JP4765828B2 - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、冷媒の減圧膨張手段としてエジェクタを用いたエジェクタ式冷凍サイクルに関するものである。

特許文献１に、エジェクタのノズル部上流側であって、放熱器の下流側に冷媒の流れを分岐する分岐部を設け、分岐された一方の冷媒をノズル部側へ流入させ、他方の冷媒をエジェクタの冷媒吸引口側へ流入させ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のエジェクタ式冷凍サイクルでは、エジェクタのディフューザ部下流側に第１蒸発器を配置し、分岐部と冷媒吸引口とを接続する分岐通路に絞り機構および第２蒸発器を配置して、双方の蒸発器において冷媒が吸熱作用を発揮できるようになっている。
特開２００５−３０８３８０号公報

ところで、この種のエジェクタ式冷凍サイクルに適用されるエジェクタでは、ノズル部において冷媒を等エントロピ的に膨張させることで、膨張時の運動エネルギーの損失を回収し、回収したエネルギー（以下、回収エネルギーという。）をディフューザ部において圧力エネルギーに変換して、圧縮機駆動動力を低減させることにより、サイクル効率（ＣＯＰ）の向上を図っている。

このエジェクタのエネルギー変換効率を示すエジェクタ効率ηｅは、以下の式Ｆ１で定義される。
ηｅ＝（１＋Ｇｅ／Ｇｎｏｚ）×（ΔＰ／ρ）／ΔＨ…（Ｆ１）
ここで、Ｇｅはエジェクタの冷媒吸引口から吸引される冷媒流量、Ｇｎｏｚはエジェクタのノズル部を通過する冷媒流量、ΔＰはエジェクタのディフューザ部における昇圧量、ρは冷媒吸引口から吸引される冷媒密度、そして、ΔＨはノズル部出入口間のエンタルピ差である。

上記式Ｆ１で表されるように、エジェクタ効率ηｅが所望の値になるようにエジェクタの各部の寸法・形状等を設計したとしても、ノズル部にて回収される回収エネルギーを表す指標であるエンタルピ差ΔＨの絶対量が上昇しない限り、ディフューザ部にて変換される圧力エネルギー表す指標であるΔＰ／ρの絶対量を上昇させることができない。

つまり、所定のエジェクタ効率ηｅにおいては、エンタルピ差ΔＨの絶対量を上昇させない限り、昇圧量ΔＰの絶対量を上昇させることができないので、圧縮機吸入冷媒圧力の上昇によるサイクル効率（ＣＯＰ）向上効果を拡大することもできない。

本発明は、上記点に鑑み、エジェクタのノズル部上流側に冷媒の流れを分岐する分岐部を設けた構成のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、エジェクタのノズル部における回収エネルギー量を増加させて、エジェクタのディフューザ部における昇圧量を増大させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、放熱器は、冷媒の放熱を行う放熱区間内に冷媒流れを分岐する分岐部（１３ｅ）が設けられており、分岐部における冷媒状態は気液２相状態であり、分岐部にノズル部の冷媒流入側が接続され、ノズル部には分岐部から気液２相状態の冷媒が流入することを第１の特徴としている。

また、本発明では、放熱器は、冷媒入口部と冷媒出口部との間の冷媒流路途中に冷媒流れを分岐する分岐部（１３ｅ）が設けられており、分岐部における冷媒状態は気液２相状態であり、分岐部にノズル部の冷媒流入側が接続され、ノズル部には分岐部から気液２相状態の冷媒が流入することを第２の特徴としている。

これにより、放熱器の放熱性能が本発明と同一であって、放熱器出口下流側とエジェクタ上流側との間に分岐部が設けられている場合と比較して、ノズル部に流入する冷媒の放熱量が少なくなるため、ノズル部に流入する冷媒のエンタルピを高くできる。

ここで、エジェクタのノズル部において、同じ圧力分だけ等エントロピ膨張させた場合、ノズル部入口側冷媒のエンタルピが高いほど、ノズル部出入口間のエンタルピ差が大きくなる。

したがって、本発明によれば、上記式Ｆ１で表されるエジェクタ効率ηｅが所望の値になるように、エジェクタの各部の寸法・形状等を設計すれば、ノズル部にて回収される回収エネルギーを表す指標であるエンタルピ差ΔＨの絶対量を上昇させて、ディフューザ部における昇圧量ΔＰの絶対量を上昇させることができる。

その結果、本発明によれば、放熱器出口下流側とエジェクタ上流側との間に分岐部を設ける構成のエジェクタ式冷凍サイクルと比較して、圧縮機吸入冷媒圧力の上昇によるサイクル効率（ＣＯＰ）向上効果を拡大することができる。

