WO2016063441A1 - エジェクタ式冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

　遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する気液分離空間(３０ｆ)の中心軸ＣＬを、鉛直方向に対して傾斜させることによって、分離された液相冷媒を蒸発器（１４）へ流出させる液排出口（３１ｊ）を構成するオリフィス（３１ｉ）の冷媒入口部の中心点ＯＰを、気液分離空間（３０ｆ）の底面の延長線ＢＬと中心軸ＣＬとの交点ＣＰよりも下方側に配置する。これにより、気液分離空間（３０ｆ）にて分離された液相冷媒が、優先的かつ安定的に液排出口（３１ｊ）から蒸発器（１４）へ流出させる。

Description

エジェクタ式冷凍サイクル装置 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、２０１４年１０月２４日に出願された日本特許出願２０１４－２１７４５６号を基にしている。

　本開示は、冷媒減圧部としてエジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクル装置に関する。

　従来、冷媒減圧部としてエジェクタを備える蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であるエジェクタ式冷凍サイクル装置が知られている。

　この種のエジェクタ式冷凍サイクル装置では、エジェクタの昇圧作用によって、蒸発器における冷媒蒸発圧力と圧縮機へ吸入される吸入冷媒の圧力が略同等となる通常の冷凍サイクル装置よりも、吸入冷媒の圧力を上昇させることができる。これにより、エジェクタ式冷凍サイクル装置では、圧縮機の消費動力を低減させて、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上を狙うことができる。

　さらに、特許文献１には、気液分離器が一体的に構成された気液分離器一体型エジェクタ（以下、エジェクタモジュールと記載する。）が開示されている。

　この特許文献１のエジェクタモジュールによれば、気液分離器にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口に圧縮機の吸入口側を接続し、気液分離器にて分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口に蒸発器の冷媒入口側を接続し、さらに、冷媒吸引口に蒸発器の冷媒出口側を接続すること等によって、極めて容易にエジェクタ式冷凍サイクル装置を構成することができる。

特開２０１３－１７７８７９号公報

　ところで、特許文献１のエジェクタモジュールでは、エジェクタモジュールの外殻を形成するボデー部の内部に回転体形状の気液分離空間を形成し、この空間によって遠心分離方式の気液分離器（気液分離空間）を構成している。さらに、ボデーに、気液分離空間にて分離された液相冷媒を蒸発器側へ流出させる液排出口を形成している。

　このため、例えば、特許文献１のエジェクタモジュールを車両に搭載した際に、車両とともにエジェクタモジュールが傾斜してしまうと、気液分離空間にて分離された液相冷媒が液排出口から離れた側に偏在して、液排出口から液相冷媒を適切に流出させることができなくなってしまうおそれがある。

　そして、気液分離空間にて分離された液相冷媒を蒸発器へ流入させることができなくなってしまうと、エジェクタ式冷凍サイクル装置の冷凍能力が著しく低下してしまう。

　本開示は、上記点に鑑み、気液分離空間が一体的に構成されたエジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクル装置において、気液分離空間にて分離された液相冷媒を適切に蒸発器側へ流出させることを目的とする。

　本開示の一つの特徴例によるエジェクタ式冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器から流出した冷媒を減圧させるノズル部、並びに、ノズル部から噴射される高速度の噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引する冷媒吸引口、噴射冷媒と冷媒吸引口から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部、および昇圧部から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間が形成されたボデー部を有するエジェクタモジュールと、気液分離空間にて分離された液相冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備える。

　気液分離空間は、回転体形状(中心軸に対して、対称する立体形状)に形成されており、ボデー部には、気液分離空間にて分離された液相冷媒を、蒸発器へ流出させる液排出口が設けられる。
さらに、気液分離空間の中心軸は、鉛直方向に対して傾斜しており、液排出口の中心点は、気液分離空間の底面の延長線と中心軸との交点よりも下方側に位置付けられている。

　これによれば、液排出口の中心点が、気液分離空間の底面の延長線と中心軸との交点よりも下方側に配置されている。従って、重力の作用によって気液分離空間の下方側に貯留された液相冷媒を、優先的かつ安定的に液排出口から流出させることができる。

　その結果、エジェクタ式冷凍サイクル装置の配置状態がある程度変化して、エジェクタモジュールが傾斜したとしても、気液分離空間にて分離された液相冷媒を適切に蒸発器へ流出させることができる。

　本開示で、「液排出口の中心点ＯＰ」としては、液排出口が円形に形成されている場合には中心点を採用すればよいし、円形以外の形状に形成されている場合は重心点を採用してもよい。

