JP5370028B2 - エジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから噴射される高速度の噴射流体によって流体を吸引するエジェクタに関し、エジェクタ式冷凍サイクルに適用して好適である。

従来、流体を減圧膨張させるノズルから噴射される噴射流体の吸引作用によって、流体吸引口から流体を吸引するエジェクタが知られている。この種のエジェクタでは、噴射流体と流体吸引口から吸引された吸引流体との混合流体の速度エネルギを昇圧部（ディフューザ部）にて圧力エネルギに変換して、エジェクタから流出する流出流体の圧力を吸引流体の圧力よりも上昇させている。

従って、昇圧部にて流出流体の圧力を充分に上昇させるためには、噴射流体の流速を増加させて、混合流体の流速を増加させることが有効である。そのため、従来、噴射流体の流速を増加させるために、ノズルにおいて流体の圧力エネルギを流体の速度エネルギに変換する際のエネルギ変換効率（以下、ノズル効率ηｎｏｚという。）を向上させるための手段が提案されている。

例えば、特許文献１には、ノズルの流体通路の途中に流体通路面積を縮小させた２つの喉部（絞り部）を設けたエジェクタが開示されている。この特許文献１のエジェクタでは、２段目の喉部よりも下流側の流体通路の広がり角度を流体噴射口近傍で縮小することによって、２段目の喉部よりも下流側の流体通路における気液二相流体の剥離および渦流の発生を抑制することによってノズル効率ηｎｏｚの向上を狙っている。

なお、ノズル効率ηｎｏｚは、具体的には以下式Ｆ１にて定義される。
ηｎｏｚ＝（Ｖｎｏｚ²／２）／Δｉｎｏｚ…（Ｆ１）
ここで、Ｖｎｏｚは、噴射流体の流速であって、Δｉｎｏｚは単位重量あたりの流体を等エントロピ的に減圧膨張させた際の比エンタルピの低下量、すなわち、ノズル部入口側流体のエンタルピと出口側流体の比エンタルピの差である。

特開平１１−３７５７７号公報

しかしながら、特許文献１のエジェクタでは、ノズルの１段目の喉部へ流入する流体が液相状態であることを前提としている。このため、特許文献１のエジェクタでは、ノズルの１段目の喉部へ流入する流体が気液二相状態となると、ノズル効率ηｎｏｚを向上させることが難しくなってしまう。

その理由を図１３を用いて説明する。なお、図１３（ａ）は、エジェクタのノズルで減圧される液相流体の減圧過程を説明するためのモリエル線図であり、図１３（ｂ）は、エジェクタのノズルで減圧される液相流体の減圧過程を説明するためのモリエル線図である。また、図１３の破線は等エントロピ線を示している。

ここで、上述の式Ｆ１におけるΔｉｎｏｚは、流体の物性によって決定される値であるから、ノズル効率ηｎｏｚを向上させるためには、流体がノズルで減圧される際の損失を低減させて、Ｖｎｏｚを増加させる必要がある。従って、ノズルにて等エントロピ線に沿うように流体を減圧させることが望ましい。

また、図１３から明らかなように、等エントロピ線は、液相流体が減圧されて気液二相流体となる際には、圧力低下に伴ってエンタルピの低下度合が徐々に小さくなり、比較的圧力の低い気液二相流体がさらに減圧される際には、圧力低下に伴ってエンタルピの低下度合が徐々に大きくなるような、略Ｓ字状のカーブを描いている。

従って、特許文献１のエジェクタでは、ノズル（具体的には、１段目の喉部）へ液相流体を流入させる場合は、２段目の喉部よりも下流側の流体通路の広がり角度を流体噴射口近傍で小さくする構成を採用しても、図１３（ａ）に示すように、全体として等エントロピ線に近似した減圧過程となる。

一方、ノズルへ比較的圧力の低い気液二相流体を流入させる場合は、図１３（ｂ）に示すように、等エントロピ線に近似した減圧過程とすることができなくなってしまう。その結果、特許文献１のエジェクタの１段目の喉部へ流入する流体が気液二相状態となると、ノズル効率ηｎｏｚを向上させることが難しくなってしまう。

これに対して、本発明者らは、先に、特願２００８−６４６６４（以下、先願例という。）にて、ノズルへ気液二相流体を流入させた場合であっても、高いノズル効率ηｎｏｚを発揮できるエジェクタを提案している。具体的には、この先願例のエジェクタのノズルは、１つの喉部を有し、この喉部よりも下流側の流体通路の広がり角度を流体噴射口近傍で拡大させている。

これにより、ノズルへ気液二相流体を流入させた場合に、等エントロピ線の描くカーブに追従するように、喉部よりも下流側の流体通路の通路面積を変化（拡大）させることができる。つまり、気液二相状態の流体が減圧膨張される際に、気相割合の増加によって体積膨張しても、この体積膨張に対応するように通路面積を拡大させることができる。従って、流体の減圧過程を等エントロピ線に近似した減圧過程とすることができる。

しかしながら、先願例のエジェクタでは、ノズルへ気液二相流体を流入させた際に、ノズル効率ηｎｏｚを向上できるものの、流体吸引口から吸引流体を十分吸引できず、エジェクタ全体としてのエネルギ変換効率（以下、エジェクタ効率ηｅという。）を向上できないことがあった。

なお、エジェクタ効率ηｅとは、以下の式Ｆ２で定義されるものである。
ηｅ＝（１＋Ｇｅ／Ｇｎｏｚ）×（ΔＰ／ρ）／Δｉ…（Ｆ２）
ここで、Ｇｅは吸引流体の流量、Ｇｎｏｚは噴射流体の流量、ΔＰはディフューザ部における昇圧量、ρは吸引流体の密度、そして、Δｉは実際のノズル出入口間の流体のエンタルピ差である。

そこで、本発明者らが、その原因を調査したところ、先願例のように流体通路の広がり角度を流体噴射口近傍で拡大させてしまうと、ノズルの径方向に不必要に広がって噴射されてしまうことが原因であると判った。その理由は、噴射流体がノズルの径方向に不必要に広がってしまうと、流体吸引口から吸引された吸引流体がエジェクタ内部へ流入する際の妨げとなってしまうからである。

そして、吸引流体がエジェクタ内部へ流入することが妨げられてしまうと、上述の式Ｆ２から明らかなように、吸引流体の流量Ｇｅが低下してエジェクタ効率ηｅが低下してしまう。

上記点に鑑み、本発明は、ノズルへ流入する流体が気液二相状態となっていても、エジェクタ効率ηｅの低下を抑制可能なエジェクタ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に記載の発明では、流体を減圧膨張させて流体噴射口（１６１ａ）から噴射するノズル（１６１）と、流体噴射口（１６１ａ）から噴射された高速度の噴射流体によって流体を吸引する流体吸引口（１６２ａ）、および噴射流体と流体吸引口（１６２ａ）から吸引された吸引流体との混合流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換する昇圧部（１６２ｃ）が形成されたボデー（１６２）とを備え、
ノズル（１６１）の流体通路を形成する内周面には、流体通路の流体通路面積を最も縮小させる喉部（１６１ｂ）、喉部（１６１ｂ）の下流側に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる第１テーパ部（１６１ｅ）、第１テーパ部（１６１ｅ）の下流側に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる第２テーパ部（１６１ｆ）、および第２テーパ部（１６１ｆ）の出口側から流体噴射口（１６１ａ）へ至る範囲に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる先端テーパ部（１６１ｄ）が設けられており、
ノズル（１６１）の軸線（φ）を含む軸方向断面を基準断面としたときに、基準断面における第２テーパ部（１６１ｆ）出口側の第２広がり角度（θ２）は、基準断面における第１テーパ部（１６１ｅ）出口側の第１広がり角度（θ１）よりも大きくなっており、基準断面における先端テーパ部（１６１ｄ）出口側の先端広がり角度（θ３）は、第２広がり角度（θ２）よりも小さくなっているエジェクタを特徴とする。

これによれば、第２広がり角度（θ２）が第１広がり角度（θ１）よりも大きく形成されているので、第２テーパ部（１６１ｆ）における流体通路面積の増加度合が第１テーパ部（１６１ｅ）における流体通路面積の増加度合よりも大きくなる。

