エジェクタ装置およびエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル
【課題】気液二相状態の流体を減圧する際にノズル効率を安定して向上させることが可能なノズルを備えるエジェクタ装置およびこのエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供すること。
【解決手段】エジェクタのノズル１４０の末広部１４５は、冷媒流通方向における中間部１４７の通路壁面の拡がり角度θ１よりも、中間部１４７から噴出口１４２までの出口部１４８の通路壁面の拡がり角度θ２が大きくなっており、出口部１４８では、下流側に向かって拡がり角度θ２が漸次増大している。
【解決手段】エジェクタのノズル１４０の末広部１４５は、冷媒流通方向における中間部１４７の通路壁面の拡がり角度θ１よりも、中間部１４７から噴出口１４２までの出口部１４８の通路壁面の拡がり角度θ２が大きくなっており、出口部１４８では、下流側に向かって拡がり角度θ２が漸次増大している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を噴出させるノズルを備えたエジェクタ装置およびエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば下記特許文献１に開示されたエジェクタ装置がある。このエジェクタ装置では、ノズル本体の噴出口の上流側に２つの絞り部を設け、喉部となる下流側の絞り部から噴出口に向かって末広形状をなす流体通路に冷媒を減圧して導入して、冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換している。そして、圧力エネルギーを速度エネルギーに変換するノズル効率の向上を目的として、流体通路の上流側部の通路壁面の拡がり角度よりも下流側部の通路壁面の拡がり角度を小さくし、通路壁面からの冷媒の剥離および渦流の発生を抑制している。
【特許文献１】特開平１１−３７５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術のエジェクタ装置では、喉部に導入される流体が気液二相状態である場合には、安定してノズル効率を向上させることが困難であるという問題がある。
【０００４】
本発明者らは、この問題点に関して鋭意検討を行い、喉部に導入される流体が気液二相状態である場合には、喉部より下流側の末広部の形状を流体の剥離や渦流の発生のみに着目して決定せずに、減圧に伴うガス発生量に対応した形状とすれば、ノズル効率を安定的に向上することが可能であることを見出した。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、気液二相状態の流体を減圧する際にノズル効率を安定して向上させることが可能なノズルを備えるエジェクタ装置およびこのエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
内部に円断面の流体通路（１４３）が形成され、流体通路（１４３）の途中で通路断面積が最も縮小した喉部（１４４）と、喉部（１４４）から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部（１４５）とを有し、喉部（１４４）に流入する気液二相の流体を減圧して末広部（１４５）下流側先端の噴出口（１４２）から噴出するノズル（１４０）、を備えるエジェクタ装置であって、
末広部（１４５）は、流体流通方向における中間部（１４７）の通路壁面の第１拡がり角度（θ１）よりも、中間部（１４７）から噴出口（１４２）までの出口部（１４８）の通路壁面の第２拡がり角度（θ２）が大きくなっていることを特徴としている。
【０００７】
気液二相状態で喉部（１４４）に流入した流体が末広部（１４５）で減圧される際には、減圧に伴って特に出口部（１４８）で流体中のガス量が大きく増大する。この増大するガス量に対応するように、出口部（１４８）の第２拡がり角度（θ２）を上流側の中間部（１４７）の第１拡がり角度（θ２）よりも大きくして、中間部（１４７）よりも出口部（１４８）の通路断面積の拡大率を大きくすることができる。したがって、末広部（１４５）内で流体を加速し易くなり、ノズル効率を安定して向上することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、末広部（１４５）の出口部（１４８）では、下流側に向かって第２拡がり角度（θ２）が漸次増大していることを特徴としている。
【０００９】
これによると、出口部（１４８）を流体流通方向において滑らかな曲面とすることができる。したがって、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明では、末広部（１４５）の出口部（１４８）では、第２拡がり角度（θ２）が一定であることを特徴としている。
【００１１】
これによると、出口部（１４８）を形成するための加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明のように、中間部（１４７）の第１拡がり角度（θ１）に対する出口部噴出口（１４２）における第２拡がり角度（θ２）の比を１．３３以上とすることにより、確実に流体を加速し易くなり、ノズル効率を確実に安定して向上することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明では、末広部（１４５）は、中間部（１４７）の通路壁面の第１拡がり角度（θ１）よりも、喉部（１４４）から中間部（１４７）までの導入部（１４６）の通路壁面の第３拡がり角度（θｉｎ）が大きくなっていることを特徴としている。
【００１４】
気液二相状態で喉部（１４４）に流入した流体が末広部（１４５）で減圧される際には、喉部（１４４）を通過した直後に減圧に伴って流体中のガス量が増大する。この喉部（１４４）直後で増大するガス量に対応するように、導入部（１４６）の第３拡がり角度（θｉｎ）を下流側の中間部（１４７）の第１拡がり角度（θ１）よりも大きくして、中間部（１４７）よりも導入部（１４６）の通路断面積の拡大率を大きくすることができる。したがって、末広部（１４５）内で一層流体を加速し易くなり、ノズル効率をより一層安定して向上することができる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明では、末広部（１４５）の導入部（１４６）では、下流側に向かって第３拡がり角度（θｉｎ）が漸次減少していることを特徴としている。
【００１６】
これによると、導入部（１４６）を流体流通方向において滑らかな曲面とすることができる。したがって、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明では、末広部（１４５）の導入部（１４６）では、第３拡がり角度（θｉｎ）が一定であることを特徴としている。
【００１８】
これによると、導入部（１４６）を形成するための加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明では、
内部に流体通路（５４３）が形成され、流体通路（５４３）の途中で通路断面積が最も縮小した喉部（１４４）を有する本体部（５４０Ａ）と、流体通路（５４３）内に喉部（１４４）から流体通路（５４３）下流側先端の噴出口（１４２）に向かって突出するニードル弁体（５４０Ｂ）とを具備し、喉部（１４４）に流入する気液二相の流体を減圧して噴出口（１４２）から噴出するノズル（５４０）、を備えるエジェクタ装置であって、
本体部（５４０Ａ）の喉部（１４４）より下流側の内面（５４０１）とニードル弁体（５４０Ｂ）の外面（５４０２）の間に形成される流体通路（５４３）の流体流通方向における各部の断面を等価直径の円断面とした仮想流体通路を想定した場合に、
この仮想流体通路は、喉部から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広形状となっており、流体流通方向における中間部の通路表面の第１拡がり角度（θ１）よりも、中間部から噴出口までの出口部の通路表面の第２拡がり角度（θ２）が大きくなっていることを特徴としている。
【００２０】
これによると、ニードル弁体（５４０Ｂ）を有するノズル（５４０）を備えるエジェクタ装置であっても、中間部よりも出口部の通路断面積の拡大率を大きくして、喉部（１４４）より下流側で流体を加速し易くなり、ノズル効率を安定して向上することができる。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明のように、仮想流体通路の出口部では下流側に向かって第２拡がり角度を漸次増大させることにより、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明のように、仮想流体通路の出口部では第２拡がり角度を一定とすることにより、出口部に対応する部位を形成するための加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００２３】
また、請求項１１に記載の発明のように、仮想流体通路中間部の第１拡がり角度に対する噴出口における仮想流体通路の第２拡がり角度（θ２）の比を１．３３以上とすることにより、確実に流体を加速し易くなり、ノズル効率を確実に安定して向上することができる。
【００２４】
また、請求項１２に記載の発明では、仮想流体通路は、中間部の通路表面の第１拡がり角度（θ１）よりも、喉部から中間部までの導入部の通路表面の第３拡がり角度が大きくなっていることを特徴としている。
【００２５】
これによると、ニードル弁体（５４０Ｂ）を有するノズル（５４０）を備えるエジェクタ装置であっても、中間部よりも導入部の通路断面積の拡大率を大きくして、喉部（１４４）より下流側で流体を加速し易くなり、ノズル効率をより一層安定して向上することができる。
【００２６】
また、請求項１３に記載の発明のように、仮想流体通路の導入部では下流側に向かって第３拡がり角度を漸次減少させることにより、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００２７】
また、請求項１４に記載の発明のように、仮想流体通路の導入部では第３拡がり角度を一定とすることにより、導入部に対応する部位を形成するための加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００２８】
また、請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載の流体通路を有するノズルは、請求項１５に記載の発明のように、流体流通方向において本体部（５４０Ａ）の内面（５４０１）の拡がり角度を変更し、流体流通方向においてニードル弁体（５４０Ｂ）の外面（５４０２）のテーパ角度を一定とすることで得ることができる。
【００２９】
また、請求項１６に記載の発明のように、流体流通方向において本体部（６４０Ａ）の内面（５４０１）の拡がり角度を一定とし、流体流通方向においてニードル弁体（６４０Ｂ）の外面（５４０２）のテーパ角度を変更することによっても得ることができる。
【００３０】
また、請求項１７に記載の発明のように、流体流通方向において本体部（５４０Ａ）の内面（５４０１）の拡がり角度を変更するとともに、流体流通方向においてニードル弁体（６４０Ｂ）の外面（５４０２）のテーパ角度を変更することによっても得ることができる。
【００３１】
また、請求項１８に記載の発明では、
請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、
流体は冷媒であり、
エジェクタ装置（１４）は、ノズル（１４０）で気液二相状態の冷媒を減圧膨張させ、ノズル（１４０）で減圧膨張されて噴射される高速度冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１４ｂ）と、ノズル（１４０）から噴射される高速度冷媒流と冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを混合し、混合した冷媒流の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する昇圧部（１４ｃ、１４ｄ）とを有し、
エジェクタ装置（１４）から導出された冷媒もしくは冷媒吸引口（１４ｂ）に吸引される冷媒の少なくともいずれかを蒸発させる蒸発器（１５、１８）と、
