DE10321196A1

DE10321196A1 - Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung und diese verwendender Ejektorpumpen-Kühlkreislauf

Info

Publication number: DE10321196A1
Application number: DE10321196A
Authority: DE
Inventors: Shin Nishida; Yoshitaka Tomatsu; Keiichi Kitamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2003-11-27
Also published as: US7040117B2; US20030209030A1; JP2003329336A

Abstract

In einem Ejektorpumpen-Kühlkreislauf strömt ein überhitztes gasförmiges Kältemittel nicht direkt in eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50), selbst wenn das Kältemittel in einem Verdampfapparat (30) überhitzt wird, sodass in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung kein Sieden des Kältemittels wegen einer Verdampfung des Kältemittels in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung stattfindet. Wenn ein äquivalenter Innendurchmesser (D) eines Behälters (51) der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung in einem Bereich von 2 cm bis 6 cm eingestellt ist, und wenn ein Verhältnis eines Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) größer als 1 ist, kann eine Wandstärke des Behälters reduziert werden, während eine Gas/Flüssigkeit-Trennleistung in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung verbessert werden kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung und einen die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung verwendenden Ejektorpumpen-Kühlkreislauf. Die Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung kann geeigneter Weise für ein Dampfkompressions-Kühlkreislaufsystem verwendet werden.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In einem Dampfkompressions-Kühlkreislaufsystem ist eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zum Speichern von überschüssigem Kältemittel an einer Hochdruckseite oder einer Niederdruckseite vorgesehen, um Wärmelastschwankungen zu kompensieren. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung trennt das Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel. Insbesondere wenn die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung auf der Niederdruckseite vorgesehen ist, wird das gasförmige Kältemittel in der Gas/Flüssigkeit- Trennvorrichtung einer Saugseite eines Kompressors zugeführt, während das flüssige Kältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gespeichert wird. Hierbei strömt das überhitzte gasförmige Kältemittel von einem Verdampfapparat in die Gas/Flüssigkeit- Trennvorrichtung und steht mit dem in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gespeicherten flüssigen Kältemittel in Wärmeaustausch. Deshalb wird das in der Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung gespeicherte flüssige Kältemittel verdampft, sodass das gesättigte gasförmige Kältemittel ohne Überhitzen dem Kompressor zugeführt wird. Weil ferner das flüssige Kältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung verdampft wird und dabei auf seiner Flüssigkeitsoberfläche starke Blasen verursacht, kann der Saugseite des Kompressors das flüssige Kältemittel zugeführt werden. Dieses Problem wird im allgemeinen durch Vergrößern einer Flüssigkeitsoberfläche, d. h. einer Querschnittsfläche eines Behälters der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung verhindert.
Wenn jedoch die Querschnittsfläche des Behälters, d. h. ein Innenradius des Behälters größer wird, wird die auf den Behälter wirkende Belastung größer und ein Druckwiderstand des Behälters wird geringer. Deshalb muss der Druckwiderstand des Behälters durch Vergrößern seiner Wandstärke oder der gleichen ausreichend sichergestellt werden.
Demgemäß werden das Gewicht und die Größe der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung größer, und auch ihre Fertigungskosten werden höher.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Gewicht und die Größe einer Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung für einen Kühlkreislauf zu verringern, während die Gas/ Flüssigkeit-Trennleistung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung verbessert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ejektorpumpen- Kühlkreislauf mit einer solchen Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung vorzusehen.
In einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung für einen Kühlkreislauf mit einem Kompressor, einem Kühler, einem Verdampfapparat und einer Ejektorpumpe ist ein Behälter zum Trennen eines aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittels in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel vorgesehen. Der Behälter ist derart angeordnet, dass das gasförmige Kältemittel in dem Behälter einer Saugseite des Kompressors zugeführt wird und das flüssige Kältemittel in dem Behälter zu dem Verdampfapparat geleitet wird. Ferner besitzt der Behälter einen äquivalenten Innendurchmesser (D), der in einem Bereich von 2 cm - 6 cm gesetzt ist, und ein Verhältnis eines Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) ist größer als 1. In dem Kühlkreislauf mit der Ejektorpumpe zum Dekomprimieren des Kältemittels von dem Kühler steht das überhitzte gasförmige Kältemittel, selbst wenn das Kältemittel in dem Verdampfapparat überhitzt wird, mit dem flüssigen Kältemittel in der Ejektorpumpe in Wärmeaustausch und wird im allgemeinen in der Ejektorpumpe zu einem gesättigten gasförmigen Kältemittel. Deshalb kann verhindert werden, dass das überhitzte gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat direkt in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung strömt. Somit kann das Auftreten eines Siedevorgangs in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung aufgrund einer Verdampfung des flüssigen Kältemittels in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung verhindert werden. Deshalb kann das Vertikalmaß (H) der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung größer als dessen äquivalenter Innendurchmesser (D) gemacht werden. Das heißt, das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) kann größer als 1 eingestellt werden. Weil gemäß der vorliegenden Erfindung der äquivalente Innendurchmesser (D) des Behälters in dem Bereich von 2 cm-6 cm eingestellt ist, kann die Gas/Flüssigkeit-Trennleistung verbessert werden, während das Gewicht und die Größe der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung effektiv reduziert werden können. Zum Beispiel weist der Behälter im wesentlichen eine Zylinderform auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) basierend auf einem Betriebszustand des Kühlkreislaufs geeigneter Weise auf einen Wert größer als 1 eingestellt werden. Zum Beispiel kann das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) auf mindestens 6,66 eingestellt werden. Alternativ kann das Vertikalmaß (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) gleich oder kleiner als 13,3 sein. Alternativ kann das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) in einem Bereich zwischen 6,66 und 13,3 eingestellt sein. Alternativ kann das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) auf mindestens 1,41 eingestellt sein. Alternativ kann das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) kleiner als 5,66 eingestellt sein. Alternativ kann das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) in einem Bereich zwischen 1,41 und 5,66 eingestellt sein. Alternativ kann das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalenten Innendurchmesser (D) auf mindestens als 4,86 eingestellt sein.
Ferner kann der Behälter in dem Kühlkreislauf in den Kühler integriert sein, oder er kann in die Ejektorpumpe integriert sein. Zusätzlich kann als Kältemittel Kohlendioxid, natürliches Kältemittel, ein Kältemittel der HFC-Gruppe, ein Kältemittel der HFE-Gruppe und/oder ein Gemisch davon verwendet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Obige sowie weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Dampflcompressions-Kühlkreislaufsystems mit einer Ejektorpumpe gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer integrierten Konstruktion der Ejektorpumpe, eines Kühlers und einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen;
Fig. 3A und 3B eine Längsschnittansicht bzw. eine Querschnittansicht einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein dreidimensionales Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen einer Geschwindigkeit des gasförmigen Kältemittel, eines Radiusmaßes und eines Axialmaßes eines Kältemittelkanals der Ejektorpumpe in einem Bereich zwischen einem Kältemittelausgang einer Düse der Ejektorpumpe und einem Kältemittelausgang eines Diffusors der Ejektorpumpe;
Fig. 5 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem äquivalenten Innendurchmesser der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung, der Gas/Flüssigkeit-Trennleistung und einer erforderlichen Höhe des in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gespeicherten flüssigen Kältemittels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6A und 6B eine Längsschnittansicht bzw. eine Querschnittansicht einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7A und 7B eine Längsschnittansicht bzw. eine Querschnittansicht einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8A und 8B eine Längsschnittansicht bzw. eine Querschnittansicht einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine Längsschnittansicht einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 10 eine Längsschnittansicht einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS- BEISPIELE

