JP2008082614A - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】複数の冷媒圧縮機を設けて冷却性能をさらに向上することが可能なエジェクタ式冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】エジェクタ式冷凍サイクルの構成を、冷媒循環経路１０に配置された第１圧縮機１１、第１放熱器１２、エジェクタ１３および第１蒸発器１４を備え、冷媒循環経路１０の分岐点Ｚからエジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂまでの冷媒分岐経路２０に配置された第２圧縮機２１、第２放熱器２２、固定絞り手段２３および第２蒸発器２４を備え、第１、第２放熱器１２、２２間の伝熱面積比と、第１、第２蒸発器１４、２４間の伝熱面積比とが一致した構成とする。そして、エアコンＥＣＵによる空調制御において、駆動流の高圧側冷媒と、吸引流の高圧側冷媒との圧力差が所定値以内となるように、第１、第２圧縮機の回転数比を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒の減圧膨張手段としてエジェクタを用いたエジェクタ式冷凍サイクルに関するものである。

従来のエジェクタ式冷凍サイクルとして、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の冷媒流れ下流側に第１蒸発器を配置するともに、エジェクタの冷媒吸引口の冷媒流れ上流側に第２蒸発器を配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３２２２６３号公報

本発明者らは、一層の性能向上を目指して鋭意検討を行った結果、上記した冷凍サイクルに対して、エジェクタの冷媒吸引口から吸引される冷媒（吸引流）の流量制御を担う圧縮機をさらに設けた場合に、更なる冷却性能の向上が可能であることを見出した。

本発明は、上記点に鑑み、冷却性能をさらに向上することが可能なエジェクタ式冷凍サイクルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１圧縮機（１１）と、第１放熱器（１２）と、エジェクタ（１３）と、第１蒸発器（１４）と、第２圧縮機（２１）と、第２放熱器（２２）と、固定絞り手段（２３）と、第２蒸発器（２４）とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルであって、第１、第２放熱器および第１、第２蒸発器は、第１放熱器（１２）と第２放熱器（２２）の伝熱面積比率（ＡＲ１：ＡＲ２）が、第１蒸発器（１４）と第２蒸発器（２４）の伝熱面積比率（ＡＥ１：ＡＥ２）と一致するように構成されており、第１圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する第１圧力検出手段（１７）と、第２圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する第２圧力検出手段（２７）と、第１圧力検出手段（１７）が検出した冷媒圧力と第２圧力検出手段（２７）が検出した冷媒圧力の差が、所定値以内となるように、第１圧縮機（１１）の冷媒吐出能力と第２圧縮機（２１）の冷媒吐出能力との比を制御する制御手段（５０）とを備えることを第１の特徴としている。

また、本発明では、第２圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する第２圧力検出手段（２７）と、第１圧力検出手段（１７）が検出した冷媒圧力と第２圧力検出手段（２７）が検出した冷媒圧力の差が、所定値以内となるように、第１放熱器（１２）での高圧冷媒の放熱量と、第２放熱器（２２）での高圧冷媒の放熱量の比を制御する制御手段（５０）とを備えることを第２の特徴としている。

本発明者は、上記した構成のエジェクタ式冷凍サイクルの場合、第１圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒の圧力と、第２圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒の圧力との差が小さいほど、成績係数ＣＯＰが大きいことを見出した。

したがって、本発明の第１、第２の特徴のように、第１圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒と、第２圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒の圧力差を所定値以内にするという容易な制御により、圧力差が大きくなるような制御を行う場合と比較して、成績係数ＣＯＰを大きくすることができる。

第１の特徴に関しては、例えば、第１、第２圧縮機（１１、２１）として、回転数の変化により吐出能力を調整できる電動圧縮機を用いた場合では、制御手段（５０）に対して、差が所定値以内となるように、第１圧縮機（１１）と第２圧縮機（２２）の回転数比を制御させることができる。

また、第１の特徴に関しては、例えば、第１、第２圧縮機（１１、２１）として、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を用いた場合では、制御手段（５０）に対して、差が所定値以内となるように、第１圧縮機（１１）と第２圧縮機（２２）の容量比を制御させることができる。

また、第２の特徴に関しては、例えば、第１放熱器（１２）に対応して配置され、第１放熱器（１２）に送風する第１送風機（３４）と、第２放熱器（２２）に対応して配置され、第２放熱器（２２）に送風する第２送風機（３５）とを備えた構成として、制御手段（５０）に対して、差が所定値以内となるように、第１送風機（３４）と第２送風機（３５）の送風量比を制御させることができる。

また、第２の特徴に関しては、例えば、第１放熱器（１２）と第２放熱器（２２）は、第１放熱器（１２）と第２放熱器（２２）に流入する風の方向に対して並列方向に配置されている場合に、第１放熱器（１２）と第２放熱器（２２）よりも風流れの上流側であって、第１放熱器（１２）と第２放熱器（２２）との間に配置され、第１放熱器（１２）と第２放熱器（２２）とに流入する風を仕切る仕切り部（６５）を備える構成として、制御手段（５０）に対して、差が所定値以内となるように、仕切り部（６５）の位置を変更して、記第１放熱器（１２）に流入する風量と、第２放熱器（２２）に流入する風量との比を制御させることができる。

なお、第１、第２の特徴に関して、制御手段（５０）が、第１圧力検出手段（１７）が検出した冷媒圧力と第２圧力検出手段（２７）が検出した冷媒圧力の差が無くなるように、制御するようになっていることがより好ましい。圧力差が無いとき、最も成績係数ＣＯＰが高くなるからである。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で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一例である。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成を示す。本実施形態の冷凍サイクルは、例えば、バス用空調装置に適用されるものである。

