JP4923838B2 - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Description

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を有するエジェクタ式冷凍サイクルに関するものであり、例えば、車両用空調冷蔵装置の冷凍サイクルに適用して有効である。

従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、冷媒減圧手段および冷媒循環手段としてエジェクタを使用したエジェクタ式冷凍サイクルが特許文献１において提案されている。

この特許文献１では、エジェクタの冷媒流出側に第１蒸発器を接続し、この第１蒸発器の出口側に気液分離器を配置するともに、この気液分離器の液冷媒流出側とエジェクタの冷媒吸引口との間に第２蒸発器を接続した構成が記載されている。

特許文献１には第１、第２蒸発器により別々の空間、または第１、第２蒸発器によりで同一の空間から吸熱（冷却）作用を発揮することができる旨記載されている（特許文献１の段落０１９２参照）。

また、特許文献１の図３４〜図３８には、気液分離器の液冷媒流出側とエジェクタの吸引口との間のみに蒸発器を配置するエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、気液分離器から流出する低圧気相冷媒と、放熱器の出口側高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を設ける構成が記載されている。

また、本出願人は、特願２００６−３６５３２号において内部熱交換器を設けたエジェクタ式冷凍サイクルを提案している。この先願では、エジェクタ下流側にエジェクタ通過後の低圧冷媒を蒸発させる第１蒸発器を設け、一方、エジェクタ上流側で分岐された冷媒をエジェクタの冷媒吸引口に導く分岐通路を設け、この分岐通路に絞り手段、およびこの絞り手段下流側に位置する第２蒸発器を設け、更に、圧縮機吸入側の低圧冷媒と放熱器下流側の高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を設けている。

特許文献１および上記先願によると、内部熱交換器における熱交換作用によって第１、第２蒸発器入口冷媒のエンタルピを減少して、蒸発器入口、出口間のエンタルピ差を拡大できる。これにより、第１、第２蒸発器の冷凍能力を向上できる。
特許第３３２２２６３号公報

しかし、特許文献１および上記先願においては、内部熱交換器における熱交換作用によって圧縮機吸入冷媒の過熱度が増加するので、圧縮機吸入冷媒の密度が内部熱交換なしの場合に比較して低下する。この吸入冷媒の密度低下は圧縮機吐出流量（質量流量）を減少させるので、第１、第２蒸発器の冷凍能力低下、ひいてはサイクル効率（ＣＯＰ）低下の原因となる。

本発明は、上記点に鑑み、エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、圧縮機吸入冷媒の密度低下を起こすことなく、蒸発器冷凍能力の向上を図ることを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために案出されたもので、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１１）と、
前記圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒を凝縮する凝縮器（１３ａ）と、
前記凝縮器（１３ａ）の出口側冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器（１３ｂ）と、
前記高圧側気液分離器（１３ｂ）の飽和液冷媒を冷凍サイクル外部の冷却流体により過冷却する過冷却器（１３ｃ）と、
前記凝縮器（１３ａ）の出口部より下流側の冷媒を減圧膨張させるノズル部（１５ａ）、前記ノズル部（１５ａ）から噴射する高速度の冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１５ｂ）、および前記高速度の冷媒流と前記冷媒吸引口（１５ｂ）からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部（１５ｄ）を有するエジェクタ（１５）と、
前記過冷却器（１３ｃ）の過冷却液冷媒を減圧する絞り手段（１８）と、
前記絞り手段（１８）の下流側と前記冷媒吸引口（１５ｂ）との間に接続される蒸発器（１９）と、
前記凝縮器（１３ａ）の出口側と前記過冷却器（１３ｃ）の入口側との間に設けられた冷媒分岐部（１３ｅ）と、
前記冷媒分岐部（１３ｅ）と前記ノズル部（１５ａ）の入口側とを接続する冷媒通路（１４）とを備え、
前記冷媒分岐部（１３ｅ）で分岐された冷媒が前記冷媒通路（１４）を通過して前記ノズル部（１５ａ）に導入され、
前記エジェクタ（１５）の出口側冷媒が、冷凍サイクル高圧側冷媒と熱交換せずに前記圧縮機（１１）に吸入され、
冷媒分岐部（１３ｅ）は、凝縮器（１３ａ）の出口部と高圧側気液分離器（１３ｂ）の入口部との間を接続する冷媒通路（１３ｆ）に設けられ、
凝縮器（１３ａ）の出口冷媒が冷媒分岐部（１３ｅ）から冷媒通路（１４）を通過してエジェクタ（１５）のノズル部（１５ａ）に導入される
ことを特徴としている。

