JP2009092249A - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】冷却運転モードおよび加熱運転モードの双方において、ＣＯＰを向上させると同時に、空調対象空間を適切に空調できるエジェクタ式冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】冷媒流路を切り替える第１、２四方弁１２ａ、１２ｂが、冷房運転モード時に、室外熱交換器１３流出冷媒の流れを分岐して、一方の冷媒をエジェクタ１８のノズル部１８ａに供給し、さらに、他方の冷媒を減圧膨張させて利用側熱交換器１４へ供給し、エジェクタ１８の冷媒吸引口１８ｂから吸引する冷媒流路に切り替える。これにより、加熱運転モード時に対して、冷却運転モード時に蒸発器として作用する熱交換器に液相冷媒を供給しにくくなるように構成されたサイクルであっても、利用側熱交換器１４に圧縮機１１の冷媒吸入、吐出能力を利用して液相冷媒を確実に供給できるので、双方の運転モードにおいて、空調対象空間を適切に空調できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクルに関する。

従来、エジェクタを備えるとともに、空調対象空間を冷却する冷却運転モードと、空調対象空間を加熱する加熱運転モードとを切替可能に構成されたエジェクタ式冷凍サイクルが知られている。

この種のエジェクタ式冷凍サイクルでは、空調対象空間に送風される送風空気と冷媒とを熱交換させる利用側熱交換器を、冷却運転モード時には冷媒を蒸発させる蒸発器として作用させ、加熱運転モード時には冷媒に放熱させる放熱器として作用させるように冷媒流路を切り替えることによって、冷却運転モードと加熱運転モードとの切り替えを実現している。

例えば、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルでは、図３に示すように、流路切替手段としての四方弁１２を備え、冷却運転モード時には、圧縮機１１吐出冷媒を外気と冷媒とを熱交換させる室外熱交換器１３へ導くとともに、エジェクタ１８のディフューザ部１８ｄ流出冷媒を圧縮機１１へ吸入させるように四方弁１２を切り替える。これにより、実線矢印に示すように冷媒を流し、利用側熱交換器１４を蒸発器として作用させている。

一方、加熱運転モード時には、圧縮機１１吐出冷媒をエジェクタ１８のディフューザ部１８ｄ出口側へ導くとともに、室外熱交換器１３流出冷媒を圧縮機１１へ吸入させるように四方弁１２を切り替える。これにより、破線矢印に示すように冷媒を流し、利用側熱交換器１４を放熱器として作用させている。

また、特許文献２のエジェクタ式冷凍サイクルでは、図４に示すように、流路切替手段として２つの四方弁１２ａ、１２ｂを備え、冷却運転モード時には、圧縮機１１吐出冷媒を室外熱交換器１３へ導くとともに、利用側熱交換器１４流出冷媒をエジェクタ１８の冷媒吸引口１８ｂへ導くように２つの四方弁１２ａ、１２ｂを切り替える。これにより、実線矢印に示すように冷媒を流し、利用側熱交換器１４を蒸発器として作用させている。

一方、加熱運転モード時には、圧縮機１１吐出冷媒を利用側熱交換器１４へ導くとともに、室外熱交換器１３流出冷媒をエジェクタの冷媒吸引口１８ｂへ導くように２つの四方弁１２ａ、１２ｂを切り替える。これにより、破線矢印に示すように冷媒を流し、利用側熱交換器１４を放熱器として作用させている。
特開２００７−３１７１号公報 特開２００２−３２７９６７号公報

ところで、エジェクタ式冷凍サイクルにおけるエジェクタは、そのノズル部から噴射する噴射冷媒の吸引作用（圧力低下）によって冷媒吸引口から冷媒を吸引することで、ノズル部における減圧膨張時の運動エネルギーの損失を回収している。さらに、回収されたエネルギーをディフューザ部にて圧力エネルギーに変換して冷媒を昇圧させている。

そして、エジェクタ式冷凍サイクルでは、ディフューザ部にて昇圧された冷媒を圧縮機へ吸入させて圧縮機の駆動動力を低減させることで、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させている。

従って、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルのように、加熱運転モード時に、エジェクタ１８内の冷媒の流れを冷却運転モードに対して逆流させてしまうと、エジェクタ１８が昇圧作用を発揮することができない。つまり、特許文献１では、加熱運転モード時にエジェクタ１８によるＣＯＰ向上効果を得ることができない。

これに対して、特許文献２のエジェクタ式冷凍サイクルでは、いずれの運転モードであっても、エジェクタ１８のノズル部１８ａへ高圧冷媒を供給し、冷媒吸引口１８ｂから蒸発器として作用する熱交換器から流出した冷媒を吸引するので、ノズル部における運動エネルギーの損失を回収できる。さらに、ディフューザ部１８ｄ流出冷媒を圧縮機１１へ吸入させるので、いずれの運転モードであってもＣＯＰ向上効果を得ることができる。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献２のエジェクタ式冷凍サイクルを実際に作動させると、加熱運転モードでは、ＣＯＰ向上効果を得ながら空調対象空間を十分に空調（暖房）できるものの、冷却運転モードでは、空調対象空間を十分に空調（冷房）できないという不具合が生じることがあった。

