒噴射口１５１ｅ側の端部には冷媒の噴射方向に向かって先細るテーパ形状の先端部が形成されており、この先端部は冷媒噴射口１５１ｅよりも下流側へ至る範囲まで延びている。従って、ニードル１５４を変位させると、冷媒通路１５１ｃの冷媒通路面積のみならず、冷媒噴射口１５１ｅの開口面積も変化する。一方、ニードル１５４の反対側の端部は駆動部１５５に連結されている。

駆動部１５５は、ニードル１５４を駆動変位させるモータアクチュエータであって、コイル１５５ａ、ロータ１５５ｂ、キャン１５５ｃ、ガイド１５５ｄおよびワッシャ１５５ｅを有して構成されている。コイル１５５ａは、制御装置より出力される制御信号によって、ロータ１５５ｂをニードル１５４の軸周りに回転させる回転磁力を発生させるものである。

ガイド１５５ｄはノズル１５１に圧入固定され、ガイド１５５ｄの内径部にはニードル１５４が摺動可能な状態で挿入されている。ニードル１５４の駆動部側の端部は、ワッシャ１５５ｅを介してロータ１５５ｂに結合されている。

また、ロータ１５５ｂの円筒部内側にはニードル１５４の駆動機構の一部としての雌ネジが形成されており、この雌ネジがガイド１５５ｄの外周に形成された雄ネジに螺合されている。これにより、ロータ１５５ｂが回転されるとロータ１５５ｂおよびニードル１５４が軸方向に移動するようになっている。ボデー部１５２の軸方向一端側には、ロータ１５５ｂを覆う非磁性体金属製のカップ状のキャン１５５ｃが溶接されている。

次に、ボデー部１５２は、前述のノズル１５１、駆動部１５５等が固定されるとともに、その内部に冷媒を流入出させる各種開口穴、および、これらの開口穴から流入した冷媒を流通させる各種冷媒通路等が形成されたもので、加工性、耐食性に優れ、かつ、溶接性、ろう付け性に適した円柱状の金属（例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５等のステンレス鋼）にプレス加工、切削加工および穴あけ加工を施すことによって形成されている。

各種開口穴としては、第１冷媒配管１４ａとノズル１５１のノズル流入口１５１ｄとを連通させる冷媒流入口１５２ａ、後述する吸引側蒸発器１８下流側冷媒を吸引する冷媒吸引口１５２ｂ、および、冷媒吸引口１５２ｂから吸引された吸引冷媒とノズル１５１ｅの冷媒噴射口１５１ｅから噴射された噴射冷媒との混合冷媒を流出させる冷媒流出口１５２ｃが形成されている。

冷媒流入口１５２ａは、ノズル１５１の大径部１５１ａの外周側に配置され、ノズル１５１の軸方向に対して垂直方向に開口している。そして、この冷媒流入口１５２ａには、前述の第１冷媒配管１４ａが接続されている。

冷媒吸引口１５２ｂは、ノズル１５１の小径部１５１ｂの外周側に配置され、ノズル１５１の軸方向に対して垂直方向に開口している。従って、冷媒吸引口１５２ｂから吸引される吸引流体の流れ方向と噴射冷媒の噴射方向とは、垂直に交わることになる。さらに、この冷媒吸引口１５２ｂには、吸引側蒸発器１８出口側に接続された吸引流側配管である第３冷媒配管１４ｃが接続されている。

冷媒流出口１５２ｃは、ノズル１５１に対して同軸上に配置され、ノズル１５１の軸方向に開口している。そして、冷媒流出口１５２ｃには、管状部材１５３が接続されている。なお、第１冷媒配管１４ａ、第３冷媒配管１４ｃ、管状部材１５３は、金属（例えば、銅）製の配管で構成されており、ボデー部１５２に対して、ろう付け等の手段により接合されている。