これによると、過冷却器（１３ｃ）で過冷却された過冷却液冷媒を減圧した低圧冷媒を蒸発器（１９）で蒸発させて蒸発器（１９）の冷凍能力を発揮できる。

ここで、蒸発器（１９）ではエジェクタ（１５）での昇圧効果相当分だけ圧縮機吸入圧よりも低い蒸発圧力で冷媒を蒸発させることができ、それにより、冷媒蒸発温度を引き下げることができる。しかも、過冷却器（１３ｃ）での過冷却作用によって蒸発器（１９）の入口・出口間の冷媒エンタルピ差を拡大できる。

そして、過冷却器（１３ｃ）での過冷却作用によって蒸発器（１９）の冷媒エンタルピ差を拡大できるとともに、エジェクタ（１５）の出口側冷媒が、冷凍サイクル高圧側冷媒と熱交換せずに圧縮機（１１）に吸入されるようになっている。このため、本発明によれば、内部熱交換器を設けたサイクル構成の場合のように、圧縮機吸入冷媒の過熱度増加→圧縮機吸入冷媒の密度低下→圧縮機吐出流量（質量流量）の減少という現象が起きない。

この結果、サイクル効率（ＣＯＰ）を低下させることなく、蒸発器（１９）の冷凍能力を向上できる。
さらに、本発明においては、凝縮器（１３ａ）の出口側と過冷却器（１３ｃ）の入口側との間に冷媒分岐部（１３ｅ）を設け、この冷媒分岐部（１３ｅ）とノズル部（１５ａ）の入口側とを冷媒通路（１４）により接続し、冷媒分岐部（１３ｅ）で分岐された冷媒を冷媒通路（１４）を通過してノズル部（１５ａ）に導入させるようにしている。
この構成によれば、過冷却器入口側の過冷却されていない冷媒を冷媒分岐部（１３ｅ）からノズル部（１５ａ）に導入するので、後述の図７のモリエル線図に示すように、ノズル（１５ａ）での等エントロピ変化による減圧特性がモリエル線図上の鉛直線から離れる側へ傾斜した特性となる。その結果、ノズル（１５ａ）前後の冷媒エンタルピ差ΔＨ１が比較的大きな値となり、エジェクタ（１５）での回収エネルギーが増大するので、エジェクタ式冷凍サイクルの高効率化を実現できる。

本発明は、具体的には、エジェクタ（１４）の下流側に第１蒸発器（１６）が接続され、
絞り手段（１８）下流側の蒸発器は、第１蒸発器（１６）よりも冷媒蒸発温度が低い第２蒸発器（１９）を構成する。

これによると、蒸発温度域が異なる第１、第２蒸発器（１６、１９）を備えるサイクル構成において、この第１、第２蒸発器（１６、１９）の冷凍能力を効率よく向上できる。

更に、本発明は、具体的には、冷媒分岐部（１３ｅ）を、凝縮器（１３ａ）の出口通路部（１３ｆ）に設け、凝縮器（１３ａ）の出口冷媒を冷媒分岐部（１３ｅ）から冷媒通路（１４）を通過してエジェクタ（１５）のノズル部（１５ａ）に導入してもよい。

特に、気液分離器（１３ｂ）の飽和液冷媒をエジェクタ（１５）に導入する場合は、気相冷媒を含まない飽和液冷媒をエジェクタ（１５）に導入できるから、凝縮器（１３ａ）の出口冷媒のようにサイクル運転条件の変化によって乾き度が変化して冷媒密度が変化することがなく、エジェクタ導入冷媒の密度が安定している。このため、エジェクタ導入冷媒の密度に対応した適切なノズル部形状を設定できる。

そして、飽和液冷媒は過冷却液冷媒に比較してエジェクタノズル部（１５ａ）の入口・出口間の冷媒エンタルピ差を拡大でき、エジェクタ回収エネルギーを増大できる。以上のことから、気液分離器（１３ｂ）の飽和液冷媒をエジェクタ（１５）に導入することにより、安定したエジェクタ性能を確保できる。

また、本発明は、具体的には、エジェクタ（１５）および絞り手段（１８）を一体構造として構成するようになっている。

これによると、エジェクタ（１５）および絞り手段（１８）からなる減圧モジュール（２０）を構成でき、エジェクタ（１５）および絞り手段（１８）を独立に構成、配置する場合に比較して、搭載スペースの小型化、コスト低減を図ることができる。

また、本発明は、具体的には、凝縮器（１３ａ）、気液分離器（１３ｂ）および過冷却器（１３ｃ）を一体構造として構成するようになっている。

これによると、上記三者（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の一体構造化によって搭載スペースの小型化、コスト低減を図ることができる。
また、本発明において、冷凍サイクル外部の冷却流体は具体的には冷却ファンにより送風される外気であり、過冷却器（１３ｃ）とともに凝縮器（１３ａ）も外気により冷却されるようにしてもよい。

