JP5083106B2 - 膨張弁及びそれを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、膨張弁及びそれを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。

従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルとして、例えば特許文献１に記載されているように、放熱器で冷却された冷媒を減圧する手段としてのエジェクタと、２つの蒸発器とを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルが知られている。この冷凍サイクルは、圧縮機、放熱器、膨張弁、流量分配器、エジェクタ及び第１蒸発器が環状に接続されるとともに、流量分配器で分岐してエジェクタに接続される吸引用流路に第２蒸発器が設けられた構成を有している。エジェクタは、流量分配器で分配された一方の冷媒を取り入れて等エントロピー的に減圧膨張させるノズル部と、流量分配器で分配された他方の冷媒を第２蒸発器に通してから吸引する吸引部とを備えている。ノズル部で減圧膨張した高速度の冷媒流は、吸引部から吸引された冷媒と混合部で混合され、さらに昇圧部で昇圧されて他方の蒸発器に向けて流出し、当該他方の蒸発器で蒸発した後に圧縮機に吸入される。
特開２００８−８５９１号公報

上記の冷凍サイクルでは、膨張弁よりも下流側に設けられた流量分配器によって、ノズル側と第２蒸発器側とに冷媒を分配するようになっている。しかしながら、冷媒流量が少ないときには、膨張弁から流出した冷媒は分離流又はスラグ流となるため、流量分配器による安定した流量分配が困難であった。

本発明の目的は、冷媒流量が少ないときにも安定した流量分配の可能な蒸気圧縮式冷凍サイクル及びそれに用いられる膨張弁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、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（２）と、放熱器（２）で放熱した冷媒のうち一部の冷媒を取り入れてノズル部（５ａ）から噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、当該冷媒流によって冷媒を吸引部（５ｂ）から吸引するエジェクタ（５）と、エジェクタ（５）から流出した冷媒を蒸発させ、圧縮機（１）側に流出させる第１蒸発器（６）と、放熱器（２）で放熱した冷媒のうち残余の冷媒を取り入れて蒸発させ、吸引部（５ｂ）側に流出させる第２蒸発器（７）と、を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられる膨張弁であって、該膨張弁（３）は、減圧した冷媒をエジェクタ（５）のノズル部（５ａ）側及び第２蒸発器（７）側の２つの流路に分配する機能を有し、放熱器（２）で放熱した冷媒を流入させる流入部（３１）と、流入部（３１）よりも下流側に設けられ、流入した冷媒を絞り膨張させて気液二相冷媒とするオリフィス（３２）と、オリフィス（３２）を通過する冷媒の流量を調節する弁体（３４）と、弁体（３４）を駆動する駆動部（５２）と、オリフィス（３２）の下流側に隣接して設けられ、オリフィス（３２）で減圧された直後のミスト域の冷媒に旋回流を生じさせ、慣性力を利用して冷媒の乾き度分布を形成する乾き度分布形成空間（３６）と、乾き度分布形成空間（３６）に接続され、ノズル部（５ａ）側又は第２蒸発器（７）側の一方に冷媒を流出させる第１流出口（４１）と、乾き度分布形成空間（３６）に接続され、第１流出口（４１）から流出する冷媒よりも乾き度の高い冷媒をノズル部（５ａ）側又は第２蒸発器（７）側の他方に流出させる第２流出口（４２）とを有することを特徴とする膨張弁である。

これにより、オリフィス（３２）の下流側に隣接する乾き度分布形成空間（３６）において、オリフィス（３２）で減圧された直後の冷媒を第１流出口（４１）及び第２流出口（４２）に分配することができる。オリフィス（３２）で減圧された直後の冷媒はミスト流となるため、慣性力を利用して冷媒の乾き度分布を形成するのが容易になる。このため、第１流出口（４１）及び第２流出口（４２）に分配する冷媒の乾き度を異ならせることによって、冷媒流量が少ないときにも、ノズル部（５ａ）側及び第２蒸発器（７）側に安定した流量（質量流量）分配を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、乾き度分布形成空間（３６）は、オリフィス（３２）が接線方向に接続された円筒状の形状を有し、オリフィス（３２）から流出した気液二相冷媒に旋回流を生じさせることを特徴としている。

