(57)【要約】【課題】  弁手段がノズルの軸線方向に変位することにより、通過する流体の流量を調節できる流量可変ノズルにおいて、特に弁手段がノズル開度を小さくした時のノズル効率の低下を軽減できる流量可変ノズルの提供を目的とする。【解決手段】  流体噴出口１７ａ、２０ｄへ流れる高圧冷媒の通路面積を縮小する絞り部１７ｂ、２０ｅを有するメインノズル１７およびサブノズル２０を軸線が一致するように配置し、このサブノズル２０のサブ噴出口２０ｄの直径をメインノズル１７の噴出口１７ａの直径よりも小さく形成する。サブノズル２０を軸線方向Ｒに変位させて、サブノズル２０の外側テーパ部２０ｆとノズル１７の絞り部１７ｂとの距離を変化させることにより、冷媒の流量を調整する。【選択図】        図３
2005233121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）へ流れる高圧側流体の通路面積を縮小する絞り部（１７ｂ、２０ｅ）を有する複数のノズル（１７、２０）を備え、
前記複数のノズル（１７、２０）は、前記複数のノズル（１７、２０）の軸線が一致するように配置されており、
前記複数のノズル（１７、２０）のうち、少なくとも１つのノズル（２０）は、前記軸線の軸線方向（Ｒ）に変位することにより、前記高圧側流体の通路面積の増減ができるようになっていることを特徴とする流量可変ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の流量可変ノズルを用いたエジェクタであって、
前記軸線方向（Ｒ）に変位することにより、前記複数のノズル（１７、２０）のうち、前記高圧側流体の流れの最上流側に位置するノズル（２０）の開度を増減するニードル弁（１９）と、
流入口（１０ａ）から前記高圧側流体が流入する高圧空間（１８）と、
低圧側流体が流入する第２流入口（２１ａ）を有する空間であって、内部に前記流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）が配置され、前記流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）から高速で噴出する前記高圧側流体の巻き込み作用によって前記第２流入口（２１ａ）から前記低圧側流体が吸引される吸入空間（２２）と、
前記吸入空間（２２）よりも流体流れ下流側部位に配置され、前記高圧側流体と前記低圧側流体が混合する混合部（２３）と、
前記混合部（２３）よりも流体流れ下流側部位に配置され、流体流れ下流側方向に向かって徐々に流体の通路面積が増えていくディフューザ部（２４）とを備えることを特徴とするエジェクタ。
【請求項３】
前記軸線方向（Ｒ）へ変位できる前記少なくとも１つのノズル（２０）および前記ニードル弁（１９）は、１つの変位手段（２５、４０）により変位量が制御されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載のエジェクタ。
【請求項４】
流入口（１０ａ）から高圧側流体が流入する高圧空間（１８）と、
前記高圧空間（１８）よりも内部の圧力が低い低圧空間（１０ｃ）と、
前記高圧空間（１８）から流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）へ流れる高圧側流体の通路面積を縮小する絞り部（１７ｂ、２０ｅ）を有する複数のノズル（１７、２０）と、
前記複数のノズル（１７、２０）のうち、少なくとも１つのノズル（２０）に前記流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）側へ向かって荷重を加える荷重手段（４１）と、
前記複数のノズル（１７、２０）の軸線方向（Ｒ）に変位することにより、前記複数のノズル（１７、２０）のうち、前記高圧側流体の流れの最上流側に位置するノズル（２０）の開度を増減するニードル弁（１９）と、
低圧側流体が流入する第２流入口（２１ａ）を有する空間であって、内部に前記流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）が配置され、前記流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）から高速で噴出する前記高圧側流体の巻き込み作用によって前記第２流入口（２１ａ）から前記低圧側流体が吸引される吸入空間（２２）とを備え、
前記複数のノズル（１７、２０）は、前記複数のノズル（１７、２０）の軸線が一致するように配置されており、
前記荷重手段（４１）の荷重により、前記少なくとも１つのノズル（２０）は、前記少なくとも１つのノズル（２０）が可変できる流体通路を閉じており、
前記少なくとも１つのノズル（２０）の一方は前記高圧空間（１８）、他方は前記低圧空間（１０ｃ）に配置されていることを特徴とするエジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を減圧するとともに通過する流体の流量を調節できる流量可変ノズルに関するもので、ノズルから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に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルで冷媒減圧手段および冷媒循環手段として用いられるエジェクタ内のノズルとして、通過する冷媒の流量を調節できる流量可変ノズルを使用したものが特許文献１にて知られている。また、本出願人は先に特願２００２−３１１２６０号の特許出願（以下先願例と称す）にて、冷媒流量を調節する弁手段として先端にテーパ形状を有するニードル弁を使用したものを提案している。
【０００３】
