(57)【要約】【課題】冷媒重量流量比の変化に起因する冷却性能および快適性能の低下を改善することができるエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクルを提供する。【解決手段】圧縮機（１１）と、熱交換器（１２）と、絞り部（１４ａ）と冷媒吸引口（１４ｂ）と混合部（１４ｃ）と昇圧部（１４ｄ）とを有するエジェクタ（１４）と、冷媒を圧縮機（１１）側へ排出する第１蒸発器（１５）と、冷媒吸引口（１４ｂ）に接続される第２蒸発器（１８）と、第２蒸発器（１８）に流入する冷媒を減圧させる絞り機構（１７）とを備えたエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクルにおいて、絞り機構（１７）を、エジェクタ（１４）の絞り部（１４ａ）と同一の構成とする。【選択図】図１
2009063182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１１）と、
当該圧縮機（１１）から吐出された前記冷媒を冷却する熱交換器（１２）と、
当該熱交換器（１２）の下流側の冷媒を減圧膨張させる絞り部（１４ａ）と、当該絞り部（１４ａ）から噴射する高速度冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１４ｂ）と、前記高速度冷媒流と前記冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを混合する混合部（１４ｃ）と、当該混合部（１４ｃ）で混合した冷媒流の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する昇圧部（１４ｄ）とを有するエジェクタ（１４）と、
当該エジェクタ（１４）の下流側に接続されて、前記冷媒を前記圧縮機（１１）側へ排出する第１蒸発器（１５）と、
前記エジェクタ（１４）の上流から分岐されて前記冷媒吸引口（１４ｂ）に至る冷媒分岐流路（１６）に配置されて、前記冷媒吸引口（１４ｂ）に接続される第２蒸発器（１８）と、
当該第２蒸発器（１８）の上流側の前記冷媒分岐流路（１６）に配置されて、前記第２蒸発器（１８）に流入する冷媒を減圧させる絞り機構（１７）と
を備えたエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクルにおいて、
前記絞り機構（１７）は、前記エジェクタ（１４）の絞り部（１４ａ）と同一の構成とされていることを特徴とするエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクル。
【請求項２】
前記絞り部（１４ａ）および前記絞り機構（１７）は、ノズルにより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を用いた蒸気圧縮サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒減圧手段の役割および冷媒循環手段の役割を果たすエジェクタと、複数の蒸発器とを有するエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクルに関するもので、例えば、車両用空調装置、あるいは車載の荷物を冷凍、冷蔵する車両用冷凍装置等に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されるように、冷媒減圧手段および冷媒循環手段の役割を果たすエジェクタを備える、エジェクタを用いた蒸気圧縮サイクル（以下、単に「蒸気圧縮サイクル」と言う。）が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の蒸気圧縮サイクルでは、エジェクタの出口側（下流側）に配置される第１蒸発器と、エジェクタの冷媒吸引口の上流側に配置される第２蒸発器とを備えている。
【０００４】
エジェクタは周知の構成であって、冷媒を減圧膨張させるノズル部と、このノズル部からの高速度の冷媒流と冷媒吸引口からの吸引冷媒（第２蒸発器を流通してきた冷媒）とを混合する混合部と、昇圧部としてのディフューザ部とから構成される。
【０００５】
また、第２蒸発器の上流側には、第２蒸発器へ流入する冷媒の減圧手段、具体的には、キャピラリチューブやオリフィスで構成される固定絞り機構が配設されている。
【特許文献１】特開２００７−５７２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
こうした蒸気圧縮サイクルにおいては、通常、第１蒸発器に対する第２蒸発器に流入する冷媒量の重量流量比が所定割合（例えば、３０〜８０％）となるように、あらかじめその所定割合に対応した絞り機構を採用するようになっている。
【０００７】
ところで、上記蒸気圧縮サイクルでは、第２蒸発器用の絞り機構として、エジェクタ内の絞り機構（ノズル）とは異なる構造（キャピラリチューブやオリフィス）を用いている。
【０００８】
このため、冷房熱負荷に応じて冷媒の乾き度が変化すると、ノズルとキャピラリチューブ（またはオリフィス等）とで流量特性が異なることにより重量流量がそれぞれの絞り機構に応じて変化してしまい、第２蒸発器に流入する冷媒重量流量比があらかじめ定めた所定割合とならないという問題があった。
【０００９】
