JP2019039633A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高段側圧縮部に導入される冷媒の圧力低下を抑えつつ、圧縮装置の保護を図ることが可能な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置１０は、低段側圧縮部１２２および高段側圧縮部１２４を含む圧縮装置１２と、放熱器１４と、エジェクタ１６と、気液分離器１８と、低段側膨張弁２０と、蒸発器２２と、を備える。また、冷凍サイクル装置１０は、気液分離器１８内のガスリッチな冷媒を高段側圧縮部１２４の冷媒吸入側に導く中間圧冷媒通路２４と、気液分離器１８内の液リッチな冷媒をエジェクタ１６の冷媒吸引口１６２に導く冷媒吸引通路２６と、を備える。さらに、冷凍サイクル装置１０は、中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒と冷媒吸引通路２６を流れる冷媒とを熱交換させることで中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒を冷却する中間熱交換器２８を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、二段圧縮二段膨張型のガスインジェクション回路に設定可能な冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の冷凍サイクル装置は、サイクル内において中間圧となるガス冷媒を高段側圧縮部の冷媒吸入側に導く際に、中間圧となる液相冷媒も高段側圧縮部の冷媒吸入側に導く構成になっている。これにより、圧縮装置を冷却したり、圧縮装置から吐出される冷媒の温度を抑えたりする構成となっている。

特開２００８−２８６０３７号公報

しかしながら、特許文献１の如く、高段側圧縮部にガス冷媒だけでなく液相冷媒も導入する構成では、高段側圧縮部で液圧縮が生じないように、流量調整機構によって高段側圧縮部に導入する液相冷媒の量を少なくする必要がある。これを実現するためには、流量調整機構を高圧損にする必要があるが、冷凍サイクル装置の大きさによっては加工が難しいほどの小型化が要求されることがある。

また、仮に、流量調整機構を高圧損にできたとしても、高段側圧縮部に導入される冷媒の圧力が低下することで、高段側圧縮部の負荷上昇によるＣＯＰの低下や圧縮装置の保護が不充分になってしまうといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、高段側圧縮部に導入される冷媒の圧力低下を抑えつつ、圧縮装置の保護を図ることが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
サイクル内の冷媒を圧縮して吐出する低段側圧縮部（１２２）、および低段側圧縮部から吐出された冷媒を圧縮して吐出する高段側圧縮部（１２４）を含んで構成される圧縮装置（１２）と、
高段側圧縮部から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１４）と、
放熱器を通過した冷媒を減圧膨張させるノズル部（１６１）、ノズル部から噴射する冷媒流により冷媒を内部に吸引するための冷媒吸引口（１６２）、ノズル部から噴射された冷媒流と冷媒吸引口から吸引された冷媒とを混合して昇圧させる昇圧部（１６４）を含んで構成されるエジェクタ（１６）と、
昇圧部で昇圧された冷媒の気液を分離する気液分離器（１８）と、
気液分離器から流出した冷媒を減圧させる低段側減圧機器（２０）と、
低段側減圧機器を通過した冷媒を蒸発させて低段側圧縮部の冷媒吸入側に流出させる蒸発器（２２）と、
気液分離器に存在するガスリッチな冷媒を高段側圧縮部の冷媒吸入側に導く中間圧冷媒通路（２４）と、
気液分離器に存在する液リッチな冷媒を冷媒吸引口に導く冷媒吸引通路（２６）と、
中間圧冷媒通路を流れる冷媒と冷媒吸引通路を流れる冷媒とを熱交換させることで中間圧冷媒通路を流れる冷媒を冷却する中間熱交換器（２８）と、を備える。

これによると、液リッチな冷媒を高段側圧縮部に直接供給することなく、液リッチな冷媒によって高段側圧縮部に供給するガスリッチな冷媒を冷却するので、圧縮装置を冷却したり、圧縮装置から吐出される冷媒の温度を抑えたりすることができる。そして、液リッチな冷媒を高段側圧縮部に供給しないので、圧縮装置における液圧縮を抑制することができる。

また、中間熱交換器を通過した液リッチな冷媒は、エジェクタの冷媒吸引口に吸引された後、ノズル部から噴射された冷媒流と共に昇圧部で昇圧される。このため、中間熱交換器を通過した液リッチな冷媒を気液分離器の冷媒流れ上流側に戻したとしても、中間圧冷媒通路を流れる冷媒の圧力低下を抑えることができる。

このように、本発明の冷凍サイクル装置によれば、上述の構成を備えることで、高段側圧縮部に導入される冷媒の圧力低下を抑えつつ、圧縮装置の保護を図ることが可能となる。ここで、「ガスリッチな冷媒」とは、ガスリッチな気液二相冷媒（例えば、乾き度：０．８〜１．０）だけではなく、ガス単相の気相冷媒を含む意味である。また、「液リッチな冷媒」とは、液リッチな気液二相冷媒（例えば、乾き度：０〜０．２）だけではなく、液単相の液相冷媒を含む意味である。

