JP2016166549A - 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】ノズルへ流入させる冷媒に旋回流れを生じさせるエジェクタにおいて、流量係数の低下を抑制する。【解決手段】エジェクタ２０のノズル２１の内部に通路形成部材としてのニードル弁２３を配置し、ノズル２１の内周面とニードル弁２３の外周面との間に断面円環状のノズル通路２０ａを形成する。さらに、ニードル弁２３のノズル通路２０ａ側の先端部２３ｂの形状を球面状とすることで、増加側変位量δの増加に伴って、ノズル通路２０ａの最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合が大きくなる形状とし、エジェクタ式冷凍サイクル１０の高負荷運転時に、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を流量係数を低下させない程度に充分に拡大する。【選択図】図８

Description

本発明は、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、および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、特許文献１に、高速度で噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒吸引口から冷媒を吸引し、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させて昇圧させるエジェクタ、および冷媒減圧手段としてエジェクタを備える蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であるエジェクタ式冷凍サイクルが開示されている。

この特許文献１のエジェクタでは、ボデーの内部に円錐形状の通路形成部材を配置し、ボデーと通路形成部材の円錐状側面との隙間に断面円環状の冷媒通路を形成している。そして、この冷媒通路のうち、冷媒流れ最上流側の部位を、高圧冷媒を減圧させて噴射するノズル通路として利用し、ノズル通路の冷媒流れ下流側の部位を、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させて混合冷媒を昇圧させるディフューザ通路として利用している。

さらに、特許文献１のエジェクタのボデーには、ノズル通路へ流入させる冷媒に旋回流れを生じさせる旋回流発生手段としての旋回空間が形成されている。この旋回空間では、過冷却液相冷媒をノズルの中心軸周りに旋回させることによって旋回中心側の冷媒を減圧沸騰させて、旋回中心側に柱状の気相冷媒（気柱）を生じさせる。そして、旋回中心側の二相分離状態の冷媒をノズル通路へ流入させる。

これにより、特許文献１のエジェクタでは、二相分離状態の冷媒の気液界面に生じる気泡を沸騰核としてノズル通路を流通する冷媒の沸騰を促進し、ノズル通路に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を向上させようとしている。

また、特許文献１のエジェクタは、通路形成部材を変位させて、ボデーと通路形成部材との間に形成される冷媒通路の通路断面積を変化させる駆動手段を備えている。これにより、特許文献１のエジェクタでは、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動に応じて冷媒通路の通路断面積を変化させて、サイクルを循環する冷媒流量に応じてエジェクタを適切に作動させようとしている。

特開２０１３−１７７８７９号公報

ところが、本発明者らの検討によれば、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルでは、サイクルの高負荷運転時に、エジェクタの駆動手段が通路形成部材を変位させて冷媒通路の通路断面積を拡大させても、サイクルを循環する循環冷媒流量が所望の流量よりも不足してしまうことがあった。

そこで、本発明者らがその原因について調査したところ、特許文献１のエジェクタでは、旋回空間および旋回空間へ冷媒を流入させる冷媒流入通路が一定の形状に形成されているために、サイクルの負荷変動によって循環冷媒流量が変化すると、旋回空間内に形成される気柱の形状も変化してしまうことが原因であると判った。

より詳細には、循環冷媒流量が増加する高負荷運転時には、旋回空間内で旋回する冷媒の旋回流速が増加するので、旋回空間内に形成される気柱の径が大きくなる。そのため、高負荷運転時には、ノズル通路の最小通路断面積部のうち、密度の低い気相冷媒が流入する内周側の領域が大きくなりやすく、密度の高い液相冷媒が流入する外周側の領域が小さくなりやすい。

従って、特許文献１のエジェクタでは、高負荷運転時に、駆動手段が円錐形状の通路形成部材を変位させて最小通路断面積部の通路断面積を拡大させても、冷媒が最小通路断面積部を通過する際に生じる圧力損失が増加して、ノズル通路の流量係数が低下してしまいやすい。その結果、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルでは、高負荷運転時に、循環冷媒流量が所望の流量よりも不足してしまうことがあった。

これに対して、最小通路断面積部を形成するノズルの喉部の径を拡大させて、高負荷運転時の流量係数の低下を抑制する手段が考えられる。しかしながら、このような手段では、低負荷運転時に、ノズル通路を流通する冷媒のうち液相冷媒の割合が増加してしまうので、沸騰核が不足して冷媒を適切に沸騰させることができなくなってしまうおそれがある。

本発明は、上記点に鑑み、ノズルへ流入させる冷媒に旋回流れを生じさせるエジェクタにおいて、流量係数の低下を抑制することを目的とする。

また、本発明は、サイクルに負荷変動が生じても流量係数の低下を抑制可能なエジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクルを提供することを別の目的とする。

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、１０ａ）に適用されるエジェクタであって、
冷媒を噴射するノズル（２１、３２）と、ノズル（２１、３２）へ流入させる冷媒にノズル（２１、３２）の中心軸周りの旋回流れを生じさせる旋回流発生手段（２１ｄ、２０ｅ、３０ａ）と、ノズル（２１、３２）から噴射された噴射冷媒の吸引作用によって外部から冷媒を吸引する冷媒吸引口（２２ａ、３１ｂ）、および噴射冷媒と冷媒吸引口（２２ａ、３１ｂ）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部（２０ｇ）を有するボデー（２２、３０）と、ノズル（２１、３２）内に形成された冷媒通路内に配置された通路形成部材（２３、３５）と、通路形成部材（２３、３５）を変位させる駆動手段（２３ａ、３７）と、を備え、
ノズル（２１、３２）の内周面と通路形成部材（２３、３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させるノズル通路（２０ａ、２５ａ）であり、ノズル通路（２０ａ、２５ａ）には、通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）、最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）へ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部（２０ｃ、２５ｃ）、および最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部（２０ｄ、２５ｄ）が設けられており、
通路形成部材（２３、３５）のうち、駆動手段（２３ａ、３７）が通路形成部材（２３、３５）を変位させた際に、最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積を変化させる部位を先端部（２３ｂ、３５ａ）と定義し、通路形成部材（２３、３５）が最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積を増加させる側へ変位した際の変位量を増加側変位量（δ）と定義したときに、
先端部（２３ｂ、３５ａ）は、増加側変位量（δ）の増加に伴って、最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積の増加度合が大きくなる形状に形成されていることを特徴とする。

