JP5729359B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒回路を切替可能に構成された冷凍サイクル装置に関する。

従来、特許文献１に、熱交換対象流体である送風空気を加熱して空調対象空間の暖房を行う暖房モードにおける冷媒回路と、送風空気を冷却して空調対象空間の冷房を行う冷房モードにおける冷媒回路とを切替可能に構成された蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置が開示されている。

さらに、この特許文献１の冷凍サイクル装置では、暖房モードおよび冷房モードのいずれの運転モードの冷媒回路に切り替えた際にも、圧縮機にて圧縮過程の冷媒にサイクル内の中間圧気相冷媒を合流させるガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）を構成している。これにより、特許文献１の冷凍サイクル装置では、双方の運転モードにおいて圧縮機の圧縮効率を向上させ、冷凍サイクル装置の成績係数（ＣＯＰ）を向上させるようにしている。

ところで、冷凍サイクル装置のＣＯＰの向上を狙ったサイクル構成としては、ガスインジェクションサイクルの他にも、特許文献２に開示されているように、冷媒減圧手段としてエジェクタを採用したエジェクタ式冷凍サイクルが知られている。この種のエジェクタ式冷凍サイクルでは、エジェクタのノズル部から噴射される噴射冷媒の吸引作用によって蒸発器から流出した冷媒を吸引して、ノズル部にて冷媒が減圧する際の運動エネルギの損失を回収している。

そして、回収した運動エネルギおよび噴射冷媒の運動エネルギを、エジェクタのディフューザ部にて圧力エネルギに変換する。これにより、エジェクタ式冷凍サイクルでは、圧縮機の吸入側冷媒圧力を上昇させることができ、膨張弁等を備える通常の冷凍サイクル装置よりも圧縮機の駆動動力を低減させることによって、ＣＯＰを向上させている。

特許第３２５７３６１号公報 特開２００３−１４３１８号公報

従って、ガスインジェクションサイクルにエジェクタを適用することで、さらなるＣＯＰ向上効果を期待できる。しかしながら、エジェクタは、一般的に、高圧冷媒をノズル部へ流入させる冷媒流入口、蒸発器から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口、およびディフューザ部にて昇圧した冷媒を外部へ流出させる冷媒流出口の３つの冷媒流入出口を有している。このため、冷媒回路構成を変更することなく、エジェクタを特許文献１の冷凍サイクル装置に適用することはできない。

さらに、特許文献１にも、冷媒回路の異なる複数の運転モードにおいてガスインジェクションサイクルを構成可能なエジェクタ式冷凍サイクルについて何ら記載されていない。また、特許文献１の冷凍サイクル装置のサイクル構成を変更して、エジェクタを適用した場合に、冷媒回路の異なる複数の運転モードにおいてガスインジェクションサイクルを構成しようとすると、サイクル構成が極めて複雑化してしまう。

上記点に鑑み、本発明は、冷媒減圧手段としてエジェクタを備える冷凍サイクル装置において、冷媒回路の異なる複数の運転モードにおいてガスインジェクションサイクルを構成することを目的とする。

さらに、本発明は、冷媒減圧手段としてエジェクタを備える冷凍サイクル装置において、サイクル構成の複雑化を招くことなく、冷媒回路の異なる複数の運転モードにおいてガスインジェクションサイクルを構成することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）の吐出口（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒を熱交換対象流体と熱交換させる第１利用側熱交換器（１２）と、冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて、圧縮機（１１）の吸入口（１１ａ）側へ流出させる第２利用側熱交換器（２０）と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１８）と、冷媒を減圧させるノズル部（１４ａ、４０ｂ、４５）から噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒吸引口（１４ｃ、４１ｂ）から冷媒を吸引し、噴射冷媒と冷媒吸引口（１４ｃ、４１ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部（１４ｄ、４０ｅ、４５）を有するエジェクタ（１４）と、エジェクタ（１４）から流出した冷媒の気液を分離する気液分離手段（１５、４０ｆ）と、気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された気相冷媒を、圧縮機（１１）に設けられた中間圧吸入口（１１ｂ）へ導いて、圧縮機（１１）にて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧冷媒通路（１９）と、室外熱交換器（１８）と気液分離手段（１５、４０ｆ）とを接続する冷媒通路を流れる冷媒を減圧させる第１可変絞り機構（１６）と、第２利用側熱交換器（２０）と気液分離手段（１５、４０ｆ）とを接続する冷媒通路を流れる冷媒を減圧させる第２可変絞り機構（１７）と、サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１３）とを備え、
冷媒流路切替手段（１３）は、
第１運転モード時には、第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を、ノズル部（１４ａ、４０ｂ、４５）へ流入させ、さらに、気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された液相冷媒を第２可変絞り機構（１７）を介して第２利用側熱交換器（２０）へ流入させるとともに、気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された液相冷媒を第１可変絞り機構（１６）→室外熱交換器（１８）→冷媒吸引口（１４ｃ、４１ｂ）の順に流し、
第２運転モード時には、第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を、室外熱交換器（１８）→第１可変絞り機構（１６）→気液分離手段（１５、４０ｆ）の順に流し、さらに、気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された液相冷媒を第２可変絞り機構（１７）を介して第２利用側熱交換器（２０）へ流入させる冷凍サイクル装置を特徴としている。

これによれば、第１運転モードでは、エジェクタ（１４）にて減圧された中間圧の冷媒を気液分離手段（１５、４０ｆ）にて気液分離し、気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された気相冷媒を、圧縮機（１１）の中間圧吸入口（１１ｂ）へ導いて、圧縮機（１１）にて圧縮過程の冷媒に合流させることができる。すなわち、第１運転モード時にガスインジェクションサイクルを構成できる。

また、第２運転モードでは、第１可変絞り機構（１６）にて減圧された中間圧の冷媒を気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離し、気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された気相冷媒を、圧縮機（１１）の中間圧吸入口（１１ｂ）へ導いて、圧縮機（１１）にて圧縮過程の冷媒に合流させることができる。すなわち、第２運転モード時にガスインジェクションサイクルを構成できる。

従って、冷媒減圧手段としてエジェクタ（１４）を備える冷凍サイクル装置において、冷媒回路の異なる複数の運転モードにおいてガスインジェクションサイクルを構成することができる。

さらに、第１運転モード時には、気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された液相冷媒を第２可変絞り機構（１７）を介して第２利用側熱交換器（２０）へ流入させるとともに、気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された液相冷媒を第１可変絞り機構（１６）を介して室外熱交換器（１８）へ流入させるので、第２利用側熱交換器（２０）および室外熱交換器（１８）を冷媒流れに対して並列的に接続することができる。

これにより、例えば、第２利用側熱交換器（２０）における冷媒蒸発温度を室外熱交換器（１８）における冷媒蒸発温度よりも高くなるように、第２可変絞り機構（１７）および第１可変絞り機構（１６）の絞り開度を調整することによって、第２利用側熱交換器（２０）に着霜が生じてしまうことを抑制しつつ、室外熱交換器（１８）における冷媒の吸熱量を増加させることもできる。

より具体的には、第１運転モード時には、第１可変絞り機構（１６）における冷媒減圧量が、第２可変絞り機構（１７）における冷媒減圧量よりも大きくなるようにすればよい。

さらに、第２運転モード時には、室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を第１可変絞り機構（１６）を介して気液分離手段（１５、４０ｆ）へ流入させるので、第１運転モード時に対して、室外熱交換器（１８）における冷媒流れを逆流させることができる。これにより、第１運転モード時に中間圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させるために必須の構成である第１可変絞り機構（１６）を第２運転モード時に高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させるために利用することができる。

