JP5021326B2 - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、エジェクタを有す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、圧縮機吐出冷媒を放熱させる放熱器の下流側かつエジェクタのノズル部上流側に配置された分岐部で冷媒の流れを分岐し、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下流側蒸発器を配置し、さらに分岐部とエジェクタの冷媒吸引口の間に、冷媒を減圧膨張させる絞り機構および吸引側蒸発器を配置して、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している。

さらに、下流側蒸発器の出口側を圧縮機の吸入側に接続し、ディフューザ部の昇圧作用によって昇圧された冷媒を圧縮機に吸入させることで、圧縮機の駆動動力を低減させてサイクル効率（ＣＯＰ）の向上を図っている。
特開２００５−３０８３８０号公報

ところで、この種のエジェクタでは、ノズル部に飽和液相冷媒あるいは気液二相状態の冷媒を流入させることで、ノズル部における冷媒の沸騰を促進して、ノズル効率を向上させることができる。なお、ノズル効率とは、冷媒の圧力エネルギーを運動エネルギーに変換させる際のエネルギー変換効率である。

そして、このノズル効率を向上させることで、ノズル部から噴射する冷媒流の流速を増加させてエジェクタの回収エネルギー量を増加できるので、より一層、サイクル効率を向上できる。

そこで、本発明者らは、先に特願２００６−２１９７７０号（以下、先願例という。）にて、特許文献１のサイクルにおいて、放熱器として過冷却器一体型凝縮器を採用したエジェクタ式冷凍サイクルを提案している。

なお、過冷却器一体型凝縮器とは、圧縮機吐出冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮部、凝縮部下流側の冷媒の気液を分離して液相冷媒を蓄えるレシーバ部、および、レシーバ部で分離された液相冷媒をさらに放熱させる過冷却部を有して構成される、いわゆるサブクールタイプの凝縮器である。

さらに、先願例のサイクルでは、レシーバ部の液相冷媒出口部に分岐部を構成し、分岐された一方の飽和液相冷媒をエジェクタのノズル部へ流入させ、他方の飽和液相冷媒を過冷却部に流入させている。

これにより、ノズル効率を向上させるとともに、過冷却部にてエンタルピが減少した過冷却状態の冷媒を減圧手段を介して吸引側蒸発器へ流入させて、吸引側蒸発器の冷凍能力の拡大を図っている。すなわち、先願例のサイクルでは、ノズル効率向上効果および吸引側蒸発器の冷凍能力拡大効果によって、特許文献１のサイクルに対して、サイクル効率を向上させている。

しかしながら、実際に先願例のエジェクタ式冷凍サイクルを作動させると、サイクルの運転条件によって、上記のサイクル効率向上効果が充分に得られないことがある。

そこで、本発明者らがその原因について調査したところ、サイクルの運転条件によって過冷却部出口冷媒の過冷却度が変化してしまうことが原因であると判った。その理由は、過冷却部出口冷媒の過冷却度が変化すると、減圧手段を通過する冷媒流量が変化してしまうからである。

このことをより詳細に説明すると、例えば、先願例のエジェクタ式冷凍サイクルを空調装置に適用した場合に、過冷却器一体型凝縮器において冷媒と熱交換する室外空気温度が高くなると、過冷却器一体型凝縮器における冷媒の放熱量が減少して、過冷却部出口冷媒の過冷却度が低下する。

そして、過冷却部出口冷媒の過冷却度が低下すると、減圧手段へ流入する冷媒の密度が低下するので、減圧手段を通過する冷媒流量が低下する。さらに、本発明者らは、減圧手段入口冷媒の過冷却度と減圧手段を通過する冷媒流量との関係の詳細について調査し、図５に示す調査結果を得ている。

図５の横軸は、減圧手段入口冷媒の過冷却度を示している。なお、過冷却度とは、冷媒の凝縮圧力に相当する飽和温度からの温度低下量の絶対値を示すものであるから、過冷却度の増加に伴って、冷媒の絶対温度は低下する。また、過冷却度０（Ｋ）は飽和液相状態を意味する。図５の縦軸は、減圧手段入口圧力および出口圧力を所定の値として、減圧手段入口、出口間の差圧を一定とした際の減圧手段を通過する冷媒流量を示している。

さらに、図５では、過冷却度１０（Ｋ）における質量流量を１００として、過冷却度の変化に対する冷媒流量の変化を無次元化して●でプロットしている。なお、参考として、気液二相状態の冷媒流量を○でプロットしている。また、この調査では、減圧手段として固定絞りであるキャピラリチューブを採用している。

図５に示すように、過冷却度の低下に伴って、減圧手段を通過する冷媒流量が低下し、特に、飽和液相状態に近づくと大幅に流量低下することが判る。つまり、先願例のサイクルにおいて、冷媒の過冷却度が低下して飽和液相状態に近づくと、減圧手段を通過する冷媒流量が大幅に低下して、吸引側蒸発器へ流入する冷媒流量も低下してしまう。

そのため、サイクルの運転条件によって過冷却部出口冷媒の過冷却度が減少すると、吸引側蒸発器の冷凍能力も低下してしまい、上述の吸引側蒸発器の冷凍能力拡大によるサイクル効率向上効果が得られなくなる。

