JP5045677B2 - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、エジェクタを有するエジェクタ式冷凍サイクルに関する。

従来、冷媒減圧手段の機能および冷媒循環手段の機能を果たすエジェクタを有するエジェクタ式冷凍サイクルが知られている。例えば、特許文献１には、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて室外空気と熱交換させて放熱させ、放熱した高圧冷媒をエジェクタのノズル部へ供給し、吸引側蒸発器にて蒸発した冷媒をエジェクタの冷媒吸引口から吸引するエジェクタ式冷凍サイクルが開示されている。

さらに、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルでは、エジェクタのディフューザ部下流側に、ディフューザ部から流出した冷媒の気液を分離する流出側気液分離器を配置し、流出側気液分離器の気相冷媒出口を圧縮機の吸入口側へ接続するとともに、液相冷媒出口を吸引側蒸発器の入口側へ接続し、吸引側蒸発器の出口側を冷媒吸引口に接続している。

また、この種のエジェクタ式冷凍サイクルに適用されるエジェクタでは、エジェクタのノズル部にて高圧冷媒を減圧膨張させて噴射し、この噴射冷媒の圧力低下によって冷媒吸引口から蒸発器下流側の冷媒を吸引することで、ノズル部における減圧膨張時の運動エネルギの損失を回収している。

さらに、回収した運動エネルギ（以下、回収エネルギという。）を、エジェクタのディフューザ部にて圧力エネルギに変換して、圧縮機吸入冷媒圧力を上昇させることで、圧縮機の駆動動力を低減させてエジェクタ式冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させている。

特許第３３２２２６３号公報

ところが、特許文献１のエジェクタ式冷凍サイクルでは、ノズル部を通過する冷媒（以下、駆動流という。）の流量低下に伴って、エジェクタの吸引能力が低下してしまうので、回収エネルギ量も減少してしまう。このため、駆動流の流量低下に伴って、上述のＣＯＰ向上効果が低減してしまう。

なお、駆動流の流量低下が生じる運転条件としては、例えば、外気温の低下に伴って高圧冷媒の圧力が低下する場合等がある。つまり、外気温の低下に伴って高圧冷媒の圧力が低下してしまうと、高圧冷媒と低圧冷媒との圧力差が縮小して、エジェクタの駆動流の流量が低下してしまう。

さらに、このような駆動流の流量低下が生じると、エジェクタの吸引能力が低下して、回収エネルギ量が減少するだけでなく、流出側気液分離器から吸引側蒸発器へ液相冷媒が供給されにくくなり、エジェクタ式冷凍サイクルが発揮できる冷凍能力も低下してしまう。その結果、駆動流の流量低下に伴って、ＣＯＰが大幅に低減してしまう。

この問題に対して、本発明者らは、先に、特願２００８−２５９５０１（以下、先願例という。）にて、図７の全体構成図に示すエジェクタ式冷凍サイクルを提案している。この先願例のエジェクタ式冷凍サイクルは、特許文献１のサイクルに対して、吸引側蒸発器１６から流出した冷媒を吸入して圧縮し、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂ側へ吐出する第２圧縮機２１を追加したものである。

この先願例のサイクルによれば、エジェクタ１３の駆動流の流量が低下して、エジェクタ１３の吸引能力が低下するような運転条件であっても、第２圧縮機２１がエジェクタ１３の吸引能力を補助することができる。従って、駆動流の流量変化が生じてエジェクタ１３の吸引能力が低下してしまうような運転条件であっても、安定的に、吸引側蒸発器１６へ冷媒を供給してＣＯＰの大幅な低減を抑制できる。

しかしながら、本発明者らが、先願例のサイクルについて更なる試験研究を進めたところ、この先願例のサイクルでは、安定的に吸引側蒸発器１６へ冷媒を供給できるにもかかわらず、吸引側蒸発器１６にて発揮できる冷凍能力が低下して、ＣＯＰの大幅な低減を抑制する効果を充分に得られないことがあった。さらに、第１圧縮機１１の耐久寿命が悪化してしまうことがあった。

そこで、本発明者らが、その原因について調査したところ、先願例のサイクルでは、第２圧縮機２１にて等エントロピ的に圧縮されてエンタルピが増加した乾き度の高い冷媒が冷媒吸引口１３ｂから吸引されるので、ディフューザ部１３ｃから流出した冷媒の乾き度が、特許文献１のサイクルよりも高くなってしまうことが原因であると判った。

その理由は、ディフューザ部１３ｃから流出した冷媒の乾き度が高くなると、流出側気液分離器１４にて分離される液相冷媒流量が減少してしまうため、流出側気液分離器１４から吸引側蒸発器１６側へ供給できる液相冷媒流量が、特許文献１のサイクルよりも少なくなってしまうからである。その結果、吸引側蒸発器１６にて発揮できる冷凍能力が低下して、ＣＯＰ低減の抑制効果を充分に得られなくなってしまう。

さらに、エジェクタ式冷凍サイクルを含む一般的な蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、圧縮機の潤滑のために、冷媒中に潤滑用のオイル（冷凍機油）を混入させる必要がある。この種のオイルは液相冷媒中に溶け込んでしまうため、流出側気液分離器１４にて分離される液相冷媒流量が減少してしまうと、流出側気液分離器１４内の液相冷媒中のオイル濃度が、特許文献１のサイクルよりも濃くなってしまう。

そして、オイル濃度の高い液相冷媒が流出側気液分離器１４から吸引側蒸発器１６側へ流入すると、オイルが吸引側蒸発器１６内に滞留してしまうこともある。このようなオイルの滞留は、吸引側蒸発器１６への冷媒の流通を妨げて、冷凍能力を低下させるだけでなく、第１圧縮機１１へ供給されるオイルの不足を招き、第１圧縮機１１の耐久寿命を悪化させる原因となる。

本発明は、上記点に鑑み、駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることを目的とする。

上記の目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮手段（１１ａ）と、第１圧縮手段（１１ａ）から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、放熱器（１２）から流出した冷媒を減圧膨張させるノズル部（１３ａ）から噴射する高速度の噴射冷媒の流れによって、冷媒を冷媒吸引口（１３ｂ）から吸引して、噴射冷媒と冷媒吸引口（１３ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧するエジェクタ（１３）と、エジェクタ（１３）から流出した冷媒の一部を蒸発させる吸引側蒸発器（１６）と、吸引側蒸発器（１６）出口側冷媒を吸引して圧縮し、冷媒吸引口（１３ｂ）側へ吐出する第２圧縮手段（２１ａ）と、第２圧縮手段（２１ａ）吐出口側と第１圧縮手段（１１ａ）吸入口側とを接続して、第２圧縮手段（２１ａ）吐出冷媒に混入されているオイルを第１圧縮手段（１１ａ）吸入側へ戻すオイル戻し通路（２０）を備え、
第１圧縮手段（１１ａ）は、エジェクタ（１３）から流出した冷媒の別の一部、および、オイル戻し通路（２０）から流出したオイルが混合されたオイル混合冷媒を吸入可能に構成されているエジェクタ式冷凍サイクルを特徴とする。

これによれば、第２圧縮手段（２１ａ）を備えているので、エジェクタ（１３）の駆動流の流量低下に伴ってエジェクタ（１３）の吸引能力が低下するような運転条件であっても、第２圧縮手段（２１ａ）の吐出作用によって、エジェクタ（１３）の吸引能力を補助することができる。従って、駆動流の流量変動にかかわらず、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

