JP6740931B2 - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、エジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクルに関する。

従来、冷媒減圧装置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である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、エジェクタの昇圧作用によって、圧縮機へ吸入される吸入冷媒の圧力を上昇させて圧縮機の消費動力を低減させることができるので、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

例えば、特許文献１には、放熱器から流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部を備え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は、分岐部で分岐された一方の冷媒をエジェクタのノズル部へ流入させ、分岐部で分岐された他方の冷媒を吸引側減圧装置を介して吸引側蒸発器へ流入させ、吸引側蒸発器から流出した冷媒をエジェクタの冷媒吸引口から吸引させるサイクル構成になっている。

また、特許文献２には、特許文献１に対して、分岐部で分岐された一方の冷媒をノズル部の上流側で減圧させるノズル側減圧装置を追加したエジェクタ式冷凍サイクルが開示されている。

特許第３９３１８９９号公報 特許第４６００２０８号公報

ところで、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルでは、サイクルの負荷変動に応じて吸引側減圧装置の絞り開度を適切に調整する必要がある。

例えば、低負荷運転時には、ノズル部へ流入する冷媒流量が低下するので、エジェクタの吸引能力が低下してしまう。エジェクタの吸引能力が低下してしまうと、吸引側蒸発器へ充分な流量の冷媒を流入させることができなくなってしまい、吸引側蒸発器にて冷却される冷却対象流体（例えば、空調対象空間へ送風される送風空気）の温度分布を拡大させてしまう。従って、低負荷運転時には、吸引側減圧装置の絞り開度が不必要に小さくならないように調整する必要がある。

また、通常運転時や高負荷運転時には、ノズル部へ充分な冷媒を流入させることができるので、エジェクタに充分な吸引能力を発揮させやすい。ところが、冷媒吸引口から吸引される冷媒流量（質量流量）が増加すると、エジェクタの昇圧能力が低下してしまうため、上述したＣＯＰ向上効果を充分に得られなくなってしまう。従って、通常運転時や高負荷運転時には、吸引側減圧装置の絞り開度が不必要に大きくならないように調整する必要がある。

しかしながら、引用文献１には、吸引側減圧装置の絞り開度の具体的な調整態様について開示されていない。

さらに、特許文献２のように、ノズル側減圧装置を備えるエジェクタ式冷凍サイクルでは、吸引側減圧装置の絞り開度を適切に調整しようとしても、ノズル側減圧装置の絞り開度が変化すると、吸引側減圧装置の最適な絞り開度も変化してしまう。このため、ノズル側減圧装置および吸引側減圧装置を備えるエジェクタ式冷凍サイクルでは、双方の絞り開度が適切な値に収束し難くなる制御ハンチングの問題が生じやすい。

本発明は、上記点に鑑み、吸引側蒸発器の冷媒流れ上流側に配置される吸引側減圧装置の絞り開度を適切に調整可能な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。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、放熱器下流側の冷媒を減圧させるノズル部（１５ａ）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（１５ｃ）から冷媒を吸引し、噴射冷媒と冷媒吸引口から吸引された吸引冷媒との混合冷媒を昇圧部（１５ｄ）にて昇圧させるエジェクタ（１５）と、冷媒を減圧させる吸引側減圧装置（１６）と、吸引側減圧装置にて減圧された冷媒を蒸発させて冷媒吸引口側へ流出させる吸引側蒸発器（１７）と、放熱器の下流側の冷媒の流れを分岐する分岐部（１３）と、を備え、
ノズル部は、サイクルの熱負荷によらず、分岐部にて分岐された一方の冷媒を減圧させるものであり、吸引側減圧装置は、サイクルの熱負荷によらず、分岐部にて分岐された他方の冷媒を減圧させるものであり、
吸引側減圧装置は、サイクルの熱負荷が予め定めた基準負荷よりも低くなっている際には、吸引側蒸発器から流出した冷媒が、気液二相状態となる範囲で飽和気相冷媒に近づくように絞り開度を変化させ、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも高くなっている際には、吸引側蒸発器から流出した冷媒が、気相状態となる範囲で飽和気相冷媒に近づくように絞り開度を変化させるものであるエジェクタ式冷凍サイクルである。

これによれば、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも低い時には、吸引側蒸発器（１７）から流出する冷媒を比較的乾き度の高い気液二相冷媒とすることができる。従って、吸引側蒸発器（１７）における冷媒の温度変化を抑制することができ、吸引側蒸発器（１７）にて冷却される冷却対象流体の温度分布の拡大を抑制することができる。

さらに、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも低い時には、吸引冷媒の流量も少なくなる。従って、エジェクタ（１５）の冷媒吸引口（１５ｃ）から吸引される冷媒が比較的乾き度の高い気液二相冷媒になっていても、エジェクタ（１５）の昇圧部（１５ｄ）における昇圧作用の低下度合は小さい。

