JP6500697B2 - エジェクタ - Google Patents

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Description

本発明は、流体を減圧するとともに、高速度で噴射される噴射流体の吸引作用によって流体を吸引するエジェクタに関する。
従来、特許文献1に、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に適用されて、冷媒を減圧するとともに、高速度で噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒吸引口から蒸発器出口側冷媒を吸引し、噴射冷媒と吸引冷媒(すなわち、蒸発器出口側冷媒)とを混合させて昇圧させるエジェクタが開示されている。
この特許文献1のエジェクタでは、ボデーの内部に略円錐形状の通路形成部材を配置し、ボデーと通路形成部材の円錐状側面との間に断面円環状の冷媒通路を形成している。そして、この冷媒通路のうち、冷媒流れ最上流側の部位を、高圧冷媒を減圧させて噴射するノズル通路として利用し、ノズル通路の冷媒流れ下流側の部位を、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させて昇圧させるディフューザ通路として利用している。
さらに、特許文献1のエジェクタは、通路形成部材を変位させて冷媒通路の通路断面積を変化させる駆動機構を備えている。これにより、特許文献1のエジェクタでは、冷凍サイクル装置の負荷変動(換言すると、サイクルを循環する循環冷媒流量の変動)に応じて、冷媒通路の通路断面積を変化させて、エジェクタを適切に作動させようとしている。
より具体的には、特許文献1の駆動機構は、封入空間に封入された感温媒体の圧力等に応じて変位するダイヤフラム(圧力応動部材)等を有して構成されている。そして、ダイヤフラムの変位を通路形成部材へ伝達することによって、冷媒通路の通路断面積を変化させている。
また、この駆動機構は、円環状に形成されており、軸方向一方側の面が吸引用通路の内壁面の一部を形成するように、ボデーの内部に固定されている。なお、吸引用通路とは、冷媒吸引口から吸引した吸引冷媒を流通させる冷媒通路である。これにより、特許文献1のエジェクタでは、蒸発器出口側冷媒の有する熱を感温媒体に伝達させて、蒸発器出口側冷媒の温度に応じて、冷媒通路の通路断面積を変化させようとしている。
特開2015−45493号公報
しかしながら、特許文献1のエジェクタのように、駆動機構がボデーの内部に固定されていると、ボデーを介して吸引用通路を流通する蒸発器出口側冷媒以外の冷媒の有する熱が、封入空間内の感温媒体に伝達されてしまう。例えば、ノズル通路の上流側へ流入する高圧液相冷媒の温度や、ディフューザ通路にて昇圧された気液二相冷媒の温度が、ボデーを介して感温媒体に伝達されてしまう。
従って、特許文献1のエジェクタでは、循環冷媒流量に応じて冷媒通路の通路断面積を適切に変化させることができなくなってしまうおそれがある。
本発明は、上記点に鑑み、適用された冷凍サイクル装置の負荷変動に応じて、冷媒通路の通路断面積を適切に変化させることのできるエジェクタを提供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、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10)に適用されるエジェクタであって、
冷媒を減圧させる減圧用空間(30b)、減圧用空間(30b)の冷媒流れ下流側に連通して冷媒吸引口(31b)から吸引した冷媒を流通させる吸引用通路(13b)、および減圧用空間(30b)から噴射された噴射冷媒と吸引用通路(13b)から吸引された吸引冷媒とを流入させる昇圧用空間(30e)が形成されたボデー(30)と、少なくとも一部が減圧用空間(30b)の内部、および昇圧用空間(30e)の内部に配置されるとともに、減圧用空間(30b)から離れるに伴って外径が拡大する円錐状に形成された通路形成部材(35)と、通路形成部材(35)を変位させる駆動機構(37)と、を備え、
ボデー(30)のうち減圧用空間(30b)を形成する部位の内周面と通路形成部材(35)の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路(13a)であり、ボデー(30)のうち昇圧用空間(30e)を形成する部位の内周面と通路形成部材(35)の外周面との間に形成される冷媒通路は、噴射冷媒および吸引冷媒を混合させて昇圧させる昇圧部として機能するディフューザ通路(13c)であり、
駆動機構(37)は、温度変化に伴って圧力変化する感温媒体が封入された封入空間(37a)内の圧力に応じて変位する圧力応動部材(371)を有するとともに、吸引用通路(13b)の内壁面の一部を形成するようにボデー(30)に固定されており、
ボデー(30)と駆動機構(37)との間には、ボデー(30)と駆動機構(37)との間の熱移動を抑制する熱移動抑制部が設けられており、
ボデー(30)および駆動機構(37)の少なくとも一方には、他方へ向かって突出する突出部(32d、32e、32f)が設けられており、
熱移動抑制部は、ボデー(30)と駆動機構(37)との間に形成される断熱空間(30g)であることを特徴とする。
これによれば、駆動機構(37)が吸引用通路(13b)の内壁面の一部を形成するようにボデー(30)に固定されているので、吸引冷媒の有する熱を封入空間(37a)内の感温媒体へ伝達することができる。さらに、ボデー(30)と駆動機構(37)との間に熱移動抑制部(30g…42a)が設けられているので、吸引冷媒以外の冷媒の有する熱が、感温媒体に伝達されてしまうことを抑制することができる。
従って、吸引冷媒の温度に応じて、高い精度で感温媒体の温度および圧力を変化させることができる。その結果、圧力応動部材(371)の変位を通路形成部材(35)に伝達することで、冷凍サイクル装置(10)の負荷変動に応じて、ノズル通路(13a)の通路断面積およびディフューザ通路(13c)の通路断面積を適切に変化させることができる。
また、請求項2に記載の発明では、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10)に適用されるエジェクタであって、
冷媒を減圧させる減圧用空間(30b)、減圧用空間(30b)の冷媒流れ下流側に連通して冷媒吸引口(31b)から吸引した冷媒を流通させる吸引用通路(13b)、および減圧用空間(30b)から噴射された噴射冷媒と吸引用通路(13b)から吸引された吸引冷媒とを流入させる昇圧用空間(30e)が形成されたボデー(30)と、少なくとも一部が減圧用空間(30b)の内部、および昇圧用空間(30e)の内部に配置されるとともに、減圧用空間(30b)から離れるに伴って外径が拡大する円錐状に形成された通路形成部材(35)と、通路形成部材(35)を変位させる駆動機構(37)と、を備え、
ボデー(30)のうち減圧用空間(30b)を形成する部位の内周面と通路形成部材(35)の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路(13a)であり、ボデー(30)のうち昇圧用空間(30e)を形成する部位の内周面と通路形成部材(35)の外周面との間に形成される冷媒通路は、噴射冷媒および吸引冷媒を混合させて昇圧させる昇圧部として機能するディフューザ通路(13c)であり、
駆動機構(37)は、温度変化に伴って圧力変化する感温媒体が封入された封入空間(37a)内の圧力に応じて変位する圧力応動部材(371)を有するとともに、吸引用通路(13b)の内壁面の一部を形成するようにボデー(30)に固定されており、
ボデー(30)と駆動機構(37)との間には、ボデー(30)と駆動機構(37)との間の熱移動を抑制する熱移動抑制部が設けられており、
熱移動抑制部は、ボデー(30)よりも熱伝導率の小さい材質の部材(42、42a)で形成されていることを特徴とする。
これによれば、請求項1に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
なお、請求項に記載された「連結部」は、圧力応動部材(371)と伝達部材(375)が互いに固定された連結部あるいは互いに接触している連結部に限定されず、圧力応動部材(371)の変位を通路形成部材(35)に伝達することができれば、圧力応動部材(371)と伝達部材(375)との間に別部材が介在された連結部も含まれる。
また、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実施形態のエジェクタの軸方向断面図である。 第1実施形態のエジェクタの各冷媒通路およびリブを説明するための模式的な拡大断面図である。 図2のIV−IV断面図である。 第1実施形態の駆動機構の軸方向断面を示した斜視図である。 図2のVI部の拡大断面図である。 第1実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルにおける冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。 第2実施形態のエジェクタの各冷媒通路およびリブを説明するための模式的な拡大断面図である。 第2実施形態のエジェクタの軸方向垂直断面図である。 第3実施形態のエジェクタの各冷媒通路および突出部を説明するための模式的な一部拡大断面図である。 第4実施形態のエジェクタの軸方向断面図である。 第5実施形態のエジェクタの軸方向断面図である。 第6実施形態の駆動機構の拡大断面図である。 第6実施形態のダイヤフラムおよびプレートの一部を切り欠いた分解斜視図である。 第7実施形態のダイヤフラムおよびプレートの一部を切り欠いた分解斜視図である。 第8実施形態のダイヤフラムおよびプレートの一部を切り欠いた分解斜視図である。