本実施形態の冷凍サイクルでは、冷媒が循環して流れる冷媒循環経路１０に、第１圧縮機１１と、第１放熱器１２と、エジェクタ１３と、第１蒸発器１４とが配置されている。また、冷媒循環経路１０のうち、第１蒸発器１４の下流側であって、第１圧縮機１１の上流側の位置（分岐点Ｚ）で、冷媒流れが分岐しており、分岐点Ｚからエジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂまでの冷媒分岐経路２０に、第２圧縮機２１と、第２放熱器２２と、固定絞り手段２３と、第２蒸発器２４とが配置されている。

本実施形態では、このように冷媒を吸入圧縮する圧縮機を２個（第１圧縮機１１および第２圧縮機２１）備えている。第１圧縮機１１および第２圧縮機２１は、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電動圧縮機であり、それぞれ、電動モータの回転数を制御する第１インバータ回路１１ａ、第２インバータ２１ａを備えている。

そして、第１圧縮機１１の冷媒吐出側には第１放熱器１２が配置されている。第１放熱器１２は、第１圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と、放熱機器用送風機としての冷却ファン３１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の放熱を行う。冷却ファン３１は、電動送風機であり、電動モータ３１ａにより駆動する。

ここで、本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクルの冷媒として、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している。このため、第１放熱器１２は冷媒を凝縮する凝縮器として作用する。

第１放熱器１２よりもさらに冷媒流れ下流側部位には、液相冷媒と気相冷媒とを分離するレシーバ１５が配されており、このうち液相冷媒のみが、このレシーバ１５の下流側部位に配置されたエジェクタ１３に向けて流出する。

冷媒循環経路１０のレシーバ１５とエジェクタ１３との間には、温度式膨張弁１６が配置されている。この温度式膨張弁１６は、レシーバ１５からの液冷媒を減圧する減圧手段であって、第１蒸発器１４の出口側、かつ、第１圧縮機１１の吸入側に配置された感温部１６ａを有している。温度式膨張弁１６は、周知のように、感温部１６ａを介して、第１蒸発器１４の出口側冷媒（第１圧縮機１１の吸入側冷媒）の温度と圧力とに基づいて、第１蒸発器１４の出口側冷媒の過熱度を検出し、第１蒸発器１４の出口側冷媒の過熱度があらかじ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。

エジェクタ１３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でもある。

エジェクタ１３は、第１放熱器１２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１３ａと、ノズル部１３ａの冷媒噴出口と同一空間に配置され、第２蒸発器２４からの気相冷媒を吸引する冷媒吸引口１３ｂを備えている。ノズル部１３ａは、ノズル開度を固定された固定ノズルである。

また、エジェクタ１３は、ノズル部１３ａおよび冷媒吸引口１３ｂの冷媒流れ下流側部位において、ノズル部１３ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１３ｂの吸引冷媒とを混合する混合部１３ｃを備えており、さらに、混合部１３ｃの冷媒流れ下流側にディフューザ部１３ｄを備えている。このディフューザ部１３ｄ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。

なお、本実施形態のエジェクタ１３では、混合部１３ｃも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、混合部１３ｃとディフューザ部１３ｄとからなる構成が本実施形態のエジェクタ１３における昇圧部である。

エジェクタ１３のディフューザ部１３ｄの下流側に第１蒸発器１４が接続されており、この第１蒸発器１４の冷媒流れ下流側は、分岐点Ｚを介して、第１圧縮機１１および第２圧縮機２１の吸入側に接続される。第１蒸発器１４は、エジェクタ１３から流出した液冷媒を蒸発させる熱交換器である。

冷媒分岐通路２０において、第２圧縮機２１の冷媒吐出側には第２放熱器２２が配置されている。第２放熱器２２は第１放熱器１２に並設されており、第２圧縮機２１から吐出された高圧冷媒と、第１放熱器１２と共通の冷却ファン３１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の放熱を行う。なお、第１放熱器１２および第２放熱器２２は、風流れ方向に対して略垂直な方向（並列方向）に並んで配置されている
本実施形態の第１放熱器１２および第２放熱器２２は、図示しないが、１つの放熱器を、第１放熱器１２として機能する領域と、第２放熱器２２として機能する領域とに区画して構成される。

第２放熱器２２よりも冷媒流れ下流側部位には、液相冷媒と気相冷媒とを分離するレシーバ２５が配置されており、このうち液相冷媒のみが、このレシーバ２５の下流側部位に配置された固定絞り手段２３に向けて流出する。固定絞り手段２３は、例えば、キャピラリチューブ、オリフィス等によって構成される。

第２蒸発器２４は、固定絞り手段２３から流入した冷媒を蒸発させる熱交換器である。第２蒸発器２４の冷媒流れ下流側がエジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂに接続されており、第２蒸発器２４で蒸発した冷媒が冷媒吸引口１３ｂに流入するようになっている。

本実施形態では、第１蒸発器１４と第２蒸発器２４を組み合わせて、１つの冷却ユニットを構成し、この１つの冷却ユニットで、共通の１つの冷却対象空間、すなわち、車室内空間４０を冷却するようにしている。

この１つの冷却ユニットは、例えば、第１、第２蒸発器１４、２４を一体構造とし、１つのケース３２内に収納した構成となっている。そして、ケース３２内に構成される空気通路に共通のブロワ（蒸発器用送風機）３３により空気（被冷却空気）を矢印Ａのように送風し、この送風空気を第１、第２蒸発器１４、２４で冷却し、冷却された冷風を車室内空間４０に送り込むようになっている。ブロワ３３は、電動送風機であり、電動モータ３３ａによって駆動する。

