JPH11148733A

JPH11148733A - 冷凍サイクル用エジェクタ

Info

Publication number: JPH11148733A
Application number: JP9314870A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Takeuchi; 裕嗣武内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズル効率の低下を抑制するという点と、駆
動流と吸引流との接触面積を増大させることによる駆動
流と吸引流との混合性能向上効果を得る点とを兼ね備え
たエジェクタ９を得ることを目的とする。【解決手段】エジェクタ本体１１の混合部１４の吸引
部１３側に、擬似的に円環形状に４個のノズル本体１２
を設置したエジェクタ９を、冷凍サイクル１に組み込む
ことによって、４個のノズル本体１２の噴出口１７から
噴出される気液二相状態の冷媒の駆動流と２個の吸引部
１３から吸引される気相冷媒の吸引流との接触面積を増
大させる。それによって、短い混合距離で圧力を上昇さ
せることで、駆動流と吸引流との混合性能を向上させる
ことができる。また、４個のノズル本体１２の噴出口１
７における駆動流の出口速度の低下を抑えることができ
るので、ノズル効率の低下を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも２個以
上のノズル本体を備えた冷凍サイクル用エジェクタに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、コンプレッサ、コンデンサ、
エジェクタおよび気液分離器を冷媒配管により環状に連
結すると共に、気液分離器で気相冷媒と分離された液相
冷媒を減圧装置、エバポレータを設置したバイパス配管
を介してエジェクタの吸引部に吸引させるようにした冷
凍サイクルを備えた車両用冷凍装置が知られている。

【０００３】ここで、エジェクタの混合部の効率を向上
させるために、図８および図９に示したように、ノズル
本体から噴出する気液二相状態の冷媒の駆動流と第２エ
バポレータから流入する気相冷媒の吸引流とを円環形状
に混合部に流入させる方式がある。この方式は、混合部
（内径：φＤ0 ）１０１に円環形状のノズル本体１０２
の噴出口より噴出する駆動流の内外に吸引部１０３より
吸引流を吸引させるＢタイプのエジェクタである。

【０００４】これにより、Ｂタイプのエジェクタは、駆
動流と吸引流との接触面積が大きいため、図１０のグラ
フに示したように、駆動流が内周側を流れ、吸引流が外
周側を流れるＡタイプのエジェクタや、駆動流が外周側
を流れ、吸引流が内周側を流れるＣタイプのエジェクタ
と比較して、短い混合距離（Ｚ）で圧力（ΔＰ）を上昇
させることができるという利点がある。

【０００５】なお、Ａタイプのエジェクタは、Ｂタイプ
のエジェクタと比較して、駆動流と吸引流との接触面積
が小さいため、短い混合距離（Ｚ）だと圧力（ΔＰ）を
上昇させ難い。また、Ｃタイプのエジェクタは、気液二
相状態の冷媒の駆動流が混合部の内壁面に沿って流れる
ため、駆動流のエネルギーがうまく吸引流に伝わらない
ので、混合部の効率が悪い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のＢタ
イプのエジェクタでは、気液二相状態の冷媒の駆動流を
円環形状に混合部１０１に流入させ、且つ気相冷媒の吸
引流を円環形状および円板形状に混合部１０１に流入さ
せる方式を採用しているので、ノズル本体１０２中の絞
り部も円環形状に絞る必要がある。このため、ノズル本
体１０２の構造が複雑化することによって設計が困難で
あるという問題が生じている。

【０００７】そして、上記のＢタイプのエジェクタで
は、混合部１０１とノズル本体１０２との隙間が狭く、
吸引流が流れる通路断面積が小さくなるので、吸引流側
の圧力損失が増大する。これにより、ノズル本体の噴出
口における駆動流の出口速度が低下することにより、ノ
ズル効率が低下するという問題が生じている。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、上記の問題点に鑑み、ノズル
効率の低下を抑制するという点と、駆動流と吸引流との
接触面積を増大させることによる駆動流と吸引流との混
合性能向上効果を得るという点とを兼ね備えた冷凍サイ
クル用エジェクタを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、複数個のノズル本体の噴出口からエジェクタ本
体の混合部内に噴出する気液二相状態の冷媒の駆動流と
エジェクタ本体の吸引部から混合部内に吸引される気相
冷媒の吸引流とを混合部内で混合させることにより、気
液二相状態の冷媒の駆動流と気相冷媒の吸引流との接触
面積が増大する。それによって、短い混合距離で圧力を
上昇させることができるので、駆動流と吸引流との混合
性能を向上させることができる。

