JP4539571B2

JP4539571B2 - 蒸気圧縮式サイクル

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Publication number: JP4539571B2
Application number: JP2006018052A
Authority: JP
Inventors: 英明石田; 崇宏中馬; 正▲琢▼ 今津; 裕嗣武内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: ITRM20070029A1; CN101008532A; CN100535546C; JP2007198675A; DE102007003870A1

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用いた蒸気圧縮式サイクルに関するもので、例えば、家庭用空調装置、車両用空調装置等に適用して有効である。

従来、エジェクタを用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクルとして、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この冷凍サイクルは、冷媒圧縮機、室外熱交換器、エジェクタ、気液分離器が環状に接続されると共に、気液分離器とエジェクタの冷媒吸引口とを繋ぐ分岐流路に第１室内熱交換器が配設され、また、冷媒圧縮機と室外熱交換器との間に第２室内熱交換器および減圧器が配設されて形成されている。そして冷媒配管の所定部位にバイパス通路が介在されている。

この冷凍サイクルにおいては、バイパス通路を切替えて冷媒の流れを変えることで以下の３つの運転を可能としている。即ち、第１室内熱交換器で吸熱して、室外熱交換器で放熱することで冷房運転を可能とし、室外熱交換器で吸熱して、第２室内熱交換器で放熱することで暖房運転を可能とし、更に、室外熱交換器および第１室内熱交換器で吸熱して、第２室内熱交換器で放熱することで除湿暖房運転を可能としている。
特開２００４−２６００４号公報

しかしながら、上記冷凍サイクルにおいては、冷房運転時は第２室内熱交換器に装着されたエアミックスドアが閉じられて第２室内熱交換器による熱交換が成されないようにしており、また、暖房運転時はバイパス通路の切替えによって第１室内熱交換器が使用されない形となっている。よって、システム全体としてはすべての熱交換器が使用されないので、効率的でなく、コスト的には割高のものとなっている。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、配設される複数の熱交換器を常に有効に活用して、効率的に冷房、暖房、除湿暖房運転を可能とする蒸気圧縮式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、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、蒸気圧縮式サイクルにおいて、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１１０）と、冷媒および室外空気の間で熱交換する室外熱交換器（１３０）と、室外熱交換器（１３０）から接続されて、開度調整可能とするノズル（１４１）によって高圧の冷媒を減圧膨張させると共に、冷媒吸引口（１４２）から冷媒を吸引した後に昇圧部（１４３）で昇圧させるエジェクタ（１４０）と、エジェクタ（１４０）から接続されて、冷媒と室内空気との間で熱交換する第１室内熱交換器（１５０）と、室外熱交換器（１３０）およびエジェクタ（１４０）の間から分岐して、冷媒吸引口（１４２）に接続される分岐流路（１６１）に配設されて、冷媒を減圧膨張させる減圧器（１６０）と、分岐流路（１６１）の減圧器（１６０）および冷媒吸引口（１４２）の間に配設されて、冷媒および室内空気の間で熱交換する第２室内熱交換器（１７０）と、圧縮機（１１０）が、第１室内熱交換（１５０）から冷媒を吸入して室外熱交換器（１３０）に吐出するように、あるいは室外熱交換器（１３０）から冷媒を吸入して第１室内熱交換器（１５０）に吐出するように冷媒の流路を切替える流路切替え手段（１２０）と、分岐流路（１６１）の第２室内熱交換器（１７０）および冷媒吸引口（１４２）の間に配設されて、分岐流路（１６１）の絞り度を可変する可変絞り（１８０）とを設けたことを特徴としている。

これにより、室外熱交換器（１３０）、第１室内熱交換器（１５０）、第２室内熱交換器（１７０）の３つの熱交換器を常に活用した冷房運転、暖房運転、除湿暖房運転が可能となる。

即ち、流路切替え手段（１２０）によって圧縮機（１１０）が第１室内熱交換器（１５０）から冷媒を吸入して、室外熱交換器（１３０）に吐出するように冷媒の流路を切替えると共に、可変絞り（１８０）を全開として絞り度を無くすことで、圧縮機（１１０）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（１３０）からエジェクタ（１４０）および分岐流路（１６１）を流れる。そして、分岐流路（１６１）に流入した冷媒は、減圧器（１６０）で減圧されて第２室内熱交換器（１７０）に流入すると共に、全開となる可変絞り（１８０）を通過して、エジェクタ（１４０）の冷媒吸引口（１４２）に流入する。室外熱交換器（１３０）からエジェクタ（１４０）に流入した冷媒は、ノズル（１４１）によって減圧膨張され、また、冷媒吸引口（１４２）から吸引される冷媒と混合され、昇圧部（１４３）で昇圧されて第１室内熱交換器（１５０）に流入し、圧縮機（１１０）に戻る。よって、この場合の蒸気圧縮式サイクル（１００）では、第１、第２室内熱交換器（１５０、１７０）で室内空気から吸熱して、この熱を室外熱交換器（１３０）で放熱する形となり、第１、第２室内熱交換器（１５０、１７０）で室内空気を冷却する冷房運転が可能となる。