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の一例を示すものである。

本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置を構成するエジェクタの模式図である。 本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の作動を説明するためのモリエル線図である。 比較例に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。 比較例に係る冷凍サイクル装置の作動の一例を説明するためのモリエル線図である。 比較例に係る冷凍サイクル装置の作動の他の例を説明するためのモリエル線図である。

本発明の一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を定置式冷蔵庫に適用した例について説明する。冷凍サイクル装置１０は、冷蔵庫の庫内温度を所望の温度に調整する装置として機能する。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１０は、圧縮装置１２、放熱器１４、エジェクタ１６、気液分離器１８、低段側膨張弁２０、蒸発器２２等を順次配管で接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクルとして構成されている。冷凍サイクル装置１０を循環する冷媒としては、通常のフロン系冷媒が採用されている。なお、冷媒としては、二酸化炭素、炭化水素系冷媒等が採用されていてもよい。

圧縮装置１２は、低段側圧縮部１２２および高段側圧縮部１２４を有する二段昇圧式の圧縮機で構成されている。本実施形態の低段側圧縮部１２２および高段側圧縮部１２４は単一のハウジング１２０の内部に収容されている。

ハウジング１２０は、耐圧性に優れた金属製の密閉容器で構成されている。ハウジング１２０には、冷媒を吸入する吸入ポート１２０ａ、冷媒を吐出する吐出ポート１２０ｂ、サイクル内において中間圧となる中間圧冷媒を吸入するインジェクションポート１２０ｃが設けられている。

低段側圧縮部１２２は、吸入ポート１２０ａからサイクル内の冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構で構成されている。高段側圧縮部１２４は、低段側圧縮部１２２から吐出された冷媒、およびインジェクションポート１２０ｃから吸入される中間圧冷媒それぞれを圧縮し、吐出ポート１２０ｂから吐出する圧縮機構である。低段側圧縮部１２２および高段側圧縮部１２４は、電動機によって駆動される電動圧縮機で構成されている。なお、低段側圧縮部１２２および高段側圧縮部１２４は、内燃機関等によって駆動される構成になっていてもよい。

圧縮装置１２の冷媒吐出側には、高段側圧縮部１２４から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器１４が接続されている。放熱器１４は、高段側圧縮部１２４から吐出された高圧冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気と熱交換させて、高圧冷媒を冷却する。

放熱器１４の冷媒出口側には、エジェクタ１６が接続されている。エジェクタ１６は、冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴射する冷媒流の巻き込み作用によって冷媒を吸引するポンプ手段としての役割を兼ねるものである。

図２に示すように、エジェクタ１６は、放熱器１４を通過した高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部１６１を有している。エジェクタ１６には、ノズル部１６１から噴射される冷媒流により外部の冷媒を内部に吸引するための冷媒吸引口１６２が設けられている。この冷媒吸引口１６２は、後述する冷媒吸引通路２６を介して気液分離器１８の冷媒吸引ポート１８４に接続されている。

また、エジェクタ１６には、ノズル部１６１の冷媒流れ下流側に、ノズル部１６１からの噴射された冷媒流と冷媒吸引口１６２から吸引された冷媒とを混合させる混合部１６３が設けられている。そして、エジェクタ１６には、混合部１６３の冷媒流れ下流側に、混合部１６３で混合された冷媒を昇圧させる昇圧部としてディフューザ部１６４が設けられている。

さらに、エジェクタ１６には、ノズル部１６１の絞り開度を調整するための可変ニードル１６５が設けられている。エジェクタ１６は、可変ニードル１６５の位置制御によって、ノズル部１６１の絞り開度を電気的に制御できるようになっている。

図１に戻り、エジェクタ１６のディフューザ部１６４の冷媒流れ下流側には、気液分離器１８が接続されている。気液分離器１８は、エジェクタ１６のディフューザ部１６４で昇圧された冷媒の気液を分離するものである。

気液分離器１８には、ディフューザ部１６４からの冷媒を導入する冷媒導入部１８１、および気液分離器１８で分離された液相冷媒を後述する低段側膨張弁２０に導出する冷媒導出部１８２が設けられている。なお、気液分離器１８の詳細については後述する。

気液分離器１８の冷媒出口側には、低段側膨張弁２０が接続されている。低段側膨張弁２０は、気液分離器１８で分離された液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧する低段側減圧機器である。本実施形態の低段側膨張弁２０は、蒸発器２２の冷媒出口側における冷媒の状態が所望の状態（過熱度を有する状態となっていることが望ましい。）となるように絞り開度を自動的に調整する温度式膨張弁で構成されている。なお、低段側膨張弁２０は、機械式の温度式膨張弁に限らず、電気式の膨張弁で構成されていてもよい。

低段側膨張弁２０の冷媒出口側には、低段側膨張弁２０を通過した冷媒を蒸発させて低段側圧縮部１２２の冷媒吸入側に流出させる蒸発器２２が接続されている。蒸発器２２は、低段側膨張弁２０で減圧された低圧冷媒を図示しない庫内ファンにより循環送風される冷蔵庫内の空気（すなわち、庫内空気）と熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させる熱交換器である。庫内ファンにより送風される空気は、蒸発器２２における冷媒の蒸発潜熱によって所望の温度まで冷却される。

