(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱源として冷媒を圧縮する圧縮機（１２）と、
前記圧縮機（１２）から吐出される冷媒と被加熱流体とを熱交換させて前記被加熱流体を加熱する放熱器（３２）と、
前記放熱器（３２）下流側の冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒を吸引するエジェクタ（１７）と、
前記圧縮機（１２）と前記放熱器（３２）と前記エジェクタ（１７）とを含む環状の主冷媒路（Ｒ）から分岐して設けられ、冷媒を前記エジェクタ（１７）の吸引部（１７ｃ）に導き吸引させる分岐流路（２０）と、
前記分岐流路（２０）に配置されて冷媒を蒸発させる蒸発器（２２）と、
前記放熱器（３２）と前記エジェクタ（１７）との間に設けられ、前記放熱器（３２）から流出する冷媒を気液分離する気液分離器（１６）と、から構成されるエジェクタ式サイクルにおいて、
前記主冷媒路（Ｒ）から分岐して、前記気液分離器（１６）にて分離された液冷媒の一部によって第２熱源（１１）の熱を前記放熱器（３２）へ供給する副回路（３４）を設け、
前記副回路（３４）に、前記気液分離器（１６）にて分離された液冷媒の一部を過冷却する過冷却熱交換器（３５）、前記過冷却熱交換器（３５）から流出した液冷媒を圧送する液冷媒ポンプ（３７ａ）、及び前記液冷媒ポンプ（３７ａ）によって圧送された冷媒を前記第２熱源（１１）からの加熱流体によって冷媒を間接加熱して蒸発させる冷媒加熱器（２９）を配設し、
前記気液分離器（１６）にて分離された液冷媒の一部を、前記液冷媒ポンプ（３７ａ）で昇圧した後に、前記冷媒加熱器（２９）に流通させて前記第２熱源（１１）の熱と熱交換させて暖房運転を行なうことを特徴とするエジェクタ式サイクル。
【請求項２】
前記圧縮機（１２）の吐出側には、前記主冷媒路（Ｒ）における冷媒の流れを反転させるための流路切り換え手段（１４）が設けられており、
前記主冷媒路（Ｒ）における冷媒の流れが反転されると、前記圧縮機（１２）から吐出された冷媒は、前記エジェクタ（１７）の混合部（１７ｄ）、前記エジェクタ（１７）の吸引部（１７ｃ）、前記蒸発器（２２）及び前記放熱器（３２）の経路を流れて、
前記蒸発器（２２）において前記冷媒が凝縮し、前記放熱器（３２）において前記冷媒が蒸発することにより冷房運転を行なうことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式サイクル。
【請求項３】
前記副回路（３４）は、前記気液分離器（１６）に接続されて、前記気液分離器（１６）内の高圧液冷媒の一部を、前記冷媒加熱器（２９）に流通させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエジェクタ式サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エジェクタ式サイクルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける低圧側排熱回収を説明するモリエル線図である。従来のエンジン駆動式空調装置などにおける暖房時の冷凍サイクルはヒートポンプサイクルであり、外気からの吸熱とエンジン排熱である冷却水の温水熱との二つの吸熱源を持っている。そして、図１２に示すように、エンジン排熱を冷凍サイクルの低圧側で吸熱している。
【０００３】
図１３は、下記特許文献１のガスヒートポンプ式冷凍装置における高圧側排熱回収を説明するモリエル線図である。上記従来に対し、下記特許文献１では、冷媒ポンプを用いて高圧側でエンジン排熱を回収している。これにより低圧側では外気からの吸熱のみになるため、低圧を下げて外気吸熱を増加させることができるため、暖房能力が向上する。また同一能力で考えれば、圧縮機の動力を低減できるため、省動力効果が得られる。なお、図１２、図１３中に付した符号は、後述する本発明の実施形態と対応するものである。
【特許文献１】特開平３−１０５１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の発明の場合、能力向上のためには低圧を下げることになるが、低圧が下がると圧縮機の吸入密度が低下するため、圧縮機が同一回転数では冷媒循環量が減少してしまい、効果が低減してしまう。また冷媒循環量の減少を補うために圧縮機回転数を上げると、斜板式圧縮機などでは効率が低下してしまうため、充分な能力向上効果が得られない。
【０００５】
また圧縮機が圧縮する冷媒循環量が減少すると圧縮機動力が低下するため、エンジンの負荷が低下し、エンジン排熱も減ってしまう。したがって、上記特許文献１の構成では、冷媒循環量の低下とエンジン排熱の減少によって暖房能力・効率の向上効果は目減りしてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、エンジン駆動式などの空調装置などにおいて、エンジンなどの排熱を高圧側で回収するとともに、圧縮機の吸入圧力の低下を防止し、暖房能力と効率とを向上させることのできるエジェクタ式サイクルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項３に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、第１熱源として冷媒を圧縮する圧縮機（１２）と、
