(第1実施形態)
図1〜6により第1実施形態を説明する。本実施形態では、エジェクタ16を図1に示すエジェクタ式冷凍サイクル10に適用している。このエジェクタ式冷凍サイクル10は、車両用空調装置に適用されており、車室内へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。なお、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、圧縮機11は、流体である冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。圧縮機11は、車両のエンジンルーム内に配置されており、図示しない車両走行用のエンジンから駆動力が伝達されて回転駆動される。さらに、本実施形態では、圧縮機11として、吐出容量を変化させて冷媒吐出能力を調整することのできる可変容量型圧縮機を採用している。
圧縮機11の吐出容量(冷媒吐出能力)は、図示しない空調制御装置から圧縮機11の吐出容量制御弁に出力される制御信号によって制御される。もちろん、圧縮機として、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を採用してもよい。また、圧縮機として電動圧縮機を採用すれば、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。
なお、空調制御装置は、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、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された後述する各種空調制御機器の作動を制御するための制御電圧、制御信号等を出力するものである。
圧縮機11の冷媒吐出側には、放熱器12の冷媒入口側が接続されている。放熱器12は、エンジンルーム内に配置されており、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、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HFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、圧縮機11の吐出口側から膨張弁13の入口側へ至るサイクルの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。もちろん、冷媒としてHFO系冷媒(例えば、R1234yf)等を採用してもよい。
また、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
放熱器12の冷媒出口側には可変絞り機構である膨張弁13の入口側が接続されている。膨張弁13は、放熱器12から流出した高圧冷媒を気液二相状態の中間圧冷媒となるまで減圧させる冷媒減圧手段であるとともに、その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ある。
具体的には、本実施形態の膨張弁13は、温度式膨張弁で構成されており、蒸発器ユニット14出口側(具体的には、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を有している。そして、この感温部13aによって蒸発器ユニット14出口側冷媒の過熱度を検知して、蒸発器ユニット14出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定の範囲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の出口側には、蒸発器ユニット14の冷媒流入口20aが接続されている。蒸発器ユニット14は、図1の細破線で囲まれたサイクル構成機器(具体的には、冷媒分配器15、エジェクタ16、流出側蒸発器17、固定絞り18、吸引側蒸発器19等)を一体的に構成したもので、車室内へ送風される送風空気の空気通路を形成する図示しない室内空調ユニットの内部に配置されている。
まず、蒸発器ユニット14の一体化構造の説明に先立って、蒸発器ユニット14を構成する各サイクル構成機器の機能および概略構成について説明する。
冷媒分配器15は、蒸発器ユニット14の内部で膨張弁13にて減圧された中間圧冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒をエジェクタ16のノズル161側へ供給し、分岐された他方の冷媒をエジェクタ16の冷媒吸引口162c側へ供給する機能を果たすとともに、ノズル161側へ供給される冷媒の乾き度および冷媒吸引口162c側へ供給される冷媒の乾き度を調整する機能を果たす。
具体的には、本実施形態の冷媒分配器15では、円筒状空間内で冷媒を旋回させ、この旋回流れによって生じる遠心力の作用により円筒状空間内の冷媒に乾き度分布を生じさせる。さらに、比較的乾き度の高い旋回中心側の冷媒をノズル161側へ供給し、比較的乾き度の低い外周側の冷媒を冷媒吸引口162c側へ供給するようになっている。
エジェクタ16は、冷媒分配器15にて分岐された一方の中間圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる冷媒減圧手段としての機能を果たすとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引作用によって冷媒を吸引(輸送)して循環させる冷媒輸送手段(冷媒循環手段)としての機能を果たすものである。
このエジェクタ16は、冷媒(流体)を減圧させて噴射するノズル161、並びに、ノズル161から噴射される高速度の噴射冷媒(噴射流体)によって冷媒を吸引する冷媒吸引口(流体吸引口)162cおよび噴射冷媒と冷媒吸引口162cから吸引された吸引冷媒(吸引流体)とを混合させて昇圧させるディフューザ部(昇圧部)162bとを形成するボデー162を有して構成されている。なお、エジェクタ16のより詳細な構成については後述する。
