JP4265228B2 - エジェクタポンプを用いた冷凍機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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ポンプ（ＪＩＳ Ｚ ８１２６ 番号２．１．２．３等参照）を用いた冷凍機に関するものである。
【０００２】
なお、ＪＩＳ Ｚ ８１２６を真空ポンプに関する規格であるが、当然ながら、本発明は真空生成を目的とする発明ではなく、「エジェクタポンプを用いた冷凍機」とは、冷媒を循環させるポンプ手段としてエジェクタポンプを採用した冷凍機という意味である。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
蒸気圧縮式冷凍機を用いた空調装置の消費動力は、主に、圧縮機の消費動力であり、特に、車両においては、運転状況によっては、空調装置の消費動力が車両全体の消費動力の約５０％を占める場合がある。
【０００４】
これに対して、例えば特開昭４９−１３２７３９号公報に記載の発明では、圧縮機と廃熱により加熱された冷媒流れを駆動源として作動するエジェクタポンプとを組み合わせて圧縮機の消費動力を低減している。
【０００５】
しかし、上記公報に記載の発明では、以下に述べる問題を有している。
【０００６】
▲１▼上記公報に記載の発明では、圧縮機とエジェクタポンプとが冷媒流れにおいて直列に接続されているので、十分な量の廃熱があり、エジェクタポンプのみで冷媒を循環させることができ、圧縮機を必要としない場合には、圧縮機が流路抵抗となってしまい、回収した廃熱を有効利用することができない。
【０００７】
▲２▼例えば、上記公報に記載の冷凍機を廃熱源を走行用エンジンとした車両用空調装置に適用した場合おいて、エンジンの廃熱量は車両の走行状態によって大きく変化するので、廃熱量が大きいときには上記▲１▼で述べた問題が発生する。これに対して、上記▲１▼で述べた問題を解決すべく、圧縮機を廃止すると、廃熱量が小さいときにはエジェクタポンプのみで冷媒を循環させることができなくなるおそれがある。
【０００８】
▲３▼上記公報に記載の発明はＲ１１４やＲ１２を冷媒とする冷凍機であり、二酸化炭素を冷媒とする冷凍機のごとく、エジェクタポンプに流入する冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍機への適用についての言及が一切ない。
【０００９】
▲４▼上記公報に記載の発明では、蒸発器に流入する冷媒を等エンタルピー的に減圧膨張させているので、減圧膨張時の損失エネルギを回収できず、効率が低い。
【００１０】
▲５▼近年、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車等の電気自動車においては、車載バッテリを冷却する必要性が高く、上記公報には、電気自動車への適用についての言及が一切ない。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑み、上記▲１▼〜▲５▼に示す問題のうち少なくとも１つを解決することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（１０）と、ノズル（３１）から噴射する冷媒の噴流により蒸発器（１０）側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ（３０）と、蒸発器（１０）側から冷媒を吸引して吐出する圧縮機（６０）と、エジェクタポンプ（３０）の吐出側および圧縮機（６０）の吐出側のうち、少なくとも一方に接続されて、冷媒を冷却する放熱器（２０）と、放熱器（２０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段（５０）と、タンク手段（５０）にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段（７０）と、ポンプ手段（７０）から圧送されて、ノズル（３１）に流入する冷媒を加熱する加熱手段（４０）とを有し、少なくとも、エジェクタポンプ（３０）のみにて蒸発器（１０）側から放熱器（２０）側に冷媒を循環させる場合を選択することが可能であることを特徴とする。
【００１３】
これにより、上記▲１▼の問題を解決することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、圧縮機（６０）の吐出側は、エジェクタポンプ（３０）の吸引側に接続されており、圧縮機（６０）から吐出された冷媒は、エジェクタポンプ（３０）を介して、放熱器（２０）へ流入することを特徴とする。
【００１５】
