JP4595717B2 - エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに関するものである。

エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルとして、例えば下記特許文献１に記載の如く、気液分離器を用いて、液相冷媒のみを蒸発器に流入させるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルが提案されている。また、下記特許文献２には、気液分離器と蒸発器との間に配置されて、前後の差圧がエジェクタの前後の差圧にほぼ比例的に制御される差圧弁と、この差圧弁と直列に、気液分離器の液冷媒出口から冷媒が流出する方向にのみ冷媒の流れを許容する逆止弁とを備えたエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルが提案されている。
特許第３３２２２６３号 特開２００５−３７０９３号公報

しかしながら、上記従来のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの課題の一つとして、特に、外気温度が低い場合など、エジェクタの性能が低下した場合に、蒸発器を流れる冷媒量が低下し、性能が低下するという問題がある。そのため、エジェクタの性能が低くても蒸発器に冷媒が流れるサイクル構成が求められている。

本発明は、上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、外気温度が低いなどでエジェクタの吸引性能が低下しても、蒸発器に冷媒が流れるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項８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（１０）と、
圧縮機（１０）から吐出される高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２０）と、
放熱器（２０）下流側の高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、冷媒を吸引するエジェクタ（３０）と、
圧縮機（１０）と放熱器（２０）とエジェクタ（３０）とを含み冷媒が循環する冷媒循環路の放熱器（２０）とエジェクタ（３０）との間から分岐させた冷媒流れをエジェクタ（３０）に導き吸引させる分岐流路（５５）と、
分岐流路（５５）に配置されて冷媒流れを減圧する絞り手段（４０）と、
分岐流路（５５）において絞り手段（４０）の冷媒流れ下流側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する蒸発器（５０）と、 エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間の冷媒循環路に設けられ、放熱器（２０）から流出して分岐流路（５５）に流入し絞り手段（４０）で減圧される前の冷媒と、エジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）と、を備えることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、エジェクタ（３０）の上流で、冷媒循環路としてエジェクタ（３０）に流入する駆動流と、分岐流路（５５）として蒸発器（５０）に流入する吸引流とを分岐しているため、外気温度が低いなどでエジェクタ（３０）の吸引性能が低下しても、蒸発器（５０）に冷媒が流れるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルとすることができる。

また、蒸発器（５０）の圧力とエジェクタ（３０）出口との圧力は、エジェクタ（３０）の昇圧作用により、昇圧分だけエジェクタ（３０）出口の方が高くなっており、圧縮機（１０）の吸入圧力も蒸発器（５０）出口の圧力よりも高くなっている。つまり、上記のような簡素なサイクル構成としても、蒸発器（５０）は低い圧力と温度のままで、エンタルピ差増大により冷凍能力を高くでき、圧縮機（１０）の吸入圧力は高くできるため圧縮動力を低減することができ、ＣＯＰを大幅に向上するというエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの効果を発揮することができる。
また、エジェクタ（３０）から流出する液冷媒の潜熱を、熱回収手段（７０）を用いて蒸発器（５０）入口のエンタルピを減少させることで回収することができる。 さらに、エジェクタ（３０）の上流側で分岐流路（５５）を分岐後、分岐流路（５５）の吸引流側のみに熱回収手段（７０）を設けることで、エジェクタ（３０）入口のサブクール増大を抑制し、エジェクタ（３０）での膨張損失エネルギーを減少させることなく運転することができ、エジェクタ（３０）の昇圧量を増大させることができる。また、その分蒸発器（５０）の蒸発温度を下げることができ、冷却性能を向上させることができる。

また、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を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、放熱器（２０）とエジェクタ（３０）および分岐流路（５５）との間の冷媒循環路に、冷媒の流量を調節する流量調節手段（４５）を設けたことを特徴としている。