従って、ノズル（１６１）へ流入した気液二相状態の流体が、喉部（１６１ｂ）→第１テーパ部（１６１ｅ）→第２テーパ部（１６１ｆ）の順に流れて減圧膨張される際に、気相割合の増加によって体積膨張しても、この体積膨張に対応するように流体通路面積を拡大させることができる。

これにより、流体が第１テーパ部（１６１ｅ）→第２テーパ部（１６１ｆ）を通過する際の通路抵抗に起因する損失を抑制して、ノズル（１６１）における流体の減圧過程を等エントロピ線に近似した減圧過程とすることができるので、ノズル効率（ηｎｏｚ）を向上させることができる。

さらに、先端広がり角度（θ３）が第２広がり角度（θ２）よりも小さくなっているので、流体噴射口（１６１ａ）から噴射された噴射流体が、ノズルの径方向に不必要に広がってしまうことを抑制できる。これにより、吸引流体がエジェクタ内部へ流入しやすくなり、吸引流体の流量（Ｇｅ）が低下してしまうことを抑制できるので、エジェクタ効率（ηｅ）の低下を抑制できる。

その結果、ノズル（１６１）へ流入する流体が気液二相状態となっていても、ノズル効率（ηｎｏｚ）およびエジェクタ効率（ηｅ）の低下を抑制可能なエジェクタを提供することができる。

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において、基準断面における第２テーパ部（１６１ｆ）の形状は、流体通路側に凸となる曲線で形成されていることを特徴とする。これによれば、第２テーパ部（１６１ｆ）の流体通路面積の増加度合を滑らかに変化させて、ノズル（１６１）における流体の減圧過程を、より一層、等エントロピ線に近似した減圧過程とすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタにおいて、基準断面における第２テーパ部（１６１ｆ）の形状は、直線で形成されていることを特徴とする。これによれば、ノズル（１６１）における流体の減圧過程を等エントロピ線に近似させることができることに加えて、第２テーパ部（１６１ｆ）の加工が容易となりエジェクタの製造コストを低減できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタにおいて、さらに、ノズル（１６１）の流体通路を形成する内周面には、喉部（１６１ｂ）から第１テーパ部（１６１ｅ）へ至る範囲に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる導入テーパ部（１６１ｇ）が設けられており、基準断面における導入テーパ部（１６１ｇ）出口側の導入広がり角度（θｉｎ）は、第１広がり角度（θ１）よりも大きくなっていることを特徴とする。

ここで、ノズル（１６１）へ流入した気液二相状態の流体が、喉部（１６１ｂ）→第１テーパ部（１６１ｅ）→第２テーパ部（１６１ｆ）の順に流れて減圧膨張される際に、気相割合が急激に増加する部位は喉部（１６１ｂ）を通過した直後である。

従って、導入テーパ部（１６１ｇ）を設けて、導入広がり角度（θｉｎ）を第１広がり角度（θ１）よりも大きくすることで、気相割合の急激な増加による急激な体積膨張に対応するように流体通路面積を拡大させることができ、より一層、効果的にノズル効率（ηｎｏｚ）の低下を抑制することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のエジェクタにおいて、基準断面における導入テーパ部（１６１ｇ）の形状は、ノズル（１６１）径方向外周側に凸となる曲線で形成されていることを特徴とする。これによれば、導入テーパ部（１６１ｇ）の流体通路面積の増加度合を滑らかに変化させて、ノズル（１６１）における流体の減圧過程を、より一層、等エントロピ線に近似した減圧過程とすることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項４に記載のエジェクタにおいて、基準断面における導入テーパ部（１６１ｇ）の形状は、直線で形成されていることを特徴とする。これによれば、ノズル（１６１）における流体の減圧過程を等エントロピ線に近似させることができる上に、導入テーパ部（１６１ｇ）の加工が容易となりエジェクタの製造コストを低減できる。

請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のエジェクタにおいて、第２広がり角度（θ２）は、第１広がり角度（θ１）の１．３３倍以上になっていてもよい。これによれば、後述する実施形態に説明するように、ノズル効率ηｎｏｚを確実に安定して向上できることが判っている。

また、請求項８に記載の発明では、流体を減圧膨張させて流体噴射口（１６１ａ）から噴射するノズル（１６１）と、流体噴射口（１６１ａ）から噴射された高速度の噴射流体によって流体を吸引する流体吸引口（１６２ａ）、および噴射流体と流体吸引口（１６２ａ）から吸引された吸引流体との混合流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換する昇圧部（１６２ｃ）が形成されたボデー（１６２）とを備え、
ノズル（１６１）の流体通路を形成する内周面には、流体通路の流体通路面積を最も縮小させる喉部（１６１ｂ）、喉部（１６１ｂ）の下流側に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる第１テーパ部（１６１ｅ）、第１テーパ部（１６１ｅ）の下流側に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる第２テーパ部（１６１ｆ）、および第２テーパ部（１６１ｆ）の出口側から流体噴射口（１６１ａ）へ至る範囲に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる先端テーパ部（１６１ｄ）が設けられており、
第２テーパ部（１６１ｆ）における流体通路面積の増加度合は、第１テーパ部（１６１ｅ）における流体通路面積の増加度合よりも大きくなっており、さらに、軸線（φ）を含む軸方向断面を基準断面としたときに、基準断面における先端テーパ部（１６１ｄ）出口側の先端広がり角度（θ３）は、基準断面における第２テーパ部（１６１ｆ）出口側の出口広がり角度（θ２）よりも小さくなっているエジェクタを特徴とする。

これによれば、第２テーパ部（１６１ｆ）における流体通路面積の増加度合が第１テーパ部（１６１ｅ）における流体通路面積の増加度合よりも大きくなっているので、請求項１に記載の発明と同様に、ノズル効率（ηｎｏｚ）を向上させることができる。さらに、先端広がり角度（θ３）が第２テーパ部（１６１ｆ）出口側の出口広がり角度（θ２）第２広がり角度（θ２）よりも小さくなっているので、請求項１に記載の発明と同様に、エジェクタ効率（ηｅ）の低下を抑制できる。

その結果、ノズル（１６１）へ流入する流体が気液二相状態となっていても、ノズル効率（ηｎｏｚ）およびエジェクタ効率（ηｅ）の低下を抑制可能なエジェクタを提供することができる。

また、請求項９に記載の発明では、流体を減圧膨張させて流体噴射口（１６１ａ）から噴射するノズル（１６１）と、ノズル（１６１）の流体通路の内部に配置されて、流体流れ方向に延びるニードル（１６３）と、流体噴射口（１６１ａ）から噴射された高速度の噴射流体によって流体を吸引する流体吸引口（１６２ａ）、および噴射流体と流体吸引口（１６２ａ）から吸引された吸引流体との混合流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換する昇圧部（１６２ｃ）が形成されたボデー（１６２）とを備え、
ノズル（１６１）の流体通路を形成する内周面には、流体通路の流体通路面積を最も縮小させる喉部（１６１ｂ）、喉部（１６１ｂ）の下流側に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させるテーパ部（１６１ｃ）、およびテーパ部（１６１ｃ）の下流側から流体噴射口（１６１ａ）へ至る範囲に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる先端テーパ部（１６１ｄ）が設けられており、
テーパ部（１６１ｃ）とニードル（１６３）の外周面との間に形成される流体通路には、噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積が徐々に拡大する第１拡大部（１６４ａ）、第１拡大部（１６４ａ）の下流側に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積が徐々に拡大する第２拡大部（１６４ｂ）が形成され、第２拡大部（１６４ｂ）における流体通路面積の増加度合は、第１拡大部（１６４ａ）における流体通路面積の増加度合よりも大きくなっており、さらに、軸線（φ）を含む軸方向断面を基準断面としたときに、基準断面における先端テーパ部（１６１ｄ）出口側の先端広がり角度（θ３）は、基準断面における前記テーパ部（１６１ｃ）出口側の出口広がり角度（θ２）よりも小さくなっているエジェクタを特徴とする。