流出側蒸発器17は、エジェクタ16のディフューザ部162bから流出した冷媒と送風ファン17aによって送風された送風空気とを熱交換させて、ディフューザ部162bから流出した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の出口側は、蒸発器ユニット14の冷媒流出口20bを介して、圧縮機11の冷媒吸入側に接続されている。
一方、冷媒分配器15にて分岐された他方の中間圧冷媒は、蒸発器ユニット14の内部にて固定絞り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162cへ供給される。固定絞り18は、冷媒分配器15にて分岐された他方の中間圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる冷媒減圧手段であり、蒸発器ユニット14内の冷媒通路に配置されたオリフィスによって構成されている。
従って、冷媒分配器15へ流入する冷媒流量Gnのうち、エジェクタ16のノズル161側へ供給されるノズル側冷媒流量Gnozおよび冷媒分配器15からエジェクタ16の冷媒吸引口162c側へ供給される吸引側冷媒流量Geは、ノズル161および固定絞り18の流量特性により決定することができる。
吸引側蒸発器19は、固定絞り18によって減圧された低圧冷媒と送風ファン17aから送風されて流出側蒸発器17を通過した送風空気とを熱交換させて、固定絞り18から流出した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。吸引側蒸発器19の冷媒出口側は、蒸発器ユニット14の内部にてエジェクタの冷媒吸引口162cに接続されている。
次に、図2〜図5を用いて、蒸発器ユニット14を構成する各サイクル構成機器の一体化構造について説明する。
なお、図2は、蒸発器ユニット14の外観斜視図であり、図3は、蒸発器ユニット14の上側集合分配用タンク23の模式的な拡大図である。また、図2、図3の上下左右の各矢印の方向は、蒸発器ユニット14を車両に搭載した状態の方向を示しており、矢印Xは送風ファン17aによって送風される送風空気の流れ方向を示している。図2では、蒸発器ユニット14における冷媒の流れを太実線矢印で記載している。
まず、本実施形態の流出側蒸発器17および吸引側蒸発器19は、いずれも冷媒が流通する複数本のチューブと、この複数本のチューブの長手方向両端側に配置されて冷媒の集合および分配を行う一対の分配集合用タンクとを有して構成される、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器である。そして、流出側蒸発器17用の分配集合用タンクおよび吸引側蒸発器19用の分配集合用タンクを一体的に形成することによって、蒸発器17、19が一体化されている。
より具体的には、流出側蒸発器17および吸引側蒸発器19は、それぞれ冷媒と送風空気とを熱交換させる熱交換コア部17a、19aを有して構成されている。この熱交換コア部17a、19aは、図2に示すように、それぞれ上下方向に延びる複数本のチューブ21を左右方向に積層配置し、隣り合うチューブ21間に形成される送風空気の空気通路に熱交換促進用のフィン22を配置することによって形成されている。
チューブ21は、長手方向垂直断面の形状が扁平形状となった扁平チューブであり、その外表面に形成された平坦面(扁平面)が、送風空気の流れ方向Xと平行に配置されている。フィン22は、金属薄板材を波状に曲げ成形したコルゲートフィンであり、その頂部がチューブ21の平坦面にろう付け接合されている。
なお、図2では、チューブ21とフィン22の積層構造の一部のみを図示しているが、流出側蒸発器17および吸引側蒸発器19の左右方向全域に、チューブ21とフィン22の積層構造が構成されて、熱交換コア部17a、19aが形成されている。
熱交換コア部17a、19aを構成するチューブ21の長手方向一端側(図2では上方側)には、上側集合分配用タンク23が配置されている。この上側集合分配用タンク23は、複数の構成部材をろう付け接合することによって、図3に示すように、筒状に形成された3本のタンク部材23a〜23cを一体的に形成したものである。
これらの3本のタンク部材23a〜23cは、それぞれチューブ21の積層方向へ延びて、その長手方向が互いに平行となるように配置されている。また、この3本のタンク部材としては、流出側蒸発器用上側タンク23a、吸引側蒸発器用上側タンク23bおよびエジェクタタンク23cが設けられている。
流出側蒸発器用上側タンク23aは、流出側蒸発器17の熱交換コア部17aを構成する複数のチューブ21が接続される流出側蒸発器17用の集合分配用タンクである。流出側蒸発器用上側タンク23aの内部には、その内部空間を上下方向あるいは左右方向に仕切るセパレータが配置されており、セパレータによって仕切られた各内部空間によって、複数のチューブ21から流出した冷媒を集合させる集合空間および複数のチューブ21へ冷媒を分配する分配空間が形成されている。
吸引側蒸発器用上側タンク23bは、吸引側蒸発器19の熱交換コア部19aを構成する複数のチューブ21が接続される吸引側蒸発器19用の集合分配用タンクである。この吸引側蒸発器用上側タンク23bの内部にも、流出側蒸発器用上側タンク23aと同様にセパレータが配置されており、このセパレータによって仕切られた各内部空間によって、集合空間および分配空間等が形成されている。
エジェクタタンク23cは、その内部に前述した冷媒分配器15として機能する円筒状空間を形成するとともに、内部にエジェクタ16を収容して保持する筒状部材(筒形状を有する部材)である。これにより、冷媒分配器15およびエジェクタ16が、流出側蒸発器17および吸引側蒸発器19に一体化されることになる。