これにより、乾き度分布形成空間（３６）では、液相冷媒と気相冷媒との慣性力の差異によって円筒外周側ほど乾き度が低くなる乾き度分布を形成することができる。

請求項３に記載の発明は、第１流出口（４１）は、乾き度分布形成空間（３６）において第２流出口（４２）よりも円筒外周側に接続されていることを特徴としている。

これにより、第１流出口（４１）に対し、第２流出口（４２）よりも乾き度の低い冷媒を分配することができる。

請求項４に記載の発明は、第２流出口（４２）は、乾き度分布形成空間（３６）の中心軸（Ｃ１）上に接続されていることを特徴としている。

乾き度分布形成空間（３６）の中心軸（Ｃ１）上は乾き度が最も高くなり易いため、第２流出口（４２）に対し、第１流出口（４１）よりも乾き度の高い冷媒を分配することができる。

請求項５に記載の発明は、第１流出口（４３）は、乾き度分布形成空間（３６）の底部に接続されていることを特徴としている。

乾き度分布形成空間（３６）の底部は液相冷媒の重力沈降によって乾き度が低くなり易いため、第１流出口（４３）に対し、第２流出口（４２）よりも乾き度の低い冷媒を分配することができる。

請求項６に記載の発明は、乾き度分布形成空間（３６、３７）は、オリフィス（３２）から流出する冷媒の流路上に形成されたトラップ構造（３８、３９）を有し、第１流出口（４１、４３）は、乾き度分布形成空間（３６、３７）において第２流出口（４２）よりも下方に接続されていることを特徴としている。

液相冷媒は、気相冷媒よりも慣性力の影響を受け易いためトラップ構造（３８、３９）に衝突して流速が低下する。これにより、乾き度分布形成空間（３６）では、液相冷媒の重力沈降によって下部ほど乾き度が低くなるため、第１流出口（４１）に対し、第２流出口（４２）よりも乾き度の低い冷媒を分配することができる。

請求項７に記載の発明は、第１蒸発器（６）及び第２蒸発器（７）の少なくとも一方に直結されていることを特徴としている。

これにより、膨張弁を第１蒸発器（６）又は第２蒸発器（７）の少なくとも一方と一体物として取り扱うことができるため、車両等への搭載が容易になる。

請求項８に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（２）と、放熱器（２）で放熱した冷媒のうち一部の冷媒を取り入れてノズル部（５ａ）から噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、当該冷媒流によって冷媒を吸引部（５ｂ）から吸引するエジェクタ（５）と、エジェクタ（５）から流出した冷媒を蒸発させ、圧縮機（１）側に流出させる第１蒸発器（６）と、放熱器（２）で放熱した冷媒のうち残余の冷媒を取り入れて蒸発させ、吸引部（５ｂ）側に流出させる第２蒸発器（７）と、上記発明の膨張弁とを有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクルである。

これにより、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて上記発明と同様の効果が得られる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施形態の蒸気圧縮式冷凍サイクルを示している。この蒸気圧縮式冷凍サイクルは、車両に搭載されるものであって、圧縮機１、放熱器２、レシーバ２ａ、膨張弁３、エジェクタ５及び第１蒸発器６が冷媒配管によって環状に接続されるとともに、膨張弁３内で分岐してエジェクタ５に接続される吸引用流路９にキャピラリ４及び第２蒸発器７が設けられて形成されている。圧縮機１は、図示しない制御装置によってその作動が制御されるようになっている。

圧縮機１は、第１蒸発器６から流出される冷媒を吸入し、高温高圧に圧縮して放熱器２側へ吐出する流体機械であり、図示しない電磁クラッチ及びベルトを介して車両走行用エンジンにより回転駆動される。圧縮機１は、例えば、電磁式容量制御弁に制御装置からの制御信号が入力されることにより吐出容量が可変される斜板式可変容量型圧縮機となっている。本実施形態の圧縮機１では、斜板室の圧力の調整により吐出容量を１００％から０％付近まで連続的に変化させることができる。したがって、吐出容量を０％付近に減少させることにより、圧縮機１を実質的に作動停止状態にすることができる。よって、圧縮機１の回転軸をプーリ及びベルトを介して車両エンジンに常時連結するクラッチレスの構成としてもよい。

