(57)【要約】【課題】エジェクタの駆動を圧縮機で補助するタイプの冷凍サイクル装置において、圧縮機の消費動力を低く抑えつつエジェクタの性能を向上させること。【解決手段】エジェクタ２１から吐出された冷媒は、クーラ２５において冷却され、膨張弁３１で減圧され、蒸発器３０において加熱される。クーラ２５と膨張弁３１との間からは、冷媒の一部がポンプ３４によってボイラ３５に圧送され、該冷媒は、ボイラ３５において加熱されてエジェクタ２１を駆動するとともに、この駆動により蒸発器３０からエジェクタ２１に吸引された冷媒と混合されてクーラ２５側へと吐出される。蒸発器３０の出口とエジェクタ２１の低圧側との間には、蒸発器３０側から冷媒を吸入してエジェクタ２１側へと吐出する圧縮機２３が配設されている。圧縮機２３の出口とエジェクタ２１の低圧側との間には、圧縮機２３からの冷媒を冷却するプレクーラ４１が配設されている。【選択図】      図１
2004325013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を吐出するエジェクタと、前記エジェクタからの冷媒を冷却するクーラと、前記クーラで冷却された冷媒を減圧する減圧装置と、前記減圧装置で減圧された冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器で加熱された冷媒は前記エジェクタに吸入されることと、前記クーラと前記減圧装置との間の冷媒流路に吸入側が接続され、前記クーラと前記減圧装置との間の冷媒流路から冷媒の一部を取り出すポンプと、前記ポンプから圧送された冷媒を加熱するボイラと、前記ボイラで加熱された冷媒は、前記エジェクタを駆動するとともに、この駆動により前記蒸発器から前記エジェクタに吸引された冷媒と混合されて前記クーラ側へと吐出されることと、前記蒸発器の出口と前記エジェクタの低圧側との間の冷媒流路上に配設され、前記蒸発器側から冷媒を吸入して前記エジェクタ側へと吐出する圧縮機とからなる冷凍サイクル装置において、
前記圧縮機の出口と前記エジェクタの低圧側との間の冷媒流路上に、前記圧縮機からの冷媒を冷却するプレクーラを配設したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記ボイラは車両の走行駆動源たるエンジンの排熱によって冷媒を加熱する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気噴射式冷凍サイクルを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の冷凍サイクル装置としては、図２に示すように、エジェクタ９１の駆動を圧縮機９７で補助するタイプのものが存在する（例えば非特許文献１参照）。この冷凍サイクル装置を車両の空調に用いた場合において、該冷凍サイクル装置の運転について説明すると、エジェクタ９１から吐出された高圧冷媒ガスは、クーラ９２における外気との熱交換で冷却され凝縮される。クーラ９２で凝縮され液化された冷媒は、膨張弁９３で減圧された後、蒸発器９４において車室に向かう空気との熱交換により加熱され気化される。
【０００３】
前記クーラ９２と膨張弁９３との間の冷媒流路からは、液冷媒の一部がポンプ９５によって取り出されてボイラ９６に圧送される。ボイラ９６に送られた液冷媒は、図示しないエンジンの排熱（例えば冷却水の熱）により加熱されて高温高圧の冷媒ガスとなってエジェクタ９１を駆動するとともに、この駆動によって蒸発器９４からエジェクタ９１の低圧側に吸引された低圧冷媒ガスと混合されてクーラ９２へと吐出される。
【０００４】
前記圧縮機９７は、蒸発器９４の出口とエジェクタ９１の低圧側との間の冷媒流路上に配設されている。圧縮機９７は、蒸発器９４側から冷媒ガスを吸入して圧縮し、そしてエジェクタ９１側へと吐出する。従って、エジェクタ９１の吸入圧力Ｐｅは圧縮機９７の圧縮作用によって高くなる。図３のグラフに示すエジェクタ９１の性能特性からも明らかなように、吸入圧力Ｐｅが高くなれば蒸発器９４からエジェクタ９１の低圧側へ吸入される冷媒流量が増大し、エジェクタ９１の性能つまり吸引率（蒸発器９４側からの冷媒流量／ボイラ９６側からの冷媒流量）を高くすることができる。
【０００５】