これによれば、第２拡大部（１６４ｂ）における流体通路面積の増加度合は、第１拡大部（１６４ａ）における流体通路面積の増加度合よりも大きくなっているので、ノズル（１６１）へ流入した気液二相状態の流体が、喉部（１６１ｂ）→テーパ部（１６１ｃ）の順に流れて減圧膨張される際に、気相割合の増加に対応するように流体通路面積を拡大させることができる。従って、請求項１に記載の発明と同様に、ノズル効率（ηｎｏｚ）を向上させることができる。

さらに、先端広がり角度（θ３）が第２広がり角度（θ２）よりも小さくなっているので、請求項１に記載の発明と同様に、エジェクタ効率（ηｅ）の低下を抑制できる。その結果、ノズル（１６１）へ流入する流体が気液二相状態となっていても、ノズル効率（ηｎｏｚ）およびエジェクタ効率（ηｅ）の低下を抑制可能なエジェクタを提供することができる。

そして、具体的に、ノズル（１６１）のテーパ部（１６１ｃ）の内周面とニードル（１６３）の外周面との間に形成される流体通路に、第１、第２拡大部（１６４ａ、１６４ｂ）を形成して、第２拡大部（１６４ｂ）における流体通路面積の増加度合を、第１拡大部（１６４ａ）における流体通路面積の増加度合よりも大きくするために、請求項１０に記載の発明のように、テーパ部（１６１ｃ）は、喉部（１６１ｂ）の下流側に設けられた第１テーパ部（１６１ｅ）および第１テーパ部（１６１ｅ）の下流側に設けられた第２テーパ部（１６１ｆ）から構成され、基準断面における第２テーパ部（１６１ｆ）出口側の第２広がり角度（θ２）は、基準断面における第１テーパ部（１６１ｅ）出口側の第１広がり角度（θ１）よりも大きくなっており、さらに、ニードル（１６３）の外周面のうち、テーパ部（１６１ｃ）の内側に位置付けられる部位の基準断面における形状は、直線で形成されていてもよい。

また、請求項１１に記載の発明のように、基準断面におけるテーパ部（１６１ｃ）の形状は、直線で形成されており、さらに、ニードル（１６３）のうち、テーパ部（１６１ｃ）の内側に位置付けられる部位は、噴射流体の流れ方向に向かって徐々に断面積が縮小する第１縮小部（１６３ｂ）および第１縮小部（１６３ｂ）よりも下流側に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって徐々に断面積が縮小する第２縮小部（１６３ｃ）から構成され、第１縮小部（１６３ｂ）における面積の縮小度合は、第２縮小部（１６３ｃ）における面積の縮小度合よりも小さくなっていてもよい。

また、請求項１２に記載の発明のように、テーパ部（１６１ｃ）は、喉部（１６１ｂ）の下流側に設けられた第１テーパ部（１６１ｅ）および第１テーパ部（１６１ｅ）の下流側に設けられた第２テーパ部（１６１ｆ）から構成され、さらに、ニードル（１６３）のうち、第１テーパ部（１６１ｅ）の内側に位置付けられて第１拡大部（１６４ａ）を形成する部位には、噴射流体の流れ方向に向かって徐々に断面積が縮小する第１縮小部（１６３ｂ）が設けられ、ニードル（１６３）のうち、第２テーパ部（１６１ｆ）の内側に位置付けられて第２拡大部（１６４ｂ）を形成する部位には、噴射流体の流れ方向に向かって徐々に断面積が縮小する第２縮小部（１６３ｃ）が設けられていてもよい。

請求項１３に記載の発明では、請求項１０に記載のエジェクタにおいて、内周面には、喉部（１６１ｂ）からテーパ部（１６１ｃ）へ至る範囲に配置されて噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積が徐々に拡大する導入テーパ部（１６１ｇ）が設けられており、基準断面における導入テーパ部（１６１ｇ）出口側の導入広がり角度（θｉｎ）は、第１広がり角度（θ１）よりも大きくなっていることを特徴とする。

これによれば、請求項４に記載の発明と同様に、喉部（１６１ｂ）を通過した直後の気相割合の急激な増加に対応するように流体通路面積を拡大させることができ、効果的にノズル効率（ηｎｏｚ）の低下を抑制することができる。

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一例である。

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。 第１実施形態のエジェクタの軸方向断面図である。 第１実施形態のノズルの拡大断面図である。 第２拡がり角度θ２とノズル効率ηｎｏｚとの関係を示すグラフである。 第２実施形態のノズルの拡大断面図である。 第３実施形態のノズルの拡大断面図である。 第４実施形態のノズルの拡大断面図である。 第５実施形態のノズルの拡大断面図である。 第６実施形態のノズルの拡大断面図である。 他の実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの一例を示す全体構成図である。 他の実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルの別の一例を示す全体構成図である。 他の実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルのさらに別の一例を示す全体構成図である。 （ａ）は、ノズルへ液相流体が流入した際の減圧過程を示すモリエル線図であり、（ｂ）は、ノズルへ気液二相流体が流入した際の減圧過程を示すモリエル線図である。

（第１実施形態）
図１〜４により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明のエジェクタ１６を、車両用空調装置に用いられるエジェクタ式冷凍サイクル１０に適用している。図１は、このエジェクタ式冷凍サイクル１０の全体構成図である。まず、エジェクタ式冷凍サイクル１０において、圧縮機１１は、冷媒を吸入して圧縮するもので、車両走行用エンジン（図示せず）から駆動力が伝達されて回転駆動される。

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採用してもよい。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。

圧縮機１１の冷媒吐出側には、放熱器１２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１２ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。冷却ファン１２ａは、図示しない空調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、本実施形態の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、本実施形態では、冷媒が特許請求の範囲に記載された流体に対応する。

放熱器１２の下流側には、レシーバ１２ｂが接続されている。このレシーバ１２ｂは、放熱器１２から流出した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を溜めておく気液分離器である。なお、本実施形態では、放熱器１２とレシーバ１２ｂとを一体的に構成しているが、放熱器１２とレシーバ１２ｂとを別体に構成してもよい。

さらに、放熱器１２として、冷媒を凝縮させる凝縮用熱交換部と、この凝縮用熱交換部からの冷媒を導入して冷媒の気液を分離するレシーバ部と、このレシーバ部からの飽和液相冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部とを有する、いわゆるサブクールタイプの凝縮器を採用してもよい。

レシーバ１２ｂの液相冷媒出口には、可変絞り機構である膨張弁１３が接続されている。この膨張弁１３は、レシーバ１２ｂから流出した高圧液相冷媒を気液二相状態の中間圧冷媒に減圧する減圧手段であるとともに、膨張弁１３下流側へ流出させる冷媒の流量を調整する流量調整手段でもある。

なお、本実施形態では、膨張弁１３として温度式膨張弁を採用している。具体的には、温度式膨張弁は、後述する流出側蒸発器１７出口側の冷媒通路に配置された感温部１３ａを有しており、流出側蒸発器１７出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて流出側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度を検出し、流出側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように機械的機構により弁開度（冷媒流量）を調整する。

膨張弁１３の冷媒出口側には、膨張弁１３にて減圧膨張された気液二相状態の中間圧冷媒の流れを分岐する分岐部１４が接続されている。分岐部１４は、３つの流入出口を有する三方継手構造のもので、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。このような分岐部１４は、複数の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複数の冷媒通路穴を設けて構成してもよい。

そして、分岐部１４において分岐された一方の冷媒は、分岐部１４の一方の冷媒流出口とエジェクタ１６のノズル１６１入口とを接続するノズル側配管１５ａへ流入し、他方の冷媒は、分岐部１４の他方の冷媒流出口とエジェクタ１６の冷媒吸引口１６２ａとを接続する吸引口側配管１５ｂへ流入する。

エジェクタ１６は、高圧冷媒を減圧する減圧手段の機能を果たすとともに、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としての機能を果たす。エジェクタ１６の詳細構成については、図２、３により説明する。図２は、エジェクタ１６のノズル１６１の軸線φを含む軸方向断面図であり、図３は、図２のうちノズル１６１の拡大断面図である。以下の説明では、図２、３に図示された断面を基準断面とする。

