(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０、１０ａ）に適用されるエジェクタであって、
冷媒を噴射するノズル（２１、３２）と、
前記ノズル（２１、３２）へ流入させる冷媒に前記ノズル（２１、３２）の中心軸周りの旋回流れを生じさせる旋回流発生手段（２０ｅ、２１ａ、３０ａ、３６ａ、３６ｂ）と、
前記ノズル（２１、３２）から噴射された噴射冷媒の吸引作用によって外部から冷媒を吸引する冷媒吸引口（２２ａ、３１ｂ）、および前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口（２２ａ、３１ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させるディフューザ部（２０ｇ）が形成されたボデー（２２、３０）と、
前記ノズル（２１、３２）内に形成された冷媒通路内に配置された通路形成部材（２３、３５）と、
前記通路形成部材（２３、３５）を変位させる駆動手段（２３ａ、３７）と、を備え、
前記ノズル（２１、３２）の内周面と前記通路形成部材（２３、３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させるノズル通路（２０ａ、２５ａ）であり、
前記ノズル通路（２０ａ、２５ａ）には、通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）、前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の冷媒流れ上流側に形成されて前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）へ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部（２０ｃ、２５ｃ）、および前記最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部（２０ｄ、２５ｄ）が設けられており、
前記旋回流発生手段には、前記ノズル（２１、３２）の中心軸に対して同軸上に配置された回転体形状の旋回空間（２０ｅ、３０ａ）、および前記旋回空間（２０ｅ、３０ａ）へ旋回方向の速度成分を有する冷媒を流入させる冷媒流入通路（２１ａ、３６ａ、３６ｂ）が設けられており、
さらに、前記冷媒流入通路（２１ａ、３６ａ、３６ｂ）の通路断面積を変化させる面積調整手段（２４、３８）を備えることを特徴とするエジェクタ。
【請求項２】
前記面積調整手段は、前記冷媒流入通路（２１ａ、３６ａ、３６ｂ）の通路断面積を変化させる流入面積調整弁（２４）によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
【請求項３】
前記冷媒流入通路（３６ａ、３６ｂ）は、複数設けられており、
前記面積調整手段は、前記冷媒流入通路（２１ａ、３６ａ、３６ｂ）の少なくとも一部を閉塞させる開閉手段（３８）によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
【請求項４】
前記面積調整手段（２４、３８）は、前記旋回空間（２０ｅ、３０ａ）へ流入する冷媒の流量の増加に伴って、前記冷媒流入通路（２１ａ、３６ａ、３６ｂ）の通路断面積を拡大させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタ。
【請求項５】
前記面積調整手段（２４、３８）は、前記旋回空間（２０ｅ、３０ａ）へ流入する冷媒の温度の上昇に伴って、前記冷媒流入通路（２１ａ、３６ａ、３６ｂ）の通路断面積を拡大させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタ。
【請求項６】
）
蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０ａ）に適用されるエジェクタであって、
冷媒を噴射するノズル（３２）と、
前記ノズル（３２）へ流入させる冷媒に前記ノズル（３２）の中心軸周りの旋回流れを生じさせる旋回流発生手段（３０ａ、３６ａ）と、
前記ノズル（３２）から噴射された噴射冷媒の吸引作用によって外部から冷媒を吸引する冷媒吸引口（３１ｂ）、および前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口（３１ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させるディフューザ部が形成されたボデー（３０）と、
前記ノズル（３２）内に形成された冷媒通路内に配置された通路形成部材（３５）と、
前記通路形成部材（３５）を変位させる駆動手段（３７）と、を備え、
前記ノズル（３２）の内周面と前記通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させるノズル通路（２５ａ）であり、
前記ノズル通路（２５ａ）には、通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部（２５ｂ）、前記最小通路断面積部（２５ｂ）の冷媒流れ上流側に形成されて前記最小通路断面積部（２５ｂ）へ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部（２５ｃ）、および前記最小通路断面積部（２５ｂ）の冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部（２５ｄ）が設けられており、
前記旋回流発生手段には、前記ノズル（３２）の中心軸に対して同軸上に配置された回転体形状の旋回空間（３０ａ）、および前記旋回空間（３０ａ）へ旋回方向の速度成分を有する冷媒を流入させる冷媒流入通路（３６ａ）が設けられており、
前記冷媒流入通路（３６ａ）から前記旋回空間（３０ａ）へ流入する冷媒の速度をｖｉｎと定義し、前記冷媒流入通路（３６ａ）から前記旋回空間（３０ａ）へ流入する冷媒の旋回半径をＲ０と定義し、前記最小通路断面積部（２５ｂ）における冷媒の旋回半径をＲｔｈと定義し、液相冷媒の密度をρと定義し、前記冷媒流入通路（３６ａ）へ流入する冷媒の圧力から当該冷媒を等エントロピ減圧させた際の飽和圧力を減算した圧力差をΔＰｓａｔと定義したときに、
【数１】
0006398802.tif 000014
となっていることを特徴とするエジェクタ。
【請求項７】
さらに、前記最小通路断面積部（２５ｂ）を流通する冷媒のレイノルズ数をＲｅと定義したときに、
【数２】
0006398802.tif 000015
となっていることを特徴とする請求項６に記載のエジェクタ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載のエジェクタ（２０、２５）と、
冷媒を圧縮する圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒を過冷却液相冷媒となるまで冷却する放熱器（１２）と、を備え、
前記旋回流発生手段（２０ｅ…３６ｂ）には、前記過冷却液相冷媒が流入することを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速度で噴射される噴射流体の吸引作用によって流体を吸引するエジェクタ、およびエジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に、高速度で噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒吸引口から冷媒を吸引し、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させて昇圧させるエジェクタ、およびエジェクタを備える蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であるエジェクタ式冷凍サイクルが開示されている。
【０００３】
この特許文献１のエジェクタでは、ボデーの内部に円錐形状の通路形成部材を配置し、ボデーと通路形成部材の円錐状側面との隙間に断面円環状の冷媒通路を形成している。そして、この冷媒通路のうち、冷媒流れ最上流側の部位を、高圧冷媒を減圧させて噴射するノズル通路として利用し、ノズル通路の冷媒流れ下流側の部位を、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させて混合冷媒を昇圧させるディフューザ通路として利用している。
【０００４】
さらに、特許文献１のエジェクタのボデーには、ノズル通路へ流入させる冷媒に旋回流れを生じさせる旋回流発生手段としての旋回空間が形成されている。この旋回空間では、過冷却液相冷媒をノズルの中心軸周りに旋回させることによって旋回中心側の冷媒を減圧沸騰させて、旋回中心側に柱状の気相冷媒（気柱）を生じさせる。そして、旋回中心側の二相分離状態の冷媒をノズル通路へ流入させる。
【０００５】
これにより、特許文献１のエジェクタでは、ノズル通路における冷媒の沸騰を促進し、ノズル通路にて冷媒の圧力エネルギを運動エネルギに変換する際のエネルギ変換効率を向上させようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１７７８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、本発明者らの検討によれば、特許文献１のエジェクタでは、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動によってサイクルを循環する循環冷媒流量が変化すると、上述したエネルギ変換効率の向上効果を充分に得られないことがあった。
【０００８】
そこで、本発明者らがその原因について調査したところ、特許文献１のエジェクタでは、循環冷媒流量が変化すると、旋回空間内に形成される気柱の形状が変化してしまうことが原因であると判った。その理由は、気柱の形状が変化してしまうと、エネルギ変換効率を向上させるために適切な二相分離状態となった冷媒をノズル通路へ流入させることができなくなってしまうからである。
【０００９】
このことをより詳細に説明すると、例えば、循環冷媒流量が多くなる高負荷運転時に、ノズル通路へ流入する冷媒が適切な二相分離状態となるように旋回空間の形状を設定すると、循環冷媒流量が少なくなる低負荷運転時に、旋回速度が低下して、冷媒を減圧沸騰させることができなくなってしまう。このため、ノズル通路を流通する冷媒に充分な沸騰核を供給することができなくなってしまう。
【００１０】
逆に、低負荷運転時に、ノズル通路へ流入する冷媒が適切な二相分離状態となるように旋回空間の形状を設定すると、高負荷運転時に旋回速度が速くなり、気柱の径が不必要に拡大してしまう。このため、二相分離状態の冷媒がノズル通路を流通する際の圧力損失を増加させてしまう。
【００１１】
従って、エジェクタ式冷凍サイクルに負荷変動が生じると、適切な二相分離状態となった冷媒をノズル通路へ流入させることができなくなり、エジェクタに高いエネルギ変換効率を発揮させることができなくなってしまう。
【００１２】