また、例えば、高負荷運転条件において室外空気温度が高くなると、レシーバ部に蓄えられる余剰冷媒量が減少して、過冷却部に飽和液相状態の冷媒を充分に供給できなくなる。このため、過冷却部へ流入する冷媒の状態も変化してしまう。そして、このような過冷却部流入冷媒の状態の変化も、過冷却部出口冷媒の過冷却度を変化させる原因となる。

本発明は、上記点に鑑み、運転条件が変化しても、ノズル効率の向上効果および吸引側蒸発器の冷凍能力拡大効果を同時に得ることができるエジェクタ式冷凍サイクルを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）にて圧縮された高圧冷媒をサイクルの外部の流体と熱交換させて放熱させる第１、第２放熱器（１２、１６）と、第１放熱器（１２）下流側冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）から噴射する高速度の冷媒流によって冷媒を冷媒吸引口（１４ｂ）から吸引するエジェクタ（１４）と、第２放熱器（１６）下流側冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１８）と、減圧手段（１８）下流側冷媒を蒸発させて冷媒吸引口（１４ｂ）上流側に流出する吸引側蒸発器（１９）と、高圧冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）とを備え、
分岐部（Ａ）は、第１放熱器（１２）から流出した高圧冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒をノズル部（１４ａ）へ流入させ、他方の冷媒を第２放熱器（１６）へ流入させるようになっており、第２放熱器（１６）の放熱能力は、第１放熱器（１２）の放熱能力に対して、独立して調整可能になっており、第１放熱器（１２）の放熱能力は、ノズル部（１４ａ）へ流入する冷媒の状態が飽和液相状態あるいは気液二相状態となるように調整され、第２放熱器（１６）の放熱能力は、減圧手段（１８）へ流入する冷媒の状態が過冷却状態となるように調整されているエジェクタ式冷凍サイクルを特徴とする。

これによれば、第２放熱器（１６）の放熱能力が、第１放熱器（１２）の放熱能力に対して、独立して調整可能になっており、ノズル部（１４ａ）へ流入する冷媒の状態が飽和液相状態あるいは気液二相状態となるように調整されているので、運転条件が変化しても、上述のノズル効率の向上効果を得ることができる。

さらに、減圧手段（１８）へ流入する冷媒の状態が過冷却状態となるように、第２放熱器（１６）の放熱能力が調整されるので、減圧手段（１８）を通過する冷媒流量が低下してしまうことを抑制できる。その結果、運転条件が変化しても吸引側蒸発器（１９）の冷凍能力拡大効果を得ることができる。

従って、運転条件が変化しても、ノズル部（１４ａ）のノズル効率の向上効果および吸引側蒸発器（１９）の冷凍能力拡大効果を同時に得ることができる。

さらに、高圧冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）を備え、分岐部（Ａ）は、第１放熱器（１２）から流出した高圧冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒をノズル部（１４ａ）へ流入させ、他方の冷媒を第２放熱器（１６）へ流入させるようになっている。

これにより、圧縮機（１１）→第１放熱器（１２）→分岐部（Ａ）→ノズル部（１４ａ）→圧縮機（１１）の順で冷媒が流れる冷媒流路および圧縮機（１１）→第１放熱器（１２）→分岐部（Ａ）→第２放熱器（１６）→減圧手段（１８）→吸引側蒸発器（１９）→冷媒吸引口（１４ｂ）の順で冷媒が流れる冷媒流路を構成できる。

従って、第２放熱器（１６）では、第１放熱器（１２）下流側の飽和液相状態あるいは気液二相状態の冷媒を放熱させるので、圧縮機（１１）吐出冷媒を直接流入させて放熱させる場合に対して、第２放熱器（１６）の熱交換能力を小さくできる。これにより、第２放熱器（１６）の小型化効果を得ることもできる。

また、上述の特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（１４）下流側冷媒を蒸発させる流出側蒸発器（１５ａ）を備えていてもよい。これによれば、流出側蒸発器（１５ａ）および吸引側蒸発器（１９）の双方で冷凍能力を発揮できる。

また、上述の特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、第１放熱器（１２）の放熱能力を調整する第１放熱能力調整手段（１２ａ）と、第１放熱器（１２）出口冷媒の第１過冷却度を検出する第１過冷却度検出手段（２１、２２）と、第１放熱能力調整手段（１２ａ）の作動を制御する第１制御手段（２０ａ）とを備え、第１制御手段（２０ａ）は、第１過冷却度が予め定めた第１設定値以下になるように、第１放熱能力調整手段（１２ａ）の作動を制御するようになっていてもよい。

これによれば、第１放熱器（１２）出口側からエジェクタ（１４）のノズル部（１４ａ）へ至る冷媒通路の圧力損失によってノズル部（１４ａ）へ流入する冷媒が飽和液相状態となるように、第１設定値を設定できるので、ノズル部（１４ａ）へ流入する冷媒の状態を確実に飽和液相状態あるいは気液二相状態とすることができる。

