JP4595607B2 - エジェクタを使用した冷凍サイクル - 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と、複数の蒸発器とを有する、エジェクタを使用した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、図１１に示すようにエジェクタ１４の冷媒流出側と気液分離器６３との間に第１蒸発器６１を配置するともに、気液分離器６３の液冷媒流出側とエジェクタ１４の吸引口１４ｂとの間に第２蒸発器６２を配置した構成が記載されている。

特許文献１のエジェクタを使用した冷凍サイクルによると、膨張時の冷媒の高速な流れにより生じる圧力低下を利用して、第２蒸発器６２から排出される気相冷媒を吸引するとともに、膨張時の冷媒の速度エネルギーをディフューザ部（昇圧部）１４ｄにて圧力エネルギーに変換して冷媒圧力を上昇させるので、圧縮機１２の駆動動力を低減できる。このため、サイクルの運転効率を向上することができる。

また、２つの蒸発器６１、６２により別々の空間、または２つの蒸発器６１、６２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（特許文献１の段落０１９２参照）。
特許第３３２２２６３号公報

しかし、特許文献１のエジェクタを使用した冷凍サイクルでは、エジェクタ１４の冷媒循環（気相冷媒の吸引）作用を維持しつつ、１つのエジェクタ１４にて第１、第２蒸発器６１、６２の冷媒流量の配分を決定しなければならないので、第１、第２蒸発器６１、６２の冷媒の流量を適切に調節することが難しいという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、複数の蒸発器を備える、エジェクタを使用した高効率の冷凍サイクルにおいて、複数の蒸発器への冷媒の流量調節を容易にすることを目的とする。

また、本発明は、複数の蒸発器を備える、エジェクタを使用した高効率の冷凍サイクルにおいて、圧縮機への液冷媒戻りを防止することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、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、
前記圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（１３）と、
前記放熱器（１３）出口側の冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）、前記ノズル部（１４ａ）から噴射する高い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（１４ｂ）、および前記高い速度の冷媒流と前記冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを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）を有するエジェクタ（１４）と、
前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第１蒸発器（１５）と、
前記放熱器（１３）出口側の冷媒を前記エジェクタ（１４）の入口側で分岐して前記冷媒吸引口（１４ｂ）に導く第１分岐通路（１６）と、
前記第１分岐通路（１６）に配置され、前記放熱器（１３）出口側の冷媒を減圧する第１絞り手段（１７）と、
前記第１分岐通路（１６）において、前記第１絞り手段（１７）の出口側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第２蒸発器（１８）と、
前記第１蒸発器（１５）の出口側と前記圧縮機（１１）の吸入側との間に配置され、冷媒の気液を分離して、気相冷媒を前記圧縮機（１１）の吸入側に向けて導出する気液分離器（２１）と、
前記放熱器（１３）出口側の冷媒を前記エジェクタ（１４）の入口側で分岐して前記気液分離器（２１）の出口側に導く第２分岐通路（２４）と、
前記第２分岐通路（２４）に配置され、冷媒を減圧する第２絞り手段（２５）と、
前記第２分岐通路（２４）において、前記第２絞り手段（２５）の出口側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第３蒸発器（２６）とを備え、
前記第１蒸発器（１５）と前記第２蒸発器（１８）は、同一の送風機（２２）によって送風される空気の流れ方向の前後に重なるように配置されていることを特徴としている。

これによると、圧縮機動力の低減による高効率な運転が可能なエジェクタを使用した冷凍サイクルにおいて、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１８）の両方に冷媒を流す状態を設定できるため、第１、第２蒸発器（１５、１８）にて同時に冷却対象空間から吸熱することができる。

しかも、本発明では、第１蒸発器（１５）の冷媒流量は圧縮機（１１）の能力制御およびエジェクタ（１４）の絞り特性により調節できる。そして、第２蒸発器（１８）の冷媒流量は第１分岐通路（１６）に設けた第１絞り手段（１７）により独立に調節でき、また、第３蒸発器（２６）の冷媒流量は第２分岐通路（２４）に設けた第２絞り手段（２５）により独立に調節できる。このため、第１蒸発器（１５）、第２蒸発器（１８）および第３蒸発器（２６）の冷媒流量をそれぞれの熱負荷に対応して容易に調節できる。