蒸発器（１５、１８）で蒸発した冷媒を吸入圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
圧縮機（１１）から吐出された冷媒から放熱して冷却する放熱用熱交換器（１２）と、
圧縮機（１１）、放熱用熱交換器（１２）、エジェクタ装置（１４）、および蒸発器（１５、１８）を接続して、放熱用熱交換器（１２）の下流側の冷媒をエジェクタ装置（１４）のノズル（１４０）に導入するとともに、圧縮機（１１）が吐出した後再び吸入される前の冷媒の一部をエジェクタ装置（１４）の冷媒吸引口（１４ｂ）に導く冷媒配管（１６、２０）と、を備えることを特徴としている。
【００３２】
これによると、エジェクタ装置（１４）のノズル（１４０）のノズル効率を向上してエジェクタ効率を向上させ、冷凍サイクルの成績係数を向上することが可能である。
【００３３】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を適用した実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施形態におけるエジェクタ装置であるエジェクタ１４の概略構造を示す断面図であり、図２は、エジェクタ１４のノズル１４０の構成を示す断面図である。また、図３は、エジェクタ１４を用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクル１０の概略構成を示す模式図である。
【００３６】
図３に示す冷凍サイクル１０は、本例では車両用冷凍サイクル装置に適用したものであって、冷媒としてＨＦＣ１３４ａを用い高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いるものとする。
【００３７】
本実施形態の冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１は、電磁クラッチ１１ａ、ベルト（図示略）等を介して車両走行用エンジン（図示略）により回転駆動される。
【００３８】
この圧縮機１１としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチ１１ａ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。
【００３９】
この圧縮機１１の冷媒吐出側には凝縮器１２（放熱用熱交換器に相当）が配置されている。凝縮器１２は圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン（図示略）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を冷却する。
【００４０】
凝縮器１２の出口側には、受液器１２ａが設けられている。この受液器１２ａは縦長のタンク形状のものであり、冷媒の気液を分離してサイクル内の余剰液冷媒を溜める気液分離器を構成する。受液器１２ａは、タンク形状内部の下部側から液冷媒を導出するようになっている。なお、受液器１２ａは本例では凝縮器１２と一体的に設けられている。
【００４１】
受液器１２ａの出口側には、温度式膨張弁１３（感温式膨張弁）が配置されている。この温度式膨張弁１３は受液器１２ａからの液冷媒を減圧する減圧手段であって、圧縮機１１の吸入側通路に配置された感温部（図示略）を有している。
【００４２】
温度式膨張弁１３は、圧縮機１１の吸入側冷媒（後述の蒸発器出口側冷媒）の温度と圧力とに基づいて圧縮機吸入側冷媒の過熱度を検出し、圧縮機吸入側冷媒の過熱度が予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。
【００４３】
温度式膨張弁１３に代わる減圧手段として、電動可変式の膨張弁や絞り固定式の膨張弁を採用するものであってもよい。
【００４４】
温度式膨張弁１３の出口側には、エジェクタ１４が配置されている。このエジェクタ１４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（運動量輸送式ポンプ）でもある。
【００４５】
図１にも示すように、エジェクタ１４には、温度式膨張弁１３を通過後の冷媒（中間圧冷媒）の通路面積を小さく絞って、冷媒をさらに減圧膨張させるノズル１４０と、ノズル１４０の冷媒噴出口と同一空間に配置され、後述する第２蒸発器１８からの気相冷媒を吸引する冷媒吸引口１４ｂが備えられている。
【００４６】
さらに、ノズル１４０および冷媒吸引口１４ｂの冷媒流れ下流側部位には、ノズル１４０からの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１４ｂの吸引冷媒とを混合する混合部１４ｃが設けられている。そして、混合部１４ｃの冷媒流れ下流側に昇圧部をなすディフューザ部１４ｄが配置されている。このディフューザ部１４ｄ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。
【００４７】
なお、本実施形態のエジェクタ１４では、混合部１４ｃ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１４ｃとディフューザ部１４ｄとからなる構成が本実施形態のエジェクタ１４における昇圧部に相当する。
【００４８】
エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの出口側には、第１蒸発器１５が接続され、この第１蒸発器１５の出口側は圧縮機１１の吸入側に接続されている。
【００４９】
一方、圧縮機１１、凝縮器１２、温度式膨張弁１３、エジェクタ１４、第１蒸発器１５を環状に接続する冷媒循環配管２０のエジェクタ１４の入口側（温度式膨張弁１３の出口側とエジェクタ１４の入口側との間の中間部位＝分岐点Ｚ）から冷媒分岐配管１６が分岐され、この冷媒分岐配管１６の下流側はエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｂに接続されている。
【００５０】
この冷媒分岐配管１６には、絞り機構１７が配置され、この絞り機構１７よりも冷媒流れ下流側には第２蒸発器１８が配置されている。本例の絞り機構１７には、固定絞りタイプが採用されているが、絞り量可変タイプを採用することも可能である。冷媒循環配管２０および冷媒分岐配管１６が本実施形態における冷媒配管に相当する。
【００５１】
さらに、本実施形態の冷凍サイクル１０は、蒸発器１５の上流側に配置される電動送風機１９を備え、この電動送風機１９により空気を矢印の方向（図１において上から下）へ送風し、この送風空気を２つの蒸発器１５、１８で冷却するようになっている。
【００５２】
２つの蒸発器１５、１８で冷却された冷風を共通の冷却対象空間（図示略）に送り込み、これにより、２つの蒸発器１５、１８で共通の冷却対象空間を冷却するようになっている。ここで、２つの蒸発器１５、１８のうち、エジェクタ１４下流側の主流路に接続される第１蒸発器１５を空気流れの上流側（風上側）に配置し、エジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｂに接続される第２蒸発器１８を空気流れの下流側（風下側）に配置している。
【００５３】
なお、本実施形態では、冷凍サイクル１０を車両空調用冷凍サイクル装置に適用しているため、車室内空間が冷却対象空間となる。また、本実施形態の蒸気圧縮サイクル１０を冷凍車用冷凍サイクル装置に適用する場合は冷凍車の冷凍冷蔵庫内空間が冷却対象空間となる。２つの蒸発器１５、１８は外部流体である空気流れにおいて上下流の位置関係に限定されるものではなく、異なる空間や領域にそれぞれ送風される空気を冷却するものであってもよい。
【００５４】
図２に示すように、本実施形態のエジェクタ１４のノズル１４０は、筒状をなしており、図示左方端の入口１４１から図示右方端の出口をなす噴出口１４２にまで繋がる流体通路１４３が内部に形成されている。流体通路１４３は直線状に延びており、中心軸に直交する各部の断面は全て円形状をなし、軸線方向において断面積を変化させている。
【００５５】
流体通路１４３の途中には、図２図示中央よりも左方側（入口１４１側）に、通路断面積が最も縮小した喉部１４４が形成されている。そして、喉部１４４よりも図示右方側（噴出口１４２側）の部分は、喉部１４４から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部１４５となっている。
【００５６】
末広部１４５は、喉部１４４から噴出口１４２側へ向かっては、通路壁面の拡がり角度θ１（第１拡がり角度に相当）が一定である中間部１４７となっており、中間部１４７の下流端から噴出口１４２までは、中間部１４７よりも通路壁面の拡がり角度が大きい出口部１４８となっている。
【００５７】
出口部１４８の拡がり角度θ２（第２拡がり角度に相当）は、中間部１４７の拡がり角度θ１よりも大きくなっている。そして、出口部１４８上流端における拡がり角度θ２は中間部１４７の拡がり角度θ１と一致しており、出口部１４８では下流側（噴出口１４２側）に向かって漸次増大して、下流端の噴出口１４２において拡がり角度θ２は最大となっている。
【００５８】
すなわち、流体通路１４３の喉部１４４よりも下流側の末広部１４５は、中間部１４７と出口部１４８とが滑らかに繋がっており、中心線（軸線）を含む断面（中心線を含み中心線と平行に切断した断面）における流体通路１４３を形成する通路壁面（内壁面）は、中間部１４７では直線となっており、出口部１４８では内側に凸となる湾曲した曲線となっており、両者は滑らかに連続している。
【００５９】
また、換言すれば、末広部１４５では円断面の径が下流側に向かって増大しており、中間部１４７では軸線方向への移動量に対する径の増加量は一定であり、出口部１４８では軸線方向への移動量に対する径の増加量は、下流側ほど徐々に大きくなっている。
【００６０】
次に、上記構成に基づき冷凍サイクル１０の作動を説明する。圧縮機１１を車両エンジンにより駆動すると、圧縮機１１で圧縮され吐出された高温高圧状態の冷媒は凝縮器１２に流入する。凝縮器１２では高温の冷媒が外気により冷却されて凝縮する。凝縮器１２から流出した高圧冷媒は受液器１２ａ内に流入し、この受液器１２ａ内にて冷媒の気液が分離され、液冷媒が受液器１２ａから導出され温度式膨張弁１３を通過する。
【００６１】
この温度式膨張弁１３では、第１蒸発器１５の出口冷媒（圧縮機吸入冷媒）の過熱度が所定値となるように弁開度（冷媒流量）が調整され、高圧冷媒が減圧されて、液冷媒から気液二相の冷媒となる。この温度式膨張弁１３通過後の冷媒流れは、エジェクタ１４に向かう冷媒流れと、冷媒分岐配管１６から絞り機構１７に向かう冷媒流れとに分流する。
【００６２】
そして、エジェクタ１４に流入した気液二相の冷媒はノズル１４０の流体通路１４３で減圧され膨張する。従って、ノズル１４０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１４０の噴出口１４２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１４ｂから冷媒分岐配管１６内の第２蒸発器１８通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。
【００６３】
ノズル１４０から噴出した冷媒と冷媒吸引口１４ｂに吸引された冷媒は、ノズル１４０下流側の混合部１４ｃで混合してディフューザ部１４ｄに流入する。このディフューザ部１４ｄ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。
【００６４】
そして、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄから流出した冷媒は第１蒸発器１５に流入する。そして、第１蒸発器１５では、低温の低圧冷媒が電動送風機１９によ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、圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。
【００６５】