また、上述の特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、第２放熱器（１６）の放熱能力を調整する第２放熱能力調整手段（１６ａ）と、第２放熱器（１６）出口冷媒の第２過冷却度を検出する第２過冷却度検出手段（２３、２４）と、第２放熱能力調整手段（１６ａ）の作動を制御する第２制御手段（２０ｂ）とを備え、第２制御手段（２０ｂ）は、第２過冷却度が予め定めた第２設定値以上になるように、第２放熱能力調整手段（１６ａ）の作動を制御するようになっていてもよい。

これによれば、過冷却度によって減圧手段（１８）を通過する冷媒流量の変化する度合が少なくなるように第２設定値を設定することができるので、減圧手段（１８）を通過する冷媒流量の変化を効果的に抑制できる。

また、上述の特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、具体的に、第１放熱能力調整手段は、第１放熱器（１２）にて冷媒と熱交換する空気を送風する第１送風機（１２ａ）であってもよい。さらに、第２放熱能力調整手段は、第２放熱器（１６）にて冷媒と熱交換する空気を送風する第２送風機（１６ａ）であってもよい。

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。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態のうち、第１、第３実施形態が特許請求の範囲に記載した発明の実施形態であり、第２実施形態は、参考例として示す形態である。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によ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示す。本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機１１は、プーリ、ベルト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。

圧縮機１１の吐出側には第１放熱器１２が接続されている。この第１放熱器１２は圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒と第１冷却ファン１２ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高温高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。

第１冷却ファン１２ａは、後述する空調制御装置２０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。そして、この第１冷却ファン１２ａの送風空気量によって第１放熱器１２の放熱能力が調整される。従って、第１冷却ファン１２ａは本実施形態の第１放熱能力調整手段を構成する。

なお、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルでは、冷媒としてフロン系冷媒を採用しており、高圧冷媒が超臨界圧力以上に上昇しない亜臨界サイクルを構成している。そして、第１放熱器１２が冷媒を凝縮させる凝縮器として機能するように、第１冷却ファン１２ａの送風空気量が制御される。

より具体的には、第１放熱器１２出口冷媒の過冷却度が予め定めた第１設定値（具体的には３Ｋ）以下になるように第１放熱器１２の放熱能力が調整される。なお、この第１設定値の詳細については後述する。

第１放熱器１２の出口側には、冷媒の流れを分岐する分岐部Ａが接続される。この分岐部Ａは三方継手等によって容易に構成できる。さらに、分岐部Ａで分岐された一方の冷媒は分岐部Ａとエジェクタ１４のノズル部１４ａとを接続するノズル部側配管１３ａへ流入し、他方の冷媒は分岐部Ａとエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｂとを接続する吸引口側配管１３ｂへ流入する。

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、高速で噴射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である。

このエジェクタ１４は、ノズル部側配管１３ａを介して流入する冷媒の通路面積を小さく絞って、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の冷媒噴射口と連通するように配置されて後述する吸引側蒸発器１９から流出した気相冷媒を吸引する冷媒吸引口１４ｂを有している。

さらに、ノズル部１４ａおよび冷媒吸引口１４ｂの下流側に配置されてノズル部１４ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１４ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部１４ｃ、および、混合部１４ｃの下流側に配置されて冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる昇圧部をなすディフューザ部１４ｄを有している。

ディフューザ部１４ｄ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機能を有する。

エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの出口側には、流出側蒸発器１５が接続されている。流出側蒸発器１５は、エジェクタ１４のノズル部１４ａで減圧された低圧冷媒と送風ファン１５ａから送風された送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒に吸熱させることで送風空気を冷却する吸熱用熱交換器である。

送風ファン１５ａは、空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数制御される電動式送風機である。さらに、流出側蒸発器１５の出口側には、流出側蒸発器１５から流出した冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ１５ｂが接続されている。さらに、アキュムレータ１５ｂの気相冷媒出口には、後述する内部熱交換器１７の低圧側冷媒流路１７ｂを介して、圧縮機１１の吸入側が接続されている。

一方、分岐部Ａで分岐された他方の冷媒が流入する吸引口側配管１３ｂには、第２放熱器１６、内部熱交換器１７の高圧側冷媒流路１７ａ、固定絞り１８、吸引側蒸発器１９が設けられている。まず、第２放熱器１６は、分岐部Ａから吸引口側配管１３ｂへ流入した冷媒と、第２冷却ファン１６ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。

第２冷却ファン１６ａは、空調制御装置２０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。そして、この第２冷却ファン１６ａの送風空気量によって第２放熱器１６の放熱能力が調整される。従って、第２冷却ファン１６ａは本実施形態の第２放熱能力調整手段を構成する。これにより、第２放熱器１６の放熱能力は、第１放熱器１２の放熱能力に対して、独立して調整可能に構成される。

上述の如く、本実施形態では、第１放熱器１２出口冷媒の過冷却度が、第１設定値以下になるように調整されているので、第２放熱器１６は冷媒を過冷却する過冷却器として機能する。より具体的には、第２放熱器１６出口冷媒の過冷却度が予め定めた第２設定値（具体的には、１０Ｋ）以上になるように第２放熱器１６の放熱能力を調整する。なお、この第２設定値の詳細については後述する。