この図２１の特許文献１に記載の従来例のエジェクタ５０では、圧縮機で高圧となった冷媒が流入口５１を通って高圧空間１８に流入する。その後、高圧冷媒はノズル５２の絞り部５２ａで通路面積を絞られることにより、圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されて加速し、噴出口５２ｂから噴出する。この噴出した高い速度の冷媒流の巻き込み作用により、蒸発器で蒸発した気相冷媒が気相冷媒流入口５３から吸引される。
【０００４】
また、従来例では通路面積を増減させる弁手段５４ａ、５４ｂをノズルの軸線方向（図２１中左右方向）Ｒに変位させることにより、ノズル５２の開度（冷媒が通過可能な流路面積）を変化させることができる。つまり、ノズル５２を通過する冷媒の流量を増減させることができる。同様に、図２２の先願例のエジェクタ５５でも先端にテーパ形状１９ａを有するニードル弁１９をノズルの軸線方向（図２２中左右方向）Ｒに変位させて、ノズル５２を通過する冷媒の流量を増減させることができる。
【０００５】
これらによると、圧縮機が高回転、つまりエジェクタ５０、５５に流入する冷媒が多い時にはノズル５２の開度を大きくして、ノズル５２を通過する冷媒量を増やすことができる。したがって、ノズル５２、言い換えるとエジェクタ５０、５５の冷媒流れ下流側の蒸発器を流れる冷媒量が増えるため、ノズル５２を通過する冷媒流量を増減できない場合に比べて、特にサイクルを流れる冷媒量が多い時の冷凍（冷房）能力を向上させることができる。
【特許文献１】特開平５−３１２４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来例（先願例）では弁手段５４ａ、５４ｂ（ニードル弁１９）はノズル５２内において冷媒の最小の流路面積を有する喉部Ｂの流路断面積を変化させている。より詳しく述べると、従来例（先願例）のエジェクタ５０（５５）では、弁手段５４ａ、５４ｂ（ニードル弁１９）がノズル５２の軸線方向Ｒに変位すると、喉部Ｂにおけるノズル５２の内壁面と弁手段５４ａ、５４ｂ（ニードル弁１９）の外壁面との距離が変化する。つまり、ノズル５２の軸線方向Ｒにおける実質的な流路断面積が変化する。
【０００７】
そのため、ノズル５２の開度が小さくなる、つまり喉部Ｂでの冷媒通路断面積が小さくなると、喉部Ｂよりも冷媒流れ下流側部位での通路断面積が喉部Ｂの通路断面積に比べて急激に増大してしまう。これにより、急拡大に伴う損失が発生し、ノズル効率が低下するという問題がある。
【０００８】
ノズル効率が低下するということは、ノズル５２において冷媒の圧力エネルギーが充分に速度エネルギーに変換されなくなるということである。したがって、蒸発器で蒸発した気相冷媒の吸引が行えなくなり、冷凍サイクルが正常に作動しなくなってしまう。
【０００９】
なお、「発明が解決しようとする課題」内においてカッコ内は先願例の場合を示している。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑み、弁手段がノズルの軸線方向に変位することにより、通過する流体の流量を調節できる流量可変ノズルにおいて、弁手段がノズル開度を小さくした場合におけるノズル効率低下の軽減を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、流量可変ノズルにおいて、流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）へ流れる高圧側流体の通路面積を縮小する絞り部（１７ｂ、２０ｅ）を有する複数のノズル（１７、２０）を備え、
複数のノズル（１７、２０）は、複数のノズル（１７、２０）の軸線が一致するように配置されており、複数のノズル（１７、２０）のうち、少なくとも１つのノズル（２０）は、軸線の軸線方向（Ｒ）に変位することにより、高圧側流体の通路面積の増減ができるようになっていることを特徴としている。
【００１２】
これによると、複数のノズル（１７、２０）の軸線が一致するように配置されているため、軸線の軸線方向（Ｒ）に変位できる少なくとも１つのノズル（２０）が増減する流体の通路面積は、図２２の先願例のように１つの弁手段（ニードル弁）で流体の通路面積を増減させる場合に比べて小さくなる。
【００１３】
そのため、噴出口（１７ａ、２０ｄ）、（図２２では喉部に該当する）から噴出する流体の流路断面積が同一とすると、１つのノズル（２０）が増減する流体の通路面積が小さい本発明の方が、特に微小開度では流体の流路断面積の拡大の度合が小さくなる。したがって、通路面積の拡大に伴うエネルギー損失（ノズル効率の低下）を軽減することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の流量可変ノズルを用いたエジェクタであって、
軸線方向（Ｒ）に変位することにより、複数のノズル（１７、２０）のうち、高圧側流体の流れの最上流側に位置するノズル（２０）の開度を増減するニードル弁（１９）と、流入口（１０ａ）から高圧側流体が流入する高圧空間（１８）と、低圧側流体が流入する第２流入口（２１ａ）を有する空間であって、内部に流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）が配置され、流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）から高速で噴出する高圧側流体の巻き込み作用によって第２流入口（２１ａ）から低圧側流体が吸引される吸入空間（２２）と、吸入空間よりも流体流れ下流側部位に配置され、高圧側流体と低圧側流体が混合する混合部（２３）と、混合部（２３）よりも流体流れ下流側部位に配置され、流体流れ下流側方向に向かって徐々に流体の通路面積が増えていくディフューザ部（２４）とを備えたエジェクタを特徴としている。
【００１５】