一方、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも高い時には、吸引側蒸発器（１７）から流出した冷媒を比較的過熱度の低い気相冷媒とすることができる。従って、エジェクタ（１５）の冷媒吸引口（１５ｃ）から吸引される冷媒の流量（質量流量）が不必要に増加することを抑制して、エジェクタ（１５）の昇圧部（１５ｄ）における昇圧作用が低下してしまうことを抑制することができる。

さらに、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも高い時には、エジェクタ（１５）に充分な吸引作用を発揮させて、吸引側蒸発器（１７）へ充分な流量の冷媒を供給することができる。従って、吸引側蒸発器（１７）から流出する冷媒が気相冷媒になっていても、吸引側蒸発器（１７）にて冷却される冷却対象流体の温度分布の拡大を招きにくい。

すなわち、本請求項に記載の発明によれば、吸引側蒸発器（１７）の冷媒流れ上流側に配置される吸引側減圧装置（１６）の絞り開度を適切に調整可能なエジェクタ式冷凍サイクルを提供することができる。

ここで、冷却対象流体の温度分布は、吸引側蒸発器（１７）にて冷却された冷却対象流体の最高温度と最低温度との温度差等によって定義することができる。

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一例である。

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実施形態の感温媒体の温度−圧力特性を示すグラフである。 第１実施形態の吸引側蒸発器出口側冷媒の過熱度の変化に対する吸引側蒸発器の温度分布およびエジェクタの昇圧性能の変化を示すグラフである。 第１実施形態の吸引側蒸発器出口側冷媒の過熱度の変化に対するエジェクタ式冷凍サイクルのＣＯＰの変化を示すグラフである。 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２実施形態の吸引側応答時間の変化に対する吸入冷媒の圧力脈動幅の変化を示すグラフである。 他の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。

以下に説明する実施形態のうち、第１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〜図４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に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。

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、サイクルの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。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いる。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。

図１の全体構成図に示す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、圧縮して吐出するものである。より具体的には、本実施形態の圧縮機１１は、１つのハウジング内に固定容量型の圧縮機構、および圧縮機構を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る。

この圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。また、電動モータは、空調制御装置から出力される制御信号によって、回転数（すなわち、冷媒吐出能力）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式のものを採用してもよい。

圧縮機１１の吐出口には、放熱器１２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１２ａにより送風される車室外空気（外気）を熱交換させて、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。冷却ファン１２ａは、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

放熱器１２の冷媒出口には、分岐部１３の流入口側が接続されている。分岐部１３は、放熱器１２から流出した冷媒の流れを分岐するものである。本実施形態では、分岐部１３として、遠心分離方式の気液分離器構造のものを採用している。そして、旋回中心側の比較的乾き度の高い冷媒をエジェクタ１５のノズル部１５ａ側へ流出させ、外周側の比較的乾き度の低い冷媒を吸引側減圧装置１６側へ流出させている。

エジェクタ１５は、分岐部１３にて分岐された一方の冷媒を減圧させて噴射するノズル部１５ａを有し、冷媒減圧装置としての機能を果たす。さらに、エジェクタ１５は、ノズル部１５ａから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、外部から冷媒を吸引して循環させる冷媒循環装置としての機能を果たす。

これに加えて、エジェクタ１５は、ノズル部１５ａから噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口１５ｃから吸引された吸引冷媒との混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギに変換し、混合冷媒を昇圧させるエネルギ変換装置としての機能を果たす。

より具体的には、エジェクタ１５は、ノズル部１５ａ、およびボデー部１５ｂを有している。ノズル部１５ａは、冷媒の流れ方向に向かって徐々に先細る略円筒状の金属（本実施形態では、ステンレス合金）等で形成されている。ノズル部１５ａは、内部に形成された冷媒通路にて冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるものである。

ノズル部１５ａの内部に形成された冷媒通路には、通路断面積を最も縮小させる喉部、および喉部から冷媒を噴射する冷媒噴射口へ向かうに伴って通路断面積が徐々に拡大する末広部が形成されている。つまり、本実施形態のノズル部１５ａは、ラバールノズルとして構成されている。

さらに、本実施形態では、ノズル部１５ａとして、サイクルの通常運転時に冷媒噴射口から噴射される噴射冷媒の流速が音速以上となるように設定されたものが採用されている。もちろん、ノズル部１５ａを先細ノズルで構成してもよい。

ボデー部１５ｂは、略円筒状の金属（本実施形態では、アルミニウム）で形成されている。ボデー部１５ｂは、内部にノズル部１５ａ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１５の外殻を形成するものである。より具体的には、ノズル部１５ａは、ボデー部１５ｂ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。ボデー部１５ｂは、樹脂にて形成されていてもよい。

ボデー部１５ｂの外周面のうち、ノズル部１５ａ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１５ａの冷媒噴射口と連通するように設けられた冷媒吸引口１５ｃが形成されている。冷媒吸引口１５ｃは、ノズル部１５ａから噴射される噴射冷媒の吸引作用によって、後述する吸引側蒸発器１７から流出した冷媒をエジェクタ１５の内部へ吸引する貫通穴である。