第２放熱器１６の下流側には、内部熱交換器１７の高圧側冷媒流路１７ａが配置されている。内部熱交換器１７は、高圧側冷媒流路１７ａを通過する高温高圧冷媒と低圧側冷媒流路１７ｂを通過する低温低圧冷媒との熱交換を行うものである。この冷媒相互間の熱交換により、吸引側蒸発器１９へ流入する冷媒が冷却されるので、吸引側蒸発器１９における冷媒入口・出口間の冷媒のエンタルピ差（冷凍能力）を増大させることができる。

なお、内部熱交換器１７の具体的構成としては種々の構成を採用できる。具体的には、高圧側冷媒流路１７ａと低圧側冷媒流路１７ｂとを形成する冷媒配管同士をろう付け接合して熱交換させる構成や、高圧側冷媒流路１７ａを形成する外側管の内側に低圧側冷媒流路１７ｂを配置する２重管方式の熱交換器構成を採用できる。

内部熱交換器１７の高圧側冷媒流路１７ａの下流側には、固定絞り１８が配置されている。固定絞り１８は、冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、吸引側蒸発器１９へ流入する冷媒流量を調整する流量調整手段でもある。さらに、本実施形態では、固定絞り１８としてキャピラリチューブを採用している。もちろん、他の形式の固定絞り（例えば、オリフィス）を採用してもよい。

固定絞り１８の下流側には、吸引側蒸発器１９が配置されている。吸引側蒸発器１９は固定絞り１８で減圧された低圧冷媒と送風ファン１５ａから送風された送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒に吸熱させることで送風空気を冷却する吸熱用熱交換器である。さらに、吸引側蒸発器１９の出口側は冷媒吸引口１４ｂに接続される。

なお、本実施形態の流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９は一体構造に組み付けられている。従って、送風ファン１５ａにより送風された送風空気は矢印Ｚ方向に流れ、まず、流出側蒸発器１５で冷却され、次に、吸引側蒸発器１９で冷却されて冷却対象空間（車室内）に流れ込む。従って、本実施形態では、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９にて同一の冷却対象空間を冷却できるようになっている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。空調制御装置２０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。空調制御装置２０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、上記した各種の電気式のアクチュエータ１２ａ、１５ａ、１６ａ等の作動を制御する。

なお、本実施形態の空調制御装置２０は、第１冷却ファン１２ａおよび第２冷却ファン１６ａの双方を制御する制御手段を構成しているが、空調制御装置２０のうち、第１冷却ファン１２ａを制御するハードウェアおよびソフトウェアを第１制御手段２０ａとし、第２冷却ファン１６ａを制御するハードウェアおよびソフトウェアを第２制御手段２０ｂとする。もちろん、第１制御手段２０ａおよび第２制御手段２０ｂを別々の制御装置によって構成してもよい。

また、空調制御装置２０には、第１放熱器１２出口冷媒温度Ｔｒ１を検出する第１温度センサ２１、第１放熱器１２出口冷媒圧力Ｐｒ１を検出する第１圧力センサ２２、第２放熱器１６出口冷媒温度Ｔｒ２を検出する第２温度センサ２３、第１放熱器１２出口媒圧力Ｐｒ２を検出する第２圧力センサ２４等の検出信号が入力される。

さらに、空調制御装置２０には、各センサの検出信号他に、図示しない操作パネルからの各種操作信号が入力される。操作パネルには、車両用冷凍装置を作動させる作動スイッチ、冷却対象空間の冷却温度を設定する温度設定スイッチ等が設けられる。

次に、図２により、上述の構成における本実施形態の作動について説明する。図２は、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０の冷媒の状態を概略的に示したモリエル線図である。まず、操作パネルの作動スイッチが投入されて、圧縮機１１に車両走行用エンジンの回転駆動力が伝達されると、圧縮機１１が作動する。

圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒（図２のａ点）は、第１放熱器１２に流入して、第１冷却ファン１２ａによって送風された外気により冷却されて凝縮する（図２のａ点→ｂ点）。この際、第１制御手段２０ａは、第１放熱器１２出口冷媒温度Ｔｒ１および圧力Ｐｒ１に基づいて、第１放熱器１２出口冷媒の過冷却度を算出し、算出値が第１設定値（３Ｋ）以下となるように、第１冷却ファン１２ａの回転数（送風空気量）を制御する。

従って、本実施形態では、第１温度センサ２１および第１圧力センサ２２によって、第１放熱器１２出口冷媒の第１過冷却度を検出する第１過冷却度検出手段が構成される。

ここで、第１設定値の詳細について説明する。第１設定値は、第１放熱器１２出口側からエジェクタ１４のノズル部１４ａへ至る冷媒通路の圧力損失によって、ノズル部１４ａへ流入する冷媒が飽和液相状態となるように設定された値である。従って、第１放熱器１２出口冷媒の過冷却度が第１設定値以下になっていれば、ノズル部１４ａへ流入する冷媒は確実に飽和液相状態あるいは気液二相状態になる。

なお、ノズル部１４ａへ流入する冷媒を、より確実に飽和液相状態あるいは気液二相状態とするために、第１制御手段２０ａが温度Ｔｒ１および圧力Ｐｒ１に基づいて検出可能な最小過冷却度を第１設定値としてもよい。そして、この最小過冷却度において、ノズル部１４ａへ流入する冷媒が飽和液相冷媒となるように、第１放熱器１２出口側からエジェクタ１４のノズル部１４ａへ至る冷媒通路に絞り機構を追加すればよい。

