JP4591413B2 - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、冷媒減圧手段および冷媒循環手段の役割を果たすエジェクタを有するエジェクタ式冷凍サイクルの除霜運転に関するものであり、例えば、車両用空調冷蔵装置の冷凍サイクルに適用して有効である。

従来、複数の蒸発器を備えるエジェクタ式冷凍サイクルの除霜運転は既に特許文献１にて提案されている。この特許文献１に記載されている第２実施形態（図３参照）では、放熱器と圧縮機の吸入側との間にエジェクタと第１蒸発器と、エジェクタの上流側で冷媒流れを分岐して、この冷媒流れをエジェクタの冷媒吸引口に導く分岐通路と、この分岐通路に絞り手段と第２蒸発器とを備えている。

そして、圧縮機から吐出された高圧冷媒を直接第２蒸発器に導入するバイパス通路と、そのバイパス通路を開閉するシャット機構とを有する除霜手段を備えている。そして、第２蒸発器近傍の空気温度がフロスト判定温度以下に低下すると、シャット機構を開放して、高温の冷媒（ホットガス）を第２蒸発器に流入して表面に付着した霜を溶かしている。
特開２００６−１１８８４９号公報

しかしながら、上記特許文献１では、除霜運転時において、圧縮機で吐出された高温の冷媒（ホットガス）をバイパス通路、第２蒸発器、エジェクタ、第１蒸発器の順に流通するように構成されているため、除霜運転のときは、第１蒸発器も同時に除霜運転を行うことになっている。

例えば、一方の第１蒸発器を車室内冷房用の冷却熱交換器として用い、もう一方の第２蒸発器を冷却対象空間（具体的には、冷蔵庫内空間）の冷却熱交換器として用いる場合において、第２蒸発器の表面に霜が付着してフロスト判定温度以下に低下すると、除霜運転が行われる。

換言すると、第２蒸発器がフロスト終了温度以上に上昇するまで第１蒸発器の冷却作用が停止されることになる。

さらに、第２蒸発器の冷媒蒸発圧力は、第１蒸発器の冷媒蒸発圧力よりも低くなるように構成されている。換言すると、第２蒸発器の冷媒蒸発圧力が第１蒸発器よりも低下するため、第２蒸発器の霜付きによる除霜運転の頻度が多くなる。これにより、できるだけ除霜運転を短時間で完了することが望ましい。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、複数の蒸発器を備えるエジェクタ式冷凍サイクルにおける除霜時間の短縮が図れるエジェクタ式冷凍サイクルを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１２）と、この圧縮機（１２）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（１３）と、この放熱器（１３）下流側の冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）、およびそのノズル部（１４ａ）から噴出する高い速度の冷媒流により冷媒が吸引される冷媒吸引口（１４ｃ）を有するエジェクタ（１４）と、冷媒流出側が圧縮機（１２）の吸入側に接続される第１蒸発器（１５）と、エジェクタ（１４）の上流側で冷媒流れを分岐して、この冷媒流れを冷媒吸引口（１４ｃ）に導く分岐通路（１７）と、この分岐通路（１７）に配置され、冷媒を減圧膨張させる絞り手段（１８）と、この分岐通路（１７）において、絞り手段（１８）よりも下流側に配置される第２蒸発器（１９）と、圧縮機（１２）から吐出された高圧冷媒を直接第２蒸発器（１９）に導入するバイパス通路（２３）と、第２蒸発器（１９）の除霜時に、バイパス通路（２３）を開放状態にするシャット機構（２４）とを備え、第２蒸発器（１９）の冷媒側の流通抵抗は、第１蒸発器（１５）の冷媒側の流通抵抗よりも大きくなるように形成したことを特徴としている。

この発明によれば、除霜運転の時は圧縮機（１２）から吐出された高圧冷媒が第２蒸発器（１９）、エジェクタ（１４）、第１蒸発器（１５）の順に流れる。第２蒸発器（１９）の冷媒側の流通抵抗が第１蒸発器（１５）の冷媒側の流通抵抗よりも大きいので、第２蒸発器（１９）の圧力損失が大きい。この結果、第２蒸発器（１９）の入口冷媒温度の低下が抑えられ、高く維持される。この結果、第２蒸発器（１９）を通過する冷媒の平均温度が高くなることで除霜時間を短縮することができる。

請求項２に記載の発明では、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１９）は、冷媒側の通路断面積が同等のチューブ（１１０）で形成されており、第２蒸発器（１９）のチューブ（１１０）の本数は、第１蒸発器（１５）のチューブ（１１０）の本数よりも少なくなるように形成したことを特徴としている。この発明によれば、第２蒸発器（１９）の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器（１５）の冷媒側の流通抵抗よりも大きくすることができる。

請求項３に記載の発明では、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１９）は、チューブ長さが同等のチューブ（１１０）で形成されており、第２蒸発器（１９）のチューブ（１１０）の冷媒側の通路断面積は、第１蒸発器（１５）のチューブ（１１０）の冷媒側の通路断面積よりも小さくなるように形成したことを特徴としている。この発明によれば、第２蒸発器（１９）の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器（１５）の冷媒側の流通抵抗よりも大きくすることができる。