なお、流出側蒸発器用上側タンク23aおよび吸引側蒸発器用上側タンク23bは、上側集合分配用タンク23の長手方向から見たときに、送風空気の流れ方向Xに並べて配置され、エジェクタタンク23cは、流出側蒸発器用上側タンク23aおよび吸引側蒸発器用上側タンク23bの筒状側壁面同士の間に形成される谷間の上側に配置されている。
さらに、流出側蒸発器用上側タンク23aおよびエジェクタタンク23cの内部空間の一部同士、並びに、吸引側蒸発器用上側タンク23bおよびエジェクタタンク23cの内部空間の一部同士は、それぞれの筒状側壁面に形成された連通穴を介して連通している。
一方、熱交換コア部17a、19aを構成するチューブ21の長手方向他端側(図2では下方側)には、下側集合分配用タンク24が配置されている。この下側集合分配用タンク24は、複数の構成部材をろう付け接合することによって、図2に示すように、筒状に形成された2本のタンク部材24a、24bを一体的に形成したものである。
これらの2本のタンク部材24a、24bは、それぞれチューブ21の積層方向へ延びて、その長手方向が互いに平行となるように配置されている。また、この2本のタンク部材としては、流出側蒸発器用下側タンク24aおよび吸引側蒸発器用下側タンク24bが設けられている。
流出側蒸発器用下側タンク24aは、流出側蒸発器17の熱交換コア部17aを構成する複数のチューブ21が接続される流出側蒸発器17用の集合分配用タンクである。この流出側蒸発器用下側タンク24aの内部にも、流出側蒸発器用上側タンク23aと同様にセパレータが配置されており、このセパレータによって仕切られた各内部空間によって、集合空間および分配空間等が形成されている。
吸引側蒸発器用上側タンク24bは、吸引側蒸発器19の熱交換コア部19aを構成する複数のチューブ21が接続される吸引側蒸発器19用の集合分配用タンクである。また、流出側蒸発器用下側タンク24aおよび吸引側蒸発器用上側タンク24bは、下側集合分配用タンク24の長手方向から見たときに、送風空気の流れ方向Xに並べて配置されている。
上記の如く、上側集合分配用タンク23では、流出側蒸発器用上側タンク23aおよび吸引側蒸発器用上側タンク23bが一体化され、下側集合分配用タンク24では、流出側蒸発器用下側タンク24aおよび吸引側蒸発器用上側タンク24bが一体化されているので、それぞれのタンク23a、23b、24a、24bにチューブ21が接続されることによって、流出側蒸発器17および吸引側蒸発器19が一体化されている。
この際、本実施形態では、流出側蒸発器17が吸引側蒸発器19に対して送風空気の流れ方向Xの風上側に配置されるとともに、送風空気の流れ方向Xから見たときに、流出側蒸発器17の熱交換コア部17aの全域が、吸引側蒸発器19の熱交換コア部19aの全域に重合するように一体化されている。
次に、図4を用いて、上側集合分配用タンク23のエジェクタタンク23cの詳細構成およびエジェクタタンク23cに収容されるエジェクタ16の詳細構成について説明する。なお、図4(a)は図3のA−A断面図であり、図4(b)は図4(a)のB−B断面図であり、図4(b)は図4(a)のC−C断面図である。
まず、前述の如く、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。ノズル161は、金属で形成された円筒状の母材をプレス加工することによって形成されたもので、略円筒状で冷媒の流れ方向に向かって先細形状の先端部を有している。そして、内部に形成される冷媒通路面積を変化させ、冷媒を等エントロピ的に減圧させるように形成されている。
具体的には、ノズル161の内部に形成される冷媒通路には、上流側から軸線方向に延びる円筒状空間、円筒状空間から冷媒流れ下流側に向かって冷媒通路面積が徐々に縮小する先細空間、先細空間の先端部に形成されて冷媒通路面積が最も縮小した喉部、さらに、喉部から冷媒流れ下流側に向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する末広部が形成されている。
換言すると、本実施形態のノズル161は、ラバールノズルとして構成されており、喉部における冷媒の流速が音速以上となるようにしている。もちろん、ノズル161を先細ノズルで構成してもよい。また、ノズル161の末広部の先端部には、冷媒を噴射する冷媒噴射口161aが形成されている。
さらに、ノズル161には、その軸線方向に延びるとともに外周側に突出する複数(本実施形態では4つ)のノズル側のリブ161bが、ノズル161の軸線の周方向に等間隔(本実施形態では90°間隔)に形成されている。
このノズル側のリブ161bは、ノズル161をプレス加工によって形成する際に、母材のうちノズル161に対して余肉となる一部の部位を、母材の外周側から山折り状に挟み込むように荷重をかけることによって形成されるものである。したがって、ノズル側のリブ161bは、外周側(径方向外側)が頂点となるように山折り状に形成されている。
ノズル側のリブ161bは、ボデー162の内周面に対して隙間バメまたは中間バメの寸法関係となっている。ノズル側のリブ161bの突出先端部(ノズル外周側の端部)は、ボデー162の内周面にろう付け接合によって固定されている。本実施形態では、ノズル側のリブ161bは、軸方向の全体にわたってボデー162にろう付け接合されている。なお、ノズル側のリブ161bは、溶接接合によってボデー162に固定されていてもよい。
ボデー162は、ノズル161と同様に金属で形成された母材をプレス加工することによって略円筒状に形成されており、その内部には、ノズル161が収容される収容空間162aおよびディフューザ部(昇圧部)162bが形成されている。