従って、冷媒減圧手段としてエジェクタ（１４）を備える冷凍サイクル装置において、サイクル構成の複雑化を招くことなく、冷媒回路の異なる複数の運転モードにおいてガスインジェクションサイクルを構成することができる。

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。

第１実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時に冷媒回路を示す全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時に冷媒回路を示す全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時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モジュールの軸方向断面図である。

（第１実施形態）
図１〜図４により、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置１０を、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車に搭載される車両用空調装置１に適用している。この冷凍サイクル装置１０は、車両用空調装置１において、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を加熱あるいは冷却する機能を果たす。従って、本実施形態の熱交換対象流体は送風空気である。

さらに、冷凍サイクル装置１０は、図１、図２に示すように、送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房モード（第１運転モード）の冷媒回路（図１参照）、送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房モード（第２運転モード）の冷媒回路（図２参照）に切替可能に構成されている。なお、図１、図２では、それぞれの運転モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示している。

また、この冷凍サイクル装置１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力Ｐｄが冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、ＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

圧縮機１１は、車両のボンネット内に配置され、冷凍サイクル装置１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。この圧縮機１１は、その外殻を形成するハウジングの内部に、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との２つの圧縮機構、および、双方の圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された二段昇圧式の電動圧縮機（ガスインジェクション式の電動圧縮機）である。

圧縮機１１のハウジングには、ハウジングの外部から低段側圧縮機構へ低圧冷媒を吸入させる吸入口１１ａ、ハウジングの外部からハウジングの内部へ中間圧冷媒を流入させて低圧から高圧への圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧吸入口１１ｂ、および高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒をハウジングの外部へ吐出させる吐出口１１ｃが設けられている。

より具体的には、中間圧吸入口１１ｂは、低段側圧縮機構の冷媒吐出口側（すなわち、高段側圧縮機構の冷媒吸入口側）に接続されている。また、低段側圧縮機構および高段側圧縮機は、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構等の各種形式のものを採用することができる。

電動モータは、図示しないインバータから出力される交流電圧によって、その作動（回転数）が制御される交流モータである。また、このインバータは、後述する空調制御装置から出力される制御信号に応じた周波数の交流電圧を出力する。そして、この周波数（回転数）制御によって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。従って、電動モータは、圧縮機１１の吐出能力変更手段を構成している。

なお、本実施形態では、２つの圧縮機構を１つのハウジング内に収容した圧縮機１１を採用しているが、圧縮機の形式はこれに限定されない。つまり、中間圧吸入口１１ｂから中間圧冷媒を流入させて低圧から高圧への圧縮過程の冷媒に合流させることが可能であれば、ハウジングの内部に、１つの固定容量型の圧縮機構およびこの圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機であってもよい。

さらに、２つの圧縮機を直列に接続して、低段側に配置される低段側圧縮機の吸入口を圧縮機１１全体としての吸入口１１ａとし、高段側に配置される高段側圧縮機の吐出口を圧縮機１１全体としての吐出口１１ｃとし、低段側圧縮機の吐出口と高段側圧縮機との吸入口とを接続する接続部に中間圧吸入口１１ｂを設け、低段側圧縮機と高段側圧縮機との双方によって、１つの二段昇圧式の圧縮機を構成してもよい。

圧縮機１１の吐出口１１ｃには、室内凝縮器１２の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、後述する車両用空調装置１の室内空調ユニット３０のケーシング３１内に配置され、圧縮機１１（具体的には、高段側圧縮機構）から吐出された高圧冷媒と後述する室内蒸発器２０通過後の送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する加熱用熱交換器（第１利用側熱交換器）である。

室内凝縮器１２の冷媒出口側には、四方弁１３の１つの冷媒流入出口が接続されている。この四方弁１３は、暖房モードにおける冷媒回路と冷房モードにおける冷媒回路とを切り替える冷媒回路切替手段であって、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される電気式の四方弁である。

具体的には、四方弁１３は、暖房モード時には、室内凝縮器１２の冷媒出口側とエジェクタ１４のノズル部１４ａの冷媒入口側との間および後述する室外熱交換器１８の一方の冷媒流入出口１８ａ側とエジェクタ１４のボデー部１４ｂに形成された冷媒吸引口１４ｃ側との間を同時に接続する冷媒回路（図１の実線矢印で示す回路）に切り替える。一方、冷房モード時には、室内凝縮器１２の冷媒出口側と室外熱交換器１８の一方の冷媒流入出口１８ａ側との間を接続する冷媒回路（図２の実線矢印で示す回路）に切り替える。

なお、冷房モード時の四方弁１３は、エジェクタ１４のノズル部１４ａの冷媒入口側と冷媒吸引口１４ｃとの間も接続しているが、冷房モード時にノズル部１４ａの冷媒入口側と冷媒吸引口１４ｃとの間で冷媒は流れることはない。従って、冷房モード時にはエジェクタ１４はその機能を発揮しない。

エジェクタ１４は、高圧冷媒を減圧する冷媒減圧手段の機能を果たすとともに、高速で噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引（輸送）してサイクル内を循環させる冷媒循環手段（冷媒輸送手段）としての機能を果たすものである。

より具体的には、エジェクタ１４は、ノズル部１４ａおよびボデー部１４ｂを有して構成されている。ノズル部１４ａは、略円筒状の金属（例えば、真鍮、ステンレス合金）で形成されており、冷媒流れ方向に向かって先細り形状に形成されている。そして、内部に形成される冷媒通路面積を変化させ、冷媒を等エントロピ的に減圧させる。

ノズル部１４ａの内部に形成される冷媒通路には、冷媒通路面積が最も縮小した喉部（最小通路面積部）が形成され、さらに、喉部から冷媒を噴射する冷媒噴射口へ向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する末広部が形成されている。つまり、ノズル部１４ａは、ラバールノズルとして構成されており、喉部における冷媒の流速が音速以上となるように設定されている。もちろん、ノズル部１４ａを先細ノズルで構成してもよい。

ボデー部１４ｂは、略円筒状の金属（例えば、アルミニウム）で形成されており、その内部にノズル部１４ａを支持固定する固定部材として機能するとともに、エジェクタ１４の外殻を形成するものである。具体的には、ノズル部１４ａは、ボデー部１４ｂの長手方向一端側の内部に収容されるように圧入にて固定されている。従って、ノズル部１４ａとボデー１４ｂとの固定部（圧入部）から冷媒が漏れることはない。

また、ボデー部１４ｂの外周側面のうち、ノズル部１４ａの外周側に対応する部位には、その内外を貫通してノズル部１４ａの冷媒噴射口と連通するように設けられた冷媒吸引口１４ｃが形成されている。この冷媒吸引口１４ｃは、暖房モード時に、ノズル部１４ａから噴射される噴射冷媒の吸引作用によって室外熱交換器１８の一方の冷媒流入出口１８ａから流出した冷媒をエジェクタ１４の内部へ吸引する貫通穴である。

さらに、ボデー部１４ｂの内部には、冷媒吸引口１４ｃから吸引された吸引冷媒をディフューザ部１４ｄへ導く吸引通路、および、噴射冷媒と冷媒吸引口１４ｃおよび吸引通路を介して流入した吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部としてのディフューザ部１４ｄが形成されている。