また、流路切替え手段（１２０）によって圧縮機（１１０）が室外熱交換器（１３０）から冷媒を吸入して、第１室内熱交換器（１５０）に吐出するように冷媒の流路を切替えると共に、エジェクタ（１４０）のノズル（１４１）を全閉とし、更に、可変絞り（１８０）を全開として絞り度を無くすことで、圧縮機（１１０）から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器（１５０）に流入する。そして、冷媒はエジェクタ（１４０）の昇圧部（１４３）から冷媒吸引部（１４２）を抜けて、全開となる可変絞り（１８０）を通過して、第２室内熱交換器（１７０）に流入する。第２室内熱交換器（１７０）から流出する冷媒は、減圧器（１６０）で減圧されて室外熱交換器（１３０）に流入し、圧縮機（１１０）に戻る。よって、この場合の蒸気圧縮式サイクル（１００）では、室外熱交換器（１３０）で室外空気から吸熱して、この熱を第１、第２室内熱交換器（１５０、１７０）で放熱する形となり、第１、第２室内熱交換器（１５０、１７０）で室内空気を加熱する暖房運転が可能となる。

更に、流路切替え手段（１２０）によって圧縮機（１１０）が第１室内熱交換器（１５０）から冷媒を吸入して、室外熱交換器（１３０）に吐出するように冷媒の流路を切替えると共に、エジェクタ（１４０）のノズル（１４１）を全閉とし、更に、可変絞り（１８０）を絞って所定の絞り度することで、圧縮機（１１０）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（１３０）から分岐流路（１６１）を流れる。そして、分岐流路（１６１）に流入した冷媒は、減圧器（１６０）で減圧されて第２室内熱交換器（１７０）に流入すると共に、可変絞り（１８０）で減圧されて、エジェクタ（１４０）の冷媒吸引口（１４２）に流入する。エジェクタ（１４０）の冷媒吸引口（１４２）に流入した冷媒は、昇圧部（１４３）を通り第１室内熱交換器（１５０）に流入し、圧縮機（１１０）に戻る。よって、この場合の蒸気圧縮式サイクル（１００）では、第１室内熱交換器（１５０）で室内空気から吸熱して、この熱を室外熱交換器（１３０）および第２室内熱交換器（１７０）で放熱する形となり、第１室内熱交換器（１５０）で室内空気を冷却すると共に、第２室内熱交換器（１７０）で室内空気を加熱する除湿暖房運転が可能となる。

請求項２に記載の発明では、流路切替え手段（１２０）は、圧縮機（１１０）の吸入側、圧縮機（１１０）の吐出側、室外熱交換器（１３０）側、第１室内熱交換器（１５０）側の４点が接続されて、所定の２点同士を連通すると共に、その連通の組合せを切替え可能とする四方弁（１２０）としたことを特徴としており、これにより、容易に流路切替え手段（１２０）を構成することができる。

請求項３に記載の発明では、室外熱交換器（１３０）から減圧器（１６０）へ流れる冷媒と、第１室内熱交換器（１５０）から圧縮機（１１０）へ流れる冷媒との間で熱交換する内部熱交換器（１９５）が設けられたことを特徴としている。

これにより、冷房運転時、あるいは除湿暖房運転時において、放熱後の冷媒を吸熱後の冷媒で冷却することができるので、放熱後の冷媒のエンタルピを小さくすることができ、吸熱側における入口側と出口側とのエンタルピ差を大きくして、吸熱能力を増大させることができる。また、吸熱後の冷媒は逆に加熱されることになり、所定の過熱度を持つ気相冷媒とすることができるので、圧縮機（１１０）における液圧縮を確実に防止することができる。