さらに、オイル戻し通路（２０）を備えているので、第２圧縮手段（２１）吐出冷媒とともに流れるオイルを第１圧縮手段（１１ａ）側へ戻し、オイル混合冷媒を第１圧縮手段（１１ａ）へ吸入させることができる。従って、第１圧縮手段（１１ａ）の潤滑不足を解消して、第１圧縮手段（１１ａ）の耐久寿命の悪化を抑制できる。

その結果、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、第１圧縮手段（１１ａ）の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ（１３）から流出した冷媒の気液を分離する流出側気液分離器（１４）を備え、流出側気液分離器（１４）の液相冷媒出口は、吸引側蒸発器（１６）入口側に接続され、流出側気液分離器（１４）の気相冷媒出口は、第１圧縮手段（１１ａ）吸入口側に接続され、オイル混合冷媒は、気相冷媒出口から流出した冷媒およびオイル戻し通路（２０）から流出したオイルが混合されたものであることを特徴とする。

これによれば、具体的に、駆動流が低下してエジェクタ（１３）の吸引能力が低下した場合であっても、第２圧縮手段（２１ａ）の吸入作用によって、流出側気液分離器（１４）から吸引側蒸発器（１６）へ液相冷媒を供給することができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクルを確実に安定して作動させることができる。

さらに、第１圧縮手段（１１ａ）に、流出側気液分離器（１４）から流出した気相冷媒とオイル戻し通路（２０）から流出したオイル混合冷媒を吸入させるので、第１圧縮手段（１１ａ）の耐久寿命の悪化を抑制できるだけでなく、第１圧縮手段（１１ａ）の液圧縮の問題も回避できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、オイル戻し通路（２０）を開閉するオイル戻し通路開閉手段（２０ａ）とを備えることを特徴とする。

ここで、オイル戻し通路（２０）によって、第２圧縮手段（２１ａ）吐出口側と第１圧縮手段（１１ａ）吸入口側とを連通させると、冷媒吸引口（１３ｂ）入口側冷媒圧力とエジェクタ（１３）出口側冷媒圧力との圧力差が小さくなってしまい、エジェクタ（１３）の昇圧量が小さくなってしまう。

そのため、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができたとしても、第１圧縮手段（１１ａ）吸入冷媒の圧力を上昇させることによるＣＯＰ向上効果を十分に得ることができなくなってしまう。

これに対して、請求項３に記載の発明によれば、オイル戻し通路開閉手段（２０ａ）を備えているので、オイル戻し通路開閉手段（２０ａ）がオイル戻し通路（２０）を開くことによって、請求項１に記載の発明と同様に、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

また、オイル戻し通路開閉手段（２０ａ）がオイル戻し通路（２０）を閉じることによって、冷媒吸引口（１３ｂ）入口側冷媒圧力とエジェクタ（１３）出口側冷媒圧力との間に圧力差を確保できる。従って、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、エジェクタ（１３）の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を十分に得ながら、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

その結果、オイル戻し通路開閉手段（２０ａ）を適宜開閉することによって、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、エジェクタ（１３）の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を得ながら、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、第２圧縮手段（２１ａ）吐出口と冷媒吸引口（１３ｂ）とを接続する吸引冷媒通路（１７）のうち、オイル戻し通路（２０）入口側よりも冷媒吸引口（１３ｂ）側に配置されて、吸引冷媒通路（１７）における圧力損失を調整する圧力損失調整弁（２２）とを備えることを特徴とする。

これによれば、圧力損失調整弁（２２）が吸引冷媒通路（１７）の圧力損失を増加させることにより、第２圧縮手段（２１ａ）吐出冷媒のうち多くの冷媒をオイル戻し通路（２０）側へ流通させることができる。従って、第２圧縮手段（２１ａ）吐出冷媒に混入しているオイルの多くを、オイル戻し通路（２０）側へ流入させることができる。

つまり、実質的に、請求項３に記載の発明でオイル戻し通路開閉手段（２０ａ）がオイル戻し通路（２０）を開いた際と同様に、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

また、圧力損失調整弁（２２）が吸引冷媒通路（１７）の圧力損失を低下させることにより、第２圧縮手段（２１ａ）吐出冷媒のうち多くの冷媒を、吸引冷媒通路（１７）を介して、冷媒吸引口（１３ｂ）側へ流入させることができる。

つまり、実質的に、請求項３に記載の発明でオイル戻し通路開閉手段（２０ａ）がオイル戻し通路（２０）を閉じた際と同様に、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、エジェクタ（１３）の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を十分に得ながら、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

その結果、圧力損失調整弁（２２）が、吸引冷媒通路（１７）の圧力損失を適宜調整することによって、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、エジェクタ（１３）の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を得ながら、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、オイル混合冷媒を冷媒吸引口（１３ｂ）側へ戻す冷媒戻し通路（２３）を備えることを特徴とする。

これによれば、冷媒戻し通路（２３）を備えているので、エジェクタ（１３）の冷媒吸引口（１３ｂ）へオイル混合冷媒を吸引させることができる。従って、冷媒吸引口（１３ｂ）へ、第２圧縮手段（２１ａ）吐出冷媒よりもエンタルピの低いオイル混合冷媒を吸引させてエジェクタ（１３）出口側冷媒の乾き度を低下させることができる。

その結果、吸引側蒸発器（１６）へ供給される液相冷媒流量を増加させることができ、吸引側蒸発器（１６）にて発揮できる冷凍能力の低下を抑制できる。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、オイル戻し通路（２０）を開閉するオイル戻し通路開閉手段（２０ａ）と、冷媒戻し通路（２３）を開閉する冷媒戻し通路開閉手段（２３ａ）と、第２圧縮手段（２１ａ）吐出口と冷媒吸引口（１３ｂ）とを接続する吸引冷媒通路（１７）のうち、オイル戻し通路（２０）入口側から冷媒戻し通路（２３）出口側へ至る部位を開閉する吸引冷媒通路開閉手段（１７ａ）とを備えることを特徴とする。

これによれば、オイル戻し通路開閉手段（２０ａ）および冷媒戻し通路開閉手段（２３ａ）を開き、吸引冷媒通路開閉手段（１７ａ）を閉じることによって、請求項３に記載の発明と同様に、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、吸引側蒸発器（１６）にて発揮できる冷凍能力の低下を抑制しながら、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

また、オイル戻し通路開閉手段（２０ａ）および冷媒戻し通路開閉手段（２３ａ）を閉じ、吸引冷媒通路開閉手段（１７ａ）を開くことによって、請求項３に記載の発明と同様に、冷媒吸引口（１３ｂ）入口側冷媒圧力とエジェクタ（１３）出口側冷媒圧力との間に圧力差を確保できる。従って、エジェクタ（１３）の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を十分に得ながら、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

その結果、オイル戻し通路開閉手段（２０ａ）、冷媒戻し通路開閉手段（２３ａ）および吸引冷媒通路開閉手段（１７ａ）を適宜開閉することによって、エジェクタ（１３）の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、エジェクタ（１３）の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を得ながら、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、第１圧縮手段（１１ａ）の冷媒吐出能力を変更する第１吐出能力変更手段（１１ｂ）と、第２圧縮手段（２１ａ）の冷媒吐出能力を変更する第２吐出能力変更手段（２１ｂ）とを備え、第１吐出能力変更手段（１１ｂ）および第２吐出能力変更手段（２１ｂ）は、それぞれ独立して第１圧縮手段（１１ａ）および第２圧縮手段（２１ａ）の冷媒吐出能力を変更可能に構成されていることを特徴とする。

