(57)【要約】【課題】ヒートポンプ冷媒回路にエジェクタを組み込んだ場合、冷房運転時または暖房運転時のいずれか一方においてしか、動力回収を行うことができない。【解決手段】冷房時・暖房時でエジェクタのガス冷媒吸入口と液冷媒吸入口の位置が代わらないよう、冷媒の流れ方向制御手段を備え、冷房・暖房双方で冷媒の膨張による圧力エネルギーを圧縮機の駆動動力として回収し、圧縮機の入力を低減することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と四方弁と凝縮器とエジェクタと気液分離器を直列に接続し、前記気液分離器のガス出口と前記圧縮機の吸入口を直接接続し、前記気液分離器の液出口から前記エジェクタまでの冷媒回路に第１の冷媒方向制御手段を介して蒸発器を配し、前記凝縮器および前記蒸発器から前記エジェクタへの冷媒回路に、第２の冷媒方向制御手段を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
方向制御手段に四方弁を用いた、請求項１記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
冷媒として二酸化炭素を用いた、請求項１記載の冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エジェクタを用いた冷凍サイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用空気調和機では、エジェクタを用いた冷凍サイクルが公知であり、図２に示すように、圧縮機２０１、凝縮器２０２、エジェクタ２０３、気液分離器２０４、蒸発器２０５より構成され、気液分離器２０４で分離されたガス冷媒は圧縮機２０１に吸引され、液冷媒は蒸発器２０５へ導かれて蒸発した後、再びエジェクタ２０３に吸引される（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、図３に示すようにエジェクタを利用し、家庭用空気調和機としてヒートポンプ冷媒回路へ応用展開した例もあり（例えば非特許文献１参照）、図４に示すように図３の冷凍サイクルに四方弁２０９を備え、前記四方弁２０９の切換え操作によって室内熱交換器２０５が蒸発器または凝縮器として選択的に機能することで、条件を限定すれば、冷房または暖房が行われる例も考えられる。また、最近、冷凍サイクルの更なる高効率化を図る手段として、膨張弁に代えてエジェクタを備え、冷媒が膨張する過程でその圧力エネルギーを上記エジェクタによって動力の形で回収し、その回収分だけ圧縮機の入力を少なくする動力回収サイクルが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２１９１０８号公報（第２図）
【非特許文献１】（第３図）
”二層流エジェクタによる冷凍サイクルの高効率化”［平成１４年９月１１日検索］、    インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｔｏｋｋｙｏ．ｓｈｉｎｓａｋｉｊｕｎ．ｃｏｍ／ｎｅｗｔｅｃｈ．ｈｔｍｌ＞ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｋ．ｍｅｃｈ．ｔｕｔ．ａｃ．ｊｐ／ｈｉｔｅｃｈ／ｈｉｔｅｃｈ．ｈｔｍｌ  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｋ．ｍｅｃｈ．ｔｕｔ．ａｃ．ｊｐ／ｈｉｔｅｃｈ／ｈｉｔｅｃｈ．ｈｔｍｌ
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成での、エジェクタ２０３はその機能・構造上、流入する冷媒の流れ方向が規定されており、正規の方向で流入した冷媒に対しては所定の機能を発揮するものの、逆方向の冷媒の流れに対してはその機能を発揮できない。このため、ヒートポンプ冷媒回路にエジェクタ２０３を組み込んだ場合、たとえば冷房運転時または暖房運転時のいずれか一方においてしか動力回収を行うことができず、暖房運転時および冷房運転時の両方同時に高効率化が実現できない、という課題を有していた。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、エジェクタを組み込んだヒートポンプ冷媒回路において冷房運転時および暖房運転時の双方においてエジェクタを有効化し、動力回収率を高めることで高効率化を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、圧縮機と四方弁と凝縮器とエジェクタと気液分離器を直列に接続し、前記気液分離器のガス出口と前記圧縮機の吸入口を直接接続し、前記気液分離器の液出口から前記エジェクタまでの冷媒回路に第１の冷媒方向制御手段を介して蒸発器を配し、前記凝縮器および前記蒸発器から前記エジェクタへの冷媒回路に、第２の冷媒方向制御手段を備えたもので、前記第１・第２の冷媒方向制御手段によって、たとえば冷房運転時に凝縮器となる室外熱交換器からエジェクタへの冷媒の流れ方向と、暖房運転時に凝縮器となる室内熱交換器からエジェクタへの冷媒の流れ方向とが両者共に正規の流れ方向となり、冷房運転時および暖房運転時の両運転時においてエジェクタによる動力回収が行われ、冷房運転時あるいは暖房運転時のいずれか一方においてしか動力回収ができなかった従来技術に比べて高効率化を図ることができる。
【０００８】
また、本願発明は、前記第１・第２の冷媒方向制御手段のいずれか又は両方に四方弁を用いたもので、この構成を為すことにより、従来から存在する要素技術を用いて安価に且つ高い信頼性をもって冷媒の方向を切換え、