請求項４に記載の発明では、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１９）は、冷媒側の通路断面積が同等のチューブ（１１０）で形成されており、第２蒸発器（１９）のチューブ（１１０）のチューブ長さは、第１蒸発器（１５）のチューブ（１１０）のチューブ長さよりも長くなるように形成したことを特徴としている。この発明によれば、第２蒸発器（１９）の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器（１５）の冷媒側の流通抵抗よりも大きくすることができる。

請求項５に記載の発明では、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１９）は、冷媒側の通路断面積が同等のチューブ（１１０）で形成されており、第２蒸発器（１９）のチューブ（１１０）の冷媒側を溝付き状通路に形成し、第１蒸発器（１５）のチューブ（１１０）の冷媒側を平滑状通路に形成したことを特徴としている。この発明によれば、第２蒸発器（１９）の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器（１５）の冷媒側の流通抵抗よりも大きくすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態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）
以下、本発明の第１実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを図１ないし図４に基づいて説明する。図１はエジェクタ式冷凍サイクルを示すサイクル図である。図２は第１実施形態における第１蒸発器１５および第２蒸発器１９の全体構成を示す正面図である。また、図３は第１実施形態による除霜運転時の作動を示すモリエル線図である。また、図４（ａ）および図４（ｂ）は外気温度をパラメータとして、第１実施形態による除霜時間比と流通抵抗を同等に構成したときの除霜時間比との関係を示す特性図である。

本実施形態では、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルを車両用空調冷蔵装置の冷凍サイクルに適用した例を示しており、図１に示すように、このエジェクタ式冷凍サイクル１０には冷媒循環経路１１が備えられており、この冷媒循環経路１１には冷媒を吸入、圧縮する圧縮機１２が配置されている。

本実施形態では、圧縮機１２を図示しない車両走行用エンジンによりベルト等を介して回転駆動するようになっている。そして、圧縮機１２として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を使用している。ここで、吐出容量は１回転当たりの冷媒吐出量に相当するもので、冷媒の吸入容積を変化させることにより吐出容量を変化させることができる。

可変容量型圧縮機１２としては斜板式が代表的であり、具体的には、斜板の角度を変化させてピストンストロークを変化させて冷媒の吸入容積を変化させる。なお、容量制御機構を構成する電磁式圧力制御装置１２ａにより斜板室の圧力（制御圧力）を変化させることにより、斜板の角度を外部から電気的に制御できる。

この圧縮機１２の冷媒流れ下流側には放熱器１３が配置されている。放熱器１３は圧縮機１２から吐出された高圧冷媒と図示しない冷却ファンにより送風される外気（車室外空気）との間で熱交換を行って高圧冷媒を冷却する。

放熱器１３よりもさらに冷媒流れ下流側部位には、エジェクタ１４が配置されている。このエジェクタ１４は冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引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１４には、放熱器１３から流入する高圧冷媒の通路面積を小さく絞って、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部１４ａと、ノズル部１４ａの冷媒噴出口と連通するように配置され、後述する第２蒸発器１９からの冷媒を吸引する冷媒吸引口１４ｃが備えられている。

さらに、ノズル部１４ａおよび冷媒吸引口１４ｃの冷媒流れ下流側部位には、昇圧部をなすディフューザ部１４ｂが配置されている。このディフューザ部１４ｂ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作用、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作用を果たす。

エジェクタ１４のディフューザ部１４ｂから流出した冷媒は、第１蒸発器１５に流入する。第１蒸発器１５は、例えば、車室内空調ユニット（図示せず）の通風路内に設置され、車室内冷房用の冷却作用を果たす。

具体的には、車室内空調ユニットの第１送風機１６により車室内空調空気が第１蒸発器１５に送風され、エジェクタ１４にて減圧後の低圧冷媒が第１蒸発器１５において車室内空調空気から吸熱して蒸発することにより車室内空調空気が冷却されて冷房能力を発揮する。第１蒸発器１５で蒸発した気相冷媒は圧縮機１２に吸入され、再び冷媒循環経路１１を循環する。なお、第１蒸発器１５の全体構成については後述する。

また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルには、冷媒循環経路１１の放熱器１３とエジェクタ１４との間の部位で分岐し、エジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｃで冷媒循環経路１１に合流する分岐通路１７が形成されている。

この分岐通路１７には、冷媒の減圧を行う絞り手段である絞り機構１８が配置されている。この絞り機構１８は、固定絞りあるいは可変絞りを用いて構成されている。そして、この絞り機構１８よりも冷媒流れ下流側部位には第２蒸発器１９が配置されている。

この第２蒸発器１９は、例えば、車両搭載の冷蔵庫（図示せず）内部に設置され、冷蔵庫内の冷却作用を果たす。冷蔵庫内の空気を第２送風機２０により第２蒸発器１９に送風するようになっている。なお、第２蒸発器１９の全体構成については後述する。

そして、圧縮機１２の吐出側通路と第２蒸発器１９の入口部とを直接結合するバイパス通路２３を形成し、このバイパス通路２３にシャット機構２４を設けている。このシャット機構２４は具体的には通電されたときのみ開弁する常閉式電磁弁により構成できる。

このバイパス通路２３は、第２蒸発器１９の表面に霜付きが起きたときに、圧縮機１２からの吐出ガスを直接第２蒸発器１９に流通させるホットガス通路であって、放熱器１３、絞り機構１８をバイパスするように形成されている。

