JP2008008572A - エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発潜熱回収不足による性能低下や圧縮機への液戻りによる信頼性低下を防ぐことのできるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】エジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒が、蒸発器で熱交換されないため、蒸発潜熱回収不足による性能低下や圧縮機１０への液戻りによる信頼性低下の課題を有している本サイクルにおいて、高圧側冷媒と、エジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器７０を設けている。 これによれば、高温の高圧側冷媒とエジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される低圧側冷媒とは温度差が大きいため、熱交換させることにより圧縮機１０への吸入冷媒の温度を高くすることができるため、蒸発潜熱回収不足による性能低下や圧縮機１０への液戻りによる信頼性低下を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに関するものであり、特に内部熱交換器を設けた冷凍サイクルに関するものである。

エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて内部熱交換器を設けたものとして、下記特許文献１に示すものがある。これは、気液分離器を用いて、液相冷媒のみを蒸発器に流入させるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出側の冷媒と吸入側の冷媒との間で熱交換するように内部熱交換器を設けたものである。

もしくは、エジェクタ下流側の第１蒸発器と、エジエクタの入口側で分岐させた冷媒流れをエジェクタに導いて吸引させる分岐流路に絞り手段と第２蒸発器とを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出側の冷媒と吸入側の冷媒との間で熱交換するように内部熱交換器を設けたものである。
特開２００６−２９７１４号公報

発明者らは、外気温度が低い条件など、エジェクタの吸引性能が低下する場合においても蒸発器に冷媒を流すことができ、エジェクタによる昇圧作用を確実に得ることのできるサイクルとして、放熱器とエジェクタとの間から分岐してエジェクタに吸引される圧力の低い冷媒分岐流路に蒸発器を備え、エジェクタの下流側には蒸発器を備えないサイクルを考案している。

このサイクルの特徴として、吸引側の分岐流路にのみ蒸発器を備え、エジェクタ流出後の流路に蒸発器を備えていないため、簡素な構造でエジェクタによる昇圧効果が得られる利点がある一方、エジェクタから流出して圧縮機に吸入される冷媒は蒸発器で熱交換されないため、蒸発潜熱回収不足による性能低下や圧縮機への液戻りによる信頼性低下という課題を有している。

本発明は、上記の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、蒸発潜熱回収不足による性能低下や圧縮機への液戻りによる信頼性低下を防ぐことのできるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、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（１０）と、
圧縮機（１０）から吐出される高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２０）と、
放熱器（２０）下流側の高圧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、冷媒を吸引するエジェクタ（３０）と、
圧縮機（１０）と放熱器（２０）とエジェクタ（３０）とを含み冷媒が循環する冷媒循環路の放熱器（２０）とエジェクタ（３０）との間から分岐させた冷媒流れをエジェクタ（３０）に導き吸引させる分岐流路（５５）と、
分岐流路（５５）に配置されて冷媒流れを減圧する絞り手段（４０）と、
分岐流路（５５）において絞り手段（４０）の冷媒流れ下流側に配置され、冷媒を蒸発させる蒸発器（５０）とを備えるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、
高圧側冷媒と、エジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される低圧側冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）を有することを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、高温の高圧側冷媒とエジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される低圧側冷媒とは温度差が大きいため、熱交換させることにより圧縮機（１０）への吸入冷媒の温度を高くすることができるため、蒸発潜熱回収不足による性能低下や圧縮機（１０）への液戻りによる信頼性低下を防ぐことができる。

また、気液分離器（６０）を小型化、もしくは廃止することができ、それに伴ってサイクル内の冷媒量を低減することが可能となる。さらに、圧縮機（１０）の吸入管が室内に露出している冷蔵庫や製氷機などの冷凍サイクルにおいては、吸入管を所定の温度以上に加熱することができることより、吸入管における結露を防止することができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、高圧側冷媒として、圧縮機（１０）が吐出して放熱器（２０）に流入する冷媒を用いたことを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、圧縮機（１０）から吐出される高圧側冷媒はサイクル内で最も高温であり、効率良く低圧側冷媒と熱交換することができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、高圧側冷媒として、放熱器（２０）から流出して分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）に至るまでの冷媒を用いたことを特徴としている。

