(57)【要約】【課題】噴射流体と吸引流体とを混合させる際に生じる混合損失を抑制して、エジェクタの昇圧量を増加させる。【解決手段】エジェクタ１５の冷媒吸引口１５２ｂから吸引された吸引流体を流通させる吸引通路１５２ｄを、吸引空間流入口１５２ｆ、吸引空間１５２ｇ、および、吸引空間流出口１５２ｈによって構成する。さらに、吸引空間流入口１５２ｆの流体通路面積を、流体吸引口１５２ｂの開口面積および吸引空間１５２ｇの流体通路面積よりも小さくし、吸引空間流出口１５２ｈの流体通路面積を、吸引空間１５２ｇの流体通路面積よりも小さくする。これにより、吸引空間流出口１５２ｈから流出する吸引流体に速度分布が生じてしまうことを抑制して、噴射流体と吸引流体とを混合させる際に生じる混合損失を抑制できるので、エジェクタの昇圧量を増加させることができる。【選択図】図２
2009299609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を減圧させて噴射するノズル（１５１）と、
前記ノズル（１５１）から噴射された噴射流体の流れによって流体を吸引する流体吸引口（１５２ｂ）、および、前記流体吸引口（１５２ｂ）から吸引された吸引流体の流れ方向を変化させながら流通させる吸引通路（１５２ｄ）が形成されたボデー部（１５２）と、
前記吸引通路（１５２ｄ）から流出した前記吸引流体と前記噴射流体との混合流体を昇圧させる昇圧部（１５３）とを備え、
前記吸引通路（１５２ｄ）は、前記吸引流体を流入させる吸引空間流入口（１５２ｆ）、前記吸引空間流入口（１５２ｆ）から流入した前記吸引流体の流れ方向を変化させる吸引空間（１５２ｇ）、および、前記吸引空間（１５２ｇ）から流体した前記吸引流体を前記噴射流体の噴射方向へ流出させる吸引空間流出口（１５２ｈ）によって構成されており、
前記吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積は、前記流体吸引口（１５２ｂ）の開口面積および前記吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さく、
前記吸引空間流出口（１５２ｈ）の流体通路面積は、前記吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さくなっていることを特徴とするエジェクタ。
【請求項２】
流体を減圧させて噴射するノズル（１５１）と、
前記ノズル（１５１）から噴射された噴射流体の流れによって流体を吸引する流体吸引口（１５２ｂ）、および、前記流体吸引口（１５２ｂ）から吸引された吸引流体の流れ方向を変化させながら流通させる吸引通路（１５２ｄ）が形成されたボデー部（１５２）と、
前記吸引通路（１５２ｄ）から流出した前記吸引流体と前記噴射流体との混合流体を昇圧させる昇圧部（１５３）とを備え、
前記流体吸引口（１５２ｂ）には、前記流体吸引口（１５２ｂ）に吸引される流体が流通する吸引流側配管（１４ｃ）が接続されており、
前記吸引通路（１５２ｄ）は、前記吸引流体を流入させる吸引空間流入口（１５２ｆ）、前記吸引空間流入口（１５２ｆ）から流入した前記吸引流体の流れ方向を変化させる吸引空間（１５２ｇ）、および、前記吸引空間（１５２ｇ）から流体した前記吸引流体を前記噴射流体の噴射方向へ流出させる吸引空間流出口（１５２ｈ）によって構成されており、
前記吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積は、前記吸引流側配管（１４ｃ）の最大流体通路面積および前記吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さく、
前記吸引空間流出口（１５２ｈ）の流体通路面積は、前記吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さくなっていることを特徴とするエジェクタ。
【請求項３】
前記吸引流側配管（１４ｃ）は、前記流体吸引口（１５２ｂ）に向かって、徐々に流体通路面積が縮小するように形成され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】
前記吸引空間流入口（１５２ｆ）は、オリフィスで構成されてい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】
前記流体吸引口（１５２ｂ）から吸引される吸引流体の流れ方向と前記噴射方向とは、垂直に交わっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のエジェクタ。
【請求項６】
前記吸引空間（１５２ｇ）は、前記ノズル（１５１）の外周側に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のエジェクタ。
【請求項７】
前記吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積は、前記流体吸引口（１５２ｂ）の開口面積の０．５倍以下であ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８】
前記吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積は、前記吸引流側配管（１４ｃ）の最大流体通路面積の０．５倍以下であることを特徴とする請求項２または３に記載のエジェクタ。
【請求項９】
前記吸引空間流出口（１５２ｈ）の流体通路面積は、前記吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積の０．５倍以下であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のエジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから噴射される高速度の噴射流体の吸引作用によって流体吸引口から流体を吸引するエジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に、ノズルから噴射される高速度の噴射流体の吸引作用によって流体吸引口から流体を吸引し、吸引された吸引流体と噴射流体との混合流体を昇圧部（ディフューザ部）にて昇圧するエジェクタが開示されている。さらに、特許文献１のエジェクタでは、ノズルの流体通路内から流体噴射口の外部に至る範囲に、流体通路と同軸状に延びるとともに流体の噴射方向に向かって先細るテーパ形状のニードルを配置している。