これにより、圧縮機（６０）及びエジェクタポンプ（３０）の両者で冷媒を循環させることができるので、さらに上記▲２▼の問題を解決することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、圧縮機（６０）の吸引側が、エジェクタポンプ（３０）の吐出側に接続されることによって、圧縮機（６０）及び前記エジェクタポンプ（３０）を、蒸発器（１０）から放熱器（２０）に至る冷媒流れに対して直列に配置し、エジェクタポンプ（３０）から吐出された冷媒は、圧縮機（６０）を介して、放熱器（２０）へ流入することを特徴とする。
【００１７】
これにより、圧縮機（６０）及びエジェクタポンプ（３０）の両者で冷媒を循環させることができるので、さらに上記▲２▼の問題を解決することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、熱負荷に基づいて、エジェクタポンプ（３０）のみにて蒸発器（１０）側から放熱器（２０）側に冷媒を循環させる場合、圧縮機（６０）のみにて蒸発器（１０）側から放熱器（２０）側に冷媒を循環させる場合、並びに圧縮機（６０）及びエジェクタポンプ（３０）にて蒸発器（１０）側から放熱器（２０）側に冷媒を循環させる場合のいずれかが選択されることを特徴とする。
【００１９】
これにより、圧縮機（６０）及びエジェクタポンプ（３０）の両者で冷媒を循環させることができるので、上記▲１▼及び▲２▼の問題を効果的に解決することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（１０）と、ノズル（３１）から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器（１０）側から冷媒を吸引する第１エジェクタポンプ（３０）と、第１エジェクタポンプ（３０）の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器（２０）と、第１エジェクタポンプ（３０）のノズル（３１）に流入する冷媒を加熱する加熱手段（４０）と、放熱器（２０）から流出して蒸発器（１０）に流れ込む冷媒を減圧膨張させて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換するノズル、及びこのノズルから噴射する冷媒と蒸発器（１０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギを圧力エネルギに変換して圧力を上昇させた冷媒を第１エジェクタポンプ（３０）の吸引側へ流出させる昇圧部を有する第２エジェクタポンプ（９０）とを備えることを特徴とする。
【００２１】
これにより、上記▲４▼の問題を解決することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、加熱手段（４０）を流出してノズル（３１）に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすることを特徴とする。
【００２３】
これにより、さらに上記▲３▼の問題を解決することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（１０）と、ノズル（３１）から噴射する冷媒の噴流により蒸発器（１０）側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ（３０）と、エジェクタポンプ（３０）の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器（２０）と、放熱器（２０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段（５０）と、タンク手段（５０）にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段（７０）と、ポンプ手段（７０）から圧送されて、ノズル（３１）に流入する冷媒を加熱する加熱手段（４０）とを備え、加熱手段（４０）を流出してノズル（３１）に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすることを特徴とする。
【００２５】
これにより、上記▲３▼の問題を解決することができる。
【００３０】
請求項９に記載の発明では、冷媒として、炭化水素系の冷媒を用いたことを特徴とするものである。
【００３１】
請求項１０に記載の発明では、冷媒として、混合冷媒を用いたことを特徴とするものである。
【００３２】