なお、蒸発器１４、２４のうち、エジェクタ１３下流側の冷媒循環通路１０に配設される第１蒸発器１４を空気流れＡの上流側に配置し、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂに接続される第２蒸発器２４を空気流れＡの下流側に配置している。すなわち、第１、第２蒸発器１４、２４は風流れ方向に対して直列方向に並んで配置されている。

ここで、第１、第２放熱器１２、２２の伝熱面積比と、第１、第２蒸発器１４、２４の伝熱面積比との関係について説明する。

図２に、第１、第２放熱器１２、２２の伝熱面積比（ＡＲ１：ＡＲ２）と、第１、第２蒸発器１４、２４の伝熱面積比（ＡＥ１：ＡＥ２）との関係を示す。図２に示すように、第１、第２放熱器１２、２２は、風流れ方向（紙面垂直方向）に対して並列に配置され、第１、第２蒸発器１４、２４は風流れ方向に対して直列に配置されている。そして、第１放熱器１２の伝熱面積（ＡＲ１）と第２放熱器２２の伝熱面積（ＡＲ２）との比率が、第１蒸発器１４の伝熱面積（ＡＥ１）と第２蒸発器２４の伝熱面積（ＡＥ２）との比率と一致している（ＡＲ１：ＡＲ２＝ＡＥ１：ＡＥ２）。

第１、第２放熱器１２、２２としては、例えば、両端のタンクの間に平行に配置された複数のチューブ内を冷媒が同時に流れるマルチフロータイプの熱交換器を採用できる。この場合、例えば、チューブの本数比率によって、第１、第２放熱器１２、２２の伝熱面積比（ＡＲ１：ＡＲ２）を設定できる。

また、第１、第２蒸発器１４、２４としては、例えば、プレートフィンチューブの熱交換器を採用できる。この場合、例えば、同形状の熱交換器においては、風方向でのフィン長さの比率によって、第１、第２蒸発器１４、２４の伝熱面積比（ＡＥ１：ＡＥ２）を設定できる。

なお、第１、第２放熱器１２、２２および第１、第２蒸発器１４、２４としては、他の構造の熱交換器を採用しても良く、また、第１、第２放熱器１２、２２の伝熱面積比、第１、第２蒸発器１４、２４の伝熱面積比の設定方法として他の方法を採用しても良い。

本実施形態では、このように、第１、第２放熱器１２、２２の伝熱面積比（ＡＲ１：ＡＲ２）と、第１、第２蒸発器１４、２４の伝熱面積比（ＡＥ１：ＡＥ２）とを一致させているので、第１、第２放熱器１２、２２における放熱能力が、第１、第２蒸発器１４、２４の冷凍能力に制限されないので、第１、第２放熱器１２、２２の放熱能力を最大限に発揮させることができる。

また、図１に示すように、本実施形態のバス用空調装置は、車室内空間４０内の温度（内気Ｔｒ）を検出する内気温検出手段である内気温センサ４１や、車室外の温度（外気温Ｔａｍ）を検出する外気温センサ４２や、日射量Ｔｓを検出する日射センサ４３等を備えている。また、本実施形態のバス用空調装置は、冷媒循環経路１０の第１圧縮機１１よりも下流側かつ第１放熱器１２の上流側に配置され、冷媒循環経路１０の高圧側冷媒の圧力を検出する第１圧力検出手段としての第１高圧センサ（圧力センサ）１７や、冷媒分岐経路２０の第２圧縮機２１よりも下流側かつ第２放熱器２２の上流側に配置され、冷媒分岐経路２０の高圧側冷媒の圧力を検出する第２圧力検出手段としての第２高圧センサ（圧力センサ）２７を備えている。これらの各種センサは、その検出結果を制御手段としてのエアコンＥＣＵ５０に向けて出力するようになっている。

ここで、図３に、エアコンＥＣＵ５０のブロック図を示す。図３に示すように、エアコンＥＣＵ５０は、内気温センサ４１、外気温センサ４２および日射センサ４３等から、内気温、外気温、日射量等の車両環境状況に関する情報が入力され、空調操作パネル５１からの操作に関する情報が入力されるようになっている。

空調操作パネル５１は、乗員により操作される以下の操作スイッチ５２、５３、５４等を有している。この操作スイッチは、例えば、第１、第２圧縮機１１、２１の作動指令信号を出力するエアコンスイッチ５２、空調自動制御の指令信号を出力するオートスイッチ５３、車室内の設定温度Ｔｓｅｔの信号を出力する温度設定スイッチ５４等である。

また、エアコンＥＣＵ５０は、冷却ファン３１の電動モータ３１ａ、ブロワ３３の電動モータ３３ａ、第１インバータ回路１１ａおよび第２インバータ２１ａ（図１参照）に対して制御信号を出力するようになっている。

エアコンＥＣＵ５０は、内気温センサ４１等から入力される車両環境状況に関する情報と、空調操作パネル５１から入力される操作情報に基づいて、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、冷却ファン３１、ブロワ３３等を作動制御するようになっている。

なお、エアコンＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含んで構成される周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されるもので、ＲＯＭ内に空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。

次に、エアコンＥＣＵ５０が実行する空調制御について説明する。

まず、図４に、この空調制御全体のフローチャートを示す。なお、この空調制御は、図示しない車両走行用エンジンのイグニッションスイッチがオンの状態で、オートスイッチ５３がオンされるとスタートし、イグニッションスイッチがオフもしくはエアコンスイッチ５２がオフされると終了する。

