WO2013132769A1 - エジェクタ - Google Patents

Abstract

　エジェクタは冷凍サイクルの高圧側から流入する高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（１１０）と、ノズル部（１１０）から噴出される噴出冷媒の吸引力によって低圧冷媒を吸引する吸引部（１２０）と、ノズル部（１１０）から噴出される噴出冷媒と吸引部（１２０）から吸引される低圧冷媒とが混合された混合冷媒を減速して圧力上昇させるディフューザ部（１３０）とを備える。エジェクタにおいて、ノズル部（１１０）の上流側に配設されて、高圧冷媒を旋回させ、気液混相状態の冷媒をノズル部（１１０）に流入させる旋回流路（１４０）と、旋回流路（１４０）の上流側に設けられて、旋回流路（１４０）に流入する高圧冷媒の流量を変更可能とする流量可変機構（１５０、１５０Ａ）とを設ける。これにより、ノズル効率を向上させると共に、冷凍サイクルの負荷に見合った作動が可能となる。

Description

エジェクタ 関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１２年３月７日に出願された日本特許出願２０１２－０５０８２７を基にしている。

　本開示は、流体を減圧すると共に、高速で噴出する作動流体の吸引作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタに関するものである。

　従来のエジェクタとして、例えば、特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１のエジェクタは、冷凍サイクルにおいて、圧縮機によって高圧に圧縮された後に冷媒凝縮器によって凝縮液化された冷媒を減圧させるノズル部と、冷媒蒸発器から流出される低圧側の冷媒を吸引する吸引部と、ノズル部から噴出された冷媒と、吸引部から吸引された冷媒とを混合して昇圧するディフューザ部とを備えている。そして、ノズル部は、冷媒凝縮器から流入した液冷媒を減圧膨張させる第１ノズルと、第１ノズルで気液二相となった冷媒を再度、減圧膨張させて噴出する第２ノズルとを有している。

　これにより、第１ノズルによって冷媒を膨張させて気液二相とし、第２ノズルによって更に減圧膨張させることで、第２ノズルより流出する冷媒の出口速度を増大させることができ、ノズル効率を向上させることができるようになっている。

特許第３３３１６０４号公報

　しかしながら、本願の発明者の検討によると、特許文献１のエジェクタでは、例えば冷凍サイクルの低負荷時において、高圧側と低圧側との冷媒圧力差が小さいときに、第１ノズルによって冷媒圧力差分の大半が減圧されてしまう形となり、第２ノズルにおいてはディフューザ部によって昇圧させるための圧力エネルギがほとんど得られなくなってしまうおそれがある。つまり、冷凍サイクルの負荷に見合った充分なエジェクタの作動が得られない場合がある。

　本開示の目的は、上記問題に鑑み、ノズル効率を向上させると共に、冷凍サイクルの負荷に見合った作動が可能となるエジェクタを提供することにある。

　本開示の第１態様では蒸気圧縮式の冷凍サイクルのためのエジェクタであって、冷凍サイクルの高圧側から流入する高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部と、高圧冷媒よりも低圧である低圧冷媒を、ノズル部から噴出される噴出冷媒の吸引力によって吸引する吸引部と、ノズル部の冷媒流れ方向下流側に配設されて、断面積が冷媒流れ方向下流側に向けて徐々に拡大する流路を有し、ノズル部から噴出される噴出冷媒と吸引部から吸引される低圧冷媒とが混合された混合冷媒を減速して圧力上昇させるディフューザ部と、を備える。エジェクタはさらに、ノズル部の冷媒流れ方向上流側に配設されて、高圧冷媒を旋回させ、気液混相状態の冷媒をノズル部に流入させる旋回流路と、旋回流路の冷媒流れ方向上流側に設けられて、旋回流路に流入する高圧冷媒の流量を変更可能とする流量可変機構とを備える。

　本開示の第２態様では、旋回流路は、高圧冷媒を旋回させることにより、仮想される旋回中心線の外周側よりも内周側に気相冷媒を多く存在させてもよい。

　これによれば、旋回流路は、高圧冷媒を旋回させ、旋回中心線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する。実際には、旋回流路において、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なる。この「二相分離状態により生成する気液界面」での液冷媒の沸騰（ガス化）促進により、ノズル部の最小流路面積部近傍においては、流れが二相噴霧状態となり、二相音速まで加速する。さらに、二相音速まで加速した冷媒は、そのノズル部の最小流路面積部から末広流路部出口にかけて理想的な二相噴霧流れを継続でき、末広流路部出口で噴射される冷媒の流速を増大させることができる。よって、ノズル部のノズル効率を向上させることができ、その結果、エジェクタ効率を向上させることができる。

　また、旋回流路に流入する液相冷媒の流量を変更可能とする流量可変機構を設けているので、冷凍サイクルの負荷に応じて冷媒流量を変更することで、冷凍サイクルの負荷に見合った冷媒量を流すことが可能となり、効果的なエジェクタの作動を引き出すことができる。

　尚、冷凍サイクルの負荷が高い時に流量可変機構によって液相冷媒の流量を増大させると、流量可変機構の流路が大きく開かれて、エジェクタとしては、ノズル部による単段膨張のエジェクタとして作用する。逆に、冷凍サイクルの負荷が低い時に流量可変機構によって液相冷媒の流量を低下させると、流量可変機構の流路が絞りのように閉じられて、エジェクタとしては、絞りのように閉じられた流路と、本来のノズル部とによる二段膨張のエジェクタとして作用することになる。