なお、上記各手段および特許請求の範囲に記載の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。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクル１０を車両用冷凍サイクル装置に適用した例を示す。本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１は、プーリ１２、ベルト等を介して図示しない車両走行用エンジンにより回転駆動される。

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。

この圧縮機１１の冷媒吐出側には過冷却器一体型凝縮器１３が配置されている。過冷却器一体型凝縮器１３は凝縮器１３ａと気液分離器１３ｂと過冷却器１３ｃとにより構成される。凝縮器１３ａは圧縮機１１から吐出された高圧気相冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気（車室外空気）により冷却して凝縮する。

また、気液分離器１３ｂは凝縮器１３ａの出口側に接続され、凝縮器１３ａの出口冷媒の気液を分離して液相冷媒を溜めるとともに、この液相冷媒、すなわち、飽和液冷媒を下流側へ流出する。

気液分離器１３ｂの液相冷媒出口通路１３ｄには分岐点１３ｅが設定され、この分岐点１３ｅで分岐される一方の冷媒通路が過冷却器１３ｃに接続される。過冷却器１３ｃは、気液分離器１３ｂから流出する飽和液冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気（車室外空気）により冷却して過冷却する。

本実施形態では、凝縮器１３ａと気液分離器１３ｂと過冷却器１３ｃとを１つの組み付け構造体として一体に構成している。この１つの組み付け構造体はねじ等の機械的締結手段を用いる締結構造、ろう付けによる一体接合構造等を採用できる。特に、ろう付けによる一体接合構造は、凝縮器１３ａと気液分離器１３ｂと過冷却器１３ｃの三者の各部接合箇所をろう付け加熱炉内にて同時に一体接合でき、生産性が良好である。

上記分岐点１３ｅで分岐される他方の冷媒通路１４はエジェクタ１５の入口側に接続される。このエジェクタ１５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。

エジェクタ１５には、上記冷媒通路１４から流入する高圧冷媒（高圧飽和液冷媒）の通路面積を小さく絞って、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部１５ａと、ノズル部１５ａの冷媒噴出口と連通するように配置され、後述する第２蒸発器１９出口からの冷媒（気相冷媒）を吸引する冷媒吸引口１５ｂが備えられている。

さらに、ノズル部１５ａおよび冷媒吸引口１５ｂの下流側には、ノズル部１５ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１５ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部１５ｃが設けられている。そして、混合部１５ｃの下流側に昇圧部をなすディフューザ部１５ｄが配置されている。このディフューザ部１５ｄ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。エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄの出口側に第１蒸発器１６が接続され、この第１蒸発器１６の出口側は圧縮機１１の吸入側に接続される。

一方、過冷却器１３ｃの下流側は冷媒通路１７によりエジェクタ１５の冷媒吸引口１５ｂに接続される。この冷媒通路１７には絞り機構１８が配置され、この絞り機構１８の下流側に第２蒸発器１９が配置されている。

絞り機構１８は第２蒸発器１９への冷媒流量の調節作用をなす減圧手段であって、具体的にはキャピラリチューブやオリフィスのような固定絞りで構成できる。また、第２蒸発器１９の冷媒温度や圧力に応じて通路絞り開度（通路面積）を変化させる可変絞りで絞り機構１８を構成してもよい。なお、可変絞りとして電動アクチュエータにより通路絞り開度（弁開度）が調整可能になっている電気制御弁を用いてもよい。

絞り機構１８とエジェクタ１５は１つの組み付け構造体をなす減圧モジュール２０として一体に構成されている。この減圧モジュール２０の組み付け構造も、ねじ等の機械的締結手段を用いる締結構造やろう付けによる一体接合構造等を採用できる。

本実施形態では、第１蒸発器１６と第２蒸発器１９によりそれぞれ別の冷却対象空間を冷却するようになっている。例えば、第１蒸発器１６を車室内冷房用として用い、電動送風機（図示せず）により送風される空気を第１蒸発器１６により冷却し、その冷却空気（冷風）を車室内へ吹き出して車室内を冷房する。

一方、第２蒸発器１９は車載冷蔵庫内の冷却用として用いる。従って、電動送風機（図示せず）により送風される庫内空気を第２蒸発器１９により冷却し、その冷却空気を庫内に再循環して庫内を冷却する。

なお、第１蒸発器１６と第２蒸発器１９を組み合わせて１つの冷却ユニットを構成し、この１つの冷却ユニット（すなわち、第１、第２蒸発器１６、１９の組み合わせユニット）にて共通の１つの冷却対象空間を冷却するようにしてもよい。