図４に示すように、ステップＳ１で、フラグ、タイマー等の初期化がなされ、次のステップＳ２で、空調操作パネル５１の操作スイッチ５２〜５４等の操作信号を読み込み、次のステップＳ３で、内気温センサ４１等から車両環境状態の検出信号を読み込む。

続いて、ステップＳ４で、ステップＳ３で読み込んだ操作情報と車両環境状態とに基づいて、第１、第２圧縮機１１、２１の目標平均回転数（第１圧縮機１１の回転数と第２圧縮機２１の回転数の平均値）を算出し、ステップＳ５で、同様に、操作情報と車両環境状態とに基づいて、冷却ファン３１の目標回転数を算出し、ステップＳ６で、同様に、操作情報と車両環境状態とに基づいて、ブロワ３３の目標回転数を算出する。ステップＳ４〜ステップＳ６では、空調操作パネル５１での設定温度等の操作情報や、内気温、外気温、日射量等の車両環境状態から、要求される冷房能力を算出し、算出した冷房能力に応じて、第１、第２圧縮機１１、２１、冷却ファン３１、ブロワ３３の作動目標値が算出される。なお、この算出方法としては、周知の算出方法を採用できる。

続いて、ステップＳ７で、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比の補正がなされる。初期設定において、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比は、例えば、エジェクタ１３のノズル部１３ａから噴射される冷媒流量（駆動流の流量）Ｇｎと、冷媒吸引口１３ｂから吸入される冷媒流量（吸引流の流量）Ｇｅとの比（Ｇｎ：Ｇｅ）が、第１、第２放熱器１２、２２の伝熱面積比（ＡＲ１：ＡＲ２）、第１、第２蒸発器１４、２４の伝熱面積比（ＡＥ１：ＡＥ２）と同一となるように、設定される。そして、ステップＳ７では、以下に説明するように、この初期の回転数比が、第１高圧センサ１７、第２高圧センサ２７の検出結果より適切か否か判断し、不適切であれば、適切な回転数比に補正する。

ここで、図５に、ステップＳ７における第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比の補正についての詳細なフローチャートを示す。以下、ステップＳ７の詳細を説明する。

図５に示すように、ステップＳ７１で、第１高圧センサ１７のセンサ値Ｐｄ１および第２高圧センサ２７のセンサ値Ｐｄ２を読み込む。

続いて、ステップ７２で、第１、第２高圧センサ１７、２７のセンサ値Ｐｄ１、Ｐｄ２の差を算出し、この差があらかじめ決定した所定値以内であるか判定する。この所定値は、後述するように、成績係数ＣＯＰが高くなるように、設定されるものであり、例えば、０．２ｋｇｆ／ｃｍ²に設定される。判定した結果、差が所定値内であれば、ステップＳ７３に進み、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比は初期設定値に維持され、差が所定値内でなければ、ステップＳ７４に進み、差を所定値内とするために、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比を補正する。

例えば、ステップＳ７４では、第１、第２高圧センサ１７、２７のセンサ値Ｐｄ１、Ｐｄ２のどちらか高いかを判定し、その結果、第１高圧センサ１７のセンサ値Ｐｄ１の方が高い場合、第１圧縮機１１から吐出される冷媒流量（駆動流の流量）Ｇｎを減らすために、第１圧縮機１１の回転数を減少させ、第２圧縮機２１から吐出される冷媒流量（吸引流の流量）Ｇｅを増やすために、第２圧縮機２１の回転数を増加させるように、回転数比を補正する。同様に、第２高圧センサ２７のセンサ値Ｐｄ２の方が高い場合、第１圧縮機１１の回転数を増加させ、第２圧縮機２１の回転数を減少させるように、回転数比を補正する。なお、ここでは、第１、第２圧縮機１１、２１に回転数を同時に調整していたが、どちらか一方のみを調整するようにしても良い。

その後、図４に示すように、ステップＳ８に進み、上記したステップＳ４〜Ｓ７で決定された制御状態となるように、冷却ファン３１の電動モータ３１ａ、ブロワ３３の電動モータ３３ａ、第１インバータ回路１１ａおよび第２インバータ２１ａに対して制御信号を出力する。これにより、第１、第２圧縮機１１、２１、冷却ファン３１、ブロワ３３が作動する。その後、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ８が繰り返される。なお、２巡目以降において、ステップＳ７で補正の対象となるのは、前回のステップＳ７で補正されていれば、補正後の回転数比であり、補正されていなければ、初期設定値である。

上記したエアコンＥＣＵ５０の制御動作により、図１に示す第１圧縮機１１および第２圧縮機２１が作動すると、第１蒸発器１４から流出したガス状冷媒が分岐点Ｚにおいて分配されて両圧縮機１１、２１に吸入圧縮される。

第１圧縮機１１で圧縮され吐出された高温高圧状態の冷媒は第１放熱器１２に流入する。第１放熱器１２では高温の冷媒が外気により冷却されて凝縮する。第１放熱器１２から流出した高圧液相冷媒は、レシーバ１５、温度式膨張弁１６を介してエジェクタ１３に向かって流れる。

一方、第２圧縮機２１で圧縮され吐出された高温高圧状態の冷媒は、第２放熱器２２に流入する。第２放熱器２２では高温の冷媒が外気により冷却されて凝縮する。第２放熱器２２から流出した高圧液相冷媒は、レシーバ２５を介して、固定絞り手段２３に流入し、この固定絞り手段２３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２４に流入する。第２蒸発器２４内では、矢印Ａ方向に外部を流れる送風空気から冷媒が吸熱して蒸発する。