(第1実施形態)
図1〜図7を用いて、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態のエジェクタ13は、図1の全体構成図に示すように、冷媒減圧手段としてエジェクタを備える蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置、すなわちエジェクタ式冷凍サイクル10に適用されている。このエジェクタ式冷凍サイクル10は、車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10の冷却対象流体は、送風空気である。
また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル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、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、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。
エジェクタ式冷凍サイクル10において、圧縮機11は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで昇圧して吐出するものである。本実施形態の圧縮機11は、車両走行用の駆動力を出力するエンジン(内燃機関)とともにエンジンルーム内に配置されている。さらに、圧縮機11は、プーリ、ベルト等を介してエンジンから出力される回転駆動力によって駆動されるエンジン駆動式の圧縮機である。
より具体的には、本実施形態では、圧縮機11として、吐出容量を変化させることによって冷媒吐出能力を調整可能に構成された斜板式の可変容量型圧縮機を採用している。この圧縮機11では、吐出容量を変化させるための図示しない吐出容量制御弁を有している。吐出容量制御弁は、後述する制御装置から出力される制御電流によって、その作動が制御される。
圧縮機11の吐出口には、放熱器12の凝縮部12aの冷媒入口側が接続されている。放熱器12は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒と冷却ファン12dにより送風される車室外空気(外気)を熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。
より具体的には、放熱器12は、凝縮部12a、レシーバ部12b、および過冷却部12cを有する、いわゆるサブクール型の凝縮器として構成されている。
凝縮部12aは、圧縮機11から吐出された高圧気相冷媒と冷却ファン12dから送風された外気とを熱交換させ、高圧気相冷媒を放熱させて凝縮させる熱交換部である。レシーバ部12bは、凝縮部12aから流出した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を貯める冷媒容器である。過冷却部12cは、レシーバ部12bから流出した液相冷媒と冷却ファン12dから送風される外気とを熱交換させ、液相冷媒を過冷却する熱交換部である。
冷却ファン12dは、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(すなわち、送風空気量)が制御される電動式送風機である。放熱器12の過冷却部12cの冷媒出口側には、エジェクタ13の冷媒流入口31aが接続されている。
エジェクタ13は、放熱器12から流出した過冷却状態の高圧液相冷媒を減圧させて下流側へ流出させる冷媒減圧手段としての機能を果たすとともに、高速度で噴射される冷媒流の吸引作用によって後述する蒸発器14から流出した冷媒を吸引(輸送)して循環させる冷媒循環手段(冷媒輸送手段)としての機能も果たす。
さらに、本実施形態のエジェクタ13は、減圧させた冷媒の気液を分離する気液分離手段としての機能も果たす。つまり、本実施形態のエジェクタ13は、気液分離機能付きエジェクタ(すなわち、エジェクタモジュール)として構成されている。
エジェクタ13の具体的構成については、図2〜図6を用いて説明する。なお、図2等における上下の各矢印は、エジェクタ式冷凍サイクル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。また、図3は、エジェクタ13の各冷媒通路の機能を説明するための模式的な一部拡大断面図であって、図2と同一の機能を果たす部分には同一の符号を付している。
本実施形態のエジェクタ13は、図2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30を備えている。
より具体的には、ボデー30は、エジェクタ13の外殻を形成するハウジングボデー31を有している。ボデー30は、角柱状あるいは円柱状の金属部材で形成されている。さらに、ハウジングボデー31の内部には、略円柱状の空間が形成されている。そして、この空間内にノズルボデー32、ディフューザボデー33が固定されている。
ハウジングボデー31には、冷媒流入口31a、冷媒吸引口31b、液相冷媒流出口31c、気相冷媒流出口31dといった複数の冷媒流入出口が形成されている。
冷媒流入口31aは、放熱器12から流出した冷媒を流入させる冷媒流入口である。冷媒吸引口31bは、後述する蒸発器14から流出した冷媒を吸引する冷媒流入口である。液相冷媒流出口31cは、ボデー30の内部に形成された気液分離空間30fにて分離された液相冷媒を蒸発器14の冷媒入口側へ流出させる冷媒流出口である。気相冷媒流出口31dは、気液分離空間30fにて分離された気相冷媒を圧縮機11の吸入口側へ流出させる冷媒流出口である。
さらに、本実施形態では、気液分離空間30fと液相冷媒流出口31cとを接続する液相冷媒通路に、蒸発器14へ流入させる冷媒を減圧させる減圧手段としてのオリフィス30iを配置している。
次に、ノズルボデー32は、図2に示すように、ハウジングボデー31の内部の上方側に配置されている。ノズルボデー32は、円環状の金属部材で形成されている。より具体的には、ノズルボデー32は、ハウジングボデー31内に形成された略円柱状の空間の内径と同程度の径の旋回空間形成部32a、および旋回空間形成部32aよりも径の小さい円筒状に形成されたノズル部32bを同軸上に結合させた形状に形成されている。
さらに、ノズルボデー32は、旋回空間形成部32aの外周側がハウジングボデー31の内部に圧入されることによって、ハウジングボデー31に固定されている。なお、旋回空間形成部32aとハウジングボデー31との間には、シール部材としてのO−リングが配置されており、これらの部材の隙間から冷媒が漏れることはない。
旋回空間形成部32aの内部には、冷媒流入口31aから流入した冷媒を旋回させる旋回空間30aが形成されている。旋回空間形成部32aの上方側には、円板状の金属プレート32cが配置されており、この金属プレート32cによって、旋回空間30aの上方側の開口部が閉塞されている。
旋回空間30aは、略円柱状に形成されており、旋回空間30aの中心軸は、後述する通路形成部材35の中心軸CLと同軸上に配置されている。もちろん、旋回空間30aは、円錐台と円柱とを結合させた回転体形状等に形成されていてもよい。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)周りに回転させた際に形成される立体形状である。
冷媒流入口31aと旋回空間30aとを接続する冷媒流入通路31eは、旋回空間30aの中心軸方向から見たときに旋回空間30aへ流入する冷媒を、旋回空間30aの内壁面に沿って流入させるように形成されている。これにより、冷媒流入通路31eから旋回空間30aへ流入した冷媒は、旋回空間30aの中心軸周りに旋回する。
ここで、旋回空間30a内で旋回する冷媒には遠心力が作用するので、旋回空間30a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、エジェクタ式冷凍サイクル10の通常運転時に、旋回空間30a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)圧力となるまで低下させるようにしている。
このような旋回空間30a内の中心軸側の冷媒圧力の調整は、旋回空間30a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31eの通路断面積と旋回空間30a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30a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、ノズル部32bの内部には、旋回空間30a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30bが形成されている。減圧用空間30bは、2つの円錐台形状の空間の頂部側同士を結合させた回転体形状に形成されている。この減圧用空間30bの中心軸も、通路形成部材35の中心軸CLと同軸上に配置されている。
減圧用空間30bの内部には、通路形成部材35の頂部側が配置されている。通路形成部材35は、ボデー30の内部に冷媒通路を形成するとともに、中心軸CL方向に変位することによって、冷媒通路の通路断面積を変化させる機能を果たすものである。