なお、図３のグラフの横軸はエジェクタ９１の吐出圧力（クーラ９２の上流側圧力）であり、該グラフの性能特性線は、エジェクタ９１の駆動圧力（ボイラ９６の圧力）が一定であるものとして示している。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｉｎｔ．Ｊ．Ｒｅｆｒｉｇ．１９９０  Ｖｏｌ  １３  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ（３５４頁、図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、非特許文献１の技術においては、エジェクタ９１の吸引率をさらに高くしようとすると、例えば吐出容量の大きな圧縮機２３を必要とする。従って、圧縮機２３の消費動力が大きくなって、エジェクタ９１を用いた冷凍サイクルの利点つまりエンジンの排熱の有効利用による省エネが阻害される問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、エジェクタの駆動を圧縮機で補助するタイプの冷凍サイクル装置において、圧縮機の消費動力を低く抑えつつエジェクタの性能を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、エジェクタの駆動を圧縮機で補助するタイプの冷凍サイクル装置において、圧縮機の出口とエジェクタの低圧側（吸入側）との間の冷媒流路上に、圧縮機からの冷媒を冷却するプレクーラを配設した。従って、圧縮機からの冷媒（ガス）は、プレクーラにおいて冷却されて密度が高められる。よって、エジェクタに吸引される蒸発器側からの冷媒の流量を、例えばプレクーラを備えない非特許文献１の技術と比較して多くすることができる。その結果、圧縮機の消費動力を低く抑えつつエジェクタの性能（吸引率）を向上させることができる。
【００１０】
請求項２の発明は請求項１において、前記ボイラは車両の走行駆動源たるエンジンの排熱によって冷媒を加熱する。つまり本発明の冷凍サイクル装置は車載用である。このように、車載用の冷凍サイクル装置において請求項１の発明を適用することで、エジェクタによるエンジンの排熱の有効利用と、圧縮機の消費動力を抑えられることとにより、車両の燃費を良好とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車両に搭載されて車室の空調を行う冷凍サイクル装置に具体化した一実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、車両のエンジン１２と、該車両（詳しくは車室）の空調を行う冷凍サイクル装置１１を示す概略構成図である。該図に示すように冷凍サイクル装置１１は、高温高圧の冷媒（例えばＲ１３４ａ）ガスを吐出するエジェクタ２１を備えている。エジェクタ２１の出口側（吐出側）は、配管２２を介してクーラ２５の入口側に接続されている。
【００１３】
前記クーラ２５は、車両のエンジンルームに配設されて外気に曝されている。エジェクタ２１からクーラ２５に流入された高温高圧の冷媒ガスは、外気との熱交換によって冷却されることで凝縮して液化する。クーラ２５の出口側には、配管２９を介して蒸発器３０の入口側が接続されている。配管２９の途中には、クーラ２５からの液冷媒を減圧する、減圧装置としての膨張弁３１が配設されている。
【００１４】
前記蒸発器３０は、車室へ向かう図示しない空気吹出しダクトの途中に配設されている。膨張弁３１で減圧された液冷媒は、蒸発器３０において車室へ向かう空気との熱交換により加熱され蒸発されて低圧の冷媒ガスとなる。蒸発器３０の出口側とエジェクタ２１の低圧側（吸入側）とは配管３２を介して接続されている。
【００１５】
前記配管２９においてクーラ２５と膨張弁３１との間には、分岐管３３を介してポンプ３４の入口側（吸入側）が接続されている。ポンプ３４の出口側（吐出側）には、ボイラ３５の入口側が配管３６を介して接続されている。ポンプ３４は、配管２９から液冷媒の一部を取り出してボイラ３５へと圧送する。
【００１６】
前記エンジン１２内の冷却水路（図示しない）は、入口がラジエータ１３の出口に、出口がラジエータ１３の入口に配管１４，１５を介して接続されており、該配管１４，１５は図示しないウォータポンプの作動によって、エンジン１２とラジエータ１３との間で冷却水を循環させる。
【００１７】
前記ボイラ３５には、エンジン１２を冷却して高温となった冷却水が分岐管１６を介して送られる。ボイラ３５では、高温冷却水との間での熱交換によって液冷媒が加熱されて、該液冷媒が高温高圧の冷媒ガスとなる。ボイラ３５の出口側とエジェクタ２１の高圧側（駆動側）とは、配管３７を介して接続されている。従って、エジェクタ２１は、ボイラ３５からの高圧冷媒ガスを駆動流として蒸発器３０からの低圧冷媒ガスを吸引するとともに、これら冷媒ガスを混合して言い換えれば蒸発器３０からの低圧冷媒ガスを昇圧して、クーラ２５側へと吐出する。エジェクタ２１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、クーラ２５に送られて上述した蒸気噴射式冷凍サイクルを繰り返す。