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

In dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Ejektorpumpen-Kühlkreislauf der vorliegenden Erfindung, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, typischer Weise für ein Kraftfahrzeugklimagerät verwendet. Ein Kompressor 10 ist ein Verstellkompressor zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels mittels einer Antriebskraft von einem Fahrzeugmotor. Ein Kühler 20 ist ein Hochdruck-Wärmetauscher und strahlt Wärme des Kältemittels durch Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen Außenluft und aus dem Kompressor 10 ausgegebem Kältemittel ab. In dem ersten Ausführungsbeispiel kann, obwohl als Kältemittel typischer Weise Kohlendioxid verwendet wird, auch Freon (z. B. R404, R134a) als Kältemittel verwendet werden. Wenn Freon als Kältemittel verwendet wird, wird das Kältemittel in dem Kühler 20 kondensiert. Wenn jedoch Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, ist der Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite gleich dem oder größer als der kritische(n) Druck des Kältemittels. Wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, wird deshalb das Kältemittel nicht in dem Kühler 20 kondensiert, und die Temperatur des Kältemittels verringert sich in dem Kühler 20 von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass.
Ein Verdampfapparat 30 ist ein Niederdruck-Wärmetauscher und führt einen Wärmeaustausch zwischen flüssigem Kältemittel und in eine Fahrgastzelle zu blasender Luft aus, sodass das flüssige Kältemittel durch Aufnehmen von Wärme aus der durch den Verdampfapparat 30 strömenden Luft verdampft wird. Eine Ejektorpumpe 40 hat eine Dekompressionsfunktion und eine Pumpfunktion. Die Ejektorpumpe 40 enthält eine Düse und einen Druckerhöhungsabschnitt, der aus einem Mischabschnitt und einem Diffusor aufgebaut ist. Die Düse dekomprimiert und entspannt das Kältemittel aus dem Kühler 20. Der Mischabschnitt und der Diffusor erhöhen den Druck des zu dem Kompressor 10 zu saugenden Kältemittels durch Umwandeln der Expansionsenergie des Kältemittels von der Düse in die Druckenergie des Kältemittels, während das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat 30 durch den Strahl des Kältemittels aus der Düse angesaugt wird. Hierbei ist die Düse eine Laval-Düse (siehe Fluid Enginieering von Tokyo University Publication), die eine Drosselung mit einem Kleinstkanalbereich in ihrem Kältemittelkanal enthält. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Laval-Düse eingesetzt, um das aus der Düse eingespritzte Kältemittel zumindest auf die Schallgeschwindigkeit zu beschleunigen.
Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 trennt das aus der Ejektorpumpe 40 strömende Kältemittel in das gasförmige Kältemittel und das flüssige Kältemittel und speichert das getrennte flüssige Kältemittel darin. Ein Auslass für das gasförmige Kältemittel der Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 ist mit der Saugseite des Kompressors 10 verbunden, und ein Auslass für flüssiges Kältemittel der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 ist mit einer Kältemitteleingangsseite des Verdampfapparats 30 verbunden. Eine Drosselvorrichtung 60 dekomprimiert das dem Verdampfapparat 30 von der Gas/Flüssigkeit- Trennvorrichtung 50 zuzuführende Kältemittel. In dem ersten Ausführungsbeispiel kann eine feste Drosselklappe, ein Kapillarrohr oder dergleichen als Drosselvorrichtung 60 eingesetzt werden.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 integral mit dem Kühler 20 und der Ejektorpumpe 40 durch Löten verbunden, wobei sie angrenzend an den Kühler 20 angeordnet ist. Insbesondere wird das Löten mit Hartlot mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 450°C oder einem Weichlot mit einem Schmelzpunkt unter 450°C durchgeführt. Der Kühler 20 enthält mehrere Rohre 21, in denen das Kältemittel strömt, mit den Außenseiten der Rohre 21 verbundene Kühlrippen 22, zwei mit den Längsenden jedes Rohres 21 verbundene Behälter 23 und dergleichen. Die Kühlrippen 22 sind zum Vergrößern einer Wärmeübertragungsfläche zwischen der Außenluft und dem Kühler 20 vorgesehen. Jeder Behälter 23 mit einer im wesentlichen Kreiszylinderform steht mit den Rohren 21 in Verbindung. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Gas/Flüssigkeit- Trennvorrichtung 50 mit einem der Behälter 23 verbunden.