　また、「気液分離空間の底面の延長線」は、気液分離空間の中心軸を鉛直方向と一致させた際に、気液分離空間の最低位部を通過する水平方向の線と定義することができる。

一実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル装置の模式的な全体構成図である。 一実施形態のエジェクタモジュールの配置態様を説明するための軸方向断面図である。 一実施形態のエジェクタモジュールを車両に搭載した際の配置態様を説明するための説明図である。 他の実施形態のエジェクタモジュールを車両に搭載した際の配置態様を説明するための説明図である。

　以下、図面を用いて、本開示の一実施形態を説明する。図１の全体構成図に示す本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル装置１０は、車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内（室内空間）へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。従って、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０は、車両Ｖに搭載されており、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０の冷却対象流体は、送風空気である。

　また、エジェクタ式冷凍サイクル装置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装置１０の構成機器のうち、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。圧縮機１１は、車両走行用の駆動力を出力する図示しない内燃機関（エンジン）とともにエンジンルーム内に配置されている。そして、圧縮機１１は、プーリ、ベルト等を介してエンジンから出力される回転駆動力によって駆動される。

　より具体的には、本実施形態では、圧縮機１１として、吐出容量を変化させることによって冷媒吐出能力を調整可能に構成された可変容量型圧縮機を採用している。この圧縮機１１の吐出容量（冷媒吐出能力）は、後述する制御装置から圧縮機１１の吐出容量制御弁に出力される制御電流によって制御される。

　また、本実施形態におけるエンジンルームとは、エンジンが収容される室外空間であって、車両ボデーや後述するファイアウォール５０等によって囲まれた空間である。エンジンルームは、エンジンコンパートメントと呼ばれることもある。圧縮機１１の吐出口には、放熱器１２の凝縮部１２ａの冷媒流入口が接続されている。

　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。放熱器１２は、エンジンルーム内の車両Ｖの前方側に配置されている。

　より具体的には、本実施形態の放熱器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として構成されている。

　冷却ファン１２ｄは、制御装置から出力される制御電圧によって回転数（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の冷媒流出口には、エジェクタモジュール１３の冷媒流入口３１ａが接続されている。

　エジェクタモジュール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る冷媒減圧部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部（冷媒輸送部）としての機能を果たすものである。

　さらに、本実施形態のエジェクタモジュール１３は、減圧させた冷媒の気液を分離する気液分離器としての機能も有している。

　つまり、本実施形態のエジェクタモジュール１３は、「気液分離器一体型エジェクタ」あるいは「気液分離機能付きエジェクタ」として構成されている。本実施形態では、気液分離器（気液分離空間）を有していないエジェクタとの相違を明確化するために、エジェクタと気液分離器とを一体化（モジュール化）させた構成を、エジェクタモジュールという用語を用いて表す。

　エジェクタモジュール１３は、圧縮機１１および放熱器１２とともに、エンジンルーム内に配置されている。より具体的には、本実施形態のエジェクタモジュール１３は、図１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部３０を備えている。なお、図１では、エジェクタモジュール１３の軸方向断面図を図示している。ボデー部３０は、円柱状の金属部材にて形成されている。このボデー部３０には、複数の冷媒流入口や複数の内部空間等が形成されている。

　ボデー部３０に形成された複数の冷媒流入出口としては、具体的に、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、ボデー部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が形成されている。

　また、ボデー部３０の内部に形成された内部空間としては、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、旋回空間３０ａから流出した冷媒を減圧させる減圧用空間３０ｂ、減圧用空間３０ｂから流出した冷媒を流入させる昇圧用空間３０ｅ、昇圧用空間３０ｅから流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間３０ｆ等が形成されている。

　旋回空間３０ａおよび気液分離空間３０ｆは、略円柱状の回転体形状（立体形状）に形成されている。減圧用空間３０ｂおよび昇圧用空間３０ｅは、旋回空間３０ａ側から気液分離空間３０ｆ側へ向かって徐々に拡大する略円錐台状の回転体形状(立体形状)に形成されている。これらの空間３０a、３０ｆ、３０ｂ、３０eの中心軸ＣＬはいずれも同軸上に配置されている。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ＣＬ）の周りに回転させた際に形成される立体形状である。

　さらに、ボデー部３０には、冷媒吸引口３１ｂから吸引された冷媒を、減圧用空間３０ｂの冷媒流れ下流側であって昇圧用空間３０ｅの冷媒流れ上流側へ導く吸引用通路１３ｂが形成されている。

　冷媒流入口３１ａと旋回空間３０ａとを接続する冷媒流入通路３１ｅは、旋回空間３０ａの中心軸方向から見たときに旋回空間３０ａ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の中心軸周りに旋回する。