【０００３】
これにより、流体噴射口から噴射される噴射流体をニードルの表面に沿うように噴射し、噴射流体の噴射形状を適正な拡がり形状にすることによって、エジェクタのノズル効率を向上させている。なお、ノズル効率とは、ノズルにおけるエネルギ変換効率であり、ノズル入口側流体と流体噴射口側流体との間のエンタルピ差（膨張エネルギ）に対する噴射流体の速度エネルギの比で定義される。
【特許文献１】特開２００４−２７０４６０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、実際のエジェクタでは、特許文献１のようにノズル効率を向上させても、ディフューザ部における流体の昇圧量を、ノズル効率の向上分に相当する量だけ増加させることができない。
【０００５】
そこで、本発明者がその原因について調査したところ、ディフューザ部における昇圧量を十分に増加させるためには、ノズル効率を向上させるだけではなく、噴射流体と吸引流体とを混合させる際に生じるエネルギ損失（以下、このエネルギ損失を混合損失という。）を抑制しなければならないことが判った。
【０００６】
ここで、混合損失について説明する。混合損失は、例えば、特許文献１のエジェクタのように、流体が流体吸引口からエジェクタ内へ吸引される際の流れ方向（吸引方向）と噴射流体の噴射方向が異なっている場合に発生しやすい。つまり、吸引方向と噴射方向が異なっていると、吸引流体を噴射流体に混合させる際に、吸引流体の流れ方向を噴射流体の噴射方向に変化させなければならないので、吸引流体に速度分布が生じる。
【０００７】
このような速度分布を有する吸引流体を噴射流体に混合させると、噴射流体と吸引流体との混合流体も速度分布を有する不均質な状態となる。そして、不均質に混合された混合流体をディフューザ部にて昇圧させると、均質に混合された混合流体を昇圧させる場合よりも、昇圧量が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、噴射流体と吸引流体とを混合させる際に生じる混合損失を抑制して、エジェクタの昇圧量を増加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、流体を減圧させて噴射するノズル（１５１）と、ノズル（１５１）から噴射された噴射流体の流れによって流体を吸引する流体吸引口（１５２ｂ）、および、流体吸引口（１５２ｂ）から吸引された吸引流体の流れ方向を変化させながら流通させる吸引通路（１５２ｄ）が形成されたボデー部（１５２）と、吸引通路（１５２ｄ）から流出した吸引流体と噴射流体との混合流体を昇圧させる昇圧部（１５３）とを備え、
吸引通路（１５２ｄ）は、吸引流体を流入させる吸引空間流入口（１５２ｆ）、吸引空間流入口（１５２ｆ）から流入した吸引流体の流れ方向を変化させる吸引空間（１５２ｇ）、および、吸引空間（１５２ｇ）から流体した吸引流体を噴射流体の噴射方向へ流出させる吸引空間流出口（１５２ｈ）によって構成されており、吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積は、流体吸引口（１５２ｂ）の開口面積および吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さく、吸引空間流出口（１５２ｈ）の流体通路面積は、吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さくなっているエジェクタを特徴とする。
【００１０】
これによれば、吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積が流体吸引口（１５２ｂ）の開口面積よりも小さくなっているので、吸引空間流入口（１５２ｆ）から吸引空間（１５２ｇ）へ流入する際の吸引流体の流速を、流体吸引口（１５２ｂ）から吸引される吸引流体の流速よりも増速させることができる。すなわち、吸引空間流入口（１５２ｆ）から吸引空間（１５２ｇ）へ流入する際の吸引流体の動圧を上昇させることができる。
【００１１】
そして、この動圧により、吸引空間（１５２ｇ）内の流体に乱れを生じさせ、吸引空間（１５２ｇ）内の流体を混合して均質化させることができる。この吸引空間（１５２ｇ）へ流入した後の吸引流体の流速は、吸引空間（１５２ｇ）へ流入する際の流速よりも低下するので、吸引空間（１５２ｇ）では、吸引流体の動圧が静圧に変換される。従って、吸引空間（１５２ｇ）は、吸引空間流出口（１５２ｈ）から流出する流体の圧力を均圧化し、かつ流速分布を低減する均圧空間として作用する。
【００１２】
また、吸引空間流出口（１５２ｈ）の流体通路面積が、吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さくなっているので、均圧して流速分布が低減する前に、吸引空間流出口（１５２ｈ）から吸引流体が流出してしまうことを抑制できる。
【００１３】
その結果、吸引空間流出口（１５２ｈ）から流出する吸引流体に速度分布が生じてしまうことを抑制して、噴射流体と吸引流体とを混合させる際に生じる混合損失を抑制することができる。延いては、エジェクタの昇圧量を増加させることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、流体を減圧させて噴射するノズル（１５１）と、ノズル（１５１）から噴射された噴射流体の流れによって流体を吸引する流体吸引口（１５２ｂ）、および、流体吸引口（１５２ｂ）から吸引された吸引流体の流れ方向を変化させながら流通させる吸引通路（１５２ｄ）が形成されたボデー部（１５２）と、吸引通路（１５２ｄ）から流出した吸引流体と噴射流体との混合流体を昇圧させる昇圧部（１５３）とを備え、