次に、第１実施形態の作動を説明する。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気相冷媒は過冷却器一体型凝縮器１３のうち、まず凝縮器１３ａに流入する。この凝縮器１３ａでは高温高圧状態の気相冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気（車室外空気）により冷却して凝縮する。

凝縮器１３ａを通過した冷媒は気液分離器１３ｂ内に流入する。この気液分離器１３ｂでは、凝縮器１３ａにて凝縮した冷媒の気液を分離する。すなわち、気相冷媒と液相冷媒との密度差を利用して、気液分離器１３ｂの内部空間の上方側に気相冷媒を分離し、内部空間の下方側に液相冷媒を分離する。ここで、気液分離器１３ｂの内部空間には冷媒の気液界面が形成されるので、飽和気相冷媒と飽和液相冷媒が共存する。

気液分離器１３ｂにはこの飽和液相冷媒を取り出す液相冷媒出口通路１３ｄが設けられており、そして、液相冷媒出口通路１３ｄには分岐点１３ｅが設定され、この分岐点１３ｅで飽和液相冷媒の流れは２つに分岐され、その一方の飽和液相冷媒の流れは冷媒通路１４によってエジェクタ１５に流入する。

他方の飽和液相冷媒の流れは過冷却器１３ｃに流入して過冷却される。すなわち、過冷却器１３ｃでは、気液分離器１３ｂから流出する飽和液相冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気（車室外空気）により冷却して過冷却する。

エジェクタ１５に流入した冷媒はノズル部１５ａで減圧され膨張する。従って、ノズル部１５ａ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１５ａの噴出口から冷媒は高速度となって噴出する。この際の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口１５ｂから第２蒸発器１９通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。

ノズル部１５ａから噴出した冷媒と冷媒吸引口１５ｂに吸引された冷媒は、ノズル部１５ａ下流側の混合部１５ｃで混合してディフューザ部１５ｄに流入する。このディフューザ部１５ｄでは通路面積の拡大により、冷媒速度を減速して冷媒圧力を上昇させる。

一方、過冷却器１３ｃ通過後の過冷却液相冷媒は冷媒通路１７の絞り機構１８で減圧されて低圧の気液２相状態となり、この低圧冷媒が第２蒸発器１９に流入する。第２蒸発器１９では、電動送風機（図示せず）の送風空気から冷媒が吸熱して蒸発する。この第２蒸発器１９通過後の気相冷媒は冷媒吸引口１５ｂからエジェクタ１５内に吸引される。

そして、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄから流出した低圧の気液２相冷媒は第１蒸発器１６に流入する。第１蒸発器１６では、低温の低圧冷媒が電動送風機（図示せず）の送風空気から吸熱して蒸発する。この第１蒸発器１６通過後の冷媒は圧縮機１１に吸入され再び圧縮される。

以上のごとく、本実施形態によると、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄの下流側冷媒を第１蒸発器１６に供給するととともに、冷媒通路１７側の冷媒を絞り機構１８で減圧して第２蒸発器１９にも供給できるので、第１、第２蒸発器１６、１９で同時に冷却作用を発揮できる。

その際に、第１蒸発器１６の冷媒蒸発圧力はディフューザ部１５ｄで昇圧した後の圧力であり、一方、第２蒸発器１９の出口側はエジェクタ１５の冷媒吸引口１５ｂに接続されているから、ノズル部１５ａでの減圧直後の最も低い圧力を第２蒸発器１９に作用させることができる。

これにより、第１蒸発器１６の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも第２蒸発器１９の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）をディフューザ部１５ｄでの昇圧作用相当分だけ低くすることができる。本実施形態では、第１蒸発器１６を車室内冷房用として用い、第２蒸発器１９を車載冷蔵庫の冷却用として用いているので、車室内冷房温度よりも車載冷蔵庫内の冷却温度を低くすることができる。

従って、車室内冷房作用と冷蔵庫内の冷却作用とを高低２つの温度域でもって同時に実行できる。この際、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄでの昇圧作用によって圧縮機１１の吸入圧を上昇できるので、昇圧作用相当分だけ、圧縮機１１の圧縮仕事量を低減でき、省動力効果を発揮できる。

しかも、第２蒸発器１９側の冷媒流量をエジェクタ１５の機能に依存することなく、絞り機構１８にて独立に調整できる。

また、第２蒸発器１９がエジェクタ１５と並列的に配置されるので、エジェクタ１５の冷媒吸引能力だけでなく、圧縮機１１の冷媒吸入吐出能力をも利用して第２蒸発器１９に冷媒を循環できる。そのため、エジェクタ１５の入力が小さくなる運転条件でも第２蒸発器１９の冷媒流量、ひいては第２蒸発器１９の冷凍能力を確保し易い等の利点がある。