本発明の具体的な構成として、例えば、以下のような構成とすることができる。

すなわち、放熱器として、冷媒の放熱により、冷媒を凝縮させる凝縮器を用いる場合では、放熱器の冷媒出口部と絞り手段（１８）の冷媒流れ上流側との間に、放熱器（１３ａ）の出口側冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器（１３ｂ）および高圧側気液分離器（１３ｂ）の飽和液冷媒を過冷却する過冷却器（１３ｃ）が接続されたものを用いることができる。

また、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（１５）の下流側冷媒の気液を分離して、気相冷媒を圧縮機（１１）の吸入側に流出する低圧側気液分離器（３１）と、低圧側気液分離器（３１）にて分離された液相冷媒を絞り手段（１８）下流側の蒸発器（１９）に供給する冷媒通路（３４）とを備えた構成とすることもできる。

また、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、冷媒通路（３４）に、低圧側気液分離器（３１）から蒸発器（１９）へ向かう一方向のみに冷媒を流す逆止弁（３３）が設置された構成とすることもできる。

また、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（１４）の下流側に接続される第１蒸発器（１６）と、絞り手段（１８）下流側に接続され、第１蒸発器（１６）よりも冷媒蒸発温度が低い第２蒸発器（１９）とを備える構成とすることもできる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄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一例である。

（第１実施形態）
図１に、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車両用冷凍サイクル装置に適用した例を示す。本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクル１０の冷媒として、フロン系、ＨＣ系等の冷媒のように高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いて、蒸気圧縮式の亜臨界サイクルを構成している。

本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１は、プーリ１２、ベルト等を介して図示しない車両走行用エンジンにより回転駆動される。 この圧縮機１１としては、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、あるいは電磁クラッチの断続により圧縮機作動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のいずれを使用してもよい。また、圧縮機１１として電動圧縮機を使用すれば、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整できる。

この圧縮機１１の冷媒吐出側には、放熱器として過冷却器一体型凝縮器１３が配置されている。この過冷却器一体型凝縮器１３は、いわゆるサブクールコンデンサと呼ばれるもので、凝縮器１３ａと気液分離器１３ｂと過冷却器１３ｃとにより構成されており、これらが１つの組み付け構造体として一体になっている。

凝縮器１３ａは圧縮機１１から吐出された高圧気相冷媒を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）により冷却して凝縮する。また、気液分離器１３ｂは凝縮器１３ａの出口側に接続され、凝縮器１３ａの出口冷媒の気液を分離して液相冷媒を溜めるとともに、この液相冷媒、すなわち、飽和液冷媒を下流側へ流出する。また、過冷却器１３ｃは、気液分離器１３ｂから流出する飽和液冷媒を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）により冷却して過冷却する。

そして、本実施形態では、凝縮器１３ａのうち、冷媒の放熱を行う放熱区間内に冷媒流れを分岐する分岐部１３ｅが設定されており、この分岐部１３ｅに、冷媒通路１４を介して、後述するエジェクタ１５のノズル部１５の冷媒流入側が接続される。

図２（ａ）、（ｂ）に、それぞれ、本実施形態の第１、第２の例における図１中の過冷却器一体型凝縮器１３の概略構成図を示す。なお、図２（ａ）、（ｂ）では、同様の構成部に同一の符号を付している。

過冷却器一体型凝縮器１３は、例えば、両端のタンクの間に配置された複数のチューブ内を冷媒が同時に流れるマルチフロータイプであり、図２（ａ）に示すように、冷媒流れがＳ字状であるＳ字ターンタイプ、図２（ｂ）に示すように、冷媒流れがＵ字状であるＵ字ターンタイプを採用できる。

具体的には、図２（ａ）に示す過冷却器一体型凝縮器１３は、所定間隔をもって、平行に積層された複数本のチューブ２１と、それらのチューブ１１間に配置されたフィン２２と、チューブ２１の長手方向両端に設けられた第１、第２タンク２３、２４とを備えている。

チューブ２１は、その内部に冷媒が流れる流路を構成するものである。フィン２２は、各チューブ２１の外壁面に設けられ、チューブ２１の外部を流れる空気とチューブ２１の内部を流れる冷媒との熱交換を促進させるものであり、例えば、空気流れ方向での断面形状が、波形状のコルゲートフィンが用いられる。この過冷却器一体型凝縮器１３において、チューブ２１の周囲を流れる空気とチューブ２１内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる領域が、放熱区間、すなわち、冷媒冷却区間である。第１、第２タンク２３、２４は、各チューブ２１を流れる冷媒を分配もしく収集するところである。

