(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を吸入し、圧縮して、吐出する圧縮機（１０）と、
前記圧縮機（１０）によって前記冷媒が流される冷媒循環路に配置され、入口と吐出口とが直列に接続され、前記入口から供給される高圧冷媒を前記吐出口へ向けて噴射することにより吸引口（３３）から前記冷媒を吸引して前記吐出口へ送り出すエジェクタ（３０）と、
前記入口と前記吸引口（３３）との間を連絡し、分岐部から一方の流路と他方の流路に分岐し、前記分岐部と前記入口とを連絡する流路が前記一方の流路として構成され、前記分岐部と前記吸引口（３３）とを連絡する流路が前記他方の流路として構成される分岐通路（５５）と、
前記分岐通路（５５）のうち前記他方の流路に配置された絞り手段（４０）と、
前記吸引口（３３）と絞り手段（４０）との間に配置された第１熱交換器（５０）と、
前記圧縮機（１０）から前記分岐部にいたる前記冷媒循環路に設けられた第２熱交換器（２０）と、
前記エジェクタ（３０）と前記圧縮機（１０）との間に前記冷媒と外部流体との熱交換を行う第３熱交換器（５１）と、
前記吸引口（３３）と前記第１熱交換器（５０）との間に配置された第２絞り手段（４１）と、
前記入口に前記高圧冷媒を供給し、前記第１熱交換器（５０）から前記吸引口（３３）へ前記冷媒が流れる第１モードと、前記吐出口に前記高圧冷媒を供給し、前記吸引口（３３）から前記第１熱交換器（５０）に前記冷媒が流れる第２モードとを切り換える四方弁（６０）とを備え、
前記第１モードでは、前記圧縮機（１０）、前記四方弁（６０）、前記第２熱交換器（２０）、前記分岐通路（５５）及び前記四方弁（６０）から前記圧縮機（１０）に戻る流路で前記冷媒が流れ、前記分岐通路（５５）では前記一方の流路が、前記エジェクタ（３０）の前記入口に前記冷媒を流す流路を構成し、前記分岐通路（５５）における前記他方の流路が前記絞り手段（４０）及び前記第１熱交換器（５０）を流れて前記エジェクタ（３０）の前記吸引口（３３）に至る流路を構成し、
前記第２モードでは、前記圧縮機（１０）、前記四方弁（６０）、前記第３熱交換器（５１）、前記エジェクタ（３０）の前記吐出口、前記エジェクタ（３０）の前記吸引口（３３）、前記第２絞り手段、前記第１熱交換器（５０）、前記絞り手段（４０）、前記分岐部、前記第２熱交換器（２０）、前記四方弁（６０）及び前記圧縮機（１０）に至る流路を構成し、
前記第２モードでは、前記第３熱交換器（５１）が、前記第３熱交換器の外部流体を加熱できる状態となり、前記第１熱交換器（５０）が前記第１熱交換器の外部流体を冷却できる状態となり、前記第１熱交換器（５０）から前記第３熱交換器（５１）へ空調用空気を流通させることを特徴とするエジェクタ式サイクル。
【請求項２】
前記エジェクタ（３０）の前記入口と前記第１熱交換器（５０）との間には、前記第１モードにおいては前記第１熱交換器（５０）を低温側とし、前記第２モードにおいては前記第１熱交換器（５０）を高温側とする前記絞り手段（４０）と、
前記冷媒循環路には、前記第１モードにおいては高温側となり、前記第２モードにおいては低温側となる前記第２熱交換器（２０）とを備える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】
前記エジェクタ（３０）と前記圧縮機（１０）との間に、前記第１モード時に前記第２熱交換器（２０）から流出し、前記絞り手段（４０）に流入する前の前記冷媒と前記エジェクタ（３０）から流出して前記圧縮機（１０）に吸入される前記冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）を設けたことを特徴とする請求項２に記載のエジェクタ式サイクル。
【請求項４】
前記熱回収手段（７０）に流通する前記第２熱交換器（２０）から流出した前記冷媒として、前記分岐流路（５５）に流入した前記冷媒を用いたことを特徴とする請求項３に記載のエジェクタ式サイクル。
【請求項５】
前記第１熱交換器（５０）と前記第３熱交換器（５１）とを一体として形成した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６】
前記第２熱交換器（２０）側に前記エジェクタ（３０）とは別の第２エジェクタ（３５）と前記分岐流路（５５）とは別の第２分岐流路（５６）とを設け、前記第２モード時に前記第１熱交換器（５０）下流側の前記高圧冷媒が流入する前記第２エジェクタ（３５）の入口と、この入口上流側の前記冷媒循環路から分岐させた前記冷媒の流れを前記第２エジェクタ（３５）の吸引口（３３）に導く前記第２分岐流路（５６）と、前記第２分岐流路（５６）に配置され、前記冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する前記第２熱交換器（２０）とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のエジェクタ式サイクル。
【請求項７】
高圧側の前記冷媒の圧力が臨界圧力以上となることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエジェクタ式サイクル。
【請求項８】
前記第１モードにおいて前記分岐通路（５５）に配置された前記第１熱交換器（５０）に着霜する場合、除霜運転として前記四方弁（６０）を前記第２モードに切り換えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のエジェクタ式サイクル。
【請求項９】
前記エジェクタ（３０）のノズル部（３１）を流れる前記冷媒の流れを遮断できる構成とするとともに、前記エジェクタ（３０）の前記吸引口（３３）から前記冷媒を流出させる場合には前記エジェクタ（３０）の前記ノズル部（３１）の前記冷媒の流れを遮断することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のエジェクタ式サイクル。
【請求項１０】
冷媒を吸入し、圧縮して、吐出する圧縮機（１０）と、