流体吸引口（１５２ｂ）には、流体吸引口（１５２ｂ）に吸引される流体が流通する吸引流側配管（１４ｃ）が接続されており、吸引通路（１５２ｄ）は、吸引流体を流入させる吸引空間流入口（１５２ｆ）、吸引空間流入口（１５２ｆ）から流入した吸引流体の流れ方向を変化させる吸引空間（１５２ｇ）、および、吸引空間（１５２ｇ）から流体した吸引流体を噴射流体の噴射方向へ流出させる吸引空間流出口（１５２ｈ）によって構成されており、吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積は、吸引流側配管（１４ｃ）の最大流体通路面積および吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さく、吸引空間流出口（１５２ｈ）の流体通路面積は、吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積よりも小さくなっているエジェクタを特徴とする。
【００１５】
これによれば、吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積が吸引流側配管（１４ｃ）の最大流体通路面積よりも小さくなっているので、吸引空間流入口（１５２ｆ）から吸引空間（１５２ｇ）へ流入する際の吸引流体の流速を、吸引流側配管（１４ｃ）を流通する流体の流速よりも増速させることができる。すなわち、吸引空間流入口（１５２ｆ）から吸引空間（１５２ｇ）へ流入する流体の動圧を上昇させることができる。
【００１６】
従って、請求項１に記載の発明と同様に、吸引空間流出口（１５２ｈ）から流出する吸引流体に速度分布が生じてしまうことを抑制して、噴射流体と吸引流体とを混合させる際に生じる混合損失を抑制することができる。延いては、エジェクタの昇圧量を増加させることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のエジェクタにおいて、吸引流側配管（１４ｃ）は、流体吸引口（１５２ｂ）に向かって、徐々に流体通路面積が縮小するように形成されていることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、吸引流側配管（１４ｃ）の流体通路面積が、流体吸引口（１５２ｂ）に向かって、徐々に縮小するので、吸引流側配管（１４ｃ）を流通する流体の流速が、流体吸引口（１５２ｂ）に向かって、徐々に増速する。従って、流体吸引口（１５２ｂ）を介して、吸引空間流入口（１５２ｆ）から吸引空間（１５２ｇ）へ流入する流体の動圧を上昇させることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタにおいて、吸引空間流入口（１５２ｆ）は、オリフィスで構成されていることを特徴とする。これによれば、容易に吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積に小さく設定できるとともに、吸引通路（１５２ｄ）が長くなってしまうことも回避できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のエジェクタにおいて、流体吸引口（１５２ｂ）から吸引される吸引流体の流れ方向と噴射方向とは、垂直に交わっていることを特徴とする。
【００２１】
一般的なエジェクタでは、特許文献１のように、流体吸引口（１５２ｂ）から吸引される吸引流体の流れ方向と噴射方向が垂直に交わる構成が採用される。従って、このような構成において、噴射流体と吸引流体とを混合させる際に生じる混合損失を抑制することができることは極めて有効である。
【００２２】
なお、本請求項における垂直とは、完全な垂直のみを意味するものではなく、製造誤差、組付誤差の都合で垂直に対して微小な傾きを有するものも垂直という用語の範囲内に含むものとする。
【００２３】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のエジェクタにおいて、吸引空間（１５２ｇ）は、ノズル（１５１）の外周側に形成されていることを特徴とする。これによれば、噴射流体の全周から、流速分布の抑制された吸引流体を均等に混合させることができ、より一層、混合損失を抑制できる。
【００２４】
また、具体的に、請求項７に記載の発明のように、請求項１に記載の発明において、吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積は、流体吸引口（１５２ｂ）の開口面積の０．５倍以下としてもよい。さらに、請求項８に記載の発明のように、請求項２または３に記載の発明において、吸引空間流入口（１５２ｆ）の流体通路面積は、吸引流側配管（１４ｃ）の最大流体通路面積の０．５倍以下としてもよい。さらに、請求項９に記載の発明のように、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のエジェクタにおいて、吸引空間流出口（１５２ｈ）の流体通路面積は、吸引空間（１５２ｇ）の流体通路面積の０．５倍以下としてもよい。
【００２５】
なお、この欄および特許請求の範囲に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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
図１、２により、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本発明のエジェクタ１５を備えるエジェクタ式冷凍サイクル１０を、水道水を加熱して台所や風呂等に給湯するヒートポンプ式給湯機１に適用している。図１は、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１の全体構成図である。
【００２７】
ヒートポンプ式給湯機１は、貯湯タンク２１内の給湯水を循環させる水循環回路２０、および、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクルとしてのエジェクタ式冷凍サイクル１０を備えている。従って、本実施形態における流体は、エジェクタ式冷凍サイクル１０を循環する冷媒である。また、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。