吸引通路は、ノズル部１４ａの先細り形状の先端部周辺の外周側とボデー部１４ｂの内周側との間の空間に形成されており、吸引通路の冷媒通路面積は、冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小している。これにより、吸引通路を流通する吸引冷媒の流速を徐々に増加させて、ディフューザ部１４ｄにて吸引冷媒と噴射冷媒が混合する際のエネルギ損失（混合損失）を減少させている。

ディフューザ部１４ｄは、吸引通路の出口に連続するように配置されて、冷媒通路面積が徐々に拡大するように形成されている。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させながら、噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換する機能、すなわち、混合冷媒の流速を減速させて混合冷媒の圧力を上昇させる機能を果たす。

エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの冷媒出口側には、気液分離器１５の冷媒入口側が接続されている。気液分離器１５は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離手段である。また、この気液分離器１５には、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口１５ａと、分離された液相冷媒を流出させる第１、第２液相冷媒流出口１５ｂ、１５ｃが設けられている。

気液分離器１５の気相冷媒流出口１５ａには、中間圧冷媒通路１９を介して、圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂが接続されている。なお、中間圧冷媒通路１９には、気液分離器１５の気相冷媒流出口１５ａ側から圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂ側へ冷媒が流れることのみを許容する図示しない逆止弁が配置されている。

また、気液分離器１５の第１液相冷媒流出口１５ｂには、第１可変絞り機構１６を介して、室外熱交換器１８の他方の冷媒流入出口１８ｂが接続されており、第２液相冷媒流出口１５ｃには、第２可変絞り機構１７を介して室内蒸発器２０の冷媒入口側が接続されている。

第１、第２可変絞り機構１６、１７は、それぞれ絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。なお、第１、第２可変絞り機構１６、１７は、空調制御装置から出力される制御信号（制御パルス）によって、その作動が制御される。

室外熱交換器１８は、その内部を流通する冷媒と図示しない送風ファンから送風された外気とを熱交換させる熱交換器である。さらに、室外熱交換器１８は、暖房モード時には、内部へ流入した冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房モード時には、内部へ流入した冷媒に放熱させる放熱器として機能する。

室内蒸発器２０は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内のうち、室内凝縮器１２の送風空気流れ上流側に配置され、その内部を流通する冷媒を、室内凝縮器１２通過前の送風空気と熱交換させて蒸発させ、吸熱作用を発揮させることにより送風空気を冷却する冷却用熱交換器（第２利用側熱交換器）である。室内蒸発器２０の冷媒出口側には、圧縮機１１の吸入口１１ａ側が接続されている。

次に、室内空調ユニット３０について説明する。室内空調ユニット３０は、冷凍サイクル装置１０によって温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すためのもので、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されている。さらに、室内空調ユニット３０は、その外殻を形成するケーシング３１内に送風機３２、室内蒸発器２０、室内凝縮器１２等を収容して構成されている。

ケーシング３１は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成するもので、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。このケーシング３１内の送風空気流れ最上流側には、ケーシング３１内へ内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入する内外気切替手段としての内外気切替装置３３が配置されている。

内外気切替装置３３は、ケーシング３１内へ内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

内外気切替装置３３の送風空気流れ下流側には、内外気切替装置３３を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風手段としての送風機（ブロワ）３２が配置されている。この送風機３２は、遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される。

送風機３２の送風空気流れ下流側には、室内蒸発器２０および室内凝縮器１２が、送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、室内蒸発器２０は、室内凝縮器１２よりも送風空気流れ上流側に配置されている。また、ケーシング３１内には、室内蒸発器２０を通過した送風空気を、室内凝縮器１２を迂回させて下流側へ流す冷風バイパス通路３５が形成されている。

室内蒸発器２０の送風空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器１２の送風空気流れ上流側には、室内蒸発器２０通過後の送風空気のうち、室内凝縮器１２を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア３６が配置されている。

また、室内凝縮器１２の送風空気流れ下流側には、室内凝縮器１２にて加熱された送風空気と冷風バイパス通路３５を通過して室内凝縮器１２にて加熱されていない送風空気とを混合させる図示しない混合空間が設けられている。さらに、ケーシング３１の送風空気流れ最下流部には、混合空間にて混合された送風空気（空調風）を、空調対象空間である車室内へ吹き出す開口穴が配置されている。

具体的には、この開口穴としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴（いずれも図示せず）が設けられている。これらのフェイス開口穴、フット開口穴およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口（いずれも図示せず）に接続されている。

従って、エアミックスドア３６が室内凝縮器１２を通過させる風量と冷風バイパス通路３５通過させる風量との風量割合を調整することによって、混合空間にて混合される空調風の温度が調整されて、各吹出口から車室内へ吹き出される空調風の温度が調整される。

つまり、エアミックスドア３６は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。なお、エアミックスドア３６は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

また、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア（いずれも図示せず）が配置されている。

これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、開口穴モードを切り替える開口穴モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。なお、この電動アクチュエータも、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

吹出口モード切替手段によって切り替えられる吹出口モードとしては、具体的に、フェイス吹出口を全開してフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイスモード、フェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出すバイレベルモード、フット吹出口を全開するとともにデフロスタ吹出口を小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出すフットモード、およびフット吹出口およびデフロスタ吹出口を同程度開口して、フット吹出口およびデフロスタ吹出口の双方から空気を吹き出すフットデフロスタモードがある。

さらに、乗員が操作パネルに設けられた吹出モード切替スイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタ吹出口を全開してデフロスタ吹出口から車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出すデフロスタモードとすることもできる。

次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置は、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ている。そして、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された圧縮機１１（具体的には、圧縮機１１駆動用のインバータ）、四方弁１３、第１、第２可変絞り機構１６、１７、前述した各種電動アクチュエータといった各種空調制御機器の作動を制御する。

また、空調制御装置の入力側には、車室内温度（内気温）Ｔｒを検出する内気温検出手段としての内気センサ、車室外温度（外気温）Ｔａｍを検出する外気温検出手段としての外気センサ、車室内へ照射される日射量Ｔｓを検出する日射量検出手段としての日射センサ、圧縮機１１吐出冷媒の吐出冷媒温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ、圧縮機１１吐出冷媒の吐出冷媒圧力（高圧側冷媒圧力）Ｐｄを検出する吐出圧力センサ、室内蒸発器２０における冷媒蒸発温度（蒸発器温度）Ｔｅｆｉｎを検出する蒸発器温度センサ、混合空間から車室内へ送風される送風空気温度ＴＡＶを検出する送風空気温度センサ、室外熱交換器１８の室外器温度Ｔｓを検出する室外熱交換器温度センサ等の空調制御用のセンサ群の検出信号が入力される。

なお、本実施形態の吐出冷媒圧力Ｐｄは、暖房モードでは、圧縮機１１の冷媒吐出口側からエジェクタ１４のノズル部１４ａ入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力となり、冷房モードでは、圧縮機１１の冷媒吐出口側から第１可変絞り機構１６へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力となる。

また、本実施形態の蒸発器温度センサは、具体的には、室内蒸発器２０の熱交換フィン温度を検出している。もちろん、蒸発器温度センサとして、室内蒸発器２０のその他の部位の温度を検出する温度検出手段を採用してもよい。また、本実施形態では、送風空気温度ＴＡＶを検出する送風空気温度センサを設けているが、この送風空気温度ＴＡＶとして、蒸発器温度Ｔｅｆｉｎ、吐出冷媒温度Ｔｄ等に基づいて算出された値を採用してもよい。