　本開示では、上記で説明した旋回流路によって、ノズル部の末広流路部出口で噴射される冷媒の流速を増大させることで、ノズル効率を向上することができる。そのため、低負荷時に、第１ノズルでの減圧により、第２ノズルにおいてはディフューザ部によって昇圧させるための圧力エネルギがほとんど得られなくなってしまうものに比べて、良好なエジェクタの作動が得られるものとなる。

　本開示の第３態様では、高圧冷媒は、液相冷媒であってもよい。

　高圧冷媒が液相冷媒であると、上記のように冷媒は旋回流路において、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される。この「二相分離状態により生成される気液界面」での液冷媒の沸騰（ガス化）促進により、ノズル部の最小流路面積部から末広流路部出口にかけての流れが二相噴霧状態となり、末広流路部出口における冷媒流速増大の効果を確実に得られる。この効果は、高圧冷媒が気液二相である場合に比べより大きい。

　本開示の第４態様では、流量可変機構は、高圧冷媒がノズル部の軸線と平行に流量可変機構へ流入するよう構成されてもよい。

　これによれば、旋回流路と流量可変機構とを旋回流路の軸線方向に接続することができ、旋回流路の軸線方向と交差する方向に、流量可変機構が張出すようなことが無く、搭載性に優れるエジェクタとすることができる。

　本開示の第５態様では、流量可変機構は、流量可変機構へ流入した高圧冷媒を旋回流路の旋回方向にガイドする少なくとも１つのガイド部材を備えてもよく、ガイド部材は旋回方向に延びるガイド流路を有し、ガイド流路の断面積を変更することで、旋回流路へ流入する高圧冷媒の流量を変更可能としてもよい。

　これよれば、高圧冷媒の流量を調整しつつ、流入した冷媒に対して旋回流を持たせるような流量可変機構とすることができ、コンパクトな流量可変機構とすることができる。

　本開示の第６態様では、ガイド部材は、固定ガイドおよび可動ガイドを有してもよく、ガイド流路は固定ガイドおよび可動ガイドの間に設けられてもよい。可動ガイドを駆動し、固定ガイドおよび可動ガイド間の間隔を変更することで、ガイド流路の断面積を変更してもよい。

　本開示の第７態様では、流量可変機構は複数のガイド部材を備えてもよく、複数のガイド部材は旋回流路の旋回方向に沿って配置されてもよい。

　本開示の第８態様では、流量可変機構は一対のガイド部材を備えてもよく、一対のガイド部材は旋回流路の旋回方向に沿って配置されてお互いに対向してもよい。

　本開示の第９態様では、ガイド部材は、旋回流路内に位置しても良い。

　本開示の第１０態様では、旋回流路は、ノズル部の軸線の方向において、流量可変機構とノズル部の間に配置されてもよい。

本開示の第１実施形態における冷凍サイクルを示す概略図である。 第１実施形態におけるエジェクタを示す概略断面図である。 本開示の第２実施形態におけるエジェクタを示す概略断面図である。 図３中のＩＶ方向から見た概略矢視図である。 本開示の第３実施形態における冷凍サイクルを示す概略図である。 本開示の第４実施形態における冷凍サイクルを示す概略図である。 本開示の変形例における、図４に対応するエジェクタの流量可変機構を示す概略図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
　図１、図２は、第１実施形態のエジェクタ１００を蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、冷凍サイクル）１０に適用したものを示している。この冷凍サイクル１０は、空調装置用として車両に搭載されるものであって、圧縮機１１、凝縮器１２、エジェクタ１００、気液分離器１３、および蒸発器１４が、冷媒配管によって接続されて形成されている。圧縮機１１およびエジェクタ１００（流量可変機構１５０）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１１は、気液分離器１３（貯液部）内の気相冷媒を吸入し、高温高圧に圧縮して凝縮器１２側へ吐出する流体機械であり、図示しない電磁クラッチおよ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ようになっている。圧縮機１１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。尚、圧縮機１１は、電動モータによって回転駆動される電動圧縮機としても良い。電動圧縮機の場合は、電動モータの回転数によって吐出容量が可変される。

　凝縮器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と、図示しない冷却ファンにより強制的に送風される車室外空気（以下、外気）との間で熱交換を行うことにより、高圧冷媒の熱を外気に放出（冷却）させて、冷媒を凝縮液化する熱交換器である。尚、圧縮機１１によって圧縮された冷媒の圧力が臨界圧力を超える場合は、冷媒は冷却されても凝縮液化することはなく、この場合は、凝縮器１２は高圧冷媒を冷却する放熱器として機能する。凝縮器１２の冷媒流出側は、エジェクタ１００の流入部１５１（詳細後述）に接続されている。

　エジェクタ１００は、凝縮器１２から流出される液相冷媒（高圧冷媒）を減圧する減圧手段であると共に、高速で噴出する冷媒流の吸引作用（巻き込み作用）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。図２に示すように、エジェクタ１００は、ノズル部１１０、吸引部１２０、ディフューザ部１３０、旋回流路１４０、および流量可変機構１５０を備えている。