図２（ａ）に示す過冷却器一体型凝縮器１３では、過冷却器一体型凝縮器１３の冷媒入口部２５と冷媒出口部２６とが、それぞれ、図中右側に位置する第２タンク２４の上端側と下端側とに設けられている。また、凝縮器１３ａの内部における冷媒流れをＳ字状とするためのセパレータ２３ａ、２４ａと、凝縮器１３ａと過冷却器１３ｃとに区分けするためのセパレータ２３ｂ、２４ｂとが、第１、第２タンク２３、２４の内部に設けられている。また、気液分離器１３ｂが第１タンク２３の下側に設けられており、第１タンク２３の凝縮器１３ａ側部分に凝縮器１３ａの冷媒出口部２７が設けられ、第１タンク２３の過冷却器１３ｃ側部分に過冷却器１３ｃの冷媒入口部２８が設けられている。

このため、図２（ａ）中の矢印のように、冷媒は、冷媒入口部２５から第２タンク２４に流入し、チューブ２１内を図中左方向に向かって、第１タンク２３に流れ込んだ後、チューブ２１内を図中右方向に向かって、第２タンク２４に流れ込み、再び、チューブ２１内を図中左方向に向かって、第１タンク２３に流れ込む。そして、冷媒は、凝縮器１３ａの冷媒出口部２７から気液分離器１３ｂを通って、過冷却器１３ｃの冷媒入口部２８から流入して、過冷却器１３ｃ中を図中右方向に向かって流れ、冷媒出口部２６から流出するようになっている。

ただし、図２（ａ）に示す過冷却器一体型凝縮器１３では、分岐部１３ｅが、第２タンク２４の凝縮器１３ａ側部分に設けられている。このため、過冷却器一体型凝縮器１３のける凝縮器１３ａにおいて、冷媒入口部２５から流入した冷媒の一部が、凝縮器１３ａの冷媒出口部２７に到達する前に、分岐部１３ｅから流出するようになっている。

また、図２（ｂ）に示す過冷却器一体型凝縮器１３は、図２（ａ）に示す過冷却器一体型凝縮器１３に対して、凝縮器１３ａの冷媒入口部２５を第１タンク２３に設け、第２タンク２４内部のセパレータ２４ａを省略等することにより、凝縮器１３ａでの冷媒流れがＵ字状となるように、変更したものである。図２（ｂ）に示す過冷却器一体型凝縮器１３においても、分岐部１３ｅが、第２タンク２４の凝縮器１３ａ側部分に設けられている。

このように、凝縮器１３ａにおける冷媒入口部２５と冷媒出口部２７との間の冷媒流路途中に冷媒流れを分岐する分岐部１３ｅが設けられているので、分岐部１３ｅから流出する冷媒は、凝縮器１３ａにおける冷媒出口部２７から流出する冷媒よりも放熱量が少なくなる。なお、図２（ａ）、（ｂ）に示すようなマルチフロータイプの過冷却器一体型凝縮器１３であって、タンクに分岐部を設ける場合では、冷媒流れのターンの数を変更することで、冷媒冷却区間に対する分岐部の位置が変更可能である。冷媒冷却区間に対する分岐部の位置は、分岐部での冷媒状態、例えば、気液２相もしくは気相、気液２相の場合では乾き度が所望の状態となるように設定すれば良い。

上記分岐部１３ｅで分岐された冷媒通路１４は、エジェクタ１５のノズル部入口側に接続される。このエジェクタ１５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冷媒の循環を行う冷媒循環手段（運動量輸送式ポンプ）でもある。

エジェクタ１５には、上記冷媒通路１４から流入する高圧冷媒（高圧飽和液冷媒）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１５ａと、ノズル部１５ａ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出口からの冷媒（気相冷媒）を吸引する冷媒吸引口１５ｂが備えられている。

さらに、ノズル部１５ａおよび冷媒吸引口１５ｂの下流側には、ノズル部１５ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１５ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部１５ｃが設けられている。そして、混合部１５ｃの下流側に昇圧部をなすディフューザ部１５ｄが配置されている。このディフューザ部１５ｄ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１５のディフューザ部１５ｄの出口側に第１蒸発器１６が接続され、この第１蒸発器１６の出口側は圧縮機１１の吸入側に接続される。

一方、過冷却器１３ｃの下流側は冷媒通路１７によりエジェクタ１５の冷媒吸引口１５ｂに接続される。この冷媒通路１７には絞り機構１８が配置され、この絞り機構１８の下流側に第２蒸発器１９が配置されている。