ボデー部１５ｂの内部には、冷媒吸引口１５ｃから吸引された吸引冷媒をノズル部１５ａの冷媒噴射口側へ導く吸引通路、および、吸引冷媒と噴射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１５ｄが形成されている。

吸引通路は、ノズル部１５ａの先細り形状の先端部周辺の外周側とボデー部１５ｂ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１５ｄにて吸引冷媒と噴射冷媒が混合する際のエネルギ損失（すなわち、混合損失）を減少させている。

ディフューザ部１５ｄは、吸引通路の出口に連続するように配置された円錐台状の冷媒通路である。ディフューザ部１５ｄでは、通路断面積が冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大する。ディフューザ部１５ｄは、このような通路形状によって、混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギに変換する。

より具体的には、本実施形態のディフューザ部１５ｄを形成するボデー部１５ｂの内周壁面の断面形状は、複数の曲線を組み合わせて形成されている。そして、ディフューザ部１５ｄの冷媒通路断面積の広がり度合が冷媒流れ方向に向かって徐々に大きくなった後に再び小さくなっていることで、冷媒を等エントロピ的に昇圧させることができる。

ディフューザ部１５ｄの出口には、流出側蒸発器１８の冷媒入口側が接続されている。流出側蒸発器１８は、ディフューザ部１５ｄから流出した冷媒と送風機１８ａから車室内へ向けて送風された送風空気とを熱交換させ、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって送風空気を冷却する吸熱用熱交換器である。

送風機１８ａは、空調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。さらに、流出側蒸発器１８の冷媒出口側には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。

次に、吸引側減圧装置１６は、分岐部１３にて分岐された他方の冷媒であって、後述する吸引側蒸発器１７へ流入する冷媒を減圧させる機能を果たす可変絞り機構である。さらに、吸引側減圧装置１６は、吸引側蒸発器１７へ流入する冷媒の流量を調整する流量調整装置としての機能を果たす。

より具体的には、吸引側減圧装置１６は、弁体部１６ａ、感温部１６ｂ等を有している。弁体部１６ａは、分岐部１３にて分岐された他方の冷媒を減圧させる絞り通路の通路断面積を変化させる金属製の弁体である。感温部１６ｂは、弁体部１６ａを変位させるものである。

感温部１６ｂは、ケース１６ｃおよびダイヤフラム１６ｄを有している。ケース１６ｃは、杯状（換言すると、カップ状）の金属部材で形成されている。ケース１６ｃは、内部に感温媒体が封入される封入空間を形成する封入空間形成部材である。感温媒体は、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒の温度に応じて圧力変化する媒体である。

ダイヤフラム１６ｄは、円形薄板状の金属部材で形成されており、ケース１６ｃとともに封入空間を形成している。ダイヤフラム１６ｄは、感温媒体の圧力と吸引側蒸発器１７から流出した冷媒の圧力（すなわち、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の圧力）との圧力差に応じて変形する変形部材である。

ダイヤフラム１６ｄは、作動棒等を介して弁体部１６ａに連結されている。従って、弁体部１６ａは、ダイヤフラム１６ｄの変形に伴って変位する。ダイヤフラム１６ｄは、吸引側減圧装置１６において、封入空間の反対側の面が吸引側蒸発器１７から流出した冷媒と接触可能に配置されている。このため、封入空間内の感温媒体の圧力は、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒の温度に応じて変化する。

より具体的には、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒の温度（過熱度）が上昇すると、封入空間内の圧力が増加する。これにより、感温媒体の圧力から吸引側蒸発器１７出口側冷媒の圧力を減算した圧力差が増加して、ダイヤフラム１６ｄが封入空間の体積を増加させる側に変形する。この変形に伴って、弁体部１６ａは、絞り通路の通路断面積を拡大させる側に変位する。

一方、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒の温度（過熱度）が低下すると、封入空間内の圧力が減少する。これにより、感温媒体の圧力から吸引側蒸発器１７出口側冷媒の圧力を減算した圧力差が減少して、ダイヤフラム１６ｄが封入空間の体積を減少させる側に変形する。この変形に伴って、弁体部１６ａは、絞り通路の通路断面積を縮小させる側に変位する。

従って、吸引側減圧装置１６では、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度に応じて、弁体部１６ａを変位させることができる。そこで、本実施形態の吸引側減圧装置１６では、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度（具体的には、０℃）に近づくように、弁体部１６ａを変位させる。

さらに、吸引側減圧装置１６は、図示しない弾性部材であるコイルバネを有している。コイルバネは、弁体部１６ａに対して、絞り通路の通路断面積を縮小させる側の荷重をかけるものである。従って、上述した基準過熱度は、コイルバネによる荷重を変更することによって調整することができる。

また、吸引側減圧装置１６では、感温媒体として、図２に示すように、予め定めた基準温度ＫＴよりも低い温度帯での圧力がサイクルを循環する冷媒の飽和圧力よりも高くなり、基準温度ＫＴよりも高い温度帯での圧力が冷媒の飽和圧力よりも低くなるものを採用している。