　ノズル部１１０は、凝縮器１２から流出される液相冷媒を、後述する流量可変機構１５０および旋回流路１４０を介して取り入れ、冷媒流れの下流側に向けて通路面積を小さく絞って冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して等エントロピ的に減圧膨張させるものである。ノズル部１１０は、下流側に向かうほど流路が先細りとなる先細部と、この先細部の下流側に配設されて下流側に向かうほど流路が拡大する末広部とを備えている。先細部と末広部とが接続される部位が、最も流路面積が縮小されたノズル喉部となっている。尚、ノズル部１１０の冷媒流れ方向に沿う仮想軸線を、軸線１１１と定義する。

　吸引部１２０は、ノズル部１１０に対して交差する方向に延びた流路であり、エジェクタ１００の外部からノズル部１１０の冷媒噴出口（末広部の出口部）と連通するように配置されている。吸引部１２０は、蒸発器１４の冷媒流出側と接続されている。

　ディフューザ部１３０は、ノズル部１１０および吸引部１２０の冷媒の流れ方向において下流側に設けられている。ディフューザ部１３０は、ノズル部１１０から噴出される高速度の冷媒（噴出冷媒）と、吸引部１２０（蒸発器１４）からの気相冷媒（低圧冷媒）とを混合すると共に、混合された混合冷媒の流れを減速し、速度エネルギを圧力エネルギに変換して昇圧させるものである。ディフューザ部１３０は、冷媒の通路断面積を下流側に向けて徐々に大きくする形状（いわゆ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。ディフューザ部１３０は、気液分離器１３と接続されている。

　旋回流路１４０は、ノズル部１１０の冷媒の流れ方向において上流側に配設されており、凝縮器１２から流出される液相冷媒を旋回させる。これにより、旋回流路１４０では、仮想される旋回流の中心線（以下、旋回中心線）の外周側よりも内周側に気相冷媒が多く存在する。気液混相状態の冷媒が旋回流路１４０からノズル部１１０に流入する。旋回流路１４０は、例えば、扁平円筒状の内部空間を有する流路である。そして、旋回流路１４０に連通するパイプ状（直線状）の流入部１４１が円筒状の旋回流路１４０の外周に対して接線方向から接続されている。ここで、円筒状の旋回流路１４０の仮想軸線を軸線１４２と定義したとき、軸線１４２は、軸線１１１と平行となるように、ノズル部１１０に対して旋回流路１４０が配置されている。さらに具体的には、軸線１４２と軸線１１１とが一致するように、ノズル部１１０に対して旋回流路１４０が配置されている。旋回流路１４０は、ノズル部１１０に連通するように接続されている。

　ここで、旋回流路１４０において、旋回中心線の内周側に気相冷媒が多く存在するようにするためには、冷媒の旋回流速を充分に増速させることが必要となる。そのために、ノズル喉部の流路断面積に対する流入部１４１の流路断面積の比率Ａ、およびノズル喉部の流路断面積に対する旋回流路１４０の流路断面積の比率Ｂが、予め定めた所定値となるように設定されている。

　流量可変機構１５０は、旋回流路１４０に流入する液相冷媒の流量を変更可能とする機構部であり、旋回流路１４０の上流側に配設されている。具体的には、流量可変機構１５０は、流入部１４１の先端側で流入部１４１の冷媒流れ方向（軸線１４２と交差する方向）と平行になるように配置されている。流量可変機構１５０は、流入部１５１と、流入部１５１および流入部１４１との間に形成される空間内に設けられた弁体部１５２とを備えている。流入部１５１は、流量可変部１５０の最上流部に設けられて、冷媒流れ方向が軸線１１１、１４２と平行となるように配設されている。流入部１５１の上流側は、凝縮器１２の冷媒流出側と接続されて、凝縮器１２から流出される液相冷媒が流入するようになっている。

　弁体部１５２は、旋回流路１４０の流入部１４１の開口面積を調節するものあり、図示しない制御装置によって流入部１４１の冷媒流れ方向に摺動されることで、流入部１４１の開口面積を変更することが可能となっている。弁体部１５２は、例えば、傘状の弁と、弁に接続される作動棒と、作動棒を摺動させるアクチュエータとを備え、作動棒が流入部１４１の冷媒流れ方向と平行に延びている。

　図１に戻って、気液分離器１３は、エジェクタ１００のディフューザ部１３０から流出される冷媒を気液二相に分離する分離器である。気液分離機１３は、分離された気液二相の冷媒を内部に貯留する貯液部が一体的に形成された円筒状の容器体となっている。気液二相に分離された冷媒のうち、液相冷媒は貯液部内の下側に溜められ、また、気相冷媒は貯液部内において液相冷媒の上側に溜められるようになっている。貯液部の液相冷媒が溜まる部位は、冷媒配管によって蒸発器１４の冷媒流入側に接続されている。また、貯液部の気相冷媒が溜まる部位は、冷媒配管によって圧縮機１１の吸入側に接続されている。

　蒸発器１４は、送風機によって空調装置の空調ケース内に導入された外気、あるいは車室内空気（以下、内気）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である。蒸発器１４の冷媒流出側は、冷媒配管によってエジェクタ１００の吸引部１２０に接続されている。

　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ている。この制御装置には、乗員による操作パネル（図示せず）からの各種操作信号（空調作動スイッチ、設定温度スイッチ等）、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おり、制御装置は、これらの入力信号を用いてＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って各種機器（主に圧縮機１１および流量可変機構１５０）の作動を制御する。