そして、通常時（第２蒸発器１９の除霜を行う必要のない時）には、後述する電気制御装置２１の制御信号によりシャット機構２４がシャット状態に維持される。このため、バイパス通路２３には冷媒が流れないので、圧縮機２１の作動によって、冷凍サイクル作動が行われ、第１蒸発器１５により車室内の冷却作用を発揮できると同時に、第２蒸発器１９により冷蔵庫内の冷却作用を発揮できる。

また、第２蒸発器１９近傍の所定位置には温度センサ２２が配設され、この温度センサ２２により第２蒸発器１９近傍の空気温度を検出する。この温度センサ２２の検出信号は後述する電気制御装置２１に入力される。

そして、温度センサ２２により検出される第２蒸発器１９近傍の空気温度に基づいて、第２蒸発器１９の除霜を行う除霜運転時には、後述する電気制御装置２１の制御信号によりシャット機構２４が開放される。このため、圧縮機１２吐出側の高温高圧の気相冷媒がバイパス通路２３を通過して第２蒸発器１９に流入するので、第２蒸発器１９表面に付着した霜を溶かすことができる。

また、本実施形態では可変容量型圧縮機１２の電磁式圧力制御装置１２ａ、第１、第２送風機１６、２０、絞り機構１８等は、電気制御装置（以下ＥＣＵと略称）２１からの制御信号により電気的に制御されるようになっている。

ところで、上述した第１蒸発器１５は、エジェクタ１４で減圧された冷媒と第１送風機１６によって送風される車室内空気とを熱交換させて車室内空気から冷媒に熱を吸収させる蒸発器である。

本実施形態の第１蒸発器１５は、図２（ａ）に示すように、チューブ１１０とフィン１２０とから成るコア部１１０、１２０を有するフィンアンドチューブ方式の熱交換器である。

コア部１１０、１２０および左右のヘッダタンク１３０から構成され、これらを構成する各部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、嵌合、かしめ、治具固定などにより組み付けられ、予め各部材表面に設けられたろう材に、一体ろう付けにより各部材が接合されて構成している。

コア部１１０、１２０は、内部を冷媒が流通する複数のチューブ１１０、および板状に形成された複数のフィン１２０がチューブ１１０の長手方向に車室内の冷却負荷に応じて所定のフィンピッチを介して所定の総枚数で配設されている。

なお、複数のチューブ１１０のそれぞれは、内径φｄの略円筒状に形成されたパイプであり、空気流れ方向に沿って千鳥状に風上側と風下側との２列配列されている。所定のピッチを隔てて所定の本数Ｎ１を配列している。

そして、複数のチューブ１１０の長手方向における端部には、チューブの積層方向に延びる一対のヘッダタンク１３０が設けられている。ヘッダタンク１３０は、図示しないがタンク部、コアプレートおよびエンドプレートから一体的に形成される。

タンク部（図示せず）は、断面形状が略Ｕ字状をなし、コアプレート側に開口部を有する箱型の容器体をなしている。コアプレート（図示せず）は、短辺方向の両端に図示しないかしめ部を有する略コの字状に形成されるとともに、チューブ１１０端部に対応する位置にチューブ挿入孔（図示せず）が複数個に設けられている。

なお、チューブ１１０端部がこのチューブ挿入孔に接合されることによりタンク空間とチューブ１１０の内部とが互いに連通される。エンドプレートは、タンク部とコアプレートとにより形成されるタンク空間の両端部を閉塞するための部材である。

また、右側のヘッダタンク１３０の一端部には、冷媒がヘッダタンク１３０内に流入する流入口１４０が形成されている。左側のヘッダタンク１３０の一端部には、熱交換された冷媒がヘッダタンク１３０から外部に流出する流出口１５０が形成されている。

一方の第２蒸発器１９は、絞り機構１８で減圧された冷媒と第２送風機２０によって送風される冷蔵庫内の空気とを熱交換させて車室内空気から冷媒に熱を吸収させる蒸発器である。

本実施形態の第２蒸発器１９は、図２（ｂ）に示すように、第１蒸発器１５と同様のチューブ１１０とフィン１２０とから成るコア部１１０、１２０を有するフィンアンドチューブ方式の熱交換器である。

ただし、第２蒸発器１９では、一対のヘッダタンク１３０の間に配設される複数のチューブ１１０は、第１蒸発器１５に用いられる冷媒側の通路断面積が同等となる内径φｄの略円筒状に形成されたパイプ状のチューブ１１０を用いて、ここでは、チューブ１１０の本数Ｎ２を第１蒸発器１５よりも少なくなるように構成している。

換言すると、第２蒸発器１９の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器１５の冷媒側の流通抵抗よりも大きくなるように形成している。すなわち、第２蒸発器１９のほうが第１蒸発器１５よりも冷媒側の圧力損失を大きくなるように形成している。

また、第２蒸発器１９側のフィン１２０は、冷蔵庫内の冷却負荷に応じて所定のフィンピッチを介して所定の総枚数で配設されている。従って、第２蒸発器１９のフィン１２０の総枚数は第１蒸発器１５側とは異なっている。