尚、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）
本発明の第１実施形態を図１に示す。第１実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式サイクル１００を乗用車、バス、トラック等の車両に搭載される車両用冷凍サイクル装置に適用したものである。尚、図１は蒸気圧縮式サイクル１００の全体構成を示す模式図であり、図１中の細線矢印は冷房運転時の冷媒の流れ方向を示すものである。

蒸気圧縮式サイクル１００において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１０は、電磁クラッチ１１１、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。電磁クラッチ１１１の断続は、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。

尚、この圧縮機１１０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１１１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良い。また、圧縮機１１０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１１０の冷媒吐出側には流路切替え手段としての四方弁１２０が配設されている。四方弁１２０は、４つの接続部を有し、内部に設けられた例えば電気アクチュエータ機構によって、所定の２つの接続部同士を連通すると共に、その連通の組合せを切替え可能とする弁である。

具体的には、四方弁１２０の４つの接続部には吸入配管１１２、吐出配管１１３、室外用配管１３１、室内用配管１５１が接続されている。そして、四方弁１２０は、図１中の四方弁１２０内の実線で示されるように、吐出配管１１３と室外用配管１３１とを連通状態とすると共に、室内用配管１５１と吸入配管１１２とを連通状態とする第１パターン、および図１中の四方弁１２０内の破線で示されるように、吐出配管１１３と室内用配管１５１とを連通状態とすると共に、室外用配管１３１と吸入配管１１２とを連通状態とする第２パターンの切替えを可能としている。四方弁１２０の上記第１、第２パターンの切替えは、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。

室外用配管１３１の反四方弁側には、例えば車両のエンジンルームに配設される室外熱交換器１３０の一端側が接続されている。室外熱交換器１３０は、内部を流通する冷媒と室外空気との間で熱交換する熱交換器である。

本実施形態では、蒸気圧縮式サイクル１００の冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ_２）を使用しており、四方弁１２０によって流路が第１パターンに切替えられた時に、圧縮機１１０から吐出される高圧圧力は臨界圧力を超える超臨界サイクルとなるようにしている。この場合、室外熱交換器１３０は、超臨界状態の冷媒の熱を室外空気に放出して、この冷媒を冷却する放熱器（ガスクーラ）として作用する。また、四方弁１２０の流路切替えによって、室外熱交換器１３０に室外空気よりも低温となる低圧の冷媒が流れる場合は、室外熱交換器１３０は室外空気から吸熱する吸熱器として作用する。

尚、冷媒としては、通常のフロン系冷媒を用いても良く、この場合は、四方弁１２０によって流路が第１パターンに切替えられた時に、圧縮機１１０から吐出される高圧圧力は臨界圧力を超えない亜臨界サイクルとなるので、室外熱交換器１３０は冷媒を凝縮する凝縮器として作用する。

室外熱交換器１３０の他端側には、後述するノズル部（ノズル）１４１の開度を調整可能とする可変式のエジェクタ１４０が接続されている。このエジェクタ１４０は、冷媒を減圧する減圧手段であると共に、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（流体輸送）を行う冷媒循環手段（運動量輸送式ポンプ）でもある（ＪＩＳＺ８１２６番号２．１．２．３等参照）。

エジェクタ１４０は、室外熱交換器１３０から流入する高圧冷媒の通路面積（開度）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１４１を有している。ノズル部１４１は、絞りとなる所定のノズル開度に対して、ノズル開度ゼロとなる全閉状態への切替えを可能としている。このノズル部１４１のノズル開度は、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。

エジェクタ１４０の側壁には、ノズル部１４１の冷媒噴出口となる空間に連通して、後述する第２室内熱交換器１７０からの気相冷媒を吸引する冷媒吸引口１４２が設けられている。更に、ノズル部１４１および冷媒吸引口１４２の冷媒流れ下流側部位には、ノズル部１４１からの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１４２からの吸引冷媒とを混合した後に、混合冷媒を昇圧させる昇圧部１４３が設けられている。

エジェクタ１４０の昇圧部１４３には、第１室内熱交換器１５０の一端側が接続され、第１室内熱交換器１５０の他端側は室内用配管１５１に接続されている。第１室内熱交換器１５０は、内部を流通する冷媒と室内空気との間で熱交換する熱交換器である。更に具体的には、四方弁１２０の流路切替えによって、第１室内熱交換器１５０に室内空気よりも低温となる低圧の冷媒が流れる場合は、第１室内熱交換器１５０は室内空気から吸熱する吸熱器として作用する。また、四方弁１２０の流路切替えによって、第１室内熱交換器１５０に室内空気よりも高温となる高圧の冷媒が流れる場合は、第１室内熱交換器１５０は冷媒の熱を室内空気に放出する放熱器として作用する。