Fig. 3A und 3B zeigen den Einzelaufbau der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50. Wie in Fig. 3A, 3B dargestellt, enthält die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 einen Behälter 51 zum Speichern des Kältemittels darin und zum Trennen des Kältemittels in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel. Der Behälter 51 ist in eine im wesentlichen Kreiszylinderform geformt. Der Behälter 51 weist einen Kältemitteleinlass 52, einen Auslass für gasförmiges Kältemittel 53 und einen Auslass für flüssiges Kältemittel 54 auf. Das Kältemittel aus der Ejektorpumpe 40 strömt durch den Kältemitteleinlass 52 in den Behälter 51. Ferner strömt das getrennte gasförmige Kältemittel durch den Auslass für gasförmiges Kältemittel 53 aus dem Behälter 51 heraus, und das getrennte flüssige Kältemittel strömt durch den Auslass für flüssiges Kältemittel 54 daraus heraus. Der Behälter 51 besteht aus einem Material mit einer guten Bearbeitbarkeit und besteht in dem ersten Ausführungsbeispiel aus einer Aluminiumlegierung. Der Behälter 51 besitzt eine längsgestreckte Zylinderform. In diesem Fall ist ein Verhältnis (H/D) eines vertikalen Innenmaßes H des Behälters 51 zu dessen äquivalentem Innendurchmesser D größer als 1. Zum Beispiel liegt das Verhältnis (H/D) in einem Bereich zwischen 6,66 und 13,3, d. h. 6,66 ≤ H/D ≤ 13,3. Hierbei ist der äquivalente Innendurchmesser D ein Innendurchmesser entsprechend einer runden Querschnittsfläche des Behälters 51.
In dem Behälter 51 ist der Auslass für flüssiges Kältemittel 54 an einer Stelle unter dem Kältemitteleinlass 52 geöffnet, und der Auslass für gasförmiges Kältemittel 53 ist an einer Stelle höher als der Auslass für flüssiges Kältemittel 54 geöffnet. Ein mit dem Auslass für gasförmiges Kältemittel 53 verbundenes Rohr 55 ist in eine U-Form gebogen, um einen U-förmigen Abschnitt zu bilden, und der U-förmige Abschnitt ist unter dem Auslass für flüssiges Kältemittel 54 angeordnet. Ferner weist das Rohr 55 ein Ölrückführloch 55a in dem U-förmigen Abschnitt an seiner untersten Stelle (Biegung) auf. Durch das Ölrückführloch 55a wird das Schmieröl in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 zu dem Kompressor 10 zurück geführt.
Eine Trennplatte 56 ist in einer Schalenform angeordnet, um eine Oberseite des Auslasses für gasförmiges Kältemittel 53 zu überdecken. Die Trennplatte 56 verhindert, dass das durch den Kältemitteleinlass 52 in dem Behälter 51 zugeführte Kältemittel direkt in den Auslass für gasförmiges Kältemittel 53 strömt.
Als nächstes werden die Funktionsweise des Ejektorpumpen-Kühlkreislaufs und eines Fahrzeugklimageräts mit dem Ejektorpumpen-Kühlkreislauf beschrieben. Der Kompressor 10 saugt das gasförmige Kältemittel aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 und gibt komprimiertes Kältemittel an den Kühler 20 aus. Dann kühlt der Kühler 20 das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel, und das gekühlte Kältemittel strömt zu der Ejektorpumpe 40. Das aus dem Kühler 20 ausgegebene Kältemittel wird in der Düse dekomprimiert, während es mit einer hohen Geschwindigkeit in der Düse der Ejektorpumpe 40 herausgespritzt wird. Hierbei saugt die Ejektorpumpe 40 das in dem Verdampfapparat 30 verdampfte gasförmige Kältemittel durch diese Kältemitteleinspritzung aus der Düse an.
Wie in Fig. 4 dargestellt, werden in dem Mischabschnitt der Ejektorpumpe 40 ein aus der Düse eingespritzter Triebstrom des Kältemittels und ein in die Ejektorpumpe 40 aus dem Verdampfapparat 30 gesaugter Saugstrom des Kältemittels vermischt. Das heißt, der Triebstrom und der Saugstrom werden in dem Mischabschnitt vermischt, sodass ihre Impulssumme bewahrt wird. Deshalb wird der Kältemitteldruck (statischer Druck) in dem Mischabschnitt der Ejektorpumpe 40 erhöht.
Da in dem Diffusor der Ejektorpumpe 40 eine Kältemittelkanal-Querschnittsfläche nach und nach größer wird, wird eine Geschwindigkeitsenergie (dynamische Druckenergie) des Kältemittels in Druckenergie (statische Druckenergie) umgewandelt. Somit wird der Kältemitteldruck in der Ejektorpumpe 40 sowohl in dem Mischabschnitt als auch dem Diffiasor erhöht. Das heißt, der Kältemitteldruck wird in der theoretischen Ejektorpumpe 40 in dem Mischabschnitt erhöht, sodass die Impulssumme des Triebstroms und des Saugstroms bewahrt wird, und der Kältemitteldruck wird in dem Diffusor derart erhöht, dass die Gesamtenergie bewahrt wird.