これによれば、増加側変位量（δ）を増加させた際に、増加側変位量（δ）の増加に比例するように最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積を拡大させるよりも、最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積を拡大させることができる。従って、循環冷媒流量が増加する高負荷運転時に、増加側変位量（δ）を増加させることで最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積を充分に拡大させることができる。

その結果、高負荷運転時に冷媒がノズル通路（２０ａ、２５ａ）を流通する際に生じる圧力損失の増加を抑制することができ、ノズル（２１、３２）へ流入させる冷媒に旋回流れを生じさせるエジェクタ（２０、２５）であっても高負荷運転時に流量係数が大きく低下してしまうことを抑制することができる。

さらに、上記特徴のエジェクタにおいて、ノズル通路（２０ａ、２５ａ）を流通する冷媒の流量（Ｇｎｏｚ）の増加に伴って、最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積の増加度合が大きくなっていることが望ましい。これによれば、高負荷運転時の最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積を、流量係数の低下を抑制するために必要な通路断面積以上に拡大させやすい。

また、上記特徴のエジェクタにおいて、先端部（２３ｂ、３５ａ）の具体的な形状としては、冷媒流れ方向下流側に向かって、軸方向垂直断面積が徐々に増加する回転体形状に形成されており、さらに、先端部（２３ｂ、３５ａ）の中心軸を含む断面における断面形状は、先端部（２３ｂ、３５ａ）の頂部から離れるに伴って、中心軸からの距離の拡大度合が減少する形状に形成されていてもよい。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタ（２０、２５）と、冷媒を圧縮する圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒を過冷却液相冷媒となるまで冷却する放熱器（１２）と、を備え、旋回流発生手段（２１ｄ…３０ａ）には、過冷却液相冷媒が流入するエジェクタ式冷凍サイクルを特徴としている。

これによれば、サイクルに負荷変動が生じても流量係数の低下を抑制可能なエジェクタ（２０、２５）を備えるエジェクタ式冷凍サイクルを提供することができる。

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。 図２のＩＩＩ部を模式的に拡大した拡大断面図である。 第１実施形態のエジェクタの増加側変位量の変化に対する最小通路断面積部の通路断面積の変化を示すグラフである。 第１実施形態のエジェクタのノズル流量の変化に対する最小通路断面積部の通路断面積の変化を示すグラフである。 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の変化を示すモリエル線図である。 第１実施形態のエジェクタの低負荷運転時から中負荷運転時における冷媒の沸騰の様子を説明するための説明図である。 第１実施形態のエジェクタの高負荷運転時における冷媒の沸騰の様子を説明するための説明図である。 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実施形態のエジェクタの軸方向断面図である。 図１０のＸＩ部を模式的に拡大した拡大断面図である。 他の実施形態の先端部の拡大図面図であって、図１１に対応する図面である。

（第１実施形態）
図１〜図８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２０は、図１の全体構成図に示すように、エジェクタを備える蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置、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。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０の冷却対象流体は、送風空気である。

また、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、冷媒として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。

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、および圧縮機構を駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機である。

この圧縮機構としては、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することができる。また、電動モータは、後述する空調制御装置５０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、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。

冷却ファン１２ｄは、空調制御装置５０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の冷媒出口には、エジェクタ２０の冷媒流入口２１ａ側が接続されている。エジェクタ２０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噴射冷媒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。

エジェクタ２０の具体的構成については、図２〜図５を用いて説明する。エジェクタ２０は、ノズル２１、ボデー２２、ニードル弁２３等を有して構成されている。まず、ノズル２１は、冷媒の流れ方向に向かって徐々に先細る略円筒状の金属（例えば、ステンレス合金）で形成されており、その内部に形成されるノズル通路２０ａにて冷媒を等エントロピ的に減圧させて噴射するものである。

ノズル２１の内部には、通路形成部材としての針状のニードル弁２３が配置されている。ノズル２１の内周面とニードル弁２３の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させるノズル通路２０ａの少なくとも一部を形成している。従って、ノズル２１の軸方向に垂直な方向から見たときにノズル２１とニードル弁２３が重合する範囲では、ノズル通路２０ａの軸方向垂直断面における断面形状が、円環状となる。

ノズル２１の内壁面には、冷媒通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部２０ｂを形成する喉部２１ｂが設けられている。このため、ノズル通路２０ａには、最小通路断面積部２０ｂの冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部２０ｂへ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部２０ｃ、および最小通路断面積部２０ｂの冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部２０ｄが形成されている。

つまり、本実施形態のノズル通路２０ａでは、いわゆるラバールノズルと同様に冷媒通路断面積を変化させている。さらに、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、冷媒噴射口２１ｃから噴射される噴射冷媒の流速が音速以上となるようにノズル通路２０ａの冷媒通路断面積を変化させている。

また、ノズル２１のノズル通路２０ａを形成する部位の冷媒流れ上流側には、ノズル２１の軸線方向と同軸上に延びる筒状部２１ｄが設けられている。この筒状部２１ｄの内部には、ノズル２１の内部へ流入した冷媒を旋回させる旋回空間２０ｅが形成されている。旋回空間２０ｅは、ノズル２１の軸線方向と同軸上に延びる略円柱状の空間である。

さらに、エジェクタ２０の外部から旋回空間２０ｅへ冷媒を流入させる冷媒流入通路は、旋回空間２０ｅの中心軸方向から見たときに旋回空間２０ｅの内壁面の接線方向に延びている。これにより、放熱器１２から流出して旋回空間２０ｅへ流入した過冷却液相冷媒は、旋回空間２０ｅの内壁面に沿って流れ、旋回空間２０ｅの中心軸周りに旋回する。