圧縮機（１２）から吐出される冷媒と被加熱流体とを熱交換させて被加熱流体を加熱する放熱器（３２）と、
放熱器（３２）下流側の冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒を吸引するエジェクタ（１７）と、
圧縮機（１２）と放熱器（３２）とエジェクタ（１７）とを含む環状の主冷媒路（Ｒ）から分岐して設けられ、冷媒をエジェクタ（１７）の吸引部（１７ｃ）に導き吸引させる分岐流路（２０）と、
分岐流路（２０）に配置されて冷媒を蒸発させる蒸発器（２２）と、
放熱器（３２）とエジェクタ（１７）との間に設けられ、放熱器（３２）から流出する冷媒を気液分離する気液分離器（１６）と、から構成されるエジェクタ式サイクルにおいて、
主冷媒路（Ｒ）から分岐して、気液分離器（１６）にて分離された液冷媒の一部によって第２熱源（１１）の熱を放熱器（３２）へ供給する副回路（３４）を設け、
副回路（３４）に、気液分離器（１６）にて分離された液冷媒の一部を過冷却する過冷却熱交換器（３５）、過冷却熱交換器（３５）から流出した液冷媒を圧送する液冷媒ポンプ（３７ａ）、及び液冷媒ポンプ（３７ａ）によって圧送された冷媒を第２熱源（１１）からの加熱流体によって冷媒を間接加熱して蒸発させる冷媒加熱器（２９）を配設し、
気液分離器（１６）にて分離された液冷媒の一部を、液冷媒ポンプ（３７ａ）で昇圧した後に、冷媒加熱器（２９）に流通させて第２熱源（１１）の熱と熱交換させて暖房運転を行なうことを特徴としている。
【０００８】
この請求項１に記載の発明によれば、エジェクタ（１７）の昇圧効果によって、圧縮機（１２）の吸入圧力が過度に低下することがない。また、圧縮機（１２）の吸入圧力が高い状態でも、室外熱交換器の蒸発器（２２）は低い蒸発温度で外気から吸熱できるので、充分な外気吸熱量を確保することができる。以上の効果で圧縮機（１２）の吸入圧力を上昇させることができ、冷媒循環量を前記特許文献１に比べて増大させることができる。
【０００９】
また、圧縮機（１２）の吸入圧力を上昇させても、蒸発器（２２）は低圧に保てることから、外気との温度差を確保でき、外気吸熱量が低下することもない。上記の効果に加えて、冷媒循環量が増えることから、圧縮機（１２）の動力が増大する。すると駆動するエンジン（１１）の負荷が増大するため、温水排熱量も増大する。よって、冷凍サイクルに回収する排熱量も増大する。
【００１０】
上記のように外気吸熱増とエンジン排熱量の増大との相乗効果で暖房能力が増大する。一方、暖房能力が増大した分を、圧縮機（１２）の回転数を低減することで同一能力まで落として比較した場合には、低圧が上昇した点でバランスするため、圧縮機（１２）の圧縮比を低減できる。圧縮機（１２）の回転数低減と圧縮比低減の効果で圧縮機（１２）の断熱圧縮効率が上昇し、システムの効率を向上させることができる。
また、主冷却路（Ｒ）から分岐して放熱器（３２）に接続される副回路（３４）を設け、気液分離器（１６）からの液冷媒の一部と第２熱源の熱とを熱交換させる冷媒加熱器（２９）を、この副回路（３４）に設けている。更に、この副回路（３４）に過冷却熱交換器（３５）を設けて、気液分離器（１６）から液冷媒ポンプ（３７ａ）に流入する高圧液冷媒を、この過冷却熱交換器（３５）にて過冷却しているため、キャビテーションの発生を抑制することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタ式サイクルにおいて、圧縮機（１２）の吐出側には、主冷媒路（Ｒ）における冷媒の流れを反転させるための流路切り換え手段（１４）が設けられ、
主冷媒路（Ｒ）における冷媒の流れが反転されると、圧縮機（１２）から吐出された冷媒は、エジェクタ（１７）の混合部（１７ｄ）、エジェクタ（１７）の吸引部（１７ｃ）、蒸発器（２２）及び放熱器（３２）の経路を流れて、
蒸発器（２２）において冷媒が凝縮し、放熱器（３２）において冷媒が蒸発することにより冷房運転を行なうことを特徴としている。
【００１２】
この請求項２に記載の発明によれば、圧縮機（１２）の吐出側に流路切り換え手段（１４）を設けて主冷媒路（Ｒ）の流れ方向を可逆させることで、暖房運転モードと冷房運転モードとを簡単に切り換えることのできる冷凍サイクルを容易に構成することができる。
【００１３】
また、冷房運転モードとしたとき、ノズル部（１７ａ）を通る冷媒流れを遮断して放熱器（２２）に無駄なく高温の冷媒を流すことができ、冷凍サイクルの性能を無駄なく発揮させることができる。なお、ノズル部（１７ａ）を流れる冷媒流れを遮断できる構成は、可変ノズル機構（１８）を全閉するようにしても良いし、ノズル部（１７ａ）の冷媒流れ上流側に開閉手段を設ける構成としても良い。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のエジェクタ式サイクルにおいて、副回路（３４）は、気液分離器（１６）に接続されて、気液分離器（１６）内の高圧液冷媒の一部を、冷媒加熱器（２９）に流通させることを特徴としている。