請求項１１に記載の発明では、冷媒を蒸発させて車両に搭載されたバッテリを冷却する蒸発器（１０）と、ノズル（３１）から噴射する冷媒の噴流により蒸発器（１０）側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ（３０）と、エジェクタポンプ（３０）の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器（２０）と、放熱器（２０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段（５０）と、タンク手段（５０）にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段（７０）と、ポンプ手段（７０）から圧送されて、ノズル（３１）に流入する冷媒を加熱する加熱手段（４０）とを備えることを特徴とする。
【００３３】
これにより、上記▲５▼の問題を解決することができる。
【００３４】
請求項１２に記載の発明では、加熱手段（４０）は、冷媒流れに対して直列に複数器設けられていることを特徴とするものである。
【００３５】
請求項１３に記載の発明では、加熱手段（４０）は、内燃機関の冷却液にて冷媒を加熱する第１廃熱熱交換器（４１）、及び内燃機関から排出される排気が有する熱により第１廃熱熱交換器（４１）にて加熱された冷媒を再加熱する第２廃熱熱交換器（４２）にて構成されていることを特徴とするものである。
【００３６】
請求項１４に記載の発明では、第２廃熱熱交換器（４２）は、排気と冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器にて構成されていることを特徴とするものである。
【００３７】
請求項１５に記載の発明では、第２廃熱熱交換器（４２）は、排気と熱媒体とを直接的に熱交換する熱交換器、及び媒体の冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器にて構成されていることを特徴とするものである。
【００３８】
因みに、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。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るエジェクタポンプを用いた冷凍機を車両用空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【００４０】
蒸発器１０は冷媒を蒸発させることにより室内に吹き出す空気から吸熱して空気を冷却する低圧側冷媒熱交換器であり、放熱器２０は蒸発器１０にて蒸発した冷媒を冷却する高圧側冷媒熱交換器である。なお、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用している。
【００４１】
エジェクタポンプ３０は、蒸発器１０側から冷媒を吸引して放熱器２０側に吐出する第１のポンプ手段であり、具体的には図２に示すように、高圧冷媒の圧力エネルギ（圧力ヘッド）を速度エネルギ（速度ヘッド）に変換して冷媒を減圧膨張させるノズル３１、ノズル３１から噴射する高速の冷媒噴流により蒸発器１０側から冷媒を巻き込むように吸引しながら、ノズル３１から噴射する冷媒と蒸発器１０から吸引した冷媒とを混合させる混合部３２、及び混合部３２から流出する冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ３３等からなるものである。
【００４２】
なお、エジェクタポンプ３０においては、混合部３２及びディフューザ３３にて冷媒圧力が上昇するので、混合部３２及びディフューザ３３により昇圧部が構成される。
【００４３】
また、図１中、廃熱熱交換器４０は、走行用エンジンの廃熱、つまりエンジン冷却水を熱源としてノズル３１に流入する冷媒を加熱する加熱手段であり、気液分離器５０は、放熱器２０から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、液相冷媒を廃熱熱交換器４０及び蒸発器１０側に供給するタンク手段である。
【００４４】
なお、廃熱熱交換器４０は、エンジン冷却水と冷媒とが、両者を対向流れ又は直交対向流流れの状態で熱交換させるように構成することが望ましい。
【００４５】
圧縮機６０は、電磁クラッチ等の動力を断続可能に伝達する動力伝達手段を介して走行用エンジンから動力を得て蒸発器１０側から冷媒を吸引して放熱器２０側に吐出する第２のポンプ手段であり、冷媒ポンプ７０は気液分離器５０から液相冷媒を吸引して廃熱熱交換器４０側に冷媒を循環させる電動式の第３のポンプ手段である。
【００４６】
減圧器８０は、気液分離器５０と蒸発器１０とを結ぶ冷媒通路に設けられて冷媒を等エンタルピー的に減圧する減圧手段であり、本実施形態では、蒸発器１０の冷媒出口における冷媒過熱度が所定値となるように開度が制御される温度式膨脹弁が採用されている。
【００４７】
次に、本実施形態に係る冷凍機の作動及びその特徴を述べる。
【００４８】