本発明は、上記点に鑑み、適用された冷凍サイクル装置の負荷変動によらず高いエネルギ変換効率を発揮可能なエジェクタを提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、サイクルの負荷変動によらず高いエネルギ変換効率を発揮可能なエジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクルを提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、以下の解析的知見に基づいて案出されたものである。まず、本発明者らは、従来技術のエジェクタの旋回空間内で、冷媒を旋回させて気柱を生成させた際の冷媒の流れ形態について確認した。この確認に用いた旋回空間は、従来技術と同様の回転体形状に形成されている。
【００１５】
まず、旋回空間６０ａ内に形成される渦は、自由渦と強制渦とを組み合わせた、いわゆるランキン組み合わせ渦となることが判っている。このため、旋回空間６０ａ内の冷媒の径方向の速度分布（旋回空間６０ａの軸方向垂直断面における速度分布）は、図１２に示すように変化する。
【００１６】
次に、本発明者らは、シミュレーション解析によって、旋回空間６０ａの軸方向断面における冷媒の流れ形態を確認した。図１３は、この解析結果を示す旋回空間６０ａの軸方向断面図である。図１３に示すように、旋回空間６０ａの軸方向断面では、気柱は略一定の径に形成されている。さらに、図１３の破線矢印に示すように、気柱の周囲の液相冷媒は循環しながら滞留していることが確認された。
【００１７】
このため、冷媒流入通路６０ｂから旋回空間６０ａ内へ径方向に流入し、最小通路断面積部６０ｃから流出する液相冷媒は、図１３の実線矢印に示すように、旋回空間６０ａの外周側を形成する壁面に沿って流れている。
【００１８】
なお、図１３では、図示の明確化のために、液相冷媒が存在する領域を点ハッチングで示すとともに、この領域における冷媒の流線を各矢印で示している。また、各矢印で示す流線は、図１３に図示可能な流線、すなわち旋回方向の速度成分を除いた速度成分によって描くことのできる流線である。
【００１９】
さらに、冷媒流入通路６０ｂから旋回空間６０ａ内へ流入した直後の流入液相冷媒、および最小通路断面積部６０ｃから流出する直前の流出液相冷媒には、以下の関係が成立する。すなわち、エネルギ保存の法則から、数式１に示す関係が成立する。
【００２０】
【数１】
0006398802.tif 000002
ここで、Ｐ０は流入液相冷媒の圧力、ρ０は流入液相冷媒の密度、ｖθ０は流入液相冷媒の旋回方向の速度（旋回速度）、ｖｚ０は流入液相冷媒の軸方向の速度（軸方向速度）である。また、Ｐｔｈは流出液相冷媒の圧力、ρｔｈは流出液相冷媒の密度、ｖθｔｈは流出液相冷媒の旋回速度、ｖｚｔｈは流出液相冷媒の軸方向速度である。さらに、液相冷媒は非圧縮性流体として取り扱うことができるので、ρ０とρｔｈは等しい。そこで、以下の式では、液相冷媒の密度をρと記載する。
【００２１】
また、角運動量保存の法則から、数式２に示す関係が成立する。
【００２２】
【数２】
0006398802.tif 000003
ここで、φ０は流入液相冷媒の角運動量、Ｒ０は流入液相冷媒の最外周側の旋回半径、φｔｈは流出液相冷媒の角運動量、Ｒｔｈは流出液相冷媒の最外周側の旋回半径、δは最小通路断面積部６０ｃにおける液相冷媒の厚み寸法（液膜厚さ）である。従って、気柱の半径Ｒｃは、流出液相冷媒の旋回半径Ｒｔｈから最小通路断面積部６０ｃにおける液膜厚さδを減算した値で表すことができる。
【００２３】
また、質量保存の法則から、数式３、数式４に示す関係が成立する。
【００２４】
【数３】
0006398802.tif 000004
【００２５】
【数４】
0006398802.tif 000005
ここで、Ｇｎｏｚは流入液相冷媒の流量であり、Ｒｉｎは冷媒流入通路６０ｂの通路断面積を円に換算したときの半径である。
【００２６】
また、気柱の最外周部（すなわち、気液界面）は、図１２で説明した強制渦と自由渦が交わる位置に概ね一致しており、気相冷媒が存在する内側領域は強制渦となり、液相冷媒が存在する外側領域は自由渦となることが判っている。さらに、自由渦の領域では、数２からも理解されるように、旋回半径に対して速度が反比例する。
【００２７】
そして、冷媒流入通路６０ｂを含む径方向断面にベルヌーイの式を適用すると、数式５に示すように、気液界面の液相冷媒の圧力Ｐｃを算定することができる。
【００２８】
【数５】
0006398802.tif 000006
ここで、強制渦の領域では自由渦の領域と比較して圧力の変化が少ない。従って、気柱内の圧力は、数式５の気液界面の液相冷媒の圧力Ｐｃと概ね一致する。そして、この圧力Ｐｃが、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動によらず、冷媒の飽和圧力以下になっていれば、旋回空間６０ａ内に確実に気柱を生じさせることができる。
【００２９】
さらに、圧力Ｐｃ（気柱内の圧力）を算出するために必要となる旋回空間６０ａ内の液相冷媒の角運動量は、数式２に示されるように、流入液相冷媒の旋回方向の速度ｖθ０、および流入液相冷媒の旋回半径Ｒ０によって決定される。
【００３０】
従って、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動に応じて、これらのパラメータ（ｖθ０、Ｒ０）を調整可能すること、あるいは、負荷変動が生じても、これらのパラメータを大きく変動させないことで、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動によらず、旋回空間６０ａ内にノズル通路へ流入する冷媒が適切な二相分離状態となる気柱を生じさせることができることが判った。
【００３１】
そこで、請求項１に記載の発明では、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０、１０ａ）に適用されるエジェクタであって、
冷媒を噴射するノズル（２１、３２）と、ノズル（２１、３２）へ流入させる冷媒にノズル（２１、３２）の中心軸周りの旋回流れを生じさせる旋回流発生手段（２０ｅ、２１ａ、３０ａ、３６ａ、３６ｂ）と、ノズル（２１、３２）から噴射された噴射冷媒の吸引作用によって外部から冷媒を吸引する冷媒吸引口（２２ａ、３１ｂ）、および噴射冷媒と冷媒吸引口（２２ａ、３１ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させるディフューザ部（２０ｇ）が形成されたボデー（２２、３０）と、ノズル（２１、３２）内に形成された冷媒通路内に配置された通路形成部材（２３、３５）と、通路形成部材（２３、３５）を変位させる駆動手段（２３ａ、３７）と、を備え、
ノズル（２１、３２）の内周面と通路形成部材（２３、３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させるノズル通路（２０ａ、２５ａ）であり、ノズル通路（２０ａ、２５ａ）には、通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）、最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）へ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部（２０ｃ、２５ｃ）、および最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）の冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部（２０ｄ、２５ｄ）が設けられており、旋回流発生手段には、ノズル（２１、３２）の中心軸に対して同軸上に配置された回転体形状の旋回空間（２０ｅ、３０ａ）、および旋回空間（２０ｅ、３０ａ）へ旋回方向の速度成分を有する冷媒を流入させる冷媒流入通路（２１ａ、３６ａ、３６ｂ）が設けられており、
さらに、冷媒流入通路（２１ａ…３６ｂ）の通路断面積を変化させる面積調整手段（２４、３８）を備えるエジェクタを特徴としている。
【００３２】
これによれば、旋回流発生手段（２０ｅ…３６ｂ）を備えているので、ノズル通路（２０ａ、２５ａ）へ流入する冷媒を旋回中心側に気相冷媒の偏在した二相分離状態とすることができる。そして、中心側の気相冷媒を沸騰核としてノズル通路（２０ａ、２５ａ）を流通する冷媒に供給することで、ノズル通路（２０ａ、２５ａ）を流通する冷媒の沸騰を促進できる。従って、ノズル通路（２０ａ、２５ａ）にて冷媒の圧力エネルギを運動エネルギに変換する際のエネルギ変換効率を向上させることができる。
【００３３】
さらに、駆動手段（２３ａ、３７）を備えているので、冷凍サイクル装置（１０、１０ａ）の負荷変動に応じて、通路形成部材（２３、３５）を変位させ、ノズル通路（２０ａ、２５ａ）の通路断面積を調整することができる。従って、冷凍サイクル装置（１０、１０ａ）を循環する冷媒の循環冷媒流量に応じて、最小通路断面積部（２０ｂ、２５ｂ）における通路断面積を適切に変化させて、エジェクタを適切に作動させることができる。
【００３４】
これに加えて、面積調整手段（２４、３８）を備えているので、冷凍サイクル装置（１０、１０ａ）の負荷変動に応じて、冷媒流入通路（２１ａ…３６ｂ）の通路断面積を調整することができる。従って、冷凍サイクル装置（１０、１０ａ）の負荷変動に応じて、冷媒流入通路（２１ａ…３６ｂ）から旋回空間（２０ｅ、３０ａ）内へ流入する冷媒の旋回方向の速度（ｖθ０）を調整することができる。
【００３５】
その結果、冷媒流入通路（２１ａ…３６ｂ）から旋回空間（２０ｅ、３０ａ）内へ流入する冷媒の角運動量（φ）を適切に調整して、旋回空間（２０ｅ、３０ａ）内にノズル通路（２０ａ、２５ａ）へ流入する冷媒が適切な二相分離状態となる気柱を生じさせることができる。
【００３６】
すなわち、本請求項に記載の発明によれば、適用された冷凍サイクル装置（１０、１０ａ）の負荷変動によらず高いエネルギ変換効率を発揮可能なエジェクタを提供することができる。
【００３７】
上記特徴のエジェクタにおいて、具体的に、面積調整手段（２４、３８）は、旋回空間（２０ｅ、３０ａ）へ流入する冷媒の流量の増加に伴って、冷媒流入通路（２１ａ…３６ｂ）の通路断面積を拡大させるようになっていてもよい。また、面積調整手段（２４、３８）は、旋回空間（２０ｅ、３０ａ）へ流入する冷媒の温度の上昇に伴って、冷媒流入通路（２１ａ…３６ｂ）の通路断面積を拡大させるようになっていてもよい。
【００３８】
また、請求項６に記載の発明では、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０ａ）に適用されるエジェクタであって、
冷媒を噴射するノズル（３２）と、ノズル（３２）へ流入させる冷媒にノズル（３２）の中心軸周りの旋回流れを生じさせる旋回流発生手段（３０ａ、３６ａ）と、ノズル（３２）から噴射された噴射冷媒の吸引作用によって外部から冷媒を吸引する冷媒吸引口（３１ｂ）、および噴射冷媒と冷媒吸引口（３１ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させるディフューザ部が形成されたボデー（３０）と、ノズル（３２）内に形成された冷媒通路内に配置された通路形成部材（３５）と、通路形成部材（３５）を変位させる駆動手段（３７）と、を備え、