収容空間162aは、ノズル161の外側形状に適合するように、冷媒流れ上流側からノズル161の軸線方向に延びる円筒状空間、および円筒状空間から冷媒流れ方向に向かってノズル161の軸線方向に垂直な断面積が徐々に縮小する先細空間によって形成されている。収容空間162aの円筒状空間には、ノズル161の円筒状空間を形成する部位の外周側が圧入固定される。
この際、図4(a)に示すように、ノズル161の円筒状空間を形成する部位の外周側およびボデー162の収容空間162aを形成する部位の内周側には、それぞれ径方向寸法を変化させることによって形成された段差部が形成されており、これらの段差部同士が当接することによって、ボデー162に対するノズル161の軸方向の位置決めがなされる。
そして、ノズル161がボデー162内に圧入固定された状態で、ボデー162の収容空間162aおよびノズル161の円筒状空間によって形成される略円筒状の空間15a(図4(a)の網掛けハッチング領域)によって、前述した冷媒分配器15の冷媒に旋回流れを生じさせる円筒状空間が形成される。
さらに、ボデー162のうち、この略円筒状の空間15aを形成する部位の筒状側壁面には、その内外を貫通する小径孔で形成された固定絞り18(オリフィス)が形成されている。この固定絞り18の冷媒出口側は、エジェクタタンク23cおよび吸引側蒸発器用上側タンク23bの筒状側壁面に形成された連通穴を介して、吸引側蒸発器用上側タンク23b内に形成された分配空間に連通している。
一方、ディフューザ部162bは、冷媒流れ方向に向かってノズル161の軸線方向に垂直な断面積が徐々に拡大する形状に形成された空間である。さらに、ボデー162の収容空間162a側には、ボデー162の内外を貫通する複数(本実施形態では4つ)の冷媒吸引口162cが、ノズル161の軸線の周方向に等間隔(本実施形態では90°間隔)に形成されている。
この冷媒吸引口162cは、吸引側蒸発器19から流出した冷媒を収容空間162a内へ導く貫通穴であり、ノズル161の冷媒噴射口161aと連通するように設けられている。従って、収容空間162aのうち、ノズル161の先細形状の外周側とボデー162の内周側の間には、冷媒吸引口162cから収容空間162a内へ流入した吸引冷媒をディフューザ部162b側へ導く冷媒吸引通路162dが形成されている。
なお、本実施形態の冷媒吸引口162cの開口形状は、エジェクタ16の軸線方向に長辺を有する略長方形状となっている。
また、ボデー162には、その軸線方向に延びるとともに外周側に突出する複数(本実施形態では4つ)のボデー側のリブ162eが軸線の周方向に等間隔(本実施形態では90°間隔)に形成されている。より具体的には、図4(b)に示すように、ボデー側のリブ162eは、ノズルの軸線方向から見たときに、隣り合う冷媒吸引口162c同士の間に形成されている。
このボデー側のリブ162eも、ノズル側のリブ161bと同様に、プレス加工時に、母材のうちボデー162に対して余肉となる一部の部位を、母材の外周側から山折り状に挟み込むように荷重をかけることによって形成されるものである。したがって、ボデー側のリブ162eは、外周側(径方向外側)が頂点となるように山折り状に形成されている。
ボデー側のリブ162eは、エジェクタタンク23cの内周面に対して隙間バメまたは中間バメの寸法関係となっている。ボデー側のリブ162eの突出先端部(ボデー外周側の端部)は、エジェクタタンク23cの内周面にろう付け接合によって固定されている。本実施形態では、ボデー側のリブ162eは、軸方向の全体にわたってエジェクタタンク23cにろう付け接合されている。なお、ボデー側のリブ162eは、溶接接合によってエジェクタタンク23cに固定されていてもよい。
さらに、ボデー162の冷媒入口側端部には、収容空間162aの円筒状空間を形成する部位よりもさらに外周側に突出する鍔部162fが全周にわたって設けられている。そして、エジェクタ16をエジェクタタンク23cの内部に収容した際に、この鍔部162fがエジェクタタンク23cの入口側端部に当接することで、エジェクタタンク23cに対するエジェクタ16の軸線方向の位置決めがなされる。
次に、エジェクタタンク23cは、金属で形成された円筒状部材である。本例では、エジェクタタンク23cは、ボデー162と同種の金属で形成されている。エジェクタタンク23cの内径は、エジェクタ16の外殻を形成するボデー162のうち鍔部162fを除く収容空間162aの最大外径およびディフューザ部162bの最下流部の外径に対して、隙間バメまたは中間バメの寸法関係となっている。
そして、内部にエジェクタ16がろう付け接合されることによって、エジェクタタンク23cの内部空間は、ディフューザ部162bを形成する部位の最下流部によって、エジェクタ16の冷媒吸引口162cに連通する吸引側空間23dおよびエジェクタ16のディフューザ部162bに連通する流出側空間23eに区画される。
エジェクタタンク23cの筒状側壁面のうち、吸引側空間23dを形成する部位には、図4(b)に示すように、その内外を貫通する流入穴23fが形成されている。流入穴23fは、吸引側蒸発器用上側タンク23b内に形成された集合空間内(すなわち、エジェクタタンク23cの外部)の冷媒を、エジェクタタンク23cの内部へ流入させる連通穴であり、その開口形状は円形状に形成されている。
また、エジェクタタンク23cの筒状側壁面のうち、流出側空間23eを形成する部位には、図2、3に示すように、その内外を貫通する複数の連通穴23gが形成されている。この連通穴23gは、エジェクタ16のディフューザ部162bから流出した冷媒を、流出側蒸発器用上側タンク23a内に形成された分配空間内に流出させる連通穴である。
さらに、エジェクタタンク23cにおいてエジェクタ16の入口側となる一端側(図2、3では左側)には、図2に示すように、冷媒流入口20aおよび冷媒流出口20bが形成された接続部材としてのブロックジョイント20が配置されている。