そこで、本発明者らがその原因について調査したところ、利用側熱交換器１４および室外熱交換器１３の配置条件（設置条件）が異なることが原因であると判明した。

このことをより詳細に説明すると、例えば、特許文献２のエジェクタ式冷凍サイクルを定置型ルームエアコンに適用した場合、空調対象空間である室内を効率的に空調するために、一般的に、利用側熱交換器１４は室内の上方側に配置される。そのため、利用側熱交換器１４は、室外に配置される室外熱交換器１３よりも高い位置に配置される。

従って、利用側熱交換器１４を蒸発器として作用させる冷却運転モードでは、液相冷媒を室外熱交換器１３よりも高い位置に配置された利用側熱交換器１４まで押し上げる必要が生じ、室外熱交換器１３を蒸発器として作用させる加熱運転モードに対して、そのヘッド差の分だけエジェクタ１８の冷媒吸引力が必要となる。

しかしながら、引用文献２のエジェクタ式冷凍サイクルの構成では、双方の運転モードにおけるエジェクタ１８の冷媒吸引力が略同等となり、さらに、エジェクタ１８の吸引作用のみによって、蒸発器として作用する熱交換器へ液相冷媒を供給するので、冷却運転モード時に吸引力不足が生じてしまうことがある。

その結果、冷却運転モード時に、利用側熱交換器１４へ十分な液相冷媒を供給できず、空調対象空間を十分に冷房できなくなってしまう。

また、例えば、特許文献２のエジェクタ式冷凍サイクルを車両用空調装置に適用した場合、一般的に、圧縮機１１、室外熱交換器１３等はエンジンルーム内に配置され、利用側熱交換器１４は車室内に配置される。

従って、エジェクタ１８をエンジンルーム内に配置すると、エジェクタ１８と室外熱交換器１３とを接続する冷媒流路（配管）に対して、エジェクタ１８と利用側熱交換器１４とを接続する冷媒流路（配管）が長くなり、ディフューザ部１８ｄ下流側に配置された気液分離器２０→蒸発器として作用する熱交換器→冷媒吸引口１８ｂへ至る冷媒流路（配管）の圧力損失が増加してしまう。

その結果、定置型ルームエアコンの例と同様に、冷却運転モード時に空調対象空間を十分に冷房できなくなってしまう。

上記点に鑑み、本発明は、冷却運転モードおよび加熱運転モードの双方の運転モードにおいてＣＯＰを向上させると同時に、双方の運転モードにおいて空調対象空間を適切に空調できる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、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１３）と、冷媒と空調対象空間へ送風される送風空気とを熱交換させる利用側熱交換器（１４）と、空調対象空間を冷却する冷却運転モードでは、利用側熱交換器（１４）を冷媒を蒸発させる蒸発器として作用させるとともに、室外熱交換器（１３）を冷媒に放熱させる放熱器として作用させる冷媒流路に切り替え、空調対象空間を加熱する加熱運転モードでは、利用側熱交換器（１４）を放熱器として作用させるとともに、室外熱交換器（１３）を蒸発器として作用させる冷媒流路に切り替える流路切替手段（１２ａ、１２ｂ）と、冷媒を減圧膨張させるノズル部（１８ａ）から噴射する高速度の噴射冷媒の流れによって、蒸発器として作用する熱交換器から流出した冷媒を冷媒吸引口（１８ｂ）から吸引して、圧縮機（１１）吸入側へ流出させるエジェクタ（１８）とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルであって、
冷却運転モードおよび加熱運転モードのうち、いずれか一方の運転モード時に放熱器として作用する熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部（１７）と、分岐部（１７）と一方の運転モード時に蒸発器として作用する熱交換器とを接続する冷媒流路に設けられて、冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１９）とを備え、流路切替手段（１２ａ、１２ｂ）は、一方の運転モード時に、分岐部（１７）にて分岐された一方の冷媒をノズル部（１８ａ）へ流入させ、他方の冷媒を減圧手段（１９）を介して蒸発器として作用する熱交換器へ流入させるように冷媒流路に切り替えることを特徴とする。

これによれば、一方の運転モード時に、分岐部（１７）にて分岐された一方の冷媒をノズル部（１８ａ）へ流入させ、他方の冷媒を減圧手段（１９）を介して蒸発器として作用する熱交換器へ流入させるので、蒸発器として作用する熱交換器に対して、エジェクタ（１８）の吸引能力だけでなく、圧縮機（１１）の冷媒吸入、吐出能力を利用して液相冷媒を確実に供給できる。

従って、冷却運転モードおよび加熱運転モードのうち、蒸発器として作用する熱交換器へ液相冷媒を供給しにくくなる運転モードを、一方の運転モードとなるようにサイクルを構成することで、いずれの運転モードにおいても、蒸発器として作用する熱交換器へ確実に液相冷媒を供給できる。その結果、いずれの運転モードにおいても、空調対象空間を適切に空調できる。