【００１０】そして、円環形状のノズル本体と混合部と
の隙間に対して、複数個のノズル本体と混合部との隙間
は広いので、吸引流が流れる通路断面積は広くなる。そ
れによって、ノズル本体の噴出口における駆動流の出口
速度の低下を抑えることができるので、ノズル効率の低
下を抑えることができる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、エジェク
タ本体内において複数個のノズル本体を擬似的に円環状
に設置することにより、気液二相状態の冷媒の駆動流と
気相冷媒の吸引流との接触面積を増大させることができ
るので、駆動流と吸引流との混合性能を向上させること
ができる。

【００１２】請求項３に記載の発明によれば、複数個の
ノズル本体の内部に形成された冷媒通路の途中に絞り部
を少なくとも１個以上設けることにより、ノズル本体の
噴出口の上流側で冷媒を気液二相状態とすることができ
る。それによって、ノズル本体の噴出口より噴出する駆
動流の出口速度を増大させることができるので、ノズル
効率を向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態の構成〕図１ない
し図４は本発明の第１実施形態を示したもので、図１は
車両用空調装置の冷凍サイクルを示した図である。

【００１４】本実施形態の車両用空調装置の冷凍サイク
ル１は、例えばエンジン搭載車、電気自動車またはハイ
ブリッド自動車等の車両に搭載され、コンプレッサ２、
コンデンサ３、エジェクタ９および気液分離器４が冷媒
流路５によって環状に連結したエジェクタサイクルであ
る。そして、冷凍サイクル１は、気液分離器４の液相冷
媒側とエジェクタ９の吸引部とがバイパス流路６によっ
て連結されている。そして、そのバイパス流路６の途中
には、減圧装置７およびエバポレータ８が設置されてい
る。

【００１５】コンプレッサ２は、車両のエンジンルーム
内に搭載されたエンジンまたは電動モータ等の駆動源に
より回転駆動されて、内部に吸入した気相冷媒を圧縮し
て高温高圧の気相冷媒をコンデンサ３側に吐出する冷媒
圧縮機である。コンデンサ３は、車両のエンジンルーム
内の走行風を受け易い場所に設置されて、コンプレッサ
２の吐出口から吐出された気相冷媒と冷却ファン（図示
せず）等により送り込まれた室外空気とを熱交換して気
相冷媒を凝縮液化させる冷媒凝縮器である。

【００１６】気液分離器４は、エジェクタ９により減圧
膨張された気相二相状態の冷媒を気液分離器するアキュ
ームレータである。減圧装置７は、気液分離器４の液相
冷媒側から流入した液相冷媒を減圧して気相二相状態の
冷媒にするキャピラリチューブやオリフィス等の固定絞
りである。エバポレータ８は、図示しない空調ダクト内
に設置されて、減圧装置７から流入した気液二相状態の
冷媒と送風機（図示せず）等により送り込まれた空気と
を熱交換して気液二相状態の冷媒を蒸発気化させる冷媒
蒸発器である。

【００１７】次に、エジェクタ９の構造を図１ないし図
４に基づいて説明する。ここで、図２はエジェクタ９の
構造を示した図で、図３はエジェクタ９の混合部を示し
た図である。エジェクタ９は、本発明の冷凍サイクル用
エジェクタに相当するもので、エジェクタ本体１１と、
このエジェクタ本体１１内に設けられた複数個（本例で
は４個）のノズル本体１２とを備えている。

【００１８】エジェクタ本体１１は、金属材料により略
円筒形状に形成され、２個の吸引部１３と、複数個のノ
ズル本体１２から噴出された気液二相状態の冷媒の駆動
流と２個の吸引部１３から吸引した気相冷媒の吸引流と
を混合する混合部１４と、この混合部１４から流入した
気液二相状態の冷媒を拡散させるディフューザ部１５と
を有している。なお、吸引部１３は、エジェクタ本体１
１の一端側の外周に図示上下方向に２箇所設けられてい
る。また、混合部１４は、２個の吸引部１３とディフュ
ーザ部１５との間に設けられている。そして、ディフュ
ーザ部１５は、エジェクタ本体１１の他端側に設けられ
ている。