In Fig. 4 ist eine Geschwindigkeit eines aus der Düse eingespritzten gasförmigen Kältemittels auf 1 gesetzt, und ein Axialmaß ist ein Maß von einem Kältemittelauslass der Düse. Ferner ist ein Radialmaß ein Maß von einer Axiallinie der Ejektorpumpe 40 in einer radialen Richtung. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Geschwindigkeitsverminderung des aus der Düse gespritzten gasförmigen Triebkältemittels im wesentlichen an dem Kältemittelauslass des Mischabschnitts abgeschlossen, wie durch den Pfeil A angedeutet. Ferner ist das gasförmige Saugkältemittel an den Kältemittelauslass des Mischabschnitts ausreichend beschleunigt, wie durch den Pfeil B angedeutet.
Weil andererseits das Kältemittel in dem Verdampfapparat 30 in die Ejektorpumpe 40 gesaugt wird, strömt das flüssige Kältemittel aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 in den Verdampfapparat 30. In dem Verdampfapparat 30 nimmt das flüssige Kältemittel Wärme von der in die Fahrgastzelle zu blasenden Luft auf und wird verdampft. Dann werden, wie oben beschrieben, das aus dem Verdampfapparat 30 angesaugte Kältemittel (Saugstrom) und das von der Düse eingespritzte Kältemittel (Triebstrom) in dem Mischabschnitt vermischt, und in dem Diffusor wird der dynamische Druck des Kältemittels in den statischen Druck des Kältemittels umgewandelt. Anschließend wird das Kältemittel der Ejektorpumpe 40 zu der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 ausgegeben.
Als nächstes werden funktionelle Effekte gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Wenn eine Kühllast des Fahrzeugklimageräts steigt, steigt ein Überhitzungsgrad des Kältemittels in dem Verdampfapparat 30 und das Kältemittel kann an einem Ausgang des Verdampfapparats 30 in einem überhitzten Zustand sein. In diesem Fall befindet sich auch das aus dem Verdampfapparat 30 in die Ejektorpumpe 40 gesaugte gasförmige Kältemittel in dem überhitzten Zustand. Andererseits wird das in die Düse strömende Kältemittel darin im wesentlichen mit konstanter Entropie dekomprimiert und entspannt, sodass eine Geschwindigkeit des Kältemittels an einem engen Durchlass der Düse erhöht wird. Deshalb werden an einem Auslassbereich der Düse, insbesondere stromab deren engem Durchlass, da das flüssige Kältemittel siedet (verdampft wird), Tröpfchen des flüssige Kältemittels verfeinert.
Deshalb kontaktiert der Saugstrom des überhitzten gasförmige Kältemittels die verfeinerten Tröpfchen des flüssigen Kältemittels mit einem größeren Oberflächenbereich, und der Triebstrom und der Saugstrom stehen in dem Mischabschnitt der Ejektorpumpe 40 schnell miteinander in Wärmeaustausch. Daher verschwindet an dem Kältemittelauslass der Ejektorpumpe 40 das überhitzte gasförmige Kältemittel und das gesättigte gasförmige Kältemittel und das Kältemittel der verfeinerten Tröpfchen werden in einem Gas/Flüssigkeit-Zustand vermischt. Sonst wird nur das gesättigte gasförmige Kältemittel aus dem Kältemittelauslass der Ejektorpumpe ausgegeben. Demgemäß strömt das überhitzte gasförmige Kältemittel, selbst wenn das Kältemittel in dem Verdampfapparat 30 überhitzt wird, nicht direkt in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50. Deshalb tritt in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 kein Sieden aufgrund einer Verdampfung des flüssigen Kältemittels in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 auf. Somit kann das Vertikalmaß H des Behälters 51 in einer vertikalen Richtung größer als der äquivalente Innendurchmesser D des Behälters 51 eingestellt werden. Das heißt, der Behälter 51 kann in einer vertikal verlaufenden Zylinderform ausgebildet sein. Selbst in diesem Fall kann verhindert werden, dass das flüssige Kältemittel zu der Saugseite des Kompressors 10 aufgrund eines Siedens des Kältemittels geleitet wird.
Weil außerdem der äquivalente Innendurchmesser D des Behälters 51 kleiner gemacht werden kann, kann eine auf den Behälter 51 durch Innendruck ausgeübte Belastung kleiner gemacht werden, wodurch die Wandstärke des Behälters 51 reduziert wird. Demgemäß können die Herstellungskosten, das Gewicht und die Größe der Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 reduziert werden. Wenn andererseits der äquivalente Innendurchmesser D des Behälters 51 kleiner als ein vorgegebenes Maß (z. B. 2 cm in Fig. 5) eingestellt wird, wird die Gas/Flüssigkeit-Trennleistung in der Gas/Flüssigkeit- Trennvorrichtung 50 deutlich verringert.