ここで、旋回空間２０ｅ内で旋回する冷媒には遠心力が作用するので、旋回空間２０ｅ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の熱負荷が、比較的低くなる低負荷運転時から中間的な値となる中負荷運転時に、旋回空間２０ｅ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）圧力となるまで低下させるように、旋回空間２０ｅ等の寸法諸元を設定している。

このような旋回空間２０ｅ内の中心軸側の冷媒圧力の調整は、旋回空間２０ｅ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、冷媒流入通路の通路断面積と旋回空間２０ｅの軸方向垂直断面積との面積比等の寸法諸元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２０ｅ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。

従って、本実施形態では、筒状部２１ｄおよび旋回空間２０ｅが、ノズル２１へ流入する過冷却液相冷媒をノズル２１の軸周りに旋回させる旋回流発生手段を構成している。つまり、本実施形態では、エジェクタ２０（具体的には、ノズル２１）と旋回流発生手段が一体的に構成されている。

ボデー２２は、略円筒状の金属（例えば、アルミニウム）あるいは樹脂で形成されており、内部にノズル２１を支持固定する固定部材として機能するとともに、エジェクタ２０の外殻を形成するものである。より具体的には、ノズル２１は、ボデー２２の長手方向一端側の内部に収容されるように圧入にて固定されている。従って、ノズル２１とボデー２２との固定部（圧入部）から冷媒が漏れることはない。

また、ボデー２２の外周面のうち、ノズル２１の外周側に対応する部位には、その内外を貫通してノズル２１の冷媒噴射口２１ｃと連通するように設けられた冷媒吸引口２２ａが形成されている。この冷媒吸引口２２ａは、ノズル２１から噴射される噴射冷媒の吸引作用によって、蒸発器１４から流出した冷媒をエジェクタ２０の外部から内部へ吸引する貫通穴である。

さらに、ボデー２２の内部には、冷媒吸引口２２ａから吸引された吸引冷媒をノズル２１の冷媒噴射口側へ導く吸引通路２０ｆ、および冷媒吸引口２２ａからエジェクタ２０の内部へ流入した吸引冷媒と噴射冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部としてのディフューザ部２０ｇが形成されている。

ディフューザ部２０ｇは、吸引通路２０ｆの出口に連続するように配置されて、冷媒通路面積を徐々に拡大させる空間によって形成されている。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させながら、その流速を減速させて噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒の圧力を上昇させる機能、すなわち、混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換する機能を果たす。

ニードル弁２３は、通路形成部材としての機能を果たすとともに、ノズル通路２０ａの通路断面積を変化させる機能を果たすものである。より具体的には、ニードル弁２３は、樹脂にて形成されており、ディフューザ部２０ｇ側から冷媒流れ上流側（ノズル通路２０ａ側）へ向かって先細る針状の形状に形成されている。もちろん、金属で形成されたニードル弁２３を採用してもよい。

さらに、ニードル弁２３は、ノズル２１と同軸上に配置されている。また、ニードル弁２３のディフューザ部２０ｇ側の端部には、ニードル弁２３をノズル２１の軸方向へ変位させる駆動手段としてのステッピングモータからなる電動アクチュエータ２３ａが連結されている。この電動アクチュエータ２３ａは、空調制御装置５０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。

一方、ニードル弁２３のノズル通路２０ａ側の端部には、ノズル２１の喉部２１ｂの内周側に最小通路断面積部２０ｂを形成する先端部２３ｂが設けられている。つまり、先端部２３ｂは、ニードル弁２３が軸方向に変位した際に、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を変化させる部位である。

先端部２３ｂは、冷媒流れ方向下流側に向かって、軸方向垂直断面積が徐々に増加する回転体形状に形成されている。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。また、先端部２３ｂの頂部は、球面状に形成されている。従って、先端部２３ｂの中心軸を含む断面において、先端部２３ｂの頂部側の外表面が描く線は放物線状の曲線となる。

このため、図３の実線で示す先端部２３ｂの断面形状は、図３の細破線で示す先端部を円錐形状としたときの断面形状よりも、頂部が低くなる。さらに、先端部２３ｂの断面形状は、頂部から離れるに伴って、中心軸からの距離の拡大度合が減少する形状になっている。なお、図３は、説明の明確化のためにノズル２１の中心軸に垂直な方向の寸法をノズル２１の中心軸方向の寸法よりも拡大して示した模式的な断面図である。

これにより、本実施形態のエジェクタ２０の先端部２３ｂは、図４に示すように、増加側変位量δの増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合（図４の太実線の傾き）が連続的に大きくなる形状に形成されている。

なお、増加側変位量δとは、ニードル弁２３が最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を増加させる側へ変位した際の変位量である。従って、ニードル弁２３がノズル２１に接触してノズル通路２０ａを閉塞した状態では、増加側変位量δ＝０となる。

つまり、本実施形態のエジェクタ２０では、増加側変位量δを増加させた際に、図４の破線に示すように増加側変位量δの増加に比例させて最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させるよりも、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させることができる。

さらに、本実施形態のエジェクタ２０では、この先端部２３ｂを採用することによって、図５に示すように、ノズル通路２０ａを流通する冷媒の流量（ノズル流量Ｇｎｏｚ）の増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合（図５の太実線の傾き）が大きくなるようにしている。

つまり、本実施形態のエジェクタ２０では、ノズル流量Ｇｎｏｚを増加させた際に、図５の破線に示すようにノズル流量Ｇｎｏｚの増加に比例させて最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させるよりも、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させることができる。

また、エジェクタ２０のディフューザ部２０ｇの冷媒出口には、図１に示すように、気液分離器１３の入口側が接続されている。気液分離器１３は、エジェクタ２０のディフューザ部２０ｇから流出した冷媒の気液を分離する気液分離手段である。なお、本実施形態では、気液分離器１３として、分離された液相冷媒を殆ど蓄えることなく液相冷媒流出口から流出させる比較的内容積の小さいものを採用しているが、サイクル内の余剰液相冷媒を蓄える貯液手段としての機能を有するものを採用してもよい。