そして、第１蒸発器（１５）の出口側と圧縮機（１１）の吸入側との間に気液分離器（２１）を配置し、ここで冷媒の気液を分離して、気相冷媒を圧縮機（１１）の吸入側に向けて導出するから、第１、第２蒸発器（１５、１８）出口冷媒の過熱度を制御しなくても、圧縮機（１１）への液冷媒戻りを確実に阻止できる。
また、請求項１に記載の発明では、放熱器（１３）出口側の冷媒をエジェクタ（１４）の入口側で分岐して気液分離器（２１）の出口側に導く第２分岐通路（２４）を備え、この第２分岐通路（２４）に、冷媒を減圧する第２絞り手段（２５）と、第２絞り手段（２５）通過後の冷媒を蒸発させる第３蒸発器（２６）とを配置している。
これによると、第１、第２蒸発器（１５、１８）に加え、第３蒸発器（２６）を用いて、同一または複数の冷却対象空間から吸熱することができる。
そして、第１、第２蒸発器（１５、１８）の出口冷媒は気液分離器（２１）に流入して気液分離されるのに反し、第３蒸発器（２６）の出口冷媒は第２分岐通路（２４）によって気液分離器（２１）をバイパスして圧縮機（１１）に吸入されるが、第３蒸発器（２６）の出口冷媒のみ過熱度制御したり、あるいは第１、第２蒸発器（１５、１８）側の冷媒流量に比較して第３蒸発器（２６）側の冷媒流量を少量に設定する等の対策を講ずることにより、圧縮機（１１）への液冷媒戻りの恐れはない。

請求項２に記載の発明では、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の放熱を行う放熱器（１３）と、
前記放熱器（１３）出口側の冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）、前記ノズル部（１４ａ）から噴射する高い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（１４ｂ）、および前記高い速度の冷媒流と前記冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを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）を有するエジェクタ（１４）と、
前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第１蒸発器（１５）と、
前記放熱器（１３）出口側の冷媒を前記エジェクタ（１４）の入口側で分岐して前記冷媒吸引口（１４ｂ）に導く第１分岐通路（１６）と、
前記第１分岐通路（１６）に配置され、前記放熱器（１３）出口側の冷媒を減圧する第１絞り手段（１７）と、
前記第１分岐通路（１６）において、前記第１絞り手段（１７）の出口側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第２蒸発器（１８）と、
前記第１蒸発器（１５）の出口側と前記圧縮機（１１）の吸入側との間に配置され、冷媒の気液を分離して、気相冷媒を前記圧縮機（１１）の吸入側に向けて導出する気液分離器（２１）と、
前記放熱器（１３）出口側の冷媒を前記エジェクタ（１４）の入口側で分岐して前記気液分離器（２１）の入口側に導く第２分岐通路（２４）と、
前記第２分岐通路（２４）に配置され、冷媒を減圧する第２絞り手段（２５）と、
前記第２分岐通路（２４）において、前記第２絞り手段（２５）の出口側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第３蒸発器（２６）とを備えることを特徴とする。

これによると、請求項１に記載の発明と同様に、第１、第２蒸発器（１５、１８）にて同時に冷却対象空間から吸熱することができることに加えて、第３蒸発器（２６）を用いて、同一または複数の冷却対象空間から吸熱することができる。
また、請求項２に記載の発明においても、第１蒸発器（１５）の冷媒流量は圧縮機（１１）の能力制御およびエジェクタ（１４）の絞り特性により調節でき、そして、第２蒸発器（１８）および第３蒸発器（２６）の冷媒流量は第１絞り手段（１７）、第２絞り手段（２５）により独立に調節できる。このため、第１、第２、第３蒸発器（１５、１８、２６）の冷媒流量をそれぞれの熱負荷に対応して容易に調節できる。

しかも、第１〜第３蒸発器（１５、１８、２６）を通過した冷媒の全部を気液分離器（２１）内に導入して、冷媒の気液を分離できる。そのため、３つの蒸発器（１５、１８、２６）を併有する冷凍サイクルにおいても、蒸発器出口冷媒の過熱度制御をすることなく、圧縮機（１１）への液冷媒戻りを確実に阻止できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のエジェクタを使用した冷凍サイクルにおいて、前記第２蒸発器（１８）の冷媒蒸発圧力は、前記第１蒸発器（１５）の冷媒蒸発圧力よりも低くなっていることを特徴とする。

これによると、第１蒸発器（１５）よりも第２蒸発器（１８）の冷媒蒸発温度が低温となり、第１蒸発器（１５）と第２蒸発器（１８）とにより高低２つの温度帯で冷却能力を発揮できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載のエジェクタを使用した冷凍サイクルにおいて、前記第２蒸発器（１８）の冷媒蒸発圧力は、前記第１蒸発器（１５）の冷媒蒸発圧力よりも低くなっており、
前記第３蒸発器（２６）の冷媒蒸発圧力は、前記第１蒸発器（１５）の冷媒蒸発圧力と同等であることを特徴とする。