Wenn in einem Kühlkreislauf mit Kohlendioxid als Kältemittel der Betrieb des Kühlkreislaufs im Sommer gestoppt wird, wird auf einen Innenteil der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 ein Druck von etwa 100 Atmosphärendruck oder höher als 100 Atmosphärendruck ausgeübt. Deshalb wird auf den Behälter 51 wegen des Innendrucks eine sehr große Belastung ausgeübt.
Ferner wurde in einem Fall, in dem Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, wenn 500 cm³ flüssiges Kältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 gespeichert sind, die Gas/Flüssigkeit-Trennleistung in einem Ejektorpumpen-Kühlkreislauf und einem normalen Speicherkreis untersucht. Diese experimentellen Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt. In dem normalen Speicherkreis wird das Kältemittel mit konstanter Enthalpie durch eine Dekompressionsvorrichtung wie beispielsweise ein Expansionsventil und ein Kapillarrohr ohne Verwendung einer Ejektorpumpe dekomprimiert. In dem normalen Speicherkreis wird die Gas/Flüssigkeit-Trennleistung geringer, wenn der äquivalente Innendurchmesser des Behälters 51 kleiner wird, und die Verdampfungsleistung des Verdampfapparats wird geringer. Deshalb kann flüssiges Kältemittel in den Kompressor strömen.
In dem Ejektorpumpen-Kühlkreislauf kann jedoch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 in einer zum Einbau in ein Fahrzeug geeigneten Größe ausgebildet werden, während ihre Gas/Flüssigkeit-Trennleistung nicht reduziert wird. Insbesondere kann, wenn das Verhältnis (H/D) der Höhe H zu dem äquivalenten Innendurchmesser D des Behälters 51 größer als 1 gesetzt ist, wobei der äquivalente Innendurchmesser D in einem Bereich von 2-6 cm liegt, eine deutliche Verringerung der Gas/Flüssigkeit-Trennleistung verhindert werden, während die Wandstärke des Behälters 51 effektiv reduziert werden kann. Wenn weiter das Verhältnis (H/D) der Höhe H zu dem äquivalenten Innendurchmesser D des Behälters 51 in dem Bereich von 6,66 bis 13,3 gesetzt ist, während der äquivalente Innendurchmesser D in dem Bereich von 2 cm bis 6 cm gesetzt ist, kann die Gas/Flüssigkeit-Trennleistung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 verbessert werden, und die Größe der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 kann effektiv reduziert werden. Wenn zum Beispiel die Höhe H der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 30 cm beträgt und ihr äquivalenter Innendurchmesser 6 cm oder kleiner ist, kann das Verhältnis (H/D) der Höhe zu dem äquivalenten Innendurchmesser des Behälters 51 kleiner als 13,3 gesetzt werden. In diesem Fall wird, selbst wenn das Innenvolumen der Gas/Flüssigkeit- Trennvorrichtung 50 auf 500 cm³ eingestellt ist, die Gas/Flüssigkeit-Trennleistung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 nicht durch Verringern des äquivalenten Innendurchmesser D des Behälters 51 reduziert.
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann, wenn der äquivalente Innendurchmesser D des Behälters 51 in einem Bereich von 3 cm bis 6 cm eingestellt ist, die Gas/Flüssigkeit-Trennleistung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 weiter verbessert werden. Ferner kann das Verhältnis (H/D) der Höhe H zu dem äquivalenten Innendurchmesser D des Behälters 51 entsprechend dem Volumen des flüssigen Kältemittels in dem Behälter 51, dem Kältemittelzustand und der Ejektorpumpenleistung und dergleichen auf einen geeigneten Wert größer als 1 eingestellt werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, wie in Fig. 6A, 6B dargestellt, ein Behälter zum Aufnehmen der Ejektorpumpe 40 integral mit dem Behälter 51 durch Extrudieren oder Ziehen geformt, sodass wenigstens ein Teil der Ejektorpumpe 40 mit der Gas/Flüssigkeit- Trennvorrichtung 50 integriert ist. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Düse, der Mischabschnitt und der Diffusor der Ejektorpumpe 40 in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung des Behälters 51 angeordnet. Deshalb können die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 und die Ejektorpumpe 40 einfach miteinander integriert werden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die anderen Teile ähnlich jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, und der bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteil kann erzielt werden.