絞り機構１８は第２蒸発器１９への冷媒流量の調節作用をなす減圧手段であって、具体的にはキャピラリチューブやオリフィスのような固定絞りで構成できる。また、第２蒸発器１９の冷媒温度や圧力に応じて通路絞り開度（通路面積）を変化させる可変絞りで絞り機構１８を構成してもよい。なお、可変絞りとして電動アクチュエータにより通路絞り開度（弁開度）が調整可能になっている電気制御弁を用いてもよい。

本実施形態では、第１蒸発器１６と第２蒸発器１９によりそれぞれ別の冷却対象空間を冷却するようになっている。例えば、第１蒸発器１６を車室内冷房用として用い、電動送風機（図示せず）により送風される空気を第１蒸発器１６により冷却し、その冷却空気（冷風）を車室内へ吹き出して車室内を冷房する。一方、第２蒸発器１９は車載冷蔵庫内の冷却用として用いる。したがって、電動送風機（図示せず）により送風される庫内空気を第２蒸発器１９により冷却し、その冷却空気を庫内に再循環して庫内を冷却する。なお、第１蒸発器１６と第２蒸発器１９を組み合わせて１つの冷却ユニットを構成し、この１つの冷却ユニット（すなわち、第１、第２蒸発器１６、１９の組み合わせユニット）にて共通の１つの冷却対象空間を冷却するようにしてもよい。

次に、第１実施形態の作動を説明する。圧縮機１１を車両エンジンにより駆動すると、圧縮機１１で圧縮され吐出された高温高圧状態の気相冷媒は過冷却器一体型凝縮器１３のうち、まず凝縮器１３ａに流入する。

この凝縮器１３ａでは高温高圧状態の気相冷媒を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）により冷却して凝縮する。このとき、冷媒の一部が分岐部１３ｅから流出してノズル部に流入するとともに、冷媒出口部から流出した冷媒は気液分離器１３ｂ内に流入する。

この気液分離器１３ｂでは、凝縮器１３ａにて凝縮した冷媒の気液を分離する。すなわち、気相冷媒と液相冷媒との密度差を利用して、気液分離器１３ｂの内部空間の上方側に気相冷媒を分離し、内部空間の下方側に液相冷媒を分離する。ここで、気液分離器１３ｂの内部空間には冷媒の気液界面が形成されるので、飽和気相冷媒と飽和液相冷媒が共存する。

気液分離器１３ｂにはこの飽和液相冷媒を取り出す液相冷媒出口通路１３ｄが設けられており、この液相冷媒出口通路１３ｄを介して、飽和液相冷媒の流れは過冷却器１３ｃに流入して過冷却される。すなわち、過冷却器１３ｃでは、気液分離器１３ｂから流出する飽和液相冷媒を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）により冷却して過冷却する。過冷却器１３ｃ通過後の過冷却液相冷媒は、冷媒通路１７を流れ、絞り機構１８に流入する。

エジェクタ１５のノズル部１５ａに流入した冷媒はノズル部１５ａで減圧され膨張する。したがって、ノズル部１５ａで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、このノズル部１５ａの噴出口から冷媒は高速度となって噴出する。この際の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口１５ｂから第２蒸発器１９通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。

ノズル部１５ａから噴出した冷媒と冷媒吸引口１５ｂに吸引された冷媒は、ノズル部１５ａ下流側の混合部１５ｃで混合してディフューザ部１５ｄに流入する。このディフューザ部１５ｄでは通路面積の拡大により、冷媒速度を減速して冷媒圧力を上昇させる。

一方、過冷却器１３ｃ通過後の過冷却液相冷媒は冷媒通路１７の絞り機構１８で減圧されて低圧の気液２相状態となり、この低圧冷媒が第２蒸発器１９に流入する。第２蒸発器１９では、電動送風機（図示せず）の送風空気から冷媒が吸熱して蒸発する。この第２蒸発器１９通過後の気相冷媒は冷媒吸引口１５ｂからエジェクタ１５内に吸引される。

そして、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄから流出した低圧の気液２相冷媒は第１蒸発器１６に流入する。第１蒸発器１６では、低温の低圧冷媒が電動送風機（図示せず）の送風空気から吸熱して蒸発する。この第１蒸発器１６通過後の冷媒は圧縮機１１に吸入され再び圧縮される。