これによれば、第１圧縮手段（１１ａ）の冷媒吐出能力と第２圧縮手段（２１ａ）の冷媒吐出能力とを独立に調整して、第１、第２圧縮手段（１１ａ、２１ａ）のいずれも高い圧縮効率を発揮させながら作動させることができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクル全体としてのＣＯＰを、より一層、向上させることができる。

請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、第１圧縮手段（１１ａ）および第２圧縮手段（２１ａ）は、同一のハウジング内に収容されて、一体的に構成されていることを特徴とする。これによれば、第１圧縮手段（１１ａ）および第２圧縮手段（２１ａ）の小型化が可能となり、エジェクタ式冷凍サイクル全体としての小型化を図ることもできる。

請求項９に記載の発明のように、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、第１圧縮手段（１１ａ）は、冷媒を臨界圧力以上となるまで昇圧させるようになっていてもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。 （ａ）は、第１実施形態の通常運転モードの冷媒の状態を示すモリエル線図であり、（ｂ）は、第１実施形態のオイル戻し運転モードの冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第２実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。 （ａ）は、第２実施形態の通常運転モードの冷媒の状態を示すモリエル線図であり、（ｂ）は、第２実施形態のオイル戻し運転モードの冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第３実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。 （ａ）は、第３実施形態の通常運転モードの冷媒の状態を示すモリエル線図であり、（ｂ）は、第３実施形態のオイル戻し運転モードの冷媒の状態を示すモリエル線図である。 先願例のエジェクタ式冷凍サイクルの全体構成図である。

（第１実施形態）
図１、２により、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルを、冷却対象空間である冷凍庫内を−３０〜−１０℃程度の極低温まで冷却する冷凍機に適用した例を説明する。図１は、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０の全体構成図である。

エジェクタ式冷凍サイクル１０において、第１圧縮機１１は、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された第１圧縮手段１１ａを第１電動モータ１１ｂにて駆動する電動圧縮機である。第１圧縮手段１１ａとしては、具体的に、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。

第１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。そして、この回転数制御によって、第１圧縮手段１１ａの冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態の第１電動モータ１１ｂは、第１圧縮手段１１ａの冷媒吐出能力を変更する第１吐出能力変更手段を構成している。

第１圧縮機１１の吐出口側には、放熱器１２が接続されている。放熱器１２は第１圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン１２ａにより送風される庫外空気（外気）と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。冷却ファン１２ａ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。

なお、エジェクタ式冷凍サイクル１０では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用し、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。従って、放熱器１２は冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、この冷媒には第１、第２圧縮手段１１ａ、２１ａを潤滑するためのオイル（冷凍機油）が混入されている。このオイルは、液相冷媒に対して溶解性を有し、冷媒とともにサイクルを循環している。

放熱器１２の出口側には、エジェクタ１３が接続されている。エジェクタ１３は、冷媒を減圧膨張させる冷媒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によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段でもある。

具体的には、エジェクタ１３は、放熱器１２から流出した高圧冷媒の通路面積を小さく絞って、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部１３ａ、ノズル部１３ａの冷媒噴射口と連通するように配置され、後述する吸引冷媒通路１７を介して、第２圧縮機２１から吐出された冷媒を吸引する冷媒吸引口１３ｂ等を有して構成される。

さらに、ノズル部１３ａおよび冷媒吸引口１３ｂの冷媒流れ下流側部位には、ノズル部１３ａから噴射する高速度の噴射冷媒と冷媒吸引口１３ｂからの吸引冷媒とを混合して昇圧させるディフューザ部１３ｃが設けられている。

ディフューザ部１３ｃは冷媒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を圧力エネルギに変換する作用を果たす。もちろん、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させる混合部を設け、混合された冷媒をディフューザ部１３ｃへ流入させるようにしてもよい。

ディフューザ部１３ｃの出口側には、アキュムレータ１４が接続されている。アキュムレータ１４は、ディフューザ部１３ｃから流出した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰液相冷媒を溜める流出側気液分離器である。アキュムレータ１４の気相冷媒出口には、後述する合流部１９を介して、第１圧縮機１１の吸入口が接続され、液相冷媒出口には、固定絞り１５を介して、吸引側蒸発器１６が接続されている。

なお、本実施形態では、アキュムレータ１４の液相冷媒出口から流出した冷媒が、エジェクタ１３から流出した冷媒の一部に対応し、アキュムレータ１４の気相冷媒出口から流出した冷媒が、エジェクタ１３から流出した冷媒の別の一部に対応している。

固定絞り１５は、アキュムレータ１４から流出した液相冷媒をさらに減圧膨張させる吸引側減圧手段である。この固定絞り１５としては、具体的に、オリフィスやキャピラリチューブを採用できる。

吸引側蒸発器１６は、固定絞り１５にて減圧膨張された低圧冷媒と送風ファン１６ａにより循環送風される庫内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。従って、本実施形態では、送風ファン１６ａにより送風された庫内空気が熱交換対象流体となる。送風ファン１６ａ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。

吸引側蒸発器１６の出口側には、第２圧縮機２１の吸入口が接続されている。第２圧縮機２１の基本的構成は第１圧縮機１１と同様である。従って、第２圧縮機２１は、固定容量型の第２圧縮手段２１ａを第２電動モータ２１ｂにて駆動する電動圧縮機である。さらに、本実施形態の第２電動モータ２１ｂは、第２圧縮手段２１ａの冷媒吐出能力を変更する第２吐出能力変更手段を構成している。

第２圧縮機２１の吐出口には、吸引冷媒通路１７を介して、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂが接続されている。吸引冷媒通路１７は、第２圧縮機２１の吐出口とエジェクタ１３の冷媒吸引口と接続する冷媒通路である。さらに、吸引冷媒通路１７には、第２圧縮機２１吐出冷媒の流れを分岐して、一方の冷媒を冷媒吸引口１３側へ流出させ、他方の冷媒をオイル戻し通路２０側へ流出させる分岐部１８が配置されている。

この分岐部１８は、３つの冷媒流入出口を有する三方継手で構成されている。つまり、三方継手の３つの流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、２つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して構成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに通路径の異なる複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。

オイル戻し通路２０は、分岐部１８の１つの冷媒流出口と後述する合流部１９の１つの冷媒流入口とを接続する冷媒通路である。換言すると、オイル戻し通路２０は、第２圧縮機２１吐出口側と第１圧縮機１１吸入口側とを接続している。また、オイル戻し通路２０には、オイル戻し通路２０を開閉するオイル戻し通路開閉手段としての開閉弁２０ａが配置されている。

開閉弁２０ａは、制御装置から出力される制御信号によって開閉作動が制御される電磁弁である。さらに、オイル戻し通路２０の冷媒通路面積は、吸引冷媒通路１７の冷媒通路面積よりも大きく構成されている。

このため、開閉弁２０ａがオイル戻し通路２０を開くと、第２圧縮機２１吐出冷媒のうちの多くの冷媒が、分岐部１８からオイル戻し通路２０へ流入して、合流部１９側へ流れる。この際、オイル戻し通路２０を流れる冷媒とともに、オイルもオイル戻し通路へ流入して、合流部１９側へ流れる。

合流部１９は、開閉弁２０ａがオイル戻し通路２０を開いた際に、オイル戻し通路２０から流出した冷媒およびオイルの流れ、並びに、アキュムレータ１４の気相冷媒出口から流出した気相冷媒の流れを合流させて、第１圧縮機１１吸入口側へ流出させるものである。この合流部１９の基本的構成は、分岐部１８と同様である。つまり、合流部１９では、三方継手の３つの流入出口のうち２つを冷媒流入口とし、１つを冷媒流出口としている。