上記請求項１の基本サイクル構成において、冷媒流量を調整しようとしてエジェクタ（３０）を可変流量式としても、駆動流側の流量を減らすと吸引流側の流量が増えるという関係となるため圧縮機（１０）に流れる全体冷媒流量はあまり変化せず、思うように流量制御ができないという課題となる。そこで、この請求項２に記載の発明によれば、分岐流路（５５）への分岐よりも上流側に流量調節手段（４５）を設けることにより、駆動流側と吸引流側との流量比を変化させることなく全体冷媒流量の調整を容易に行うことができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に、流通する冷媒を気相と液相とに分離して気相冷媒のみ圧縮機（１０）に供給して液相冷媒を蓄える気液分離器（６０）を設けたことを特徴としている。

上記請求項１の基本サイクル構成において、気液分離器（６０）を設けた場合、あくまで気液分離と、分離した液相冷媒の貯留器として利用することとなる。よって、この請求項３に記載の発明によれば、圧縮機（１０）へ液バックして液圧縮することを防止できるうえ、サイクル中を循環する冷媒量を適量に調整する働きをする。また、前記特許文献１に示す蒸発器（５０）へ液相冷媒を流出させるための配管は不要となり、このような配管を持たない一般的な気液分離器（６０）が利用可能となるため、コストを抑えることができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に気液分離器（６０）を設けるとともに、気液分離器（６０）と圧縮機（１０）との間に、放熱器（２０）から流出する冷媒と気液分離器（６０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）を設けたことを特徴としている。この請求項５に記載の発明によれば、気液分離器（６０）の下流側で熱回収手段（７０）による熱交換を提供する。このため、圧縮機（１０）への液相冷媒の流入を抑えることができる。 また、熱回収手段（７０）の低圧側冷媒流路（７２）を気液分離器（６０）と圧縮機（１０）との間に構成することで、圧縮機（１０）の吸入スーパーヒート量（図１０のｐ−ｈ線図におけるｄ点からａ点）が増大することにより、圧縮機（１０）の吸入密度が小さくなり、冷媒流量が減少することより圧縮機（１０）の圧縮動力を更に低減することができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項３に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に気液分離器（６０）を設けるとともに、エジェクタ（３０）と気液分離器（６０）との間に、放熱器（２０）から流出する冷媒とエジェクタ（３０）から流出して気液分離器（６０）に流入する冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）を設けたことを特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、気液分離器（６０）の上流側で熱回収手段（７０）による熱交換を提供する。このため、圧縮機（１０）への液相冷媒の流入を抑えることができる。さらに、圧縮機（１０）の吐出温度の過剰な上昇を抑えることができ、高圧側ホースなどの耐久性を向上させることができる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項３に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に、放熱器（２０）から流出する冷媒とエジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換させる複数の熱回収手段（７０Ａ、７０Ｂ）を設けるとともに、複数の熱回収手段（７０Ａ、７０Ｂ）の複数の低圧側冷媒流路（７２ａ、７２ｂ）間に、気液分離器（６０）を設けたことを特徴としている。

この請求項６に記載の発明によれば、複数の熱回収手段（７０Ａ、７０Ｂ）を設け、その複数の低圧側冷媒流路（７２ａ、７２ｂ）間に、気液分離器（６０）を設けることにより、エジェクタ（３０）出口と気液分離器（６０）出口とで熱交換することとなり、気液分離器（６０）出口の冷たい冷媒により高圧の冷媒を冷却することができるとともに、エジェクタ（３０）出口の冷媒（特に液冷媒）により更に熱回収手段（７０）の出口冷媒温度を冷やすことができるので、更なる冷凍能力向上とサイクル効率向上とが可能となる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、気液分離器（６０）から液相冷媒を導出する液冷媒供給路（６５）と、
液冷媒供給路（６５）に配置されて気液分離器（６０）から流出する方向の冷媒流れだけを許容する逆止手段（８０）とを設けるとともに、 液冷媒供給路（６５）から供給される液相冷媒を蒸発器（５０）の冷媒流れ上流側に流入させることを特徴としている。

