JP2014015886A - エジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】エジェクタ式冷凍サイクルの熱負荷によらず高いエネルギ変換効率を発揮可能に構成されたエジェクタの小型化を図る。
【解決手段】ボデー３０の内部に形成された減圧用空間３０ｂの内周面と最小通路面積部３０ｍの冷媒通路面積を変化させる弁体３５の外周面との間に形成される冷媒通路をノズルとして機能させ、ボデー３０の内部に形成された昇圧用空間３０ｅの内周面と通路形成部材３６の外周面との間に形成される冷媒通路をディフューザとして機能させることによってエジェクタを構成する。さらに、弁体３５と通路形成部材３６とを別部材で形成して、弁体３５が冷媒から受ける荷重を小さくすることによって、弁体３５を変位させる駆動手段３７の小型化を図る。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体を減圧させるとともに、高速度で噴射される噴射流体の吸引作用によって流体を吸引するエジェクタに関する。

従来、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に適用される減圧装置として、エジェクタが知られている。この種のエジェクタでは、冷媒を減圧させるノズル部を有し、このノズル部から噴射される噴射冷媒の吸引作用によって蒸発器から流出した気相冷媒を吸引し、昇圧部（ディフューザ部）にて噴射冷媒と吸引冷媒とを混合して昇圧させることができる。

従って、減圧装置としてエジェクタを備える冷凍サイクル装置（以下、エジェクタ式冷凍サイクルと記載する。）では、エジェクタの昇圧部における冷媒昇圧作用を利用して圧縮機の消費動力を低減させることができ、減圧装置として膨張弁等を備える通常の冷凍サイクル装置よりも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、特許文献１には、冷凍サイクル装置に適用されるエジェクタとして、冷媒を二段階に減圧させるノズル部を有するものが開示されている。より詳細には、この特許文献１のエジェクタでは、第１ノズルにて高圧液相状態の冷媒を気液二相状態となるまで減圧し、気液二相状態となった冷媒を第２ノズルへ流入させている。

これにより、特許文献１のエジェクタでは、第２ノズルにおける冷媒の沸騰を促進してノズル部全体としてのノズル効率の向上を図り、エジェクタ式冷凍サイクル全体としてもより一層のＣＯＰの向上を図ろうとしている。なお、ノズル効率とは、ノズル部において冷媒の圧力エネルギを運動エネルギに変換する際のエネルギ変換効率である。

特許第３３３１６０４号公報

ところが、特許文献１のエジェクタでは、例えば、エジェクタ式冷凍サイクルの熱負荷が低くなり、サイクルの高圧側冷媒の圧力と低圧側冷媒の圧力との圧力差（高低圧差）が縮小してしまうと、第１ノズルにて高低圧差分の減圧がなされてしまい、第２ノズルでは殆ど冷媒が減圧されなくなってしまう。このような場合には、第２ノズルへ気液二相冷媒を流入させることによるノズル効率向上効果を得られなくなってしまう。

これに対して、本発明者らは、先に、特願２０１２−２０８８２号（以下、先願例という。）にて、
放熱器から流出した冷媒を旋回させる旋回空間、この旋回空間から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間、減圧用空間の冷媒流れ下流側に連通して蒸発器から流出した冷媒を吸引する吸引用通路、減圧用空間から噴射された噴射冷媒と吸引用通路から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧させる昇圧用空間が形成されたボデー部と、
減圧用空間内および昇圧用空間内に配置されて、減圧用空間内に冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部を形成するとともに、昇圧用空間内に冷媒通路面積が冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大する冷媒通路を形成する円錐形状の弁体と、
この弁体を変位させる駆動手段とを備え、
減圧用空間の内周面と弁体の外周面との間に形成される冷媒通路を、冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能させ、昇圧用空間の内周面と弁体の外周面との間に形成される冷媒通路を、噴射冷媒および吸引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として機能させるエジェクタを提案している。

この先願例のエジェクタでは、旋回空間にて冷媒を旋回させることで、旋回空間内の旋回中心側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力まで低下させる。そして、圧力の低下した旋回中心側の冷媒を減圧用空間へ流入させて、減圧用空間内の最小通路面積部付近で冷媒を確実に減圧沸騰させる。これにより、減圧用空間内のノズルとして機能する冷媒通路におけるエネルギ変換効率（ノズル効率に相当）を向上させている。

さらに、駆動手段がエジェクタ式冷凍サイクルの熱負荷に応じて弁体を変位させて、減圧用空間内のノズルとして機能する冷媒通路の冷媒通路面積、および昇圧用空間内のディフューザとして機能する冷媒通路の冷媒通路面積を変化させることで、上述したエネルギ変換効率を確実に向上させるようにしている。

しかしながら、先願例のエジェクタのように、減圧用空間内の冷媒通路面積および昇圧用空間内の冷媒通路面積を同時に変化させる弁体は、例えば、減圧用空間内の冷媒通路面積のみを変化させる弁体よりも体格が大きくなってしまう。さらに、弁体が冷媒から受ける荷重も大きくなってしまうので、弁体を変位させるための駆動手段の体格も大きくなり、エジェクタ全体として大型化してしまう。