ここで、図３に、図１の冷凍サイクルのモリエル線図を示す。

図３のモリエル線図において、ａ点は圧縮機１１の吐出冷媒（高圧過熱冷媒）の状態であり、ｂ点は凝縮器１３ａ内の分岐部１３ｅでの冷媒状態（気液２相冷媒）である。ｃ点は過冷却器１３ｃ出口の過冷却液相冷媒の状態で、ｄ点はノズル部１５ａ出口部の低圧気液２相冷媒の状態である。ｅ点は絞り機構１８出口の低圧気液２相冷媒の状態であり、ｆ点は第２蒸発器１９出口部の冷媒状態である。ｇ点は第２蒸発器１９出口側から吸引される吸引冷媒とノズル部１５ａの出口部冷媒とが混合した後の冷媒状態である。ｈ点はこの混合冷媒をディフューザ部１５ｄにより昇圧した後の冷媒状態であり、ｉ点は第１蒸発器１６出口部の冷媒状態である。なお、ｅ点とｆ点とのエンタルピ差は第２蒸発器１９での吸熱量であり、ｈ点とｉ点とのエンタルピ差は第１蒸発器１６での吸熱量である。

また、図３のモリエル線図において、破線で示す部分は、比較例として、分岐部の位置を、凝縮器１３ａの下流側、かつ、過冷却器１３ｃの下流側であって、絞り機構１８の上流側に接続された冷媒通路１７に設けた場合を示している。この場合、ｃ点がノズル部１５ａの入口での冷媒状態を示し、ｊ点がノズル部１５ａ出口部の冷媒状態を示している。すなわち、過冷却器１３ｃ出口の過冷却液相冷媒は、２つの流れに分岐され、一方の過冷却液相冷媒はエジェクタ１５のノズル部１５ａにてｊ点まで減圧されるとともに、他方の過冷却液相冷媒は絞り機構１８にてｅ点まで減圧される。

なお、図３中のΔＨ１、ΔＨ２は、エジェクタ１５のノズル部１５ａ前後の冷媒エンタルピ差であって、この冷媒エンタルピ差ΔＨ１、ΔＨ２はエジェクタ１５にて回収できる膨張損失エネルギー（以下回収エネルギーと言う）に相当するものである。

次に、本実施形態の主な特徴について説明する。

（１）図３中の比較例の場合、過冷却器１３ｃにより過冷却した過冷却液相冷媒をエジェクタ１５のノズル部１５ａにて減圧するため、ノズル部１５ａでの等エントロピ変化による減圧特性がモリエル線図上の鉛直線に近接した特性となり、その結果、ノズル部１５ａ前後の冷媒エンタルピ差ΔＨ２が比較的小さな値となり、回収エネルギーが小さくなる。

これに対して、本実施形態では、分岐部１３ｅを凝縮器１３ａの冷媒冷却区間内に設けているので、図３中のｃ点よりも冷却量が低いｂ点に位置する気液２相冷媒を、エジェクタ１５のノズル部１５ａにて減圧することとなる。すなわち、ノズル部１５ａに流入する冷媒のエンタルピの大きさが、図３中のｃ点よりも高いｂ点となる。

このため、図３に示すように、ノズル部１５ａでの等エントロピ変化による減圧特性が比較例の場合よりもモリエル線図上の鉛直線から離れる側へ傾斜した特性となる。その結果、ノズル部１５ａ前後の冷媒エンタルピ差ΔＨ１が比較的大きな値となる。すなわち、ΔＨ１＞ΔＨ２の関係となる。

したがって、本実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルによれば、上記式Ｆ１で表されるエジェクタ効率ηｅが所望の値になるように、エジェクタの各部の寸法・形状等を設計すれば、ノズル部にて回収される回収エネルギーを表す指標であるエンタルピ差ΔＨの絶対量を上昇させて、ディフューザ部における昇圧量ΔＰの絶対量を上昇させることができる。

その結果、放熱器出口下流側とエジェクタ上流側との間に分岐部を設ける構成のエジェクタ式冷凍サイクルと比較して、圧縮機吸入冷媒圧力の上昇によるサイクル効率（ＣＯＰ）向上効果を拡大することができる。

（２）また、比較例のように、エジェクタ１５のノズル部１５ａにて過冷却液相冷媒を減圧する場合では、ノズル部１５ａの喉部（最小通路径部）をほぼ液相冷媒が通過するので、通過冷媒の密度が大きい。したがって、ノズル通過冷媒流量を正確に制御するためには、ノズル部１５ａの喉部を小さな径寸法で高精度に加工する必要があり、ノズル部１５ａの加工コストが上昇する。

これに対して、本実施形態では、ノズル部１５ａの喉部（最小通路径部）を気液２相冷媒が通過するので、通過冷媒の密度を低下させることができる。したがって、ノズル部１５ａの喉部の径寸法を、比較例の場合よりも大きくすることができ、ノズル部１５ａの加工が容易になり、ノズル部１５ａの加工コストを低減できる。

