WO2015015752A1 - エジェクタ - Google Patents

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WO2015015752A1
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passage
space
suction
ejector
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佳之 横山
山田 悦久
西嶋 春幸
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株式会社デンソー
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    • F25B6/02Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in parallel

Definitions

  • This disclosure relates to an ejector that decompresses a fluid and sucks the fluid by a suction action of a jet fluid ejected at a high speed.
  • an ejector is known as a decompression device applied to a vapor compression refrigeration cycle apparatus.
  • This type of ejector has a nozzle part that decompresses the refrigerant, sucks the gas-phase refrigerant that has flowed out of the evaporator by the suction action of the jetted refrigerant jetted from the nozzle part, and injects it at the booster (diffuser part)
  • the pressure can be increased by mixing the refrigerant and the suction refrigerant.
  • a refrigeration cycle apparatus including an ejector as a decompression apparatus (hereinafter referred to as an ejector-type refrigeration cycle)
  • the power consumption of the compressor can be reduced by utilizing the refrigerant pressure-increasing action in the pressure-increasing section of the ejector.
  • the coefficient of performance (COP) of the cycle can be improved as compared with a normal refrigeration cycle apparatus provided with an expansion valve or the like as the apparatus.
  • Patent Document 1 discloses an ejector that is applied to an ejector-type refrigeration cycle and that has a nozzle portion that depressurizes the refrigerant in two stages. More specifically, in the ejector disclosed in Patent Document 1, the refrigerant in the high-pressure liquid phase is decompressed by the first nozzle until the gas-liquid two-phase state is obtained, and the refrigerant in the gas-liquid two-phase state is supplied to the second nozzle. Inflow.
  • a diffuser part (a boosting part) is coaxially arranged on an extension line in the axial direction of the nozzle part.
  • Patent Document 2 describes that the ejector efficiency can be improved by relatively reducing the spread angle of the diffuser portion arranged in this way.
  • the nozzle efficiency is the energy conversion efficiency when the pressure energy of the refrigerant is converted into kinetic energy in the nozzle portion
  • the ejector efficiency is the energy conversion efficiency of the entire ejector.
  • the effect of improving the nozzle efficiency by flowing the gas-liquid two-phase refrigerant into the second nozzle may not be obtained, and the refrigerant may not be sufficiently boosted in the diffuser section.
  • the diffuser portion having a relatively small spread angle disclosed in Patent Literature 2 to the ejector of Patent Literature 1 and improving the ejector efficiency, the diffuser portion is also at a low load of the ejector refrigeration cycle.
  • a method of sufficiently increasing the pressure of the refrigerant in the case is conceivable.
  • This indication aims at providing the ejector which can control the enlargement of the physique as the whole ejector in view of the above-mentioned point.
  • Another object of the present disclosure is to suppress a decrease in ejector efficiency in an ejector in which a refrigerant passage disposed downstream of a refrigerant passage functioning as a nozzle is formed on the outer peripheral side of a passage forming member.
  • the ejector is used in a vapor compression refrigeration cycle apparatus.
  • the ejector is sucked from a decompression space in which the refrigerant is decompressed, a suction passage that communicates with the downstream side of the refrigerant flow in the decompression space, and sucks the refrigerant from the outside, a refrigerant injected from the decompression space, and a suction passage.
  • a passage forming member having a conical shape that is disposed at least and has a cross-sectional area that increases as the distance from the decompression space increases.
  • the space for decompression has a nozzle passage functioning as a nozzle that decompresses and injects the refrigerant between the inner peripheral surface of the body and the outer peripheral surface of the passage forming member.
  • the mixing space has a mixing passage between the inner peripheral surface of the body and the outer peripheral surface of the passage forming member where the injected refrigerant and the suction refrigerant are mixed.
  • the pressurizing space has a diffuser passage functioning as a diffuser that converts the kinetic energy of the mixed refrigerant into pressure energy between the inner peripheral surface of the body and the outer peripheral surface of the passage forming member.
  • the mixing passage has a shape in which the cross-sectional area is constant or gradually decreases toward the downstream side of the refrigerant flow.
  • the diffuser passage since a conical shape is adopted as the passage forming member, the diffuser passage has a shape that expands along the outer periphery of the passage forming member as it leaves the decompression space. Thereby, it can suppress that the axial direction dimension of a diffuser channel expands, and can suppress the enlargement of the physique as the whole ejector.
  • the mixing passage is formed in a shape in which the passage cross-sectional area is constant or gradually decreases toward the downstream side of the refrigerant flow, the mixed refrigerant of the injected refrigerant and the suction refrigerant flowing into the mixing passage is accelerated. Can be made. Thereby, in the mixing passage, the pressure of the mixed refrigerant can be gradually reduced toward the outlet side.
  • the jet refrigerant and the suction refrigerant that have flowed into the mixing passage flow toward the outlet side where the pressure is low, the flow of the jet refrigerant can be prevented from drifting to the outer peripheral surface side of the passage forming member, and the suction refrigerant can be reduced. , It can suppress flowing toward the inner peripheral side from the outer peripheral side of the injection refrigerant.
  • the droplets (liquid phase refrigerant particles) in the injection refrigerant from adhering to the inner peripheral surface of the body or the outer peripheral surface of the passage forming member.
  • the gas phase refrigerant and the suction refrigerant in the jet refrigerant can be sufficiently mixed. And the velocity energy which the droplet in an injection refrigerant
  • the mixing passage formed on the downstream side of the nozzle passage is an ejector configured to be formed on the outer peripheral side of the passage forming member, a decrease in ejector efficiency can be suppressed.
  • the ejector is used in a vapor compression refrigeration cycle apparatus.
  • the ejector is disposed at least in a decompression space for decompressing the refrigerant, a body having a first suction passage that communicates with the downstream side of the refrigerant flow in the decompression space and sucks the refrigerant from the outside, and the decompression space.
  • a passage having a second suction passage that has a conical shape with a cross-sectional area that increases as the distance from the decompression space increases, and that communicates with the downstream side of the refrigerant flow in the decompression space and sucks the refrigerant from the outside.
  • a forming member A forming member.
  • the body has a pressure increasing space into which a refrigerant mixed from the refrigerant injected from the decompression space, the first suction refrigerant sucked from the first suction passage, and the second suction refrigerant sucked from the second suction passage flows.
  • the space for decompression has a nozzle passage functioning as a nozzle that decompresses and injects the refrigerant between the inner peripheral surface of the body and the outer peripheral surface of the passage forming member.
  • the pressurizing space is a diffuser passage functioning as a diffuser that converts the kinetic energy of the mixed refrigerant into pressure energy between the inner peripheral surface of the body and the outer peripheral surface of the passage forming member.
  • the refrigerant outlet of the first suction passage opens to the outer peripheral side of the refrigerant outlet of the nozzle passage, and the refrigerant outlet of the second suction passage opens to the inner peripheral side of the refrigerant outlet of the nozzle passage.
  • the diffuser passage since a conical shape is adopted as the passage forming member, the diffuser passage has a shape that expands along the outer periphery of the passage forming member as it leaves the decompression space. Thereby, it can suppress that the axial direction dimension of a diffuser channel expands, and can suppress the enlargement of the physique as the whole ejector.
  • the refrigerant outlet of the first suction passage opens to the outer peripheral side of the refrigerant outlet of the nozzle passage
  • the refrigerant outlet of the second suction passage opens to the inner peripheral side of the refrigerant outlet of the nozzle passage. Therefore, the first suction refrigerant merges with the injection refrigerant from the outer peripheral side of the injection refrigerant, and the second suction refrigerant merges with the injection refrigerant from the inner peripheral side of the injection refrigerant.
  • the boundary surface between the outer peripheral side refrigerant and the first suction refrigerant in the jet refrigerant and the boundary surface between the inner peripheral side refrigerant and the second suction refrigerant in the jet refrigerant are both free interfaces, and the jet refrigerant is in the outer circumference. It can suppress drifting to the side or the inner peripheral side.
  • the injection refrigerant and the first suction refrigerant can be sufficiently mixed. Therefore, the velocity energy of the droplets in the jet refrigerant can be effectively transmitted to the gas phase refrigerant in the mixed refrigerant.
  • the passage forming member is not limited to a member that is strictly formed only from a shape in which the cross-sectional area increases as the distance from the decompression space increases, and the cross-sectional area increases at least partially as the distance from the decompression space increases.
  • the shape which expands the shape which can be made into the shape which can be made into the shape which spreads outside as the shape of a diffuser channel
  • “formed in a conical shape” is not limited to the meaning that the passage forming member is formed in a complete conical shape, and is formed close to a conical shape or partially including a conical shape. It also includes the meaning of being. Specifically, the shape in which the axial cross-sectional shape is not limited to an isosceles triangle, the shape in which the two sides sandwiching the apex are convex on the inner peripheral side, the shape in which the two sides sandwiching the apex are convex on the outer peripheral side, Furthermore, it is meant to include those having a semicircular cross section.
  • FIG. 1 It is sectional drawing parallel to the axial direction of the ejector of 2nd Embodiment. It is a figure which shows the VIII part of FIG. It is a schematic diagram of an ejector type refrigerating cycle of a 3rd embodiment of this indication. It is the schematic of the ejector-type refrigerating cycle of 4th Embodiment of this indication. It is a Mollier diagram which shows the state of the refrigerant
  • the present inventors have previously proposed an ejector to be applied to an ejector-type refrigeration cycle in Japanese Patent Application No. 2012-184950 (hereinafter referred to as the prior application example).
  • the ejector sucks the refrigerant flowing out of the evaporator by communicating with the swirling space for swirling the refrigerant flowing out of the radiator, the decompression space for decompressing the refrigerant flowing out of the swirling space, and the refrigerant flow downstream of the decompression space
  • a passage forming member that is disposed inside the pressurizing space and has a conical shape whose cross-sectional area increases as the distance from the depressurizing space increases.
  • the decompression space has a nozzle passage that functions as a nozzle that decompresses and injects the refrigerant that has flowed out of the swirl space between the inner peripheral surface of the body and the outer peripheral surface of the passage forming member.
  • the pressurizing space has a diffuser passage functioning as a diffuser for increasing the pressure by mixing the injected refrigerant and the suction refrigerant between the inner peripheral surface of the body and the outer peripheral surface of the passage forming member.
  • the refrigerant outlet of the suction passage opens in an annular shape on the outer peripheral side of the refrigerant outlet (refrigerant injection port) of the nozzle passage.
  • the refrigerant pressure on the turning center side in the swirling space is reduced to the pressure that becomes the saturated liquid phase refrigerant or the pressure at which the refrigerant boils at a reduced pressure (causes cavitation). Can be reduced.
  • the gas phase refrigerant is present in the swirl space in the vicinity of the swirl center line so that the gas phase refrigerant is present more on the inner circumference side than the outer circumference side of the swirl center axis, and the liquid single phase is around the gas phase. It can be.
  • the refrigerant in the two-phase separation state flows into the nozzle passage, and the boiling is promoted by wall surface boiling and interface boiling, so that the gas phase and the liquid phase are homogeneously mixed in the vicinity of the minimum flow path area of the nozzle passage. It becomes a gas-liquid mixed state. Further, the refrigerant in the gas-liquid mixed state in the vicinity of the minimum flow path area of the nozzle passage is blocked (choking), and the refrigerant is accelerated until the flow rate of the refrigerant in the gas-liquid mixed state becomes a two-phase sound speed.
  • the refrigerant accelerated to the two-phase sonic velocity becomes an ideal two-phase spray flow that is homogeneously mixed downstream from the minimum flow path area of the nozzle passage, and can further increase the flow velocity. it can.
  • the energy conversion efficiency corresponding to the nozzle efficiency
  • a conical shape is adopted as the passage forming member, and the shape of the diffuser passage is formed so as to expand along the outer periphery of the passage forming member as the distance from the decompression space increases.
  • the present inventors have studied the ejector of the prior application example in order to further improve the energy conversion efficiency of the ejector.
  • the decrease in the energy conversion efficiency in the nozzle passage is suppressed.
  • the energy conversion efficiency (ejector efficiency) of the ejector as a whole may be lower than a desired value.
  • the present inventors investigated the cause.
  • the refrigerant passage on the downstream side of the nozzle passage is formed on the outer peripheral side of the passage forming member, and further, the refrigerant outlet of the suction passage.
  • the reason is that the center axis of the passage forming member is open to the outer peripheral side of the refrigerant outlet (refrigerant injection port) of the nozzle passage.
  • the suction refrigerant flows from the outer peripheral side of the injected refrigerant toward the inner peripheral side toward the injected refrigerant having a low pressure. Therefore, the injected refrigerant also easily flows toward the inner peripheral side (that is, the outer peripheral surface side of the passage forming member).
  • the droplet in the injection refrigerant adheres to the outer peripheral surface of the passage forming member without being sufficiently mixed with the gas-phase refrigerant and the suction refrigerant in the injection refrigerant, and the velocity energy of the droplet is changed to the mixed refrigerant. There is a risk that it cannot be effectively transmitted to the gas-phase refrigerant therein. As a result, the pressure increase amount in the diffuser passage may decrease, and the ejector efficiency may decrease.
  • the ejector 13 of the present embodiment is applied to a vapor compression refrigeration cycle apparatus including an ejector as a refrigerant decompression apparatus, that is, an ejector refrigeration cycle 10. Furthermore, this ejector-type refrigeration cycle 10 is applied to a vehicle air conditioner, and fulfills a function of cooling blown air that is blown into a vehicle interior that is a space to be air-conditioned.
  • the ejector refrigeration cycle 10 employs an HFC refrigerant (specifically, R134a) as the refrigerant, and constitutes a subcritical refrigeration cycle in which the high-pressure side refrigerant pressure does not exceed the refrigerant critical pressure.
  • an HFO refrigerant specifically, R1234yf
  • refrigeration oil for lubricating the compressor 11 is mixed in the refrigerant, and a part of the refrigeration oil circulates in the cycle together with the refrigerant.
  • the compressor 11 sucks the refrigerant and discharges it until it becomes a high-pressure refrigerant.
  • the compressor 11 of the present embodiment is an electric compressor configured by housing a fixed capacity type compression mechanism 11a and an electric motor 11b for driving the compression mechanism 11a in one housing.
  • the compression mechanism 11a various compression mechanisms such as a scroll type compression mechanism and a vane type compression mechanism can be adopted. Further, the electric motor 11b is controlled in its operation (number of rotations) by a control signal output from a control device to be described later, and may adopt either an AC motor or a DC motor.
  • the compressor 11 may be an engine-driven compressor that is driven by a rotational driving force transmitted from a vehicle traveling engine via a pulley, a belt, or the like.
  • a variable displacement compressor that can adjust the refrigerant discharge capacity by changing the discharge capacity, or adjusting the refrigerant discharge capacity by changing the operating rate of the compressor by intermittently connecting the electromagnetic clutch.
  • a fixed capacity compressor can be employed.
  • the refrigerant inlet side of the condenser 12 a of the radiator 12 is connected to the discharge port of the compressor 11.
  • the radiator 12 is a heat exchanger for heat radiation that radiates and cools the high-pressure refrigerant by exchanging heat between the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 and outside air (outside air) blown by the cooling fan 12d. .
  • the radiator 12 is a condensing unit that exchanges heat between the high-pressure gas-phase refrigerant discharged from the compressor 11 and the outside air blown from the cooling fan 12d to radiate and condense the high-pressure gas-phase refrigerant.
  • 12a a receiver 12b that separates the gas-liquid refrigerant flowing out of the condensing unit 12a and stores excess liquid-phase refrigerant, and a liquid-phase refrigerant that flows out of the receiver unit 12b and the outside air blown from the cooling fan 12d exchange heat.
  • This is a so-called subcool condenser that includes a supercooling section 12c that supercools the liquid-phase refrigerant.
  • the cooling fan 12d is an electric blower in which the rotation speed (the amount of blown air) is controlled by a control voltage output from the control device.
  • a refrigerant inlet 31 a of the ejector 13 is connected to the refrigerant outlet side of the supercooling portion 12 c of the radiator 12.
  • the ejector 13 functions as a refrigerant decompression device that decompresses the supercooled high-pressure liquid-phase refrigerant that has flowed out of the radiator 12 and causes the refrigerant to flow downstream, and is also described later by the suction action of the refrigerant flow injected at a high speed. It functions as a refrigerant circulation device (refrigerant transport device) that sucks (transports) and circulates the refrigerant that has flowed out of the evaporator 14. Furthermore, the ejector 13 of the present embodiment also functions as a gas-liquid separator that separates the gas-liquid of the refrigerant whose pressure has been reduced.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views for explaining the functions of the refrigerant passages of the ejector 13, and the same reference numerals are given to the portions that perform the same functions as those in FIG. .
  • the ejector 13 of the present embodiment includes a body 30 configured by combining a plurality of constituent members.
  • the body 30 includes a housing body 31 that is formed of a prismatic or cylindrical metal or resin and forms an outer shell of the ejector 13.
  • a nozzle body 32 is provided inside the housing body 31.
  • the middle body 33, the lower body 34, etc. are fixed.
  • the housing body 31 includes a refrigerant inlet 31 a that allows the refrigerant flowing out of the radiator 12 to flow into the interior, a refrigerant suction port 31 b that sucks the refrigerant flowing out of the evaporator 14, and a gas-liquid separation space formed inside the body 30.
  • the liquid-phase refrigerant outlet 31c that causes the liquid-phase refrigerant separated in 30f to flow out to the refrigerant inlet side of the evaporator 14 and the gas-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f flow out to the suction side of the compressor 11.
  • the gas-phase refrigerant outlet 31d to be made is formed.
  • the nozzle body 32 is formed of a substantially conical metal member or the like tapering in the refrigerant flow direction, and is press-fitted into the housing body 31 so that the axial direction is parallel to the vertical direction (vertical direction in FIG. 2). It is fixed by the method. Between the upper side of the nozzle body 32 and the housing body 31, a swirling space 30a for swirling the refrigerant flowing from the refrigerant inlet 31a is formed.
  • the swirling space 30a is formed in a rotating body shape, and the central axis shown by the one-dot chain line in FIG. 2 extends in the vertical direction.
  • the rotating body shape is a three-dimensional shape formed when a plane figure is rotated around one straight line (central axis) on the same plane. More specifically, the swirl space 30a of the present embodiment is formed in a substantially cylindrical shape. Of course, you may form in the shape etc. which combined the cone or the truncated cone, and the cylinder.