前記圧縮機（１０）によって前記冷媒が流される冷媒循環路に配置され、入口と吐出口とが直列に接続され、前記入口から供給される高圧冷媒を前記吐出口へ向けて噴射することにより吸引口（３３）から前記冷媒を吸引して前記吐出口へ送り出すエジェクタ（３０）と、
前記入口と前記吸引口（３３）との間を連絡し、分岐部から一方の流路と他方の流路に分岐し、前記分岐部と前記入口とを連絡する流路が前記一方の流路として構成され、前記分岐部と前記吸引口（３３）とを連絡する流路が前記他方の流路として構成される分岐通路（５５）と、
前記分岐通路（５５）のうち前記他方の流路に配置された絞り手段（４０）と、
前記吸引口（３３）と絞り手段（４０）との間に配置された第１熱交換器（５０）と、
前記圧縮機（１０）から前記分岐部にいたる前記冷媒循環路に設けられた第２熱交換器（２０）と、
前記入口に前記高圧冷媒を供給し、前記第１熱交換器（５０）から前記吸引口（３３）へ前記冷媒が流れる第１モードと、前記吐出口に前記高圧冷媒を供給し、前記吸引口（３３）から前記第１熱交換器（５０）に前記冷媒が流れる第２モードとを切り換える四方弁（６０）とを備え、
前記第１モードでは、前記圧縮機（１０）、前記四方弁（６０）、前記第２熱交換器（２０）、前記分岐通路（５５）及び前記四方弁（６０）から前記圧縮機（１０）に戻る流路で前記冷媒が流れ、前記分岐通路（５５）では前記一方の流路が、前記エジェクタ（３０）の前記入口に前記冷媒を流す流路を構成し、前記分岐通路（５５）における前記他方の流路が前記絞り手段（４０）及び前記第１熱交換器（５０）を流れて前記エジェクタ（３０）の前記吸引口（３３）に至る流路を構成し、
前記第２モードでは、前記圧縮機（１０）、前記エジェクタ（３０）の前記吐出口、前記エジェクタ（３０）の前記吸引口（３３）、前記第１熱交換器（５０）、前記絞り手段（４０）、前記分岐部、前記第２熱交換器（２０）、前記四方弁（６０）及び前記圧縮機（１０）に至る流路を構成し、
前記第２熱交換器（２０）側に前記エジェクタ（３０）とは別の第２エジェクタ（３５）と前記分岐流路（５５）とは別の第２分岐流路（５６）とを設け、前記第２モード時に前記第１熱交換器（５０）下流側の前記高圧冷媒が流入する前記第２エジェクタ（３５）の入口と、この入口上流側の前記冷媒循環路から分岐させた前記冷媒の流れを前記第２エジェクタ（３５）の吸引口（３３）に導く前記第２分岐流路（５６）と、前記第２分岐流路（５６）に配置され、前記冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する前記第２熱交換器（２０）とを備えることを特徴とする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、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルにエジェクタを適用したエジェクタ式サイクルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エジェクタを用いて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを構成した従来特許として、例えば下記特許文献１に記載の如く、四方弁を２個用いて２つの熱交換器を高温側と低温側とに切り換えるエジェクタ式ヒートポンプサイクルが提案されている。
【特許文献１】米国特許第６，５５０，２６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、四方弁２個を用いて構成することはコスト的に高くなるうえ、搭載性も悪くなることが問題となっている。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、高温側と低温側との切り換えを簡素な構成とし、コストを抑えて搭載性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】
【０００４】
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１０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、
冷媒を吸入し、圧縮して、吐出する圧縮機（１０）と、
圧縮機（１０）によって冷媒が流される冷媒循環路に配置され、入口と吐出口とが直列に接続され、入口から供給される高圧冷媒を吐出口へ向けて噴射することにより吸引口（３３）から冷媒を吸引して吐出口へ送り出すエジェクタ（３０）と、
入口と吸引口（３３）との間を連絡し、分岐部から一方の流路と他方の流路に分岐し、分岐部と入口とを連絡する流路が一方の流路として構成され、分岐部と吸引口（３３）とを連絡する流路が他方の流路として構成される分岐通路（５５）と、
分岐通路（５５）のうち他方の流路に配置された絞り手段（４０）と、
吸引口（３３）と絞り手段（４０）との間に配置された第１熱交換器（５０）と、
圧縮機（１０）から分岐部にいたる冷媒循環路に設けられた第２熱交換器（２０）と、
エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に冷媒と外部流体との熱交換を行う第３熱交換器（５１）と、
吸引口（３３）と第１熱交換器（５０）との間に配置された第２絞り手段（４１）と、
入口に高圧冷媒を供給し、第１熱交換器（５０）から吸引口（３３）へ冷媒が流れる第１モードと、吐出口に高圧冷媒を供給し、吸引口（３３）から第１熱交換器（５０）に冷媒が流れる第２モードとを切り換える四方弁（６０）とを備え、
第１モードでは、圧縮機（１０）、四方弁（６０）、第２熱交換器（２０）、分岐通路（５５）及び四方弁（６０）から圧縮機（１０）に戻る流路で冷媒が流れ、分岐通路（５５）では一方の流路が、エジェクタ（３０）の入口に冷媒を流す流路を構成し、分岐通路（５５）における他方の流路が絞り手段（４０）及び第１熱交換器（５０）を流れてエジェクタ（３０）の吸引口（３３）に至る流路を構成し、
第２モードでは、圧縮機（１０）、四方弁（６０）、第３熱交換器（５１）、エジェクタ（３０）の吐出口、エジェクタ（３０）の吸引口（３３）、第２絞り手段、第１熱交換器（５０）、絞り手段（４０）、分岐部、第２熱交換器（２０）、四方弁（６０）及び圧縮機（１０）に至る流路を構成し、