より具体的には、通路形成部材35は、樹脂製の円錐状部材で形成されている。通路形成部材35の中心軸CLは、旋回空間30aや減圧用空間30bの中心軸と同軸上に配置されている。このため、通路形成部材35は、減圧用空間30bから離れるに伴って(すなわち、冷媒流れ下流側へ向かって)、外径が拡大する略円錐形状に形成されている。
さらに、ノズルボデー32の減圧用空間30bを形成する部位の内周面と通路形成部材35の頂部側(すなわち、鉛直方向上方側)の外周面との間に形成される冷媒通路としては、図3に示すように、先細部131および末広部132が形成される。
先細部131は、通路断面積が最も縮小した最小通路面積部30mよりも冷媒流れ上流側に形成されて、最小通路面積部30mに至るまでの通路断面積が徐々に縮小する冷媒通路である。末広部132は、最小通路面積部30mから冷媒流れ下流側に形成されて、通路断面積が徐々に拡大する冷媒通路である。
この末広部132では、径方向から見たときに減圧用空間30bと通路形成部材35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状(すなわち、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。さらに、末広部132における通路断面積は、冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大している。
本実施形態では、このような通路形状によって減圧用空間30bの内周面と通路形成部材35の頂部側の外周面との間に形成される冷媒通路をラバールノズルとして機能するノズル通路13aとしている。そして、このノズル通路13aにて、冷媒を減圧させるとともに、冷媒の流速を超音速となるように増速させて噴射している。
また、図2に示すように、ノズルボデー32のノズル部32bの外周側であって、旋回空間形成部32aの底面側には、円環状の溝部32が形成されている。溝部32は、中心軸CLと同軸上に配置されている。この溝部32には、通路形成部材35を変位させる駆動機構37が収容されている。駆動機構37は、溝部32と同程度の大きさの円環状に形成されている。駆動機構37の詳細構成については後述する。
さらに、図2〜図4に示すように、ノズル部32bの外周側には、駆動機構37を保持固定するための平板円環状のリブ32dが設けられている。より詳細には、駆動機構37は、溝部32の外周側の壁面とリブ32dの外周側先端部との間に圧入されることによって固定されている。
リブ32dは、ボデー30(具体的には、ノズルボデー32のノズル部32)から駆動機構37へ向かって突出する突出部を形成している。このため、ノズル部32bの外周面と駆動機構37の内周面との間のリブ32dの周囲には、空間が形成される。
この空間は、ボデー30と駆動機構37との間の熱移動を抑制するための断熱空間30g(すなわち、熱移動抑制部)である。さらに、駆動機構37の上面と溝部32の底面との間には、隙間空間が形成されており、この空間も断熱空間30gの一部を形成している。隙間空間は、中心軸CL方向から見たときに、駆動機構37に重合する円環状に形成されている。さらに、隙間空間は、ノズルボデー32の外周側等に形成された連通路を介して、後述する吸引用通路13dに連通している。
また、リブ32dの外周側先端部は、面取り加工されており、駆動機構37の内周側面に線接触している。本実施形態では、図2に示すように、複数(具体的には、2つ)のリブ32dを採用しているが、もちろんリブ32dは単数であってもよい。
次に、ディフューザボデー33は、略円筒状の金属部材で形成されている。さらに、ディフューザボデー33は、図2に示すように、ハウジングボデー31の内部であって、ノズルボデー32の下方側に配置されている。ディフューザボデー33の中心部には、表裏(上下)を貫通する貫通穴33aが形成されている。この貫通穴33aも回転体形状に形成されており、その中心軸が通路形成部材35の中心軸CLと同軸上に配置されている。
さらに、ディフューザボデー33は、その外周側がハウジングボデー31の内部に圧入されることによって、ハウジングボデー31に固定されている。なお、ディフューザボデー33とハウジングボデー31との間には、シール部材としてのO−リングが配置されており、これらの部材の隙間から冷媒が漏れることはない。
ディフューザボデー33の上面とこれに対向するノズルボデー32の旋回空間形成部32aの底面との間には、冷媒吸引口31bから吸引した冷媒を流入させる吸引空間30cが形成されている。本実施形態では、ノズルボデー32のノズル部32bの下方側先端部が、ディフューザボデー33の貫通穴33aの内部まで延びているため、吸引空間30cは、中心軸方向からみたときに、断面円環状に形成される。
さらに、貫通穴33aの内周面とノズル部32bの下方側先端部の外周面との間には、吸引空間30cと減圧用空間30bの冷媒流れ下流側とを連通させる吸引通路30dが形成される。従って、本実施形態では、図3に示すように、吸引空間30cおよび吸引通路30dによって、冷媒吸引口31bから吸引された吸引冷媒(後述する蒸発器14出口側冷媒)を流通させる断面円環状の吸引用通路13bが形成されている。
また、ディフューザボデー33の貫通穴33aのうち、吸引通路30dの冷媒流れ下流側には、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30eが形成されている。昇圧用空間30eは、上述したノズル通路13aから噴射された噴射冷媒と吸引用通路13bから吸引された吸引冷媒とを流入させる空間である。
昇圧用空間30eの内部には、通路形成部材35の下方側が配置されている。さらに、ディフューザボデー33の昇圧用空間30eを形成する部位の内周面と通路形成部材35の下方側の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒流れ下流側に向かって通路断面積を徐々に拡大させる形状に形成されている。これにより、この冷媒通路では、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ことができる。
そこで、本実施形態では、図3に示すように、昇圧用空間30eを形成するディフューザボデー33の内周面と通路形成部材35の下方側の外周面との間に形成される冷媒通路を、噴射冷媒および吸引冷媒を混合して昇圧させるディフューザ(昇圧部)として機能するディフューザ通路13cとしている。このディフューザ通路13cの中心軸に垂直な断面形状も円環状に形成されている。
次に、通路形成部材35を変位させる駆動手段である駆動機構37について説明する。本実施形態の駆動機構37は、図5、図6に示すように、ダイヤフラム371、アッパーキャップ372、ロワーキャップ373、作動棒374、プレート375等を有している。ダイヤフラム371、アッパーキャップ372、ロワーキャップ373は、中心軸CL方向から見たときに、いずれもノズルボデー32に形成された溝部32と重合する程度の大きさの円環状に形成されている。
アッパーキャップ372は、ダイヤフラム371とともに、封入空間37aを形成する封入空間形成部材である。より具体的には、アッパーキャップ372は、平板円環状の金属部材のダイヤフラム371側(図5では、下側)の面に円環状の凹み部を形成したものである。そして、凹み部の内部に封入空間37aが形成されている。このため、封入空間37aは、中心軸CL周りに円環状に形成されている。
封入空間37aは、温度変化に伴って圧力変化する感温媒体が封入された空間である。より詳細には、エジェクタ式冷凍サイクル10を循環する冷媒と同等の組成の感温媒体が封入された空間である。
従って、本実施形態の感温媒体としては、R134aを主成分とする媒体(例えば、R134aとヘリウムとの混合媒体)を採用することができる。さらに、感温媒体の封入密度は、後述するようにサイクルの通常作動時に通路形成部材35を適切に変位させることができるように設定されている。
ロワーキャップ373は、ダイヤフラム371とともに、導入空間37bを形成する導入空間形成部材である。より具体的には、ロワーキャップ373は、平板円環状の金属部材のダイヤフラム371側(図5では、上側)の面に円環状の凹み部を形成したものである。そして、凹み部の内部に導入空間37bが形成されている。従って、導入空間37bは、中心軸CL周りに円環状に形成されている。
導入空間37bは、ディフューザボデー33に形成された連通穴を介して、吸引冷媒(具体的には、後述する蒸発器14から流出した冷媒)を導入させる空間である。
さらに、ロワーキャップ373は、内部にアッパーキャップ372およびダイヤフラム371を嵌め込むことによって、アッパーキャップ372とともにダイヤフラム371の外周側端部および内周側端部を挟み込むように保持固定する固定用部材としての機能も果たしている。
ダイヤフラム371は、封入空間37aの内圧と吸引用通路13d(具体的には、吸引空間30c)を流通する吸引冷媒の圧力との圧力差に応じて変位する圧力応動部材である。従って、ダイヤフラム371は弾性に富み、かつ耐圧性および気密性に優れる材質で形成されていることが望ましい。
このようなダイヤフラム371としては、例えば、基布(ポリエステル)入りのEPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)やHNBR(水素添加ニトリルゴム)等のゴム製の基材で形成されたものを採用することができる。このため、本実施形態のダイヤフラム371の熱伝導率は、他の金属製の部材よりも小さい。