この請求項３に記載の発明によれば、放熱器（２０）から流出される高圧側冷媒も、エジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される低圧側冷媒より高温であるため、熱交換させることにより請求項１に記述した効果を得ることができる。また、熱交換により液冷媒の潜熱を回収し、蒸発器（５０）入口のエンタルピを減少させることができるため、蒸発器（５０）の冷却効果を増加させ、冷却性能を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、高圧側冷媒として、分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）から絞り手段（４０）の出口に至るまでの冷媒を用いたことを特徴としている。

この請求項４に記載の発明によれば、分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）から絞り手段（４０）の出口に至るまでの高圧側冷媒も、エジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される低圧側冷媒より高温であるため、熱交換させることにより請求項１に記述した効果を得ることができる。また、膨張損失エネルギーを低下させることなく蒸発器（５０）の冷却効果を増加させ、冷却性能を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、高圧側冷媒として、圧縮機（１０）が吐出して放熱器（２０）に流入する冷媒、放熱器（２０）から流出して分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）に至るまでの冷媒、および分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）から絞り手段（４０）の出口に至るまでの冷媒のうちのいずれか複数箇所の冷媒を用いたことを特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、エジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される低圧側冷媒より高温の複数箇所の高圧側冷媒と熱交換させることにより、請求項１ないし請求項４に記述した効果を得ることができる。また必要な熱交換量と膨張損失エネルギーに応じて、分岐点（ｘｘ）前後の高圧冷媒のどちらか、もしくはそれらの組み合わせで熱交換させることにより性能最適化が図れる。従って、これら高圧側冷媒複数箇所と低圧側冷媒と熱交換させることにより、所望の吸入管温度上昇による信頼性向上効果と、蒸発器冷却効果増加による冷却性能向上効果を得ることができる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、熱回収手段（７０）に二重管（７１）を用いたことを特徴としている。この請求項６に記載の発明によれば、熱交換効率が向上することより配管長を削減することができ、これにより圧力損失低減や冷媒量低減が図れるうえ、熱回収手段（７０）をスペース効率良く構成することができる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１、４、５のうちいずれか１項に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、絞り手段（４０）にて冷媒流れを減圧するとともにエジェクタ（３０）から流出して圧縮機（１０）に吸入される冷媒と熱交換させることを特徴としている。この請求項７に記載の発明によれば、このように減圧手段と熱交換手段の一部とを兼ねるように構成しても良く、これにより冷凍サイクルの構成が簡素となり、コストを抑えることができる。

また、請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（３０）と圧縮機（１０）との間に、流通する冷媒を気相と液相とに分離して気相冷媒のみ圧縮機（１０）に供給して液相冷媒を蓄える気液分離器（６０）を設けたことを特徴としている。上記した請求項１ないし請求項５に記載の基本サイクル構成において、気液分離器（６０）を設けた場合、あくまで気液分離と、分離した液相冷媒の貯留器として利用することとなる。

よって、この請求項８に記載の発明によれば、圧縮機（１０）へ液バックして液圧縮することを防止できるうえ、サイクル中を循環する冷媒量を適量に調整することができる。また、背景技術に記した特許文献１の前者のような蒸発器へ液相冷媒を流出させるための配管は不要となり、このような配管を持たない一般的な気液分離器（６０）が利用可能となるため、コストを抑えることができる。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一例である。

本実施形態のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルは、高圧側冷媒と低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（本発明で言う熱回収手段）７０を有していることを特徴としている。下記の表１は、高圧側と低圧側との熱交換位置の組み合わせ例と、それを示す実施形態とを対応させたものである。

低圧側は、どの実施形態もエジェクタ３０の吐出から圧縮機１０の吸入までの位置であるが、高圧側の熱交換位置により上記表１に示すように、大きく３つの基本パターン（実施形態１〜３）とそれらの組み合わせ（実施形態４）となる。以降、表１に示す実施形態順に従って説明を行う。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について添付した図１〜図３を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。本実施形態は、本発明のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを、炭化水素（ＨＣ）系の自然冷媒やフロン系冷媒を用いる車両用空調装置に適用したものである。