つまり、本実施形態の吸引側減圧装置１６は、いわゆるクロスチャージ方式の温度式膨張弁である。このような特性を有する感温媒体としては、サイクルを循環する冷媒とは異なる成分の冷媒に不活性ガス（具体的には窒素）を混合させたもの等を採用することができる。

このため、吸引側減圧装置１６では、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の温度が基準温度ＫＴより低くなっている際には、感温媒体としてサイクルを循環する冷媒を採用するものよりも、絞り通路の通路断面積を拡大させることができる。従って、本実施形態の吸引側減圧装置１６では、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の温度が基準温度ＫＴより低くなっている際には、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が気液二相冷媒とすることができる。

一方、吸引側減圧装置１６では、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の温度が基準温度ＫＴより高くなっている際には、感温媒体としてサイクルを循環する冷媒を採用するものよりも、絞り通路の通路断面積を縮小させることができる。従って、本実施形態の吸引側減圧装置１６では、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の温度が基準温度ＫＴより高くなっている際には、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が気相冷媒とすることができる。

ここで、図２では、サイクルを循環する冷媒（本実施形態では、Ｒ１３４ａ）の温度−圧力特性（すなわち、飽和曲線）を太破線で示し、本実施形態の感温媒体の温度−圧力特性を、太実線で示している。

さらに、本実施形態では、サイクルの熱負荷が予め定めた基準負荷となっている際の吸引側蒸発器１７における冷媒蒸発温度を、基準温度ＫＴとしている。基準負荷は、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも低くなっている際には、低負荷運転時となっており、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも高くなっている際には、通常運転時あるいは高負荷運転時となっているものと判定するための基準値である。

このため、吸引側減圧装置１６は、基本的には、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が０℃に近づくように（すなわち、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が飽和気相冷媒に近づくように）、弁体部１６ａを変位させる。

そして、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも低くなり、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の温度が基準温度ＫＴより低くなった際には、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が気液二相状態となる範囲で、その過熱度が０℃に近づくように、弁体部１６ａを変位させる。このため、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも低くなっている際には、吸引側蒸発器１７から流出する冷媒が比較的乾き度の高い気液二相冷媒となる。

また、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも高くなり、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の温度が基準温度ＫＴより高くなった際には、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が気相状態となる範囲で、その過熱度が０℃に近づくように、弁体部１６ａを変位させる。このため、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも高くなっている際には、吸引側蒸発器１７から流出する冷媒が比較的低い過熱度を有する気相冷媒となる。

吸引側減圧装置１６の出口には、吸引側蒸発器１７の冷媒入口側が接続されている。吸引側蒸発器１７は、流出側蒸発器１８を通過した送風空気と吸引側減圧装置１６にて減圧された低圧冷媒とを熱交換させ、この低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって送風空気を冷却する吸熱用熱交換器である。

吸引側蒸発器１７の冷媒出口には、吸引側減圧装置１６に形成された感温部１６ｂと連通する冷媒通路を介して、エジェクタ１５の冷媒吸引口１５ｃ側が接続されている。

また、本実施形態の吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８は、一体的に構成されている。具体的には、吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８は、いずれも冷媒を流通させる複数本のチューブと、この複数のチューブの両端側に配置されてチューブを流通する冷媒の集合あるいは分配を行う一対の集合分配用タンクとを有する、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器で構成されている。

そして、吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８の集合分配用タンクを同一部材にて形成することによって、吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８を一体化させている。この際、本実施形態では、流出側蒸発器１８が吸引側蒸発器１７に対して送風空気流れ上流側に配置されるように、吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８を送風空気流れに対して直列に配置している。従って、送風空気は図１の二点鎖線で描いた矢印で示すように流れる。

次に、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０の電気制御部について説明する。図示しない空調制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、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、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、処理を行い、出力側に接続された各種制御対象機器１１、１２ａ、１８ａ等の作動を制御する。

また、空調制御装置には、車室内温度を検出する内気温センサ、外気温を検出する外気温センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、吸引側蒸発器１７から吹き出される吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ等のセンサ群が接続され、これらの空調用センサ群の検出値が入力される。

さらに、空調制御装置の入力側には、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空調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、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、本実施形態の空調制御装置は、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部が一体に構成されたものであるが、空調制御装置のうち、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部を構成している。例えば、圧縮機１１の作動を制御する構成が、吐出能力制御手段を構成している。

次に、上記構成における本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０の作動について説明する。操作パネルの空調作動スイッチが投入（ＯＮ）されると、空調制御装置が、圧縮機１１、冷却ファン１２ａ、送風機１８ａ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は、放熱器１２へ流入する。放熱器１２へ流入した冷媒は、冷却ファン１２ａから送風された外気と熱交換し、冷却されて凝縮する。放熱器１２から流出した冷媒の流れは、分岐部１３にて分岐される。

分岐部１３にて分岐された一方の冷媒は、エジェクタ１５のノズル部１５ａへ流入して等エントロピ的に減圧されて噴射される。そして、噴射冷媒の吸引作用によって、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒が、冷媒吸引口１５ｃから吸引される。