放熱器２は、図示しない送風機により強制的に送風される車室外空気との熱交換により、圧縮機１から吐出された高圧冷媒を放熱させて冷却する熱交換器である。放熱器２の冷媒流出側には、冷却された冷媒の気液を分離して、液冷媒のみを膨張弁３側に流出させるレシーバ２ａが設けられている。レシーバ２ａは、放熱器２と一体で形成されている。

膨張弁３は、放熱器２（レシーバ２ａ）から流出する高圧冷媒を減圧する絞り手段である。本実施形態の膨張弁３は、第１蒸発器６から流出する冷媒の温度に応じて弁開度が調整される温度式膨張弁である。また本実施形態の膨張弁３は、減圧した冷媒をエジェクタ５のノズル部５ａ側及び第２蒸発器７側の２つの流路に分配する機能を有している。

図２は、膨張弁３の構成を示す模式的な断面図である。図２中の白抜き太矢印は、冷媒の流れ方向を表している。図３は、膨張弁３の要部を図２の左方から見た構成を示す模式的な断面図である。図２及び図３に示すように、膨張弁３は、アルミニウム合金等を用いて作製された略角柱形状の本体ブロック３０を有している。本体ブロック３０には、放熱器２側から冷媒が流入する流入部３１が形成されている。流入部３１よりも下流側には、部分的に流路径が絞られて図中上下方向に延伸するオリフィス３２が形成されている。オリフィス３２は、流入した液冷媒を絞り膨張させて気液二相とするようになっている。オリフィス３２の上流端には弁口３３が形成されている。弁口３３は、例えば球状の弁体３４により開閉されるようになっている。弁体３４は、コイルばね３５によって閉弁方向に付勢されている。

オリフィス３２よりも下流側には、オリフィス３２で減圧された直後のミスト域の冷媒に乾き度の分布を形成する乾き度分布形成空間３６が設けられている。乾き度分布形成空間３６は、略水平な中心軸Ｃ１を備えた円筒状の形状を有している。乾き度分布形成空間３６はオリフィス３２の出口に隣接して設けられており、オリフィス３２は乾き度分布形成空間３６の接線方向（本例では中心軸Ｃ１に垂直な平面に含まれる接線方向）に接続されている。これにより、オリフィス３２から流出した気液二相冷媒には、乾き度分布形成空間３６の円筒状内壁面３６ａに沿う旋回流（図２及び図３では実線矢印で表している）が生じる。

旋回流が生じると、液相冷媒は慣性力の影響を受け易いため乾き度分布形成空間３６の外周側に集まる。一方、気相冷媒は液相冷媒よりも密度（比重）が小さく慣性力の影響を受け難いため、乾き度分布形成空間３６の中心軸Ｃ１側に集まる。したがって、乾き度分布形成空間３６は、減圧直後のミスト域の冷媒に対し、外周側ほど乾き度が低く中心軸Ｃ１側ほど乾き度が高い乾き度分布を形成するようになっている。

本体ブロック３０において乾き度分布形成空間３６よりも上部には、第１蒸発器６から圧縮機１に至る冷媒流路の一部として過熱度検出通路５０が形成されている。過熱度検出通路５０と乾き度分布形成空間３６との間には、断面円形状に開口されて図２及び図３中上下方向に直線状に延伸する貫通孔５１が形成されている。

また、過熱度検出通路５０において貫通孔５１の開口端に対向する位置には、感温駆動部５２が取り付けられている。感温駆動部５２は、例えばステンレス鋼を用いて薄膜状に形成されたダイヤフラム５３と、ダイヤフラム５３により密閉され、過熱度検出通路５０を流通する冷媒の温度が伝達される飽和状態の冷媒が封入された密閉空間５４とを有している。ダイヤフラム５３は、密閉空間５４内外の圧力差に応じて図２中上下方向に変形変位するようになっている。

貫通孔５１には、棒状の形状を有する作動棒５５が進退自在に挿通されている。作動棒５５の一端側はダイヤフラム５３に対して固定されており、他端側は乾き度分布形成空間３６及びオリフィス３２を貫通して弁体３４に当接している。