エジェクタ１４０のノズル部１４１側と冷媒吸引部１４２との間には分岐流路としての分岐配管１６１が接続されている。即ち、分岐配管１６１は、室外熱交換器１３０とエジェクタ１４０との間から分岐して、分岐した先端側が冷媒吸引口１４２に接続される配管である。尚、図１中のＺは、分岐配管１６１の分岐点を示す。

上記分岐配管１６１には絞り機構１６０が配設されている。絞り機構１６０は、絞り開度を調整可能として分岐配管１６１を絞ることで、ここを流通する冷媒を減圧膨張させる減圧器である。絞り機構１６０の絞り開度は、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。

分岐配管１６１の絞り機構１６０とエジェクタ１４０の冷媒吸引口１４２との間には、第２室内熱交換器１７０が配設されている。第２室内熱交換器１７０は、内部を流通する冷媒と室内空気との間で熱交換する熱交換器である。更に具体的には、上記第１室内熱交換器１５０と同様に、四方弁１２０の流路切替えによって、第２室内熱交換器１７０に室内空気よりも低温となる低圧の冷媒が流れる場合は、第２室内熱交換器１７０は室内空気から吸熱する吸熱器として作用する。また、四方弁１２０の流路切替えによって、第２室内熱交換器１７０に室内空気よりも高温となる高圧の冷媒が流れる場合は、第２室内熱交換器１７０は冷媒の熱を室内空気に放出する放熱器として作用する。

第２室内熱交換器１７０は、上記した第１室内熱交換器１５０と共に、空調ケース１５０Ｂ内に収容されて、空調ユニット１５０Ａを形成している。空調ユニット１５０Ａは、例えば車室内のインストルメントパネル内に配設されている。空調ユニット１５０Ａにおいては、図１中の太線矢印で示すように、図示しない送風機によって、第１室内熱交換器１５０側から第２室内熱交換器１７０側に室内空気（車室内に取り込んだ室外空気、あるいはもともとの室内空気）が供給されて、第１、第２室内熱交換器１５０、１７０によって、室内空気は熱交換されて、熱交換された室内空気は車室内に吹出される。

更に、分岐配管１６１の第２室内熱交換器１７０と、エジェクタ１４０の冷媒吸引口１４２との間には、絞り機構１８０が配設されている。絞り機構１８０は、絞り開度を調整可能として分岐配管１６１を絞ることで、ここを流通する冷媒を減圧膨張させる可変絞りとしている。尚、絞り機構１８０の絞り開度は、分岐配管１６１と同等の流路面積を確保する全開状態まで調整可能となっている。そして、絞り機構１８０の絞り開度は、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。

吸入配管１１２の途中には、ここを流れる冷媒を気液２相に分離するアキュムレータ（気液分離器）１９０が配設されている。アキュムレータ１９０は、分離した冷媒のうち液相冷媒を内部に溜めて、気相冷媒を流通させる。

そして、本蒸気圧縮式サイクル１００には、室外熱交換器１３０から絞り機構１６０へ流れる冷媒、更に具体的には室外熱交換器１３０から分岐点Ｚへ流れる冷媒と、四方弁１２０が第１パターンに切替えられた時の第１室内熱交換器１５０から圧縮機１１０へ流れる冷媒、更に具体的にはアキュムレータ１９０から圧縮機１１０へ流れる冷媒との間で熱交換する内部熱交換器１９５が設けられている。内部熱交換器１９５は、内部に２つの流路を有しており、両流路を流れる冷媒の間で熱交換する。

次に、上記構成に基づく第１実施形態の作動について、図２〜図６を加えて説明する。尚、図２は冷房運転時における冷媒状態を示すモリエル線図、図３は蒸気圧縮式サイクル１００の暖房運転時の冷媒流れを示す模式図、図４は暖房運転時における冷媒状態を示すモリエル線図、図５は蒸気圧縮式サイクル１００の除湿暖房運転時の冷媒流れを示す模式図、図６は除湿暖房運転時における冷媒状態を示すモリエル線図である。

１．冷房運転（図１、図２）
図示しない制御装置は、四方弁１２０を第１パターンに切替え、絞り機構１８０の絞り開度を全開状態にすると共に、電磁クラッチ１１１を接続状態にして、圧縮機１１０を車両走行用エンジンにより駆動する。圧縮機１１０で圧縮され吐出された高温高圧冷媒は、吐出配管１１３、四方弁１２０、室外用配管１３１を通り室外熱交換器１３０に流入する。室外熱交換器１３０では高温の冷媒の熱が室外空気に放出されて、冷却される（図２中の室外ＨＥ）。