圧縮機１０は、図示しない車両走行用エンジンなどの駆動源から駆動力を得て冷媒を吸入圧縮するものである。放熱器２０は、圧縮機１０から吐出した冷媒と図示しない送風機から送風される車室外空気とを熱交換して冷媒を冷却して凝縮させる高圧側熱交換器である。エジエクタ３０は、放熱器２０から流出する冷媒を減圧膨張させ、後述する蒸発器５０にて蒸発した気相冷媒を吸引部３３から吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させるものである。

このエジェクタ３０から流出する冷媒は圧縮機１０に吸入され、冷媒循環路を形成している。この冷媒循環路において、放熱器２０とエジエクタ３０の後述するノズル３１との間には、分岐させた冷媒流れを先の吸引部３３に導く分岐流路５５を設けるとともに、この分岐流路５５には車室内に吹き出す空気と液相冷媒とを熱交換させ、液相冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する低圧側熱交換器としての蒸発器５０を設けている。

また、この蒸発器５０の冷媒流れ上流側には、蒸発器５０に吸引される冷媒を減圧して蒸発器５０内の圧力（蒸発圧力）を確実に低下させるとともに、蒸発器５０に流入する冷媒流量（蒸発器５０で発生する冷却能力）を調節する絞り手段として本実施形態ではキャピラリーチューブなどの固定絞り４０を設けている。

ここで、エジエクタ３０は、図１に示すように、放熱器２０から流出した高圧冷媒の圧力エネルギー（圧力ヘッド）を速度エネルギー（速度ヘッド）に変換して冷媒を減圧膨張させるノズル３１、蒸発器５０にて蒸発した気相冷媒を吸引する吸引部３３、ノズル３１から噴射する高い速度の冷媒流（ジェット流）により吸引部３３から冷媒を吸引しながら、ノズル３１から噴射する冷媒と蒸発器５０から吸引した冷媒とを混合させる混合部、および混合部から流出する冷媒の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ディフューザ部３２などからなるものである。

また、吸引部３３の先端側は、混合部に近づくほど通路断面積が縮小するように円錐テーパ状に形成され、ディフィーザ部３２は、冷媒出口側に向かうほど通路断面積が拡大するように円錐テーパ状に形成されている。そして、本発明の要部として、圧縮機１０の吐出側とエジエクタ３０の吐出側とには、内部熱交換器７０が配設されている。

なお、内部熱交換器７０の低圧側と圧縮機１０との間には、流入する冷媒を気液分離して気相冷媒のみを圧縮機１０に供給するとともに、分離した液相冷媒を貯留する気液分離器６０を設けても良いが、以降は気液分離器６０が無いものとして説明する。図２は、図１（ａ）中の内部熱交換器７０の具体例を示す模式図であり、図３は（ａ）〜（ｃ）とも図２中の二重管７１の断面例を示すＡ−Ａ部断面図である。

本実施形態では、内部熱交換器７０に二重管７１を用いているとともに、圧縮機１０が吐出して放熱器２０に流入する高圧冷媒（図１中のｂｂ→ｃｃ）とエジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される低圧冷媒（図１中のｆｆ→ａａ）とを熱交換させている。より具体的には、高圧冷媒を図３に示す内管７０２内を流通させ、低圧冷媒を外管７０１と内管７０２との間の空間を流通させて両冷媒間の熱交換を行っている。

ちなみに内管７０２は、図３（ａ）のように円筒管そのままであっても良いし、図３（ｂ）のように円弧状の溝７０２ａを複数条設けても良いし、図３（ｃ）のようにＶ時状の溝７０２ａとしても良い。また溝７０２ａはストレート溝や螺旋溝、もしくはこれらの組み合わせであっても良い。

次に、上記構成における作動をの図１の両図に基づいて説明する。ここで、図１（ａ）中の点ａａ〜ｈｈは、図１（ｂ）中の点ａａ〜点ｈｈに対応している。圧縮機１０が起動すると、内部熱交換器７０の低圧側から流出する気相冷媒が圧縮機１０に吸入され、圧縮された流量Ｇａｌｌの冷媒（ａａ→ｂｂ）が内部熱交換器７０の高圧側に流入する。そして内部熱交換器７０内で熱交換（ｂｂ→ｃｃ）した冷媒は、放熱器２０に流入する。