続いて、本実施形態の気液分離器１８の詳細について説明する。本実施形態の気液分離器１８には、その内部に存在するガスリッチな冷媒（ガス単相の気相冷媒またはガスリッチな気液二相冷媒）を外部に導出する中間圧ポート１８３が設けられている。この中間圧ポート１８３には、中間圧冷媒通路２４が接続されている。

中間圧冷媒通路２４は、気液分離器１８に存在するガスリッチな冷媒を高段側圧縮部１２４の冷媒吸入側に導く冷媒通路である。中間圧冷媒通路２４は、一端側が気液分離器１８の中間圧ポート１８３に接続され、他端側が圧縮装置１２のインジェクションポート１２０ｃに接続されている。

中間圧冷媒通路２４には、後述する中間熱交換器２８のインジェクション側熱交換部２８１が設けられるとともに、インジェクション側熱交換部２８１の冷媒流れ下流側に中間流量調整機構３０が設けられている。

また、本実施形態の気液分離器１８には、その内部に存在する液リッチな冷媒（液単相の液相冷媒または液リッチな気液二相冷媒）を外部に導出する冷媒吸引ポート１８４が設けられている。この冷媒吸引ポート１８４には、冷媒吸引通路２６が接続されている。

冷媒吸引通路２６は、気液分離器１８に存在する液リッチな冷媒をエジェクタ１６の冷媒吸引口１６２に導く冷媒通路である。冷媒吸引通路２６は、一端側が気液分離器１８の冷媒吸引ポート１８４に接続され、他端側がエジェクタ１６の冷媒吸引口１６２に接続されている。

冷媒吸引通路２６には、後述する中間熱交換器２８の吸引側熱交換部２８２が設けられるとともに、吸引側熱交換部２８２の冷媒流れ上流側に吸引流量調整機構３２が設けられている。

中間熱交換器２８は、中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒と冷媒吸引通路２６を流れる冷媒とを熱交換させて中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒を冷却する内部熱交換器である。中間熱交換器２８は、中間圧冷媒通路２４側の冷媒が流通するインジェクション側熱交換部２８１、および冷媒吸引通路２６側の冷媒が流通する吸引側熱交換部２８２を有している。中間熱交換器２８としては、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器等を採用することができる。

中間圧冷媒通路２４には、インジェクション側熱交換部２８１の冷媒流れ下流側に、中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒の流量、すなわち、高段側圧縮部１２４への冷媒のインジェクション量を調整する中間流量調整機構３０が設けられている。本実施形態の中間流量調整機構３０は、絞り開度を制御可能な電気式の可変絞り機構で構成されている。

ここで、冷凍サイクル装置１０では、放熱器１４の冷媒出口側の冷媒のエンタルピが小さい場合、気液分離器１８で分離される気相冷媒の冷媒量が少なくなる。一方、放熱器１４の冷媒出口側の冷媒のエンタルピが大きい場合、気液分離器１８で分離される気相冷媒の冷媒量が多くなる。

このような特性を踏まえて、中間流量調整機構３０は、放熱器１４の冷媒出口側の冷媒のエンタルピが小さい場合、エンタルピが大きい場合に比べて、中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒の流量を減少させる構成となっている。すなわち、中間流量調整機構３０は、放熱器１４の冷媒出口側の冷媒のガス量が少ない程、図示しない制御装置によって絞り開度が小さくなるように制御される構成になっている。

また、冷媒吸引通路２６には、吸引側熱交換部２８２の冷媒流れ下流側に、冷媒を減圧するとともに冷媒吸引通路２６を流れる冷媒の流量を調整可能な吸引流量調整機構３２が設けられている。本実施形態の吸引流量調整機構３２は、絞り開度を制御可能な電気式の可変絞り機構で構成されている。

ここで、中間熱交換器２８のうちインジェクション側熱交換部２８１を通過する冷媒の流量は、サイクルの負荷変動に応じて変化する。この際、例えば、吸引側熱交換部２８２を通過する冷媒が一定の流量になっていると、インジェクション側熱交換部２８１を通過する冷媒が過度に冷却されてしまう虞がある。インジェクション側熱交換部２８１を通過する冷媒が過度に冷却されることは、高段側圧縮部１２４における液圧縮等が生ずる要因となることから好ましくない。

そこで、本実施形態の吸引流量調整機構３２は、高段側圧縮部１２４に対して飽和蒸気または過熱度を有する過熱蒸気が吸入されるように、冷媒吸引通路２６を介して中間熱交換器２８の吸引側熱交換部２８２に流れる冷媒の流量を調整する構成となっている。すなわち、吸引流量調整機構３２は、高段側圧縮部１２４に対して飽和蒸気または過熱度を有する過熱蒸気が吸入されるように、図示しない制御装置によって絞り開度が制御される構成になっている。

図示しない制御装置は、プロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリを含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路で構成される。制御装置は、メモリ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、冷凍サイクル装置１０の各種機器の作動を制御する。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の作動について、図３に示すモリエル線図を参照して説明する。冷凍サイクル装置１０は、冷凍サイクル装置１０の運転スイッチがオンされると、制御装置が冷凍サイクル装置１０の各種機器を作動させる。これにより、圧縮装置１２が冷媒を吸引し、吸引した冷媒を高圧ＰＨとなるまで圧縮して吐出する（図３のＡ１点）。