本実施形態のエジェクタ１６は、ノズル１６１およびボデー１６２を有して構成されている。まず、ノズル１６１は、略円筒状の金属（例えば、真鍮、ステンレス合金）で形成されており、図３に示すように、冷媒流れ方向に向かって先細り形状に形成されている。そして、その内部には、ノズル側配管１５ａを介して流入した冷媒が通過する冷媒通路（流体通路）が、軸線φに沿って形成されている。

この冷媒通路は、断面円形状のノズル１６１の内周面によって形成され、この円形状の径を変化させることによって、冷媒通路の冷媒通路面積（流体通路面積）を適宜変化させている。従って、冷媒通路は、同軸上に配置された複数の円柱状空間および円錐台状空間を組み合わせた形状の空間として構成されている。

より具体的には、ノズル１６１の内周面には、冷媒通路の最下流部となる先細り形状の先端側に配置されて冷媒を噴射する冷媒噴射口（流体噴射口）１６１ａ、冷媒通路の途中に配置されて冷媒通路面積を最も縮小させる喉部１６１ｂ、喉部１６１ｂの冷媒流れ下流側に配置されて冷媒流れ方向に向かって冷媒通路面積を徐々に拡大させるテーパ部１６１ｃが設けられている。

つまり、本実施形態のノズル１６１は、ラバールノズルの如く構成されており、ノズル１６１に流入した冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させて、冷媒噴射口１６１ａから噴射される噴射冷媒（噴射流体）の流速を音速以上となるまで加速させる。

さらに、本実施形態のノズル１６１の内周面には、冷媒通路の冷媒噴射口１６１ａ側の端部、すなわちテーパ部１６１ｃの出口側から冷媒噴射口１６１ａへ至る範囲に、冷媒流れ方向に向かって冷媒通路面積を徐々に拡大させる先端テーパ部１６１ｄが設けられている。

また、テーパ部１６１ｃは、２つの第１、第２テーパ部１６１ｅ、１６１ｆに区画されており、基準断面における第１テーパ部１６１ｅ出口側の広がり角度を第１広がり角度θ１とし、基準断面における第２テーパ部１６１ｆ出口側の広がり角度を第２広がり角度θ２とし、さらに、基準断面における先端テーパ部１６１ｄ出口側の広がり角度を先端広がり角度θ３としたときに、以下数式Ｆ３、Ｆ４を満たすように形成されている。
θ１＜θ２…（Ｆ３）
θ２＞θ３…（Ｆ４）
つまり、第２広がり角度θ２は第１広がり角度θ１よりも大きく、先端広がり角度θ３は、第２広がり角度θ２をよりも小さくなっている。より具体的には、本実施形態では、第２広がり角度θ２を、第１広がり角度θ１の１．３３倍以上（具体的には、１．４〜２．０倍程度）としている。

換言すると、第２テーパ部１６１ｆにおける冷媒通路面積の増加度合は、第１テーパ部１６１ｅにおける冷媒通路面積の増加度合よりも大きく、先端テーパ部１６１ｄにおける冷媒通路面積の増加度合は、第２テーパ部１６１ｆにおける冷媒通路面積の増加度合よりも小さい。

なお、第１テーパ部１６１ｅと第２テーパ部１６１ｆとの接続部、および第２テーパ部１６１ｆと先端テーパ部１６１ｄとの接続部は、Ｒ面取等を施すことによって滑らかに接続されている。これにより、各接続部における冷媒通路面積の急変を抑制して、冷媒の有する運動エネルギの損失を抑制している。

また、第１テーパ部１６１ｅ出口側の広がり角度である第１広がり角度θ１は、上述のＲ面取を除いた第１テーパ部１６１ｅの最下流部の広がり角度、すなわち基準断面における第１テーパ部１６１ｅの最下流部の接線同士のなす角度である。第２広がり角度θ２および先端広がり角度θ３についても同様である。

さらに、本実施形態では、基準断面における第１テーパ部１６１ｅおよび先端テーパ部１６１ｄの形状は直線で形成されており、基準断面における第２テーパ部１６１ｆの形状は冷媒通路の内側に凸となる曲線で形成されている。

また、ノズル１６１は、ボデー１６２の内部に収容されるように、圧入等の方法で固定されており、圧入部（固定部）から冷媒が漏れることを防止している。もちろん、固定部からの冷媒漏れを防止できれば、接着、溶接、圧接、はんだ付け等の接合手段で接合・固定してもよい。

ボデー１６２は、略円筒状の金属（例えば、アルミニウム）で形成されており、その内部にノズル１６１を支持固定する固定部材として機能するとともに、エジェクタ１６の外殻を形成するものである。もちろん、上記の機能を実現できれば、ボデー１６２を樹脂にて形成してもよい。ボデー１６２の内部には、図２に示すように、冷媒吸引口（流体吸引口）１６２ａ、吸引通路１６２ｂ、昇圧部としてのディフューザ部１６２ｃ等が形成されている。

冷媒吸引口１６２ａは、ボデー１６２の内外を貫通するように設けられ、噴射冷媒による圧力低下にて生じる吸引作用によって、後述する吸引側蒸発器１９から流出した冷媒をエジェクタ１６内部へ吸引する貫通穴である。さらに、冷媒吸引口１６２ａは、ノズル１６１の外周側に位置付けされており、冷媒噴射口１６１ａと連通している。

従って、ボデー１６２内部の冷媒吸引口１６２ａ周辺には、冷媒を流入させる入口空間が形成され、ノズル１６１の先細り形状の先端部周辺の外周側とボデー１６２の内周側との間の空間には、ボデー１６２の内部へ流入した吸引冷媒（吸引流体）をディフューザ部１６２ｃ側へ導く吸引通路１６２ｂが形成されている。

本実施形態では、この吸引通路１６２ｂの冷媒通路面積を冷媒流れ下流側へ向かって徐々に縮小させるように変化させることによって、吸引通路１６２ｂを通過する吸引冷媒の流速を増加させて、噴射冷媒の流速に近づけるようにしている。

ディフューザ部１６２ｃは、ノズル１６１から噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口１６２ａから吸引された吸引冷媒とを混合させながら、混合された気液二相状態の冷媒（混合流体）の運動エネルギを圧力エネルギに変換するものである。具体的には、ディフューザ部１６２ｃは、冷媒流れ方向に向かって冷媒通路面積を徐々に拡大させる冷媒通路として形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させている。

さらに、本実施形態のディフューザ部１６２ｃの冷媒通路形状は、図２に示すように、入口側における冷媒通路面積の広がり度合が、出口側における冷媒通路面積の広がり度合よりも大きくなるように変化している。つまり、入口側では、入口から出口に至る平均的な広がり度合よりも冷媒通路面積が急に拡大して、出口側では、緩やかに拡大している。

換言すると、ディフューザ部１６２ｃの入口側冷媒通路の基準断面における断面形状は、内周側に向かって凸となる曲線で形成され、出口側冷媒通路の断面形状は、外周側に向かって凸となる曲線で形成されている。これにより、ディフューザ部１６２ｃの出口部における冷媒の剥離を抑制して、冷媒の有するエネルギの損失を抑制している。

ディフューザ部１６２ｃ下流側には、図１に示すように、流出側蒸発器１７が配置されている。流出側蒸発器１７はディフューザ部１６２ｃから流出した流出冷媒と送風ファン１７ａより送風された送風空気とを熱交換させて、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１７ａは、空調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。さらに、流出側蒸発器１７の冷媒出口は圧縮機１１の冷媒吸入口へ接続される。

次に、分岐部１４にて分岐された他方の冷媒が流れる吸引口側配管１５ｂは、絞り機構１８および吸引側蒸発器１９を介して、エジェクタ１６の冷媒吸引口１６２ａへ接続される。絞り機構１８は吸引側蒸発器１９に流入する冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、吸引側蒸発器１９に流入する冷媒の流量調整を行う流量調整手段でもある。この絞り機構１８としては、キャピラリチューブ、オリフィス等の固定絞りを採用することができる。