　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装置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、減圧用空間３０ｂおよび昇圧用空間３０ｅの内部には、通路形成部材３５が配置されている。通路形成部材３５は、減圧用空間３０ｂから離れるに伴って外周側に広がる略円錐形状に形成されており、通路形成部材３５の中心軸も減圧用空間３０ｂ等の中心軸ＣＬと同軸上に配置されている。そのため、ノズル部(１３ａ)の中心軸も上記中心軸ＣＬと同軸上に配置されている。

　そして、ボデー部３０の減圧用空間３０ｂおよび昇圧用空間３０ｅを形成する部位の内周面と通路形成部材３５の円錐状側面との間には、軸方向垂直断面の形状が円環状（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）の冷媒通路が形成されている。

　この冷媒通路のうち、ボデー部３０の減圧用空間３０ｂを形成する部位と通路形成部材３５の円錐状側面の頂部側の部位との間に形成される冷媒通路は、冷媒流れ下流側に向かって通路断面積を小さく絞る形状に形成されている。この形状により、この冷媒通路は、冷媒を等エントロピ的に減圧させて噴射するノズル部(１３ａ)として機能するノズル通路を構成している。

　より具体的には、本実施形態のノズル通路は、ノズル通路１３ａの入口側から最小通路面積部へ向かって通路断面積を徐々に縮小させ、最小通路面積部からノズル通路１３ａの出口側に向かって通路断面積を徐々に拡大させる形状に形成されている。つまり、本実施形態のノズル通路１３ａでは、いわゆるラバールノズルと同様に冷媒通路断面積が変化する。

　一方、ボデー部３０の昇圧用空間３０ｅを形成する部位と通路形成部材３５の円錐状側面の下流側の部位との間に形成される冷媒通路は、冷媒流れ下流側に向かって通路断面積を徐々に拡大させる形状に形成されている。この形状により、この冷媒通路は、ノズル通路１３ａから噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口３１ｂから吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させるディフューザ部（昇圧部）として機能するディフューザ通路１３ｃを構成している。

　また、ボデー部３０の内部には、通路形成部材３５を変位させてノズル通路１３ａの最小通路面積部の通路断面積を変化させる駆動装置としてのエレメント３７が配置されている。

　エレメント３７は、吸引用通路１３ｂを流通する冷媒（すなわち、蒸発器１４流出冷媒）の温度および圧力に応じて変位するダイヤフラムを有している。そして、このダイヤフラムの変位を作動棒３７ａを介して、通路形成部材３５へ伝達することによって、通路形成部材３５を変位させる。

　より詳細には、エレメント３７は、蒸発器１４流出冷媒の温度（過熱度）が上昇するに伴って、最小通路面積部の通路断面積を拡大させる方向に通路形成部材３５を変位させる。一方、エレメント３７は、蒸発器１４流出冷媒の温度（過熱度）が低下するに伴って、最小通路面積部の通路断面積を縮小させる方向に通路形成部材３５を変位させる。

　本実施形態では、エレメント３７が蒸発器１４流出冷媒の過熱度に応じて通路形成部材３５を変位させることによって、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度に近づくように、ノズル通路１３ａの最小通路面積部の通路断面積が調整される。

　気液分離空間３０ｆは、通路形成部材３５の下方側に配置されている。気液分離空間３０ｆは、ディフューザ通路１３ｃから流出した冷媒を中心軸ＣＬ周りに旋回させて、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式の気液分離器を構成している。

　さらに、本実施形態では、気液分離空間３０ｆの内容積を、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても極少量の余剰冷媒しか貯めることのできない程度の容積として、エジェクタモジュール１３全体としての小型化を図っている。

　また、ボデー部３０のうち気液分離空間３０ｆの底面を形成する部位には、分離された液相冷媒中の冷凍機油を、気液分離空間３０ｆと気相冷媒流出口３１ｄとを接続する気相冷媒通路側へ戻すためのオイル戻し通路３１ｆが形成されている。気相冷媒流出口３１ｄには、圧縮機１１の吸入口が接続されている。

　一方、気液分離空間３０ｆと液相冷媒流出口３１ｃとを接続する液相冷媒通路には、蒸発器１４へ流入させる冷媒を減圧させる減圧部としてのオリフィス３１ｉが配置されている。この液相冷媒通路は、気液分離空間３０ｆの外周側壁面の接線方向に延びている。さらに、液相冷媒流出口３１ｃには、入口配管１５ａを介して、蒸発器１４の冷媒流入口が接続されている。