これによると、第１蒸発器（１５）および第３蒸発器（２６）よりも第２蒸発器（１８）の冷媒蒸発温度が低温となるので、第１、第３蒸発器（１５、２２）により高温側の温度帯で冷却能力を発揮でき、また、同時に第２蒸発器（１８）により低温側の温度帯で冷却能力を発揮できる。

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を使用した冷凍サイクルにおいて、前記第１蒸発器（１５）と前記第２蒸発器（１８）とを一体構造に組み付けたことを特徴とする。

これによると、第１、第２蒸発器（１５、１８）を一体物として取り扱うことができるので、第１、第２蒸発器（１５、１８）の空気通路内への搭載作業が容易であるとともに、第１、第２蒸発器（１５、１８）の組み合わせを小型簡潔に構成できる。、
請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のエジェクタを使用した冷凍サイクルにおいて、前記気液分離器（２１）出口側の低圧冷媒と、前記放熱器（１３）出口側の高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（２３）を備えるようにすれば、内部熱交換器（２３）での冷媒相互間の熱交換によってサイクル運転効率（ＣＯＰ）を向上できる。

また、請求項１のように第３蒸発器（２６）の出口冷媒が第２分岐通路（２４）によって気液分離器（２１）をバイパスして気液分離器（２１）の出口側へ流れる構成であっても、請求項６によると、内部熱交換器（２３）において気液分離器（２１）の出口側低圧冷媒が放熱器（１３）出口側の高圧冷媒から吸熱するので、圧縮機（１１）への液冷媒戻りを確実に抑制できる。

請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のエジェクタを使用した冷凍サイクルにおいて、高圧圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界サイクルを構成するようにしてもよい。

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。

（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を使用した冷凍サイクル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を使用した冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１は、電磁クラッチ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１２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の冷媒吐出側には放熱器１３が配置されている。放熱器１３は圧縮機１２から吐出された高圧冷媒と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）との間で熱交換を行って高圧冷媒を冷却する。

ここで、エジェクタを使用した冷凍サイクル１０の冷媒として、本実施形態では二酸化炭素（ＣＯ2）のように高圧圧力が臨界圧力を超える冷媒を用いている。従って、本実施形態のエジェクタを使用した冷凍サイクル１０は超臨界サイクルを構成する。このため、放熱器１３において高圧冷媒は超臨界状態のまま放熱するだけで、凝縮しない
放熱器１３よりもさらに冷媒流れ下流側部位には、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（ＪＩＳ Ｚ ８１２６ 番号２．１．２．３等参照）。

エジェクタ１４には、放熱器１３から流入する高圧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。

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。エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの下流側に第１蒸発器１５が接続される。

一方、エジェクタ１４の入口側（放熱器１３とエジェクタ１４との間の中間部位）から冷媒分岐通路１６が分岐され、この冷媒分岐通路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。Ｚは冷媒分岐通路１６の分岐点を示す。

この冷媒分岐通路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は第２蒸発器１８への冷媒流量の調節作用をなす減圧手段であって、具体的にはオリフィスのような固定絞りで構成できる。また、電動アクチュエータにより弁開度（通路絞り開度）が調整可能になっている電気制御弁を絞り機構１７として用いてもよい。

本実施形態では、第１蒸発器１５を車室内冷房用として用い、電動送風機１９により送風される空気（内気または外気）を第１蒸発器１５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１８を本実施形態では車載の冷凍冷蔵庫内の冷却用として用いている。従って、電動送風機２０により送風される庫内空気を第２蒸発器１８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。

第１蒸発器１５の出口側と圧縮機１１の吸入側との間にアキュムレータ２１が配置されている。このアキュムレータ２１は第１蒸発器１５の出口側冷媒の気液分離器を構成するもので、縦長のタンク形状からなる。

アキュムレータ２１は、液相冷媒と気相冷媒との密度差を利用して冷媒の気液を分離して、液相冷媒をタンク内底部側に溜め、気相冷媒をタンク上部側から圧縮機１１の吸入側に導出する。なお、アキュムレータ２１にはタンク内底部側に溜まる液相冷媒中に含まれる潤滑オイルを圧縮機１１の吸入側に戻す周知のオイル戻し機構（図示せず）が備えられている。