ノズル（３２）の内周面と通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させるノズル通路（２５ａ）であり、ノズル通路（２５ａ）には、通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部（２５ｂ）、最小通路断面積部（２５ｂ）の冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部（２５ｂ）へ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部（２５ｃ）、および最小通路断面積部（２５ｂ）の冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部（２５ｄ）が設けられており、旋回流発生手段には、ノズル（３２）の中心軸に対して同軸上に配置された回転体形状の旋回空間（３０ａ）、および旋回空間（３０ａ）へ旋回方向の速度成分を有する冷媒を流入させる冷媒流入通路（３６ａ）が設けられており、
冷媒流入通路（３６ａ）から旋回空間（３０ａ）へ流入する冷媒の速度をｖｉｎと定義し、冷媒流入通路（３６ａ）から旋回空間（３０ａ）へ流入する冷媒の旋回半径をＲ０と定義し、最小通路断面積部（２５ｂ）における冷媒の旋回半径をＲｔｈと定義し、液相冷媒の密度をρと定義し、冷媒流入通路（３６ａ）へ流入する冷媒の圧力から当該冷媒を等エントロピ減圧させた際の飽和圧力を減算した圧力差をΔＰｓａｔと定義したときに、
【００３９】
【数６】
0006398802.tif 000007
となっていることを特徴とする。
【００４０】
これによれば、後述する実施形態に説明するように、冷凍サイクル装置（１０ａ）の負荷変動によって、冷媒流入通路（３６ａ）から旋回空間（３０ａ）へ流入する冷媒の速度（ｖｉｎ）に変動が生じても、当該速度（ｖｉｎ）の変動の範囲内で、旋回空間（３０ａ）内に適切な気柱を生じさせることのできる旋回空間（３０ａ）を形成することができる。従って、本請求項に記載の発明によれば、適用された冷凍サイクル装置（１０ａ）の負荷変動によらず高いエネルギ変換効率を発揮可能なエジェクタを提供することができる。
【００４１】
また、請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のエジェクタ（２０、２５）と、冷媒を圧縮する圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒を過冷却液相冷媒となるまで冷却する放熱器（１２）と、を備え、旋回流発生手段（２０ｅ…３６ｂ）には、過冷却液相冷媒が流入するエジェクタ式冷凍サイクルを特徴としている。
【００４２】
これによれば、サイクルの負荷変動によらず高いエネルギ変換効率を発揮可能なエジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクルを提供する
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。
【図２】第１実施形態のエジェクタの軸方向断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルにおける冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。
【図５】第２実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。
【図６】第２実施形態のエジェクタの軸方向断面図である。
【図７】図６の模式的なＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ部を模式的に拡大した拡大断面図である。
【図９】第３実施形態の旋回空間の模式的な拡大図であって、図８に対応する図面である。
【図１０】第３実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルにおける冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。
【図１１】第３実施形態の変形例の旋回空間の模式的な拡大図であって、図８に対応する図面である。
【図１２】旋回半径と旋回速度との関係を示すグラフである。
【図１３】従来技術のエジェクタの旋回空間における冷媒の流れ形態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（第１実施形態）
図１〜図４を用いて、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態のエジェクタ２０は、図１の全体構成図に示すように、エジェクタを備える蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置、すなわちエジェクタ式冷凍サイクル１０に適用されている。さらに、このエジェクタ式冷凍サイクル１０は、車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０の冷却対象流体は、送風空気である。
【００４５】
また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、冷媒としてＨＦＯ系冷媒（具体的には、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
【００４６】
エジェクタ式冷凍サイクル１０において、圧縮機１１は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで昇圧して吐出するものである。具体的には、本実施形態の圧縮機１１は、１つのハウジング内に固定容量型の圧縮機構、および圧縮機構を駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機である。
【００４７】
この圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。また、電動モータは、後述する空調制御装置５０から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。
【００４８】
圧縮機１１の吐出口には、放熱器１２の凝縮部１２ａの冷媒入口側が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン１２ｄにより送風される車室外空気（外気）を熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。
【００４９】
より具体的には、放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧気相冷媒と冷却ファン１２ｄから送風された外気とを熱交換させ、高圧気相冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮部１２ａ、凝縮部１２ａから流出した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄えるレシーバ部１２ｂ、およびレシーバ部１２ｂから流出した液相冷媒と冷却ファン１２ｄから送風される外気とを熱交換させ、液相冷媒を過冷却する過冷却部１２ｃを有して構成される、いわゆるサブクール型の凝縮器である。
【００５０】
冷却ファン１２ｄは、空調制御装置５０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００５１】
放熱器１２の過冷却部１２ｃの冷媒出口には、エジェクタ２０の冷媒流入口側が接続されている。エジェクタ２０は、放熱器１２から流出した過冷却状態の高圧液相冷媒を減圧させて下流側へ流出させる冷媒減圧手段としての機能を果たすとともに、高速度で噴射される噴射冷媒の吸引作用によって後述する蒸発器１４から流出した冷媒を吸引（輸送）して循環させる冷媒循環手段（冷媒輸送手段）としての機能を果たす。
【００５２】
エジェクタ２０の具体的構成については、図２、図３を用いて説明する。エジェクタ２０は、ノズル２１、ボデー２２、ニードル弁２３、流入面積調整弁２４等を有して構成されている。まず、ノズル２１は、冷媒の流れ方向に向かって徐々に先細る略円筒状の金属（例えば、ステンレス合金）で形成されており、その内部に形成されるノズル通路２０ａにて冷媒を等エントロピ的に減圧させて噴射するものである。
【００５３】
ノズル２１の内部には、通路形成部材である針状のニードル弁２３が配置されている。このニードル弁２３の詳細については後述する。ノズル２１の内周面とニードル弁２３の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒を減圧させるノズル通路２０ａの少なくとも一部を形成している。従って、ノズル２１の軸方向に垂直な方向から見たときにノズル２１とニードル弁２３が重合する範囲では、ノズル通路２０ａの軸方向垂直断面における断面形状が、円環状となる。
【００５４】
ノズル２１の内周面には、冷媒通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部２０ｂを形成する喉部２１ｂが設けられている。このため、ノズル通路２０ａには、最小通路断面積部２０ｂの冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部２０ｂへ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部２０ｃ、および最小通路断面積部２０ｂの冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部２０ｄが形成されている。
【００５５】
つまり、本実施形態のノズル通路２０ａでは、いわゆるラバールノズルと同様に冷媒通路断面積を変化させている。さらに、本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクル１０の通常運転時に、冷媒噴射口２１ｃから噴射される噴射冷媒の流速が音速以上となるようにノズル通路２０ａの冷媒通路断面積を変化させている。
【００５６】
また、ノズル２１のノズル通路２０ａを形成する部位の冷媒流れ上流側には、ノズル２１の軸線方向と同軸上に延びる筒状部２１ｄが設けられている。この筒状部２１ｄの内部には、ノズル２１の内部へ流入した冷媒を旋回させる旋回空間２０ｅが形成されている。旋回空間２０ｅは、ノズル２１の軸線方向と同軸上に延びる略円柱状の空間である。
【００５７】
さらに、筒状部２１ｄのうち、ノズル通路２０ａと反対側（図２では、上方側）の端部の外周面には、通路断面積が冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小する形状の配管が接続されている。この配管の内部には、エジェクタ２０の外部から旋回空間２０ｅへ冷媒を流入させる冷媒流入通路２１ａが形成されている。
【００５８】