　また、本実施形態では、オリフィス３１ｉの冷媒入口部が、ボデー部３０のうち気液分離空間３０ｆの外周側壁面を形成する部位に開口している。従って、本実施形態のオリフィス３１ｉの冷媒入口部は、気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒を蒸発器１４側へ流出させる液排出口３１ｊを構成している。

　ここで、図２、図３を用いて、本実施形態の車両Ｖにおけるエジェクタモジュール１３の配置態様を説明する。なお、図２、図３における上下前後の各矢印は、エジェクタモジュール１３を車両Ｖに搭載した状態における上下前後の各方向を示したものである。

　図２、図３から明らかなように、本実施形態のエジェクタモジュール１３は、車両Ｖの側方からであって、かつ、水平方向から見たときに、旋回空間３０ａ、減圧用空間３０ｂ、昇圧用空間３０ｅ、および気液分離空間３０ｆの中心軸ＣＬが、鉛直方向に対して傾斜して配置されている。

　より詳細には、エジェクタモジュール１３は、図３に示すように、中心軸ＣＬが車両Ｖの前後方向に傾斜するように配置されている。なお、図３は、エジェクタモジュール１３を車両Ｖに搭載した際の配置態様を説明するための模式的な図面である。このため、図３における車両Ｖの大きさとエジェクタモジュール１３の大きさとの縮尺比は、実際の縮尺比とは異なる。このことは後述する図４においても同様である。

　また、図２に示すように、気液分離空間３０ｆの底面の延長線ＢＬと中心軸ＣＬとの交点ＣＰから鉛直方向上方側へ向かう線分、および液排出口３１ｊの中心点ＯＰを含む断面において、交点ＣＰから鉛直方向上方側へ向かう線分と交点ＣＰから中心軸ＣＬに沿って上方側へ向かう線分との間に鋭角的に形成される角度を傾斜角θとしたときに、エジェクタモジュール１３は、傾斜角θが以下数式Ｆ１を満足するように配置されている。
θ≦８５°…（Ｆ１）
　さらに、本実施形態のエジェクタモジュール１３では、このように中心軸ＣＬが鉛直方向に対して傾斜して配置されていることによって、オリフィス３１ｉの液排出口３１ｊの中心点ＯＰが、交点ＣＰよりも下方側に位置付けられている。中心点ＯＰが、交点ＣＰよりも下方側に位置すれば、傾斜角θは、例えば１０°以上で８５°以下でもよい。さらに、傾斜角θが２０°以上で８０°以下の場合、中心軸ＣＬが鉛直方向に対して容易に傾斜して配置される。

　なお、本実施形態におけるオリフィス３１ｉの液排出口３１ｊの中心点ＯＰは、液排出口３１ｊの開口形状が円形に形成されている場合には中心点を採用すればよいし、円形以外の形状に形成されている場合は重心点を採用してもよい。また、延長線ＢＬは、図２の一点鎖線に示すように、水平方向から見て、中心軸ＣＬを鉛直方向と一致させた際に、気液分離空間３０ｆの最低位部を通過する水平方向の線と定義することができる。

　さらに、本実施形態では、図３に模式的に示すように、中心点ＯＰが気液分離空間３０ｆの外周側壁面のうち車両最後方側に配置されている。また、このような配置態様を実現するために、エジェクタモジュール１３は、車両ボデー、ファイアウォール５０等に、直接的に固定されていてもよいし、ブラケットや制振材等を介して間接的に固定されていてもよい。また、各種配管に接続されることによって、上述の配置態様を実現してもよい。

　蒸発器１４は、エジェクタモジュール１３のノズル通路１３ａにて減圧された低圧冷媒と送風機４２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。さらに、蒸発器１４は、後述する室内空調ユニット４０のケーシング４１内に配置されている。

　さらに、本実施形態の車両Ｖには、車室内と車室外のエンジンルームとを仕切る仕切り板としてのファイアウォール５０が設けられている。ファイアウォール５０は、エンジンルーム内から車室内へ伝達される熱、音等を低減する機能も有しており、ダッシュパネルと呼ばれることもある。

　そして、図１に示すように、室内空調ユニット４０は、ファイアウォール５０よりも車室内側に配置されている。このため、蒸発器１４は車室内（室内空間）に配置されている。蒸発器１４の冷媒流出口には、出口配管１５ｂを介して、エジェクタモジュール１３の冷媒吸引口３１ｂが接続されている。

　また、前述の如くエジェクタモジュール１３は、エンジンルーム内（室外空間）に配置されているので、入口配管１５ａおよび出口配管１５ｂは、ファイアウォール５０を貫通するように配置されている。