一方、本実施形態によると、気液分離器１３ｂ出口からの飽和液相冷媒を過冷却器１３ｃで過冷却し、この過冷却液相冷媒を冷媒通路１７の絞り機構１８で減圧した後に第２蒸発器１９に流入させる。これにより、過冷却器１３ｃでの過冷却相当分だけ第２蒸発器１９の入口、出口間のエンタルピ差を拡大でき、第２蒸発器１９の冷凍能力を向上できる。

しかも、過冷却器１３ｃは外気により高圧冷媒を冷却するから、内部熱交換器を用いたサイクル構成の場合のように、圧縮機吸入冷媒の過熱度上昇→圧縮機吸入冷媒の密度低下→圧縮機吐出流量（質量流量）の減少によって第１、第２蒸発器１６、１９の冷凍能力低下を引き起こすことがない。その結果、サイクル効率（ＣＯＰ）の低下を引き起こすことなく、第２蒸発器１９の冷凍能力を向上できる。

また、気液分離器１３ｂからの飽和液相冷媒を分岐してエジェクタ１５に導入するから、エジェクタ１５には常に飽和液相冷媒を流入させることができ、エジェクタ流入冷媒の密度が安定する。これにより、前述した理由にてエジェクタ性能を安定的に発揮できる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、気液分離器１３ｂの液相冷媒出口通路１３ｄに分岐点１３ｅを設定し、この分岐点１３ｅで飽和液相冷媒の流れを２つに分岐し、その一方の飽和液相冷媒の流れを冷媒通路１４によってエジェクタ１５に流入させているが、第２実施形態では、図２に示すように過冷却器１３ｃの出口側の冷媒通路１７に分岐点２１を設定し、この分岐点２１から過冷却液相冷媒を冷媒通路１４によりエジェクタ１５に流入させている。

第２実施形態によると、過冷却器１３ｃで過冷却された過冷却液相冷媒を絞り機構１８とエジェクタ１５の両方で減圧して、第１、第２蒸発器１６、１９にて蒸発させるから、第１実施形態に比較して第１蒸発器１６の入口、出口間のエンタルピ差を拡大でき、第１蒸発器１６の冷凍能力を向上できる。

（第３実施形態）
図３は第３実施形態であり、第２実施形態のサイクル構成において冷媒通路１７の分岐点２１の上流部に絞り機構２２を追加設置している。絞り機構２２は固定絞り、可変絞りのいずれを使用してもよい。第３実施形態では、絞り機構１８、絞り機構２２およびエジェクタ１５の三者を減圧モジュール２０として一体に構成している。

絞り機構２２の具体例として、第１蒸発器１６の出口冷媒の過熱度を所定値に制御する温度式膨張弁あるいは電気式膨張弁を用いれば、圧縮機１１への液冷媒戻りを確実に防止できる。

（第４実施形態）
図４は第４実施形態であり、第３実施形態の絞り機構２２を分岐点２１の下流側で、冷媒通路１４側に配置している。

第４実施形態においても、絞り機構２２の具体例として、第１蒸発器１６の出口冷媒の過熱度を所定値に制御する温度式膨張弁あるいは電気式膨張弁を用いれば、圧縮機１１への液冷媒戻りを確実に防止できる。

（第５実施形態）
図５は第５実施形態であり、エジェクタ１５の上流側の冷媒通路１４を凝縮器１３ａの出口通路部１３ｆに接続する。つまり、凝縮器１３ａの出口部と気液分離器１３ｂの入口部との間に冷媒通路１４を接続する。

従って、第５実施形態では凝縮器１３ａの出口通路部１３ｆに分岐点１３ｇが設定され、凝縮器１３ａの出口冷媒流れが２つに分岐され、その一方の冷媒流れは気液分離器１３ｂ内に流入し、他方の冷媒流れは冷媒通路１４を通過してエジェクタ１５に流入する。

凝縮器１３ａの出口冷媒はサイクル運転条件の変化によってある程度の乾き度を持った気液２相状態となる場合があるが、総体的には飽和液相状態に近接した、乾き度が小さい、気液２相状態になっているので、第１実施形態に比較してエジェクタ性能が大きく低下することはない。同様の理由から、第１蒸発器１６の冷凍能力が第１実施形態に比較して大きく低下することがない。