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冷媒は放熱器１３に流入する。放熱器１３では高温高圧の臨界状態の冷媒が外気により冷却されて放熱する。放熱器１３から流出した放熱後の高圧冷媒は、分岐点Ｚにてエジェクタ１４に向かう冷媒流れと、分岐冷媒通路１６に向かう冷媒流れとに分流する。

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。この際の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口１４ｂから分岐冷媒通路１６の第２蒸発器１８通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。

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。

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。第１蒸発器１５では、低温の低圧冷媒が電動送風機１９の送風空気から吸熱して蒸発する。この第１蒸発器１５通過後の冷媒はアキュムレータ２１のタンク内部に流入する。

ここで、液相冷媒と気相冷媒との密度差を利用して冷媒の気液が分離され、液相冷媒はアキュムレータ２１のタンク内底部側に溜まる。一方、気相冷媒はアキュムレータ２１のタンク内上部側に分離され、アキュムレータ２１の冷媒出口から圧縮機１１の吸入側に導出される。この気相冷媒は、圧縮機１１に吸入され再び圧縮される。

一方、分岐冷媒通路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。第２蒸発器１８では、電動送風機２０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１８通過後の気相冷媒は冷媒吸引口１４ｂからエジェクタ１４内に吸引される。

以上のごとく、本実施形態によると、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、分岐通路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。

その際に、第１蒸発器１５の冷媒蒸発圧力はディフューザ部１４ｄで昇圧した後の圧力であり、一方、第２蒸発器１８の出口側はエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｂに接続されているから、ノズル部１４ａでの減圧直後の最も低い圧力を第２蒸発器１８に作用させることができる。

これにより、第１蒸発器１５の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも第２蒸発器１８の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）を低くすることができる。本実施形態では、第１蒸発器１５を車室内冷房用として用い、第２蒸発器１８を車載の冷凍冷蔵庫内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の冷凍冷蔵庫内の冷却温度を低くすることができる。つまり、車室内冷房作用と冷凍冷蔵庫内の冷却作用とを高低２温度でもって実行できる。

しかも、第２蒸発器１８側の冷媒流量をエジェクタ１４の機能に依存することなく、絞り機構１７にて独立に調整できる。このため、第１蒸発器１５への冷媒流量についても、圧縮機１１の冷媒吐出能力の制御とエジェクタ１４の絞り特性とにより調整できる。この結果、第１、第２蒸発器１５、１８への冷媒流量をそれぞれの熱負荷に対応して容易に調整できる。

また、第１蒸発器１５の出口側に冷媒の気液分離器をなすアキュムレータ２１を設け、ここで、冷媒の気液分離を行って、気相冷媒を圧縮機１１に吸入させるから、第１蒸発器１５の出口側冷媒の過熱度制御を行わなくても、圧縮機１１への液冷媒戻りを防止できる。

また、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄでの昇圧作用によって圧縮機１１の吸入圧を上昇できる分だけ、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。

（第２実施形態）
第１実施形態では、第１、第２蒸発器１５、１８をそれぞれ独立に構成し、第１、第２蒸発器１５、１８の冷却作用をそれぞれ独立に発揮させるようにしているが、第２実施形態では、図２に示すように、第１、第２蒸発器１５、１８を一体構造に組み付けて、第１、第２蒸発器１５、１８により共通の冷却対象空間、例えば、車室内空間あるいは冷凍冷蔵庫内空間を冷却する。

従って、第２実施形態では、第１、第２蒸発器１５、１８への送風手段として１個の共通の電動送風機２２を用いている。ここで、電動送風機２２の送風方向Ａの上流側に冷媒蒸発温度の高い第１蒸発器１５を配置し、送風方向Ａの下流側に冷媒蒸発温度の低い第２蒸発器１８を配置している。

これにより、第１蒸発器１５における冷媒蒸発温度と送風空気との温度差および第２蒸発器１８における冷媒蒸発温度と送風空気との温度差を両方とも確保できる。このため、第１、第２蒸発器１５、１８の冷却性能を両方とも有効に発揮できる。従って、共通の冷却対象空間に対する冷却性能を第１、第２蒸発器１５、１８の組み合わせにて効果的に向上できる。

なお、第２実施形態において、第１、第２蒸発器１５、１８の一体化の具体例としては、チューブ、フィン、タンク等の蒸発器構成部材をアルミニウム等の金属で構成し、蒸発器構成部材を一体ろう付けするろう付け方式が生産性向上のために好ましい。