第１放熱器１２から流出してエジェクタ１３に流入した冷媒流れはノズル部１３ａで減圧され膨張する。したがって、ノズル部１３ａ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１３ａの噴出口から冷媒は高速度の流れとなって噴出する。この際の冷媒圧力低下により、冷媒吸引口１３ｂから分岐冷媒通路２０の第２蒸発器２４通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。

ノズル部１３ａから噴出した冷媒と冷媒吸引口１３ｂから吸引された冷媒は、ノズル部１３ａ下流側の混合部１３ｃで混合してディフューザ部１３ｄに流入する。このディフューザ部１３ｄ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１３のディフューザ部１３ｄから流出した冷媒は第１蒸発器１４に流入する。第１蒸発器１４内を流れる低温の低圧冷媒は、矢印Ａ方向に外部を流れ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、前述の分岐点Ｚで分流され第１圧縮機１１および第２圧縮機２１に再び吸入圧縮される。

次に、本実施形態の主な特徴について説明する。

本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルは、上記の通り、冷媒循環経路１０に配置された第１圧縮機１１、第１放熱器１２、エジェクタ１３および第１蒸発器１４を備えており、冷媒循環経路１０の分岐点Ｚからエジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂまでの冷媒分岐経路２０に配置された第２圧縮機２１、第２放熱器２２、固定絞り手段２３および第２蒸発器２４を備えている。そして、第１、第２放熱器１２、２２および第１、第２蒸発器１４、２４は、第１、第２放熱器１２、２２間の伝熱面積比と、第１、第２蒸発器１４、２４間の伝熱面積比とが一致（ＡＲ１：ＡＲ２＝ＡＥ１：ＡＥ２）する構成となっている。

さらに、エアコンＥＣＵ５０の空調制御において、ステップＳ７で、第１高圧センサ１７のセンサ値Ｐｄ１および第２高圧センサ２７のセンサ値Ｐｄ２の差があらかじめ決定した所定値以内であるか判定し、この差が所定値内でなければ、この差を所定値内となるように、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比を補正するようにしている。すなわち、駆動流の高圧側冷媒と、吸引流の高圧側冷媒との圧力差が所定値以内となるように、駆動流と吸引流の流量比（Ｇ１：Ｇ２）を設定している。

ここで、図６（ａ）に、上記したエジェクタ式冷凍サイクルにおける駆動流および吸引流の流量比と高圧側冷媒の圧力との関係を示し、図６（ｂ）に駆動流および吸引流の流量比と第２蒸発器２４の出口乾き度との関係を示し、図６（ｃ）に駆動流および吸引流の流量比と冷凍サイクルの効率を表す指標である成績係数ＣＯＰとの関係を示す。なお、図６（ａ）〜（ｃ）中の横軸は、駆動流流量Ｇｎに対する吸引流流量Ｇｅの流量比（Ｇｅ／Ｇｎ）である。

本発明者が実験により、上記した構成のエジェクタ式冷凍サイクルにおける駆動流および吸引流の流量比と第２蒸発器２４の出口乾き度との関係について調べたところ、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動流および吸引流の流量比が、駆動流と吸引流の高圧側冷媒の圧力が一致する流量比のとき、第２蒸発器２４の出口乾き度が１、すなわち、第２蒸発器２４出口の冷媒加熱度ＳＨが０℃となる事実が明らかになった。一般に、冷媒加熱度ＳＨが０℃のとき、第２蒸発器２４の冷房能力が最大となることから、図６（ｃ）に示すように、駆動流および吸引流の流量比が、駆動流と吸引流の高圧側冷媒の圧力が一致する流量比（図６中の最適値）のとき、成績係数ＣＯＰが最高値（ＭＡＸ）となり、駆動流と吸引流の高圧側冷媒の圧力が一致していなくても、それらの差が小さい範囲（所定値Ｃ以内、図６中の最適範囲）であれば、それらの差が大きい場合と比較して、成績係数ＣＯＰは高いと言える。

なお、この結果は、エジェクタ１３のノズル部１３ａと固定絞り手段２３の圧力損失比に関わらず得られる。これは、この圧力損失比によって、ＣＯＰ値は異なるが、図６（ｃ）に示すようなＣＯＰの最高値の位置は変動しないからである。

したがって、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルでは、駆動流の高圧側冷媒と、吸引流の高圧側冷媒との圧力差が所定値以内となるように、駆動流と吸引流の流量比（Ｇｎ：Ｇｅ）を制御するという容易（シンプル）な方法により、効率の良い運転が可能となる。なお、上記の通り、成績係数ＣＯＰをＭＡＸにするという観点では、駆動流の高圧側冷媒 と、吸引流の高圧側冷媒との圧力差を０となるように制御することが好ましい。

また、本実施形態では、冷媒分岐経路２０のうち、第２放熱器２２と第２蒸発器２４との間に配置する減圧手段として、固定絞り手段２４を用いており、高価な電子膨張弁を用いる必要が無い。また、本実施形態では、少なくとも、駆動流の高圧側冷媒の圧力を検出する第１高圧センサ１７と、吸引流の高圧側冷媒の圧力を検出する第２高圧センサ２７とを備えていれば、成績係数ＣＯＰを高くするための制御が可能であることから、制御に必要なセンサの数を抑えることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比を制御する代わりに、第１放熱器１２および第２放熱器２２での放熱量を制御することにより、駆動流の高圧側冷媒と、吸引流の高圧側冷媒との圧力差を所定値以内とする場合を説明する。図７に、本実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成を示す。なお、図７では、図１と同様の構成部に図１と同一の符号を付している。以下では、第１実施形態と異なる点を説明する。