過熱度検出通路５０を通過する冷媒の過熱度が上昇し、密閉空間５４内外の圧力差が増大すると、ダイヤフラム５３は下方に変位する。これにより、作動棒５５が押し下げられるため、弁体３４はコイルばね３５の付勢力に抗して開弁方向に移動する。一方、過熱度検出通路５０を通過する冷媒の過熱度が低下し、密閉空間５４内外の圧力差が減少すると、ダイヤフラム５３は上方に変位する。これにより、作動棒５５を押し下げる力が弱まり、弁体３４はコイルばね３５の付勢力により閉弁方向に移動する。したがって、弁口３３を通過する冷媒の量は、第１蒸発器６出口側の冷媒の過熱度が所定の値になるように調節される。

乾き度分布形成空間３６には、気液二相冷媒を分配して流出させる第１流出口４１及び第２流出口４２が接続されている。第１流出口４１及び第２流出口４２は例えば同一の内径を有している。第１流出口４１は、乾き度分布形成空間３６の例えば最外周部に接続されている。第２流出口４２は、乾き度分布形成空間３６の中心軸Ｃ１上に接続されている。本実施形態では、第１流出口４１は第２流出口４２の下方に位置している。これにより、第１流出口４１からは乾き度の比較的低い気液二相冷媒が流出し、第２流出口４２からは、第１流出口４１から流出する冷媒よりも乾き度の高い気液二相冷媒が流出する。

図４は、膨張弁３における冷媒の乾き度に対する第１流出口４１及び第２流出口４２への液相冷媒の分配比を示すグラフである。グラフの横軸は、オリフィス３２により減圧された直後のミスト域での気液二相冷媒の乾き度を表している。縦軸は、第１流出口４１に分配される液相冷媒の質量流量ｑ１の、第２流出口４２に分配される液相冷媒の質量流量ｑ２に対する比（液分配比）ｑ１／ｑ２を表している。

図４に示すように、液分配比は、気液二相冷媒の乾き度が低いほど小さくなっている。例えば、乾き度が０に近づくと旋回流による気液の偏りが生じ難くなるため、第１流出口４１及び第２流出口４２が同径の場合には液分配比が約１となり、第１流出口４１及び第２流出口４２にはほぼ均等に液相冷媒が分配される。一方、減圧後の乾き度が高くなると、気液の偏りが生じ易くなるため液分配比が増大する。すなわち、第１流出口４１には乾き度が比較的低い液相リッチ側の冷媒が分配され、第２流出口４２には乾き度が比較的高い気相リッチ側の冷媒が分配される。液相冷媒の密度が気相冷媒に比較して極めて大きいことを考慮すると、第１流出口４１に分配される冷媒の質量流量は、第２流出口４２に分配される冷媒の質量流量よりも大きくなる。

第１流出口４１は、冷媒配管を介してエジェクタ５に接続されている。エジェクタ５は、冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出される冷媒流の吸引作用によって冷媒の循環を行う流体輸送用の冷媒循環手段でもある。エジェクタ５には、膨張弁３の第１流出口４１から流出する冷媒を取り入れ、その通路面積を小さく絞って冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して等エントロピー的に減圧膨張させるノズル部５ａと、ノズル部５ａ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７からの気相冷媒を吸引する吸引部５ｂとが備えられている。

またエジェクタ５には、ノズル部５ａ及び吸引部５ｂの下流側で、ノズル部５ａから噴出される高速度の冷媒と吸引部５ｂからの吸引冷媒とを混合するとともに、混合した冷媒流れを減速し、速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して昇圧させる昇圧部５ｃが設けられている。昇圧部５ｃは、冷媒の通路断面積が徐々に大きくなるディフューザ形状に形成されることで、上記の昇圧機能を有するようになっている。

昇圧部５ｃの冷媒流れ方向下流側には第１蒸発器６が接続されている。第１蒸発器６は、強制的に送風される外部空気からの吸熱作用によって、内部を流通する冷媒を蒸発させる熱交換器（吸熱器）である。第１蒸発器６の冷媒流出側は、冷媒配管によって圧縮機１の吸入側に接続されている。

膨張弁３の第２流出口４２は、吸引用流路９に接続されている。吸引用流路９には、絞り手段であるキャピラリ４が設けられている。キャピラリ４は、第２蒸発器７へ流入する冷媒の流量調整と減圧を行うものであり、螺旋状に巻回された細管によって形成されている。