ノズル部１５ａから噴射された噴射冷媒および冷媒吸引口１５ｃから吸引された吸引冷媒は、ディフューザ部１５ｄへ流入する。ディフューザ部１５ｄ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との混合冷媒の圧力が上昇する。ディフューザ部１５ｄにて昇圧された冷媒は、流出側蒸発器１８へ流入する。

流出側蒸発器１８へ流入した冷媒は、送風機１８ａによって送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風機１８ａによって送風された送風空気が冷却される。流出側蒸発器１８から流出した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて再び圧縮される。

一方、分岐部１３にて分岐された他方の冷媒は、吸引側減圧装置１６へ流入して等エンタルピ的に減圧される。この際、吸引側減圧装置１６では、前述の如く、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が０℃に近づくように、絞り開度が調整される。吸引側減圧装置１６にて減圧された冷媒は、吸引側蒸発器１７へ流入する。

吸引側蒸発器１７へ流入した冷媒は、流出側蒸発器１８通過後の送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、流出側蒸発器１８通過後の送風空気がさらに冷却される。吸引側蒸発器１７から流出した冷媒は、冷媒吸引口１５ｃから吸引される。

以上の如く、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０によれば、吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８にて、車室内へ送風される送風空気を冷却することができる。

さらに、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、流出側蒸発器１８下流側の冷媒、すなわちエジェクタ１５のディフューザ部１５ｄにて昇圧された冷媒を圧縮機１１へ吸入させることができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０では、蒸発器における冷媒蒸発圧力と吸入冷媒の圧力が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）の向上させることができる。

また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、流出側蒸発器１８における冷媒蒸発圧力をディフューザ部１５ｄにて昇圧された冷媒圧力とし、吸引側蒸発器１７における冷媒蒸発圧力をノズル部１５ａにて減圧された直後の低い冷媒圧力とすることができる。従って、各蒸発器における冷媒蒸発温度と送風空気との温度差を確保して、送風空気を効率的に冷却することができる。

また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、吸引側減圧装置１６として、クロスチャージ方式の温度式膨張弁を採用して、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が０℃に近づくように、吸引側減圧装置１６の絞り開度を変化させている。

これによれば、吸引側減圧装置１６の絞り開度を適切に変化させることが可能となり、吸引側蒸発器１７にて冷却された送風空気の温度分布の拡大を抑制することができるとともに、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄにおける昇圧作用の低下を抑制することができる。ここで、温度分布は、吸引側蒸発器１７にて冷却された送風空気の最高温度と最低温度との温度差ΔＴ等によって定義することができる。

このことを、図３、図４を用いてより詳細に説明する。まず、図３の太破線に示すように、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が高くなるに伴って、吸引側蒸発器１７にて冷却された送風空気の温度分布が拡大する（換言すると、温度差ΔＴが拡大する）。温度分布が拡大してしまうと、送風空気の冷却能力Ｑが低下してしまうので、ＣＯＰが低下しやすい。

ここで、送風空気の冷却能力Ｑは、吸引側蒸発器１７の出口側冷媒のエンタルピから入口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差ΔＨに、冷媒の質量流量Ｇを積算した値（Ｑ＝ΔＨ×Ｇ）によって定義することができる。

その一方で、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が低くなるに伴って、冷媒吸引口から吸引される冷媒流量（質量流量）が増加するので、エジェクタの昇圧能力が低下してしまう。エジェクタの昇圧能力が低下してしまうと、圧縮機１１の消費動力が増加してしまうので、ＣＯＰが低下しやすい。

従って、吸引側蒸発器１７にて冷却された送風空気の温度分布の拡大を招くことなく、ＣＯＰを極大値に近づけるためには、図４に示すように、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が０℃になっていることが望ましい。

ところが、実際に、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動によらず、吸引側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度を０℃とすること、すなわち吸引側蒸発器１７出口側冷媒を飽和気相冷媒に維持することは難しい。

これに対して、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも低くなる低負荷運転時には、吸引側蒸発器１７から流出する冷媒を比較的乾き度の高い気液二相冷媒とすることができる。これによれば、吸引側蒸発器１７における冷媒の温度変化を抑制することができ、吸引側蒸発器１７にて冷却された送風空気の温度分布の拡大を抑制することができる。

さらに、低負荷運転時には、もともと吸引冷媒の流量も少なくなるので、冷媒吸引口１５ｃから吸引される冷媒が比較的乾き度の高い気液二相冷媒となっていても、ディフューザ部１５ｄにおける昇圧作用の低下度合は小さい。

一方、サイクルの熱負荷が基準負荷よりも高くなる通常運転時あるいは高負荷運転時には、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒を比較的過熱度の低い気相冷媒とすることができる。従って、冷媒吸引口１５ｃから吸引される冷媒の流量（質量流量）が不必要に増加することを抑制して、ディフューザ部１５ｄにおける昇圧作用が低下してしまうことを抑制することができる。