一方、冷媒分岐配管１６に流入した冷媒流れは絞り機構１７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１８に流入する。そして、第２蒸発器１８では、低温の低圧冷媒が、第１蒸発器１５通過後の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、冷媒吸引口１４ｂを介してエジェクタ１４内に吸引される。
【００６６】
以上のように構成される蒸気圧縮サイクル１０によれば、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの下流側冷媒を第１蒸発器１５に供給するととともに、冷媒分岐配管１６側の冷媒を絞り機構１７を通して第２蒸発器１８にも供給できるので、第１、第２蒸発器１５、１８で同時に冷却作用を発揮できる。そのため、第１、第２蒸発器１５、１８の両方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）できるようになっている。
【００６７】
上述の構成および作動によれば、ノズル１４０の末広部１４５は、冷媒流通方向における中間部１４７の通路壁面の拡がり角度θ１よりも、中間部１４７から噴出口１４２までの出口部１４８の通路壁面の拡がり角度θ２が大きくなっており、出口部１４８では、下流側に向かって拡がり角度θ２が漸次増大している。
【００６８】
気液二相状態で喉部１４４に流入した冷媒が末広部１４５で減圧される際には、二相冷媒中の細かい気泡を核として沸騰が起こり、減圧に伴って特に出口部１４８で流体中のガス量が大きく増大する。この増大するガス量に対応するように、出口部１４８の拡がり角度θ２を上流側の中間部１４７の拡がり角度θ１よりも大きくして、中間部１４７よりも出口部１４８の通路断面積の拡大率を大きくしている。
【００６９】
また、末広部１４５の出口部１４８では、下流側に向かって拡がり角度θ２を漸次増大させて、出口部１４８を流体流通方向において滑らかな曲面とするとともに、中間部１４７と出口部１４８とを滑らかに連続させている。
【００７０】
これにより、末広部１４５内で冷媒を加速し易くなり、冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換するノズル効率を安定して向上することができる。その結果、エジェクタ効率を向上して、冷凍サイクル１０の成績係数を向上することができる。
【００７１】
従来の冷凍サイクルに使われるエジェクタのノズルには、図４（ｂ）に示すように、サブクール域から液冷媒が流入されるものが一般的である。その際、高いノズル効率で減圧するには、破線で図示した等エントロピ線に沿うような形で減圧することが好ましいが、ノズルにおける減圧量が大きいので、喉部から出口（噴出口）までの全域で末広部の拡がり角度を一定としても、図４（ｂ）に示すように等エントロピ線に近似した減圧を行うことが可能であった。
【００７２】
これに対し、本実施形態のように、ノズル１４０に流入する冷媒が膨張弁１３によって既に減圧されており、喉部１４４に流入する冷媒が気液二相冷媒となっている場合には、末広部１４５における減圧量は比較的小さく、比較的低圧領域の減圧を受け持つことなる。
【００７３】
図４（ａ）に示すように、末広部１４５が冷媒を減圧する低圧領域では、等エントロピ線は逆Ｃ字状に図示左方向（エンタルピ減少方向）に湾曲している。この領域のみの減圧に、図４（ｂ）に示した減圧を行う末広部の拡がり角度が一定であるノズルを採用すると、図４（ａ）に一点鎖線に示したような減圧を行い、破線で示した等エントロピ線に沿った減圧を行うことができず、エントロピが増大してしまう。
【００７４】
本実施形態のエジェクタ１４のノズル１４０は、末広部１４５の出口部１４８において中間部１４７よりも拡がり角度を大きくし、中間部１４７よりも出口部１４８の通路断面積の拡大率を大きくしている。これにより、末広部１４５内で剥離や渦の発生等がないエントロピ線に沿った冷媒の減圧を行い、末広部１４５内で冷媒を加速し易く、高いノズル効率を安定して得られるようになっている。
【００７５】
本発明者らは、ノズル１４０の末広部１４５における中間部１４７の拡がり角度θ１と出口部１４８下流端の噴出口１４２の拡がり角度θ２との関係について評価を行い、中間部１４７の拡がり角度θ１に対する出口部噴出口１４２における拡がり角度θ２の比を１．３３以上とすることにより、確実に流体を加速し易くなり、ノズル効率を確実に安定して向上することができることを確認している。
【００７６】
図５は、ノズル１４０入口を一定圧力の二相状態とし、エジェクタ下流側の蒸発器の外部環境条件等を変化させてノズル１４０出口圧力を０．２４８ＭＰａ〜０．４２８ＭＰａまで振ったさいのノズル効率の実測データである。
【００７７】
評価に用いたノズルの拡がり角度θ１はいずれも０．７５°であり、拡がり角度θ２を０．５°〜１．５°まで振って評価している。したがって、θ２が０．５°である場合は中間部の拡がり角度よりも出口部の拡がり角度の方が小さい比較例であり、θ２が０．７５°である場合は、末広部の拡がり角度が一定である比較例である。
【００７８】
図５から明らかなように、θ２が０．５°〜１°の間ではほぼ同等のノズル効率を示しているが、θ２が１°以上（すなわちθ２／θ１が１．３３以上）である場合には、比較例に対して高いノズル効率を示すことが解る。
【００７９】
上述した本実施形態の例に対し、図６に示すように、ノズル２４０の末広部１４５を喉部１４４から噴出口１４２に向かって導入部１４６、中間部１４７、出口部１４８の順に形成し、中間部１４７の通路壁面の拡がり角度θ１（第１拡がり角度に相当）よりも、喉部１４４から中間部１４７までの導入部１４６の通路壁面の拡がり角度θｉｎ（第３拡がり角度に相当）を大きくしたものであってもよい。そして、導入部１４６では、下流側に向かって拡がり角度θｉｎが漸次減少させ、導入部１４６を冷媒流通方向において滑らかな曲面とするとともに、導入部１４６と中間部１４７とを滑らかに連続させている。
【００８０】
すなわち、本例では、流体通路１４３の喉部１４４よりも下流側の末広部１４５は、導入部１４６、中間部１４７、出口部１４８が滑らかに繋がっており、中心線（軸線）を含む断面（中心線を含み中心線と平行に切断した断面）における流体通路１４３を形成する通路壁面（内壁面）は、導入部１４６では外側に凸となる湾曲した曲線、中間部１４７では直線、出口部１４８では内側に凸となる湾曲した曲線となっており、相互に滑らかに連続している。
【００８１】
また、換言すれば、末広部１４５では円断面の径が下流側に向かって増大しており、導入部１４６では軸線方向への移動量に対する径の増加量は、下流側ほど徐々に小さくなっており、中間部１４７では軸線方向への移動量に対する径の増加量は一定であり、出口部１４８では軸線方向への移動量に対する径の増加量は、下流側ほど徐々に大きくなっている。
【００８２】
図４（ａ）において破線で示した等エントロピ線は、図からは読み取り難いが、ノズルの喉部直後ではＣ字状に若干湾曲しており、ノズル喉部からノズル出口まででは略Ｓ字状をなしているということができる。
【００８３】
したがって、気液二相状態で喉部１４４に流入した冷媒が末広部１４５で減圧される際には、喉部１４４を通過した直後の導入部１４６で減圧に伴って冷媒中のガス量が増大する。この導入部１４６で増大するガス量に対応するように、導入部１４６の拡がり角度θｉｎを下流側の中間部１４７の拡がり角度θ１よりも大きくして、中間部１４７よりも導入部１４６の通路断面積の拡大率を大きくしている。これにより、末広部１４５内に冷媒をスムーズに流通して一層冷媒を加速し易くなり、ノズル効率をより一層安定して向上することができる。
【００８４】
なお、図２、図６に例示したノズルにおいて、中心線を含み中心線と平行に切断した断面における通路壁面が、中間部は直線をなしていたが曲線をなすものであってもよい。
【００８５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図７および図８に基づいて説明する。
【００８６】
本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、導入部や出口部の拡がり角度を一定とした点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００８７】
本実施形態では、図７に示すように、ノズル３４０の中間部１４７の下流側に形成した出口部１４８では、拡がり角度θ２（第２拡がり角度に相当）を全域で一定（一様）としている。また、図８に示す例では、ノズル４４０の中間部１４７の下流側に形成した出口部１４８の拡がり角度θ２（第２拡がり角度に相当）を全域で一定とし、さらに、中間部１４７より上流側に形成した導入部１４６の拡がり角度θｉｎ（第３拡がり角度に相当）を全域で一定としている。
【００８８】
したがって、ノズル３４０、４４０の中心線（軸線）を含む断面（中心線を含み中心線と平行に切断した断面）における流体通路１４３を形成する通路壁面（内壁面）は、末広部１４５では直線を組み合わせたものとなる。
【００８９】
これにより、第１の実施形態において図２、図６に示したノズル１４０、２４０よりも末広部１４５を形成する際の加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００９０】
（他の実施形態）
本発明は、前述の第１、第２の実施形態で例示したようなノズルばかりでなく、ニードル弁体を有し冷媒流量を可変するノズルにも適用することが可能である。
【００９１】
例えば図９に示すように、内部に流体通路５４３が形成され、流体通路５４３の途中で通路断面積が最も縮小した喉部１４４を有する本体部５４０Ａと、流体通路５４３内に喉部１４４から流体通路５４３下流側先端の噴出口１４２に向かって突出するニードル弁体５４０Ｂとを具備し、喉部１４４に流入する気液二相の冷媒を減圧して噴出口１４２から噴出するノズル５４０にも適用することができる。
【００９２】
本体部５４０Ａの喉部１４４より下流側の内面５４０１とニードル弁体５４０Ｂの外面５４０２の間に形成される流体通路５４３の冷媒流通方向（軸線方向）における各部の断面を等価直径の円断面とした仮想流体通路を想定した場合に、この仮想流体通路が喉部から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広形状となっており、冷媒流通方向における中間部の仮想流体通路表面の第１拡がり角度θ１よりも、中間部から噴出口までの出口部の仮想流体通路表面の第２拡がり角度θ２が大きくなっていればよい。
【００９３】
さらに、仮想流体通路は、中間部の仮想流体通路表面の第１拡がり角度θ１よりも、喉部から中間部までの導入部の仮想流体通路表面の第３拡がり角度θｉｎが大きくなっていればより好ましい。
【００９４】
これによると、ニードル弁体５４０Ｂを有するノズル５４０を備えるエジェクタ装置であっても、中間部よりも出口部の通路断面積の拡大率を大きくして、喉部１４４より下流側で冷媒を加速し易くなり、ノズル効率を安定して向上することができる。さらに、中間部よりも導入部の通路断面積の拡大率を大きくして、喉部１４４直後の領域で冷媒を加速し易くなり、ノズル効率をより一層安定して向上することができる。
【００９５】
図９に例示したノズル５４０では、冷媒流通方向において本体部５４０Ａの内面５４０１の拡がり角度を変更し、冷媒流通方向においてニードル弁体５４０Ｂの外面５４０２のテーパ角度を一定とすることで、仮想流体通路が上記特徴を有する流体通路５４３を形成していたが、この組み合わせに限定されるものではない。
【００９６】
例えば、図１０に示すノズル６４０のように、冷媒流通方向において本体部６４０Ａの内面５４０１の拡がり角度を一定とし、冷媒流通方向においてニードル弁体６４０Ｂの外面５４０２のテーパ角度を変更することによっても、仮想流体通路が上記特徴を有する流体通路６４３を形成することができる。
【００９７】
また、例えば、図１１に示すノズル７４０のように、冷媒流通方向において本体部５４０Ａの内面５４０１の拡がり角度を変更するとともに、冷媒流通方向においてニードル弁体６４０Ｂの外面５４０２のテーパ角度を変更することによっても、仮想流体通路が上記特徴を有する流体通路７４３を形成することができる。
【００９８】
図９ないし図１１に例示したようなノズルにおいても、仮想流体通路の出口部では下流側に向かって第２拡がり角度を漸次増大させることにより、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。また、仮想流体通路の導入部では下流側に向かって第３拡がり角度を漸次減少させることにより、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００９９】
