JP5962571B2 - エジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、流体を減圧させるとともに、高速度で噴射される噴射流体の吸引作用によって流体を吸引するエジェクタに関する。

従来、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に適用される減圧装置として、エジェクタが知られている。この種のエジェクタでは、冷媒を減圧させるノズル部を有し、このノズル部から噴射される噴射冷媒の吸引作用によって蒸発器から流出した気相冷媒を吸引し、昇圧部（ディフューザ部）にて噴射冷媒と吸引冷媒とを混合して昇圧させることができる。

従って、減圧装置としてエジェクタを備える冷凍サイクル装置（以下、エジェクタ式冷凍サイクルという。）では、エジェクタの昇圧部における冷媒昇圧作用を利用して圧縮機の消費動力を低減させることができ、減圧装置として膨張弁等を備える通常の冷凍サイクル装置よりもサイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

さらに、特許文献１には、エジェクタ式冷凍サイクルに適用されるエジェクタとして、冷媒を二段階に減圧させるノズル部を有するものが開示されている。より詳細には、この特許文献１のエジェクタでは、第１ノズルにて高圧液相状態の冷媒を気液二相状態となるまで減圧し、気液二相状態となった冷媒を第２ノズルへ流入させている。

これにより、特許文献１のエジェクタでは、第２ノズルにおける冷媒の沸騰を促進してノズル部全体としてのノズル効率の向上を図り、エジェクタ式冷凍サイクル全体として、より一層のＣＯＰの向上を図ろうとしている。

また、一般的なエジェクタでは、ノズル部の軸線方向の延長線上にディフューザ部（昇圧部）が同軸上に配置されている。さらに、特許文献２には、このように配置されたディフューザ部の広がり角度を比較的小さくすることで、エジェクタ効率を向上できることが記載されている。

なお、ノズル効率とは、ノズル部において冷媒の圧力エネルギを運動エネルギに変換する際のエネルギ変換効率であり、エジェクタ効率は、エジェクタ全体としてのエネルギ変換効率である。

特許第３３３１６０４号公報 特開２００３−１４３１８号公報

ところが、特許文献１のエジェクタでは、例えば、エジェクタ式冷凍サイクルの熱負荷が低くなり、サイクルの高圧側冷媒の圧力と低圧側冷媒の圧力との圧力差（高低圧差）が縮小してしまうと、第１ノズルにて高低圧差分の減圧がなされてしまい、第２ノズルでは殆ど冷媒が減圧されなくなってしまうことがある。

このような場合、第２ノズルへ気液二相冷媒を流入させることによるノズル効率向上効果を得られなくなってしまい、ディフューザ部にて冷媒を充分に昇圧させることができなくなってしまうことがある。

これに対して、特許文献１のエジェクタに特許文献２に開示されている比較的小さい広がり角度のディフューザ部を適用し、エジェクタ効率を向上させることによって、エジェクタ式冷凍サイクルの低負荷時にもディフューザ部にて冷媒を充分に昇圧させる手段が考えられる。

しかし、このようなディフューザ部を適用すると、エジェクタ全体としてノズル部の軸線方向の長さが長くなってしまうので、エジェクタ式冷凍サイクルの通常負荷時においてはエジェクタの体格が不必要に大きくなってしまうことが問題となる。

これに対して、本発明者らは、先に、特願２０１２−１８４９５０号（以下、先願例という。）にて、
エジェクタ式冷凍サイクルに適用されるエジェクタであって、
放熱器から流出した冷媒を旋回させる旋回空間、この旋回空間から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間、減圧用空間の冷媒流れ下流側に連通して蒸発器から流出した冷媒を吸引する吸引用通路、および減圧用空間から噴射された噴射冷媒と吸引用通路から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧させる昇圧用空間が形成されたボデーと、
少なくとも一部が減圧用空間の内部および昇圧用空間の内部に配置されて、減圧用空間から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成された通路形成部材と、
ボデーのうち減圧用空間を形成する部位の内周面と通路形成部材の外周面との間に形成される冷媒通路が、旋回空間から流出した冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路を形成し、
ボデーのうち昇圧用空間を形成する部位の内周面と通路形成部材の外周面との間に形成される冷媒通路が、噴射冷媒および吸引冷媒を混合して昇圧させるディフューザとして機能するディフューザ通路を形成し、
ノズル通路には、冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部、および最小通路面積部からノズル通路の冷媒出口部へ向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する末広部が設けられているエジェクタを提案している。

この先願例のエジェクタでは、旋回空間にて冷媒を旋回させることで、旋回空間内の旋回中心側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力となるまで低下させることができる。これにより、旋回中心軸の外周側よりも内周側に気相冷媒が多く存在するようにして、旋回空間内の冷媒を、旋回中心線近傍はガス単相、その周りは液単相の二相分離状態とすることができる。

このように二相分離状態となった冷媒をノズル通路へ流入させると、壁面沸騰および界面沸騰によって沸騰が促進されるので、ノズル通路の最小通路面積部近傍にて、気相と液相が均質に混合した理想的な気液混合状態とすることができる。さらに、この理想的な気液混合状態となった冷媒に閉塞（チョーキング）を生じさせて、冷媒の流速を二相音速以上となるまで加速することができる。

そして、二相音速以上とまるまで加速した超音速状態の冷媒を最小通路面積部の下流側に配置された末広部にて、さらに加速することができる。これにより、ノズル通路にて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギへ変換する際のエネルギ変換効率（従来技術のノズル効率に相当）を向上させることができる。

さらに、先願例のエジェクタでは、通路形成部材として減圧用空間から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成されたものを採用して、ディフューザ通路の形状を減圧用空間から離れるに伴って通路形成部材の外周に沿って広がる形状としている。これにより、ディフューザ通路の軸方向寸法が拡大してしまうことを抑制でき、エジェクタ全体としての体格の大型化を抑制することができる。

つまり、先願例のエジェクタによれば、体格の大型化を招くことなく、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動によらず高いエネルギ変換効率を発揮させることができる。

そして、本発明者らは、エジェクタのエネルギ変換効率の更なる向上のために、先願例のエジェクタについて検討を進めたところ、先願例のエジェクタでは、エジェクタ式冷凍サイクルの負荷変動によらず高いエネルギ変換効率を発揮できるものの、運転条件によっては、所望のエネルギ変換効率を得られないことがあった。

そこで、本発明者らがその原因について調査したところ、先願例のエジェクタでは、旋回中心側に気相冷媒が偏在し、外周側に液相冷媒が偏在した二相分離状態の冷媒をノズル通路へ流入させていることが原因であると判った。その理由は、このような二相分離状態の冷媒をノズル通路へ流入させると、外周側に偏在する液相冷媒に沸騰核が供給されにくくなってしまい、外周側に偏在する液相冷媒に沸騰遅れが生じてしまうからである。

つまり、外周側に偏在する液相冷媒に沸騰遅れが生じてしまうと、ノズル通路へ流入した冷媒が理想的な気液混合状態となりにくく、ノズル通路へ流入した冷媒が二相音速以上となる箇所が、最小通路面積部の下流側、すなわち末広部の内部となってしまう。このため、末広部の冷媒通路のうち、最小通路面積部から冷媒が二相音速以上となる箇所へ至る範囲では、超音速状態の冷媒を加速することができないばかりか、冷媒通路面積の拡大によって亜音速状態（二相音速より低い流速）の冷媒を減速させてしまうことになる。