これは、エジェクタ（３０）から出る気液二相冷媒の液相冷媒分を、気液分離器（６０）で分離して液冷媒供給路（６５）から蒸発器（５０）の上流に還流することで、蒸発器（５０）を流れる冷媒量を増やすものである。この請求項１０に記載の発明によれば、蒸発器（５０）でのエンタルピ差増大による冷凍能力向上と、圧縮機（１０）の吸入圧力上昇による動力低減ができ、ＣＯＰを大幅に向上することができる。

なお、液相冷媒導出路（６５）には、従来（前記特許文献２）のような圧力を調整する差圧弁は用いず、逆止手段（８０）のみ有れば良い。これは、気液分離器（６０）内の液冷媒が少ないと、ガス冷媒が蒸発器（５０）に流入するため圧損が増大して気液分離器（６０）からの流出量を抑制でき、逆に、気液分離器（６０）内の液冷媒が多い場合は圧損が低下して蒸発器（５０）に液冷媒がたくさん流れる。このように、気液分離器（６０）からの冷媒流量が自動調整される。

このような働きを適切なものとするために、気液分離器（６０）内での液冷媒取り出し高さを調整するようにしても良い。また、逆止手段（８０）には圧力差を付けるための固定絞りが付いていても良い。また、絞り手段（４０）に可変絞りは必要ないが、可変絞りとしても良い。

また、請求項８に記載の発明では、請求項７に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（３０）を、冷媒の流量調整が可能な可変絞り機構（３４）を有する可変エジェクタ（３０）としたことを特徴としている。

この請求項８に記載の発明によれば、可変エジェクタ（３０）の可変絞り機構（３４）で冷媒の流量調整を行うことで、分岐流路（５５）の絞り手段（４０）はキャピラリーチューブなどの固定絞りとすることができる。ちなみに、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。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について添付した図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。本実施形態は、本発明におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒とする車両用空調装置に適用したものである。

圧縮機１０は、図示しない走行用エンジンなどの駆動源から駆動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、本実施形態における圧縮機１０は、圧縮機１０に吸入される冷媒の温度が所定温度となるように、その吐出流量（吐出容量）を可変制御する可変容量型圧縮機を採用しており、その吐出流量（吐出容量）は、図示しない電子制御装置によって制御される。放熱器２０は、圧縮機１０から吐出した冷媒と図示しない送風機から送風される車室外空気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。

エジエクタ３０は、放熱器２０から流出する冷媒を減圧膨張させ、後述する蒸発器５０にて蒸発した気相冷媒を吸引部３３から吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させるものである。このエジェクタ３０から流出する冷媒は圧縮機１０に吸入され、冷媒循環路を形成している。

この冷媒循環路において、放熱器２０とエジエクタ３０の後述するノズル３１との間には、分岐させた冷媒流れを先の吸引部３３に導く分岐流路５５を設けるとともに、この分岐流路５５には車室内に吹き出す空気と液相冷媒とを熱交換させ、液相冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する低圧側熱交換器としての蒸発器５０を設けている。

また、この蒸発器５０の冷媒流れ上流側には、蒸発器５０に吸引される冷媒を減圧して蒸発器５０内の圧力（蒸発圧力）を確実に低下させるとともに、蒸発器５０に流入する冷媒流量（蒸発器５０で発生する冷凍能力）を調節する絞り手段（本実施形態ではキャピラリーチューブなどの固定絞り）４０を設けている。

ここで、エジエクタ３０は、図１に示すように、放熱器２０から流出した高圧冷媒の圧力エネルギー（圧力ヘッド）を速度エネルギー（速度ヘッド）に変換して冷媒を減圧膨張させるノズル３１、蒸発器５０にて蒸発した気相冷媒を吸引する吸引部３３、ノズル３１から噴射する高い速度の冷媒流（ジェット流）により吸引部３３から冷媒を吸引しながら、ノズル３１から噴射する冷媒と蒸発器５０から吸引した冷媒とを混合させる混合部、および混合部から流出する冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ部などからなるものである。