さらに、空調制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。この操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置１の自動制御運転を設定あるいは解除するオートスイッチ、運転モードを切り替える運転モード切替スイッチ、送風機３２の風量をマニュアル設定する風量設定スイッチ、車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定手段としての温度設定スイッチ、吹出モードをマニュアル設定する吹出モード切替スイッチ等がある。

なお、空調制御装置は、その出力側に接続された各種空調用構成機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの空調用構成機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの空調用構成機器の作動を制御する制御手段を構成している。

例えば、本実施形態では、圧縮機１１の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が吐出能力制御手段を構成し、冷媒回路切替手段を構成する四方弁１３の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が冷媒回路制御手段を構成している。もちろん、吐出能力制御手段、冷媒回路制御手段等を空調制御装置に対して別体の空調制御装置として構成してもよい。

次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動について説明する。前述の如く、本実施形態の車両用空調装置１では、冷房モードおよび暖房モードの運転に切り替えることができる。

まず、暖房モードでは、空調制御装置が、図１に示すように、室内凝縮器１２の冷媒出口側とエジェクタ１４のノズル部１４ａの冷媒入口側との間および室外熱交換器１８の一方の冷媒流入出口１８ａ側とエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｃ側との間を同時に接続するように四方弁１３の作動を制御する。

さらに、空調制御装置は、第１、第２可変絞り機構１６、１７が予め定めた減圧能力を発揮できるように、それぞれの絞り開度を調整する。より詳細には、第１、第２可変絞り機構１６、１７の絞り開度は、室内蒸発器２０出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度ＳＨに近づくように決定される。さらに、第１可変絞り機構１６の絞り開度は、第１可変絞り機構１６における冷媒減圧量が、第２可変絞り機構１７における冷媒減圧量よりも大きくなるように決定される。

これにより、暖房モードでは、図１の実線矢印に示すように、圧縮機１１→室内凝縮器１２→（四方弁１３→）エジェクタ１４のノズル部１４ａ→気液分離器１５の順に流し、気液分離器１５にて分離された気相冷媒を圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂへ導き、さらに、気液分離器１５にて分離された液相冷媒を第２可変絞り機構１７を介して室内蒸発器２０へ流入させるとともに、気液分離器１５にて分離された液相冷媒を第１可変絞り機構１６→室外熱交換器１８→（四方弁１３→）エジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｃの順に流す冷媒回路に切り替えられる。

この冷媒回路の構成で、空調制御装置が、上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、読み込まれた検出信号および操作信号の値に基づいて車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算出する。さらに、算出された目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。

例えば、圧縮機１１の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内凝縮器１２の目標凝縮器温度ＴＣＯを決定する。

そして、この目標凝縮器温度ＴＣＯと吐出温度センサによって検出された吐出冷媒温度Ｔｄとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法等を用いて吐出冷媒温度Ｔｄが目標凝縮器温度ＴＣＯに近づくように、圧縮機１１の冷媒吐出能力が決定される。

また、エアミックスドア３６のサーボモータへ出力される制御信号については、送風空気温度センサによって検出された送風空気温度ＴＡＶが、目標吹出温度ＴＡＯに近づくように決定される。なお、暖房モード時には、図１の実線で図示するように、送風機３２にて冷却された送風空気の全風量が室内凝縮器１２を通過するようにエアミックスドア３６の開度を制御してもよい。

そして、上記の如く決定された制御信号等を各種空調制御機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンが繰り返される。なお、このような制御ルーチンの繰り返しは、冷房モード時にも同様に行われる。

従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置１０では、図３のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒（図３のａ１点）は、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２０にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する（図３のａ１点→ｂ１点）。これにより、室内蒸発器２０通過後の送風空気が加熱されて車室内の暖房がなされる。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、四方弁１３を介してエジェクタ１４のノズル部１４ａへ流入して等エントロピ的に減圧されて噴射される（図３のｂ１点→ｃ１点）。なお、本実施形態では、図３のモリエル線図に示すように、暖房モードの通常運転時に室内凝縮器１２から流出する冷媒が予め定めた基準過冷却度ＳＣに近づくように、エジェクタ１４のノズル部１４ａの冷媒通路面積が設定されている。

そして、ノズル部１４ａから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、室外熱交換器１８から流出した冷媒がエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｃから吸引される。さらに、ノズル部１４ａから噴射された噴射冷媒および冷媒吸引口１４ｃを介して吸引された吸引冷媒は、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄへ流入する（図３のｃ１点→ｄ１点、ｉ１点→ｄ１点）。

ディフューザ部１４ｄでは、冷媒通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒が混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する（図３のｄ１点→ｅ１点）。

ディフューザ部１４ｄから流出した冷媒は気液分離器１５へ流入して気液分離される（図３のｅ１点→ｆ１点、ｅ１点→ｇ１点）。気液分離器１５にて分離された気相冷媒は、中間圧冷媒通路１９を介して、圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂから吸入される（図３のｇ１点→ｍ１点）。

一方、気液分離器１５にて分離された液相冷媒のうち、第１液相冷媒流出口１５ｂを介して第１可変絞り機構１６側へ流入した冷媒は、第１可変絞り機構１６にて等エンタルピ的に減圧されて室外熱交換器１８へ流入する（図３のｆ１点→ｈ１）。室外熱交換器１８へ流入した冷媒は、送風ファンから送風された外気と熱交換して蒸発する（図３のｈ１点→ｉ１）。

また、気液分離器１５にて分離された液相冷媒のうち、第２液相冷媒流出口１５ｃを介して第２可変絞り機構１７側へ流入した冷媒は、第２可変絞り機構１７にて等エンタルピ的に減圧されて室内蒸発器２０へ流入する（図３のｆ１点→ｊ１）。室内蒸発器２０へ流入した冷媒は、送風機３２から送風された送風空気として熱交換して蒸発する。（図３のｊ１点→ｋ１点）。

室内蒸発器２０から流出した冷媒は圧縮機１１の吸入口１１ａから吸入され、低段側圧縮機構にて中間圧冷媒となるまで圧縮される（図３のｋ１点→Ｌ１点）。低段側圧縮機構にて圧縮された冷媒は中間圧吸入口１１ｂから吸入された冷媒と合流して（図３のＬ１点→ｍ１点、ｇ１点→ｍ１点）、高段側圧縮機構にて高圧冷媒となるまで圧縮され、吐出される（図３のｍ１点→ａ１点）。

上記の如く、暖房モードでは、室内蒸発器２０にて冷却された送風空気を室内凝縮器１２にて再加熱することによって車室内の暖房を実現している。この際、本実施形態の暖房モードでは、室外熱交換器１８を蒸発器として機能させて、外気から吸熱した熱を用いて送風空気を加熱しているので、送風空気の温度を充分に上昇させて車室内の暖房を実現することができる。

次に、冷房モードについて説明する。冷房モードでは、空調制御装置が、図２に示すように、室内凝縮器１２の冷媒出口側と室外熱交換器１８の一方の冷媒流入出口１８ａ側との間を接続するように四方弁１３の作動を制御する。

さらに、空調制御装置は、第１、第２可変絞り機構１６、１７が予め定めた減圧能力を発揮できるように、それぞれの絞り開度を調整する。より詳細には、第１可変絞り機構１６の絞り開度は、室内凝縮器１２の他方の冷媒流入出口１８ｂから流出した冷媒の過冷却度が基準過冷却度ＳＣに近づくように決定される。また、第２可変絞り機構１７の絞り開度は、室内蒸発器２０出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度ＳＨに近づくように決定される。