なお、本実施形態では、第１蒸発器１５、第２蒸発器１９をチューブ１１０の両端に一対のヘッダタンク１３０を配設するように構成したが、これに限らず、ヘッダタンク１３０を用いずに、チューブ１１０の両端の開口部を略Ｕ字状からなる接続パイプ（図示せず）で接続させて、流入口１４０から流入した冷媒がチューブ１１０内を左方向→右方向→左方とＵターンを繰り返して流出口１５０から外部に流出するように第１蒸発器１５、第２蒸発器１９を構成しても良い。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。圧縮機１２を車両エンジンにより駆動すると、圧縮機１２で圧縮されて高温高圧状態となった冷媒は放熱器１３に流入して外気により冷却され凝縮する。放熱器１３から流出した高圧液冷媒は、冷媒循環径路１１を流れる流れと、分岐通路１７を流れる流れとに分流する。

ここで、通常時（第２蒸発器１９の除霜を行う必要のない時）は分岐通路１７の絞り機構１８がＥＣＵ２１の制御信号にて固定絞りとして作用するので、分岐通路１７を流れる冷媒は、絞り機構１８で減圧されて低圧状態となる。この低圧冷媒は第２蒸発器１９で第２送風機２０により送風される冷蔵庫内の空気から吸熱して蒸発する。これにより、第２蒸発器１９が冷蔵庫内の冷却作用を発揮する。

ここで、絞り機構１８を固定絞りで制御するように構成したが、これに限らず、絞り機構１８を可変絞りとして、その開度を調節するようにしても良い。これによれば、第１分岐通路１７を通過して第２蒸発器１９に流入する冷媒の流量を調節することができる。従って、ＥＣＵ２１にて第２送風機２０の回転数（送風量）を制御することにより、第２蒸発器１９が発揮する冷却対象空間（具体的には冷蔵庫内空間）の冷却能力を制御できる。

第２蒸発器１９から流出した気相冷媒はエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｃへ吸引される。一方、冷媒循環経路１１を流れる冷媒流れはエジェクタ１４に流入し、ノズル部１４ａで減圧され膨張する。従って、ノズル部１４ａで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、冷媒は高速度となってノズル噴出口から噴出する。この際に生じるノズル噴出口付近の圧力低下により、冷媒吸引口１４ｃから第２蒸発器１９にて蒸発した気相冷媒を吸引する。

ノズル部１４ａから噴出した冷媒と冷媒吸引口１４ｃに吸引された冷媒は、ノズル部１４ａ下流側で混合してディフューザ部１４ｂに流入する。このディフューザ部１４ｂ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。エジェクタ１４のディフューザ部１４ｂから流出した冷媒は、第１蒸発器１５に流入する。

第１蒸発器１５では、冷媒が車室内へ吹き出す空調空気から吸熱して蒸発する。この蒸発後の気相冷媒は、圧縮機１２に吸入、圧縮され、再び冷媒循環経路１１を循環する。ここで、ＥＣＵ２１は、圧縮機１２の容量制御を行って、圧縮機１２の冷媒吐出能力を制御できる。

これにより、第１蒸発器１５への冷媒流量を調節するとともに、第１送風機２６の回転数（送風量）を制御することにより、第１蒸発器１５が発揮する冷却対象空間の冷却能力、具体的には車室内冷房能力を制御できる。

ところで、第１蒸発器１５の冷媒蒸発圧力はディフューザ部１４ｂで昇圧した後の圧力であり、一方、第２蒸発器１９の出口側はエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｃに接続されているから低い圧力を第２蒸発器１９に作用させることができる。

これにより、第１蒸発器１５の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも第２蒸発器１９の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）を低くすることができる。従って、第１蒸発器１５により車室内の冷房に適した比較的高温域の冷却作用を発揮できると同時に、第２蒸発器１９により冷蔵庫内の冷却に適した一段と低温域の冷却作用を発揮できる。

ここで、第２蒸発器１９は冷媒蒸発温度が０℃より低い条件にて運転されることがあるので、第２蒸発器１９のフロスト（霜付き）による冷却性能の低下が課題となる。そこで、本実施形態においては、第２蒸発器１９近傍に温度センサ２２を配置し、この温度センサ２２の検出温度に基づいて第２蒸発器１９のフロスト有無をＥＣＵ２１で判定して第２蒸発器１９の除霜を自動的に行うようになっている。

すなわち、温度センサ２２により検出される第２蒸発器１９近傍の空気温度が予め設定したフロスト判定温度Ｔａ以下に低下すると、ＥＣＵ２１は第２蒸発器１９のフロスト状態を判定してシャット機構２４を開放する。

この結果、圧縮機１２吐出側の高温高圧の気相冷媒がバイパス通路２３を通過して第２蒸発器１９に流入するので、第２蒸発器１９表面に付着した霜を溶かすことができ、極めて簡単な構成にて第２蒸発器１９の除霜運転を行うことができる。

この除霜運転の実行により、第２蒸発器１９近傍の空気温度が上記フロスト判定温度Ｔ０よりも所定温度αだけ高い除霜終了温度Ｔｂ（Ｔｂ＝Ｔａ＋α）まで上昇すると、ＥＣＵ２１にて除霜運転の終了を判定して、シャット機構２４をシャット状態に復帰させる。これにより、絞り機構１８は再び固定絞りの作用を発揮するので、第２蒸発器１９も冷却作用を発揮する状態に復帰する。