【００１９】
ちなみに、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態につき添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態（請求項１〜３に対応）における冷媒加熱器２９を備えるエジェクタ式サイクルの概念図をモリエル線図上に示した模式図であり、図２は図１のエジェクタ式サイクルの全体構成を示す模式図であり、暖房運転モードの状態を示す。
【００２１】
本実施形態のエジェクタ式サイクルは、エンジン駆動式であり、ガソリン、軽油、灯油、ガス、水素など、燃料を限定しない水冷式のエンジン１１からＶベルトなどにより圧縮機１２へ駆動力を伝達して圧縮機１２を駆動させるようになっており、このように駆動されるヒートポンプ式空調装置に本発明を適用したものとして説明する。尚、圧縮機１２は本発明の第１熱源であり、駆動しているエンジン１１は本発明の第２熱源となる。
【００２２】
なお、エンジン１１はタービンなどであっても良いし、エンジン１１から圧縮機１２の駆動はベルト駆動に限らず、直結駆動であっても良い。また、圧縮機１２は可変容量型であっても固定容量であっても良いし、斜板式やスクロール式など形式はどのようなものであっても良い。
【００２３】
本実施形態のヒートポンプ式空調装置は、固定設置型の空調装置として用いられ、屋内を冷暖房することができる。まず、全体の構成を説明する。１２はエンジン１１によって駆動されて冷媒を圧縮する開放型の圧縮機、１３は圧縮機１２から吐出された冷媒から潤滑オイルを分離するオイルセパレータ、１３ａは分離された潤滑オイルを圧縮機１２の吸入側に戻すオイル戻し管であり、減圧して戻すために細いキャピラリーチューブなどを用いている。
【００２４】
１４は冷房時、暖房時で冷媒の流れ方向を切り換える流路切り換え手段としての四方弁、３２は暖房時に放熱器として働き、且つ冷房時に蒸発器として働く室内熱交換器である。３１は冷房時に冷媒を減圧し暖房時には全開となる減圧手段としての室内膨張弁、３６ａは室内熱交換器３２に屋内空気を通風させる室内送風機である。これらの室内膨張弁３１、室内熱交換器３２、室内送風機３３は室内機３０を構成して室内（屋内）の適所に設置される。
【００２５】
なお、図１では室内機３０を２台設置しているが、１台であっても良いし、３台以上の複数台であっても良い。室内機３０以外のものは先のエンジン１１〜四方弁１４まで含めて室外機１０を構成して室外（屋外）の適所に設置され、冷媒配管によって接続されている。ちなみに図１中の１０ａは液管ストップバルブ、１０ｂはガス管ストップバルブであり、施工時や修理時などに室内機３０と室外機１０とを分離するためのものである。
【００２６】
１５は、ゼオライトやシリカゲルなどの乾燥剤が入っていて冷媒中の水分を除去するドライヤであり、１６は凝縮された冷媒を気液分離するとともに液冷媒を一次的に溜めるレシーバ（気液分離器）である。レシーバ１６の下流側は主冷媒路Ｒから分岐流路２０が分岐されている。
【００２７】
主冷媒路Ｒ側には高圧液冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒を吸引する可変絞り機構１８を有する２相流エジェクタ１７が接続されている。また、エジェクタ１７の吐出側には暖房時は第１蒸発器として働き且つ冷房時は第１放熱器として働く第１室外熱交換器１９が配置されており、エジェクタ１７にて減圧後の低圧冷媒が第１室外熱交換器１９において外気から吸熱して蒸発するようになっている。
【００２８】
図３は、エジェクタ１７の概要構造を示す縦断面図である。エジェクタ１７には、レシーバ１６から流入する高圧液冷媒を絞り込む通路面積の小さいノズル部１７ａと、ノズル部１７ａの冷媒噴出口と同一空間に配置され、後述する第２室外熱交換器２２からの気相冷媒を吸引する吸引部（気相冷媒吸引部）１７ｃが備えられている。
【００２９】
ノズル部１７ａ内には、その噴出口の開度を制御するためのニードル弁１８ａが、噴出口と同軸上に配置されており、アクチュエータ１８ｂにより、その軸方向に移動可能なように配置されている。さらに、ノズル部１７ａの下流側には、吸引部１７ｃから流入した冷媒とノズル部１７ａより噴出した冷媒とを混合する混合部１７ｄと、冷媒の通路面積を徐々に大きして冷媒を昇圧させるディフューザ部（昇圧部）１７ｂとが配置されている。
【００３０】
エジェクタ１７は、ノズル部１７ａの大径側に連通する第１接続部と、ノズル部１７ａからの噴流の下流側に位置し、エジェクタ１７のディフーザ部１７ｂに連通する第２接続部と、ノズル部１７ａの小径側の周囲に形成された吸引空間に連通する第３接続部とを有する。この実施形態では、第２接続部と、第３接続部における冷媒流れ方向は暖房運転モードと冷房運転モードとにおいて反転する。暖房運転モードにおいては、第２接続部は出口となり、第３接続部は吸引口となる。また、冷房運転モードにおいては、第２接続部は入口となり、第３接続部は出口となる。