【００１９】複数個のノズル本体１２は、金属材料によ
り略筒形状に形成され、エジェクタ本体１１の混合部１
４内において擬似的に円環形状に設置されている。これ
らのノズル本体１２は、コンデンサ３から流入した液相
冷媒を気液二相状態の冷媒にして混合部１４内に噴出す
るものである。そして、各ノズル本体１２の内部には、
図２および図４に示したように、入口１６から噴出口１
７に向けて冷媒が流れる冷媒通路１８が形成されてい
る。

【００２０】冷媒通路１８の途中には、少なくとも１個
の絞り部１９が形成されている。絞り部１９は、冷媒通
路１８の通路断面積を絞ることにより液相冷媒を減圧し
て気液二相状態の冷媒にする部分である。なお、各ノズ
ル本体１２の上流側（一端側）の外形形状は、外径が変
化しない円筒形状であるが、下流側（他端側）の外形形
状は、噴出口１７に向けて徐々に外径が小さくなる円錐
台筒形状である。

【００２１】そして、各ノズル本体１２の冷媒通路１８
は、図４に示したように、入口１６では内径が変化しな
いが、入口１６から絞り部１９までの上流側通路２１
は、内径が漸減するように形成されている。また、冷媒
通路１８の絞り部１９から噴出口１７までの下流側通路
２２は、図４に示したように、内径が漸増するように形
成されている。

【００２２】〔第１実施形態の作用〕次に、本実施形態
の冷凍サイクル１の作用を図１ないし図４に基づいて簡
単に説明する。

【００２３】コンプレッサ２で圧縮されて高温高圧とな
った気相冷媒は、コンデンサ３で凝縮液化されて高温高
温の液相冷媒になった後に、エジェクタ９の複数個のノ
ズル本体１２内に流入する。エジェクタ９の各ノズル本
体１２内に流入した液相冷媒は、冷媒通路１８の途中の
絞り部１９を通過する際に減圧されて気液二相状態の冷
媒となってノズル本体１２の噴出口１７から混合部１４
内に噴出される。そして、混合部１４およびディフュー
ザ部１５を通過する際に昇圧される。

【００２４】このとき、各ノズル本体１２から高速で噴
出する駆動流回りの圧力低下を利用して、エジェクタ９
の２個の吸引部１３にバイパス流路６から気相冷媒が吸
引される。そして、複数個のノズル本体１２が混合部１
４の吸引部１３側において擬似的に円環形状に設置され
ているため、ノズル本体１２の噴出口１７から噴出した
気液二相状態の冷媒の駆動流と２個の吸引部１３から吸
引された気相冷媒との接触面積が増大する。これによ
り、駆動流と吸引流とが効率良く混合部１４内で混合し
た後に、ディフューザ部１５内で拡散する。そして、デ
ィフューザ部１５より流出した気液二相状態の冷媒は、
気液分離器４内に流入して気液分離する。その後に、気
液分離器４内の気相冷媒は、コンプレッサ２の吸入力に
よってコンプレッサ２に吸入される。

【００２５】また、気液分離器４の底部に溜まっている
液相冷媒は、エジェクタ９の吸引部１３の吸引作用によ
り減圧装置７に流入し、その減圧装置７を通過する際に
減圧膨張されて気液二相状態の冷媒となってエバポレー
タ８内に流入する。エバポレータ８内に流入した冷媒
は、空調ダクト内を流れる空気と熱交換して蒸発気化さ
れた後に、エジェクタ９の吸引部１３に吸引されて、前
述したように、混合部１４内でノズル本体１２の噴出口
１７から噴出した気液二相状態の冷媒と混合する。

【００２６】〔第１実施形態の効果〕以上のように、本
実施形態のエジェクタ９では、エジェクタ本体１１の混
合部１４の吸引部１３側において複数個のノズル本体１
２を擬似的に円環形状に設置することにより、複数個の
ノズル本体１２の噴出口１７から噴出される気液二相状
態の冷媒の駆動流と２個の吸引部１３から吸引される気
相冷媒の吸引流との接触面積を増大させることができ
る。これにより、気液二相状態の冷媒の駆動流の運動エ
ネルギーが気相冷媒の吸引流に効果的に伝わり、両者の
混合が促進されるので、短い混合距離でも圧力を上昇さ
せることができる（混合部１４の効率を向上できる）。
すなわち、気液二相状態の冷媒の駆動流と気相冷媒の吸
引流との混合性能を向上させることができる。