冷媒流入通路２１ａは、図３に示すように、その中心軸が旋回空間２０ｅの内壁面の接線方向に延びている。これにより、放熱器１２から流出して冷媒流入通路２１ａを介して旋回空間２０ｅへ流入した過冷却液相冷媒は、旋回空間２０ｅの壁面に沿って流れ、旋回空間２０ｅの中心軸周りに旋回する。つまり、冷媒流入通路２１ａは、旋回方向の速度成分を有する冷媒を旋回空間２０ｅへ流入させるように接続されている。
【００５９】
ここで、旋回空間２０ｅ内で旋回する冷媒には遠心力が作用するので、旋回空間２０ｅ内では中心軸側の冷媒圧力が外周側の冷媒圧力よりも低下する。そこで、本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクル１０の通常作動時に、旋回空間２０ｅ内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力となるまで低下させるようにしている。
【００６０】
従って、本実施形態では、冷媒流入通路２１ａおよび筒状部２１ｄ内の旋回空間２０ｅが、ノズル２１へ流入する過冷却液相冷媒をノズル２１の軸周りに旋回させる旋回流発生手段を構成している。つまり、本実施形態では、エジェクタ２０（具体的には、ノズル２１）と旋回流発生手段が一体的に構成されている。
【００６１】
さらに、冷媒流入通路２１ａ内には、流入面積調整弁２４が配置されている。流入面積調整弁２４は、冷媒流入通路２１ａの通路断面積（具体的には、冷媒流入通路２１ａの出口部における通路断面積）を変化させる面積調整手段である。
【００６２】
流入面積調整弁２４は、旋回空間２０ｅ側へ向かって先細る略円錐形状の弁体部２４ａ、および弁体部２４ａを冷媒流入通路２１ａの軸方向へ変位させるステッピングモータからなる電動アクチュエータ２４ｂを有して構成されている。この電動アクチュエータ２４ｂは、空調制御装置５０から出力される制御パルスによって、その作動が制御される。
【００６３】
ボデー２２は、略円筒状の金属（例えば、アルミニウム）あるいは樹脂で形成されており、内部にノズル２１を支持固定する固定部材として機能するとともに、エジェクタ２０の外殻を形成するものである。より具体的には、ノズル２１は、ボデー２２の長手方向一端側の内部に収容されるように圧入にて固定されている。従って、ノズル２１とボデー２２との固定部（圧入部）から冷媒が漏れることはない。
【００６４】
また、ボデー２２の外周面のうち、ノズル２１の外周側に対応する部位には、その内外を貫通してノズル２１の冷媒噴射口２１ｃと連通するように設けられた冷媒吸引口２２ａが形成されている。この冷媒吸引口２２ａは、ノズル２１から噴射される噴射冷媒の吸引作用によって、蒸発器１４から流出した冷媒をエジェクタ２０の外部から内部へ吸引する貫通穴である。
【００６５】
さらに、ボデー２２の内部には、冷媒吸引口２２ａから吸引された吸引冷媒をノズル２１の冷媒噴射口側へ導く吸引通路２０ｆ、および冷媒吸引口２２ａからエジェクタ２０の内部へ流入した吸引冷媒と噴射冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部としてのディフューザ部２０ｇが形成されている。
【００６６】
ディフューザ部２０ｇは、吸引通路２０ｆの出口に連続するように配置されて、冷媒通路面積を徐々に拡大させる空間によって形成されている。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させながら、その流速を減速させて噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒の圧力を上昇させる機能、すなわち、混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換する機能を果たす。
【００６７】
ニードル弁２３は、通路形成部材としての機能を果たすとともに、ノズル通路２０ａの通路断面積を変化させる機能を果たすものである。より具体的には、ニードル弁２３は、樹脂にて形成されており、ディフューザ部２０ｇ側から冷媒流れ上流側（ノズル通路２０ａ側）へ向かって先細る針状の形状に形成されている。もちろん、金属で形成されたニードル弁２３を採用してもよい。
【００６８】
さらに、ニードル弁２３は、ノズル２１と同軸上に配置されている。また、ニードル弁２３のディフューザ部２０ｇ側の端部には、ニードル弁２３をノズル２１の軸方向へ変位させる駆動手段としてのステッピングモータからなる電動アクチュエータ２３ａが連結されている。この電動アクチュエータ２３ａは、空調制御装置５０から出力される制御パルスによって、その作動が制御される。
【００６９】
エジェクタ２０のディフューザ部２０ｇの冷媒出口には、図１に示すように、気液分離器１３の入口側が接続されている。気液分離器１３は、エジェクタ２０のディフューザ部２０ｇから流出した冷媒の気液を分離する気液分離手段である。なお、本実施形態では、気液分離器１３として、分離された液相冷媒を殆ど蓄えることなく液相冷媒流出口から流出させる比較的内容積の小さいものを採用しているが、サイクル内の余剰液相冷媒を蓄える貯液手段としての機能を有するものを採用してもよい。
【００７０】
気液分離器１３の気相冷媒流出口には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。一方、気液分離器１３の液相冷媒流出口には、減圧手段としての固定絞り１３ａを介して、蒸発器１４の冷媒入口側が接続されている。この固定絞り１３ａとしては、オリフィス、キャピラリーチューブ等を採用することができる。
【００７１】
蒸発器１４は、内部へ流入した低圧冷媒と送風ファン１４ａから車室内へ向けて送風される送風空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。送風ファン１４ａは、空調制御装置５０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。蒸発器１４の冷媒出口は、エジェクタ２０の冷媒吸引口２２ａ側に接続されている。
【００７２】
次に、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。空調制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この空調制御装置５０は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って、上述の各種電気式のアクチュエータ１１、１２ｄ、１４ａ、２３ａ等の作動を制御する。
【００７３】
また、空調制御装置５０には、車室内温度（内気温）Ｔｒを検出する内気温センサ、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ、車室内の日射量Ａｓを検出する日射センサ、蒸発器１４出口側冷媒の温度（蒸発器出口側温度）Ｔｅを検出する蒸発器出口側温度センサ（蒸発器出口側温度検出手段）５１、蒸発器１４出口側冷媒の圧力（蒸発器出口側圧力）Ｐｅを検出する蒸発器出口側圧力センサ（蒸発器出口側圧力検出手段）５２、放熱器１２出口側冷媒の温度（放熱器出口側温度）Ｔｄを検出する放熱器出口側温度センサ（放熱器出口側温度検出手段）５３、および放熱器１２出口側冷媒の圧力Ｐｄを検出する出口側圧力センサ等の空調制御用のセンサ群が接続され、これらのセンサ群の検出値が入力される。
【００７４】
さらに、空調制御装置５０の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続されており、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が空調制御装置５０へ入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度Ｔｓｅｔを設定する車室内温度設定スイッチ等が設けられている。
【００７５】
なお、本実施形態の空調制御装置５０は、その出力側に接続された各種の制御対象機器の作動を制御する制御手段が一体的に構成されたものであるが、空調制御装置５０のうち、各制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が各制御対象機器の制御手段を構成している。
【００７６】
例えば、本実施形態では、圧縮機１１の作動を制御する構成が吐出能力制御手段５０ａを構成しており、ニードル弁２３の電動アクチュエータ２３ａの作動を制御する構成が弁開度制御手段５０ｂを構成しており、流入面積調整弁２４の作動を制御する構成が流入面積制御手段５０ｃを構成している。もちろん、各制御手段５０ａ〜５０ｃを空調制御装置５０に対して、別体の制御装置で構成してもよい。
【００７７】
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置では、操作パネルの空調作動スイッチが投入（ＯＮ）されると、空調制御装置５０が予め記憶している空調制御プログラムを実行する。
【００７８】
この空調制御プログラムでは、上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、読み込まれた検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算出する。
【００７９】
目標吹出温度ＴＡＯは、以下数式６に基づいて算出される。
【００８０】
【数７】
0006398802.tif 000008
なお、Ｔｓｅｔは温度設定スイッチによって設定された車室内温度、Ｔｒは内気温センサによって検出された内気温、Ｔａｍは外気温センサによって検出された外気温、Ａｓは日射センサによって検出された日射量である。また、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。
【００８１】
さらに、空調制御プログラムでは、算出された目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、制御装置の出力側に接続された各種制御対象機器の作動状態を決定する。
【００８２】
例えば、圧縮機１１の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、蒸発器１４から吹き出される送風空気の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。
【００８３】
そして、蒸発器出口側温度センサ５１によって検出された蒸発器出口側温度Ｔｅと目標蒸発器吹出温度ＴＥＯとの偏差（ＴＥＯ−Ｔｅ）に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器出口側温度Ｔｅが目標蒸発器吹出温度ＴＥＯに近づくように、圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号が決定される。
【００８４】
より具体的には、本実施形態の吐出能力制御手段５０ａは、偏差（ＴＥＯ−Ｔｅ）が拡大するに伴って、すなわち、エジェクタ式冷凍サイクル１０の熱負荷が高くなるに伴って、サイクルを循環する循環冷媒流量が増加するように、圧縮機１１の冷媒吐出能力（回転数）を制御する。
【００８５】