第２モードでは、第３熱交換器（５１）が、第３熱交換器の外部流体を加熱できる状態となり、第１熱交換器（５０）が第１熱交換器の外部流体を冷却できる状態となり、第１熱交換器（５０）から第３熱交換器（５１）へ空調用空気を流通させることを特徴とする。
【０００５】
これは、圧縮機（１０）から吐出される高圧冷媒を、四方弁（６０）によってエジェクタ（３０）の入口側に流通させるか、吐出口側に流通させるかを切り換えるようにしたものである。そして、圧縮機（１０）から吐出される高圧冷媒を吐出口側に流通させる場合は、エジェクタ（３０）を単なる配管のように冷媒が流れる通路として機能させている。
【０００６】
この請求項１に記載の発明によれば、高温側と低温側との切り換えを簡素な構成とできることから、コストを抑えて搭載性を向上させることができる。
つまり、第２モード時において、エジェクタの吸引口（３３）から第１熱交換器（５０）を介して分岐部に向かう冷媒が流れる冷媒流路は、第１モード時において、分岐部から第１熱交換器（５０）を介して吸引口（３３）に向かう冷媒が流れる冷媒通路と同一の冷媒通路である。つまり、この特定の冷媒通路を共有化し、冷媒の流れを逆方向にしている。このように、エジェクタの手前で上流側の冷媒流路が分岐するエジェクタ式サイクルに対して、四方弁を設け、さらに、第２モードと第１モードとで用いる冷媒通路を共用化したことによって、高温側と低温側の切替を簡素にし、コストを抑えて搭載性を向上させることができる。
なお、エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に第３の熱交換器を設けた構成としても良い。また、その第３の熱交換器と第１熱交換器（５０）とを一体にして構成しても良い。
さらに、前述した第２モードとした場合、圧縮機（１０）から吐出される高圧冷媒は第３熱交換器（５１）を通って外部流体を加熱できる状態となり、エジェクタ（３０）を通過し、第２絞り手段（４１）で減圧され、第１熱交換器（５０）を通って外部流体を冷却できる状態とできるため、外部流体として空調用空気を第１熱交換器（５０）から第３熱交換器（５１）へと連続して流通させれば、空調用空気の除湿を行うことができる。
ちなみに、第２絞り手段（４１）を全開とすれば、第３熱交換器（５１）も第１熱交換器（５０）も暖房用熱交換器として機能し、第２絞り手段（４１）の絞り程度によって除湿暖房も可能となる。
【０００７】
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、熱交換器（５０）は第１熱交換器として設けられ、
さらに、入口と第１熱交換器（５０）との間には、第１モードにおいては第１熱交換器（５０）を低温側とし、第２モードにおいては第１熱交換器（５０）を高温側とする絞り手段（４０）と、
冷媒循環路には、第１モードにおいては高温側となり、第２モードにおいては低温側となる第２熱交換器（２０）とを備えることを特徴としている。
【０００８】
この請求項２に記載の発明によれば、第１熱交換器（５０）と第２熱交換器（２０）との間で、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを構成することができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明では、エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に、第１モード時に第２熱交換器（２０）から流出し、絞り手段（４０）に流入する前の冷媒とエジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）を設けたことを特徴としている。
【００１０】
この請求項３に記載の発明によれば、上記の熱回収手段（７０）として二重管などの内部熱交換器を設けることにより、サブクールを増大させることで第１熱交換器（５０）入口のエンタルピを減少させる作用を持つため、第１熱交換器（５０）の入口と出口とのエンタルピ差を大きくとることができ、第１熱交換器（５０）の冷却性能を向上させることができる。
つまり、絞り手段に流入する前の高圧冷媒を熱回収手段（７０）で熱交換していることにより、サブクールを増大させることで第１熱交換器（５０）入口のエンタルピを減少させる作用を持つため、第１熱交換器（５０）の入口と出口とのエンタルピ差を大きくとることができ、第１熱交換器（５０）の冷却性能を向上させることができる。
【００１１】
上記の熱回収手段（７０）を設けた冷凍サイクルにおいては、圧縮機（１０）吸入側の過熱度が増大し、上記の熱回収手段（７０）を設けない従来の冷凍サイクルと比較して圧縮機（１０）の吐出温度が上昇するが、本発明ではエジェクタ（３０）の昇圧効果によって吸入圧力を上昇させることができるため、吐出温度上昇を抑制することができる。なお、熱回収手段（７０）の高圧側冷媒流路（７１）は、分岐流路（５５）の分岐点とエジェクタ（３０）のノズル部（３１）との間の部分に設けても良い。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のエジェクタ式サイクルにおいて、熱回収手段（７０）に流通する第２熱交換器（２０）から流出した冷媒として、分岐流路（５５）に流入した冷媒を用いたことを特徴としている。
【００１３】
この請求項４に記載の発明によれば、サブクールを増大させることで第１熱交換器（５０）入口のエンタルピを減少させる作用を持つため、第１熱交換器（５０）の入口と出口とのエンタルピ差を大きくとることができ、第１熱交換器（５０）の冷却性能を向上させることができる。
【００１４】
また、前述したようにエジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に第３の熱交換器を設けた場合、第１熱交換器（５０）出口のエンタルピが減少することで、第１熱交換器（５０）からの冷媒が合流する第３の熱交換器入口のエンタルピが減少し、第３の熱交換器の冷却性能をも向上させることができる。
【００１８】