エジェクタポンプ３０及び圧縮機６０は、共に冷媒を循環させるポンプ手段として機能するもので、（１）圧縮機６０を停止させて冷媒ポンプ７０のみ稼動させれば、エジェクタポンプ３０のみがポンプ手段として機能し、（２）冷媒ポンプ７０を停止させて圧縮機６０のみを稼動させれば、圧縮機６０のみがポンプ手段として機能し、（３）圧縮機６０及び冷媒ポンプ７０の両者を稼動させれば、エジェクタポンプ３０及び圧縮機６０の両者がポンプ手段として機能して機能する。
【００４９】
ここで、上記▲１▼〜▲３▼の場合における冷凍機の作動を述べておく。
【００５０】
▲１▼エジェクタポンプ３０のみがポンプ手段として機能する場合
エジェクタポンプ３０のみをポンプ手段として機能させた場合には、図３に示すように、気液分離器５０→冷媒ポンプ７０→廃熱熱交換器４０→エジェクタポンプ３０→放熱器２０→気液分離器５０の順に冷媒が循環する駆動流れと、気液分離器５０→減圧器８０→蒸発器１０→エジェクタポンプ３０→放熱器２０→気液分離器５０の順に冷媒が循環する吸引流れとが発生する。
【００５１】
因みに、図４はエジェクタポンプ３０のみをポンプ手段として機能させた場合の冷凍機の冷媒状態を示すｐ−ｈ線図であり、図４の番号は図３の●で示される位置の冷媒状態を示すものである。
【００５２】
そして、駆動流れは、冷媒ポンプ７０により冷媒を廃熱熱交換器４０に循環させるに十分な程度まで昇圧されて廃熱熱交換器４０に流入する。廃熱熱交換器４０に流入した冷媒は、廃熱を吸熱してそのエンタルピーを増大させた状態でエジェクタポンプ３０のノズル３１に流入し、ノズル３１にて等エントロピー的に減圧膨脹する。つまり、エジェクタポンプ３０は、ノズル３１にて低下したエンタルピー量に相当するポンプ仕事をする。
【００５３】
ところで、廃熱熱交換器４０に流入した冷媒は、そのエンタルピーを増大させるが、冷媒ポンプ７０は、主に液相冷媒を気液分離器５０から吸引して廃熱熱交換器４０に供給するので、廃熱熱交換器４０から冷媒に供給される熱エネルギは、液相冷媒を沸騰蒸発させるためと、沸騰した冷媒をさらに加熱するためとに消費される。
【００５４】
一方、廃熱熱交換器４０にて冷媒に与えられた熱エネルギのうち、ポンプ仕事（機械的エネルギ）として回収することが可能なエネルギは、エンタルピーＨ（＝Ｕ＋ｐＶ）から内部エネルギＵを引いた量、すなわち沸騰した冷媒をさらに加熱するために消費されたエネルギｐＶである。
【００５５】
したがって、廃熱からより多くのポンプ仕事を回収するには、廃熱熱交換器４０に液相冷媒ではなく気相冷媒を流入させる方がよいが、廃熱熱交換器４０に気相冷媒を流入させるべく、気液分離器５０から気相冷媒を吸引して廃熱熱交換器４０に供給すると、冷媒ポンプ７０にて気相冷媒が圧縮されて廃熱熱交換器４０に流入する冷媒の温度が上昇してしまい、冷媒と廃熱源であるエンジン冷却水との温度差が小さくなり、冷媒に供給することができる熱量が減少し、却って、廃熱から回収することができるポンプ仕事量が低下してしまう。
【００５６】
またさらに、冷媒ポンプ７０にて気相冷媒が圧縮されてしまうと、ポンプ効率、つまり冷媒ポンプ７０に与えたエネルギに対する冷媒ポンプ７０により循環させられた冷媒の質量流量との比が、液相冷媒を吸引して圧送する場合に比べて悪化してしまう。そこで、本実施形態では、冷媒ポンプ７０は、主に液相冷媒を気液分離器５０から吸引して廃熱熱交換器４０に供給するように構成している。
【００５７】
▲２▼圧縮機６０のみがポンプ手段として機能する場合
圧縮機６０のみをポンプ手段として機能させた場合の作動は、通常の蒸気圧縮式冷凍機と同じであり、図４の１→２→３→７→１の順、又は図４の１→６→５→４→３→７→１の順に冷媒状態が変化する。
【００５８】
▲３▼エジェクタポンプ３０及び圧縮機６０をポンプ手段として機能させた場合
この場合には、上記▲１▼と▲２▼とを組み合わせ作動であり、蒸発器１０内の冷媒は、圧縮機６０及びエジェクタポンプ３０の両者により吸引される。
【００５９】
なお、上記説明における図４は、作動状態を示す一例であり、冷媒圧力及び温度等は図４に示される関係に限定されるものではない。具体的には、図４では、ノズル３１に流入する冷媒の圧力が、冷媒の臨界圧力以上であったが、これは空調負荷、つまり外気温度や蒸発器１０で必要とされる冷凍能力等によって変化するものである。
【００６０】
ところで、外気温度が低下すると、空調負荷が低下し放熱器２０内の圧力が低下するので、エジェクタポンプ３０にて廃熱から回収できるポンプ仕事が一定なならば、吸引流の流量、すなわち蒸発器１０を流れる冷媒流量を増大させることができる。
【００６１】
そして、図５は廃熱温度をパラメータとしたときの外気温度と蒸発器１０で発生する冷凍能力（冷房能力）との関係を示すもので、二酸化炭素を冷媒とする場合には、廃熱温度が約１５０℃以上であれば、エジェクタポンプ３０のみで必要冷房能力以上の冷房能力を発生させることができる。
【００６２】