（第３実施形態）
図３は第３実施形態を示すもので、第１実施形態のエジェクタを使用した冷凍サイクル１０に対して内部熱交換器２３を追加したものである。

この内部熱交換器２３は、高圧側冷媒流路２３ａの高温の高圧冷媒と低圧側冷媒流路２３ｂの低温の低圧冷媒との間で熱交換を行うものであって、高圧側冷媒流路２３ａは放熱器１３の出口側とエジェクタ１４の入口側との間に接続され、低圧側冷媒流路２３ｂはアキュムレータ２１の出口側と圧縮機１１の吸入側との間に接続される。

この内部熱交換器３での冷媒相互間の熱交換によって、第１、第２蒸発器１５、１８に流入する冷媒のエンタルピを減少させて、第１、第２蒸発器１５、１８の冷媒入口・出口間における冷媒のエンタルピ差（冷却能力）を増大できる。これにより、サイクル運転効率（ＣＯＰ）を向上できる。

（第４実施形態）
図４は第４実施形態を示すもので、第２実施形態のエジェクタを使用した冷凍サイクル１０に対して内部熱交換器２３を追加したものである。内部熱交換器２３の役割は第３実施形態と同じである。

（第５実施形態）
図５は第５実施形態を示すもので、第１実施形態の構成に加えて、第１分岐通路１６のうち絞り機構１７の入口側部位と、第１蒸発器１５の出口側とアキュムレータ２１の入口側の部位とを接続する第２分岐通路２４を追加している。

そして、第２分岐通路２４には絞り機構２５と第３蒸発器２６が配置されている。絞り機構２５は第３蒸発器２６への冷媒流量の調節作用をなす減圧手段であって、具体的にはオリフィスのような固定絞りで構成できる。また、電動アクチュエータにより弁開度（通路絞り開度）が調整可能になっている電気制御弁を絞り機構２５として用いてもよい。
第３蒸発器２６には電動送風機２７により冷却対象空間の空気が送風される。

ここで、第３蒸発器２６の出口側は第１蒸発器１５の出口側に合流して、アキュムレータ２１の入口側に接続されるので、第１、第３蒸発器１５、２６の冷媒蒸発圧力はほぼ同一圧力となる。従って、第１、第３蒸発器１５、２６の冷媒蒸発温度も同一温度となる。

そこで、第５実施形態では、第１蒸発器１５の具体的な冷却対象空間として例えば車室内の前席側空間を設定し、第３蒸発器２６の具体的な冷却対象空間として例えば車室内の後席側空間を設定する。これによると、第１蒸発器１５と第３蒸発器２６とにより車室内の前席側空間および後席側空間を同時に冷房することができる。

第２蒸発器１８の冷却対象空間として、第１実施形態と同様に車載の冷凍冷蔵庫を設定すれば、車室内の前席側空間および後席側空間を冷房すると同時に、車載の冷凍冷蔵庫内を冷却できる。

（第６実施形態）
図６は第６実施形態を示すもので、上記第５実施形態の変形である。すなわち、第２分岐通路２４の出口部をアキュムレータ２１の入口側ではなく、アキュムレータ２１の出口側に接続する。第６実施形態の他の点は上記第５実施形態と同じである。

第６実施形態によると、第３蒸発器２６の出口冷媒がアキュムレータ２１をバイパスして圧縮機１２に直接吸入されるが、第３蒸発器２６の冷房負荷が小さくて、第３蒸発器２６側の冷媒流量が少ない場合は、第３蒸発器２６の出口冷媒に液相冷媒が含まれていても、この液相冷媒がアキュムレータ２１出口側の飽和ガス冷媒と混合するので、圧縮機１２への液冷媒戻りによる弊害はほとんど発生しない。

また、第２分岐通路２４の絞り機構２５として、第３蒸発器２６の出口冷媒の過熱度を制御する膨張弁を使用すれば、第３蒸発器２６の出口側からの圧縮機１２への液冷媒戻りを確実に解消できる。

また、第６実施形態のサイクル構成において、アキュムレータ２１出口側通路と第２分岐通路２４の出口部との合流点の下流側に、図３、図４の内部熱交換器２３を配置すれば、アキュムレータ２１出口側の合流後の低圧冷媒が内部熱交換器２３において放熱器１３出口側の高圧冷媒から吸熱するので、圧縮機１１への液冷媒戻りを確実に抑制できる。

（第７実施形態）
上述の第１〜第６実施形態ではいずれも、エジェクタ１４と第１蒸発器１５とを直列に
接続しているので、エジェクタ１４は第１蒸発器１５の冷媒流量調節機能を果たすととも
に、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８との間に冷媒圧力差をつけるポンプ作用の機能を果
たしている。