また、請求項５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、第１熱交換器（５０）と第３熱交換器（５１）とを一体として形成したことを特徴としている。この請求項５に記載の発明によれば、一体としてコストを抑えられるうえ、熱交換器間の余分なスペースをなくせることで熱交換器の搭載性を向上させることができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明では、第２熱交換器（２０）側にエジェクタ（３０）とは別の第２エジェクタ（３５）と分岐流路（５５）とは別の第２分岐流路（５６）とを設け、第２モード時に第１熱交換器（５０）下流側の高圧冷媒が流入する第２エジェクタ（３５）の入口と、
この入口上流側の冷媒循環路から分岐させた冷媒の流れを第２エジェクタ（３５）の吸引口（３３）に導く第２分岐流路（５６）と、
第２分岐流路（５６）に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第２熱交換器（２０）とを備えることを特徴としている。
【００２０】
エジェクタ（３０）の昇圧効果による圧縮機（１０）の動力低減は、第１モードでも第２モードでも要望される。しかし、請求項1での構成において第１モード時はエジェクタ（３０）の効果が発揮されるが、第２モード時は従来の膨張弁サイクルと同じとなっている。そこで、この請求項７に記載の発明によれば、第２熱交換器（２０）側にもエジェクタ（３０）とは別の第２エジェクタ（３５）を設置し、第２モードにおいても第２エジェクタ（３５）の昇圧効果により圧縮機（１０）の省動力効果を得ることができるようにしたものである。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエジェクタ式サイクルにおいて、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となることを特徴としている。
【００２２】
臨界圧力未満のガスと液とが混在する二相流状態では、液とガスのスリップ（速度非平衡）によってノズル部（３１）内の流速が遅くなり、エジェクタ（３０、３５）の効率である昇圧量が低下するが、この請求項８に記載の発明によれば、高圧側の冷媒圧力を超臨界圧力で作動させることにより、エジェクタ（３０、３５）内が単相流となり、エジェクタ（３０、３５）単体の効率が向上するため、エジェクタ（３０、３５）の昇圧量が増大し、冷却性能を向上させることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明では、第１モードにおいて分岐通路（５５）に配置された第１熱交換器（５０）に着霜する場合、除霜運転として四方弁（６０）を第２モードに切り換えることを特徴としている。この請求項８に記載の発明によれば、四方弁（６０）を切り換えるだけの簡易な作動で、短時間で効率の良い除霜運転を行うことができる。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のエジェクタ式サイクルにおいて、エジェクタ（３０）のノズル部（３１）を流れる冷媒流れを遮断できる構成とするとともに、エジェクタ（３０）の吸引口（３３）から冷媒を流出させる場合にはエジェクタ（３０）のノズル部（３１）の冷媒流れを遮断することを特徴としている。
【００２５】
この請求項９に記載の発明によれば、吸引口（３３）から熱交換器（２０、５０）に冷媒が流れるモードとしたとき、ノズル部（３１）を通る冷媒流れを遮断して熱交換器（２０、５０）に無駄なく高温の冷媒を流すことができ、サイクルの性能を無駄なく発揮させることができる。これは、請求項８に記載の除霜運転であれば、より短時間で効率の良い除霜運転を行うことができる。
【００２６】
なお、ノズル部（３１）を流れる冷媒流れを遮断できる構成は、可変ノズル機構を全閉するようにしても良いし、ノズル部（３１）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。また、本除霜方法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。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。
また、請求項１０の発明では、
冷媒を吸入し、圧縮して、吐出する圧縮機（１０）と、
前記圧縮機（１０）によって前記冷媒が流される冷媒循環路に配置され、入口と吐出口とが直列に接続され、前記入口から供給される高圧冷媒を前記吐出口へ向けて噴射することにより吸引口（３３）から前記冷媒を吸引して前記吐出口へ送り出すエジェクタ（３０）と、
前記入口と前記吸引口（３３）との間を連絡し、分岐部から一方の流路と他方の流路に分岐し、前記分岐部と前記入口とを連絡する流路が前記一方の流路として構成され、前記分岐部と前記吸引口（３３）とを連絡する流路が前記他方の流路として構成される分岐通路（５５）と、
前記分岐通路（５５）のうち前記他方の流路に配置された絞り手段（４０）と、
前記吸引口（３３）と絞り手段（４０）との間に配置された第１熱交換器（５０）と、
前記圧縮機（１０）から前記分岐部にいたる前記冷媒循環路に設けられた第２熱交換器（２０）と、
前記入口に前記高圧冷媒を供給し、前記第１熱交換器（５０）から前記吸引口（３３）へ前記冷媒が流れる第１モードと、前記吐出口に前記高圧冷媒を供給し、前記吸引口（３３）から前記第１熱交換器（５０）に前記冷媒が流れる第２モードとを切り換える四方弁（６０）とを備え、
前記第１モードでは、前記圧縮機（１０）、前記四方弁（６０）、前記第２熱交換器（２０）、前記分岐通路（５５）及び前記四方弁（６０）から前記圧縮機（１０）に戻る流路で前記冷媒が流れ、前記分岐通路（５５）では前記一方の流路が、前記エジェクタ（３０）の前記入口に前記冷媒を流す流路を構成し、前記分岐通路（５５）における前記他方の流路が前記絞り手段（４０）及び前記第１熱交換器（５０）を流れて前記エジェクタ（３０）の前記吸引口（３３）に至る流路を構成し、