そこで、本実施形態に係る空調装置では、空調熱負荷、つまり外気温度及び必要冷房能力に基づいて、エジェクタポンプ３０のみにて蒸発器１０側から放熱器２０側に冷媒を循環させる場合、圧縮機６０のみにて蒸発器１０側から放熱器２０側に冷媒を循環させる場合、並びに圧縮機６０及びエジェクタポンプ３０にて蒸発器１０側から放熱器２０側に冷媒を循環させる場合のいずれかを自動選択して運転するように制御している。
【００６３】
これにより、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲１▼及び▲２▼に示す問題を解決することができる。
【００６４】
また、図５から明らかなように、エジェクタポンプ３０のノズル３１に流入する冷媒の圧力を臨界圧力以上とすると、減圧膨張時の損失エネルギが大きいため、外気温度が約３５℃以上であっても、エジェクタポンプ３０のみで必要にして十分な冷房能力を得ることが可能となり、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲３▼に示す問題を解決することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
本実施形態は第１実施形態の変形例であり、本実施形態では、図６に示すように、エジェクタポンプ３０と蒸発器１０とを結ぶ冷媒通路に開閉弁６１を設けることにより、第１実施形態と同様な作動を実現することができるようにしたものである。
【００６６】
（第３実施形態）
第１、２実施形態では、ポンプ手段をなすエジェクタポンプ３０及び圧縮機６０が冷媒流れに対して並列に設けられていたが、本実施形態は、図７、８に示すように、圧縮機６０及びエジェクタポンプ３０を、蒸発器１０から放熱器２０に至る冷媒流れに対して直列に配置したものである。
【００６７】
なお、図７は圧縮機６０の吸引側がエジェクタポンプ３０の吐出側に接続されたものであり、図８は圧縮機６０の吐出側がエジェクタポンプ３０の吸引側に接続されたものである。
【００６８】
これにより、蒸発器１０に確実に冷媒を循環させることができるので、第１、２実施形態と同様に、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲１▼、▲２▼及び▲３▼に示す問題を解決することができる。
【００６９】
（第４実施形態）
第１実施形態で述べたように、エジェクタポンプ３０のノズル３１に流入する冷媒の圧力を臨界圧力以上とすると、減圧膨張時の損失エネルギが大きいため、外気温度が約３５℃以上であっても、エジェクタポンプ３０のみで必要にして十分な冷房能力を得ることが可能となり、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲３▼に示す問題を解決することができることから、本実施形態では、図９に示すように、圧縮機６０を廃止して、エジェクタポンプ３０のみにて蒸発器１０側から放熱器２０側に冷媒を循環させるように構成したものである。
【００７０】
（第５実施形態）
上述の実施形態では、蒸発器１０に流入する冷媒を減圧器８０にて等エンタルピー的に減圧膨脹させたが、本実施形態は、図１０〜１２に示すように、減圧器８０に代えてエジェクタポンプ３０と同じ構造を有する第２のエジェクタポンプ９０とするとともに、気液分離器５０を第２のエジェクタポンプ９０の冷媒出口側に設置したものである。
【００７１】
これにより、減圧器８０にて捨てていた減圧膨張時の損失エネルギをエジェクタポンプ９０にて冷媒を循環させるポンプ仕事として回収することができるので、第１、２実施形態と同様に、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲４▼に示す問題を解決することができる。
【００７２】
なお、図１０は第１実施形態に対して本実施形態を適用したものであり、図１１は第２実施形態に対して本実施形態を適用したものであり、図１２は第３実施形態（図８）に対して本実施形態を適用したものであるので、本実施形態では、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲１▼〜▲４▼に示す問題を解決することができる。
【００７３】
（第６実施形態）
第１〜５実施形態では空調装置に本発明を適用したが、本実施形態は、第１〜５実施形態に示された冷凍機の蒸発器１０にて、車両に搭載されたバッテリを冷却するものである。これにより、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲１▼〜▲５▼に示す問題を解決することができる。
【００７４】
（第７実施形態）
上述の実施形態では、気液分離器５０にて分離された液相冷媒を冷媒ポンプ７０にて廃熱熱交換器４０に送っていたが、本実施形態は、気相冷媒を廃熱熱交換器４０に供給するものである。
【００７５】