圧縮装置１２の高段側圧縮部１２４から吐出された高圧冷媒は、放熱器１４に流入して外気との熱交換によって放熱して凝縮する（図３のＡ１点→Ａ２点）。放熱器１４を通過した冷媒は、エジェクタ１６のノズル部１６１に流入し、等エントロピ的に減圧膨張する（図３のＡ２点→Ａ３点）。そして、減圧膨張時に冷媒の圧力エネルギが速度エネルギに変換されて、冷媒がノズル部１６１の冷媒噴射口から高速度になって噴射される。この噴射冷媒の冷媒吸引作用によって、冷媒吸引口１６２から気液分離器１８に存在する液リッチな冷媒が吸引される。

さらに、ノズル部１６１から噴射された冷媒と冷媒吸引口１６２から吸引された冷媒がエジェクタ１６の混合部１６３で混合された後、ディフューザ部１６４で中間圧ＰＭとなるまで昇圧される（図３のＡ３点→Ａ４点）。なお、ディフューザ部１６４では、冷媒の通路面積の拡大によって冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換されるため、冷媒の圧力が中間圧ＰＭまで上昇する。

ディフューザ部１６４から吐出された冷媒は、気液分離器１８に流入して気液が分離される（図３のＡ４点→Ａ５点、Ａ４点→Ａ６点）。気液分離器１８の冷媒導出部１８２から流出した液相冷媒は、低段側膨張弁２０で等エントロピ的に減圧膨張して気液二相状態となる（図３のＡ５点→Ａ７点）。すなわち、気液分離器１８から流出した液相冷媒は、低段側膨張弁２０にて低圧ＰＬとなるまで減圧される。

低段側膨張弁２０から流出した冷媒は、蒸発器２２に流入して、庫内ファンにより循環送風される庫内空気から吸熱して蒸発する（図３のＡ７点→Ａ８点）。この際、庫内空気は、冷媒の吸熱作用によって所望の温度まで冷却される。

蒸発器２２から流出した低圧冷媒は、圧縮装置１２の低段側圧縮部１２２に吸入された後に圧縮される（図３のＡ８点→Ａ９点）。そして、圧縮装置１２では、低段側圧縮部１２２から吐出された冷媒とインジェクションポート１２０ｃから吸入された冷媒とが合流する（図３のＡ９点→Ａ１０点）。圧縮装置１２の内部で合流した冷媒は、その圧力ＰＭｓが高圧ＰＨとなるまで高段側圧縮部１２４にて圧縮される（図３のＡ１０点→Ａ１点）。

ここで、気液分離器１８に存在する液リッチな冷媒の一部は、冷媒吸引通路２６に流入し、吸引流量調整機構３２にて減圧される（図３のＡ５点→Ａ１１点）。吸引流量調整機構３２にて減圧された冷媒は、中間熱交換器２８の吸引側熱交換部２８２にて中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒と熱交換してエンタルピが増加する（図３のＡ１１点→Ａ１２点）。中間熱交換器２８の吸引側熱交換部２８２から流出した冷媒は、エジェクタ１６の冷媒吸引口１６２に吸引される。

また、気液分離器１８に存在するガスリッチな冷媒の一部は、中間圧冷媒通路２４に流入し、中間熱交換器２８のインジェクション側熱交換部２８１にて冷媒吸引通路２６を流れる冷媒と熱交換して冷却されてエンタルピが減少する（図３のＡ６点→Ａ１３点）。中間熱交換器２８のインジェクション側熱交換部２８１を通過した冷媒は、中間流量調整機構３０を介して圧縮装置１２のインジェクションポート１２０ｃに吸入される（図３のＡ１３点→Ａ１４点）。そして、インジェクションポート１２０ｃに吸入された冷媒は、圧縮装置１２の内部で低段側圧縮部１２２から吐出された冷媒と合流する（図３のＡ１４点→Ａ１０点）。これにより、低温の冷媒が圧縮装置１２の高段側圧縮部１２４に供給されるので、圧縮装置１２の冷却を行ったり、圧縮機１２から吐出される冷媒の温度上昇を抑制したりすることができる。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の効果を説明するために、本実施形態の比較例となる冷凍サイクル装置ＣＥの構成および作動について図４〜図６を参照して説明する。なお、図４では、比較例の冷凍サイクル装置ＣＥのうち本実施形態の冷凍サイクル装置１０と同様に構成される機器等に対して同じ符号を付している。また、以下では、比較例の冷凍サイクル装置ＣＥのうち、本実施形態の冷凍サイクル装置１０と同様に構成される機器についての説明を省略する。

比較例の冷凍サイクル装置ＣＥは、圧縮装置１２、放熱器１４、高段側膨張弁Ｖｈ、気液分離器１８、低段側膨張弁２０、蒸発器２２等を順次配管で接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクルとして構成されている。

高段側膨張弁Ｖｈは、放熱器１４を通過した高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させる高段側減圧機器である。高段側膨張弁Ｖｈは、本実施形態のエジェクタ１６に対応する機器であり、放熱器１４を通過した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧する。