これにより、請求項１で述べた効果を有する流量可変ノズルをエジェクタの構成部品として使用できる。加えて、エジェクタとして以下の作用効果を発揮することができる。絞り部（１７ａ、２０ｄ）で流体通路を縮小することにより流体を減圧できる。また、流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）から高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって吸引空間（２２）の第２流入口（２１ａ）から低圧側流体を吸引し、輸送をする運動量輸送式ポンプ作用を発揮できる。さらに、流体の通路面積が増えていくディフューザ部（２４）で流体を昇圧することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載のエジェクタにおいて、軸線方向（Ｒ）へ変位できる少なくとも１つのノズル（２０）およびニードル弁（１９）の変位量の制御を１つの変位手段（２５、４０）で行ってもよい。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明では、エジェクタにおいて、流入口（１０ａ）から高圧側流体が流入する高圧空間（１８）と、高圧空間（１８）よりも内部の圧力が低い低圧空間（１０ｃ）と、高圧空間（１８）から流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）へ流れる高圧側流体の通路面積を縮小する絞り部（１７ｂ、２０ｅ）を有する複数のノズル（１７、２０）と、複数のノズル（１７、２０）のうち、少なくとも１つのノズル（２０）に流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）側へ向かって荷重を加える荷重手段（４１）と、複数のノズル（１７、２０）の軸線方向（Ｒ）に変位することにより、複数のノズル（１７、２０）のうち、高圧側流体の流れの最上流側に位置するノズル（２０）の開度を増減するニードル弁（１９）と、低圧側流体が流入する第２流入口（２１ａ）を有する空間であって、内部に流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）が配置され、流体噴出口（１７ａ、２０ｄ）から高速で噴出する高圧側流体の巻き込み作用によって第２流入口（２１ａ）から低圧側流体が吸引される吸入空間（２２）とを備え、
複数のノズル（１７、２０）は、複数のノズル（１７、２０）の軸線が一致するように配置されており、荷重手段（４１）の荷重により、少なくとも１つのノズル（２０）は、少なくとも１つのノズル（２０）が可変できる流体通路を閉じており、少なくとも１つのノズル（２０）の一方は高圧空間（１８）、他方は低圧空間（１０ｃ）に配置されていることを特徴とするエジェクタ。
【００１８】
これによると、高圧空間（１８）の圧力が急激に上昇した場合には、高圧空間（１８）と低圧空間（１０ｃ）の圧力差が、荷重手段（４１）が少なくとも１つのノズル（２０）に加える荷重よりも大きくなる。これにより、少なくとも１つのノズル（２０）が流体通路を開く方向に力を受ける。したがって、高圧空間（１８）で異常に高圧となった流体が吸入空間（２２）に噴出して高圧空間（１８）の圧力を低下させることができ、異常高圧による部品の破損を防止することができる。
【００１９】
なお、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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るエジェクタを車両用空調装置の冷凍サイクルに適用したものであり、図１は本実施形態に係る冷凍サイクルの模式図である。図１中、１１は冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１である。この圧縮機１１で高圧状態となった冷媒は放熱器１２に流入する。放熱器１２では冷媒が室外空気へ放熱する、言い換えると冷媒が室外空気により冷却される。
【００２１】
冷却された冷媒は、エジェクタ１３に流入する。エジェクタ１３は放熱器１２から流出する冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換することにより、後述する蒸発器１６にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、冷媒の膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１１の吸入圧を上昇させている。このエジェクタ１３についての詳細は後述する。
【００２２】
エジェクタ１３から流出した冷媒は、気液分離器１４に流入する。気液分離器１４では、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ており、分離された気相冷媒は圧縮機１１に吸引されて再び圧縮され、一方、分離された液相冷媒は蒸発器１６側に吸引される。
【００２３】
蒸発器１６は、液相冷媒が室内に吹き出す空気と熱交換して蒸発することにより冷房能力を発揮するものである。なお、気液分離器１４と蒸発器１６との間に配置される第１減圧器１５は、気液分離器１４から蒸発器１６側に吸引される液相冷媒を減圧する絞り（減圧）手段であり、この第１減圧器１５により蒸発器１６内の圧力（蒸発圧力）を確実に低下させている。
【００２４】
次に、図２を使用して本発明に係るエジェクタ１３の全体構造について説明すると、エジェクタ１３の冷媒上流側ボデー１０には、上流側ボデー１０内部の高圧空間１８へ前述した放熱器１２通過後の高圧冷媒が流入する流入口１０ａと、メインノズル部１７とが形成されている。このメインノズル部１７には、冷媒が噴出する噴出口１７ａが備えられている。
【００２５】
また、高圧空間１８と噴出口１７ａとの間の部位には、高圧空間１８から噴出口１７ａに向かって高圧冷媒の通路面積が縮小するテーパ形状の絞り部１７ｂが形成されている。この絞り部１７ｂは、中心軸に対して軸対称形状となっている。
【００２６】