ブロックジョイント20は、金属ブロック体あるいは金属板を積層して形成した金属ブロックの内部に冷媒通路を設けて構成したもので、冷媒流入口20aは、エジェクタタンク23cの一端側に連通し、冷媒流出口20bは、流出側蒸発器用上側タンク23aの一端側に連通している。また、ブロックジョイント20は、吸引側蒸発器用上側タンク23bの一端側を閉塞する閉塞部材としての機能も果たしている。
蒸発器ユニット14を構成する各サイクル構成機器の一体化構造は、上記の如く実現されており、本実施形態では、エジェクタ16の一部を除く各サイクル構成機器を、熱伝導性やろう付け性に優れた金属であるアルミニウム合金で形成し、これらの各サイクル構成機器をろう付け接合により一体化している。
次に、図5、6を用いて、本実施形態のエジェクタ16の製造方法について説明する。なお、図5は、ノズル161の製造工程を説明する説明図であり、図6は、ボデー162の製造工程を説明する説明図である。
まず、ノズル161を製造する際には、ノズル161をプレス成形で製造するための筒状のノズル用の母材41を用意する(図5(a):ノズル用母材準備工程)。本実施形態では、具体的に、平板状のステンレス合金に対して深絞り加工を施して有底円筒状としたものを、ノズル用の母材41としている。
次に、ノズル用母材準備工程にて用意されたノズル用の母材41の内部空間に、その外形がノズル161の冷媒通路と略相似形状に形成されたノズル用芯金51を挿入する(図5(b):ノズルの芯金挿入工程)。前述の如く、本実施形態のノズル161は、ラバールノズルとして形成されるので、ノズル用の母材41の底面に予め貫通穴を設けておき、ノズル用の母材41の両端部から分割されたノズル用芯金51a、51bを挿入する。
これにより、プレス加工工程の後に、ノズル用の母材41の両端部から容易にノズル用芯金51a、51bを取り外すことができる。なお、ノズル161を先細ノズルとして形成する場合は、ノズル用の母材41の開放端側から単一のノズル用芯金51を挿入してもよい。また、ノズル用芯金51は、ノズル161の冷媒通路の形状を所望の寸法諸元とするために、硬度の高い超鋼材料等で形成されていることが望ましい。
次に、ノズルの芯金挿入工程後のノズル用芯金51が挿入された状態のノズル用の母材41に対して、ノズル161の径方向(ノズル161の軸線に直交する方向)からプレス加工を施す(図5(c):ノズルのプレス加工工程)。この際、本実施形態では、プレス型61をノズル側のリブ161bと同数(図5の例では2つ)に分割しておき、隣接するプレス型61の間にノズル側のリブ161bが形成されるようにしている。
そして、ノズルのプレス加工工程によって形成されたノズル161からノズル用芯金を取り外して、ノズル161が製造される。なお、ノズル161を先細ノズルとして形成する場合は、ノズルのプレス加工工程後に、底面に貫通穴を設けてもよいし、ラバールノズルとして形成する場合と同様に、ノズルの芯金挿入工程時に底面に貫通穴を設けておいてもよい。
また、ボデー162を製造する際には、図6に示すように、基本的にノズル161と同様に製造する。まず、ボデー162をプレス成形で製造するための筒状のボデー用の母材42を用意する(図6(a):ボデー用母材準備工程)。本実施形態では、アルミニウムの管材を、ボデー用の母材42としている。
次に、ボデー用母材準備工程にて用意されたボデー用の母材42の内部空間に、一端側から、外形が収容空間162aの相似形状に形成されたボデー用芯金52aを挿入し、他端側から外形が昇圧空間162bの相似形状に形成されたボデー用芯金52bを挿入する(図6(b):ボデーの芯金挿入工程)。
次に、ボデーの芯金挿入工程後のボデー用芯金52a、52bが挿入された状態のボデー用の母材42に対して、ノズル161の径方向(ノズル161の軸線に直交する方向)からプレス加工を施す(図6(c):ボデーのプレス加工工程)。この際、本実施形態では、プレス型62をボデー側のリブ162eと同数(図6の例では4つ)に分割しておき、隣接するプレス型62の間にボデー側のリブ162eが形成されるようにしている。
次に、ボデーのプレス加工工程によって形成されたボデー162からボデー用芯金52a、52bを取り外し、ボデー162の円筒状面に冷媒吸引口162cを形成する(ボデーの追加工工程)。このとき、図6(d)の例のように、ボデー162の内部の収容空間162aと昇圧空間162bとの接続部にストレート部を形成してもよい。
より具体的には、冷媒吸引口162cは、穴開け加工によって形成されており、ボデー162の軸線方向から見たときに、ボデー側のリブ162eと重合しない位置に形成されている。収容空間162aと昇圧空間162bとの接続部に形成されるストレート部は、ボデー162の内部に円筒状の刃具をノズル161の軸線に沿って移動させることによって形成することができる。
次に、上記の如く形成されたノズル161を、ボデー162の収容空間162a内へ収容して仮固定する(ノズルとボデーとの仮固定工程)。この際、前述の図4に示すように、ノズル161の軸線方向から見たときに、ノズル側のリブ161bが、軸線の中心と冷媒吸引口162cの中心を結ぶ線と重合するように配置する。
さらに、前述の如く、本実施形態のエジェクタ16は、エジェクタタンク23c内に収容されるので、ノズルとボデーとの仮固定工程後の仮固定状態のエジェクタ16を、さらに、エジェクタタンク23c内へ収容して仮固定する(エジェクタの仮固定工程)。
そして、エジェクタ16、チューブおよび集合分配用タンク内あるいは別タンク等が仮固定された流出側蒸発器17および吸引側蒸発器19を、加熱手段である加熱炉内に投入する。