本実施形態のバス用空調装置では、図１中の第１、第２放熱器１２、２２用の冷却ファン３１の代わりに、図７に示すように、第１、第２放熱器１２、２２のうち、第１放熱器１２のみに冷却風を送風する第１送風機としての第１冷却ファン３４と、第２放熱器２２のみに冷却風を送風する第２送風機としての第２冷却ファン３５とを備えている。

第１冷却ファン３４は、第１放熱器１２に対応する位置に配置されており、電動モータ３４ａによって駆動する。同様に、第２冷却ファン３５は、第２放熱器１２に対応する位置に配置されており、電動モータ３５ａによって駆動する。両冷却ファン３４、３５の電動モータ３４ａ、３５ａは、エアコンＥＣＵ５０によって、回転数が制御されるようになっている。

また、エアコンＥＣＵ５０による空調制御においては、あらかじめ理想的な駆動流と吸引流の流量比（Ｇｎ：Ｇｅ）が分かっている場合、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比を、その流量比に応じた回転数比に設定（固定）しておく。例えば、駆動流と吸引流の流量比（Ｇｎ：Ｇｅ）が、第１、第２放熱器１２、２２の伝熱面積比（ＡＲ１：ＡＲ２）、第１、第２蒸発器１４、２４の伝熱面積比（ＡＥ１：ＡＥ２）と同一となるような回転数比とする。

そして、本実施形態では、第１実施形態で説明した空調制御を、以下のように変更する。すなわち、ステップＳ５を、第１、第２冷却ファン３４、３５の目標回転数を算出するように変更する。このとき、あらかじめ第１、第２冷却ファン３４、３５の回転数比を設定（初期設定）しておく。また、ステップＳ７およびステップＳ７４を、第１、第２冷却ファン３４、３５の回転数比を補正するように変更する。

例えば、ステップＳ７４では、第１、第２高圧センサ１７、２７のセンサ値Ｐｄ１、Ｐｄ２のどちらか高いかを判定し、その結果、第１高圧センサ１７のセンサ値Ｐｄ１の方が高い場合、駆動流の高圧側冷媒の圧力を下げるために、第１冷却ファン３４の回転数を増加させて、第１冷却ファン３４の風量を増加させ、その反対に、吸引流の高圧側冷媒の圧力を上げるために、第２冷却ファン３５の回転数を減少させて、第２冷却ファン３５の風量を減少させる。同様に、第２高圧センサ２７のセンサ値Ｐｄ２の方が高い場合、駆動流の高圧側冷媒の圧力を上げるために、第１冷却ファン３４の回転数を増加させ、吸引流の高圧側冷媒の圧力を上げるために、第２冷却ファン３５の回転数を減少させる。なお、ここでは、第１冷却ファン３４と第２冷却ファン３５の両方の回転数を同時に調整しているが、どちらか一方のみを変更させるようにしても良い。

本実施形態のように、第１、第２冷却ファン３４、３５それぞれの風量を調整することによって、第１、第２放熱器１２、２２それぞれの放熱量を調整して、駆動流の高圧側冷媒と、吸引流の高圧側冷媒との圧力差を所定値以内とする制御を行うことでも、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、このようにすることで、コンデンサへの風当たりが均一でない条件下でも、駆動流の高圧側冷媒と、吸引流の高圧側冷媒との圧力差を所定値以内とする制御が可能となる。

（第３実施形態）
第２実施形態では、２つの冷却ファン（第１、第２冷却ファン３４、３５）を用いることで、第１、第２放熱器１２、２２それぞれに流れる冷却風の風量比を調整できるようにしていたが、本実施形態の方法によって、第１、第２放熱器１２、２２それぞれに流れる冷却風の風量比を調整することも可能である。

本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルは、第１実施形態で説明した図１に示す冷凍サイクルと同様に、第１、第２放熱器１２、２２は一体構造（１つの放熱器を第１、第２放熱器１２、２２に分割した構造）であって、第１、第２放熱器１２、２２共通の冷却ファン３１を備えている。そして、第１、第２放熱器１２、２２は、第１、第２放熱器１２、２２に当たる風の風量比を調整するための仕切り部を備えている。

ここで、図８に、本実施形態における第１、第２放熱器１２、２２の斜視図を示す。図８に示すように、本実施形態の第１、第２放熱器１２、２２は、両端のタンク６１、６２の間に平行に配置された複数のチューブ６３内を冷媒が同時に流れるマルチフロータイプの熱交換器６４を、その内部で第１、第２放熱器１２、２２の領域（図８では上下２つの領域）に分割した構造のものである。そして、第１、第２放熱器１２、２２は、風流れの上流側の面であって、第１、第２放熱器１２、２２の間に配置されており、平板等によって構成される仕切り部６５を備えている。

この仕切り部６５は、図８に示すように、基本的には、第１、第２放熱器１２、２２における風流れの上流側の面に対して略垂直となるように配置され、電動モータにより、第１、第２放熱器１２、２２における風流れの上流側の面に対する角度が変動するように構成されている。すなわち、仕切り部６５は、風を第１、第２放熱器１２、２２に分配するものであり、その傾きを変更することで、風の分配比を変更できるようになっている。

ここで、図９（ａ）、（ｂ）に、第１、第２放熱器１２、２２の側面図を示す。

第１放熱器１２に流入する風量を増加させたい場合では、例えば、図９（ａ）に示すように、仕切り部６５を第２放熱器２２側に傾けて、仕切り部６５によって、第２放熱器２２への風流れを妨げることで、第２放熱器２２に流入する風量を減少させ、第１放熱器１２の風量を増加させることができる。