また、ニードル弁２３を変位させる電動アクチュエータ２３ａへ出力される制御パルスについては、蒸発器出口側温度Ｔｅおよび蒸発器出口側圧力センサ５２によって検出された蒸発器出口側圧力Ｐｅから算出される蒸発器１４出口側冷媒の過熱度ＳＨが、予め定めた基準過熱度ＫＳＨに近づくように決定される。
【００８６】
より具体的には、本実施形態の弁開度制御手段５０ｂは、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度ＳＨが高くなるに伴って、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を拡大させるように、電動アクチュエータ２３ａの作動を制御する。
【００８７】
また、流入面積調整弁２４の電動アクチュエータ２４ａへ出力させる制御パルスについては、放熱器出口側温度センサ５３によって検出された放熱器出口側温度Ｔｄに基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照し決定される。この制御マップでは、放熱器出口側温度Ｔｄの上昇に伴って、流入面積調整弁２４の弁開度を増加させる。
【００８８】
つまり、本実施形態の流入面積制御手段５０ｃは、旋回空間２０ｅへ流入する冷媒の温度の上昇に伴って、冷媒流入通路２１ａの通路断面積を拡大させるように流入面積調整弁２４の作動を制御している。
【００８９】
ここで、放熱器出口側温度Ｔｄは、外気温の上昇や圧縮機１１の冷媒吐出能力の増加に伴って上昇する。従って、本実施形態の流入面積制御手段５０ｃは、サイクルの熱負荷の上昇に伴って、冷媒流入通路２１ａの通路断面積を拡大させるように流入面積調整弁２４の作動を制御している。
【００９０】
さらに、本実施形態の流入面積制御手段５０ｃは、循環冷媒流量の増加に伴って、すなわち、旋回空間２０ｅへ流入する冷媒の流量の増加に伴って、冷媒流入通路２１ａの通路断面積を拡大させるように流入面積調整弁２４の作動を制御していることになる。
【００９１】
そして、空調制御装置５０は、決定された制御信号等を各種制御対象機器へ出力する。その後、車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種制御対象機器の作動状態決定→制御信号等の出力といった制御ルーチンが繰り返される。
【００９２】
これにより、エジェクタ式冷凍サイクル１０では、図１の太実線矢印に示すように冷媒が流れる。そして、図４のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。
【００９３】
より詳細には、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒（図４のａ点）は、放熱器１２の凝縮部１２ａへ流入し、冷却ファン１２ｄから送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部１２ａにて凝縮した冷媒は、レシーバ部１２ｂにて気液分離される。レシーバ部１２ｂにて分離された液相冷媒は、過冷却部１２ｃにて冷却ファン１２ｄから送風された外気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる（図４のａ点→ｂ点）。
【００９４】
放熱器１２の過冷却部１２ｃから流出した過冷却液相冷媒は、エジェクタ２０の旋回空間２０ｅへ流入する。この際、流入面積制御手段５０ｃは、放熱器出口側温度Ｔｄの上昇に伴って、冷媒流入通路２１ａの通路断面積を拡大させるように流入面積調整弁２４の作動を制御する。
【００９５】
エジェクタ２０の旋回空間２０ｅからノズル通路２０ａへ流入した冷媒は、ノズル通路２０ａにて等エントロピ的に減圧されて噴射される（図４のｂ点→ｃ点）。この際、弁開度制御手段５０ｂは、蒸発器１４出口側冷媒（図４のｈ点）の過熱度ＳＨが予め定めた基準過熱度ＫＳＨに近づくように、電動アクチュエータ２３ａの作動を制御する。
【００９６】
そして、ノズル通路２０ａから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、蒸発器１４から流出した冷媒（図４のｈ点）が、冷媒吸引口２２ａから吸引される。ノズル通路２０ａから噴射された噴射冷媒および冷媒吸引口２２ａから吸引された吸引冷媒は、ディフューザ部２０ｇへ流入して合流する（図４のｃ点→ｄ点、ｈ’点→ｄ点）。
【００９７】
ここで、本実施形態の吸引通路２０ｆは、冷媒流れ方向に向かって通路断面積が徐々に縮小する形状に形成されている。このため、吸引通路２０ｆを通過する吸引冷媒は、その圧力を低下させながら（図４のｈ点→ｈ’点）、流速を増加させる。これにより、吸引冷媒と噴射冷媒との速度差を縮小し、ディフューザ部２０ｇにて吸引冷媒と噴射冷媒が混合する際のエネルギ損失（混合損失）を減少させている。
【００９８】
ディフューザ部２０ｇでは冷媒通路断面積の拡大により、冷媒の運動エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒が混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する（図４のｄ点→ｅ点）。ディフューザ部２０ｇから流出した冷媒は気液分離器１３にて気液分離される（図４のｅ点→ｆ点、ｅ点→ｇ点）。
【００９９】
気液分離器１３にて分離された液相冷媒は、固定絞り１３ａにて減圧されて（図４のｇ点→ｇ’点）、蒸発器１４へ流入する。蒸発器１４へ流入した冷媒は、送風ファン１４ａによって送風された送風空気から吸熱して蒸発する（図４のｇ’点→ｈ点）。これにより、送風空気が冷却される。一方、気液分離器１３にて分離された気相冷媒は、圧縮機１１へ吸入され再び圧縮される（図４のｆ点→ａ点）。
【０１００】
本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０は、以上の如く作動して、車室内へ送風される送風空気を冷却することができる。
【０１０１】
この際、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、エジェクタ２０のディフューザ部２０ｇにて昇圧された冷媒を圧縮機１１へ吸入させている。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０によれば、蒸発器における冷媒蒸発圧力と圧縮機へ吸入される冷媒の圧力が略同等となる通常の冷凍サイクル装置よりも、圧縮機１１の消費動力を低減させて、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。
【０１０２】
また、本実施形態のエジェクタ２０によれば、旋回空間２０ｅにて冷媒を旋回させることで、旋回空間２０ｅ内の旋回中心側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力まで低下させることができる。これにより、図１３を用いて説明したように、旋回中心側に柱状の気相冷媒（気柱）が存在するようにして、旋回空間２０ｅ内の旋回中心線近傍はガス単相、その周りは液単相の二相分離状態とすることができる。
【０１０３】
そして、旋回空間２０ｅ内で二相分離状態となった冷媒をノズル通路２０ａへ流入させることで、ノズル通路２０ａ内では、円環状の冷媒通路の外周側壁面から冷媒が剥離する際に生じる壁面沸騰および円環状の冷媒通路の中心軸側の冷媒のキャビテーションによって生じた沸騰核による界面沸騰によって冷媒の沸騰が促進される。
【０１０４】
これにより、ノズル通路２０ａの最小通路断面積部２０ｂへ流入する冷媒が、気相と液相が均質に混合した気液混合状態となる。そして、最小通路断面積部２０ｂの近傍で気液混合状態の冷媒の流れに閉塞（チョーキング）が生じ、このチョーキングによって音速に到達した気液混合状態の冷媒が末広部２０ｄにて加速されて噴射される。
【０１０５】
このように、壁面沸騰および界面沸騰の双方による沸騰促進によって、気液混合状態の冷媒を音速となるまで効率よく加速できることで、ノズル通路２０ａにおけるエネルギ変換効率を向上させることができる。
【０１０６】
また、本実施形態のエジェクタ２０は、通路形成部材であるニードル弁２３、および駆動手段である電動アクチュエータ２３ａを有しているので、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動に応じて、最小通路断面積部２０ｂの通路断面積を調整することができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動に応じて、エジェクタ２０を適切に作動させることができる。
【０１０７】
ここで、本実施形態のエジェクタ２０のように、旋回空間２０ｅにて冷媒を旋回させて気柱を生じさせる構成では、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動によって旋回空間２０ｅへ流入する冷媒の流量が変化すると、旋回空間２０ｅ内に生じる気柱の形状が変化しやすい。
【０１０８】
このため、エジェクタ式冷凍サイクル１０に負荷変動が生じると、ノズル通路２０ａにおけるエネルギ変換効率を向上させるために適切な二相分離状態となった冷媒をノズル通路２０ａへ流入させることができなくなってしまうおそれがある。
【０１０９】
これに対して、本実施形態のエジェクタ２０では、面積調整手段としての流入面積調整弁２４を備えているので、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動に応じて、冷媒流入通路２１ａの通路断面積を調整することができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動に応じて、冷媒流入通路２１ａから旋回空間２０ｅ内へ流入する流入液相冷媒の速度を調整することができる。
【０１１０】
さらに、気柱の形状は、前述の図１３および数式２を用いて説明したように、流入液相冷媒の角運動量φ０によって調整することができる。さらに、角運動量φ０は、流入液相冷媒の旋回方向の速度ｖθ０によって変化する。従って、本実施形態のエジェクタ２０のように、流入液相冷媒の速度を調整することができれば、気柱の形状を調整することができる。
【０１１１】
また、本実施形態では、具体的に、流入面積制御手段５０ｃが、旋回空間２０ｅへ流入する流入液相冷媒の温度の上昇に伴って、すなわち、旋回空間２０ｅへ流入する流入液相冷媒の流量の増加に伴って、冷媒流入通路２１ａの通路断面積を拡大させている。従って、流入液相冷媒の旋回方向の速度ｖθ０を大きく変動させず略一定の値に維持することができ、気柱の形状が大きく変化してしまうことを抑制することができる。
【０１１２】
その結果、本実施形態のエジェクタ２０によれば、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動によらず、高いエネルギ変換効率を発揮可能なエジェクタを提供することができる。
【０１１３】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図５の全体構成図に示すように、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａに、エジェクタ２５を採用した例を説明する。なお、図５では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。なお、図５では、図示の明確化のため、蒸発器出口側温度センサ５１、蒸発器出口側圧力センサ５２等の空調制御用のセンサ群の図示を省略している。