次に、第１放熱器１２から流出した過冷却状態の冷媒の流れは、分岐部Ａにてノズル部側配管１３ａ側へ流入する冷媒流れと、吸引口側配管１３ｂ側へ流入する冷媒流れとに分岐される。

分岐部Ａからノズル部側配管１３ａへ流入した冷媒は、エジェクタ１４のノズル部１４ａへ流入する。この際、前述の如く、ノズル部１４ａに流入する冷媒は飽和液相状態あるいは気液二相状態になっている（図２のｂ点→ｃ点）。

ノズル部１４ａへ流入した冷媒は等エントロピ的に減圧膨張する（図２のｃ点→ｄ点）。そして、この減圧膨張時に冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されて、冷媒噴射口から冷媒が高速度となって噴射される。この際の冷媒圧力低下により、冷媒吸引口１４ｂから吸引側蒸発器１９通過後の冷媒（気相冷媒）が吸引される。

ノズル部１４ａから噴射された冷媒と冷媒吸引口１４ｂに吸引された冷媒は、ノズル部１４ａ下流側の混合部１４ｃで混合され（図２のｄ点→ｅ点）、ディフューザ部１４ｄに流入する。ディフューザ部１４ｄ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（図２のｅ点→ｆ点）。

エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄから流出した冷媒は、流出側蒸発器１５に流入する。流出側蒸発器１５では、低圧冷媒が送風ファン１５ａの送風空気（矢印Ｚ）から吸熱して蒸発する。流出側蒸発器１５から流出した冷媒は、アキュムレータ１５ｂにて気液分離される（図２のｆ点→ｇ点）。

アキュムレータ１５ｂの気相冷媒出口から流出した気相冷媒は、内部熱交換器１７の低圧側冷媒流路１７ｂへ流入し、内部熱交換器１７の高圧側冷媒流路１７ａへ流入した高温高圧冷媒と熱交換を行う（図２のｇ点→ｈ点）。そして、低圧側冷媒流路１７ｂから流出した気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される（図２のｈ点→ａ点）。

一方、分岐部Ａから吸引口側配管１３ｂへ流入した冷媒流れは、第２放熱器１６に流入して、第２冷却ファン１６ａによって送風された外気により冷却される（図２のｂ点→ｉ点）。この際、空調制御装置２０の第２制御手段２０ｂは、第２放熱器１６出口冷媒の温度Ｔｒ２および圧力Ｐｒ２に基づいて、第２放熱器１６出口冷媒の過冷却度が第２設定値（１０Ｋ）以上となるように、第２冷却ファン１６ａの回転数（送風空気量）を制御する。

従って、本実施形態では、第２温度センサ２３および第２圧力センサ２４によって、第２放熱器１６出口冷媒の第２過冷却度を検出する第２過冷却度検出手段が構成される。

ここで、第２設定値の詳細について説明する。前述した図５に示すように、固定絞り１８に流入する冷媒の過冷却度の増加に伴って、固定絞り１８を通過する流量の過冷却度に対する変化度合が小さくなる。

そこで、第２設定値は、第２放熱器１６出口冷媒の過冷却度が変化しても、第２放熱器１６の下流側に接続される固定絞り１８を通過する冷媒流量が大きく変化しないように設定された値である。従って、第２放熱器１６出口冷媒の過冷却度が第２設定値以上になっていれば、サイクル効率の大幅な低下を招くことはない。

そして、第２放熱器１６から流出した過冷却状態の冷媒の流れは、内部熱交換器１７の高圧側冷媒流路１７ａにて、さらに冷却されてエンタルピを減少させる（図２のｉ点→ｊ点）。高圧側冷媒流路１７ａから流出した過冷却状態の冷媒は、固定絞り１８にて減圧膨張されて低圧冷媒となり（図２のｊ点→ｋ点）、この低圧冷媒が吸引側蒸発器１９に流入する。

吸引側蒸発器１９では、低圧冷媒が流出側蒸発器１５通過後の送風ファン１５ａの送風空気（矢印Ｚ）から吸熱して蒸発する（図２のｋ点→ｌ点）。吸引側蒸発器１９で蒸発した気相冷媒は冷媒吸引口１４ｂからエジェクタ１４内部へ吸引される（図２のｌ点→ｅ点）。

本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０は、以上の如く作動するので、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄ下流側冷媒を流出側蒸発器１５に供給するとともに、固定絞り１８下流側冷媒を吸引側蒸発器１９に供給できるので、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９で同時に冷却作用を発揮できる。

その際、流出側蒸発器１５の冷媒蒸発圧力はディフューザ部１４ｄで昇圧した後の圧力となり、一方、吸引側蒸発器１９の冷媒蒸発圧力はノズル部１４ａでの減圧直後の最も低い圧力を作用させることができる。これにより、流出側蒸発器１５の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも吸引側蒸発器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、送風ファン１５ａの送風空気の流れ方向Ｚに対して、冷媒蒸発温度が高い流出側蒸発器１５を上流側に配置し、冷媒蒸発温度が低い吸引側蒸発器１９を下流側に配置することで、流出側蒸発器１５における冷媒蒸発温度と送風空気との温度差および吸引側蒸発器１９における冷媒蒸発温度と送風空気との温度差を確保できる。