さらに、本実施形態のダイヤフラム371は、図6に示すように、被挟持部371a、変位部371b、およびコンボリューション部371cを有している。被挟持部371aは、アッパーキャップ372およびロワーキャップ373に挟み混まれる部位である。従って、被挟持部371aは、内周側および外周側の2箇所に設けられている。変位部371bは、後述するプレート375が当接する平坦面を有する部位である。
コンボリューション部371cは、被挟持部371aと変位部371bとを連結するとともに、変位部371bが変位する際に折れ曲がる部位である。従って、コンボリューション部371cは、内周側および外周側の2箇所に設けられている。さらに、コンボリューション部371cは、被挟持部371cおよび変位部371bに対して、中心軸CL軸方向の厚み寸法が小さい薄肉部として形成されている。
ダイヤフラム371の下方側には、図5、図6に示すように、ダイヤフラム371の変位を通路形成部材35へ伝達する伝達部材としてのプレート375および複数の作動棒374が配置されている。プレート375は、平板円環状の金属部材で形成されている。プレート375は、ダイヤフラム371の変位部371bの下方側の面の全周に亘って接触するように配置されている。
複数の作動棒374は、中心軸CL方向に延びる円柱状の金属部材で形成されている。複数の作動棒374は、ロワーキャップ373およびディフューザボデー33に形成されて中心軸CL方向に延びる貫通穴に挿入されている。このため、各作動棒374の少なくとも一部は、吸引用通路13b(具体的には、吸引空間30c)の内部を中心軸CL方向に横切るように配置されている。
作動棒374とディフューザボデー33に形成された貫通穴との隙間には、シール部材としてのO−リングが配置されており、作動棒374と貫通穴との隙間から冷媒が漏れることはない。
複数の作動棒374の上方側端部は、プレート375の底面に当接し、下方側端部は、通路形成部材35の底部の外周側の面(具体的には、ディフューザ通路13cを形成する部位の外周側の面)に当接している。これにより、ダイヤフラム371の変位が通路形成部材35に伝達される。
作動棒374の上方側端部および下方側端部は、曲面形状(本実施形態では、半球形状)に形成されており、プレート375および通路形成部材35に対する接触位置や接触角度が変更可能となっている。これにより、本実施形態では、感温媒体の圧力のばらつき等が生じても、作動棒374の中心軸が通路形成部材35の中心軸CLに対して傾いてしまうことを抑制している。
さらに、本実施形態では、ダイヤフラム371にプレート375を当接させているので、ダイヤフラム371の変位部371bの一部に局所的な荷重がかかってしまうことを抑制し、ダイヤフラム371の保護を図ることができる。
複数の作動棒374は、ダイヤフラム371の変位を通路形成部材35へ適切に伝達するために、中心軸CL周りに等角度間隔で配置されていることが望ましい。本実施形態の図1〜図3等では、図示の明確化のため、2本の作動棒374を中心軸CL周りに180°間隔で配置した例を図示しているが、3本の作動棒374を中心軸CL周りに120°間隔で配置してもよい。
また、本実施形態では、図2に示すように、ダイヤフラム371を挟み込んだ状態のアッパーキャップ372およびロワーキャップ373を、ノズルボデー32の溝部32内に、圧入して固定している。
このため、駆動機構37の底面(具体的には、ダイヤフラム371の底面およびプレート375の底面)は、吸引用通路13b(具体的には、吸引空間30c)の内壁面の一部を形成している。換言すると、プレート375の底面側は吸引用通路13b内に配置されている。従って、封入空間37aに封入された感温媒体には、吸引用通路13bを流通する冷媒の有する熱が、主にダイヤフラム371およびプレート375を介して伝達される。
また、図2、図3に示すように、通路形成部材35の底面は、後述する支持部材41に支持されたコイルバネ40の荷重を受けている。コイルバネ40は、通路形成部材35に対して、上方側(通路形成部材35が最小通路面積部30mにおける通路断面積を縮小する側)に付勢する荷重を加える弾性部材である。従って、通路形成部材35は、作動棒374から受ける荷重とコイルバネ40から受ける荷重が釣り合うように変位する。
より具体的には、蒸発器14出口側冷媒の温度(過熱度)が上昇すると、封入空間37aに封入された感温媒体の飽和圧力が上昇し、封入空間37aの内圧から導入空間37bの圧力を差し引いた圧力差が大きくなる。これにより、ダイヤフラム371が吸引空間30c側へ変位して、通路形成部材35が作動棒374から受ける荷重が増加する。従って、蒸発器14出口側冷媒の温度(過熱度)が上昇すると、通路形成部材35は、最小通路面積部30mにおける通路断面積を拡大させる方向(図2では、下方側)に変位する。
一方、蒸発器14出口側冷媒の温度(過熱度)が低下すると、封入空間37aに封入された感温媒体の飽和圧力が低下し、封入空間37aの内圧から導入空間37bの圧力を差し引いた圧力差が小さくなる。これにより、ダイヤフラム371が封入空間37a側へ変位して、通路形成部材35が作動棒374から受ける荷重が減少する。従って、蒸発器14出口側冷媒の温度(過熱度)が低下すると、通路形成部材35は、最小通路面積部30mにおける通路断面積を縮小させる方向(図2では、上方側)に変位する。
本実施形態の駆動機構37では、このように蒸発器14出口側冷媒の過熱度に応じてダイヤフラム371が通路形成部材35を変位させることによって、蒸発器14出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度KSHに近づくように、最小通路面積部30mにおける通路断面積を調整している。この基準過熱度KSHは、コイルバネ40の荷重を調整することによって変更することもできる。
次に、ハウジングボデー31の内部に形成された空間のうち、通路形成部材35の下方側には、図2に示すように、ディフューザ通路13cから流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間30fが形成されている。この気液分離空間30f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30fの中心軸も、通路形成部材35の中心軸CLと同軸上に配置されている。
さらに、気液分離空間30fでは、ディフューザ通路13cから流出した冷媒を中心軸CL周りに旋回させて、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する。また、この気液分離空間30fの内容積は、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても、実質的に余剰冷媒を溜めることができない程度の容積になっている。
気液分離空間30fの中心部には、気液分離空間30fに対して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31fが設けられている。そして、気液分離空間30fにて分離された液相冷媒は、パイプ31fの外周側に一時的に滞留して、液相冷媒流出口31cから流出する。
パイプ31fの内部には、気液分離空間30fにて分離された気相冷媒をハウジングボデー31の気相冷媒流出口31dへ導く気相冷媒流出通路31gが形成されている。さらに、パイプ31fの内周側には、前述したコイルバネ40を支持する支持部材41が配置されている。
このコイルバネ40は、冷媒が減圧される際の圧力脈動に起因する通路形成部材35の振動を減衰させる振動緩衝部材としての機能も果たしている。さらに、支持部材41は、支持部材41を中心軸方向(上下方向)に変位させる調整ねじ41aに連結されている。従って、調整ねじ41aにて、コイルバネ40が通路形成部材35に付勢する荷重を調整することで、狙いの基準過熱度KSHを変更することができる。
次に、エジェクタ13の液相冷媒流出口31cには、図1に示すように、蒸発器14の冷媒入口側が接続されている。蒸発器14は、エジェクタ13にて減圧された低圧冷媒と送風ファン14aから車室内へ送風される送風空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。
送風ファン14aは、制御装置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。蒸発器14の出口側には、エジェクタ13の冷媒吸引口31bが接続されている。さらに、エジェクタ13の気相冷媒流出口31dには圧縮機11の吸入側が接続されている。
次に、図示しない制御装置は、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る。この制御装置は、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、処理を行う。そして、上述の各種電気式のアクチュエータ11、12d、14a等の作動を制御する。
また、制御装置には、内気温センサ、外気温センサ、日射センサ、蒸発器温度センサ、出口側温度センサ、出口側圧力センサ等の複数の空調制御用のセンサ群が接続され、これらのセンサ群の検出値が入力される。
より具体的には、内気温センサは、車室内温度を検出する内気温検出手段である。外気温センサは、外気温を検出する外気温検出手段である。日射センサは、車室内の日射量を検出する日射量検出手段である。蒸発器温度センサは、蒸発器14の吹出空気温度(蒸発器温度)を検出する蒸発器温度検出手段である。出口側温度センサは、放熱器12出口側冷媒の温度を検出する出口側温度検出手段である。出口側圧力センサは、放熱器12出口側冷媒の圧力を検出する出口側圧力検出手段である。