　より具体的には、ファイアウォール５０には、エンジンルーム側と車室内側とを貫通する円形状あるいは矩形状の貫通穴５０ａが設けられている。また、入口配管１５ａおよび出口配管１５ｂは、接続用の金属部材であるコネクタ５１に接続されることによって一体化されている。そして、入口配管１５ａおよび出口配管１５ｂは、コネクタ５１によって一体化された状態で貫通穴５０ａを貫通するように配置されている。

　この際、コネクタ５１は、貫通穴５０ａの内周側あるいは近傍に位置付けられる。そして、コネクタ５１の外周側と貫通穴５０ａの開口縁部との隙間には、弾性部材で形成されたパッキン５２が配置されている。本実施形態では、パッキン５２として、耐熱性に優れるゴム材料であるエチレンプロピレンジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）にて形成されたものを採用している。

　このようにコネクタ５１と貫通穴５０ａとの隙間にパッキン５２を介在させることによって、コネクタ５１と貫通穴５０ａとの隙間を介して、エンジンルーム内から車室内へ水や騒音等が漏れてしまうことを抑制している。

　次に、室内空調ユニット４０について説明する。室内空調ユニット４０は、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０によって温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すためのもので、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されている。さらに、室内空調ユニット４０は、その外殻を形成するケーシング４１内に送風機４２、蒸発器１４、ヒータコア４４、エアミックスドア４６等を収容することによって構成されている。

　ケーシング４１は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成するもので、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。このケーシング４１内の送風空気流れ最上流側には、ケーシング４１内へ内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入する内外気切替部としての内外気切替装置４３が配置されている。

　内外気切替装置４３は、ケーシング４１内へ内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　内外気切替装置４３の送風空気流れ下流側には、内外気切替装置４３を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風機（ブロワ）４２が配置されている。この送風機４２は、遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機であって、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。

　送風機４２の送風空気流れ下流側には、蒸発器１４およびヒータコア４４が、送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、蒸発器１４は、ヒータコア４４よりも送風空気流れ上流側に配置されている。ヒータコア４４は、エンジン冷却水と蒸発器１４通過後の送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。

　また、ケーシング４１内には、蒸発器１４を通過した送風空気を、ヒータコア４４を迂回させて下流側へ流す冷風バイパス通路４５が形成されている。蒸発器１４の送風空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア４４の送風空気流れ上流側には、エアミックスドア４６が配置されている。

　エアミックスドア４６は、蒸発器１４通過後の空気のうち、ヒータコア３４を通過させる空気と冷風バイパス通路４５を通過させる空気との風量割合を調整する風量割合調整部である。エアミックスドア４６は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　ヒータコア４４の空気流れ下流側および冷風バイパス通路４５の空気流れ下流側には、ヒータコア４４を通過した空気と冷風バイパス通路４５を通過した空気とを混合させる混合空間が設けられている。従って、エアミックスドア４６が、風量割合を調整することによって、混合空間にて混合された送風空気（空調風）の温度が調整される。

　さらに、ケーシング４１の送風空気流れ最下流部には、混合空間にて混合された空調風を、空調対象空間である車室内へ吹き出す図示しない開口穴が配置されている。具体的には、この開口穴としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴が設けられている。

　これらのフェイス開口穴、フット開口穴およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口（いずれも図示せず）に接続されている。

　また、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア（いずれも図示せず）が配置されている。

　これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、開口穴モードを切り替える開口穴モード切替部を構成するものであって、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。なお、この電動アクチュエータも、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　なお、吹出口モードとしては、フェイス開口穴を全開として乗員の上半身へ向けて送風空気を吹き出すフェイスモード、フェイス開口穴およびフット開口穴の両方を開口して乗員の上半身と足元へ向けて送風空気を吹き出すバイレベルモード、フット開口穴を全開するとともにデフロスタ開口穴を小開度だけ開口して主に車室内乗員の足元へ向けて送風空気を吹き出すフットモード、デフロスタ開口穴を全開として車両フロント窓ガラス内面に向けて送風空気を吹き出すデフロスタモード等がある。

　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、上述した各種電気式のアクチュエータの作動を制御する。

　また、制御装置には、車室内温度（内気温）Ｔｒを検出する内気温センサ、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ、車室内の日射量Ａｓ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）Ｔｅｆｉｎを検出する蒸発器温度センサ、ヒータコア４４へ流入するエンジン冷却水の冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温度センサ、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒の圧力Ｐｄを検出する吐出圧センサ、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、車室内設定温度Ｔｓｅｔ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）が各種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の吐出容量制御弁の作動を制御する構成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について説明する。本実施形態の車両用空調装置では、操作パネルの空調作動スイッチが投入（ＯＮ）されると、制御装置が予め記憶回路に記憶している空調制御プログラムを実行する。