  • the refrigerant inflow passage 31e that connects the refrigerant inlet 31a and the swirling space 30a extends in the tangential direction of the inner wall surface of the swirling space 30a when viewed from the central axis direction of the swirling space 30a.
  • the refrigerant that has flowed into the swirl space 30a from the refrigerant inflow passage 31e flows along the inner wall surface of the swirl space 30a and swirls in the swirl space 30a.
  • the refrigerant inflow passage 31e does not need to be formed so as to completely coincide with the tangential direction of the swirl space 30a when viewed from the central axis direction of the swirl space 30a, and at least in the tangential direction of the swirl space 30a. As long as a component is included, it may be formed including a component in another direction (for example, a component in the axial direction of the swirling space 30a).
  • the refrigerant pressure on the central axis side is lower than the refrigerant pressure on the outer peripheral side in the swirling space 30a. Therefore, in the present embodiment, during normal operation of the ejector refrigeration cycle 10, the refrigerant pressure on the central axis side in the swirling space 30a is set to the pressure that becomes the saturated liquid phase refrigerant, or the refrigerant boils under reduced pressure (causes cavitation). The pressure is lowered to the pressure.
  • Such adjustment of the refrigerant pressure on the central axis side in the swirling space 30a can be realized by adjusting the swirling flow velocity of the refrigerant swirling in the swirling space 30a.
  • the swirl flow rate can be adjusted by adjusting the area ratio between the passage sectional area of the refrigerant inflow passage 31e and the vertical sectional area in the axial direction of the swirling space 30a, for example.
  • the swirling flow velocity in the present embodiment means the flow velocity in the swirling direction of the refrigerant in the vicinity of the outermost peripheral portion of the swirling space 30a.
  • a decompression space 30b is formed in which the refrigerant that has flowed out of the swirling space 30a is decompressed and flows downstream.
  • the decompression space 30b is formed in a rotating body shape in which a cylindrical space and a frustoconical space that continuously spreads from the lower side of the cylindrical space and gradually expands in the refrigerant flow direction.
  • the central axis of the working space 30b is arranged coaxially with the central axis of the swirling space 30a.
  • a minimum passage area portion 30m having the smallest refrigerant passage area in the decompression space 30b, and a passage forming member 35 that changes the passage area of the minimum passage area portion 30m.
  • the passage forming member 35 is formed in a substantially conical shape that gradually expands toward the downstream side of the refrigerant flow, and the central axis thereof is arranged coaxially with the central axis of the decompression space 30b.
  • the passage forming member 35 is formed in a conical shape whose cross-sectional area increases as the distance from the decompression space 30b increases.
  • the tip 131 is formed on the upstream side of the refrigerant flow from the portion 30m and gradually decreases in the refrigerant passage area until reaching the minimum passage area 30m, and the refrigerant passage is formed on the downstream side of the refrigerant flow from the minimum passage area 30m.
  • a divergent portion 132 whose area gradually increases is formed.
  • the decompression space 30b and the passage forming member 35 are overlapped (overlapped) when viewed from the radial direction, so that the shape of the axial cross section of the refrigerant passage is annular (large diameter circle).
  • the shape is a donut shape excluding a small-diameter circular shape arranged coaxially.
  • the spread angle of the passage forming member 35 of the present embodiment is smaller than the spread angle of the frustoconical space of the decompression space 30b, the refrigerant passage area in the divergent portion 132 is directed toward the downstream side of the refrigerant flow. Gradually expanding.
  • the refrigerant passage formed between the inner peripheral surface of the nozzle body 32 and the outer peripheral surface on the top side of the passage forming member 35 is the nozzle passage 13a that functions as a nozzle. Further, in the nozzle passage 13a, the refrigerant is decompressed, and the flow rate of the refrigerant in the gas-liquid two-phase state is increased and injected so as to be higher than the two-phase sound speed.
  • the refrigerant passage formed between the inner peripheral surface of the decompression space 30b and the outer peripheral surface on the top side of the passage forming member 35 in this embodiment is the outer periphery of the passage forming member 35 as shown in FIG.
  • a line segment extending in the normal direction from the surface is a refrigerant passage formed in a range where the portion of the nozzle body 32 that forms the decompression space 30b intersects.
  • the refrigerant flowing into the nozzle passage 13a swirls in the swirling space 30a
  • the refrigerant flowing through the nozzle passage 13a and the jet refrigerant injected from the nozzle passage 13a are the same as the refrigerant swirling in the swirling space 30a. It has a velocity component in the direction of turning in the direction.
  • the middle body 33 is provided with a rotating body-shaped through hole penetrating the front and back at the center, and driving the passage forming member 35 to be displaced to the outer peripheral side of the through hole. It is formed of a metal disk-like member that accommodates the device 37.
  • the central axis of the through hole of the middle body 33 is arranged coaxially with the central axes of the swirl space 30a and the decompression space 30b.
  • the middle body 33 is fixed inside the housing body 31 and below the nozzle body 32 by a method such as press fitting.
  • an inflow space 30c is formed between the upper surface of the middle body 33 and the inner wall surface of the housing body 31 opposite to the middle body 33 for retaining the refrigerant flowing in from the refrigerant suction port 31b.
  • the inflow space 30c since the tapered tip portion on the lower side of the nozzle body 32 is positioned inside the through hole of the middle body 33, the inflow space 30c has a cross section when viewed from the central axis direction of the swirl space 30a and the decompression space 30b. It is formed in an annular shape.
  • the suction refrigerant inflow passage connecting the refrigerant suction port 31b and the inflow space 30c extends in the tangential direction of the inner peripheral wall surface of the inflow space 30c when viewed from the central axis direction of the inflow space 30c.
  • the refrigerant that has flowed into the inflow space 30c from the refrigerant suction port 31b via the suction refrigerant inflow passage is swirled in the same direction as the refrigerant in the swirling space 30a.
  • the tapered tip of the nozzle body 32 is formed.
  • the refrigerant passage area gradually decreases in the refrigerant flow direction so as to conform to the outer peripheral shape.
  • a suction passage 30d is formed between the inner peripheral surface of the through hole and the outer peripheral surface of the tapered tip portion on the lower side of the nozzle body 32 to communicate the inflow space 30c and the downstream side of the refrigerant flow in the decompression space 30b.
  • the suction passage 13b for sucking the refrigerant from the outside is formed by the suction refrigerant inflow passage connecting the refrigerant suction port 31b and the inflow space 30c, the inflow space 30c, and the suction passage 30d.
  • the cross section of the suction passage 13b perpendicular to the central axis is also formed in an annular shape, and the refrigerant flowing through the suction passage 13b also has a velocity component in the direction of swirling in the same direction as the refrigerant swirling in the swirling space 30a.
  • the refrigerant outlet of the suction passage 13b (specifically, the refrigerant outlet of the suction passage 30d) opens in an annular shape on the outer peripheral side of the refrigerant outlet (refrigerant injection port) of the nozzle passage 13a.
  • a mixing space 30h formed in a substantially cylindrical shape or a substantially truncated cone shape is formed on the downstream side of the refrigerant flow in the suction passage 30d.
  • the mixing space 30h includes an injection refrigerant injected from the above-described decompression space 30b (specifically, the nozzle passage 13a) and a suction refrigerant sucked from the suction passage 13b (specifically, the suction passage 30d). It is a space that joins.
  • the above-described intermediate portion in the vertical direction of the passage forming member 35 is disposed, and as shown in FIGS. 3 and 4, the inner peripheral surface of the middle body 33 and the passage formation in the mixing space 30h.
  • the refrigerant passage formed between the outer peripheral surface of the member 35 constitutes a mixing passage 13d that promotes the mixing of the injected refrigerant and the suction refrigerant.
  • the refrigerant passage formed between the inner peripheral surface of the mixing space 30h and the outer peripheral surface of the passage forming member 35 in this embodiment is a method from the outer peripheral surface of the passage forming member 35 as shown in FIG.
  • a line segment extending in the linear direction is a refrigerant passage formed in a range where the middle body 33 intersects with a portion forming the mixing space 30h.
  • the mixing passage 13d of the present embodiment is formed in a shape in which the passage cross-sectional area gradually decreases toward the downstream side of the refrigerant flow.
  • the passage cross-sectional area of the mixing passage 13d is a line segment extending in the normal direction from the outer peripheral surface of the passage forming member 35 to the inner peripheral surface of the mixing space 30h of the middle body 33, and rotated about the axis. It can be defined as the area of the outer peripheral side surface of the frustoconical shape formed at the time. Further, “toward the downstream side of the refrigerant flow” is defined to mean “from the upper side toward the downstream side along the outer peripheral surface of the passage forming member 35 in the axial section of the passage forming member 35”. Can do.
  • the passage sectional area of the refrigerant outlet portion (refrigerant injection port) of the nozzle passage 13a is ⁇ d
  • the passage sectional area of the refrigerant outlet portion of the suction passage 13b is ⁇ s
  • the passage sectional area of the refrigerant outlet of the mixing passage 13d is ⁇ dout.
  • the equivalent diameter when the total value ( ⁇ d + ⁇ s) of ⁇ d and the passage sectional area of the refrigerant outlet portion of the suction passage 13b is converted to a circle is D
  • the passage sectional area of the refrigerant outlet portion of the nozzle passage 13a is D
  • the mixing passage 13d of the present embodiment is represented by the following formula F1.
  • the passage sectional area ⁇ dout is set so as to satisfy the following formula F2.
  • the passage cross-sectional area ⁇ d extends from the outer peripheral surface of the passage forming member 35 in the normal direction in the axial cross section of the passage forming member 35 to the most downstream portion of the refrigerant flow in the portion forming the decompression space 30b of the nozzle body 32.
  • the reaching line segment (distance dd in FIG. 4) can be defined as the area of the outer peripheral side surface of the truncated cone formed when rotated about the axis.
  • the passage cross-sectional area ⁇ s is the most downstream of the refrigerant flow in the axial section of the passage forming member 35 and extending in the normal direction from the outer peripheral surface of the tapered tip portion on the lower side of the nozzle body 32 to form the suction passage 30d of the middle body 33.
  • a line segment (distance ds in FIG. 4) leading to the part can be defined as the area of the outer peripheral side surface of the truncated cone formed when the lens is rotated around the axis.
  • the passage cross-sectional area ⁇ dout is a line segment (distance ddout in FIG. 4) that extends in the normal direction from the outer peripheral surface of the passage forming member 35 and reaches the most downstream portion of the refrigerant flow in the portion that forms the mixing space 30h of the middle body 33. It can be defined as the area of the outer peripheral side surface of the truncated cone formed when rotating around the axis.
  • the tangent line Ld at the most upstream portion of the outer peripheral surface of the passage forming member 35 forming the mixing passage 13d and the suction passage 30d of the middle body 33 are formed.
  • the intersection angle ⁇ with the tangent line Ls at the most downstream portion of the refrigerant flow in the part is set so as to satisfy the following formula F3. 0 ⁇ ⁇ 60 ° (F3)
  • the crossing angle ⁇ is an angle formed on the side sandwiching the nozzle passage 13a among the angles formed by the tangent line Ld and the tangent line Ls in the axial section of the passage forming member 35.
  • the axial direction cross-sectional shape of the mixing passage 13d is also formed in an annular shape, and the refrigerant flowing in the mixing passage 13d is also from the speed component in the swirling direction of the injection refrigerant injected from the nozzle passage 13a and the suction passage 13b.
  • the speed component in the swirling direction of the sucked suction refrigerant has a speed component in the direction swirling in the same direction as the refrigerant swirling in the swirling space 30a.
  • the pressure increasing space 30 e formed in a substantially truncated cone shape gradually spreading in the refrigerant flow direction on the downstream side of the refrigerant flow in the mixing passage space. Is formed.
  • the pressurizing space 30e is a space into which the refrigerant that has flowed out of the mixing space 30h (specifically, the mixing passage 13d) flows.
  • the lower part of the above-described passage forming member 35 is disposed inside the pressurizing space 30e. Further, the expansion angle of the conical side surface of the passage forming member 35 in the pressure increasing space 30e is smaller than the expansion angle of the frustoconical space of the pressure increasing space 30e. The flow gradually expands toward the downstream side.
  • the formed refrigerant passage is a diffuser passage 13c that functions as a diffuser, and converts the velocity energy of the mixed refrigerant mixed in the mixing passage 13d into pressure energy.
  • the axial vertical cross-sectional shape of the diffuser passage 13c is also formed in an annular shape, and the refrigerant flowing through the diffuser passage 13c is also from the speed component in the swirling direction of the injection refrigerant injected from the nozzle passage 13a and the suction passage 13b.
  • the speed component in the swirling direction of the sucked suction refrigerant has a speed component in the direction swirling in the same direction as the refrigerant swirling in the swirling space 30a.
  • the drive device 37 disposed inside the middle body 33 and displacing the passage forming member 35 will be described.
  • the drive device 37 is configured to include a circular thin plate diaphragm 37a which is a pressure responsive member. More specifically, as shown in FIG. 2, the diaphragm 37a is fixed by a method such as welding so as to partition a cylindrical space formed on the outer peripheral side of the middle body 33 into two upper and lower spaces.
  • the space on the upper side constitutes an enclosed space 37b in which a temperature-sensitive medium whose pressure changes according to the temperature of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 is enclosed.
  • a temperature-sensitive medium having the same composition as the refrigerant circulating in the ejector refrigeration cycle 10 is enclosed in the enclosed space 37b so as to have a predetermined density. Therefore, the temperature sensitive medium in this embodiment is R134a.
  • the lower space of the two spaces partitioned by the diaphragm 37a constitutes an introduction space 37c for introducing the refrigerant flowing out of the evaporator 14 through a communication path (not shown). Therefore, the temperature of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 is transmitted to the temperature-sensitive medium enclosed in the enclosure space 37b via the lid member 37d and the diaphragm 37a that partition the inflow space 30c and the enclosure space 37b.
  • the suction passage 13 b is disposed above the middle body 33 of the present embodiment, and the diffuser passage 13 c is disposed below the middle body 33. Therefore, at least a part of the drive device 37 is disposed at a position sandwiched between the suction passage 13b and the diffuser passage 13c when viewed in the radial direction of the axis.
  • the enclosed space 37b of the drive device 37 is a position where it overlaps with the suction passage 13b and the diffuser passage 13c when viewed from the central axis direction of the swivel space 30a, the passage forming member 35, etc. It arrange
  • the diaphragm 37a is deformed according to the differential pressure between the internal pressure of the enclosed space 37b and the pressure of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 flowing into the introduction space 37c.
  • the diaphragm 37a is preferably formed of a tough material having high elasticity and good heat conduction, and is preferably formed of a thin metal plate such as stainless steel (SUS304).
  • a columnar actuating rod 37e is joined to the center portion of the diaphragm 37a by a method such as welding, and the outer peripheral side of the lowermost side (bottom) of the passage forming member 35 is fixed to the lower end side of the actuating rod 37e.
  • the diaphragm 37a and the passage forming member 35 are connected, and the passage forming member 35 is displaced in accordance with the displacement of the diaphragm 37a, and the refrigerant passage area of the nozzle passage 13a (passage sectional area in the minimum passage area portion 30m) is adjusted.
  • the diaphragm 37a displaces the channel
  • the diaphragm 37a displaces the passage forming member 35 in a direction (vertical direction upper side) in which the passage sectional area in the minimum passage area portion 30m is reduced.
  • the diaphragm 37a displaces the passage forming member 35 in the vertical direction according to the superheat degree of the refrigerant flowing out of the evaporator 14, so that the superheat degree of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 approaches a predetermined value.
  • the passage sectional area in the minimum passage area portion 30m can be adjusted.
  • the gap between the operating rod 37e and the middle body 33 is sealed by a sealing member such as an O-ring (not shown), and the refrigerant does not leak from the gap even if the operating rod 37e is displaced.
  • the bottom surface of the passage forming member 35 receives a load of a coil spring 40 fixed to the lower body 34.
  • the coil spring 40 applies a load that urges the passage forming member 35 toward the side that reduces the cross-sectional area of the passage in the minimum passage area portion 30m (the upper side in FIG. 2). It is also possible to change the valve opening pressure of the passage forming member 35 to change the target degree of superheat.
  • a plurality of (specifically, two) cylindrical spaces are provided on the outer peripheral side of the middle body 33, and a circular thin plate-like diaphragm 37a is fixed inside each of these spaces to drive two drives.
  • the apparatus 37 is comprised, the number of the drive apparatuses 37 is not limited to this.
  • a diaphragm formed by an annular thin plate may be fixed in a space formed in an annular shape when viewed from the axial direction, and the diaphragm and the passage forming member 35 may be connected by a plurality of operating rods. Good.
  • the lower body 34 is formed of a cylindrical metal member or the like, and is fixed in the housing body 31 by a method such as screwing so as to close the bottom surface of the housing body 31.
  • a gas-liquid separation space 30f is formed between the upper surface side of the lower body 34 and the bottom surface side of the middle body 33 to separate the gas and liquid of the refrigerant flowing out from the diffuser passage 13c.
  • the gas-liquid separation space 30f is formed as a substantially cylindrical rotating body-shaped space, and the central axis of the gas-liquid separation space 30f is also the central axis of the swirl space 30a, the decompression space 30b, the passage forming member 35, and the like. And are arranged on the same axis.
  • the refrigerant flowing out of the diffuser passage 13c and flowing into the gas-liquid separation space 30f has a velocity component in the direction of turning in the same direction as the refrigerant swirling in the swirling space 30a. Therefore, the gas-liquid refrigerant is separated in the gas-liquid separation space 30f by the action of centrifugal force.
  • a cylindrical pipe 34a is provided coaxially with the gas-liquid separation space 30f and extending upward.
  • separated in the gas-liquid separation space 30f is stored by the outer peripheral side of the pipe 34a.
  • a gas phase refrigerant outflow passage 34b that guides the gas phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f to the gas phase refrigerant outlet 31d is formed inside the pipe 34a.
  • the above-described coil spring 40 is fixed to the upper end portion of the pipe 34a.
  • the coil spring 40 also functions as a vibration buffer member that attenuates the vibration of the passage forming member 35 caused by pressure pulsation when the refrigerant is depressurized.
  • an oil return hole 34c for returning the refrigeration oil in the liquid-phase refrigerant into the compressor 11 through the gas-phase refrigerant outflow passage 34b is formed in the root part (lowermost part) of the pipe 34a.
  • the inlet side of the evaporator 14 is connected to the liquid-phase refrigerant outlet 31 c of the ejector 13.