【００２８】
まず、水循環回路２０について説明する。貯湯タンク２１は、断熱構造を有して高温の給湯水を長時間保温するための温水タンクであり、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）で形成されている。
【００２９】
貯湯タンク２１に貯留された給湯水は、貯湯タンク２１の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク２１内の下部に設けられた給水口から水道水が給水されるようになっている。
【００３０】
水循環回路２０には、給湯水を循環させる電動ポンプ２２が配置されている。この電動ポンプ２２は、図示しない制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。そして、制御装置が電動ポンプ２２を作動させると、給湯水は、電動ポンプ２２→後述する水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ａ→貯湯タンク２１→電動ポンプ２２の順に循環する。
【００３１】
次に、エジェクタ式冷凍サイクル１０について説明する。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、圧縮して吐出するもので、本実施形態では、吐出容量が固定された圧縮機構１１ａを電動モータ１１ｂにて駆動する電動圧縮機を採用している。この圧縮機構１１ａとしては、具体的に、スクロール型、ベーン型、ローリングピストン型等の各種圧縮機構を採用できる。
【００３２】
電動モータ１１ｂは、制御装置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。そして、この回転数制御によって、圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態の電動モータ１１ｂは、圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段を構成している。
【００３３】
圧縮機１１の吐出側には、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ｂが接続されている。水−冷媒熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路１２ｂと給湯水が通過する水通路１２ａとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱器である。
【００３４】
なお、前述の如く、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ｂでは、冷媒（二酸化炭素）は凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。
【００３５】
水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ｂ出口側には、冷媒通路１２ｂから流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部１３が接続されている。分岐部１３は、３つの流入出口を有する三方継手構造のもので、流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、２つを冷媒流出口としている。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して構成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに通路径の異なる複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。
【００３６】
さらに、分岐部１３の一方の冷媒流出口には、分岐部１３と後述するエジェクタ１５のノズル１５１入口側とを接続する第１冷媒配管１４ａが接続され、他方の冷媒流出口には、分岐部１３と後述する電気式膨張弁１７入口側とを接続する第２冷媒配管１４ｂが接続されている。なお、第１冷媒配管１４ａは、エジェクタ１５の駆動流が流通する駆動流側配管である。
【００３７】
エジェクタ１５は、冷媒減圧手段の機能を果たすとともに、ノズル１５１から噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒の循環を行う運動量輸送式ポンプとしての機能を果たすものである。このエジェクタ１５の詳細構成については図２により説明する。図２は、エジェクタ１５の軸方向断面図である。
【００３８】
図２に示すように、本実施形態のエジェクタ１５は、ノズル１５１、ボデー部１５２、ディフューザ部１５３、ニードル１５４、駆動部１５５等を有して構成されている。まず、ノズル１５１は、第１冷媒配管１４ａを介して内部へ流入した冷媒を、等エントロピ的に減圧させて噴射するもので、略円柱状の金属（例えば、ステンレス鋼）に切削加工を施すことによって形成されている。
【００３９】
具体的には、ノズル１５１は、径の異なる２つの円筒部材を同軸状に結合した形状に形成されており、径の大きい側の大径部１５１ａの外周面が、ボデー部１５２に圧入固定されている。さらに、大径部１５１ａには、第１冷媒配管１４ａを介して流入する冷媒を、ノズル１５１内に形成された冷媒通路１５１ｃへ流入させるノズル流入口１５１ｄが設けられている。
【００４０】
この冷媒通路１５１ｃは、大径部１５１ａ側から小径部１５１ｂ側へ冷媒を流すように形成されている。さらに、冷媒通路１５１ｃのうち下流側（小径部１５１ｂ側）の部位は、ノズル１５１の軸方向に延びて、その冷媒通路面積が冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小するように形成されている。これにより、冷媒通路１５１ｃを流通する冷媒が減圧されて、冷媒通路１５１ｃの最下流部に形成された冷媒噴射口１５１ｅから矢印１００方向へ噴射される。