従って、開閉弁２０ａがオイル戻し通路２０を開くと、第１圧縮機１１は、オイル戻し通路２０から流出した冷媒およびオイル、並びに、アキュムレータ１４から流出した冷媒を混合したオイル混合冷媒を吸入する。

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、２１ｂ、１２ａ、１６ａ、２０ａ等の作動を制御する。

従って、制御装置は、第１吐出能力変更手段である第１電動モータ１１ｂの作動を制御する第１吐出能力制御手段としての機能、第２吐出能力変更手段である第２電動モータ２１ｂの作動を制御する第２吐出能力制御手段としての機能、および、オイル戻し通路開閉手段である開閉弁２０ａの作動を制御するオイル戻し制御手段としての機能を兼ね備えている。

もちろん、第１、第２吐出能力制御手段およびオイル戻し制御手段を異なる制御装置で構成してもよい。また、制御装置には、外気温を検出する外気センサ、庫内温度を検出する庫内温度センサ等の図示しないセンサ群の検出値や、冷凍機を作動させる作動スイッチ等が設けられた図示しない操作パネルの各種操作信号が入力される。

次に、上記構成における本実施形態の作動を図２のモリエル線図に基づいて説明する。本実施形態では、操作パネルの作動スイッチが投入されると、制御装置が、エジェクタ式冷凍サイクル１０の第１、第２電動モータ１１ｂ、２１ｂ、冷却ファン１２ａ、送風ファン１６ａおよび開閉弁２０ａの作動を制御する。これにより冷凍機が作動する。

そして、制御装置が、開閉弁２０ａの開閉作動を予め定めた所定時間毎に切り替えることによって、庫内を冷却する通常運転モードと庫内を冷却しながら第１圧縮機１１へオイルを戻すオイル戻し運転モードとを所定時間毎に切り替えている。なお、図２（ａ）は、通常運転モードの冷媒の状態の変化を示すモリエル線図であり、図２（ｂ）は、オイル戻し運転モードのモリエル線図である。

まず、通常運転モードでは、制御装置が、開閉弁２０ａを閉弁状態とする。従って、第１圧縮機１１から吐出された高温高圧状態の気相冷媒（図２（ａ）のａ_2a点）は、放熱器１２へ流入し、冷却ファン１２ａから送風された送風空気（庫外空気）と熱交換して放熱して凝縮する（ａ_2a点→ｂ_2a点）。放熱器１２にて放熱した冷媒は、エジェクタ１３のノズル部１３ａへ流入して等エントロピ的に減圧膨張する（ｂ_2a点→ｃ_2a点）。

そして、この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１３ａの冷媒噴射口から高速度となって噴射される。この噴射冷媒の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口１３ｂから、吸引冷媒通路１７を介して、第２圧縮機２１吐出冷媒が吸引される。この際、開閉弁２０ａが閉弁状態となっているので、図１の実線矢印に示すように、第２圧縮機２１吐出冷媒の全流量が冷媒吸引口１３ｂから吸引される。

さらに、ノズル部１３ａから噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口１３ｂから吸引された吸引冷媒がディフューザ部１３ｃにて混合されて（ｃ_2a点→ｄ_2a点、ｊ_2a点→ｄ_2a点）、昇圧される（ｄ_2a点→ｅ_2a点）。つまり、ディフューザ部１３ｃでは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ため、冷媒の圧力が上昇する。

ディフューザ部１３ｃから流出した冷媒は、アキュムレータ１４に流入して気相冷媒および液相冷媒に分離される（ｅ_2a点→ｆ_2a点およびｅ_2a点→ｇ_2a点）。アキュムレータ１４の気相冷媒出口から流出した気相冷媒は、合流部１９を介して、第１圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される（ｆ_2a点→ａ_2a点）。

この際、開閉弁２０ａが閉弁状態となっているので、アキュムレータ１４の気相冷媒出口から流出した気相冷媒の流れ、並びに、オイル戻し通路２０から流出した冷媒およびオイルの流れが、合流部１９にて合流することはない。従って、通常運転モードでは、第１圧縮機１１はアキュムレータ１４から流出した気相冷媒のみを吸入する。

一方、アキュムレータ１４の液相冷媒出口から流出した液相冷媒は、固定絞り１５にてさらに等エンタルピ的に減圧膨張されて、その圧力を低下させる（ｇ_2a点→ｈ_2a点）。固定絞り１５にて減圧膨張された冷媒は、吸引側蒸発器１６へ流入して、送風ファン１６ａにより循環送風される庫内空気から吸熱して蒸発する（ｈ_2a点→ｉ_2a点）。これにより、庫内空気が冷却される。

吸引側蒸発器１６から流出した冷媒は、第２圧縮機２１に吸入されて圧縮される（ｉ_2a点→ｊ_2a点）。この際、制御装置は、エジェクタ式冷凍サイクル全体としてのＣＯＰが略最大に近づくように、第１、第２電動モータ１１ｂ、２１ｂの作動を制御する。具体的には、第１、第２圧縮手段１１ａ、２１ａの機械効率を向上させるために、第１、第２圧縮手段１１ａ、２１ａの昇圧量が略同等となるように制御する。

なお、圧縮効率とは、第１、第２圧縮機１１、２１にて冷媒が等エントロピ圧縮された際の冷媒のエンタルピの増加量をΔＨ１としたときに、この増加量ΔＨ１を、実際に第１、第２圧縮機１１、２１にて冷媒が昇圧された際の冷媒のエンタルピ増加分ΔＨ２で除した値である。

例えば、第１、第２圧縮機１１、２１の回転数や昇圧量（吐出圧力と吸入圧力との圧力差）が増加すると、その摩擦熱によって冷媒の温度が上昇して実際のエンタルピ増加分ΔＨ２が増加するため、圧縮効率も低下することになる。

さらに、第２圧縮機２１から吐出された冷媒は、前述の如く、冷媒吸引口１３ｂからエジェクタ１３内へ吸引される（ｊ_2a点→ｄ_2a点）。

次に、オイル戻し運転モードについて説明する。このオイル戻し運転モードは、通常運転モードが予め定めた第１基準時間継続された際に実行される。そして、このオイル戻し運転モードは予め定めた第２基準時間継続される。この第２基準時間は、第１基準時間に対して充分に短く設定されている。

オイル戻し運転モードでは、制御装置が、開閉弁２０ａを開弁状態とする。このため、図１の破線矢印に示すように、第２圧縮機２１吐出冷媒のうちの多くの冷媒が、分岐部１８からオイル戻し通路２０側へ流入し（図１の太破線矢印）、第２圧縮機２１吐出冷媒のうちの僅かな冷媒が分岐部１８から冷媒吸引口１３ｂ側へ流入する（図１の細破線矢印）。

従って、図２（ｂ）のモリエル線図に示すように、第２圧縮機２１吐出冷媒のうちオイル戻し通路２０側へ流入した冷媒およびオイルの流れ、並びに、アキュムレータ１４から流出した気相冷媒の流れが、合流部１９にて合流する（ｊ_2b点→ｆ’_2b点およびｆ_2b点→ｆ’_2b点）。そして、合流部１９にて合流された冷媒は、第１圧縮機１１へ吸入されて再び圧縮される（ｆ’_2b点→ａ_2b点）。