気液分離器１３の気相冷媒流出口には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。一方、気液分離器１３の液相冷媒流出口には、減圧手段としての固定絞り１３ａを介して、蒸発器１４の冷媒入口側が接続されている。この固定絞り１３ａとしては、オリフィス、キャピラリーチューブ等を採用することができる。

蒸発器１４は、内部へ流入した低圧冷媒と送風ファン１４ａから車室内へ向けて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、空調制御装置５０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の冷媒出口は、エジェクタ２０の冷媒吸引口２２ａ側に接続されている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。空調制御装置５０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。この空調制御装置５０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１１、１２ｄ、１４ａ、２３ａ等の作動を制御する。

また、空調制御装置５０には、車室内温度（内気温）Ｔｒを検出する内気温センサ、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ、車室内の日射量Ａｓを検出する日射センサ、蒸発器１４出口側冷媒の温度（蒸発器出口側温度）Ｔｅを検出する蒸発器出口側温度センサ（蒸発器出口側温度検出手段）５１、蒸発器１４出口側冷媒の圧力（蒸発器出口側圧力）Ｐｅを検出する蒸発器出口側圧力センサ（蒸発器出口側圧力検出手段）５２、放熱器１２出口側冷媒の温度Ｔｄを検出する放熱器出口側温度センサ、および放熱器１２出口側冷媒の圧力Ｐｄ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、空調制御装置５０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ており、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空調制御装置５０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Ｔｓｅｔを設定する車室内温度設定スイッチ等が設けられている。

なお、本実施形態の空調制御装置５０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的に構成されたものであるが、空調制御装置５０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の作動を制御する構成が吐出能力制御手段５０ａを構成しており、電動アクチュエータ２３ａの作動を制御する構成が弁開度制御手段５０ｂを構成している。もちろん、吐出能力制御手段５０ａや弁開度制御手段５０ｂを空調制御装置５０に対して、別体の制御装置で構成してもよい。

次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置では、操作パネルの空調作動スイッチが投入（ＯＮ）されると、空調制御装置５０が予め記憶している空調制御プログラムを実行する。

この空調制御プログラムでは、上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、読み込まれた検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算出する。

目標吹出温度ＴＡＯは、以下数式Ｆ１に基づいて算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ａｓ＋Ｃ…（Ｆ１）
なお、Ｔｓｅｔは温度設定スイッチによって設定された車室内温度、Ｔｒは内気温センサによって検出された内気温、Ｔａｍは外気温センサによって検出された外気温、Ａｓは日射センサによって検出された日射量である。また、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

さらに、空調制御プログラムでは、算出された目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置５０の出力側に接続された各種制御対象機器の作動状態を決定する。

例えば、圧縮機１１の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、蒸発器１４から吹き出される送風空気の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。

そして、蒸発器出口側温度センサ５１によって検出された蒸発器出口側温度Ｔｅと目標蒸発器吹出温度ＴＥＯとの偏差（ＴＥＯ−Ｔｅ）に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器出口側温度Ｔｅが目標蒸発器吹出温度ＴＥＯに近づくように、圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号が決定される。

より具体的には、本実施形態の吐出能力制御手段５０ａは、偏差（ＴＥＯ−Ｔｅ）が拡大するに伴って、すなわち、エジェクタ式冷凍サイクル１０の熱負荷が高くなるに伴って、サイクルを循環する循環冷媒流量が増加するように、圧縮機１１の冷媒吐出能力（回転数）を制御する。

また、ニードル弁２３を変位させる電動アクチュエータ２３ａへ出力される制御パルスについては、蒸発器出口側温度Ｔｅおよび蒸発器出口側圧力センサ５２によって検出された蒸発器出口側圧力Ｐｅから算出される蒸発器１４出口側冷媒の過熱度ＳＨが、予め定めた基準過熱度ＫＳＨに近づくように決定される。

より具体的には、本実施形態の弁開度制御手段５０ｂは、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度ＳＨが高くなるに伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させるように、電動アクチュエータ２３ａの作動を制御する。このため、本実施形態のエジェクタ２０では、エジェクタ式冷凍サイクル１０の熱負荷が高くなり、ノズル流量Ｇｎｏｚが増加するに伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させる。

そして、空調制御装置５０は、決定された制御信号等を各種制御対象機器へ出力する。その後、車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種制御対象機器の作動状態決定→制御信号等の出力といった制御ルーチンが繰り返される。

これにより、エジェクタ式冷凍サイクル１０では、図１の太実線矢印に示すように冷媒が流れる。そして、図６のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。

より詳細には、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒（図６のａ点）は、放熱器１２の凝縮部１２ａへ流入し、冷却ファン１２ｄから送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部１２ａにて凝縮した冷媒は、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から送風された外気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる（図６のａ点→ｂ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２０のノズル通路２０ａにて等エントロピ的に減圧されて噴射される（図６のｂ点→ｃ点）。この際、弁開度制御手段５０ｂは、蒸発器１４出口側冷媒（図６のｈ点）の過熱度ＳＨが予め定めた基準過熱度ＫＳＨに近づくように、電動アクチュエータ２３ａの作動を制御する。

そして、ノズル通路２０ａ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（図６のｈ点）が、冷媒吸引口２２ａから吸引される。ノズル通路２０ａから噴射された噴射冷媒および冷媒吸引口２２ａから吸引された吸引冷媒は、ディフューザ部２０ｇへ流入して合流する（図６のｃ点→ｄ点、ｈ’点→ｄ点）。

ここで、本実施形態の吸引通路２０ｆは、冷媒流れ方向に向かって通路断面積が徐々に縮小する形状に形成されている。このため、吸引通路２０ｆを通過する吸引冷媒は、その圧力を低下させながら（図６のｈ点→ｈ’点）、流速を増加させる。これにより、吸引冷媒と噴射冷媒との速度差を縮小し、ディフューザ通路２０ｇにて吸引冷媒と噴射冷媒が混合する際のエネルギ損失（混合損失）を減少させている。

ディフューザ部２０ｇでは冷媒通路断面積の拡大により、冷媒の運動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６のｄ点→ｅ点）。ディフューザ部２０ｇから流出した冷媒は気液分離器１３にて気液分離される（図６のｅ点→ｆ点、ｅ点→ｇ点）。