　次に、上述構成に基づく本実施形態の作動について説明する。

　乗員からの空調作動スイッチ、設定温度スイッチ等が入力されると、制御装置から出力される制御信号が圧縮機１１の電磁クラッチに通電され電磁クラッチが接続状態となり、圧縮機１１に車両走行用エンジンから回転駆動力が伝達される。尚、圧縮機１１が電動圧縮機の場合は、電動モータが作動され、圧縮機１１に電動モータから回転駆動力が伝達される。

　そして、制御装置から圧縮機１１の電磁式容量制御弁に制御プログラムに基づいて制御電流Ｉｎ（制御信号）が出力されると、圧縮機１１の吐出容量が調節され、圧縮機１１は気液分離器１３（貯液部）から気相冷媒を吸入、圧縮して吐出する。

　圧縮機１１から圧縮吐出された高温高圧の気相冷媒は凝縮器１２に流入する。凝縮器１２では高温高圧の冷媒が外気により冷却されて凝縮液化する。凝縮器１２から流出された液相冷媒は、エジェクタ１００の流入部１５１から流量可変機構１５０内に流入する。

　流量可変機構１５０においては、制御装置によって、冷凍サイクル１０の負荷に応じて弁体部１５２の位置（流入部１４１の開口面積）が調節され、旋回流路１４０内に流入する冷媒量が調整される。つまり、冷凍サイクル１０の負荷がより高いときは、弁体部１５２が図２中の下側に移動され、旋回流路１４０の流入部１４１の開口面積がより大きくなるように変更され、旋回流路１４０内に流入する冷媒量が増加される。逆に、冷凍サイクル１０の負荷がより低いときは、弁体部１５２が図２中の上側に移動され、流入部１４１の開口面積がより小さくなるように変更され、旋回流路１４０内に流入する冷媒量が減少される。

　そして、上記のように流量可変機構１５０によって流量調整されて流入部１４１から旋回流路１４０内に流入した液相冷媒は、流入部１４１が旋回流路１４０の円筒状の外周に対して接線方向を向くように接続されていることから、旋回流路１４０内において軸線１４２に対して旋回する旋回流となる。この場合、旋回流中心線は、ほぼ、軸線１４２に一致する。このような旋回流においては、遠心力の作用によって、旋回中心線の近傍の圧力を、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生ずる）圧力まで低下させることで、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にできる。そして、旋回流路１４０の軸線１４２とノズル部１１０の軸線１１１とが一致するように配置されていることから、ガス単相および液単相の冷媒は、気液混相状態の冷媒としてノズル部１１０内に流入していく。

　ノズル部１１０においては、冷媒は減圧膨張される。この減圧膨張時に冷媒の圧力エネルギが速度エネルギに変換されるので、気液混相状態の冷媒はノズル部１１０から高速度となって噴出される。そして、この冷媒噴出流の冷媒吸引作用により、気液分離器１３（貯液部）内の液相冷媒が蒸発器１４内を流通して、気相冷媒となって吸引部１２０に吸引されることになる。

　ここで、上記のように旋回流路１４０において、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されるので、この「二相分離状態により生成される気液界面」での液冷媒の沸騰（ガス化）促進により、ノズル部１１０の先細部から末広部の出口にかけての流れが二相噴霧状態となり、末広部の出口から噴射される冷媒の流速は増大されることになる。

　ノズル部１１０から噴出された冷媒と吸引部１２０に吸引された冷媒は、混合冷媒となってノズル部１１０の下流側のディフューザ部１３０に流入する。このディフューザ部１３０では下流側に向かう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ため、冷媒の圧力が上昇する。

　そして、ディフューザ部１３０から流出された冷媒は気液分離器１３に流入する。気液分離機１３にて気液二相に分離された冷媒は、貯液部に流入する。貯液部内の気相冷媒は、圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。このとき、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力は、エジェクタ１００のディフューザ部１３０によって上昇されているので、圧縮機１１の駆動動力を低減することが可能となる。

　また、気液分離器１３にて気液二相に分離された冷媒のうち、液相冷媒は、エジェクタ１００の冷媒吸引作用により、貯液部から蒸発器１４に流入される。蒸発器１４では、低圧の液相冷媒が空調ケース内の空調用空気（外気あるいは内気）から吸熱して蒸発気化する。つまり、空調ケース内の空調用空気が冷却されることになる。そして、蒸発器１４を通過した後の気相冷媒はエジェクタ１００に吸引され、ディフューザ部１３０から流出される。

　以上のように、本実施形態では、エジェクタ１００に旋回流路１４０を設けているので、液相冷媒を旋回させ、旋回流路１４０において、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される。この「二相分離状態により生成される気液界面」での液冷媒の沸騰（ガス化）促進により、ノズル部１１０の先細部（最小流路面積部）から末広部（末広流路部）の出口にかけての流れが二相噴霧状態となる。これにより、末広部の出口から噴射される冷媒の流速は増大されることになる。エジェクタ１００のノズル部１１０の効率（ノズル効率）は、噴出される冷媒の速度に比例する。その結果、ノズル部１１０のノズル効率を向上させることができ、ひいては、エジェクタ効率を向上させることができる。

　また、旋回流路１４０の上流側に、旋回流路１４０に流入する液相冷媒の流量を変更可能とする流量可変機構１５０を設けているので、冷凍サイクル１０の負荷に応じて冷媒量を変更することができる。冷凍サイクル１０の負荷に見合った冷媒量を流すことが可能となり、効果的なエジェクタ１００の作動を引き出すことができる。