室外熱交換器１３０を流出した冷媒は、内部熱交換器１９５の一方の流路を流通し、後述するアキュムレータ１９０から流出されて内部熱交換器１９５の他方の流路を流通する低温低圧冷媒によって更に冷却される（図２中の上側の波状部）。

内部熱交換器１９５の一方の流路から流出した冷媒は、分岐点Ｚにてエジェクタ１４０に向かう冷媒流れと、分岐配管１６１に向かう冷媒流れとに分流する。

エジェクタ１４０に流入した冷媒は、ノズル部１４１で減圧膨張され、低温低圧冷媒となる（図２中のエジェクタ）。従って、ノズル部１４１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１４１の噴出口から冷媒は高速度となって噴出する。この際の冷媒圧力低下により、冷媒吸引口１４２から分岐配管１６１の第２室内熱交換器１７０通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。ノズル部１４１から噴出した冷媒と冷媒吸引口１４２に吸引された冷媒は、ノズル部１４１下流側の昇圧部１４３で混合されると共に、速度（膨張）エネルギーが圧力エネルギーに変換されて、昇圧される。

そして、エジェクタ１４０（昇圧部１４３）から流出した冷媒は第１室内熱交換器１５０に流入する。第１室内熱交換器１５０では、冷媒は図１中の太線矢印方向の室内空気から吸熱して蒸発する（図２中の室内ＨＥ１）。室内空気は、冷媒蒸発時の蒸発潜熱により冷却される。

一方、分岐配管１６１に流入した冷媒は、絞り機構１６０で減圧膨張されて低温低圧冷媒となり（図２中の絞り１６０）、この低温低圧冷媒が第２室内熱交換器１７０に流入する。第２室内熱交換器１７０では、上記第１室内熱交換器１５０を通過した室内空気から吸熱して蒸発する（図２中の室内ＨＥ２）。室内空気は、第２室内熱交換器１７０での冷媒蒸発時の蒸発潜熱により更に冷却される。蒸発後の冷媒は、全開状態に制御された絞り機構１８０を通過して、冷媒吸引口１４２からエジェクタ１４０内に吸引される。

そして、第１室内熱交換器１５０から流出された蒸発後の冷媒は、室内配管１５１、四方弁１２０、吸入配管１１２を経て、アキュムレータ１９０に吸入される。アキュムレータ１９０では、冷媒は気液分離され、液相冷媒は内部に溜められると共に、気相冷媒は内部熱交換器１９５の他方の流路を流通する。この時、内部熱交換器１９５の一方の流路を流通する高温高圧の冷媒によって加熱されて、所定の過熱度を持った気相冷媒となって（図２中の下側の波状部）、圧縮機１１１に吸入され、再び圧縮される。

尚、図示しない制御装置は、第２室内熱交換器１７０を通過した室内空気の温度が、車両乗員の設定する設定空気温度となるように、絞り機構１６０の絞り開度を制御する。

２．暖房運転（図３、図４）
図示しない制御装置は、四方弁１２０を第２パターンに切替え、エジェクタ１４０のノズル部１４１を全閉状態にし、絞り機構１８０の絞り開度を全開状態にすると共に、電磁クラッチ１１１を接続状態にして、圧縮機１１０を車両走行用エンジンにより駆動する。圧縮機１１０で圧縮され吐出された高温高圧冷媒は、吐出配管１１３、四方弁１２０、室内用配管１５１を通り第１室内熱交換器１５０に流入する。

第１室内熱交換器１５０では、冷媒は図１中の太線矢印方向の室内空気に放熱して冷却される（図４中の室内ＨＥ１）。つまり、室内空気は冷媒からの放熱により加熱される。

第１室内熱交換器１５０で冷却された冷媒は、エジェクタ１４０の昇圧部１４３側から流入する。ここではエジェクタ１４０のノズル部１４１が全閉状態に制御されているため、昇圧部１４３に流入した冷媒はエジェクタ１４０内を通過し冷媒吸引口１４２から流出する。更に冷媒は全開状態に制御された絞り機構１８０を通過して第２室内熱交換器１７０に流入する。