さらに、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図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が制御装置へ入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ等が設けられている。
なお、本実施形態の制御装置は、その出力側に接続された各種の制御対象機器の作動を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、制御装置のうち、各制御対象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)が各制御対象機器の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の吐出容量制御弁の作動を制御することによって、圧縮機11の冷媒吐出能力を制御する構成が吐出能力制御手段を構成している。もちろん、吐出能力制御手段を制御装置に対して、別体の制御装置で構成してもよい。
次に、上記構成における本実施形態の作動を図7のモリエル線図を用いて説明する。まず、操作パネルの作動スイッチが投入(ON)されると、制御装置が圧縮機11の電動モータ、冷却ファン12d、送風ファン14a等を作動させる。これにより、圧縮機11が冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。
圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒(図7のa点)は、放熱器12の凝縮部12aへ流入し、冷却ファン12dから送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部12aにて凝縮した冷媒は、レシーバ部12bにて気液分離される。レシーバ部12bにて気液分離された液相冷媒は、過冷却部12cにて冷却ファン12dから送風された外気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる(図7のa点→b点)。
放熱器12の過冷却部12cから流出した過冷却液相冷媒は、エジェクタ13の減圧用空間30bの内周面と通路形成部材35の外周面との間に形成されるノズル通路13aにて等エントロピ的に減圧されて噴射される(図7のb点→c点)。この際、減圧用空間30bの最小通路面積部30mにおける通路断面積は、蒸発器14出口側冷媒(図7のh点)の過熱度が基準過熱度KSHに近づくように調整される。
そして、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、蒸発器14から流出した冷媒(図7のh点)が、冷媒吸引口31bおよび吸引用通路13b(より詳細には、吸引空間30cおよび吸引通路30d)を介して吸引される。ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒および吸引用通路13b等を介して吸引された吸引冷媒は、ディフューザ通路13cへ流入して合流する(図7のc点→d点、h1点→d点)。
ここで、本実施形態の吸引用通路13bは、冷媒流れ方向に向かって通路断面積が徐々に縮小する形状に形成されている。このため、吸引用通路13bを通過する吸引冷媒は、その圧力を低下させながら(図7のh点→h1点)、流速を増加させる。これにより、吸引冷媒と噴射冷媒との速度差を縮小し、ディフューザ通路13c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。
ディフューザ通路13cでは冷媒通路断面積の拡大により、冷媒の運動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7のd点→e点)。ディフューザ通路13cから流出した冷媒は気液分離空間30fにて気液分離される(図7のe点→f点、e点→g点)。
気液分離空間30fにて分離された液相冷媒は、オリフィス30iにて減圧されて(図7のg点→g1点)、蒸発器14へ流入する。蒸発器14へ流入した冷媒は、送風ファン14aによって送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図7のg1点→h点)。これにより、送風空気が冷却される。
一方、気液分離空間30fにて分離された気相冷媒は気相冷媒流出口31dから流出して、圧縮機11へ吸入され再び圧縮される(図7のf点→a点)。
本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10は、以上の如く作動して、車室内へ送風される送風空気を冷却することができる。
本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10では、ディフューザ通路13cにて昇圧された冷媒を圧縮機11へ吸入させている。従って、エジェクタ式冷凍サイクル10によれば、蒸発器における冷媒蒸発圧力と圧縮機吸入冷媒の圧力が略同等となる通常の冷凍サイクル装置よりも、圧縮機11の消費動力を低減させて、サイクルの成績係数(COP)を向上させることができる。
また、本実施形態のエジェクタ13によれば、旋回空間30aにて冷媒を旋回させることで、旋回空間30a内の旋回中心側の冷媒圧力を、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ことができる。これにより、旋回中心軸の外周側よりも内周側に気相冷媒が多く存在するようにして、旋回空間30a内の旋回中心線近傍はガス単相、その周りは液単相の二相分離状態とすることができる。
このように二相分離状態となった冷媒がノズル通路13aへ流入することで、ノズル通路13aの先細部131では、円環状の冷媒通路の外周側壁面から冷媒が剥離する際に生じる壁面沸騰および円環状の冷媒通路の中心軸側の冷媒のキャビテーションによって生じた沸騰核による界面沸騰によって冷媒の沸騰が促進される。これにより、ノズル通路13aの最小通路面積部30mへ流入する冷媒が、気相と液相が均質に混合した気液混合状態となる。
そして、最小通路面積部30mの近傍で気液混合状態の冷媒の流れに閉塞(チョーキング)が生じ、このチョーキングによって音速に到達した気液混合状態の冷媒が末広部132にて加速されて噴射される。このように、壁面沸騰および界面沸騰の双方による沸騰促進によって、気液混合状態の冷媒を音速となるまで効率よく加速できることで、ノズル通路13aにおけるエネルギ変換効率を向上させることができる。
また、本実施形態のエジェクタ13では、駆動機構37を備えているので、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて通路形成部材35を変位させて、ノズル通路13aの通路断面積(最小通路面積部30mにおける通路断面積)、およびディフューザ通路13cの通路断面積を調整することができる。これにより、サイクルを循環する冷媒の循環流量に応じて、最小通路面積部30mにおける通路断面積等を適切に変化させて、エジェクタ13を適切に作動させることができる。
また、本実施形態のエジェクタ13では、駆動機構37がボデー30の内部に固定されており、さらに、駆動機構37の底面が吸引空間30cの内壁面の一部を形成している。従って、封入空間37a内の感温媒体が外気温の影響を受けにくく、吸引冷媒の有する熱を感温媒体へ伝達させやすい。
その一方で、金属製のボデー30(具体的には、ノズルボデー32)を介して、蒸発器14出口側冷媒(吸引冷媒)以外の冷媒(例えば、ノズル通路13aへ流入する高温高圧冷媒)の有する熱が、封入空間37a内の感温媒体に伝達されてしまうおそれがある。
このような熱伝達が生じてしまうと、感温媒体の温度が蒸発器14出口側冷媒の温度と異なる値になってしまうので、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、ノズル通路13aおよびディフューザ通路13cの通路断面積を適切に変化させることができなくなってしまう。
これに対して、本実施形態のエジェクタ13では、ボデー30と駆動機構37との間に熱移動抑制部である断熱空間30gが形成されているので、吸引冷媒以外の冷媒の有する熱が、ボデー30を介して感温媒体へ伝達されてしまうことを抑制することができる。
従って、吸引冷媒の温度に応じて、高い精度で感温媒体の温度および圧力を変化させることができる。その結果、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、ノズル通路13aおよびディフューザ通路13cの通路断面積を適切に変化させることができる。
さらに、本実施形態では、ノズルボデー32のノズル部32bと駆動機構37との間に断熱空間30gが形成されているので、放熱器12から流出してノズル通路13aへ流入する高温高圧冷媒の有する熱がノズル部32bを介して感温媒体に伝達されてしまうことを抑制することができる。従って、極めて効果的に、感温媒体の温度および圧力を吸引冷媒の温度に応じて変化させる際の精度を向上させることができる。