さらに、上流側ボデー１０内にはメインノズル部１７の軸線方向Ｒに変位することにより、メインノズル部１７を通過する冷媒の流量を調整するニードル弁１９が配置されている。このニードル弁１９は略針形状の棒状部材であり、噴出口方向Ｒ１側の部位には、噴出口側端部１９ｂに向かって断面が小さくなるテーパ部１９ａが形成されている。一方、噴出口と反対方向Ｒ２側の部位にはネジ部２６が配置されている。このネジ部２６は、ニードル弁１９と一体に固定されており、外周面にはネジ山が形成されている。そして、ネジ部２６は、ニードル弁１９の変位手段であるステッピングモータ２５のロータ２５ａに形成された凹ネジ部に嵌まっている。なお、ニードル弁１９の噴出口側部位に配置されているサブノズル２０については後述する。
【００２７】
ところで、エジェクタ１３の冷媒下流側ボデー２１内には、上流側ボデー１０と下流側ボデー２１が組み合わさった状態において、噴出口１７ａが位置する吸入空間２２が形成されている。また、下流側ボデー２１には蒸発器１６で蒸発した気相冷媒が吸入空間２２に流入する気相冷媒流入口２１ａが配置されている。そして、下流側ボデー２１内において、吸入空間２２の冷媒流れ下流側には略一定断面の通路断面を有する混合部２３が形成されており、さらに混合部２３の冷媒流れ下流側には冷媒流れ下流側方向に向かって徐々に通路断面積が増えていくディフューザ部２４が形成されている。
【００２８】
次に図３、４を使用してサブノズル２０の詳細を説明すると、サブノズル２０は前述の高圧空間１８のうち、メインノズル部１７の内部空間に位置している。サブノズル２０は内部に空間２０ｂを有するサブノズル本体部２０ａを備えている。このサブノズル本体部２０ａには、高圧冷媒が高圧空間１８から内部空間２０ｂへ流入するサブ流入口２０ｃと、内部空間２０ｂから高圧冷媒が噴出するサブ噴出口２０ｄと、高圧冷媒が内部空間２０ｂからサブ噴出口２０ｄへ流れるに従い、その通路面積が縮小するテーパ形状のサブ絞り部２０ｅとが形成されている。また、サブノズル本体部２０ａの外周部位のうち、メインノズル部１７の噴出口１７ａ側の部位にはメインノズル部１７の絞り部１７ｂに対応した外側テーパ部２０ｆが形成されている。
【００２９】
なお、サブノズル本体部２０ａの外周面であって、サブ流入口２０ｃと直交方向の部位は、ノズル部１７の内面と微小の隙間を有して嵌合する形状になっており、サブノズル２０の軸線がノズル部１７の軸線Ｒに確実に一致するようになっている。また、サブノズル本体部２０ａの外面とノズル部１７の内面は微小の隙間を有しているため、サブノズル２０は当然にノズル軸線方向Ｒに変位（摺動）可能である。
【００３０】
ところで、サブノズル内部空間２０ｂには前述したニードル弁１９が配置されている。このニードル弁１９のテーパ部１９ａは、サブノズル２０のサブ絞り部２０ｅに対応した形状となっている。また、ニードル弁１９には噴出口側段付部１９ｅと、噴出口と反対側段付部１９ｆとの２つの段付部が形成されている。これらの段付部１９ｅ、１９ｆの間の部位には、サブノズル２０の底部２０ｇが軸線方向Ｒに摺動可能に配置されている。
【００３１】
次に、図５を使用してメインノズル部１７の噴出口１７ａ、サブノズル２０のサブ噴出口２０ｄおよびニードル弁１９のテーパ部１９ａのより詳細な形状について説明する。ニードル弁１９のテーパ部１９ａはθ１のテーパ角度で形成されており、このテーパ部１９ａに対応するサブノズル２０のサブ絞り部２０ｅは、θ２のテーパ角度で形成されている。また、サブノズル２０の外側テーパ部２０ｆはθ３のテーパ角度で形成されており、この外側テーパ部２０ｆに対応するメインノズル部１７の絞り部１７ｂはθ４のテーパ角度で形成されている。
【００３２】
本実施形態では、θ１＜θ２＜θ３＜θ４という大小関係になっており、さらにθ２−θ１＜θ４−θ３となっている。さらに、メインノズル部１７の噴出口１７ａの直径φＤ１、ニードル弁１９のテーパ部１９ａの最大直径φＤ２、およびサブ噴出口２０ｄの直径φＤ３の大小関係は、φＤ３＜φＤ２＜φＤ１となっている。なお、ニードル弁１９のテーパ部１９ａ、サブノズル２０のサブ絞り部２０ｅ、外側テーパ部２０ｆ、メインノズル部１７の絞り部１７ｂ、噴出口１７ａ、およびサブ噴出口２０ｄは中心軸線が一致するように配置されている。
【００３３】
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明すると、圧縮機１１が起動すると、気液分離器１４から気相冷媒が圧縮機１１に吸入され、圧縮された冷媒が放熱器１２に吐出される。そして、放熱器１２にて冷却された冷媒は、エジェクタ１３の流入口１０ａから高圧空間１８に流入する。
【００３４】
ここで、ニードル弁１９がメインノズル部１７を全閉状態から全開状態にする作動を図８、および図３、６、７を使用して説明する。ステップモータ２５が制御信号を受けてロータ２５ａを回転させると、ネジ部２６でロータ２５ａの回転力がノズル軸線方向Ｒの直線変位力に変換され、ニードル弁１９が変位する。
【００３５】
図３のメインノズル部１７全閉状態から、ニードル弁１９が噴出口と反対方向Ｒ２に変位するとサブノズル２０のサブ絞り部２０ｅとニードル弁１９のテーパ部１９ａとの間の距離が徐々に大きくなる。つまり、ノズル部１９ｂを通過する冷媒流量（＝ノズル開度）が大きくなっていく（図８中、点ａ→点ｂ）。点ｂは、テーパ部１９ａがサブノズル２０を全開にしている状態（図６）である。
【００３６】
さらに、ニードル弁１９を噴出口と反対方向Ｒ２に変位させるとニードル弁１９の噴出口と反対側段付部１９ｆがサブノズル２０の底部２０ｇに接して変位させるため、サブノズル２０も反対方向Ｒ２に変位する。この時、冷媒は高圧空間１８→サブ流入口２０ｃ→サブ噴出口２０ｄの流れに加えて、高圧空間１８→メインノズル部１７とサブノズル２０との間の空間１８ａ→噴出口１７ａを流れる。つまり、サブノズル２０の外側テーパ部２０ｆとメインノズル部１７の絞り部１７ｂとの間の距離が徐々に大きくなるため、間の空間１８ａを通って噴出口１７ａから吹出す冷媒の量（＝ノズル開度）が大きくなっていく（図８中、点ｂ→点ｄ）。