また、吸引部３３の先端側は、混合部に近づくほど通路断面積が縮小するように円錐テーパ状に形成され、ディフィーザ部は、冷媒出口側に向かうほど通路断面積が拡大するように円錐テーパ状に形成されている。

次に、上記構成のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける作動について述べる。圧縮機１０が起動すると、吸入側から気相冷媒が圧縮機１０に吸入され、圧縮された冷媒が放熱器２０に吐出される。放熱器２０にて冷却された冷媒は、エジエクタ３０のノズル３１に流入する駆動流と、絞り手段４０から蒸発器５０を経由する吸引流とに分岐される。

ノズル３１に流入した冷媒は、減圧膨張して蒸発器５０内の冷媒を吸引する。そして、蒸発器５０から吸引した吸引流の冷媒と、ノズル３１から吹き出す駆動流の冷媒とを混合部で混合しながらディフューザ部にてその動圧が静圧に変換されて圧縮機１０に戻る。一方、吸引流の冷媒は、絞り手段４０で減圧された後に蒸発器５０に流入し、車室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発した後、エジエクタ３０によって吸引される。

このとき、混合部においては、駆動流の運動量と吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部においても冷媒の圧力が（静圧）が上昇する。一方、ディフューザ部においては、前述の如く、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギー（動圧）を圧力エネルギー（静圧）に変換するので、エジエクタ３０においては、混合部およびディフューザ部の両者にて冷媒圧力を昇圧する。

そこで、混合部とディフューザ部とを総称して昇圧部３２と呼んでいる。つまり、理想的なエジエクタ３０においては、混合部で駆動流の運動量と吸引流の運動量との和が保存されるように冷媒圧力が増大し、ディフューザ部でエネルギーが保存されるように冷媒圧力が増大する。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。冷媒を吸入し圧縮する圧縮機１０と、圧縮機１０から吐出される高圧冷媒の放熱を行う放熱器２０と、放熱器２０下流側の高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、冷媒を吸引するエジェクタ３０と、圧縮機１０と放熱器２０とエジェクタ３０とを含み冷媒が循環する冷媒循環路の放熱器（２０）とエジェクタ（３０）との間から分岐させた冷媒流れをエジェクタ（３０）に導き吸引させる分岐流路（５５）と、分岐流路５５に配置されて冷媒流れを減圧する絞り手段４０と、分岐流路５５において絞り手段４０の冷媒流れ下流側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する蒸発器５０とを備えている。

これによれば、エジェクタ３０の上流で、冷媒循環路としてエジェクタ３０に流入する駆動流と、分岐流路５５として蒸発器５０に流入する吸引流とを分岐しているため、外気温度が低いなどでエジェクタ３０の吸引性能が低下しても、蒸発器５０に冷媒が流れるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルとすることができる。

また、蒸発器５０の圧力とエジェクタ３０出口との圧力は、エジェクタ３０の昇圧作用により、昇圧分だけエジェクタ３０出口の方が高くなっており、圧縮機１０の吸入圧力も蒸発器５０出口の圧力よりも高くなっている。つまり、上記のような簡素なサイクル構成としても、蒸発器５０は低い圧力と温度のままで、エンタルピ差増大により冷凍能力を高くでき、圧縮機１０の吸入圧力は高くできるため圧縮動力を低減することができ、ＣＯＰを大幅に向上するという従来のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの効果を発揮することができる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、放熱器２０とノズル部３１および分岐流路５５との間の冷媒循環路に、冷媒の流量を調節する流量調節手段としての流量調節弁４５を設けている。

上述した第１実施形態の基本サイクル構成において、冷媒流量を調整しようとしてエジェクタ３０を可変流量式としても、駆動流側の流量を減らすと吸引流側の流量が増えるという関係となるため圧縮機１０に流れる全体冷媒流量はあまり変化せず、思うように流量制御ができないという課題となる。