さらに、通常運転時あるいは高負荷運転時には、エジェクタ１５に充分な吸引作用を発揮させて、吸引側蒸発器１７へ充分な流量の冷媒を供給することができる。従って、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が気相冷媒になっていても、吸引側蒸発器１７にて冷却される送風空気の温度分布の拡大を招きにくい。

すなわち、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０によれば、吸引側減圧装置１６の絞り開度を適切に調整することができる。そして、吸引側蒸発器１７にて冷却された送風空気の温度分布の拡大を抑制することができるとともに、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄにおける昇圧作用の低下を抑制することができる。

また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、吸引側減圧装置１６として、クロスチャージ方式の温度式膨張弁を採用している。

従って、複雑な制御等を要することなく、低負荷運転時には、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が気液二相状態となる範囲で過熱度が０℃に近づくように（すなわち、飽和気相冷媒に近づくように）絞り開度を変化させ、通常運転時あるいは高負荷運転時には、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が気相状態となる範囲で過熱度が０℃に近づくように（すなわち、飽和気相冷媒に近づくように）絞り開度を変化させることができる。

また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０のように、吸引側蒸発器１７を流出側蒸発器１８の空気流れ下流側に配置する構成では、吸引側蒸発器１７にて冷却された送風空気の温度分布を抑制することで、エジェクタ式冷凍サイクル１０全体として、送風空気の温度分布を抑制できる。

さらに、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０のように、ノズル部１５ａよりも冷媒流れ上流側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１５ａへ流入させ、分岐された他方の冷媒を蒸発器等（本実施形態では吸引側蒸発器１７）を介してエジェクタ１５に吸引させるサイクル構成では、吸引側蒸発器１７へ供給される冷媒の流量がエジェクタ１５の吸引能力によって変動しやすい。従って、低負荷運転時に吸引側蒸発器１７へ確実に冷媒を供給して、送風空気の温度分布を抑制できることは有効である。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図５の全体構成図に示すように、ノズル側減圧装置１４を追加した例を説明する。ノズル側減圧装置１４は、分岐部１３で分岐された冷媒をノズル部１５ａの上流側で減圧させる機能を果たす可変絞り機構である。さらに、ノズル側減圧装置１４は、ノズル部１５ａへ流入する冷媒の流量を調整する流量調整装置としての機能を果たす。

ノズル側減圧装置１４の基本的構成は、第１実施形態で説明した吸引側減圧装置１６と同様の温度式膨張弁である。従って、ノズル側減圧装置１４は、吸引側減圧装置１６と同様の弁体部１４ａ、感温部１４ｂ等を有している。ノズル側減圧装置１４では、流出側蒸発器１８出口側冷媒（すなわち、圧縮機１１吸入冷媒）の過熱度が予め定めたノズル側基準過熱度（具体的には、１℃）に近づくように、弁体部１４ａを変位させる。

ノズル側減圧装置１４は、クロスチャージ方式の温度式膨張弁に限定されることなく、感温媒体の温度−圧力特性の描く曲線がサイクルを循環する冷媒の飽和曲線と略平行となる、いわゆるノーマルチャージ方式の温度式膨張弁であってもよい。

さらに、本実施形態の吸引側減圧装置１６は、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒の温度が封入空間内の感温媒体に伝達されることを抑制する熱伝達抑制部材１６ｅを有している。より具体的には、熱伝達抑制部材１６ｅは、冷媒から感温媒体への熱伝達経路に配置された樹脂部材あるいはゴム部材である。

これにより、本実施形態では、ノズル側減圧装置１４が絞り開度を基準量変化させる際に要するノズル側応答時間ＲＴｎと、吸引側減圧装置１６が絞り開度を基準量変化させる際に要する吸引側応答時間ＲＴｓが異なる値となるように設定している。より具体的には、ノズル側応答時間ＲＴｎが、吸引側応答時間ＲＴｓよりも短くなるように設定している。

ここで、本実施形態における基準量としては、それぞれの減圧装置の開度を０％（すなわち、全閉）から１００％（すなわち、全開）とする開度変化量を採用している。従って、ノズル側応答時間ＲＴｎは、ノズル側減圧装置１４が全閉状態から全開状態となるまでに要する時間であり、吸引側応答時間ＲＴｓは、吸引側減圧装置１６が全閉状態から全開状態となるまでに要する時間である。

その他の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、吸引側蒸発器１７にて冷却された送風空気の温度分布の拡大を抑制することができるとともに、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄにおける昇圧作用の低下を抑制して、サイクルのＣＯＰを向上させることができる。

さらに、ノズル側減圧装置１４が、圧縮機１１吸入冷媒の過熱度がノズル側基準過熱度に近づくように弁体部１４ａを変位させるので、圧縮機１１の液圧縮を確実に抑制することができる。

ところで、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０のように、ノズル側減圧装置１４および吸引側減圧装置１６の２つの可変絞り機構を備えるサイクルでは、吸引側減圧装置１６の絞り開度を適切に調整しようとしても、ノズル側減圧装置１４の絞り開度が変化すると、吸引側減圧装置１６の最適な絞り開度も変化してしまう。このため、双方の絞り開度が適切な値に収束し難くなる制御ハンチングの問題が生じやすい。