キャピラリ４の下流側には、第２蒸発器７が設けられている。第２蒸発器７は、強制的に送風される外部空気からの吸熱作用によって、内部を流通する冷媒を蒸発させる熱交換器（吸熱器）である。第２蒸発器７は、外部空気の流れにおいて第１蒸発器６の下流側に直列配置されている。

ここで、本実施形態では、第１蒸発器６及び第２蒸発器７は一体的に構成されており、膨張弁３は第１蒸発器６及び第２蒸発器７に機械的に直結されている。これにより、第１蒸発器６、第２蒸発器７及び膨張弁３を一体物として取り扱うことができるため、車両への搭載が容易になる。

図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及び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ている。この制御装置には、操作パネル（図示せず）からの各種操作信号や、各種センサ群からの検出信号等が入力されるようになっている。制御装置は、これらの入力信号に基づいて各種機器（主に圧縮機１）の作動を制御する。

次に、上記構成に基づく本実施形態の作動の一例について図５を参照しつつ説明する。乗員の操作により空調作動信号及び設定温度信号等が制御装置に入力されると、制御装置は、圧縮機１の電磁クラッチに通電して当該電磁クラッチを接続状態とする。これにより、車両走行用エンジンから回転駆動力が圧縮機１に伝達される。

そして、制御装置から圧縮機１の電磁式容量制御弁に制御電流（制御信号）が出力されると、圧縮機１の吐出容量が調節され、圧縮機１は第１蒸発器６から気相冷媒を吸入、圧縮して吐出する。

圧縮機１から圧縮吐出された高温高圧の気相冷媒は放熱器２に流入する。放熱器２では高温高圧の冷媒が車室外空気により冷却されて凝縮する。放熱器２から流出した放熱後の高圧冷媒は、レシーバ２ａに流入して気液二相に分離される。

そして、レシーバ２ａから流出した液相冷媒は、膨張弁３のオリフィス３２で減圧されて気液二相のミスト流となる。ミスト流の気液二相冷媒は乾き度分布形成空間３６に流入し、気液の慣性力差により乾き度分布が形成される。第１流出口４１からは比較的乾き度の低い冷媒が流出し、第２流出口４２からは乾き度が同等かそれより高い冷媒が流出する。これにより膨張弁３では、第１流出口４１からエジェクタ５のノズル部５ａに向かう冷媒流れと、第２流出口４２からキャピラリ４を介して第２蒸発器７に向かう冷媒流れとが所定の質量流量比で分配される。

第１流出口４１からエジェクタ５のノズル部５ａに流入した冷媒は、ノズル部５ａにより減圧されて膨張する。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るので、冷媒はノズル部５ａの噴出口から高速度となって噴出する。そして、この冷媒噴出流の冷媒吸引作用により、第２蒸発器７を通過した後の冷媒が吸引部５ｂから吸引されることになる。

ノズル部５ａから噴出した冷媒と吸引部５ｂに吸引された冷媒は、ノズル部５ａの下流側の昇圧部５ｃに流入する。この昇圧部５ｃでは通路面積の拡大により、冷媒の速度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。

昇圧部５ｃから流出した冷媒は、第１蒸発器６に流入する。第１蒸発器６では、低圧冷媒が外部空気から吸熱して蒸発する。つまり、外部空気が冷却されることになる。第１蒸発器６を通過後の冷媒は、圧縮機１に吸入されて再び圧縮される。

一方、膨張弁３の第２流出口４２から流出した冷媒は、吸引用流路９を通ってキャピラリ４により減圧され、低圧冷媒となって第２蒸発器７に流入する。第２蒸発器７では、流入した低圧冷媒が第１蒸発器６で冷却された外部空気から更に吸熱して蒸発する。つまり、外部空気が更に冷却されることになる。第２蒸発器７で蒸発した冷媒は、エジェクタ５の吸引部５ｂから吸引されて、ノズル部５ａを通過した液相冷媒と昇圧部５ｃで混合されて第１蒸発器６に流入していく。

ここで、エジェクタ５のノズル部５ａに流入する冷媒流量をノズル流量Ｇｎとし、吸引部５ｂに流入する冷媒流量を吸引流量Ｇｅとする。このとき、エジェクタ５による昇圧量は、ノズル流量Ｇｎに対する吸引流量Ｇｅの流量比Ｇｅ／Ｇｎが小さくなるほど大きくなるようになっている。