【０１１４】
本実施形態のエジェクタ２５は、第１実施形態で説明したエジェクタ２０、気液分離器１３、固定絞り１３ａに対応する構成を一体化（モジュール化）させたものである。従って、エジェクタ２５は、「気液分離機能付きエジェクタ」「エジェクタモジュール」と表現することもできる。
【０１１５】
エジェクタ２５の具体的構成については、図６〜図８を用いて説明する。なお、図６における上下の矢印は、エジェクタ２５をエジェクタ式冷凍サイクル１０ａに搭載した状態における上下の各方向を示している。
【０１１６】
エジェクタ２５は、図６に示すように、複数の構成部材を組み合わせることによって形成されたボデー３０を備えている。具体的には、ボデー３０は、角柱状あるいは円柱状の金属もしくは樹脂にて形成されてエジェクタ２５の外殻を形成するハウジングボデー３１を有している。さらに、このハウジングボデー３１に、ノズル３２、ミドルボデー３３、ロワーボデー３４、アッパーカバー３６等が固定されている。
【０１１７】
ハウジングボデー３１には、放熱器１２から流出した冷媒を内部へ流入させる冷媒流入口３１ａ、蒸発器１４から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口３１ｂ、ボデー３０の内部に形成された気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒を蒸発器１４の冷媒入口側へ流出させる液相冷媒流出口３１ｃ、および気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒を圧縮機１１の吸入口側へ流出させる気相冷媒流出口３１ｄ等が形成されている。
【０１１８】
さらに、本実施形態では、気液分離空間３０ｆと液相冷媒流出口３１ｃとを接続する液相冷媒通路に、蒸発器１４へ流入させる冷媒を減圧させる減圧手段としてのオリフィス３１ｉを配置している。なお、本実施形態の気液分離空間３０ｆは、第１実施形態で説明した気液分離器１３に対応する構成であり、本実施形態のオリフィス３１ｉは、第１実施形態で説明した固定絞り１３ａに対応する構成である。
【０１１９】
アッパーカバー３６は、金属もしくは樹脂等にて形成された有底の円筒状部材であり、アッパーカバー３６の外周面は、ハウジングボデー３１の上面に形成された固定穴に圧入あるいはネジ止め等の手段によって固定されている。また、アッパーカバー３６の下方側には、冷媒流れ方向に先細る略円錐形状の金属部材等で形成されたノズル３２が圧入等の手段によって固定されている。このノズル３２の詳細については後述する。
【０１２０】
アッパーカバー３６の内部であって、ノズル３２の上方側には、冷媒流入口３１ａから流入した冷媒を旋回させる旋回空間３０ａが形成されている。旋回空間３０ａは、第１実施形態の旋回空間２０ｅと同様に、アッパーカバー３６およびノズル３２の軸方向と同軸上に延びる略円柱状の空間である。
【０１２１】
アッパーカバー３６の筒状側面には、内周側に凹んだ断面矩形状の溝部が設けられている。より詳細には、この溝部は、アッパーカバー３６の軸方向から見たときに、アッパーカバー３６の外周に沿ってランドルト環状（Ｃの字状）に設けられている。従って、アッパーカバー３６がハウジングボデー３１に固定されると、図７の断面図に示すように、溝部とハウジングボデー３１の内周面によって、分配空間３０ｇが形成される。
【０１２２】
ハウジングボデー３１には、冷媒流入口３１ａと分配空間３０ｇとを連通させる分配用冷媒通路３１ｇが形成されている。アッパーカバー３６には、分配空間３０ｇと旋回空間３０ａとを連通させる複数（本実施形態では２つ）の第１、第２冷媒流入通路３６ａ、３６ｂが形成されている。
【０１２３】
複数の第１、第２冷媒流入通路３６ａ、３６ｂは、いずれも旋回空間３０ａの中心軸方向から見たときに、アッパーカバー３６およびノズル３２のうち旋回空間３０ａを形成する部位の内周壁面の接線方向に延びている。
【０１２４】
これにより、分配空間３０ｇから第１、第２冷媒流入通路３６ａ、３６ｂを介して旋回空間３０ａへ流入した冷媒は、旋回空間３０ａの壁面に沿って流れ、旋回空間３０ａの中心軸周りに旋回する。つまり、第１、第２冷媒流入通路３６ａ、３６ｂは、旋回方向の速度成分を有する冷媒を旋回空間３０ａへ流入させるように形成されている。
【０１２５】
本実施形態の旋回空間３０ａにおいても、第１実施形態と同様に、エジェクタ式冷凍サイクル１０の通常作動時に、旋回空間３０ａ内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力となるまで低下させるようにしている。
【０１２６】
従って、本実施形態では、第１、第２冷媒流入通路３６ａ、３６ｂおよび旋回空間３０ａが、ノズル３２へ流入する過冷却液相冷媒をノズル３２の軸周りに旋回させる旋回流発生手段を構成している。つまり、本実施形態では、エジェクタ２５（具体的には、ボデー３０）と旋回流発生手段が一体的に構成されている。
【０１２７】
また、それぞれの第１、第２流入冷媒通路３６ａ、３６ｂの分配空間３０ｇ側に形成される冷媒入口は、旋回空間３０ａの中心軸方向から見たときに、中心軸の軸周りに互いに等角度間隔（本実施形態では、１８０°間隔）で開口している。このため、本実施形態では、分配用冷媒通路３１ｇから分配空間３０ｇへ流入した冷媒が、先に第１冷媒流入通路３６ａの冷媒入口へ到達し、その後、第２冷媒流入通路３６ａの冷媒入口へ到達する。
【０１２８】
さらに、分配空間３０ｇのうち、第１冷媒流入通路３６ａの冷媒入口と第２冷媒流入通路３６ａの冷媒入口との間には、サーモスタット弁３８が配置されている。サーモスタット弁３８は、分配空間３０ｇへ流入した冷媒の温度によって体積変化するサーモワックス（感温部材）によって弁体を変位させる温度応動弁である。
【０１２９】
より具体的には、サーモスタット弁３８は、分配空間３０ｇへ流入した冷媒の温度が予め定めた基準温度以下となった際に、分配空間３０ｇを２つの空間に区画するように弁体を変位させる。
【０１３０】
このため、本実施形態では、分配空間３０ｇへ流入した冷媒の温度が基準温度以下になっている際には、第２冷媒流入通路３６ｂの入口側が閉塞され、図７の実線矢印で示すように、第１冷媒流入通路３６ａを介して、分配空間３０ｇと旋回空間３０ａとを連通させることができる。
【０１３１】
一方、分配空間３０ｇへ流入した冷媒の温度が基準温度より高くなっている際には、図７の実線矢印および破線矢印に示すように、第１、第２冷媒流入通路３６ａ、３６ｂの双方を介して、分配空間３０ｇと旋回空間３０ａとを連通させることができる。
【０１３２】
つまり、本実施形態のサーモスタット弁３８は、複数の冷媒流入通路（３６ａ、３６ｂ）の少なくとも一部を閉塞させる開閉手段としての機能を果たしている。さらに、サーモスタット弁３８は、旋回空間３０ａへ流入する冷媒の温度の上昇に伴って、第１、第２冷媒流入通路３６ａ、３６ｂの合計通路断面積を拡大させる面積調整手段を構成している。
【０１３３】
また、図６に示すように、ノズル３２の内部には、旋回空間３０ａから流出した冷媒を減圧させて下流側へ流出させる減圧用空間３０ｂが形成されている。この減圧用空間３０ｂは、円柱状空間とこの円柱状空間の下方側から連続して冷媒流れ方向に向かって徐々に広がる円錐台形状空間とを結合させた回転体形状に形成されており、減圧用空間３０ｂの中心軸は旋回空間３０ａの中心軸と同軸上に配置されている。
【０１３４】
減圧用空間３０ｂの内部には、通路形成部材３５が配置されている。通路形成部材３５は、第１実施形態で説明したニードル弁２３と同様の機能を果たすものである。より具体的には、通路形成部材３５は、樹脂にて形成されており、減圧用空間３０ｂ側から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成されている。また、通路形成部材３５の中心軸は、減圧用空間３０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。
【０１３５】
これにより、ノズル３２の減圧用空間３０ｂを形成する部位の内周面と通路形成部材３５の外周面との間には、図８に示すように、冷媒を減圧させるための断面円環状のノズル通路２５ａの少なくとも一部が形成される。
【０１３６】
また、ノズル３２の内壁面には、冷媒通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部２５ｂを形成する喉部３２ａが設けられている。このため、ノズル通路２５ａには、最小通路断面積部２５ｂの冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部２５ｂへ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部２５ｃ、および最小通路断面積部２５ｂの冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部２５ｄが形成されている。
【０１３７】
従って、本実施形態のノズル通路２５ａは、ラバールノズルと同様に冷媒通路断面積が変化する。さらに、本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの通常運転時に、ノズル通路２５ａから噴射される噴射冷媒の流速が音速以上となるようにノズル通路２５ａの冷媒通路断面積を変化させている。
【０１３８】
次に、図６に示すミドルボデー３３は、その中心部に表裏（上下）を貫通する貫通穴が設けられた金属製の円板状部材である。さらに、ミドルボデー３３の貫通穴の外周側には、通路形成部材３５を変位させる駆動手段としての駆動機構３７が配置されている。ミドルボデー３３は、ハウジングボデー３１の内部であって、かつ、ノズル３２の下方側に圧入等の手段によって固定されている。
【０１３９】
ミドルボデー３３の上面とこれに対向するハウジングボデー３１の内壁面との間には、冷媒吸引口３１ｂから流入した冷媒を滞留させる流入空間３０ｃが形成されている。さらに、ミドルボデー３３の貫通穴の内周面とノズル３２の下方側の外周面との間には、流入空間３０ｃと減圧用空間３０ｂの冷媒流れ下流側とを連通させる吸引通路３０ｄが形成されている。
【０１４０】
また、ミドルボデー３３の貫通穴のうち、吸引通路３０ｄの冷媒流れ下流側には、冷媒流れ方向に向かって徐々に広がる略円錐台形状に形成された昇圧用空間３０ｅが形成されている。昇圧用空間３０ｅは、上述したノズル通路２５ａから噴射された噴射冷媒と吸引通路３０ｄから吸引された吸引冷媒とを混合させる空間である。昇圧用空間３０ｅの中心軸は旋回空間３０ａおよび減圧用空間３０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。
【０１４１】
昇圧用空間３０ｅの内部には、通路形成部材３５の下方側が配置されている。さらに、ミドルボデー３３の昇圧用空間３０ｅを形成する部位の内周面と通路形成部材３５の下方側の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒流れ下流側に向かって通路断面積を徐々に拡大させる形状に形成されている。これにより、この冷媒通路では、噴射冷媒および吸引冷媒の混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換させることができる。