一方、第２圧縮機２１吐出冷媒のうち冷媒吸引口１３ｂ側へ流入した冷媒は、図２（ｂ）の破線で示すように、エジェクタ１３内の冷媒吸引口１３ｂからディフューザ部１３ｃ入口側へ至る吸引通路を通過する際の圧力損失によって、僅かに等エンタルピ的に減圧して（ｊ_2b点→ｊ’_2b点）、ノズル部１３ａ噴射冷媒と混合される（ｊ’_2b点→ｄ_2b点）。

そして、ディフューザ部１３ｃにて、ノズル部１３ａ噴射冷媒と混合されて昇圧される（ｄ_2b点→ｅ_2b点）。この際、オイル戻し運転モードでは、開閉弁２０ａがオイル戻し通路２０を開いて、第２圧縮機２１吐出口と第１圧縮機１１吸入口側（具体的には、合流部１９流入口）とを連通させているので、冷媒吸引口１３ｂ入口側冷媒圧力とエジェクタ１３出口側冷媒圧力との圧力差は、通常運転モードよりも小さくなる。

従って、ディフューザ部１３ｃにおける昇圧量（図２（ｂ）では、ｄ_2b点とｅ_2b点との圧力差）も、通常運転モードよりも小さくなる。なお、この昇圧量は、冷媒吸引口１３ｂから吸引された冷媒が、エジェクタ１３内を通過する際の圧力損失分（図２（ｂ）では、ｊ_2b点とｊ’_2b点との圧力差）に相当する。

本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０は、上述の如く作動するので、以下のような優れた効果を得ることができる。

まず、通常運転モードでは、例えば、低外気温時等のように、高圧冷媒と低圧冷媒との圧力差が低下して、エジェクタ１３の駆動流が流量低下するような運転条件、すなわち、エジェクタ１３の吸引能力が低下するような運転条件であっても、第２圧縮機２１（第２圧縮手段２１ａ）の作用によって、エジェクタ１３の吸引能力を補助することができる。

さらに、２つの第１、第２圧縮手段１１ａ、２１ａおよびエジェクタ１３のディフューザ部１３ｃの昇圧作用によって冷媒を昇圧できるので、２つの圧縮手段にて冷媒を昇圧する場合に対して、第１、第２圧縮手段１１ａ、２１ａの駆動動力を低減させてＣＯＰを向上できる。

つまり、ディフューザ部１３ｃの昇圧作用によって、第１圧縮手段１１ａの吸入圧力を上昇させることで、第１圧縮手段１１ａの駆動動力を低減できる。さらに、それぞれの第１、第２圧縮手段１１ａ、２１ａにおける吸入圧力と吐出圧力との圧力差を縮小できるので、それぞれの第１、第２圧縮手段１１ａ、２１ａの圧縮効率を向上できる。

この際、第１、第２電動モータ１１ｂ、２１ｂが、第１、第２圧縮手段１１ａ、２１ａの冷媒吐出能力を独立に変化させることができるので、エジェクタ式冷凍サイクル１０全体としてＣＯＰを効果的に向上させることができる。

従って、高圧冷媒と低圧冷媒との圧力差が大きい冷凍サイクル装置、例えば、本実施形態のように吸引側蒸発器１６の冷媒蒸発温度を−３０〜−１０℃といった極低温まで低下させる冷凍サイクル装置において、極めて効果的にＣＯＰを向上できる。

さらに、通常運転モードでの運転を継続すると、第１圧縮機１１の潤滑不足が懸念されるものの、本実施形態では、所定時間毎にオイル戻し運転モードを実行するので、第１圧縮機１１の潤滑不足を解消して、第１圧縮機１１の耐久寿命の悪化を抑制できる。

つまり、オイル戻し運転モードでは、第２圧縮機２１吐出冷媒とともに流れるオイルを、オイル戻し通路２０を介して、合流部１９側（第１圧縮機１１吸入口側）へ戻し、オイル混合冷媒を第１圧縮機１１（第１圧縮手段１１ａ）へ吸入させることができる。従って、第１圧縮機１１の潤滑不足を解消して、第１圧縮機１１の耐久寿命の悪化を抑制できる。

その結果、エジェクタ１３の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、第１圧縮機１１（第１圧縮手段１１ａ）の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

さらに、オイル戻し運転モードにおいても、第２圧縮手段２１ａの作用によって、エジェクタ１３の吸引能力を補助することができるので、エジェクタ１３のディフューザ部１３ｃの冷媒昇圧能力が通常運転モードよりも低下してしまうものの、駆動流の流量変動にかかわらず、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

ところで、前述の如く、本実施形態のオイル戻し運転モードでは、オイル戻し通路２０によって、第２圧縮機２１吐出口側と第１圧縮機１１吸入口側とを連通させるので、冷媒吸引口１３ｂ入口側冷媒圧力とディフューザ部１３ｃ流出側冷媒圧力との圧力差が小さくなってしまう。

そのため、エジェクタ１３の昇圧量が小さくなってしまい、オイル戻し運転モードでの運転を継続してしまうと、通常運転モードのように第１圧縮機１１吸入冷媒の圧力を上昇させることによるＣＯＰ向上効果を十分に得ることができなくなってしまう。

これに対して、本実施形態では、オイル戻し運転モードを継続する第２基準時間を、通常運転モードを継続する第１基準時間よりも充分に短く設定して、通常運転モードとオイル戻し運転モードとを所定時間毎に適切に切り替えているので、第１圧縮機１１吸入冷媒の圧力を上昇させることによるＣＯＰ向上効果を大幅に損ねてしまうことを回避できる。

その結果、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０によれば、エジェクタ１３の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、エジェクタ１３の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を得ながら、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、図３の全体構成図に示すように、第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０に対して、吸引冷媒通路１７に圧力損失調整弁２２を配置するとともに、開閉弁２０ａを廃止して、オイル戻し通路２０に固定絞り２０ｂを配置した例を説明する。なお、図３では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面においても同様である。

圧力損失調整弁２２は、吸引冷媒通路１７のうち、分岐部１８からエジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂへ至る冷媒通路の圧力損失を調整する可変絞り機構である。具体的には、この圧力損失調整弁２２は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成される。

さらに、圧力損失調整弁２２は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。そして、制御装置が、圧力損失調整弁２２を全開状態とすると、圧力損失調整弁２２を通過する冷媒に圧力損失は殆ど生じず、圧力損失調整弁２２は単なる冷媒通路として機能する。

固定絞り２０ｂは、制御装置が圧力損失調整弁２２を全開状態としたときに、吸引冷媒通路１７の圧力損失よりもオイル戻し通路２０の圧力損失を増加させるために配置されたもので、キャピラリチューブ、オリフィス等を採用できる。従って、オイル戻し通路２０の冷媒通路面積を、吸引冷媒通路１７の冷媒通路面積よりも充分に小さく設定すれば、固定絞り２０ｂを廃止してもよい。

つまり、本実施形態では、制御装置が圧力損失調整弁２２を全開状態とすると、分岐部１８から冷媒吸引口１３ｂへ至る吸引冷媒通路１７の圧力損失が、分岐部１８から合流部１９へ至るオイル戻し通路２０の圧力損失よりも小さくなる。

一方、制御装置が圧力損失調整弁２２を絞り状態とすると、分岐部１８から合流部１９へ至るオイル戻し通路２０の圧力損失が、分岐部１８から冷媒吸引口１３ｂへ至る吸引冷媒通路１７の圧力損失よりも小さくなる。

次に、本実施形態の作動を図４のモリエル線図に基づいて説明する。なお、図４（ａ）は、通常運転モードの冷媒の状態の変化を示すモリエル線図であり、図４（ｂ）は、オイル戻し運転モードのモリエル線図である。また、図４における冷媒の状態を示す符号は、図２における同様の冷媒の状態を示す符号と同一の符号を用いるとともに添字のみを変更している。このことは、以下の実施形態で説明するモリエル線図においても同様である。