なお、この除霜運転時においては、第１送風機１６と第２送風機２０とが停止状態となるようＥＣＵ２１により制御される。換言すると、第２蒸発器１９の表面に霜が付着してフロスト判定温度Ｔａ以下に低下すると、第２蒸発器１９が除霜終了温度Ｔｂ以上に上昇するまで第１蒸発器１５の冷却作用が停止されることになる。

そこで、本実施形態では、この除霜時間を短時間で終了させるために、第２蒸発器１９の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器１５の冷媒側の流通抵抗よりも大きくなるように形成している。より具体的には、発明者らの検討によれば、第２蒸発器１９の流通抵抗を第１蒸発器１５の流通抵抗よりも大きくすることで、第２蒸発器１９に流入する冷媒の温度が高くなってチューブ１１０内を流通する冷媒の平均温度が上昇させることを見出したものである。

これを、図３に示す本実施形態における除霜運転時のサイクル挙動を示すモリエル線図に基づいて説明する。図中に示す実線は本実施形態による第２蒸発器１９のほうが第１蒸発器１５よりも冷媒側の流通抵抗を大きくなるように形成したときのサイクル挙動を示しており、図中に示す破線は第２蒸発器１９と第１蒸発器１５との流通抵抗を同等に形成したときのサイクル挙動を示している。

そして、Ａ点は圧縮機１２で圧縮された吐出冷媒の圧力とエンタルピとの状態を示す。同じように、Ｂ点は第２蒸発器１９に流入する冷媒の状態を示し、Ｃ点は第２蒸発器１９を流出する冷媒の状態を示し、Ｄ点は第１蒸発器１５に流入する冷媒の状態を示し、Ｅ点は第１蒸発器１５を流出する冷媒の状態を示す。

また、図中に示すＢ_０点は第２蒸発器１９と第１蒸発器１５との流通抵抗を同等に形成したときにおける第２蒸発器１９に流入する冷媒の状態を示す。なお、Ｃ点からＤ点に向けて圧力が低下しているのは、第２蒸発器１９から流出された冷媒がエジェクタ１４を流通するときの圧力損失である。また、Ａ点からＢ点に向けて圧力が低下しているのは、圧縮機１２から吐出された冷媒がバイパス通路２３およびシャット機構２４を流通するときの圧力損失である。

そして、Ｂ点からＣ点に向けて圧力が低下しているのは、第２蒸発器１９を冷媒が流通するときにおける圧力損失であり、Ｄ点からＥ点に向けて圧力が低下しているのは、第１蒸発器１５を冷媒が流通するときにおける圧力損失である。

さらに、Ｂ_０点からＣ点に向けて圧力が低下しているのは、流通抵抗を同等に形成したときにおける第２蒸発器１９を冷媒が流通するときにおける圧力損失であって、Ｄ点からＥ点に繋ぐ傾斜線とほぼ同じ傾きで示している。

これによれば、Ｂ点からＣ点に繋ぐ傾斜線の方がＢ_０点からＣ点に繋ぐ傾斜線よりも傾きが大きくなっている。すなわち、Ｂ点からＣ点に繋ぐ傾斜線の傾きを大きくすると、モリエル線図上では、Ｂ_０点よりもＢ点の方が冷媒温度を上昇させることが分った。より具体的には、モリエル線図上では、Ｂ_０点の温度がＴ１であり、Ｂ点の温度がＴ２である。つまり、等温線上、Ｂ_０点の温度Ｔ１よりもＢ点の温度Ｔ２の方が高くなっている。

従って、本実施形態のように、第２蒸発器１９のほうが第１蒸発器１５よりも流通抵抗を大きくなるように形成した場合のほうが、第２蒸発器１９と第１蒸発器１５との流通抵抗を同等に形成したときの場合よりも、除霜運転時において、第２蒸発器１９に流入する冷媒の温度を高くなってチューブ１１０内を流通する冷媒の平均温度を高めることができる。

これにより、第２蒸発器１９と第１蒸発器１５との流通抵抗を同等に形成したときよりも本実施形態のほうが除霜時間を短時間で終了させることができる。なお、第２蒸発器１９のほうが第１蒸発器１５よりも流通抵抗を小さくなるように形成した場合には、Ｂ点からＣ点に繋ぐ傾斜線の傾きがＢ_０点からＣ点に繋ぐ傾斜線の傾きよりも小さくなることで第２蒸発器１９に流入する冷媒の温度を高くすることができない。

次に、外気温度をパラメータとして、本実施形態による除霜時間比と第２蒸発器１９と第１蒸発器１５との流通抵抗を同等に形成したときの除霜時間比との関係を示す特性図が図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。図４（ａ）は外気温度が３５℃のときであって、図４（ｂ）は外気温度が０℃のときである。なお、除霜時間比は通常の運転時間に対する除霜時間の割合である。

この除霜時間比は、図４（ａ）に示すように、外気温度が３５℃の時には、本実施形態による除霜時間比が第２蒸発器１９と第１蒸発器１５との流通抵抗を同等に形成したときの除霜時間比よりも約３０％低減できる。