その結果、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９の冷却性能を両方とも有効に発揮できるので、冷却対象空間（車室内）に対する冷却性能を流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９の組み合わせにて効果的に向上できる。また、ディフューザ部１４ｄでの昇圧作用によって圧縮機１１の吸入圧を上昇できるので、昇圧作用相当分だけ、圧縮機１１の圧縮仕事量を低減でき、省動力効果を発揮できる。

さらに、本実施形態では、エジェクタ１４のノズル部１４ａへ流入する冷媒の状態が飽和液相状態あるいは気液二相状態となるように、第１放熱器１２の放熱能力が調整されるので、外気温の上昇等の運転条件の変化が生じても、ノズル部１４ａのノズル効率の低下を招くことがない。

また、固定絞り１８へ流入する冷媒の状態が過冷却状態となるように、第２放熱器１６の放熱能力が調整されるので、固定絞り１８を通過する冷媒流量の低下を回避できる。その結果、運転条件が変化しても吸引側蒸発器１９の冷凍能力が低減してしまうことがない。すなわち、本実施形態によれば、運転条件が変化しても、ノズル部１４ａのノズル効率の向上効果および吸引側蒸発器１９の冷凍能力拡大効果を同時に得ることができる。

さらに、本実施形態では、第１放熱器１２の下流側に分岐部Ａを配置しているので、圧縮機１１→第１放熱器１２→分岐部Ａ→ノズル部１４ａ→圧縮機１１の順で循環する冷媒流路と、圧縮機１１→第１放熱器１２→分岐部Ａ→第２放熱器１６→減圧手段１８→吸引側蒸発器１９→冷媒吸引口１４ｂ→圧縮機１１の順で循環する冷媒流路とを構成できる。

従って、吸引側蒸発器１９へ流入する冷媒を第１、第２放熱器１２、１６の双方で冷却できる。つまり、第２放熱器１６では、第１放熱器１２下流側の飽和液相状態の冷媒を放熱させるので、圧縮機１１吐出冷媒を直接流入させて放熱させる場合に対して、第２放熱器１６の熱交換能力および放熱能力を小さくできる。その結果、第２放熱器１６および第２冷却ファン１２ａの小型化を図ることもできる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、第１放熱器１２下流側冷媒の流れを分岐する分岐部Ａを設けたが、本実施形態では、図３の全体構成図に示すように圧縮機１１吐出冷媒の流れを分岐する分岐部Ｂを設けている。つまり、第１放熱器１２および第２放熱器１６は、圧縮機１１吐出冷媒の流れに対して、並列に接続される。その他の構成は第１実施形態と同様である。

そのため、本実施形態では、圧縮機１１→分岐部Ｂ→第１放熱器１２→ノズル部１４ａ→圧縮機１１の順で冷媒が流れる冷媒流路および圧縮機１１→分岐部Ｂ→第２放熱器１６→減圧手段１８→吸引側蒸発器１９→冷媒吸引口１４ｂの順で冷媒が流れる冷媒流路が構成される。

そして、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０を作動させると、第１実施形態と同様に冷媒の状態が変化する。つまり、分岐部Ｂからエジェクタ１４のノズル１４ａ側へ流入する冷媒は、図２のモリエル線図のａ点→ｂ点→ｃ点→ｄ点→ｅ点→ｆ点→ｇ点→ｈ点→ａ点の順に循環する。一方、分岐部Ｂから第２放熱器１６側へ流入した冷媒は、図２のａ点→ｉ点→ｊ点→ｋ点→ｌ点→ｅ点の順に流れる。

従って、第１実施形態と同様に、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９で同時に冷却作用を発揮でき、ディフューザ部１４ｄの昇圧作用によって圧縮機１１の省動化を図ることができ、さらに、運転条件が変化しても、ノズル部１４ａのノズル効率の向上効果および吸引側蒸発器１９の冷凍能力拡大効果を同時に得ることができる。

さらに、本実施形態では、分岐部Ｂにおいて圧縮機１１吐出冷媒の流れを分岐しているので、第１放熱器１２下流側冷媒の過冷却度を第１冷却ファン１２ａの回転数（送風空気量）制御のみによって調整でき、第２放熱器１６下流側冷媒の過冷却度を第２冷却ファン１６ａの回転数（送風空気量）制御のみによって調整できる。

従って、第１、第２冷却ファン１２ａ、１６ａは、互いに独立して、第１、第２放熱器１２、１６の放熱能力を調整でき、第１、第２冷却ファン１２ａ、１６ａの制御が容易となる。

（第３実施形態）
本実施形態では、本発明のエジェクタ式冷凍サイクル１０を業務用冷蔵冷凍装置に適用した例を説明する。本実施形態は、図４の全体構成図に示すように、第１実施形態に対して第１冷却ファン１２ａ、第１制御手段２０ａ、第１温度センサ２１および第１圧力センサ２２を廃止している。