気液分離器１３にて分離された液相冷媒は、固定絞り１３ａにて減圧されて（図６のｇ点→ｇ’点）、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する（図６のｇ’点→ｈ点）。これにより、送風空気が冷却される。一方、気液分離器１３にて分離された気相冷媒は、圧縮機１１へ吸入され再び圧縮される（図６のｆ点→ａ点）。

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。

この際、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、エジェクタ２０のディフューザ部２０ｇにて昇圧された冷媒を圧縮機１１へ吸入させている。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０によれば、蒸発器における冷媒蒸発圧力と圧縮機吸入冷媒の圧力が略同等となる通常の冷凍サイクル装置よりも、圧縮機１１の消費動力を低減させて、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

また、本実施形態のエジェクタ２０は、通路形成部材であるニードル弁２３、および駆動手段である電動アクチュエータ２３ａを有しているので、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動に応じて、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を調整することができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動に応じて、エジェクタ２０を適切に作動させることができる。

また、本実施形態のエジェクタ２０によれば、エジェクタ式冷凍サイクル１０の低負荷運転時から中負荷運転時に、旋回空間２０ｅにて冷媒を旋回させることで、旋回空間２０ｅ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ことができる。

これにより、図７に示すように、旋回中心軸の内周側に柱状の気相冷媒（気柱）が存在するようにして、旋回空間２０ｅ内の旋回中心線近傍はガス単相、その周りは液単相の二相分離状態とすることができる。なお、図７、図８は、図３と同等の断面をさらに拡大し、冷媒の沸騰の様子を模式的に表した説明図である。さらに、図７、図８では、説明の明確化のために、液相冷媒を網掛けハッチングで表している。

そして、旋回空間２０ｅ内で二相分離状態となった冷媒をノズル通路２０ａへ流入させることで、ノズル通路２０ａ内では、円環状の冷媒通路の外周側壁面から冷媒が剥離する際に生じる壁面沸騰および円環状の冷媒通路の中心軸側の冷媒のキャビテーションによって生じた沸騰核による界面沸騰によって冷媒の沸騰が促進される。

これにより、ノズル通路２０ａの最小通路断面積部２０ｂへ流入する冷媒が、気相と液相が均質に混合した気液混合状態となる。そして、最小通路断面積部２０ｂの近傍で気液混合状態の冷媒の流れに閉塞（チョーキング）が生じ、このチョーキングによって音速に到達した気液混合状態の冷媒が末広部２０ｄにて加速されて噴射される。

このように、サイクルの低負荷運転時から中負荷運転時には、壁面沸騰および界面沸騰の双方による沸騰促進によって、気液混合状態の冷媒を音速となるまで効率よく加速できることで、ノズル通路２０ａにおけるエネルギ変換効率を向上させることができる。

ところで、本実施形態のエジェクタ２０では、旋回空間２０ｅおよび旋回空間２０ｅへ冷媒を流入させる流入冷媒通路が一定の形状に形成されている。このため、サイクルの負荷変動によって循環冷媒流量が変化すると、旋回空間２０ｅ内に形成される気柱の形状も変化する。

より詳細には、サイクルの高負荷運転時には、旋回空間２０ｅ内で旋回する冷媒の旋回流速が増加するので、図８に示すように、旋回空間２０ｅ内に形成される気柱の径φが低負荷運転時から中負荷運転時よりも大きくなる。このため、高負荷運転時には、最小通路断面積部２０ｂのうち、密度の低い気相冷媒が流入する内周側の領域が大きくなりやすく、密度の高い液相冷媒が流入する外周側の領域が小さくなりやすい。

従って、高負荷運転時には、電動アクチュエータ２３ａが最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させるようにニードル弁２３を変位させても、冷媒が最小通路断面積部２０ｂを通過する際に生じる圧力損失が増加しやすく、ノズル通路２０ａの流量係数が低下してしまうおそれがある。

これに対して、本実施形態のエジェクタ２０では、ニードル弁２３の増加側変位量δの増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合が大きくなる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０の高負荷運転時に、増加側変位量δを増加させることで、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を、流量係数を低下させない程度に充分に拡大させることができる。

より具体的には、図８の細破線で示す先端部が円錐形状に形成されたニードル弁を採用する場合に対して、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させることができる。従って、高負荷運転時に気柱の径が拡大しても、最小通路断面積部２０ｂへ流入する気相冷媒を旋回中心側へ逃がしやすく、外周側の液相冷媒が最小通路断面積部２０ｂへ流入し易くなる。

その結果、本実施形態のエジェクタ２０によれば、高負荷運転時に冷媒がノズル通路２０ａを流通する際に生じる圧力損失の増加を抑制することができ、高負荷運転時に流量係数が大きく低下してしまうことを抑制することができる。

さらに、本実施形態のエジェクタ２０では、図５を用いて説明したように、ノズル流量Ｇｎｏｚの増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合が大きくなっている。従って、高負荷運転時の最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を、流量係数の低下を抑制するために必要な通路断面積以上に拡大させやすい。

ここで、軸周りに旋回していない流体を流入させる一般的なノズルでは、ノズルの出口側流体圧力から入口側流体圧力を減算した圧力差が一定であれば、最小通路断面積部の通路断面積の増加に比例してノズル流量Ｇｎｏｚを増加させることができる。

このため、ノズル流量Ｇｎｏｚの増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合が大きくなっていれば、高負荷運転時の最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を、確実にノズル流量Ｇｎｏｚを流通させるために必要な通路断面積以上とすることができる。従って、高負荷運転時の最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を、流量係数の低下を抑制するために必要な通路断面積以上に拡大させやすい。

また、本実施形態のエジェクタ２０では、先端部２３ｂの形状を、軸方向垂直断面積が徐々に増加する回転体形状に形成し、さらに、その断面形状が頂部から離れるに伴って中心軸からの距離の拡大度合が減少する形状としている。従って、増加側変位量δの増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合が大きくなるニードル弁２３の先端部２３ｂを容易に実現することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図９の全体構成図に示すように、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａに、エジェクタ２５を採用した例を説明する。なお、図９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。このことは、以下の図面でも同様である。また、図９では、図示の明確化のため、蒸発器出口側温度センサ５１、蒸発器出口側圧力センサ５２等の空調制御用のセンサ群の図示を省略している。