その結果、液相冷媒に沸騰遅れが生じてしまう運転条件では、末広部の全領域を冷媒を加速するために有効に利用することができず、ノズル通路におけるエネルギ変換効率が所望の値よりも低下してしまう。

上記点に鑑み、本発明では、気液混合状態の冷媒を減圧させるエジェクタのエネルギ変換効率の低下を抑制することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項１に記載の発明では、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０）に適用されるエジェクタであって、
冷媒流入口（３１ａ）から流入した冷媒を旋回させる旋回空間（３０ａ）、旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間（３０ｂ）、減圧用空間（３０ｂ）の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒を吸引する吸引用通路（１３ｂ）、減圧用空間（３０ｂ）から噴射された噴射冷媒と吸引用通路（１３ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させる昇圧用空間（３０ｅ）が形成されたボデー（３０）と、少なくとも一部が減圧用空間（３０ｂ）の内部および昇圧用空間（３０ｅ）の内部に配置されるとともに、減圧用空間（３０ｂ）から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成された通路形成部材（３５）とを備え、
ボデー（３０）のうち減圧用空間（３０ｂ）を形成する部位の内周面と通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路（１３ａ）であり、ボデー（３０）のうち昇圧用空間（３０ｅ）を形成する部位の内周面と通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、噴射冷媒および吸引冷媒を混合して昇圧させるディフューザとして機能するディフューザ通路（１３ｃ）であり、
さらに、ノズル通路（１３ａ）には、冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部（３０ｍ）、最小通路面積部（３０ｍ）の冷媒流れ下流側に設けられて冷媒の旋回方向の速度成分を低下させる均質化部（１３２）、および均質化部（１３２）の出口側から冷媒流れ下流側へ向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する末広部（１３３）が形成されていることを特徴とする。

これによれば、旋回空間（３０ａ）にて冷媒を旋回させることによって、旋回空間（３０ａ）の旋回中心側の冷媒圧力を、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力まで低下させることができる。そして、旋回空間（３０ａ）の旋回中心側の二相分離状態の冷媒をノズル通路（１３ａ）へ流入させることで、ノズル通路（１３ａ）にて気相冷媒と液相冷媒が混合した気液混合状態の冷媒を減圧させることができる。

さらに、ノズル通路（１３ａ）に均質化部（１３２）が形成されているので、均質化部（１３２）にて冷媒の旋回方向の速度成分を低下させることができる。これにより、均質化部（１３２）内の冷媒を、旋回中心側に気相冷媒が偏在し、外周側に液相冷媒が偏在した不均質な気液混合状態から、気相と液相が均質に混合した理想的な気液混合状態とすることができる。

そして、均質化部（１３２）にて理想的な気液混合状態となった冷媒に閉塞（チョーキング）を生じさせて、冷媒の流速を二相音速以上となるまで加速し、さらに、末広部（３１ｆ）にて超音速状態の冷媒を加速することができる。

その結果、ノズル通路（１３ａ）から噴射される冷媒の流速を効果的に増速させることができ、気液混合状態の冷媒を減圧させるエジェクタのノズル通路（１３ａ）にて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギへ変換する際のエネルギ変換効率（従来技術のノズル効率に相当）が低下してしまうことを抑制できる。

なお、気相と液相が均質に混合した理想的な気液混合状態とは、液相冷媒がノズル通路の一部（例えば、ノズル通路の内壁面側等）に偏在することなく液滴（液相冷媒の粒）となって気相冷媒中に均質に分布している状態と定義することができる。また、気相と液相が均質に混合された理想的な気液混合状態では、液滴の流速と気相冷媒の流速が同等となる。

また、本請求項において、通路形成部材（３５）は、厳密に減圧用空間（３０ｂ）から離れるに伴って断面積が拡大する形状のみから形成されているものに限定されず、少なくとも一部に減圧用空間（３０ｂ）から離れるに伴って断面積が拡大する形状を含んでいることによって、ディフューザ通路（１３ｃ）の形状を減圧用空間（３０ｂ）から離れるに伴って外側へ広がる形状とすることができるものを含む。

さらに、「円錐状に形成された」とは、通路形成部材（３５）が完全な円錐形状に形成されているという意味に限定されず、円錐に近い形状、一部に円錐形状を含んだ形状、あるいは、円錐形状、円柱形状、円錐台形状を組み合わせた形状で形成されているという意味を含んでいる。具体的には、軸方向断面形状が二等辺三角形となるものに限定されず、頂点を挟む二辺が内周側に凸となる形状、頂点を挟む二辺が外周側に凸となる形状、さらに断面形状が半円形状となるもの等も含む意味である。

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。

第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの模式的な全体構成図である。 第１実施形態のエジェクタの軸方向断面図である。 第１実施形態のエジェクタの各冷媒通路の機能を説明するための模式的な断面図である。 図３のＸ部の模式的な拡大断面図である。 第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態のエジェクタのノズル通路の冷媒通路面積、壁面圧力および軸速度の変化を示すグラフである。 第２実施形態のエジェクタにおける図４に対応する図面である。 他の実施形態のエジェクタの均質化空間を円錐台形状に換算した際の拡がり角度を説明するための説明図である。

（第１実施形態）
図１〜図５を用いて、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態のエジェクタ１３は、図１の全体構成図に示すように、冷媒減圧手段としてエジェクタを備える冷凍サイクル装置、すなわち、エジェクタ式冷凍サイクル１０に適用されている。さらに、このエジェクタ式冷凍サイクル１０は、車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。

また、エジェクタ式冷凍サイクル１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、ＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

エジェクタ式冷凍サイクル１０において、圧縮機１１は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで昇圧して吐出するものである。具体的には、本実施形態の圧縮機１１は、１つのハウジング内に固定容量型の圧縮機構１１ａ、および圧縮機構１１ａを駆動する電動モータ１１ｂを収容して構成された電動圧縮機である。

この圧縮機構１１ａとしては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。また、電動モータ１１ｂは、後述する制御装置から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。

また、圧縮機１１は、プーリ、ベルト等を介して車両走行用エンジンから伝達された回転駆動力によって駆動されるエンジン駆動式の圧縮機であってもよい。この種のエンジン駆動式の圧縮機としては、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、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等を採用することができる。

圧縮機１１の吐出口側には、放熱器１２の凝縮部１２ａの冷媒入口側が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン１２ｄにより送風される車室外空気（外気）を熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。

より具体的には、この放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧気相冷媒と冷却ファン１２ｄから送風された外気とを熱交換させ、高圧気相冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮部１２ａ、凝縮部１２ａから流出した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄えるレシーバ部１２ｂ、およびレシーバ部１２ｂから流出した液相冷媒と冷却ファン１２ｄから送風される外気とを熱交換させ、液相冷媒を過冷却する過冷却部１２ｃを有して構成される、いわゆるサブクール型の凝縮器である。

冷却ファン１２ｄは、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。放熱器１２の過冷却部１２ｃの冷媒出口側には、エジェクタ１３の冷媒流入口３１ａが接続されている。