  • the evaporator 14 performs heat exchange between the low-pressure refrigerant decompressed by the ejector 13 and the blown air blown into the vehicle interior from the blower fan 14a, thereby evaporating the low-pressure refrigerant and exerting an endothermic effect. It is a vessel.
  • the blower fan 14a is an electric blower in which the rotation speed (the amount of blown air) is controlled by a control voltage output from the control device.
  • a refrigerant suction port 31 b of the ejector 13 is connected to the outlet side of the evaporator 14. Further, the suction side of the compressor 11 is connected to the gas-phase refrigerant outlet 31 d of the ejector 13.
  • a control device includes a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like and its peripheral circuits. This control device performs various calculations and processes based on the control program stored in the ROM, and controls the operations of the various electric actuators 11b, 12d, 14a and the like described above.
  • control device includes an internal air temperature sensor that detects the temperature inside the vehicle, an external air temperature sensor that detects the outside air temperature, a solar radiation sensor that detects the amount of solar radiation in the vehicle interior, and an air temperature (evaporator temperature) of the evaporator 14.
  • a sensor group for air conditioning control such as an evaporator temperature sensor to detect, an outlet side temperature sensor to detect the temperature of the radiator 12 outlet side refrigerant, and an outlet side pressure sensor to detect the pressure of the radiator 12 outlet side refrigerant are connected, Detection values of these sensor groups are input.
  • an operation panel (not shown) disposed near the instrument panel in the front part of the vehicle interior is connected to the input side of the control device, and operation signals from various operation switches provided on the operation panel are input to the control device.
  • various operation switches provided on the operation panel there are provided an air conditioning operation switch for requesting air conditioning in the vehicle interior, a vehicle interior temperature setting switch for setting the vehicle interior temperature, and the like.
  • control device of the present embodiment is configured integrally with a control unit that controls the operation of various control target devices connected to the output side of the control device.
  • a configuration (hardware and software) for controlling the operation constitutes a control unit of each control target device.
  • operation of the electric motor 11b of the compressor 11 comprises the discharge capability control part.
  • the vertical axis of the Mollier diagram shows pressures corresponding to P0, P1, and P2 in FIG.
  • the control device operates the electric motor 11b, the cooling fan 12d, the blower fan 14a, and the like of the compressor 11.
  • the compressor 11 sucks the refrigerant, compresses it, and discharges it.
  • the high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the condenser 12a of the radiator 12 and exchanges heat with the blown air (outside air) blown from the cooling fan 12d. , Dissipates heat and condenses.
  • the refrigerant that has dissipated heat in the condensing unit 12a is gas-liquid separated in the receiver unit 12b.
  • the liquid-phase refrigerant separated from the gas and liquid in the receiver unit 12b exchanges heat with the blown air blown from the cooling fan 12d in the supercooling unit 12c, and further dissipates heat to become a supercooled liquid-phase refrigerant (FIG. 5). a5 point ⁇ b5 point).
  • the supercooled liquid-phase refrigerant that has flowed out of the supercooling portion 12c of the radiator 12 passes through the nozzle passage 13a formed between the inner peripheral surface of the decompression space 30b of the ejector 13 and the outer peripheral surface of the passage forming member 35.
  • the pressure is reduced entropically and injected (b5 point ⁇ c5 point in FIG. 5).
  • the refrigerant passage area in the minimum passage area 30m of the decompression space 30b is adjusted so that the superheat degree of the refrigerant on the outlet side of the evaporator 14 approaches a predetermined value.
  • the refrigerant flowing out of the evaporator 14 by the suction action of the refrigerant injected from the nozzle passage 13a passes through the refrigerant suction port 31b and the suction passage 13b (more specifically, the inflow space 30c and the suction passage 30d). Sucked. Furthermore, the refrigerant injected from the nozzle passage 13a and the suction refrigerant sucked through the suction passage 13b and the like flow into the mixing passage 13d and are mixed (points c5 ⁇ d5, h5 in FIG. 5 ⁇ d5 points).
  • the mixed refrigerant mixed in the mixing passage 13d flows into the diffuser passage 13c.
  • the velocity energy of the refrigerant is converted into pressure energy by expanding the refrigerant passage area.
  • the pressure of the mixed refrigerant of the injected refrigerant and the suction refrigerant increases (point d5 ⁇ point e5 in FIG. 5).
  • the refrigerant flowing out of the diffuser passage 13c is gas-liquid separated in the gas-liquid separation space 30f (point e5 ⁇ f5, point e5 ⁇ g5 in FIG. 5).
  • the liquid refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f flows out from the liquid refrigerant outlet 31c and flows into the evaporator 14.
  • the refrigerant flowing into the evaporator 14 absorbs heat from the blown air blown by the blower fan 14a and evaporates, and the blown air is cooled (g5 point ⁇ h5 point in FIG. 5).
  • the gas-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f flows out of the gas-phase refrigerant outlet 31d, is sucked into the compressor 11, and is compressed again (point f5 ⁇ a5 in FIG. 5).
  • the ejector refrigeration cycle 10 of the present embodiment operates as described above, and can cool the blown air blown into the vehicle interior. Further, in the ejector refrigeration cycle 10, since the refrigerant whose pressure is increased in the diffuser passage 13c is sucked into the compressor 11, the driving power of the compressor 11 can be reduced and the cycle efficiency (COP) can be improved. .
  • the refrigerant pressure on the swivel center side in the swirl space 30a is reduced to the pressure that becomes a saturated liquid phase refrigerant, or the refrigerant is depressurized.
  • the pressure can be reduced to boiling (causing cavitation).
  • the gas phase refrigerant is present in the swirl space 30a in the vicinity of the swirl center line, and the liquid single phase is surrounded by the two-phase separation so that a larger amount of gas-phase refrigerant exists on the inner periphery side than the outer periphery side of the swirl center shaft.
  • the tip 131 of the nozzle passage 13a has a wall surface boiling that occurs when the refrigerant is separated from the outer peripheral side wall surface of the annular refrigerant passage. Boiling of the refrigerant is promoted by interfacial boiling by boiling nuclei generated by cavitation of the refrigerant on the central axis side of the annular refrigerant passage. As a result, the refrigerant flowing into the minimum passage area 30m of the nozzle passage 13a approaches a gas-liquid mixed state in which the gas phase and the liquid phase are uniformly mixed.
  • the flow of refrigerant in the gas-liquid mixed state is choked in the vicinity of the minimum passage area portion 30m, and the gas-liquid mixed state refrigerant that has reached the speed of sound by this choking is accelerated by the divergent portion 132 and injected.
  • the energy conversion efficiency (equivalent to nozzle efficiency) in the nozzle passage 13a is improved by efficiently accelerating the refrigerant in the gas-liquid mixed state to the sound speed by promoting boiling by both wall surface boiling and interface boiling. Can do.
  • the passage forming member 35 is formed in a conical shape in which the cross-sectional area increases with distance from the decompression space 30b, and the cross-sectional shape of the diffuser passage 13c is annular. Therefore, the shape of the diffuser passage 13c can be made to expand along the outer periphery of the passage forming member 35 as the distance from the decompression space 30b increases.
  • the diffuser passage 13c is compared with the case where the diffuser portion is formed in a shape extending in the axial direction of the nozzle portion. It can be suppressed that the dimension in the axial direction (the axial direction of the passage forming member 35) increases. As a result, an increase in size of the ejector 13 as a whole can be suppressed.
  • the liquid in the injection refrigerant Droplets adhere to the outer peripheral surface of the passage forming member 35, and in the mixing passage 13d, droplets in the injection refrigerant, gas phase refrigerant in the injection refrigerant, and suction refrigerant (gas phase refrigerant). ) May not be sufficiently mixed.
  • the velocity energy of the droplets in the injection refrigerant is effectively transmitted to the gas-phase refrigerant in the mixed refrigerant.
  • the amount of pressure increase in the diffuser passage decreases, and the ejector efficiency decreases.
  • the mixing passage 13d is formed in a shape in which the passage cross-sectional area gradually decreases toward the downstream side of the refrigerant flow, and therefore flows into the mixing passage 13d.
  • the mixed refrigerant of the injection refrigerant and the suction refrigerant can be accelerated.
  • the pressure of the mixed refrigerant can be gradually decreased toward the outlet side.
  • the flow of the injected refrigerant forms the mixing space 30h in the outer peripheral surface side of the passage forming member 35 and the middle body 33. While drifting to the inner peripheral surface side of a site
  • the droplets in the injection refrigerant, the gas phase refrigerant in the injection refrigerant, and the suction refrigerant (gas phase refrigerant) can be sufficiently mixed. And the velocity energy which the droplet in an injection refrigerant
  • the ejector 13 of the present embodiment even if the mixing passage 13d formed on the downstream side of the nozzle passage 13a is formed on the outer peripheral side of the passage forming member 35, it is possible to suppress a decrease in ejector efficiency. it can.
  • the pressure on the outlet side of the mixing passage 13d is sufficiently increased even when the mixing passage 13d is formed in a shape in which the passage cross-sectional area becomes constant toward the downstream side of the refrigerant flow. It has been found that in the mixing passage 13d, the droplets in the injection refrigerant, the gas-phase refrigerant in the injection refrigerant, and the suction refrigerant (gas-phase refrigerant) can be sufficiently mixed in the mixing passage 13d.
  • the velocity energy of the droplets in the injected refrigerant is determined by determining the range in which the mixing passage 13d is formed and the passage cross-sectional area ⁇ dout so as to satisfy the above formulas F1 and F2. Can be effectively transmitted to the gas-phase refrigerant in the mixed refrigerant.
  • the intersecting angle ⁇ is determined so as to satisfy the above formula F3. Therefore, in the axial section of the passage forming member 35, the inflow direction and mixing of the injected refrigerant flowing into the mixing passage 13d The inflow direction of the suction refrigerant flowing into the passage 13d can be made to intersect at an acute angle.
  • the body 30 of the ejector 13 of the present embodiment is formed with a gas-liquid separation space 30f for separating the gas-liquid of the refrigerant flowing out from the diffuser passage 13c, a gas-liquid separation device is provided separately from the ejector 13. In contrast, the volume of the gas-liquid separation space 30f can be effectively reduced.
  • the refrigerant flowing out from the diffuser passage 13c formed in an annular cross section has already swirled, so that a swirling flow of the refrigerant is generated or grows in the gas-liquid separation space 30f.
  • the volume of the gas-liquid separation space 30f can be effectively reduced as compared with the case where a gas-liquid separation device is provided separately from the ejector 13.
  • the passage forming member 35 is displaced according to the load fluctuation of the ejector refrigeration cycle 10, and the refrigerant passage of the nozzle passage 13a and the diffuser passage 13c.
  • the area can be adjusted. Therefore, the ejector 13 can be appropriately operated in accordance with the load fluctuation of the ejector refrigeration cycle 10.
  • the enclosed space 37b in which the temperature sensitive medium is enclosed is disposed at a position sandwiched between the suction passage 13b and the diffuser passage 13c, and therefore, between the suction passage 13b and the diffuser passage 13c.
  • the space formed can be effectively used. As a result, the enlargement of the physique as the whole ejector can be further suppressed.
  • the enclosed space 37b is disposed at a position surrounded by the suction passage 13b and the diffuser passage 13c, the temperature of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 flowing through the suction passage 13b without being affected by the outside air temperature or the like. Can be satisfactorily transmitted to the temperature sensitive medium, and the pressure in the enclosed space 37b can be changed. That is, the pressure in the enclosed space 37b can be accurately changed according to the temperature of the refrigerant flowing out of the evaporator 14. (Second Embodiment)
  • an ejector 53 is employed instead of the ejector 13 of the first embodiment, and the refrigerant flow flowing out from the evaporator 14 is branched.
  • the branch part 15 to be added is added.
  • the branch portion 15 is composed of a three-way joint having three inlets and outlets, and one of the three inlets and outlets is a refrigerant inlet and the remaining two are refrigerant outlets.
  • the refrigerant suction port 31b of the ejector 53 is connected to one refrigerant outlet of the branch part 15, and the second refrigerant formed in the housing body 31 of the ejector 53 is connected to the other refrigerant outlet of the branch part 15.
  • a suction port 31f is connected.
  • the ejector 53 of this embodiment is comprised so that a refrigerant
  • Two suction passages 13e and the like are added. 6 and 7, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The same applies to the following drawings.
  • the suction passage 13b in order to clarify the difference between the suction passage 13b described in the first embodiment and the second suction passage 13e of the present embodiment, the suction passage 13b is replaced with the first suction passage 13b. It describes. Further, in order to clarify the difference between the refrigerant suction port 31b described in the first embodiment and the second refrigerant suction port 31f of the present embodiment, the refrigerant suction port 31b is described as a first refrigerant suction port 31b.
  • the passage forming member 35 is formed in a substantially conical shape by combining three constituent members.
  • the passage forming member 35 of the present embodiment is disposed on the uppermost side and is formed in a substantially conical shape at the tip nozzle forming portion 35a, and on the lower side (downstream side of the refrigerant flow) of the tip nozzle forming portion 35a.
  • An intermediate passage forming portion 35b that is arranged and formed in a substantially truncated cone shape, and a plate portion 35c that is arranged on the lower side (downstream side of the refrigerant flow) of the intermediate passage forming portion 35b and formed in a substantially disk shape.
  • the tip nozzle forming portion 35a is a component corresponding to the top side of the passage forming member 35 described in the first embodiment. That is, the tip nozzle forming portion 35a is disposed in the pressure reducing space 30b of the nozzle body 32, and the outer peripheral surface of the tip nozzle forming portion 35a forms the nozzle passage 13a.
  • the intermediate passage forming portion 35b is a component corresponding to the intermediate portion in the vertical direction and the lower side of the passage forming member 35 described in the first embodiment. That is, the intermediate passage forming portion 35b is disposed in the mixing space 30h and the pressure increasing space 30e of the middle body 33, and the outer peripheral surface of the intermediate passage forming portion 35b forms the mixing passage 13d and the diffuser passage 13c.
  • the intermediate passage forming portion 35b has a gap formed between the bottom surface of the tip nozzle forming portion 35a and the upper surface of the intermediate passage forming portion 35b, and the bottom side of the middle body 33 via the plurality of leg portions 35d. It is fixed to. Therefore, the intermediate passage forming portion 35b is not displaced according to the load fluctuation of the ejector refrigeration cycle 50. A refrigerant passage through which a refrigerant flows is formed between the leg portions 35d.
  • a through hole 35e extending along the central axis is formed at the center of the intermediate passage forming portion 35b.
  • the upper end side of the through hole 35e communicates with a gap formed between the bottom surface of the tip nozzle forming portion 35a and the top surface of the intermediate passage forming portion 35b.
  • the upper end portion of the suction pipe 38 for circulating the refrigerant sucked from the second refrigerant suction port 31f provided in the housing body 31 is connected to the lower end side of the through hole 35e.
  • the suction refrigerant inflow passage, the suction pipe 38, and the intermediate passage formation portion 35b that are formed in the housing body 31 and the lower body 34 and connect the second refrigerant suction port 31f and the lower end of the suction pipe 38.
  • the second suction passage 13e that sucks the refrigerant from the outside is formed by the through hole 35e and the gap formed between the bottom surface of the tip nozzle formation portion 35a and the top surface of the intermediate passage formation portion 35b.
  • the refrigerant outlet of the second suction passage 13e opens in an annular shape on the inner peripheral side of the refrigerant outlet of the nozzle passage 13a.
  • the plate part 35c is a constituent member corresponding to the lowermost side (bottom part) of the passage forming member 35 described in the first embodiment. That is, the lower end side of the operating rod 37e of the drive device 37 is connected to the plate portion 35c. Further, the plate portion 35 c receives the load of the coil spring 40.
  • a through hole through which the suction pipe 38 passes is formed at the center of the plate portion 35c.
  • the diameter of the through hole is formed larger than the outer diameter of the suction pipe 38.
  • the plate portion 35c is connected to the tip nozzle forming portion 35a via a plurality of connecting rods 35f extending in the central axis direction.
  • the connecting rod 35f is slidably disposed in a through hole formed in the intermediate passage forming portion 35b and extending in the central axis direction.
  • the basic shape of the mixing passage 13d of this embodiment is the same as that of the first embodiment. Therefore, the mixing passage 13d of the present embodiment is formed in a shape in which the passage cross-sectional area gradually decreases toward the refrigerant flow downstream side.
  • the passage sectional area of the refrigerant outlet portion (refrigerant injection port) of the nozzle passage 13a is ⁇ d
  • the passage sectional area (opening area) of the refrigerant outlet portion of the first suction passage 13b is ⁇ s1
  • the second suction passage 13e is ⁇ s2
  • the passage sectional area (opening area) of the refrigerant outlet is ⁇ s2
  • the passage sectional area of the refrigerant outlet of the mixing passage 13d is ⁇ dout
  • the passage sectional area of the refrigerant outlet of the nozzle passage 13a is ⁇ d
  • the first suction passage 13b is ⁇ d
  • the passage cross-sectional area of the refrigerant outlet portion is ⁇ s1
  • the passage sectional area of the refrigerant outlet portion of the second suction passage 13e is ⁇ 2 and the total value ( ⁇ d + ⁇ s1 + ⁇ s2) is converted into a circle, and the equivalent diameter is D2.
  • the mixing passage 13d of the present embodiment satisfies the following formula F4. Is formed in a range, cross-sectional area ⁇ dout is set so as to satisfy the following formula F5.
  • the passage cross-sectional area ⁇ s1 is a refrigerant flow at a portion that extends in the normal direction from the outer peripheral surface of the tapered tip portion on the lower side of the nozzle body 32 in the axial section of the passage forming member 35 to form the suction passage 30d of the middle body 33.
  • the line segment (distance ds1 in FIG. 8) reaching the most downstream portion can be defined as the area of the outer peripheral side surface of the truncated cone formed when rotated about the axis.
  • the passage cross-sectional area ⁇ s2 extends in the normal direction from the most downstream portion of the refrigerant flow at the bottom surface of the tip nozzle forming portion 35a of the passage forming member 35 in the axial section of the passage forming member 35, and is an intermediate passage of the passage forming member
  • a line segment (distance ds2 in FIG. 8) reaching the upper surface of the forming portion 35b can be defined as the area of the outer peripheral side surface of the truncated cone formed when rotated about the axis.
  • the flow rate of the first suction refrigerant flowing out from the first suction passage 13b is Vs1
  • the flow rate of the second suction refrigerant flowing out from the second suction passage 13e is Vs2
  • the area ratio ( ⁇ s1 / ⁇ s2) between the passage sectional area ⁇ s1 and the passage sectional area ⁇ s2 is determined so as to satisfy F6.