従って、エジェクタ１４の設計に際しては、冷媒流量調節機能とポンプ機能の要求仕様をともに満足する必要があり、そして、第１蒸発器１５の冷媒流量調節機能を確保するために第１蒸発器１５に依存した設計とならざるを得ない。その結果、エジェクタを使用した冷凍サイクルを高効率で運転することが困難になるという課題がある。

そこで、第７実施形態では、エジェクタ１４にポンプ作用の機能のみを分担させ、第１蒸発器１５の冷媒流量調節機能は分担しないですむようにして、エジェクタを使用した冷凍サイクルの高効率運転が可能なエジェクタ１４の設計を容易にすることを目的としている。

以下第７実施形態を図７により具体的に説明する。放熱器１３の出口側と第１蒸発器１５の入口側との間に専用の絞り機構２８を設け、エジェクタ１４は第１蒸発器１５の入口側に設けずに、この絞り機構２８と並列に設けている。なお、絞り機構２８としては種々なものを使用できるが、例えば、固定絞りを使用する。

一方、放熱器１３の出口側とエジェクタ１４の入口側との間の部位から分岐した分岐通路１６には、絞り機構１７と第２蒸発器１８を直列に配置し、第２蒸発器１８の出口側をエジェクタ１４の吸引口１４ｂに接続している。

次に、第５実施形態の作動を説明する。圧縮機１１を作動させると、圧縮機１１の吐出冷媒は放熱器１３で外気に放熱し、その放熱後の液冷媒は次の３つの流れに分岐される。

すなわち、第１の冷媒流れは、絞り機構２８を通過して減圧され、第１蒸発器１５に流入する。第２の冷媒流れは、エジェクタ１４のノズル部１４ａを通過して減圧され、その後、ディフューザ部１４ｄを通過して昇圧し、第１蒸発器１５に流入する。第３の冷媒流れは、分岐通路１６の絞り機構１７を通過して減圧され、第２蒸発器１８を通過した後にエジェクタ１４の吸引口１４ｂに吸引される。

第７実施形態においても、エジェクタ１４がポンプ機能、すなわち、第２蒸発器１８の出口側冷媒を吸引してノズル部１４ａを通過した冷媒流れ（駆動流）と混合し、その混合流をディフューザ部１４ｄで昇圧させるというポンプ機能を果たすので、第２蒸発器１８の蒸発発力よりも第１蒸発器１５の蒸発発力の方が高いという圧力差（冷媒蒸発温度差）が形成される。

そして、第１蒸発器１５に流入する冷媒流量は専用の絞り機構２８により調節できるので、エジェクタ１４は第１蒸発器１５の冷媒流量調節機能を分担しないですむ。また、第２蒸発器１８に流入する冷媒流量も専用の絞り機構１７により調節できる。従って、エジェクタ１４の機能は、第１、第２蒸発器１５、１８間の圧力差をつけるためのポンプ作用に特化できる。

これにより、第１、第２蒸発器１５、１８間の所定の圧力差をつけるように、換言すると、エジェクタ１４の通過流量が所定流量となるように、エジェクタ１４の形状を最適に設計することが可能となる。この結果、サイクル運転条件（圧縮機回転数、外気温度、冷却対象空間温度等）の広範囲の変動に対しても、エジェクタを使用した冷凍サイクルの高効率運転が可能となる。

また、エジェクタ１４の機能をポンプ作用の機能のみに特化できるので、エジェクタ１４のノズル部１４ａとして通路面積を一定値に固定する固定ノズルの採用が容易となる。この固定ノズルの採用によりエジェクタ１４の低コスト化を実現できる。

（第８実施形態）
図８は第８実施形態であり、上記第７実施形態の変形である。すなわち、第８実施形態では図８に示すように、エジェクタ１４の出口側を第１蒸発器１５の出口側、すなわち、アキュムレータ２１の入口側に合流させている。このようにしても、エジェクタ１４形状の最適設計化による高効率運転が可能となる。

また、エジェクタ１４の出口側を第１蒸発器１５の出口側に合流しても、エジェクタ１４の通過冷媒がアキュムレータ２１に流入するので、圧縮機１１への液冷媒戻り（液バック）の恐れはない。

（第９実施形態）
図９は第９実施形態であり、上記第７実施形態の変形である。すなわち、第９実施形態では図９に示すように第７実施形態に対して第２分岐通路２４を追加し、この第２分岐通路２４の出口側を第１蒸発器１５の出口側、すなわち、アキュムレータ２１の入口側に接続している。