エジェクタ１３は、放熱器１２から流出した過冷却状態の高圧液相冷媒を減圧させて下流側へ流出させる冷媒減圧手段としての機能を果たすとともに、高速度で噴射される冷媒流の吸引作用によって後述する蒸発器１４から流出した冷媒を吸引（輸送）して循環させる冷媒循環手段（冷媒輸送手段）としての機能を果たす。さらに、本実施形態のエジェクタ１３は、減圧させた冷媒の気液を分離する気液分離手段としての機能も果たす。

エジェクタ１３の具体的構成については、図２〜図４を用いて説明する。なお、図２における上下の各矢印は、エジェクタ式冷凍サイクル１０を車両用空調装置に搭載した状態における上下の各方向を示している。また、図３、図４は、エジェクタ１３の各冷媒通路の機能および形状を説明するための模式的な断面図であって、図２と同一部分には同一の符号を付している。

まず、本実施形態のエジェクタ１３は、図２に示すように、複数の構成部材を組み合わせることによって構成されたボデー３０を備えている。具体的には、このボデー３０は、角柱状あるいは円柱状の金属もしくは樹脂等にて形成されてエジェクタ１３の外殻を形成するハウジングボデー３１を有し、このハウジングボデー３１の内部に、ノズルボデー３２、ミドルボデー３３、ロワーボデー３４等を固定して構成されたものである。

ハウジングボデー３１には、放熱器１２から流出した冷媒を内部へ流入させる冷媒流入口３１ａ、蒸発器１４から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口３１ｂ、ボデー３０の内部に形成された気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒を蒸発器１４の冷媒入口側へ流出させる液相冷媒流出口３１ｃ、および気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒を圧縮機１１の吸入側へ流出させる気相冷媒流出口３１ｄ等が形成されている。

ノズルボデー３２は、冷媒流れ方向に先細る略円錐形状の金属部材等で形成されており、軸方向が鉛直方向（図２の上下方向）と平行になるように、ハウジングボデー３１の内部に圧入等の手段によって固定されている。ノズルボデー３２の上方側とハウジングボデー３１との間には、冷媒流入口３１ａから流入した冷媒を旋回させる旋回空間３０ａが形成されている。

旋回空間３０ａは、回転体形状に形成され、図２の一点鎖線で示す中心軸が鉛直方向に延びている。なお、回転体形状とは、平面図形を同一平面上の１つの直線（中心軸）の周りに回転させた際に形成される立体形状である。より具体的には、本実施形態の旋回空間３０ａは、略円柱状に形成されている。もちろん、円錐あるいは円錐台と円柱とを結合させた形状等に形成されていてもよい。

さらに、冷媒流入口３１ａと旋回空間３０ａとを接続する冷媒流入通路３１ｅは、旋回空間３０ａの中心軸方向から見たときに旋回空間３０ａの内壁面の接線方向に延びている。これにより、冷媒流入通路３１ｅから旋回空間３０ａへ流入した冷媒は、旋回空間３０ａの内壁面に沿って流れ、旋回空間３０ａ内を旋回する。

なお、冷媒流入通路３１ｅは、旋回空間３０ａの中心軸方向から見たときに、旋回空間３０ａの接線方向と完全に一致するように形成されている必要はなく、少なくとも旋回空間３０ａの接線方向の成分を含んでいれば、その他の方向の成分（例えば、旋回空間３０ａの軸方向の成分）を含んで形成されていてもよい。

ここで、旋回空間３０ａ内で旋回する冷媒には遠心力が作用するので、旋回空間３０ａ内では中心軸側の冷媒圧力が外周側の冷媒圧力よりも低下する。そこで、本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクル１０の通常運転時に、旋回空間３０ａ内の中心軸側の冷媒圧力を、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力まで低下させるようにしている。

このような旋回空間３０ａ内の中心軸側の冷媒圧力の調整は、旋回空間３０ａ内で旋回する冷媒の旋回流速を調整することによって実現することができる。さらに、旋回流速の調整は、例えば、冷媒流入通路３１ｅの通路断面積と旋回空間３０ａの軸方向垂直断面積との面積比を調整すること等によって行うことができる。なお、本実施形態の旋回流速とは、旋回空間３０ａの最外周部近傍における冷媒の旋回方向の流速を意味している。

また、ノズルボデー３２の内部には、旋回空間３０ａから流出した冷媒を減圧させて下流側へ流出させる減圧用空間３０ｂが形成されている。この減圧用空間３０ｂは、円柱状空間あるいは下方側に向かって先細る円錐台形状空間と、この円柱状空間あるいは先細円錐台形状空間の下方側から連続して冷媒流れ方向に向かって徐々に広がる円錐台形状空間とを結合させた回転体形状に形成されており、減圧用空間３０ｂの中心軸は旋回空間３０ａの中心軸と同軸上に配置されている。

さらに、減圧用空間３０ｂの内部には、減圧用空間３０ｂ内に冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部３０ｍを形成するとともに、最小通路面積部３０ｍの通路面積を変化させる通路形成部材３５の上方側が配置されている。この通路形成部材３５は、冷媒流れ下流側に向かって徐々に広がる略円錐形状に形成されており、その中心軸が減圧用空間３０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。換言すると、通路形成部材３５は、減圧用空間３０ｂから離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成されている。

そして、ノズルボデー３２の減圧用空間３０ｂを形成する部位の内周面と通路形成部材３５の上方側の外周面との間には、図３、図４に示すように、最小通路面積部３０ｍよりも冷媒流れ上流側に配置された先細部１３１、最小通路面積部３０ｍよりも冷媒流れ下流側に配置された均質化部１３２、および均質化部１３２よりも冷媒流れ下流側に配置された末広部１３３といった冷媒通路が形成されている。

これらの先細部１３１、均質化部１３２および末広部１３３では、径方向から見たときに減圧用空間３０ｂと通路形成部材３５が重合（オーバーラップ）して配置されているので、通路形成部材３５の軸方向垂直断面の形状が円環状（円形状から同軸上に配置された小径の円形状を除いたドーナツ形状）となっている。

より具体的には、先細部１３１は、旋回空間３０ａから流出した冷を最小通路面積部３０ｍへ導く冷媒通路であって、最小通路面積部３０ｍに至るまで冷媒流れ下流側へ向かって冷媒通路面積が徐々に縮小する形状に形成されている。そして、先細部１３１の出口部に最小通路面積部３０ｍが配置されている。

ここで、本実施形態の旋回空間３０ａでは、旋回中心側の冷媒の圧力を低下させて減圧沸騰させているので、旋回空間３０ａの中心軸線近傍には気相冷媒が柱状に偏在している。そこで、本実施形態では、図４に示すように、ノズルボデー３２のうち最小通路面積部３０ｍを形成する部位の内径を、エジェクタ式冷凍サイクル１０の通常運転時に柱状に偏在する気相冷媒（以下、気柱という。）の外径よりも大きく形成している。

均質化部１３２は、冷媒通路面積が一定に形成された冷媒通路である。つまり、均質化部１３２の冷媒通路面積は最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積と同等となる。

さらに、本実施形態では、均質化部１３２の形状を、上面および底面の冷媒通路面積が最小通路面積部３０ｍの冷媒通路面積と同等となる円柱形状に換算したときの軸方向長さをＬとし、最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積の相当直径をＤとしたときに、以下数式Ｆ１を満たすように、軸方向長さＬを設定している。
０．１≦Ｌ／Ｄ≦６…（Ｆ１）
なお、本実施形態では、通路形成部材３５が変位して最小通路面積部３０ｍの冷媒通路面積が変化しても上記数式Ｆ１を満たすように軸方向長さＬを設定している。