これにより、ノズル161の外表面、ボデー162の内周面および外周面、さらにエジェクタタンク23cの内周面に予めクラッドされたろう材を溶融させる。そして、再びろう材が凝固するまで冷却することで、エジェクタ16が製造されると同時に、蒸発器ユニット14が製造される(エジェクタ接合工程)。
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。まず、圧縮機11を作動させると、圧縮機11が冷媒を吸入して、圧縮して吐出する。圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒は、放熱器12にて放熱する。放熱器12にて放熱した高圧冷媒は、膨張弁13にて減圧膨張される。この際、膨張弁13では、蒸発器ユニット14(具体的には、流出側蒸発器17)出口冷媒の過熱度が所定値となるように弁開度(冷媒流量)が調整される。
膨張弁13にて減圧膨張された中間圧冷媒は、ブロックジョイント20の冷媒流入口20aを介して蒸発器ユニット14へ流入する。蒸発器ユニット14へ流入した中間圧冷媒の流れは、エジェクタタンク23c内の円筒状空間によって形成される冷媒分配器15にて、エジェクタ16のノズル161側へ流れる冷媒流れと、固定絞り18側へ流れる冷媒流れとに分流される。
エジェクタ16のノズル161側へ流入した冷媒は、ノズル161にて、等エントロピ的に減圧膨張されて、冷媒噴射口161aから冷媒が高速度の冷媒流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、吸引側蒸発器19から流出した冷媒が、エジェクタタンク23cの流入穴23fを介してエジェクタタンク23c内の吸引側空間23d内へ流入し、エジェクタ16の冷媒吸引口162cから吸引される。
ここで、前述の如く、冷媒分配器15からノズル161側へ供給される冷媒は、比較的乾き度の高い気液二相冷媒となるので、ノズル161では、冷媒の沸騰が促進されて高いノズル効率を発揮できる。なお、ノズル効率とは、ノズル161において冷媒の圧力エネルギを運動エネルギに変換する際のエネルギ変換効率である。
ノズル161から噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口162cより吸引された吸引冷媒は、ディフューザ部162bへ流入する。ディフューザ部162bでは噴射冷媒と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。エジェクタ16のディフューザ部162bから流出した冷媒は、連通穴23gを介して流出側蒸発器17へ流入する。
流出側蒸発器17では、ディフューザ部162bから流出した冷媒が送風ファン17aによって送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。流出側蒸発器17から流出した気相冷媒は、ブロックジョイント20の冷媒流出口20bを介して蒸発器ユニット14から流出する。蒸発器ユニット14から流出した冷媒は、圧縮機11に吸入されて、再び圧縮される。
一方、冷媒分配器15から固定絞り18側へ流出した冷媒は、固定絞り18で等エンタルピ的に減圧膨張されて、吸引側蒸発器19へ流入する。吸引側蒸発器19へ流入した冷媒は、流出側蒸発器17通過後の室内送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、室内送風空気がさらに冷却されて室内へ送風される。吸引側蒸発器19から流出した冷媒は、冷媒吸引口162cからエジェクタ16内へ吸引される。
ここで、前述の如く、冷媒分配器15から固定絞り18を介して吸引側蒸発器19側へ供給される冷媒は、比較的乾き度の低い気液二相冷媒となるので、吸引側蒸発器19へ比較的エンタルピの低い冷媒を流入させることができる。これにより、吸引側蒸発器19出口側冷媒のエンタルピと入口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差を拡大して、吸引側蒸発器19にて発揮される冷凍能力を増大させることができる。
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、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。この際、ディフューザ部162b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162b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の駆動動力を低減させることができ、サイクル効率(COP)を向上させることができる。
さらに、本実施形態では、図4を用いて説明したように、ノズル側のリブ161bはボデー162に固定されているので、ノズル側のリブ161bをボデー162で拘束することができる。ノズル側のリブ161bの振動加速度を低減でき、ひいてはノズル側のリブ161b固有の振動モードによる騒音の悪化を抑制できる。
換言すれば、ノズル側のリブ161bはボデー162に密着しているので、リブ162e、161bの変位・変形をボデー162によって抑制することができ、ひいてはノズル側のリブ161bの振動加速度を低減できる。
特に、ノズル側のリブ161bは、その突出先端部が固定されているので、その根元部が固定されている場合と比較して、ノズル側のリブ161bの振動加速度を効果的に低減することができる。また、ノズル側のリブ161bは、軸方向全体にわたって固定されているので、ノズル側のリブ161bの振動加速度を確実に低減することができる。
同様に、ボデー側のリブ162eは、エジェクタタンク23cの内周面に固定されているので、ボデー側のリブ162eの振動加速度を低減でき、ひいてはボデー側のリブ162e固有の振動モードによる騒音を低減できる。