すなわち、第２蒸発器において所望の冷媒重量流量比を得ることができず、ひいては、第２蒸発器を通過した空調風による冷却性能低下や、温度分布の幅が大きくなることに伴う快適性能低下を招く虞があった。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑み、冷媒重量流量比の変化に起因する冷却性能および快適性能の低下を改善することができるエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【００１２】
請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）から吐出された冷媒を冷却する熱交換器（１２）と、熱交換器（１２）の下流側の冷媒を減圧膨張させる絞り部（１４ａ）と、絞り部（１４ａ）から噴射する高速度冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１４ｂ）と、高速度冷媒流と冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを混合する混合部（１４ｃ）と、混合部（１４ｃ）で混合した冷媒流の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する昇圧部（１４ｄ）とを有するエジェクタ（１４）と、エジェクタ（１４）の下流側に接続されて、冷媒を圧縮機（１１）側へ排出する第１蒸発器（１５）と、エジェクタ（１４）の上流から分岐されて冷媒吸引口（１４ｂ）に至る冷媒分岐流路（１６）に配置されて、冷媒吸引口（１４ｂ）に接続される第２蒸発器（１８）と、第２蒸発器（１８）の上流側の冷媒分岐流路（１６）に配置されて、第２蒸発器（１８）に流入する冷媒を減圧させる絞り機構（１７）とを備えたエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクルにおいて、絞り機構（１７）は、エジェクタ（１４）の絞り部（１４ａ）と同一の構成とされていることを特徴とする。
【００１３】
本構成によれば、第２蒸発器（１８）の絞り機構（１７）において、エジェクタ（１４）の絞り部（１４ａ）と同一構造を採用しているため、常に、第１蒸発器（１５）に対する第２蒸発器（１８）の冷媒重量流量比が５０パーセント（第１蒸発器（１５）への冷媒流入量：第２蒸発器（１８）への冷媒流入量＝２：１）に保たれる。
【００１４】
たとえ冷媒の乾き度が変化した場合でも、同一の絞り機構を使用しているため、冷媒重量流量比の変化は、エジェクタ（１４）における絞り部（１４ａ）と第２蒸発器用の絞り機構（１７）とで同様に変化するため、冷媒重量流量比は常に一定となる。
【００１５】
したがって、本構成のエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクルによれば、冷媒重量流量比の変化に起因する冷却性能および快適性能の低下を改善することができる。
【００１６】
なお、本請求項で言う「同一」とは、構造が同一かつスケールも同一であることを意味するものである。
【００１７】
請求項２に記載の発明では、絞り部（１４ａ）および絞り機構（１７）は、ノズルにより構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本構成によれば、絞り部（１４ａ）および絞り機構（１７）としてノズルを採用することにより本発明を好適に実施することができる。
【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）
図１は、本発明の第１実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクル１０（以下、単に「蒸気圧縮サイクル１０」と言う。）を示す模式図であって、車両用冷凍サイクル装置に適用した例を示す。本実施形態では、冷媒としてフロン系、炭化水素系等の冷媒のように高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いるものとする。
【００２１】
本実施形態の蒸気圧縮サイクル１０において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１は、電磁クラッチ１１ａ、ベルト（図示略）等を介して車両走行用エンジン（図示略）により回転駆動される。
【００２２】
この圧縮機１１としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチ１１ａの断続により圧縮機作動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のいずれを使用してもよい。また、圧縮機１１として電動圧縮機を使用すれば、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整できる。
【００２３】
この圧縮機１１の冷媒吐出側には凝縮器１２（熱交換器）が配置されている。凝縮器１２は圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン（図示略）により送風される外気（車室外空気）との間で熱交換を行って高圧冷媒を冷却する。
【００２４】
凝縮器１２の出口側には、受液器１２ａが設けられている。この受液器１２ａは周知のように縦長のタンク形状のものであり、冷媒の気液を分離してサイクル内の余剰液冷媒を溜める気液分離器を構成する。受液器１２ａは、タンク形状内部の下部側から液冷媒を導出するようになっている。なお、受液器１２ａは本例では凝縮器１２と一体的に設けられている。
【００２５】