　この空調制御プログラムでは、上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、読み込まれた検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算出する。

　目標吹出温度ＴＡＯは、以下数式Ｆ２に基づいて算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ－Ｋｒ×Ｔｒ－Ｋａｍ×Ｔａｍ－Ｋｓ×Ａｓ＋Ｃ…（Ｆ２）
　なお、Ｔｓｅｔは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Ｔｒは内気温センサによって検出された内気温、Ｔａｍは外気温センサによって検出された外気温、Ａｓは日射センサによって検出された日射量である。また、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

　さらに、空調制御プログラムでは、算出された目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、制御装置の出力側に接続された各種制御対象機器の作動状態を決定する。

　例えば、送風機４２の回転数、すなわち送風機４２へ出力される制御電圧については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して決定される。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯの極低温域（最大冷房域）および極高温域（最大暖房域）で電動モータへ出力する制御電圧を最大として送風空気量を最大量付近に制御し、目標吹出温度ＴＡＯが中間温度域に近づくに伴って送風空気量を減少させる。

　また、エアミックスドア４６の開度、すなわちエアミックスドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、蒸発器温度Ｔｅｆｉｎおよび冷却水温度Ｔｗに基づいて、車室内へ吹き出される送風空気の温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づくように決定される。

　また、圧縮機１１の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機１１の吐出容量制御弁に出力される制御電流については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、蒸発器１４から吹き出される送風空気の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。

　そして、蒸発器温度センサによって検出された蒸発器温度Ｔｅｆｉｎと目標蒸発器吹出温度ＴＥＯとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器温度Ｔｅｆｉｎが目標蒸発器吹出温度ＴＥＯに近づくように、圧縮機１１の吐出容量制御弁に出力される制御電流が決定される。

　そして、制御装置は、上記の如く決定された制御信号等を各種制御対象機器へ出力する。その後、車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種制御対象機器の作動状態決定→制御信号等の出力といった制御ルーチンが繰り返される。

　これにより、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０では、図１の太実線矢印に示すように冷媒が流れる。

　すなわち、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒が放熱器１２の凝縮部１２ａへ流入する。凝縮部１２ａへ流入した冷媒は、冷却ファン１２ｄから送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部１２ａにて凝縮した冷媒は、レシーバ部１２ｂにて気液分離される。レシーバ部１２ｂにて気液分離された液相冷媒は、過冷却部１２ｃにて冷却ファン１２ｄから送風された外気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる。

　放熱器１２の過冷却部１２ｃから流出した過冷却液相冷媒は、エジェクタモジュール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。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基準過熱度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からエジェクタモジュール１３の内部へ吸引される。ノズル通路１３ａから噴射された噴射冷媒および吸引用通路１３ｂを介して吸引された吸引冷媒は、ディフューザ通路１３ｃへ流入して合流する。

　ディフューザ通路１３ｃでは冷媒通路面積の拡大により、冷媒の運動エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒が混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する。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。気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒は、オリフィス３０ｉにて減圧されて、蒸発器１４へ流入する。

　蒸発器１４へ流入した冷媒は、送風機４２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、送風空気が冷却される。一方、気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒は気相冷媒流出口３１ｄから流出して、圧縮機１１へ吸入され再び圧縮される。

　蒸発器１４にて冷却された送風空気は、エアミックスドア４６の開度に応じて、ヒータコア４４側の通風路および冷風バイパス通路４５へ流入する。ヒータコア４４側の通風路へ流入した冷風は、ヒータコア４４を通過する際に再加熱され、混合空間にて冷風バイパス通路４５を通過した冷風と混合される。そして、混合空間にて温度調整された空調風が、混合空間から各吹出口を介して車室内に吹き出される。

　この際、室内空調ユニット４０では、蒸発器１４にて冷却された送風空気が、エアミックスドア４６の開度に応じて、ヒータコア４４側の通風路および冷風バイパス通路４５へ流入する。ヒータコア４４側の通風路へ流入した冷風は、ヒータコア４４を通過する際に再加熱され、混合空間にて冷風バイパス通路４５を通過した冷風と混合される。混合空間にて混合されて温度調整された空調風は、各吹出口を介して車室内に吹き出される。

　従って、車両用空調装置１では、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０の蒸発器１４にて冷却された送風空気を車室内へ吹き出すことで、車室内の空調を行うことができる。さらに、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル装置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。

　また、本実施形態のエジェクタモジュール１３では、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）圧力まで低下させている。そして、旋回中心側に気相冷媒が多く存在する気液二相冷媒をノズル通路１３ａへ流入させている。