また、図４（ｂ）に示すように、外気温度が０℃の時には、本実施形態による除霜時間比が第２蒸発器１９と第１蒸発器１５との流通抵抗を同等に形成したときの除霜時間比よりも約６０％低減できることが分った。すなわち、外気温度が低下してくると、本実施形態による除霜時間比が大幅に低減させることができる。

以上の第１実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルによれば、第１蒸発器１５と第２蒸発器１９とが冷媒側の通路断面積が同等のチューブ１１０を用いて形成されており、第２蒸発器１９のチューブ１１０の本数を第１蒸発器１５のチューブ１１０の本数よりも少なくなるように形成したことにより、第２蒸発器１９の冷媒流通抵抗を第１蒸発器１５の冷媒流通抵抗よりも大きくすることができる。

また、除霜運転の時は圧縮機１２から吐出された高圧冷媒が第２蒸発器１９、エジェクタ１４、第１蒸発器１５の順に流れるが、第２蒸発器１９の冷媒側の流通抵抗が第１蒸発器１５の冷媒側の流通抵抗よりも大きいので、第２蒸発器１９における圧力損失が大きくなって、第２蒸発器１９の入口冷媒温度が上昇する。この入口冷媒温度の上昇で第２蒸発器１９を流通する冷媒の平均温度が高くなることで除霜時間を短縮することができる。

なお、本実施形態では、シャット機構２４が閉じている通常の冷凍サイクル運転時には、第２蒸発器１９には分岐された冷媒の一部が流れ、第１蒸発器１５にはサイクルを流れる冷媒の全量が流れる。しかも、第２蒸発器１５が上流側に位置づけられることから、第２蒸発器１９には比較的液成分が多い冷媒が流れる。

このため、第２蒸発器１９が比較的大きい流通抵抗をもっていても、通常運転時には、過大な圧力損失が第２蒸発器１９において生じることが抑えられる。また、第１蒸発器１５が比較的小さい流通抵抗をもつので、通常運転時に冷凍サイクルの全流量が通過しても、そこで過大な圧力損失を生じることが抑えられる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、第２蒸発器１９のほうが第１蒸発器１５よりも流通抵抗を大きくなるように形成するために、第１蒸発器１５と第２蒸発器１９とが冷媒側の通路断面積が同等のチューブ１１０を用いて形成されており、第２蒸発器１９のチューブ１１０の本数を第１蒸発器１５のチューブ１１０の本数よりも少なくなるように形成したが、これに限らず、第２蒸発器１９のほうが第１蒸発器１５よりもチューブ１１０の通路断面積を小さくするように形成しても良い。

より具体的には、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１蒸発器１５に配設するチューブ１１０内径をφｄ１で形成し、第２蒸発器１９に配設するチューブ１１０内径をφｄ１よりも小径であるφｄ２で形成している。なお、チューブ１１０本数Ｎは互いに同等の数を配設している。

以上の構成によれば、第２蒸発器１９の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器１５の冷媒側の流通抵抗よりも大きくすることができる。従って、第２蒸発器１９の流入側の圧力損失が上昇することで第２蒸発器１９の入口温度が上昇する。この入口温度の上昇で第２蒸発器１９を流通する冷媒の平均温度が高くなることで除霜時間を短縮することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第１蒸発器１５に配設するチューブ１１０の長さをＬ１で形成し、第２蒸発器１９に配設するチューブ１１０の長さをＬ１より長くしたＬ２で形成している。なお、チューブ１１０本数Ｎは互いに同等の数を配設し、第１蒸発器１５と第２蒸発器１９とが冷媒側の通路断面積が同等のチューブ１１０を用いている。

以上の構成によれば、第２蒸発器１９の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器１５の冷媒側の流通抵抗よりも大きくすることができる。

（第４実施形態）
本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、図７に示すように、第１蒸発器１５および第２蒸発器１９により共通の冷却対象空間（具体的には、車載冷蔵庫の庫内空間）を０℃以下の低温に冷却する冷蔵庫用の冷却ユニット３７を構成している。

具体的には、第１送風機１６の空気流れ上流側に第１蒸発器１５を配置し、第１蒸発器１５の空気流れ下流側に第２蒸発器１９を配置し、第２蒸発器１９通過後の冷却空気を冷却対象空間（庫内空間）に吹き出すようになっている。なお、第１蒸発器１５と第２蒸発器１９はろう付け等の手段で一体に構成してもよい。

本実施形態では、第１蒸発器１５および第２蒸発器１９により共通の冷却対象空間（庫内空間）を０℃以下の低温に冷却するので、第１蒸発器１５および第２蒸発器１９の両方に対して除霜運転を実行する必要がある。

次に、冷却ユニット３７を有するエジェクタ式冷凍サイクル１０の作動を説明する。まず、通常運転時には、圧縮機１２、放熱器１３の図示しない電動冷却ファン、および冷却ユニット３７の第１送風機１６が作動状態となり、絞り機構１８は所定の絞り状態に制御される。なお、シャット機構２４はシャット状態が維持される。

これにより、冷凍サイクル１０では第１蒸発器１５および第２蒸発器１９での冷媒蒸発に伴う吸熱作用によって第１送風機１６の送風空気を冷却し、冷却ユニット３７の冷却対象空間を冷却できる。すなわち、通常の冷却運転を実行できる。