第２室内熱交換器１７０では、冷媒は上記第１室内熱交換器１５０を通過した室内空気に放熱して冷却される（図４中の室内ＨＥ２）。つまり、室内空気は第２室内熱交換器１７０での冷媒からの放熱により更に加熱される。

そして、第２室内熱交換器１７０を流出した冷媒は、絞り機構１６０で減圧膨張されて低温低圧冷媒となり（図２中の絞り１６０）、この低温低圧冷媒は、分岐点Ｚ、内部熱交換器１９５の一方の流路を通過して、室外熱交換器１３０に流入する。尚、ここでは、内部熱交換器１９５の両流路を流通する冷媒は、共に低温低圧冷媒となるため、内部熱交換器１９５における上記冷房運転時のような熱交換は成されない。

室外熱交換器１３０では、冷媒は室外空気から吸熱して蒸発する（図４中の室外ＨＥ）。そして、室外熱交換器１３０から流出された蒸発後の冷媒は、室外用配管１３１、四方弁１２０、吸入配管１１２を経て、アキュムレータ１９０に吸入される。アキュムレータ１９０では、上記冷房運転時と同様に、冷媒は気液分離され、液相冷媒は内部に溜められると共に、気相冷媒は内部熱交換器１９５の他方の流路を通過し、圧縮機１１１に吸入され、再び圧縮される。

３．除湿暖房運転（図５、図６）
図示しない制御装置は、四方弁１２０を第１パターンに切替え、エジェクタ１４０のノズル部１４１を全閉状態にすると共に、電磁クラッチ１１１を接続状態にして、圧縮機１１０を車両走行用エンジンにより駆動する。圧縮機１１０で圧縮され吐出された高温高圧冷媒は、吐出配管１１３、四方弁１２０、室外用配管１３１を通り室外熱交換器１３０に流入する。室外熱交換器１３０では高温の冷媒の熱が室外空気に放出されて、冷却される（図６中の室外ＨＥ）。

室外熱交換器１３０を流出した冷媒は、内部熱交換器１９５の一方の流路を流通し、後述するアキュムレータ１９０から流出されて内部熱交換器１９５の他方の流路を流通する低温低圧冷媒によって更に冷却される（図６中の上側の波状部）。

内部熱交換器１９５の一方の流路から流出した冷媒は、エジェクタ１４０のノズル部１４１が全閉状態に制御されていることから、分岐点Ｚを通過して分岐配管１６１に流入する。

分岐配管１６１に流入した冷媒は、絞り機構１６０で所定量減圧されて（図６中の絞り１６０）、この冷媒が第２室内熱交換器１７０に流入する。第２室内熱交換器１７０では、冷媒の放熱によって、後述する第１室内熱交換器１５０を通過して冷却（除湿）された室内空気を加熱する（図６中の室内ＨＥ２）。室内熱交換器１７０から流出した冷媒は、絞り機構１８０によって減圧膨張されて、冷媒吸引口１４２からエジェクタ１４０内に流入する。

エジェクタ１４０に流入した冷媒は、昇圧部１４３を通過して、第１室内熱交換器１５０に流入する。第１室内熱交換器１５０では、冷媒は図１中の太線矢印方向の室内空気から吸熱して蒸発する（図６中の室内ＨＥ１）。室内空気は、冷媒蒸発時の蒸発潜熱により冷却（除湿）される。ここでは、室内空気は第１室内熱交換器１５０によって冷却（除湿）されて、更に第２室内熱交換器１７０によって加熱される。

そして、第１室内熱交換器１５０から流出された蒸発後の冷媒は、室内配管１５１、四方弁１２０、吸入配管１１２を経て、アキュムレータ１９０に吸入される。アキュムレータ１９０では、上記冷房運転時と同様に、冷媒は気液分離され、液相冷媒は内部に溜められると共に、気相冷媒は内部熱交換器１９５の他方の流路を流通する。この時、内部熱交換器１９５の一方の流路を流通する高温高圧の冷媒によって加熱されて、所定の過熱度を持った気相冷媒となって（図６中の下側の波状部）、圧縮機１１１に吸入され、再び圧縮される。

尚、図示しない制御装置は、第２室内熱交換器１７０を通過した室内空気の湿度、温度が、車両乗員の設定する設定空気湿度、温度となるように、絞り機構１６０、１８０の絞り開度を制御する。