　これにより、冷媒とノズル通路１３ａの壁面との摩擦による壁面沸騰、および旋回中心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、ノズル通路１３ａにおける冷媒の沸騰を促進することができる。その結果、ノズル通路１３ａ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を向上させることができる。

　ところで、本実施形態のように、エジェクタモジュール１３を備えるエジェクタ式冷凍サイクル装置１０を、車両Ｖに搭載すると、車両Ｖの傾斜等によって、エジェクタモジュール１３が傾斜してしまうことがある。さらに、車両Ｖの振動や加速度等によって、エジェクタモジュール１３の気液分離空間３０ｆ内の冷媒液面が傾いてしまうこともある。

　このようなエジェクタモジュール１３自体の傾斜や、気液分離空間３０ｆ内の冷媒液面の傾きが生じると、気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒が液排出口３１ｊから離れた側に偏在してしまい、液排出口３１ｊから液相冷媒を適切に流出させることができなくなってしまうおそれがある。

　さらに、気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒を蒸発器１４へ流入させることができなくなってしまうと、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０の冷凍能力が著しく低下して、車室内の適切な空調を実現できなくなってしまうおそれがある。

　これに対して、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル装置１０によれば、図２に示すように、水平方向から見たときに、液排出口３１ｊの中心点ＯＰが、交点ＣＰよりも下方側に配置されている。従って、重力の作用によって気液分離空間３０ｆの下方側に貯留された液相冷媒を、優先的かつ安定的に、液排出口３１ｊから蒸発器１４側へ流出させることができる。

　その結果、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０の配置状態等がある程度変化しても、気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒を適切に蒸発器１４側へ流出させることができる。

　さらに、本実施形態の気液分離空間３０ｆでは、遠心分離方式の気液分離器を構成しているので、冷媒を蒸発器１４へ流出させる際に、冷媒の旋回方向の速度エネルギを活用することができる。

　この際、本実施形態では、蒸発器１４側へ流出させる液相冷媒に気相冷媒が混ざりこんでしまうことがないので、密度の高い液相冷媒の速度エネルギを有効に活用することができる。従って、エジェクタモジュール１３の液相冷媒流出口３１ｃが蒸発器１４の冷媒流入口よりも低い位置に配置されて、ヘッド差が生じていても、液相冷媒を蒸発器１４へ流入させることができる。

　その結果、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル装置１０によれば、蒸発器１４にて送風空気を確実に冷却して、車室内の適切な空調を実現することができる。

　さらに、本開示者らの試験検討によれば、傾斜角θを上記数式Ｆ１を満足するように配置することで、気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒を適切に蒸発器１４側へ流出可能であることが確認されている。

　また、本実施形態では、車両Ｖの側方から見たときに、中心点ＯＰが車両最後方側に配置されるようにエジェクタモジュール１３の中心軸ＣＬを鉛直方向に対して傾斜させている。従って、特に、急ブレーキ時に、気液分離空間３０ｆ内の液相冷媒が車両前方側に偏在しても、蒸発器１４側へ液相冷媒を流出させやすい。

　（他の実施形態）
　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。

　（１）上述の実施形態では、車両Ｖの側方から見たときに、中心点ＯＰが車両最後方側に配置されるようにエジェクタモジュール１３の中心軸ＣＬを鉛直方向に対して傾斜させた例を説明したが、エジェクタモジュール１３の傾斜方向はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、車両Ｖの前方からであって、かつ、水平方向から見たときに、中心軸ＣＬが、鉛直方向に対して傾斜して配置されていてもよい。

　この場合は、例えば、図４に示すように、エジェクタモジュール１３全体が、車両の中心によりも左側あるいは右側にずれて配置される場合は、中心点ＯＰが車両の中心側に配置されるように傾斜させることが望ましい。これによれば、急カーブ時に、気液分離空間３０ｆ内の液相冷媒が左側に偏在しても、蒸発器１４側へ液相冷媒を流出させやすい。

　もちろん、エジェクタモジュール１３の中心軸ＣＬが、車両Ｖの前方から見たときも、車両Ｖの側方からみたときも、鉛直方向に対して傾斜して配置されていてもよい。この場合は、車両Ｖの前方から見たときも、車両Ｖの側方からみたときも、傾斜角θが上記数式Ｆ１を満足するように設定されていることが望ましい。

　（２）エジェクタ式冷凍サイクル装置１０を構成する各構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。

　例えば、上述の実施形態では、圧縮機１１として、可変容量型圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１はこれに限定されない。例えば、圧縮機１１として、電磁クラッチ、ベルト等を介してエンジンから出力される回転駆動力によって駆動される固定容量型圧縮機を採用してもよい。