末広部１３３は、均質化部１３２の出口側から冷媒流れ下流側へ向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する形状に形成されている。

本実施形態では、このような通路形状によって減圧用空間３０ｂの内周面と通路形成部材３５の頂部側の外周面との間に形成される冷媒通路をノズルとして機能するノズル通路１３ａとしている。さらに、このノズル通路１３ａでは、冷媒を減圧させて、気液二相状態の冷媒の流速を二相音速より高い値となるように増速させて噴射している。

なお、本実施形態における減圧用空間３０ｂの内周面と通路形成部材３５の頂部側の外周面との間に形成される冷媒通路とは、図４の模式的な拡大断面図に示すように、通路形成部材３５の外周面から法線方向に延びる線分がノズルボデー３２の減圧用空間３０ｂを形成する部位と交わる範囲に形成される冷媒通路としている。

また、ノズル通路１３ａへ流入する冷媒は、旋回空間３０ａにて旋回している冷媒なので、旋回方向の速度成分を有している。これに対して、本実施形態では、ノズルボデー３２のうち最小通路面積部３０ｍおよび均質化部１３２を形成する部位の内径が、気柱の外径よりも大きくなっているので、ノズルボデー３２のうち均質化部１３２を形成する部位（内周壁面）に液相冷媒が接触しやすい。

従って、ノズル通路１３ａへ流入した旋回方向の速度成分を有する冷媒は、均質化部１３２を流通する際に、均質化部１３２の内壁面と液相冷媒との摩擦によって旋回方向の速度成分が低下する。もちろん、この摩擦によって旋回方向の速度成分は完全に消滅することはないので、ノズル通路１３ａを流通する冷媒およびノズル通路１３ａから噴射される噴射冷媒も、旋回方向の速度成分を有している。

次に、ミドルボデー３３は、図２に示すように、その中心部に表裏を貫通する回転体形状の貫通穴が設けられているとともに、この貫通穴の外周側に通路形成部材３５を変位させる駆動手段３７を収容した金属製円板状部材等で形成されている。なお、貫通穴の中心軸は旋回空間３０ａおよび減圧用空間３０ｂの中心軸と同軸上に配置されている。また、ミドルボデー３３は、ハウジングボデー３１の内部であって、かつ、ノズルボデー３２の下方側に圧入等の手段によって固定されている。

ミドルボデー３３の上面とこれに対向するハウジングボデー３１の内壁面との間には、冷媒吸引口３１ｂから流入した冷媒を滞留させる流入空間３０ｃが形成されている。なお、本実施形態では、ノズルボデー３２の下方側の先細先端部がミドルボデー３３の貫通穴の内部に位置付けられるため、流入空間３０ｃは、旋回空間３０ａおよび減圧用空間３０ｂの中心軸方向からみたときに、断面円環状に形成されている。

また、冷媒吸引口３１ｂと流入空間３０ｃとを接続する吸引冷媒流入通路は、流入空間３０ｃの中心軸方向から見たときに、流入空間３０ｃの内周壁面の接線方向に延びている。これにより、本実施形態では、冷媒吸引口３１ｂから吸引冷媒流入通路を介して流入空間３０ｃ内へ流入した冷媒を、旋回空間３０ａ内の冷媒と同方向に旋回させるようにしている。

さらに、ミドルボデー３３の貫通穴のうち、ノズルボデー３２の下方側が挿入される範囲、すなわち軸線に垂直な径方向から見たときにミドルボデー３３とノズルボデー３２が重合する範囲では、ノズルボデー３２の先細先端部の外周形状に適合するように冷媒通路面積が冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小している。

これにより、貫通穴の内周面とノズルボデー３２の下方側の外周面との間には、流入空間３０ｃと減圧用空間３０ｂの冷媒流れ下流側とを連通させる吸引通路３０ｄが形成される。つまり、本実施形態では、流入空間３０ｃおよび吸引通路３０ｄによって、外部から冷媒を吸引する吸引用通路１３ｂが形成されている。さらに、この吸引用通路１３ｂの中心軸垂直断面も円環状に形成され、吸引用通路１３ｂでは、中心軸の外周側から内周側へ向かって吸引冷媒が旋回しながら流れる。

また、ミドルボデー３３の貫通穴のうち、吸引通路３０ｄの冷媒流れ下流側には、冷媒流れ方向に向かって徐々に広がる略円錐台形状に形成された昇圧用空間３０ｅが形成されている。昇圧用空間３０ｅは、上述したノズル通路１３ａから噴射された噴射冷媒と吸引通路３０ｄから吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる空間である。

この昇圧用空間３０ｅの内部には、前述した通路形成部材３５の下方側が配置されている。さらに、昇圧用空間３０ｅ内の通路形成部材３５の円錐状側面の広がり角度は、昇圧用空間３０ｅの円錐台形状空間の広がり角度よりも小さくなっているので、この冷媒通路の冷媒通路面積は冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大する。

本実施形態では、このように冷媒通路面積を拡大させることによって、昇圧用空間３０ｅを形成するミドルボデー３３の内周面と通路形成部材３５の下方側の外周面との間に形成される冷媒通路をディフューザとして機能するディフューザ通路１３ｃとし、噴射冷媒および吸引冷媒の混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換させている。つまり、ディフューザ通路１３ｃでは、噴射冷媒および吸引冷媒を混合して昇圧させている。さらに、このディフューザ通路１３ｃの中心軸垂直断面形状も円環状に形成されている。

なお、ノズル１３ａからディフューザ通路１３ｃ側へ噴射される冷媒および吸引用通路１３ｂから吸引される冷媒は、旋回空間３０ａにて旋回する冷媒と同方向に旋回する旋回方向の速度成分を有している。従って、ディフューザ通路１３ｃを流通する冷媒およびディフューザ通路１３ｃから流出する冷媒についても、同様の旋回方向の速度成分を有している。

次に、ミドルボデー３３の内部に配置されて、通路形成部材３５を変位させる駆動手段３７について説明する。この駆動手段３７は、圧力応動部材である円形薄板状のダイヤフラム３７ａを有して構成されている。より具体的には、図２に示すように、ダイヤフラム３７ａはミドルボデー３３の外周側に形成された円柱状の空間を上下の２つの空間に仕切るように、溶接等の手段によって固定されている。

ダイヤフラム３７ａによって仕切られた２つの空間のうち上方側（流入空間３０ｃ側）の空間は、蒸発器１４流出冷媒の温度に応じて圧力変化する感温媒体が封入される封入空間３７ｂを構成している。この封入空間３７ｂには、エジェクタ式冷凍サイクル１０を循環する冷媒と同一組成の感温媒体が予め定めた密度となるように封入されている。従って、本実施形態における感温媒体は、Ｒ１３４ａとなる。

一方、ダイヤフラム３７ａによって仕切られた２つの空間のうち下方側の空間は、図示しない連通路を介して、蒸発器１４流出冷媒を導入させる導入空間３７ｃを構成している。従って、封入空間３７ｂに封入された感温媒体には、流入空間３０ｃと封入空間３７ｂとを仕切る蓋部材３７ｄおよびダイヤフラム３７ａを介して、蒸発器１４流出冷媒の温度が伝達される。