【００４１】
また、冷媒通路１５１ｃの内部には、ノズル１５１の軸方向に変位して冷媒通路１５１ｃの冷媒通路面積を変化させるニードル１５４が配置されている。このニードル１５４は、ノズル１５１と同軸状に延びる針状部材であって、円柱状の金属（例えば、ステンレス鋼）に切削加工を施すことによって形成されている。
【００４２】
さらに、ニードル１５４の冷媒噴射口１５１ｅ側の端部には、冷媒の噴射方向に向かって先細るテーパ形状の先端部が形成されており、この先端部は冷媒噴射口１５１ｅよりも下流側へ至る範囲まで延びている。従って、ニードル１５４を変位させると、冷媒通路１５１ｃの冷媒通路面積のみならず、冷媒噴射口１５１ｅの開口面積も変化する。一方、ニードル１５４の反対側の端部には、駆動部１５５に連結される雄ネジ部が設けられている。
【００４３】
駆動部１５５は、ニードル１５４を変位駆動させるモータアクチュエータであって、コイル１５５ａ、ロータ１５５ｂおよびキャン１５５ｃを有して構成されている。コイル１５５ａは、制御装置より出力される制御信号によって、ロータ１５５ｂをノズル１５１の軸周りに回転させる回転磁力を発生させるものである。
【００４４】
また、ロータ１５５ｂには、ニードル１５４のネジ部に螺合される雌ネジ部が形成されている。従って、ロータ１５５ｂが回転すると、雌ネジ部の回転に伴ってニードル１５４の雄ネジ部が送り出されて、ニードル１５４全体がノズル１５１の軸方向に変位する。キャン１５３ｃは、ロータ１５５ｂを収容する収容部材であるとともに、駆動部１５５をボデー部１５２へ固定する固定部材としての機能を果たす。
【００４５】
次に、ボデー部１５２は、前述のノズル１５１、駆動部１５５等が固定されるとともに、その内部に冷媒を流入出させる各種開口穴、および、これらの開口穴から流入した冷媒を流通させる各種冷媒通路等が形成されたもので、円柱状の金属（例えば、ステンレス鋼）に切削加工および穴あけ加工を施すことによって形成されている。
【００４６】
各種開口穴としては、第１冷媒配管１４ａとノズル１５１のノズル流入口１５２ｄとを連通させる冷媒流入口１５２ａ、後述する吸引側蒸発器１８下流側冷媒を吸引する冷媒吸引口１５２ｂ、および、冷媒吸引口１５２ｂから吸引された吸引冷媒とノズル１５１ｅの冷媒噴射口１５１ｅから噴射された噴射冷媒との混合冷媒を流出させる冷媒流出口１５２ｃが形成されている。
【００４７】
冷媒流入口１５２ａは、ノズル１５１の大径部１５１ａの外周側に配置され、ノズル１５１の軸方向に対して垂直方向に開口している。そして、この冷媒流入口１５２ａには、前述の第１冷媒配管１４ａが接続されている。
【００４８】
冷媒吸引口１５２ｂは、ノズル１５１の小径部１５１ｂの外周側に配置され、ノズル１５１の軸方向に対して垂直方向に開口している。従って、冷媒吸引口１５２ｂから吸引される吸引流体の流れ方向と噴射冷媒の噴射方向とは、垂直に交わることになる。さらに、この冷媒吸引口１５２ｂには、吸引側蒸発器１８出口側に接続された吸引流側配管である第３冷媒配管１４ｃが接続されている。
【００４９】
冷媒流出口１５２ｃは、ノズル１５１に対して同軸上に配置され、ノズル１５１の軸方向に開口している。そして、冷媒流出口１５２ｃには、ディフューザ部１５３が接続されている。なお、第１冷媒配管１４ａ、第３冷媒配管１４ｃ、ディフューザ部１５３は、金属（例えば、銅）製の配管で構成されており、ボデー部１５２に対して、ろう付け等の手段により接合されている。
【００５０】
また、各種冷媒通路としては、冷媒吸引口１５２ｂから吸引された吸引冷媒をノズル１５１の冷媒噴射口１５１ｅ側へ導く吸引通路１５２ｄ、および、この吸引通路１５２ｄと連続的に設けられて混合冷媒を冷媒流出口１５２ｃへ導く混合通路１５２ｅが形成されている。
【００５１】
吸引通路１５２ｄは、冷媒吸引口１５２ｂから吸引された吸引冷媒を流入させる吸引空間流入口１５２ｆ、吸引空間流入口１５２ｆから流入した吸引冷媒が流通する吸引空間１５２ｇ、および、吸引空間１５２ｇから吸引冷媒を流出させる吸引空間流出口１５２ｈによって構成されている。
【００５２】
吸引空間流入口１５２ｆは、冷媒吸引口１５２ｂと同一方向に開口しており、その冷媒通路面積が、冷媒吸引口１５２ｂの開口面積よりも小さくなるように形成されている。本発明者の検討によれば、具体的に、吸引空間流入口１５２ｆの流体通路面積を、流体吸引口１５２ｂの開口面積の０．５倍以下とすれば望ましいことが判っている。
【００５３】
なお、図２から明らかなように、吸引空間流入口１５２ｆの流体通路面積は、吸引流側配管１４ｃの最大冷媒通路面積よりも小さくなっている。さらに、本実施形態では、吸引空間流入口１５２ｆをオリフィスで構成している。このような吸引空間流入口１５２ｆは、ボデー部１５２に直接オリフィスを形成して構成してもよいし、別部材で形成したオリフィスを吸引空間流入口１５２ｆへ嵌め込んで構成してもよい。
【００５４】
吸引空間１５２ｇは、ノズル１５１の小径部１５１ｂの外周側に形成された円筒状の空間であって、吸引空間流入口１５２ｆから流入した吸引冷媒が、流れ方向を変化させながら流通する空間である。この吸引空間１５２ｇは、その冷媒通路面積が吸引空間流入口１５２ｆの冷媒通路面積よりも大きくなるように形成されている。
【００５５】
なお、吸引空間１５２ｇの冷媒通路面積とは、流通する冷媒の流れ方向に垂直な断面における吸引空間１５２ｇの断面積である。このため、吸引空間１５２ｇを流通する吸引冷媒の流れ方向が変化すると、吸引空間１５２ｇの冷媒通路面積も変化する。
【００５６】
従って、本実施形態では、吸引空間１５２ｇの冷媒通路面積のうち最小冷媒通路面積が、吸引空間流入口１５２ｆの冷媒通路面積よりも大きくなっている。換言すると、吸引空間流入口１５２ｆの冷媒通路面積は、吸引空間１５２ｇの最小冷媒通路面積よりも小さくなっている。また、具体的に、吸引空間流入口１５２ｆの流体通路面積を、吸引流側配管１４ｃの最大流体通路面積の０．５倍以下とすることが望ましい。
【００５７】
吸引空間流出口１５２ｈは、ノズル１５１の軸方向、すなわち、冷媒噴射口１５１ｅから噴射される噴射冷媒（矢印１００方向）の噴射方向に開口しており、吸引空間１５２ｇ内の冷媒を噴射方向に流出させる。