（第６実施形態）
図６は第６実施形態であり、図１の第１実施形態のサイクル構成において第１蒸発器１６を廃止し、その代わりに、エジェクタ１５の下流側に低圧側の気液分離器２３を設けている。この気液分離器２３はエジェクタ１５の下流側の低圧冷媒の気液を分離し、液相冷媒（飽和液相冷媒）を溜めるとともに、気相冷媒（飽和気相冷媒）を圧縮機１１の吸入側へ向かって流出させる。

また、低圧側の気液分離器２３の底部には液相冷媒（飽和液相冷媒）を取り出すための液冷媒出口２４が設けられ、この液冷媒出口２４には逆止弁２５を備えた冷媒通路２６が接続されている。この冷媒通路２６の出口は、絞り機構１８の下流側と蒸発器１９の上流側との間の合流部２７に接続されている。逆止弁２５は、液冷媒出口２４から合流部２７へ向かう一方向のみに冷媒を流し、これとは逆方向の冷媒流れを阻止するようになっている。

図７は第６実施形態による冷凍サイクルのモリエル線図であって、ａ点は圧縮機１１の吐出冷媒（高圧過熱冷媒）の状態であり、ｂ点は高圧側気液分離器１３ｂの液相冷媒出口通路１３ｄにおける分岐点１３ｅの冷媒状態（飽和液相冷媒）である。ｃ点は過冷却器１３ｃ出口の過冷却液相冷媒の状態で、ｄ点はエジェクタ１５のノズル１５ａ出口部の低圧気液２相冷媒の状態である。ｅ点は絞り機構１８出口の低圧気液２相冷媒の状態であり、ｆ点は合流点２７で合流した後の低圧気液２相冷媒の状態である。

ｇ点は蒸発器１９出口部の冷媒状態である。ｈ点は蒸発器１９出口側から吸引される吸引冷媒とノズル１５ａの出口部冷媒とが混合した後の冷媒状態である。ｉ点はこの混合冷媒をディフューザ部１５ｄにより昇圧した後の冷媒状態を示す。

ｊ点は低圧側気液分離器２３内の飽和液相冷媒で、ｋ点は低圧側気液分離器２３内の飽和気相冷媒である。なお、ｊ点とｆ点との圧力差は、逆止弁２５および冷媒通路２６の圧損による減圧量である。

図８は第２実施形態（図２）による冷凍サイクルのモリエル線図であって、ａ、ｃ、ｄ、ｅ、ｇ、ｉ、ｋの各点は図７と同じ冷媒状態を示す。但し、図８において、ｅ点とｇ点とのエンタルピ差は第２蒸発器１９での吸熱量であり、ｉ点とｋ点とのエンタルピ差は第１蒸発器１６での吸熱量である。

第６実施形態による作用効果を図７、図８のモリエル線図の対比により説明すると、第２実施形態（図２）では過冷却器１３ｃ出口の過冷却液相冷媒を２つの流れに分岐して、一方の過冷却液相冷媒をエジェクタ１５のノズル１５ａにてｄ点まで減圧するともに、他方の過冷却液相冷媒を絞り機構１８にてｅ点まで減圧している。

図７、図８において、ΔＨ１、ΔＨ２はエジェクタ１５のノズル１５ａ前後の冷媒エンタルピ差であって、この冷媒エンタルピ差ΔＨ１、ΔＨ２はエジェクタ１５にて回収できる膨張損失エネルギー（以下回収エネルギーと言う）に相当するものである。

第２実施形態の場合は、過冷却器１３ｃにより過冷却した過冷却液相冷媒をエジェクタ１５のノズル１５ａにて減圧するため、ノズル１５ａでの等エントロピ変化による減圧特性がモリエル線図上の鉛直線に近接した特性となり、その結果、ノズル１５ａ前後の冷媒エンタルピ差ΔＨ２が比較的小さな値となり、回収エネルギーが小さくなる。

これに対し、第６実施形態では、過冷却器１３ｃにより過冷却する前の飽和液相冷媒をエジェクタ１５のノズル１５ａにて減圧するため、図７に示すようにノズル１５ａでの等エントロピ変化による減圧特性が第２実施形態の場合よりもモリエル線図上の鉛直線から離れる側へ傾斜した特性となる。その結果、ノズル１５ａ前後の冷媒エンタルピ差ΔＨ１が比較的大きな値となる。すなわち、ΔＨ１＞ΔＨ２の関係となり、エジェクタ１５での回収エネルギーが増大するので、エジェクタ式冷凍サイクルの高効率化を実現できる。

一方、第５実施形態では、前述のごとく、凝縮器１３ａの出口冷媒はサイクル運転条件の変化によってある程度の乾き度を持った気液２相状態となる場合があるが、第６実施形態では、エジェクタ１５のノズル１５ａに対して常に高圧側気液分離器１３ｅで分離された飽和液相冷媒を供給でき、一方、絞り機構１８側には過冷却器１３ｃにより過冷却した過冷却液相冷媒を常に供給でき、ともに液冷媒を安定的に供給できるから、気液２相冷媒を供給する場合に比較して、エジェクタ１５側および絞り機構１８側への冷媒流量制御が容易となる。