吸引側蒸発器１９は、絞り機構１８から流出した冷媒と送風ファン１７ａから送風された流出側蒸発器１７通過後の送風空気とを熱交換させて、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。さらに、吸引側蒸発器１９の出口側は冷媒吸引口１４ｂに接続される。

なお、本実施形態の流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９は一体構造に組み付けられている。従って、送風ファン１５ａにより送風された送風空気は矢印１００方向に流れ、まず、流出側蒸発器１７で冷却され、次に、吸引側蒸発器１９で冷却されて冷却対象空間（車室内）に流れ込む。従って、本実施形態では、流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９の双方の蒸発器にて同一の冷却対象空間（車室内）を冷却できるようになっている。

次に、上記構成における本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル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から吐出された高温高圧状態の冷媒は放熱器１２に流入する。放熱器１２では高温の冷媒が外気により冷却されて凝縮する。放熱器１２から流出した高圧冷媒はレシーバ１２ｂ内に流入して気液分離される。

レシーバ１２ｂから流出した液相冷媒は膨張弁１３へ流入して、気液二相状態の中間圧冷媒となるまで減圧膨張されて分岐部１４へ流入する。この際、膨張弁１３は、流出側蒸発器１７出口側冷媒の過熱度が予め定めた値に近づくように、その下流側へ流出させて冷媒流量を調整する。

膨張弁１３にて減圧膨張された冷媒は、分岐部１４にてノズル側配管１５ａへ流入する冷媒流れと吸引口側配管１５ｂへ流入する冷媒流れとに分流される。この際、ノズル側配管１５ａへ流入する冷媒流量Ｇｎｏｚと吸引口側配管１５ｂへ流入する冷媒流量Ｇｅとの流量比Ｇｅ／Ｇｎｏｚは、ノズル１６１および絞り機構１８の流量特性（圧力損失特性）によって、サイクル全体として高い成績係数（ＣＯＰ）を発揮できるように決定される。

ノズル側配管１５ａを介してエジェクタ１６へ流入した気液二相状態の中間圧冷媒は、ノズル１６１にて、さらに減圧される。この際、ノズル１６１にて冷媒の圧力エネルギが速度エネルギに変換され、冷媒噴射口１６１ａから気液二相状態の冷媒が高速度となって噴射される。そして、この噴射冷媒の吸引作用により、冷媒吸引口１６２ａから吸引側蒸発器１９にて蒸発した気相冷媒が吸引される。

ノズル１６１から噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口１６２ａより吸引された吸引冷媒は、ディフューザ部１６２ｃへ流入する。ディフューザ部１６２ｃでは、噴射冷媒および吸引冷媒が混合されるとともに、冷媒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て冷媒の圧力が上昇する。

ディフューザ部１６２ｃから流出した冷媒は流出側蒸発器１７に流入する。流出側蒸発器１７では、流入した低圧冷媒が送風ファン１７ａの送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風ファン１７ａの送風空気が冷却される。そして、流出側蒸発器１７から流出した気相冷媒は、圧縮機１１に吸入され再び圧縮される。

一方、吸引口側配管１５ｂに流入した冷媒流れは、絞り機構１８で減圧膨張されて低圧冷媒となり、この低圧冷媒が吸引側蒸発器１９に流入する。吸引側蒸発器１９では、流入した低圧冷媒が、送風ファン１７ａから送風された流出側蒸発器１７通過後の送風空気から吸熱して蒸発する。

これにより、送風ファン１７ａから送風された送風空気が、さらに冷却されて車室内へ送風される。吸引側蒸発器１９から流出した気相冷媒は、上述の如く、冷媒吸引口１６２ａからエジェクタ１６内へ吸引される。

以上の如く、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、エジェクタ１６のディフューザ部１６２ｃ流出冷媒を流出側蒸発器１７に供給できるとともに、吸引口側配管１５ｂ側へ流入した冷媒を絞り機構１８を介して吸引側蒸発器１９に供給できるので、流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９で同時に冷却作用を発揮できる。

この際、送風ファン１７ａから送風された送風空気を流出側蒸発器１７→吸引側蒸発器１９の順に通過させて同一の冷却対象空間を冷却できる。さらに、ディフューザ部１６２ｃの昇圧作用によって流出側蒸発器１７の冷媒蒸発温度を吸引側蒸発器１９の冷媒蒸発温度よりも上昇させることができるので、流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９の冷媒蒸発温度と送風空気との温度差を確保して、効率的に送風空気を冷却できる。

また、流出側蒸発器１７下流側を圧縮機１１吸入側に接続しているので、ディフューザ部１６２ｃで昇圧された冷媒を圧縮機１１に吸入させることができる。その結果、圧縮機１１の吸入圧を上昇させて、圧縮機１１の駆動動力を低減することができ、エジェクタ式冷凍サイクル全体としてのＣＯＰ（成績係数）を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、上述のエジェクタ１６を採用しているので、エジェクタ効率ηｅを向上させて、ＣＯＰを効果的に向上させることができる。つまり、本実施形態のエジェクタ１６では、ノズル１６１の冷媒通路に形成されるテーパ部１６１ｃを、第１、第２テーパ部１６１ｅ、１６１ｆの２つに区画している。

そして、基準断面における第１テーパ部１６１ｅ出口側の第１広がり角度θ１および基準断面における第２テーパ部１６１ｆ出口側の第２広がり角度θ２を式Ｆ３の関係を満たすようにして、第２テーパ部１６１ｆにおける冷媒通路面積の増加度合を、第１テーパ部１６１ｅにおける冷媒通路面積の増加度合よりも大きくしている。

従って、ノズル１６１へ流入した気液二相状態の冷媒が、喉部１６１ｂ→第１テーパ部１６１ｅ→第２テーパ部１６１ｆの順に流れて減圧膨張される際に、気相割合の増加によって体積膨張しても、この体積膨張に対応するように冷媒通路面積を拡大させることができる。

これにより、冷媒が第１テーパ部１６１ｅ→第２テーパ部１６１ｆを通過する際の通路抵抗に起因する損失を効果的に抑制して、ノズル１６１における冷媒の減圧過程を等エントロピ線に近似した減圧過程とすることができるので、ノズル効率ηｎｏｚを向上させることができる。

さらに、基準断面における先端テーパ部１６１ｄ出口側の先端広がり角度θ３および第２拡がり角度θ２を式Ｆ４の関係を満たすようにしているので、冷媒噴射口１６１ａから噴射された噴射冷媒が、軸線φに垂直なノズルの径方向に不必要に広がってしまうことを抑制できる。

これにより、冷媒吸引口１６２ａからエジェクタ１６内へ吸引される吸引冷媒がエジェクタ内部へ流入しやすくなり、吸引冷媒の流量Ｇｅが低下してしまうことを抑制できる。その結果、ノズル１６１へ流入する冷媒が気液二相状態となっていても、ノズル効率ηｎｏｚおよびエジェクタ効率ηｅの低下を抑制することができ、ＣＯＰを効果的に向上させることができる。

また、本実施形態のエジェクタ１６では、基準断面における第２テーパ部１６１ｆの形状を、冷媒通路側に凸となる曲線で形成しているので、第２テーパ部１６１ｆの冷媒通路面積の増加度合を滑らかに変化させて、ノズル１６１における冷媒の減圧過程を、より一層、等エントロピ線に近似した減圧過程とすることができる。従って、より一層、ノズル効率ηｎｏｚの低下を抑制することができる。

もちろん、基準断面における第２テーパ部１６１ｆの形状を、直線で形成してもよい。これにより、ノズル１６１における冷媒の減圧過程を等エントロピ線に近似させてノズル効率ηｎｏｚの低下を抑制できる効果に加えて、第２テーパ部１６１ｆの加工が容易となりエジェクタの製造コストを低減できる。

また、本実施形態のエジェクタ１６では、第２広がり角度θ２が、第１広がり角度θ１の１．３３倍以上になっているので、ノズル効率ηｎｏｚを確実に安定して向上できる。このことを図４を用いて説明する。なお、図４は、第２拡がり角度θ２とノズル効率ηｎｏｚとの関係を示すグラフである。