また、各種冷媒通路としては、冷媒吸引口１５２ｂから吸引された吸引冷媒をノズル１５１の冷媒噴射口１５１ｅ側へ導く吸引通路１５２ｄ、および、この吸引通路１５２ｄと連続的に設けられて混合冷媒を冷媒流出口１５２ｃへ導く第１冷媒通路１５２ｅが形成されている。

さらに、この第１冷媒通路１５２ｅは、冷媒通路面積が一定に形成された第１ストレート形状部１５２ｆ、第１ストレート形状部１５２ｆの下流側であって、流体通路面積が冷媒の流れ方向に向かって徐々に拡大されるように形成された第１テーパ形状部１５２ｇを有して構成されている。

第１ストレート形状部１５２ｆは、混合冷媒を混合させる混合部としての機能を果たす。さらに、第１ストレート形状部１５２ｆの冷媒通路面積は、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０においてサイクルを循環する冷媒の流量、すなわちノズル１５１へ流入するノズル側流量Ｇｎｏｚに対して、エジェクタ１５が高いエジェクタ昇圧性能を発揮できるように設定されている。

また、第１テーパ形状部１５２ｇは、混合部にて混合された混合冷媒の流速を減速して冷媒圧力を上昇させる、すなわち速度エネルギを圧力エネルギに変換するディフューザ部として機能する。

管状部材１５３は、その内部に、ボデー１５２の第１冷媒通路１５２ｅを延長させるように形成された第２冷媒通路１５３ａが形成されたもので、金属配管（銅配管）にスウェージング加工、縮管あるいは拡管といった塑性加工を施すことによって形成されたものである。

具体的には、第２冷媒通路１５３ａは、第１冷媒通路１５２ｅの第１テーパ形状部１５２ｇの最下流側と同等の冷媒通路面積を有する第２ストレート形状部１５３ｂ、この第２ストレート形状部１５３ｂの下流側に配置されて冷媒通路面積を徐々に拡大させる第２テーパ形状部１５３ｃ、さらに、第２テーパ形状部１５３ｃの最下流側と同等の冷媒通路面積を有する第３ストレート形状部１５３ｄを有して構成されている。

第２、第３ストレート形状部１５３ｂ、１５３ｅは、それぞれ下流側に混合冷媒を導く冷媒通路としての機能を果たし、第２テーパ形状部１５３ｄは、第１テーパ形状部１５２ｇと同様に、混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換するディフューザ部として機能する。さらに、図１に示すように、管状部材１５３の出口側には、流出側蒸発器１６が接続されている。

従って、本実施形態では、ボデー部１５２および管状部材１５３によって、特許請求の範囲に記載されたハウジングが構成され、このハウジング内に、第１ストレート形状部１５２ｆ→第１テーパ形状部１５２ｇ→第２ストレート形状部１５３ｂ→第２テーパ形状部１５３ｃ→第３ストレート形状部１５３ｄの順に冷媒が流れる冷媒通路が形成される。

そして、本実施形態では、ストレート形状部とテーパ形状部とが交互に順次繰り返されるように配置された冷媒通路によって、吸引流体と噴射流体とを混合して昇圧させる昇圧部が形成されている。また、管状部材１５３の出口側（具体的には、第３ストレート形状部１５３ｄの出口側）には、流出側蒸発器１６が接続されている。

流出側蒸発器１６は、管状部材１５３から流出した冷媒と送風ファン１６ａより送風された室外空気とを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。送風ファン１６ａは、制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。流出側蒸発器１６の出口側には、圧縮機１１の冷媒吸入口が接続されている。

次に、分岐部１３にて分岐された他方の冷媒が流れる第２冷媒配管１４ｂには、電気式膨張弁１７が接続されている。電気式膨張弁１７は、第２冷媒配管１４ｂへ流入した冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。電気式膨張弁１７は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

電気式膨張弁１７の下流側には、吸引側蒸発器１８が接続されている。吸引側蒸発器１８は、電気式膨張弁１７にて減圧膨張された冷媒と、送風ファン１６ａから送風された流出側蒸発器１６通過後の室外空気とを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。吸引側蒸発器１８の出口側には、前述の第３冷媒配管１４ｃを介して、エジェクタ１５の冷媒吸引口１５２ｂが接続されている。