以上のように、本実施形態の蒸気圧縮式サイクル１００では、室外熱交換器１３０、可変式のエジェクタ１４０、第１、第２室内熱交換器１５０、１７０、流路切替え手段１２０、および可変絞りとしての絞り機構１８０を設けるようにしているので、流路の切替えおよび所定部位での冷媒減圧が可能となり、室外熱交換器１３０、第１室内熱交換器１５０、第２室内熱交換器１７０の３つの熱交換器を常に活用した冷房運転、暖房運転、除湿暖房運転が可能となる。

ここでは、四方弁１２０を用いることで、容易に流路切替え手段（１２０）を構成することができる。

また、蒸気圧縮式サイクル１００内に、内部熱交換器１９５を設けるようにしているので、冷房運転時、あるいは除湿暖房運転時において、室外熱交換器１３０での放熱後の冷媒を、第１室内熱交換器１５０での吸熱後の冷媒で冷却することができ、放熱後の冷媒のエンタルピを小さくすることができ、室内熱交換器（１５０および１７０、あるいは１５０）における入口側と出口側とのエンタルピ差を大きくして、吸熱能力を増大させることができる。また、第１室内熱交換器１５０での吸熱後の冷媒は逆に加熱されることになり、所定の過熱度を持つ気相冷媒とすることができるので、圧縮機１１０における液圧縮を確実に防止することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、流路切替え手段を変更したものである。第２実施形態における流路切替え手段は、四方弁１２０に代えて三方弁１２０Ａを用いて、電磁弁１２０Ｂ、１２０Ｃ、連通配管１２０Ｄを追加して形成されるようにしている。

三方弁１２０Ａは、３つの接続部を有し、各接続部には吐出配管１１３、室外用配管１３１、室内用配管１５１が接続されている。そして、三方弁１２０Ａの内部に設けられた例えば電気アクチュエータ機構によって、吐出配管１１３と室外用配管１３１とが連通状態とされる第１パターン、および吐出配管１１３と室内用配管１５１とが連通状態とされる第２パターンの切替えを可能としている。三方弁１２０Ａの上記第１、第２パターンの切替えは、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。

吸入配管１１２の圧縮機１１０側端部は、室外用配管１３１に接続されており、この接続部近傍に吸入配管１１２を開閉する電磁弁１２０Ｂを配設している。電磁弁１２０Ｂの開閉は、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。

また、室内用配管１５１の第１室内熱交換器１５０近傍と、吸入配管１１２の電磁弁１２０Ｂおよびアキュムレータ１９０間のアキュムレータ１９０近傍とを連通させる連通配管１２０Ｄを設け、この連通配管１２０Ｄには、連通配管１２０Ｄを開閉する電磁弁１２０Ｃを配設している。電磁弁１２０Ｃの開閉は、上記電磁弁１２０Ｂと同様に、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。

上記構成において、冷房運転時は、図示しない制御装置によって、三方弁１２０Ａを第１パターンに切替え、電磁弁１２０Ｂを閉じ、電磁弁１２０Ｃを開く。そして、絞り機構１８０の絞り開度を全開状態にすると共に、電磁クラッチ１１１を接続状態にして、圧縮機１１０を車両走行用エンジンにより駆動する。すると、図７中の実線矢印のように冷媒は循環し、第１実施形態と同様に、第１、第２室内熱交換器１５０、１７０で吸熱して、室外熱交換器１３０で放熱するサイクルとなり、第１、第２室内熱交換器１５０、１７０による室内空気の冷却が可能となる。

また、暖房運転時は、図示しない制御装置によって、三方弁１２０Ａを第２パターンに切替え、電磁弁１２０Ｂを開き、電磁弁１２０Ｃを閉じる。そして、エジェクタ１４０のノズル部１４１を全閉状態にし、絞り機構１８０の絞り開度を全開状態にすると共に、電磁クラッチ１１１を接続状態にして、圧縮機１１０を車両走行用エンジンにより駆動する。すると、図７中の破線矢印のように冷媒は循環し、第１実施形態と同様に、室外熱交換器１３０で吸熱して、第１、第２室内熱交換器１５０、１７０で放熱するサイクルとなり、第１、第２室内熱交換器１５０、１７０による室内空気の加熱が可能となる。

更に、除湿暖房運転時は、図示しない制御装置によって、三方弁１２０Ａを第１パターンに切替え、電磁弁１２０Ｂを閉じ、電磁弁１２０Ｃを開く。そして、エジェクタ１４０のノズル部１４１を全閉状態にすると共に、電磁クラッチ１１１を接続状態にして、圧縮機１１０を車両走行用エンジンにより駆動する。すると、図７中の一点鎖線矢印のように冷媒は循環し、第１実施形態と同様に、第１室内熱交換器１５０で吸熱して、室外熱交換器１３０、第２室内熱交換器１７０で放熱するサイクルとなり、第１室内熱交換器１５０による室内空気の冷却、および第２室内熱交換器１７０による室内空気の加熱が可能となる。