ここで、図２、図３から明らかなように、本実施形態のミドルボデー３３の上方側には吸引用通路１３ｂが配置され、ミドルボデー３３の下方側にはディフューザ通路１３ｃが配置されている。従って、駆動手段３７の少なくとも一部は、軸線の径方向から見たときに吸引用通路１３ｂおよびディフューザ通路１３ｃによって上下方向から挟まれる位置に配置されることになる。

より詳細には、駆動手段３７の封入空間３７ｂは、旋回空間３０ａや通路形成部材３５等の中心軸方向から見たときに、吸引用通路１３ｂおよびディフューザ通路１３ｃと重合する位置であって、吸引用通路１３ｂおよびディフューザ通路１３ｃによって囲まれる位置に配置されている。これにより、封入空間３７ｂに蒸発器１４流出冷媒の温度が伝達され、封入空間３７ｂの内圧は、蒸発器１４流出冷媒の温度に応じた圧力となる。

さらに、ダイヤフラム３７ａは、封入空間３７ｂの内圧と導入空間３７ｃへ流入した蒸発器１４流出冷媒の圧力との差圧に応じて変形する。このため、ダイヤフラム３７ａは弾性に富み、かつ熱伝導が良好で、強靱な材質にて形成することが好ましく、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属薄板にて形成されることが望ましい。

また、ダイヤフラム３７ａの中心部には、円柱状の作動棒３７ｅの上端側が溶接等の手段によって接合され、作動棒３７ｅの下端側には通路形成部材３５の最下方側（底側）の外周側が固定されている。これにより、ダイヤフラム３７ａと通路形成部材３５が連結され、ダイヤフラム３７ａの変位に伴って通路形成部材３５が変位し、ノズル通路１３ａの冷媒通路面積（最小通路面積部３０ｍにおける通路断面積）が調整される。

具体的には、蒸発器１４流出冷媒の温度（過熱度）が上昇すると、封入空間３７ｂに封入された感温媒体の飽和圧力が上昇し、封入空間３７ｂの内圧から導入空間３７ｃの圧力を差し引いた差圧が大きくなる。これにより、ダイヤフラム３７ａは、最小通路面積部３０ｍにおける通路断面積を拡大させる方向（鉛直方向下方側）に通路形成部材３５を変位させる。

一方、蒸発器１４流出冷媒の温度（過熱度）が低下すると、封入空間３７ｂに封入された感温媒体の飽和圧力が低下して、封入空間３７ｂの内圧から導入空間３７ｃの圧力を差し引いた差圧が小さくなる。これにより、ダイヤフラム３７ａは、最小通路面積部３０ｍにおける通路断面積を縮小させる方向（鉛直方向上方側）に通路形成部材３５を変位させる。

このように蒸発器１４流出冷媒の過熱度に応じてダイヤフラム３７ａが、通路形成部材３５を上下方向に変位させることによって、蒸発器１４流出冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように、最小通路面積部３０ｍにおける通路断面積を調整することができる。なお、作動棒３７ｅとミドルボデー３３との隙間は、図示しないＯ−リング等のシール部材によってシールされており、作動棒３７ｅが変位してもこの隙間から冷媒が漏れることはない。

また、通路形成部材３５の底面は、ロワーボデー３４に固定されたコイルバネ４０の荷重を受けている。コイルバネ４０は、通路形成部材３５に対して、最小通路面積部３０ｍにおける通路断面積を縮小する側（図２では、上方側）に付勢する荷重をかけており、この荷重を調整することで、通路形成部材３５の開弁圧を変更して、狙いの過熱度を変更することもできる。

なお、本実施形態では、ミドルボデー３３の外周側に複数（具体的には、図２、図３に示すように２つ）の円柱状の空間を設け、この空間の内部にそれぞれ円形薄板状のダイヤフラム３７ａを固定して２つの駆動手段３７を構成しているが、駆動手段３７の数はこれに限定されない。なお、駆動手段３７を複数箇所に設ける場合は、それぞれ中心軸に対して等角度間隔で配置されていることが望ましい。

また、軸方向からみたときに円環状に形成される空間内に、円環状の薄板で形成されたダイヤフラムを固定し、複数の作動棒でこのダイヤフラムと通路形成部材３５とを連結する構成としてもよい。

次に、ロワーボデー３４は、円柱状の金属部材で形成されており、ハウジングボデー３１の底面を閉塞するように、ハウジングボデー３１内にネジ止め等の手段によって固定されている。また、図２、図３に示すように、ロワーボデー３４の上方側とミドルボデー３３との間には、前述したディフューザ通路１３ｃから流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間３０ｆが形成されている。

この気液分離空間３０ｆは、略円柱状の回転体形状の空間として形成されており、気液分離空間３０ｆの中心軸も、旋回空間３０ａ、減圧用空間３０ｂおよび通路形成部材３５等の中心軸と同軸上に配置されている。

さらに、前述の如く、ディフューザ通路１３ｃから流出して気液分離空間３０ｆへ流入する冷媒は、旋回空間３０ａにて旋回する冷媒と同方向に旋回する方向の速度成分を有している。従って、この気液分離空間３０ｆ内では遠心力の作用によって冷媒の気液が分離されることになる。

ロワーボデー３４の中心部には、気液分離空間３０ｆに同軸上に配置されて、上方側へ向かって延びる円筒状のパイプ３４ａが設けられている。そして、気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒は、パイプ３４ａの外周側に貯留される。また、パイプ３４ａの内部には、気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒をハウジングボデー３１の気相冷媒流出口３１ｄへ導く気相冷媒流出通路３４ｂが形成されている。

さらに、パイプ３４ａの上端部には、前述したコイルバネ４０が固定されている。なお、このコイルバネ４０は、冷媒が減圧される際の圧力脈動に起因する通路形成部材３５の振動を減衰させる振動緩衝部材としての機能も果たしている。また、パイプ３４ａの根本部（最下方部）には、液相冷媒中の冷凍機油を気相冷媒流出通路３４ｂを介して圧縮機１１内へ戻すオイル戻し穴３４ｃが形成されている。

エジェクタ１３の液相冷媒流出口３１ｃには、図１に示すように、蒸発器１４の入口側が接続されている。蒸発器１４は、エジェクタ１３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１４ａから車室内へ送風される送風空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。

送風ファン１４ａは、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。蒸発器１４の出口側には、エジェクタ１３の冷媒吸引口３１ｂが接続されている。さらに、エジェクタ１３の気相冷媒流出口３１ｄには圧縮機１１の吸入側が接続されている。

次に、図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む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。この制御装置は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って、上述の各種電気式のアクチュエータ１１ｂ、１２ｄ、１４ａ等の作動を制御する。

また、制御装置には、車室内温度を検出する内気温センサ、外気温を検出する外気温センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、蒸発器１４の吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ、放熱器１２出口側冷媒の温度を検出する出口側温度センサおよび放熱器１２出口側冷媒の圧力を検出する出口側圧力センサ等の空調制御用のセンサ群が接続され、これらのセンサ群の検出値が入力される。

さらに、制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が制御装置へ入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ等が設けられている。

なお、本実施形態の制御装置は、その出力側に接続された各種の制御対象機器の作動を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、制御装置のうち、各制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が各制御対象機器の制御手段を構成している。例えば、本実施形態では、圧縮機１１の電動モータ１１ｂの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が吐出能力制御手段を構成している。