【００２７】また、本実施形態のエジェクタ９では、従
来の円環形状のノズル本体１０２と混合部１０１との隙
間に対して、複数個のノズル本体１２の外周面と混合部
１４の内周面との隙間が広く、気相冷媒の吸引流が流れ
る通路断面積が広くなる。これにより、ノズル本体１２
の噴出口１７付近における、気液二相状態の冷媒の駆動
流の出口速度の低下を抑えることができる。したがっ
て、ノズル本体１２の出口速度の二乗に比例するノズル
効率の低下を抑えることができる。

【００２８】さらに、本実施形態のエジェクタ９の各ノ
ズル本体１２内に形成される冷媒通路１８の途中に設け
られた絞り部１９は、従来のノズル本体１０２の絞り部
のように円環形状に絞る必要はなく、簡単に形成でき
る。これにより、ノズル本体１２の構造を簡素化するこ
とができるので、各冷凍サイクル１に有能なエジェクタ
９の設計がし易い。

【００２９】〔第２実施形態〕図５は本発明の第２実施
形態を示したもので、エジェクタの混合部を示した図で
ある。本実施形態では、気液二相状態の冷媒の駆動流と
気相冷媒の吸引流との接触面積を増大させるという目的
で、エジェクタ９の混合部１４内において第１実施形態
の擬似的に円環形状に設置された４個のノズル本体１２
の中心に１個のノズル本体１２を追加している。

【００３０】〔第３実施形態〕図６は本発明の第３実施
形態を示したもので、エジェクタの混合部を示した図で
ある。本実施形態では、気液二相状態の冷媒の駆動流と
気相冷媒の吸引流との接触面積を増大させるという目的
で、エジェクタ９の混合部１４内において２個のノズル
本体１２を設置している。

【００３１】〔第４実施形態の構成〕図７は本発明の第
４実施形態を示したもので、図７（ａ）はエジェクタの
ノズル本体を示した図で、図７（ｂ）は冷媒圧力と断面
積比との関係を示したグラフである。

【００３２】本実施形態では、冷媒通路１８の途中に１
段目の絞り部２３および２段目の絞り部２４を形成した
ノズル本体１２を、エジェクタ本体１１の混合部１４内
に複数個（２個以上）設置している。そして、冷媒通路
１８の上流側には、ノズル本体１２の入口１６から絞り
部２３まで内径が漸減する第１通路２５と、絞り部２３
から絞り部２４まで内径が一旦漸増した後に再度内径が
漸減する第２通路２６とが設けられている。

【００３３】そして、冷媒通路１８の下流側には、絞り
部２４から冷媒の剥離現象が発生する流体剥離部分３１
まで内径が漸増する第３通路２７と、流体剥離部分３１
から噴出口１７まで内径が漸増する第４通路２８とが設
けられている。すなわち、冷媒通路１８は、第３通路２
６の通路壁面の第１拡がり角度（θ1 ）よりも、第４通
路２７の通路壁面の第２拡がり角度（θ2 ）が小さくな
るように形成されている。なお、第１拡がり角度（θ1
）は４°〜５°程度の一定角度で、第２拡がり角度
（θ2 ）は１°程度の一定角度である。

【００３４】〔第４実施形態の効果〕ここで、冷媒通路
１８の内壁面の拡がり角度は絞り部２４から噴出口１７
まで一定の角度であると、均質流モデルに対し、従来モ
デルの途中での圧力が急激に低下していることからも分
かるように、絞り部２４から噴出口１７までの冷媒通路
１８の途中で大きく剥離が生じ、冷媒通路１８の内壁面
にて渦流を発生する。なお、図７（ｂ）中の△印は第１
従来例Ａを表し、エジェクタの吸引部に吸引される吸引
流の流量が０の場合を示す。また、図７（ｂ）中の□印
は第２従来例Ｂを表し、エジェクタの吸引部に吸引され
る吸引流の流量が最大値の場合を示す。そして、Ａ1 は
２段目の絞り部２４の断面積であり、Ａ2 は噴出口１７
の断面積である。

【００３５】本実施形態のノズル本体１２は、図７
（ａ）に示したように、絞り部２４から流体剥離部分３
１までの第３通路２６の通路壁面の第１拡がり角度（θ
1 ）よりも、流体剥離部分３１から噴出口１７までの第
４通路２７の通路壁面の第２拡がり角度（θ2 ）を小さ
くなるように形成することにより、図７（ｂ）に示した
ように、第４通路２７の通路壁面からの気液二相状態の
冷媒の剥離および渦流の発生を抑えることができる。こ
れにより、均質流モデル（図示破線）に対する圧力低下
を第１、第２従来例Ａ、Ｂよりも抑えることができるの
で、ノズル本体１２内での気液二相状態の冷媒の圧力低
下を略全部速度エネルギーに変換することができる。