一方、温度センサ２２の検出温度がフロスト判定温度よりも低下すると、制御装置２１が第１、第２蒸発器１５、１９のフロスト状態を判定して冷凍サイクル１０の各機器を除霜運転モードに切り替える。

すなわち、制御装置２１は、シャット機構２４を開放すると同時に、第１送風機１６を停止状態にする。なお、放熱器用冷却ファン１３ａは除霜運転時に停止状態または作動状態のいずれでもよい。

これにより、シャット機構２４が開放することにより、圧縮機１２で吐出された高温冷媒（ホットガス）が第２蒸発器１９に直接流入し、さらに、第２蒸発器１９で放熱して所定量だけ温度が低下した中温の冷媒がエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｃ部分を通過して第１蒸発器１５に流入する。このように、圧縮機１２で吐出された高温冷媒が第２蒸発器１９→第１蒸発器１５の順に流れて、第２蒸発器１９および第１蒸発器１５の除霜を同時に行う。

なお、本実施形態では、第２蒸発器１９の冷媒側の流通抵抗を第１蒸発器１５の冷媒側の流通抵抗よりも大きくなるように形成していることで、第２蒸発器１９の流入側の圧力損失が上昇することで第２蒸発器１９の入口温度が上昇する。この入口温度の上昇で第２蒸発器１９を流通する冷媒の平均温度が高くなる。さらに、第２蒸発器１９で放熱して所定量だけ温度が低下した中温の冷媒を第１蒸発器１５に流入させることができる。

従って、第１、第２蒸発器１５、１９の除霜を行うことができるとともに、第１蒸発器１５を含めて第２蒸発器１９の除霜時間を短縮することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下述べるごとく種々変形可能である。

以上の実施形態では、第１、第２蒸発器１５、１９をチューブ１１０とフィン１２０とから成るコア部１１０、１２０を有するフィンアンドチューブ方式の熱交換器で構成したが、これに限らず、偏平チューブから成るチューブ１１０と、そのチューブ１１０との間にコルゲート状のフィン１２０を積層するタイプの熱交換器で構成しても良い。

また、以上の実施形態では、チューブ１１０の内側を平滑状通路で形成したが、これに限らず、チューブ１１０の内側を溝付き状通路で形成しても良い。換言すると、第２蒸発器１９側のチューブ１１０を溝付き状通路で形成し、第１蒸発器１５側のチューブ１１０を平滑状通路で形成しても良い。

また、以上の実施形態では、第２蒸発器１９近傍の空気温度を温度センサ２２により検出して除霜運転を自動的に行うようにしているが、これは具体的な一例を示すにすぎず、除霜運転の自動制御は種々変形できる。例えば、蒸発器１９近傍の空気温度の代わりに、第２蒸発器１９の表面温度を温度センサ２２により検出して、除霜運転の自動制御を行うようにしてもよい。

また、第２蒸発器１９近傍の冷媒通路内に冷媒温度を検出する冷媒温度センサを設け、第２蒸発器１９近傍の冷媒温度に基づいて除霜運転の自動制御を行うようにしてもよい。また、第２蒸発器１９近傍の冷媒温度と冷媒圧力は相関関係があるから、第２蒸発器１９近傍の冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサを設け、第２蒸発器１９近傍の冷媒圧力に基づいて除霜運転の自動制御を行うようにしてもよい。

さらに、上記のごとき温度センサ２２や冷媒圧力センサを廃止して、ＥＣＵ２１のタイマー機能にてサイクルの起動後に、所定の時間間隔で除霜運転を所定時間のみ自動的に行うようにしてもよい。

また、以上の第１実施形態等では本発明を車両用空調冷蔵装置に適用した例を示したが、冷媒蒸発温度が高温側となる第１蒸発器１５と冷媒蒸発温度が低温側となる第２蒸発器１９の両方をともに冷蔵庫内の冷却に用いてもよい。

つまり、冷媒蒸発温度が高温側となる第１蒸発器１５により冷蔵庫内の冷蔵室を冷却し、冷媒蒸発温度が低温側となる第２蒸発器１９により冷蔵庫内の冷凍室を冷却するようにしてもよい。なお、第４実施形態（図７）等では、第１蒸発器１５と第２蒸発器１９とにより１つの冷却ユニット３７を構成し、この冷却ユニット３７により１つの冷蔵庫内を冷却する例を示したが、第１蒸発器１５と第２蒸発器１９を別々の冷蔵庫に配置して、第１蒸発器１５と第２蒸発器１９により別々の冷蔵庫を冷却するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、冷媒の種類を特定しなかったが、冷媒はフロン系、ＨＣ系の代替フロン、二酸化炭素（ＣＯ2）など蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用できるものであればよい。

なお、ここでフロンとは炭素、フッ素、塩素、水素からなる有機化合物の総称であり、冷媒として広く使用されているものである。フロン系冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・フルオロ・カーボン）系冷媒、ＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）系冷媒等が含まれており、これらはオゾン層を破壊しないため代替フロンと呼ばれる冷媒である。