上記点に鑑み、本発明は、エジェクタ式冷凍サイクルの熱負荷によらず高いエネルギ変換効率を発揮可能に構成されたエジェクタの小型化を目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項１に記載の発明では、
蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０）に適用されるエジェクタであって、
冷媒を流入させる冷媒流入口（３１ａ）から流入した冷媒を旋回させる旋回空間（３０ａ）、旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間（３０ｂ）、減圧用空間（３０ｂ）の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒を吸引する吸引用通路（３０ｄ）、減圧用空間（３０ｂ）から噴射された噴射冷媒と吸引用通路（３０ｄ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧用空間（３０ｅ）が形成されたボデー（３０）と、減圧用空間（３０ｂ）内に配置されて、減圧用空間（３０ｂ）のうち冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部（３０ｍ）の冷媒通路面積を変化させる弁体（３５）と、昇圧用空間（３０ｅ）内に配置されて、昇圧用空間（３０ｅ）内に冷媒通路面積が冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大する冷媒通路を形成する通路形成部材（３６）と、弁体（３５）を変位させる駆動手段（３７、４１）を備え、
減圧用空間（３０ｂ）の内周面と弁体（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能し、昇圧用空間（３０ｅ）の内周面と通路形成部材（３６）の外周面との間に形成される冷媒通路は、噴射冷媒および吸引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として機能し、
さらに、弁体（３５）と前記通路形成部材（３６）が別部材で形成されているエジェクタを特徴としている。

これによれば、旋回空間（３０ａ）内の旋回中心側の圧力の低下した冷媒を減圧用空間（３０ｂ）内へ流入させるので、先願例と同様に減圧用空間（３０ｂ）内のノズルとして機能する冷媒通路におけるエネルギ変換効率（ノズル効率に相当）を向上させることができる。加えて、駆動手段（３７、４１）が冷凍サイクル装置（１０）の熱負荷に応じて弁体（３５）を変位させるので、熱負荷によらず高いエネルギ変換効率を発揮させることができる。

さらに、本請求項に記載の発明によれば、弁体（３５）と通路形成部材（３６）が別部材で形成されているので、先願例よりも弁体（３５）を小型化できる。そして、この小型化によって弁体（３５）が冷媒から受ける圧力による荷重も小さくなるので、弁体（３５）を変位させるための駆動手段（３７、４１）の小型化を図ることもできる。その結果、エジェクタ全体としての小型化を図ることができる。

また、請求項１に記載のエジェクタにおいて、昇圧用空間（３０ｅ）および通路形成部材（３６）は、回転体形状に形成されているとともに、冷媒流れ下流側に向かって徐々に径方向に広がる形状に形成されていることが望ましい。これによれば、昇圧用空間（３０ｅ）内のディフューザとして機能する冷媒通路を軸中心側から径方向外側へ広げるように形成できるので、エジェクタ全体としての軸方向寸法を縮小できる。

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軸方向断面図である。 第１実施形態のエジェクタの各冷媒通路の機能を説明するための模式的な断面図である。 第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第２実施形態のエジェクタの模式的な断面図である。 第３実施形態のエジェクタの模式的な断面図である。

（第１実施形態）
図１〜図４を用いて、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態のエジェクタ１３は、図１に示すように、冷媒減圧手段としてエジェクタを備える冷凍サイクル装置、すなわち、エジェクタ式冷凍サイクル１０に適用されている。さらに、このエジェクタ式冷凍サイクル１０は、車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。

まず、エジェクタ式冷凍サイクル１０において、圧縮機１１は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで昇圧して吐出するものである。具体的には、本実施形態の圧縮機１１は、１つのハウジング内に固定容量型の圧縮機構１１ａ、および圧縮機構１１ａを駆動する電動モータ１１ｂを収容して構成された電動圧縮機である。

この圧縮機構１１ａとしては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。また、電動モータ１１ｂは、後述する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。

圧縮機１１の吐出口には、放熱器１２の凝縮部１２ａの冷媒入口側が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン１２ｄにより送風される車室外空気（外気）を熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。

より具体的には、この放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧気相冷媒と冷却ファン１２ｄから送風された外気とを熱交換させ、高圧気相冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮部１２ａ、凝縮部１２ａから流出した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄えるレシーバ部１２ｂ、およびレシーバ部１２ｂから流出した液相冷媒と冷却ファン１２ｄから送風される外気とを熱交換させ、液相冷媒を過冷却する過冷却部１２ｃを有して構成される、いわゆるサブクール型の凝縮器である。

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ＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、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を構成している。もちろん、亜臨界冷凍サイクルを構成する冷媒であれば、ＨＦＯ系冷媒（具体的には、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

冷却ファン１２ｄ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。放熱器１２の過冷却部１２ｃの冷媒出口側には、エジェクタ１３の冷媒流入口３１ａが接続されている。

エジェクタ１３は、放熱器１２から流出した過冷却状態の高圧液相冷媒を減圧させて下流側へ流出させる冷媒減圧手段としての機能を果たすとともに、高速度で噴射される冷媒流の吸引作用によって後述する蒸発器１４から流出した冷媒を吸引（輸送）して循環させる冷媒循環手段（冷媒輸送手段）としての機能を果たす。さらに、本実施形態のエジェクタ１３は、減圧させた冷媒の気液を分離する気液分離手段としての機能も果たす。