冷房運転および暖房運転の両運転時においてエジェクタによる動力回収が行われ、冷房運転あるいは暖房運転のいずれか一方においてしか動力回収ができなかった従来技術に比べて高効率化を図ることができる。
【０００９】
また、本願発明は、冷媒として二酸化炭素を用いたもので、高圧冷媒である二酸化炭素を用いるので冷凍サイクルは圧縮機仕事の多い超臨界冷凍サイクルとなるが上記エジェクタにおける動力回収により、圧縮機入力を低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は本実施例にかかる冷凍サイクル図である。本実施例の冷凍サイクル１は、圧縮機２、四方弁７Ａ、凝縮器６、エジェクタ４、気液分離器５、蒸発器３、四方弁７Ｂの各機能部品を備え、それぞれが冷媒配管によって図１に示すように接続されている。
【００１２】
圧縮機２はエジェクタ４から気液分離器５を介して吸入したガス冷媒を圧縮して吐出する。その後、再び四方弁７Ａを通過して、凝縮器６で高温高圧の冷媒を凝縮液化し、四方弁７Ｂを通過してエジェクタ４に入る。
【００１３】
エジェクタ４は内部に噴出口４０ａを有するノズル４０、ノズル４０の外周を環状に覆う吸引部４１、吸引部４１に連なり、且つノズル４０の後方に形成された筒状の混合部４２、混合部４２から末広がりに形成されたディフューザ４３から成り、凝縮器６より導かれた液冷媒を噴出口４０ａより噴出させる。
【００１４】
一方、エジェクタ４の吸引部４１には、その側壁に吸引口４１ａが設けられており、凝縮器６より四方弁７Ｂを通過して導かれた液冷媒がエジェクタ４のノズル４０先端の噴出口４０ａより噴出されることで生じる吸引部４１内の圧力低下により、吸引口４１ａより蒸発器３で蒸発されたガス冷媒が四方弁７Ｂを介して吸引される。混合部４２では噴出口４０ａより噴出された液冷媒と吸引口４１ａより吸引されたガス冷媒とを混合させる。混合された冷媒はディフューザ４３によって拡散、昇圧される。その後、昇圧された冷媒は気液分離器５に導かれ、ガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は圧縮機２へ戻され、液冷媒は四方弁７Ａを介して蒸発器３へ戻される。
【００１５】
また、四方弁７Ａ、四方弁７Ｂは、その切換えにより、冷媒の流れ方向を制御することができ、たとえば、図１において家庭用空気調和機を想定し、冷房運転時に凝縮器６を室外熱交換器に、蒸発器３を室内熱交換器にすれば、暖房運転時には室外熱交換器が蒸発器に、室内熱交換器は凝縮器になる。四方弁７Ａおよび四方弁７Ｂ内の切換え弁の位置並びに冷媒の流れを冷房運転時には実線で、暖房運転時には破線で、それぞれ示している。
冷房運転時には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒は四方弁７Ａを介して凝縮器６（室外熱交換器）で室外空気との熱交換によって凝縮液化され、その後、四方弁７Ｂを介してエジェクタ４のノズル４０に導かれ、等エントロピー膨張を行い、噴出し、吸引口４１ａより吸引したガス冷媒と混合し、その後ディフューザ４３で昇圧される。
【００１６】
エジェクタ４より流出した冷媒は気液分離器５においてガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は圧縮機２へ戻され、液冷媒は蒸発器３（室内熱交換器）へ戻される。そして蒸発器３で室内空気と熱交換されて蒸発したガス冷媒は再び四方弁７Ｂを介してエジェクタ４に吸引される。蒸発器３で冷やされた空気は室内へ送風される。
【００１７】
暖房運転時の場合も四方弁７Ａ・７Ｂによる切り換えにより同様な作用が得られる。このように冷媒回路中に四方弁７Ａ・７Ｂを備えることにより、冷房運転時と暖房運転時とにおいて冷凍サイクルの冷媒の流れ方向は四方弁７Ａにより逆転する構成でありながら、上記エジェクタ４に流入される冷媒流れ方向は冷房運転時、暖房運転時の双方において同一方向となる。従って、上記エジェクタ４においては、冷房運転時および暖房運転時の双方で冷媒の膨張による圧力エネルギーを圧縮機の駆動動力として回収することができ、その回収動力分だけ圧縮機２の入力を低減することができる。
【００１８】
また特に、冷媒として高圧冷媒である二酸化炭素を用いた場合には冷媒サイクルが圧縮機仕事の多い超臨界冷凍サイクルとなるため、冷凍サイクルの高効率化という点においてエジェクタ４での動力回収分だけ圧縮機２への必要入力が低減されることによる効果は顕著である。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本願発明の構成によれば、エジャクタを用いた冷凍サイクルにおいて、冷媒の流れ方向がかわる冷房運転時および暖房運転時の双方で冷媒の膨張による圧力エネルギーを圧縮機の駆動動力として回収することができ、その回収動力分だけ圧縮機の入力を低減することができる。という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す冷凍サイクル図
【図２】従来の冷凍サイクル図
【図３】他の従来の冷凍サイクル図
【図４】他の従来の冷凍サイクル図
【符号の説明】
１  冷媒の流れる方向
２  圧縮機
３  蒸発器（冷房運転時）
４  エジェクタ
５  気液分離器
６  凝縮器（冷房運転時）
７Ａ、７Ｂ  四方弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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