【００５８】
さらに、吸引空間流出口１５２ｈは、その冷媒通路面積が吸引空間１５２ｇの最小冷媒通路面積よりも小さくなるように形成されている。具体的に、吸引空間流出口１５２ｈの流体通路面積を、吸引空間１５２ｇの最小流体通路面積の０．５倍以下とすることが望ましい。
【００５９】
なお、吸引空間流出口１５２ｈの中心側には、ノズル１５１の小径部１５１ｂの先端部が貫通している。従って、冷媒噴射口１５１ｅは、吸引空間流出口１５２ｈよりも冷媒流れ下流側に開口し、吸引空間流出口１５２ｈは、ドーナツ状（リング状）に形成されることになる。
【００６０】
ディフューザ部１５３は、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる昇圧部であり、金属配管（銅配管）を塑性変形させて、冷媒通路面積を徐々に大きくする形状に形成されている。これにより、冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換する作用を果たす。より詳細には、ディフューザ部１５３の入口側および出口側には、冷媒通路面積が変化しないストレート部が形成されている。さらに、図１に示すように、ディフューザ部１５３の出口側には、流出側蒸発器１６が接続されている。
【００６１】
流出側蒸発器１６は、ディフューザ部１５３から流出した冷媒と送風ファン１６ａより送風された室外空気とを熱交換させることによって、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１６ａは、制御装置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。流出側蒸発器１６の出口側には、圧縮機１１の冷媒吸入口が接続されている。
【００６２】
次に、分岐部１３にて分岐された他方の冷媒が流れる第２冷媒配管１４ｂには、電気式膨張弁１７が接続されている。電気式膨張弁１７は、第２冷媒配管１４ｂへ流入した冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。電気式膨張弁１７は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００６３】
電気式膨張弁１７の下流側には、吸引側蒸発器１８が接続されている。吸引側蒸発器１８は、電気式膨張弁１７にて減圧膨張された冷媒と、送風ファン１６ａから送風された流出側蒸発器１６通過後の室外空気とを熱交換させることによって、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。吸引側蒸発器１８の出口側には、前述の第３冷媒配管１４ｃを介して、エジェクタ１５の冷媒吸引口１５２ｂが接続されている。
【００６４】
なお、本実施形態では、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８をフィンアンドチューブ構造の熱交換器で構成し、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８の熱交換フィンを共通化している。そして、エジェクタ１５から流出した冷媒を流通させるチューブ構成と、電気式膨張弁１７から流出した冷媒を流通させるチューブ構成とを互いに独立に設けることで、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８を一体構造に構成している。
【００６５】
そのため、上述の送風ファン１６ａにて送風された室外空気は、矢印２００のように流れ、まず、流出側蒸発器１６にて吸熱され、次に吸引側蒸発器１８にて吸熱されるようになっている。
【００６６】
つまり、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８は、それぞれの内部を通過する冷媒と熱交換する室外空気の流れの方向（矢印２００方向）に対して直列に配置されている。もちろん、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８を２つの別体の蒸発器で構成し、空気流れ方向（矢印２００方向）に直列に配置してもよい。
【００６７】
次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータおよびその周辺回路等により構成され、その出力側には、圧縮機１１の電動モータ１１ｂ、エジェクタ１５の駆動部１５５、送風ファン１６ａ、電気式膨張弁１７、電動ポンプ２２等の各種アクチュエータが接続され、これらの機器の作動を制御する。
【００６８】
また、制御装置の入力側には、水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ａ出口側の給湯水温度を検出する給湯水温度センサ、送風ファン１６ａにより送風される室外空気温度（外気温）検出する室外空気温度センサ等の各種制御用のセンサ群が接続される。さらに、制御装置の入力側には、図示しない操作パネルが接続され、給湯機作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等が制御装置へ入力される。
【００６９】
次に、上記の構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機１の作動を説明する。ヒートポンプ式給湯機１に外部から電源が供給された状態で、操作パネルの給湯機作動信号が制御装置に入力されると、制御装置が予めそのＲＯＭ内に記憶されたプログラムを実行する。これにより、上述の各種アクチュエータ１１ｂ、１５５、１６ａ、１７、２２が作動する。
【００７０】
圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ｂに流入して、電動ポンプ２２によって貯湯タンク２１の下方側から水通路１５ａに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は貯湯タンク２１の上方側に貯留される。
【００７１】