　尚、冷凍サイクル１０の負荷が高い時に流量可変機構１５０によって液相冷媒の流量を増大させると、流量可変機構１５０の弁体部１５２における流路（流入部１４１）が大きく開かれて、エジェクタ（１００）としては、ノズル部１１０による単段膨張のエジェクタとして作用する。逆に、冷凍サイクル１０の負荷が低い時に流量可変機構１５０によって液相冷媒の流量を低下させると、流量可変機構１５０の弁体部１５２における流路（流入部１４１）が絞りのように閉じられて、エジェクタ１００としては、絞りのように閉じられた流路と、本来のノズル部１１０とによる二段膨張のエジェクタとして作用することになる。

　本実施形態では、上記で説明した旋回流路（１４０）によって、ノズル部（１１０）の末広部の出口で噴射される冷媒の流速を増大させることで、ノズル効率を向上することができる。そのため、第１ノズルでの減圧により、第２ノズルにおいてはディフューザ部によって昇圧させるための圧力エネルギが低負荷時においてほとんど得られなくなってしまうものに比べて、良好なエジェクタの作動が得られるものとなる。

　また、エジェクタ１００（旋回流路１４０）に流入される高圧冷媒は、本実施形態では液相冷媒となっている。高圧冷媒が液相冷媒であると、上記のように冷媒は旋回流路１４０において、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される。この「二相分離状態により生成される気液界面」での液冷媒の沸騰（ガス化）促進により、ノズル部１１０の先細部１１１から末広部１１２の出口にかけての流れが二相噴霧状態となり、末広部１１２の出口から噴射される冷媒の流速は増大されることになる。この結果、高圧冷媒が気液二相である場合に比べて、ノズル効率の向上がより大きく得られる。

（第２実施形態）
　第２実施形態におけるエジェクタ１００Ａを図３、図４に示す。第２実施形態のエジェクタ１００Ａは、上記第１実施形態のエジェクタ１００に対して、旋回流路１４０に接続される流量可変機構１５０の構造を変更して、流量可変機構１５０Ａとしたものである。

　旋回流路１４０は、扁平円筒状の上流側が開口されて形成されている。言い換えれば、旋回流路１４０のノズル部１１０に対して反対側の側面が開口している。この開口部が旋回流路１４０における流入部となっている。

　流量可変機構１５０Ａは、基板１５３と第１弁体ガイド１５４（固定ガイド）、第２弁体弁体ガイド１５５（可動ガイド）とを備えている。基板１５３は、円板状の板部材であり、旋回流路１４０の上流側の開口部を塞ぐように配設されている。すなわち、旋回流路１４０は、軸線１１１、１４２の方向において、流量可変機構１５０Ａとノズル部１１０との間に位置している。基板１５３の中心軸と上記軸線１１１、１４２が一直線上に重なっている。基板１５３には、冷媒が流入する流入部としての流入孔１５３ａが複数、穿設されており、流入孔１５３ａは基板１５３を貫通して旋回流路１４０内に連通している。複数の流入孔１５３ａは、例えば、基板１５３の外径側で周方向に２つ設けられている。複数の流入孔１５３ａは、基板１５３の径方向に対向するように配置されている。

　第１弁体ガイド１５４は、ある程度の板厚を有する四角状の板部材であり、円弧状に湾曲するように形成されて、旋回流路１４０内に挿入されている。第１弁体ガイド１５４の湾曲した面を構成する四角形の４辺のうち、１つの湾曲した辺が基板１５３に当接して、湾曲した面が基板１５３に対して立設されている。言い換えれば、第１弁体ガイドの湾曲した面が基板１５３の表面に対して交差するように第１弁体ガイド１５４は基板１５３に当接している。また、第１弁体ガイド１５４は、複数の流入孔１５３ａの位置に対応するように配設されている。例えば、第１弁体ガイド１５４の旋回流路１４０の周方向外側の湾曲面が、流入孔１５３ａの旋回流路１４０の周方向内側の縁に隣接している。第１弁体ガイド１５４は、２つの流入孔１５３ａに対応して２つ設けられている。そして、第１弁体ガイド１５４は、湾曲した面の外側の面（凸側の面）の一端側が旋回流路１４０を区画する壁の内周面に当接して、湾曲した面が旋回流路１４０を区画する壁の内周面に沿うように延びている。湾曲した面の他端側が旋回流路１４０を区画する壁の内周面から中心側にずれている。言い換えれば、第１弁体ガイド１５４は旋回流路１４０を区画する壁の内周面から内側に離れる方向に延びている。第１弁体ガイド１５４は、上記の位置関係となるように、旋回流路１４０内で固定されている。

　一方、第２弁体ガイド１５５は、上記第１弁体ガイド１５４と同様の湾曲した板部材であり、第１弁体ガイド１５４と対を成して旋回流路１４０内に挿入されている。本実施形態では、第１弁体ガイド１５４が２つ設定されていることから、対を成す弁体ガイド１５４、１５５は、ここでは２組設けられている。第２弁体ガイド１５５と対となる第１弁体ガイド１５４との間に流入孔１５３ａが位置する。すなわち、第２弁体ガイド１５５は両弁体ガイド１５４、１５５の間にガイド流路１５６（隙間）ができるように基板１５３から立設されている。ガイド流路１５６は旋回流路１４０の旋回方向に延びている。そして、第１弁体ガイド１５４と同様に、第２弁体ガイド１５５の湾曲した面の外側の面（凸側の面）の一端側が旋回流路１４０を区画する壁の内周面に当接して、湾曲した面が旋回流路１４０を区画する壁の内周面に沿うように延びている。湾曲した面の他端側が旋回流路１４０を区画する壁の内周面から中心側にずれている。第２弁体ガイド１５５も旋回流路１４０を区画する壁の内周面から内側に離れる方向に延びている。両弁体ガイド１５４、１５５間に形成される隙間は流入孔１５３ａから旋回流路１４０へ流入する液相冷媒の流路となる。そして、第２弁体ガイド１５５は、旋回流路１４０および基板１５３に対して、図示しない制御装置によって旋回流路１４０の周方向に移動可能となっている。