　固定容量型圧縮機では、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ればよい。また、圧縮機１１として、電動モータの回転数を変化させて冷媒吐出能力を調整する電動圧縮機を採用してもよい。

　例えば、上述の実施形態では、放熱器１２として、サブクール型の熱交換器を採用した例を説明したが、凝縮部１２ａのみからなる通常の放熱器を採用してもよい。さらに、通常の放熱器とともに、この放熱器にて放熱した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄える受液器（レシーバ）を採用してもよい。

　また、エジェクタモジュール１３を構成する各構成部材は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。例えば、エジェクタモジュール１３のボデー部３０、通路形成部材３５等の構成部材は金属で形成されたものに限定されず、樹脂にて形成されたものであってもよい。

　さらに、上述の実施形態では、オリフィス３１ｉの冷媒入口部によって液排出口３１ｊを構成した例を説明したが、オリフィス３１ｉを廃止して、入口配管１５ａに減圧部を配置する場合は、気液分離空間３０ｆと液相冷媒流出口３１ｃとを接続する液相冷媒通路の冷媒入口部によって液排出口を構成すればよい。

　さらに、上述の実施形態では、液排出口３１ｊを、ボデー部３０のうち気液分離空間３０ｆの外周側壁面を形成する部位に設けた例を説明したが、液排出口３１ｊの配置はこれに限定されない。すなわち、中心軸ＣＬを鉛直方向に対して傾斜させることによって、中心点ＯＰを交点ＣＰよりも下方側に位置付けることができれば、気液分離空間３０ｆの底面を形成する部位に、液排出口３１ｊを設けてもよい。

　（３）上述の実施形態では、エジェクタモジュール１３をエンジンルーム内に配置した例を説明したが、ファイアウォール５０よりも車室内側に配置してもよい。

　さらに、エジェクタモジュール１３を、ファイアウォール５０の貫通穴５０ａの内周側に配置してもよい。この場合は、エジェクタモジュール１３の一部がエンジンルーム側に配置され、別の一部が車室内側に配置される。従って、エジェクタモジュール１３の外周側と貫通穴５０ａの開口縁部の隙間には、第１実施形態と同様の機能を果たすパッキンを配置することが望ましい。

　（４）上述の実施形態では、本開示に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置１０を、車両用空調装置に適用した例を説明したが、本開示に係るエジェクタ式冷凍サイクル装置１０の適用はこれに限定されない。例えば、車両用の冷凍冷蔵装置に適用してもよい。

 

Claims (4)

1. 　冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   　前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
   　前記放熱器（１２）から流出した冷媒を減圧させるノズル部（１３ａ）、並びに、前記ノズル部（１３ａ）から噴射される高速度の噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引する冷媒吸引口（３１ｂ）、前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口（３１ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部（１３ｃ）、および前記昇圧部（１３ｃ）から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間（３０ｆ）が形成されたボデー部（３０）を有するエジェクタモジュール（１３）と、
   　前記気液分離空間（３０ｆ）にて分離された液相冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、を備え、
   　前記気液分離空間（３０ｆ）は、回転体形状に形成されており、
   　前記ボデー部（３０）には、前記気液分離空間（３０ｆ）にて分離された液相冷媒を、前記蒸発器（１４）側へ流出させる液排出口（３１ｊ）が設けられており、
   　前記気液分離空間（３０ｆ）の中心軸（ＣＬ）は、鉛直方向に対して傾斜しており、
   　前記液排出口（３１ｊ）の中心点（ＯＰ）は、前記気液分離空間（３０ｆ）の底面の延長線（ＢＬ）と前記中心軸（ＣＬ）との交点（ＣＰ）よりも下方側に位置付けられているエジェクタ式冷凍サイクル装置。
2. 　前記交点（ＣＰ）から鉛直方向上方側へ向かう線分および前記中心点（ＯＰ）を含む断面において、前記交点（ＣＰ）から鉛直方向上方側へ向かう線分と、前記交点（ＣＰ）から前記中心軸（ＣＬ）に沿って上方側へ向かう線分との間に形成される角度を傾斜角θとしたときに、
   　θ≦８５°
   となっている請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル装置。
3. 　車両に搭載されるエジェクタ式冷凍サイクル装置であって、
   　前記気液分離空間（３０ｆ）の中心軸（ＣＬ）は、車両の鉛直方向に対して車両の前後方向に傾斜している請求項１または２に記載のエジェクタ式冷凍サイクル装置。
4. 　前記ノズル部（１３ａ）の中心軸は、前記気液分離空間（３０ｆ）の前記中心軸（ＣＬ）に一致している請求項１ないし３の何れか一つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル装置。
   
    

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