さらに、いずれの運転モードにおいても、蒸発器として作用する熱交換器から流出した冷媒をエジェクタ（１８）の冷媒吸引口（１８ｂ）から吸引して、圧縮機（１１）吸入側へ流出させるので、圧縮機の駆動動力を低減させてサイクルの成績係数（ＣＯＰ）を十分に向上させることができる。

また、上記特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、さらに、一方の運転モードにおいて放熱器として作用する熱交換器から流出した冷媒と圧縮機（１１）吸入冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１６）を備えていてもよい。

これによれば、一方の運転モードにおいて蒸発器として作用する熱交換器の入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとの差を拡大して、冷凍能力を拡大できる。従って、一方の運転モードにおいて、より効果的に空調対象空間を空調できる。

また、上述の特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、具体的に一方の運転モードは、冷却運転モードであってもよい。

ここで、上述の如く利用側熱交換器（１４）は空調対象空間内（室内）に配置されるので、室外熱交換器（１３）に対して、搭載（設置）上の制約が多くなる。そのため、利用側熱交換器（１４）を蒸発器として作用させる際に、室外熱交換器（１３）を蒸発器と作用させる場合に対して液相冷媒を供給しにくくなることがある。

従って、冷却運転モードにおいて利用側熱交換器（１４）に対して、圧縮機（１１）の冷媒吸入、吐出能力を利用して確実に液相冷媒を供給できることは、冷却運転モードにおいて空調対象空間を適切に冷房するために極めて有効である。

さらに、エジェクタ（１８）は、空調対象空間外に配置されていてもよい。つまり、エジェクタ（１８）が、空調対象空間に配置される利用側熱交換器（１４）よりも室外熱交換器（１３）の近傍に配置されていてもよい。これにより、冷却運転モードにおいて空調対象空間を適切に冷房できるだけでなく、エジェクタ（１８）を搭載（設置）上の制約が少ない空調対象空間外に配置できるので、エジェクタ（１８）の搭載性を向上できる。

さらに、利用側熱交換器（１４）は、室外熱交換器（１３）に対して、上方側に配置されていてもよい。これにより、冷却運転モードにおいて空調対象空間を適切に冷房できるだけでなく、例えば、定置型ルームエアコン等に適用した際に、利用側熱交換器（１４）を室内の上方に配置して効率的に空調対象空間を空調できる。

また、一方の運転モードを冷却運転モードとした上述の特徴のエジェクタ式冷凍サイクルによれば、冷却運転モードにおいて利用側熱交換器（１４）に確実に冷媒を供給できるので、利用側熱交換器（１４）の熱交換能力が、室外熱交換器（１３）の熱交換能力に対して、小さくなっていてもよい。これにより、利用側熱交換器（１４）の小型化を図り、利用側熱交換器（１４）の搭載性を向上できる。

また、一方の運転モードを冷却運転モードとした上述の特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、具体的に、冷却運転モードにおいて圧縮機（１１）吐出冷媒を室外熱交換器（１３）へ導く冷媒流路に設けられ、圧縮機（１１）側から室外熱交換器（１３）側へ冷媒が流れることのみを許容する第１逆止弁（１５ａ）と、室外熱交換器（１３）と分岐部（１７）とを接続する冷媒流路に設けられ、室外熱交換器（１３）側から分岐部（１７）側へ冷媒が流れることのみを許容する第２逆止弁（１５ｂ）と、エジェクタ（１８）から流出した冷媒の気相冷媒と液相冷媒に分離して、気相冷媒を圧縮機（１１）吸入側へ流出させる気液分離器（２０）と、加熱運転モードにおいて液相冷媒を利用側熱交換器（１４）へ導く冷媒流路に設けられ、気液分離器（２０）側から利用側熱交換器（１４）側へ液相冷媒が流れることのみを許容する第３逆止弁（１５ｃ）とを備え、
流路切替手段（１２ａ、１２ｂ）は、冷却運転モード時には、圧縮機（１１）吐出冷媒を第１逆止弁（１５ａ）を介して室外熱交換器（１３）へ導き、室外熱交換器（１３）流出冷媒を第２逆止弁（１５ｂ）を介して分岐部（１７）へ導き、さらに、利用側熱交換器（１４）流出冷媒を冷媒吸引口（１８ｂ）へ導くように冷媒流路を切り替え、加熱運転モード時には、圧縮機（１１）吐出冷媒を利用側熱交換器（１４）へ導き、第３逆止弁（１５ｃ）を介して室外熱交換器（１３）へ流入した冷媒を冷媒吸引口（１８ｂ）へ導くように冷媒流路を切り替えるようになっていてもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲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ものである。

図１、２により、本発明の一実施形態について説明する。図１、２は本発明のエジェクタ式冷凍サイクル１０を車両用空調装置に適用した例の全体構成図である。

なお、図１は、後述する冷房運転モード（冷却運転モード）における冷媒流路を太線で示したもので、図２は、後述する暖房運転モード（加熱運転モード）における冷媒流路を太線で示したものである。また、前述の図３、４では、図１、２に対して同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。