また、本実施形態では、ノズル部32bの外周側にリブ32dを形成することによって、リブ32dの周囲に断熱空間30gを形成している。従って、容易に熱移動抑制部を形成することができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図8、図9に示すように、断熱空間30gを形成するための突出部の構成を変更した例を説明する。なお、図8、図9は、それぞれ第1実施形態で説明した図3、図4に対応する断面図である。また、図8、図9では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。
より具体的には、本実施形態の突出部は、ノズル部32bの外周側に設けられている。さらに、本実施形態の突出部は、通路形成部材35の中心軸CL方向および径方向に垂直に広がる平板状の複数(本実施形態では、4つ)のリブ32eによって構成されている。リブ32eの外周側先端部は、面取り加工されており、駆動機構37の内周側面に線接触している。
さらに、図9に示すように、複数のリブ32eは、中心軸CL周りに等角度間隔で配置されている。本実施形態の図9では、4つのリブ32eを中心軸CL周りに90°間隔で配置した例を図示しているが、3つのリブ32eを中心軸CL周りに120°間隔で配置してもよい。
その他のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、第1実施形態と同様に、COPを向上させることができる。また、本実施形態のエジェクタ13によれば、第1実施形態と同様に、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、冷媒通路の通路断面積を適切に変化させることができる。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図10に示すように、熱移動抑制部である断熱空間30gを形成する突出部の構成を変更した例を説明する。なお、図10は、第1実施形態で説明した図3に対応する断面図であって、ノズルボデー32については、一部を断面で図示している。
より具体的には、本実施形態の突出部は、ノズル部32bの外周側に設けられている。さらに、この突出部は、ノズル部32bの外周側から駆動機構37へ向かって径方向に突出する複数(本実施形態では、16本)の柱状突出部32fによって形成されている。柱状突出部32fの外周側先端部は、球面状に加工されており、駆動機構37の内周側面に点接触している。
柱状突出部32fは、中間軸CL周りに等角度間隔で2列に配置されている。もちろん、柱状突出部32fは、中間軸CL周りに等角度間隔で1列に配置されていてもよいし、3列以上で配置されていてもよい。
その他のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、第1実施形態と同様に、COPを向上させることができる。また、本実施形態のエジェクタ13によれば、第1実施形態と同様に、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、冷媒通路の通路断面積を適切に変化させることができる。
さらに、本実施形態では、駆動機構37と柱状突出部32fとを点接触させている。これにより、放熱器12から流出した高温高圧冷媒の有する熱が、ノズル部32bおよび柱状突出部32fを介して感温媒体に伝達されてしまうことを、より一層、効果的に抑制することができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、冷媒通路の通路断面積を、より一層、適切に変化させることができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図11の断面図に示すように、突出部を廃止して、ボデー30(具体的には、ノズルボデー32)と駆動機構37との間に、熱移動抑制部としての断熱部材42を配置した例を説明する。なお、図11は、第1実施形態で説明した図2に対応する断面図である。
より具体的には、断熱部材42は、金属よりも熱伝導率が小さく、かつ、冷媒に対して耐性を有する樹脂部材であるナイロン6、あるいはナイロン66で形成されている。従って、断熱部材42は、金属製のボデー30および封入空間形成部材であるアッパーキャップ372よりも熱伝導率の小さい材質で形成されている。
また、断熱部材42は、円環状に形成されており、筒状部、および筒状部の一端側(図11では上方側)から外周側へ広がる平板円環状部を有している。そして、筒状部がノズル部32bの外周側と駆動機構37の内周側との間に配置され、平板円環状部がノズルボデー32に形成された溝部32の底面と駆動機構37の上面との間に配置されている。
その他のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、第1実施形態と同様に、COPを向上させることができる。
さらに、本実施形態のエジェクタ13によれば、熱移動抑制部としての断熱部材42が配置されているので、第1実施形態と同様に、吸引冷媒以外の冷媒の有する熱が、ボデー30を介して感温媒体へ伝達されてしまうことを抑制することができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、冷媒通路の通路断面積を適切に変化させることができる。
(第5実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図12の断面図に示すように、駆動機構37の配置態様を変更した例を説明する。なお、図12は、第1実施形態で説明した図2に対応する断面図である。
より具体的には、本実施形態では、ノズルボデー32に形成された溝部32が廃止されている。そして、ディフューザボデー33の上面(すなわち、ノズルボデー32に対向する面)に、駆動機構37を収容するための円環状の溝部33cが形成されている。
さらに、本実施形態では、図12に示すように、ダイヤフラム371を挟み込んだ状態のアッパーキャップ372およびロワーキャップ373を、ディフューザボデー33の溝部33c内に、圧入して固定することによって、駆動機構37が形成されている。
このため、駆動機構37の上面(具体的には、アッパーキャップ372の上面)は、吸引用通路13b(具体的には、吸引空間30c)の内壁面の一部を形成している。従って、封入空間37aに封入された感温媒体には、吸引用通路13bを流通する冷媒の有する熱が、主にアッパーキャップ372を介して伝達される。
また、本実施形態では、ディフューザボデー33の溝部33cの内周側壁面と駆動機構37の内周面との間に、第4実施形態と同様の熱移動抑制部としての断熱部材42aが配置されている。断熱部材42aは、第4実施形態で説明した断熱部材42と同様の材質で円筒状に形成されている。
さらに、駆動機構37の底面(具体的には、ダイヤフラム371の底面およびプレート375の底面)とディフューザボデー33の溝部33cの底面との間には、第1実施形態と同様の熱移動抑制部である円環状の断熱空間30gが形成されている。この断熱空間30gは、ディフューザボデー33の外周側に形成された図示しない連通路を介して、吸引用通路13d(具体的には、吸引空間30c)に連通している。
その他のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、第1実施形態と同様に、COPを向上させることができる。
さらに、本実施形態のエジェクタ13によれば、熱移動抑制部としての断熱空間30gが形成されているとともに、断熱部材42aが配置されているので、ディフューザ通路13cにて昇圧された冷媒の有する熱がディフューザボデー33を介して感温媒体に伝達されてしまうことを抑制することができる。従って、第1実施形態および第4実施形態と同様に、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、冷媒通路の通路断面積を適切に変化させることができる。
(第6実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図13、図14に示すように、駆動機構37の構成を変更した例を説明する。なお、図13は、第1実施形態で説明した、図6に対応する断面図である。
より具体的には、本実施形態のプレート375のダイヤフラム371側の面には、ダイヤフラム371側へ向かって突出する凸部375aが形成されている。凸部(突出部)375aは、中心軸CL方向から見たときに、中心軸CL周りに円環状に形成されている。ダイヤフラム371の変位部371bのプレート375側の面には、凸部375aが嵌め込まれる円環状の凹部(陥没部)371dが形成されている。
その他のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、第1実施形態と同様に、COPを向上させることができる。また、本実施形態のエジェクタ13によれば、第1実施形態と同様に、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、冷媒通路の通路断面積を適切に変化させることができる。
さらに、本実施形態では、金属製のプレート375に凸部375aを形成し、ゴム製のダイヤフラム371に凹部371dを形成している。これによれば、吸引用通路13bを流通する吸引冷媒の有する熱が、プレート375およびダイヤフラム371を介して、感温媒体へ伝達される際の伝熱経路の熱抵抗を低減させることができる。