以上のように、三方弁１２０Ａ、電磁弁１２０Ｂ、１２０Ｃ、連通配管１２０Ｄ等を用いた流路切替え手段においても、室外熱交換器１３０、第１室内熱交換器１５０、第２室内熱交換器１７０の３つの熱交換器を常に活用した冷房運転、暖房運転、除湿暖房運転が可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、内部熱交換器１９５の配設位置を変更したものである。

ここでは、冷房運転時、あるいは除湿暖房運転時に内部熱交換器１９５内で高温高圧冷媒が流通する一方の流路を、分岐配管１６１に配設しており、これにより上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、蒸気圧縮式サイクル１００を車両用冷凍サイクル装置に適用したものとして説明したが、家庭用空調装置の冷凍サイクルに適用しても良い。

第１実施形態における蒸気圧縮式サイクルを示す模式図である（冷房運転時）。冷房運転時における冷媒状態を示すモリエル線図である。第１実施形態における蒸気圧縮式サイクルを示す模式図である（暖房運転時）。暖房運転時における冷媒状態を示すモリエル線図である。第１実施形態における蒸気圧縮式サイクルを示す模式図である（除湿暖房運転時）。除湿暖房運転時における冷媒状態を示すモリエル線図である。第２実施形態における蒸気圧縮式サイクルを示す模式図である。第３実施形態における蒸気圧縮式サイクルを示す模式図である。

符号の説明

１００蒸気圧縮式サイクル
１１０圧縮機
１２０四方弁（流路切替え手段）
１３０室外熱交換器
１４０エジェクタ
１４１ノズル部
１４２冷媒吸引口
１４３昇圧部
１５０第１室内熱交換器
１６０絞り機構（減圧器）
１６１分岐配管（分岐流路）
１７０第２室内熱交換器
１８０絞り機構（可変絞り）
１９５内部熱交換器

Claims

冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１１０）と、
前記冷媒および室外空気の間で熱交換する室外熱交換器（１３０）と、
前記室外熱交換器（１３０）から接続されて、開度調整可能とするノズル（１４１）によって高圧の前記冷媒を減圧膨張させると共に、冷媒吸引口（１４２）から前記冷媒を吸引した後に昇圧部（１４３）で昇圧させるエジェクタ（１４０）と、
前記エジェクタ（１４０）から接続されて、前記冷媒と室内空気との間で熱交換する第１室内熱交換器（１５０）と、
前記室外熱交換器（１３０）および前記エジェクタ（１４０）の間から分岐して、前記冷媒吸引口（１４２）に接続される分岐流路（１６１）に配設されて、前記冷媒を減圧膨張させる減圧器（１６０）と、
前記分岐流路（１６１）の前記減圧器（１６０）および前記冷媒吸引口（１４２）の間に配設されて、前記冷媒および前記室内空気の間で熱交換する第２室内熱交換器（１７０）と、
前記圧縮機（１１０）が、前記第１室内熱交換（１５０）から前記冷媒を吸入して前記室外熱交換器（１３０）に吐出するように、あるいは前記室外熱交換器（１３０）から前記冷媒を吸入して前記第１室内熱交換器（１５０）に吐出するように前記冷媒の流路を切替える流路切替え手段（１２０）と、
前記分岐流路（１６１）の前記第２室内熱交換器（１７０）および前記冷媒吸引口（１４２）の間に配設されて、前記分岐流路（１６１）の絞り度を可変する可変絞り（１８０）とを設けたことを特徴とする蒸気圧縮式サイクル。
前記流路切替え手段（１２０）は、前記圧縮機（１１０）の吸入側、前記圧縮機（１１０）の吐出側、前記室外熱交換器（１３０）側、前記第１室内熱交換器（１５０）側の４点が接続されて、所定の２点同士を連通すると共に、その連通の組合せを切替え可能とする四方弁（１２０）としたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式サイクル。
前記室外熱交換器（１３０）から前記減圧器（１６０）へ流れる前記冷媒と、
前記第１室内熱交換器（１５０）から前記圧縮機（１１０）へ流れる前記冷媒との間で熱交換する内部熱交換器（１９５）が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気圧縮式サイクル。