なお、本実施形態では、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８をフィンアンドチューブ構造の熱交換器で構成し、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８の熱交換フィンを共通化している。そして、エジェクタ１５から流出した冷媒を流通させるチューブ構成と、電気式膨張弁１７から流出した冷媒を流通させるチューブ構成とを互いに独立に設けることで、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８を一体構造に構成している。

そのため、上述の送風ファン１６ａにて送風された室外空気は、矢印２００に示す方向に流れ、まず、流出側蒸発器１６にて吸熱され、次に吸引側蒸発器１８にて吸熱されるようになっている。

つまり、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８は、それぞれの内部を通過する冷媒と熱交換する室外空気の流れ方向（矢印２００方向）に対して直列に配置されている。もちろん、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８を２つの別体の蒸発器で構成し、空気流れ方向（矢印２００方向）に直列に配置してもよい。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。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およびその周辺回路等により構成され、その出力側には、圧縮機１１の電動モータ１１ｂ、エジェクタ１５の駆動部１５５、送風ファン１６ａ、電気式膨張弁１７、電動ポンプ２２等の各種アクチュエータが接続され、これらの機器の作動を制御する。

また、制御装置の入力側には、水−冷媒熱交換器１２の水側通路１２ａ出口側の給湯水温度を検出する給湯水温度センサ、送風ファン１６ａにより送風される室外空気温度（外気温）を検出する室外空気温度センサ等の各種制御用のセンサ群が接続される。さらに、制御装置の入力側には、図示しない操作パネルが接続され、給湯機作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等が制御装置へ入力される。

次に、上記の構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機１の作動を説明する。ヒートポンプ式給湯機１に外部から電源が供給された状態で、操作パネルの給湯機作動信号が制御装置に入力されると、制御装置が予めそのＲＯＭ内に記憶されたプログラムを実行する。これにより、上述の各種アクチュエータ１１ｂ、１５５、１６ａ、１７、２２が作動する。

圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器１２の冷媒側通路１２ｂに流入して、電動ポンプ２２によって貯湯タンク２１の下方側から水側通路１２ａに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は貯湯タンク２１の上方側に貯留される。

水−冷媒熱交換器１２から流出した高圧冷媒は分岐部１３へ流入し、分岐部１３にて分岐された一方の冷媒は、第１冷媒配管１４ａを介して、エジェクタ１５のノズル１５１に流入する。ノズル１５１に流入した冷媒は、等エントロピ的に減圧されて冷媒噴射口１５１ｅから高速度の噴射冷媒となって噴射される。

この際、エジェクタ１５の駆動部１５５は、制御装置から出力される制御信号によって、圧縮機１１吸入冷媒の過熱度が予め定めた値となるように、エジェクタ１５の冷媒通路１５１ｃおよび冷媒噴射口１５１ｅの冷媒通路面積を変化させてノズル側流量Ｇｎｏｚを調整する。これにより、圧縮機１１への液バックの問題を回避できる。

そして、噴射冷媒の吸引作用により、冷媒吸引口１５２ｂから吸引側蒸発器１８流出冷媒が吸引される。そして、第１冷媒通路１５２ｅの第１ストレート形状部１５２ｆにおいて、冷媒噴射口１５１ｅから噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口１５２ｂから吸引された吸引冷媒が混合されて、第１テーパ形状部１５２ｇへ流入する。

テーパ形状部１５２ｇ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るため、冷媒の圧力が上昇する。第１テーパ形状部１５２ｇから流出した冷媒は、管状部材１５３へ流入し、第２ストレート形状部１５３ｂを通過して、第２テーパ形状部１５３ｃへ流入する。第２テーパ形状部１５３ｃでは、第１テーパ形状部１５２ｇと同様に、冷媒の圧力が上昇する。