（３）また、本実施形態では、気液分離器１３ｂ出口からの飽和液相冷媒を過冷却器１３ｃで過冷却し、この過冷却液相冷媒を冷媒通路１７の絞り機構１８で減圧した後に第２蒸発器１９に流入させるようにしている。

これにより、過冷却器１３ｃでの過冷却相当分だけ第２蒸発器１９の入口、出口間のエンタルピ差を拡大でき、第２蒸発器１９の冷凍能力を向上できる。

（第２実施形態）
図４に、本発明の第２実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを車両用冷凍サイクル装置に適用した例を示す。なお、図４では、図１と同様の構成部には、図１と同一の符号を付している。

本実施形態の冷凍サイクルは、図１に示すエジェクタ式冷凍サイクルに対して第１蒸発器を省略したものであり、このように、絞り機構１８の冷媒流れ下流側とエジェクタ１５の冷媒吸引口１５ｂとの間にのみ蒸発器１９を配置した構成の冷凍サイクルに、本発明を適用しても良い。

（第３実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを車両用冷凍サイクル装置に適用した例を示す。なお、図１と同様の構成部には図１と同一の符号を付している。

本実施形態では、図１の第１実施形態のサイクル構成において第１蒸発器１６を廃止し、その代わりに、エジェクタ１５の下流側に低圧側の気液分離器３１を設けている。この気液分離器３１はエジェクタ１５の下流側における低圧冷媒を、飽和液相冷媒と飽和気相冷媒とに分離し、飽和液相冷媒を溜めるとともに、飽和気相冷媒を圧縮機１１の吸入側へ向かって流出させる。

また、低圧側の気液分離器３１の底部には飽和液相冷媒を取り出すための液冷媒出口３２が設けられ、この液冷媒出口３２には逆止弁３３を備えた冷媒通路３４が接続されている。この冷媒通路３４の出口は、絞り機構１８の下流側と蒸発器１９の上流側との間の合流部３５に接続されている。逆止弁３３は、液冷媒出口３２から合流部３５へ向かう一方向のみに冷媒を流し、これとは逆方向の冷媒流れを阻止するようになっている。

図６に、本実施形態における冷凍サイクルのモリエル線図を示す。図６のモリエル線図において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈおよびｉの各点は、図３と同じ冷媒状態を示している。また、ｋ点は合流点３５で合流した後の低圧気液２相冷媒の状態であり、ｌ点は低圧側気液分離器３１内の飽和液相冷媒で、ｉ点は低圧側気液分離器３１内の飽和気相冷媒の状態を示している。なお、ｋ点とｌ点との圧力差は、逆止弁３３および冷媒通路３４の圧損による減圧量である。

本実施形態のように、エジェクタ１５の下流側冷媒の気液を分離して、気相冷媒を圧縮機１１の吸入側に流出する低圧側気液分離器３１と、圧側気液分離器３１にて分離された液相冷媒を絞り機構１８下流側の蒸発器１９に供給する冷媒通路３４とを備える冷凍サイクルに、本発明を適用しても良い。

また、本実施形態では、低圧側気液分離器３１を具備し、この低圧側気液分離器３１で分離された液相冷媒と、絞り機構１８通過後の気液２相冷媒との両方を第２蒸発器１９に対して供給するから、第２蒸発器１９に液相冷媒の割合が高い冷媒（乾き度の小さい冷媒）を常に安定的に供給でき、第２蒸発器１９の性能向上に貢献できる。

また、本実施形態では、冷媒通路３４に、低圧側気液分離器３１から蒸発器１９へ向かう一方向のみに冷媒を流す逆止弁３３を設けているので、絞り機構１８通過後の気液２相冷媒が低圧側気液分離器３１内に直接流れ込むことを確実に阻止できる。

（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以下述べるごとく種々変形可能である。

（１）図７に、本発明の他の実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを車両用冷凍サイクル装置に適用した例を示す。なお、図１と同様の構成部には図１と同一の符号を付している。

本実施形態では、第１実施形態で説明した図１のエジェクタ式冷凍サイクルに対して、凝縮器１３ａの冷媒出口部の下流側を流れる冷媒と圧縮機１１の吸入側を流れる冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器４１を追加している。具体的には、内部熱交換器４１の高圧側冷媒流路４１ａが、過冷却器１３ｃの下流側であって、絞り機構１８の上流側に設けられており、内部熱交換器４１の低圧側冷媒流路４１ｂが、圧縮機１１の上流側（吸入側）であって、エジェクタ１５の下流側に設けられている。