放熱器１２では高温の冷媒が外気によって冷却される（ｃｃ→ｘｘ）。放熱器２０から流出した流量Ｇａｌｌの高圧冷媒は、分岐点ｘｘにて分岐流路５５に向かう流量Ｇｅの冷媒流れと、エジェクタ３０に向かう流量Ｇｎの冷媒流れとに分流する。エジェクタ３０に流入した流量Ｇｎの冷媒流れは、ノズル部３１で等エントロピ的に減圧されて膨張する（ｘｘ→ｄｄ）。

従って、ノズル部３１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３１の噴出口から冷媒は高速度となって噴出する。この時、高速度で噴出する冷媒流の圧力低下により、蒸発器５０から流量Ｇｅの気相冷媒を冷媒吸引口３３に吸引する。ノズル部３１から噴出した冷媒と冷媒吸引口３３に吸引された冷媒とは、ノズル部３１下流側の混合部で混合し（ｄｄ→ｅｅ、ｈｈ→ｅｅ）、ディフューザ部３２に流入する。

このディフューザ部３２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（ｅｅ→ｆｆ）。そして、エジェクタ３０のディフューザ部３２から流出した流量Ｇａｌｌの冷媒は内部熱交換器７０の低圧側に流入する。内部熱交換器７０では、低温の低圧冷媒が高温の高圧冷媒と熱交換して吸熱（蒸発）する（ｆｆ→ａａ）。

この時の昇温の目安は、内部熱交換器７０から流出する冷媒温度が飽和ガス温度以上、もしくは所定の結露防止温度以上（例えば、外気３０℃、相対湿度８０％の露点温度以上）とするものである。そしてこの昇温後の気相冷媒は、圧縮機１０に吸入されて再び圧縮される。

一方、分岐流路５５に流入した流量Ｇｅの冷媒流れは、絞り機構４０で減圧されて低圧冷媒となり（ｘｘ→ｇｇ）、この低圧冷媒が蒸発器５０に流入する。蒸発器５０では、車室内へ送風する空調用空気から冷媒が吸熱して蒸発する（ｇｇ→ｈｈ）。そしてこの蒸発後の流量Ｇｅの気相冷媒は、冷媒吸引口３３からエジェクタ３０内に吸引される。

以上の如く、外気温度が低い条件など、エジェクタ３０の吸引性能が低下する場合においても蒸発器５０に冷媒を流すことができ、エジェクタ３０による昇圧作用を確実に得ることができ、蒸発器５０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。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、エジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒が、蒸発器で熱交換されないため、蒸発潜熱回収不足による性能低下や圧縮機１０への液戻りによる信頼性低下の課題を有している本サイクルにおいて、高圧側冷媒と、エジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器７０を有している。

これによれば、高温の高圧側冷媒とエジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される低圧側冷媒とは温度差が大きいため、熱交換させることにより圧縮機１０への吸入冷媒の温度を高くすることができるため、蒸発潜熱回収不足による性能低下や圧縮機１０への液戻りによる信頼性低下を防ぐことができる。

また、気液分離器６０を小型化、もしくは廃止することができ、それに伴ってサイクル内の冷媒量を低減することが可能となる。さらに、圧縮機１０の吸入管が室内に露出している冷蔵庫や製氷機などの冷凍サイクルにおいては、吸入管を所定の温度以上に加熱することができることより、吸入管における結露を防止することができる。

また、低圧側冷媒と熱交換する高圧側冷媒として、圧縮機１０が吐出して放熱器２０に流入する冷媒を用いている。これによれば、圧縮機１０から吐出される高圧側冷媒はサイクル内で最も高温であり、効率良く低圧側冷媒と熱交換することができる。また、内部熱交換器７０に二重管７１を用いている。これによれば、熱交換効率が向上することより配管長を削減することができ、これにより圧力損失低減や冷媒量低減が図れるうえ、内部熱交換器７０をスペース効率良く構成することができる。

また、エジェクタ３０と圧縮機１０との間に、流通する冷媒を気相と液相とに分離して気相冷媒のみ圧縮機１０に供給して液相冷媒を蓄える気液分離器６０を設けても良い。上述した基本サイクル構成において、気液分離器６０を設けた場合、あくまで気液分離と、分離した液相冷媒の貯留器として利用することとなる。

よって、これによれば、圧縮機１０へ液バックして液圧縮することを防止できるうえ、サイクル中を循環する冷媒量を適量に調整することができる。また、背景技術に記した特許文献１の前者のような蒸発器へ液相冷媒を流出させるための配管は不要となり、このような配管を持たない一般的な気液分離器６０が利用可能となるため、コストを抑えることができる。