次に、上記構成における本実施形態の作動を図５のモリエル線図を用いて説明する。なお、このモリエル線図の縦軸には、図３のＰ０、Ｐ１、Ｐ２に対応する圧力が示されている。まず、操作パネルの作動スイッチが投入（ＯＮ）されると、制御装置が圧縮機１１の電動モータ１１ｂ、冷却ファン１２ｄ、送風ファン１４ａ等を作動させる。これにより、圧縮機１１が冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。

圧縮機１１から吐出された高温高圧状態の気相冷媒（図５のａ５点）は、放熱器１２の凝縮部１２ａへ流入し、冷却ファン１２ｄから送風された送風空気（外気）と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部１２ａにて放熱した冷媒は、レシーバ部１２ｂにて気液分離される。レシーバ部１２ｂにて気液分離された液相冷媒は、過冷却部１２ｃにて冷却ファン１２ｄから送風された送風空気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる（図５のａ５点→ｂ５点）。

放熱器１２の過冷却部１２ｃから流出した過冷却液相冷媒は、エジェクタ１３の減圧用空間３０ｂの内周面と通路形成部材３５の外周面との間に形成されるノズル通路１３ａにて等エントロピ的に減圧されて噴射される（図５のｂ５点→ｃ５点）。この際、減圧用空間３０ｂの最小通路面積部３０ｍにおける冷媒通路面積は、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように調整される。

そして、ノズル通路１３ａから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、蒸発器１４から流出した冷媒が冷媒吸引口３１ｂおよい吸引用通路１３ｂを介して吸引される。さらに、ノズル通路１３ａから噴射された噴射冷媒と吸引用通路１３ｂ等を介して吸引された吸引冷媒は、ディフューザ通路１３ｃへ流入する（図５のｃ５点→ｄ５点、ｈ５点→ｄ５点）。

ディフューザ通路１３ｃでは冷媒通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒が混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する（図５のｄ５点→ｅ５点）。ディフューザ通路１３ｃから流出した冷媒は気液分離空間３０ｆにて気液分離される（図５のｅ５点→ｆ５点、ｅ５点→ｇ５点）。

気液分離空間３０ｆにて分離された液相冷媒は液相冷媒流出口３１ｃから流出して、蒸発器１４へ流入する。蒸発器１４へ流入した冷媒は、送風ファン１４ａによって送風された送風空気から吸熱して蒸発し、送風空気が冷却される（図５のｇ５点→ｈ５点）。一方、気液分離空間３０ｆにて分離された気相冷媒は気相冷媒流出口３１ｄから流出して、圧縮機１１へ吸入され再び圧縮される（図５のｆ５点→ａ５点）。

本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０は、以上の如く作動して、車室内へ送風される送風空気を冷却することができる。さらに、このエジェクタ式冷凍サイクル１０では、ディフューザ通路１３ｃにて昇圧された冷媒を圧縮機１１に吸入させるので、圧縮機１１の駆動動力を低減させて、サイクル効率（ＣＯＰ）を向上させることができる。

また、本実施形態のエジェクタ１３によれば、旋回空間３０ａにて冷媒を旋回させることによって、旋回空間３０ａの旋回中心側の冷媒圧力を、冷媒が減圧沸騰する圧力まで低下させることができる。そして、旋回空間３０ａの旋回中心側の二相分離状態の冷媒をノズル通路１３ａへ流入させることで、ノズル通路１３ａにて気相冷媒と液相冷媒が混合した気液混合状態の冷媒を減圧させることができる。

さらに、ノズル通路１３ａに均質化部１３２が形成されているので、均質化部１３２にて冷媒の旋回方向の速度成分を低下させることができる。これにより、均質化部１３２内の冷媒を、旋回中心側に気相冷媒が偏在し、外周側に液相冷媒が偏在した不均質な気液混合状態から、気相と液相が均質に混合した理想的な気液混合状態とすることができる。

そして、均質化部１３２にて理想的な気液混合状態となった冷媒に閉塞（チョーキング）を生じさせて、冷媒の流速を超音速状態（二相音速以上の流速）となるまで加速し、さらに、超音速状態の冷媒を末広部３１ｆにて加速することができる。

その結果、ノズル通路１３ａから噴射される冷媒の流速を効果的に増速させることができ、気液混合状態の冷媒を減圧させるエジェクタのノズル通路１３ａにて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギへ変換する際のエネルギ変換効率（従来技術のノズル効率に相当）が低下してしまうことを抑制できる。

なお、気相と液相が均質に混合した理想的な気液混合状態とは、液相冷媒がノズル通路１３ａの一部に偏在することなく液滴（液相冷媒の粒）となって気相冷媒中に均質に分布している状態と定義することができる。また、気相と液相が均質に混合された理想的な気液混合状態では、液滴の流速と気相冷媒の流速が同等となっている。

このことを図６を用いてより詳細に説明する。なお、図６は、ノズル通路１３ａにおける冷媒通路面積Ａｎの変化、ノズル通路１３ａを流通する冷媒の壁面圧力Ｐｎの変化および軸速度Ｖｎの変化を示すグラフである。また、図６では、本実施形態のエジェクタにおける冷媒通路面積Ａｎ、壁面圧力Ｐｎおよび軸速度Ｖｎの変化を太実線で示し、先願例のエジェクタにおける冷媒通路面積Ａｎ、壁面圧力Ｐｎおよび軸速度Ｖｎの変化を細破線で示している。

ここで、図６に示す壁面圧力Ｐｎは、ノズル通路１３ａの外周側壁面における静圧であり、軸速度Ｖｎは、図２〜図４等の軸方向断面に図示可能な速度、すなわち、冷媒の流速のうち旋回方向の速度成分を除く速度成分である。冷媒通路面積Ａｎは、軸方向断面にて軸速度Ｖｎに垂直な線分であって、通路形成部材３５の外周面からノズルボデー３２の減圧用空間３０ｂを形成する部位へ至る範囲に形成される線分を、通路形成部材３５の中心軸周りに回転させた際に形成される形状から求められる値である。

図６に示すように、旋回空間３０ａから流出した冷媒は、ノズル通路１３ａの先細部１３１へ流入し、先細部１３１における冷媒通路面積Ａｎの縮小に伴って、壁面圧力Ｐｎを低下させながら亜音速状態（二相音速より低い流速）のまま加速する。これにより、軸速度Ｖｎも増加する。

さらに、先細部１３１にて亜音速状態のまま加速した冷媒は、最小通路面積部３０ｍへ流入する。ここで、最小通路面積部３０ｍへ流入する冷媒は、旋回流れの遠心力の作用によって、旋回中心側に気相冷媒が偏在し、外周側に液相冷媒が偏在した不均質な気液混合状態となっており、最小通路面積部３０ｍへ流入した直後は亜音速状態となっている。

このため、先願例のエジェクタのように、最小通路面積部３０ｍの直後に末広部１３３が配置される構成では、図６の細破線で示すように、末広部１３３の冷媒通路面積Ａｎの拡大に伴って、亜音速状態の冷媒の壁面圧力Ｐｎが上昇するとともに、軸速度Ｖｎが減少する。その後、冷媒が理想的な気液混合状態となって二相音速以上となると（超音速化すると）、壁面圧力Ｐｎを低下させながら超音速状態の冷媒が加速される。