【００１８】
前記蒸発器３０の出口側とエジェクタ２１の低圧側とを接続する配管３２の途中には、圧縮機２３が配設されている。圧縮機２３には電動モータ２６が作動連結されている。電動モータ２６のオン（通電）により圧縮機２３が稼働されるとともに、電動モータ２６のオフ（非通電）により圧縮機２３が停止される。
【００１９】
前記配管３２において圧縮機２３の出口とエジェクタ２１の低圧側との間には、プレクーラ４１が配設されている。配管３２において、蒸発器３０の出口と圧縮機２３の入口との間と、プレクーラ４１の出口とエジェクタ２１の低圧側との間は、バイパス配管２７を介して接続されている。バイパス配管２７の途中には、電磁弁よりなる開閉弁２８が配設されている。
【００２０】
さて、前記冷凍サイクル装置１１の図示しない制御手段は、蒸気噴射式冷凍サイクルの運転時において、エジェクタ２１の駆動に圧縮機２３の補助を必要としないと判断した場合には、開閉弁２８によってバイパス配管２７を開放するとともに、電動モータ２６をオフして圧縮機２３を停止状態とする。従って、蒸発器３０からの冷媒ガスは、バイパス配管２７を介することで圧縮機２３及びプレクーラ４１を迂回してエジェクタ２１に吸引される。つまり、バイパス配管２７及び開閉弁２８を備えることで、圧縮機２３を停止させたとしても蒸気噴射式冷凍サイクルの運転が可能となり、これは冷凍サイクル装置１１の省エネに貢献されることとなる。
【００２１】
なお、「エジェクタ２１の駆動に圧縮機２３の補助を必要としないと判断される場合」とは、例えば、エンジン１２の暖機終了後で冷却水温が高く、よってエジェクタ２１の駆動圧力（ボイラ３５の圧力）が高い場合や、冷房負荷が小さくて蒸発器３０における冷媒流量をそれほど必要としない場合等である。
【００２２】
また、前記冷凍サイクル装置１１の図示しない制御手段は、蒸気噴射式冷凍サイクルの運転時において、エジェクタ２１の駆動に圧縮機２３の補助を必要とすると判断した場合には、開閉弁２８によってバイパス配管２７を閉塞するとともに、電動モータ２６をオンして圧縮機２３を稼働させる。従って、蒸発器３０からの冷媒ガスは、圧縮機２３によって昇圧された後、プレクーラ４１によって冷却されてエジェクタ２１に吸引される。
【００２３】
なお、「エジェクタ２１の駆動に圧縮機２３の補助を必要とすると判断される場合」とは、例えば、起動後間もないエンジン１２の排熱が少なくてエジェクタ２１の駆動圧力が低い場合や、冷房負荷が大きくて蒸発器３０における冷媒流量を多く必要とする場合等である。
【００２４】
前述したように、蒸気噴射式冷凍サイクルの運転時において圧縮機２３が稼働されると、該圧縮機２３による昇圧作用によって、蒸発器３０側からエジェクタ２１に吸引される冷媒ガスの体積流量が上昇する。また、プレクーラ４１における冷却によって、蒸発器３０側からエジェクタ２１に吸引される冷媒ガスの密度が上昇する。従って、蒸発器３０側からエジェクタ２１に吸引される冷媒ガスの流量（＝密度×体積流量）を上昇させることができ、例えば、プレクーラ４１を備えない非特許文献１の技術と比較して、圧縮機２３の消費動力が同等でもエジェクタ２１の性能（吸引率）を高くすることができる。これは、冷凍サイクル装置１１の性能向上と車両の好燃費との両立につながる。
【００２５】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。
○上記実施形態においてバイパス配管２７の下流側は、プレクーラ４１の出口とエジェクタ２１の低圧側との間で配管３２に接続されていた。このようにすれば、圧縮機２３を迂回した冷媒がプレクーラ４１で加熱されてしまうことを防止できる効果を得ることができるが、次のように変更することも可能である。
【００２６】
すなわち、バイパス配管２７の下流側を、圧縮機２３の出口とプレクーラ４１の入口との間で配管３２に接続すること。このようにすれば、バイパス配管２７を短くでき、通路構成を簡素化することができる。
【００２７】
また、圧縮機２３（詳しくは圧縮室）を迂回するバイパス通路としては、該圧縮機２３の外側で取り回される前記バイパス配管２７に限定されるものではない。すなわち、例えば、圧縮機２３の内部に、吸入圧力領域（例えば吸入室）と吐出圧力領域（例えば吐出室）とを、圧縮室を経由せずに連通させるバイパス通路を設け、該バイパス通路を開閉する開閉弁を圧縮機２３に内蔵させてもよい。
【００２８】
○上記実施形態の開閉弁２８は電磁弁（外部制御弁）よりなっていた。これを変更し、バイパス配管２７の下流側の圧力が上流側の圧力よりも上昇した場合に、内部自律的にバイパス配管２７を閉塞する、所謂逆止弁とすること。