また、炭化水素（ＨＣ）系などの可燃性冷媒を用いる場合、防爆のため冷媒封入量の削減が求められるが、気液分離器６０の小型化もしくは廃止と、二重管７１の適用とにより、サイクル全体の冷媒量を削減できるため、冷媒漏洩時に周囲の冷媒濃度を爆発濃度下限以下に抑えることができるため、可燃性冷媒の使用も可能となる。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。上述した実施形態１と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、低圧側冷媒（ｆｆ→ａａ）と熱交換する高圧側冷媒として、放熱器２０から流出して分岐流路５５の分岐点ｘｘに至るまでの冷媒（ｃｃ→ｘｘ）を用いている。

これによれば、放熱器２０から流出される高圧側冷媒も、エジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される低圧側冷媒より高温であるため、熱交換させることにより実施形態１に記述した効果を得ることができる。また、熱交換により液冷媒の潜熱を回収し、蒸発器５０入口のエンタルピを減少させることができるため、蒸発器５０の冷却効果を増加させ、冷却性能を向上させることができる。

（実施形態３−１）
図５は、本発明の実施形態３−１における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態では、低圧側冷媒（ｆｆ→ａａ）と熱交換する高圧側冷媒として、分岐流路５５の分岐点ｘｘから絞り手段４０の出口に至るまでの冷媒（ｘｘ→ｇｇ）を用いている。

これによれば、分岐流路５５の分岐点ｘｘから絞り手段４０の出口に至るまでの高圧側冷媒も、エジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される低圧側冷媒より高温であるため、熱交換させることにより実施形態１に記述した効果を得ることができる。一方で上述した実施形態２のように、分岐点ｘｘの前で熱交換を行った場合、全流量Ｇａｌｌの高圧側冷媒と熱交換できる利点があるも、等エントロピ線の変化からも分かるように、分岐後のエジェクタ３０で回収できる膨張損失エネルギーが減少してしまうという欠点がある。

しかし本実施形態の場合、分岐後の蒸発器側冷媒Ｇｅと熱交換させ、エジェクタ３０には熱交換していない冷媒Ｇｎが流入するため、膨張損失エネルギーの減少を防ぐことができる。このため、膨張損失エネルギーを低下させることなく蒸発器５０の冷却効果を増加させ、冷却性能を向上させることができる。

（実施形態３−２）
図６は、本発明の実施形態３−２における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。上述した実施形態３−２と異なる特徴部分は、絞り手段７２にて冷媒流れを減圧するとともに、エジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される冷媒と熱交換させている。

より具体的に、図７は図６（ａ）中の内部熱交換器７０の具体例を示す模式図であり、図８は図７中のＢ−Ｂ部断面図である。このように実施容易な熱交換方法として、キャピラリーチューブなどの固定絞りとなる高圧側細管７２と低圧側配管７０３とをはんだ付けＲによって接合した内部熱交換器７０を用いても良い。

また、図示しないが、高圧側細管７２は低圧側配管７０３の外周面に螺旋状に巻き付けるようにして接合しても良い。これによれば、このように減圧手段と熱交換手段の一部とを兼ねるように構成しても良く、これにより冷凍サイクルの構成が簡素となり、コストを抑えることができる。

（実施形態４−１）
図９は、本発明の実施形態４−１における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態は、前述した実施形態１と実施形態２とを組み合わせたものであり、低圧側冷媒（ｆｆ→ａａ）と熱交換する高圧側冷媒として、圧縮機１０が吐出して放熱器２０に流入する冷媒（ｂｂ→ｃｃ）と、放熱器２０から流出して分岐流路５５の分岐点ｘｘに至るまでの冷媒（ｃｃ´→ｘｘ）との複数箇所の冷媒を用いている。

これによれば、エジェクタ３０から流出して圧縮機１０に吸入される低圧側冷媒より高温の複数箇所の高圧側冷媒と熱交換させることにより、実施形態１、２に記述した効果を得ることができる。従って、圧縮機１０の信頼性向上、吸入管の結露防止、冷却性能向上などが全て求められる冷凍サイクルにおいては、圧縮機１０から吐出される高圧側冷媒および放熱器２０から流出される高圧側冷媒と、低圧側冷媒とを熱交換させる方法が有効である。