そこで、上記に記載の発明によれば、分岐流路５５への分岐よりも上流側に流量調節手段４５を設けることにより、駆動流側と吸引流側との流量比を変化させることなく全体冷媒流量の調整を容易に行うことができる。なお、本実施形態の流量調節弁４５は、冷媒流量を可変制御することのできる電気式の流量調節弁４５などであっても良いし、固定式の流量調節手段であっても良い。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に、流通する冷媒を気相と液相とに分離して気相冷媒のみ圧縮機１０に供給して液相冷媒を蓄える気液分離器６０を設けている。

図３中の気液分離器６０は、エジエクタ３０から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を蓄えるアキュムレータであり、分離された気相冷媒は圧縮機１０に吸引され、分離された液相冷媒は気液分離器６０内に蓄えられる。上述した第１実施形態の基本サイクル構成において、気液分離器６０を設けた場合、あくまでこのように、気液分離と、分離した液相冷媒の貯留器として利用することとなる。

よって、これによれば、圧縮機１０へ液バックして液圧縮することを防止できるうえ、サイクル中を循環する冷媒量を適量に調整する働きをする。また、前述した特許文献１に示す蒸発器５０へ液相冷媒を流出させるための配管は不要となり、このような配管を持たない一般的な気液分離器６０が利用可能となるため、コストを抑えることができる。なお、圧縮機１０が液バックしても問題ない場合は、第１実施形態のように気液分離器６０の無い構成としても良い。

（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に、放熱器２０から流出する冷媒とエジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段としての内部熱交換器７０を設けている。これによれば、エジェクタ３０から流出する液冷媒の潜熱を、内部熱交換器７０を用いて蒸発器５０入口のエンタルピを減少させることで回収することができる。

また、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に気液分離器６０を設けるとともに、その気液分離器６０と圧縮機１０との間に、放熱器２０から流出する冷媒と気液分離器６０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒とを熱交換させる内部熱交換器７０を設けている。これによれば、気液分離器６０の下流側で内部熱交換器７０による熱交換を提供する。このため、圧縮機１０への液相冷媒の流入を抑えることができる。

（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に気液分離器６０を設けるとともに、エジェクタ３０と気液分離器６０との間に、放熱器２０から流出する冷媒とエジェクタ３０から流出して気液分離器６０に流入する冷媒とを熱交換させる内部熱交換器７０を設けている。これによれば、気液分離器６０の上流側で内部熱交換器７０による熱交換を提供する。このため、圧縮機１０への液相冷媒の流入を抑えることができる。さらに、圧縮機１０の吐出温度の過剰な上昇を抑えることができ、高圧側ホースなどの耐久性を向上させることができる。

（第６実施形態）
図６は、本発明の第６実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に、放熱器２０から流出する冷媒とエジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒とを熱交換させる複数の熱回収手段としての内部熱交換器７０Ａ・７０Ｂを設けるとともに、その複数の内部熱交換器７０Ａ・７０Ｂの複数の低圧側冷媒流路７２ａ・７２ｂの間に、気液分離器６０を設けている。ちなみに、図６中の７１ａ・７１ｂは、放熱器２０から流出する冷媒が流通する高圧側冷媒流路である。

これによれば、複数の内部熱交換器７０Ａ・７０Ｂを設け、その複数の低圧側冷媒流路７２ａ・７２ｂ間に気液分離器６０を設けることにより、エジェクタ３０出口と気液分離器６０出口とで熱交換することとなり、気液分離器６０出口の冷たい冷媒により高圧の冷媒を冷却することができるとともに、エジェクタ３０出口の冷媒（特に液冷媒）により更に内部熱交換器７０の出口冷媒温度を冷やすことができるので、更なる冷凍能力向上とサイクル効率向上とが可能となる。

なお、エジェクタ３０出口の冷媒と気液分離器６０出口の冷媒との順番は、図６の順が好ましいが、図６と逆になっても良い。また、本実施形態の内部熱交換器７０Ａと７０Ｂ、さらに気液分離器６０とは、一体としたモジュールとして構成しても良い。