これにより、冷房モードでは、図２の実線矢印に示すように、圧縮機１１→室内凝縮器１２→（四方弁１３→）室外熱交換器１８→第１可変絞り機構１６→気液分離器１５の順に流し、気液分離器１５にて分離された気相冷媒を圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂへ導き、さらに、気液分離器１５にて分離された液相冷媒を第２可変絞り機構１７を介して室内蒸発器２０へ流入させる冷媒回路に切り替えられる。

この冷媒回路の構成で、空調制御装置が、目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。例えば、圧縮機１１の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器２０から吹き出される送風空気の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。

そして、この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯと蒸発器温度センサの検出値との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて室内蒸発器２０を通過した空気の温度が、目標吹出温度ＴＡＯに近づくように圧縮機１１に出力される制御信号が決定される。

また、エアミックスドア３６のサーボモータへ出力される制御信号については、送風空気温度センサによって検出された送風空気温度ＴＡＶが、目標吹出温度ＴＡＯに近づくように決定される。なお、暖房モード時には、図２に図示するように、送風機３２から送風された車室内送風空気の全風量が、冷風バイパス通路３５側を通過するようにエアミックスドア３６の開度を制御してもよい。

従って、冷房モード時の冷凍サイクル装置１０では、図４のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒（図４のａ２点）は、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２０にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する（図４のａ２点→ｂ２’点）。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、四方弁１３を介して室外熱交換器１８の一方の冷媒流入出口１８ａから室外熱交換器１８内へ流入する。室外熱交換器１８内へ流入した冷媒は、送風ファンから送風された外気と熱交換してさらに放熱する（図４のｂ２’点→ｂ２点）。室外熱交換器１８の他方の冷媒流入出口１８ｂから流出した冷媒は、第１可変絞り機構１６にて等エンタルピ的に減圧される（図４のｂ２点→ｅ２）。

第１可変絞り機構１６から流出した冷媒は、気液分離器１５の第１液相冷媒流出口１５ｂから気液分離器１５内へ逆流して、気液分離される（図４のｅ２点→ｆ２点、ｅ１点→ｇ２点）。気液分離器１５にて分離された気相冷媒は、暖房モード時と同様に、中間圧冷媒通路１９を介して、圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂから吸入される（図４のｇ２点→ｍ２点）。

一方、気液分離器１５にて分離された液相冷媒は、第２液相冷媒流出口１５ｃを介して第２可変絞り機構１７側へ流入する。第２可変絞り機構１７へ流入した冷媒は、第２可変絞り機構１７にて等エンタルピ的に減圧されて室内蒸発器２０へ流入する（図４のｆ２点→ｊ２）。室内蒸発器２０へ流入した冷媒は、送風機３２から送風された送風空気として熱交換して蒸発する。（図４のｊ２点→ｋ２点）。これにより、送風空気が冷却されて車室内の冷房がなされる。

室内蒸発器２０から流出した冷媒は圧縮機１１の吸入口１１ａから吸入され、低段側圧縮機構にて中間圧冷媒となるまで圧縮される（図４のｋ２点→Ｌ２点）。低段側圧縮機構にて圧縮された冷媒は中間圧吸入口１１ｂから吸入された冷媒と合流して（図４のＬ２点→ｍ２点、ｇ２点→ｍ２点）、高段側圧縮機構にて高圧冷媒となるまで圧縮され、吐出される（図４のｍ２点→ａ２点）。

上記の如く、冷房モードでは、室内蒸発器２０にて送風空気を冷却することによって、車室内の冷房を実現している。この際、本実施形態の冷房モードでは、室外熱交換器１８を放熱器として機能させて、送風空気の有する熱を外気へ放熱させるので、室内蒸発器２０にて冷却された送風空気を室内凝縮器１２にて再加熱しても、送風空気の温度を車室内の冷房を実現できる程度に充分に低下させることができる。

本実施形態の車両用空調装置１は、以上の如く作動して、車室内の冷房および暖房を実現することができる。さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置１０によれば、暖房モード（第１運転モード）時には、エジェクタ１４にて減圧された中間圧の冷媒を気液分離器１５にて気液分離し、分離された気相冷媒を圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂへ導いて、圧縮機１１にて圧縮過程の冷媒に合流させることができる。すなわち、暖房モード時にガスインジェクションサイクルを構成できる。

また、冷房モード（第２運転モード）では、第１可変絞り機構１６にて減圧された中間圧の冷媒を気液分離器１５にて気液分離し、分離された気相冷媒を圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂへ導いて、圧縮機１１にて圧縮過程の冷媒に合流させることができる。すなわち、第２運転モード時にガスインジェクションサイクルを構成できる。

さらに、冷房モード時には、室外熱交換器１８から流出した冷媒を第１可変絞り機構１６を介して気液分離器１５へ流入させるので、暖房モード時に対して、室外熱交換器１８における冷媒流れを逆流させることができる。これにより、暖房モード時に中間圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させるために必須の構成である第１可変絞り機構１６を冷房モード時に高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させるために利用することができる。

従って、冷媒減圧手段としてエジェクタ１４を備える冷凍サイクル装置１０において、サイクル構成部品点数の増加等によってサイクル構成の複雑化を招くことなく、冷媒回路の異なる複数の運転モードにおいてガスインジェクションサイクルを構成することができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、暖房モード時に、気液分離器１５にて分離された液相冷媒を第２可変絞り機構１７を介して室内蒸発器２０へ流入させるとともに、気液分離器１５にて分離された液相冷媒を第１可変絞り機構１６を介して室外熱交換器１８へ流入させる冷媒回路に切り替えている。

つまり、室内蒸発器２０および室外熱交換器１８を冷媒流れに対して並列的に接続した冷媒回路に切り替えている。従って、室内蒸発器２０における冷媒蒸発温度と室外熱交換器１８における冷媒蒸発温度とを異なる値とすることができる。

例えば、本実施形態のように暖房モード時に第１可変絞り機構１６における冷媒減圧量が、第２可変絞り機構１７における冷媒減圧量よりも大きくなるようにすることで、室外熱交換器１８における冷媒蒸発温度を室内蒸発器２０における冷媒蒸発温度よりも低くすることができる。その結果、室内蒸発器２０に着霜が生じてしまうことを抑制しつつ、室外熱交換器１８における冷媒の吸熱量を増加させることができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、暖房モード時にガスインジェクションサイクルを構成することができるだけでなく、エジェクタ１４による冷媒昇圧効果を得ることもできる。このことは、冷房モード時にエジェクタ１４の冷媒昇圧効果を得るよりもサイクルの成績係数（ＣＯＰ）を効果的に向上できる点で有効である。

その理由は、暖房モードでは、一般的に、冷房モードよりも圧縮機１１の吐出冷媒圧力と吸入冷媒圧力との圧力差（高低圧差）が広がるため、圧縮機１１の圧縮効率が悪化しやすいからである。

（第２実施形態）
第１実施形態では、エジェクタ１４および気液分離手段である気液分離器１５を別体で構成した例を説明したが、本実施形態では、エジェクタ１４と気液分離器１５とを一体化し、エジェクタモジュール５０として構成した例を説明する。

ここで、一般的なエジェクタでは、ノズル部の軸線方向の延長線上にディフューザ部（昇圧部）が同軸上に配置されている。さらに、特許文献２には、ディフューザ部の広がり角度を比較的小さい値とすることでエジェクタ効率（エジェクタのエネルギ変換効率）を向上できることが記載されている。