なお、第９実施形態において第２分岐通路２４の出口側を２点鎖線２４ａに示すようにアキュムレータ２１の出口側に接続してもよい。

（第１０実施形態）
図１０は第１０実施形態であり、上記第８実施形態の変形である。すなわち、第１０実施形態では図１０に示すように第８実施形態に対して第２分岐通路２４を追加し、この第２分岐通路２４の出口側を第１蒸発器１５の出口側、すなわち、アキュムレータ２１の入口側に接続している。

なお、第１０実施形態において第２分岐通路２４の出口側を２点鎖線２４ａに示すようにアキュムレータ２１の出口側に接続してもよい。

第９、第１０実施形態において第２分岐通路２４の出口側を２点鎖線２４ａに示すようにアキュムレータ２１の出口側に接続する場合も、第６実施形態（図６）と同様の対策を講ずることにより、圧縮機１１への液冷媒戻りの恐れはない。

（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）上述の各実施形態において、第１蒸発器１５側の冷媒通路、第１分岐通路１６および第２分岐通路２４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１５、第２蒸発器１８および第３蒸発器２６への冷媒流れを自由に選択できる。

ここで、第１、第２分岐通路１６、２４の絞り機構１７、２５および第１蒸発器１５の絞り機構２８（図７、図８）を電気制御弁で構成すれば、絞り機構１７、２５、２８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。

（２）第１実施形態では、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）のように高圧圧力が臨界圧力を超える冷媒を用いて、蒸気圧縮式の超臨界サイクルを構成する例について述べたが、冷媒としてフロン系、ＨＣ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て、蒸気圧縮式の亜臨界サイクルを構成する場合に、本発明を適用してもよいことはもちろんである。亜臨界サイクルでは、放熱器１３は冷媒を凝縮する凝縮器として作用するので、放熱器１３通過後の高圧液冷媒がエジェクタ１４等に流入する。

なお、フロンとは炭素、フッ素、塩素、水素からなる有機化合物の総称であり、冷媒として広く使用されているものである。フロン系冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・フルオロ・カーボン）系冷媒、ＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）系冷媒等が含まれており、これらはオゾン層を破壊しないため代替フロンと呼ばれる冷媒である。

また、ＨＣ（炭化水素）系冷媒とは、水素、炭素を含み、自然界に存在する冷媒物質のことである。このＨＣ系冷媒には、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ２９０（プロパン）などがある。

（３）上述の各実施形態では、エジェクタ１４として、通路面積が一定のノズル部１４ａを有する固定エジェクタを例示しているが、エジェクタ１４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。

可変エジェクタのノズル部通路面積を調整することにより超臨界サイクルおよび亜臨界サイクルの高圧を制御する機能を発揮できる。

（４）第１実施形態等では、車室内冷房用と冷凍冷蔵庫内の冷却とを行う冷凍サイクルに本発明を適用した例を示したが、冷媒蒸発温度が高温側となる第１蒸発器１５と冷媒蒸発温度が低温側となる第２蒸発器１８の両方をともに車室内の異なる領域（例えば、車室内前席側領域と車室内後席側領域）の冷房に用いてもよい。

（５）冷媒蒸発温度が高温側となる第１蒸発器１５と冷媒蒸発温度が低温側となる第２蒸発器１８の両方をともに冷凍冷蔵庫内の冷却に用いてもよい。つまり、冷媒蒸発温度が高温側となる第１蒸発器１５により冷凍冷蔵庫内の冷蔵室を冷却し、冷媒蒸発温度が低温側となる第２蒸発器１８により冷凍冷蔵庫内の冷凍室を冷却するようにしてもよい。

（６）本発明によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを、給湯器用のヒートポンプサイクルなどの蒸気圧縮式サイクルに適用してもよい。

（７）絞り機構１７、２５、２８として、固定絞りと電磁弁とを一体化した構成を用いれば、固定絞りによる流量調節機能に流路遮断（シャット）機能を組み合わせた絞り機構を構成できる。

本発明の第１実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第２実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第３実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第４実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第５実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第６実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第７実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第８実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第９実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 第１０実施形態によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。 従来技術によるエジェクタを使用した冷凍サイクルを示す模式図である。