このように、内部熱交換器４１を備えるエジェクタ式冷凍サイクルにおいても、本発明を適用することができる。

特に、本実施形態では、この内部熱交換器４１により、凝縮器１３ａの冷媒出口部通過後であって、過冷却器１３ｃ通過後の過冷却液相冷媒と、圧縮機１１に吸入される低圧冷媒との間で熱交換を行って、高圧液冷媒を冷却している。

これにより、第１実施形態と比較して、高圧液冷媒の過冷却度を増加させることができ、第２蒸発器１９の入口冷媒のエンタルピをより減少できる。この結果、第１実施形態よりも、第２蒸発器１９の入口、出口間の冷媒エンタルピ差を増大でき、第２蒸発器１９の冷却性能を増大できる。

また、本実施形態と異なり、内部熱交換器４１の高圧側冷媒流路４１ａを、分岐部１３ｅとノズル部１５ａの間の冷媒流路１４に設けた場合では、分岐部１３ｅでの冷媒のエンタルピが、図３のモリエル線図中のｂ点よりも左側（エンタルピ減少側）にずれてしまい、第１実施形態で説明したエジェクタ１５での回収エネルギーが減少してしまう。

これに対して、本実施形態では、上述の通り、内部熱交換器４１の高圧側冷媒流路４１ａを、過冷却器１３ｃとエジェクタ１５の冷媒吸引口１５ｂとの間の冷媒流路１７に設けているので、エジェクタ１５のノズル部１５ａに流れる高圧冷媒は内部熱交換器２１にて冷却されず、分岐部１３ｅでのエンタルピを維持させることができる。このため、エジェクタ１５での回収エネルギーが減少することを回避できる。

なお、第２、第３実施形態で説明したエジェクタ式冷凍サイクルに対しても、本実施形態のように、内部熱交換器を設けても良い。

（２）上述の実施形態では、凝縮器１３ａおよび過冷却器１３ｃの冷却装置として、冷却流体が空気（外気）である空冷式冷却装置を構成しているが、冷却流体が水である水冷式冷却装置を構成し、この水冷式冷却装置により凝縮器１３ａおよび過冷却器１３ｃを冷却するようにしてもよい。

（３）凝縮器１３ａおよび過冷却器１３ｃの冷却装置として吸着式冷却装置を用いてもよい。この吸着式冷却装置では、水等の冷却媒体を相変化（蒸発、凝縮）させるので、冷却媒体の相変化時の潜熱（蒸発潜熱）を利用して凝縮器１３ａおよび過冷却器１３ｃを冷却できる。

（４）上述の各実施形態では、放熱器として、凝縮器１３ａの他に、気液分離器１３ｂと過冷却器１３ｃとを備える過冷却器一体型凝縮器１３を用いる場合を例として説明したが、気液分離器１３ｂと過冷却器１３ｃとが省略された単なる凝縮器１３ａを用いることもできる。

（５）上述の各実施形態において、第１蒸発器１６側の冷媒通路１４および第２蒸発器１９側の冷媒通路１７にそれぞれ通路開閉用の電磁弁のような電気制御弁を設置すれば、第１蒸発器１６および第２蒸発器１９への冷媒流れを自由に選択できる。例えば、冷媒通路１７の絞り機構１８を電気制御弁で構成すれば、絞り機構１８自体に、通路開閉用弁手段の役割を兼務させることができる。

（６）上述の各実施形態では、エジェクタ１５として、通路面積が一定のノズル部１５ａを有する固定エジェクタを例示しているが、エジェクタ１５として、通路面積を調整可能な可変ノズル部を有する可変エジェクタを用いてもよい。

なお、可変ノズル部の具体例としては、例えば、可変ノズル部の通路内にニードルを挿入し、このニードルの位置を電気的アクチュエータにより制御して通路面積を調整する機構とすればよい。

（７）上述の各実施形態では、冷媒としてフロン系、ＨＣ系等の冷媒のように高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いて、蒸気圧縮式の亜臨界サイクルを構成する場合を例として説明したが、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）のように高圧圧力が臨界圧力を超える冷媒を用いて、蒸気圧縮式の超臨界サイクルを構成する場合にも本発明を同様に適用できる。この場合、凝縮器１３ａは、放熱器として作用する。

（８）本発明の適用範囲は、上述した各実施形態の冷凍サイクルに限らず、種々の上流分岐された構成のエジェクタ式冷凍サイクルに本発明は適用可能であり、車両用に限らず、定置用等の冷凍サイクルに対しても本発明は適用可能である。