これに対して、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、ノズル側応答時間ＲＴｎと吸引側応答時間ＲＴｓが異なっているので、図６に示すように、ノズル側減圧装置１４と吸引側減圧装置１６との制御的干渉を抑制しやすい。従って、制御ハンチングの問題が生じにくい。

ここで、図６は、ノズル側減圧装置１４および吸引側減圧装置１６の応答性と制御ハンチングの関係を説明するためのグラフである。図６では、制御ハンチングの大きさを示すパラメータとして、圧縮機１１へ吸入される吸入冷媒の圧力の振れ幅（すなわち、単位時間あたりの脈動幅）を採用している。

図６から明らかなように、吸引側応答時間ＲＴｓがノズル側応答時間ＲＴｎと一致している時に、吸入冷媒の圧力の脈動幅がピーク値（すなわち、極大値）となる。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０のように、ノズル側応答時間ＲＴｎと吸引側応答時間ＲＴｓとを異なる値とすることで、制御ハンチングの問題が生じてしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態では、ノズル側応答時間ＲＴｎが、吸引側応答時間ＲＴｓよりも短くなっている。従って、エジェクタ１５のノズル部１５ａへ供給される冷媒の流量を速やかに変化させることができる。これによれば、エジェクタ１５の吸引能力および昇圧能力を速やかに安定させることができ、エジェクタ式冷凍サイクル１０全体としての送風空気の冷却能力を安定させることができる。

さらに、第１実施形態で説明したように、ノズル部１５ａよりも冷媒流れ上流側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１５ａへ流入させ、分岐された他方の冷媒を絞り機構および蒸発器（本実施形態では吸引側蒸発器１７）を介してエジェクタ１５に吸引させるサイクル構成では、吸引側蒸発器１７へ供給される冷媒の流量がエジェクタ１５の吸引能力によって変動しやすい。

従って、エジェクタ１５の吸引能力および昇圧能力を速やかに安定させることができることは、エジェクタ式冷凍サイクル１０全体としての送風空気の冷却能力の安定化のために有効である。

また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、ノズル側減圧装置１４および吸引側減圧装置１６として、基本的に同等の構成の温度式膨張弁を採用している。従って、吸引側減圧装置１６に熱伝達抑制部材１６ｅを設けることで、複雑な制御を要することなく、極めて容易にノズル側応答時間ＲＴｎと吸引側応答時間ＲＴｓとを異なる値とすることができる。

（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。

（１）上述の第１、２実施形態では、吸引側減圧装置１６として、クロスチャージ方式の温度式膨張弁を採用した例を説明したが、吸引側減圧装置として空調制御装置から出力される制御信号によって作動制御される電気式膨張弁を採用してもよい。

この場合は、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒の温度を検出する温度検出部および圧力を検出する圧力検出部を追加すればよい。そして、これらの検出部の検出値に基づいて、第１実施形態と同様に、吸引側蒸発器１７出口側冷媒が飽和気相冷媒に近づくように絞り開度を変化させるようにしてもよい。

ここで、吸引側蒸発器から流出した冷媒が、気液二相状態となる範囲では、吸引側蒸発器１７から流出した冷媒の温度および圧力が一定となってしまう。そこで、吸引側蒸発器から流出した冷媒が気液二相状態となる範囲では、圧縮機１１の冷媒吐出能力（第１実施形態では、回転数）等に基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、絞り開度を変化させるようにしてもよい。

上述の第２実施形態では、ノズル側減圧装置１４として、温度式膨張弁を採用した例を説明したが、ノズル側減圧装置として空調制御装置から出力される制御信号によって作動制御される電気式膨張弁を採用してもよい。

この場合は、圧縮機１１へ吸入される吸入冷媒の温度を検出する温度検出部および圧力を検出する圧力検出部を追加すればよい。そして、これらの検出部の検出値に基づいて、第２実施形態と同様に、吸引冷媒の過熱度がノズル側基準過熱度（具体的には、１℃）に近づくように絞り開度を変化させるようにしてもよい。

この際、空調制御装置が吸引側応答時間ＲＴｓとノズル側応答時間ＲＴｎとを変化させるように、吸引側減圧装置１６およびノズル側減圧装置１４の作動を制御することで、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（２）上述の第２実施形態では、ノズル側応答時間ＲＴｎが、吸引側応答時間ＲＴｓよりも短くなるように設定した例を説明したが、もちろん、吸引側応答時間ＲＴｓが、ノズル側応答時間ＲＴｎよりも短くなるように設定されていても、制御ハンチングの問題が生じてしまうことを抑制することができる。この場合は、ノズル側減圧装置１４に、圧縮機１１へ吸入される吸入冷媒の温度が封入空間内の感温媒体に伝達されることを抑制する熱伝達抑制部材を追加すればよい。

