(57)【要約】【課題】エジェクタ効率を向上させる。【解決手段】ノズル４１内の通路を形成する内壁を角部が無い滑らかな曲面で構成されているとともに、特に、末広部４１ｂは、冷媒の流通方向に対する通路断面積変化率が略一定となるように設定し、混合部４２からディフューザ４３の出口に至る冷媒通路も角部が無い滑らかな曲面で構成するとともに、ディフューザ４３を通路断面積の変化率を略一定として拡大させ、かつ、ノズル４１の外壁面４１ｃを内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状とする。これにより、損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができるので、エジェクタ効率を向上させることができる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１０）にて圧縮された高温高圧の冷媒を冷却する放熱器（２０）、及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装置であって、
前記放熱器（２０）から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１ａ）、及び下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部（４１ｂ）を有するラバール式のノズル（４１）と、
前記ノズル（４１）から噴射する冷媒と前記蒸発器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（４２、４３）と有し、
前記ノズル（４１）内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面で構成されていることを特徴とするエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項２】
前記末広部（４１ｂ）の通路断面積変化率は略一定であることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項３】
前記昇圧部（４２、４３）は、前記ノズル（４１）から噴射する高い速度の冷媒流により前記蒸発器（３０）にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、前記ノズル（４１）から噴射する冷媒流とを混合する混合部（４２）、及び前記ノズル（４１）から噴射する冷媒と蒸発器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ（４３）を有して構成されており、
前記混合部（４２）から前記ディフューザ（４３）の出口に至る冷媒通路は、角部が無い滑らかな曲面で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項４】
前記ディフューザ（４３）の通路断面積は、変化率が略一定で下流側に向かうほど拡大していることを特徴とする請求項３に記載のエジェクタ方式の減圧装置。
【請求項５】
前記ノズル（４１）の外壁面（４１ｃ）は、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のエジェクタ方式の減圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタ（ＪＩＳ　Ｚ　８１２６　番号２．１．２．３等参照）を用いた蒸気圧縮式冷凍機（エジェクタサイクル）の減圧装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エジェクタサイクルは、周知のごとく、エジェクタのポンプ作用により低圧側の冷媒、つまり蒸発器内の冷媒を循環させるとともに、エジェクタ内の昇圧部にて動圧を静圧に変換して圧縮機の吸入圧を上昇させて圧縮機の消費動力を低減するものであるが、エジェクタにおけるエネルギ変換効率、すなわちエジェクタ効率が低下すると、エジェクタにて吸入圧を十分に上昇させることができなくなって圧縮機の消費動力を十分に低減することができなくなるとともに、蒸発器に十分な量の冷媒を循環させることができなくなる。
【０００３】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規なエジェクタ方式の減圧装置を提供し、第２には、エジェクタ効率を向上させることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１０）にて圧縮された高温高圧の冷媒を冷却する放熱器（２０）、及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装置であって、放熱器（２０）から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１ａ）、及び下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部（４１ｂ）を有するラバール式のノズル（４１）と、ノズル（４１）から噴射する冷媒と蒸発器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（４２、４３）と有し、ノズル（４１）内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面で構成されていることを特徴とする。
【０００５】
これにより、ノズル（４１）内の通路において渦損失等の損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができるので、エジェクタ効率を向上させることができるとともに、従来と異なる新規なエジェクタ方式の減圧装置を得ることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、末広部（４１ｂ）の通路断面積変化率は略一定であることを特徴とする。
【０００７】
これにより、末広部（４１ｂ）において急拡大による損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、昇圧部（４２、４３）は、ノズル（４１）から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器（３０）にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル（４１）から噴射する冷媒流とを混合する混合部（４２）、及びノズル（４１）から噴射する冷媒と蒸発器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ（４３）を有して構成されており、混合部（４２）からディフューザ（４３）の出口に至る冷媒通路は、角部が無い滑らかな曲面で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、混合部（４２）からディフューザ（４３）の出口に至る冷媒通路において渦損失等の損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、ディフューザ（４３）の通路断面積は、変化率が略一定で下流側に向かうほど拡大していることを特徴とする。
【００１１】
これにより、ディフューザ（４３）において急拡大による損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができので、エジェクタ効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、ノズル（４１）の外壁面（４１ｃ）は、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、蒸発器（３０）から吸引された吸引流とノズル（４１）から吹き出す駆動流との衝突角度を小さくして両者を略平行な状態で接触させることができる。したがって、衝突損失の発生を抑制しつつ、吸引流と駆動流とをスムーズに混合させることができるので、エジェクタ効率を向上させることができる。
【００１４】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るエジェクタを車両空調装置用のエジェクタサイクルに適用したものであり、図１はフロン（１３４ａ）又は二酸化炭素を冷媒とするエジェクタサイクル１の模式図であり、図２はエジェクタ４０の模式図であり、図３はエジェクタサイクルの全体のマクロ的作動を示すｐ−ｈ線図である。
【００１６】