  • the outer peripheral surface of the passage forming member 35 (the virtual outer peripheral surface formed in the gap between the tip nozzle forming portion 35a and the intermediate passage forming portion 35b).
  • the intersection angle ⁇ 1 between the tangent line Ld at the most upstream portion of the portion forming the mixing passage 13d and the tangent line Ls1 at the most downstream portion of the refrigerant flow forming the suction passage 30d of the middle body 33 is expressed by the following equation F7.
  • intersection angle ⁇ 2 between the tangent line Ld and the tangent line Ls2 at the most downstream portion of the refrigerant flow at the bottom surface of the tip nozzle forming portion 35a is set so as to satisfy the following formula F8. 0 ⁇ 1 ⁇ 60 ° (F7) 0 ⁇ 2 ⁇ 60 ° (F8) Note that the intersection angle ⁇ 1 is an angle formed on the side across the nozzle passage 13a among the angles formed by the tangent line Ld and the tangent line Ls1 in the axial section of the passage forming member 35.
  • intersection angle ⁇ 2 is an angle formed on the side sandwiching the tip nozzle forming portion 35a among the angles formed by the tangent line Ld and the tangent line Ls2 in the axial section of the passage forming member 35.
  • the structure of the other ejector 53 is the same as that of the ejector 13 of 1st Embodiment.
  • the basic operation of the ejector refrigeration cycle 50 of the present embodiment is the same as that of the ejector refrigeration cycle 10 of the first embodiment. Accordingly, similarly to the first embodiment, the refrigerant discharged from the compressor 11 is cooled by the radiator 12 and becomes a supercooled liquid phase refrigerant.
  • the refrigerant that has become the supercooled liquid phase refrigerant flows into the ejector 53, isentropically reduced in pressure in the nozzle passage 13 a of the ejector 53, and is injected.
  • the refrigerant flowing out of the first evaporator 14 is sucked through the first refrigerant suction port 31b (first suction passage 13b) by the suction action of the jetted refrigerant jetted from the nozzle passage 13a, and the second evaporator.
  • the refrigerant flowing out from the refrigerant 17 is sucked through the second refrigerant suction port 31f (second suction passage 13e).
  • the refrigerant injected from the nozzle passage 13a, the first suction refrigerant sucked from the first suction passage 13b, and the second suction refrigerant sucked from the second suction passage 13e are mixed in the mixing passage 13d. And flows into the diffuser passage 13c. Subsequent operations are the same as those in the first embodiment.
  • cycle efficiency can be improved as in the first embodiment. Furthermore, according to the ejector 53 of the present embodiment, as in the first embodiment, the energy conversion efficiency (corresponding to the nozzle efficiency) in the nozzle passage 13a is improved while suppressing an increase in the size of the ejector 53 as a whole. be able to.
  • the refrigerant outlet of the first suction passage 13b is opened to the outer peripheral side with respect to the refrigerant outlet of the nozzle passage 13a with reference to the central axis of the passage forming member 35. Since the refrigerant outlet of the two suction passages 13e is opened on the inner peripheral side of the refrigerant outlet of the nozzle passage 13a, the first suction refrigerant merges with the injection refrigerant from the outer peripheral side of the injection refrigerant, and the second suction refrigerant is injected It merges with the injected refrigerant from the inner peripheral side of the refrigerant.
  • the boundary surface between the outer peripheral side refrigerant and the first suction refrigerant in the jet refrigerant and the boundary surface between the inner peripheral side refrigerant and the second suction refrigerant in the jet refrigerant are both free interfaces, and the jet refrigerant is in the outer circumference. It can suppress drifting to the side or the inner peripheral side.
  • the injection refrigerant and the first suction refrigerant can be sufficiently mixed. Therefore, the velocity energy of the droplets in the jet refrigerant can be effectively transmitted to the gas phase refrigerant in the mixed refrigerant.
  • the mixing passage 13d is formed in a shape in which the passage cross-sectional area gradually decreases toward the refrigerant flow downstream side, so as with the ejector 13 of the first embodiment, The injection refrigerant, the first suction refrigerant, and the second suction refrigerant can be sufficiently mixed. Therefore, the velocity energy of the droplets in the jet refrigerant can be transmitted to the gas phase refrigerant in the mixed refrigerant more effectively.
  • the mixing passage 13d is formed in a shape in which the passage cross-sectional area is constant toward the downstream side of the refrigerant flow, the mixing passage It is possible to sufficiently reduce the pressure on the outlet side of 13d, and it is possible to sufficiently mix the droplets in the injection refrigerant, the gas phase refrigerant in the injection refrigerant, the first suction refrigerant, and the second suction refrigerant in the mixing passage 13d. Is known to be.
  • the velocity energy of the droplets in the injected refrigerant is determined by determining the range in which the mixing passage 13d is formed and the passage cross-sectional area ⁇ dout so as to satisfy the above formulas F4 and F5. It has been confirmed that it can be effectively transmitted to the gas-phase refrigerant in the mixed refrigerant.
  • the area ratio ( ⁇ s1 / ⁇ s2) is determined so as to satisfy the formula F6.
  • the mixed refrigerant flowing in the mixed space 13d will flow toward the outer peripheral side by the action of the centrifugal force generated by having a speed component in the direction swirling in the same direction as the refrigerant swirling in the swirling space 30a. Even so, it is possible to suppress the mixed refrigerant from flowing toward the outer peripheral side due to the velocity component flowing from the outer peripheral side toward the inner peripheral side of the first suction refrigerant.
  • the passage forming member 35 is constituted by a plurality of members, and the driving device 37 is configured to displace the tip nozzle forming portion 35a and the plate portion 35c.
  • the portion displaced by the drive device 37 can be reduced in size, and the load received by the portion displaced by the drive device 37 from the refrigerant is also reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the ejector 53 as a whole by reducing the size of the drive device 37 itself.
  • the ejector 53 described in the second embodiment has two refrigerant suction ports, a first refrigerant suction port 31b and a second refrigerant suction port 31f, it can be applied to ejector refrigeration cycles having various configurations. it can. Therefore, in this embodiment, the ejector 53 is applied to the ejector refrigeration cycle 60 shown in FIG. In the ejector refrigeration cycle 60, the branch portion 15 is disposed at the liquid-phase refrigerant outlet 31 c of the ejector 53.
  • the refrigerant inlet side of the first evaporator 14 (corresponding to the evaporator 14 of the first embodiment) is connected to one refrigerant outlet of the branch portion 15, and the refrigerant outlet side of the first evaporator 14 is The first refrigerant suction port 31b of the ejector 53 is connected.
  • a refrigerant inlet side of the second evaporator 17 is connected to the other refrigerant outlet of the branch portion 15, and a second refrigerant suction port 31 f of the ejector 53 is connected to the refrigerant outlet side of the second evaporator 17. .
  • the basic configuration of the second evaporator 17 is the same as that of the first evaporator 14, and heat exchange is performed between the low-pressure refrigerant decompressed by the ejector 53 and the blown air blown into the vehicle compartment from the blower fan 17a.
  • the heat-absorbing heat exchanger evaporates the low-pressure refrigerant and exerts an endothermic effect.
  • Other configurations are the same as those of the second embodiment.
  • the liquid-phase refrigerant that has flowed out from the liquid-phase refrigerant outlet 31c of the ejector 53 passes through the branch portion 15 and the first evaporator 14 and the second evaporator 17. Flow into.
  • the refrigerant that has flowed into the first evaporator 14 absorbs heat from the blown air blown by the blower fan 14a and evaporates. Thereby, the blowing air blown by the blower fan 14a is cooled. The refrigerant that has flowed out of the first evaporator 14 is sucked from the first refrigerant suction port 31 b of the ejector 53.
  • the refrigerant flowing into the second evaporator 17 absorbs heat from the blown air blown by the blower fan 17a and evaporates. Thereby, the blowing air blown by the blower fan 17a is cooled. The refrigerant flowing out of the second evaporator 17 is sucked from the second refrigerant suction port 31f of the ejector 53.
  • the blown air can be cooled by both the first and second evaporators 14 and 17. Therefore, the ejector refrigeration cycle 60 of the present embodiment cools the blown air that is blown to the front seat side of the vehicle by one evaporator, and cools the blown air that is blown to the rear seat side of the vehicle by the other evaporator. It can be applied to a so-called dual air conditioner system.
  • the ejector 53 described in the second embodiment is applied to the ejector refrigeration cycle 70 shown in FIG.
  • the branch portion 15 is disposed on the refrigerant outlet side of the supercooling portion 12 c of the radiator 12.
  • the refrigerant inlet side of the second evaporator 17 is connected to one refrigerant outlet of the branch portion 15 via a fixed throttle 16 that is a refrigerant decompression device, and the refrigerant outlet side of the second evaporator 17 is A second refrigerant suction port 31f of the ejector 53 is connected.
  • a fixed throttle 16 an orifice, a capillary tube, a nozzle or the like can be employed.
  • the other refrigerant outlet of the branch part 15 is connected to the refrigerant inlet 31a side of the ejector 53.
  • the liquid refrigerant outlet 31 c of the ejector 53 is connected to the refrigerant inlet side of the first evaporator 14, and the first refrigerant suction port 31 b is connected to the refrigerant outlet side of the first evaporator 14.
  • coolant in the Mollier diagram of FIG. 11 shows what shows the state of the refrigerant
  • the flow of the supercooled liquid refrigerant that has flowed out of the radiator 12 is branched at the branching section 15.
  • One of the refrigerants branched at the branching part 15 is decompressed with an equal enthalpy at the fixed throttle 16 and flows into the second evaporator 17 (b11 point ⁇ i11 point in FIG. 11).
  • the refrigerant flowing into the second evaporator 17 absorbs heat from the blown air blown by the blower fan 17a and evaporates. As a result, the blown air blown by the blower fan 17a is cooled (point i11 ⁇ h′11 in FIG. 11).
  • the other refrigerant branched at the branch portion 15 is isentropically depressurized and injected in the nozzle passage 13a of the ejector 53 (b11 point ⁇ c11 point in FIG. 11).
  • the refrigerant flowing out of the first evaporator 14 is sucked through the first refrigerant suction port 31b by the suction action of the jetted refrigerant injected from the nozzle passage 13a, and the refrigerant flowing out of the second evaporator 17 is second. Suction is performed via the refrigerant suction port 31f.
  • the refrigerant injected from the nozzle passage 13a, the first suction refrigerant sucked from the first suction passage 13b, and the second suction refrigerant sucked from the second suction passage 13e are mixed in the mixing passage 13d. And flows into the diffuser passage 13c (c11 point ⁇ d11 point, h11 point ⁇ d11 point, h′11 point ⁇ d11 point in FIG. 11). Subsequent operations are the same as those in the second embodiment.
  • the refrigerant flowing out from the liquid-phase refrigerant outlet 31c of the ejector 53 and flowing into the first evaporator 14 absorbs heat from the blown air blown by the blower fan 14a and evaporates. Thereby, the air blown by the blower fan 14a is cooled (g11 point ⁇ h11 point in FIG. 11).
  • the blown air can be cooled by both the first and second evaporators 14 and 17. Therefore, the ejector refrigeration cycle 70 of the present embodiment can be applied to a dual air conditioner system and the like, similarly to the ejector refrigeration cycle 60 of the third embodiment.
  • the ejector 53 described in the second embodiment is applied to the ejector refrigeration cycle 80 shown in FIG.
  • the ejector refrigeration cycle 80 includes an internal heat exchanger 18 that exchanges heat between the high-pressure refrigerant and the low-pressure refrigerant that have flowed out from the supercooling section 12 c of the radiator 12, and further, the liquid-phase refrigerant outlet 31 c of the ejector 53. Further, the branching portion 15 is arranged.
  • an inner tube that forms a low-pressure side refrigerant passage that circulates a low-pressure refrigerant is disposed inside an outer tube that forms a high-pressure side refrigerant passage through which the high-pressure refrigerant flowing out from the radiator 12 circulates.
  • An arranged double pipe heat exchanger or the like can be employed. Further, the refrigerant inlet 31 a side of the ejector 53 is connected to the outlet side of the high-pressure side refrigerant passage of the internal heat exchanger.
  • the refrigerant inlet side of the evaporator 14 is connected to one refrigerant outlet of the branch portion 15, and the first refrigerant suction port 31 b of the ejector 53 is connected to the refrigerant outlet side of the evaporator 14.
  • the other refrigerant outlet of the branch portion 15 is connected to the inlet side of the low-pressure side refrigerant passage of the internal heat exchanger 18, and the second refrigerant of the ejector 53 is connected to the outlet side of the low-pressure side refrigerant passage of the internal heat exchanger 18.
  • a suction port 31f is connected.
  • the state of the refrigerant changes as shown in the Mollier diagram of FIG. That is, in the ejector type refrigeration cycle 80 of the present embodiment, the internal heat exchanger 18 uses the supercooled liquid phase high-pressure refrigerant (point b13 in FIG. The low-pressure liquid-phase refrigerant (g13 point in FIG. 13) flowing out from the refrigerant outlet performs heat exchange.
  • the refrigerant that has flowed out of the high-pressure side refrigerant passage of the internal heat exchanger 18 is decompressed and injected isentropically in the nozzle passage 13a of the ejector 53 (b13 point ⁇ c13 point in FIG. 13). Then, the refrigerant that has flowed out of the evaporator 14 is sucked through the first refrigerant suction port 31b by the suction action of the refrigerant injected from the nozzle passage 13a, and flows out from the low-pressure side refrigerant passage of the internal heat exchanger 18. Is sucked through the second refrigerant suction port 31f.
  • the refrigerant injected from the nozzle passage 13a, the first suction refrigerant sucked from the first suction passage 13b, and the second suction refrigerant sucked from the second suction passage 13e are mixed in the mixing passage 13d. And flows into the diffuser passage 13c (c13 point ⁇ d13 point, h13 point ⁇ d13 point, h′13 point ⁇ d13 point in FIG. 13). Subsequent operations are the same as those in the second embodiment.
  • the refrigerant flowing out from the liquid-phase refrigerant outlet 31c of the ejector 53 and flowing into the evaporator 14 absorbs heat from the blown air blown by the blower fan 14a and evaporates. Thereby, the air blown by the blower fan 14a is cooled (g13 point ⁇ h13 point in FIG. 13).
  • the enthalpy of the refrigerant flowing into the refrigerant inlet 31a of the ejector 53 can be reduced by the internal heat exchanger 18. Therefore, the enthalpy difference between the enthalpy of the outlet-side refrigerant of the evaporator 14 and the enthalpy of the inlet-side refrigerant can be expanded, and the refrigeration capacity exhibited by the evaporator 14 can be increased.
  • the ejector 53 described in the second embodiment is applied to the ejector refrigeration cycle 90 shown in FIG.
  • the ejector refrigeration cycle 90 includes an internal heat exchanger 18 similar to that of the fifth embodiment, and the branching portion 15 is disposed on the refrigerant outlet side of the supercooling portion 12 c of the radiator 12.
  • the inlet side of the low-pressure side refrigerant passage of the internal heat exchanger 18 is connected to one refrigerant outlet of the branch portion 15 via the fixed throttle 16, and the outlet side of the low-pressure side refrigerant passage of the internal heat exchanger 18. Is connected to the second refrigerant suction port 31f of the ejector 53.
  • the other refrigerant outlet of the branch part 15 is connected to the refrigerant inlet 31a side of the ejector 53. Further, the liquid refrigerant outlet 31c of the ejector 53 is connected to the refrigerant inlet side of the evaporator 14, and the first refrigerant suction port 31b is connected to the refrigerant outlet side of the evaporator 14.
  • the state of the refrigerant changes as shown in the Mollier diagram of FIG. That is, in the ejector-type refrigeration cycle 90 of the present embodiment, the internal heat exchanger 18 uses a supercooled liquid phase high-pressure refrigerant (b15 in FIG. 15) that has flowed out of the radiator 12 and one of the branch portions 15.
  • the low-pressure refrigerant (i15 in FIG. 15) flowing out from the refrigerant outlet and decompressed by the fixed throttle 16 performs heat exchange.
  • the enthalpy of the high-pressure refrigerant in the supercooled liquid phase that has flowed out of the radiator 12 is further lowered (b15 point ⁇ b′15 point in FIG. 15), and flows out from one refrigerant outlet of the branch portion 15 to be fixed.
  • the enthalpy of the low-pressure refrigerant decompressed by the throttle 16 increases (g15 point ⁇ h′15 point in FIG. 15).
  • the refrigerant that has flowed out of the high-pressure side refrigerant passage of the internal heat exchanger 18 is decompressed and injected isentropically in the nozzle passage 13a of the ejector 53 (b15 point ⁇ c15 point in FIG. 15). Subsequent operations are the same as those in the fifth embodiment.
  • the refrigerant flowing out from the liquid-phase refrigerant outlet 31c of the ejector 53 and flowing into the evaporator 14 absorbs heat from the blown air blown by the blower fan 14a and evaporates. Thereby, the air blown by the blower fan 14a is cooled (g15 point ⁇ h15 point in FIG. 15).
  • the enthalpy of the refrigerant flowing into the refrigerant inlet 31a of the ejector 53 can be reduced by the internal heat exchanger 18. Therefore, the ejector-type refrigeration cycle 90 of the present embodiment can increase the refrigeration capacity exhibited by the evaporator 14 in the same manner as the ejector-type refrigeration cycle 80 of the fifth embodiment.
  • the ejector 53 described in the second embodiment is applied to the ejector refrigeration cycle 100 shown in FIG.
  • the branch portion 15 is arranged on the upstream side of the radiator 12 (the refrigerant discharge port side of the compressor 11).
  • the second refrigerant suction port 31 f of the ejector 53 is connected to one refrigerant outlet of the branch portion 15 via the heater 19 and the fixed throttle 16.
  • a refrigerant inlet side of the radiator 12 is connected to the other refrigerant outlet of the branch portion 15.
  • the liquid refrigerant outlet 31c of the ejector 53 is connected to the refrigerant inlet side of the evaporator 14, and the first refrigerant suction port 31b is connected to the refrigerant outlet side of the evaporator 14.
  • the heater 19 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 and the blown air blown into the passenger compartment, thereby dissipating the heat of the high-temperature and high-pressure refrigerant to the blown air, A heat exchanger for heating.
  • the flow of the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 is branched at the branching section 15.
  • the refrigerant that has flowed out from one refrigerant outlet of the branch portion 15 flows into the heater 19 and radiates heat to the blown air blown by the blower fan 19a.