また、第２実施形態のようにエジェクタ１５のノズル１５ａにて過冷却液相冷媒を減圧する場合は、ノズル１５ａの喉部（最小通路径部）をほぼ液相冷媒が通過するので、通過冷媒の密度が大きい。したがって、ノズル通過冷媒流量を正確に制御するためには、ノズル１５ａの喉部を小さな径寸法で高精度に加工する必要があり、ノズル１５ａの加工コストが上昇する。

これに対し、第６実施形態では、エジェクタ１５のノズル１５ａにて飽和液相冷媒を減圧するから、わずかな減圧量でも飽和液相冷媒が気液２相冷媒に移行して冷媒密度が低下する。したがって、ノズル１５ａの喉部の径寸法を第２実施形態よりも大きくすることができ、ノズル１５ａの加工が容易になり、ノズル１５ａの加工コストを低減できる。なお、これらの効果は、第６実施形態のみならず、第１実施形態でも同様に発揮できる。

更に、第６実施形態では、第１実施形態とは別異の構成として低圧側気液分離器２３を具備し、この低圧側気液分離器２３で分離された液相冷媒と、絞り機構１８通過後の気液２相冷媒との両方を第２蒸発器１９に対して供給するから、第２蒸発器１９に液相冷媒の割合が高い冷媒（乾き度の小さい冷媒）を常に安定的に供給でき、第２蒸発器１９の性能向上に貢献できる。

また、低圧側気液分離器２３で分離された気相冷媒を圧縮機１１の吸入側に供給するから、圧縮機吸入冷媒の過熱度制御をしなくても、圧縮機１１への液冷媒戻りを確実に阻止できる。

また、逆止弁２５を設けることで、絞り機構１８通過後の気液２相冷媒が低圧側気液分離器２３内に直接流れ込むことを確実に阻止できる。

（第７実施形態）
図９は第７実施形態であり、第６実施形態のサイクル構成に第１蒸発器１６を付加したものに相当する。

（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述べるごとく種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、凝縮器１３ａおよび過冷却器１３ｃの冷却装置として、冷却流体が空気（外気）である空冷式冷却装置を構成しているが、冷却流体が水である水冷式冷却装置を構成し、この水冷式冷却装置により凝縮器１３ａおよび過冷却器１３ｃを冷却するようにしてもよい。

（２）凝縮器１３ａおよび過冷却器１３ｃの冷却装置として吸着式冷却装置を用いてもよい。この吸着式冷却装置では、水等の冷却媒体を相変化（蒸発、凝縮）させるので、冷却媒体の相変化時の潜熱（蒸発潜熱）を利用して凝縮器１３ａおよび過冷却器１３ｃを冷却できる。

（３）上述の第１〜第５実施形態では、いずれも高温側の第１蒸発器１６と低温側の第２蒸発器１９とを設ける例について説明したが、第１蒸発器１６を廃止して低温側の第２蒸発器１９のみを設けるサイクル構成において本発明を実施してもよい。

図１０はこの具体的変形例を示すもので、図１（第１実施形態）のサイクル構成において第１蒸発器１６を廃止したものに相当する。

図１１はさらに別の変形例を示すもので、図１０のサイクル構成において低圧側の気液分離器２３を追加したものに相当する。

なお、図１０、図１１の変形例を、図１のサイクル構成の他に、図２〜図５のサイクル構成に対して適用してもよい。

また、高温側の第１蒸発器１６をエジェクタ１５下流側でなく、エジェクタ１５と並列的に配置するようにしてもよい。この場合は、第１蒸発器１６専用の絞り手段をエジェクタ１５とは別に設ける必要が生じる。

（４）上述の第１〜第５実施形態では、いずれも高温側の第１蒸発器１６と低温側の第２蒸発器１９とを設ける例について説明したが、これらの両蒸発器１６、１９の他に、高温側の第１蒸発器１６と同等の蒸発温度で冷媒が蒸発する第３蒸発器を設けるサイクル構成において本発明を実施してもよい。

（５）上述の各実施形態では、絞り機構１８とエジェクタ１５を１つの組み付け構造体をなす減圧モジュール２０として一体化しているが、この減圧モジュール２０を更に第２蒸発器１９と一体化してしてもよい。また、両蒸発器１６、１９を一体化し、この一体化された両蒸発器１６、１９に対して更に減圧モジュール２０を一体化してしてもよい。