エジェクタ１３の具体的構成については、図２、図３を用いて説明する。なお、図２における上下の各矢印は、エジェクタ式冷凍サイクル１０を車両用空調装置に搭載した状態における上下の各方向を示している。また、図３は、エジェクタ１３の各冷媒通路の機能を説明するための模式的な断面図であって、図２と同一部分には同一の符号を付している。

まず、本実施形態のエジェクタ１３は、図２に示すように、複数の構成部材を組み合わせることによって構成されたボデー３０を備えている。具体的には、このボデー３０は、角柱状あるいは円柱状の金属にて形成されてエジェクタ１３の外殻を形成するハウジングボデー３１を有し、このハウジングボデー３１の内部に、ノズルボデー３２、ミドルボデー３３、ロワーボデー３４等を固定して構成されたものである。

ハウジングボデー３１には、放熱器１２から流出した冷媒を内部へ流入させる冷媒流入口３１ａ、蒸発器１４から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口３１ｂ、ボデー３０の内部に形成された気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒を蒸発器１４の冷媒入口側へ流出させる液相冷媒流出口３１ｃ、および気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒を圧縮機１１の吸入側へ流出させる気相冷媒流出口３１ｄ等が形成されている。

ノズルボデー３２は、冷媒流れ方向に先細る略円錐形状の金属部材で形成されており、その軸方向が鉛直方向（図２の上下方向）と平行になるように、ハウジングボデー３１の内部に圧入等の手段によって固定されている。ノズルボデー３２の上方側とハウジングボデー３１との間には、冷媒流入口３１ａから流入した冷媒を旋回させる旋回空間３０ａが形成されている。

旋回空間３０ａは、回転体形状に形成され、その中心軸が鉛直方向に延びている。なお、回転体形状とは、平面図形を同一平面上の１つの直線（中心軸）の周りに回転させた際に形成される立体形状である。より具体的には、本実施形態の旋回空間３０ａは、略円柱状に形成されている。もちろん、円錐あるいは円錐台と円柱とを結合させた形状等に形成されていてもよい。

さらに、冷媒流入口３１ａと旋回空間３０ａとを接続する冷媒流入通路３１ｅは、旋回空間３０ａの中心軸方向から見たときに旋回空間３０ａの内壁面の接線方向に延びている。これにより、冷媒流入通路３１ｅから旋回空間３０ａへ流入した冷媒は、旋回空間３０ａの内壁面に沿って流れ、旋回空間３０ａ内を旋回する。

なお、冷媒流入通路３１ｅは、旋回空間３０ａの中心軸方向から見たときに、旋回空間３０ａの接線方向と完全に一致するように形成されている必要はなく、少なくとも旋回空間３０ａの接線方向の成分を含んでいれば、その他の方向の成分（例えば、旋回空間３０ａの軸方向の成分）を含んで形成されていてもよい。

ここで、旋回空間３０ａ内で旋回する冷媒には遠心力が作用するので、旋回空間３０ａ内では中心軸側の冷媒圧力が外周側の冷媒圧力よりも低下する。そこで、本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクル１０の通常運転時に、旋回空間３０ａ内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力まで低下させるようにしている。

このような旋回空間３０ａ内の中心軸側の冷媒圧力の調整は、旋回空間３０ａ内で旋回する冷媒の旋回流速を調整することによって実現することができる。さらに、旋回流速の調整は、例えば、冷媒流入通路３１ｅの通路断面積と旋回空間３０ａの軸方向垂直断面積との面積比を調整すること等によって行うことができる。なお、本実施形態の旋回流速とは、旋回空間３０ａの最外周部近傍における冷媒の旋回方向の流速を意味している。

また、ノズルボデー３２の内部には、旋回空間３０ａから流出した冷媒を減圧させて下流側へ流出させる減圧用空間３０ｂが形成されている。この減圧用空間３０ｂは、円柱状空間とこの円柱状空間の下方側から連続して冷媒流れ方向に向かって徐々に広がる円錐台形状空間とを結合させた回転体形状に形成されており、減圧用空間３０ｂの中心軸は旋回空間３０ａの中心軸と同軸上に配置されている。

さらに、減圧用空間３０ｂの内部には、減圧用空間３０ｂ内に冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部３０ｍを形成するとともに、最小通路面積部３０ｍの通路面積を変化させる弁体３５が配置されている。この弁体３５は、冷媒流れ下流側に向かって徐々に広がる略円錐形状に形成されており、その中心軸が減圧用空間３０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。

そして、減圧用空間３０ｂの内周面（ノズルボデー３２の減圧用空間３０ｂを形成する部位の内周面）と弁体３５の外周面との間に形成される冷媒通路として、図３に示すように、冷媒流れ下流側に向かって最小通路面積部３０ｍに至るまで冷媒通路面積が徐々に縮小する先細部１３１、および最小通路面積部３０ｍから下流側に形成されて冷媒通路面積が徐々に拡大する末広部１３２が形成される。

この末広部１３２では、径方向から見たときに減圧用空間３０ｂと弁体３５が重合（オーバーラップ）しているので、冷媒通路の軸方向垂直断面の形状が円環形状（円形状から同軸上に配置された小径の円形状を除いたドーナツ形状）となる。さらに、本実施形態の弁体３５の広がり角度は、減圧用空間３０ｂの円錐台形状空間の広がり角度よりも小さくなっているので、末広部１３２における冷媒通路面積は、冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大している。