より詳細には、図４では、第１拡がり角度θ１を０．７５°としたノズル１６１を採用した際に、ノズル１６１に所定圧力の気液二相状態の冷媒を流入させた際の第２拡がり角度θ２とノズル効率ηｎｏｚとの関係を評価したものである。さらに、ノズル１６１の出口側冷媒圧力を０．２４８ＭＰａ〜０．４２８ＭＰａまで変化させている。

図４から明らかなように、ノズル１６１の出口側冷媒圧力によらず、第２拡がり角度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、ノズル効率ηｎｏｚを向上させることができる。

その結果、本実施形態によれば、エジェクタ１６１へ流入する冷媒が気液二相状態となっていても、ノズル１６１のノズル効率ηｎｏｚおよびエジェクタ１６全体としてのエジェクタ効率ηｅの低下を抑制することができる。そして、本実施形態のようにエジェクタ１６１をエジェクタ式冷凍サイクル１０に適用することで、エジェクタ式冷凍サイクル１０のＣＯＰを効果的に向上させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、図５に示すように、第１実施形態のノズル１６１に対して、ノズル１６１の冷媒通路を形成する内周面のうち、喉部１６１ｂから第１テーパ部１６１ｅへ至る範囲に、冷媒流れ方向に向かって冷媒通路面積を徐々に拡大させる導入テーパ部１６１ｇを設けた例を説明する。

なお、図５は、本実施形態１６１の拡大断面図であり、第１実施形態の図３に対応する図面である。また、図５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。

導入テーパ部１６１ｇは、基準断面における導入テーパ部１６１ｇ出口側の広がり角度を導入拡がり角度θｉｎとしたときに、以下数式Ｆ５を満たすように形成されている。
θｉｎ＞θ１…（Ｆ５）
つまり、導入広がり角度θｉｎは第１広がり角度θ１よりも大きくなっている。換言すると、導入テーパ部１６１ｇにおける冷媒通路面積の増加度合は、第１テーパ部１６１ｅにおける冷媒通路面積の増加度合よりも大きい。

さらに、本実施形態では、基準断面における導入テーパ部１６１ｇの形状は冷媒通路の外側、すなわちノズル１６１径方向外周側に凸となる曲線で形成されている。また、導入テーパ部１６１ｇと第１テーパ部１６１ｅとの接続部は、第１実施形態と同様に、Ｒ面取等を施すことによって滑らかに接続されている。

その他の構成および作動は、第１実施形態と全く同様である。従って、本実施形態のエジェクタ１６では、第１実施形態と同様に、エジェクタ１６１へ流入する流体が気液二相状態となっていても、ノズル１６１のノズル効率ηｎｏｚおよびエジェクタ１６全体としてのエジェクタ効率ηｅの低下を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、先端広がり角度θｉｎおよび第１拡がり角度θ１を式Ｆ５の関係を満たすようにしているので、より一層、効果的にノズル効率ηｎｏｚを向上させることができる。

つまり、ノズル１６１へ流入した気液二相状態の冷媒が喉部１６１ｂ→導入テーパ部１６１ｇ→第１テーパ部１６１ｅ→第２テーパ部１６１ｆの順に流れて減圧膨張される際に、気相割合が急激に増加する部位は喉部１６１ｂを通過した直後である。

従って、導入テーパ部１６１ｇを設けて、導入広がり角度θｉｎを第１広がり角度θ１よりも大きくすることで、気相割合の急激な増加による急激な体積膨張に対応するように冷媒通路面積を拡大させることができ、より一層、効果的にノズル効率ηｎｏｚ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１６では、基準断面における導入テーパ部１６１ｇの形状を、冷媒通路の外側に凸となる曲線で形成しているので、導入テーパ部１６１ｇの冷媒通路面積の増加度合を滑らかに変化させて、ノズル１６１における冷媒の減圧過程を、より一層、等エントロピ線に近似した減圧過程とすることができる。従って、より一層、ノズル効率ηｎｏｚの低下を抑制することができる。

もちろん、基準断面における導入テーパ部１６１ｇの形状を、直線で形成してもよい。これにより、ノズル１６１における冷媒の減圧過程を等エントロピ線に近似させてノズル効率ηｎｏｚの低下を抑制できる効果に加えて、導入テーパ部１６１ｇの加工が容易となりエジェクタの製造コストを低減できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図６に示すように、ノズル１６１の冷媒通路内に針状のニードル１６３を配置した例を説明する。

このニードル１６３は、ノズル１６１の冷媒通路内に、軸線φに対して同軸上に伸びるよう配置され、冷媒流れ方向に向かって徐々に軸方向垂直断面積が減少する針状に形成されている。このため、本実施形態のノズル１６１では、ニードル１６３の外周面とノズル１６１の内周面との間に、断面円環形状（ドーナツ形状）の冷媒通路が形成される。

また、ニードル１６３のうちテーパ部１６１ｃの内側に位置付けられる部位の外周面の基準断面における形状は直線で形成され、ノズル１６１のテーパ部１６１ｃは、第１実施形態と同様に、第１、第２テーパ部１６１ｅ、１６１ｆの２つに区画されている。さらに、本実施形態においても、第１広がり角度θ１および第２広がり角度θ２は、前述の式Ｆ３を満たしており、第２広がり角度θ２は第１広がり角度θ１よりも大きい。

従って、ニードル１６３の外周面とノズル１６１の内周面との間に形成される冷媒通路には、冷媒流れ方向に向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する第１拡大部１６４ａ、第１拡大部１６４ａの下流側に配置されて冷媒流れ方向に向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する第２拡大部１６４ｂが形成される。

さらに、第２拡大部１６４ｂにおける流体通路面積の増加度合は、第１拡大部１６４ａにおける流体通路面積の増加度合よりも大きくなる。これにより、本実施形態では、喉部１６１ｂから冷媒噴射口１６１ａに至る範囲に形成される断面円環形状の冷媒通路の面積変化は、第１実施形態の断面円形状の冷媒通路の面積変化と同様に変化させている。

その他の構成および作動は、第１実施形態と全く同様である。従って、本実施形態のエジェクタ１６では、第１実施形態と同様に、エジェクタ１６１へ流入する流体が気液二相状態となっていても、ノズル１６１のノズル効率ηｎｏｚおよびエジェクタ１６全体としてのエジェクタ効率ηｅの低下を抑制することができる。

さらに、先端テーパ部１６１ｄでは、軸方向垂直断面積が徐々に減少するニードル１６３が配置されることによって、ニードル１６３が配置されない場合に対して、先端テーパ部１６１ｄにおける冷媒通路面積の増加度合を大きくすることができる。

その結果、冷媒噴射口１６１ａから噴射された噴射冷媒が、軸線φに垂直なノズルの径方向に不必要に広がってしまうことを抑制できるとともに、先端テーパ部１６１ｄにて生じ得るエネルギ損失を抑制して、より一層ノズル効率ηｎｏｚの低下を抑制できる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第２実施形態に対して、図７に示すように、ノズル１６１の冷媒通路内に第３実施形態と同様のニードル１６３を配置した例である。そして、本実施形態では、喉部１６１ｂから導入テーパ部１６１ｇを介して冷媒噴射口１６１ａに至る範囲に形成される断面円環形状の冷媒通路の面積変化を、第２実施形態の断面円形状の冷媒通路の面積変化と全く同様に変化させている。

その他の構成および作動を第２実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ１６では、第２実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、第３実施形態と同様に、冷媒噴射口１６１ａから噴射された噴射冷媒が、軸線φに垂直なノズル１６１の径方向に不必要に広がってしまうことを抑制できるとともに、先端テーパ部１６１ｄにおけるノズル効率ηｎｏｚの低下を抑制できる。

（第５実施形態）
第３、第４実施形態では、ニードル１６３の外周面とノズル１６１の内周面との間に形成される断面円環形状の冷媒通路の面積変化を、第１、第２実施形態における冷媒通路の面積変化と同様に変化させるために、テーパ部１６１ｃを、基準断面における拡がり角度の異なる第１、第２テーパ部１６１ｅ、１６１ｆの２つに区画した例を説明したが、本実施形態では、図８に示すように、ニードル１６３の形状を変化させている。