具体的には、図１３に示すように、放熱器２０を第１、２放熱器２１、２２に分けるととともに、放熱器２０の冷媒経路途中、つまり第１放熱器２１と第２放熱器２２との間に気液分離器５０を配置し、かつ、気液分離器５０にて放熱器２０から分岐供給された気相冷媒を第２の圧縮機６１にて廃熱熱交換器４０に圧送するものである。
【００７６】
因みに、オイル戻し回路５１は、気液分離器５０にて分離された冷凍機油を圧縮機６１の吸入側に供給するものである。ここで、冷凍機油とは、圧縮機６０、６１内の摺動部を潤滑する潤滑油であり、通常、冷媒に混合されて圧縮機６０、６２に供給される。
【００７７】
なお、圧縮機６１も圧縮機６０と同様にエンジンから動力を得て稼動するものであるが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば電動モータ又は廃熱等の熱エネルギにて稼動するものであってもよい。
【００７８】
ところで、上述の説明からも明らかなように、気液分離器５０及び圧縮機６１等が「特許請求の範囲」に記載された気相冷媒供給手段に相当する。
【００７９】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００８０】
第１実施形態では、主に液相冷媒を気液分離器５０から吸引して廃熱熱交換器４０に供給するので、廃熱熱交換器４０から冷媒に供給される熱エネルギは、液相冷媒を沸騰蒸発させるためと、沸騰した冷媒をさらに加熱するためとに消費される。
【００８１】
一方、廃熱熱交換器４０にて冷媒に与えられた熱エネルギのうち、ポンプ仕事（機械的エネルギ）として回収することが可能なエネルギは、エンタルピーＨ（＝Ｕ＋ｐＶ）から内部エネルギＵを引いた量、すなわち沸騰した冷媒をさらに加熱するために消費されたエネルギｐＶである。
【００８２】
したがって、本実施形態のごとく、気相冷媒を廃熱熱交換器４０に供給すれば、液相冷媒を沸騰蒸発させるために熱を供給する必要がないので、廃熱からより多くのポンプ仕事を回収することができる。
【００８３】
また、圧縮機６１にて圧縮された昇温した気相冷媒が廃熱熱交換器４０に供給されるので、廃熱熱交換器４０を小さくしながら、高温・高圧の過熱蒸気を生成することができ得る。
【００８４】
（第８実施形態）
本実施形態は、第７実施形態の変形例である。具体的には、図１４に示すように、圧縮機６１の吸入側を気液分離器５０と第２放熱器２２とを繋ぐ冷媒回路に接続するものである。
【００８５】
（第９実施形態）
本実施形態は、図１５に示すように、加熱手段をなす廃熱熱交換器４０を冷媒流れに対して直列に設けられた第１廃熱熱交換器４１及び第２廃熱熱交換器４２にて構成するとともに、第１廃熱熱熱交換器４１にてエンジン冷却水と冷媒とを直接的に熱交換させ、第２廃熱熱交換器４２にて内燃機関であるエンジンから排出される排気と第１廃熱熱交換器４１から流出した冷媒とを熱交換させるものである。
【００８６】
これにより、エンジンで発生する廃熱をより効率よく回収することができるとともに、排気温度は冷却水温度より高いので、エンジンで発生する廃熱をより確実に効率よく回収することができる。
【００８７】
（第１０実施形態）
本実施形態は第９実施形態の変形例である。具体的には、図１６に示すように、第２廃熱熱交換器４２を排気と熱媒体とを直接的に熱交換する熱交換器４２ａ、及び媒体の冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器４２ｂにて構成したものである。
【００８８】
なお、本実施形態では、媒体としてエンジン冷却水と同じ流体を使用している。
【００８９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素としたが、図５からも明らかなように、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｒ１３４ａ等のフロンは勿論のこと、例えばエチレン、エタン、酸化窒素、プロパン等の炭化水素系冷媒や二種類以上の冷媒を混合した混合冷媒であってもよい。
【００９０】
なお、フロン、炭化水素系冷媒及び混合冷媒においては、ノズル３１に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とする必要性はない。また、Ｒ１３４ａを冷媒とした車両用空調装置においては、図５から明らかなように、外気温度が約３０℃以下であれば、エジェクタポンプ３０のみで十分な冷凍能力を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るエジェクタポンプの模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る冷凍機の冷媒流れを示す模式図である。
【図４】ｐ−ｈ線図である。