従って、高いエジェクタ効率を発揮できるエジェクタは、ノズル部の軸線方向に伸びる細長円筒形状に形成されることが多い。また、一般的な気液分離器は、気液分離のための空間および分離された液相冷媒を貯留するための空間が必要となるので、その体格が大きくなりやすい。

従って、エジェクタおよび気液分離器を備える冷凍サイクル装置では、エジェクタおよび気液分離器の小型化が望まれている。そこで、本実施形態では、エジェクタ１４と気液分離器１５とを一体化したエジェクタモジュール５０として構成することで、エジェクタおよび気液分離器の小型化、延いては冷凍サイクル装置１０全体の小型化を狙っている。

本実施形態のエジェクタモジュール５０の具体的構成は、図５を用いて説明する。なお、図５における上下の各矢印は、冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置に搭載した状態における上下の各方向を示している。

まず、エジェクタモジュール５０は、図５に示すように、複数の構成部材を組み合わせることによって構成されたボデー４０を備えている。具体的には、このボデー４０は、角柱状あるいは円柱状の金属にて形成されてエジェクタモジュール５０の外殻を形成するハウジングボデー４１を有し、このハウジングボデー４１の内部に、ノズルボデー４２、ミドルボデー４３、ロワーボデー４４等を固定して構成されたものである。

ハウジングボデー４１には、四方弁１３の１つの冷媒流入出口に接続されて暖房モード時に室内凝縮器１２から流出した冷媒を内部へ流入させる冷媒流入口４１ａ、四方弁１３の別の１つの冷媒流入出口に接続されて暖房モード時に室外熱交換器１８の一方の冷媒流入出口１８ａから流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口４１ｂが形成されている。

さらに、ハウジングボデー４１には、ボデー４０の内部に形成された気液分離空間４０ｆにて分離された気相冷媒を中間圧冷媒通路１９を介して圧縮機１１の中間圧吸入口１１ｂ側へ流出させる気相冷媒流出口４１ｃ、気液分離空間４０ｆにて分離された液相冷媒を第１可変絞り機構１６側へ流出させる第１液相冷媒流出口４１ｄ、および気液分離空間４０ｆにて分離された液相冷媒を第２可変絞り機構１７側へ流出させる第２液相冷媒流出口４１ｅ等が形成されている。

なお、以上の説明から明らかなように、本実施形態の冷媒流入口４１ａ、冷媒吸引口４１ｂ、気相冷媒流出口４１ｃ、第１、第２液相冷媒流出口４１ｄ、４１ｅは、それぞれ、第１実施形態にて説明した、エジェクタ１４のノズル部１４ａの冷媒流入口、エジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｃ、気液分離器１５の気相冷媒流出口１５ａ、第１、第２液相冷媒流出口１５ｂ、１５ｃに対応する冷媒流入出口である。

ノズルボデー４２は、冷媒流れ方向に先細る略円錐形状の金属部材で形成されており、その軸方向が鉛直方向（図５の上下方向）と平行になるように、ハウジングボデー４１の内部に圧入等の手段によって固定されている。ノズルボデー４２の上方側とハウジングボデー４１との間には、冷媒流入口４１ａから流入した冷媒を旋回させる旋回空間４０ａが形成されている。

旋回空間４０ａは、回転体形状に形成され、その中心軸が鉛直方向に延びている。なお、回転体形状とは、平面図形を同一平面上の１つの直線（中心軸）の周りに回転させた際に形成される立体形状である。より具体的には、本実施形態の旋回空間４０ａは、略円柱状に形成されている。もちろん、円錐あるいは円錐台と円柱とを結合させた形状等に形成されていてもよい。

さらに、冷媒流入口４１ａと旋回空間４０ａとを接続する冷媒流入通路４１ｆは、旋回空間４０ａの中心軸方向から見たときに旋回空間４０ａの内壁面の接線方向に延びている。これにより、冷媒流入通路４１ｆから旋回空間４０ａへ流入した冷媒は、旋回空間４０ａの内壁面に沿って流れ、旋回空間４０ａ内を旋回する。

なお、冷媒流入通路４１ｆは、旋回空間４０ａの中心軸方向から見たときに、旋回空間４０ａの接線方向と完全に一致するように形成されている必要はなく、少なくとも旋回空間４０ａの接線方向の成分を含んでいれば、その他の方向の成分（例えば、旋回空間４０ａの軸方向の成分）を含んで形成されていてもよい。

ここで、旋回空間４０ａ内で旋回する冷媒には遠心力が作用するので、旋回空間４０ａ内では中心軸側の冷媒圧力が外周側の冷媒圧力よりも低下する。そこで、本実施形態では、冷凍サイクル装置１０の通常運転時に、旋回空間４０ａ内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力まで低下させるようにしている。

このような旋回空間４０ａ内の中心軸側の冷媒圧力の調整は、旋回空間４０ａ内で旋回する冷媒の旋回流速を調整することによって実現することができる。さらに、旋回流速の調整は、例えば、冷媒流入通路４１ｆの通路断面積と旋回空間４０ａの軸方向垂直断面積との面積比を調整すること等によって行うことができる。なお、本実施形態の旋回流速とは、旋回空間４０ａの最外周部近傍における冷媒の旋回方向の流速を意味している。

また、ノズルボデー４２の内部には、旋回空間４０ａから流出した冷媒を減圧させて下流側へ流出させる減圧用空間４０ｂが形成されている。この減圧用空間４０ｂは、円柱状空間とこの円柱状空間の下方側から連続して冷媒流れ方向に向かって徐々に広がる円錐台形状空間とを結合させた回転体形状に形成されており、減圧用空間４０ｂの中心軸は旋回空間４０ａの中心軸と同軸上に配置されている。

さらに、減圧用空間４０ｂの内部には、減圧用空間４０ｂ内に冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部４０ｇを形成する弁体４５が配置されている。この弁体４５は、冷媒流れ下流側に向かって徐々に広がる略円錐形状に形成されており、その中心軸が減圧用空間４０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。

より具体的には、ノズルボデー４２の内周面と弁体４５の外周面との間には、冷媒流れ下流側に向かって最小通路面積部４０ｇに至るまで冷媒通路面積が徐々に縮小する先細り冷媒通路、および最小通路面積部４０ｇから下流側に形成されて冷媒通路面積が徐々に拡大する末広冷媒通路が形成される。

なお、冷媒通路面積が徐々に拡大する末広冷媒通路では、径方向から見たときに減圧用空間４０ｂと弁体４５が重合（オーバーラップ）しているので、冷媒通路の軸方向垂直断面の形状が円環形状（円形状から同軸上に配置された小径の円形状を除いたドーナツ形状）となる。

本実施形態では、この通路形状によって減圧用空間４０ｂを形成するノズルボデー４２の内周面と弁体４５の外周面との間に形成される冷媒通路をノズルとして機能させて、この冷媒通路にて減圧される冷媒の流速を音速に近づけるように増速させている。

換言すると、本実施形態のノズル部は、ノズルボデー４２の減圧用空間４０ｂを形成する部位の内周面と弁体４５の冷媒流れ方向上流側の外周面との間に形成される冷媒通路によって構成されている。さらに、このノズルとして機能する冷媒通路では、旋回空間４０ａから流入した冷媒が断面円環形状の冷媒通路に沿って旋回しながら流れる。

次に、ミドルボデー４３は、図５に示すように、中心部に表裏を貫通する回転体形状の貫通穴が設けられた金属製円板状部材で形成されている。なお、貫通穴の中心軸は旋回空間４０ａおよび減圧用空間４０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。また、ミドルボデー４３は、ハウジングボデー４１の内部であって、かつ、ノズルボデー４２の下方側に圧入等の手段によって固定されている。