本実施形態では、この通路形状によって減圧用空間３０ｂの内周面と弁体３５の外周面との間に形成される冷媒通路をノズルとして機能させて、この冷媒通路にて減圧される冷媒の流速を音速に近づけるように増速させている。さらに、この冷媒通路では、図３に模式的に示すように、冷媒が断面円環形状の冷媒通路に沿って旋回しながら流れる。

次に、ミドルボデー３３は、図２に示すように、ミドルボデー３３は、中心部に表裏を貫通する回転体形状の貫通穴が設けられているとともに、この貫通穴の外周側に弁体３５を変位させる駆動手段３７を収容した金属製円板状部材で形成されている。なお、貫通穴の中心軸は旋回空間３０ａおよび減圧用空間３０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。また、ミドルボデー３３は、ハウジングボデー３１の内部であって、かつ、ノズルボデー３２の下方側に圧入等の手段によって固定されている。

さらに、ミドルボデー３３の上面とこれに対向するハウジングボデー３１の内壁面との間には、冷媒吸引口３１ｂから流入した冷媒を滞留させる流入空間３０ｃが形成されている。なお、本実施形態では、ノズルボデー３２の下方側の先細先端部がミドルボデー３３の貫通穴の内部に位置付けられるため、流入空間３０ｃは、旋回空間３０ａおよび減圧用空間３０ｂの中心軸方向からみたときに、断面円環形状に形成される。

また、ミドルボデー３３の貫通穴のうち、ノズルボデー３２の下方側が挿入される範囲、すなわち径方向から見たときにミドルボデー３３とノズルボデー３２が重合する範囲では、ノズルボデー３２の先細先端部の外周形状に適合するように冷媒通路断面積が冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小している。

これにより、貫通穴の内周面とノズルボデー３２の下方側の外周面との間には、流入空間３０ｃと減圧用空間３０ｂの冷媒流れ下流側とを連通させ、冷媒吸引口３１ｂから冷媒を吸引する吸引用通路３０ｄが形成される。なお、この吸引用通路３０ｄも、中心軸方向からみたときに、断面円環形状に形成されることになる。

さらに、ミドルボデー３３の貫通穴のうち、吸引用通路３０ｄの冷媒流れ下流側の範囲では、冷媒流れ方向に向かって徐々に広がる略円錐台形状に形成された昇圧用空間３０ｅを形成している。この昇圧用空間３０ｅは、上述したノズルとして機能する冷媒通路から噴射された噴射冷媒と吸引用通路３０ｄから吸引された吸引冷媒とを混合させる空間である。

昇圧用空間３０ｅの内部には、昇圧用空間３０ｅ内に冷媒流れ下流側に向かって通路面積が徐々に拡大する冷媒通路を形成する通路形成部材３６が配置されている。より詳細には、通路形成部材３６は、弁体３５に対して別部材で形成されているとともに、冷媒流れ下流側に向かって徐々に広がる回転体形状（略円錐台形状）に形成されており、その中心軸が昇圧用空間３０ｅの中心軸と同軸上に配置されている。

さらに、本実施形態の通路形成部材３６の広がり角度は、昇圧用空間３０ｅの円錐台形状空間の広がり角度よりも小さくなっている。従って、昇圧用空間３０ｅの内周面（ミドルボデー３３の昇圧用空間３０ｅを形成する部位の内周面）と通路形成部材３６の外周面との間に形成される冷媒通路は、中心軸方向からみたときに、断面円環形状に形成され、この冷媒通路の冷媒通路面積は、冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大することになる。

本実施形態では、このように冷媒通路面積を拡大させることによって、図３に示すように、昇圧用空間３０ｅの内周面と通路形成部材３６の外周面との間に形成される冷媒通路をディフューザとして機能させ、噴射冷媒および吸引冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換させている。

さらに、昇圧用空間３０ｅの内周面と通路形成部材３６の外周面との間に形成されるディフューザとして機能する冷媒通路では、減圧用空間３０ｂの内周面と弁体３５の外周面との間に形成されるノズルとして機能する冷媒通路から噴射された噴射冷媒の有する旋回方向の速度成分によって、断面円環形状の冷媒通路に沿って旋回しながら流れる。

また、図２に示すように、通路形成部材３６は、複数の脚部３６ａを有しており、この脚部３６ａによってボデー３０（具体的には、ミドルボデー３３の底面側）に固定されている。従って、各脚部３６ａ同士の間には、冷媒が流通する冷媒通路が形成されることになる。

次に、ミドルボデー３３の外周側に配置されて、弁体３５を変位させる駆動手段３７について説明する。この駆動手段３７は、圧力応動部材である円形薄板状のダイアフラム３７ａを有して構成されている。より具体的には、図２に示すように、ダイアフラム３７ａはミドルボデー３３の外周側に形成された円柱状の空間を上下の２つの空間に仕切るように、溶接等の手段によって固定されている。