水−冷媒熱交換器１２から流出した高圧冷媒は分岐部１３へ流入し、分岐部１３にて分岐された一方の冷媒は、第１冷媒配管１４ａを介して、エジェクタ１５のノズル１５１に流入する。ノズル１５１に流入した冷媒は、等エントロピ的に減圧されて冷媒噴射口１５１ｅから高速度の噴射冷媒となって噴射される。
【００７２】
この際、エジェクタ１５の駆動部１５５は、制御装置から出力される制御信号によって、圧縮機１１吸入冷媒の過熱度が予め定めた値となるように、エジェクタ１５の冷媒通路１５１ｃおよび冷媒噴射口１５１ｅの冷媒通路面積を変化させる。これにより、圧縮機１１への液バックの問題を回避できる。
【００７３】
そして、噴射冷媒の吸引作用により、冷媒吸引口１５２ｂから吸引側蒸発器１８流出冷媒が吸引される。さらに、混合通路１５２ｅおよびディフューザ部１５３入口側において、冷媒噴射口１５１ｅから噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口１５２ｂから吸引された吸引冷媒が混合され、ディフューザ部１５３に流入する。
【００７４】
ディフューザ部１５３では通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。エジェクタ１５のディフューザ部１５３から流出した冷媒は、流出側蒸発器１６へ流入して、送風ファン１６ａから送風された室外空気から吸熱して蒸発する。流出側蒸発器１６から流出した冷媒は圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。
【００７５】
一方、分岐部１３にて分岐された他方の冷媒は、電気式膨張弁１７にて減圧膨張されて、吸引側蒸発器１８へ流入する。吸引側蒸発器１８へ流入した冷媒は、送風ファン１６ａから送風されて流出側蒸発器１６にて冷却された外気から吸熱して蒸発する。さらに、吸引側蒸発器１８から流出した冷媒は、冷媒吸引口１５２ｂからエジェクタ１５内へ吸引される。
【００７６】
この際、電気式膨張弁１７は、制御装置から出力される制御信号によって、サイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧に近づくように、絞り通路面積（弁開度）を変化させる。なお、目標高圧は、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ｂ流出冷媒の温度に基づいてサイクルの成績係数（ＣＯＰ）が略最大となるように決定される値である。これにより、高いＣＯＰを発揮させながら、エジェクタ式冷凍サイクル１０を運転することができる。
【００７７】
また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８にて冷媒に吸熱作用を発揮させる際に、流出側蒸発器１６における冷媒蒸発圧力をディフューザ部１５３で昇圧した後の圧力として、一方、吸引側蒸発器１８は冷媒吸引口１５２ｂに接続されるので、吸引側蒸発器１８における冷媒蒸発圧力をノズル１５１減圧直後の最も低い圧力とすることができる。
【００７８】
従って、流出側蒸発器１６における冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも吸引側蒸発器１８における冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）を低くすることができる。その結果、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８における冷媒蒸発温度と送風ファン１６ａから送風された外気との温度差を確保して、効率的に冷媒に吸熱作用を発揮させることができる。
【００７９】
さらに、本実施形態では、吸引通路１５２ｄを、吸引空間流入口１５２ｆ、吸引空間１５２ｇ、および、吸引空間流出口１５２ｈによって構成しているので、以下のような優れた効果を得ることができる。
【００８０】
すなわち、吸引空間流入口１５２ｆの冷媒通路面積が冷媒吸引口１５２ｂの開口面積よりも小さくなっているので、吸引空間流入口１５２ｆから吸引空間１５２ｇへ流入する際の吸引冷媒の流速を、冷媒吸引口１５２ｂから吸引される吸引冷媒の流速よりも増速させることができる。すなわち、吸引空間流入口１５２ｆから吸引空間１５２ｇへ流入する際の吸引冷媒の動圧を上昇させることができる。
【００８１】
そして、この動圧により、吸引空間１５２ｇ内の流体に乱れを生じさせ、吸引空間１５２ｇ内の流体を混合して均質化させることができる。この吸引空間１５２ｇへ流入した後の吸引流体の流速は、吸引空間１５２ｇへ流入する際の流速よりも低下するので、吸引空間１５２ｇでは、吸引流体の動圧が静圧に変換される。従って、吸引空間１５２ｇは、吸引空間流出口１５２ｈから流出する流体の圧力を均圧化し、かつ流速分布を低減する均圧空間として作用する。
【００８２】
また、吸引空間流出口１５２ｈの流体通路面積が、吸引空間１５２ｇの流体通路面積よりも小さくなっているので、均圧して流速分布が低減する前に、吸引空間流出口１５２ｈから吸引流体が流出してしまうことを抑制できる。
【００８３】
その結果、吸引空間流出口１５２ｈから流出する吸引冷媒に速度分布が生じてしまうことを抑制して、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させる際に生じる混合損失を抑制することができる。延いては、エジェクタの昇圧量を増加させて、圧縮機１１の駆動動力を低減できるので、サイクル全体としてより一層のＣＯＰ向上効果を得ることができる。
【００８４】
また、吸引空間流入口１５２ｆを、オリフィスで構成しているので、吸引空間流入口１５２ｆから吸引空間１５２ｇへ流入する際の吸引冷媒の流速を、冷媒吸引口１５２ｂから吸引される吸引冷媒の流速よりも増速させるために、吸引通路１５２ｄの長さが長くなってしまうことも回避できる。
【００８５】
また、吸引空間１５２ｇは、ノズル１５１の外周側に形成されているので、噴射冷媒の外周側の全周から、流速分布の抑制された吸引冷媒を均等に混合させることができる。従って、混合損失を効果的に抑制できる。
【００８６】