  • the refrigerant flowing out from the liquid-phase refrigerant outlet 31c of the ejector 53 and flowing into the evaporator 14 absorbs heat from the blown air blown by the blower fan 14a and evaporates. Thereby, the blowing air blown by the blower fan 14a is cooled.
  • the blowing air can be cooled by the evaporator 14 and the blowing air can be heated by the heater 19. Therefore, if the blower fan 19a is abolished and the blower air blown from the blower fan 14a is cooled by the evaporator 14 and then reheated by the heater 19, dehumidification heating of the air-conditioning target space is performed. be able to.
  • the ejectors 13 and 53 having the velocity components in the direction in which the jet refrigerant and the suction refrigerant flowing into the mixing passage 13d swirl in the same direction as the refrigerant swirling in the swirling space 30a have been described.
  • the effect of improving the mixing property between the jet refrigerant and the suction refrigerant by the mixing passage 13d can be obtained even if the jet refrigerant and the suction refrigerant do not have a speed component in the swirling direction. Therefore, the swirl space 30a of the ejectors 13 and 53 may be eliminated.
  • a passage area in a cross section perpendicular to the main flow direction of the refrigerant flowing through the mixing passage 13d may be adopted.
  • intersection angle ⁇ the refrigerant flow in the portion forming the suction passage 30d of the middle body 33 and the tangent Ld in the most upstream portion of the portion forming the mixing passage 13d in the outer peripheral surface of the passage forming member 35.
  • the definition of the intersection angle ⁇ is not limited to this.
  • intersection angle ⁇ an angle formed by the flow direction of the main flow of the injected refrigerant flowing into the mixing passage 13d and the flow direction of the main flow of the suction refrigerant flowing into the mixing passage 13d may be employed.
  • intersection angles ⁇ 1 and ⁇ 2 may be employed.
  • the drive device 37 that displaces the passage forming member 35 is enclosed in the enclosed space 37b in which the temperature-sensitive medium whose pressure changes with temperature change is enclosed, and the pressure of the temperature-sensitive medium in the enclosed space 37b
  • a drive device is not limited to this.
  • thermowax that changes in volume depending on temperature
  • a drive device that includes a shape memory alloy elastic member may be used as the drive device.
  • a device that displaces the passage forming member 35 by an electric mechanism such as an electric motor or a solenoid may be employed.
  • a decompression device for example, a side fixed throttle including an orifice or a capillary tube
  • a side fixed throttle including an orifice or a capillary tube
  • the ejector refrigeration cycles 10 and 50 including the ejectors 13 and 53 of the present disclosure are applied to the vehicle air conditioner.
  • the ejector refrigeration cycle including the ejectors 13 and 53 of the present disclosure is described.
  • Application of 10, 50 is not limited to this.
  • the present invention may be applied to a stationary air conditioner, a cold / hot storage, a cooling / heating device for a vending machine, and the like.
  • radiator 12 In the above-described embodiment, an example in which a subcool type heat exchanger is employed as the radiator 12 has been described. However, a normal radiator including only the condensing unit 12a may be employed. In the above-described embodiment, the example in which the constituent members such as the body 30 of the ejectors 13 and 53 and the passage forming member 35 are formed of metal has been described. However, the material is limited as long as the function of each constituent member can be exhibited. Not. Therefore, you may form these structural members with resin.

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Abstract

 エジェクタにおいて、内部に空間を形成するボデー(30)の内部に通路形成部材(35)が配置されている。ボデー(30)の内周面と通路形成部材(35)との間にノズルとして機能するノズル通路(13a)、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混合させる混合通路(13d)、混合通路(13d)から流出した冷媒の運動エネルギを圧力エネルギへ変換するディフューザ通路(13c)が設けられている。さらに、混合通路(13d)は冷媒流れ下流側に向かって通路断面積が徐々に縮小する形状を有している。これにより、噴射冷媒中の液滴と混合冷媒中の気相冷媒とを充分に混合させて、エジェクタ効率の低下を抑制する。

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、2013年7月30日に出願された日本特許出願2013-157580を基にしている。
 本開示は、流体を減圧させるとともに、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、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に適用される減圧装置として、エジェクタが知られている。この種のエジェクタでは、冷媒を減圧させるノズル部を有し、こ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気相冷媒を吸引し、昇圧部(ディフューザ部)にて噴射冷媒と吸引冷媒とを混合して昇圧させることができる。
 従って、減圧装置としてエジェクタを備える冷凍サイクル装置(以下、エジェクタ式冷凍サイクルと記載する。)では、エジェクタの昇圧部における冷媒昇圧作用を利用して圧縮機の消費動力を低減させることができ、減圧装置として膨張弁等を備える通常の冷凍サイクル装置よりもサイクルの成績係数(COP)を向上させることができる。
 さらに、特許文献1には、エジェクタ式冷凍サイクルに適用されるエジェクタとして、冷媒を二段階に減圧させるノズル部を有するものが開示されている。より詳細には、この特許文献1のエジェクタでは、第1ノズルにて高圧液相状態の冷媒を気液二相状態となるまで減圧し、気液二相状態となった冷媒を第2ノズルへ流入させている。
 これにより、特許文献1のエジェクタでは、第2ノズルにおける冷媒の沸騰を促進してノズル部全体としてのノズル効率の向上を図り、エジェクタ式冷凍サイクル全体として、より一層のCOPの向上を図ろうとしている。
 また、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、このように配置されたディフューザ部の広がり角度を比較的小さくすることで、エジェクタ効率を向上できることが記載されている。
 なお、ノズル効率とは、ノズル部において冷媒の圧力エネルギを運動エネルギに変換する際のエネルギ変換効率であり、エジェクタ効率は、エジェクタ全体としてのエネルギ変換効率である。
 ところが、特許文献1のエジェクタでは、例えば、エジェクタ式冷凍サイクルの熱負荷が低くなり、サイクルの高圧側冷媒の圧力と低圧側冷媒の圧力との圧力差(高低圧差)が縮小してしまうと、第1ノズルにて高低圧差分の減圧がなされてしまい、第2ノズルでは殆ど冷媒が減圧されなくなってしまうことがある。
 このような場合、第2ノズルへ気液二相冷媒を流入させることによるノズル効率向上効果を得られなくなってしまい、ディフューザ部にて冷媒を充分に昇圧させることができなくなってしまうことがある。
 これに対して、特許文献1のエジェクタに特許文献2に開示されている比較的小さい広がり角度のディフューザ部を適用し、エジェクタ効率を向上させることによって、エジェクタ式冷凍サイクルの低負荷時にもディフューザ部にて冷媒を充分に昇圧させる方法が考えられる。
 しかしながら、このようなディフューザ部を適用すると、エジェクタ全体としてノズル部の軸線方向の長さが長くなってしまうので、エジェクタ式冷凍サイクルの通常負荷時においてはエジェクタの体格が不必要に大きくなってしまう場合がある。
特許第3331604号公報 特開2003-14318号公報
 本開示は、上記点に鑑み、エジェクタ全体としての体格の大型化を抑制することができるエジェクタを提供することを目的とする。
 本開示は、ノズルとして機能する冷媒通路の下流側に配置される冷媒通路が、通路形成部材の外周側に形成されるエジェクタにおいて、エジェクタ効率の低下を抑制することをもう一つの目的とする。
 本開示の一態様によると、エジェクタは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に用いられる。エジェクタは、冷媒が減圧される減圧用空間、減圧用空間の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒が吸引される吸引用通路、減圧用空間から噴射された冷媒と吸引用通路から吸引された冷媒とが合流する混合用空間、および混合用空間にて混合された冷媒が流入する昇圧用空間を有するボデーと、減圧用空間の内部、混合用空間の内部、および昇圧用空間の内部に少なくとも配置されるとともに、減圧用空間から離れるに伴って断面積が拡大する円錐形状を有する通路形成部材とを備える。減圧用空間は、ボデーの内周面と通路形成部材の外周面との間に、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を有する。混合用空間は、ボデーの内周面と通路形成部材の外周面との間に、噴射冷媒と吸引冷媒とが混合する混合通路を有する。昇圧用空間は、ボデーの内周面と通路形成部材の外周面との間に、混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギへ変換するディフューザとして機能するディフューザ通路を有する。混合通路は、冷媒流れ下流側に向かって、断面積が一定あるいは徐々に縮小する形状を有している。
 これによれば、通路形成部材として円錐状に形成されたものを採用しているので、ディフューザ通路は、減圧用空間から離れるに伴って通路形成部材の外周に沿って広がる形状を有する。これにより、ディフューザ通路の軸方向寸法が拡大してしまうことを抑制して、エジェクタ全体としての体格の大型化を抑制することができる。また、混合通路が、冷媒流れ下流側に向かって、通路断面積が一定の形状あるいは徐々に縮小する形状に形成されているので、混合通路へ流入した噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒を加速させることができる。これにより、混合通路では出口側へ向かって混合冷媒の圧力を徐々に低下させることができる。
 さらに、混合通路へ流入した噴射冷媒および吸引冷媒は圧力の低い出口側へ向かって流れるので、噴射冷媒の流れが通路形成部材の外周面側に偏流してしまうことを抑制できるとともに、吸引冷媒が、噴射冷媒の外周側から内周側へ向かって流れてしまうことを抑制できる。
 従って、噴射冷媒中の液滴(液相冷媒の粒)がボデーの内周面あるいは通路形成部材の外周面に付着してしまうことを抑制でき、混合通路にて、噴射冷媒中の液滴、噴射冷媒中の気相冷媒および吸引冷媒を充分に混合させることができる。そして、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒に有効に伝達することができる。
 その結果、ディフューザ通路にて圧力エネルギへ変換される混合冷媒の運動エネルギが減少してしまうことを抑制でき、ディフューザ通路における昇圧量の低下を抑制できるので、エジェクタ効率の低下を抑制することができる。
 つまり、ノズル通路の下流側に形成される混合通路が、通路形成部材の外周側に形成される構成のエジェクタであっても、エジェクタ効率の低下を抑制することができる。
 本開示の他の一態様によると、エジェクタは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に用いられる。エジェクタは、冷媒を減圧させる減圧用空間、および減圧用空間の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒が吸引される第1吸引用通路を有するボデーと、減圧用空間の内部に少なくとも配置され、減圧用空間から離れるに伴って断面積が拡大する円錐形状を有しているとともに、減圧用空間の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒が吸引される第2吸引用通路を有する通路形成部材とを備える。ボデーは、減圧用空間から噴射された冷媒、第1吸引用通路から吸引された第1吸引冷媒および第2吸引用通路から吸引された第2吸引冷媒が混合した冷媒が流入する昇圧用空間をさらに有している。減圧用空間は、ボデーの内周面と通路形成部材の外周面との間に、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を有している。昇圧用空間は、ボデーの内周面と通路形成部材の外周面との間に、混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギへ変換するディフューザとして機能するディフューザ通路である。第1吸引用通路の冷媒出口は、ノズル通路の冷媒出口の外周側に開口しており、第2吸引用通路の冷媒出口は、ノズル通路の冷媒出口の内周側に開口している。
 これによれば、通路形成部材として円錐状に形成されたものを採用しているので、ディフューザ通路は、減圧用空間から離れるに伴って通路形成部材の外周に沿って広がる形状を有する。これにより、ディフューザ通路の軸方向寸法が拡大してしまうことを抑制して、エジェクタ全体としての体格の大型化を抑制することができる。また、第1吸引用通路の冷媒出口がノズル通路の冷媒出口よりも外周側に開口しており、第2吸引用通路の冷媒出口がノズル通路の冷媒出口よりも内周側に開口しているので、第1吸引冷媒は噴射冷媒の外周側から噴射冷媒に合流し、第2吸引冷媒は噴射冷媒の内周側から噴射冷媒に合流する。
 従って、噴射冷媒のうち外周側の冷媒と第1吸引冷媒との境界面および噴射冷媒のうち内周側の冷媒と第2吸引冷媒との境界面は、いずれも自由界面となり、噴射冷媒が外周側あるいは内周側に偏流してしまうことを抑制できる。
 さらに、第1吸引冷媒は、噴射冷媒の外周側から内周側へ向かって流れ、第2吸引冷媒は、噴射冷媒の内周側から外周側へ向かって流れるので、噴射冷媒、第1吸引冷媒および第2吸引冷媒を充分に混合させることができる。従って、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒に有効に伝達することができる。
 その結果、エジェクタ効率の低下を抑制することができる。つまり、ノズル通路の下流側に形成される混合通路が、通路形成部材の外周側に形成される構成のエジェクタであっても、エジェクタ効率の低下を抑制することができる。
 なお、通路形成部材は、厳密に減圧用空間から離れるに伴って断面積が拡大する形状のみから形成されているものに限定されず、少なくとも一部に減圧用空間から離れるに伴って断面積が拡大する形状を含んでいることによって、ディフューザ通路の形状を減圧用空間から離れるに伴って外側へ広がる形状とすることができるものを含む。
 さらに、「円錐状に形成された」とは、通路形成部材が完全な円錐形状に形成されているという意味に限定されず、円錐に近い形状、あるいは一部に円錐形状を含んで形成されているという意味も含んでいる。具体的には、軸方向断面形状が二等辺三角形となるものに限定されず、頂点を挟む二辺が内周側に凸となる形状、頂点を挟む二辺が外周側に凸となる形状、さらに断面形状が半円形状となるもの等も含む意味である。
本開示の第1実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの概略図である。 第1実施形態のエジェクタの軸方向に平行な断面図である。 第1実施形態のエジェクタの各冷媒通路を示す概略断面図である。 図2のIV部を示す図である。 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を示すモリエル線図である。 本開示の第2実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの概略図である。 第2実施形態のエジェクタの軸方向に平行な断面図である。 図7のVIII部を示す図である。 本開示の第3実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの概略図である。 本開示の第4実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの概略図である。 第4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を示すモリエル線図である。 本開示の第5実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの概略図である。 第5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を示すモリエル線図である。 本開示の第6実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの概略図である。 第6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を示すモリエル線図である。 本開示の第7実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの概略図である。
 本発明者らは、先に、特願2012-184950号(以下、先願例という。)にて、エジェクタ式冷凍サイクルに適用されるエジェクタを提案している。エジェクタは、放熱器から流出した冷媒を旋回させる旋回空間、この旋回空間から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間、減圧用空間の冷媒流れ下流側に連通して蒸発器から流出した冷媒を吸引する吸引用通路、および減圧用空間から噴射された噴射冷媒と吸引用通路から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧させる昇圧用空間を有するボデー部を備え、少なくとも一部が減圧用空間の内部および昇圧用空間の内部に配置されて、減圧用空間から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成された通路形成部材をさらに備える。減圧用空間は、ボデーの内周面と通路形成部材の外周面との間に、旋回空間から流出した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を有する。昇圧用空間は、ボデーの内周面と通路形成部材の外周面との間に、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として機能するディフューザ通路を有する。吸引用通路の冷媒出口は、ノズル通路の冷媒出口(冷媒噴射口)の外周側に、円環状に開口している。
 この先願例のエジェクタでは、旋回空間にて冷媒を旋回させることで、旋回空間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。
 そして、二相分離状態の冷媒は、ノズル通路へ流入して壁面沸騰および界面沸騰によって沸騰が促進されるので、ノズル通路の最小流路面積部近傍では、気相と液相が均質に混合した気液混合状態となる。さらに、ノズル通路の最小流路面積部近傍にて気液混合状態となった冷媒に閉塞(チョーキング)が生じ、気液混合状態の冷媒の流速が二相音速となるまで加速する。
 このように二相音速まで加速した冷媒は、ノズル通路の最小流路面積部から下流側にて、均質に混合された理想的な二相噴霧流れとなって、その流速をさらに増大させることができる。その結果、ノズル通路にて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギへ変換する際のエネルギ変換効率(ノズル効率に相当)を向上させることができる。
 さらに、先願例のエジェクタでは、通路形成部材として円錐状に形成されたものを採用し、ディフューザ通路の形状を減圧用空間から離れるに伴って通路形成部材の外周に沿って広がる形状としている。これにより、ディフューザ通路の軸方向寸法が拡大してしまうことを抑制して、エジェクタ全体としての体格の大型化を抑制することができる。
 つまり、先願例のエジェクタによれば、体格の大型化を招くことなく、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動が生じても、ノズル通路におけるエネルギ変換効率(ノズル効率に相当)の低下を抑制することができる。
 ところが、本発明者らがエジェクタの更なるエネルギ変換効率の向上のために、先願例のエジェクタについて検討を進めたところ、先願例のエジェクタでは、ノズル通路におけるエネルギ変換効率の低下については抑制できるものの、エジェクタ全体としてのエネルギ変換効率(エジェクタ効率)が所望の値よりも低くなってしまうことがあった。