比較例の気液分離器１８の中間圧ポート１８３には、中間圧冷媒通路ＧＬが接続されており、当該中間圧冷媒通路ＧＬに中間流量調整機構３０が設けられている。なお、中間圧冷媒通路ＧＬには、本実施形態の冷凍サイクル装置１０における中間熱交換器２８に相当する構成が設けられていない。

また、比較例の気液分離器１８の冷媒吸引ポート１８４には、中間圧冷媒通路ＧＬを流れる冷媒に液相冷媒を混合させるための液相冷媒通路ＬＬが接続されている。液相冷媒通路ＬＬは、一端側が冷媒吸引ポート１８４に接続され、他端側が中間圧冷媒通路ＧＬに設けられた合流部ＪＰに接続されている。

液相冷媒通路ＬＬには、中間圧冷媒通路ＧＬを流れる冷媒に混合させる液相冷媒の流量を調整するための流量調整機構ＦＡが設けられている。この流量調整機構ＦＡは、高段側圧縮部１２４で液圧縮が生じないように高圧損な絞り機構となっている。

このように構成される冷凍サイクル装置ＣＥの作動について、図５、図６に示すモリエル線図を参照して説明する。図５、図６では、液相冷媒を高段側圧縮部１２４にインジェクションする場合の冷媒の状態変化を実線で示し、液相冷媒を高段側圧縮部１２４にインジェクションしない場合の冷媒の状態変化を一点鎖線で示している。

図５のモリエル線図は、高段側圧縮部１２４の冷媒吸入側に液相冷媒をインジェクションする場合とインジェクションしない場合とで高段側膨張弁Ｖｈを同様に作動させる際の冷媒の状態変化を示している。

一方、図６のモリエル線図は、高段側圧縮部１２４の冷媒吸入側への液相冷媒のインジェクションの有無によらず、高段側圧縮部１２４の冷媒吸入側の圧力が所定の圧力に維持されるように高段側膨張弁Ｖｈを作動させる際の冷媒の状態変化を示している。

まず、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションする場合とインジェクションしない場合とで高段側膨張弁Ｖｈを同様に作動させる際の作動について説明する。冷凍サイクル装置ＣＥは、運転スイッチがオンされると、圧縮装置１２が冷媒を吸引し、吸引した冷媒を高圧ＰＨとなるまで圧縮して吐出する（図５のＢ１点）。そして、圧縮装置１２の高段側圧縮部１２４から吐出された高圧冷媒は、放熱器１４に流入して外気との熱交換によって放熱して凝縮する（図５のＢ１点→Ｂ２点）。

放熱器１４を通過した冷媒は、高段側膨張弁Ｖｈに流入し、等エントロピ的に減圧膨張する（図５のＢ２点→Ｂ３点）。すなわち、放熱器１４を通過した冷媒は、高段側膨張弁Ｖｈにて中間圧ＰＭとなるまで減圧される。

高段側膨張弁Ｖｈから流出した冷媒は、気液分離器１８に流入して気液が分離される（図５のＢ３点→Ｂ４点、Ｂ３点→Ｂ５点）。気液分離器１８の冷媒導出部１８２から流出した液相冷媒は、低段側膨張弁２０で等エントロピ的に減圧膨張して気液二相状態となる（図５のＢ４点→Ｂ６点）。すなわち、気液分離器１８から流出した液相冷媒は、低段側膨張弁２０にて低圧ＰＬとなるまで減圧される。

低段側膨張弁２０から流出した冷媒は、蒸発器２２に流入して、庫内ファンにより循環送風される庫内空気から吸熱して蒸発する（図５のＢ６点→Ｂ７点）。この際、庫内空気は、冷媒の吸熱作用によって所望の温度まで冷却される。

蒸発器２２から流出した低圧冷媒は、圧縮装置１２の低段側圧縮部１２２に吸入された後に圧縮される（図５のＢ７点→Ｂ８点）。そして、圧縮装置１２では、低段側圧縮部１２２から吐出された冷媒とインジェクションポート１２０ｃから吸入された冷媒とが合流する（図３のＢ８点→Ｂ９点）。圧縮装置１２の内部で合流した冷媒は、その圧力ＰＭｓが高圧ＰＨとなるまで高段側圧縮部１２４にて圧縮される（図５のＢ９点→Ｂ１点）。

ここで、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションする場合、気液分離器１８に存在する液相冷媒の一部が、液相冷媒通路ＬＬを介して中間圧冷媒通路ＧＬに流入する。液相冷媒通路ＬＬに流入した液相冷媒は、流量調整機構ＦＡにて中間圧ＰＭよりも低い圧力まで減圧される（図５のＢ４点→Ｂ１０点）。

中間圧冷媒通路ＧＬを流れる冷媒は、通路途中において液相冷媒通路ＬＬを流れる液相冷媒との混合により圧力が低下した後、圧縮装置１２のインジェクションポート１２０ｃに吸入される（図５のＢ５点→Ｂ１１点）。そして、インジェクションポート１２０ｃに吸入された冷媒は、圧縮装置１２の内部で低段側圧縮部１２２から吐出された冷媒と合流する（図５のＢ１１点→Ｂ９点）。