【００３１】
ニードル弁１８ａとアクチュエータ１８ｂとは、後述する制御装置５０からの出力で作動する可変ノズル機構１８を構成しており、エジェクタ１７の駆動流の絞り手段および冷媒流量調節手段となっている。なお、この可変絞り機構は、電子膨張弁などを用いた構成であっても良い。エジェクタ１７のディフューザ部１７ｂから流出した冷媒は、第１室外熱交換器１９に流入する。
【００３２】
また、分岐流路２０側は、主冷媒路Ｒのレシーバ１６とエジェクタ１７との間の部位で分岐し、エジェクタ１７の吸引部１７ｃで主冷媒路Ｒに合流するように形成されている。この分岐流路２０には、暖房時に冷媒の減圧を行う絞り手段と冷媒の流量調節とを行う室外膨張弁２１が配置されており、この電子膨張弁２１の冷媒流れ下流側部位には、暖房時は第２蒸発器として働き且つ冷房時は第２放熱器として働く第２室外熱交換器２２が配置されている。
【００３３】
第２室外熱交換器２２は、先の第１室外熱交換器１９の空気流れ下流側に設置され、室外機１０の室外送風機２３によって外気が送風され、第１室外熱交換器１９とともに室内暖房用の吸熱作用を果たす。そして、第１室外熱交換器１９で蒸発した気相冷媒は、四方弁１４と、冷媒を気液に分離してガス冷媒だけを圧縮機１２へ導出するアキュームレ−タ２４とを介し、圧縮機１２に吸入され、再び主冷媒路Ｒを循環する。
【００３４】
なお、本実施形態では可変容量型圧縮機１２の図示しない圧力制御弁、四方弁１４、両送風機２３、３３、各膨張弁２１、３１などは制御手段としての電気制御装置５０からの制御信号により電気的に制御されるようになっている。
【００３５】
エンジン１１は、エンジン１１を冷却するための冷却水が循環する冷却水回路Ｃを有している。ここで冷却水回路Ｃとして、冷却水の循環手段である冷却水ポンプ２５から押し出された冷却水は、エンジン１１のウォータージャケットを通り、冷却水出口からホースによって流路切換手段としての三方弁２７を介してラジエ−タ２８を通って冷却水ポンプ２０に戻る回路（回路１）と、三方弁２７を介して本発明の第２吸熱器である冷媒加熱器２９内の温水冷媒加熱器２９ｂを通って冷却水ポンプ２０に戻る回路（回路２）とから構成されている。
【００３６】
ラジエータ２８は冷房運転モード時などに温水排熱を外気に放熱するものである。ヒートポンプ式空調装置の冷房時には主に前者の回路１を、暖房時には主に後者の回路２を冷却水が流れるように三方弁２７が制御されるようになっている。なお、図１中の２６は、冷却水が低温の時は回路を短絡してエンジン１１側だけを流し、水温が上昇すると三方弁２７側に回路を開くサーモ弁である。
【００３７】
次に、本発明の要部構成である副回路３４について説明する。先ず２９は、暖房時にエンジン排熱を回収した温水（エンジン冷却水）で液冷媒を間接加熱して蒸発させる冷媒加熱器であり、本発明の第２吸熱器である。形態は低圧損のプレート式熱交換器であっても良いし、２重管熱交換器やシェルアンドチューブ式の熱交換器を使用しても良い。そして、主冷媒路Ｒのレシーバ１６から分岐して、過冷却熱交換器３５、液冷媒を圧送する冷媒ポンプとしての液冷媒ポンプ３７ａ、冷媒ポンプ３７への冷媒流量を調整する流量調整弁３８を介して冷媒加熱器２９に接続されている。
【００３８】
過冷却熱交換器３５は冷媒ポンプ３７のキャビテーション防止のため、高圧液冷媒を外気で冷却するものであるが、冷媒ポンプ３７の吸い込みの圧損が少なく、キャビテーションが起きなければ無くても良い。また、低圧側の低温冷媒との熱交換で冷却するものであっても良い。また、流量調整弁３８も、冷媒ポンプ３７がインバータなどで流量制御可能であれば無くても良い。そして、冷媒加熱器２９で加熱され蒸発したガス冷媒は、圧縮機１２と室内熱交換器３６との間（図２中のａ点）へ供給される。
【００３９】
本実施形態のヒートポンプ空調装置は上記の構成要素にて構成されている。そして、５０は、これらの室内機３０および室外機１０の運転制御を行う電子回路などからなる制御手段としての空調制御装置であり、図示しないセンサなどからの入力を受けると共に、エンジン１１、圧縮機１２、四方弁１４、室外膨張弁２１、室外送風機２３、冷却水ポンプ２５、三方弁２７、室内膨張弁３１、室内送風機３３、過冷却ファン３６、冷媒ポンプ３７、流量調整弁３８などに作動信号を出力するようになっている。
【００４０】
次に、上記構成のエジェクタ式サイクルの作動について説明する。先ずヒートポンプ式空調装置としての作動について述べるが、その作動は公知であるため簡単に述べる。
【００４１】
暖房運転モード時：図示しない操作パネルの暖房スイッチが起動されると、四方弁１４が暖房側（実線）に切り換えられ、冷媒は図１中の矢印の様に流れる。すなわち、圧縮機１２を出た高温のガス冷媒はオイルセパレータ１３から四方弁１４を通り、室内熱交換器３２で放熱凝縮し、暖房を行う。室内熱交換器３２を出た高圧の液冷媒は、室内膨張弁３１を通過し、レシーバ１６で気液分離される。
【００４２】
レシーバ１６内の液冷媒の一部は、過冷却熱交換器３５で過冷却された後、冷媒ポンプ３７で昇圧される。冷媒ポンプ３７の吐出液冷媒は流量調整弁３８で流量調整されて冷媒加熱器２９に供給され、ここでエンジン温水との熱交換で蒸発し、圧縮機１２の吐出ガスと合流した後、再び室内機３０に供給される。