 そこで、本発明者らがその原因について調査したところ、先願例のエジェクタでは、ノズル通路の下流側の冷媒通路が通路形成部材の外周側に形成されており、さらに、吸引用通路の冷媒出口が、通路形成部材の中心軸に対して、ノズル通路の冷媒出口(冷媒噴射口)よりも外周側に開口していることが原因であると判った。
 その理由は、先願例のエジェクタのような冷媒通路構成になっていると、噴射冷媒中の液滴(液相冷媒の粒)が通路形成部材の外周面に付着してしまい、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒(噴射冷媒中の気相冷媒および吸引冷媒)に有効に伝達することができなくなってしまうからである。
 このことをより詳細に説明すると、ノズル通路から噴射された噴射冷媒のうち外周側の冷媒は吸引用通路から吸引された吸引冷媒と接触するので、噴射冷媒の外周側の冷媒と吸引冷媒との境界面は自由境界となる。一方、噴射冷媒のうち内周側の冷媒は通路形成部材の外周面と接触するので、噴射冷媒の内周側の冷媒と通路形成部材との境界面は固定境界となる。このため、噴射冷媒の流れは自由境界側よりも冷媒の速度が遅くなる固定境界側に偏流しやすくなる。
 さらに、噴射冷媒中の液滴が慣性力によって加速することによって噴射冷媒に圧力低下が生じると、吸引冷媒が圧力の低い噴射冷媒へ向かって噴射冷媒の外周側から内周側へ向かって流入するため、噴射冷媒も内周側(すなわち、通路形成部材の外周面側)へ向かって流れやすくなる。
 このため、噴射冷媒中の液滴が、噴射冷媒中の気相冷媒および吸引冷媒と充分に混合することなく通路形成部材の外周面に付着してしまい、液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒に有効に伝達することができなくなってしまうおそれがある。その結果、ディフューザ通路における昇圧量が低下して、エジェクタ効率が低下してしまう場合がある。
 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合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくと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5を用いて、本開示の第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に示すように、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、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。さらに、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、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。
 また、こ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。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11a、および圧縮機構11aを駆動する電動モータ11bを収容して構成された電動圧縮機である。
 この圧縮機構11a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できる。また、電動モータ11bは、後述する制御装置から出力される制御信号によって、その作動(回転数)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を採用してもよい。
 また、圧縮機11は、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た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ってもよい。この種の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できる可変容量型圧縮機、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する固定容量型圧縮機を採用することができる。
 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、この放熱器12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凝縮部12a、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蓄えるレシーバ部12b、およびレシーバ部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過冷却部12cを有して構成される、いわゆるサブクール型の凝縮器である。
 また、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(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装置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装置(冷媒輸送装置)としての機能を果たす。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装置としての機能も果たす。
 エジェクタ13の具体的構成については、図2~図4を用いて説明する。なお、図2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、図4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。
 まず、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。具体的には、このボデー30は、角柱状あるいは円柱状の金属もしくは樹脂等にて形成されてエジェクタ13の外殻を形成するハウジングボデー31を有し、このハウジングボデー31の内部に、ノズルボデー32、ミドルボデー33、ロワーボデー34等を固定して構成されたものである。
 ハウジングボデー31には、放熱器12から流出した冷媒を内部へ流入させる冷媒流入口31a、蒸発器14から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口31b、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液相冷媒流出口31c、および気液分離空間30fにて分離された気相冷媒を圧縮機11の吸入側へ流出させる気相冷媒流出口31d等が形成されている。
 ノズルボデー32は、冷媒流れ方向に先細る略円錐形状の金属部材等で形成されており、軸方向が鉛直方向(図2の上下方向)と平行になるように、ハウジングボデー31の内部に圧入等の方法によって固定されている。ノズルボデー32の上方側とハウジングボデー31との間には、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30aは、回転体形状に形成され、図2の一点鎖線で示す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30a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31eから旋回空間30aへ流入した冷媒は、旋回空間30aの内壁面に沿って流れ、旋回空間30a内を旋回する。
 なお、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30a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30a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、ノズルボデー32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。この減圧用空間30b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30bの中心軸は旋回空間30aの中心軸と同軸上に配置されている。
 さらに、減圧用空間30bの内部には、減圧用空間30b内に冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部30mを形成するとともに、最小通路面積部30mの通路面積を変化させる通路形成部材35が配置されている。この通路形成部材35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30bの中心軸と同軸上に配置されている。換言すると、通路形成部材35は、減圧用空間30bから離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成されている。
 そして、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、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に至るまでの冷媒通路面積が徐々に縮小する先細部131、および最小通路面積部30mから冷媒流れ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部132が形成される。
 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(大径の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、本実施形態の通路形成部材35の広がり角度は、減圧用空間30b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ので、末広部132における冷媒通路面積は、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、減圧用空間30bにおいて、ノズルボデー32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は、ノズルとして機能するノズル通路13aである。さらに、このノズル通路13aでは、冷媒が減圧され、気液二相状態の冷媒の流速を二相音速より高い値となるように増速され噴射されている。
 なお、本実施形態における減圧用空間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とは、図3に示すように、通路形成部材35の外周面から法線方向に延びる線分がノズルボデー32のうち減圧用空間30bを形成する部位と交わる範囲に形成される冷媒通路である。
 また、ノズル通路13aへ流入する冷媒は旋回空間30aにて旋回しているので、ノズル通路13aを流通する冷媒およびノズル通路13aから噴射される噴射冷媒も、旋回空間30aにて旋回する冷媒と同方向に旋回する方向の速度成分を有している。
 次に、ミドルボデー33は、図2に示すように、その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ているとともに、この貫通穴の外周側に通路形成部材35を変位させる駆動装置37を収容した金属製円板状部材で形成されている。なお、ミドルボデー33の貫通穴の中心軸は旋回空間30aおよび減圧用空間30bの中心軸と同軸上に配置されている。また、ミドルボデー33は、ハウジングボデー31の内部であって、かつ、ノズルボデー32の下方側に圧入等の方法によって固定されている。
 さらに、ミドルボデー33の上面とこれに対向するハウジングボデー31の内壁面との間には、冷媒吸引口31bから流入した冷媒を滞留させる流入空間30cが形成されている。本実施形態では、ノズルボデー32の下方側の先細先端部がミドルボデー33の貫通穴の内部に位置付けられるため、流入空間30cは、旋回空間30aおよび減圧用空間30bの中心軸方向からみたときに、断面円環状に形成される。
 また、冷媒吸引口31bと流入空間30cとを接続する吸引冷媒流入通路は、流入空間30cの中心軸方向から見たときに、流入空間30cの内周壁面の接線方向に延びている。これにより、本実施形態では、冷媒吸引口31bから吸引冷媒流入通路を介して流入空間30c内へ流入した冷媒を、旋回空間30a内の冷媒と同方向に旋回させるようにしている。
 さらに、ミドルボデー33の貫通穴のうち、ノズルボデー32の下方側が挿入される範囲、すなわち軸線に垂直な径方向から見たときにミドルボデー33とノズルボデー32が重合する範囲では、ノズルボデー32の先細先端部の外周形状に適合するように冷媒通路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32の下方側の先細先端部の外周面との間には、流入空間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。つまり、本実施形態では、冷媒吸引口31bと流入空間30cとを接続する吸引冷媒流入通路、流入空間30cおよび吸引通路30dによって、外部から冷媒を吸引する吸引用通路13bが形成されている。
 この吸引用通路13bの中心軸垂直断面も円環状に形成されており、吸引用通路13bを流れる冷媒も、旋回空間30aにて旋回する冷媒と同方向に旋回する方向の速度成分を有している。さらに、吸引用通路13bの冷媒出口(具体的には、吸引通路30dの冷媒出口)は、ノズル通路13aの冷媒出口(冷媒噴射口)の外周側に、円環状に開口している。
 また、ミドルボデー33の貫通穴のうち、吸引通路30dの冷媒流れ下流側には、略円柱状あるいは略円錐台状に形成された混合用空間30hが形成されている。この混合用空間30hは、上述した減圧用空間30b(具体的には、ノズル通路13a)から噴射される噴射冷媒と吸引用通路13b(具体的には、吸引通路30d)から吸引された吸引冷媒とを合流させる空間である。
 混合用空間30hの内部には、前述した通路形成部材35の上下方向中間部が配置されており、図3、図4に示すように、混合用空間30hにおけるミドルボデー33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、噴射冷媒と吸引冷媒との混合を促進させる混合通路13dを構成している。
 なお、本実施形態における混合用空間30h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とは、図3に示すように、通路形成部材35の外周面から法線方向に延びる線分がミドルボデー33のうち混合用空間30hを形成する部位と交わる範囲に形成される冷媒通路である。
 ここで、図4を用いて、混合通路13dの詳細形状について説明する。まず、本実施形態の混合通路13dは、冷媒流れ下流側に向かって、通路断面積が徐々に縮小する形状に形成されている。
 より詳細には、混合通路13dの通路断面積とは、通路形成部材35の外周面から法線方向に延びてミドルボデー33の混合用空間30hの内周面へ至る線分を、軸周りに回転させた際に形成される円錐台形状の外周側面の面積として定義することができる。また、「冷媒流れ下流側に向かって」とは、「通路形成部材35の軸方向断面において、通路形成部材35の外周面に沿って上方側から下流側へ向かって」という意味に定義することができる。
 さらに、ノズル通路13aの冷媒出口部(冷媒噴射口)の通路断面積をφdとし、吸引用通路13bの冷媒出口部の通路断面積をφsとし、混合通路13dの冷媒出口の通路断面積をφdoutとし、ノズル通路13aの冷媒出口部の通路断面積をφdと吸引用通路13bの冷媒出口部の通路断面積をφsとの合計値(φd+φs)を円に換算した際の相当直径をDとし、通路形成部材35の軸方向断面における通路形成部材35の外周面の長さのうち混合通路13dを形成する部位の長さをLとしたときに、本実施形態の混合通路13dは、以下数式F1を満たす範囲に形成され、通路断面積φdoutは、以下数式F2を満たすように設定されている。
L/D≦1…(F1)
φdout≦φd+φs…(F2)
 なお、通路断面積φdは、通路形成部材35の軸方向断面において、通路形成部材35の外周面から法線方向に延びてノズルボデー32の減圧用空間30bを形成する部位の冷媒流れ最下流部へ至る線分(図4の距離dd)を、軸周りに回転させた際に形成される円錐台の外周側面の面積として定義することができる。
 通路断面積φsは、通路形成部材35の軸方向断面において、ノズルボデー32の下方側の先細先端部の外周面から法線方向に延びてミドルボデー33の吸引通路30dを形成する部位の冷媒流れ最下流部へ至る線分(図4の距離ds)を、軸周りに回転させた際に形成される円錐台の外周側面の面積として定義することができる。
 通路断面積φdoutは、通路形成部材35の外周面から法線方向に延びてミドルボデー33の混合用空間30hを形成する部位の冷媒流れ最下流部へ至る線分(図4の距離ddout)を、軸周りに回転させた際に形成される円錐台の外周側面の面積として定義することができる。
 さらに、本実施形態では、通路形成部材35の軸方向断面において、通路形成部材35の外周面のうち混合通路13dを形成する部位の最上流部における接線Ldとミドルボデー33の吸引通路30dを形成する部位の冷媒流れ最下流部における接線Lsとの交わり角度θが、以下数式F3を満たすように設定されている。
0<θ≦60°…(F3)
 なお、交わり角度θは、通路形成部材35の軸方向断面において、接線Ldと接線Lsとによって形成される角度のうちノズル通路13aを挟む側に形成される角度である。また、通路形成部材35の軸方向断面において、図4に示すように、通路形成部材35の外周面のうち混合通路13dを形成する部位の最上流部が直線で描かれる場合は、当該直線を接線Ldとすればよい。このことは、接線Lsについても同様である。
 さらに、混合通路13dの軸方向垂直断面形状も円環状に形成されており、混合通路13dを流れる冷媒も、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒の有する旋回方向の速度成分および吸引用通路13bから吸引された吸引冷媒の有する旋回方向の速度成分によって、旋回空間30aにて旋回する冷媒と同方向に旋回する方向の速度成分を有している。
 また、図2に示すように、ミドルボデー33の貫通穴のうち、混合用通路空間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。この昇圧用空間30eは、混合用空間30h(具体的には、混合通路13d)から流出した冷媒を流入させる空間である。
 昇圧用空間30eの内部には、前述した通路形成部材35の下方部が配置されている。さらに、昇圧用空間30e内の通路形成部材35の円錐状側面の広がり角度は、昇圧用空間30e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ので、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。
 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、図3に示すように、昇圧用空間30eにおけるミドルボデー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がディフューザとして機能するディフューザ通路13cであり、混合通路13dにて混合された混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換させている。
 さらに、ディフューザ通路13cの軸方向垂直断面形状も円環状に形成されており、ディフューザ通路13cを流れる冷媒も、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒の有する旋回方向の速度成分および吸引用通路13bから吸引された吸引冷媒の有する旋回方向の速度成分によって、旋回空間30aにて旋回する冷媒と同方向に旋回する方向の速度成分を有している。
 次に、ミドルボデー33の内部に配置されて、通路形成部材35を変位させる駆動装置37について説明する。この駆動装置37は、圧力応動部材である円形薄板状のダイヤフラム37aを有して構成されている。より具体的には、図2に示すように、ダイヤフラム37aはミドルボデー33の外周側に形成された円柱状の空間を上下の2つの空間に仕切るように、溶接等の方法によって固定されている。
 ダイヤフラム37aによって仕切られた2つの空間のうち上方側(流入空間30c側)の空間は、蒸発器14流出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37bを構成している。この封入空間37bには、エジェクタ式冷凍サイクル10を循環する冷媒と同一組成の感温媒体が予め定めた密度となるように封入されている。従って、本実施形態における感温媒体は、R134aとなる。
 一方、ダイヤフラム37aによって仕切られた2つの空間のうち下方側の空間は、図示しない連通路を介して、蒸発器14流出冷媒を導入させる導入空間37cを構成している。従って、封入空間37bに封入された感温媒体には、流入空間30cと封入空間37bとを仕切る蓋部材37dおよびダイヤフラム37a等を介して、蒸発器14流出冷媒の温度が伝達される。
 ここで、図2、図3から明らかなように、本実施形態のミドルボデー33の上方側には吸引用通路13bが配置され、ミドルボデー33の下方側にはディフューザ通路13cが配置されている。従って、駆動装置37の少なくとも一部は、軸線の径方向から見たときに吸引用通路13bおよびディフューザ通路13cによって上下方向から挟まれる位置に配置されることになる。
 より詳細には、駆動装置37の封入空間37bは、旋回空間30aや通路形成部材35等の中心軸方向から見たときに、吸引用通路13bおよびディフューザ通路13cと重合する位置であって、吸引用通路13bおよびディフューザ通路13cによって囲まれる位置に配置されている。これにより、封入空間37bに蒸発器14流出冷媒の温度が伝達され、封入空間37bの内圧は、蒸発器14流出冷媒の温度に応じた圧力となる。
 さらに、ダイヤフラム37aは、封入空間37bの内圧と導入空間37cへ流入した蒸発器14流出冷媒の圧力との差圧に応じて変形する。このため、ダイヤフラム37aは弾性に富み、かつ熱伝導が良好で、強靱な材質にて形成することが好ましく、例えば、ステンレス(SUS304)等の金属薄板にて形成されることが望ましい。
 また、ダイヤフラム37aの中心部には、円柱状の作動棒37eの上端側が溶接等の方法によって接合され、作動棒37eの下端側には通路形成部材35の最下方側(底部)の外周側が固定されている。これにより、ダイヤフラム37aと通路形成部材35が連結され、ダイヤフラム37aの変位に伴って通路形成部材35が変位し、ノズル通路13aの冷媒通路面積(最小通路面積部30mにおける通路断面積)が調整される。
 具体的には、蒸発器14流出冷媒の温度(過熱度)が上昇すると、封入空間37bに封入された感温媒体の飽和圧力が上昇し、封入空間37bの内圧から導入空間37cの圧力を差し引いた差圧が大きくなる。これにより、ダイヤフラム37a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(鉛直方向下方側)に通路形成部材35を変位させる。
 一方、蒸発器14流出冷媒の温度(過熱度)が低下すると、封入空間37bに封入された感温媒体の飽和圧力が低下して、封入空間37bの内圧から導入空間37cの圧力を差し引いた差圧が小さくなる。これにより、ダイヤフラム37a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(鉛直方向上方側)に通路形成部材35を変位させる。
 このように蒸発器14流出冷媒の過熱度に応じてダイヤフラム37aが、通路形成部材35を上下方向に変位させることによって、蒸発器14流出冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように、最小通路面積部30mにおける通路断面積を調整することができる。なお、作動棒37eとミドルボデー33との隙間は、図示しないO-リング等のシール部材によってシールされており、作動棒37eが変位してもこの隙間から冷媒が漏れることはない。
 また、通路形成部材35の底面は、ロワーボデー34に固定されたコイルバネ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、最小通路面積部30mにおける通路断面積を縮小する側(図2では、上方側)に付勢する荷重をかけており、この荷重を調整することで、通路形成部材35の開弁圧を変更して、狙いの過熱度を変更することもできる。
 さらに、本実施形態では、ミドルボデー33の外周側に複数(具体的には、2つ)の円柱状の空間を設け、この空間の内部にそれぞれ円形薄板状のダイヤフラム37aを固定して2つの駆動装置37を構成しているが、駆動装置37の数はこれに限定されない。なお、駆動装置37を複数箇所に設ける場合は、それぞれ中心軸に対して等角度間隔で配置されていることが望ましい。
 また、軸方向からみたときに円環状に形成される空間内に、円環状の薄板で形成されたダイヤフラムを固定し、複数の作動棒でこのダイヤフラムと通路形成部材35とを連結する構成としてもよい。
 次に、ロワーボデー34は、円柱状の金属部材等で形成されており、ハウジングボデー31の底面を閉塞するように、ハウジングボデー31内にネジ止め等の方法によって固定されている。そして、ハウジングボデー31の内部空間のうち、ロワーボデー34の上面側とミドルボデー33の底面側との間には、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、旋回空間30a、減圧用空間30bおよび通路形成部材35等の中心軸と同軸上に配置されている。