このように比較例の冷凍サイクル装置ＣＥでは、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションする場合、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションしない場合に比べて、圧縮装置１２にインジェクションされる冷媒の圧力ＰＭｓが低くなる。これにより、高段側圧縮部１２４の冷媒の吸入圧力が低下することで、高段側圧縮部１２４の負荷が増加する。このことは、圧縮装置１２から吐出する冷媒の温度上昇や、サイクルのＣＯＰの低下を招く要因となる。

続いて、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションする場合とインジェクションしない場合とで、高段側圧縮部１２４に吸入される冷媒の圧力が変化しないように、高段側膨張弁Ｖｈを作動させる際の作動について説明する。冷凍サイクル装置ＣＥは、運転スイッチがオンされると、圧縮装置１２が冷媒を吸引し、吸引した冷媒を高圧ＰＨとなるまで圧縮して吐出する（図６のＣ１点）。そして、圧縮装置１２の高段側圧縮部１２４から吐出された高圧冷媒は、放熱器１４に流入して外気との熱交換によって放熱して凝縮する（図６のＣ１点→Ｃ２点）。

放熱器１４を通過した冷媒は、高段側膨張弁Ｖｈに流入し、等エントロピ的に減圧膨張する（図６のＣ２点→Ｃ３点）。この際、高段側膨張弁Ｖｈは、高段側圧縮部１２４への液相冷媒のインジェクションの有無によらず、高段側圧縮部１２４に吸入される冷媒の圧力が所定の圧力に維持されるように作動する。具体的には、高段側膨張弁Ｖｈは、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションする場合、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションしない場合に比べて、絞り開度が大きくなるように作動する。

高段側膨張弁Ｖｈから流出した冷媒は、気液分離器１８に流入して気液が分離される（図６のＣ３点→Ｃ４点、Ｃ３点→Ｃ５点）。気液分離器１８の冷媒導出部１８２から流出した液相冷媒は、低段側膨張弁２０で等エントロピ的に減圧膨張して気液二相状態となる（図６のＣ４点→Ｃ６点）。すなわち、気液分離器１８から流出した液相冷媒は、低段側膨張弁２０にて低圧ＰＬとなるまで減圧される。なお、気液分離器１８の冷媒導出部１８２から流出した液相冷媒は、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションする場合、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションしない場合に比べて、エンタルピが増加する。

低段側膨張弁２０から流出した冷媒は、蒸発器２２に流入して、庫内ファンにより循環送風される庫内空気から吸熱して蒸発する（図６のＣ６点→Ｃ７点）。この際、庫内空気は、冷媒の吸熱作用によって所望の温度まで冷却される。

蒸発器２２から流出した低圧冷媒は、圧縮装置１２の低段側圧縮部１２２に吸入された後に圧縮される（図６のＣ７点→Ｃ８点）。そして、圧縮装置１２では、低段側圧縮部１２２から吐出された冷媒とインジェクションポート１２０ｃから吸入された冷媒とが合流する（図６のＣ８点→Ｃ９点）。圧縮装置１２の内部で合流した冷媒は、その圧力ＰＭｓが高圧ＰＨとなるまで高段側圧縮部１２４にて圧縮される（図６のＣ９点→Ｃ１点）。

ここで、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションする場合、気液分離器１８に存在する液相冷媒の一部が、液相冷媒通路ＬＬを介して中間圧冷媒通路ＧＬに流入する。液相冷媒通路ＬＬに流入した液相冷媒は、流量調整機構ＦＡにて中間圧ＰＭよりも低い圧力となるまで減圧される（図６のＣ４点→Ｃ１０点）。

中間圧冷媒通路ＧＬを流れる冷媒は、通路途中において液相冷媒通路ＬＬを流れる液相冷媒との混合により圧力が中間圧ＰＭまで低下した後、圧縮装置１２のインジェクションポート１２０ｃに吸入される（図６のＣ５点→Ｃ１１点）。そして、インジェクションポート１２０ｃに吸入された冷媒は、圧縮装置１２の内部で低段側圧縮部１２２から吐出された冷媒と合流する（図６のＣ１１点→Ｃ９点）。

このように比較例の冷凍サイクル装置ＣＥでは、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションする場合、高段側圧縮部１２４に液相冷媒をインジェクションしない場合に比べて、気液分離器１８から流出した液相冷媒のエンタルピが増加する。これにより、蒸発器２２の冷媒出口側と冷媒入口側とのエンタルピ差が小さくなることで蒸発器２２の吸熱能力が減少する。このことは、サイクルのＣＯＰの低下を招く要因となる。

以上の如く、比較例の冷凍サイクル装置ＣＥでは、高段側圧縮部１２４に液相冷媒を導入する構成となっているため、高段側圧縮部１２４の負荷上昇や蒸発器２２の吸熱能力の減少によるＣＯＰの低下等が避けられない。

これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、液リッチな冷媒を高段側圧縮部１２４に直接供給することなく、液リッチな冷媒によって高段側圧縮部１２４に供給するガスリッチな冷媒を冷却する構成になっている。このため、圧縮装置１２を冷却したり、圧縮装置１２から吐出される冷媒の温度を抑えたりすることができる。そして、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、液リッチな冷媒を高段側圧縮部１２４に供給しないので、圧縮装置１２における液圧縮を抑制することができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、中間熱交換器２８を通過した液リッチな冷媒がエジェクタ１６の冷媒吸引口１６２に吸引された後、ノズル部１６１から噴射された冷媒流と共にディフューザ部１６４で昇圧される。このため、中間熱交換器２８を通過した液リッチな冷媒を気液分離器１８の冷媒流れ上流側に戻したとしても、中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒の圧力低下を抑えることができる。

このように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０によれば、上述の構成を備えることで、高段側圧縮部１２４に導入される冷媒の圧力低下を抑えつつ、圧縮装置１２の保護を図ることが可能となる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、冷媒吸引通路２６のうち中間熱交換器２８の冷媒流れ上流側に、冷媒を減圧するとともに冷媒吸引通路２６を流れる冷媒の流量を調整可能な吸引流量調整機構３２が設けられている。

これによると、中間熱交換器２８における冷媒吸引通路２６を流れる冷媒と中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒との熱交換によって中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒を冷却することができる。また、吸引流量調整機構３２によって冷媒吸引通路２６を流れる冷媒の流量を調整する構成とすれば、中間熱交換器２８における熱交換量を調整して中間圧冷媒通路２４の冷媒出口側のエンタルピをサイクルに適した状態に調整することが可能となる。

ここで、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、冷媒吸引通路２６を流れる冷媒が高段側圧縮部１２４に直接供給されない構成になっている。このため、高段側圧縮部１２４に対して液リッチな冷媒を供給する場合に比べて、液リッチな冷媒の流量を極端に減少させなくてもよい。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、従来技術の要求された流量調整機構の小型化や高圧損化が必須とならないので、比較的容易に装置構成を実現することができる。

特に、本実施形態の吸引流量調整機構３２は、飽和蒸気または過熱度を有する過熱蒸気が高段側圧縮部１２４に吸入されるように、冷媒吸引通路２６を介して中間熱交換器２８に流れる冷媒の流量を調整する構成となっている。これによると、高段側圧縮部１２４における液圧縮を回避することができるので、圧縮装置１２の保護を充分に図ることができる。

また、本実施形態の中間圧冷媒通路２４には、中間熱交換器２８の冷媒流れ下流側に中間圧冷媒通路２４を流れる冷媒の流量を調整する中間流量調整機構３０が設けられている。これによると、サイクルの負荷変動が生じたとしても、当該負荷変動に合わせて高段側圧縮部１２４への冷媒の供給量を適切な量に調整可能となるので、冷凍サイクル装置１０のサイクルバランスを最適な状態に維持することが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態の如く、中間圧冷媒通路２４に設けた中間流量調整機構３０を可変絞り機構で構成することが望ましいが、これに限定されない。中間流量調整機構３０は、例えば、固定絞り機構で構成されていてもよい。また、中間流量調整機構３０は、必須ではなく省略されていてもよい。

上述の各実施形態の如く、冷媒吸引通路２６に設けた吸引流量調整機構３２を可変絞り機構で構成することが望ましいが、これに限定されない。吸引流量調整機構３２は、例えば、減圧機能を発揮する固定絞り機構で構成されていてもよい。

上述の実施形態では、圧縮装置１２として低段側圧縮部１２２および高段側圧縮部１２４が単一のハウジング１２０に収容されるものを採用する例について説明したが、これに限定されない。圧縮装置１２は、例えば、低段側圧縮部１２２および高段側圧縮部１２４が独立した圧縮機として構成され、各圧縮部１２２、１２４の間に中間圧冷媒を合流させる合流部が設けられたものが採用されていてもよい。

上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置を定置式冷蔵庫に適用した例について説明したが、これに限定されない。本発明の冷凍サイクル装置は、例えば、車両に搭載された冷凍庫、車両の空調装置、家庭用の空調装置等の様々な装置に適用可能である。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、冷凍サイクル装置は、低段側圧縮部および高段側圧縮部を含む圧縮装置と、放熱器と、エジェクタと、気液分離器と、低段側減圧機器と、蒸発器と、を備える。また、冷凍サイクル装置は、気液分離器内のガスリッチな冷媒を高段側圧縮部の冷媒吸入側に導く中間圧冷媒通路と、気液分離器内の液リッチな冷媒を冷媒吸引口に導く冷媒吸引通路と、を備える。さらに、冷凍サイクル装置は、中間圧冷媒通路を流れる冷媒と冷媒吸引通路を流れる冷媒とを熱交換させることで中間圧冷媒通路を流れる冷媒を冷却する中間熱交換器を備える。

第２の観点によれば、冷凍サイクル装置は、冷媒吸引通路における中間熱交換器の冷媒流れ上流側に、冷媒を減圧するとともに冷媒吸引通路を流れる冷媒の流量を調整可能な吸引流量調整機構が設けられている。