前記第２モードでは、前記圧縮機（１０）、前記エジェクタ（３０）の前記吐出口、前記エジェクタ（３０）の前記吸引口（３３）、前記第１熱交換器（５０）、前記絞り手段（４０）、前記分岐部、前記第２熱交換器（２０）、前記四方弁（６０）及び前記圧縮機（１０）に至る流路を構成し、
前記第２熱交換器（２０）側に前記エジェクタ（３０）とは別の第２エジェクタ（３５）と前記分岐流路（５５）とは別の第２分岐流路（５６）とを設け、前記第２モード時に前記第１熱交換器（５０）下流側の前記高圧冷媒が流入する前記第２エジェクタ（３５）の入口と、この入口上流側の前記冷媒循環路から分岐させた前記冷媒の流れを前記第２エジェクタ（３５）の吸引口（３３）に導く前記第２分岐流路（５６）と、前記第２分岐流路（５６）に配置され、前記冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する前記第２熱交換器（２０）とを備えることを特徴とする。
第２熱交換器（２０）側にも第２エジェクタ（３５）を設置しているため、第２モードにおいても第２エジェクタ（３５）の昇圧効果により圧縮機（１０）の省動力効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について添付した図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図であり、冷却運転モード、例えば冷房運転モードを示している。また、図２は図１のエジェクタ式サイクルにおける加熱運転モード、例えば暖房運転モードを示す模式図である。
【００２８】
ここで、冷却運転モードとは、利用側熱交換器としての室内熱交換器あるいは庫内熱交換器を低温として、被冷却媒体としての空調空気や水などを冷却する運転モードであり、空調装置に適用された場合の冷房運転、あるいは冷蔵庫、冷凍庫などに適用された場合の冷蔵、冷凍運転を含む。
【００２９】
また、加熱運転モードとは、利用側熱交換器としての室内熱交換器、庫内熱交換器あるいは水冷媒熱交換器を高温として、被加熱媒体としての空調空気や水などを加熱する運転モードであり、空調装置に適用された場合の暖房運転、高温貯蔵庫などに適用された場合の加温運転、あるいは温水器に適用された場合の湯沸かし運転を含む。なお、本実施形態は、本発明におけるエジェクタ式サイクルを二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒とする車両用空調装置に適用したものである。
【００３０】
圧縮機１０は、図示しない走行用エンジンなどの駆動源から駆動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、本実施形態における圧縮機１０は、圧縮機１０に吸入される冷媒の温度が所定温度となるように、その吐出流量（吐出容量）を可変制御する可変容量型圧縮機を採用しており、その吐出流量（吐出容量）は、制御手段としての電子制御装置１００によって制御される。
【００３１】
圧縮機１０の吐出側には、流路切換手段としての四方弁６０が接続されており、圧縮機１０から吐出される高圧冷媒を、後述の室外熱交換器２０もしくは後述のエジェクタ３０の出口側に切換供給するようになっている。四方弁６０は、電子制御装置１００によって制御される。
【００３２】
第２熱交換器としての室外熱交換器２０は、内部を流れる冷媒と、図示しない送風機から送風される外部流体としての車室外空気とを熱交換する熱交換器である。また、第１熱交換器としての室内熱交換器５０は、内部を流れる冷媒と、図示しない送風機から送風されて車室内に吹き出す外部流体としての空調用空気とを熱交換する熱交換器である。
【００３３】
４０は、流通する冷媒流れを減圧するキャピラリーチューブ（固定絞り）などの絞り手段である。エジエクタ３０は、室外熱交換器２０から流出する冷媒をノズル部３１で減圧膨張させ、室内熱交換器５０にて蒸発した気相冷媒を吸引口３３から吸引するとともに、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。このエジェクタ３０から流出する冷媒は圧縮機１０に吸入され、冷媒循環路を形成している。
【００３４】
エジェクタ３０は、ノズル部３１の大径側に連通する第１接続部と、ノズル部３１からの噴流の下流側に位置し、エジェクタ３０のディフーザ部に連通する第２接続部と、ノズル部３１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冷却運転と加熱運転とにおいて反転する。冷却運転においては、第２接続部は出口となり、第３接続部は吸引口となる。また加熱運転においては、第２接続部は入口となり、第３接続部は出口となる。
【００３５】
この冷媒循環路において、室外熱交換器２０とエジエクタ３０のノズル３１との間に分岐点を設け、その分岐点と先の吸引口３３とを結ぶ分岐流路５５を設けるとともに、この分岐流路５５には、分岐点側に先の絞り手段４０と、吸引口３３側に先の室内熱交換器５０とを設けている。
【００３６】
ここで、エジエクタ３０は、図１に示す流路状態では、室外熱交換器２０から流出した高圧冷媒の圧力エネルギー（圧力ヘッド）を速度エネルギー（速度ヘッド）に変換して冷媒を減圧膨張させるノズル部３１、室内熱交換器５０にて蒸発した気相冷媒を吸引する吸引口３３、ノズル部３１から噴射する高い速度の冷媒流（ジェット流）により吸引口３３から冷媒を吸引しながら、ノズル部３１から噴射する冷媒と室内熱交換器５０から吸引した冷媒とを混合させる混合部、および混合部から流出する冷媒の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部などからなるものである。
【００３７】
また、吸引口３３の先端側は、混合部に近づくほど通路断面積が縮小するように円錐テーパ状に形成され、ディフィーザ部は、冷媒出口側に向かうほど通路断面積が拡大するように円錐テーパ状に形成されている。
【００３８】
次に、上記構成のエジェクタ式サイクルにおける作動について述べる。まず、図１に示す室内熱交換器５０が低温側となる冷房運転モード（本発明でいうところの第１モード）について説明する。圧縮機１０が起動すると、吸入側から気相冷媒が圧縮機１０に吸入され、圧縮された冷媒が四方弁６０によって室外熱交換器２０に吐出される。室外熱交換器２０で外気によって冷却された冷媒は、エジエクタ３０のノズル３１に流入する駆動流と、絞り手段４０から室内熱交換器５０を経由する吸引流とに分岐される。