つまり、最小通路面積部３０ｍの直後に末広部１３３を配置する構成では、末広部１３３の内部で冷媒が超音速状態となる。従って、末広部１３３の冷媒通路のうち、最小通路面積部３０ｍから冷媒が二相音速以上となる箇所へ至る範囲では、超音速状態の冷媒を加速することができないばかりか、冷媒通路面積の拡大によって亜音速状態の冷媒を減速させてしまう。

これに対して、本実施形態のエジェクタによれば、最小通路面積部３０ｍの直後に均質化部１３２が形成されているので、外周側（均質化部１３２の内周壁面側）に偏在する液相冷媒が均質化部１３２の内周壁面と摩擦することによって、冷媒の旋回方向の速度成分を低下させることができる。

これにより、均質化部１３２内の冷媒を理想的な気液混合状態に近づけ、均質化部１３２内にて冷媒に閉塞を生じさせて、冷媒を速やかに超音速状態とすることができる。さらに、均質化部１３２は冷媒通路面積Ａｎが一定に形成されているので、均質化部１３２では、冷媒通路面積Ａｎの拡大に伴う壁面圧力Ｐｎの上昇および軸速度Ｖｎの減少が生じにくい。

従って、図６の太実線に示すように、均質化部１３２にて超音速状態となった冷媒を末広部１３３へ流入させ、末広部１３３へ流入した直後から冷媒を加速することができる。つまり、本実施形態のエジェクタ１３によれば、末広部１３３の全領域を冷媒を加速するために利用でき、ノズル通路におけるエネルギ変換効率が低下してしまうことを抑制できる。

また、本実施形態のエジェクタ１３によれば、ノズルボデー３２のうち最小通路面積部３０ｍおよび均質化部１３２を形成する部位の内径が、気柱の外径よりも大きくなっているので、ノズルボデー３２のうち均質化部１３２を形成する部位（内周壁面）に液相冷媒を接触させることができる。

これにより、均質化部１３２の内壁面と液相冷媒との摩擦によって旋回方向の速度成分を低下させることができるとともに、均質化部１３２の内壁面と液相冷媒との摩擦による壁面沸騰を促進させることができる。従って、均質化部１３２へ流入した冷媒を速やかに理想的な気液混合状態とすることができる。

また、本発明者らの検討によれば、前述の如く、均質化部１３２の形状を円柱形状に換算したときの軸方向長さＬを、上記数式Ｆ１を満足するように設定することで、確実に不均質な気液混合状態を均質な気液混合状態となるまで旋回方向の速度成分を低下させることができ均質化部１３２内にて冷媒を確実に超音速状態にできることが判っている。

より詳細には、旋回中心側に気相冷媒が偏在し、外周側に液相冷媒が偏在した不均質な気液混合状態の冷媒を理想的な気液混合状態となるまで旋回方向の速度成分を低下させるために必要な軸方向長さＬは、冷媒の沸騰のし易さの指標として用いられる液相冷媒の密度ρ_Lと気相冷媒の密度ρ_gとの密度比（ρ_L／ρ_g）と相関関係を有していることが判っている。

そこで、本実施形態では、一般的に用いられる冷媒の密度比の最小値（二酸化炭素の密度比）、最大値（Ｒ６００ａの密度比）および通路形成部材３５の変位に伴って変化する最小通路面積部３０ｍの冷媒通路面積に基づいて、上記数式Ｆ１に示す軸方向長さＬの範囲を決定している。

また、本実施形態のエジェクタ１３によれば、駆動手段３７を備えているので、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動に応じて通路形成部材３５を変位させ、ノズル通路１３ａおよびディフューザ通路１３ｃの冷媒通路面積を調整することができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル１０の負荷変動に応じてエジェクタ１３を適切に作動させることができる。

さらに、駆動手段３７のうち、感温媒体が封入された封入空間３７ｂが、吸引用通路１３ｂおよびディフューザ通路１３ｃに挟まれる位置に配置されているので、吸引用通路１３ｂとディフューザ通路１３ｃとの間に形成されるスペースを有効に活用することができる。従って、エジェクタ全体としての体格の大型化を抑制できる。

しかも、封入空間３７ｂが吸引用通路１３ｂおよびディフューザ通路１３ｃによって囲まれる位置に配置されているので、外気温の影響等を受けることなく吸引用通路１３ｂを流通する冷媒の蒸発器１４流出冷媒の温度を感温媒体に良好に伝達して、封入空間３７ｂ内の圧力を変化させることができる。つまり、封入空間３７ｂ内の圧力を蒸発器１４流出冷媒の温度に応じて精度良く変化させることができる。

また、本実施形態のエジェクタ１３のボデー３０には、ディフューザ通路１３ｃから流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間３０ｆが形成されているので、エジェクタ１３とは別に気液分離手段を設ける場合に対して、気液分離空間３０ｆの容積を効果的に小さくすることができる。

つまり、本実施形態の気液分離空間３０ｆでは、断面円環状に形成されたディフューザ通路１３ｃから流出する冷媒が既に旋回する方向の速度成分を有しているので気液分離空間３０ｆ内で冷媒の旋回流れを発生させるための空間を設ける必要がない。従って、エジェクタ１３とは別に気液分離手段を設ける場合に対して、気液分離空間３０ｆの容積を効果的に小さくすることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図７の模式的な拡大断面図に示すように、ノズルボデー３２のうち均質化部１３２を形成する部位（内周壁面）の形状、および通路形成部材３５の形状を変更している。より具体的には、本実施形態では、ノズルボデー３２のうち均質化部１３２を形成する部位が通路形成部材３５の軸方向に延びている。換言すると、本実施形態の均質化部１３２は、略円柱状に形成されていることになる。

その他の構成およびエジェクタ式冷凍サイクル１０の作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ１３においても、第１実施形態と同様に、気液混合状態の冷媒を減圧させるエジェクタのノズル通路１３ａにて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギへ変換する際のエネルギ変換効率（従来技術のノズル効率に相当）が低下してしまうことを抑制できる。

さらに、本実施形態の均質化部１３２では、冷媒通路が通路形成部材３５の径方向に広がらないので、均質化部１３２の内壁面と液相冷媒との摩擦を促進して、均質化部１３２へ流入した冷媒をより一層速やかに理想的な気液混合状態とすることができる。換言すると、均質化部１３２の軸方向長さＬを短縮化することができる。

（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、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、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、均質化部１３２として、最小通路面積部３０ｍから冷媒流れ下流側へ向かって冷媒通路面積が一定に形成されたものを採用した例を説明したが、均質化部１３２の形状はこれに限定されない。例えば、均質化部１３２として、最小通路面積部３０ｍから冷媒流れ下流側へ向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する形状に形成されたものを採用してもよい。

この場合は、均質化部１３２における冷媒通路面積の拡大によって亜音速状態の冷媒が減速してしまうことを抑制するために、均質化部１３２の冷媒通路面積の拡がり度合は、末広部１３３の冷媒通路面積の拡がり度合よりも小さく設定すればよい。