（６）上述の各実施形態において、第１蒸発器１６側の冷媒通路１４および第２蒸発器１９側の冷媒通路１７にそれぞれ通路開閉用の電磁弁のような電気制御弁を設置すれば、第１蒸発器１６および第２蒸発器１９への冷媒流れを自由に選択できる。

ここで、冷媒通路１７の絞り機構１８を電気制御弁で構成すれば、絞り機構１８自体に、通路開閉用弁手段の役割を兼務させることができる。同様に、第４実施形態（図４）のサイクル構成において、冷媒通路１４の絞り機構２２を電気制御弁で構成すれば、絞り機構２２自体に、通路開閉用弁手段の役割を兼務させることができる。

（７）上述の各実施形態では、エジェクタ１５として、通路面積が一定のノズル部１５ａを有する固定エジェクタを例示しているが、エジェクタ１５として、通路面積を調整可能な可変ノズル部を有する可変エジェクタを用いてもよい。

なお、可変ノズル部の具体例としては、例えば、可変ノズル部の通路内にニードルを挿入し、このニードルの位置を電気的アクチュエータにより制御して通路面積を調整する機構とすればよい。

本発明の第１実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 第２実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 第３実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 第４実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 第５実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 第６実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 第６実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルのモリエル線図である。 第２実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルのモリエル線図である。 第７実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 第１実施形態の変形例を示す冷媒回路図である。 第１実施形態の別の変形例を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１１…圧縮機、１３…過冷却器一体型凝縮器、１３ａ…凝縮器、
１３ｂ…高圧側気液分離器、１３ｃ…過冷却器、１５…エジェクタ、１５ａ…ノズル部、
１５ｂ…冷媒吸引口、１５ｄ…昇圧部（ディフューザ部）、１６…第１蒸発器、
１８…絞り機構（絞り手段）、１９…第２蒸発器、２０…減圧モジュール、
２３…低圧側気液分離器。

Claims (5)

1. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒を凝縮する凝縮器（１３ａ）と、
   前記凝縮器（１３ａ）の出口側冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器（１３ｂ）と、
   前記高圧側気液分離器（１３ｂ）の飽和液冷媒を冷凍サイクル外部の冷却流体により過冷却する過冷却器（１３ｃ）と、
   冷媒を減圧膨張させるノズル部（１５ａ）、前記ノズル部（１５ａ）から噴射する高速度の冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１５ｂ）、および前記高速度の冷媒流と前記冷媒吸引口（１５ｂ）からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部（１５ｄ）を有するエジェクタ（１５）と、
   前記過冷却器（１３ｃ）の過冷却液冷媒を減圧する絞り手段（１８）と、
   前記絞り手段（１８）の下流側と前記冷媒吸引口（１５ｂ）との間に接続される蒸発器（１９）と、
   前記凝縮器（１３ａ）の出口側と前記過冷却器（１３ｃ）の入口側との間に設けられた冷媒分岐部（１３ｅ）と、
   前記冷媒分岐部（１３ｅ）と前記ノズル部（１５ａ）の入口側とを接続する冷媒通路（１４）とを備え、
   前記冷媒分岐部（１３ｅ）で分岐された冷媒が前記冷媒通路（１４）を通過して前記ノズル部（１５ａ）に導入され、
   前記エジェクタ（１５）の出口側冷媒が、冷凍サイクル高圧側冷媒と熱交換せずに前記圧縮機（１１）に吸入され、
   前記冷媒分岐部（１３ｅ）は、前記凝縮器（１３ａ）の出口部と前記高圧側気液分離器（１３ｂ）の入口部との間を接続する冷媒通路（１３ｆ）に設けられ、
   前記凝縮器（１３ａ）の出口冷媒が前記冷媒分岐部（１３ｅ）から前記冷媒通路（１４）を通過して前記エジェクタ（１５）の前記ノズル部（１５ａ）に導入されること
   を特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
2. 前記エジェクタ（１４）の下流側に第１蒸発器（１６）が接続され、
   前記絞り手段（１８）下流側の蒸発器は、前記第１蒸発器（１６）よりも冷媒蒸発温度が低い第２蒸発器（１９）を構成することを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
3. 前記エジェクタ（１５）および前記絞り手段（１８）が一体構造として構成されることを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
4. 前記凝縮器（１３ａ）、前記気液分離器（１３ｂ）および前記過冷却器（１３ｃ）が一体構造として構成され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式冷凍サイクル。
5. 前記冷凍サイクル外部の冷却流体は冷却ファンにより送風される外気であり、前記過冷却器（１３ｃ）とともに前記凝縮器（１３ａ）も前記外気により冷却され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式冷凍サイクル。

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