【００３９】
ノズル３１に流入した冷媒は、減圧膨張して室内熱交換器５０内の冷媒を吸引する。そして、室内熱交換器５０から吸引した吸引流の冷媒と、ノズル３１から吹き出す駆動流の冷媒とを混合部で混合しながらディフューザ部にてその動圧が静圧に変換され、エジエクタ３０を流出した冷媒は四方弁６０を介して圧縮機１０へと戻る。一方、吸引流の冷媒は、絞り手段４０で減圧された後に室内熱交換器５０に流入し、車室内に吹き出す空調用空気から吸熱して蒸発し、空調用空気を冷却した後エジエクタ３０によって吸引される。
【００４０】
このとき、混合部においては、駆動流の運動量と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、混合部においても冷媒の圧力が（静圧）が上昇する。一方、ディフューザ部においては、前述の如く、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ー（動圧）を圧力エネルギー（静圧）に変換するので、エジエクタ３０においては、混合部およびディフューザ部の両者にて冷媒圧力を昇圧する。
【００４１】
そこで、混合部とディフューザ部とを総称して昇圧部３２と呼んでいる。つまり、理想的なエジエクタ３０においては、混合部で駆動流の運動量と吸引流の運動量との和が保存されるように冷媒圧力が増大し、ディフューザ部でエネルギーが保存されるように冷媒圧力が増大する。
【００４２】
次に、図２に示す室内熱交換器５０が高温側となる暖房運転モード（本発明でいうところの第２モード）について説明する。圧縮機１０が起動すると、吸入側から気相冷媒が圧縮機１０に吸入され、圧縮された冷媒が四方弁６０によってエジエクタ３０の出口側に供給される。
【００４３】
エジェクタ３０の第２接続部から供給された冷媒は、ディフーザ部から混合部を経由して、ノズル部３１の小径側先端に達する。このとき、ノズル部３１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３１内に流入することなく、ノズル部３１を囲む吸引空間に流れ、第３接続部へ流出する。
【００４４】
この結果、冷媒はエジェクタ３０の流体ポンプとしての流れ方向を逆流して、その後に熱交換器５０に流入する。エジェクタ３０のノズル部３１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３１内への大量の冷媒の流入が阻止される。
【００４５】
エジェクタ３０のノズル部３１に、ノズル部３１内の通路を開閉できる弁としてのニードル弁を備える場合には、ニードル弁を閉じる駆動機構を設け、その制御手段を制御装置１００に備えても良い。ノズル部３１の上流側、すなわち熱交換器２０側の流路に開閉弁を配置して制御装置１００により開閉駆動しても良い。
【００４６】
エジエクタ３０内を通過して吸引口３３から流出した冷媒は室内熱交換器５０を流通し、車室内に吹き出す空調用空気を加熱することで冷却される。室内熱交換器５０を流出した冷媒は、絞り手段４０で減圧された後に室外熱交換器２０に流入し、外気から吸熱して蒸発する。そして、室外熱交換器２０を流出した冷媒は、四方弁６０を介して圧縮機１０へと戻る。
【００４７】
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、冷媒を吸入し、圧縮して、吐出する圧縮機１０と、圧縮機１０によって冷媒が流される冷媒循環路に配置され、入口と吐出口とが直列に接続され、入口から供給される高圧冷媒を吐出口へ向けて噴射することにより吸引口３３から冷媒を吸引して吐出口へ送り出すエジェクタ３０と、入口と吸引口３３との間を連絡する分岐通路５５と、分岐通路５５に配置された室内熱交換器５０と、入口に高圧冷媒を供給し、室内熱交換器５０から吸引口３３へ冷媒が流れる第１モードと、吐出口に高圧冷媒を供給し、吸引口３３から室内熱交換器５０に冷媒が流れる第２モードとを切り換える四方弁６０とを備えている。
【００４８】
これは、圧縮機１０から吐出される高圧冷媒を、四方弁６０によってエジェクタ３０の入口側に流通させるか、吐出口側に流通させるかを切り換えるようにしたものである。そして、圧縮機１０から吐出される高圧冷媒を吐出口側に流通させる場合は、エジェクタ３０を単なる配管のように冷媒が流れる通路として機能させている。
【００４９】
これによれば、高温側と低温側との切り換えを簡素な構成とできることから、コストを抑えて搭載性を向上させることができる。なお、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に第３の熱交換器を設けた構成としても良い。この第３の熱交換器は、室内熱交換器５０とは別体として構成され、室内熱交換器５０とは独立して空気が流れるように配置しても良い。また、その第３の熱交換器と室内熱交換器５０とを一体に構成し、空気が直列に流れるように配置して構成しても良い。
【００５０】
また、室内熱交換器５０は第１熱交換器として設けられ、さらに、入口と室内熱交換器５０との間には、第１モードにおいては室内熱交換器５０を低温側とし、第２モードにおいては室内熱交換器５０を高温側とする絞り手段４０と、冷媒循環路には、第１モードにおいては高温側となり、第２モードにおいては低温側となる室外熱交換器２０とを備えている。これによれば、室内熱交換器５０と室外熱交換器２０との間で、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを構成することができる。
【００５１】