さらに、ミドルボデー４３の上面とこれに対向するハウジングボデー４１の内壁面との間には、冷媒吸引口４１ｂから流入した冷媒を滞留させる流入空間４０ｃが形成されている。なお、本実施形態では、ノズルボデー４２の下方側の先細先端部がミドルボデー４３の貫通穴の内部に位置付けられるため、流入空間４０ｃは、旋回空間４０ａおよび減圧用空間４０ｂの中心軸方向からみたときに、断面円環形状に形成される。

また、ミドルボデー４３の貫通穴のうち、ノズルボデー４２の下方側が挿入される範囲、すなわち径方向から見たときにミドルボデー４３とノズルボデー４２が重合する範囲では、ノズルボデー４２の先細先端部の外周形状に適合するように冷媒通路断面積が冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小している。

これにより、貫通穴の内周面とノズルボデー４２の下方側の外周面との間には、流入空間４０ｃと減圧用空間４０ｂの冷媒流れ下流側とを連通させ、冷媒吸引口４１ｂから冷媒を吸引する吸引用通路４０ｄが形成される。なお、この吸引用通路４０ｄも、中心軸方向からみたときに、断面円環形状に形成されることになる。

さらに、ミドルボデー４３の貫通穴のうち、吸引用通路４０ｄの冷媒流れ下流側の範囲では、冷媒流れ方向に向かって徐々に広がる略円錐台形状に形成された昇圧用空間４０ｅを形成している。この昇圧用空間４０ｅは、前述したノズルとして機能する冷媒通路から噴射された噴射冷媒と吸引用通路４０ｄから吸引された吸引冷媒とを混合させる空間である。

昇圧用空間４０ｅの内部には、前述の弁体４５の下方側が配置されている。弁体４５の円錐状側面の広がり角度は、昇圧用空間４０ｅの円錐台形状空間の広がり角度よりも小さくなっている。従って、昇圧用空間４０ｅの内周面と弁体４５の外周面との間に形成される冷媒通路は、中心軸方向からみたときに、断面円環形状に形成され、この冷媒通路の冷媒通路面積は、冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大することになる。

本実施形態では、このように冷媒通路面積を拡大させることによって、昇圧用空間４０ｅを形成するミドルボデー４３の内周面と弁体４５の外周面との間に形成される冷媒通路をディフューザとして機能させ、噴射冷媒および吸引冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換させている。

換言すると、本実施形態のディフューザ部は、ミドルボデー４３の昇圧用空間４０ｅを形成する部位の内周面と弁体４５の冷媒流れ方向下流側の外周面との間に形成される冷媒通路によって構成されている。さらに、このディフューザとして機能する冷媒通路では、ノズルとして機能する冷媒通路から噴射された噴射冷媒の有する旋回方向の速度成分によって、冷媒が断面円環形状の冷媒通路に沿って旋回しながら流れる。

また、弁体４５の最下方部には複数の脚部４５ａが設けられており、弁体４５は、この脚部４５ａによってボデー４０（具体的には、ミドルボデー４３の底面側）に固定されている。従って、各脚部４５ａ同士の間には、冷媒が流通する冷媒通路が形成されることになる。

次に、ロワーボデー４４は、円柱状の金属部材で形成されており、ハウジングボデー４１の底面を閉塞するように、ハウジングボデー４１内にネジ止め等の手段によって固定されている。ロワーボデー４４の上方側とミドルボデー４３との間には、前述したディフューザとして機能する冷媒通路から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間４０ｆが形成されている。

この気液分離空間４０ｆは、略円柱状の回転体形状の空間として形成されており、気液分離空間４０ｆの中心軸も、旋回空間４０ａ、減圧用空間４０ｂ、昇圧用空間４０ｅ等の中心軸と同軸上に配置されている。

また、前述の如く、ディフューザとして機能する冷媒通路では、冷媒が断面円環形状の冷媒通路に沿って旋回しながら流れるので、このディフューザとして機能する冷媒通路から気液分離空間４０ｆへ流入する冷媒も、旋回方向の速度成分を有している。従って、気液分離空間４０ｆ内では遠心力の作用によって冷媒の気液が分離されることになる。

ロワーボデー４４の中心部には、気液分離空間４０ｆに同軸上に配置されて、上方側へ向かって延びる円筒状のパイプ４４ａが設けられている。そして、気液分離空間４０ｆにて分離された液相冷媒は、パイプ４４ａの外周側に貯留される。また、パイプ４４ａの内部には、気液分離空間４０ｆにて分離された気相冷媒をハウジングボデー４１の気相冷媒流出口４１ｃへ導く気相冷媒流出通路４４ｂが形成されている。

以上の説明から明らかなように、本実施形態のエジェクタモジュール５０では、気液分離空間４０ｆよりも冷媒流れ上流側に形成される冷媒通路によって第１実施形態のエジェクタ１４に相当する構成が実現され、気液分離空間４０ｆによって第１実施形態の気液分離器１５に相当する構成が実現されている。

つまり、本実施形態のエジェクタモジュール５０では、エジェクタのディフューザ部の冷媒流出口に気液分離手段の冷媒入口側が接続されて、エジェクタと気液分離手段が一体化されている。なお、図５では、第１実施形態のエジェクタ１４および気液分離器１５に概ね対応する部位を（１４）および（１５）の符号を付して示している。

その他の冷凍サイクル装置１０の構成および車両用空調装置１の作動は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置１０においても冷媒減圧手段としてエジェクタを備える冷凍サイクル装置１０において、サイクル構成の複雑化を招くことなく、冷媒回路の異なる複数の運転モードにおいてガスインジェクションサイクルを構成することができる。

さらに、本実施形態では、エジェクタモジュール５０を採用しているので、エジェクタおよび気液分離手段を効果的に小型化することができる。より詳細には、本実施形態のエジェクタモジュール５０では、昇圧用空間４０ｅおよび弁体３５が、回転体形状に形成されているとともに、冷媒流れ下流側に向かって徐々に径方向に広がる円錐台形状に形成されている。

これにより、ディフューザとして機能する冷媒通路を軸中心側から径方向外側へ広げるように形成できる。従って、ノズル部の軸線方向の延長線上にディフューザ部を配置する一般的なエジェクタよりも軸方向寸法を縮小することができる。さらに、冷媒がディフューザとして機能する冷媒通路内を旋回しながら流れるので、冷媒を昇圧させるための流路が螺旋状に形成されることになり、より一層、軸方向寸法を縮小することができる。

さらに、本実施形態の気液分離空間４０ｆでは、断面円環形状に形成されたディフューザとして機能する冷媒通路から流入する冷媒が既に旋回しているので気液分離空間４０ｆ内で冷媒の旋回流れを発生あるいは成長させるための空間を設ける必要がない。従って、エジェクタとは別に気液分離手段を設ける場合に対して、気液分離空間４０ｆの容積を効果的に小さくすることができる。

その結果、本実施形態のエジェクタモジュール５０によれば、エジェクタおよび気液分離器（厳密には、エジェクタとして機能する構成および気液分離手段として機能する構成）を効果的に小型化することができ、延いては冷凍サイクル装置１０全体の小型化を実現することができる。