また、仮想流体通路が上記特徴を有する流体通路となるように本体部の内面やニードル弁体の外面を形成する際に、中心線（軸線）を含む断面（中心線を含み中心線と平行に切断した断面）における各面が直線の組み合わせとなるように形成すれば、ニードル弁体を有するノズルの加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【０１００】
また、上記各実施形態では、ノズルの入口１４１に気液二相状態の冷媒が流入する場合について説明したが、ノズルの喉部１４４に流入する冷媒が気液二相状態であれば、本発明を適用して有効である。
【０１０１】
また、上記各実施形態では、本発明を適用したエジェクタ装置１４を、図３に示すエジェクタ上流側の高圧配管から冷媒分岐配管が分岐する冷凍サイクル１０に用いた場合について説明したが、冷凍サイクルはこれに限定するものではない。例えば、図１２、図１３に示すような低圧配管から冷媒分岐配管が分岐する構成の冷凍サイクルを採用することができる。
【０１０２】
また、例えば、図１４に示すような高圧配管から冷媒分岐配管が分岐し、この分岐配管のみに蒸発器を備える冷凍サイクルを採用することもできる。また、例えば、図１５に示すようなエジェクタ直後の低圧配管から冷媒分岐配管が分岐する冷凍サイクルを採用することも可能である。
【０１０３】
また、受液器（レシーバ）もしくはアキュムレータを備えた冷凍サイクルを例示しているが、レシーバを備えた冷凍サイクル、アキュムレータを備えた冷凍サイクル、両者とも備えない冷凍サイクルのいずれであっても採用することが可能である。
【０１０４】
また、上記各実施形態では、車両に搭載する冷凍サイクルについて説明したが、これに限定されず、定置式の冷凍サイクルであってもかまわない。
【０１０５】
また、上記各実施形態では、冷媒としてＨＦＣ−１３４ａを用いた場合について説明していたが、冷媒はこれに限定されるものではない。フロン系冷媒や炭化水素系冷媒、二酸化炭素冷媒等を広く採用することができる。例えば、ＨＦＣＲ４０４Ａ、ＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４１０、イソブタン等を採用することも可能である。また、冷媒の高圧側圧力も臨界圧を超えないサイクルに限定されず、高圧側圧力が臨界圧を超える、所謂超臨界冷凍サイクルを採用することが可能である。
【０１０６】
また、上記各実施形態では、エジェクタ内を流通する流体は冷媒であり、エジェクタを冷凍サイクルに用いた場合について説明したが、流体は冷媒以外でもよく、ノズルの喉部に気液二相状態の流体が流入するエジェクタに本発明を適用すれば有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態におけるエジェクタ１４の概略構造を示す断面図である。
【図２】エジェクタ１４のノズル１４０の構成を示す断面図である。
【図３】エジェクタ１４を用いた冷凍サイクル１０の概略構成を示す模式図である。
【図４】圧力−エンタルピ線図上においてエジェクタノズルの減圧過程を説明する図であり、（ａ）は本発明を適用した例、（ｂ）は比較例を示している。
【図５】ノズル効率の評価結果を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の変形例におけるノズル２４０の構成を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態におけるノズル３４０の構成を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態の変形例におけるノズル４４０の構成を示す断面図である。
【図９】他の実施形態におけるノズル５４０の構成を示す断面図である。
【図１０】他の実施形態におけるノズル６４０の構成を示す断面図である。
【図１１】他の実施形態におけるノズル７４０の構成を示す断面図である。
【図１２】他の実施形態における冷凍サイクルの概略構成を示す模式図である。
【図１３】他の実施形態における冷凍サイクルの概略構成を示す模式図である。
【図１４】他の実施形態における冷凍サイクルの概略構成を示す模式図である。
【図１５】他の実施形態における冷凍サイクルの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０ 冷凍サイクル
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器（放熱用熱交換器）
１４ エジェクタ（エジェクタ装置）
１４ｂ 冷媒吸引口
１４ｃ 混合部（実質的な昇圧部の一部）
１４ｄ ディフューザ部（昇圧部、実質的な昇圧部の一部）
１５ 第１蒸発器（蒸発器）
１６ 冷媒分岐配管（冷媒配管の一部）
１８ 第２蒸発器（蒸発器）
２０ 冷媒循環配管（冷媒配管の一部）
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０、７４０ ノズル
１４２ 噴出口
１４３、５４３、６４３、７４３ 流体通路
１４４ 喉部
１４５ 末広部
１４６ 導入部
１４７ 中間部
１４８ 出口部
５４０Ａ、６４０Ａ 本体部
５４０Ｂ、６４０Ｂ ニードル弁体
５４０１ 内面（本体部の内面）
５４０２ 外面（ニードル弁体の外面）
θ１ 中間部の拡がり角度（第１拡がり角度）
θ２ 出口部の拡がり角度（第２拡がり角度）
θｉｎ 導入部の拡がり角度（第３拡がり角度）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を噴出させるノズルを備えたエジェクタ装置およびエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば下記特許文献１に開示されたエジェクタ装置がある。このエジェクタ装置では、ノズル本体の噴出口の上流側に２つの絞り部を設け、喉部となる下流側の絞り部から噴出口に向かって末広形状をなす流体通路に冷媒を減圧して導入して、冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換している。そして、圧力エネルギーを速度エネルギーに変換するノズル効率の向上を目的として、流体通路の上流側部の通路壁面の拡がり角度よりも下流側部の通路壁面の拡がり角度を小さくし、通路壁面からの冷媒の剥離および渦流の発生を抑制している。
【特許文献１】特開平１１−３７５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術のエジェクタ装置では、喉部に導入される流体が気液二相状態である場合には、安定してノズル効率を向上させることが困難であるという問題がある。
【０００４】
本発明者らは、この問題点に関して鋭意検討を行い、喉部に導入される流体が気液二相状態である場合には、喉部より下流側の末広部の形状を流体の剥離や渦流の発生のみに着目して決定せずに、減圧に伴うガス発生量に対応した形状とすれば、ノズル効率を安定的に向上することが可能であることを見出した。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、気液二相状態の流体を減圧する際にノズル効率を安定して向上させることが可能なノズルを備えるエジェクタ装置およびこのエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
内部に円断面の流体通路（１４３）が形成され、流体通路（１４３）の途中で通路断面積が最も縮小した喉部（１４４）と、喉部（１４４）から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部（１４５）とを有し、喉部（１４４）に流入する気液二相の流体を減圧して末広部（１４５）下流側先端の噴出口（１４２）から噴出するノズル（１４０）、を備えるエジェクタ装置であって、
末広部（１４５）は、流体流通方向における中間部（１４７）の通路壁面の第１拡がり角度（θ１）よりも、中間部（１４７）から噴出口（１４２）までの出口部（１４８）の通路壁面の第２拡がり角度（θ２）が大きくなっていることを特徴としている。
【０００７】
気液二相状態で喉部（１４４）に流入した流体が末広部（１４５）で減圧される際には、減圧に伴って特に出口部（１４８）で流体中のガス量が大きく増大する。この増大するガス量に対応するように、出口部（１４８）の第２拡がり角度（θ２）を上流側の中間部（１４７）の第１拡がり角度（θ２）よりも大きくして、中間部（１４７）よりも出口部（１４８）の通路断面積の拡大率を大きくすることができる。したがって、末広部（１４５）内で流体を加速し易くなり、ノズル効率を安定して向上することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、末広部（１４５）の出口部（１４８）では、下流側に向かって第２拡がり角度（θ２）が漸次増大していることを特徴としている。
【０００９】
これによると、出口部（１４８）を流体流通方向において滑らかな曲面とすることができる。したがって、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明では、末広部（１４５）の出口部（１４８）では、第２拡がり角度（θ２）が一定であることを特徴としている。
【００１１】
これによると、出口部（１４８）を形成するための加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明のように、中間部（１４７）の第１拡がり角度（θ１）に対する出口部噴出口（１４２）における第２拡がり角度（θ２）の比を１．３３以上とすることにより、確実に流体を加速し易くなり、ノズル効率を確実に安定して向上することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明では、末広部（１４５）は、中間部（１４７）の通路壁面の第１拡がり角度（θ１）よりも、喉部（１４４）から中間部（１４７）までの導入部（１４６）の通路壁面の第３拡がり角度（θｉｎ）が大きくなっていることを特徴としている。
【００１４】
気液二相状態で喉部（１４４）に流入した流体が末広部（１４５）で減圧される際には、喉部（１４４）を通過した直後に減圧に伴って流体中のガス量が増大する。この喉部（１４４）直後で増大するガス量に対応するように、導入部（１４６）の第３拡がり角度（θｉｎ）を下流側の中間部（１４７）の第１拡がり角度（θ１）よりも大きくして、中間部（１４７）よりも導入部（１４６）の通路断面積の拡大率を大きくすることができる。したがって、末広部（１４５）内で一層流体を加速し易くなり、ノズル効率をより一層安定して向上することができる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明では、末広部（１４５）の導入部（１４６）では、下流側に向かって第３拡がり角度（θｉｎ）が漸次減少していることを特徴としている。
【００１６】
これによると、導入部（１４６）を流体流通方向において滑らかな曲面とすることができる。したがって、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明では、末広部（１４５）の導入部（１４６）では、第３拡がり角度（θｉｎ）が一定であることを特徴としている。
【００１８】
これによると、導入部（１４６）を形成するための加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明では、
内部に流体通路（５４３）が形成され、流体通路（５４３）の途中で通路断面積が最も縮小した喉部（１４４）を有する本体部（５４０Ａ）と、流体通路（５４３）内に喉部（１４４）から流体通路（５４３）下流側先端の噴出口（１４２）に向かって突出するニードル弁体（５４０Ｂ）とを具備し、喉部（１４４）に流入する気液二相の流体を減圧して噴出口（１４２）から噴出するノズル（５４０）、を備えるエジェクタ装置であって、
本体部（５４０Ａ）の喉部（１４４）より下流側の内面（５４０１）とニードル弁体（５４０Ｂ）の外面（５４０２）の間に形成される流体通路（５４３）の流体流通方向における各部の断面を等価直径の円断面とした仮想流体通路を想定した場合に、