本実施形態のエジェクタ２５は、第１実施形態で説明したエジェクタ２０、気液分離器１３、固定絞り１３ａに対応する構成を一体化（モジュール化）させたものである。従って、エジェクタ２５は、「気液分離機能付きエジェクタ」「エジェクタモジュール」と表現することもできる。

エジェクタ２５の具体的構成については、図１０、図１１を用いて説明する。なお、図１０における上下の矢印は、エジェクタ２５をエジェクタ式冷凍サイクル１０ａ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１１は、図１０のＸＩ部を模式的に拡大した一部断面図であって、第１実施形態の図３に対応する図面である。

エジェクタ２５は、図１０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形成されたボデー３０を備えている。具体的には、ボデー３０は、角柱状あるいは円柱状の金属もしくは樹脂にて形成されてエジェクタ２５の外殻を形成するハウジングボデー３１を有している。さらに、ハウジングボデー３１の内部には、ノズル３２、ミドルボデー３３、ロワーボデー３４等が固定されている。

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の吸入口側へ流出させる気相冷媒流出口３１ｄ等が形成されている。

さらに、本実施形態では、気液分離空間３０ｆと液相冷媒流出口３１ｃとを接続する液相冷媒通路に、蒸発器１４へ流入させる冷媒を減圧させる減圧手段としてのオリフィス３１ｉを配置している。なお、本実施形態の気液分離空間３０ｆは、第１実施形態で説明した気液分離器１３に対応する構成であり、本実施形態のオリフィス３１ｉは、第１実施形態で説明した固定絞り１３ａに対応する構成である。

本実施形態のノズル３２は、冷媒流れ方向に先細る略円錐形状の金属製（例えば、ステンレス合金）の部材で形成されている。さらに、ノズル３２は、軸方向が鉛直方向（図１０の上下方向）となるように、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略円柱状の旋回空間３０ａが形成されている。

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の中心軸周りに旋回する。従って、本実施形態では、ボデー３０のうち旋回空間３０ａを形成する部位、および旋回空間３０ａが、旋回流発生手段を構成している。

さらに、本実施形態では、第１実施形態と同様に、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの熱負荷が、比較的低くなる低負荷運転時から中間的な値となる中負荷運転時に、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）圧力となるまで低下させるように、旋回空間３０ａ等の寸法諸元を設定している。

ノズル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。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。

この減圧用空間３０ｂの内部には、通路形成部材３５が配置されている。通路形成部材３５は、第１実施形態で説明したニードル弁２３と同様の機能を果たすものである。より具体的には、通路形成部材３５は、樹脂にて形成されており、減圧用空間３０ｂ側から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成されている。また、通路形成部材３５の中心軸は、減圧用空間３０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。

これにより、ノズル３２の減圧用空間３０ｂを形成する部位の内周面と通路形成部材３５の外周面との間には、図１１に示すように、冷媒を減圧させるための断面円環状のノズル通路２５ａの少なくとも一部が形成される。

また、ノズル３２の内壁面には、冷媒通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部２５ｂを形成する喉部３２ａが設けられている。このため、ノズル通路２５ａには、最小通路断面積部２５ｂの冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部２５ｂへ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部２５ｃ、および最小通路断面積部２５ｂの冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部２５ｄが形成されている。

従って、本実施形態のノズル通路２５ａも、ラバールノズルと同様に冷媒通路断面積が変化する。さらに、本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの通常運転時に、ノズル通路２５ａから噴射される噴射冷媒の流速が音速以上となるようにノズル通路２５ａの冷媒通路断面積を変化させている。

また、本実施形態の通路形成部材３５の頂部側には、図１１に示すように、ノズル３２の喉部３２ａの内周側に最小通路断面積部２５ｂを形成する先端部３５ａが設けられている。先端部３５ａは、通路形成部材３５が軸方向に変位した際に、最小通路断面積部２５ｂの通路断面積を変化させる部位である。

この先端部３５ａは、第１実施形態のニードル弁２３の先端部２３ｂと同様に、増加側変位量δの増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合が大きくなる形状に形成されている。従って、本実施形態のエジェクタ２５においても、第１実施形態と同様に、増加側変位量δの増加に比例させて最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させるよりも、最小通路断面積部２５ｂの通路断面積を拡大させることができる。

なお、図１１の細破線は、先端部を円錐形状としたときの断面形状を示している。このことは、以下の図１２においても同様である。

次に、図１０に示すミドルボデー３３は、その中心部に表裏（上下）を貫通する貫通穴が設けられた金属製の円板状部材である。さらに、ミドルボデー３３の貫通穴の外周側には、通路形成部材３５を変位させる駆動手段としての駆動機構３７が配置されている。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３２の下方側に圧入等の手段によって固定されている。

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。さらに、ミドルボデー３３の貫通穴の内周面とノズル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る吸引通路３０ｄが形成されている。

また、ミドルボデー３３の貫通穴のうち、吸引通路３０ｄの冷媒流れ下流側には、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が形成されている。昇圧用空間３０ｅは、上述したノズル通路２５ａから噴射された噴射冷媒と吸引通路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。

昇圧用空間３０ｅの内部には、通路形成部材３５の下方側が配置されている。さらに、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３５の下方側の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒流れ下流側に向かって通路断面積を徐々に拡大させる形状に形成されている。これにより、この冷媒通路では、噴射冷媒および吸引冷媒の混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換させることができる。

従って、昇圧用空間３０ｅを形成するミドルボデー３３の内周面と通路形成部材３５の下方側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を混合して昇圧させるディフューザ（昇圧部）として機能するディフューザ通路を構成している。

次に、ミドルボデー３３の内部に配置された、駆動機構３７について説明する。駆動機構３７は、圧力応動部材である円形薄板状のダイヤフラム３７ａを有して構成されている。より具体的には、図１０に示すように、ダイヤフラム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。