【００４３】
一方、レシーバ１６を出た液冷媒は分岐し、一部は可変絞り機構１８を通りエジェクタ１７に駆動流として流入する。もう一方は、室外膨張弁２１を通って第２室外熱交換器２２に流入して蒸発し、外気から吸熱する。その後、エジェクタ１７の吸引流となって駆動流と混合する。混合した冷媒は、エジェクタ１７のディフューザ部１７ｂにて昇圧した後、第１室外熱交換器１９にて空気と熱交換（外気吸熱）して蒸発する。その後、四方弁１４を再び通り、アキュームレータ２４にて気液分離され、再び圧縮機１２に吸入され循環を繰り返す。
【００４４】
冷房運転モード時：図４は、図２のエジェクタ式サイクルにおける冷房運転モードの状態を示す模式図である。図示しない操作パネルの冷房スイッチが起動されると、四方弁１４が冷房側（図４での実線側）に切り換えられ、冷媒は図４中の矢印の様に流れる。すなわち、圧縮機１２を出た高温のガス冷媒は四方弁１６を通り、第１室外熱交換器１９で放熱凝縮され、エジエクタ１７の出口側に供給される。
【００４５】
エジェクタ１７の第２接続部から供給された冷媒は、ディフーザ部１７ｂから混合部１７ｄを経由して、ノズル部１７ａの小径側先端に達する。このとき、ノズル部１７ａの先端が小径の開口であるため、冷媒はほとんどノズル部１７ａ内に流入することなく、ノズル部１７ａを囲む吸引空間に流れ、第３接続部へ流出する。この結果、冷媒はエジェクタ１７の流体ポンプとしての流れ方向を逆流して、その後に第２室外熱交換器２２に流入する。
【００４６】
エジェクタ１７のノズル部１７ａが常開型である場合、あるいはその流路を閉じることのできる弁を備えない場合でも、ノズル部１７ａ内への大量の冷媒の流入が阻止される。本実施形態では、エジェクタ１７の可変ノズル機構１８は全閉として第１室外熱交換器１９を出た全冷媒が第２室外熱交換器２２に流入するようにする。なお、このノズル部１７ａの冷媒流れの遮断は、ノズル部１７ａの上流側すなわちレシーバ１６側の流路に開閉手段として開閉弁などを配置して制御装置５０によって開閉駆動するようにしても良い。
【００４７】
エジエクタ１７内を通過して吸引部１７ｃから流出した冷媒は第２室外熱交換器２２を流通し、ここでも放熱凝縮される。第２室外熱交換器２２を流出した冷媒は、室外膨張弁２１を通過し、レシーバ１６を経て室内膨張弁３１で減圧された後に室内熱交換器３２に流入し、室内空気から吸熱して蒸発し、冷房を行う。
【００４８】
その後、再び四方弁１４を通りアキュームレータ２４にて気液分離され、再び圧縮機１２へと戻る。この時、冷却水回路Ｃでは、上述した回路１を冷却水が流れる。すなわち、冷却水ポンプ２５を出た冷却水はエンジン１１を通って三方弁２７からラジエータ２８へと流れ、冷却された後再び冷却水ポンプ２５へと戻る。
【００４９】
次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、第１熱源として冷媒を圧縮する圧縮機１２と、圧縮機１２から吐出される冷媒と室内空気とを熱交換させて室内空気を加熱する室内熱交換器３２と、室内熱交換器３２下流側の冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒を吸引するエジェクタ１７と、圧縮機１２と室内熱交換器３２とエジェクタ１７とを含む環状の主冷媒路Ｒから分岐して設けられ、冷媒をエジェクタ１７に導き吸引させる分岐流路２０と、分岐流路２０に配置されて冷媒を蒸発させる第２室外熱交換器２２と、室内熱交換器３２から流出する冷媒を気液分離するレシーバ１６と、冷媒によってエンジン１１の熱を室内熱交換器３２へ供給する副回路３４とを設け、副回路３４は、エンジン１１からの冷却水によって冷媒を間接加熱して蒸発させる冷媒加熱器２９と、レシーバ１６内の液冷媒の一部を圧送する冷媒ポンプ３７とを有している。
【００５０】
これによれば、エジェクタ１７の昇圧効果によって、圧縮機１２の吸入圧力が過度に低下することがない。また、圧縮機１２の吸入圧力が高い状態でも、室外熱交換器の第２室外熱交換器２２は低い蒸発温度で外気から吸熱できるので、充分な外気吸熱量を確保することができる。以上の効果で圧縮機１２の吸入圧力を上昇させることができ、冷媒循環量を前記特許文献１に比べて増大させることができる。
【００５１】
また、圧縮機１２の吸入圧力を上昇させても、第１、第２室外熱交換器１９、２２は低圧に保てることから、外気との温度差を確保でき、外気吸熱量が低下することもない。上記の効果に加えて、冷媒循環量が増えることから、圧縮機１２の動力が増大する。すると駆動するエンジン１１の負荷が増大するため、温水排熱量も増大する。よって、冷凍サイクルに回収する排熱量も増大する。
【００５２】
上記のように外気吸熱増とエンジン排熱量の増大との相乗効果で暖房能力が増大する。一方、暖房能力が増大した分を、圧縮機１２の回転数を低減することで同一能力まで落として比較した場合には、低圧が上昇した点でバランスするため、圧縮機１２の圧縮比を低減できる。圧縮機１２の回転数低減と圧縮比低減の効果で圧縮機１２の断熱圧縮効率が上昇し、システムの効率を向上させることができる。