この仮想流体通路は、喉部から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広形状となっており、流体流通方向における中間部の通路表面の第１拡がり角度（θ１）よりも、中間部から噴出口までの出口部の通路表面の第２拡がり角度（θ２）が大きくなっていることを特徴としている。
【００２０】
これによると、ニードル弁体（５４０Ｂ）を有するノズル（５４０）を備えるエジェクタ装置であっても、中間部よりも出口部の通路断面積の拡大率を大きくして、喉部（１４４）より下流側で流体を加速し易くなり、ノズル効率を安定して向上することができる。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明のように、仮想流体通路の出口部では下流側に向かって第２拡がり角度を漸次増大させることにより、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明のように、仮想流体通路の出口部では第２拡がり角度を一定とすることにより、出口部に対応する部位を形成するための加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００２３】
また、請求項１１に記載の発明のように、仮想流体通路中間部の第１拡がり角度に対する噴出口における仮想流体通路の第２拡がり角度（θ２）の比を１．３３以上とすることにより、確実に流体を加速し易くなり、ノズル効率を確実に安定して向上することができる。
【００２４】
また、請求項１２に記載の発明では、仮想流体通路は、中間部の通路表面の第１拡がり角度（θ１）よりも、喉部から中間部までの導入部の通路表面の第３拡がり角度が大きくなっていることを特徴としている。
【００２５】
これによると、ニードル弁体（５４０Ｂ）を有するノズル（５４０）を備えるエジェクタ装置であっても、中間部よりも導入部の通路断面積の拡大率を大きくして、喉部（１４４）より下流側で流体を加速し易くなり、ノズル効率をより一層安定して向上することができる。
【００２６】
また、請求項１３に記載の発明のように、仮想流体通路の導入部では下流側に向かって第３拡がり角度を漸次減少させることにより、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００２７】
また、請求項１４に記載の発明のように、仮想流体通路の導入部では第３拡がり角度を一定とすることにより、導入部に対応する部位を形成するための加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００２８】
また、請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載の流体通路を有するノズルは、請求項１５に記載の発明のように、流体流通方向において本体部（５４０Ａ）の内面（５４０１）の拡がり角度を変更し、流体流通方向においてニードル弁体（５４０Ｂ）の外面（５４０２）のテーパ角度を一定とすることで得ることができる。
【００２９】
また、請求項１６に記載の発明のように、流体流通方向において本体部（６４０Ａ）の内面（５４０１）の拡がり角度を一定とし、流体流通方向においてニードル弁体（６４０Ｂ）の外面（５４０２）のテーパ角度を変更することによっても得ることができる。
【００３０】
また、請求項１７に記載の発明のように、流体流通方向において本体部（５４０Ａ）の内面（５４０１）の拡がり角度を変更するとともに、流体流通方向においてニードル弁体（６４０Ｂ）の外面（５４０２）のテーパ角度を変更することによっても得ることができる。
【００３１】
また、請求項１８に記載の発明では、
請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、
流体は冷媒であり、
エジェクタ装置（１４）は、ノズル（１４０）で気液二相状態の冷媒を減圧膨張させ、ノズル（１４０）で減圧膨張されて噴射される高速度冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１４ｂ）と、ノズル（１４０）から噴射される高速度冷媒流と冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを混合し、混合した冷媒流の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する昇圧部（１４ｃ、１４ｄ）とを有し、
エジェクタ装置（１４）から導出された冷媒もしくは冷媒吸引口（１４ｂ）に吸引される冷媒の少なくともいずれかを蒸発させる蒸発器（１５、１８）と、
蒸発器（１５、１８）で蒸発した冷媒を吸入圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
圧縮機（１１）から吐出された冷媒から放熱して冷却する放熱用熱交換器（１２）と、
圧縮機（１１）、放熱用熱交換器（１２）、エジェクタ装置（１４）、および蒸発器（１５、１８）を接続して、放熱用熱交換器（１２）の下流側の冷媒をエジェクタ装置（１４）のノズル（１４０）に導入するとともに、圧縮機（１１）が吐出した後再び吸入される前の冷媒の一部をエジェクタ装置（１４）の冷媒吸引口（１４ｂ）に導く冷媒配管（１６、２０）と、を備えることを特徴としている。
【００３２】
これによると、エジェクタ装置（１４）のノズル（１４０）のノズル効率を向上してエジェクタ効率を向上させ、冷凍サイクルの成績係数を向上することが可能である。
【００３３】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を適用した実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施形態におけるエジェクタ装置であるエジェクタ１４の概略構造を示す断面図であり、図２は、エジェクタ１４のノズル１４０の構成を示す断面図である。また、図３は、エジェクタ１４を用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクル１０の概略構成を示す模式図である。
【００３６】
図３に示す冷凍サイクル１０は、本例では車両用冷凍サイクル装置に適用したものであって、冷媒としてＨＦＣ１３４ａを用い高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いるものとする。
【００３７】
本実施形態の冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１は、電磁クラッチ１１ａ、ベルト（図示略）等を介して車両走行用エンジン（図示略）により回転駆動される。
【００３８】
この圧縮機１１としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチ１１ａ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。
【００３９】
この圧縮機１１の冷媒吐出側には凝縮器１２（放熱用熱交換器に相当）が配置されている。凝縮器１２は圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン（図示略）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を冷却する。
【００４０】
凝縮器１２の出口側には、受液器１２ａが設けられている。この受液器１２ａは縦長のタンク形状のものであり、冷媒の気液を分離してサイクル内の余剰液冷媒を溜める気液分離器を構成する。受液器１２ａは、タンク形状内部の下部側から液冷媒を導出するようになっている。なお、受液器１２ａは本例では凝縮器１２と一体的に設けられている。
【００４１】
受液器１２ａの出口側には、温度式膨張弁１３（感温式膨張弁）が配置されている。この温度式膨張弁１３は受液器１２ａからの液冷媒を減圧する減圧手段であって、圧縮機１１の吸入側通路に配置された感温部（図示略）を有している。
【００４２】
温度式膨張弁１３は、圧縮機１１の吸入側冷媒（後述の蒸発器出口側冷媒）の温度と圧力とに基づいて圧縮機吸入側冷媒の過熱度を検出し、圧縮機吸入側冷媒の過熱度が予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。
【００４３】
温度式膨張弁１３に代わる減圧手段として、電動可変式の膨張弁や絞り固定式の膨張弁を採用するものであってもよい。
【００４４】
温度式膨張弁１３の出口側には、エジェクタ１４が配置されている。このエジェクタ１４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（運動量輸送式ポンプ）でもある。
【００４５】
図１にも示すように、エジェクタ１４には、温度式膨張弁１３を通過後の冷媒（中間圧冷媒）の通路面積を小さく絞って、冷媒をさらに減圧膨張させるノズル１４０と、ノズル１４０の冷媒噴出口と同一空間に配置され、後述する第２蒸発器１８からの気相冷媒を吸引する冷媒吸引口１４ｂが備えられている。
【００４６】
さらに、ノズル１４０および冷媒吸引口１４ｂの冷媒流れ下流側部位には、ノズル１４０からの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１４ｂの吸引冷媒とを混合する混合部１４ｃが設けられている。そして、混合部１４ｃの冷媒流れ下流側に昇圧部をなすディフューザ部１４ｄが配置されている。このディフューザ部１４ｄ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。
【００４７】
なお、本実施形態のエジェクタ１４では、混合部１４ｃ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１４ｃとディフューザ部１４ｄとからなる構成が本実施形態のエジェクタ１４における昇圧部に相当する。
【００４８】
エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの出口側には、第１蒸発器１５が接続され、この第１蒸発器１５の出口側は圧縮機１１の吸入側に接続されている。
【００４９】
一方、圧縮機１１、凝縮器１２、温度式膨張弁１３、エジェクタ１４、第１蒸発器１５を環状に接続する冷媒循環配管２０のエジェクタ１４の入口側（温度式膨張弁１３の出口側とエジェクタ１４の入口側との間の中間部位＝分岐点Ｚ）から冷媒分岐配管１６が分岐され、この冷媒分岐配管１６の下流側はエジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｂに接続されている。
【００５０】
この冷媒分岐配管１６には、絞り機構１７が配置され、この絞り機構１７よりも冷媒流れ下流側には第２蒸発器１８が配置されている。本例の絞り機構１７には、固定絞りタイプが採用されているが、絞り量可変タイプを採用することも可能である。冷媒循環配管２０および冷媒分岐配管１６が本実施形態における冷媒配管に相当する。
【００５１】
さらに、本実施形態の冷凍サイクル１０は、蒸発器１５の上流側に配置される電動送風機１９を備え、この電動送風機１９により空気を矢印の方向（図１において上から下）へ送風し、この送風空気を２つの蒸発器１５、１８で冷却するようになっている。
【００５２】
２つの蒸発器１５、１８で冷却された冷風を共通の冷却対象空間（図示略）に送り込み、これにより、２つの蒸発器１５、１８で共通の冷却対象空間を冷却するようになっている。ここで、２つの蒸発器１５、１８のうち、エジェクタ１４下流側の主流路に接続される第１蒸発器１５を空気流れの上流側（風上側）に配置し、エジェクタ１４の冷媒吸引口１４ｂに接続される第２蒸発器１８を空気流れの下流側（風下側）に配置している。
【００５３】
なお、本実施形態では、冷凍サイクル１０を車両空調用冷凍サイクル装置に適用しているため、車室内空間が冷却対象空間となる。また、本実施形態の蒸気圧縮サイクル１０を冷凍車用冷凍サイクル装置に適用する場合は冷凍車の冷凍冷蔵庫内空間が冷却対象空間となる。２つの蒸発器１５、１８は外部流体である空気流れにおいて上下流の位置関係に限定されるものではなく、異なる空間や領域にそれぞれ送風される空気を冷却するものであってもよい。
【００５４】
図２に示すように、本実施形態のエジェクタ１４のノズル１４０は、筒状をなしており、図示左方端の入口１４１から図示右方端の出口をなす噴出口１４２にまで繋がる流体通路１４３が内部に形成されている。流体通路１４３は直線状に延びており、中心軸に直交する各部の断面は全て円形状をなし、軸線方向において断面積を変化させている。