ダイヤフラム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出口側冷媒（具体的には、蒸発器１４から流出した冷媒）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、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａを循環する冷媒を主成分とする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。

一方、ダイヤフラム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出口側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およびダイヤフラム３７ａを介して、蒸発器１４出口側冷媒の温度が伝達される。

さらに、ダイヤフラム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出口側冷媒の圧力との差圧に応じて変形する。このため、ダイヤフラム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い。具体的には、ダイヤフラム３７ａとして、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の金属薄板や基布入りＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン共重合ゴム）等を採用してもよい。

ダイヤフラム３７ａの中心部には、円柱状の作動棒３７ｅの一端側端部（上方側端部）が接合されている。作動棒３７ｅは、駆動機構３７から通路形成部材３５へ、通路形成部材３５を変位させるための駆動力を伝達するものである。さらに、作動棒３７ｅの他端側端部（下方側端部）は、通路形成部材３５の底面側の外周側に当接するように配置されている。

また、図１０に示すように、通路形成部材３５の底面は、コイルバネ４０の荷重を受けている。コイルバネ４０は、通路形成部材３５に対して、上方側（通路形成部材３５が最小通路断面積部２５ｂにおける通路断面積を縮小する側）に付勢する荷重を加える弾性部材である。従って、通路形成部材３５は、旋回空間３０ａ側の高圧冷媒から受ける荷重、気液分離空間３０ｆ側の低圧冷媒から受ける荷重、作動棒３７ｅから受ける荷重、およびコイルバネ４０から受ける荷重が釣り合うように変位する。

より具体的には、蒸発器１４出口側冷媒の温度（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、ダイヤフラム３７ａが導入空間３７ｃ側へ変位して、通路形成部材３５が作動棒３７ｅから受ける荷重が増加する。このため、蒸発器１４出口側冷媒の温度が上昇すると、通路形成部材３５は、最小通路断面積部２５ｂにおける通路断面積を拡大させる方向（鉛直方向下方側）に変位する。

一方、蒸発器１４出口側冷媒の温度（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、ダイヤフラム３７ａが封入空間３７ｂ側へ変位して、通路形成部材３５が作動棒３７ｅから受ける荷重が減少する。このため、蒸発器１４出口側冷媒の温度が低下すると、通路形成部材３５は、最小通路断面積部２５ｂにおける通路断面積を縮小させる方向（鉛直方向上方側）に変位する。

本実施形態の駆動機構３７では、このように蒸発器１４出口側冷媒の過熱度に応じてダイヤフラム３７ａが通路形成部材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基準過熱度ＫＳＨに近づくように、最小通路断面積部２５ｂにおける通路断面積を調整している。この基準過熱度ＫＳＨは、コイルバネ４０の荷重を調整することによって変更することもできる。

なお、作動棒３７ｅ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、作動棒３７ｅが変位してもこの隙間から冷媒が漏れることはない。

また、本実施形態では、ミドルボデー３３に複数（本実施形態では、３つ）の円柱状の空間を設け、この空間の内部にそれぞれ円形薄板状のダイヤフラム３７ａを固定して複数の駆動機構３７を構成している。さらに、複数の駆動機構３７は、通路形成部材３５に均等に駆動力を伝達するために、中心軸周りに等角度間隔で配置されている。

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、昇圧用空間３０ｅ内に形成されたディフューザ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。

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、昇圧用空間３０ｅ等の中心軸と同軸上に配置されている。この気液分離空間３０ｆでは、冷媒を中心軸周りに旋回させた際の遠心力の作用によって、冷媒の気液を分離する。さらに、この気液分離空間３０ｆの内容積は、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても、実質的に余剰冷媒を溜めることができない程度の容積になっている。

ロワーボデー３４の中心部には、気液分離空間３０ｆに対して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の外周側に一時的に滞留して、液相冷媒流出口３１ｃから流出する。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。

パイプ３４ａの上端部には、前述したコイルバネ４０固定されている。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通路形成部材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、気液分離空間３０ｆの底面には、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。

従って、本実施形態のエジェクタ２５は、
冷媒流入口（３１ａ）から流入した冷媒に旋回流れを生じさせる旋回空間（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吸引された冷媒を流通させる吸引用通路（３０ｃ、３０ｄ）、減圧用空間（３０ｂ）から噴射された噴射冷媒と吸引用通路（３０ｃ、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、
少なくとも一部が減圧用空間（３０ｂ）の内部、および昇圧用空間（３０ｅ）の内部に配置されるとともに、減圧用空間（３０ｂ）側から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成された通路形成部材（３５）と、
通路形成部材（３５）を変位させる駆動力を出力する駆動手段（３７）と、を備え、
ボデー（３０）のうち減圧用空間（３０ｂ）を形成する部位の内周面と通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒流入口（３１ａ）から流入した冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路（２５ａ）であり、
ボデー（３０）のうち昇圧用空間（３０ｅ）を形成する部位の内周面と通路形成部材（３５）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を混合して昇圧させる昇圧部として機能するディフューザ通路であり、
ノズル通路（２５ａ）には、通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部（２５ｂ）、最小通路断面積部（２５ｂ）の冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部（２５ｂ）へ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部（２５ｃ）、および最小通路断面積部（２５ｂ）の冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部（２５ｄ）が形成されていると表現することができる。

さらに、エジェクタ（２５）の通路形成部材（３５）のうち、駆動手段（３７）が通路形成部材（３５）を変位させた際に、最小通路断面積部（２５ｂ）の通路断面積を変化させる部位を先端部（３５ａ）と定義し、
通路形成部材（３５）が最小通路断面積部（２５ｂ）の通路断面積を増加させる側へ変位した際の変位量を増加側変位量（δ）と定義したときに、
先端部（３５ａ）は、増加側変位量（δ）の増加に伴って、最小通路断面積部（２５ｂ）の通路断面積の増加度合が大きくなる形状に形成されていると表現することができる。