さらに、一般的なエジェクタでは、本実施形態のように、冷媒吸引口１５２ｂから吸引される吸引冷媒の流れ方向と噴射方向が垂直に交わる構成を採用している。このような構成においては、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させる際に生じる混合損失を抑制することができることは極めて有効である。
【００８７】
（第２実施形態）
第１実施形態では、吸引空間流入口１５２ｆをオリフィスで構成することで、吸引空間流入口１５２ｆから吸引空間１５２ｇへ流入する際の吸引冷媒の流速を増速させた例を説明したが、本実施形態では、図３に示すように、吸引流側配管１４ｃとして、冷媒吸引口１５２ｂに向かって、徐々に冷媒通路面積が縮小するように形成されたものを採用している。
【００８８】
そのため、本実施形態でも、吸引空間流入口１５２ｆの冷媒通路面積は、吸引流側配管１４ｃの最大冷媒通路面積よりも小さくなっている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。なお、図３は本実施形態のエジェクタ１５の軸方向断面図であり、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。
【００８９】
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１を作動させると、吸引流側配管１４ｃを流通する冷媒の流速を、冷媒吸引口１５２ｂに向かって、徐々に増速させることができる。すなわち、吸引空間流入口１５２ｆから吸引空間１５２ｇへ流入する冷媒の動圧を上昇させることができる。
【００９０】
その結果、第１実施形態と同様に、吸引空間流出口１５２ｈから流出する吸引冷媒に速度分布が生じてしまうことを抑制して、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させる際に生じる混合損失を抑制することができる。さらに、吸引流側配管１４ｃを流通する冷媒の流速を徐々に増速させるので、冷媒の流速を急激に増速させる場合に対して、騒音の発生も抑制できる。
【００９１】
（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、以下のように種々変形可能である。
【００９２】
（１）上述の実施形態では、冷媒吸引口１５２ｂから吸引される吸引冷媒の流れ方向と噴射冷媒の噴射方向（矢印１００方向）が、垂直に交わっている例を説明したが、これに限定されず、冷媒吸引口１５２ｂから吸引される吸引冷媒の流れ方向と噴射冷媒の噴射方向が、異なる方向であればよい。
【００９３】
つまり、吸引空間１５２ｇにおいて、吸引空間流入口１５２ｆから流入した吸引冷媒が、その流れ方向を変化させて、吸引空間流出口１５２ｈから噴射方向に噴射される構成であれば、混合損失低減による効果を得ることができる。
【００９４】
（２）上述の実施形態では、通常運転時に、流出側蒸発器１６の出口側冷媒の過熱度が予め定めた目標過熱度となるようにノズル１５１の冷媒通路面積が変更され、サイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように電気式膨張弁１７の絞り通路面積が変更される例を説明したが、もちろんこの逆であってもよい。
【００９５】
つまり、流出側蒸発器１６の出口側冷媒の過熱度が予め定めた目標過熱度となるように電気式膨張弁１７の絞り通路面積が変更され、サイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧となるようにノズル１５１の絞り通路面積が変更されるようになっていてもよい。
【００９６】
（３）上述の実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。例えば、炭化水素系冷媒、通常のフロン系冷媒等を採用してもよい。また、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルを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として構成してもよい。
【００９７】
（４）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の形式はこれに限定されない。例えば、エンジン等を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機を採用してもよい。また、圧縮機構として、固定容量型圧縮機構のみならず、可変容量型圧縮機構を採用してもよい。
【００９８】
（５）上述の実施形態では、ノズル１５１として、冷媒通路面積を変更可能に構成された、いわゆる可変ノズルを採用したエジェクタ１５について説明したが、冷媒通路面積が固定された固定ノズルを採用するエジェクタ１５であってもよい。
【００９９】
（６）上述の実施形態では、本発明のエジェクタ式冷凍サイクル１０をヒートポンプ式給湯機１に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、定置型の空調装置、車両用空調装置等に適用してもよい。この場合、流出側蒸発器１６および吸引側蒸発器１８を室内送風空気を冷却する室内側熱交換器とし、放熱器を高圧冷媒と大気とを熱交換させる室外側熱交換器としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【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断面図である。
【図３】第２実施形態のエジェクタの断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１５１      ノズル
１５２      ボデー部
１５２ｂ    冷媒吸引口
１５２ｄ    吸引通路
１５２ｆ    吸引空間流入口
１５２ｇ    吸引空間
１５２ｈ    吸引空間流出口
１５２      ボデー部
１５３      ディフューザ部
１４ｃ      吸引流側配管
【図１】
2009299609.tif 000003
【図２】
2009299609.tif 000004
【図３】
2009299609.tif 000005