ダイアフラム３７ａによって仕切られた２つの空間のうち上方側（流入空間３０ｃ側）の空間は、蒸発器１４流出冷媒の温度に応じて圧力変化する感温媒体が封入される封入空間３７ｂを構成している。この封入空間３７ｂには、冷凍サイクル１０を循環する冷媒と同一組成の感温媒体が予め定めた密度となるように封入されている。従って、本実施形態における感温媒体は、Ｒ１３４ａとなる。

一方、ダイアフラム３７ａによって仕切られた２つの空間のうち下方側の空間は、図示しない連通路を介して、蒸発器１４流出冷媒を導入させる導入空間３７ｃを構成している。従って、封入空間３７ｂに封入された感温媒体には、流入空間３０ｃと封入空間３７ｂとを仕切る蓋部材３７ｄおよびダイアフラム３７ａを介して、蒸発器１４流出冷媒の温度が伝達される。

これにより、封入空間３７ｂの内圧は、蒸発器１４流出冷媒の温度に応じた圧力となる。さらに、ダイアフラム３７ａは、封入空間３７ｂの内圧と導入空間３７ｃへ流入した蒸発器１４流出冷媒の圧力との差圧に応じて変形する。このため、ダイアフラム３７ａは弾性に富み、かつ熱伝導が良好で、強靱な材質にて形成することが好ましく、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属薄板にて形成されることが望ましい。

また、ダイアフラム３７ａの中心部には、円柱状の外周側作動棒３８ａの上端側が溶接等の手段によって接合され、外周側作動棒３８ａの下端側にはプレート部材３９が固定されている。さらに、プレート部材３９の中心部には円柱状の中心側作動棒３８ｂの下端側が固定され、中心側作動棒３８ｂの上端側には弁体３５の底面側が固定されている。

これにより、ダイアフラム３７ａと弁体３５が連結され、ダイアフラム３７ａの変位に伴って弁体３５が変位し、減圧用空間３０ｂの最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積が調整される。

具体的には、蒸発器１４流出冷媒の温度（過熱度）が上昇すると、封入空間３７ｂに封入された感温媒体の飽和圧力が上昇し、封入空間３７ｂの内圧から導入空間３７ｃの圧力を差し引いた差圧が大きくなる。これにより、ダイアフラム３７ａは、最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積を拡大させる方向（鉛直方向下方側）に弁体３５を変位させる。

一方、蒸発器１４流出冷媒の温度（過熱度）が低下すると、封入空間３７ｂに封入された感温媒体の飽和圧力が低下して、封入空間３７ｂの内圧から導入空間３７ｃの圧力を差し引いた差圧が小さくなる。これにより、ダイアフラム３７ａは、最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積を縮小させる方向（鉛直方向上方側）に弁体３５を変位させる。

このように蒸発器１４流出冷媒の過熱度に応じてダイアフラム３７ａが弁体３５を変位させることによって、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように、最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積が調整される。

なお、プレート部材３９は、ロワーボデー３４に固定されたコイルバネ４０の荷重を受けている。コイルバネ４０は、プレート部材３９に対して、弁体３５が減圧用空間３０ｂの最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積を縮小する側に付勢する荷重をかけており、この荷重を調整することで、弁体３５の開弁圧を変更して、狙いの過熱度を変更することもできる。

さらに、プレート部材３９の外径は、前述した通路形成部材３６の最大外径よりも大きく形成されている。従って、外周側作動棒３８ａが通路形成部材３６に接触することはない。また、外周側作動棒３８ａとミドルボデー３３との隙間は、図示しないＯ−リング等のシール部材によってシールされており、外周側作動棒３８ａが変位してもこの隙間から冷媒が漏れることはない。

次に、ロワーボデー３４は、円柱状の金属部材で形成されており、ハウジングボデー３１の底面を閉塞するように、ハウジングボデー３１内にネジ止め等の手段によって固定されている。ロワーボデー３４の上方側とミドルボデー３３との間には、前述したディフューザとして機能する冷媒通路から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間３０ｆが形成されている。

この気液分離空間３０ｆは、略円柱状の回転体形状の空間として形成されており、気液分離空間３０ｆの中心軸も、旋回空間３０ａ、減圧用空間３０ｂ等の中心軸と同軸上に配置されている。

また、前述の如く、昇圧用空間３０ｅの内周面と通路形成部材３６の外周面との間に形成されるディフューザとして機能する冷媒通路では、冷媒が断面円環形状の冷媒通路に沿って旋回しながら流れるので、このディフューザとして機能する冷媒通路から気液分離空間３０ｆへ流入する冷媒も、旋回方向の速度成分を有している。従って、気液分離空間３０ｆ内では遠心力の作用によって冷媒の気液が分離されることになる。

ロワーボデー３４の中心部には、気液分離空間３０ｆに同軸上に配置されて、上方側へ向かって延びる円筒状のパイプ３４ａが設けられている。そして、気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒は、パイプ３４ａの外周側に貯留される。また、パイプ３４ａの内部には、気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒をハウジングボデー３１の気相冷媒流出口３１ｄへ導く気相冷媒流出通路３４ｂが形成されている。

さらに、パイプ３４ａの上端部には、前述したコイルバネ４０が固定されている。なお、このコイルバネ４０は、冷媒が減圧される際の圧力脈動に起因する弁体３５の振動を減衰させる振動緩衝部材としての機能も果たしている。また、パイプ３４ａの根本部（最下方部）には、液相冷媒中の冷凍機油を気相冷媒流出通路３４ｂを介して圧縮機１１内へ戻すオイル戻し穴３４ｃが形成されている。