【００５５】
流体通路１４３の途中には、図２図示中央よりも左方側（入口１４１側）に、通路断面積が最も縮小した喉部１４４が形成されている。そして、喉部１４４よりも図示右方側（噴出口１４２側）の部分は、喉部１４４から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部１４５となっている。
【００５６】
末広部１４５は、喉部１４４から噴出口１４２側へ向かっては、通路壁面の拡がり角度θ１（第１拡がり角度に相当）が一定である中間部１４７となっており、中間部１４７の下流端から噴出口１４２までは、中間部１４７よりも通路壁面の拡がり角度が大きい出口部１４８となっている。
【００５７】
出口部１４８の拡がり角度θ２（第２拡がり角度に相当）は、中間部１４７の拡がり角度θ１よりも大きくなっている。そして、出口部１４８上流端における拡がり角度θ２は中間部１４７の拡がり角度θ１と一致しており、出口部１４８では下流側（噴出口１４２側）に向かって漸次増大して、下流端の噴出口１４２において拡がり角度θ２は最大となっている。
【００５８】
すなわち、流体通路１４３の喉部１４４よりも下流側の末広部１４５は、中間部１４７と出口部１４８とが滑らかに繋がっており、中心線（軸線）を含む断面（中心線を含み中心線と平行に切断した断面）における流体通路１４３を形成する通路壁面（内壁面）は、中間部１４７では直線となっており、出口部１４８では内側に凸となる湾曲した曲線となっており、両者は滑らかに連続している。
【００５９】
また、換言すれば、末広部１４５では円断面の径が下流側に向かって増大しており、中間部１４７では軸線方向への移動量に対する径の増加量は一定であり、出口部１４８では軸線方向への移動量に対する径の増加量は、下流側ほど徐々に大きくなっている。
【００６０】
次に、上記構成に基づき冷凍サイクル１０の作動を説明する。圧縮機１１を車両エンジンにより駆動すると、圧縮機１１で圧縮され吐出された高温高圧状態の冷媒は凝縮器１２に流入する。凝縮器１２では高温の冷媒が外気により冷却されて凝縮する。凝縮器１２から流出した高圧冷媒は受液器１２ａ内に流入し、この受液器１２ａ内にて冷媒の気液が分離され、液冷媒が受液器１２ａから導出され温度式膨張弁１３を通過する。
【００６１】
この温度式膨張弁１３では、第１蒸発器１５の出口冷媒（圧縮機吸入冷媒）の過熱度が所定値となるように弁開度（冷媒流量）が調整され、高圧冷媒が減圧されて、液冷媒から気液二相の冷媒となる。この温度式膨張弁１３通過後の冷媒流れは、エジェクタ１４に向かう冷媒流れと、冷媒分岐配管１６から絞り機構１７に向かう冷媒流れとに分流する。
【００６２】
そして、エジェクタ１４に流入した気液二相の冷媒はノズル１４０の流体通路１４３で減圧され膨張する。従って、ノズル１４０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１４０の噴出口１４２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１４ｂから冷媒分岐配管１６内の第２蒸発器１８通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。
【００６３】
ノズル１４０から噴出した冷媒と冷媒吸引口１４ｂに吸引された冷媒は、ノズル１４０下流側の混合部１４ｃで混合してディフューザ部１４ｄに流入する。このディフューザ部１４ｄ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。
【００６４】
そして、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄから流出した冷媒は第１蒸発器１５に流入する。そして、第１蒸発器１５では、低温の低圧冷媒が電動送風機１９によ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、圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。
【００６５】
一方、冷媒分岐配管１６に流入した冷媒流れは絞り機構１７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１８に流入する。そして、第２蒸発器１８では、低温の低圧冷媒が、第１蒸発器１５通過後の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、冷媒吸引口１４ｂを介してエジェクタ１４内に吸引される。
【００６６】
以上のように構成される蒸気圧縮サイクル１０によれば、エジェクタ１４のディフューザ部１４ｄの下流側冷媒を第１蒸発器１５に供給するととともに、冷媒分岐配管１６側の冷媒を絞り機構１７を通して第２蒸発器１８にも供給できるので、第１、第２蒸発器１５、１８で同時に冷却作用を発揮できる。そのため、第１、第２蒸発器１５、１８の両方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）できるようになっている。
【００６７】
上述の構成および作動によれば、ノズル１４０の末広部１４５は、冷媒流通方向における中間部１４７の通路壁面の拡がり角度θ１よりも、中間部１４７から噴出口１４２までの出口部１４８の通路壁面の拡がり角度θ２が大きくなっており、出口部１４８では、下流側に向かって拡がり角度θ２が漸次増大している。
【００６８】
気液二相状態で喉部１４４に流入した冷媒が末広部１４５で減圧される際には、二相冷媒中の細かい気泡を核として沸騰が起こり、減圧に伴って特に出口部１４８で流体中のガス量が大きく増大する。この増大するガス量に対応するように、出口部１４８の拡がり角度θ２を上流側の中間部１４７の拡がり角度θ１よりも大きくして、中間部１４７よりも出口部１４８の通路断面積の拡大率を大きくしている。
【００６９】
また、末広部１４５の出口部１４８では、下流側に向かって拡がり角度θ２を漸次増大させて、出口部１４８を流体流通方向において滑らかな曲面とするとともに、中間部１４７と出口部１４８とを滑らかに連続させている。
【００７０】
これにより、末広部１４５内で冷媒を加速し易くなり、冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換するノズル効率を安定して向上することができる。その結果、エジェクタ効率を向上して、冷凍サイクル１０の成績係数を向上することができる。
【００７１】
従来の冷凍サイクルに使われるエジェクタのノズルには、図４（ｂ）に示すように、サブクール域から液冷媒が流入されるものが一般的である。その際、高いノズル効率で減圧するには、破線で図示した等エントロピ線に沿うような形で減圧することが好ましいが、ノズルにおける減圧量が大きいので、喉部から出口（噴出口）までの全域で末広部の拡がり角度を一定としても、図４（ｂ）に示すように等エントロピ線に近似した減圧を行うことが可能であった。
【００７２】
これに対し、本実施形態のように、ノズル１４０に流入する冷媒が膨張弁１３によって既に減圧されており、喉部１４４に流入する冷媒が気液二相冷媒となっている場合には、末広部１４５における減圧量は比較的小さく、比較的低圧領域の減圧を受け持つことなる。
【００７３】
図４（ａ）に示すように、末広部１４５が冷媒を減圧する低圧領域では、等エントロピ線は逆Ｃ字状に図示左方向（エンタルピ減少方向）に湾曲している。この領域のみの減圧に、図４（ｂ）に示した減圧を行う末広部の拡がり角度が一定であるノズルを採用すると、図４（ａ）に一点鎖線に示したような減圧を行い、破線で示した等エントロピ線に沿った減圧を行うことができず、エントロピが増大してしまう。
【００７４】
本実施形態のエジェクタ１４のノズル１４０は、末広部１４５の出口部１４８において中間部１４７よりも拡がり角度を大きくし、中間部１４７よりも出口部１４８の通路断面積の拡大率を大きくしている。これにより、末広部１４５内で剥離や渦の発生等がないエントロピ線に沿った冷媒の減圧を行い、末広部１４５内で冷媒を加速し易く、高いノズル効率を安定して得られるようになっている。
【００７５】
本発明者らは、ノズル１４０の末広部１４５における中間部１４７の拡がり角度θ１と出口部１４８下流端の噴出口１４２の拡がり角度θ２との関係について評価を行い、中間部１４７の拡がり角度θ１に対する出口部噴出口１４２における拡がり角度θ２の比を１．３３以上とすることにより、確実に流体を加速し易くなり、ノズル効率を確実に安定して向上することができることを確認している。
【００７６】
図５は、ノズル１４０入口を一定圧力の二相状態とし、エジェクタ下流側の蒸発器の外部環境条件等を変化させてノズル１４０出口圧力を０．２４８ＭＰａ〜０．４２８ＭＰａまで振ったさいのノズル効率の実測データである。
【００７７】
評価に用いたノズルの拡がり角度θ１はいずれも０．７５°であり、拡がり角度θ２を０．５°〜１．５°まで振って評価している。したがって、θ２が０．５°である場合は中間部の拡がり角度よりも出口部の拡がり角度の方が小さい比較例であり、θ２が０．７５°である場合は、末広部の拡がり角度が一定である比較例である。
【００７８】
図５から明らかなように、θ２が０．５°〜１°の間ではほぼ同等のノズル効率を示しているが、θ２が１°以上（すなわちθ２／θ１が１．３３以上）である場合には、比較例に対して高いノズル効率を示すことが解る。
【００７９】
上述した本実施形態の例に対し、図６に示すように、ノズル２４０の末広部１４５を喉部１４４から噴出口１４２に向かって導入部１４６、中間部１４７、出口部１４８の順に形成し、中間部１４７の通路壁面の拡がり角度θ１（第１拡がり角度に相当）よりも、喉部１４４から中間部１４７までの導入部１４６の通路壁面の拡がり角度θｉｎ（第３拡がり角度に相当）を大きくしたものであってもよい。そして、導入部１４６では、下流側に向かって拡がり角度θｉｎが漸次減少させ、導入部１４６を冷媒流通方向において滑らかな曲面とするとともに、導入部１４６と中間部１４７とを滑らかに連続させている。
【００８０】
すなわち、本例では、流体通路１４３の喉部１４４よりも下流側の末広部１４５は、導入部１４６、中間部１４７、出口部１４８が滑らかに繋がっており、中心線（軸線）を含む断面（中心線を含み中心線と平行に切断した断面）における流体通路１４３を形成する通路壁面（内壁面）は、導入部１４６では外側に凸となる湾曲した曲線、中間部１４７では直線、出口部１４８では内側に凸となる湾曲した曲線となっており、相互に滑らかに連続している。
【００８１】
また、換言すれば、末広部１４５では円断面の径が下流側に向かって増大しており、導入部１４６では軸線方向への移動量に対する径の増加量は、下流側ほど徐々に小さくなっており、中間部１４７では軸線方向への移動量に対する径の増加量は一定であり、出口部１４８では軸線方向への移動量に対する径の増加量は、下流側ほど徐々に大きくなっている。
【００８２】
図４（ａ）において破線で示した等エントロピ線は、図からは読み取り難いが、ノズルの喉部直後ではＣ字状に若干湾曲しており、ノズル喉部からノズル出口まででは略Ｓ字状をなしているということができる。
【００８３】
したがって、気液二相状態で喉部１４４に流入した冷媒が末広部１４５で減圧される際には、喉部１４４を通過した直後の導入部１４６で減圧に伴って冷媒中のガス量が増大する。この導入部１４６で増大するガス量に対応するように、導入部１４６の拡がり角度θｉｎを下流側の中間部１４７の拡がり角度θ１よりも大きくして、中間部１４７よりも導入部１４６の通路断面積の拡大率を大きくしている。これにより、末広部１４５内に冷媒をスムーズに流通して一層冷媒を加速し易くなり、ノズル効率をより一層安定して向上することができる。
【００８４】
なお、図２、図６に例示したノズルにおいて、中心線を含み中心線と平行に切断した断面における通路壁面が、中間部は直線をなしていたが曲線をなすものであってもよい。
【００８５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図７および図８に基づいて説明する。
【００８６】
本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、導入部や出口部の拡がり角度を一定とした点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００８７】