 さらに、前述の如く、ディフューザ通路13cから流出して気液分離空間30fへ流入する冷媒は、旋回空間30aにて旋回する冷媒と同方向に旋回する方向の速度成分を有している。従って、この気液分離空間30f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34の中心部には、気液分離空間30f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34a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34aの外周側に貯留される。また、パイプ34aの内部には、気液分離空間30fにて分離された気相冷媒を気相冷媒流出口31dへ導く気相冷媒流出通路34bが形成されている。
 さらに、パイプ34aの上端部には、前述したコイルバネ40が固定されている。なお、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。また、パイプ34aの根本部(最下方部)には、液相冷媒中の冷凍機油を気相冷媒流出通路34bを介して圧縮機11内へ戻すオイル戻し穴34cが形成されている。
 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、処理を行って、上述の各種電気式のアクチュエータ11b、12d、14a等の作動を制御する。
 また、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、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センサ、放熱器12出口側冷媒の温度を検出する出口側温度センサおよび放熱器12出口側冷媒の圧力を検出する出口側圧力センサ等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。
 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部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部を構成している。例えば、本実施形態では、圧縮機11の電動モータ11b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)が吐出能力制御部を構成している。
 次に、上記構成における本実施形態の作動を図5のモリエル線図を用いて説明する。なお、このモリエル線図の縦軸には、図3のP0、P1、P2に対応する圧力が示されている。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11b、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状態の気相冷媒(図5のa5点)は、放熱器12の凝縮部12aへ流入し、冷却ファン12dから送風された送風空気(外気)と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部12aにて放熱した冷媒は、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から送風された送風空気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる(図5のa5点→b5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5のb5点→c5点)。この際、減圧用空間30bの最小通路面積部30mにおける冷媒通路面積は、蒸発器14出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値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から流出した冷媒が冷媒吸引口31bおよび吸引用通路13b(より詳細には、流入空間30cおよび吸引通路30d)を介して吸引される。さらに、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒と吸引用通路13b等を介して吸引された吸引冷媒は、混合通路13dへ流入して混合される(図5のc5点→d5点、h5点→d5点)。
 混合通路13dで混合された混合冷媒は、ディフューザ通路13cへ流入する。ディフューザ通路13c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(図5のd5点→e5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5のe5点→f5点、e5点→g5点)。
 気液分離空間30fにて分離された液相冷媒は液相冷媒流出口31cから流出して、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し、送風空気が冷却される(図5のg5点→h5点)。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5のf5点→a5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。さらに、こ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に吸入させるので、圧縮機11の駆動動力を低減させて、サイクル効率(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、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に近づく。
 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(ノズル効率に相当)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では、通路形成部材35として減圧用空間30bから離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成されたものを採用して、ディフューザ通路13cの断面形状を円環状に形成しているので、ディフューザ通路13cの形状を減圧用空間30bから離れるに伴って通路形成部材35の外周に沿って広がる形状とすることができる。
 これにより、ディフューザ通路13cにおいて冷媒を昇圧させるための流路を螺旋状に形成することができるので、ディフューザ部がノズル部の軸線方向に延びる形状に形成されている場合に対して、ディフューザ通路13cの軸方向(通路形成部材35の軸方向)の寸法が拡大してしまうことを抑制できる。その結果、エジェクタ13全体としての体格の大型化を抑制できる。
 ここで、本実施形態のエジェクタ13のように、ノズル通路13aの下流側に配置される混合通路13dが、通路形成部材35の外周側に円環状に形成される構成では、噴射冷媒中の液滴(液相冷媒の粒)が通路形成部材35の外周面に付着してしまい、混合通路13dにて、噴射冷媒中の液滴、噴射冷媒中の気相冷媒、および吸引冷媒(気相冷媒)を充分に混合できなくなってしまうおそれがある。
 そして、噴射冷媒中の液滴、噴射冷媒中の気相冷媒、および吸引冷媒を充分に混合できないと、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒に有効に伝達することができなくなってしまうため、ディフューザ通路における昇圧量が低下して、エジェクタ効率が低下してしまう。
 これに対して、本実施形態のエジェクタ13によれば、混合通路13dが、冷媒流れ下流側に向かって、通路断面積が徐々に縮小する形状に形成されているので、混合通路13dへ流入した噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒を加速させることができる。これにより、混合通路13dでは出口側へ向かって混合冷媒の圧力を徐々に低下させることができる。
 さらに、混合通路13dへ流入した噴射冷媒および吸引冷媒は圧力の低い出口側へ向かって流れるので、噴射冷媒の流れが通路形成部材35の外周面側やミドルボデー33のうち混合用空間30hを形成する部位の内周面側に偏流してしまうことを抑制できるとともに、吸引冷媒が、噴射冷媒の外周側から内周側へ向かって流れてしまうことを抑制できる。
 従って、噴射冷媒中の液滴(液相冷媒の粒)が通路形成部材35の外周面やミドルボデー33のうち混合用空間30hを形成する部位の内周面に付着してしまうことを抑制でき、混合通路13dにて、噴射冷媒中の液滴、噴射冷媒中の気相冷媒および吸引冷媒(気相冷媒)を充分に混合させることができる。そして、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒に有効に伝達することができる。
 その結果、ディフューザ通路13cにて圧力エネルギへ変換される混合冷媒の運動エネルギが減少してしまうことを抑制でき、ディフューザ通路13cにおける昇圧量の低下を抑制できるので、エジェクタ効率の低下を抑制することができる。
 つまり、本実施形態のエジェクタ13によれば、ノズル通路13aの下流側に形成される混合通路13dが、通路形成部材35の外周側に形成されていても、エジェクタ効率の低下を抑制することができる。
 また、本発明者らの検討によれば、混合通路13dが、冷媒流れ下流側に向かって、通路断面積が一定となる形状に形成されていても、混合通路13dの出口側の圧力を充分に低下させることができ、混合通路13dにて、噴射冷媒中の液滴、噴射冷媒中の気相冷媒および吸引冷媒(気相冷媒)を充分に混合可能であることが判っている。
 さらに、本発明者らの検討によれば、上記数式F1、F2を満たすように、混合通路13dを形成する範囲および通路断面積φdoutを決定することで、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒に有効に伝達可能であることが確認されている。
 また、本実施形態のエジェクタ13では、上記数式F3を満たすように交わり角度θを決定しているので、通路形成部材35の軸方向断面において、混合通路13dへ流入する噴射冷媒の流入方向および混合通路13dへ流入する吸引冷媒の流入方向を鋭角に交わらせることができる。
 従って、混合通路13dへ流入する噴射冷媒と混合通路13dへ流入する吸引冷媒が衝突する際のエネルギ損失を減少させることができ、より一層、エジェクタ効率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13のボデー30には、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が形成されているので、エジェクタ13とは別に気液分離装置を設ける場合に対して、気液分離空間30fの容積を効果的に小さくすることができる。
 つまり、本実施形態の気液分離空間30fでは、断面円環状に形成されたディフューザ通路13cから流出する冷媒が既に旋回しているので気液分離空間30f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13とは別に気液分離装置を設ける場合に対して、気液分離空間30fの容積を効果的に小さくすることができる。
 また、本実施形態のエジェクタ13によれば、駆動装置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、ノズル通路13aおよびディフューザ通路13cの冷媒通路面積を調整することができる。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エジェクタ13を適切に作動させることができる。
 さらに、駆動装置37のうち、感温媒体が封入された封入空間37bが、吸引用通路13bおよびディフューザ通路13cに挟まれる位置に配置されているので、吸引用通路13bとディフューザ通路13cとの間に形成されるスペースを有効に活用することができる。その結果、より一層エジェクタ全体としての体格の大型化を抑制できる。
 しかも、封入空間37bが吸引用通路13bおよびディフューザ通路13cによって囲まれる位置に配置されているので、外気温の影響等を受けることなく吸引用通路13bを流通する冷媒の蒸発器14流出冷媒の温度を感温媒体に良好に伝達して、封入空間37b内の圧力を変化させることができる。つまり、封入空間37b内の圧力を蒸発器14流出冷媒の温度に応じて精度良く変化させることができる。
(第2実施形態)
 本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル50では、図6の全体構成図に示すように、第1実施形態のエジェクタ13に代えて、エジェクタ53を採用し、さらに蒸発器14から流出した冷媒流れを分岐する分岐部15を追加している。
 この分岐部15は、3つの流入出口を有する三方継手で構成されており、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たものである。分岐部15の一方の冷媒流出口には、エジェクタ53の冷媒吸引口31bが接続されており、分岐部15の他方の冷媒流出口には、エジェクタ53のハウジングボデー31に形成された第2冷媒吸引口31fが接続されている。
 また、本実施形態のエジェクタ53は、第1実施形態のエジェクタ13に対して、図7に示すように、冷媒出口がノズル通路13aの冷媒出口の内周側に開口するように構成された第2吸引用通路13e等が追加されている。なお、図6、図7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、以下の図面においても同様である。
 さらに、以下の説明では、第1実施形態で説明した吸引用通路13bと本実施形態の第2吸引用通路13eとの相違を明確化するために、吸引用通路13bを第1吸引用通路13bと記載する。また、第1実施形態で説明した冷媒吸引口31bと本実施形態の第2冷媒吸引口31fとの相違を明確化するために、冷媒吸引口31bを第1冷媒吸引口31bと記載する。
 次に、図7、図8を用いて、本実施形態のエジェクタ53の詳細構成を説明する。本実施形態のエジェクタ53では、通路形成部材35が、3つの構成部材を組み合わせることによって略円錐状に形成されている。
 より詳細には、本実施形態の通路形成部材35は、最も上方側に配置されて略円錐形状に形成された先端ノズル形成部35a、先端ノズル形成部35aの下方側(冷媒流れ下流側)に配置されて略円錐台形状に形成された中間通路形成部35b、中間通路形成部35bの下方側(冷媒流れ下流側)に配置されて略円板形状に形成されたプレート部35cによって構成されている。
 先端ノズル形成部35aは、第1実施形態で説明した通路形成部材35の頂部側に対応する構成部材である。つまり、先端ノズル形成部35aはノズルボデー32の減圧用空間30b内に配置されており、先端ノズル形成部35aの外周面はノズル通路13aを形成している。
 中間通路形成部35bは、第1実施形態で説明した通路形成部材35の上下方向中間部および下方側に対応する構成部材である。つまり、中間通路形成部35bはミドルボデー33の混合用空間30h内および昇圧用空間30e内に配置されており、中間通路形成部35bの外周面は混合通路13dおよびディフューザ通路13cを形成している。
 また、中間通路形成部35bは、先端ノズル形成部35aの底面と中間通路形成部35bの上面との間に隙間が形成された状態で、複数の脚部35dを介して、ミドルボデー33の底面側に固定されている。従って、中間通路形成部35bはエジェクタ式冷凍サイクル50の負荷変動等に応じて変位しない。また、各脚部35d同士の間には、冷媒が流通する冷媒通路が形成されている。
 さらに、中間通路形成部35bの中心部には、中心軸に沿って延びる貫通穴35eが形成されている。この貫通穴35eの上端側は、先端ノズル形成部35aの底面と中間通路形成部35bの上面との間に形成された隙間に連通している。一方、貫通穴35eの下端側には、ハウジングボデー31に設けられた第2冷媒吸引口31fから吸引された冷媒を流通させる吸引配管38の上方側端部が接続されている。
 つまり、本実施形態では、ハウジングボデー31およびロワーボデー34に形成されて第2冷媒吸引口31fと吸引配管38の下方側端部とを接続する吸引冷媒流入通路、吸引配管38、中間通路形成部35bの貫通穴35e、および先端ノズル形成部35aの底面と中間通路形成部35bの上面との間に形成される隙間によって、外部から冷媒を吸引する第2吸引用通路13eが形成されている。さらに、第2吸引用通路13eの冷媒出口は、ノズル通路13aの冷媒出口の内周側に、円環状に開口している。
 プレート部35cは、第1実施形態で説明した通路形成部材35の最下方側(底部)に対応する構成部材である。つまり、プレート部35cには駆動装置37の作動棒37eの下端側が連結されている。また、プレート部35cはコイルバネ40の荷重を受ける。
 さらに、プレート部35cの中心部には吸引配管38を貫通させる貫通穴が形成されている。この貫通穴の径は、吸引配管38の外径よりも大きく形成されている。また、プレート部35cは、中心軸方向に延びる複数の連結棒35fを介して先端ノズル形成部35aに連結されている。この連結棒35fは、中間通路形成部35bに形成されて中心軸方向に延びる貫通穴に、摺動可能に配置されている。
 これにより、プレート部35cが駆動装置37およびコイルバネ40からの荷重を受けて変位すると、連結棒35fを介して連結された先端ノズル形成部35aがプレート部35cとともに変位する。
 次に、図8を用いて、本実施形態の混合通路13d、第1吸引用通路13b、および第2吸引用通路13eの詳細形状について説明する。本実施形態の混合通路13dの基本的形状は第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の混合通路13dは、冷媒流れ下流側に向かって、通路断面積が徐々に縮小する形状に形成されている。
 さらに、ノズル通路13aの冷媒出口部(冷媒噴射口)の通路断面積をφdとし、第1吸引用通路13bの冷媒出口部の通路断面積(開口面積)をφs1とし、第2吸引用通路13eの冷媒出口部の通路断面積(開口面積)をφs2とし、混合通路13dの冷媒出口の通路断面積をφdoutとし、ノズル通路13aの冷媒出口部の通路断面積をφd、第1吸引用通路13bの冷媒出口部の通路断面積をφs1、および第2吸引用通路13eの冷媒出口部の通路断面積をφs2との合計値(φd+φs1+φs2)を円に換算した際の相当直径をD2とし、通路形成部材35の軸方向断面における通路形成部材35の外周面の長さのうち混合通路13dを形成する部位の長さをLとしたときに、本実施形態の混合通路13dは、以下数式F4を満たす範囲に形成され、通路断面積φdoutは、以下数式F5を満たすように設定されている。
L/D2≦1…(F4)
φdout≦φd+φs1+φs2…(F5)
 なお、通路断面積φs1は、通路形成部材35の軸方向断面において、ノズルボデー32の下方側の先細先端部の外周面から法線方向に延びてミドルボデー33の吸引通路30dを形成する部位の冷媒流れ最下流部へ至る線分(図8の距離ds1)を、軸周りに回転させた際に形成される円錐台の外周側面の面積として定義することができる。
 また、通路断面積φs2は、通路形成部材35の軸方向断面において、通路形成部材35の先端ノズル形成部35aの底面の冷媒流れ最下流部から法線方向に延びて通路形成部材35の中間通路形成部35bの上面へ至る線分(図8の距離ds2)を、軸回りに回転させた際に形成される円錐台の外周側面の面積として定義することができる。
 さらに、本実施形態では、第1吸引用通路13bから流出する第1吸引冷媒の流速をVs1とし、第2吸引用通路13eから流出する第2吸引冷媒の流速をVs2としたときに、以下数式F6を満たすように、通路断面積φs1と通路断面積φs2との面積比(φs1/φs2)が決定されている。
Vs2≦Vs1…(F6)
 つまり、第1吸引冷媒の流速Vs1が、第2吸引冷媒の流速Vs2以上となるように、面積比(φs1/φs2)が決定されている。
 さらに、本実施形態では、通路形成部材35の軸方向断面において、通路形成部材35の外周面(先端ノズル形成部35aと中間通路形成部35bとの間の隙間に形成される仮想的な外周面を含む)のうち混合通路13dを形成する部位の最上流部における接線Ldとミドルボデー33の吸引通路30dを形成する部位の冷媒流れ最下流部における接線Ls1との交わり角度θ1が、以下数式F7を満たすように設定され、接線Ldと先端ノズル形成部35aの底面の冷媒流れ最下流部における接線Ls2との交わり角度θ2が、以下数式F8を満たすように設定されている。
0<θ1≦60°…(F7)
0<θ2≦60°…(F8)
 なお、交わり角度θ1は、通路形成部材35の軸方向断面において、接線Ldと接線Ls1とによって形成される角度のうちノズル通路13aを挟む側に形成される角度である。また、交わり角度θ2は、通路形成部材35の軸方向断面において、接線Ldと接線Ls2とによって形成される角度のうち先端ノズル形成部35aを挟む側に形成される角度である。その他のエジェクタ53の構成は、第1実施形態のエジェクタ13と同様である。
 次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル50の基本的な作動は、第1実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10と同様である。従って、第1実施形態と同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、放熱器12にて冷却されて過冷却液相冷媒となる。
 過冷却液相冷媒となった冷媒はエジェクタ53へ流入し、エジェクタ53のノズル通路13aにて等エントロピ的に減圧されて噴射される。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、第1蒸発器14から流出した冷媒が第1冷媒吸引口31b(第1吸引用通路13b)を介して吸引され、第2蒸発器17から流出した冷媒が第2冷媒吸引口31f(第2吸引用通路13e)を介して吸引される。
 さらに、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒、第1吸引用通路13bから吸引された第1吸引冷媒、および第2吸引用通路13eから吸引された第2吸引冷媒は、混合通路13dにて混合されてディフューザ通路13cへ流入する。以降の作動は第1実施形態と同様である。
 従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル50では、第1実施形態と同様に、サイクル効率(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53によれば、第1実施形態と同様に、エジェクタ53全体としての体格の大型化を抑制しつつ、ノズル通路13a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。
 さらに、本実施形態のエジェクタ53によれば、通路形成部材35の中心軸を基準として、第1吸引用通路13bの冷媒出口がノズル通路13aの冷媒出口よりも外周側に開口しており、第2吸引用通路13eの冷媒出口がノズル通路13aの冷媒出口よりも内周側に開口しているので、第1吸引冷媒は噴射冷媒の外周側から噴射冷媒に合流し、第2吸引冷媒は噴射冷媒の内周側から噴射冷媒に合流する。
 従って、噴射冷媒のうち外周側の冷媒と第1吸引冷媒との境界面および噴射冷媒のうち内周側の冷媒と第2吸引冷媒との境界面は、いずれも自由界面となり、噴射冷媒が外周側あるいは内周側に偏流してしまうことを抑制できる。
 さらに、第1吸引冷媒は、噴射冷媒の外周側から内周側へ向かって流れ、第2吸引冷媒は、噴射冷媒の内周側から外周側へ向かって流れるので、噴射冷媒、第1吸引冷媒および第2吸引冷媒を充分に混合させることができる。従って、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒に有効に伝達することができる。
 その結果、第1実施形態のエジェクタ13と同様に、ディフューザ通路13cにて圧力エネルギへ変換される混合冷媒の運動エネルギが減少してしまうことを抑制でき、ディフューザ通路13cにおける昇圧量の低下を抑制できるので、エジェクタ効率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53では、混合通路13dが、冷媒流れ下流側に向かって、通路断面積が徐々に縮小する形状に形成されているので、第1実施形態のエジェクタ13と同様に、噴射冷媒、第1吸引冷媒および第2吸引冷媒を充分に混合させることができる。従って、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、より一層有効に混合冷媒中の気相冷媒に伝達することができる。
 また、本発明者らの検討によれば、本実施形態のエジェクタ53において、混合通路13dが、冷媒流れ下流側に向かって、通路断面積が一定となる形状に形成されていても、混合通路13dの出口側の圧力を充分に低下させることができ、混合通路13dにて、噴射冷媒中の液滴、噴射冷媒中の気相冷媒、第1吸引冷媒および第2吸引冷媒を充分に混合可能であることが判っている。
 さらに、本発明者らの検討によれば、上記数式F4、F5満たすように、混合通路13dを形成する範囲および通路断面積φdoutを決定することで、噴射冷媒中の液滴の有する速度エネルギを、混合冷媒中の気相冷媒に有効に伝達可能であることが確認されている。
 また、本実施形態のエジェクタ53では、上記数式F6を満たすように、面積比(φs1/φs2)が決定されている。これにより、第1吸引冷媒が外周側から内周側へ向かって流れる速度成分を、第2吸引冷媒が内周側から外周側へ向かって流れる速度成分よりも大きくすることができる。
 従って、混合空間13dを流れる混合冷媒が、旋回空間30aにて旋回する冷媒と同方向に旋回する方向の速度成分を有していることによって生じる遠心力の作用によって、外周側へ向かって流れようとしても、第1吸引冷媒の外周側から内周側へ向かって流れる速度成分によって、混合冷媒が外周側へ向かって流れてしまうことを抑制できる。
 つまり、噴射冷媒中の液滴(液相冷媒の粒)が、遠心力の作用によって、ミドルボデー33のうち混合用空間30hを形成する部位の内周面に付着してしまうことを抑制できる。