受液器１２ａの出口側には、温度式膨張弁１３が配置されている。この温度式膨張弁１３は受液器１２ａからの液冷媒を減圧する減圧手段であって、圧縮機１１の吸入側通路に配置された感温部（図示略）を有している。
【００２６】
温度式膨張弁１３は周知のように、圧縮機１１の吸入側冷媒（後述の蒸発器出口側冷媒）の温度と圧力とに基づいて圧縮機吸入側冷媒の過熱度を検出し、圧縮機吸入側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように弁開度（冷媒流量）を調整するものである。
【００２７】
温度式膨張弁１３の出口側には、エジェクタ１４が配置されている。このエジェクタ１４は冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引作用（巻き込み作用）によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段（運動量輸送式ポンプ）でもある。
【００２８】
エジェクタ１４には、温度式膨張弁１３を通過後の冷媒（中間圧冷媒）の通路面積を小さく絞って、冷媒をさらに減圧膨張させるノズル部１４ａと、ノズル部１４ａの冷媒噴出口と同一空間に配置され、後述する第２蒸発器１８からの気相冷媒を吸引する冷媒吸引口１４ｂが備えられている。
【００２９】
さらに、ノズル部１４ａおよび冷媒吸引口１４ｂの冷媒流れ下流側部位には、ノズル部１４ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１４ｂの吸引冷媒とを混合する混合部１４ｃが設けられている。そして、混合部１４ｃの冷媒流れ下流側に昇圧部をなすディフューザ部１４ｄが配置されている。このディフューザ部１４ｄは冷媒の通路面積を徐々に大きくする形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。
【００３０】
エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの出口側には、第１蒸発器１５が接続され、この第１蒸発器１５の出口側は圧縮機１１の吸入側に接続される。
【００３１】
一方、エジェクタ１４の入口側（温度式膨張弁１３の出口側とエジェクタ１４の入口側との間の中間部位＝分岐点Ｚ）から冷媒分岐流路１６が分岐され、この冷媒分岐流路１６の下流側はエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｂに接続される。
【００３２】
この冷媒分岐流路１６には、絞り機構１７が配置され、この絞り機構１７よりも冷媒流れ下流側には第２蒸発器１８が配置されている。絞り機構１７は、エジェクタ１４内のノズル部１４ａと同一の大きさ、構造のものが採用されている。
【００３３】
さらに、本蒸気圧縮サイクル１０は、蒸発器１５の上流側に配置される電動送風機１９を備え、この電動送風機１９により空気を矢印の方向（図１において上から下）へ送風し、この送風空気を２つの蒸発器１５，１８で冷却するようになっている。
【００３４】
２つの蒸発器１５，１８で冷却された冷風を共通の冷却対象空間（図示略）に送り込み、これにより、２つの蒸発器１５，１８で共通の冷却対象空間を冷却するようになっている。ここで、２つの蒸発器１５，１８のうち、エジェクタ１４下流側の主流路に接続される第１蒸発器１５を空気流れの上流側（風上側）に配置し、エジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｂに接続される第２蒸発器１８を空気流れの下流側（風下側）に配置している。
【００３５】
なお、本実施形態では、蒸気圧縮サイクル１０を車両空調用冷凍サイクル装置に適用しているため、車室内空間が冷却対象空間となる。また、本実施形態の蒸気圧縮サイクル１０を冷凍車用冷凍サイクル装置に適用する場合は冷凍車の冷凍冷蔵庫内空間が冷却対象空間となる。
【００３６】
次に、上記構成を有する蒸気圧縮サイクル１０の作動を説明する。圧縮機１１を車両エンジンにより駆動すると、圧縮機１１で圧縮され吐出された高温高圧状態の冷媒は凝縮器１２に流入する。凝縮器１２では高温の冷媒が外気により冷却されて凝縮する。凝縮器１２から流出した高圧冷媒は受液器１２ａ内に流入し、この受液器１２ａ内にて冷媒の気液が分離され、液冷媒が受液器１２ａから導出され温度式膨張弁１３を通過する。
【００３７】
この温度式膨張弁１３では、第１蒸発器１５の出口冷媒（圧縮機吸入冷媒）の過熱度が所定値となるように弁開度（冷媒流量）が調整され、高圧冷媒が減圧される。この温度式膨張弁１３通過後の冷媒流れは、エジェクタ１４に向かう冷媒流れと、冷媒分岐流路１６から絞り機構１７に向かう冷媒流れとに分流する。ここで、本実施形態では、エジェクタ１４のノズル部１４ａと絞り機構１７とが完全に同一の構造であるため、流路抵抗が同一となり、冷媒は均等に分流する。
【００３８】
そして、エジェクタ１４に流入した冷媒流れはノズル部１４ａで減圧され膨張する。従って、ノズル部１４ａで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、このノズル部１４ａの噴出口から冷媒は高速度となって噴出する。この際の冷媒圧力低下により、冷媒吸引口１４ｂから冷媒分岐流路１６の第２蒸発器１８通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。
【００３９】
ノズル部１４ａから噴出した冷媒と冷媒吸引口１４ｂに吸引された冷媒は、ノズル部１４ａ下流側の混合部１４ｃで混合してディフューザ部１４ｄに流入する。このディフューザ部１４ｄでは通路面積の拡大により、冷媒の速度（膨張）エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。