本発明者の調整によれば、図８に示すように、均質化部１３２の形状を上面が最小通路面積部３０ｍの冷媒通路面積と同等となる円錐台形状に換算し、この円錐台形状の軸方向断面における拡がり角度をθとしたときに、以下数式Ｆ２を満たすように、拡がり角度θを設定すればよいことが判っている。
０＜θ≦０．５°…（Ｆ２）
なお、上記数式Ｆ２に示されるように、拡がり角度θは比較的小さな値に決定されることが望ましいため、均質化部１３２は、極めて円柱形状に近い円錐台形状となる。従って、軸方向長さＬおよび相当直径Ｄについても、上述の数式Ｆ１を満たすように設定すればよい。

（２）上述の実施形態では、通路形成部材３５の外周面から法線方向に延びる線分がノズルボデー３２の減圧用空間３０ｂの内周面と交わる範囲に形成される冷媒通路をノズル通路１３ａとしたが、逆に、減圧用空間３０ｂの内周面から法線方向に延びる線分が通路形成部材３５の外周面と交わる範囲に形成された冷媒通路をノズル通路１３ａとしてもよい。

また、上述の実施形態では、冷媒通路面積Ａｎとして、軸方向断面にて軸速度Ｖｎに垂直な線分を、通路形成部材３５の中心軸周りに回転させた際に形成される形状から求められる値を採用した例を説明したが、冷媒通路面積Ａｎの値はこれに限定されない。

例えば、冷媒通路面積Ａｎとして、近似的に、通路形成部材３５の外周面から法線方向に延びてノズルボデー３２の減圧用空間３０ｂを形成する部位と交わる範囲に形成される線分を、通路形成部材３５の中心軸周りに回転させた際に形成される形状から求められる値を採用してもよい。

さらに、冷媒通路面積Ａｎとして、近似的に、通路形成部材３５の外周面から径方向あるいは軸方向に延びてノズルボデー３２の減圧用空間３０ｂを形成する部位と交わる範囲に形成される線分を、通路形成部材３５の中心軸周りに回転させた際に形成されるドーナツ形状あるいは円筒側面形状から求められる値等を採用してもよい。

（３）上述の第１実施形態では、通路形成部材３５を変位させる駆動手段３７として、温度変化に伴って圧力変化する感温媒体が封入された封入空間３７ｂおよび封入空間３７ｂ内の感温媒体の圧力に応じて変位するダイヤフラム３７ａを有して構成されたものを採用した例を説明したが、駆動手段はこれに限定されない。

例えば、感温媒体として温度によって体積変化するサーモワックスを採用してもよいし、駆動手段として形状記憶合金性の弾性部材を有して構成されたものを採用してもよい。さらに、駆動手段として電動モータによって通路形成部材３５を変位させるものを採用してもよい。

（４）上述の実施形態では、エジェクタ１３の液相冷媒流出口３１ｃの液相冷媒流出口の詳細について説明していないが、これらの冷媒流出口に冷媒を減圧させる減圧手段（例えば、オリフィスやキャピラリチューブからなる側固定絞り）を配置してもよい。

（５）上述の実施形態では、本発明のエジェクタ１３を備える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を説明したが、本発明のエジェクタ１３を備えるエジェクタ式冷凍サイクル１０の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、自動販売機用冷却加熱装置等に適用してもよい。

（６）上述の実施形態では、放熱器１２として、サブクール型の熱交換器を採用した例を説明したが、凝縮部１２ａのみからなる通常の放熱器を採用してもよい。また、上述の実施形態では、エジェクタ１３のボデー３０等の構成部材を金属で形成した例を説明したが、それぞれの構成部材の機能を発揮可能であれば材質は限定されない。従って、これらの構成部材を樹脂にて形成してもよい。

１０ エジェクタ式冷凍サイクル
１３ エジェクタ
１３ａ ノズル通路
１３ｂ 吸引用通路
１３ｃ ディフューザ通路
３０ ボデー
３０ｍ 最小通路面積部
３５ 通路形成部材
１３１ 先細部
１３２ 均質化部
１３３ 末広部

Claims (7)

1. 蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置（１０）に適用されるエジェクタであって、
   冷媒流入口（３１ａ）から流入した冷媒を旋回させる旋回空間（３０ａ）、前記旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させる減圧用空間（３０ｂ）、前記減圧用空間（３０ｂ）の冷媒流れ下流側に連通して外部から冷媒を吸引する吸引用通路（１３ｂ）、前記減圧用空間（３０ｂ）から噴射された噴射冷媒と前記吸引用通路（１３ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合させる昇圧用空間（３０ｅ）が形成されたボデー（３０）と、
   少なくとも一部が前記減圧用空間（３０ｂ）の内部および前記昇圧用空間（３０ｅ）の内部に配置されるとともに、前記減圧用空間（３０ｂ）から離れるに伴って断面積が拡大する円錐状に形成された通路形成部材（３５）とを備え、
   前記ボデー（３０）のうち前記減圧用空間（３０ｂ）を形成する部位の内周面と前記通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、前記旋回空間（３０ａ）から流出した冷媒を減圧させて噴射するノズルとして機能するノズル通路（１３ａ）であり、
   前記ボデー（３０）のうち前記昇圧用空間（３０ｅ）を形成する部位の内周面と前記通路形成部材（３５）の外周面との間に形成される冷媒通路は、前記噴射冷媒および前記吸引冷媒を混合して昇圧させるディフューザとして機能するディフューザ通路（１３ｃ）であり、
   さらに、前記ノズル通路（１３ａ）には、冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部（３０ｍ）、前記最小通路面積部（３０ｍ）の冷媒流れ下流側に配置されて冷媒の旋回方向の速度成分を低下させる均質化部（１３２）、および前記均質化部（１３２）の出口側から冷媒流れ下流側へ向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する末広部（１３３）が形成されていることを特徴とするエジェクタ。
2. 前記ボデー（３０）のうち前記最小通路面積部（３０ｍ）を形成する部位の内径は、前記旋回空間（３０ａ）にて冷媒が旋回することによって旋回中心側に柱状に偏在する気相冷媒の外径よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
3. 前記ボデー（３０）のうち前記均質化部（１３２）を形成する部位の内周壁面は、前記通路形成部材（３５）の軸方向に延び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。
4. 前記均質化部（１３２）は、前記最小通路面積部（３０ｍ）から冷媒流れ下流側へ向かって冷媒通路面積が一定に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタ。
5. 前記均質化部（１３２）は、前記最小通路面積部（３０ｍ）から冷媒流れ下流側へ向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する形状に形成されており、
   前記均質化部（１３２）の冷媒通路面積の拡がり度合は、前記末広部（１３３）の冷媒通路面積の拡がり度合よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタ。
6. 前記均質化部（１３２）の形状を上面が前記最小通路面積部（３０ｍ）の冷媒通路面積と同等となる円錐台形状に換算し、前記円錐台形状の軸方向断面における拡がり角度をθとしたときに、
   ０＜θ≦０．５°
   となっていることを特徴とする請求項５に記載のエジェクタ。
7. 前記均質化部（１３２）の形状を、上面および底面が前記最小通路面積部（３０ｍ）の冷媒通路面積と同等となる円柱形状あるいは上面が前記最小通路面積部（３０ｍ）の冷媒通路面積と同等となる円錐台形状に換算したときの前記円柱形状あるいは前記円錐台形状の軸方向長さをＬとし、
   前記最小通路面積部（３０ｍ）における冷媒通路面積の相当直径をＤとしたときに、
   ０．１≦Ｌ／Ｄ≦６
   と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。

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