（実施形態４−２）
図１０は、本発明の実施形態４−２における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態は、前述した実施形態１と実施形態３とを組み合わせたものであり、低圧側冷媒（ｆｆ→ａａ）と熱交換する高圧側冷媒として、圧縮機１０が吐出して放熱器２０に流入する冷媒（ｂｂ→ｃｃ）と、分岐流路５５の分岐点ｘｘから絞り手段４０の出口に至るまでの冷媒（ｘｘ→ｇｇ）との複数箇所の冷媒を用いている。

これによれば、実施形態４−１と同様の効果が得られる。また、これら実施形態４−１、実施形態４−２のように、必要な熱交換量と膨張損失エネルギーに応じて、分岐点ｘｘ前後の高圧冷媒のどちらか、もしくはそれらの組み合わせで熱交換させることにより性能最適化が図れる。従って、これら高圧側冷媒複数箇所と低圧側冷媒と熱交換させることにより、所望の吸入管温度上昇による信頼性向上効果と、蒸発器冷却効果増加による冷却性能向上効果を得ることができる。

（実施形態４−３−１）
図１１は、本発明の実施形態４−３−１における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。この実施形態は、前述した実施形態２と実施形態３とを組み合わせたものであり、低圧側冷媒（ｆｆ→ａａ）と熱交換する高圧側冷媒として、放熱器２０から流出して分岐流路５５の分岐点ｘｘに至るまでの冷媒（ｃｃ→ｘｘ）と、分岐流路５５の分岐点ｘｘから絞り手段４０の出口に至るまでの冷媒（ｘｘ→ｇｇ）との複数箇所の冷媒を用いている。

ここで、前述した実施形態２、３の利点と弱点とを述べる。まず前述した実施形態２（分岐点ｘｘ前の高圧側冷媒と熱交換）の利点として、全流量Ｇａｌｌと熱交換でき、冷媒側熱伝達率向上などにより、熱交換効率が向上できる。しかし、分岐点ｘｘ後のエジェクタ３０で回収できる膨張損失エネルギーが減少してしまうという弱点がある。

また、前述した実施形態３（分岐点ｘｘ後の分岐流路５５側の高圧側冷媒と熱交換）の利点として、エジェクタ３０で回収できる膨張損失エネルギーが減少しない。しかし、分岐流路５５側に分岐された低流量Ｇｅとの熱交換となるため、熱交換効率が低下するという弱点がある。

従って、対象の冷凍サイクルによって実施形態２と実施形態３とを組み合わせることにより、必要な熱交換量と膨張損失エネルギーとが得られる性能最適化を図ることができる。なお、本実施形態ではエジェクタ３０の沸騰促進のため、１段目の内部熱交換器７０Ａの後、冷媒を液相から二相状態まで絞る絞り機構４５を設けた構成としている。

（実施形態４−３−２）
図１２は、本発明の実施形態４−３−２における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。この実施形態は、上述した実施形態４−３−１と同様に、前述した実施形態２と実施形態３とを組み合わせたものであり、低圧側冷媒（ｆｆ→ａａ）と熱交換する高圧側冷媒として、放熱器２０から流出して分岐流路５５の分岐点ｘｘに至るまでの冷媒（ｃｃ→ｘｘ）と、分岐流路５５の分岐点ｘｘから絞り手段４０の出口に至るまでの冷媒（ｘｘ→ｇｇ）との複数箇所の冷媒を用いている。

上述した実施形態４−３−１と異なる特徴部分は、１段目の内部熱交換器７０Ａの後に設けていた絞り機構４５を無くし、代わりに分岐点ｘｘとエジェクタ３０との間に絞り機構４５を設けた構成としている。本実施形態においても、対象の冷凍サイクルによって実施形態２と実施形態３とを組み合わせることにより、必要な熱交換量と膨張損失エネルギーとが得られる性能最適化を図ることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図１３は、本発明のその他の実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。本実施形態では、放熱器２０と分岐点ｘｘとの間に別の分岐点ｙｙを設け、その分岐点ｙｙから分岐した分岐流路に減圧手段８５と、その減圧された冷媒を蒸発させる第２の蒸発器８０とを設けて、エジェクタ３０下流の圧縮機吸入経路の途中ｚｚで合流させたものである。