この際、本実施形態では、第１ストレート形状部１５２ｆの冷媒通路面積等のエジェクタ１５の寸法諸元が、サイクルを循環する冷媒流量に対して、適切に設定されているので、エジェクタ１５が高いエジェクタ昇圧性能を発揮できる。さらに、第１テーパ形状部１５２ｇのみならず、第２テーパ形状部１５３ｃにおいても冷媒を昇圧できるので、エジェクタ１５の昇圧部における昇圧量を十分に確保できる。

そして、エジェクタ１５の管状部材１５３（具体的には、第３ストレート形状部１５３ｄ）から流出した冷媒は、流出側蒸発器１６へ流入して、送風ファン１６ａから送風された室外空気から吸熱して蒸発する。流出側蒸発器１６から流出した冷媒は圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。

一方、分岐部１３にて分岐された他方の冷媒は、電気式膨張弁１７にて減圧膨張されて、吸引側蒸発器１８へ流入する。吸引側蒸発器１８へ流入した冷媒は、送風ファン１６ａから送風されて流出側蒸発器１６にて冷却された外気から吸熱して蒸発する。さらに、吸引側蒸発器１８から流出した冷媒は、冷媒吸引口１５２ｂからエジェクタ１５内へ吸引される。

この際、電気式膨張弁１７は、制御装置から出力される制御信号によって、サイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧に近づくように、絞り通路面積（弁開度）を変化させる。なお、目標高圧は、水−冷媒熱交換器１２の冷媒側通路１２ｂ流出冷媒の温度に基づいてサイクルの成績係数（ＣＯＰ）が略最大となるように決定される値である。これにより、高いＣＯＰを発揮させながら、エジェクタ式冷凍サイクル１０を運転することができる。

また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８にて冷媒に吸熱作用を発揮させる際に、流出側蒸発器１６における冷媒蒸発圧力をエジェクタ１５の昇圧部で昇圧した後の圧力として、一方、吸引側蒸発器１８は冷媒吸引口１５２ｂに接続されるので、吸引側蒸発器１８における冷媒蒸発圧力をノズル１５１減圧直後の最も低い圧力とすることができる。

従って、流出側蒸発器１６における冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも吸引側蒸発器１８における冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）を低くすることができる。その結果、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８における冷媒蒸発温度と送風ファン１６ａから送風された外気との温度差を確保して、効率的に冷媒に吸熱作用を発揮させることができる。

さらに、本実施形態では、第１〜第３ストレート形状部１５２ｆ、１５３ｂ、１５３ｄ、および第１、第２テーパ形状部１５２ｇ、１５３ｃを順次繰り返し配置した冷媒通路によって昇圧部を形成しているので、昇圧部を形成する流体通路の流体通路面積を、流体の流れ方向に向かって段階的に拡大させることができる。

従って、ボデー１５２の第１テーパ形状部１５２ｇのテーパ角度を調整することで、第１テーパ形状部１５２ｇの出口側の冷媒通路面積、すなわち管状部材１５３の第２ストレート形状部１５３ｂの冷媒通路面積を、管状部材１５３を塑性加工で成形できる程度の面積に拡大することができる。その結果、管状部材１５３の全部を塑性加工で成形することが可能となり、エジェクタの量産性の向上および製造コストの低減を図ることができる。

さらに、エジェクタ１５の昇圧部を、ボデー部１５２と管状部材１５３とを接続することによって形成される冷媒通路によって構成しているので、ボデー部１５２に形成された流体通路の第１ストレート形状部１５２ｆによって、適切な形状の混合部を構成できる。

さらに、本実施形態では、第１テーパ形状部１５２ｇのテーパ角度を調整して、第１テーパ形状部１５２ｇの出口側の冷媒通路面積を拡大しているので、本実施形態の管状部材１５３は、サイクルを循環する循環冷媒流量（ノズル側流量Ｇｎｏｚ）が異なるエジェクタ式冷凍サイクル１０に適用されるエジェクタに転用することができる。