【００３７】
この時、当然にサブノズル２０の開度は全開となっている（点ｂ→点ｆ）。なお、点ｃ→点ｅはサブノズル２０の外側テーパ部２０ｆによるメインノズル部１７の絞り部１７ｂの開度を単独で示したものである。メインノズル１７を通過する冷媒の量（＝ノズル開度）は図８中の点ｃ→ｅと点ｂ→ｆとを足したもの、つまり点ｂ→ｄとなる。点ｄは、外側テーパ部２０ｆがノズル部１７を全開にしている状態（図７）である。なお、サブノズル２０の底部２０ｇは冷媒の圧力により常に図中左方向（Ｒ１方向）に向かって力を受けている。
【００３８】
ところで、高圧空間１８の冷媒は、ニードル弁１９の変位によりノズル部１７の開度が全閉状態（開度０％）でなくなると噴出口１７ａへ向かって流れる（図６、図７中矢印Ａ）。この時冷媒は、絞り部１７ｂまたはサブ絞り部２０ｅにより通路面積を絞られることにより減圧膨張される。言い換えると、その圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されている。
【００３９】
そして、絞り部１７ｂまたはサブ絞り部２０ｅを通過した冷媒は噴出口１７ａから吸引空間２２へ高速度で噴出する。この時、蒸発器１６で気相となった冷媒が、高速度の噴出流により気相冷媒流入口２１ａから吸引される。噴出口１７ａから噴出した冷媒と気相冷媒流入口２１ａから吸引された気相冷媒は混合部２３で混合しながらディフューザ部２４へ流れる。そして、ディフューザ部２４で冷媒の動圧が静圧に変換されて気液分離器１４に戻る。一方、エジェクタ１３により蒸発器１６内の冷媒が吸引されるため、蒸発器１６には気液分離器１４から液相冷媒が流入し、その流入した冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発する。
【００４０】
次に、第１実施形態による作用効果を列挙すると、（１）サブノズル２０とニードル弁１９でメインノズル１７の噴出口１７ａの開度を増減するため、それぞれの弁手段１９、２０が増減する冷媒通路面積を小さくできる。したがって、特にそれぞれの弁手段１９、２０の最小開度付近における冷媒の流路面積が拡大する度合を小さくでき、ノズル効率の低下を軽減することができる。
【００４１】
より詳しく説明すると、図８に示すようにニードル弁１９はノズル１７の噴出口１７ａの開度を０％〜所定開度まで増減し、サブノズル２０は所定開度〜１００％まで増減する。一例としてニードル弁１９の場合を考えると、図５のようにニードル弁１９はサブノズル２０のサブ噴出口２０ｄを開閉している。
【００４２】
比較のため、図２２の先願例の喉部Ｂの直径を本実施形態のメインノズル１７の噴出口１７ａと同一のφＤ１と仮定し、さらに冷媒の噴出流の直径は噴出口直径と同じと仮定する。そして、先願例の冷媒がニードル弁１９の最小開度（テーパ部１９ａとサブ絞り部２０ｅとの距離がΔｄ）となっている時には、冷媒の流路断面積がΔｄ（正確にはΔｄから計算される面積）からφＤ１（φＤ１で計算される面積、以下同じ）に拡大する。一方、本実施形態では、冷媒の流路断面積がΔｄからφＤ３に拡大する。この時、φＤ３＜φＤ１の寸法関係になっているため、本実施形態では先願例に比べて最小開度付近における冷媒の流路面積が拡大する度合を小さくでき、ノズル効率の低下を軽減することができる。
【００４３】
（２）サブノズル２０のサブ噴出口２０ｄを開閉するニードル弁１９のテーパ角度θ２を小さくしたため、ノズル開度をより精密に制御することができる。
【００４４】
本実施形態のニードル弁１９はφＤ３の直径のサブ噴出口２０ｄを開閉している。したがって、ニードル弁１９が軸線方向Ｒに変位可能な変位量が一定とすると、先願例のように１つのニードル弁１９でメインノズル１７の噴出口１７ａの開閉を行う場合に比べて、軸線方向Ｒの変位に対する冷媒の通路面積の増減の割合を小さくすることができる。つまり、ニードル弁１９のテーパ角度θ１を小さくして、より精密にノズル開度を制御することができる。これにより、ニードル弁１９のハンチング（境界近傍の制御で発生する制御の振動）を防止することができる。
【００４５】
また、本実施形態のようにニードル弁１９のテーパ角θ１、サブノズル２０のサブ絞り部テーパ角θ２、外側テーパ角θ３、およびメインノズル１７の絞り部テーパ角θ４を、θ２−θ１＜θ４−θ３とすれば、変位あたりの冷媒の通路面積の増減を全閉に近い部分では小さく、全開に近い部分では大きくすることができる。
【００４６】
（３）また、メインノズル１７の噴出口１７ａをニードル弁１９のテーパ部１９ａの最大直径φＤ２よりも大きくできるため、最大開度時の冷媒の流量を多くすることができる。
【００４７】
図２２の先願例のようにニードル弁１９のテーパ部１９ａのみで喉部Ｂを開度０％とするには、テーパ部１９ａの最大直径が喉部Ｂの直径よりも小さくなっていなければならない。つまり、喉部Ｂの直径はテーパ部１９ａの最大直径により制限されてしまう。
【００４８】
しかし、本実施形態では、２つの弁手段１９、２０でメインノズル１７の噴出口１７ａ（直径φＤ１）を開閉するため、ニードル弁１９はφＤ１よりも直径の小さいサブノズル２０のサブ噴出口２０ｄ（直径φＤ３）を開閉すればよい。それには、ニードル弁１９のテーパ部１９ａの最大直径φＤ２をφＤ３よりも大きくすればよい。
【００４９】
一方、噴出口１７ａはサブノズル２０の外側テーパ部２０ｆで開度調節されるため、噴出口１７ａの直径φＤ１は外側テーパ部２０ｆの最大直径よりも小さければよい。一般的に、外側テーパ部２０ｆの最大直径はニードルテーパ部１９ａの最大直径よりも大きいため、噴出口１７ａの直径φＤ１をニードルテーパ部１９ａの最大直径φＤ２よりも大きくできる。したがって、ノズル１７が全開時の冷媒の流量を多くすることができ、冷凍サイクルの冷凍能力を向上することができる。
【００５０】