【００４０】
そして、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄから流出した冷媒は第１蒸発器１５に流入する。そして、第１蒸発器１５では、低温の低圧冷媒が電動送風機１９による送風空気から吸熱して蒸発する。この蒸発後の気相冷媒は、圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。
【００４１】
一方、冷媒分岐流路１６に流入した冷媒流れは絞り機構１７で減圧されて低圧冷媒となり、この低圧冷媒が第２蒸発器１８に流入する。そして、第２蒸発器１８では、低温の低圧冷媒が、第１蒸発器１５通過後の送風空気から吸熱して蒸発する。この蒸発後の気相冷媒は、冷媒吸引口１４ｂを介してエジェクタ１４内に吸引される。
【００４２】
以上のように構成される蒸気圧縮サイクル１０によれば、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの下流側冷媒を第１蒸発器１５に供給するととともに、冷媒分岐流路１６側の冷媒を絞り機構１７を通して第２蒸発器１８にも供給できるので、第１、第２蒸発器１５，１８で同時に冷却作用を発揮できる。そのため、第１、第２蒸発器１５，１８の両方で冷却された冷風を冷却対象空間に吹き出して、冷却対象空間を冷房（冷却）できるようになっている。
【００４３】
ここで、図２は、絞り構造における冷媒の乾き度と重量流量との関係を説明する図であり、実線はノズルにおける関係を示し、破線はキャピラリチューブにおける関係を示す図である。図２に示すように、ノズルとキャピラリチューブとでは、その構造が異なるため、冷媒の乾き度と重量流量との関係を示すグラフがそれぞれ異なっている。
【００４４】
例えば、絞り機構１７の構造がキャピラリチューブであってエジェクタ１４内の絞り機構（ノズル部１４ａ）の構造と異なっていると、第１蒸発器１５に対する第２蒸発器１８側に流入する冷媒流量比（冷媒重量流量比）をあらかじめ所定割合となるように絞り機構１７の構造によって設定したとしても、冷房熱負荷に応じて冷媒の乾き度が変化してしまうと、ノズルとキャピラリチューブとで流量特性が異なるために所定割合とならない場合がある。
【００４５】
すなわち、第２蒸発器１８において所望の冷媒流量比を得ることができず、ひいては、第２蒸発器１８を通過した空調風による冷却性能低下や、温度分布の幅が大きくなることに伴う快適性能低下を招く虞がある。
【００４６】
その点、本実施形態では、第２蒸発器１８の減圧手段としての絞り機構１７において、エジェクタ１４の絞り機構（ノズル部１４ａ）と同一のノズルを採用しているため、常に、第２蒸発器１８の冷媒流量比が５０パーセント（第１蒸発器１５への冷媒流入量：第２蒸発器１８への冷媒流入量＝２：１）に保たれる。たとえ冷媒の乾き度が変化した場合でも、同一構造のノズルを使用しているため、冷媒流量比の変化は、エジェクタ１４におけるノズル部１４ａと第２蒸発器１８用のノズル（絞り機構１７）とで同様に変化するため、冷媒流量比は常に一定となる。
【００４７】
したがって、本実施形態の蒸気圧縮サイクル１０では、冷却性能および空調空気の温度分布性能を良好に保つことができる。
【００４８】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、エジェクタ１４内の絞り機構（ノズル部１４ａ）および第２蒸発器１８用の絞り機構１７をともにノズルとして構成したが、エジェクタ１４内の絞り機構（ノズル部１４ａ）と第２蒸発器１８用の絞り機構１７とが同一構造であれば、ノズルに限定されず、例えば、キャピラリチューブ等の他の絞り機構で構成してもよい。
【００４９】
上記実施形態では、本発明を車両用冷凍サイクル装置に適用したが、給湯装置などの加熱装置や、車載式・定置式を含めた冷凍・冷蔵装置などの冷却装置に適用することもできる。
【００５０】
上記実施形態では、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力未満となるサイクルであって、冷媒は炭化水素系の自然冷媒やフロン系冷媒であるものとしたが、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を用いた臨界圧サイクルとして構成してもよい。この場合、凝縮器１２は放熱器として実施できる。  上記実施形態では、蒸発器１５，１８等の各機器が独立した構成としているが、例えば、蒸発器１５，１８を一体として構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮サイクルを示す模式図である。
【図２】絞り構造における冷媒の乾き度と重量流量との関係を説明する図であり、実線はノズルにおける関係を示し、破線はキャピラリチューブにおける関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  エジェクタを用いた蒸気圧縮サイクル
１１  圧縮機
１２  凝縮器（熱交換器）
１３  温度式膨張弁
１４  エジェクタ
１４ａ  ノズル部（絞り部）
１４ｂ  冷媒吸引口
１４ｃ  混合部
１４ｄ  ディフューザ部（昇圧部）
１５  第１蒸発器
１６  冷媒分岐流路
１７  絞り機構
１８  第２蒸発器
【図１】
2009063182.tif 000003
【図２】
2009063182.tif 000004