本実施形態では、図７に示すように、ノズル３４０の中間部１４７の下流側に形成した出口部１４８では、拡がり角度θ２（第２拡がり角度に相当）を全域で一定（一様）としている。また、図８に示す例では、ノズル４４０の中間部１４７の下流側に形成した出口部１４８の拡がり角度θ２（第２拡がり角度に相当）を全域で一定とし、さらに、中間部１４７より上流側に形成した導入部１４６の拡がり角度θｉｎ（第３拡がり角度に相当）を全域で一定としている。
【００８８】
したがって、ノズル３４０、４４０の中心線（軸線）を含む断面（中心線を含み中心線と平行に切断した断面）における流体通路１４３を形成する通路壁面（内壁面）は、末広部１４５では直線を組み合わせたものとなる。
【００８９】
これにより、第１の実施形態において図２、図６に示したノズル１４０、２４０よりも末広部１４５を形成する際の加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【００９０】
（他の実施形態）
本発明は、前述の第１、第２の実施形態で例示したようなノズルばかりでなく、ニードル弁体を有し冷媒流量を可変するノズルにも適用することが可能である。
【００９１】
例えば図９に示すように、内部に流体通路５４３が形成され、流体通路５４３の途中で通路断面積が最も縮小した喉部１４４を有する本体部５４０Ａと、流体通路５４３内に喉部１４４から流体通路５４３下流側先端の噴出口１４２に向かって突出するニードル弁体５４０Ｂとを具備し、喉部１４４に流入する気液二相の冷媒を減圧して噴出口１４２から噴出するノズル５４０にも適用することができる。
【００９２】
本体部５４０Ａの喉部１４４より下流側の内面５４０１とニードル弁体５４０Ｂの外面５４０２の間に形成される流体通路５４３の冷媒流通方向（軸線方向）における各部の断面を等価直径の円断面とした仮想流体通路を想定した場合に、この仮想流体通路が喉部から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広形状となっており、冷媒流通方向における中間部の仮想流体通路表面の第１拡がり角度θ１よりも、中間部から噴出口までの出口部の仮想流体通路表面の第２拡がり角度θ２が大きくなっていればよい。
【００９３】
さらに、仮想流体通路は、中間部の仮想流体通路表面の第１拡がり角度θ１よりも、喉部から中間部までの導入部の仮想流体通路表面の第３拡がり角度θｉｎが大きくなっていればより好ましい。
【００９４】
これによると、ニードル弁体５４０Ｂを有するノズル５４０を備えるエジェクタ装置であっても、中間部よりも出口部の通路断面積の拡大率を大きくして、喉部１４４より下流側で冷媒を加速し易くなり、ノズル効率を安定して向上することができる。さらに、中間部よりも導入部の通路断面積の拡大率を大きくして、喉部１４４直後の領域で冷媒を加速し易くなり、ノズル効率をより一層安定して向上することができる。
【００９５】
図９に例示したノズル５４０では、冷媒流通方向において本体部５４０Ａの内面５４０１の拡がり角度を変更し、冷媒流通方向においてニードル弁体５４０Ｂの外面５４０２のテーパ角度を一定とすることで、仮想流体通路が上記特徴を有する流体通路５４３を形成していたが、この組み合わせに限定されるものではない。
【００９６】
例えば、図１０に示すノズル６４０のように、冷媒流通方向において本体部６４０Ａの内面５４０１の拡がり角度を一定とし、冷媒流通方向においてニードル弁体６４０Ｂの外面５４０２のテーパ角度を変更することによっても、仮想流体通路が上記特徴を有する流体通路６４３を形成することができる。
【００９７】
また、例えば、図１１に示すノズル７４０のように、冷媒流通方向において本体部５４０Ａの内面５４０１の拡がり角度を変更するとともに、冷媒流通方向においてニードル弁体６４０Ｂの外面５４０２のテーパ角度を変更することによっても、仮想流体通路が上記特徴を有する流体通路７４３を形成することができる。
【００９８】
図９ないし図１１に例示したようなノズルにおいても、仮想流体通路の出口部では下流側に向かって第２拡がり角度を漸次増大させることにより、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。また、仮想流体通路の導入部では下流側に向かって第３拡がり角度を漸次減少させることにより、流体をスムーズに流通して加速することができ、ノズル効率をより安定して向上することができる。
【００９９】
また、仮想流体通路が上記特徴を有する流体通路となるように本体部の内面やニードル弁体の外面を形成する際に、中心線（軸線）を含む断面（中心線を含み中心線と平行に切断した断面）における各面が直線の組み合わせとなるように形成すれば、ニードル弁体を有するノズルの加工や検査等が容易であり、エジェクタ装置の製造を容易に行うことができる。
【０１００】
また、上記各実施形態では、ノズルの入口１４１に気液二相状態の冷媒が流入する場合について説明したが、ノズルの喉部１４４に流入する冷媒が気液二相状態であれば、本発明を適用して有効である。
【０１０１】
また、上記各実施形態では、本発明を適用したエジェクタ装置１４を、図３に示すエジェクタ上流側の高圧配管から冷媒分岐配管が分岐する冷凍サイクル１０に用いた場合について説明したが、冷凍サイクルはこれに限定するものではない。例えば、図１２、図１３に示すような低圧配管から冷媒分岐配管が分岐する構成の冷凍サイクルを採用することができる。
【０１０２】
また、例えば、図１４に示すような高圧配管から冷媒分岐配管が分岐し、この分岐配管のみに蒸発器を備える冷凍サイクルを採用することもできる。また、例えば、図１５に示すようなエジェクタ直後の低圧配管から冷媒分岐配管が分岐する冷凍サイクルを採用することも可能である。
【０１０３】
また、受液器（レシーバ）もしくはアキュムレータを備えた冷凍サイクルを例示しているが、レシーバを備えた冷凍サイクル、アキュムレータを備えた冷凍サイクル、両者とも備えない冷凍サイクルのいずれであっても採用することが可能である。
【０１０４】
また、上記各実施形態では、車両に搭載する冷凍サイクルについて説明したが、これに限定されず、定置式の冷凍サイクルであってもかまわない。
【０１０５】
また、上記各実施形態では、冷媒としてＨＦＣ−１３４ａを用いた場合について説明していたが、冷媒はこれに限定されるものではない。フロン系冷媒や炭化水素系冷媒、二酸化炭素冷媒等を広く採用することができる。例えば、ＨＦＣＲ４０４Ａ、ＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４１０、イソブタン等を採用することも可能である。また、冷媒の高圧側圧力も臨界圧を超えないサイクルに限定されず、高圧側圧力が臨界圧を超える、所謂超臨界冷凍サイクルを採用することが可能である。
【０１０６】
また、上記各実施形態では、エジェクタ内を流通する流体は冷媒であり、エジェクタを冷凍サイクルに用いた場合について説明したが、流体は冷媒以外でもよく、ノズルの喉部に気液二相状態の流体が流入するエジェクタに本発明を適用すれば有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態におけるエジェクタ１４の概略構造を示す断面図である。
【図２】エジェクタ１４のノズル１４０の構成を示す断面図である。
【図３】エジェクタ１４を用いた冷凍サイクル１０の概略構成を示す模式図である。
【図４】圧力−エンタルピ線図上においてエジェクタノズルの減圧過程を説明する図であり、（ａ）は本発明を適用した例、（ｂ）は比較例を示している。
【図５】ノズル効率の評価結果を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の変形例におけるノズル２４０の構成を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態におけるノズル３４０の構成を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態の変形例におけるノズル４４０の構成を示す断面図である。
【図９】他の実施形態におけるノズル５４０の構成を示す断面図である。
【図１０】他の実施形態におけるノズル６４０の構成を示す断面図である。
【図１１】他の実施形態におけるノズル７４０の構成を示す断面図である。
【図１２】他の実施形態における冷凍サイクルの概略構成を示す模式図である。
【図１３】他の実施形態における冷凍サイクルの概略構成を示す模式図である。
【図１４】他の実施形態における冷凍サイクルの概略構成を示す模式図である。
【図１５】他の実施形態における冷凍サイクルの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０ 冷凍サイクル
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器（放熱用熱交換器）
１４ エジェクタ（エジェクタ装置）
１４ｂ 冷媒吸引口
１４ｃ 混合部（実質的な昇圧部の一部）
１４ｄ ディフューザ部（昇圧部、実質的な昇圧部の一部）
１５ 第１蒸発器（蒸発器）
１６ 冷媒分岐配管（冷媒配管の一部）
１８ 第２蒸発器（蒸発器）
２０ 冷媒循環配管（冷媒配管の一部）
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０、７４０ ノズル
１４２ 噴出口
１４３、５４３、６４３、７４３ 流体通路
１４４ 喉部
１４５ 末広部
１４６ 導入部
１４７ 中間部
１４８ 出口部
５４０Ａ、６４０Ａ 本体部
５４０Ｂ、６４０Ｂ ニードル弁体
５４０１ 内面（本体部の内面）
５４０２ 外面（ニードル弁体の外面）
θ１ 中間部の拡がり角度（第１拡がり角度）
θ２ 出口部の拡がり角度（第２拡がり角度）
θｉｎ 導入部の拡がり角度（第３拡がり角度）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に円断面の流体通路（１４３）が形成され、前記流体通路（１４３）の途中で通路断面積が最も縮小した喉部（１４４）と、前記喉部（１４４）から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部（１４５）とを有し、前記喉部（１４４）に流入する気液二相の流体を減圧して前記末広部（１４５）下流側先端の噴出口（１４２）から噴出するノズル（１４０）、を備えるエジェクタ装置であって、
前記末広部（１４５）は、流体流通方向における中間部（１４７）の通路壁面の第１拡がり角度（θ１）よりも、前記中間部（１４７）から前記噴出口（１４２）までの出口部（１４８）の通路壁面の第２拡がり角度（θ２）が大きくなっていることを特徴とするエジェクタ装置。
【請求項２】
前記出口部（１４８）では、下流側に向かって前記第２拡がり角度（θ２）が漸次増大していることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ装置。
【請求項３】
前記出口部（１４８）では、前記第２拡がり角度（θ２）が一定であることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ装置。
【請求項４】
前記第１拡がり角度（θ１）に対する前記噴出口（１４２）における前記第２拡がり角度（θ２）の比が１．３３以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項５】
前記末広部（１４５）は、前記中間部（１４７）の通路壁面の第１拡がり角度（θ１）よりも、前記喉部（１４４）から前記中間部（１４７）までの導入部（１４６）の通路壁面の第３拡がり角度（θｉｎ）が大きくなっていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項６】
前記導入部（１４６）では、下流側に向かって前記第３拡がり角度（θｉｎ）が漸次減少していることを特徴とする請求項５に記載のエジェクタ装置。
【請求項７】
前記導入部（１４６）では、前記第３拡がり角度（θｉｎ）が一定であることを特徴とする請求項５に記載のエジェクタ装置。
【請求項８】