符号の説明

１２…圧縮機、１３…放熱器、１４…エジェクタ、１４ａ…ノズル部、
１４ｂ…冷媒吸引口、１４ｄ…昇圧部（ディフューザ部）、１５…第１蒸発器、
１６…第１分岐通路、１７…絞り機構（第１、第２絞り手段）、１８…第２蒸発器、
２１…アキュムレータ（気液分離器）、２４…第２分岐通路、
２５…絞り機構（第２、第３絞り手段）、２６…第３蒸発器、
２８…絞り機構（第１絞り手段）。

Claims (7)

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の放熱を行う放熱器（１３）と、
   前記放熱器（１３）出口側の冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）、前記ノズル部（１４ａ）から噴射する高い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（１４ｂ）、および前記高い速度の冷媒流と前記冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを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）を有するエジェクタ（１４）と、
   前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第１蒸発器（１５）と、
   前記放熱器（１３）出口側の冷媒を前記エジェクタ（１４）の入口側で分岐して前記冷媒吸引口（１４ｂ）に導く第１分岐通路（１６）と、
   前記第１分岐通路（１６）に配置され、前記放熱器（１３）出口側の冷媒を減圧する第１絞り手段（１７）と、
   前記第１分岐通路（１６）において、前記第１絞り手段（１７）の出口側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第２蒸発器（１８）と、
   前記第１蒸発器（１５）の出口側と前記圧縮機（１１）の吸入側との間に配置され、冷媒の気液を分離して、気相冷媒を前記圧縮機（１１）の吸入側に向けて導出する気液分離器（２１）と、
   前記放熱器（１３）出口側の冷媒を前記エジェクタ（１４）の入口側で分岐して前記気液分離器（２１）の出口側に導く第２分岐通路（２４）と、
   前記第２分岐通路（２４）に配置され、冷媒を減圧する第２絞り手段（２５）と、
   前記第２分岐通路（２４）において、前記第２絞り手段（２５）の出口側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第３蒸発器（２６）とを備え、
   前記第１蒸発器（１５）と前記第２蒸発器（１８）は、同一の送風機（２２）によって送風される空気の流れ方向の前後に重なるように配置されていることを特徴とするエジェクを使用した冷凍タサイクル。
2. 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の放熱を行う放熱器（１３）と、
   前記放熱器（１３）出口側の冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）、前記ノズル部（１４ａ）から噴射する高い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（１４ｂ）、および前記高い速度の冷媒流と前記冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを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）を有するエジェクタ（１４）と、
   前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第１蒸発器（１５）と、
   前記放熱器（１３）出口側の冷媒を前記エジェクタ（１４）の入口側で分岐して前記冷媒吸引口（１４ｂ）に導く第１分岐通路（１６）と、
   前記第１分岐通路（１６）に配置され、前記放熱器（１３）出口側の冷媒を減圧する第１絞り手段（１７）と、
   前記第１分岐通路（１６）において、前記第１絞り手段（１７）の出口側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第２蒸発器（１８）と、
   前記第１蒸発器（１５）の出口側と前記圧縮機（１１）の吸入側との間に配置され、冷媒の気液を分離して、気相冷媒を前記圧縮機（１１）の吸入側に向けて導出する気液分離器（２１）と、
   前記放熱器（１３）出口側の冷媒を前記エジェクタ（１４）の入口側で分岐して前記気液分離器（２１）の入口側に導く第２分岐通路（２４）と、
   前記第２分岐通路（２４）に配置され、冷媒を減圧する第２絞り手段（２５）と、
   前記第２分岐通路（２４）において、前記第２絞り手段（２５）の出口側に配置され、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第３蒸発器（２６）とを備えることを特徴とするエジェクタを使用した冷凍サイクル。
3. 前記第２蒸発器（１８）の冷媒蒸発圧力は、前記第１蒸発器（１５）の冷媒蒸発圧力よりも低くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタを使用した冷凍サイクル。
4. 前記第２蒸発器（１８）の冷媒蒸発圧力は、前記第１蒸発器（１５）の冷媒蒸発圧力よりも低くなっており、
   前記第３蒸発器（２６）の冷媒蒸発圧力は、前記第１蒸発器（１５）の冷媒蒸発圧力と同等であることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタを使用した冷凍サイクル。
5. 前記第１蒸発器（１５）と前記第２蒸発器（１８）とを一体構造に組み付けた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を使用した冷凍サイクル。
6. 前記気液分離器（２１）出口側の低圧冷媒と、前記放熱器（１３）出口側の高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（２３）を備え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を使用した冷凍サイクル。
7. 高圧圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界サイクルを構成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のエジェクタを使用した冷凍サイクル。

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