（４）ニードル弁１９に噴出口側段付部１９ｅと噴出口と反対側段付部１９ｆとを配置し、これらの間の部位にサブノズル２０の底部２０ｇを軸線方向Ｒに摺動可能に配置したため、１つの変位手段（モータ２５）でニードル弁１９とサブノズル２０を変位させることができる。
【００５１】
より具体的に説明すると、ニードル弁１９が図６のサブノズル２０閉、ニードル弁１９開の状態で、ニードル弁１９がさらに図中左（Ｒ２）方向に変位すると、サブノズル２０の底部２０ｇが噴出口側段付部１９ｅに接して、サブノズル２０がニードル弁１９と共に変位する（図８中の領域Ｃ）。したがって、１つの変位手段（モータ２５）でニードル弁１９とサブノズル２０を変位させることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
第１実施形態では、本発明に係るエジェクタを車両用空調装置の冷凍サイクルに適用した例を示したが、本実施形態では本発明に係るエジェクタを給湯用のヒートポンプサイクルに適用している。本実施形態では、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用しており、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界サイクルである。
【００５３】
図１０は、本実施形態のヒートポンプサイクルを示しており、第１実施形態における放熱器に換えて、冷媒の熱により水循環経路３０の水を加熱する水冷媒熱交換器３１が配置されている。水冷媒熱交換器３１で加熱されて温水となった水は、水循環経路３０に配置された水ポンプ３２によりタンク３３に送られる。
【００５４】
タンク３３は、水冷媒熱交換器３１で加熱前の冷水と、加熱後の温水が流入して蓄えられるようになっており、温水はお湯としてユーザー等に給湯される。一方、冷水は水ポンプ３２により水冷媒熱交換器３１に送られて前述のように加熱される。
【００５５】
なお、本実施形態のエジェクタ１３は、第１実施形態と同様の構造を有しているため、当然に第１実施形態の効果（１）〜（４）を発揮することができる。
【００５６】
ところで、給湯用ヒートポンプサイクルは水冷媒熱交換器３１に流入する水の温度により、サイクルバランスが図１１に示すように変化する。図１１（ｂ）のように流入水温度が高い場合には、ノズル１７に流入する冷媒の密度が小さくなるとともに、水の加熱に寄与するエンタルピ差Ｑが小さくなる。したがって、水の加熱に必要な加熱能力を確保するために冷媒をより多く流さなければならず大きな冷媒通路（開度１００％での噴出口１７ａ）の面積が必要とされる。
【００５７】
逆に、冬季等には図１１（ａ）のようにノズル１７に流入する冷媒密度が大きく冷媒流量も小さいため、小さな冷媒通路面積（ノズル１７の開度が小さい状態）が必要とされる。さらに，ニードル弁１９の軸線方向Ｒへの移動に対する冷媒通路面積の変化率が大きいとサイクルのハンチングを招いてしまうので、冷媒通路面積の小さな冬季においては冷媒通路面積のより精密な制御が必要となる。これらをまとめると、図１２中実線で示すような要求特性となる。
【００５８】
この要求特性は、本実施形態のノズル１７の効果（１）（図８参照）と一致する。つまり、本実施形態のノズル１７は前述の要求特性を満たしている、言いかえるとヒートポンプサイクルを最適に作動させることができる。なお、先願例の可変ノズル５２では、図１２中の点線のような特性を示すため、要求を満たすことができない。
【００５９】
（第３実施形態）
本実施形態は、第１、第２実施形態とほぼ同様の構成のエジェクタ１３において、サブノズル２０の本体部２０ａの噴出口と反対側方向Ｒ２の端部に突起部２０ｈを配置したものである。この突起部２０ｈは上流側ボデー１０の段付部１０ｂに突き当たるようになっている。図１３を使用して、より詳しく説明するとサブノズル本体部２０ａは、周りを流れる高圧冷媒の動圧やサブノズル２０の噴出口側の端部外面に作用する低圧の影響で常に図中右方向Ｒ１に力を受けるため、噴出口１７ａを閉塞する方向に移動する。
【００６０】
しかし、本実施形態では突起部２０ｈが上流側ボデー１０の段付部１０ｂに接触した点で図中右方向Ｒ１への変位が止まる。この時、サブノズル２０の外側テーパ部２０ｆと、ノズル１７の絞り部１７ｂとの間に隙間があるため、噴出口１７ａは全閉にはならない。
【００６１】
図１４は、ニードル弁の変位量とノズルの開度との関係を示しており、サブノズル２０の外側テーパ部２０ｆと、ノズル１７の絞り部１７ｂとの間に隙間（ノズル開度）が図１４のように必要最小開度よりも小さければ，必要な流量の制御が可能であることが分かる。
【００６２】
ところで、噴出口１７ａを全閉とするためにはサブノズル２０、メインノズル１７等を高精度で加工する必要があるため、量産時にコストアップの要因となる。しかし、本実施形態では噴出口１７ａが全閉となる必要がないため，加工精度がゆるくなりサブノズル２０、メインノズル１７等を低コスト化することができる。
【００６３】
なお、第３実施形態においても第１実施形態の（１）〜（４）の効果を発揮できる。
【００６４】
（第４実施形態）
上述の第１〜第３実施形態では、ニードル弁１９を変位させる変位手段としてステッピングモータ２５を使用した例を示したが、本実施形態では、図１５に示すように変位手段としてリニアソレノイド４０を使用している。例えば冷媒としてＣＯ２を用い、ベルト駆動式コンプレッサを使ったカーエアコンにおいては、エンジン回転数によってベルト駆動式コンプレッサの回転数が変動するため、ステッピングモータ２５よりも応答性の良いリニアソレノイド４０が必要となる場合がある。本実施形態では、サブノズル２０のサブ噴出口２０ｄの開度を調整するニードル弁１９の制御をリニアソレノイド４０の電磁力によって行っている。
【００６５】