【００３６】したがって、実用に供する９０％以上のノ
ズル効率（本実施形態では９５％）を得ることができる
ので、エジェクタ９の吸引部１３に吸引される気相冷媒
の吸引流の流量が増加するので、エバポレータ８を還流
する冷媒の循環流量が増加する。これにより、エバポレ
ータ８の吸熱性能が向上するので、冷凍サイクル１の冷
房性能（冷却性能）を向上することができる。そして、
絞り部２４から噴出口１７までの冷媒通路１８（第３通
路２６および第４通路２７）の全領域で拡がり角度を小
さくしていないので、全領域で拡がり角度を小さくした
ノズル本体と比較して、ノズル本体１２の全長を必要最
小限にすることができる。これにより、エジェクタ本体
１１の軸方向の全長を短縮することができるので、コン
パクトなエジェクタ９を提供できる。

【００３７】〔他の実施形態〕本実施形態では、本発明
を、車両用空調装置の冷凍サイクルに組み込まれるエジ
ェクタ９に提供したが、本発明を、車両用冷房装置、車
両用冷蔵装置、車両用冷凍装置の冷凍サイクル用エジェ
クタに適用しても良い。本実施形態では、エジェクタ９
と気液分離器４との間を冷媒配管によって直接連結した
が、その冷媒配管の途中に第１エバポレータを連結して
も良い。この場合には、エバポレータ８は第２エバポレ
ータとなる。また、バイパス流路６に冷媒ポンプを設置
しても良い。

【００３８】本実施形態では、２個、４個または５個の
ノズル本体１２を備えたエジェクタ９の例を示したが、
本発明を、３個または６個以上のノズル本体を備えたエ
ジェクタに適用しても良い。また、ノズル本体を擬似的
に円環形状となるように、エジェクタ本体１１内に多数
設置しても良い。本実施形態では、吸引部１３の個数を
２個としたが、吸引部１３の個数を１個または３個以上
としても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用空調装置の冷凍サイクルを示した模式図
である（第１実施形態）。

【図２】エジェクタの構造を示した断面図である（第１
実施形態）。

【図３】エジェクタの混合部を示した断面図である（第
１実施形態）。

【図４】エジェクタのノズル本体を示した断面図である
（第１実施形態）。

【図５】エジェクタの混合部を示した断面図である（第
２実施形態）。

【図６】エジェクタの混合部を示した断面図である（第
３実施形態）。

【図７】（ａ）はエジェクタのノズル本体を示した断面
図で、（ｂ）は冷媒圧力と断面積比との関係を示したグ
ラフである（第４実施形態）。

【図８】エジェクタの混合部を示した模式図である（従
来の技術）。

【図９】エジェクタの混合部を示した模式図である（従
来の技術）。

【図１０】Ｚ／Ｄ0 に対するΔＰの変化量を示したグラ
フである（従来の技術）。

【符号の説明】

１冷凍サイクル９エジェクタ（冷凍サイクル用エジェクタ）１１エジェクタ本体１２ノズル本体１３吸引部１４混合部１５ディフューザ部１６入口１７噴出口１８冷媒通路１９絞り部２３１段目の絞り部２４２段目の絞り部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）一端側の外周に設けられて内部に気
相冷媒の吸引流を吸引する吸引部、他端に設けられて気
液二相状態の冷媒を拡散させるディフューザ部、および
前記吸引部と前記ディフューザ部との間に設けられた混
合部を有するエジェクタ本体と、（ｂ）このエジェクタ本体の一端に設けられ、前記吸引
部付近に設けられた噴出口から前記混合部内に気液二相
状態の冷媒の駆動流を噴出する複数個のノズル本体とを
備えた冷凍サイクル用エジェクタ。
【請求項２】請求項１に記載の冷凍サイクル用エジェク
タにおいて、前記複数個のノズル本体は、前記エジェクタ本体内にて
擬似的に円環状に設置したことを特徴とする冷凍サイク
ル用エジェクタ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の冷凍サイ
クル用エジェクタにおいて、前記複数個のノズル本体は、内部に形成された冷媒通路
の途中に、前記冷媒通路の通路断面積を絞る絞り部を少
なくとも１個以上設けたことを特徴とする冷凍サイクル
用エジェクタ。