エジェクタ１３の液相冷媒流出口３１ｃには、図１に示すように、蒸発器１４の入口側が接続されている。蒸発器１４は、エジェクタ１３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１４ａから車室内へ送風される送風空気とを熱交換させることによって、低圧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１４ａ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。蒸発器１４の出口側には、エジェクタ１３の冷媒吸引口３１ｂが接続されている。さらに、エジェクタ１３の気相冷媒流出口３１ｄには圧縮機１１の吸入側が接続されている。

次に、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、上述の各種電気式のアクチュエータ１１ｂ、１２ｄ、１４ａ等の作動を制御する。

また、制御装置には、車室内温度を検出する内気温センサ、外気温を検出する外気温センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、蒸発器１４の吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ、放熱器１２出口側冷媒の温度を検出する出口側温度センサおよび放熱器１２出口側冷媒の圧力を検出する出口側圧力センサ等の空調制御用のセンサ群が接続され、これらのセンサ群の検出値が入力される。

さらに、制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が制御装置へ入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、空調運転モードの選択スイッチ等が設けられている。

なお、本実施形態の制御装置は、その出力側に接続された各種の制御対象機器の作動を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、制御装置のうち、各制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が各制御対象機器の制御手段を構成している。例えば、本実施形態では、圧縮機１１の電動モータ１１ｂの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が吐出能力制御手段を構成している。

次に、上記構成における本実施形態の作動を図４のモリエル線図を用いて説明する。なお、このモリエル線図の縦軸には、図３のＰ０、Ｐ１、Ｐ２に対応する圧力が示されている。まず、操作パネルの作動スイッチが投入（ＯＮ）されると、制御装置が圧縮機１１の電動モータ１１ｂ、冷却ファン１２ｄ、送風ファン１４ａ等を作動させる。これにより、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高圧状態の気相冷媒（図４のａ４点）は、放熱器１２の凝縮部１２ａへ流入し、冷却ファン１２ｄから送風された送風空気（外気）と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部１２ａにて放熱した冷媒は、レシーバ部１２ｂにて気液分離される。レシーバ部１２ｂにて気液分離された液相冷媒は、過冷却部１２ｃにて冷却ファン１２ｄから送風された送風空気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる（図４のａ４点→ｂ４点）。

放熱器１２の過冷却部１２ｃから流出した過冷却液相冷媒は、エジェクタ１３の減圧用空間３０ｂの内周面と弁体３５の外周面との間に形成されるノズルとして機能する冷媒通路にて等エントロピ的に減圧されて噴射される（図４のｂ４点→ｃ４点）。この際、減圧用空間３０ｂの最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積は、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように調整される。

そして、ノズルとして機能する冷媒通路から噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、蒸発器１４から流出した冷媒が冷媒吸引口３１ｂ、流入空間３０ｃおよび吸引用通路３０ｄを介して吸引される。さらに、ノズルとして機能する冷媒通路から噴射された噴射冷媒と吸引用通路３０ｄ等を介して吸引された吸引冷媒は、昇圧用空間３０ｅの内周面と通路形成部材３６の外周面との間に形成されるディフューザとして機能する冷媒通路へ流入する（図４のｃ４点→ｄ４点、ｈ４点→ｄ４点）。

ディフューザとして機能する冷媒通路では冷媒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。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒が混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する（図４のｄ４点→ｅ４点）。ディフューザとして機能する冷媒通路から流出した冷媒は気液分離空間３０ｆにて気液分離される（図４のｅ４点→ｆ４点、ｅ４点→ｇ４点）。

気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒は液相冷媒流出口３１ｃから流出して、蒸発器１４へ流入する。蒸発器１４へ流入した冷媒は、送風ファン１４ａによって送風された送風空気から吸熱して蒸発し、送風空気が冷却される（図４のｇ４点→ｈ４点）。一方、気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒は気相冷媒流出口３１ｄから流出して、圧縮機１１へ吸入される。

本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０は、以上の如く作動して、車室内へ送風される送風空気を冷却することができる。さらに、このエジェクタ式冷凍サイクル１０では、エジェクタ１３のディフューザとして機能する冷媒通路にて昇圧された冷媒を圧縮機１１に吸入させるので、圧縮機１１の駆動動力を低減させて、サイクル効率（ＣＯＰ）を向上させることができる。

さらに、本実施形態のエジェクタ１３によれば、旋回空間３０ａ内で冷媒を旋回させて、旋回中心側の圧力の低下した冷媒を減圧用空間３０ｂ内へ流入させるので、最小通路面積部３０ｍ付近で冷媒を確実に減圧沸騰させることができる。これにより、ノズルとして機能する冷媒通路におけるエネルギ変換効率（ノズル効率に相当）を向上させることができる。

加えて、駆動手段３７が、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように弁体３５を変位させることで、エジェクタ式冷凍サイクル１０の熱負荷に応じて最小通路面積部３０ｍの冷媒通路面積を適切に調整することができる。従って、本実施形態のエジェクタ１３では、エジェクタ式冷凍サイクル１０の熱負荷の変動によらず高いエネルギ変換効率を発揮できる。