まず、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０の通常運転モードでは、制御装置が圧力損失調整弁２２を全開状態とする。これにより、第２圧縮機２１吐出冷媒は、圧力損失調整弁２２を通過する際に圧力損失を生じることなく、吸引冷媒通路１７を介して、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂへ流れる。このため、オイル戻し通路２０のうち、合流部１９側の冷媒圧力が分岐部１８側の冷媒圧力よりも高くなる。

従って、アキュムレータ１４から流出した気相冷媒（図４（ａ）のｆ_4a点）は、合流部１９にて、第１圧縮機１１側へ流出する冷媒流れとオイル戻し通路２０側へ逆流する流れとに分流される。この際、オイル戻し通路２０に固定絞り２０ｂが配置されているので、アキュムレータ１４から合流部１９へ流入した冷媒のうち多くの冷媒が、第１圧縮機１１に吸入され、僅かな量の冷媒が、オイル戻し通路２０側へ逆流する。

合流部１９から第１圧縮機１１側へ流出した冷媒は、第１圧縮機１１に吸入されて圧縮される（ｆ_4a点→ａ_4a点）。一方、合流部１９からオイル戻し通路２０へ逆流した冷媒は、固定絞り２０ｂにて等エンタルピ的に減圧膨張されて（ｆ_4a点→ｆ’_4a点）、分岐部１８へ逆流する。

また、第２圧縮機２１吐出冷媒（ｊ_4a点）は、圧力損失調整弁２２が全開状態となっているので、図３の実線矢印に示すように、分岐部１８にてオイル戻し通路２０から流出した冷媒と合流して、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３から吸引される（ｊ_4a点→ｄ_4a点）。

次に、オイル戻し運転モードでは、制御装置が圧力損失調整弁２２を絞り状態とする。これにより、第２圧縮機２１吐出冷媒が、圧力損失調整弁２２を通過しにくくなる。このため、オイル戻し通路２０のうち、分岐部１８側の冷媒圧力が合流部１９側の冷媒圧力よりも高くなる。

従って、第２圧縮機２１吐出冷媒（図４（ｂ）のｊ_4b点）は、分岐部１８にて、オイル戻し通路２０側へ流出する流れと冷媒吸引口１３ｂ側へ流出する流れとに分流される。この際、第２圧縮機２１吐出冷媒のうち多くの冷媒が、図３の太破線矢印に示すように、オイル戻し通路２０側へ流入し、僅かな量の冷媒が、図３の細破線矢印に示すように、冷媒吸引口１３ｂ側へ流入する。

分岐部１８からオイル戻し通路２０側へ流入した冷媒は、固定絞り２０ｂにて等エンタルピ的に減圧されて（ｊ_4b点→ｊ’_4b点）、合流部１９にて、アキュムレータ１４から流出した気相冷媒（ｆ_4b点）と合流する（ｊ’_4b点→ｆ’_4b点およびｆ_4b点→ｆ’_4b点）。合流部１９にて合流された冷媒は、第１圧縮機１１に吸入されて圧縮される（ｆ’_4b点→ａ_4b点）。

一方、分岐部１８からエジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂ側へ流入した冷媒は、圧力損失調整弁２２を通過する際に等エントロピ的に減圧されて（ｊ_4b点→ｊ”_4b点）、冷媒吸引口１３ｂから吸引されて、ノズル部１３ａ噴射冷媒と混合される（ｊ”_4b点→ｄ_4b点）。

その他の作動は、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式冷凍サイクル１０の通常運転モードでは、アキュムレータ１４から流出した気相冷媒のうちの僅かな量の冷媒が合流部１９側から分岐部１８側へ逆流してしまうものの、実質的に、第１実施形態の通常運転モードと同様に作動する。

また、オイル戻しモードでは、オイル戻し通路２０の固定絞り２０ｂにおける圧力損失分と圧力損失調整弁２２における圧力損失分だけ第２圧縮機２１の駆動動力が増加してしまうものの、実質的に、第１実施形態のオイル戻し運転モードと同様に作動して、オイル混合冷媒を第１圧縮機１１（第１圧縮手段１１ａ）へ吸入させることができる。

その結果、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０においても、第１実施形態と同様に、通常運転モードとオイル戻し運転モードとを所定時間毎に適切に切り替えることで、エジェクタ１３の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、エジェクタ１３の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を得ながら、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、図５の全体構成図に示すように、第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０に対して、冷媒戻し通路２３を追加した例を説明する。冷媒戻し通路２３は、オイル戻し運転モード時に、合流部１９から第１圧縮機１１吸入口側へ流出したオイル混合冷媒を、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂ側へ戻す冷媒通路である。

より具体的には、冷媒戻し通路２３は、合流部１９の冷媒流出口と第１圧縮機１１吸入口との間に配置された第２分岐部２８、および、吸引冷媒通路１７のうち分岐部１８の冷媒吸引口１３ｂ側に配置された第２合流部２９の間を接続する冷媒通路である。

なお、以下の説明では、分岐部１８と第２分岐部２８との相違、および、合流部１９と第２合流部２９との相違を明確にするために、分岐部１８を第１分岐部１８と記載し、合流部１９を第１合流部１９と記載する。

第２分岐部２８は、第１合流部１９から流出して第１圧縮機１１へ吸入される冷媒の流れを分岐して、一方の冷媒を第１圧縮機１１吸入口側へ流出させ、他方の冷媒をオイル戻し通路２０側へ流出させるものである。さらに、第２分岐部２８の基本的構成は、第１分岐部１８と同様である。

第２合流部２９は、第１分岐部１８からエジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂ側へ流出した冷媒の流れと冷媒戻し通路２３から流出した冷媒の流れを合流させて、冷媒吸引口１３ｂ側へ流出させるものである。さらに、第２合流部２９の基本的構成は、第１合流部１９と同様である。

また、冷媒戻し通路２３には、冷媒戻し通路２３を開閉する冷媒戻し通路開閉手段としての第２開閉弁２３ａが配置され、吸引冷媒通路１７のうち、第１分岐部１８と第２合流部２９との間には、吸引冷媒通路１７を開閉する吸引冷媒通路開閉手段としての第３開閉弁１７ａが配置されている。この第２、第３開閉弁２３ａ、１７ａの基本的構成は、オイル戻し通路２０に配置された開閉弁２０ａと同様である。

なお、以下の説明では、開閉弁２０ａおよび第２、第３開閉弁２３ａ、１７ａの相違を明確にするために、オイル戻し通路２０に配置された開閉弁２０ａを第１開閉弁２０ａと記載する。

次に、本実施形態の作動を図６のモリエル線図に基づいて説明する。なお、図６（ａ）は、通常運転モードの冷媒の状態の変化を示すモリエル線図であり、図６（ｂ）は、オイル戻し運転モードのモリエル線図である。まず、通常運転モードでは、制御装置が第１、第２開閉弁２０ａ、２３ａを閉弁状態とし、第３開閉弁１７ａを開弁状態とする。

これにより、アキュムレータ１４から流出した気相冷媒（図６（ａ）のｆ_6a点）は、第１合流部１９にてオイル戻し通路２０から流出した冷媒およびオイルと合流することなく第２分岐部２８側へ流出する。さらに、第２分岐部２８へ流入した冷媒は、第１圧縮機１１吸入口側のみに流出し、第１圧縮機１１に吸入されて圧縮される（ｆ_6a点→ａ_6a点）。