特に、ボデー側のリブ162eは、その突出先端部が固定されているので、その根元部が固定されている場合と比較して、ボデー側のリブ162eの振動加速度を効果的に低減することができる。また、ボデー側のリブ162eは、軸方向全体にわたって固定されているので、ボデー側のリブ162eの振動加速度を確実に低減することができる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、ボデー側のリブ162eは、軸方向の全体にわたってエジェクタタンク23cにろう付け接合されているが、本第2実施形態では、図7に示すように、ボデー側のリブ162eは、軸方向の一部でエジェクタタンク23cにろう付け接合されている。
軸方向におけるろう付け箇所の個数および位置は任意であるが、好ましくはボデー側のリブ162eを軸方向に等分するように配置されている。振動モードに節ができて、騒音を高周波側(可聴しにくい周波数領域)へシフトさせることができるからである。
図7の例では、ボデー側のリブ162eの突出先端部を部分的に根元側に窪ませ、窪んでいない部分をエジェクタタンク23cにろう付け接合している。これにより、ろう付け性が良好になる。すなわち、ボデー側のリブ162eの窪んでいない部分がろう付けの起点となる。また、ボデー側のリブ162eが部分的に窪んでいることによって、ボデー側のリブ162eとエジェクタタンク23cとの間に形成される隙間が部分的に大きくなるので、溶けたろう材が毛細管現象で流れ出てしまうことを抑制できる。
また、ボデー側のリブ162eとエジェクタタンク23cとの間に形成される隙間が部分的に大きくなっているので、エジェクタタンク23cの流入穴23fからエジェクタタンク23c内に流入した冷媒が当該隙間を通じてボデー162の複数の冷媒吸引口162cに良好に分配されることとなる。
なお、図7の例では、ノズル側のリブ161bはボデー162の内周面に対して隙間をもつように形成されていてボデー162に固定されていないが、上記第1実施形態と同様にボデー162に固定されていてもよい。
(第3実施形態)
本第3実施形態は、図8に示すように、上記第1実施形態のボデー側のリブ162eに、その厚さ方向(ボデー周方向)に貫通する孔162gが形成されている。これにより、エジェクタタンク23cの流入穴23fからエジェクタタンク23c内に流入した冷媒がボデー側のリブ162eの孔162gを通じてボデー162の複数の冷媒吸引口162cに良好に分配されることとなる。
なお、図8の例では、ノズル側のリブ161bはボデー162の内周面に対して隙間をもつように形成されていてボデー162に固定されていないが、上記第1実施形態と同様にボデー162に固定されていてもよい。
(第4実施形態)
上記第1実施形態ではボデー側のリブ162eがろう付けまたは溶接によってエジェクタタンク23cに固定されているが、本第4実施形態では、図9に示すようにボデー側のリブ162eがカシメによってエジェクタタンク23cに固定されている。
具体的には、エジェクタ16のボデー162をエジェクタタンク23cの内部に収容した状態で、エジェクタタンク23cの外周側(径方向外側)からノズル161の軸線(径方向内側)へ向かって加圧してかしめ部23hを設けることで、エジェクタ16とエジェクタタンク23cとをかしめ固定している。図9の例では、ボデー側の各リブ162eについて、複数箇所にかしめ部23hを設けている。
かしめ部23hの個数および位置は任意であるが、好ましくはボデー側のリブ162eまたはノズル側のリブ161bを軸方向に等分するのが好ましい。振動モードに節ができて、騒音を高周波側(可聴しにくい周波数領域)へシフトさせることができるからである。
なお、ノズル側のリブ161bは、ろう付け、溶接、かしめおよび圧入等の手段によってボデー162に固定することができる。
本実施形態の変形例として、図10に示すように、エジェクタタンク23cの筒状側壁面のうちボデー162およびノズル161と軸線方向に重合する部位を全周に亘ってノズル161の軸線に向かって加圧して、帯状のかしめ部23i(凹部)を設けるようにしてもよい。
本実施形態の別の変形例として、図11に示すように、エジェクタタンク23cの筒状側壁面のうちボデー側のリブ162eに対して周方向両側に位置する部位にかしめ部23mを設け、かしめ部23mでボデー側のリブ162eを挟み込むようにしてもよい。
同様に、図11に示すように、ボデー162の筒状側壁面のうちノズル側のリブ161bに対して周方向両側に位置する部位にかしめ部162hを設け、かしめ部162hでノズル側のリブ161bを挟み込むようにしてもよい。
(第5実施形態)
ノズル側のリブ161bは、必ずしもその全体がボデー162に固定されている必要はなく、任意の一部がボデー162に固定されていればよい。本実施形態では、図12に示すように、ノズル側のリブ161bは、ノズル161の冷媒噴射口161a側の端部(図12(a)の右端部)がボデー162に固定され、それ以外の部位はボデー162に対して隙間が設けられていてボデー162に固定されていない。
上述のように、ノズル161は一端部(図12(a)の左端部)が圧入固定されている。このため、本実施形態ではノズル161が両端支持されるので、共振周波数を高周波側(可聴しにくい周波数領域)へ移行させることができる。
本例では、図12(b)に示すように、ノズル側のリブ161bの突出先端部は、ボデー側のリブ162eの根元で挟み込まれることによってボデー162に固定されている。すなわち、ボデー側のリブ162eは山折り状になっているので、ボデー側のリブ162eの根元にできる隙間にノズル側のリブ161bを圧入することができる。
例えば、ボデー162のプレス加工時に、ボデー162に対して余肉となる一部の部位を山折り状に挟み込むようにかける荷重を弱めにして、ボデー側のリブ162eの根元にできる隙間を大きめにしておくことで、ノズル側のリブ161bを圧入しやすくすることができる。