このように、本発明で前提としているエジェクタ式サイクルと通常の膨張弁サイクルとを組み合わせたものに本発明の各実施形態を適用しても良い。また、上述の実施形態４では、前述した実施形態１〜３のうちいずれか２箇所づつの高圧側冷媒との熱交換例を示したが、もちろん前述した実施形態１〜３の全ての熱交換を組み合わせた構成としても良い。

また、上述の実施形態では、本発明を車両用空調装置に適用したが、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。また、上述の実施形態では、炭化水素（ＨＣ）系の自然冷媒やフロン系冷媒を用いた亜臨界圧サイクルとしたが、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる超臨界圧サイクルであっても良いし、そのために冷媒は二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒などであっても良い。

本発明の実施形態１における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。 図１（ａ）中の内部熱交換器７０の具体例を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）とも図２中の二重管７１の断面例を示すＡ−Ａ部断面図である。 本発明の実施形態２における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。 本発明の実施形態３−１における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。 本発明の実施形態３−２における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。 図６（ａ）中の内部熱交換器７０の具体例を示す模式図である。 図７中のＢ−Ｂ部断面図である。 本発明の実施形態４−１における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。 本発明の実施形態４−２における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。 本発明の実施形態４−３−１における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。 本発明の実施形態４−３−２における（ａ）エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図と、（ｂ）そのｐ−ｈ線図である。 本発明のその他の実施形態におけるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。

符号の説明

１０…圧縮機
２０…放熱器
３０…エジェクタ
４０…絞り手段
５０…蒸発器
５５…分岐流路
６０…気液分離器
７０…内部熱交換器（熱回収手段）
７１…二重管
ｘｘ…分岐点

Claims (8)

1. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１０）と、
   前記圧縮機（１０）から吐出される高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２０）と、
   前記放熱器（２０）下流側の高圧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、冷媒を吸引するエジェクタ（３０）と、
   前記圧縮機（１０）と前記放熱器（２０）と前記エジェクタ（３０）とを含み冷媒が循環する冷媒循環路の前記放熱器（２０）と前記エジェクタ（３０）との間から分岐させた冷媒流れを前記エジェクタ（３０）に導き吸引させる分岐流路（５５）と、
   前記分岐流路（５５）に配置されて前記冷媒流れを減圧する絞り手段（４０）と、
   前記分岐流路（５５）において前記絞り手段（４０）の冷媒流れ下流側に配置され、冷媒を蒸発させる蒸発器（５０）とを備えるエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、
   高圧側冷媒と、前記エジェクタ（３０）から流出して前記圧縮機（１０）に吸入される低圧側冷媒とを熱交換させる熱回収手段（７０）を有することを特徴とするエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
2. 前記高圧側冷媒として、前記圧縮機（１０）が吐出して前記放熱器（２０）に流入する冷媒を用いた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式冷凍サイクル。
3. 前記高圧側冷媒として、前記放熱器（２０）から流出して前記分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）に至るまでの冷媒を用いた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式冷凍サイクル。
4. 前記高圧側冷媒として、前記分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）から前記絞り手段（４０）の出口に至るまでの冷媒を用いた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式冷凍サイクル。
5. 前記高圧側冷媒として、前記圧縮機（１０）が吐出して前記放熱器（２０）に流入する冷媒、前記放熱器（２０）から流出して前記分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）に至るまでの冷媒、および前記分岐流路（５５）の分岐点（ｘｘ）から前記絞り手段（４０）の出口に至るまでの冷媒のうちのいずれか複数箇所の冷媒を用いた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式冷凍サイクル。
6. 前記熱回収手段（７０）に二重管（７１）を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
7. 前記絞り手段（４０）にて前記冷媒流れを減圧するとともに前記エジェクタ（３０）から流出して前記圧縮機（１０）に吸入される冷媒と熱交換させることを特徴とする請求項１、４、５のうちいずれか１項に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
8. 前記エジェクタ（３０）と前記圧縮機（１０）との間に、流通する冷媒を気相と液相とに分離して気相冷媒のみ前記圧縮機（１０）に供給して液相冷媒を蓄える気液分離器（６０）を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載のエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。

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