　つまり、第２弁体ガイド１５５が、制御装置によって冷凍サイクル１０の熱負荷に応じて、第１弁体ガイド１５４から離れるように周方向に移動されると両弁体ガイド１５４、１５５間の隙間が拡がり、流入孔１５３ａから流入する液相冷媒の流路面積が拡大するようになっている。すなわち、第２弁体ガイド１５５が第１弁体ガイド１５４から離れる方向に移動すると、ガイド流路１５６の断面積が拡大する。逆に、第２弁体ガイド１５５が、第１弁体ガイド１５４に近づくように周方向に移動されると両弁体ガイド１５４、１５５間の隙間が狭くなって、流入孔１５３ａから流入する液相冷媒の流路面積が縮小するようになっている。すなわち、第２弁体ガイド１５５が第１弁体ガイド１５４に近づく方向に移動すると、ガイド流路１５６の断面積は縮小する。第１弁体ガイド１５４および第２弁体ガイド１５５は、流入した高圧冷媒を旋回流路１４０において旋回方向にガイドするガイド部材の一例として用いられても良い。

　上記第２実施形態のエジェクタ１００Ａにおいては、凝縮器１２から流出された液相冷媒は、軸線１１１、１４２と平行の方向から流入孔１５３ａを介して流量可変機構１５０Ａ、更には旋回流路１４０内に流入する。このとき、制御装置によって、冷凍サイクル１０の熱負荷に応じて第２弁体ガイド１５５の位置が移動されることで両弁体ガイド１５４、１５５間の流路面積が調節され、流量可変機構１５０Ａから旋回流路１４０内に流入する冷媒量が調整される。つまり、冷凍サイクル１０の負荷がより高いときは、第２弁体ガイド１５５の操作によって両弁体ガイド１５４、１５５間の流路面積がより大きくなるように変更され、旋回流路１４０内に流入する冷媒量が増加される。逆に、冷凍サイクル１０の負荷がより低いときは、第２弁体ガイド１５５の操作によって両弁体ガイド１５４、１５５間の流路面積がより小さくなるように変更され、旋回流路１４０内に流入する冷媒量が減少される。

　そして、上記のように流量可変機構１５０Ａ（弁体ガイド１５４、１５５）によって流量調整されて流入孔１５３ａから旋回流路１４０内に流入した液相冷媒は、弁体ガイド１５４、１５５の湾曲した面に沿って流れ、軸線１４２に対して旋回する旋回流となる。このように、弁体ガイド１５４、１５５は、流量可変機構１５０Ａにおいて流入孔１５３ａの開口面積を調節して流量を可変させる機能と、旋回流路１４０において冷媒流れを旋回流にする機能とを有している。以下、旋回流路１４０からノズル部１１０、ディフューザ部１３０に至る冷媒の流れは、上記第１実施形態と同じである。

　本実施形態では、流量可変機構１５０Ａへの液相冷媒の流入方向は、旋回流路１４０、およびノズル部１１０の各軸線１４２、１１１と同一方向となるようにしているので、旋回流路１４０と流量可変機構１５０Ａとを軸線１４２方向に接続することができ、旋回流路１４０の軸線１４２方向と交差する方向に、流量可変機構１５０Ａが張出すようなことが無く、搭載性に優れるエジェクタ１００Ａとすることができる。

　また、流量可変機構１５０Ａは、流入された液相冷媒を旋回方向にガイドする一対の弁体ガイド１５４、１５５間の隙間（ガイド流路１５６の断面積）を変更することで、液相冷媒の流量を変更可能とするようにしている。これにより、液相冷媒の流量を調整しつつ、流入した冷媒に対して旋回流を持たせるような流量可変機構１５０Ａとすることができ、コンパクトな流量可変機構１５０Ａとすることができる。

（第３実施形態）
　第３実施形態の冷凍サイクル１０Ａを図５に示す。第３実施形態の冷凍サイクル１０Ａは、上記第１実施形態の冷凍サイクル１０に対して、気液分離器１３を廃止し、蒸発器１４を第１蒸発器１４ａ、および第２蒸発器１４ｂとし、分岐流路１５に減圧器１６を設けたものとしている。この冷凍サイクル１０Ａに、上記第１実施形態のエジェクタ１００が使用されている。

　エジェクタ１００のディフューザ部１３０は、第１蒸発器１４ａの冷媒流入側に接続され、第１蒸発器１４ａの冷媒流出側は、圧縮機１１の吸入側に接続されている。また、分岐流路１５は、凝縮器１２の冷媒流出側とエジェクタ１００の流入部１５１との間から分岐して、エジェクタ１００の吸引部１２０に接続される流路として形成されている。そして、この分岐流路１５には、上流側から下流側に向けて冷媒の減圧手段としての減圧器１６と第２蒸発器１４ｂとが設けられている。