【０１４２】
従って、昇圧用空間３０ｅを形成するミドルボデー３３の内周面と通路形成部材３５の下方側の外周面との間に形成される冷媒通路は、噴射冷媒および吸引冷媒を混合して昇圧させるディフューザ（昇圧部）として機能するディフューザ通路を構成している。
【０１４３】
次に、ミドルボデー３３の内部に配置された、駆動機構３７について説明する。駆動機構３７は、圧力応動部材である円形薄板状のダイヤフラム３７ａを有して構成されている。より具体的には、図１０に示すように、ダイヤフラム３７ａはミドルボデー３３の外周側に形成された円柱状の空間を上下の２つの空間に仕切るように、溶接等の手段によって固定されている。
【０１４４】
ダイヤフラム３７ａによって仕切られた２つの空間のうち上方側（流入空間３０ｃ側）の空間は、蒸発器１４出口側冷媒（具体的には、蒸発器１４から流出した冷媒）の温度に応じて圧力変化する感温媒体が封入される封入空間３７ｂを構成している。この封入空間３７ｂには、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａを循環する冷媒を主成分とする感温媒体が予め定めた密度となるように封入されている。
【０１４５】
一方、ダイヤフラム３７ａによって仕切られた２つの空間のうち下方側の空間は、図示しない連通路を介して、蒸発器１４出口側冷媒を導入させる導入空間３７ｃを構成している。従って、封入空間３７ｂに封入された感温媒体には、流入空間３０ｃと封入空間３７ｂとを仕切る蓋部材３７ｄおよびダイヤフラム３７ａを介して、蒸発器１４出口側冷媒の温度が伝達される。
【０１４６】
さらに、ダイヤフラム３７ａは、封入空間３７ｂの内圧と導入空間３７ｃへ流入した蒸発器１４出口側冷媒の圧力との差圧に応じて変形する。このため、ダイヤフラム３７ａは弾性に富み、かつ熱伝導が良好で、強靱な材質にて形成することが好ましい。具体的には、ダイヤフラム３７ａとして、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の金属薄板や基布入りＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン共重合ゴム）等を採用してもよい。
【０１４７】
ダイヤフラム３７ａの中心部には、円柱状の作動棒３７ｅの一端側端部（上方側端部）が接合されている。作動棒３７ｅは、駆動機構３７から通路形成部材３５へ、通路形成部材３５を変位させるための駆動力を伝達するものである。さらに、作動棒３７ｅの他端側端部（下方側端部）は、通路形成部材３５の底面側の外周側に当接するように配置されている。
【０１４８】
また、図１０に示すように、通路形成部材３５の底面は、コイルバネ４０の荷重を受けている。コイルバネ４０は、通路形成部材３５に対して、上方側（通路形成部材３５が最小通路断面積部２５ｂにおける通路断面積を縮小する側）に付勢する荷重を加える弾性部材である。従って、通路形成部材３５は、旋回空間３０ａ側の高圧冷媒から受ける荷重、気液分離空間３０ｆ側の低圧冷媒から受ける荷重、作動棒３７ｅから受ける荷重、およびコイルバネ４０から受ける荷重が釣り合うように変位する。
【０１４９】
より具体的には、蒸発器１４出口側冷媒の温度（過熱度）が上昇すると、封入空間３７ｂに封入された感温媒体の飽和圧力が上昇し、封入空間３７ｂの内圧から導入空間３７ｃの圧力を差し引いた差圧が大きくなる。これにより、ダイヤフラム３７ａが導入空間３７ｃ側へ変位して、通路形成部材３５が作動棒３７ｅから受ける荷重が増加する。このため、蒸発器１４出口側冷媒の温度が上昇すると、通路形成部材３５は、最小通路断面積部２５ｂにおける通路断面積を拡大させる方向（鉛直方向下方側）に変位する。
【０１５０】
一方、蒸発器１４出口側冷媒の温度（過熱度）が低下すると、封入空間３７ｂに封入された感温媒体の飽和圧力が低下して、封入空間３７ｂの内圧から導入空間３７ｃの圧力を差し引いた差圧が小さくなる。これにより、ダイヤフラム３７ａが封入空間３７ｂ側へ変位して、通路形成部材３５が作動棒３７ｅから受ける荷重が減少する。このため、蒸発器１４出口側冷媒の温度が低下すると、通路形成部材３５は、最小通路断面積部２５ｂにおける通路断面積を縮小させる方向（鉛直方向上方側）に変位する。
【０１５１】
本実施形態の駆動機構３７では、このように蒸発器１４出口側冷媒の過熱度に応じてダイヤフラム３７ａが通路形成部材３５を変位させることによって、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度ＫＳＨに近づくように、最小通路断面積部２５ｂにおける通路断面積を調整している。この基準過熱度ＫＳＨは、コイルバネ４０の荷重を調整することによって変更することもできる。
【０１５２】
なお、作動棒３７ｅとミドルボデー３３との隙間は、図示しないＯ−リング等のシール部材によってシールされており、作動棒３７ｅが変位してもこの隙間から冷媒が漏れることはない。
【０１５３】
また、本実施形態では、ミドルボデー３３に複数（本実施形態では、３つ）の円柱状の空間を設け、この空間の内部にそれぞれ円形薄板状のダイヤフラム３７ａを固定して複数の駆動機構３７を構成している。さらに、複数の駆動機構３７は、通路形成部材３５に均等に駆動力を伝達するために、中心軸周りに等角度間隔で配置されている。
【０１５４】
次に、ロワーボデー３４は、円柱状の金属部材で形成されており、ハウジングボデー３１の底面を閉塞するように、ハウジングボデー３１内にネジ止め等の手段によって固定されている。ロワーボデー３４の上方側とミドルボデー３３との間には、昇圧用空間３０ｅ内に形成されたディフューザ通路から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間３０ｆが形成されている。
【０１５５】
気液分離空間３０ｆは、略円柱状の回転体形状の空間として形成されており、気液分離空間３０ｆの中心軸も、旋回空間３０ａ、減圧用空間３０ｂ、昇圧用空間３０ｅ等の中心軸と同軸上に配置されている。この気液分離空間３０ｆでは、冷媒を中心軸周りに旋回させた際の遠心力の作用によって、冷媒の気液を分離する。さらに、この気液分離空間３０ｆの内容積は、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても、実質的に余剰冷媒を溜めることができない程度の容積になっている。
【０１５６】
ロワーボデー３４の中心部には、気液分離空間３０ｆに対して同軸上に配置されて、上方側へ向かって延びる円筒状のパイプ３４ａが設けられている。そして、気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒は、パイプ３４ａの外周側に一時的に滞留して、液相冷媒流出口３１ｃから流出する。パイプ３４ａの内部には、気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒をハウジングボデー３１の気相冷媒流出口３１ｄへ導く気相冷媒流出通路３４ｂが形成されている。
【０１５７】
パイプ３４ａの上端部には、前述したコイルバネ４０固定されている。このコイルバネ４０は、冷媒が減圧される際の圧力脈動に起因する通路形成部材３５の振動を減衰させる振動緩衝部材としての機能も果たしている。また、気液分離空間３０ｆの底面には、液相冷媒中の冷凍機油を気相冷媒流出通路３４ｂを介して圧縮機１１内へ戻すオイル戻し穴３４ｃが形成されている。
【０１５８】
従って、本実施形態のエジェクタ２５は、
冷媒流入口（３１ａ）から流入した冷媒に旋回流れを生じさせる旋回空間（３０ａ）、旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間（３０ｂ）、減圧用空間（３０ｂ）の冷媒流れ下流側に連通して外部から吸引された冷媒を流通させる吸引用通路（３０ｃ、３０ｄ）、減圧用空間（３０ｂ）から噴射された噴射冷媒と吸引用通路（３０ｃ、３０ｄ）から吸引された吸引冷媒とを混合させる昇圧用空間（３０ｅ）が形成されたボデー（３０）と、
少なくとも一部が減圧用空間（３０ｂ）の内部、および昇圧用空間（３０ｅ）の内部に配置されるとともに、減圧用空間（３０ｂ）側から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成された通路形成部材（３５）と、
通路形成部材（３５）を変位させる駆動力を出力する駆動手段（３７）と、を備え、
ボデー（３０）のうち減圧用空間（３０ｂ）を形成する部位の内周面と通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、冷媒流入口（３１ａ）から流入した冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路（２５ａ）であり、
ボデー（３０）のうち昇圧用空間（３０ｅ）を形成する部位の内周面と通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、噴射冷媒および吸引冷媒を混合して昇圧させる昇圧部として機能するディフューザ通路であり、
ノズル通路（２５ａ）には、通路断面積が最も縮小した最小通路断面積部（２５ｂ）、最小通路断面積部（２５ｂ）の冷媒流れ上流側に形成されて最小通路断面積部（２５ｂ）へ向かって通路断面積が徐々に縮小する先細部（２５ｃ）、および最小通路断面積部（２５ｂ）の冷媒流れ下流側に形成されて通路断面積が徐々に拡大する末広部（２５ｄ）が形成されていると表現することができる。
【０１５９】
さらに、エジェクタ（２５）のボデー（３０）には、冷媒流入口（３１ａ）から旋回空間（３０ａ）へ冷媒を導く冷媒流入通路（３６ａ、３６ｂ）が形成されており、
冷媒流入通路（３６ａ、３６ｂ）の通路断面積を変化させる面積調整手段（３８）を備えていると表現することができる。
【０１６０】
その他のエジェクタ式冷凍サイクル１０ａの構成は、第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０と同様である。ここで、本実施形態のエジェクタ２５は、サイクルを構成する複数の構成機器を一体化させたものである。従って、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０ａを作動させても、第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０と同様に作動し、同様の効果を得ることができる。
【０１６１】
また、本実施形態のエジェクタ２５では、旋回流発生手段としての旋回空間３０ａおよび第１、第２流入冷媒通路３６ａ、３６ｂが形成されているので、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの通常作動時には、旋回空間３０ａにて冷媒を旋回させることで、第１実施形態と同様に、高いエネルギ変化効率を発揮させることができる。
【０１６２】