まず、エジェクタ式冷凍サイクル１０において、圧縮機１１は、冷媒を吸入し圧縮して吐出するものである。この圧縮機１１はエンジンルーム内に配置されて、プーリおよびベルトを介して車両走行用エンジン（いずれも図示せず）から駆動力が伝達されて回転駆動される。

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可能に構成された可変容量型圧縮機、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採用してもよい。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。

圧縮機１１吐出口側には、第１四方弁１２ａが接続されている。この第１四方弁１２ａは、後述する第２四方弁１２ｂとともに、冷房運転モードにおける冷媒流路と暖房運転モードにおける冷媒流路とを切り替える流路切替手段を構成している。なお、第１、２四方弁１２ａ、１２ｂは、図示しない空調制御装置の制御信号によって、その作動が制御される電気式の四方弁である。

第１四方弁１２ａの冷媒流入出口には、圧縮機１１吐出口の他に、第２四方弁１２ｂの１つの冷媒流入出口、後述する室外熱交換器１３の一方の冷媒流入出口および利用側熱交換器１４の一方の冷媒流入出口が接続されている。

そして、冷房運転モード時には、図１に示すように、圧縮機１１吐出口と室外熱交換器１３とを接続すると同時に、利用側熱交換器１４と第２四方弁１２ｂとを接続し、暖房運転モード時には、図２に示すように、圧縮機１１吐出口と利用側熱交換器１４とを接続すると同時に、室外熱交換器１３と第２四方弁１２ｂとを接続する冷媒流路に切り替える。

また、第２四方弁１２ｂの冷媒流入出口には、第１四方弁１２ａの他に、室外熱交換器１３の他方の冷媒流入出口、後述する内部熱交換器１６の第１冷媒流路１６ａの一方の冷媒流入出口およびエジェクタ１８の冷媒吸引口１８ａが接続されている。

そして、冷房運転モード時には、図１に示すように、室外熱交換器１３と内部熱交換器１６とを接続すると同時に、第１四方弁１２ａとエジェクタ１８の冷媒吸引口１８ｂとを接続し、暖房運転モード時には、図２に示すように、室外熱交換器１３とエジェクタ１８の冷媒吸引口１８ｂとを接続すると同時に、第１四方弁１２ａと内部熱交換器１６とを接続する冷媒流路に切り替える。

次に、室外熱交換器１３は、その内部を流通する冷媒と図示しない冷却ファンから送風された外気（車室外空気）とを熱交換させる熱交換器である。この室外熱交換器１３は、圧縮機１１と同様にエンジンルーム内に配置されている。また、第１四方弁１２ａと室外熱交換器１３とを接続する冷媒流路には、第１四方弁１２ａ側から室外熱交換器１３側へ冷媒が流れることのみを許容する第１逆止弁１５ａが設けられている。

利用側熱交換器１４は、その内部を流通する冷媒と図示しない送風ファンから送風された車室内送風空気とを熱交換させる熱交換器である。従って、本実施形態の空調対象空間は車室内となる。

さらに、この利用側熱交換器１４は車室内に配置されている。より具体的には、利用側熱交換器１４は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）内側に配置された車両用空調装置の室内空調ユニットにおいて車室内送風空気の空気通路を形成するケース内に配置されている。

なお、本実施形態の利用側熱交換器１４は車室内に搭載されるという搭載上の制約から、室外熱交換器１３に対して、その体格（例えば、熱交換面積）が小さく形成されている。そのため、利用側熱交換器１４の熱交換能力は、室外熱交換器１３の熱交換能力に対して小さい。また、冷却ファンおよび送風ファンは、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

内部熱交換器１６は、冷房運転モード時に第１冷媒流路１６ａを通過する室外熱交換器１３流出冷媒と、第２冷媒流路１６ｂを通過する圧縮機１１吸入冷媒とを熱交換させるものである。これにより、冷房運転モード時における利用側熱交換器１４の入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとの差（冷凍能力）を増大させて、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

また、内部熱交換器１６の第１冷媒流路１６ａの他方の冷媒流入出口には、冷房運転モード時に冷媒の流れを分岐する分岐部１７が接続されている。なお、第１冷媒流路１６ａと分岐部１７とを接続する冷媒流路には、第１冷媒流路１６ａ側から分岐部１７側へ冷媒が流れることのみを許容する第２逆止弁１５ｂが設けられている。

分岐部１７は、３つの冷媒流入出口を有する、いわゆる三方継手によって構成されている。もちろん、直方体状の金属ブロック、樹脂ブロックに複数の冷媒通路を形成することによって構成してもよい。

さらに、分岐部１７の冷房運転モード時における一方の冷媒流出口は、第１分岐流路１７ａを介してエジェクタ１８のノズル部１８ａに接続され。他方の冷媒流出口は、第２分岐流路１７ｂを介して利用側熱交換器１４の他方の冷媒流入出口に接続されている。なお、第２分岐流路１７ｂには、減圧手段としての固定絞り１９が配置されている。固定絞り１９としては、キャピラリチューブ、オリフィス等を採用できる。