　第１蒸発器１４ａは送風される空調用空気の上流側に配置され、第２蒸発器１４ｂは空調用空気の下流側に配置されている。

　本実施形態においては、凝縮器１２から流出される液相冷媒の一部は、エジェクタ１００の流量可変機構１５０によって流量が調整され、旋回流路１４０によって旋回され、ノズル部１１０によって減圧され、さらにディフューザ部１３０によって昇圧されて流出される。ディフューザ部１３０から流出される冷媒は、第１蒸発器１４ａに流入し、空調用空気から吸熱して蒸発気化する。つまり、空調ケース内の空調用空気が冷却されることになる。そして、第１蒸発器１４ａを通過した冷媒は、圧縮機１１に吸入される。

　また、凝縮器１２から流出される液相冷媒の残りは、分岐流路１５を流通して、減圧器１６によって減圧され、第２蒸発器１４ｂに流入する。第２蒸発器１４ｂでは、第１蒸発器１４ａによって冷却された空調用空気が更に冷却される。そして、第２蒸発器１４ｂを通過した冷媒は、吸引部１２０に吸引される。

　ここで、第１蒸発器１４ａの冷媒蒸発圧力はディフューザ部１３０で昇圧した後の圧力であり、一方、第２蒸発器１４ｂの出口側はエジェクタ１００の吸引部１２０に接続されているから、ノズル部１１０での減圧直後の最も低い圧力を第２蒸発器１４ｂに作用させることが可能となる。

　よって、第１蒸発器１４ａの冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも第２蒸発器１４ｂの冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）を低くすることができる。従って、第１蒸発器１４ａにおける冷媒と空調用空気との温度差に対して、第２蒸発器１４ｂにおける冷媒と第１蒸発器１４ａで冷却された空調用空気との温度差を同様に確保することができるので、効率的な空調用空気の冷却が可能となる。

　尚、第１蒸発器１４ａと第２蒸発器１４ｂとで、冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）が異なるように設定できることから、両蒸発器１４ａ、１４ｂでの冷却対象を異なるものとしても良い。例えば、第１蒸発器１４ａで通常の空調用空気の冷却を行い、第２蒸発器１４ｂで冷凍庫、冷蔵庫等内の空気を冷却するようにしても良い。

（第４実施形態）
　第４実施形態の冷凍サイクル１０Ｂを図６に示す。第４実施形態の冷凍サイクル１０Ｂは、上記第１実施形態の冷凍サイクル１０に対して、気液分離器１３を廃止し、分岐流路１５に減圧器１６と蒸発器１４とを設けると共に、内部熱交換器１７を追加したものとしている。この冷凍サイクル１０Ｂに、上記第１実施形態のエジェクタ１００が使用されている。

　エジェクタ１００のディフューザ部１３０は、圧縮機１１の吸入側に直接、接続されている。また、分岐流路１５は、凝縮器１２の冷媒流出側とエジェクタ１００の流入部１５１との間から分岐して、エジェクタ１００の吸引部１２０に接続される流路として形成されている。そして、この分岐流路１５には、上流側から下流側に向けて冷媒の減圧手段としての減圧器１６と蒸発器１４とが設けられている。

　内部熱交換器１７は、分岐流路１５において減圧器１６よりも上流側となる高圧冷媒と、ディフューザ部１３０から流出される低圧冷媒との間で熱交換する熱交換器であり、例えば２重管式の熱交換器が採用されている。２重管式の内部熱交換器１７は、外管と、外管内に挿入される内管とから形成されて、例えば、外管と内管との間を高圧冷媒が流通し、内管内を低圧冷媒が流通するようになっている。

　本実施形態においては、凝縮器１２から流出される液相冷媒の一部は、エジェクタ１００の流量可変機構１５０によって流量が調整され、旋回流路１４０によって旋回され、ノズル部１１０によって減圧され、さらにディフューザ部１３０によって昇圧されて流出される。ディフューザ部１３０から流出される冷媒は、圧縮機１１に吸入される。

　また、凝縮器１２から流出される液相冷媒の残りは、分岐流路１５を流通して、減圧器１６によって減圧され、蒸発器１４に流入する。蒸発器１４では、空調用空気が冷却される。そして、蒸発器１４を通過した冷媒は、吸引部１２０に吸引される。

　内部熱交換器１７においては、高圧冷媒と低圧冷媒との間において熱交換が成され、高圧冷媒は冷却され、低圧冷媒は過熱されることになる。即ち、分岐流路１５において凝縮器１２から流出された液相冷媒は、内部熱交換器１７によって更に過冷却されて低温化が促進される（サブクール）。また、ディフューザ部１３０から流出された冷媒は、内部熱交換器１７によって過熱されて過熱度を持ったガス冷媒となる（スーパーヒート）。

　よって、蒸発器１４に流入する冷媒の低温化が促進されることから、蒸発器１４におけるエンタルピ差を大きくすることができ、蒸発器１４における空調用空気との熱交換性能（冷房性能）を向上させることができる。そして、ディフューザ部１３０から流出される冷媒は、内部熱交換器１７での熱交換により過熱度が与えられて完全なガス冷媒（気相冷媒）とされるので、圧縮機１１に対する液圧縮を防止することができる。

（他の実施形態）
　以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

　上記各実施形態では、旋回流路１４０に流入される高圧冷媒は、液相冷媒である場合を説明したが、これに限らず、気液二相冷媒の場合であっても良い。旋回流路１４０に流入される冷媒が気液二相状態であっても、旋回流路１４０においては、冷媒の旋回流によって旋回中心線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することができ、ノズル効率向上について同様の効果が得られる。