圧縮機１０は走行用エンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮する周知の可変容量型の圧縮機であり、放熱器２０は圧縮機１０から吐出した冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。
【００１７】
また、蒸発器３０は室内に吹き出す空気と液相冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷媒を蒸発させて室内に吹き出す空気を冷却する低圧側熱交換器である。
【００１８】
また、エジェクタ４０は冷媒を減圧膨張させて蒸発器３０にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させるものである。
【００１９】
そして、エジェクタ４０は、図２に示すように、流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル４１、ノズル４１から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器３０にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル４１から噴射する冷媒流とを混合する混合部４２、及びノズル４１から噴射する冷媒と蒸発器３０から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ４３等からなるものである。
【００２０】
このとき、混合部４２においては、ノズル４１から噴射する駆動流の運動量と蒸発器３０から吸引された吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部４２においても冷媒の圧力が（静圧）が上昇する。
【００２１】
一方、ディフューザ４３においては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギ（動圧）を圧力エネルギ（静圧）に変換するので、エジェクタ４０においては、混合部４２及びディフューザ４３の両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、以下、混合部４２とディフューザ４３とを総称して昇圧部と呼ぶ。
【００２２】
そして、ノズル４１から噴出する冷媒の速度を音速以上まで加速するために、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部４１ａを有するラバールノズル（流体工学（東京大学出版会）参照）を採用している。
【００２３】
また、ノズル４１内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面にて構成されているとともに、特に、末広部４１ｂは、冷媒の流通方向に対する通路断面積変化率が略一定となるように設定されている。
【００２４】
同様に、混合部４２からディフューザ４３の出口に至る冷媒通路も角部が無い滑らかな曲面にて構成されているとともに、ディフューザ４３は、通路断面積の変化率を略一定として下流側に向かうほど拡大している。
【００２５】
さらに、ノズル４１の外壁面４１ｃは、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されている。
【００２６】
また、図１中、気液分離器５０はエジェクタ４０から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器５０の気相冷媒流出口は圧縮機１０の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器３０側の流入側に接続される。絞り６０は気液分離器５０から流出した液相冷媒を減圧する減圧手段である。
【００２７】
そして、本実施形態では、図３に示すように、圧縮機１０にてノズル４１に流入する高圧の冷媒を冷媒の臨界圧力以上まで昇圧している。因みに、図３の●で示される符号は、図１に示す●で示される符号位置における冷媒の状態を示すものである。
【００２８】
次に、エジェクタ４０の製造方法及びその特徴を述べる。
【００２９】
１．ノズル４１の製造方法
本実施形態では、金属（例えば、ステンレス）製の粉体を金型内に充填してノズル４１の形状を圧縮成形した後、高温や高圧で焼結したいわゆる焼結金属にてノズルを製造しているとともに、粉体を金型内に充填する際の充填率を９６％以上としてノズル４１の硬度を高めている。
【００３０】
因みに、通常の燒結金属では充填率が約８０％であり、８０％の充填率でノズル４１を製造すると、硬度が小さく、喉部４１ａで発生するキャビテーションにより喉部４１ａ以降が壊蝕されるおそれが高いが、本実施形態では、充填率を９６％以上としているので、キャビテーションにより喉部４１ａ以降が壊蝕（腐食）されてしまうことを防止できる。
【００３１】
２．昇圧部の製造方法
本実施形態では、金属（例えば、ステンレス）製の管材に塑性加工を施すことにより昇圧部を製造している。なお、塑性加工方法としては、スエージング加工、プレス加工、スピニング加工及びへら絞り加工等（ＪＩＳ　Ｂ　０１２２参照）がある。
【００３２】
次に、エジェクタサイクルの概略作動を述べる（図３参照）。
【００３３】
圧縮機１０から吐出した冷媒を放熱器２０側に循環させる。これにより、放熱器２０にて冷却された冷媒は、エジェクタ４０のノズル４１にて等エントロピ的に減圧膨張して、音速以上の速度で混合部４２内に流入する。
【００３４】
そして、混合部４２に流入した高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用により、蒸発器３０内で蒸発した冷媒が混合部４２内に吸引されるため、低圧側の冷媒が気液分離器５０→絞り６０→蒸発器３０→エジェクタ４０（昇圧部）→気液分離器５０の順に循環する。
【００３５】
一方、蒸発器３０から吸引された冷媒（吸引流）とノズル４１から吹き出す冷媒（駆動流）とは、混合部４２にて混合しながらディフューザ４３にてその動圧が静圧に変換されて気液分離器５０に戻る。
【００３６】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００３７】
本実施形態では、ノズル４１内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面で構成されているので、ノズル４１内の通路において渦損失等の損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【００３８】
また、末広部４１ｂは、冷媒の流通方向に対する通路断面積変化率が略一定となるように設定されているので、末広部４１ｂにおいて急拡大による損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【００３９】
また、混合部４２からディフューザ４３の出口に至る冷媒通路も角部が無い滑らかな曲面で構成されているので、混合部４２からディフューザ４３の出口に至る冷媒通路において渦損失等の損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【００４０】
また、ディフューザ４３は、通路断面積の変化率を略一定として下流側に向かうほど拡大しているので、ディフューザ４３において急拡大による損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【００４１】
さらに、ノズル４１の外壁面４１ｃは、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されているので、図４に示すように、吸引流と駆動流との衝突角度を小さくして両者を略平行な状態で接触させることができる。したがって、衝突損失の発生を抑制しつつ、吸引流と駆動流とをスムーズに混合させることができるので、エジェクタ効率を向上させることができる。
【００４２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエジェクタの模式図である。
【図３】ｐ−ｈ線図である。
【図４】本発明の実施形態に係るエジェクタの説明図である。
【符号の説明】
４０…エジェクタ、４１…ノズル、４１ａ…喉部、４１ｂ…末広部、
４２…混合部、４３…ディフューザ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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