【図５】外気温度と冷房能力との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図１３】本発明の第７実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図１４】本発明の第８実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図１５】本発明の第９実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図１６】本発明の第１０実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【符号の説明】
１０…蒸発器、２０…放熱器、３０…エジェクタポンプ、
４０…廃熱熱交換器、５０…気液分離器、６０…圧縮機、
７０…冷媒ポンプ、８０…減圧器。

Claims (15)

1. 冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（１０）と、
   ノズル（３１）から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器（１０）側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ（３０）と、
   前記蒸発器（１０）側から冷媒を吸引して吐出する圧縮機（６０）と、
   前記エジェクタポンプ（３０）の吐出側および前記圧縮機（６０）の吐出側のうち、少なくとも一方に接続されて、冷媒を冷却する放熱器（２０）と、
   前記放熱器（２０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段（５０）と、
   前記タンク手段（５０）にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段（７０）と、
   前記ポンプ手段（７０）から圧送されて、前記ノズル（３１）に流入する冷媒を加熱する加熱手段（４０）とを有し、
   少なくとも、前記エジェクタポンプ（３０）のみにて前記蒸発器（１０）側から前記放熱器（２０）側に冷媒を循環させる場合を選択することが可能であることを特徴とするエジェクタポンプを用いた冷凍機。
2. 前記圧縮機（６０）の吐出側は、前記エジェクタポンプ（３０）の吸引側に接続されており、
   前記圧縮機（６０）から吐出された冷媒は、前記エジェクタポンプ（３０）を介して、前記放熱器（２０）へ流入することを特徴とする請求項１に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
3. 前記圧縮機（６０）の吸引側が、前記エジェクタポンプ（３０）の吐出側に接続されることによって、前記圧縮機（６０）及び前記エジェクタポンプ（３０）を、前記蒸発器（１０）から前記放熱器（２０）に至る冷媒流れに対して直列に配置し、
   前記エジェクタポンプ（３０）から吐出された冷媒は、前記圧縮機（６０）を介して、前記放熱器（２０）へ流入することを特徴とする請求項１に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
4. 熱負荷に基づいて、前記エジェクタポンプ（３０）のみにて前記蒸発器（１０）側から前記放熱器（２０）側に冷媒を循環させる場合、前記圧縮機（６０）のみにて前記蒸発器（１０）側から前記放熱器（２０）側に冷媒を循環させる場合、並びに前記圧縮機（６０）及び前記エジェクタポンプ（３０）にて前記蒸発器（１０）側から前記放熱器（２０）側に冷媒を循環させる場合のいずれかが選択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
5. 冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（１０）と、
   ノズル（３１）から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器（１０）側から冷媒を吸引する第１エジェクタポンプ（３０）と、
   前記第１エジェクタポンプ（３０）の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器（２０）と、
   前記第１エジェクタポンプ（３０）の前記ノズル（３１）に流入する冷媒を加熱する加熱手段（４０）と、
   前記放熱器（２０）から流出して前記蒸発器（１０）に流れ込む冷媒を減圧膨張させて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換するノズル、及びこのノズルから噴射する冷媒と前記蒸発器（１０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギを圧力エネルギに変換して圧力を上昇させた冷媒を前記第１エジェクタポンプ（３０）の吸引側へ流出させる昇圧部を有する第２エジェクタポンプ（９０）とを備えることを特徴とするエジェクタポンプを用いた冷凍機。