【００５３】
また、圧縮機１２の吐出側に四方弁１４を設けて主冷媒路Ｒの流れ方向を可逆できるように構成し、蒸発器２２を放熱器２２、放熱器３２を蒸発器３２とするとともに、圧縮機１２から吐出される冷媒を放熱器１９側へ流すようにした場合、エジェクタ１７のノズル部１７ａの冷媒流れを遮断するようにしている。
【００５４】
これによれば、圧縮機１２の吐出側に四方弁１４を設けて主冷媒路Ｒの流れ方向を可逆させることで、暖房運転モードと冷房運転モードとを簡単に切り換えることのできる冷凍サイクルを容易に構成することができる。
【００５５】
また、冷房運転モードとしたとき、ノズル部１７ａを通る冷媒流れを遮断して第２室外熱交換器２２に無駄なく高温の冷媒を流すことができ、冷凍サイクルの性能を無駄なく発揮させることができる。なお、ノズル部１７ａを流れる冷媒流れを遮断できる構成は、可変ノズル機構１８を全閉するようにしても良いし、ノズル部１７ａの冷媒流れ上流側に開閉手段を設ける構成としても良い。
【００５６】
また、気液分離器１６内の高圧液冷媒の一部を、冷媒ポンプ３７として液冷媒ポンプ３７ａで昇圧した後に冷媒加熱器２９に流通させてエンジン１１の熱と熱交換させるようにしている。これによれば、液冷媒を昇圧した後に熱交換させる場合は冷媒ポンプ３７として液冷媒ポンプ３７ａを用いた構成とすると良い。
【００５７】
（第１変形例）
図５は、図１のエジェクタ式サイクルに対する第１変形例のエジェクタ式サイクルの概念図をモリエル線図上に示した模式図である。図５に示すエジェクタ式サイクルは、上述した第１実施形態のエジェクタ式サイクルとは、主冷媒路Ｒからの分岐流路２０を、アキュームレータ２４の液冷媒貯留部から分岐させている点と、室外熱交換器が第２室外熱交換器２２のみである点が異なるが、このようなエジェクタ式サイクルであっても良く、この場合もエジェクタ１７の昇圧効果により、暖房能力の向上が図れる。
【００５８】
なお、図１のエジェクタ式サイクルは、図５のエジェクタ式サイクルの構成と比べた場合、次の理由で能力向上効果が大きい。図５の構成はアキュームレータ２４で気液分離した液冷媒のみを第２室外熱交換器２２に導き蒸発させる。その時、流入する冷媒は、潤滑オイルを多く含んだ冷媒となっている。サイクル内を循環するオイルは必ずアキュームレータ２４に帰還してそこで気液分離されるため、分離された液冷媒はオイルの濃度が非常に高くなっている。
【００５９】
そのため、蒸発器２２の熱交換チューブ内を流れる冷媒の量はオイルの体積分少なくり、冷媒循環量が目減りする。また、熱交換チューブの内面へのオイル付着によりチューブ内蒸発熱伝達率は低下するため、蒸発器としての性能が低下してしまう。第２室外熱交換器２２で蒸発を終えた冷媒とオイルは、再びアキュームレータ２４で分離されるため、オイルは熱交換器内を再循環する。一方、図１の構成とすれば、アキュームレータ２４の有り無しに係わらず、循環するオイルのみが１パスで流れることになり、図５の構成のようなオイル濃度の高い冷媒が流れることが無く、性能低下を防止することができる。
【００６０】
（第２変形例）
図６は、図１のエジェクタ式サイクルにおける第２変形例を示す部分模式図である。室外膨張弁２１として可変の電子膨張弁の代わりとして、キャピラリーチューブやオリフィスなどの固定絞り３９を用い、冷房運転モードとした場合に固定絞り３９をバイパスさせるために電磁弁４０や逆止弁４１を組み合わせて用いても良い。または、可逆電磁弁を用いても良い。
【００６１】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態（請求項４に対応）における冷媒加熱器２９を備えるエジェクタ式サイクルの概念図をモリエル線図上に示した模式図であり、図８は図７のエジェクタ式サイクルの全体構成を示す模式図であり、暖房運転モードの状態を示す。上述した第１実施形態と異なる特徴は、レシーバ１６内の高圧液冷媒の一部を、冷媒加熱器２９に流通させてエンジン１１の熱と熱交換させた後、冷媒ポンプ３７としてガス冷媒ポンプ３７ｂで昇圧するようにしている。
【００６２】
暖房運転モード時にエンジン１１で駆動される圧縮機１２によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、室内器３０内の放熱器３２で凝縮、放熱する。凝縮した冷媒は室外機１０内に戻され、レシーバ１６にて気液分離される。レシーバ１６内の液冷媒の一部は流量調整弁３８を通り、冷媒加熱器２９に供給され、ここでエンジン１１からの温水との熱交換で蒸発する。蒸発したガス冷媒はガス冷媒ポンプ３７ｂで圧縮され、圧縮機１２の吐出ガスと合流した後、再び室内機３０内の放熱器３２に供給される。
【００６３】
これによれば、液冷媒を熱交換させた後に昇圧する場合は冷媒ポンプ３７としてガス冷媒ポンプ３７ｂを用いた構成とすると良い。レシーバ１６を出た液冷媒の作用は、第１実施形態に記載の発明と同様であり、本発明の構成においても、第１実施形態に記載の効果を得ることができる。