より詳細には、上述した伝熱経路では、熱抵抗の高い部位(ゴム製のダイヤフラム371が占める部位)が少なくなり、熱抵抗の低い部位(金属製のプレート375が占める部位)が多くなるので、熱抵抗を低減させることができる。従って、本実施形態のプレート375の凸部375aおよびダイヤフラム371の凹部371dは、吸引冷媒の有する熱が感温媒体に伝達される際の熱抵抗を低減させる熱抵抗低減部を構成している。
そして、本実施形態のエジェクタ13によれば、ダイヤフラム371とプレート375との連結部(接触部)に熱抵抗低減部が設けられているので、吸引冷媒の有する熱を感温媒体へ良好に伝達することができる。これにより、吸引冷媒以外の冷媒が有する熱がボデー30を介して感温媒体へ伝達されてしまったとしても、その影響度合(すなわち、吸引冷媒以外の冷媒が有する熱による感温媒体の温度変化度合)を低下させることができる。
従って、吸引冷媒の温度に応じて、より一層精度良く感温媒体の温度および圧力を変化させることができる。その結果、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、ノズル通路13aおよびディフューザ通路13cの通路断面積を、より一層適切に変化させることができる。
(第7実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図15に示すように、駆動機構37の構成を変更した例を説明する。なお、図15は、第6実施形態で説明した、図14に対応する分解斜視図である。
より具体的には、本実施形態のプレート375の凸部(突出部))375bは、複数箇所(本実施形態では、10箇所)に設けられている。さらに、複数の凸部375bは、中心軸CL周りに等角度間隔で円環状に配置されている。一方、ダイヤフラム371の変位部371bには、凸部375bに対応する位置に、凸部375bが嵌め込まれる複数の凹部(陥没部)371eが形成されている。
従って、本実施形態では、プレート375の凸部375bおよびダイヤフラム371の凹部371eによって、第6実施形態と同様の熱抵抗低減部が形成されている。
その他のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10の構成および作動は、第6実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、第6実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、中心軸CL方向から見たときに、凹部371eが形成される部位の面積を不必要に増加させないので、ダイヤフラム371の強度低下を抑制することができる。
(第8実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図16に示すように、駆動機構37の構成を変更した例を説明する。なお、図16は、第6実施形態で説明した、図14に対応する分解斜視図である。
より具体的には、本実施形態では、プレート375のダイヤフラム371側の面に高熱伝導率材376が配置されている。高熱伝導率材376は、プレート375よりも熱伝動率の大きな材質(例えば、銅、ナノカーボンチューブ)で形成されている。高熱伝導率材376は、平板円環状に形成されており、プレート375のダイヤフラム371側の面に、全周に亘って接触している。
さらに、ダイヤフラム371の変位部371bのプレート375側の面には、高熱伝導率材376が嵌め込まれる凹部371dが形成されている。従って、本実施形態では、高熱伝導率材376およびダイヤフラム371の凹部371dによって、熱抵抗低減部が形成されている。
その他のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10の構成および作動は、第6実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ13およびエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、第6実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施形態では、プレート375よりも熱伝動率の大きな材質で形成された高熱伝導率材376を採用しているので、吸引冷媒の有する熱をより一層良好に感温媒体へ伝達することができる。
これにより、吸引冷媒の温度に応じて、より一層精度良く感温媒体の温度および圧力を変化させることができる。その結果、エジェクタ式冷凍サイクル10の負荷変動に応じて、ノズル通路13aおよびディフューザ通路13cの通路断面積を、より一層適切に変化させることができる。
(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、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。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。例えば、第6〜第8実施形態で説明した駆動機構37を、第2〜第4実施形態で説明したエジェクタ13に適用してもよい。
(1)上述の第1〜第3実施形態では、ノズルボデー32のノズル部32bの外周側に駆動機構37へ向かって突出する突出部(リブ32d、リブ32e、柱状突出部32f)を形成した例を説明したが、駆動機構37(具体的には、ロワーキャップ373)の内周側に同様の突出部を形成してもよい。
さらに、ボデー30と駆動機構37との間の熱移動を抑制する熱移動抑制部(具体的には、断熱空間)を形成することができれば、駆動機構37(具体的には、ロワーキャップ373)の外周側に同様の突出部を形成してもよい。駆動機構37(具体的には、アッパーキャップ372)の上方側にノズルボデー32に形成された溝部32の底面に向かって突出する突出部を設けてもよい。溝部32の底面から駆動機構37へ向かって突出する突出部を形成してもよい。
(2)上述の第4実施形態では、ノズル部32bの外周側と駆動機構37の内周側との間、およびノズルボデー32に形成された溝部32の底面と駆動機構37の上面との間の双方に熱移動抑制部としての断熱部材42を配置した例を説明したが、いずれか一方に断熱部材42を配置し、他方を第1〜第3実施形態で説明した断熱空間と同様としてもよい。
さらに、溝部32の外周側壁面と駆動機構37の外周側との間に、断熱部材42を配置してもよい。同様に、第5実施形態においても、溝部33cの外周側壁面と駆動機構37の外周側との間に、断熱部材42を配置してもよい。
また、断熱部材として、ポリスチレンで形成されたものを採用してもよいし、ダイヤフラム371と同様のゴム材料で形成されたものを採用してもよい。
(3)エジェクタ13の構成は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
例えば、上述の実施形態では、ノズルボデー32として、旋回空間形成部32aおよびノズル部32bが一つの部材で一体的に形成されたものを採用したが、もちろん、旋回空間形成部32aおよびノズル部32bを別部材で形成してもよい。そして、別部材で形成された旋回空間形成部32aおよびノズル部32bを一体化させたものを、ノズルボデー32としてもよい。
また、圧力応動部材はゴム製のダイヤフラム371に限定されない。薄板状の金属で形成された金属製のダイヤフラムを採用してもよい。また、上述の実施形態で説明した、ゴム製のダイヤフラム371に、感温媒体の透過性の低い樹脂製のバリア膜を設けてもよい。
また、エジェクタ13に、ディフューザ通路13cを流れる冷媒の旋回流れを促進する旋回促進手段を追加してもよい。
これによれば、ディフューザ通路13c内に螺旋状の冷媒流路を形成することができるので、ディフューザ通路13c内の冷媒流路が短くなってエジェクタ13の昇圧性能が低下してしまうことを抑制できる。さらに、気液分離空間30fへ流入する冷媒の旋回流れを促進させて、気液分離空間30fにおける気液分離性能を向上させることができる。
このような旋回促進手段としては、通路形成部材35およびディフューザボデー33のディフューザ通路を形成する部位に整流板を配置することによって構成してもよいし、当該部位に溝部を設けることによって構成してもよい。旋回流促進手段として、整流板を配置する場合は、作動棒374の下方側端部を整流板の上方側端部に連結あるいは当接させるようにしてもよい。
また、ハウジングボデー31の気液分離空間30fの底面を形成する部位に、気液分離空間30fと気相冷媒流出通路31gとを連通させるオイル戻し穴を形成してもよい。そして、このオイル戻し穴を介して、液相冷媒に溶け込んだ冷凍機油を、圧縮機11の吸入側へ戻すようにすればよい。
(4)エジェクタ式冷凍サイクル10を構成する各構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
例えば、上述の実施形態では、圧縮機11として、エンジン駆動式の可変容量型圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機11として、電磁クラッチの断続により圧縮機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を採用してもよい。さらに、固定容量型圧縮機構と電動モータとを備え、電力を供給されることによって作動する電動圧縮機を採用してもよい。電動圧縮機では、電動モータの回転数を調整することによって、冷媒吐出能力を制御することができる。