すなわち、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器と、冷媒を減圧膨張させるノズル部、ノズル部から噴射する高速度の冷媒流によって冷媒を内部に吸引するための冷媒吸引口および高速度の冷媒流と冷媒吸引口からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部を有するエジェクタと、放熱器の冷媒出口部よりも冷媒流れ下流側の冷媒を減圧する絞り手段と、絞り手段の冷媒流れ下流側と冷媒吸引口との間に接続され、液相冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、本発明は適用可能である。

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冷媒回路図である。 図１中の過冷却器一体型凝縮器１３の断面図である。 図１のエジェクタ式冷凍サイクルのモリエル線図である。 本発明の第２実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 本発明の第３実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 図５のエジェクタ式冷凍サイクルのモリエル線図である。 本発明の他の実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。

符号の説明

１１…圧縮機、１３…過冷却器一体型凝縮器、１３ａ…凝縮器、
１３ｂ…高圧側気液分離器、１３ｃ…過冷却器、１３ｅ…分岐部、
１５…エジェクタ、１５ａ…ノズル部、１５ｂ…冷媒吸引口、
１５ｄ…昇圧部（ディフューザ部）、１６…第１蒸発器、
１８…絞り機構（絞り手段）、１９…第２蒸発器。

Claims (6)

1. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１２）と、
   前記圧縮機から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（１３）と、
   冷媒を減圧膨張させるノズル部（１５ａ）、前記ノズル部から噴射する高速度の冷媒流によって冷媒を内部に吸引するための冷媒吸引口（１５ｂ）および前記高速度の冷媒流と前記冷媒吸引口からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部（１５ｄ）を有するエジェクタ（１５）と、
   前記放熱器の冷媒出口部（２７）よりも冷媒流れ下流側の冷媒を減圧する絞り手段（１８）と、
   前記絞り手段の冷媒流れ下流側と前記冷媒吸引口との間に接続され、液相冷媒を蒸発させる蒸発器（１９）とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、
   前記放熱器は、冷媒の放熱を行う放熱区間内に冷媒流れを分岐する分岐部（１３ｅ）が設けられており、
   前記分岐部における冷媒状態は気液２相状態であり、前記分岐部に前記ノズル部の冷媒流入側が接続され、前記ノズル部には前記分岐部から前記気液２相状態の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。
2. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１２）と、
   冷媒入口部（２５）から内部に流入した前記圧縮機（１２）吐出後の高圧冷媒の放熱を行って、冷媒出口部（２７）から放熱後の冷媒を外部に流出する放熱器（１３）と、
   冷媒を減圧膨張させるノズル部（１５ａ）、前記ノズル部から噴射する高速度の冷媒流によって冷媒を内部に吸引するための冷媒吸引口（１５ｂ）および前記高速度の冷媒流と前記冷媒吸引口からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部（１５ｄ）を有するエジェクタ（１５）と、
   前記放熱器の冷媒出口部よりも冷媒流れ下流側の冷媒を減圧する絞り手段（１８）と、
   前記絞り手段の冷媒流れ下流側と前記冷媒吸引口との間に接続され、液相冷媒を蒸発させる蒸発器（１９）とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、
   前記放熱器は、前記冷媒入口部と前記冷媒出口部との間の冷媒流路途中に冷媒流れを分岐する分岐部（１３ｅ）が設けられており、
   前記分岐部における冷媒状態は気液２相状態であり、前記分岐部に前記ノズル部の冷媒流入側が接続され、前記ノズル部には前記分岐部から前記気液２相状態の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。
3. 前記放熱器は、冷媒の放熱により、冷媒を凝縮させる凝縮器であり、
   前記放熱器の冷媒出口部と前記絞り手段（１８）の冷媒流れ上流側との間に、前記放熱器（１３ａ）の出口側冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器（１３ｂ）および前記高圧側気液分離器（１３ｂ）の飽和液冷媒を過冷却する過冷却器（１３ｃ）が接続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式冷凍サイクル。
4. 前記エジェクタ（１５）の下流側冷媒の気液を分離して、気相冷媒を前記圧縮機（１１）の吸入側に流出する低圧側気液分離器（３１）と、
   前記低圧側気液分離器（３１）にて分離された液相冷媒を前記絞り手段（１８）下流側の蒸発器（１９）に供給する冷媒通路（３４）とを備え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式冷凍サイクル。
5. 前記冷媒通路（３４）に、前記低圧側気液分離器（３１）から前記蒸発器（１９）へ向かう一方向のみに冷媒を流す逆止弁（３３）が設置されていることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
6. 前記エジェクタ（１４）の下流側に第１蒸発器（１６）が接続され、
   前記絞り手段（１８）下流側の蒸発器は、前記第１蒸発器（１６）よりも冷媒蒸発温度が低い第２蒸発器（１９）を構成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式冷凍サイクル。
   
   

Images