また、第２圧縮機２１吐出冷媒（ｊ_6a点）は、第１分岐部１８から第２合流部２９側のみに流れる。さらに、第２合流部２９へ流入した冷媒は、第２合流部２９にて冷媒戻し通路２３から流出したオイル混合冷媒と合流することなく、冷媒吸引口１３ｂへ流出し、冷媒吸引口１３ｂから吸引される（ｊ_6a点→ｄ_6a点）。その他の作動は、第１実施形態の通常運転モードと同様である。

つまり、本実施形態の通常運転モードでは、第１実施形態の通常運転モードと全く同様のサイクル構成となり、図６（ａ）のモリエル線図に示すように作動する。そして、この通常運転モード時の作動は、第１実施形態の通常運転モード時の作動（図２（ａ））と全く同様となる。

次に、オイル戻し運転モードについて説明する。オイル戻し運転モードでは、制御装置が第１、第２開閉弁２０ａ、２３ａを開弁状態とし、第３開閉弁１７ａを閉弁状態とする。これにより、アキュムレータ１４から流出した気相冷媒（図６（ｂ）のｆ_6b点）は、第１合流部１９にてオイル戻し通路２０から流出した冷媒およびオイル（ｊ_6b点）と合流してオイル混合冷媒となる（ｆ_6b点→ｆ’_6b点およびｊ_6b点→ｆ’_6b点）。

さらに、オイル混合冷媒は第２分岐部２８へ流入して、第２分岐部２８から第１圧縮機１１吸入口側へ流出する冷媒流れと冷媒戻し通路２３側へ流出する冷媒流れとに分流される。

第２分岐部２８から第１圧縮機１１吸入口側へ流出したオイル混合冷媒は、第１圧縮機１１に吸入されて圧縮される（ｆ’_6b点→ａ_6b点）。一方、冷媒戻し通路２３側へ流出した冷媒は、冷媒戻し通路２３および第２合流部２９を介して、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂから吸引される。

冷媒吸引口１３ｂから吸引された冷媒は、図６（ｂ）の破線で示すように、エジェクタ１３内の冷媒吸引口１３ｂからディフューザ部１３ｃ入口側へ至る吸引通路を通過する際の圧力損失によって、僅かに等エンタルピ的に減圧して（ｊ_6b点→ｊ’_6b点）、ノズル部１３ａ噴射冷媒と混合される（ｊ’_6b点→ｄ_6b点）。その他の作動は、第１実施形態のオイル戻し運転モードと同様である。

従って、本実施形態のオイル戻し運転モードにおいても、第１実施形態のオイル戻し運転モードと同様に、オイル混合冷媒を第１圧縮機１１（第１圧縮手段１１ａ）へ吸入させることができ、エジェクタ１３の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

その結果、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０においても、第１実施形態と同様に、通常運転モードとオイル戻し運転モードとを所定時間毎に適切に切り替えることで、エジェクタ１３の駆動流の流量変動が生じ得る運転条件であっても、エジェクタ１３の昇圧作用によるＣＯＰ向上効果を得ながら、圧縮機の耐久寿命を悪化させることなく、エジェクタ式冷凍サイクルを安定して作動させることができる。

さらに、本実施形態のオイル戻し運転モードでは、冷媒戻し通路２３を介して、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂからオイル混合冷媒を吸引させているので、通常運転モードのように第２圧縮手段２１ａ吐出冷媒を吸引させる場合よりも、エンタルピの低いオイル混合冷媒を吸引させることができる。

従って、通常運転モードよりも、エジェクタ１３のディフューザ部１３ｄ流出冷媒の乾き度を低下させることができ、アキュムレータ１４にて分離されて貯留される液相冷媒量を増加させることができる。その結果、吸引側蒸発器１６へ供給される液相冷媒流量を増加させることができ、吸引側蒸発器１６にて発揮できる冷凍能力の低下を抑制できる。

しかも、この効果によって、オイル戻し運転モードから通常運転モードに切り替えた直後のアキュムレータ１４に貯留される液相冷媒量が増加することになるので、通常運転モードでも、吸引側蒸発器１６にて発揮できる冷凍能力の低下を抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の各実施形態では、エジェクタ１３のディフューザ部１３ｃ下流側に、アキュムレータ１４を配置したサイクル構成について説明したが、本発明の適用はこのサイクル構成に限定されない。

例えば、アキュムレータ１４を廃止して、ディフューザ部１３流出冷媒の流れを分岐する流出側分岐部、および、この流出側分岐部で分岐された一方の冷媒を蒸発させる流出側蒸発器を配置し、さらに、流出側分岐部で分岐された他方の冷媒を、固定絞り１５を介して、吸引側蒸発器１６へ導くサイクル構成に適用してもよい。

これによれば、吸引側蒸発器１６のみならず、流出側蒸発器でも冷凍能力を発揮できる。しかも、２つの蒸発器において異なる温度帯で冷媒を蒸発させることができる。なお、このサイクル構成では、流出側分岐部にて分岐された他方の冷媒が、特許請求の範囲に記載されたエジェクタ１３から流出した冷媒の一部に対応し、流出側分岐部から流出した冷媒が、エジェクタ１３から流出した冷媒の別の一部に対応する。

（２）上述の各実施形態では、第１、第２圧縮機１１、２１として、それぞれ別体で構成された圧縮機を採用した例を説明したが、第１、第２圧縮機構１１ａ、２１ａおよび第１、第２電動モータ１１ｂ、２１ｂを一体的に構成してもよい。

例えば、第１、第２圧縮機構１１ａ、２１ａおよび第１、第２電動モータ１１ｂ、２１ｂを同一のハウジング内に収容して一体的に構成してもよい。この場合には、第１、第２圧縮機構１１ａ、２１ａの回転軸を共通化して、共通する駆動源から供給される駆動力によって双方の圧縮機構を駆動するようにしてもよい。

これにより、第１、第２圧縮機構１１ａ、２１ａを小型化して、エジェクタ式冷凍サイクル全体としての小型化を図ることができる。

（３）上述の各実施形態では、第１、第２圧縮機１１、２１として、電動圧縮機を採用した例を説明したが、第１、第２圧縮機１１、２１の形式はこれに限定されない。

例えば、エンジン等を駆動源として、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を採用してもよい。この場合は、吐出容量変更手段が、吐出能力変更手段となる。また、電磁クラッチの断続により駆動源との接続を断続的に変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機を使用してもよい。この場合は、電磁クラッチが、吐出能力変更手段となる。

さらに、第１、第２圧縮機１１、２１に、同一の形式の圧縮機構を採用してもよいし、異なる形式の圧縮機構を採用してもよい。

（４）上述の各実施形態では、エジェクタ１３としてノズル部１３ａの絞り通路面積が固定された固定式のエジェクタ１３を採用しているが、ノズル部の絞り通路面積を変更可能に構成された可変エジェクタを採用してもよい。

さらに、エジェクタ１３のノズル部１３ａ上流側に、ノズル部１３ａへ流入する冷媒を減圧膨張させる高圧側減圧手段を配置してもよい。これにより、高圧側減圧手段の減圧作用により、エジェクタのノズル部へ気液二相状態の冷媒を流入させることができ、ノズル部１３ａへ液相冷媒を流入させる場合に対して、ノズル部１３ａにおける冷媒の沸騰を促進させることができ、ノズル効率を向上させることができる。

従って、回収エネルギ量を増加させて、エジェクタ１３における昇圧能力を増加させることができるので、より一層、ＣＯＰを向上できる。なお、高圧側減圧手段としては、固定絞り機構、可変絞り機構のいずれを採用してもよい。