第１分岐流路１７ａに接続されるエジェクタ１８は冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴射する噴射冷媒の吸引作用によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段でもある。

より具体的には、エジェクタ１８は、第１分岐流路１７ａを介して流入する冷媒の通路面積を小さく絞って、冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部１８ａと、ノズル部１８ａの冷媒噴射口と連通するように配置され、第２四方弁１２ｂを介して冷媒を吸引する冷媒吸引口１８ｂを有している。

さらに、ノズル部１８ａおよび冷媒吸引口１８ｂの下流側に配置されてノズル部１８ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１８ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部１８ｃ、および、混合部１８ｃの下流側に配置されて冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる昇圧部をなすディフューザ部１８ｄを有している。

このディフューザ部１８ｄ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機能を有する。なお、本実施形態のエジェクタ１８は、エンジンルーム内、すなわち冷却対象空間外に配置されており、利用側熱交換器１４よりも室外熱交換器１３の近傍に配置されている。

ディフューザ部１８ｄの出口側には、アキュムレータ２０が接続されている。アキュムレータ２０は流出側蒸発器１８から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して、余剰冷媒を蓄える気液分離器である。アキュムレータ２０の気相冷媒出口は、内部熱交換器１６の第２冷媒流路１６ｂを介して、圧縮機１１の吸引口側に接続されている。

一方、アキュムレータ２０の液相冷媒出口は、第１逆止弁１５ａと室外熱交換器１３の一方の冷媒流入出口との間の冷媒流路に接続されている。また、アキュムレータ２０と室外熱交換器１３側とを接続する冷媒流路には、アキュムレータ２０側から室外熱交換器１３側へ冷媒が流れることのみを許容する第３逆止弁１５ｃが設けられている。

次に、上述の構成における本実施形態の作動について説明する。まず、図１により、車室内を冷房（冷却）する冷房運転モードについて説明する。

冷房運転モードでは、空調制御装置が第１、２四方弁１２ａ、１２ｂの作動を制御して、圧縮機１１と室外熱交換器１３とを接続し、利用側熱交換器１４と第２四方弁１２ｂとを接続するように第１四方弁１２ａを切り替え、室外熱交換器１３と内部熱交換器１６とを接続し、第１四方弁１２ａとエジェクタ１８の冷媒吸引口１８ｂとを接続するように第２四方弁１２ｂを切り替える。

従って、圧縮機１１を走行用車両エンジンにより駆動すると、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒が、第１逆止弁１５ａを介して室外熱交換器１３へ流入する。この際、第３逆止弁１５ｃの作用によって、室外熱交換器１３側からアキュムレータ２０側へ冷媒が流入することはない。

室外熱交換器１３へ流入した高温高圧冷媒は、冷却ファンから送風された送風空気（外気）と熱交換して放熱する。つまり、冷房運転モードでは、室外熱交換器１３は放熱器として作用する。

室外熱交換器１３にて冷却された高圧冷媒は、第２四方弁１２ｂを介して内部熱交換器１６の第１冷媒流路１６ａに流入し、第２冷媒流路１６ｂを通過する圧縮機１１吸入冷媒と熱交換して冷却され、さらにエンタルピを低下させる。内部熱交換器１６の第１冷媒流路１６ａから流出した冷媒は、第２逆止弁１５ｂを介して分岐部１７へ流入する。

分岐部１７にて分岐された一方の冷媒は、第１分岐流路１７ａ側へ流入し、エジェクタ１８のノズル部１８ａで等エントロピ的に減圧膨張する。この減圧膨張時に、冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されて、冷媒がノズル部１８ａの冷媒噴射口から高速度となって噴射される。

そして、この噴射冷媒の吸引作用により、冷媒吸引口１８ｂから利用側熱交換器２２流出冷媒が第１、２四方弁１２ａ、１２ｂを介して吸引される。さらに、ノズル部１８ａから噴射された噴射冷媒および冷媒吸引口１８ｂから吸引された吸引冷媒は、エジェクタ１８の混合部１８ｃにて混合されて、ディフューザ部１８ｄに流入する。

ディフューザ部１８ｄでは通路面積の拡大により、冷媒の速度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。ディフューザ部１８ｄから流出した冷媒は、アキュムレータ２０にて気液分離される。アキュムレータ２０から流出した気相冷媒は、内部熱交換器１６の第２冷媒流路１６ｂに流入し、第１冷媒流路１６ａを通過する高圧冷媒と熱交換して加熱されて、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。

なお、冷房運転モードでは、アキュムレータ２０に蓄えられた液相冷媒の圧力は、室外熱交換器１３側の圧力よりも低いので、液相冷媒が、第３逆止弁１５ｃを介して、室外熱交換器１３側へ流出することはない。