（３）本発明に係るエジェクタ式冷凍サイクルは、上述した実施形態で説明したサイクル構成のものに限定されない。

例えば、図７に示すように、エジェクタ式冷凍サイクル１０に対して、放熱器１２から流出した冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧減圧装置１９を追加してもよい。このような中間圧減圧装置１９としては、圧縮機１１吸入冷媒の過熱度が基準過熱度（具体的には、１℃）に近づくように絞り開度を変化させる温度式膨張弁を採用してもよいし、同様に絞り開度を変化させる電気式の膨張弁を採用してもよい。

これによれば、分岐部１３へ中間圧減圧装置１９にて減圧されて気相冷媒と液相冷媒が均質に混合した気液混合状態の冷媒を流入させることができる。従って、分岐部１３へ気相冷媒と液相冷媒が偏在して不均質に混合した冷媒を流入させる場合に対して、分岐部１３にて分岐される冷媒流量の流量比の変動を抑制することができる。

また、エジェクタ式冷凍サイクル１０に対して、ディフューザ部１５ｄから流出した冷媒の気液を分離して分離された余剰液相冷媒を蓄える低圧側気液分離器を備え、吸引側減圧装置１６は、低圧側気液分離器から流出した液相冷媒を減圧させるものであり、低圧側気液分離器の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入側が接続されているサイクル構成になっていてもよい。

（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、電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１として、プーリ、ベルト等を介して車両走行用エンジンから伝達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を採用してもよい。さらに、エンジン駆動式の圧縮機としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整可能な可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチの断続により圧縮機の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整可能な固定容量型圧縮機を採用することができる。

また、上述の実施形態では、放熱器１２の詳細構成について言及していないが、放熱器１２として、凝縮させた冷媒を蓄えるレシーバ部（換言すると、受液器）を有するレシーバ一体型の凝縮器を採用してもよい。さらに、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。

また、上述の実施形態では、分岐部１３として気液分離構造のものを採用した例を説明したが、分岐部１３はこれに限定されない。例えば、分岐部１３として、３つの流入出口を有する三方継手構造のものを採用してもよい。そして、３つの流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、残りの２つを冷媒流出口としてもよい。

また、上述の実施形態では、吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８を一体的に構成した例を説明したが、吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８を別体で構成されていてもよい。そして、吸引側蒸発器１７および流出側蒸発器１８にて、異なる冷媒対象流体を異なる温度帯で冷却するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、冷媒としてＲ１３４ａを採用した例を説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ６００ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃ、等を採用してもよい。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。さらに、冷媒として二酸化炭素を採用して、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成してもよい。

（５）上述の各実施形態では、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、その他の冷却加熱装置等に適用してもよい。

１０ エジェクタ式冷凍サイクル
１２ 放熱器
１４ ノズル側減圧装置
１５ エジェクタ
１５ａ ノズル部
１５ｃ 冷媒吸引口
１５ｄ ディフューザ部
１６ 吸引側減圧装置
１７ 吸引側蒸発器
１８ 流出側蒸発器

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
   前記放熱器下流側の冷媒を減圧させるノズル部（１５ａ）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（１５ｃ）から冷媒を吸引し、前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口から吸引された吸引冷媒との混合冷媒を昇圧部（１５ｄ）にて昇圧させるエジェクタ（１５）と、
   冷媒を減圧させる吸引側減圧装置（１６）と、
   前記吸引側減圧装置にて減圧された冷媒を蒸発させて前記冷媒吸引口側へ流出させる吸引側蒸発器（１７）と、
   前記放熱器下流側の冷媒の流れを分岐する分岐部（１３）と、を備え、
   前記ノズル部は、サイクルの熱負荷によらず、前記分岐部にて分岐された一方の冷媒を減圧させるものであり、
   前記吸引側減圧装置は、前記熱負荷によらず、前記分岐部にて分岐された他方の冷媒を減圧させるものであり、
   前記吸引側減圧装置は、前記熱負荷が予め定めた基準負荷よりも低くなっている際には、前記吸引側蒸発器から流出した冷媒が、気液二相状態となる範囲で飽和気相冷媒に近づくように絞り開度を変化させ、前記熱負荷が前記基準負荷よりも高くなっている際には、前記吸引側蒸発器から流出した冷媒が、気相状態となる範囲で飽和気相冷媒に近づくように絞り開度を変化させるものであるエジェクタ式冷凍サイクル。
2. 前記吸引側減圧装置は、前記吸引側蒸発器出口側冷媒の温度に応じて圧力変化する感温媒体が封入される封入空間を形成する封入空間形成部材（１６ｃ）、および前記感温媒体の圧力と前記吸引側蒸発器出口側冷媒の圧力との圧力差に応じて変形する変形部材（１６ｄ）を有し、
   前記感温媒体として、予め定めた基準温度（ＫＴ）よりも低い温度帯における圧力がサイクルを循環する冷媒の飽和圧力よりも高くなり、前記基準温度よりも高い温度帯での圧力がサイクルを循環する冷媒の飽和圧力よりも低くなるものが採用されている請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
3. 前記放熱器から流出した冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させて前記分岐部の入口側へ流出させる中間圧減圧装置（１９）を備える請求項１または２に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。

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