これによると、吸引流量調整機構によって減圧された冷媒が中間熱交換器に供給されるので、中間熱交換器における冷媒吸引通路を流れる冷媒と中間圧冷媒通路を流れる冷媒との熱交換によって中間圧冷媒通路を流れる冷媒を冷却することができる。また、吸引流量調整機構によって冷媒吸引通路を流れる冷媒の流量を調整する構成とすれば、中間熱交換器における熱交換量を調整して中間圧冷媒通路の冷媒出口側のエンタルピをサイクルに適した状態に調整することが可能となる。

ここで、本発明の冷凍サイクル装置では、冷媒吸引通路を流れる冷媒が高段側圧縮部に直接供給されない構成になっているので、高段側圧縮部に対して液リッチな冷媒を供給する場合に比べて、液リッチな冷媒の流量を極端に減少させなくてもよい。すなわち、本発明の冷凍サイクル装置は、従来技術の要求された流量調整機構の小型化や高圧損化が必須とならないので、比較的容易に装置構成を実現することができる。

第３の観点によれば、冷凍サイクル装置の吸引流量調整機構は、飽和蒸気または過熱度を有する過熱蒸気が高段側圧縮部に吸入されるように、冷媒吸引通路を介して中間熱交換器に流れる冷媒の流量を調整する構成になっている。これによると、高段側圧縮部における液圧縮を回避することができるので、圧縮装置の保護を充分に図ることができる。

第４の観点によれば、冷凍サイクル装置は、中間圧冷媒通路における中間熱交換器の冷媒流れ下流側に中間圧冷媒通路を流れる冷媒の流量を調整する中間流量調整機構が設けられている。

これによると、サイクルの負荷変動が生じたとしても、当該負荷変動に合わせて高段側圧縮部への冷媒の供給量を適切な量に調整可能となるので、冷凍サイクル装置のサイクルバランスを最適な状態に維持することが可能となる。

ここで、放熱器の冷媒出口側の冷媒が過冷却度（すなわち、サブクール）を有する場合、気液分離器で分離されるガス冷媒の冷媒量が少なくなる。一方、放熱器の冷媒出口側の冷媒が過冷却度を有していない場合、気液分離器で分離されるガス冷媒の冷媒量が多くなる。このため、中間流量調整機構は、放熱器の冷媒出口側の冷媒が過冷却度を有する場合、放熱器の冷媒出口側の冷媒が過冷却度を有していない場合に比べて、中間圧冷媒通路を流れる冷媒の流量を減少させる構成となっていることが望ましい。

１２ 圧縮装置
１２２ 低段側圧縮部
１２４ 高段側圧縮部
１６ エジェクタ
１６１ ノズル部
１６２ 冷媒吸引口
１６４ ディフューザ部（昇圧部）
２４ 中間圧冷媒通路
２６ 冷媒吸引通路
２８ 中間熱交換器

Claims (4)

1. サイクル内の冷媒を圧縮して吐出する低段側圧縮部（１２２）、および前記低段側圧縮部から吐出された冷媒を圧縮して吐出する高段側圧縮部（１２４）を含んで構成される圧縮装置（１２）と、
   前記高段側圧縮部から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１４）と、
   前記放熱器を通過した冷媒を減圧膨張させるノズル部（１６１）、前記ノズル部から噴射する冷媒流により冷媒を内部に吸引するための冷媒吸引口（１６２）、前記ノズル部から噴射された冷媒流と前記冷媒吸引口から吸引された冷媒とを混合して昇圧させる昇圧部（１６４）を含んで構成されるエジェクタ（１６）と、
   前記昇圧部で昇圧された冷媒の気液を分離する気液分離器（１８）と、
   前記気液分離器から流出した冷媒を減圧させる低段側減圧機器（２０）と、
   前記低段側減圧機器を通過した冷媒を蒸発させて前記低段側圧縮部の冷媒吸入側に流出させる蒸発器（２２）と、
   前記気液分離器に存在するガスリッチな冷媒を前記高段側圧縮部の冷媒吸入側に導く中間圧冷媒通路（２４）と、
   前記気液分離器に存在する液リッチな冷媒を前記冷媒吸引口に導く冷媒吸引通路（２６）と、
   前記中間圧冷媒通路を流れる冷媒と前記冷媒吸引通路を流れる冷媒とを熱交換させることで前記中間圧冷媒通路を流れる冷媒を冷却する中間熱交換器（２８）と、
   を備える冷凍サイクル装置。
2. 前記冷媒吸引通路には、前記中間熱交換器の冷媒流れ上流側に、冷媒を減圧するとともに前記冷媒吸引通路を流れる冷媒の流量を調整可能な吸引流量調整機構（３２）が設けられている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記吸引流量調整機構は、飽和蒸気または過熱度を有する過熱蒸気が前記高段側圧縮部に吸入されるように、前記冷媒吸引通路を介して前記中間熱交換器に流れる冷媒の流量を調整する請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記中間圧冷媒通路には、前記中間熱交換器の冷媒流れ下流側に前記中間圧冷媒通路を流れる冷媒の流量を調整する中間流量調整機構（３０）が設けられている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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