一方、分岐部１７から第２分岐流路１７ｂ側へ流入した冷媒は、固定絞り１９にて等エンタルピ的に減圧膨張されて、利用側熱交換器１４へ流入する。利用側熱交換器１４へ流入した低圧冷媒は、送風ファンから送風された車室内送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内送風空気が冷却される。つまり、冷房運転モードでは、利用側熱交換器１３は蒸発器として作用する。

利用側熱交換器１４から流出した冷媒は、第１四方弁１２ａおよび第２四方弁１２ｂを介して、冷媒吸引口１８ｂからエジェクタ１８内へ吸引される。

次に、図２により、車室内を暖房（加熱）する暖房運転モードについて説明する。

暖房運転モードでは、空調制御装置が第１、２四方弁１２ａ、１２ｂの作動を制御して、圧縮機１１吐出口と利用側熱交換器１４とを接続し、室外熱交換器１３と第２四方弁１２ｂとを接続するように第１四方弁１２ａを切り替え、室外熱交換器１３とエジェクタ１８の冷媒吸引口１８ｂとを接続し、第１四方弁１２ａと内部熱交換器１６とを接続するように第２四方弁１２ｂを切り替える。

従って、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒は、利用側熱交換器１４へ流入する。利用側熱交換器１４へ流入した高温高圧冷媒は、送風ファンから送風された車室内送風空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内送風空気が加熱される。つまり、暖房運転モードでは、利用側熱交換器１４は放熱器として作用する。

利用側熱交換器１４にて冷却された高圧冷媒は、第２分岐通路１７ｂへ流入し、固定絞り１９で等エンタルピ的に中間圧となるまで減圧膨張される。減圧膨張された冷媒は分岐部１７を介して第１分岐通路１７ａへ流入する。この際、第２逆止弁１５ｂの作用によって、分岐部１７側から内部熱交換器１６側へ冷媒が流入することはない。

第１分岐通路１７ａへ流入した中圧冷媒は、エジェクタ１８のノズル部１８ａで等エントロピ的に減圧膨張する。そして、冷房運転モードと同様に、冷媒がノズル部１８ａの冷媒噴射口から高速度となって噴射され、この噴射冷媒の吸引作用により、冷媒吸引口１８ｂから室外熱交換器１３流出冷媒が、第２四方弁１２ｂを介して、吸引される。

さらに、冷房運転モードと同様に、ノズル部１８ａからの噴射冷媒と冷媒吸引口１８ｂからの吸引冷媒が、エジェクタ１８の混合部１８ｃにて混合され、ディフューザ部１８ｄ→アキュムレータ２０の順に流れ、アキュムレータ２０から流出した気相冷媒は、内部熱交換器１６の第２冷媒流路１６ｂを通過して、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。

一方、アキュムレータ２０から流出した液相冷媒は、エジェクタ１８の吸引作用によって、第３逆止弁１５ｃを介して、室外熱交換器１３へ流入する。室外熱交換器１３へ流入した液相冷媒は、送風ファンから送風された車室内送風空気から吸熱して蒸発する。つまり、暖房運転モードでは、室外熱交換器１３は蒸発器として作用する。

この際、第１逆止弁１５ａの作用によって、室外熱交換器１３側から第１四方弁１２ａ側へ冷媒が流入することはない。加熱運転モードでは、上述の如く、冷媒が流れるので、第２逆止弁１５ｃ→内部熱交換器１６の第１冷媒流路１６ａ→第２四方弁１２ｂ→第１四方弁１２ａ→第１逆止弁１５ａの冷媒流路には、冷媒は流通しない。従って、加熱運転モードでは、内部熱交換器１６にて熱交換は行われない。

ここで、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、エジェクタ１８をエンジンルーム内（空調対象空間外）に配置しているので、エジェクタ１８と室外熱交換器１３とを接続する冷媒流路（配管）に対して、エジェクタ１８と利用側熱交換器１４とを接続する冷媒流路（配管）が長くなってしまう。

そのため、冷房運転モード時に冷媒吸引口１８ｂから利用側熱交換器１４流出冷媒を吸引する際の圧力損失が、暖房運転モード時に冷媒吸引口１８ｂから室外熱交換器１３から吸引する際の圧力損失よりも大きくなる。従って、冷房運転モードの方が、蒸発器として作用する熱交換器（利用側熱交換器１４）へ液相冷媒を供給しにくくなる。

さらに、搭載上の制約から利用側熱交換器１４の熱交換能力は、室外熱交換器１３の熱交換能力に対して小さくなっている。

これに対して、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルは、上記の如く冷媒流路を切り替えるので、冷房運転モード時に、利用側熱交換器１４に対して、エジェクタ１８の吸引能力だけでなく、圧縮機１１の冷媒吸入、吐出能力を利用して液相冷媒を供給できる。従って、液相冷媒を利用側熱交換器１４へ供給しにくくなる冷房運転モード時であっても、利用側熱交換器１４へ確実に液相冷媒を供給できる。