さらに、本実施形態のエジェクタ１３では、弁体３５および通路形成部材３６が別部材で形成されているので、弁体３５と通路形成部材３６を一つの部材で形成する場合よりも弁体３５を小型化させることができる。そして、この小型化によって弁体３５が冷媒から受ける圧力による荷重も小さくなるので、弁体３５を変位させる駆動手段３７の小型化を図ることもできる。その結果、エジェクタ１３全体としての小型化を図ることができる。

また、本実施形態のエジェクタ１３では、昇圧用空間３０ｅおよび通路形成部材３６が、回転体形状に形成されているとともに、冷媒流れ下流側に向かって徐々に径方向に広がる円錐台形状に形成されている。これにより、ディフューザとして機能する冷媒通路を軸中心側から径方向外側へ広げるように形成できるので、エジェクタ１３全体として、軸方向寸法を縮小してより一層小型化を図ることができる。

また、本実施形態のエジェクタ１３では、ディフューザとして機能する冷媒通路の冷媒流れ下流側（鉛直方向下方側）に、気液分離空間３０ｆが形成されているので、エジェクタ１３とは別に気液分離手段を設ける場合に対して、気液分離空間３０ｆの容積を効果的に小さくすることができる。

つまり、本実施形態の気液分離空間３０ｆでは、断面円環形状に形成されたディフューザとして機能する冷媒通路から流入する冷媒が既に旋回しているので気液分離空間３０ｆ内で冷媒の旋回流れを発生あるいは成長させるための空間を設ける必要がない。従って、エジェクタ１３とは別に気液分離手段を設ける場合に対して、気液分離空間３０ｆの容積を効果的に小さくすることができる。

また、本実施形態のエジェクタ１３では、通路形成部材３６は、複数の脚部３６ａによってボデー３０に固定されているので、通路形成部材３６を弁体３５に対して別部材で形成しても、通路形成部材３６を確実かつ容易にエジェクタ１３のボデー３０の内部空間に固定することができる。

また、本実施形態のエジェクタ１３では、中心軸方向からみたときに、吸引用通路３０ｄが断面円環形状に形成されるので、ノズルボデー３２の下端側の先細先端部の全周囲から蒸発器１４流出冷媒を吸引できる。これにより、蒸発器１４流出冷媒を吸引する際の吸引圧損を抑制することができ、エジェクタ式冷凍サイクル１０のサイクル効率（ＣＯＰ）をより一層向上させることができる。

また、本実施形態のエジェクタ１３では、流入空間３０ｃの下方側に駆動手段３７を構成する封入空間３７ｂを配置して、流入空間３０ｃ内の冷媒の温度を封入空間３７ｂ内の感温媒体（冷媒）に伝達可能としている。これにより、封入空間３７ｂ内の感温媒体に対して、流入空間３０ｃ側および導入空間３７ｃ側の双方から蒸発器１４流出冷媒を伝達することができる。

従って、外気温等の影響を受けて封入空間３７ｂの内圧が変化してしまうことを抑制でき、最小通路面積部３０ｍの冷媒通路面積を蒸発器１４流出冷媒の温度（過熱度）に応じて精度良く調整することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、弁体３５を変位させる駆動手段３７を、圧力応動部材であるダイアフラム３７ａを用いて構成した例を説明したが、本実施形態では、図５に示すように、弁体３５に連結されたステッピングモータ４１からなる電動式の駆動手段を採用している。なお、このステッピングモータ４１は、制御装置から出力される制御パルスによって、その作動が制御される。

また、本実施形態の制御装置には、蒸発器１４出口側冷媒の温度および圧力を検出する検出手段が接続されている。そして、制御装置は、これらの検出手段の検出信号に基づいて蒸発器１４出口側冷媒の過熱度を算出し、算出された過熱度が予め定めた目標過熱度に近づくようにステッピングモータ４１の作動を制御する。その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。

従って、第１実施形態と同様に、本実施形態のエジェクタ１３においても、エジェクタ式冷凍サイクル１０の熱負荷によらず高いエネルギ変換効率を発揮することができる。さらに、小型なステッピングモータ４１を採用することができるので、エジェクタ１３全体としての小型化を図ることができる。

なお、本実施形態の如く電動式の駆動手段を採用する場合は、放熱器１２出口側冷媒の温度および圧力を検出する検出手段を設け、制御装置が、これらの検出手段の検出信号に基づいて放熱器１２出口側冷媒の過冷却度を算出し、算出された過冷却度が予め定めた目標過冷却度に近づくようにステッピングモータ４１の作動を制御してもよい。

（第３実施形態）
本実施形態では、図６に示すように、通路形成部材３６を廃止して、振動緩衝部材３６ｂを介して、通路形成部材３６と弁体３５（具体的にはプレート部材３９）とを連結している。なお、振動緩衝部材３６ｂとしては、例えば、通路形成部材３６の振動がプレート部材３９および中心側作動棒３８ｂを介して弁体３５に伝達されてしまうことを抑制可能なコイルバネや樹脂材料といった弾性部材を採用できる。