図１５に本実施形態の全体構成図を示す。本実施形態では、ニードル弁１９の変位手段として第１〜第３実施形態のステッピングモータ２５に換えてリニアソレノイド４０が配置されており、メインノズル１７等は第１実施形態とほぼ同様の構成である。リニアソレノイド４０は、コイル４０ａ、ヨーク４０ｂ、プランジャ４０ｃ、磁束漏洩部４０ｄ、キャップ４０ｅ、コイルバネ４０ｆから成り、ニードル弁１９はプランジャ４０ｃに圧入されている。
【００６６】
次に本実施形態においてノズル１７が全閉でニードル弁１９のみを制御する場合に、ニードル弁１９にかかる力のバランスを図１６に示す。プランジャ４０ｃには、常にコイルバネ４０ｆによる弾性力Ｆｋが図中の右方向に働いている。サイクル停止時には、ニードル弁１９に弾性力Ｆｋのみが働くため、サブ噴出口２０ｄおよび噴出口１７ａが全閉状態になるまでニードル弁１９は右方向に変位する。
【００６７】
サイクルが始動しコイル４０ａに電流が流れると、プランジャ４０ｃに図中左方向に電磁力Ｆｓが発生する。弾性力Ｆｋは小さく設定されているためすぐにＦｓ＞Ｆｋとなり、プランジャ４０ｃ、つまりニードル弁１９が左方向に変位するため、サブ噴出口２０ｄが開き冷媒が流れる。冷媒が流れ始めるとノズル１７の噴出口１７ａの前後で圧力差が発生する。高圧側の圧力をＰＨ、低圧側の圧力をＰＬとすると、ニードル弁１９には圧力差（ＰＨ−ＰＬ）による力Ｆｐが図中右方向に働く。これらの釣り合いＦｓ=Ｆｐ+Ｆｋが成り立つようにリニアソレノイド４０の電磁力Ｆｓを制御する。なお、ノズル１７の作動については第１実施形態と同様である。
【００６８】
次に本実施形態における作用効果を説明すると、リニアソレノイド４０によりニードル弁１９を変位させているため、ステッピングモータ２５に比べて速い応答でニードル弁１９を制御することができる。さらに、本実施形態のようにニードル弁１９とサブノズル２０とで噴出口１７ａの開度を制御するため、変位に要する電磁力を小さくすることができる。
【００６９】
図１６に示すように、本案での必要電磁力Ｆｓは、Ｆｓ＝（ＰＨ−ＰＬ）・Ｓ＋Ｆｋである。ここで、Ｓはサブノズル２０のサブ噴出口２０ｄの開度面積を示す。一方、先願例のように１つのニードル弁１９で噴出口（先願例では喉部Ｂ）の開度を調節する場合の必要電磁力Ｆｓ’は、Ｆｓ’＝（ＰＨ−ＰＬ）・Ｓ’＋Ｆｋである。ここで、Ｓ’は先願例の喉部Ｂの面積であり、説明を簡単にするためにノズルの開度１００％の時の冷媒通路面積を一致させるため、本実施形態の噴出口１７ａの面積と同一と仮定する。
【００７０】
本実施形態では低流量時におけるノズル開度の制御をニードル弁１９のみで行うことができるが、先願例のようにニードル弁１９のみで喉部Ｂ（噴出口１７ａ）の可変制御を行う場合には、必要な最大流量に対応できる喉部Ｂ（噴出口１７ａ）面積を持つように設計しなければならない。補足すると、カーエアコンにおける冷媒流量の特徴は流量範囲が広いことである。一般的な走行条件の時の流量に比べてクールダウン条件では大きな冷媒流量が必要とされるため、大流量を流すためには喉部Ｂ（噴出口１７ａ）面積を大きくする必要がある。
【００７１】
したがって、Ｓ＜Ｓ’となる。つまりＦｓ＜Ｆｓ’となり、本実施形態の必要電磁力Ｆｓの方が先願例の必要電磁力Ｆｓ’よりも小さくなる。これにより、本実施形態ではより小さなリニアソレノイド４０でニードル弁１９を変位させることができ、ソレノイド４０で消費される電力も少なくすることができる。なお、高圧側冷媒圧ＰＨと低圧冷媒圧力ＰＬの差が同じと仮定して比較している。
【００７２】
また、本実施形態においても第１実施形態の（１）〜（４）の作用効果を発揮することができる。
【００７３】
（第５実施形態）
図１７、１８、１９に示すように本実施形態のサブノズル２０は、上述の第１〜第４実施形態におけるサブノズル２０とは違いサブノズル底部外空間１０ｃ内に配置されたサブコイルバネ４１がサブノズル２０に加える力Ｆｓｋにより、通常はメインノズル１７の絞り部１７ｂに押し付けられている。さらに、サブノズル２０の本体部２０ａが高圧空間１８とサブノズル低部外空間１０ｃとを隔離している。この本体部２０ａには、サブノズル２０の内部空間２０ｂに高圧冷媒が流入する流入口２０ｉが配置されている。
【００７４】
なお、ニードル弁１９は、高圧空間１８、サブノズル底部外空間１０ｃ、プランジャが位置する空間４３に位置している。そして、高圧空間１８とサブノズル底部外空間１０ｃの間では、サブノズル本体部１０ａに形成された孔に摺動可能に配置されている。また、サブノズル底部外空間１０ｃとプランジャ空間４３との間では、上流側ボデー１０に形成された孔に摺動可能に配置されている。そして、この孔にはサブノズル底部外空間１０ｃとプランジャ空間４３との間の密封性を、より高めるためにＯリング４４が配置されている。
【００７５】
また、本実施形態ではニードル弁１９に掛かる圧力を噴出口側端部１９ｂと噴出口と反対側端部１９ｃとでほぼ一定にするために、高圧空間１８とプランジャ空間４３とを連通する通路４５が形成されている。
【００７６】
ところで、噴出口１７ａから冷媒流れ下流側の部品構成は、第１〜第４実施形態とほぼ同構成であるが、本実施形態のエジェクタ１３には吸入空間２１とサブノズル底部外空間１０ｃとを連通する連通路４２が配置されている。
【００７７】
次に本実施形態の作動および作用効果について説明すると、サイクルが正常に動作している場合にはサブノズル２０は、サブコイルバネ４１によりノズル１７に押し付けられている。そして、ソレノイド４０により、ニードル弁１９が軸線方向Ｒに変位してサブ噴出口２０ｄの開度を調節している。
【００７８】
一方、蒸発器１６の熱負荷が急に大きくなった時などには、冷媒循環量を増やすために圧縮機１１が異常に高回転となるため、高圧側の冷媒経路が異常に高圧となり、部品が破損したりする場合がある。また、ニードル弁１９の開度が小さい場合に高圧冷媒の流量が異常に多くなると、高圧側の冷媒が異常に高くなる場合もある。
【００７９】