（第７実施形態）
図７は、本発明の第７実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図であり、図８は、図７のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、内部熱交換器７０に流通する放熱器２０から流出した冷媒として、分岐流路５５に流入した冷媒を用いている。

これによれば、エジェクタ３０の上流側で分岐流路５５を分岐後、分岐流路５５の吸引流側のみに内部熱交換器７０を設けることで、エジェクタ３０入口のサブクール増大を抑制し、エジェクタ３０での膨張損失エネルギーを減少させることなく運転することができ、エジェクタ３０の昇圧量を増大させることができる。また、その分蒸発器５０の蒸発温度を下げることができ、冷却性能を向上させることができる。

（第８実施形態）
図９は、本発明の第８実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図であり、図１０は、図９のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。

この実施形態では、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に気液分離器６０を設けるとともに、気液分離器６０と圧縮機１０との間に、分岐流路５５に流入した冷媒と気液分離器６０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒とを熱交換させる内部熱交換器７０を設けている。

これによれば、第７実施形態のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、特に内部熱交換器７０の低圧側冷媒流路７２を気液分離器６０と圧縮機１０との間に構成することで、圧縮機１０の吸入スーパーヒート量（図１０のｐ−ｈ線図におけるｄ点からａ点）が増大することにより、圧縮機１０の吸入密度が小さくなり、冷媒流量が減少することより圧縮機１０の圧縮動力を更に低減することができる。

（第９実施形態）
図１１は、本発明の第９実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。これは、第６実施形態で、放熱器２０から流出する冷媒とエジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒とを熱交換させる複数の熱回収手段としての内部熱交換器７０Ａ・７０Ｂを設けるとともに、その複数の内部熱交換器７０Ａ・７０Ｂの複数の低圧側冷媒流路７２ａ・７２ｂの間に、気液分離器６０を設けたのと同様に、分岐流路５５に流入した冷媒とエジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒とを熱交換させる複数の熱回収手段としての内部熱交換器７０Ａ・７０Ｂを設けるとともに、その複数の内部熱交換器７０Ａ・７０Ｂの複数の低圧側冷媒流路７２ａ・７２ｂの間に、気液分離器６０を設けたものである。

これによれば、複数の内部熱交換器７０Ａ・７０Ｂを設け、その複数の低圧側冷媒流路７２ａ・７２ｂ間に気液分離器６０を設けることにより、エジェクタ３０出口と気液分離器６０出口とで熱交換することとなり、気液分離器６０出口の冷たい冷媒により高圧の冷媒を冷却することができるとともに、エジェクタ３０出口の冷媒（特に液冷媒）により更に内部熱交換器７０の出口冷媒温度を冷やすことができるので、更なる冷凍能力向上とサイクル効率向上とが可能となる。

なお、エジェクタ３０出口の冷媒と気液分離器６０出口の冷媒との順番は、図１１の順が好ましいが、図１１と逆になっても良い。また、本実施形態の内部熱交換器７０Ａと７０Ｂ、さらに気液分離器６０とは、一体としたモジュールとして構成しても良い。

（第１０実施形態）
図１２は、本発明の第１０実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、気液分離器６０から液相冷媒を導出する液冷媒供給路６５と、液冷媒供給路６５に配置されて気液分離器６０から流出する方向の冷媒流れだけを許容する逆止弁（逆止手段）８０とを設けるとともに、液相冷媒導出路６５から供給される液相冷媒を蒸発器５０の冷媒流れ上流側に流入させるようにしている。

これは、エジェクタ３０から出る気液二相冷媒の液相冷媒分を、気液分離器６０で分離して液冷媒供給路６５から蒸発器５０の上流に還流することで、蒸発器５０を流れる冷媒量を増やすものである。これによれば、蒸発器５０でのエンタルピ差増大による冷凍能力向上と、圧縮機１０の吸入圧力上昇による動力低減ができ、ＣＯＰを大幅に向上することができる。