また、圧入に限定されるものではなく、カシメによっても、ノズル側のリブ161bをボデー側のリブ162eの根元で挟み込んで固定することができる。例えば、ボデー側のリブ162eの根元にできる隙間をノズル側のリブ161の厚さよりも大きくしておき、当該隙間にノズル側のリブ161bを挿入してから当該隙間を小さくするようにノズル側のリブ161bを挟み込んでかしめることによって、ボデー側のリブ162eでノズル側のリブ161bの先端を固定することができる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(1)上記各実施形態を適宜組み合わせることが可能である。例えば、ノズル側のリブ161bがボデー162にカシメによって固定され、ボデー側のリブ162eがエジェクタタンク23cにろう付けによって固定されていても良い。
この場合の製造方法としては、まずノズル161をボデー162内へ収容してノズル側のリブ161bにボデー162をかしめることによってエジェクタ16を製造し、次いでエジェクタ16をエジェクタタンク23c内へ収容してから加熱炉内に投入することでボデー側のリブ162eをエジェクタタンク23cにろう付けすればよい。
(2)上記各実施形態では、ボデー側のリブ162eがエジェクタタンク23cに固定され、ノズル側のリブ161bがボデー162に固定されているが、これに限定されるものではなく、リブ162e、161bが隣接部材に拘束されて、リブ162e、161bの振動加速度が低減されるようになっていればよい。
例えば上記各実施形態では、ボデー側のリブ162eがエジェクタタンク23cに固定されているが、エジェクタ16が流出側蒸発器用上側タンク23aおよび吸引側蒸発器用上側タンク23bのいずれかに収容され、ボデー側のリブ162eが流出側蒸発器用上側タンク23aおよび吸引側蒸発器用上側タンク23bのいずれかに固定されていてもよい。また、ボデー側のリブ162eは、エジェクタタンク23c等の隣接部材に中間ばめ又はしまりばめにて嵌合されていてもよい。
同様に、例えば上記各実施形態では、ノズル側のリブ161bがボデー162に固定されているが、ノズル側のリブ161bはボデー162以外の隣接部材に固定されていてもよい。また、ノズル側のリブ161bは、ボデー162等の隣接部材に中間ばめ又はしまりばめにて嵌合されていてもよい。
(3)ノズル側のリブ161bおよびボデー側のリブ162eの個数は、上述の実施形態に限定されるものではなく、ノズル側のリブ161bおよびボデー側のリブ162eの個数を変更してもよい。この場合は、プレス型61、62についてもノズル側のリブ161bおよびボデー側のリブ162eと同数に分割することが望ましい。また、ノズル161およびボデー162は筒状であれば断面円形状に限定されず、多角形状に形成してもよい。
(4)上述の実施形態では、ボデー側のリブ162eとしてボデー162をプレス加工によって製造する際に形成されたものについて説明したが、ボデー側のリブ162eはこれに限定されない。同様に、ノズル側のリブ161bは、ノズル161をプレス加工によって製造する際に形成されたものに限定されない。
また、ボデー側のリブ162eは、軸線方向に延びるものに限定されることなく、例えば、螺旋状等に形成されたものであってもよい。
この場合は、流入穴23fから流入した冷媒を、エジェクタタンク23c内周側とボデー側のリブ162eの先端部外周側との間の隙間等を通過させることなく、冷媒吸引口162cへ直接導くことのできる冷媒通路として、螺旋状の冷媒通路を形成することで、吸引圧損の増加を抑制できる。
同様に、ノズル側のリブ161bは、軸線方向に延びるものに限定されることなく、例えば、螺旋状等に形成されたものであってもよい。
(5)上述の実施形態では、筒状部材として、流出側蒸発器17および吸引側蒸発器19に一体化されるエジェクタタンク23cを採用した例を説明したが、筒状部材はこれに限定されない。例えば、流出側蒸発器17あるいは吸引側蒸発器19において冷媒の分配あるいは集合を行うヘッダタンクを筒状部材としてもよい。その他にも、エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、冷媒の気液を分離する気液分離器に一体化されたタンク部材あるいは気液分離器そのものを筒状部材としてもよい。
(6)上述の実施形態では、複数のサイクル構成機器をろう付け接合することによって一体化した例を説明したが、蒸発器ユニット14の一体化はこれに限定されない。例えば、流出側蒸発器17および吸引側蒸発器19を一体化する際にボルト締め等の機械的係合手段によって一体化してもよい。また、エジェクタ16をエジェクタタンク23cに収容する際に、接着、溶接等の接合手段によって一体化してもよい。
(7)上述の実施形態では、エジェクタ16を蒸発器ユニット14として、流出側蒸発器17、固定絞り18、吸引側蒸発器19と一体化させた例を説明したが、エジェクタ16を蒸発器ユニット14として一体化させなくてもよい。
(8)上述の実施形態では、エジェクタ16を空調装置用のエジェクタ式冷凍サイクル10に適用した例を説明したが、本発明のエジェクタの適用対象はこれに限定されない。例えば、冷蔵・冷凍装置あるいは冷温保存庫用のエジェクタ式冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)に適用してもよいし、流体吸引口(冷媒吸引口162c)に生じる負圧を利用して真空を発生させる真空ポンプ等に適用してもよい。
また、エジェクタ式冷凍サイクル10の冷媒として、炭化水素系冷媒、二酸化炭素等を採用してもよい。また、エジェクタ式冷凍サイクル10が、圧縮機11吐出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を構成していてもよい。