一方、第２放熱器２２に流入する風量を増加させたい場合では、例えば、図９（ｂ）に示すように、仕切り部６５を第１放熱器１２側に傾けて、仕切り部６５によって、第１放熱器１２への風流れを妨げることで、第１放熱器１２に流入する風量を減少させ、第２放熱器２２の風量を増加させることができる。

このように、エアコンＥＣＵ５０によって、仕切り部６５の電動モータのステップ数を変更する等により、仕切り部６５の傾きの制御を行うことで、第１、第２放熱器１２、２２のそれぞれに流れる冷却風の風量比を調整するようにしても良い。

（他の実施形態）
（１）第１実施形態では、第１、第２圧縮機１１、２１として、電動圧縮機を用いていたが、電動圧縮機の代わりに、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を用いてもよい。この場合、エアコンＥＣＵ５０による空調制御では、ステップＳ７で、第１高圧センサ１７のセンサ値Ｐｄ１および第２高圧センサ２７のセンサ値Ｐｄ２の差があらかじめ決定した所定値以内であるか判定し、この差が所定値内でなければ、この差を所定値内となるように、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数比の代わりに、容量比を補正する。このように、第１高圧センサ１７のセンサ値Ｐｄ１および第２高圧センサ２７のセンサ値Ｐｄ２の差があらかじめ決定した所定値以内となるように、第１、第２圧縮機１１、２１の冷媒吐出能力比を設定すれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（２）上記した各実施形態では、第１、第２放熱器１２、２２として、１つの放熱器を内部で第１、第２放熱器１２、２２に分割した構造（第１、第２放熱器１２、２２が一体構造）のものを用いていたが、第１、第２放熱器１２、２２が別体構造のものを用いても良い。

同様に、上記した各実施形態では、第１、第２蒸発器１４、２４として、一体構造のものを用いていたが、別体構造のものを用いても良い。

（３）上記した各実施形態では、２つの圧縮機１１、２１を用いる場合を例として説明したが、さらに、冷媒循環経路１０、冷媒分岐経路２０のそれぞれに配置する圧縮機を増やしても良い。

（４）上記した各実施形態では、冷媒として高圧圧力が臨界圧力を超えないフロン系、ＨＣ系等の冷媒を用いる蒸気圧縮式の亜臨界サイクルについて説明したが、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る蒸気圧縮式の超臨界サイクルに本発明を適用してもよい。

ただし、超臨界サイクルでは、第１、第２圧縮機１１、２１の吐出冷媒が第１、第２放熱器１２、２２で超臨界状態のまま放熱するのみであり、凝縮しないので、高圧側に配置されるレシーバ１５、２５では冷媒の気液分離作用および余剰液冷媒の貯留作用を発揮できない。そこで、超臨界サイクルでは、第１蒸発器１４の出口側に低圧側気液分離器をなすアキュムレータを配置する構成を採用すればよい。

（５）上記した各実施形態では、バス等の車両用空調装置に適用される冷凍サイクルについて説明したが、定置用等の他の用途の冷凍サイクルにおいても、本発明を適用できる。

本発明の第１実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成を示す図である。 第１、第２放熱器１２、２２の伝熱面積比（ＡＲ１：ＡＲ２）と、第１、第２蒸発器１４、２４の伝熱面積比（ＡＥ１：ＡＥ２）との関係を示す概念図である。 エアコンＥＣＵ５０のブロック図である。 エアコンＥＣＵ５０が実行する空調制御のフローチャートである。 図４中の空調制御の一部を示すフローチャートである。 図１中のエジェクタ式冷凍サイクルにおける駆動流および吸引流の流量比と、高圧側冷媒の圧力値、第２蒸発器２４の出口乾き度もしくは成績係数ＣＯＰとの関係を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成を示す図である。 本発明の第３実施形態における第１、第２放熱器１２、２２の斜視図である。 図８中の第１、第２放熱器１２、２２の各状態を示す側面図である。

符号の説明

１１…第１圧縮機、１１ａ…第１インバータ回路、
１２…第１放熱器、１３…エジェクタ、
１３ａ…ノズル部、１３ｂ…冷媒吸引口、１３ｃ…混合部、
１３ｄ…ディフューザ部、１４…第１蒸発器、１７…第１高圧センサ、
２１…第２圧縮機、２１ａ…第２インバータ回路、
２２…第２放熱器、２３…固定絞り、２４…第２蒸発器、
２７…第２高圧センサ、３１…冷却ファン、３３…ブロワ、
３４…第１冷却ファン、３５…第２冷却ファン、５０…エアコンＥＣＵ。

Claims (7)