なお、液相冷媒導出路６５には、従来（前記特許文献２）のような圧力を調整する差圧弁は用いず、逆止弁８０のみ有れば良い。これは、気液分離器６０内の液冷媒が少ないと、ガス冷媒が蒸発器５０に流入するため圧損が増大して気液分離器６０からの流出量を抑制でき、逆に、気液分離器６０内の液冷媒が多い場合は圧損が低下して蒸発器５０に液冷媒がたくさん流れる。このように、気液分離器６０からの冷媒流量が自動調整される。

このような働きを適切なものとするために、気液分離器６０内での液冷媒取り出し高さを調整するようにしても良い。また、逆止弁８０には圧力差を付けるための固定絞りが付いていても良い。また、絞り手段４０に可変絞りは必要ないが、可変絞りとしても良い。

また、エジェクタ３０を、冷媒の流量調整が可能な可変絞り機構３４を有する可変エジェクタ３０としている。これによれば、可変エジェクタ３０の可変絞り機構３４で冷媒の流量調整を行うことで、分岐流路５５の絞り手段４０はキャピラリーチューブなどの固定絞りとすることができる。

（第１１実施形態）
図１３は、本発明の第１１実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図であり、図１２のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに内部熱交換器７０を設けたものである。図１４は、図１３のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図である。これによれば、第８実施形態と同様に、第１０実施形態のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、特に内部熱交換器７０の低圧側冷媒流路７２を気液分離器６０と圧縮機１０との間に構成することで、圧縮機１０の吸入スーパーヒート量（図１４のｐ−ｈ線図におけるｇ点からａ点）が増大することにより、圧縮機１０の吸入密度が小さくなり、冷媒流量が減少することより圧縮機１０の圧縮動力を更に低減することができる。

もちろんこれは、超臨界圧の冷凍サイクルにおいても同様に有効である。なお、本実施形態で内部熱交換器７０の高圧側冷媒流路７１は放熱器２０の流出側であるが、第７〜９実施形態と同様に分岐流路５５の流入部であっても良い。また、本実施形態で内部熱交換器７０の低圧側冷媒流路７２は気液分離器６０と圧縮機１０との間に構成しているが、第５、７実施形態と同様にエジェクタ３０と気液分離器６０との間に構成しても良いし、第６、９実施形態と同様にこれらの両方である複数の内部熱交換器７０Ａ、７０Ｂを設けても良い。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、本発明を車両用空調装置に適用したが、給湯装置などの加熱装置や、車載式・定置式を含めた冷凍・冷蔵装置などの冷却装置に適用することもできる。また、上述の実施形態では、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を用いた臨界圧サイクルとしたが、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力未満となるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルであっても良いし、冷媒は炭化水素（ＨＣ）系の自然冷媒やフロン系冷媒であっても良い。

また、上述の実施形態では、可変容量型の圧縮機１０を用いたが、圧縮機の回転数を容易に制御することのできる電動式の圧縮機を用いても良い。また、上述の実施形態では、固定式のエジェクタ３０だけとしているが、エジェクタ３０のノズル３１の冷媒流れ上流側に図示しない絞り手段を設け、この絞り手段とノズル３１との２段で冷媒を減圧させるようにしても良い。

また、上述の第１〜第９実施形態では、流量調整のできない固定式のエジェクタ３０としているが、流量調整可能な機械式や電気式の可変エジェクタ３０であっても良い。そして、エジェクタ３０の流量調整を、圧縮機１０の流量調整制御（オンオフ制御含む）で実施しても良いし、放熱器２０出口の冷媒の状態（圧力または温度）や蒸発器５０出口の冷媒の状態（圧力または温度）によってエジェクタ３０に設けた可変絞り機構で実施しても良い。

また、上述の実施形態では、各機器が独立した構成としているが、１．放熱器２０とエジェクタ３０、２．放熱器２０とエジェクタ３０と内部熱交換器７０、３．放熱器２０とエジェクタ３０と内部熱交換器７０と気液分離器６０などのパターンで一体として構成しても良い。

本発明の第１実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第２実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第３実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第４実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第５実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第６実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第７実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 図７のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図である。 本発明の第８実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 図９のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図である。 本発明の第９実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第１０実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第１１実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 図１３のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図である。