さらに、本実施形態のエジェクタ２５では、面積調整手段としてのサーモスタット弁３８を備えているので、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの負荷変動に応じて、第１、第２冷媒流入通路３６ａ、３６ｂを介して旋回空間３０ａ内へ流入する流入液相冷媒の速度を調整することができる。
【０１６３】
従って、第１実施形態と同様に、気柱の形状が大きく変化してしまうことを抑制することができる。その結果、エジェクタ式冷凍サイクル１０aの負荷変動によらず、高いエネルギ変換効率を発揮可能なエジェクタを提供することができる。
【０１６４】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、面積調整手段によって、旋回空間内へ流入する冷媒の角運動量φを調整した例を説明したが、本実施形態では、第２実施形態で説明した旋回空間を変形させた旋回空間の幾何学的な形状によって、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動によらず、旋回空間内に適切な気柱を生じさせる例を説明する。
【０１６５】
より詳細には、本実施形態では、第２実施形態と同様のエジェクタ式冷凍サイクル１０ａにおいて、図９に示すように、エジェクタ２５の旋回空間３０ａ’の形状を変化させている。なお、図９は、第２実施形態の図８に対応する模式的な拡大断面図である。本実施形態のエジェクタ２５では、一本の冷媒流入通路３６ａが設けられている。もちろん、第２実施形態と同様に、複数の冷媒流入通路が設けられていてもよい。
【０１６６】
まず、旋回空間３０ａ’内に気柱を生成するためには、気液界面の液相冷媒の圧力Ｐｃ、すなわち気柱内の圧力Ｐｃを、図１０のモリエル線図に示すように飽和圧力よりも低下させる必要がある。
【０１６７】
【数８】
0006398802.tif 000009
ここで、Ｐ０は流入液相冷媒の圧力であり、図１０は、第１実施形態で説明したものと同等のモリエル線図にＰ０、Ｐｃ、ΔＰｓａｔを示したものである。ΔＰｓａｔは、冷媒の物性によって決定される値であって、冷媒流入通路３６ａへ流入する冷媒の圧力から当該冷媒を等エントロピ減圧（等エントロピ線上で減圧）させた際の飽和圧力を減算した圧力差と定義することができる。
【０１６８】
また、エネルギ保存の法則から、数式８に示す関係が成立する。
【０１６９】
【数９】
0006398802.tif 000010
ここで、Ｐｉｎは冷媒流入通路３６ｃから旋回空間３０ａ’へ流入する直前の流入液相冷媒の圧力、ρｉｎは冷媒流入通路３６ｃ内の冷媒密度、ｖｉｎは冷媒流入通路３６ｃから旋回空間３０ａ’へ流入する直前の流入液相冷媒の速度である。従って、実質的に、Ｐｉｎは流入液相冷媒の圧力Ｐ０に等しく、ｖｉｎは流入液相冷媒の旋回速度ｖθ０に等しい。
【０１７０】
Ｐｃは、気柱の圧力であり、ρｃは気液界面における液相冷媒の密度、ｖθｃは気液界面における液相冷媒の旋回速度、ｖｚｃは気液界面における液相冷媒の軸方向速度である。前述の数式１で説明したように、液相冷媒は非圧縮性流体として取り扱うことができるので、上記数８において、ρｉｎとρｃは等しい。
【０１７１】
また、最小通路断面積部２５ｂにおける液膜厚さδは比較的薄いので、δ≒０とすると、上述した角運動量保存の法則を示す数式Ｆ２から、以下数式９の関係が成立する。
【０１７２】
【数１０】
0006398802.tif 000011
そして、数式９を、数式８へ代入すると、以下数式１０を求めることができる。なお、Ｒ０、Ｒｃ、Ｒｔｈは、それぞれ図９に示すように、流入液相冷媒の旋回半径、気柱の半径、流出液相冷媒の旋回半径である。さらに、数式１０と数式７の関係から、数式１１が求められる。
【０１７３】
【数１１】
0006398802.tif 000012
【０１７４】
【数１２】
0006398802.tif 000013
つまり、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの負荷変動によって、流入液相冷媒の速度ｖｉｎに変動が生じても、当該速度ｖｉｎの変動の範囲において、上記数式１１を満足するように、流入液相冷媒の旋回半径Ｒ０および流出液相冷媒の旋回半径Ｒｔｈを決定することで、旋回空間３０ａ’内に気柱を生じさせることができる。そこで、本実施形態では、数式１１を満足するように旋回空間３０ａ’の形状を決定している。
【０１７５】
より具体的には、本実施形態では、数式１１を満足する旋回空間３０ａ’の形状として、下方側に先細る円錐形状よりも内側に凹んだ形状を採用している。換言すると、軸方向断面における、冷媒流入通路３６ａの出口部から喉部３２ａへ至る範囲の形状が、冷媒流入通路３６ａの出口部と喉部３２ａとを結んだ直線（図９の二点鎖線）よりも中心軸側へ凸となった形状になっている。
【０１７６】
本発明者らの検討によれば、旋回空間３０ａ’の形状を上述の如く中心軸側へ凸となった形状とすることで、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの負荷変動によって、流入液相冷媒の速度ｖｉｎに変動が生じても、気柱の形状が大きく変化しないことが確認されている。
【０１７７】
さらに、本発明者らの検討によれば、最小通路断面積部２５ｂを流通する冷媒のレイノルズ数をＲｅと定義したときに、Ｒｅが１００００以上となるように設定することで、エジェクタ式冷凍サイクル１０ａの負荷変動によらず、ノズル通路２５ａへ流入する冷媒が適切な二相分離状態となる気柱を生じさせることができることが確認されている。
【０１７８】
また、本実施形態では、軸方向断面における、冷媒流入通路３６ａの出口部から喉部３２ａへ至る範囲の形状が、曲線状に形成した例を説明したが、もちろん、数式１１を満足することができれば、例えば、図１１に示すように、複数の直線を組み合わせた形状になっていてもよい。
【０１７９】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【０１８０】
（１）上述の第１実施形態では、放熱器出口側温度Ｔｄの上昇に伴って、面積調整手段である流入面積調整弁２４の弁開度を増加させた例を説明したが、流入面積調整弁２４の制御態様はこれに限定されない。
【０１８１】
つまり、旋回空間２０ｅへ流入する冷媒の流量の増加に伴って冷媒流入通路２１ａの通路断面積を増加させることができれば、例えば、放熱器１２出口側冷媒の圧力Ｐｄの上昇に伴って、流入面積調整弁２４の弁開度を増加させてもよいし、圧縮機１１の冷媒吐出能力の増加に伴って、流入面積調整弁２４の弁開度を増加させてもよい。
【０１８２】
（２）上述の第２実施形態では、面積調整手段として開閉手段であるサーモスタット弁３８を採用した例を説明したが、サーモスタット弁３８に代えて、空調制御装置５０から出力される制御電圧によって作動する開閉弁を採用してもよい。この場合は、例えば、放熱器出口側温度Ｔｄが予め定めた基準温度より高くなった際に、分配用冷媒通路３１ｇと第２冷媒流入通路３６ｂの入口側とを連通させるように開閉弁の作動を制御すればよい。
【０１８３】
また、上述の第２実施形態では、２つの流入冷媒通路３６ａ、３６ｂを設けた例を説明したが、流入冷媒通路を３つ以上設けてもよい。この場合は、分配空間３０ｇのうち、各冷媒流入通路の冷媒入口同士の間のそれぞれにサーモスタット弁あるいは開閉弁（面積調整手段）を配置し、温度上昇に伴って分配用冷媒通路３１ｇに近い側の開閉手段（サーモスタット弁、開閉弁）を順次開くようにすればよい。
【０１８４】
（３）エジェクタ式冷凍サイクル１０を構成する各構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
【０１８５】
例えば、上述の実施形態では、圧縮機１１として、電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１として、プーリ、ベルト等を介して車両走行用エンジンから伝達される回転駆動力によって駆動されるエンジン駆動式の圧縮機を採用してもよい。さらに、エンジン駆動式の圧縮機としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整することのできる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチの断続により圧縮機の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機を採用することができる。
【０１８６】
また、上述の実施形態では、放熱器１２として、サブクール型の熱交換器を採用した例を説明したが、凝縮部１２ａのみからなる通常の放熱器を採用してもよい。さらに、通常の放熱器とともに、この放熱器にて放熱した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄える受液器（レシーバ）を一体化させたレシーバ一体型の凝縮器を採用してもよい。
【０１８７】
また、上述の実施形態では、冷媒としてＲ１３４ａあるいはＲ１２３４ｙｆ等を採用可能であることを説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、Ｒ６００ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆｘｆ、Ｒ４０７Ｃ等を採用することができる。または、これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。
【０１８８】
（４）上述の実施形態では、本発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル１０を、車両用空調装置に適用した例を説明したが、エジェクタ式冷凍サイクル１０の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、自動販売機用冷却加熱装置等に適用してもよい。
【０１８９】
（５）上述の実施形態では、本発明に係るエジェクタ式冷凍サイクル１０の放熱器１２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器１４を送風空気を冷却する利用側熱交換器として用いているが、逆に、蒸発器１４を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として用い、放熱器１２を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として用いるヒートポンプサイクルを構成してもよい。
【符号の説明】
【０１９０】
１０、１０ａ    エジェクタ式冷凍サイクル
２０、２５      エジェクタ
２０ａ、２５ａ  ノズル通路
２０ｂ、２５ｂ  最小通路断面積部
２０ｅ、３０ａ  旋回空間（旋回流発生手段）
２１、３２      ノズル
２２、３０      ボデー
２３、３５      ニードル弁、通路形成部材
２３ｂ、３５ａ  先端部
２３ａ、３７    ステッピングモータ、駆動機構（駆動手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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