この業務用冷蔵冷凍装置は据置状態で使用されるため、装置が設置される環境の温度変化に伴う第１放熱器１２の放熱能力の変化が、車両用空調装置等に対して少ない。そこで、本実施形態では、業務要冷蔵冷凍装置が設置される環境に想定される温度範囲において、第１放熱器１２出口冷媒が過冷却状態となるように、第１放熱器１２の放熱面積が設定されている。

従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０を作動させても、第１放熱器１２出口冷媒は過冷却状態となるが、サイクルの運転状態の変化によって、分岐部Ａから第２放熱器１６へ流入する冷媒の過冷却度は変化しうる。

これに対して、本実施形態では、第２冷却ファン１６ａの作用によって、第２放熱器１６の放熱能力を、第１放熱器の放熱能力に対して、独立して調整できるので、第２放熱器出口冷媒の過冷却度を第２過冷却度（１０Ｋ）以上に調整できる。その結果、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（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、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、第１温度センサ２１および第１圧力センサ２２によって第１過冷却度検出手段が構成し、第２温度センサ２３および第２圧力センサ２４によって第２過冷却度検出手段が構成しているが、過熱度検出手段は以下のように構成することができる。

例えば、第１過冷却度検出手段を、圧縮機１１吐出冷媒温度を検出する温度センサと第１温度センサ２１とによって構成してもよい。これにより、第１過冷却度検出手段を温度センサのみによって構成できるので、圧力センサを使用する場合に対して、エジェクタ式冷凍サイクル１０の製造コストを低減できる。

同様に、第２過冷却度検出手段を、第２放熱器１６入口冷媒温度を検出する温度センサおよび第２放熱器１６出口冷媒温度を検出する温度センサによって構成してもよい。もちろん、第１温度センサ２１を第２放熱器１６入口冷媒温度を検出する温度センサとして用いてもよい。また、第１温度センサ２１を、室外空気温度（第１冷却ファン１２ａ送風空気温度）を検出する温度センサとしてもよい。

さらに、第１放熱器１２出口冷媒圧力Ｐｒ１と第２放熱器１６出口冷媒圧力Ｐｒ２との差は、分岐部Ａ、Ｂ、および第１、第２放熱器１２、１６における圧力損失等によるものなので、Ｐｒ１およびＰｒ２がほぼ同等となるサイクルでは、いずれか一方の圧力センサを廃止してもよい。

また、Ｐｒ１およびＰｒ２がほぼ同等となるサイクルでは、圧縮機１１吐出冷媒圧力をＰｒ１およびＰＲ２としてもよい。この場合、圧縮機１１吐出冷媒圧力を検出する圧力センサを用いて、第１、２過冷却度検出手段を構成できる。さらに、圧縮機１１吸引冷媒温度を検出する温度センサの検出値と圧縮機１１の回転数を検出する回転数センサの検出値から圧縮機１１吐出冷媒圧力を算出してもよい。

（２）上述の実施形態では、第１、第２放熱能力調整手段を第１、第２冷却ファン１２ａ、１６ａによって構成しているが、放熱能力調整手段はこれに限定されない。

例えば、第１、第２放熱能力調整手段として、第１、第２放熱器１２、１６通過途中の冷媒を第１、第２放熱器下流側へバイパスさせるバイパス通路を設けて放熱能力を調整してもよい。さらに、第１、第２冷却ファン１２ａ、１６ａの送風空気の流れを遮断する遮断機構を設けて放熱能力を調整してもよい。

（３）上述の実施形態では、冷媒通路面積が固定されたエジェクタ１４および固定絞り１８を採用しているが、エジェクタ１４として、ノズル部１４ａの冷媒通路面積を調整可能な可変エジェクタを採用してもよい。この可変ノズル部の具体例としては、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冷媒通路面積調整する機構とすればよい。さらに、減圧手段として、固定絞り１８に代えて、冷媒通路面積を調整可能な可変絞り機構を採用してもよい。

（４）上述の実施形態では、内部熱交換器１７および固定絞り１８とを別体に構成した例を説明したが、内部熱交換器１７および固定絞り１８を一体に構成してもよい。具体的には、内部熱交換器１７の高圧側冷媒流路１７ａを固定絞り１８（キャピラリチューブ）で構成すればよい。

（５）上述の第１、第２実施形態では、流出側蒸発器１５の下流側にアキュムレータ１５ｂを配置しているが、アキュムレータ１５ｂを廃止して、第１放熱器１２の下流側に過冷却状態の液相冷媒を貯めるレシーバを設けてもよい。さらに、レシーバの液相冷媒貯留部に分岐部Ａを形成してもよい。

この場合、例えば、ノズル部側通路１３ａに周知の温度式膨張弁を配置して、この温度式膨張弁によって圧縮機１１吸入冷媒の過熱度が予め定めた値となるようにしてもよい。さらに、ノズル部側通路１３ａに電気式膨張弁を配置して、圧縮機１１吸入側に配置した圧力センサおよび温度センサの検出値によって過熱度を算出し、電気式膨張弁によって圧縮機１１吸入冷媒の過熱度が予め定めた値となるようにしてもよい。

（６）上述の実施形態では、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９を一体構造に組み付けているが、その具体的手段として、例えば、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９の構成部品をアルミニウムで構成して、ろう付けにより一体構造に接合してもよい。