【００６４】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態（請求項５に対応）における冷媒加熱器２９を備えるエジェクタ式サイクルの概念図をモリエル線図上に示した模式図であり、図１０は図９のエジェクタ式サイクルの全体構成を示す模式図であり、暖房運転モードの状態を示す。本実施形態の要部構成である副回路４１〜４４について説明する。
【００６５】
先ず２９は、暖房時にエンジン排熱を回収した温水（エンジン冷却水）で冷媒を間接加熱して蒸発させる冷媒加熱器であり、本発明の第２吸熱器である。密閉容器である蒸発タンク２９ａ内の重力方向下方には、先に説明した冷却水回路Ｃの構成の一部である温水冷媒加熱器２９ｂが配置されており、外部から流通されるエンジン冷却水によって蒸発タンク２９ａ内の重力方向下方に溜まる液冷媒を間接加熱するようになっている。
【００６６】
そして、この冷媒加熱器２９へは、主冷媒路Ｒのレシーバ１６から分岐して、第２電磁弁（第２弁手段）Ｖ２を介して液冷媒を供給する液冷媒供給路４１が外部から接続され、蒸発タンク２９ａ内の重力方向下方に液冷媒流入口４１ａを開口している。また、蒸発タンク２９ａ内の重力方向上方には、蒸発冷媒流出口４２ａが開口しており、その外部には、逆止弁（逆止手段）４２ｂを介して圧縮機１２と室内熱交換器３２との間（図１０中のａ点）へ蒸発タンク２９ａ内で蒸発した冷媒を供給する蒸発冷媒供給路４２が接続されている。
【００６７】
また、蒸発冷媒流出口４２ａの外部にはもう１つの経路として、液冷媒吸入用として第１電磁弁（第１弁手段）Ｖ１を介して圧縮機１２吸入側のアキュームレータ２４の上流（図１中のｃ点）と接続して冷媒加熱器２９内を吸引させる吸引路４３が設けられている。尚、本実施形態では蒸発冷媒供給路４２と吸引路４３とを図１中のｂ点から分岐して設けているが、蒸発タンク２９ａ内の重力方向上方に蒸発冷媒流出口４２ａを２つ設けて別々に接続しても良い。
【００６８】
また、蒸発タンク２９ａ内の重力方向下方には、潤滑オイル戻し口４４ａを開口させており、その外部にはオイル戻し用電動弁（オイル戻し用開閉手段）Ｖ３を介して圧縮機１２の吸入側と接続して蒸発タンク２９ａ内に溜まった潤滑オイルを圧縮機１２側へ戻すオイル戻し路４４が設けられている。尚、本実施形態でオイル戻し路４４の下流側は、圧縮機１２の吸入側に接続した吸引路４３の途中（図１中のｄ点）で合流させている。本実施形態のヒートポンプ空調装置は上記の構成要素にて構成されている。
【００６９】
次に、暖房時の冷媒加熱器２９を含めた副回路４１〜４４の作動について述べる。図１１は図１０のエジェクタ式サイクルにおける暖房運転モ−ドでの各弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉タイミングと、冷媒加熱器２９内の液冷媒量の変動とを示すタイムチャートである。副回路４１〜４４の作動は、流入工程と加圧工程の繰り返しで行われる。
【００７０】
まず流入工程では、液冷媒吸入用の第１電磁弁Ｖ１を微少時間だけ開弁するとともに第２電磁弁Ｖ２を微少時間だけ閉弁することにより、蒸発タンク２９ａ内の圧力を吸引路４３から圧縮機１２の吸引側に逃がすことで下げ、微少時間後に第１電磁弁Ｖ１を閉弁するとともに第２電磁弁Ｖ２を開弁に戻す。これにより、圧力の低くなった蒸発タンク２９ａ内へ液冷媒供給路４１から液冷媒が供給される。
【００７１】
次に加圧工程では、蒸発タンク２９ａ内の下方に溜まった液冷媒が温水冷媒加熱器２９ｂによって加熱され、高温高圧のガス冷媒となり、蒸発冷媒流出口４２ａから蒸発冷媒供給路４２を通って逆止弁４２ｂを通過し、圧縮機１２から室内熱交換器３２へ向かう吐出ガスに合流する。そして、蒸発タンク２９ａ内の液冷媒が無くなったら、再び第１、第２電磁弁Ｖ１、Ｖ２を操作して液冷媒を供給するものである。
【００７２】
尚、図１１のタイムチャートでは、第１、第２電磁弁Ｖ１、Ｖ２の操作を所定時間毎に繰り返すことで、定期的に蒸発タンク２９ａ内へ液冷媒を供給している。また、図１１のタイムチャートでは、第１電磁弁Ｖ１を４回開弁する間に１回位のタイミングでオイル戻し用電動弁Ｖ３を開弁して、蒸発タンク２９ａの底に溜まった潤滑オイルを圧縮機１２側へ戻している。
【００７３】
尚、オイル戻し用電動弁Ｖ３の開弁は、サイクル中のオイル量に応じて任意のタイミングで開弁するようにしても良い。また、オイル戻し用電動弁Ｖ３の代わりに、電磁弁とキャピラリーチューブ（減圧装置）の組み合わせで構成しても良い。また、冷却水回路Ｃの三方弁２７を、第１電磁弁Ｖ１の開弁に合わせて温水冷媒加熱器２９側からラジエータ２８側へと切り換えるようにしても良い。これは、液冷媒の供給タイミングと合わせて冷媒蒸発を抑えることにより、液冷媒の供給を素早く安定的に行うためである。
【００７４】
上述した各実施形態と異なる特徴として、副回路として、レシーバ１６から第２電磁弁Ｖ２を介して冷媒加熱器２９へ液冷媒を供給する液冷媒供給路４１と、冷媒加熱器２９内にて蒸発した冷媒を逆止弁４２ｂを介して圧縮機１２と室内熱交換器器３２との間へ供給する蒸発冷媒供給路４２と、冷媒加熱器２９から第１電磁弁Ｖ１を介して圧縮機１２の吸入側と接続して冷媒加熱器２９内を吸引させる吸引路４３とを備え、レシーバ１６内の高圧液冷媒の一部を間欠的にエンジン１１の熱と熱交換して昇圧するようにした構成としている。