また、上述の実施形態では、放熱器12として、サブクール型の熱交換器を採用した例を説明したが、凝縮部12aのみからなる通常の放熱器を採用してもよい。さらに、通常の放熱器とともに、この放熱器にて放熱した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄える受液器(レシーバ)を一体化させたレシーバ一体型の凝縮器を採用してもよい。
また、上述の実施形態では、冷媒としてR134aあるいはR1234yf等を採用可能であることを説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、R600a、R410A、R404A、R32、R407C、HFO−1234ze、HFO−1234zd等を採用することができる。または、これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。
(5)上述の実施形態では、本発明に係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説明したが、エジェクタ式冷凍サイクル10の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、自動販売機用冷却加熱装置等に適用してもよい。
また、上述の実施形態では、本発明に係るエジェクタ13を備えるエジェクタ式冷凍サイクル10の放熱器12を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器14を送風空気を冷却する利用側熱交換器としている。これに対して、蒸発器14を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として用い、放熱器12を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する利用側熱交換器として用いてもよい。
13 エジェクタ
13a、13b、13c ノズル通路、吸引用通路、ディフューザ通路
30 ボデー
30g 断熱空間(熱移動抑制部)
42、42a 断熱部材(熱移動抑制部)
35 通路形成部材
37 駆動機構
371 ダイヤフラム(圧力応動部材)
375a、375b 凸部(熱抵抗低減部)
371d、371e 凹部(熱抵抗低減部)
376 高熱伝導率材(熱抵抗低減部)

Claims (9)

  1. 蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10)に適用されるエジェクタであって、
    冷媒を減圧させる減圧用空間(30b)、前記減圧用空間(30b)の冷媒流れ下流側に連通して冷媒吸引口(31b)から吸引した冷媒を流通させる吸引用通路(13b)、および前記減圧用空間(30b)から噴射された噴射冷媒と前記吸引用通路(13b)から吸引された吸引冷媒とを流入させる昇圧用空間(30e)が形成されたボデー(30)と、
    少なくとも一部が前記減圧用空間(30b)の内部、および前記昇圧用空間(30e)の内部に配置されるとともに、前記減圧用空間(30b)から離れるに伴って外径が拡大する円錐状に形成された通路形成部材(35)と、
    前記通路形成部材(35)を変位させる駆動機構(37)と、を備え、
    前記ボデー(30)のうち前記減圧用空間(30b)を形成する部位の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路(13a)であり、
    前記ボデー(30)のうち前記昇圧用空間(30e)を形成する部位の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に形成される冷媒通路は、前記噴射冷媒および前記吸引冷媒を混合させて昇圧させる昇圧部として機能するディフューザ通路(13c)であり、
    前記駆動機構(37)は、温度変化に伴って圧力変化する感温媒体が封入された封入空間(37a)内の圧力に応じて変位する圧力応動部材(371)を有するとともに、前記吸引用通路(13b)の内壁面の一部を形成するように前記ボデー(30)に固定されており、
    前記ボデー(30)と前記駆動機構(37)との間には、前記ボデー(30)と前記駆動機構(37)との間の熱移動を抑制する熱移動抑制部が設けられており、
    前記ボデー(30)および前記駆動機構(37)の少なくとも一方には、他方へ向かって突出する突出部(32d、32e、32f)が設けられており、
    前記熱移動抑制部は、前記ボデー(30)と前記駆動機構(37)との間に形成される断熱空間(30g)であることを特徴とするエジェクタ。
  2. 蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10)に適用されるエジェクタであって、
    冷媒を減圧させる減圧用空間(30b)、前記減圧用空間(30b)の冷媒流れ下流側に連通して冷媒吸引口(31b)から吸引した冷媒を流通させる吸引用通路(13b)、および前記減圧用空間(30b)から噴射された噴射冷媒と前記吸引用通路(13b)から吸引された吸引冷媒とを流入させる昇圧用空間(30e)が形成されたボデー(30)と、
    少なくとも一部が前記減圧用空間(30b)の内部、および前記昇圧用空間(30e)の内部に配置されるとともに、前記減圧用空間(30b)から離れるに伴って外径が拡大する円錐状に形成された通路形成部材(35)と、
    前記通路形成部材(35)を変位させる駆動機構(37)と、を備え、
    前記ボデー(30)のうち前記減圧用空間(30b)を形成する部位の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路(13a)であり、
    前記ボデー(30)のうち前記昇圧用空間(30e)を形成する部位の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に形成される冷媒通路は、前記噴射冷媒および前記吸引冷媒を混合させて昇圧させる昇圧部として機能するディフューザ通路(13c)であり、
    前記駆動機構(37)は、温度変化に伴って圧力変化する感温媒体が封入された封入空間(37a)内の圧力に応じて変位する圧力応動部材(371)を有するとともに、前記吸引用通路(13b)の内壁面の一部を形成するように前記ボデー(30)に固定されており、
    前記ボデー(30)と前記駆動機構(37)との間には、前記ボデー(30)と前記駆動機構(37)との間の熱移動を抑制する熱移動抑制部が設けられており、
    前記熱移動抑制部は、前記ボデー(30)よりも熱伝導率の小さい材質の部材(42、42a)で形成されていることを特徴とするエジェクタ。
  3. 前記ボデー(30)は、前記減圧用空間(30b)を形成するノズル部(32b)を有し、
    前記駆動機構(37)は、前記ノズル部(32b)の外周側に固定されており、
    前記熱移動抑制部(30g、42)は、前記ノズル部(32b)と前記駆動機構(37)との間の熱移動を抑制するように設けら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。
  4. さらに、前記駆動機構(37)は、前記圧力応動部材(371)の変位を前記通路形成部材(35)に伝達する伝達部材(375)を有し、
    前記伝達部材(375)の少なくとも一部は、前記吸引用通路(13b)内に配置されており、
    前記圧力応動部材(371)と前記伝達部材(375)との連結部には、前記吸引冷媒の有する熱が前記感温媒体に伝達される際の熱抵抗を低減させる熱抵抗低減部(371d、371e、375a、375b、376)が設けられていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載のエジェクタ。
  5. 前記伝達部材(375)は、前記圧力応動部材(371)よりも熱伝導率の大きい材質で形成されており、
    前記熱抵抗低減部は、前記伝達部材(375)から前記圧力応動部材(371)側へ突出する凸部(375a、375b)、および前記圧力応動部材(371)に形成されて前記凸部(375a、375b)が嵌め込まれる凹部(371d、371e)によって構成されていることを特徴とする請求項に記載のエジェクタ。
  6. 前記熱抵抗低減部は、前記伝達部材(375)の前記圧力応動部材(371)側の面に接触して配置された高熱伝導率材(376)、および前記圧力応動部材(371)に形成されて前記高熱伝導率材(376)が嵌め込まれる凹部(371d)によって構成されており、
    前記高熱伝導率材(376)は、前記伝達部材(375)および前記圧力応動部材(371)の双方よりも熱伝導率の大きい材質で形成されていることを特徴とする請求項に記載のエジェクタ。
  7. 前記駆動機構(37)は、前記通路形成部材(35)の中心軸周りに環状に形成されており、
    前記熱抵抗低減部(371d…376)は、前記通路形成部材(35)の中心軸周りに環状に配置されていることを特徴とする請求項ないしのいずれか1つに記載のエジェクタ。
  8. 前記熱抵抗低減部(371e、375b)は、複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項に記載のエジェクタ。
  9. 前記ボデー(30)には、前記減圧用空間(30b)へ流入する冷媒を前記通路形成部材(35)の中心軸周りに旋回させる旋回空間(30a)が形成されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載のエジェクタ。
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