また、ＨＣ（炭化水素）系冷媒とは、水素、炭素を含み、自然界に存在する冷媒物質のことである。このＨＣ系冷媒には、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ２９０（プロパン）などがある。

また、以上の実施形態では、圧縮機１２として可変容量型圧縮機を用い、この可変容量型圧縮機１２の容量をＥＣＵ２１により制御して、圧縮機１２の冷媒吐出能力を制御するようにしているが、圧縮機１２として固定容量型圧縮機を用い、この固定容量型圧縮機１２の作動を電磁クラッチによりオンオフ制御し、圧縮機１２のオンオフ作動の比率を制御して、圧縮機１２の冷媒吐出能力を制御するようにしてもよい。なお、圧縮機１２として電動圧縮機を用いる場合は、電動圧縮機１２の回転数制御により冷媒吐出能力を制御できる。

また、以上の実施形態において、エジェクタ１４として、第１蒸発器１５の出口冷媒過熱度などを検知してエジェクタ１４のノズル１４ａの冷媒流路面積、つまり流量を調節する可変流量型のエジェクタを使用すれば、ノズル１４ａから噴出する冷媒圧力（吸引する気相冷媒の流量）を制御することができる。

また、以上の実施形態では各蒸発器を利用側熱交換器である室内熱交換器としている。しかし、上述の実施形態の構成は、非利用側熱交換器あるいは熱源側熱交換器と呼ばれる室外熱交換器を上述の各蒸発器とするサイクルにも適用されうる。

例えば、各蒸発器を室外熱交換器とし、凝縮器を室内熱交換器とする暖房用の冷凍サイクル、あるいは凝縮器により水を加熱する温水供給用の冷凍サイクルといったヒートポンプと呼ばれるサイクルにも、上述の実施形態は適用されうる。

本発明の第１実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを示すサイクル図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の第１実施形態における第１蒸発器１５および第２蒸発器１９の全体構成を示す正面図である。 本発明の第１実施形態における除霜運転時の作動を示すモリエル線図である。 （ａ）および（ｂ）は外気温度をパラメータとして、第１実施形態による除霜時間比と流通抵抗を同等に構成したときの除霜時間比との関係を示す特性図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の第２実施形態における第１蒸発器１５および第２蒸発器１９の全体構成を示す正面図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の第３実施形態における第１蒸発器１５および第２蒸発器１９の全体構成を示す正面図である。 本発明の第４実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを示すサイクル図である。

符号の説明

１２…圧縮機
１３…放熱器
１４…エジェクタ
１４ａ…ノズル部
１４ｃ…冷媒吸引口
１５…第１蒸発器
１７…分岐通路
１８…絞り機構（絞り手段）
１９…第２蒸発器
２３…バイパス通路
２４…シャット機構
１１０…チューブ

Claims (5)

1. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１２）と、
   前記圧縮機（１２）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（１３）と、
   前記放熱器（１３）下流側の冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）、および前記ノズル部（１４ａ）から噴出する高い速度の冷媒流により冷媒が吸引される冷媒吸引口（１４ｃ）を有するエジェクタ（１４）と、
   冷媒流出側が前記圧縮機（１２）の吸入側に接続される第１蒸発器（１５）と、
   前記エジェクタ（１４）の上流側で冷媒流れを分岐して、この冷媒流れを前記冷媒吸引口（１４ｃ）に導く分岐通路（１７）と、
   前記分岐通路（１７）に配置され、冷媒を減圧膨張させる絞り手段（１８）と、
   前記分岐通路（１７）において、前記絞り手段（１８）よりも下流側に配置される第２蒸発器（１９）と、
   前記圧縮機（１２）から吐出された高圧冷媒を直接前記第２蒸発器（１９）に導入するバイパス通路（２３）と、
   前記第２蒸発器（１９）の除霜時に、前記バイパス通路（２３）を開放状態にするシャット機構（２４）とを備え、
   前記第２蒸発器（１９）の冷媒側の流通抵抗は、前記第１蒸発器（１５）の冷媒側の流通抵抗よりも大きくなるように形成したことを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
2. 前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１９）は、冷媒側の通路断面積が同等のチューブ（１１０）で形成されており、
   前記第２蒸発器（１９）の前記チューブ（１１０）の本数は、前記第１蒸発器（１５）の前記チューブ（１１０）の本数よりも少なくなるように形成したことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
3. 前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１９）は、チューブ長さが同等のチューブ（１１０）で形成されており、
   前記第２蒸発器（１９）の前記チューブ（１１０）の冷媒側の通路断面積は、前記第１蒸発器（１５）の前記チューブ（１１０）の冷媒側の通路断面積よりも小さくなるように形成したことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
4. 前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１９）は、冷媒側の通路断面積が同等のチューブ（１１０）で形成されており、
   前記第２蒸発器（１９）の前記チューブ（１１０）のチューブ長さは、前記第１蒸発器（１５）の前記チューブ（１１０）のチューブ長さよりも長くなるように形成したことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
5. 前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１９）は、冷媒側の通路断面積が同等のチューブ（１１０）で形成されており、
   前記第２蒸発器（１９）の前記チューブ（１１０）の冷媒側を溝付き状通路に形成し、前記第１蒸発器（１５）の前記チューブ（１１０）の冷媒側を平滑状通路に形成したことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。

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