さらに、ボルト締め等の機械的係合手段によって１０ｍｍ以下の間隔を開けて一体的に結合する構成でもよい。また、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９として、フィンアンドチューブタイプの熱交換器を採用し、流出側蒸発器１５と吸引側蒸発器１９のフィンを共通化し、フィンと接触するチューブ構成で分割する構成として一体化してもよい。

（７）上述の実施形態では、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９によって同一の冷却対象空間を冷却しているが、双方の蒸発器１５、１９によって異なる冷却対象空間を冷却してもよい。また、流出側蒸発器１５を廃止して吸引側蒸発器１９のみで冷却するようにしてもよい。

さらに、第１放熱器１２または第２放熱器１６の下流側から圧縮機１１吸入側を接続する分岐配管を設け、この分岐配管に絞り機構および分岐通路蒸発器を配置してもよい。これによれば、流出側蒸発器１５および吸引側蒸発器１９に加えて、分岐通路蒸発器によっても冷凍能力を発揮できる。

（８）上述の実施形態では、本発明のエジェクタ式冷凍サイクル１０を車両用空調装置および業務用冷蔵冷凍装置に適用した例を説明しているが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、家庭用冷蔵庫、自動販売機用冷却装置、冷蔵機能付きショーケース等に適用してもよい。また、冷媒としてＨＣ系冷媒を採用してもよい。

（９）上述の実施形態では、第１、第２放熱器１２、１６を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、流出側蒸発器１５、吸引側蒸発器１９を室内側熱交換器として車室内の冷却用に適用しているが、流出側蒸発器１５、吸引側蒸発器１９を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、第１、第２放熱器１２、１６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構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。

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実施形態の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 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３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。 減圧手段入口冷媒の過冷却度と減圧手段通過冷媒流量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１１…圧縮機、１２…第１放熱器、１２ａ…第１冷却ファン、
１４…エジェクタ、１４ａ…ノズル部、１４ｂ…冷媒吸引口、
１５…流出側蒸発器、１６…第２放熱器、１６ａ…第２冷却ファン、
１８…固定絞り、１９…吸引側蒸発器、２０…空調制御装置、
２０ａ…第１制御手段、２０ｂ…第２制御手段、２１…第１温度センサ、
２２…第１圧力センサ、２３…第２温度センサ、２４…第２圧力センサ、
Ａ、Ｂ…分岐部

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）にて圧縮された高圧冷媒をサイクルの外部の流体と熱交換させて放熱させる第１、第２放熱器（１２、１６）と、
   前記第１放熱器（１２）下流側冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）から噴射する高速度の冷媒流によって冷媒を冷媒吸引口（１４ｂ）から吸引するエジェクタ（１４）と、
   前記第２放熱器（１６）下流側冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１８）と、
   前記減圧手段（１８）下流側冷媒を蒸発させて前記冷媒吸引口（１４ｂ）上流側に流出する吸引側蒸発器（１９）と、
   前記高圧冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）とを備え、
   前記分岐部（Ａ）は、前記第１放熱器（１２）から流出した高圧冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒を前記ノズル部（１４ａ）へ流入させ、他方の冷媒を前記第２放熱器（１６）へ流入させるようになっており、
   前記第２放熱器（１６）の放熱能力は、前記第１放熱器（１２）の放熱能力に対して、独立して調整可能になっており、
   前記第１放熱器（１２）の放熱能力は、前記ノズル部（１４ａ）へ流入する冷媒の状態が飽和液相状態あるいは気液二相状態となるように調整され、
   前記第２放熱器（１６）の放熱能力は、前記減圧手段（１８）へ流入する冷媒の状態が過冷却状態となるように調整されていることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
2. 前記エジェクタ（１４）下流側冷媒を蒸発させる流出側蒸発器（１５ａ）を備える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放熱器（１２）の放熱能力を調整する第１放熱能力調整手段（１２ａ）と、
   前記第１放熱器（１２）出口冷媒の第１過冷却度を検出する第１過冷却度検出手段（２１、２２）と、
   前記第１放熱能力調整手段（１２ａ）の作動を制御する第１制御手段（２０ａ）とを備え、
   前記第１制御手段（２０ａ）は、前記第１過冷却度が予め定めた第１設定値以下になるように、前記第１放熱能力調整手段（１２ａ）の作動を制御するようになっ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. 前記第２放熱器（１６）の放熱能力を調整する第２放熱能力調整手段（１６ａ）と、
   前記第２放熱器（１６）出口冷媒の第２過冷却度を検出する第２過冷却度検出手段（２３、２４）と、
   前記第２放熱能力調整手段（１６ａ）の作動を制御する第２制御手段（２０ｂ）とを備え、
   前記第２制御手段（２０ｂ）は、前記第２過冷却度が予め定めた第２設定値以上になるように、前記第２放熱能力調整手段（１６ａ）の作動を制御するようになってい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. 前記第１放熱能力調整手段は、前記第１放熱器（１２）にて冷媒と熱交換する空気を送風する第１送風機（１２ａ）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
6. 前記第２放熱能力調整手段は、前記第２放熱器（１６）にて冷媒と熱交換する空気を送風する第２送風機（１６ａ）であ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。

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