内部に流体通路（５４３）が形成され、前記流体通路（５４３）の途中で通路断面積が最も縮小した喉部（１４４）を有する本体部（５４０Ａ）と、前記流体通路（５４３）内に前記喉部（１４４）から前記流体通路（５４３）下流側先端の噴出口（１４２）に向かって突出するニードル弁体（５４０Ｂ）とを具備し、前記喉部（１４４）に流入する気液二相の流体を減圧して前記噴出口（１４２）から噴出するノズル（５４０）、を備えるエジェクタ装置であって、
前記本体部（５４０Ａ）の前記喉部（１４４）より下流側の内面（５４０１）と前記ニードル弁体（５４０Ｂ）の外面（５４０２）の間に形成される前記流体通路（５４３）の流体流通方向における各部の断面を等価直径の円断面とした仮想流体通路を想定した場合に、
前記仮想流体通路は、前記喉部から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広形状となっており、流体流通方向における中間部の通路表面の第１拡がり角度（θ１）よりも、前記中間部から前記噴出口までの出口部の通路表面の第２拡がり角度（θ２）が大きくなっていることを特徴とするエジェクタ装置。
【請求項９】
前記出口部では、下流側に向かって前記第２拡がり角度（θ２）が漸次増大していることを特徴とする請求項８に記載のエジェクタ装置。
【請求項１０】
前記出口部では、前記第２拡がり角度（θ２）が一定であることを特徴とする請求項８に記載のエジェクタ装置。
【請求項１１】
前記第１拡がり角度（θ１）に対する前記噴出口における前記第２拡がり角度（θ２）の比が１．３３以上であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１２】
前記仮想流体通路は、前記中間部の通路表面の第１拡がり角度（θ１）よりも、前記喉部から前記中間部までの導入部の通路表面の第３拡がり角度（θｉｎ）が大きくなっていることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１３】
前記導入部では、下流側に向かって前記第３拡がり角度（θｉｎ）が漸次減少していることを特徴とする請求項１２に記載のエジェクタ装置。
【請求項１４】
前記導入部では、前記第３拡がり角度（θｉｎ）が一定であることを特徴とする請求項１２に記載のエジェクタ装置。
【請求項１５】
前記本体部（５４０Ａ）の前記内面（５４０１）は流体流通方向において拡がり角度が変更され、前記ニードル弁体（５４０Ｂ）の前記外面（５４０２）は流体流通方向においてテーパ角度が一定となっていることを特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１６】
前記本体部（６４０Ａ）の前記内面（５４０１）は流体流通方向において拡がり角度が一定であり、前記ニードル弁体（６４０Ｂ）の前記外面（５４０２）は流体流通方向においてテーパ角度が変更されていることを特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１７】
前記本体部（５４０Ａ）の前記内面（５４０１）は流体流通方向において拡がり角度が変更されているとともに、前記ニードル弁体（６４０Ｂ）の前記外面（５４０２）は流体流通方向においてテーパ角度が変更されていることを特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、
前記流体は冷媒であり、
前記エジェクタ装置（１４）は、前記ノズル（１４０）で気液二相状態の冷媒を減圧膨張させ、前記ノズル（１４０）で減圧膨張されて噴射される高速度冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１４ｂ）と、前記高速度冷媒流と前記冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを混合し、混合した冷媒流の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する昇圧部（１４ｃ、１４ｄ）とを有し、
前記エジェクタ装置（１４）から導出された冷媒もしくは前記冷媒吸引口（１４ｂ）に吸引される冷媒の少なくともいずれかを蒸発させる蒸発器（１５、１８）と、
前記蒸発器（１５、１８）で蒸発した冷媒を吸入圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒から放熱して冷却する放熱用熱交換器（１２）と、
前記圧縮機（１１）、前記放熱用熱交換器（１２）、前記エジェクタ装置（１４）、および前記蒸発器（１５、１８）を接続して、前記放熱用熱交換器（１２）の下流側の冷媒を前記ノズル（１４０）に導入するとともに、前記圧縮機（１１）が吐出した後再び吸入する前の冷媒の一部を前記冷媒吸引口（１４ｂ）に導く冷媒配管（１６、２０）と、を備えることを特徴とするエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１】
内部に円断面の流体通路（１４３）が形成され、前記流体通路（１４３）の途中で通路断面積が最も縮小した喉部（１４４）と、前記喉部（１４４）から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部（１４５）とを有し、前記喉部（１４４）に流入する気液二相の流体を減圧して前記末広部（１４５）下流側先端の噴出口（１４２）から噴出するノズル（１４０）、を備えるエジェクタ装置であって、
前記末広部（１４５）は、流体流通方向における中間部（１４７）の通路壁面の第１拡がり角度（θ１）よりも、前記中間部（１４７）から前記噴出口（１４２）までの出口部（１４８）の通路壁面の第２拡がり角度（θ２）が大きくなっていることを特徴とするエジェクタ装置。
【請求項２】
前記出口部（１４８）では、下流側に向かって前記第２拡がり角度（θ２）が漸次増大していることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ装置。
【請求項３】
前記出口部（１４８）では、前記第２拡がり角度（θ２）が一定であることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ装置。
【請求項４】
前記第１拡がり角度（θ１）に対する前記噴出口（１４２）における前記第２拡がり角度（θ２）の比が１．３３以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項５】
前記末広部（１４５）は、前記中間部（１４７）の通路壁面の第１拡がり角度（θ１）よりも、前記喉部（１４４）から前記中間部（１４７）までの導入部（１４６）の通路壁面の第３拡がり角度（θｉｎ）が大きくなっていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項６】
前記導入部（１４６）では、下流側に向かって前記第３拡がり角度（θｉｎ）が漸次減少していることを特徴とする請求項５に記載のエジェクタ装置。
【請求項７】
前記導入部（１４６）では、前記第３拡がり角度（θｉｎ）が一定であることを特徴とする請求項５に記載のエジェクタ装置。
【請求項８】
内部に流体通路（５４３）が形成され、前記流体通路（５４３）の途中で通路断面積が最も縮小した喉部（１４４）を有する本体部（５４０Ａ）と、前記流体通路（５４３）内に前記喉部（１４４）から前記流体通路（５４３）下流側先端の噴出口（１４２）に向かって突出するニードル弁体（５４０Ｂ）とを具備し、前記喉部（１４４）に流入する気液二相の流体を減圧して前記噴出口（１４２）から噴出するノズル（５４０）、を備えるエジェクタ装置であって、
前記本体部（５４０Ａ）の前記喉部（１４４）より下流側の内面（５４０１）と前記ニードル弁体（５４０Ｂ）の外面（５４０２）の間に形成される前記流体通路（５４３）の流体流通方向における各部の断面を等価直径の円断面とした仮想流体通路を想定した場合に、
前記仮想流体通路は、前記喉部から下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広形状となっており、流体流通方向における中間部の通路表面の第１拡がり角度（θ１）よりも、前記中間部から前記噴出口までの出口部の通路表面の第２拡がり角度（θ２）が大きくなっていることを特徴とするエジェクタ装置。
【請求項９】
前記出口部では、下流側に向かって前記第２拡がり角度（θ２）が漸次増大していることを特徴とする請求項８に記載のエジェクタ装置。
【請求項１０】
前記出口部では、前記第２拡がり角度（θ２）が一定であることを特徴とする請求項８に記載のエジェクタ装置。
【請求項１１】
前記第１拡がり角度（θ１）に対する前記噴出口における前記第２拡がり角度（θ２）の比が１．３３以上であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１２】
前記仮想流体通路は、前記中間部の通路表面の第１拡がり角度（θ１）よりも、前記喉部から前記中間部までの導入部の通路表面の第３拡がり角度（θｉｎ）が大きくなっていることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１３】
前記導入部では、下流側に向かって前記第３拡がり角度（θｉｎ）が漸次減少していることを特徴とする請求項１２に記載のエジェクタ装置。
【請求項１４】
前記導入部では、前記第３拡がり角度（θｉｎ）が一定であることを特徴とする請求項１２に記載のエジェクタ装置。
【請求項１５】
前記本体部（５４０Ａ）の前記内面（５４０１）は流体流通方向において拡がり角度が変更され、前記ニードル弁体（５４０Ｂ）の前記外面（５４０２）は流体流通方向においてテーパ角度が一定となっていることを特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１６】
前記本体部（６４０Ａ）の前記内面（５４０１）は流体流通方向において拡がり角度が一定であり、前記ニードル弁体（６４０Ｂ）の前記外面（５４０２）は流体流通方向においてテーパ角度が変更されていることを特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１７】
前記本体部（５４０Ａ）の前記内面（５４０１）は流体流通方向において拡がり角度が変更されているとともに、前記ニードル弁体（６４０Ｂ）の前記外面（５４０２）は流体流通方向においてテーパ角度が変更されていることを特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載のエジェクタ装置。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、
前記流体は冷媒であり、
前記エジェクタ装置（１４）は、前記ノズル（１４０）で気液二相状態の冷媒を減圧膨張させ、前記ノズル（１４０）で減圧膨張されて噴射される高速度冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１４ｂ）と、前記高速度冷媒流と前記冷媒吸引口（１４ｂ）からの吸引冷媒とを混合し、混合した冷媒流の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する昇圧部（１４ｃ、１４ｄ）とを有し、
前記エジェクタ装置（１４）から導出された冷媒もしくは前記冷媒吸引口（１４ｂ）に吸引される冷媒の少なくともいずれかを蒸発させる蒸発器（１５、１８）と、
前記蒸発器（１５、１８）で蒸発した冷媒を吸入圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒から放熱して冷却する放熱用熱交換器（１２）と、
前記圧縮機（１１）、前記放熱用熱交換器（１２）、前記エジェクタ装置（１４）、および前記蒸発器（１５、１８）を接続して、前記放熱用熱交換器（１２）の下流側の冷媒を前記ノズル（１４０）に導入するとともに、前記圧縮機（１１）が吐出した後再び吸入する前の冷媒の一部を前記冷媒吸引口（１４ｂ）に導く冷媒配管（１６、２０）と、を備えることを特徴とするエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２２１８８３（Ｐ２００９−２２１８８３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６４６６４（Ｐ２００８−６４６６４）
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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