具体的には、本実施形態のニードル１６３は、冷媒流れ方向に向かって順に、導入縮小部１６３ａ、第１縮小部１６３ｂ、第２縮小部１６３ｃの３つの縮小部に区画されている。そして、導入縮小部１６３ａにおける面積の縮小度合を、第１縮小部１６３ｂにおける面積の縮小度合よりも大きくし、第２縮小部１６３ｃにおける面積の縮小度合を第１縮小部１６３ｂにおける面積の縮小度合よりも大きくしている。

また、基準断面におけるノズル１６１のテーパ部１６１ｃの形状は、直線で形成されている。従って、本実施形態のテーパ部１６１ｃは、第１、第２テーパ部１６１ｅ、１６１に区画されていない。

これにより、本実施形態では、ノズル１６１の喉部１６１ｂから冷媒噴射口１６１ａに至る範囲に形成される断面円環形状の冷媒通路の面積変化を、第２実施形態の断面円形状の冷媒通路の面積変化と全く同様に変化させている。その他の構成および作動を第２実施形態と同様である。

従って、本実施形態のエジェクタ１６では、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。もちろん、ニードル１６３から導入縮小部１６３ａを廃止して、ノズル１６１に導入テーパ部１６１ｇを形成しても同様の効果を得ることができる。さらに、ニードル１６３とともに冷媒通路を形成するノズル１６１のテーパ部１６１ｃの基準断面における形状を直線で形成しているので、テーパ部１６１ｃの加工も容易となる。

なお、本実施形態のニードル１６３から導入縮小部１６３ａを廃止すれば、ノズル１６１の喉部１６１ｂから冷媒噴射口１６１ａに至る範囲に形成される断面円環形状の冷媒通路の面積変化を、第１実施形態の断面円形状の冷媒通路の面積変化と全く同様に変化させることもできる。これにより第３実施形態と同様の効果を得ることもできる。

（第６実施形態）
本実施形態では、ニードル１６３の外周面とノズル１６１の内周面との間に形成される断面円環形状の冷媒通路の面積変化を、第１、第２実施形態における冷媒通路の面積変化と同様に変化させるために、図９に示すように、テーパ部１６１ｃを、基準断面における拡がり角度の異なる第１、第２テーパ部１６１ｅ、１６１ｆの２つに区画するとともに、ニードル１６３の形状を同時に変化させている。

より具体的には、本実施形態では、基準断面における拡がり角度は異なるものの第２実施形態と同様の導入テーパ部１６１ｇ、第１、第２テーパ部１６１ｅ、１６１ｆ、先端テーパ部１６１ｄが形成されたノズル１６１と、軸方向断面積の縮小度合は異なるものの第５実施形態と同様の第１、第２縮小部１６３ｂ、１６３ｃが形成されたニードル１６３によって、冷媒通路の面積を変化させている。

その他の構成および作動は、第２実施形態と同様である。従って、本実施形態のエジェクタ１６では、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。もちろん、ニードル１６３から導入縮小部１６３ａを廃止して、ノズル１６１に導入テーパ部１６１ｇを形成しても同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態のノズル１６１として、基準断面における拡がり角度は異なるものの第１実施形態と同様の第１、第２テーパ部１６１ｅ、１６１ｆ、先端テーパ部１６１ｄが形成されたノズル１６１を採用することで、断面円環形状の冷媒通路の面積変化を、第１実施形態の断面円形状の冷媒通路の面積変化と全く同様に変化させることもできる。これにより第３実施形態と同様の効果を得ることもできる。

以上の如く、ニードル１６３の外周面およびノズル１６１の内周面の形状を適宜変化させて組み合わせることで、ニードル１６３の外周面とノズル１６１の内周面との間に形成される断面円環形状の冷媒通路の面積変化を、第１、第２実施形態における冷媒通路の面積変化と同様に変化させることができる。

（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、ノズル１６１の上流側に配置された分岐部１４にて冷媒の流れを分岐するエジェクタ式冷凍サイクル１０に、エジェクタ１６を適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、図１に示すエジェクタ式冷凍サイクル１０において、膨張弁１３を分岐部１４からエジェクタ１６のノズル１６１入口側へ至るノズル側配管１５ａに配置してもよい。

例えば、図１０に示すように、レシーバ１２ｂ、膨張弁１３、分岐部１４、吸引口側配管１５ｂを廃止して、エジェクタ１６のディフューザ部１６２ｃの下流側に低圧側気液分離器（アキュムレータ）２０を配置し、吸引側蒸発器１９へアキュムレータ２０にて分離された液相冷媒を流入させるエジェクタ式冷凍サイクルに適用してもよい。このサイクルでは、さらに、流出側蒸発器１７を廃止してもよい。

例えば、図１１に示すように、流出側蒸発器１７を廃止して、エジェクタ１６から流出した低圧冷媒と、分岐部１４から吸引口側配管１５ｂへ流入した高圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器２１を設けたエジェクタ式冷凍サイクルに適用してもよい。このサイクルによれば、吸引側蒸発器１９へ流入する冷媒のエンタルピを低下させることができるので、吸引側蒸発器１９にて発揮できる冷凍能力を拡大できる。

例えば、図１２に示すように、エジェクタ１６の出口側に分岐部１４を配置して、分岐された一方の冷媒を流出側蒸発器１７へ供給し、他方の冷媒を吸引側蒸発器１９へ流入させるエジェクタ式冷凍サイクルに適用してもよい。

（２）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、二酸化炭素を用いてもよい。さらに、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に、本発明のエジェクタを適用してもよい。

（３）上述の各実施形態では、車両用空調装置（車両用冷凍サイクル装置）用のエジェクタ式冷凍サイクル１０に、本発明のエジェクタを適用した例を説明したが、本発明のエジェクタの適用はこれに限定されない。業務用冷蔵・冷蔵装置、自動販売機用冷却装置、冷蔵機能付きショーケース等の定置用のエジェクタ式冷凍サイクルに適用してもよいし、エジェクタ式冷凍サイクル以外に適用してもよい。

（４）上述の実施形態では、流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９を一体構造に組み付けているが、その具体的手段として、例えば、流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９の構成部品をアルミニウムで構成して、ろう付けにより一体構造に接合してもよい。さらに、ボルト締め等の機械的係合手段によって、例えば１０ｍｍ以下程度の間隔を開けて一体的に結合する構成でもよい。

また、流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９として、フィンアンドチューブタイプの熱交換器を採用し、流出側蒸発器１７と吸引側蒸発器１９のフィンを共通化し、フィンと接触するチューブ構成で分割する構成として一体化してもよい。

（５）上述の実施形態では、流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９を室内側熱交換器として構成し、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、逆に、流出側蒸発器１７および吸引側蒸発器１９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に、本発明のエジェクタを適用してもよい。

１６ エジェクタ
１６１ ノズル
１６１ａ 冷媒噴射口（流体噴射口）
１６１ｂ 喉部
１６１ｃ テーパ部
１６１ｄ 先端テーパ部
１６１ｅ、１６１ｆ 第１、第２テーパ部
１６１ｇ 導入テーパ部
１６４ａ、１６４ｂ 第１、第２拡大部
１６２ ボデー
１６２ａ 冷媒吸引口（流体吸引口）
１６２ｃ ディフューザ部
１６３ ニードル
１６３ｂ、１６３ｃ 第１、第２縮小部

Claims (13)