その結果、冷房運転モード時に、空調対象空間を適切に冷房できる。つまり、いずれの運転モード時においても、空調対象空間を適切に空調できる。さらに、いずれの運転モードにおいても、蒸発器として作用する熱交換器１３、１４から流出した冷媒を冷媒吸引口１８ｂから吸引して、圧縮機１１吸入側へ流出させるので、圧縮機の駆動動力を低減させてサイクルの成績係数（ＣＯＰ）を十分に向上させることができる。

さらに、冷房運転モードにおいて放熱器として作用する室外熱交換器１４から流出した冷媒と圧縮機１１吸入冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１６）を備えているので、本実施形態の如く、利用側熱交換器１４の熱交換能力が室外熱交換器１３の熱交換能力よりも小さい場合であっても、利用側熱交換器１４の冷凍能力を拡大して、効果的に空調対象空間を冷房できる。

（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、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルを車両用空調装置に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、定置型ルームエアコン、定置型冷温蔵装置等に適用してもよい。

特に、定置型ルームエアコン、定置型冷温蔵装置に適用する場合には、利用側熱交換器１４を、室外熱交換器１３に対して、上方側に配置してもよい。つまり、利用側熱交換器１４と室外熱交換器１３とのヘッド差によって、冷却運転モード時に利用側熱交換器１４へ液相冷媒を供給しにくくなるサイクル構成となっても、エジェクタ１８の吸引能力だけでなく、圧縮機１１の冷媒吸入、吐出能力を利用して液相冷媒を供給できる。

その結果、いずれの運転モードにおいても、高いＣＯＰを発揮させながら、空調対象空間を適切に空調できるだけでなく、空調対象空間である室内または庫内を上方側から効率的に空調することができる。

（２）上述の実施形態では、冷媒の種類を特定しなかったが、冷媒はフロン系冷媒、ＨＣ系冷媒、二酸化炭素など蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用できるものであればよい。もちろん、冷媒として二酸化炭素を採用して、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成してもよい。

（３）上述の実施形態では、減圧手段として固定絞り１９を採用しているが、減圧手段はこれに限定されない。例えば、圧縮機１１吸入冷媒が予め定めた範囲の過熱度を有するように弁開度が機械的に調整される温度式膨張弁を用いてもよい。この場合は、アキュムレータ２０を廃止して、エジェクタ１８のノズル部１８ａ上流側に気液分離器として機能するレシーバを設ける構成としてもよい。

（４）上述の実施形態では、流路切替手段として第１、２四方弁１２ａ、１２ｂを採用した例を説明したが、流路切替手段はこれに限定されない。例えば、２つの三方弁を組み合わせて１つ四方弁と同等の機能を発揮させてもよい。

また、例えば、第１四方弁１２ａの代わりに、圧縮機１１吐出口と室外熱交換器１３とを接続する冷媒流路、圧縮機１１吐出口と利用側熱交換器１４とを接続する冷媒流路、利用側熱交換器１４と第２四方弁１２ｂとを接続する冷媒流路、および、室外熱交換器１３と第２四方弁１２ｂとを接続する冷媒流路の４つの冷媒流路に、それぞれ電磁弁（開閉弁）を配置してもよい。

そして、これらの電磁弁の開閉操作によって、第１四方弁１２ａと同等の機能を発揮させてもよい。

同様に、圧縮機１１の吐出口、第２四方弁１２ｂ、室外熱交換器１３および利用側熱交換器１４が接続される四方継手と、四方継手のそれぞれの冷媒流入出口を開閉する電磁弁（開閉弁）とを設け、これらの電磁弁の開閉操作によって、第１四方弁１２ａと同等の機能を発揮させてもよい。

（５）上述の実施形態では、分岐部１７を三方継手により構成した例を説明したが、分岐部１７はこれに限定されない。例えば、電気的に制御可能な三方弁を採用して、冷房運転モードでは、３つの冷媒流入出口を全て開弁し、暖房運転モードでは、内部熱交換器１６に接続される冷媒流入出口のみを閉弁するようにしてもよい。さらに、この場合は、逆止弁１５ｂを廃止してもよい。

（６）上述の実施形態では、第１〜３逆止弁１５ａ〜１５ｃを採用した例を説明したが、これらの逆止弁を廃止して電磁弁（開閉弁）を採用してもよい。また、第１〜３逆止弁１５ａ〜１５ｃを可変絞り機構などの減圧装置で構成してもよい。

さらに、例えば、第２逆止弁１５ｂと分岐部１７（三方継手）を一体化してもよいし、第２逆止弁１５ｂと内部熱交換器１６を一体化するなどように、２つ以上のサイクル構成機器を一体化してもよい。

（７）上述の実施形態では、冷房運転モードの方が、利用側熱交換器１４（蒸発器として作用する熱交換器）へ液相冷媒を供給しにくくなるため、冷房運転モード時に、利用側熱交換器１４に対して、圧縮機１１の冷媒吸入、吐出能力を利用して液相冷媒を供給できる構成を説明しているが、もちろん、暖房運転モード時に、室外熱交換器１３に圧縮機１１の冷媒吸入、吐出能力を利用して液相冷媒を供給できる構成としてもよい。