【００２９】
○上記実施形態からバイパス配管２７及び開閉弁２８を削除し、蒸気噴射式冷凍サイクルの運転時には、常に電動モータ２６をオンして圧縮機２３を稼働させること。この場合、電動モータ２６の回転速度を調節するか、或いは圧縮機２３に吐出容量可変型のものを用いて該圧縮機２３の吐出容量を調節することで、圧縮機２３によるエジェクタ２１の駆動補助（冷媒ガスの昇圧）の程度を調節するようにしてもよい。なお、このような、電動モータ２６の回転速度を調節する構成や、圧縮機２３に吐出容量可変型のものを用いて該圧縮機２３の吐出容量を調節する構成は、バイパス配管２７及び開閉弁２８を備える上記実施形態においても適用可能である。
【００３０】
○上記実施形態において圧縮機２３は、電動モータ２６を駆動源としていた。これを変更し、圧縮機２３の駆動源をエンジン１２とすること。或いは、圧縮機２３の駆動源として、エンジン１２及び電動モータ２６を併用すること。後者の場合、例えば、エンジン１２の稼働時には該エンジン１２を圧縮機２３の駆動源とし、エンジン１２の停止時には電動モータ２６を圧縮機２３の駆動源とする、駆動源の切り換え制御を行うこととなる。
【００３１】
○上記実施形態においてボイラ３５は、エンジン１２の冷却水を熱源として冷媒を加熱する構成であった。これを変更し、ボイラ３５を、エンジン１２の排気ガスを熱源として冷媒を加熱する構成とすること。或いは、ボイラ３５を、エンジン１２の潤滑油を熱源として冷媒を加熱する構成とすること。
【００３２】
○排熱の有効利用の観点からすれば、ボイラ３５で冷媒を加熱可能な熱源はエンジン１２の排熱のみに限定されるものではなく、例えば、トランスミッションの排熱（例えば潤滑油が有する熱）等を利用して冷媒を加熱するようにしてもよい。さらには、複数の排熱箇所から熱を回収してボイラ３５に送るシステムを、車両上で構築するようにしてもよい。
【００３３】
○車両の走行駆動源としてはエンジン１２以外にも、電動モータが挙げられる。つまり、電動モータを走行駆動源とする電気自動車に搭載される冷凍サイクル装置や、電動モータ及びエンジンを走行駆動源とするハイブリッド車に搭載される冷凍サイクル装置において本発明を具体化すること。この場合、ボイラ３５は、走行駆動源たる電動モータの排熱や該電動モータを制御する制御回路（インバータ）の排熱を利用して冷媒を加熱する構成としてもよい。
【００３４】
○上記実施形態においてボイラ３５は、エンジン１２の排熱（車両の排熱）を利用して冷媒を加熱する構成であった。これを変更し、ボイラ３５に、冷媒を加熱するための専用の熱源を備えるようにしてもよい。
【００３５】
○本発明を、冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍サイクル装置において具体化すること。
上記実施形態から把握できる技術的思想について記載する。
【００３６】
（１）前記蒸発器の出口側と前記エジェクタの低圧側との間を、前記圧縮機の圧縮室を迂回して連通するバイパス通路（図１の態様においてはバイパス配管２７に具体化されている）と、前記バイパス通路上に配設され該バイパス通路を開閉可能な開閉弁とを備えた請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【００３７】
（２）前記バイパス通路の下流側は、前記プレクーラの出口と前記エジェクタの低圧側との間の冷媒流路に接続されている技術的思想（１）に記載の冷凍サイクル装置。
【００３８】
（３）前記バイパス通路の下流側は、前記圧縮機の出口と前記プレクーラの入口との間の冷媒流路に接続されている技術的思想（１）に記載の冷凍サイクル装置。
【００３９】
【発明の効果】
上記構成の本発明によれば、エジェクタの駆動を圧縮機で補助するタイプの冷凍サイクル装置において、圧縮機の消費動力を低く抑えつつエジェクタの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の冷凍サイクル装置の概略構成図。
【図２】従来技術の冷凍サイクル装置の概略構成図。
【図３】エジェクタの性能特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１１…冷凍サイクル装置、１２…エンジン、２１…エジェクタ、２３…圧縮機、２５…クーラ、３０…蒸発器、３１…減圧装置としての膨張弁、３４…ポンプ、３５…ボイラ、４１…プレクーラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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