符号の説明

１０…圧縮機
２０…放熱器
３０…エジェクタ
３４…可変絞り機構
４０…絞り手段
４５…流量調節弁（流量調節手段）
５０…蒸発器
５５…分岐流路
６０…気液分離器
６５…液冷媒供給路
７０…内部熱交換器（熱回収手段）
７０Ａ、７０Ｂ…内部熱交換器（複数の熱回収手段）
７２ａ、７２ｂ…低圧側冷媒流路（複数の低圧側冷媒流路）
８０…逆止弁（逆止手段）

Claims (8)

1. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１０）と、
   前記圧縮機（１０）から吐出される高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２０）と、
   前記放熱器（２０）下流側の高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、冷媒を吸引するエジェクタ（３０）と、
   前記圧縮機（１０）と前記放熱器（２０）と前記エジェクタ（３０）とを含み冷媒が循環する冷媒循環路の前記放熱器（２０）と前記エジェクタ（３０）との間から分岐させた冷媒流れを前記エジェクタ（３０）に導き吸引させる分岐流路（５５）と、
   前記分岐流路（５５）に配置されて前記冷媒流れを減圧する絞り手段（４０）と、
   前記分岐流路（５５）において前記絞り手段（４０）の冷媒流れ下流側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する蒸発器（５０）と、
   前記エジェクタ（３０）と前記圧縮機（１０）との間の前記冷媒循環路に設けられ、前記放熱器（２０）から流出して前記分岐流路（５５）に流入し前記絞り手段（４０）で減圧される前の冷媒と、前記エジェクタ（３０）から流出して前記圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）と、を備えることを特徴とするエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
2. 前記放熱器（２０）と前記エジェクタ（３０）および前記分岐流路（５５）との間の前記冷媒循環路に、冷媒の流量を調節する流量調節手段（４５）を設けたことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
3. 前記エジェクタ（３０）と前記圧縮機（１０）との間に、流通する冷媒を気相と液相とに分離して気相冷媒のみ前記圧縮機（１０）に供給して液相冷媒を蓄える気液分離器（６０）を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
4. 前記エジェクタ（３０）と前記圧縮機（１０）との間に前記気液分離器（６０）を設けるとともに、前記気液分離器（６０）と前記圧縮機（１０）との間に、前記放熱器（２０）から流出する冷媒と前記気液分離器（６０）から流出して前記圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）を設けたことを特徴とする請求項３に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
5. 前記エジェクタ（３０）と前記圧縮機（１０）との間に前記気液分離器（６０）を設けるとともに、前記エジェクタ（３０）と前記気液分離器（６０）との間に、前記放熱器（２０）から流出する冷媒と前記エジェクタ（３０）から流出して前記気液分離器（６０）に流入する冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）を設けたことを特徴とする請求項３に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
6. 前記エジェクタ（３０）と前記圧縮機（１０）との間に、前記放熱器（２０）から流出する冷媒と前記エジェクタ（３０）から流出して前記圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換させる複数の前記熱回収手段（７０Ａ、７０Ｂ）を設けるとともに、前記複数の熱回収手段（７０Ａ、７０Ｂ）の複数の低圧側冷媒流路（７２ａ、７２ｂ）間に、前記気液分離器（６０）を設けたことを特徴とする請求項３に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
7. 前記気液分離器（６０）から液相冷媒を導出する液冷媒供給路（６５）と、
   前記液冷媒供給路（６５）に配置されて前記気液分離器（６０）から流出する方向の冷媒流れだけを許容する逆止手段（８０）とを設けるとともに、
   前記液冷媒供給路（６５）から供給される液相冷媒を前記蒸発器（５０）の冷媒流れ上流側に流入させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
8. 前記エジェクタ（３０）を、冷媒の流量調整が可能な可変絞り機構（３４）を有する可変エジェクタ（３０）としたことを特徴とする請求項７に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。

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