このことを、図３の断面図を用いて説明する。なお、図３は、循環冷媒流量が本実施形態よりも多いエジェクタ式冷凍サイクル１０に適用される比較用エジェクタ１５’の軸方向断面図であり、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。このことは、以下の図面においても同様である。

図３から明らかなように、循環冷媒流量の多いエジェクタ式冷凍サイクル１０に適用する場合は、ボデー部の第１ストレート形状部１５２ｆの冷媒通路面積を本実施形態よりも拡大して、第１テーパ形状部１５２ｇを廃止する。そして、本実施形態と全く同様の管状部材１５３を接続すれば、第１ストレート形状部１５２ｆと第２ストレート形状部１５３ｂを１つのストレート形状部として混合部を形成できる。

上記の如く、本実施形態の管状部材１５３は、循環冷媒流量の異なるエジェクタ式冷凍サイクル１０に流用可能であり、より一層、エジェクタの製造コストの低減を図ることができる。

（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、ボデー部１５２の流体通路１５２ｅのうち、管状部材１５３との接続部側に、テーパ形状部１５２ｇを配置した例を説明したが、本実施形態では、図４の断面図に示すように、流体通路１５２ｅのテーパ形状部１５２ｇの下流側に、さらに、ボデー側第２ストレート形状部１５２ｈを配置している。

これによれば、ボデー側第２ストレート形状部１５２ｈと、管状部材１５３の第２ストレート形状部１５３ｂによって、１つのストレート形状部を形成できる。さらに、ストレート形状部同士を接続するので、テーパ形状部とストレート形状部とを接続する場合に対して、それぞれの冷媒通路の直径寸法管理が容易となり、接続部における冷媒通路に段差が生じることも抑制できる。

従って、第１実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、冷媒が冷媒通路の段差を通過する際に生じる運動エネルギの損失を低減して、昇圧部の昇圧能力の低下を抑制できる。

（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、ボデー部１５２に１つのテーパ形状部１５２ｇを形成し、管状部材１５３側に１つのテーパ形状部１５３ｃを形成し、昇圧部が２つのテーパ形状部を有する冷媒通路によって構成される例を説明したが、テーパ形状部の数はこれに限定されず、例えば、図５の断面図に示すように、３つ以上設けてもよい。

なお、図５では、第１実施形態に対して、管状部材１５３側に第３テーパ形状部１５３ｅおよび第４ストレート形状部１５３ｆを追加しているが、もちろん、ボデー１５２側に複数のテーパ形状部を形成してもよい。

（２）上述の実施形態では、ボデー部１５２と管状部材１５３とを接続することによって、ハウジングを構成しているが、もちろんボデー部１５２と管状部材１５３を一部材で構成してもよい。この場合は、管状部材１５３に相当する部位を管状に形成しておき、このうち塑性加工が可能な冷媒通路面積となる範囲の部位についてのみ、塑性加工で形成すればよい。

（３）上述の実施形態では、通常運転時に、流出側蒸発器１６の出口側冷媒の過熱度が予め定めた目標過熱度となるようにノズル１５１の冷媒通路面積が変更され、サイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように電気式膨張弁１７の絞り通路面積が変更される例を説明したが、もちろんこの逆であってもよい。

つまり、流出側蒸発器１６の出口側冷媒の過熱度が予め定めた目標過熱度となるように電気式膨張弁１７の絞り通路面積が変更され、サイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧となるようにノズル１５１の絞り通路面積が変更されるようになっていてもよい。

（４）上述の実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。例えば、炭化水素系冷媒、通常のフロン系冷媒等を採用してもよい。また、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルを高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルとして構成してもよい。

（５）上述の実施形態では、圧縮機１１として、電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１の形式はこれに限定されない。例えば、エンジン等を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機を採用してもよい。また、圧縮機構として、固定容量型圧縮機構のみならず、可変容量型圧縮機構を採用してもよい。