しかし、本実施形態では高圧空間１８の圧力ＰＨが急激に上昇した場合には、図２０に示すようにサブノズル２０に図中右方向に向かって加わる力Ｆｓｋよりも、図中左方向に向かって加わる力、高圧空間１８の圧力ＰＨとサブノズル底部外空間１０ｃの圧力ＰＬとの差（ＰＨ−ＰＬ）の方が大きくなる。したがって、サブノズル２０は図中左方向に変位して噴出口１７ａを開く。
【００８０】
この時、高圧空間１８の冷媒はサブ流入口２０ｃからメインノズル部１７とサブノズル２０との間の空間１８ａを通り、噴出口１７ａから噴出する。つまり、サブノズル２０を異常高圧時におけるリリーフ弁として用いることができる。これにより、高圧側圧力の異常な上昇を確実に回避することができる。
【００８１】
（他の実施形態）
上述の第５実施形態では、吸入空間２１とサブノズル底部外空間１０ｃとを単に連通路４２で連通させた例を示したが、連通路４２に圧力調整手段、例えば電磁弁等を配置してサブノズル底部外空間１０ｃの圧力を調整してもよい。
【００８２】
また、上述の第１〜第５実施形態では、メインノズル１７が上流側ボデー１０と一体に形成されている例を示したが、メインノズル１７を別体に形成し、その後上流側ボデー１０と一体に固定するものであってもよい。
【００８３】
また、上述の第１〜第５実施形態では、ノズル１７、２０が２つの例を示したがノズル１７、２０は２つ以上であってもよい。
【００８４】
また、上述の第１〜第５実施形態では、ノズル１７、２０の絞り部１７ｂ、２０ｅが図２に代表される断面において、直線の例を示したが、ノズル軸線に二次曲線（軸線に近づく漸近線）的に近づく曲線であってもよい。この時のテーパ角度は、ある断面における曲線の接線と軸線との角度となる。なお、ニードル弁１９のテーパ部１９ａの形状についても同様に曲線であってもよい。この時、テーパ角度θ１については絞り部の場合と同様である。
【００８５】
また、本発明のエジェクタは上述の第１〜第５実施形態に示した、冷凍サイクル、ヒートポンプサイクルの以外のサイクルにも適用可能である。さらに、本発明のノズルは上述の実施形態以外の流路、例えば単なる円筒管にも配置可能である。
【００８６】
また、上述の第１〜第５実施形態において、冷媒は二酸化炭素ＣＯ２、代替フロンＨＦＣ１３４ａなど種々使用可能である。
【００８７】
また、上述の第１〜第５実施形態では、メインノズル１７が先細ノズルの例を示したが、メインノズル１７は末広型ノズルであってもよい。
【００８８】
また、上述の第１〜第５実施形態で述べた噴出口の直径φＤ１、φＤ３の大小関係は一例であり、サブノズル２０、ニードル弁１９の変位により、冷媒の通路面積を増減させて冷媒通過量を変化させているため、噴出口の大小関係はこれに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明のエジェクタを車両用空調装置に適用した第１実施形態の冷凍サイクルを示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係るエジェクタの全体構成を示す断面図である。
【図３】図２のエジェクタのノズル部を拡大した断面図であって、ノズル部が全閉している状態を示す。
【図４】図２および図３のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図５】第１実施形態に係るエジェクタのうち、ノズル部の噴出口近傍を示す断面図である。
【図６】図２のエジェクタのノズル部を拡大した断面図であって、ニードル弁が全開している状態を示す。
【図７】図２のエジェクタのノズル部を拡大した断面図であって、ノズル部が全開している状態を示す。
【図８】第１実施形態に係るエジェクタにおけるニードル弁の変位量とノズル開度の関係を示す図である。
【図９】第１実施形態に係るエジェクタおよび先願例におけるノズル開度とノズル効率の関係を示す図である。
【図１０】本発明のエジェクタを給湯器に適用した第２実施形態のヒートポンプサイクルを示す模式図である。
【図１１】第２実施形態のヒートポンプサイクルにおける圧力―エンタルピ線図であり、（ａ）水冷媒熱交換器へ流入する水温が低い時、（ｂ）水冷媒熱交換器へ流入する水温が高い時を示している。
【図１２】第２実施形態のヒートポンプサイクルが要求するニードル弁変位量とノズル開度との関係の特性を示した図である。
【図１３】第３実施形態に係るエジェクタのノズル部を示す断面図である。
【図１４】第３実施形態に係るエジェクタにおける、ニードル弁の変位量とノズル開度の関係を示す図である。
【図１５】第４実施形態に係るエジェクタの全体構成を示す断面図である。
【図１６】第４実施形態に係るエジェクタのノズル部に加わる力を示す断面図である。
【図１７】第５実施形態に係るエジェクタの全体構成を示す断面図である。
【図１８】第５実施形態に係るエジェクタのノズル部を拡大した断面図であって、ノズル部が全閉している状態を示す。
【図１９】図１８のＤ−Ｄ断面を示す図である。
【図２０】第５実施形態に係るエジェクタのノズル部に加わる力を示す断面図である。
【図２１】特許文献１（従来例）に係るエジェクタを示す断面図である。
【図２２】先願例に係るエジェクタのうち、ノズル部を拡大した図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０ａ…流入口、１０ｃ…サブノズル底部外空間（低圧空間）、
１７…メインノズル部（ノズル）、１７ａ…流体噴出口、１７ｂ…絞り部、
１８…高圧空間、１９…ニードル弁、２０…サブノズル、
２０ｄ…サブ噴出口（流体噴出口）、２０ｅ…サブ絞り部（絞り部）、
２１ａ…気相冷媒流入口（第２流入口）、２２…吸入空間、２３…混合部、
２４…ディフューザ部、２５…ステッピングモータ（変位手段）、
４０…リニアソレノイド（変位手段）、４１…サブコイルバネ（荷重手段）、
Ｒ…ノズルの軸線方向。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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