（５）上述の実施形態では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。例えば、炭化水素系冷媒、二酸化炭素等を用いてもよい。さらに、本発明のエジェクタ式冷凍サイクルを、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルとして構成してもよい。

さらに、エジェクタ式冷凍サイクル１０を超臨界冷凍サイクルとする場合には、高圧側減圧手段として、高圧側冷媒圧力を、放熱器１２の出口側の高圧側冷媒温度に基づいてＣＯＰが略最大となるように決定される目標高圧に調整する圧力制御弁を採用してもよい。

このような圧力制御弁としては、具体的に、放熱器１２出口側に設けられた感温部を有し、この感温部の内部に放熱器１２出口側の高圧冷媒の温度に対応した圧力を発生させ、感温部の内圧と放熱器１２出口側の冷媒圧力とのバランスで弁開度を機械的機構により調整する構成を採用できる。

（６）上述の第１実施形態では、オイル戻し通路開閉手段として開閉弁２０ａを採用した例を説明したが、オイル戻し通路開閉手段はこれに限定されない。例えば、分岐部１８および合流部１９のうち、少なくとも一方を電気式三方弁で構成し、通常運転モード時にはオイル戻し通路２０を閉じ、オイル戻し運転モード時にはオイル戻し通路２０を開くようにしてもよい。

（７）上述の第２実施形態では、オイル戻し通路２０に固定絞り２０ｂを配置し、分岐部１８とエジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂとの間に圧力損失調整弁２２を配置した例を説明したが、逆に、オイル戻し通路２０に圧力損失調整弁を配置し、分岐部１８と冷媒吸引口１３ｂとの間に固定絞りを配置してもよい。

そして、通常運転モード時に、圧力損失調整弁を絞り状態とし、オイル戻し運転モード時に、圧力損失調整弁を全開状態とすれば、第２実施形態と全く同様に作動させることができる。

（８）上述の第３実施形態では、オイル戻し通路開閉手段および冷媒戻し通路開閉手段および吸引冷媒通路開閉手段として、第１〜第３開閉弁２０ａ、２３ａ、１７ａを採用した例を説明したが、各通路の開閉手段はこれに限定されない。例えば、第１分岐部１８および第２合流部２９を、電気式三方弁で構成すれば、これらの開閉手段の機能を実現することができる。

さらに、第１〜第３開閉弁２０ａ、２３ａ、１７ａを廃止して、これらの開閉弁を第２実施形態と同様の圧力損失調整弁に変更してもよい。そして、通常運転モード時に、冷媒吸引通路１７の圧力損失をオイル戻し通路２０および冷媒戻し通路２３の圧力損失よりも低くし、オイル戻しモード時に、冷媒吸引通路１７の圧力損失をオイル戻し通路２０および冷媒戻し通路２３の圧力損失よりも高くすれば、実質的に、第３実施形態と同様に作動させることができる。

（９）上述の各実施形態では、吸引側蒸発器１６を利用側熱交換器として、放熱器１２を大気側へ放熱する室外熱交換器として構成しているが、吸引側蒸発器１６を大気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器１２を空気あるいは水等の被加熱冷媒を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルとしてもよい。

１１、２１ 第１、第２圧縮機
１１ａ、２１ａ 第１、第２圧縮手段
１２ 放熱器
１３ エジェクタ
１３ａ ノズル部
１３ｂ 冷媒吸引口
１４ アキュムレータ
１６ 吸引側蒸発器
１７ 吸引冷媒通路
１７ａ 第３開閉弁
２０ オイル戻し通路
２０ａ （第１）開閉弁
２２ 圧力損失調整弁
２３ 冷媒戻し通路
２３ａ 第２開閉弁

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮手段（１１ａ）と、
   前記第１圧縮手段（１１ａ）から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
   前記放熱器（１２）から流出した冷媒を減圧膨張させるノズル部（１３ａ）から噴射する高速度の噴射冷媒の流れによって、冷媒を冷媒吸引口（１３ｂ）から吸引して、前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口（１３ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧するエジェクタ（１３）と、
   前記エジェクタ（１３）から流出した冷媒の一部を蒸発させる吸引側蒸発器（１６）と、
   前記吸引側蒸発器（１６）出口側冷媒を吸引して圧縮し、前記冷媒吸引口（１３ｂ）側へ吐出する第２圧縮手段（２１ａ）と、
   前記第２圧縮手段（２１ａ）吐出口側と前記第１圧縮手段（１１ａ）吸入口側とを接続して、前記第２圧縮手段（２１ａ）吐出冷媒に混入されているオイルを前記第１圧縮手段（１１ａ）吸入側へ戻すオイル戻し通路（２０）を備え、
   前記第１圧縮手段（１１ａ）は、前記エジェクタ（１３）から流出した冷媒の別の一部、および、前記オイル戻し通路（２０）から流出したオイルが混合されたオイル混合冷媒を吸入可能に構成されていることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。
2. 前記エジェクタ（１３）から流出した冷媒の気液を分離する流出側気液分離器（１４）を備え、
   前記流出側気液分離器（１４）の液相冷媒出口は、前記吸引側蒸発器（１６）入口側に接続され、
   前記流出側気液分離器（１４）の気相冷媒出口は、前記第１圧縮手段（１１ａ）吸入口側に接続され、
   前記オイル混合冷媒は、前記気相冷媒出口から流出した冷媒および前記オイル戻し通路（２０）から流出したオイルが混合されたものであることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
3. 前記オイル戻し通路（２０）を開閉するオイル戻し通路開閉手段（２０ａ）とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
4. 前記第２圧縮手段（２１ａ）吐出口と前記冷媒吸引口（１３ｂ）とを接続する吸引冷媒通路（１７）のうち、前記オイル戻し通路（２０）入口側よりも前記冷媒吸引口（１３ｂ）側に配置されて、前記吸引冷媒通路（１７）における圧力損失を調整する圧力損失調整弁（２２）とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
5. 前記オイル混合冷媒を前記冷媒吸引口（１３ｂ）側へ戻す冷媒戻し通路（２３）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
6. 前記オイル戻し通路（２０）を開閉するオイル戻し通路開閉手段（２０ａ）と、
   前記冷媒戻し通路（２３）を開閉する冷媒戻し通路開閉手段（２３ａ）と、
   前記第２圧縮手段（２１ａ）吐出口と前記冷媒吸引口（１３ｂ）とを接続する吸引冷媒通路（１７）のうち、前記オイル戻し通路（２０）入口側から前記冷媒戻し通路（２３）出口側へ至る部位を開閉する吸引冷媒通路開閉手段（１７ａ）とを備えることを特徴とする請求項５に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
7. 前記第１圧縮手段（１１ａ）の冷媒吐出能力を変更する第１吐出能力変更手段（１１ｂ）と、
   前記第２圧縮手段（２１ａ）の冷媒吐出能力を変更する第２吐出能力変更手段（２１ｂ）とを備え、
   前記第１吐出能力変更手段（１１ｂ）および前記第２吐出能力変更手段（２１ｂ）は、それぞれ独立して前記第１圧縮手段（１１ａ）および前記第２圧縮手段（２１ａ）の冷媒吐出能力を変更可能に構成され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式冷凍サイクル。
8. 前記第１圧縮手段（１１ａ）および前記第２圧縮手段（２１ａ）は、同一のハウジング内に収容されて、一体的に構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
9. 前記第１圧縮手段（１１ａ）は、冷媒を臨界圧力以上となるまで昇圧させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。

Images