よって、夏場等で放熱器２の放熱負荷、あるいは第１蒸発器６及び第２蒸発器７の吸熱負荷（以下、総じて熱負荷）が比較的高い高負荷時には、必要とされる冷凍能力が大きく、圧縮機１から吐出される圧縮機流量Ｇが増加される。そして、ノズル部５ａに供給されるノズル流量Ｇｎも増加するため、ノズル効率を高く維持でき、エジェクタ効率が向上する。具体的には、図５の高負荷線図に示すように、第１流出口４１から流出する冷媒の乾き度Ｘ１と、第２流出口４２から流出する冷媒の乾き度Ｘ２とがほぼ同等に調節されて（Ｘ１≒Ｘ２）、その結果、エジェクタ５による昇圧量が確保され、冷凍サイクルＣＯＰの向上効果分を高く維持することができる。

しかしながら、春先や冬場等のように熱負荷が上記高負荷時より低い側となる低負荷時においては、通常、必要とされる冷凍能力が小さくなり、圧縮機流量Ｇが減少され、ノズル流量Ｇｎも減少して、エジェクタ５による昇圧量が小さくなり、その結果、上記高負荷時ほどのＣＯＰ向上効果が得られなくなる。

本実施形態では、第１流出口４１及び第２流出口４２からそれぞれ流出する冷媒の乾き度Ｘ１、Ｘ２を熱負荷に応じて調節できるようになっているため、低負荷時においても以下のように高いＣＯＰ向上効果を得ることができる。

即ち、図５の低負荷線図に示すように、低負荷でかつ減圧直後の冷媒が気相リッチの状態では、第１流出口４１から流出する冷媒の乾き度Ｘ１を第２流出口４２から流出する冷媒の乾き度Ｘ２よりも低くすることができる。これにより、ノズル部５ａ側への液相冷媒の流量を増加させることができるため、流量比Ｇｅ／Ｇｎを小さくすることができ、エジェクタ５による昇圧量を大きくすることができる。したがって、低負荷時におけるエジェクタ効率を高く維持するとともに、昇圧量を確保して冷凍サイクルＣＯＰを向上させることができる。

以上のように、本実施形態の膨張弁３は、オリフィス３２の下流側に隣接する乾き度分布形成空間３６において、オリフィス３２で減圧された直後の冷媒を第１流出口４１及び第２流出口４２に分配するようになっている。オリフィス３２で減圧された直後の冷媒はミスト流となるため、慣性力を利用して冷媒の乾き度分布を形成するのが容易になる。このため、第１流出口４１及び第２流出口４２に分配する冷媒の乾き度を異ならせることによって、冷媒流量が少ないときにも、ノズル部５ａ側及び第２蒸発器７側に安定した流量分配をすることができる。したがって、第１蒸発器６及び第２蒸発器７やノズル部５ａの能力を効率良く発揮させることができる。

また本実施形態では、円筒状の乾き度分布形成空間３６において冷媒に旋回流を生じさせているため、気液の慣性力の差異を利用して、中心軸Ｃ１側ほど乾き度が高く、外周側ほど乾き度が低い乾き度分布を容易に形成することができる。本実施形態では、第２流出口４２は乾き度分布形成空間３６の中心軸Ｃ１上に接続され、第１流出口４１は第２流出口４２よりも外周側に接続されている。したがって、第１流出口４１からは乾き度の低い液相リッチ側の冷媒を流出させ、第２流出口４２からは乾き度の高い気相リッチ側の冷媒を流出させることができる。

さらに本実施形態では、乾き度分布形成空間３６において、冷媒流量が多く乾き度が低い場合には第１流出口４１及び第２流出口４２にほぼ均等に冷媒を分配することができ、冷媒流量が少なく乾き度が高い場合には第２流出口４２に優先して冷媒を分配することができる。したがって、熱負荷に応じて冷媒の流量分配を制御できるため、高負荷時には第１蒸発器６及び第２蒸発器７での過熱度上昇を抑制でき、低負荷時には圧縮機１への液相冷媒の流入（液バック）を抑制できる。また、冷媒流量が少ないときにも、ノズル部５ａ側に優先して冷媒を流すことができるため、ノズル部５ａをチョークさせることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態における膨張弁１０３の構成を示す模式的な断面図である。図６に示すように、膨張弁１０３は、第１流出口４３が乾き度分布形成空間３６の底部（高さの低い部分）に接続されている点に特徴を有している。乾き度分布形成空間３６では、冷媒の旋回流によって円筒外周側ほど乾き度が低くなるとともに、気液の密度差により生じる液相冷媒の重力沈降によって、底部は特に乾き度が低くなり易い。