さらに、双方の運転モードにおいて、蒸発器として作用する熱交換器に、圧縮機１１の冷媒吸入、吐出能力を利用して液相冷媒を供給できる構成としてもよい。

一実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの冷房運転モードの全体構成図である。 一実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの冷房運転モードの全体構成図である。 従来技術のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。 別の従来技術のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。

符号の説明

１１…圧縮機、１２ａ…第１四方弁、１２ｂ…第２四方弁、１３…室外熱交換器、
１４…利用側熱交換器、１５ａ…第１逆止弁、１５ｂ…第２逆止弁、
１５ｃ…第３逆止弁、１６…内部熱交換器、１７…分岐部、１８…エジェクタ、
１８ａ…ノズル部、１８ｂ…冷媒吸引口、１９…固定絞り、２０…アキュムレータ。

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１３）と、
   冷媒と空調対象空間へ送風される送風空気とを熱交換させる利用側熱交換器（１４）と、
   前記空調対象空間を冷却する冷却運転モードでは、前記利用側熱交換器（１４）を冷媒を蒸発させる蒸発器として作用させるとともに、前記室外熱交換器（１３）を冷媒に放熱させる放熱器として作用させる冷媒流路に切り替え、前記空調対象空間を加熱する加熱運転モードでは、前記利用側熱交換器（１４）を前記放熱器として作用させるとともに、前記室外熱交換器（１３）を前記蒸発器として作用させる冷媒流路に切り替える流路切替手段（１２ａ、１２ｂ）と、
   冷媒を減圧膨張させるノズル部（１８ａ）から噴射する高速度の噴射冷媒の流れによって、前記蒸発器として作用する熱交換器から流出した冷媒を冷媒吸引口（１８ｂ）から吸引して、前記圧縮機（１１）吸入側へ流出させるエジェクタ（１８）とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルであって、
   前記冷却運転モードおよび前記加熱運転モードのうち、いずれか一方の運転モード時に放熱器として作用する熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部（１７）と、
   前記分岐部（１７）と前記一方の運転モード時に蒸発器として作用する熱交換器とを接続する冷媒流路に設けられて、冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１９）とを備え、
   前記流路切替手段（１２ａ、１２ｂ）は、前記一方の運転モード時に、前記分岐部（１７）にて分岐された一方の冷媒を前記ノズル部（１８ａ）へ流入させ、他方の冷媒を前記減圧手段（１９）を介して前記蒸発器として作用する熱交換器へ流入させるように冷媒流路に切り替えることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
2. さらに、前記一方の運転モードにおいて放熱器として作用する熱交換器から流出した冷媒と前記圧縮機（１１）吸入冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１６）を備え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. 前記一方の運転モードは、前記冷却運転モード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式冷凍サイクル。
4. 前記エジェクタ（１８）は、前記空調対象空間外に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
5. 前記利用側熱交換器（１４）は、前記室外熱交換器（１３）に対して、上方側に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
6. 前記利用側熱交換器（１４）の熱交換能力は、前記室外熱交換器（１３）の熱交換能力に対して、小さいことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
7. さらに、前記冷却運転モードにおいて前記圧縮機（１１）吐出冷媒を前記室外熱交換器（１３）へ導く冷媒流路に設けられ、前記圧縮機（１１）側から前記室外熱交換器（１３）側へ冷媒が流れることのみを許容する第１逆止弁（１５ａ）と、
   前記室外熱交換器（１３）と前記分岐部（１７）とを接続する冷媒流路に設けられ、前記室外熱交換器（１３）側から前記分岐部（１７）側へ冷媒が流れることのみを許容する第２逆止弁（１５ｂ）と、
   前記エジェクタ（１８）から流出した冷媒の気相冷媒と液相冷媒に分離して、前記気相冷媒を前記圧縮機（１１）吸入側へ流出させる気液分離器（２０）と、
   前記加熱運転モードにおいて前記液相冷媒を前記利用側熱交換器（１４）へ導く冷媒流路に設けられ、前記気液分離器（２０）側から前記利用側熱交換器（１４）側へ前記液相冷媒が流れることのみを許容する第３逆止弁（１５ｃ）とを備え、
   前記流路切替手段（１２ａ、１２ｂ）は、
   前記冷却運転モード時には、前記圧縮機（１１）吐出冷媒を前記第１逆止弁（１５ａ）を介して前記室外熱交換器（１３）へ導き、前記室外熱交換器（１３）流出冷媒を前記第２逆止弁（１５ｂ）を介して前記分岐部（１７）へ導き、さらに、前記利用側熱交換器（１４）流出冷媒を前記冷媒吸引口（１８ｂ）へ導くように冷媒流路を切り替え、
   前記加熱運転モード時には、前記圧縮機（１１）吐出冷媒を前記利用側熱交換器（１４）へ導き、前記第３逆止弁（１５ｃ）を介して前記室外熱交換器（１３）へ流入した冷媒を前記冷媒吸引口（１８ｂ）へ導くように冷媒流路を切り替えることを特徴とする請求項３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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