このような振動緩衝部材３６ｂを設けることで、通路形成部材３６が冷媒から受ける圧力による荷重がプレート部材３９を介して弁体３５に伝達されてしまうことが抑制されるので、駆動手段３７は、実質的に弁体３５のみを変位させることになる。従って、通路形成部材３６が振動緩衝部材３６ｂを介して弁体３５に連結されていても第１実施形態と同様に、エジェクタ１３の小型化を図ることができる。

（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、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

（１）上述の第１、第２実施形態では、複数の脚部３６ａによって通路形成部材３６をミドルボデー３３の底面側に固定した例を説明したが、脚部３６ａによる通路形成部材３６の固定態様はこれに限定されない。例えば、径方向に延びる脚部によって通路形成部材３６をハウジングボデー３１に固定してもよい。さらに、脚部３６ａを複数本設ける場合には、それぞれ中心軸に対して等角度間隔で配置されていることが望ましい。

（２）上述の第１、第３実施形態では、ミドルボデー３３の外周側に複数の円柱状の空間を設け、この空間の内部に円形薄板状のダイアフラム３７ａを固定して駆動手段３７を構成した例を説明したが、この駆動手段３７を複数箇所に設ける場合についても、それぞれ中心軸に対して等角度間隔で配置されていることが望ましい。さらに、軸方向からみたときに円環形状に形成される空間内に、円環形状の薄板で形成されたダイアフラム３７ａを固定して駆動手段を構成してもよい。

（３）上述の実施形態では、エジェクタ１３の液相冷媒流出口３１ｃおよび気相冷媒流出口３１ｄの詳細について説明していないが、これらの冷媒流出口に冷媒を減圧させる減圧手段（例えば、オリフィスやキャピラリチューブからなる側固定絞り）を配置してもよい。例えば、液相冷媒流出口３１ｃに固定絞りを追加して、エジェクタ１３を高段側圧縮機構と低段側圧縮機構を有する二段昇圧式のエジェクタ式冷凍サイクルに適用してもよい。

（４）上述の実施形態では、ボデー３０の内部に気液分離空間３０ｆを形成したエジェクタ１３について説明したが、気液分離空間３０ｆを廃止してもよい。この場合は、エジェクタ１３に対して別体として形成された気液分離手段を設ければよい。

（５）上述の実施形態では、本発明のエジェクタ１３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た例を説明したが、このエジェクタ式冷凍サイクル１０の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、自動販売機用冷却加熱装置等に適用してもよい。

（６）上述の実施形態では、弁体３５として略円錐形状に形成されたものを採用したが、減圧用空間３０ｂの内周面と弁体３５の外周面との間に形成される冷媒通路として、先細部および末広部１３２を形成することができれば、球形状の弁体を採用してもよい。

（７）上述の実施形態では、サブクール型の熱交換器を採用した例を説明したが、凝縮部１２ａのみからなる通常の放熱器を採用してもよい。

１０ エジェクタ式冷凍サイクル
３０ ボデー
３０ａ 旋回空間
３０ｂ 減圧用空間
３０ｄ 吸引用通路
３０ｅ 昇圧用空間
３０ｍ 採用通路面積部
３５ 弁体
３６ 通路形成部材
３７ 駆動手段

Claims (5)

1. 蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０）に適用されるエジェクタであって、
   冷媒を流入させる冷媒流入口（３１ａ）から流入した冷媒を旋回させる旋回空間（３０ａ）、前記旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間（３０ｂ）、前記減圧用空間（３０ｂ）の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒を吸引する吸引用通路（３０ｄ）、前記減圧用空間（３０ｂ）から噴射された噴射冷媒と前記吸引用通路（３０ｄ）から吸引された吸引冷媒とを混合させる昇圧用空間（３０ｅ）が形成されたボデー（３０）と、
   前記減圧用空間（３０ｂ）内に配置されて、前記減圧用空間（３０ｂ）のうち冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部（３０ｍ）の冷媒通路面積を変化させる弁体（３５）と、
   前記昇圧用空間（３０ｅ）内に配置されて、前記昇圧用空間（３０ｅ）内に冷媒通路面積が冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大する冷媒通路を形成する通路形成部材（３６）と、
   前記弁体（３５）を変位させる駆動手段（３７、４１）を備え、
   前記減圧用空間（３０ｂ）の内周面と前記弁体（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、前記旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能し、
   前記昇圧用空間（３０ｅ）の内周面と前記通路形成部材（３６）の外周面との間に形成される冷媒通路は、前記噴射冷媒および前記吸引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として機能し、
   さらに、前記弁体（３５）と前記通路形成部材（３６）が別部材で形成されていることを特徴とするエジェクタ。
2. 前記昇圧用空間（３０ｅ）および前記通路形成部材（３６）は、回転体形状に形成されているとともに、冷媒流れ下流側に向かって徐々に径方向に広がる形状に形成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. 前記通路形成部材（３６）は、前記ボデー（３０）に固定される複数の脚部（３６ａ）を有し、
   前記脚部（３６ａ）同士の間には冷媒が流通する冷媒通路が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタ。
4. 前記通路形成部材（３６）は、振動緩衝部材（３６ｂ）を介して弁体（３５）に連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタ。
5. 前記ボデー（３０）には、前記昇圧用空間（３０ｅ）から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間（３０ｆ）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のエジェクタ。

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