　また、第２実施形態におけるエジェクタ１００Ａを、第３、第４実施形態の冷凍サイクル１０Ａ、１０Ｂに適用しても良い。

　また、上記各実施形態における冷凍サイクル１０、１０Ａ、１０Ｂは、上記のような車両用空調装置に代えて、車両用冷凍車、あるいは家庭用の給湯器用または室内空調用のヒートポンプサイクルに適用することができる。

　また、上記各実施形態においては、特に冷媒の種類を特定していないが、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒、二酸化炭素冷媒等を用いるものであって、通常サイクルに加えて超臨界サイクルおよび亜臨界サイクルに適用されるものとすることができる。

　上記第２実施形態では、２つの流入孔１５３ａおよび２組の弁体ガイド１５４、１５５を設けたが、流入孔１５３ａおよび弁体ガイド１５４、１５５の数はこれに限らない。例えば、図７に示すように、１つだけ流入孔１５３ａを設けてもよい。この場合、弁体ガイド１５４、１５５も１組設ければ良い。また、複数の流入孔１５３ａおよび複数の弁体ガイド１５４、１５５を設けても良い。

　また、第２弁体ガイド１５５を廃止し、第１弁体ガイド１５４を駆動することによって高圧冷媒の流量を変えても良い。この場合、旋回流路１４０を区画する壁の内周面と第１弁体ガイド１５４の間に設けられるガイド流路１５６の断面積を変えて、旋回流路１４０における高圧冷媒の流量を変えても良い。

Claims (10)

1. 　蒸気圧縮式の冷凍サイクルのためのエジェクタであって、
   　前記冷凍サイクルの高圧側から流入する高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（１１０）と、
   　前記高圧冷媒よりも低圧である低圧冷媒を、前記ノズル部（１１０）から噴出される噴出冷媒の吸引力によって吸引する吸引部（１２０）と、
   　前記ノズル部（１１０）の冷媒流れ方向下流側に配設されて、断面積が冷媒流れ方向下流側に向けて徐々に拡大する流路を有し、前記ノズル部（１１０）から噴出される前記噴出冷媒と前記吸引部（１２０）から吸引される前記低圧冷媒とが混合された混合冷媒を減速して圧力上昇させるディフューザ部（１３０）と、を備え、
   　前記ノズル部（１１０）の冷媒流れ方向上流側に配設されて、前記高圧冷媒を旋回させ、気液混相状態の冷媒を前記ノズル部（１１０）に流入させる旋回流路（１４０）と、
   　前記旋回流路（１４０）の冷媒流れ方向上流側に設けられて、前記旋回流路（１４０）に流入する前記高圧冷媒の流量を変更可能とする流量可変機構（１５０、１５０Ａ）とを設けたエジェクタ。
2. 　前記旋回流路（１４０）は、前記高圧冷媒を旋回させることにより、仮想される旋回中心線の外周側よりも内周側に気相冷媒を多く存在させるよう構成された請求項１に記載のエジェクタ。
3. 　前記高圧冷媒は、液相冷媒である請求項１または請求項２に記載のエジェクタ。
4. 　前記流量可変機構（１５０Ａ）は、前記高圧冷媒が前記ノズル部（１１０）の軸線（１１１）と平行に前記流量可変機構（１５０Ａ）へ流入するよう構成されている請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のエジェクタ。
5. 　前記流量可変機構（１５０Ａ）は、前記流量可変機構（１５０Ａ）へ流入した前記高圧冷媒を前記旋回流路（１４０）の旋回方向にガイドする少なくとも１つのガイド部材を備え、
   　前記ガイド部材は前記旋回方向に延びるガイド流路（１５６）を有し、前記ガイド流路（１５６）の断面積を変更することで、前記旋回流路（１４０）へ流入する前記高圧冷媒の流量を変更可能とする請求項４に記載のエジェクタ。
6. 　前記ガイド部材は、固定ガイド（１５４）および可動ガイド（１５５）を有し、
   　前記ガイド流路（１５６）は前記固定ガイド（１５４）および前記可動ガイド（１５５）の間に設けられ、
   　前記可動ガイド（１５５）を駆動し、前記固定ガイド（１５４）および前記可動ガイド（１５５）間の間隔を変更することで、前記ガイド流路（１５６）の断面積を変更する請求項５に記載のエジェクタ。
7. 　前記流量可変機構（１５０Ａ）は複数の前記ガイド部材を備え、
   　前記複数のガイド部材は前記旋回流路（１４０）の旋回方向に沿って配置されている請求項５または請求項６に記載のエジェクタ。
8. 　前記流量可変機構（１５０Ａ）は一対の前記ガイド部材を備え、
   　前記一対のガイド部材は前記旋回流路（１４０）の旋回方向に沿って配置されてお互いに対向している請求項５ないし請求項７のいずれか１つに記載のエジェクタ。
9. 　前記ガイド部材は、前記旋回流路（１４０）内に位置している請求項５ないし請求項８のいずれか１つに記載のエジェクタ。
10. 　前記旋回流路（１４０）は、前記ノズル部（１１０）の軸線（１１１）の方向において、前記流量可変機構（１５０Ａ）と前記ノズル部（１１０）の間に配置される請求項４ないし請求項９のいずれか１つに記載のエジェクタ。

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