【００７５】
このように、上述した各実施形態と異なり、冷媒ポンプ３７を用いずに昇圧させるものであっても良い。これによれば、上述の作動を繰り返すことにより、ほぼ連続的に高圧側での温水排熱回収ができ、圧縮動力の低減が可能であり、同等の圧縮動力であれば、暖房能力を大幅に向上することが可能である。
【００７６】
なお、上述の実施形態では、蒸発タンク２９ａを１個としているが、２個以上用いて交互に使用することで連続性を高める構成としても良い。また、上述の実施形態では、蒸発タンク２９ａ内の圧力を低圧で吸引することで蒸発タンク２９ａに液冷媒を供給しているが、低圧で吸引するという作動を行わず、レシーバ１６を蒸発タンク２９ａに対して充分なヘッド差が得られるだけ上方に配置し、レシーバ１６内の液冷媒の自重を利用して蒸発タンク２９ａ内に供給する構成としても良い。
【００７７】
（その他の実施形態）
本発明はエジェクタ式ヒートポンプサイクルに限るものではなく、通常のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用しても良い。また、上述の実施形態では、エジェクタ式サイクルを空調装置として構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンジンなどで駆動する蒸気圧縮式のエジェクタ式サイクルであれば、装置も給湯機、床暖房装置、乾燥装置など、冷凍サイクルを用いるものであれば良い。また、上述の実施形態では、水冷式エンジンの例を述べたが、エンジン以外の第２熱源を用いたシステムであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態における冷媒加熱器２９を備えるエジェクタ式サイクルの概念図をモリエル線図上に示した模式図である。
【図２】図１のエジェクタ式サイクルの全体構成を示す模式図であり、暖房運転モードの状態を示す。
【図３】エジェクタ１７の概要構造を示す縦断面図である。
【図４】図２のエジェクタ式サイクルにおける冷房運転モードの状態を示す模式図である。
【図５】図１のエジェクタ式サイクルに対する第１変形例のエジェクタ式サイクルの概念図をモリエル線図上に示した模式図である。
【図６】図１のエジェクタ式サイクルにおける第２変形例を示す部分模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態における冷媒加熱器２９を備えるエジェクタ式サイクルの概念図をモリエル線図上に示した模式図である。
【図８】図７のエジェクタ式サイクルの全体構成を示す模式図であり、暖房運転モードの状態を示す。
【図９】本発明の第３実施形態における冷媒加熱器２９を備えるエジェクタ式サイクルの概念図をモリエル線図上に示した模式図である。
【図１０】図９のエジェクタ式サイクルの全体構成を示す模式図であり、暖房運転モードの状態を示す。
【図１１】図１０のエジェクタ式サイクルにおける暖房運転モ−ドでの各弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉タイミングと、冷媒加熱器２９内の液冷媒量の変動とを示すタイムチャートである。
【図１２】従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける低圧側排熱回収を説明するモリエル線図である。
【図１３】特許文献１のガスヒートポンプ式冷凍装置における高圧側排熱回収を説明するモリエル線図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１…エンジン（第２熱源）
１２…圧縮機（第１熱源）
１４…四方弁（流路切り換え手段）
１６…レシーバ（気液分離器）
１７…エジェクタ
１７ａ…ノズル部
１９…第１室外熱交換器(放熱器)
２０…分岐流路
２２…第２室外熱交換器(蒸発器、放熱器)
２９…冷媒加熱器
３２…室内熱交換器(放熱器、蒸発器)
３４…副回路
３７…冷媒ポンプ
３７ａ…液冷媒ポンプ
３７ｂ…ガス冷媒ポンプ
４１…液冷媒供給路
４２…蒸発冷媒供給路
４２ｂ…逆止弁（逆止手段）
４３…吸引路
Ｒ…主冷媒路
Ｖ１…第１電磁弁（第１弁手段）
Ｖ２…第２電磁弁（第２弁手段）
【図１】
0004609230.tif 000002
【図２】
0004609230.tif 000003
【図３】
0004609230.tif 000004
【図４】
0004609230.tif 000005
【図５】
0004609230.tif 000006
【図６】
0004609230.tif 000007
【図７】
0004609230.tif 000008
【図８】
0004609230.tif 000009
【図９】
0004609230.tif 000010
【図１０】
0004609230.tif 000011
【図１１】
0004609230.tif 000012
【図１２】
0004609230.tif 000013
【図１３】
0004609230.tif 000014