 また、本実施形態のエジェクタ53では、通路形成部材35を複数の部材で構成し、駆動装置37が先端ノズル形成部35aおよびプレート部35cを変位させるようにしている。これにより、駆動装置37が変位させる部分を小型化することができるとともに、駆動装置37が変位させる部分が冷媒から受ける荷重も小さくなる。従って、駆動装置37自体を小型化させて、エジェクタ53全体としての小型化を図ることもできる。
(第3実施形態)
 第2実施形態で説明したエジェクタ53は、第1冷媒吸引口31bおよび第2冷媒吸引口31fの2つの冷媒吸引口を有しているので、種々の構成のエジェクタ式冷凍サイクルに適用することができる。そこで、本実施形態では、エジェクタ53を、図9に示すエジェクタ式冷凍サイクル60に適用している。このエジェクタ式冷凍サイクル60では、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cに、分岐部15を配置している。
 さらに、分岐部15の一方の冷媒流出口には、第1蒸発器14(第1実施形態の蒸発器14に相当)の冷媒入口側が接続され、第1蒸発器14の冷媒出口側には、エジェクタ53の第1冷媒吸引口31bが接続されている。分岐部15の他方の冷媒流出口には、第2蒸発器17の冷媒入口側が接続され、第2蒸発器17の冷媒出口側には、エジェクタ53の第2冷媒吸引口31fが接続されている。
 この第2蒸発器17の基本的構成は、第1蒸発器14と同様であり、エジェクタ53にて減圧された低圧冷媒と送風ファン17a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。その他の構成は、第2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60を作動させると、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cから流出した液相冷媒が分岐部15を介して、第1蒸発器14および第2蒸発器17へ流入する。
 第1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。これにより、送風ファン14aによって送風された送風空気が冷却される。第1蒸発器14から流出した冷媒は、エジェクタ53の第1冷媒吸引口31bから吸引される。
 一方、第2蒸発器17へ流入した冷媒は、送風ファン17a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、送風ファン17aによって送風された送風空気が冷却される。第2蒸発器17から流出した冷媒は、エジェクタ53の第2冷媒吸引口31f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60によれば、第1、第2蒸発器14、17の双方で、送風空気を冷却することができる。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル60は、一方の蒸発器で車両前席側へ送風される送風空気を冷却し、他方の蒸発器で車両後席側へ送風される送風空気を冷却する、いわゆるデュアルエアコンシステム等に適用することができる。
(第4実施形態)
 本実施形態では、第2実施形態で説明したエジェクタ53を、図10に示すエジェクタ式冷凍サイクル70に適用している。このエジェクタ式冷凍サイクル70では、放熱器12の過冷却部12cの冷媒出口側に、分岐部15を配置している。
 さらに、分岐部15の一方の冷媒流出口には、冷媒減圧装置である固定絞り16を介して、第2蒸発器17の冷媒入口側が接続され、第2蒸発器17の冷媒出口側には、エジェクタ53の第2冷媒吸引口31fが接続されている。この固定絞り16としては、オリフィス、キャピラリチューブ、ノズル等を採用することができる。
 分岐部15の他方の冷媒流出口には、エジェクタ53の冷媒流入口31a側が接続されている。また、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cには、第1蒸発器14の冷媒入口側が接続され、第1蒸発器14の冷媒出口側には、第1冷媒吸引口31bが接続されている。
 従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル70を作動させると、図11のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。なお、図11のモリエル線図にて冷媒の状態を示す各符号は、図5のモリエル線図に対してサイクル構成上同等の箇所の冷媒の状態を示すものは同一のアルファベットを用いて示し、添字のみ変更している。このことは、以下のモリエル線図においても同様である。
 本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル70では、放熱器12から流出した過冷却液相冷媒の流れが分岐部15にて分岐される。分岐部15にて分岐された一方の冷媒は、固定絞り16にて等エンタルピ的に減圧されて、第2蒸発器17へ流入する(図11のb11点→i11点)。
 第2蒸発器17へ流入した冷媒は、送風ファン17a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、送風ファン17aによって送風された送風空気が冷却される(図11のi11点→h’11点)。
 また、分岐部15にて分岐された他方の冷媒は、エジェクタ53のノズル通路13aにて等エントロピ的に減圧されて噴射される(図11のb11点→c11点)。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、第1蒸発器14から流出した冷媒が第1冷媒吸引口31bを介して吸引され、第2蒸発器17から流出した冷媒が第2冷媒吸引口31fを介して吸引される。
 さらに、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒、第1吸引用通路13bから吸引された第1吸引冷媒、および第2吸引用通路13eから吸引された第2吸引冷媒は、混合通路13dにて混合されてディフューザ通路13cへ流入する(図11のc11点→d11点、h11点→d11点、h’11点→d11点)。以降の作動は第2実施形態と同様である。
 従って、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cから流出して、第1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。これにより、送風ファン14aによって送風された送風空気が冷却される(図11のg11点→h11点)。
 以上の如く、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル70によれば、第1、第2蒸発器14、17の双方で、送風空気を冷却することができる。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル70は、第3実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル60と同様に、デュアルエアコンシステム等に適用することができる。
(第5実施形態)
 本実施形態では、第2実施形態で説明したエジェクタ53を、図12に示すエジェクタ式冷凍サイクル80に適用している。このエジェクタ式冷凍サイクル80では、放熱器12の過冷却部12cから流出した高圧冷媒と低圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器18を備えており、さらに、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cに、分岐部15を配置している。
 このような内部熱交換器18としては、放熱器12から流出した高圧冷媒を流通させる高圧側冷媒通路を形成する外側管の内側に、低圧冷媒を流通させる低圧側冷媒通路を形成する内側管を配置した二重管方式の熱交換器等を採用することができる。また、内部熱交換器の高圧側冷媒通路の出口側には、エジェクタ53の冷媒流入口31a側が接続されている。
 さらに、分岐部15の一方の冷媒流出口には、蒸発器14の冷媒入口側が接続され、蒸発器14の冷媒出口側には、エジェクタ53の第1冷媒吸引口31bが接続されている。分岐部15の他方の冷媒流出口には、内部熱交換器18の低圧側冷媒通路の入口側が接続され、内部熱交換器18の低圧側冷媒通路の出口側には、エジェクタ53の第2冷媒吸引口31fが接続されている。
 従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル80を作動させると、図13のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。つまり、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル80では、内部熱交換器18にて、放熱器12から流出した過冷却液相状態の高圧冷媒(図13のb13点)と、分岐部15の他方の冷媒流出口から流出した低圧液相冷媒(図13のg13点)が熱交換する。
 これにより、放熱器12から流出した過冷却液相状態の高圧冷媒のエンタルピがさらに低下し(図13のb13点→b’13点)、分岐部15の他方の冷媒流出口から流出した低圧液相冷媒のエンタルピが上昇する(図13のg13点→h’13点)。
 内部熱交換器18の高圧側冷媒通路から流出した冷媒は、エジェクタ53のノズル通路13aにて等エントロピ的に減圧されて噴射される(図13のb13点→c13点)。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から流出した冷媒が第1冷媒吸引口31bを介して吸引され、内部熱交換器18の低圧側冷媒通路から流出した冷媒が第2冷媒吸引口31fを介して吸引される。
 さらに、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒、第1吸引用通路13bから吸引された第1吸引冷媒、および第2吸引用通路13eから吸引された第2吸引冷媒は、混合通路13dにて混合されてディフューザ通路13cへ流入する(図13のc13点→d13点、h13点→d13点、h’13点→d13点)。以降の作動は第2実施形態と同様である。
 従って、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cから流出して、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。これにより、送風ファン14aによって送風された送風空気が冷却される(図13のg13点→h13点)。
 以上の如く、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル80によれば、内部熱交換器18にてエジェクタ53の冷媒流入口31aへ流入する冷媒のエンタルピを低下させることができる。従って、蒸発器14の出口側冷媒のエンタルピと入口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差を拡大して、蒸発器14にて発揮される冷凍能力を増大させることができる。
(第6実施形態)
 本実施形態では、第2実施形態で説明したエジェクタ53を、図14に示すエジェクタ式冷凍サイクル90に適用している。このエジェクタ式冷凍サイクル90では、第5実施形態と同様の内部熱交換器18を備えており、放熱器12の過冷却部12cの冷媒出口側に、分岐部15を配置している。
 さらに、分岐部15の一方の冷媒流出口には、固定絞り16を介して、内部熱交換器18の低圧側冷媒通路の入口側が接続され、内部熱交換器18の低圧側冷媒通路の出口側には、エジェクタ53の第2冷媒吸引口31fが接続されている。
 分岐部15の他方の冷媒流出口には、エジェクタ53の冷媒流入口31a側が接続されている。また、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cには、蒸発器14の冷媒入口側が接続され、蒸発器14の冷媒出口側には、第1冷媒吸引口31bが接続されている。
 従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル90を作動させると、図15のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。つまり、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル90では、内部熱交換器18にて、放熱器12から流出した過冷却液相状態の高圧冷媒(図15のb15点)と、分岐部15の一方の冷媒流出口から流出して固定絞り16にて減圧された低圧冷媒(図15のi15点)が熱交換する。
 これにより、放熱器12から流出した過冷却液相状態の高圧冷媒のエンタルピがさらに低下し(図15のb15点→b’15点)、分岐部15の一方の冷媒流出口から流出して固定絞り16にて減圧された低圧冷媒のエンタルピが上昇する(図15のg15点→h’15点)。
 内部熱交換器18の高圧側冷媒通路から流出した冷媒は、エジェクタ53のノズル通路13aにて等エントロピ的に減圧されて噴射される(図15のb15点→c15点)。以降の作動は第5実施形態と同様である。
 従って、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cから流出して、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。これにより、送風ファン14aによって送風された送風空気が冷却される(図15のg15点→h15点)。
 以上の如く、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル90によれば、内部熱交換器18にてエジェクタ53の冷媒流入口31aへ流入する冷媒のエンタルピを低下させることができる。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル90は、第5実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル80と同様に、蒸発器14にて発揮される冷凍能力を増大させることができる。
(第7実施形態)
 本実施形態では、第2実施形態で説明したエジェクタ53を、図16に示すエジェクタ式冷凍サイクル100に適用している。このエジェクタ式冷凍サイクル100では、放熱器12の上流側(圧縮機11の冷媒吐出口側)に、分岐部15を配置している。
 さらに、分岐部15の一方の冷媒流出口には、加熱器19および固定絞り16を介して、エジェクタ53の第2冷媒吸引口31fが接続されている。分岐部15の他方の冷媒流出口には、放熱器12の冷媒入口側が接続されている。また、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cには、蒸発器14の冷媒入口側が接続され、蒸発器14の冷媒出口側には、第1冷媒吸引口31bが接続されている。
 加熱器19は、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒と、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、高温高圧冷媒の有する熱を送風空気に放熱させて、送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。
 従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル100を作動させると、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒の流れが分岐部15にて分岐される。分岐部15の一方の冷媒流出口から流出した冷媒は、加熱器19へ流入し、送風ファン19aによって送風された送風空気へ放熱する。
 これにより、送風ファン19aによって送風された送風空気が加熱される。加熱器19から流出した冷媒は、固定絞り16にて低圧冷媒となるまで減圧されて、エジェクタ53の第2冷媒吸引口31fから吸引される。分岐部15の他方の冷媒流出口から流出した冷媒は、放熱器12へ流入する。以降の作動は、第3実施形態等と同様である。
 従って、エジェクタ53の液相冷媒流出口31cから流出して、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。これにより、送風ファン14aによって送風された送風空気が冷却される。
 以上の如く、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル100によれば、蒸発器14にて送風空気を冷却できるとともに、加熱器19にて送風空気を加熱することができる。従って、送風ファン19aを廃止して、送風ファン14aから送風された送風空気を蒸発器14にて冷却した後に、加熱器19にて再加熱する構成とすれば、空調対象空間の除湿暖房を行うことができる。
 本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示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。
 上述の実施形態では、混合通路13dへ流入する噴射冷媒および吸引冷媒が旋回空間30aにて旋回する冷媒と同方向に旋回する方向の速度成分を有しているエジェクタ13、53について説明したが、混合通路13dによる噴射冷媒と吸引冷媒との混合性向上効果は、噴射冷媒および吸引冷媒が旋回方向の速度成分を有していなくても得ることができる。従って、エジェクタ13、53の旋回空間30aを廃止してもよい。
 上述の実施形態では、混合通路13dの通路断面積として、通路形成部材35の外周面から法線方向に延びてミドルボデー33の混合用空間30hの内周面へ至る線分を、軸周りに回転させた際に形成される円錐台形状の外周側面の面積を採用した例を説明したが、通路断面積の定義はこれに限定されない。
 例えば、混合通路13dの通路断面積として、混合通路13dを流通する冷媒の主流の流れ方向に垂直な断面における通路面積を採用してもよい。このことは他の通路断面積についても同様である。
 また、上述の実施形態では、交わり角度θとして、通路形成部材35の外周面のうち混合通路13dを形成する部位の最上流部における接線Ldとミドルボデー33の吸引通路30dを形成する部位の冷媒流れ最下流部における接線Lsとのなす角度を採用したが、交わり角度θの定義はこれに限定されない。
 例えば、交わり角度θとして、混合通路13dへ流入する噴射冷媒の主流の流れ方向と混合通路13dへ流入する吸引冷媒の主流の流れ方向のなす角度を採用してもよい。このことは交わり角度θ1、θ2についても同様である。
 上述の実施形態では、通路形成部材35を変位させる駆動装置37として、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37bおよび封入空間37b内の感温媒体の圧力に応じて変位するダイヤフラム37aを有して構成されたものを採用した例を説明したが、駆動装置はこれに限定されない。
 例えば、感温媒体として温度によって体積変化するサーモワックスを採用してもよいし、駆動装置として形状記憶合金性の弾性部材を有して構成されたものを採用してもよいし、さらに、駆動装置として電動モータやソレノイド等の電気的機構によって通路形成部材35を変位させるものを採用してもよい。
 上述の実施形態では、エジェクタ13の液相冷媒流出口31cの詳細について説明していないが、液相冷媒流出口31cに冷媒を減圧させる減圧装置(例えば、オリフィスやキャピラリチューブからなる側固定絞り)を配置してもよい。
 上述の実施形態では、本開示のエジェクタ13、53を備えるエジェクタ式冷凍サイクル10、50を、車両用空調装置に適用した例を説明したが、本開示のエジェクタ13、53を備えるエジェクタ式冷凍サイクル10、50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。
 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。また、上述の実施形態では、エジェクタ13、53のボデー30、通路形成部材35等の構成部材を金属で形成した例を説明したが、それぞれの構成部材の機能を発揮可能であれば材質は限定されない。従って、これらの構成部材を樹脂にて形成してもよい。

Claims (4)

  1.  蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10)に用いられるエジェクタであって、
     冷媒が減圧される減圧用空間(30b)、前記減圧用空間(30b)の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒が吸引される吸引用通路(13b)、前記減圧用空間(30b)から噴射された冷媒と前記吸引用通路(13b)から吸引された冷媒とが合流する混合用空間(30h)、および前記混合用空間(30h)にて混合された冷媒が流入する昇圧用空間(30e)を有するボデー(30)と、
     前記減圧用空間(30b)の内部、前記混合用空間(30h)の内部、および前記昇圧用空間(30e)の内部に少なくとも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断面積が拡大する円錐形状を有する通路形成部材(35)とを備え、
     前記減圧用空間(30b)は、前記ボデー(30)の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に、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)を有し、
     前記混合用空間(30h)は、前記ボデー(30)の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に、前記噴射冷媒と前記吸引冷媒とが混合する混合通路(13d)を有し、
     前記昇圧用空間(30e)は、前記ボデー(30)の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に、前記混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギへ変換するディフューザとして機能するディフューザ通路(13c)を有し、
     前記混合通路(13d)は、冷媒流れ下流側に向かって、断面積が一定あるいは徐々に縮小する形状を有しているエジェクタ。
  2.  蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10)に用いら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)、および前記減圧用空間(30b)の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒が吸引される第1吸引用通路(13b)を有するボデー(30)と、
     前記減圧用空間(30b)の内部に少なくとも配置され、前記減圧用空間(30b)から離れるに伴って断面積が拡大する円錐形状を有しているとともに、前記減圧用空間(30b)の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒が吸引される第2吸引用通路(13e)を有する通路形成部材(35)とを備え、
     前記ボデー(30)は、前記減圧用空間(30b)から噴射された冷媒、前記第1吸引用通路(13b)から吸引された第1吸引冷媒および前記第2吸引用通路(13e)から吸引された第2吸引冷媒が混合した冷媒が流入する昇圧用空間(30e)をさらに有しており、
     前記減圧用空間(30b)は、前記ボデー(30)の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に、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)を有し、
     前記昇圧用空間(30e)は、前記ボデー(30)の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に、前記混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギへ変換するディフューザとして機能するディフューザ通路(13c)であり、
     前記第1吸引用通路(13b)の冷媒出口は、前記ノズル通路(13a)の冷媒出口の外周側に開口しており、
     前記第2吸引用通路(13e)の冷媒出口は、前記ノズル通路(13a)の冷媒出口の内周側に開口しているエジェクタ。
  3.  さらに、前記ボデーは、前記噴射冷媒、前記第1吸引冷媒および前記第2吸引冷媒が合流する混合用空間(30h)を有しており、
     前記混合用空間(30h)は、前記ボデー(30)の内周面と前記通路形成部材(35)の外周面との間に、前記噴射冷媒、前記第1吸引冷媒および前記第2吸引冷媒の混合する混合通路(13d)を有し、
     前記混合通路(13d)は、冷媒流れ下流側に向かって、通路断面積が一定あるいは徐々に縮小する形状を有している請求項2に記載のエジェクタ。
  4.  さらに、前記ボデーは、冷媒流入口(31a)から流入した冷媒が旋回し旋回中心側の冷媒が前記減圧用空間(30b)へ流出する旋回空間(30a)を有しており、
     前記第1吸引用通路(13b)から流出する冷媒の流速をVs1とし、前記第2吸引用通路(13e)から流出する冷媒の流速をVs2としたときに、
     Vs2≦Vs1
     を満たすように、前記第1吸引用通路(13b)の冷媒出口の開口面積(φs1)と前記第2吸引用通路(13e)の冷媒出口の開口面積(φs2)との比(φs1/φs2)が決定されている請求項2または3に記載のエジェクタ。
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