本実施形態では、第１流出口４３が乾き度分布形成空間３６の底部に接続され、第２流出口４２が乾き度分布形成空間３６の中心軸Ｃ１上に接続されているため、第１流出口４１からは乾き度の低い冷媒を流出させ、第２流出口４２からは乾き度の高い冷媒を流出させることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７を用いて説明する。図７は、本実施形態における膨張弁１１３の構成を示す模式的な断面図である。図７に示すように、膨張弁１１３は、乾き度分布形成空間３７が冷媒に旋回流を生じさせる構造になっている必要はなく、乾き度分布形成空間３７にトラップ構造３８が形成されている点に特徴を有している。トラップ構造３８は、オリフィス３２から乾き度分布形成空間３７に流出する冷媒の流路上に設けられている。トラップ構造３８は例えば板状の形状を有し、水平に配置されている。これにより、オリフィス３２から上方に向かって流出する冷媒流は、トラップ構造３８の下面に衝突するようになっている。

第１流出口４３は乾き度分布形成空間３７の底部に接続され、第２流出口４２は第１流出口４３よりも上部に接続されている。例えば第２流出口４２は、トラップ構造３８よりもさらに上部に接続されている。

オリフィス３２から乾き度分布形成空間３７に流出した気液二相冷媒のうち、液相冷媒は気相冷媒よりも慣性力の影響を受け易いためトラップ構造３８に衝突して流速が低下する。流速が低下した液相冷媒は、気液の密度差により生じる重力沈降によって乾き度分布形成空間３７の下部に集まる。これにより、乾き度分布形成空間３７には、底部ほど乾き度が低くなる乾き度分布が形成される。したがって本実施形態によれば、第１流出口４３からは乾き度の低い冷媒を流出させ、第２流出口４２からは乾き度の高い冷媒を流出させることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態における膨張弁１２３の構成を示す模式的な断面図であり、図３に対応する断面を示している。図８に示すように、膨張弁１２３は、冷媒の旋回流の流路となる乾き度分布形成空間３６の円筒状内壁面３６ａ上に、中心軸Ｃ１側に向かって突出する板状のトラップ構造３９が形成されている点に特徴を有している。第１流出口４１は乾き度分布形成空間３６の底部近傍に接続され、第２流出口４２は第１流出口４１よりも上方である例えば中心軸Ｃ１上に接続されている。

オリフィス３２から乾き度分布形成空間３６に流出した冷媒には円筒状内壁面３６ａに沿う旋回流が生じ、液相冷媒は気相冷媒よりも慣性力の影響を受け易いためトラップ構造３９に衝突して流速が低下する。流速が低下した液相冷媒は、気液の密度差により生じる重力沈降によって乾き度分布形成空間３６の下部に集まる。これにより、乾き度分布形成空間３６には、底部ほど乾き度が低くなる乾き度分布が形成される。したがって本実施形態によれば、第１流出口４１からは乾き度の低い冷媒を流出させ、第２流出口４２からは乾き度の高い冷媒を流出させることができる。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、第１流出口４１が第２流出口４２よりも下方に接続されているが、第１流出口４１の接続位置は、第２流出口４２よりも外周側であれば上方や側方であってもよい。

また上記実施形態では、第１流出口４１、４３をノズル部５ａ側に接続し、第２流出口４２を第２蒸発器７側に接続しているが、第１流出口４１、４３を第２蒸発器７側に接続し、第２流出口４２をノズル部５ａ側に接続してもよい。