1. 流体を減圧膨張させて流体噴射口（１６１ａ）から噴射するノズル（１６１）と、
   前記流体噴射口（１６１ａ）から噴射された高速度の噴射流体によって流体を吸引する流体吸引口（１６２ａ）、および前記噴射流体と前記流体吸引口（１６２ａ）から吸引された吸引流体との混合流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換する昇圧部（１６２ｃ）が形成されたボデー（１６２）とを備え、
   前記ノズル（１６１）の流体通路を形成する内周面には、
   前記流体通路の流体通路面積を最も縮小させる喉部（１６１ｂ）、
   前記喉部（１６１ｂ）の下流側に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積を徐々に拡大させる第１テーパ部（１６１ｅ）、
   前記第１テーパ部（１６１ｅ）の下流側に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積を徐々に拡大させる第２テーパ部（１６１ｆ）、
   および前記第２テーパ部（１６１ｆ）の出口側から前記流体噴射口（１６１ａ）へ至る範囲に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積を徐々に拡大させる先端テーパ部（１６１ｄ）が設けられており、
   前記ノズル（１６１）の軸線（φ）を含む軸方向断面を基準断面としたときに、
   前記基準断面における前記第２テーパ部（１６１ｆ）出口側の第２広がり角度（θ２）は、前記基準断面における前記第１テーパ部（１６１ｅ）出口側の第１広がり角度（θ１）よりも大きくなっており、
   前記基準断面における前記先端テーパ部（１６１ｄ）出口側の先端広がり角度（θ３）は、前記第２広がり角度（θ２）よりも小さくなっていることを特徴とするエジェクタ。
2. 前記基準断面における前記第２テーパ部（１６１ｆ）の形状は、前記流体通路側に凸となる曲線で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. 前記基準断面における前記第２テーパ部（１６１ｆ）の形状は、直線で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。
4. さらに、前記ノズル（１６１）の流体通路を形成する内周面には、前記喉部（１６１ｂ）から前記第１テーパ部（１６１ｅ）へ至る範囲に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる導入テーパ部（１６１ｇ）が設けられており、
   前記基準断面における前記導入テーパ部（１６１ｇ）出口側の導入広がり角度（θｉｎ）は、前記第１広がり角度（θ１）よりも大きくなっ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. 前記基準断面における前記導入テーパ部（１６１ｇ）の形状は、前記ノズル（１６１）径方向外周側に凸となる曲線で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタ。
6. 前記基準断面における前記導入テーパ部（１６１ｇ）の形状は、直線で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタ。
7. 前記第２広がり角度（θ２）は、前記第１広がり角度（θ１）の１．３３倍以上に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。
8. 流体を減圧膨張させて流体噴射口（１６１ａ）から噴射するノズル（１６１）と、
   前記流体噴射口（１６１ａ）から噴射された高速度の噴射流体によって流体を吸引する流体吸引口（１６２ａ）、および前記噴射流体と前記流体吸引口（１６２ａ）から吸引された吸引流体との混合流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換する昇圧部（１６２ｃ）が形成されたボデー（１６２）とを備え、
   前記ノズル（１６１）の流体通路を形成する内周面には、
   前記流体通路の流体通路面積を最も縮小させる喉部（１６１ｂ）、
   前記喉部（１６１ｂ）の下流側に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積を徐々に拡大させる第１テーパ部（１６１ｅ）、
   前記第１テーパ部（１６１ｅ）の下流側に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積を徐々に拡大させる第２テーパ部（１６１ｆ）、
   および前記第２テーパ部（１６１ｆ）の出口側から前記流体噴射口（１６１ａ）へ至る範囲に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積を徐々に拡大させる先端テーパ部（１６１ｄ）が設けられており、
   前記第２テーパ部（１６１ｆ）における前記流体通路面積の増加度合は、前記第１テーパ部（１６１ｅ）における前記流体通路面積の増加度合よりも大きくなっており、
   さらに、前記軸線（φ）を含む軸方向断面を基準断面としたときに、前記基準断面における前記先端テーパ部（１６１ｄ）出口側の先端広がり角度（θ３）は、前記基準断面における前記第２テーパ部（１６１ｆ）出口側の出口広がり角度（θ２）よりも小さくなっていることを特徴とするエジェクタ。
9. 流体を減圧膨張させて流体噴射口（１６１ａ）から噴射するノズル（１６１）と、
   前記ノズル（１６１）の流体通路の内部に配置されて、流体流れ方向に延びるニードル（１６３）と、
   前記流体噴射口（１６１ａ）から噴射された高速度の噴射流体によって流体を吸引する流体吸引口（１６２ａ）、および前記噴射流体と前記流体吸引口（１６２ａ）から吸引された吸引流体との混合流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換する昇圧部（１６２ｃ）が形成されたボデー（１６２）とを備え、
   前記ノズル（１６１）の流体通路を形成する内周面には、前記流体通路の流体通路面積を最も縮小させる喉部（１６１ｂ）、前記喉部（１６１ｂ）の下流側に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積を徐々に拡大させるテーパ部（１６１ｃ）、および前記テーパ部（１６１ｃ）の下流側から前記流体噴射口（１６１ａ）へ至る範囲に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積を徐々に拡大させる先端テーパ部（１６１ｄ）が設けられており、
   前記テーパ部（１６１ｃ）と前記ニードル（１６３）の外周面との間に形成される流体通路には、前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積が徐々に拡大する第１拡大部（１６４ａ）、前記第１拡大部（１６４ａ）の下流側に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって前記流体通路面積が徐々に拡大する第２拡大部（１６４ｂ）が形成され、
   前記第２拡大部（１６４ｂ）における流体通路面積の増加度合は、前記第１拡大部（１６４ａ）における流体通路面積の増加度合よりも大きくなっており、
   さらに、前記軸線（φ）を含む軸方向断面を基準断面としたときに、前記基準断面における前記先端テーパ部（１６１ｄ）出口側の先端広がり角度（θ３）は、前記基準断面における前記テーパ部（１６１ｃ）出口側の出口広がり角度（θ２）よりも小さくなっていることを特徴とするエジェクタ。
10. 前記テーパ部（１６１ｃ）は、前記喉部（１６１ｂ）の下流側に設けられた第１テーパ部（１６１ｅ）および前記第１テーパ部（１６１ｅ）の下流側に設けられた第２テーパ部（１６１ｆ）から構成され、
    前記基準断面における前記第２テーパ部（１６１ｆ）出口側の第２広がり角度（θ２）は、前記基準断面における前記第１テーパ部（１６１ｅ）出口側の第１広がり角度（θ１）よりも大きくなっており、
    さらに、前記ニードル（１６３）の外周面のうち、前記テーパ部（１６１ｃ）の内側に位置付けられる部位の前記基準断面における形状は、直線で形成されていることを特徴とする請求項９に記載のエジェクタ。
11. 前記基準断面における前記テーパ部（１６１ｃ）の形状は、直線で形成されており、
    さらに、前記ニードル（１６３）のうち、前記テーパ部（１６１ｃ）の内側に位置付けられる部位は、前記噴射流体の流れ方向に向かって徐々に断面積が縮小する第１縮小部（１６３ｂ）および前記第１縮小部（１６３ｂ）よりも下流側に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって徐々に断面積が縮小する第２縮小部（１６３ｃ）から構成され、
    前記第１縮小部（１６３ｂ）における面積の縮小度合は、前記第２縮小部（１６３ｃ）における面積の縮小度合よりも小さくなっていることを特徴とする請求項９に記載のエジェクタ。
12. 前記テーパ部（１６１ｃ）は、前記喉部（１６１ｂ）の下流側に設けられた第１テーパ部（１６１ｅ）および前記第１テーパ部（１６１ｅ）の下流側に設けられた第２テーパ部（１６１ｆ）から構成され、
    さらに、前記ニードル（１６３）のうち、前記第１テーパ部（１６１ｅ）の内側に位置付けられて前記第１拡大部（１６４ａ）を形成する部位には、前記噴射流体の流れ方向に向かって徐々に断面積が縮小する第１縮小部（１６３ｂ）が設けられ、
    前記ニードル（１６３）のうち、前記第２テーパ部（１６１ｆ）の内側に位置付けられて前記第２拡大部（１６４ｂ）を形成する部位には、前記噴射流体の流れ方向に向かって徐々に断面積が縮小する第２縮小部（１６３ｃ）が設けられていることを特徴とする請求項９に記載のエジェクタ。
13. 前記内周面には、前記喉部（１６１ｂ）から前記テーパ部（１６１ｃ）へ至る範囲に配置されて前記噴射流体の流れ方向に向かって流体通路面積が徐々に拡大する導入テーパ部（１６１ｇ）が設けられており、
    前記基準断面における前記導入テーパ部（１６１ｇ）出口側の導入広がり角度（θｉｎ）は、前記第１広がり角度（θ１）よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１０に記載のエジェクタ。

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