6. 前記加熱手段（４０）を流出して前記ノズル（３１）に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とす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ポンプを用いた冷凍機。
7. 冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（１０）と、
   ノズル（３１）から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器（１０）側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ（３０）と、
   前記エジェクタポンプ（３０）の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器（２０）と、
   前記放熱器（２０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段（５０）と、
   前記タンク手段（５０）にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段（７０）と、
   前記ポンプ手段（７０）から圧送されて、前記ノズル（３１）に流入する冷媒を加熱する加熱手段（４０）とを備え、
   前記加熱手段（４０）を流出して前記ノズル（３１）に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすることを特徴とするエジェクタポンプを用いた冷凍機。
8. 冷媒として、二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項６又は７に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
9. 冷媒として、炭化水素系の冷媒を用いたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
10. 冷媒として、混合冷媒を用いたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
11. 冷媒を蒸発させて車両に搭載されたバッテリを冷却する蒸発器（１０）と、
    ノズル（３１）から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器（１０）側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ（３０）と、
    前記エジェクタポンプ（３０）の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器（２０）と、
    前記放熱器（２０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段（５０）と、
    前記タンク手段（５０）にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段（７０）と、
    前記ポンプ手段（７０）から圧送されて、前記ノズル（３１）に流入する冷媒を加熱する加熱手段（４０）とを備えることを特徴とするエジェクタポンプを用いた冷凍機。
12. 前記加熱手段（４０）は、冷媒流れに対して直列に複数器設けられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
13. 前記加熱手段（４０）は、内燃機関の冷却液にて冷媒を加熱する第１廃熱熱交換器（４１）、及び前記内燃機関から排出される排気が有する熱により前記第１廃熱熱交換器（４１）にて加熱された冷媒を再加熱する第２廃熱熱交換器（４２）にて構成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
14. 前記第２廃熱熱交換器（４２）は、前記排気と冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器にて構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
15. 前記第２廃熱熱交換器（４２）は、前記排気と熱媒体とを直接的に熱交換する熱交換器、及び前記媒体の冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器にて構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。

Images