さらに上記実施形態では温度式の膨張弁を例に挙げたが、電磁式の膨張弁にも適用できる。

第１実施形態における蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示す図である。 第１実施形態における膨張弁の構成を示す模式的な断面図である。 第１実施形態における膨張弁の要部を図２の左方から見た構成を示す模式的な断面図である。 冷媒の乾き度に対する液相冷媒の分配比を示すグラフである。 冷凍サイクルの作動の一例を示す作動線図である。 第２実施形態における膨張弁の構成を示す模式的な断面図である。 第３実施形態における膨張弁の構成を示す模式的な断面図である。 第４実施形態における膨張弁の構成を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
３、１０３、１１３、１２３ 膨張弁
５ エジェクタ
５ａ ノズル部
５ｂ 吸引部
６ 第１蒸発器
７ 第２蒸発器
３１ 流入部
３２ オリフィス
３４ 弁体
３６、３７ 乾き度分布形成空間
３８、３９ トラップ構造
４１、４３ 第１流出口
４２ 第２流出口
５２ 感温駆動部

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）で放熱した冷媒のうち一部の冷媒を取り入れてノズル部（５ａ）から噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、当該冷媒流によって冷媒を吸引部（５ｂ）から吸引するエジェクタ（５）と、
   前記エジェクタ（５）から流出した冷媒を蒸発させ、前記圧縮機（１）側に流出させる第１蒸発器（６）と、
   前記放熱器（２）で放熱した冷媒のうち残余の冷媒を取り入れて蒸発させ、前記吸引部（５ｂ）側に流出させる第２蒸発器（７）と、を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられる膨張弁であって、
   該膨張弁（３）は、
   減圧した冷媒を前記エジェクタ（５）の前記ノズル部（５ａ）側及び前記第２蒸発器（７）側の２つの流路に分配する機能を有し、
   前記放熱器（２）で放熱した冷媒を流入させる流入部（３１）と、
   前記流入部（３１）よりも下流側に設けられ、流入した冷媒を絞り膨張させて気液二相冷媒とするオリフィス（３２）と、
   前記オリフィス（３２）を通過する冷媒の流量を調節する弁体（３４）と、
   前記弁体（３４）を駆動する駆動部（５２）と、
   前記オリフィス（３２）の下流側に隣接して設けられ、前記オリフィス（３２）で減圧された直後のミスト域の冷媒に旋回流を生じさせ、慣性力を利用して冷媒の乾き度分布を形成する乾き度分布形成空間（３６）と、
   前記乾き度分布形成空間（３６）に接続され、前記ノズル部（５ａ）側又は前記第２蒸発器（７）側の一方に冷媒を流出させる第１流出口（４１）と、
   前記乾き度分布形成空間（３６）に接続され、前記第１流出口（４１）から流出する冷媒よりも乾き度の高い冷媒を前記ノズル部（５ａ）側又は前記第２蒸発器（７）側の他方に流出させる第２流出口（４２）と、を有することを特徴とする膨張弁。
2. 前記乾き度分布形成空間（３６）は、前記オリフィス（３２）が接線方向に接続された円筒状の形状を有し、前記オリフィス（３２）から流出した気液二相冷媒に旋回流を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記第１流出口（４１）は、前記乾き度分布形成空間（３６）において前記第２流出口（４２）よりも円筒外周側に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
4. 前記第２流出口（４２）は、前記乾き度分布形成空間（３６）の中心軸（Ｃ１）上に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の膨張弁。
5. 前記第１流出口（４３）は、前記乾き度分布形成空間（３６）の底部に接続されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の膨張弁。
6. 前記乾き度分布形成空間（３６、３７）は、前記オリフィス（３２）から流出する冷媒の流路上に形成されたトラップ構造（３８、３９）を有し、
   前記第１流出口（４１、４３）は、前記乾き度分布形成空間（３６、３７）において前記第２流出口（４２）よりも下方に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の膨張弁。
7. 前記第１蒸発器（６）及び前記第２蒸発器（７）の少なくとも一方に直結されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の膨張弁。
8. 冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）で放熱した冷媒のうち一部の冷媒を取り入れてノズル部（５ａ）から噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、当該冷媒流によって冷媒を吸引部（５ｂ）から吸引するエジェクタ（５）と、
   前記エジェクタ（５）から流出した冷媒を蒸発させ、前記圧縮機（１）側に流出させる第１蒸発器（６）と、
   前記放熱器（２）で放熱した冷媒のうち残余の冷媒を取り入れて蒸発させ、前記吸引部（５ｂ）側に流出させる第２蒸発器（７）と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の膨張弁とを有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。

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