また、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるようにしている。臨界圧力未満のガスと液とが混在する二相流状態では、液とガスのスリップ（速度非平衡）によってノズル部３１内の流速が遅くなり、エジェクタ３０の効率である昇圧量が低下するが、これによれば、高圧側の冷媒圧力を超臨界圧力で作動させることにより、エジェクタ３０内が単相流となり、エジェクタ３０単体の効率が向上するため、エジェクタ３０の昇圧量が増大し、冷却性能を向上させることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に、第１モード時に室外熱交換器２０から流出する冷媒とエジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段としての内部熱交換器７０を設けている。
【００５３】
これによれば、二重管などの内部熱交換器を設けることにより、サブクールを増大させることで室内熱交換器５０入口のエンタルピを減少させる作用を持つため、室内熱交換器５０の入口と出口とのエンタルピ差を大きくとることができ、室内熱交換器５０の冷却性能を向上させることができる。
【００５４】
内部熱交換器７０を設けた冷凍サイクルにおいては、圧縮機１０吸入側の過熱度が増大し、内部熱交換器７０を設けない従来の冷凍サイクルと比較して圧縮機１０の吐出温度が上昇するが、本発明ではエジェクタ３０の昇圧効果によって吸入圧力を上昇させることができるため、吐出温度上昇を抑制することができる。なお、内部熱交換器７０の高圧側冷媒流路７１は、分岐流路５５の分岐点とノズル部３１との間の部分に設けても良い。ちなみに、図３中の７２は、低圧側冷媒流路である。
【００５５】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、内部熱交換器７０に流通する室外熱交換器２０から流出した冷媒として、分岐流路５５に流入した冷媒を用いている。これによれば、サブクールを増大させることで室内熱交換器５０入口のエンタルピを減少させる作用を持つため、室内熱交換器５０の入口と出口とのエンタルピ差を大きくとることができ、室内熱交換器５０の冷却性能を向上させることができる。
【００５６】
また、前述したようにエジェクタ３０と圧縮機１０との間に第３の熱交換器を設けた場合、室内熱交換器５０出口のエンタルピが減少することで、室内熱交換器５０からの冷媒が合流する第３の熱交換器入口のエンタルピが減少し、第３の熱交換器の冷却性能をも向上させることができる。
【００５７】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、まず、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に冷媒と車室内に吹き出す空調用空気との熱交換を行う第３熱交換器５１と、吸引口３３と室内熱交換器５０との間に第２絞り手段４０とを設けている。
【００５８】
これによれば、暖房運転モードとした場合、圧縮機１０から吐出される高圧冷媒は第３熱交換器５１を通って外部流体を加熱できる状態となり、エジェクタ３０を通過し、第２絞り手段４１で減圧され、室内熱交換器５０を通って外部流体を冷却できる状態とできるため、空調用空気を室内熱交換器５０から第３熱交換器５１へと連続して流通させれば、空調用空気の除湿を行うことができる。
【００５９】
ちなみに、第２絞り手段４１を全開とすれば、第３熱交換器５１も室内熱交換器５０も暖房用熱交換器として機能し、第２絞り手段４１の絞り程度によって除湿暖房も可能となる。また、室内熱交換器５０と第３熱交換器５１とを一体として形成している。これによれば、一体としてコストを抑えられるうえ、熱交換器間の余分なスペースをなくせることで熱交換器の搭載性を向上させることができる。
【００６０】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、室外熱交換器２０側に第２エジェクタ３５と第２分岐流路５６とを設け、第２モード時に室内熱交換器５０下流側の高圧冷媒が流入する第２エジェクタ３５の入口と、入口上流側の冷媒循環路から分岐させた冷媒流れを第２エジェクタ３５の吸引口３３に導く第２分岐流路５６と、第２分岐流路５６に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する室外熱交換器２０としている。
【００６１】
エジェクタ３０の昇圧効果による圧縮機１０の動力低減は、冷房運転モードでも暖房運転モードでも要望される。しかし、第１実施形態での構成において冷房運転モード時はエジェクタ３０の効果が発揮されるが、暖房運転モード時は従来の膨張弁サイクルと同じとなっている。そこで、これによれば、室外熱交換器２０側にも第２エジェクタ３５を設置し、暖房運転モードにおいても第２エジェクタ３５の昇圧効果により圧縮機１０の省動力効果を得ることができるようにしたものである。なお、図６では、第２エジェクタ３５と圧縮機１０との間に第４熱交換器２１を設けたものである。
【００６２】
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。前述の各実施形態において四方弁６０による冷媒流通方向の切り換えは、暖房側と冷房側との切り換えを目的としていたが、この実施形態では、ヒートポンプサイクルの冷却運転中における室内熱交換器５０の除霜運転のために四方弁６０が制御される。ヒートポンプサイクルを連続して第１モード（冷房運転）にて運転する場合、低温側となる蒸発器への着霜が懸念される。
【００６３】
特に、第１熱交換器５０においては、第３熱交換器５１より低温側で運転されるため、有効な除霜手段が必要である。また、除霜時間はトータルのヒートポンプ能力に影響するため、即効性があって除霜に要する時間が短い手段が望ましい。そこで、前述の各実施形態と同様に、四方弁６０を切り換えて冷媒流通方向を逆転させることで、除霜を行うものである。これによれば、四方弁６０を切り換えるだけの簡易な作動で、短時間で効率の良い除霜運転を行うことができる。
【００６４】
また、エジェクタ３０のノズル部３１を流れる冷媒流れを遮断できる構成とするとともに、吸引口３３から冷媒を流出させる場合にはノズル部３１の冷媒流れを遮断するようにしている。これによれば、吸引口３３から第１熱交換器５０に冷媒が流れるモードとしたとき、ノズル部３１を通る冷媒流れを遮断して第１熱交換器５０に無駄なく高温の冷媒を流すことができ、サイクルの性能を無駄なく発揮させることができる。