（６）上述の実施形態では、ノズル１５１として、冷媒通路面積を変更可能に構成された、いわゆる可変ノズルを採用したエジェクタ１５について説明したが、冷媒通路面積が固定された固定ノズルを採用するエジェクタ１５であってもよい。

（７）上述の実施形態では、本発明のエジェクタ１５をヒートポンプ式給湯機１のエジェクタ式冷凍サイクル１０に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、定置型の空調装置、車両用空調装置等に適用してもよい。この場合、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８を室内送風空気を冷却する室内側熱交換器とし、放熱器を高圧冷媒と大気とを熱交換させる室外側熱交換器としてもよい

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実施形態のエジェクタの断面図である。 比較用エジェクタの断面図である。 第２実施形態のエジェクタの断面図である。 他の実施形態のエジェクタの断面図である。

符号の説明

１５ エジェクタ
１５１ ノズル
１５２ ボデー部
１５２ｂ 冷媒吸引口
１５２ｅ 第１冷媒通路
１５２ｆ 第１ストレート形状部
１５２ｇ 第１テーパ形状部
１５３ 管状部材
１５３ａ 第２冷媒通路
１５３ｂ 第２ストレート形状部
１５３ｄ 第３ストレート形状部
１５３ｃ 第２テーパ形状部

Claims (6)

1. 流体を減圧させて噴射するノズル（１５１）と、
   前記ノズル（１５１）から噴射された噴射流体の流れによって流体を吸引する流体吸引口（１５２ｂ）、および、前記流体吸引口（１５２ｂ）から吸引された吸引流体と前記噴射流体とを混合して昇圧させる昇圧部（１５２ｅ、１５３ａ）が形成されたハウジング（１５２、１５３）とを備え、
   前記昇圧部は、流体通路面積が一定に形成された複数のストレート形状部（１５２ｆ、１５２ｈ、１５３ｂ、１５３ｄ）、および、流体通路面積が流体の流れ方向に向かって徐々に拡大されるように形成された複数のテーパ形状部（１５２ｇ、１５３ｃ）を有する流体通路（１５２ｅ、１５３ａ）によって構成され、
   前記複数のストレート形状部（１５２ｆ、１５２ｈ、１５３ｂ、１５３ｄ）および前記複数のテーパ形状部（１５２ｇ、１５３ｃ）が、順次繰り返し配置されていることを特徴とするエジェクタ。
2. 前記ハウジング（１５２、１５３）は、前記流体吸引口（１５２ｂ）および前記流体通路のうち上流側を構成する第１流体通路（１５２ｅ）が形成されたボデー部（１５２）、並びに、前記流体通路のうち下流側を構成する第２流体通路（１５３ａ）が形成された管状部材（１５３）を接続することによって構成されており、
   前記第１流体通路（１５２ｅ）には、少なくとも１つ以上の前記ストレート形状部（１５２ｆ）、および、少なくとも１つ以上の前記テーパ形状部（１５２ｇ）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
3. 前記第２流体通路（１５３ａ）には、少なくとも１つ以上のテーパ形状部（１５３ｃ）が配置されていることを特徴とする請求項２に記載のエジェクタ。
4. 前記第１流体通路（１５２ｅ）のうち、前記管状部材（１５３）との接続部側には、前記テーパ形状部（１５２ｇ）が配置され、
   前記第２流体通路（１５３ａ）のうち、前記ボデー部（１５２）との接続部側には、前記ストレート形状部（１５３ｂ）が配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載のエジェクタ。
5. 前記第１流体通路（１５２ｅ）のうち、前記管状部材（１５３）との接続部側には、前記ストレート形状部（１５２ｈ）が配置され、
   前記第２流体通路（１５３ａ）のうち、前記ボデー部（１５２）との接続部側には、前記ストレート形状部（１５３ｂ）が配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載のエジェクタ。
6. 前記管状部材（１５３）は、金属配管を塑性加工することによって形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のエジェクタ。

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