1. 冷媒を吸入圧縮して吐出する第１圧縮機（１１）と、
   前記第１圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う第１放熱器（１２）と、
   前記第１放熱器（１２）から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、ノズル開度が固定されているノズル部（１３ａ）、前記ノズル部（１３ａ）から噴射する冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１３ｂ）および前記ノズル部（１３ａ）から噴射する冷媒と前記冷媒吸引口（１３ｂ）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（１３ｃ、１３ｄ）を有するエジェクタ（１３）と、
   前記エジェクタ（１３）から流出した冷媒を蒸発させるとともに、蒸発した冷媒を前記第１圧縮機（１１）に吸入させる第１蒸発器（１４）と、
   前記第１蒸発器（１４）と前記第１圧縮機（１１）との間の冷媒流れを分岐して、この冷媒流れを前記冷媒吸引口（１３ｂ）に導く冷媒分岐経路（２０）と、
   前記冷媒分岐経路（２０）に配置され、冷媒を吸入圧縮して吐出する第２圧縮機（２１）と、
   前記冷媒分岐経路（２０）に配置され、前記第２圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う第２放熱器（２２）と、
   前記冷媒分岐経路（２０）に配置され、前記第２放熱器（２２）から流出した冷媒を減圧膨張させる固定絞り手段（２３）と、
   前記冷媒分岐経路（２０）に配置され、前記固定絞り手段（２３）で減圧された冷媒を蒸発させる第２蒸発器（２４）とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルであって、
   前記第１、第２放熱器および前記第１、第２蒸発器は、前記第１放熱器（１２）と前記第２放熱器（２２）の伝熱面積比率（ＡＲ１：ＡＲ２）が、前記第１蒸発器（１４）と前記第２蒸発器（２４）の伝熱面積比率（ＡＥ１：ＡＥ２）と一致するように構成されており、
   前記第１圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する第１圧力検出手段（１７）と、
   前記第２圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する第２圧力検出手段（２７）と、
   前記第１圧力検出手段（１７）が検出した冷媒圧力と前記第２圧力検出手段（２７）が検出した冷媒圧力の差が、所定値以内となるように、前記第１圧縮機（１１）の冷媒吐出能力と前記第２圧縮機（２１）の冷媒吐出能力との比を制御する制御手段（５０）とを備えることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
2. 前記第１、第２圧縮機（１１、２１）は回転数の変化により吐出能力を調整できる電動圧縮機であり、
   前記制御手段（５０）は、前記差が所定値以内となるように、前記第１圧縮機（１１）と前記第２圧縮機（２２）の回転数比を制御するようになってい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. 前記第１、第２圧縮機（１１、２１）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であり、
   前記制御手段（５０）は、前記差が所定値以内となるように、前記第１圧縮機（１１）と前記第２圧縮機（２２）の容量比を制御するようになってい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。
4. 冷媒を吸入圧縮して吐出する第１圧縮機（１１）と、
   前記第１圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う第１放熱器（１２）と、
   前記第１放熱器（１２）から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、ノズル開度が固定されているノズル部（１３ａ）、前記ノズル部（１３ａ）から噴射する冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１３ｂ）および前記ノズル部（１３ａ）から噴射する冷媒と前記冷媒吸引口（１３ｂ）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（１３ｃ、１３ｄ）を有するエジェクタ（１３）と、
   前記エジェクタ（１３）から流出した冷媒を蒸発させるとともに、蒸発した冷媒を前記第１圧縮機（１１）に吸入させる第１蒸発器（１４）と、
   前記第１蒸発器（１４）と前記第１圧縮機（１１）との間の冷媒流れを分岐して、この冷媒流れを前記冷媒吸引口（１３ｂ）に導く冷媒分岐経路（２０）と、
   前記冷媒分岐経路（２０）に配置され、冷媒を吸入圧縮して吐出する第２圧縮機（２１）と、
   前記冷媒分岐経路（２０）に配置され、前記第２圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う第２放熱器（２２）と、
   前記冷媒分岐経路（２０）に配置され、前記第２放熱器（２２）から流出した冷媒を減圧膨張させる固定絞り手段（２３）と、
   前記冷媒分岐経路（２０）に配置され、前記固定絞り手段（２３）で減圧された冷媒を蒸発させる第２蒸発器（２４）とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルであって、
   前記第１、第２放熱器および前記第１、第２蒸発器は、前記第１放熱器（１２）と前記第２放熱器（２２）の伝熱面積比率（ＡＲ１：ＡＲ２）が、前記第１蒸発器（１４）と前記第２蒸発器（２４）の伝熱面積比率（ＡＥ１：ＡＥ２）と一致するように構成されており、
   前記第１圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する第１圧力検出手段（１７）と、
   前記第２圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する第２圧力検出手段（２７）と、
   前記第１圧力検出手段（１７）が検出した冷媒圧力と前記第２圧力検出手段（２７）が検出した冷媒圧力の差が、所定値以内となるように、前記第１放熱器（１２）での高圧冷媒の放熱量と、前記第２放熱器（２２）での高圧冷媒の放熱量の比を制御する制御手段（５０）とを備えることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
5. 前記第１放熱器（１２）に対応して配置され、前記第１放熱器（１２）に送風する第１送風機（３４）と、
   前記第２放熱器（２２）に対応して配置され、前記第２放熱器（２２）に送風する第２送風機（３５）とを備えており、
   前記制御手段（５０）は、前記差が所定値以内となるように、前記第１送風機（３４）と前記第２送風機（３５）の送風量比を制御するようになっていることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
6. 前記第１放熱器（１２）と前記第２放熱器（２２）は、前記第１放熱器（１２）と前記第２放熱器（２２）に流入する風の方向に対して並列方向に配置されており、
   前記第１放熱器（１２）と前記第２放熱器（２２）よりも風流れの上流側であって、前記第１放熱器（１２）と前記第２放熱器（２２）との間に配置され、前記第１放熱器（１２）と前記第２放熱器（２２）とに流入する風を仕切る平板状の仕切り部（６５）を備え、
   前記仕切り部（６５）は、その傾きを変えることで、前記第１放熱器（１２）と前記第２放熱器（２２）とに流入する風の風量比を変更できるようになっており、
   前記制御手段（５０）は、前記差が所定値以内となるように、前記仕切り部（６５）の傾きを調整することにより、記第１放熱器（１２）に流入する風量と、前記第２放熱器（２２）に流入する風量との比を制御するようになっていることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
7. 前記制御手段（５０）は、前記第１圧力検出手段（１７）が検出した冷媒圧力と前記第２圧力検出手段（２７）が検出した冷媒圧力の差が無くなるように、制御するようになってい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式冷凍サイクル。

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