【００６５】
つまり、本実施形態の除霜運転であれば、より短時間で効率の良い除霜運転を行うことができる。なお、ノズル部３１を流れる冷媒流れを遮断できる構成は、図示しない可変ノズル機構を全閉するようにしても良いし、ノズル部３１の冷媒流れ上流側に図示しない開閉手段を設ける構成としても良い。また、本除霜方法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。
【００６６】
除霜時には、蒸発器５０に設置した図示しない温度センサによって着霜を検出し、所定の温度以下で所定の時間以上運転が連続した場合、四方弁６０により流路を逆転させ、除霜運転に入る。または、所定外気温度範囲ごとの圧縮機１０の積算運転時間を予め決めておき、その所定積算運転時間に達するたびに除霜運転に入るようにしても良い。除霜運転は、制御装置１００からの指令によって冷却運転状態にある四方弁６０を一定時間だけ、あるいは除霜効果が温度センサ５０ｂによって検出されるまで加熱運転状態に駆動して提供される。
【００６７】
また、冷却対象空間へ温風を吹き出すのを防止するため、除霜運転時は蒸発器５０の送風機５０ａを停止するようにしても良い。また、エジェクタ３０を全閉可能な構成とし、第１蒸発器５０側に確実に高温の冷媒を流すため、除霜運転中はエジェクタ３０を全閉とするようにしても良い。また、図７のサイクルを冷却運転専用のサイクルとして使用しても良い。
【００６８】
冷却運転専用のサイクルの場合には、室内熱交換器５０の除霜運転の必要性が発生した際に、四方弁６０が除霜運転状態に反転される。また、図７において、分岐流路に配置された熱交換器５０を室外熱交換器とし、熱交換器２０を利用側熱交換器としての室内熱交換器として加熱運転専用のサイクルとしても良い。この場合には、室外熱交換器５０の除霜運転の必要性が発生した際に、四方弁６０が除霜運転状態に反転される。
【００６９】
この実施形態によると、エジェクタ３０の上流側とエジェクタ３０の吸引口との間に接続された熱交換器に除霜の必要性が生じた場合に、エジェクタ３０の出口側から高圧冷媒が供給され、エジェクタ３０の吸引口を通して高圧冷媒が熱交換器５０に供給されて除霜が実施される。この結果、エジェクタ３０によって蒸発圧力が低圧化される熱交換器５０の除霜を簡単な構成と、制御とで実現することができる。
【００７０】
（その他の実施形態）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、本発明を車両用空調装置に適用したが、給湯空調装置や、車載式、定置式を含めた冷温蔵装置などに適用することもできる。また、上述の実施形態では、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を用いた臨界圧サイクルとしたが、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力未満となるエジェクタ式サイクルであっても良いし、冷媒は炭化水素（ＨＣ）系の自然冷媒やフロン系冷媒であっても良い。
【００７１】
また、上述の実施形態では、可変容量型の圧縮機１０を用いたが、圧縮機の回転数を容易に制御することのできる電動式の圧縮機を用いても良い。また、上述の実施形態では、固定式のエジェクタ３０、３５としているが、エジェクタ３０、３５のノズル３１の冷媒流れ上流側に図示しない絞り手段を設け、この絞り手段とノズル３１との２段で冷媒を減圧させるようにしても良い。
【００７２】
また、上述の実施形態では、流量調整のできない固定式のエジェクタ３０、３５としているが、流量調整可能な機械式や電気式の可変エジェクタ３０、３５であっても良い。そして、エジェクタ３０、３５の流量調整を、圧縮機１０の流量調整制御（オンオフ制御含む）で実施しても良いし、放熱器となる熱交換器出口の冷媒の状態（圧力または温度）や蒸発器となる熱交換器出口の冷媒の状態（圧力または温度）によってエジェクタ３０、３５の可変ノズルで実施しても良い。
【００７３】
また、上述した各実施形態には図示していないが、圧縮機１０の吸入側に気液分離器を設けて液バックによる液圧縮を防止するようにしても良い。その際に内部熱交換器７０も構成している場合、その気液分離器は内部熱交換器７０における低圧側冷媒流路７２の上流側であっても下流側であっても良い。また、上述の実施形態では、冷媒流路切換手段として四方弁６０を用いているが、冷媒流路切換手段としては三方弁や電磁弁を複数個組み合わせた構成であっても良い。
【００７４】
また、上述の実施形態では、各機器が独立した構成としているが、
１．熱交換器２０、５０とエジェクタ３０、３５
２．熱交換器２０、５０とエジェクタ３０、３５と内部熱交換器７０
３．熱交換器２０、５０とエジェクタ３０、３５と内部熱交換器７０と図示しない気液分離器などのパターンで一体として構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図であり、冷房運転モードを示している。
【図２】図１のエジェクタ式サイクルにおける暖房運転モードを示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。
【図６】本発明の第５実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。
【図７】本発明の第６実施形態におけるエジェクタ式サイクルの模式図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…圧縮機
２０…室外熱交換器（第２熱交換器）
３０…エジェクタ
３１…ノズル部
３５…第２エジェクタ
４０…絞り手段
４１…第２絞り手段
５０…室内熱交換器（熱交換器、第１熱交換器）
５１…第３熱交換器
５５…分岐流路
５６…第２分岐流路
６０…四方弁（流路切換手段）
７０…内部熱交換器（熱回収手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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