その他のエジェクタ式冷凍サイクル１０ａの構成は、第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０と同様である。ここで、本実施形態のエジェクタ２５は、サイクルを構成する複数の構成機器を一体化させたものである。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０ａを作動させても、第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０と同様に作動し、同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態のエジェクタ２５では、旋回流発生手段としての旋回空間３０ａが形成されているので、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの低負荷運転時から中負荷運転時には、旋回空間３０ａにて冷媒を旋回させることで、第１実施形態と同様に、高いエネルギ変化効率を発揮させることができる。

さらに、本実施形態のエジェクタ２５では、通路形成部材３５の先端部３５ａの形状が、増加側変位量δの増加に伴って、最小通路断面積部２５ｂの通路断面積の増加度合が大きくなる形状に形成されている。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０の高負荷運転時に、増加側変位量δを増加させることで、第１実施形態と同様に、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を、流量係数を低下させない程度に充分に拡大させることができる。

その結果、本実施形態のエジェクタ２５においても、高負荷運転時に冷媒がノズル通路２０ａを流通する際に生じる圧力損失の増加を抑制することができ、高負荷運転時に流量係数が大きく低下してしまうことを抑制することができる。

（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。

（１）上述の実施形態では、先端部２３ｂ、３５ａの頂部を球面状に形成した例を説明したが、先端部２３ｂ、３５ａの形状は、これに限定されない。例えば、図１２に示すように、増加側変位量δの増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合が大きくなるように、複数の頂角の異なる円錐形状、円錐台形状を組み合わせた形状であってもよい。

図１２に示すような先端部２３ｂを採用することで、増加側変位量δの増加に伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積の増加度合を段階的に大きくなる形状に形成することができる。

（２）エジェクタ式冷凍サイクル１０を構成する各構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。

例えば、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として、プーリ、ベルト等を介して車両走行用エンジンから伝達される回転駆動力によって駆動されるエンジン駆動式の圧縮機を採用してもよい。さらに、エンジン駆動式の圧縮機としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整することの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を採用することができる。

また、上述の実施形態では、放熱器１２として、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。さらに、通常の放熱器とともに、この放熱器にて放熱した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄える受液器（レシーバ）を一体化させたレシーバ一体型の凝縮器を採用してもよい。

また、上述の実施形態では、冷媒としてＲ１３４ａあるいはＲ１２３４ｙｆ等を採用可能であることを説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、Ｒ６００ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆｘｆ、Ｒ４０７Ｃ等を採用することができる。または、これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。

（３）上述の実施形態では、本発明に係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、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。

（４）上述の実施形態では、本発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル１０の放熱器１２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器１４を送風空気を冷却する利用側熱交換器として用いているが、逆に、蒸発器１４を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として用い、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用いるヒートポンプサイクルを構成してもよい。

１０、１０ａ エジェクタ式冷凍サイクル
２０、２５ エジェクタ
２０ａ、２５ａ ノズル通路
２０ｂ、２５ｂ 最小通路断面積部
２０ｅ、３０ａ 旋回空間（旋回流発生手段）
２１、３２ ノズル
２２、３０ ボデー
２３、３５ ニードル弁、通路形成部材
２３ｂ、３５ａ 先端部
２３ａ、３７ ステッピングモータ、駆動機構（駆動手段）

Claims (4)

1. 蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０、１０ａ）に適用されるエジェクタであって、
   冷媒を噴射するノズル（２１、３２）と、
   前記ノズル（２１、３２）へ流入させる冷媒に前記ノズル（２１、３２）の中心軸周りの旋回流れを生じさせる旋回流発生手段（２１ｄ、２０ｅ、３０ａ）と、
   前記ノズル（２１、３２）から噴射された噴射冷媒の吸引作用によって外部から冷媒を吸引する冷媒吸引口（２２ａ、３１ｂ）、および前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口（２２ａ、３１ｂ）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部（２０ｇ）を有するボデー（２２、３０）と、
   前記ノズル（２１、３２）内に形成された冷媒通路内に配置された通路形成部材（２３、３５）と、
   前記通路形成部材（２３、３５）を変位させる駆動手段（２３ａ、３７）と、を備え、
   前記ノズル（２１、３２）の内周面と前記通路形成部材（２３、３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させるノズル通路（２０ａ、２５ａ）であり、
   前記ノズル通路（２０ａ、２５ａ）には、通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）、前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の冷媒流れ上流側に形成されて前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）へ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部（２０ｃ、２５ｃ）、および前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部（２０ｄ、２５ｄ）が設けられており、
   前記通路形成部材（２３、３５）のうち、前記駆動手段（２３ａ、３７）が前記通路形成部材（２３、３５）を変位させた際に、前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積を変化させる部位を先端部（２３ｂ、３５ａ）と定義し、
   前記通路形成部材（２３、３５）が前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積を増加させる側へ変位した際の変位量を増加側変位量（δ）と定義したときに、
   前記先端部（２３ｂ、３５ａ）は、前記増加側変位量（δ）の増加に伴って、前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積の増加度合が大きくなる形状に形成されていることを特徴とするエジェクタ。
2. 前記駆動手段（２３ａ、３７）は、前記冷凍サイクル装置（１０）の熱負荷の増加に伴って、前記ノズル通路（２０ａ、２５ａ）を流通する冷媒の流量（Ｇｎｏｚ）を増加させるように前記通路形成部材（２３、３５）を変位させるものであり、
   前記流量（Ｇｎｏｚ）の増加に伴って、前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の通路断面積の増加度合が大きくなることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
3. 前記先端部（２３ｂ、３５ａ）は、冷媒流れ方向下流側に向かって、軸方向垂直断面積が徐々に増加する回転体形状に形成されており、
   前記先端部（２３ｂ、３５ａ）の中心軸を含む断面のおける断面形状は、前記先端部（２３ｂ、３５ａ）の頂部から離れるに伴って、中心軸からの距離の拡大度合が減少する形状に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. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタ（２０、２５）と、
   冷媒を圧縮する圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒を過冷却液相冷媒となるまで冷却する放熱器（１２）と、を備え、
   前記旋回流発生手段（２１ｄ…３０ａ）には、前記過冷却液相冷媒が流入す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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