また、本実施形態のエジェクタモジュール５０によれば、旋回空間４０ａ内で冷媒を旋回させて、旋回中心側の圧力の低下した冷媒を減圧用空間４０ｂ内へ流入させるので、最小通路面積部４０ｇ付近で冷媒を確実に減圧沸騰させることができる。これにより、ノズルとして機能する冷媒通路におけるエネルギ変換効率（ノズル効率に相当）を向上させることができる。

なお、本実施形態のエジェクタモジュール５０では、ボデー４０に第１、第２液相冷媒流出口４１ｄ、４１ｅの２つの液相冷媒流出口を設けた例を説明したが、もちろんいずれか一方を廃止して１つの液相冷媒流出口を設ける構成としてもよい。そして、この１つの液相冷媒流出口に冷媒の流れを分岐する三方継手構造の分岐部を接続して、この分岐部を介して第１、第２可変絞り機構１６、１７を接続すればよい。

（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、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、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、本発明の冷凍サイクル装置１０を電気自動車用の車両用空調装置１に適用した例を説明したが、本発明の冷凍サイクル装置１０は、送風空気（熱交換対象流体）を加熱する際に高いＣＯＰを発揮させることができる。

従って、例えば、エンジン（内燃機関）および走行用電動モータから走行用の駆動力を得るハイブリッド車両のように、エンジン廃熱が暖房用熱源として不充分となることのある車両に適用して有効である。さらに、本発明の冷凍サイクル装置１０は、例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、液体加熱冷却装置等に適用してもよい。

（２）上述の各実施形態では、エジェクタのノズル部として、絞り通路面積が固定された固定ノズル部を採用した例を説明したが、絞り通路面積を変更可能に構成された可変ノズル部を採用してもよい。

例えば、第１実施形態のエジェクタ１４では、ノズル部の内部に配置されてノズル部の冷媒通路面積を調整するニードル弁、このニードル弁をノズル部の軸方向に変位させる駆動手段を有して構成されるもの等を採用すればよい。また、第２実施形態のエジェクタモジュール５０では、弁体４５を軸方向に変位させる駆動手段を有して構成されるものを採用すればよい。

また、駆動手段としては、ステッピングモータからなる電動アクチュエータを採用してもよいし、受圧する圧力に応じて変形するダイアフラムにニードル弁や弁体４５を連結したものを採用してもよい。特に第２実施形態のエジェクタモジュール５０では、駆動手段を流入空間４０ｃと昇圧用空間４０ｅとの間のミドルボデー４３の外周側に配置すれば、エジェクタモジュール５０全体としての軸方向寸法を増加させることがない。

さらに、暖房モード時には、室内凝縮器１２出口側冷媒の過冷却度が基準過冷却度ＳＣに近づくように可変ノズル部の作動を制御してもよい。

（３）上述の各実施形態では、室内凝縮器１２の詳細構成について説明していないが、室内凝縮器１２として、高圧冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮部、凝縮部から流出した冷媒の気液を分離して液相冷媒を蓄えるレシーバ部、およびレシーバ部から流出した液相冷媒を過冷却する過冷却部を有して構成される、いわゆるサブクール型の凝縮器を採用してもよい。

このようなサブクール型の凝縮器を採用すれば、第２実施形態にて説明したエジェクタモジュール５０の旋回空間４０ａへ確実に過冷却液相冷媒を流入させて、旋回中心側の冷媒の圧力を低下させることができるので、ノズルとして機能する冷媒通路におけるエネルギ変換効率（ノズル効率に相当）を安定的に向上させることができる。

１１ 圧縮機
１２ 室内凝縮器
１４ エジェクタ
１６ 第１可変絞り機構
１７ 第２可変絞り機構
１８ 室外熱交換器
１９ 中間圧冷媒通路
２０ 室内蒸発器

Claims (4)

1. 冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）の吐出口（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒を熱交換対象流体と熱交換させる第１利用側熱交換器（１２）と、
   冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて、前記圧縮機（１１）の吸入口（１１ａ）側へ流出させる第２利用側熱交換器（２０）と、
   冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１８）と、
   冷媒を減圧させるノズル部（１４ａ、４０ｂ、４５）から噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒吸引口（１４ｃ、４１ｂ）から冷媒を吸引し、前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口（１４ｃ、４１ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部（１４ｄ、４０ｅ、４５）を有するエジェクタ（１４）と、
   前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒の気液を分離する気液分離手段（１５、４０ｆ）と、
   前記気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された気相冷媒を、前記圧縮機（１１）に設けられた中間圧吸入口（１１ｂ）へ導いて、前記圧縮機（１１）にて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧冷媒通路（１９）と、
   前記室外熱交換器（１８）と前記気液分離手段（１５、４０ｆ）とを接続する冷媒通路を流れる冷媒を減圧させる第１可変絞り機構（１６）と、
   前記第２利用側熱交換器（２０）と前記気液分離手段（１５、４０ｆ）とを接続する冷媒通路を流れる冷媒を減圧させる第２可変絞り機構（１７）と、
   サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１３）とを備え、
   前記冷媒流路切替手段（１３）は、
   第１運転モード時には、前記第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を、前記ノズル部（１４ａ、４０ｂ、４５）へ流入させ、さらに、前記気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された液相冷媒を前記第２可変絞り機構（１７）を介して前記第２利用側熱交換器（２０）へ流入させるとともに、前記気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された液相冷媒を前記第１可変絞り機構（１６）→前記室外熱交換器（１８）→前記冷媒吸引口（１４ｃ、４１ｂ）の順に流し、
   第２運転モード時には、前記第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を、前記室外熱交換器（１８）→第１可変絞り機構（１６）→前記気液分離手段（１５、４０ｆ）の順に流し、さらに、前記気液分離手段（１５、４０ｆ）にて分離された液相冷媒を前記第２可変絞り機構（１７）を介して前記第２利用側熱交換器（２０）へ流入させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記第１運転モード時には、前記第１可変絞り機構（１６）における冷媒減圧量が、前記第２可変絞り機構（１７）における冷媒減圧量よりも大きくなることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記エジェクタ（１４）および前記気液分離手段（１５、４０ｆ）は、前記昇圧部（１４ｄ、４０ｅ、４５）の冷媒流出口に前記気液分離手段（１５、４０ｆ）の冷媒入口側が接続されていることによって一体化されたエジェクタモジュール（５０）として構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記エジェクタモジュール（５０）は、
   冷媒を流入させる冷媒流入口（４１ａ）から流入した冷媒を旋回させる旋回空間（４０ａ）、前記旋回空間（４０ａ）から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間（４０ｂ）、前記減圧用空間（４０ｂ）の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒を吸引する吸引用通路（４０ｄ）、前記減圧用空間（４０ｂ）から噴射された噴射冷媒と前記吸引用通路（４０ｄ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧用空間（４０ｅ）、および前記昇圧用空間（４０ｅ）から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間（４０ｆ）が形成されたボデー部（４０）と、
   少なくとも一部が前記減圧用空間（４０ｂ）の内部に配置されて、前記減圧用空間（４０ｂ）内に冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部（４０ｇ）を形成する弁体（４５）を備え、
   前記ノズル部は、前記ボデー部（４０）のうち前記減圧用空間（４０ｂ）を形成する部位の内周面と前記弁体（４５）の外周面との間に形成される冷媒通路によって構成され、
   前記昇圧部は、前記ボデー部（４０）のうち前記昇圧用空間（４０ｅ）を形成する部位の内周面と前記弁体（４５）の外周面との間に形成される冷媒通路によって構成され、
   さらに、前記気液分離手段は、前記気液分離空間（４０ｆ）によって構成されていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。

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