Drittes Ausführungsbeispiel

Das dritte Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels. Wie in Fig. 7A, 7B gezeigt, sind Rohre zum Verbinden der Ejektorpumpe 40 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 oder ein Teil des Behälters zum Aufnehmen der Ejektorpumpe 40 integral mit dem Behälter 51 durch Extrudieren oder Ziehen geformt, sodass wenigstens ein Teil der Ejektorpumpe 40 mit der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 integriert ist. In dem dritten Ausführungsbeispiel sind die anderen Teile ähnlich jenen des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels.

Viertes Ausführungsbeispiel

In der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels sind ein mit dem Auslass für gasförmiges Kältemittel 53 verbundener Kältemittelkanal und ein mit dem Auslass für flüssiges Kältemittel 54 verbundener Kältemittelkanal aus Rohrelementen aufgebaut. In dem vierten Ausführungsbeispiel sind die mit den Kältemittelauslässen 53, 54 verbundenen Kältemittelkanäle jedoch in dem Behälter 51 definiert, wie in Fig. 8A, 8B dargestellt.
In dem vierten Ausführungsbeispiel sind die anderen Teile ähnlich jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, und der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteil kann erzielt werden.

Fünftes Ausführungsbeispiel

In dem fünften Ausführungsbeispiel ist die Ejektorpumpe 40 in dem Behälter 51 angeordnet, wie in Fig. 9 dargestellt. Auch in diesem Fall sind die Düse, der Mischabschnitt und der Diffusor der Ejektorpumpe 40 in der Längsrichtung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 angeordnet.
In dem fünften Ausführungsbeispiel sind die anderen Teile ähnlich jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, und der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteil kann erzielt werden.

Sechstes Ausführungsbeispiel

In der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels ist das mit dem Auslass für gasförmiges Kältemittel 53 verbundene Rohr 55 in der U-Form ausgebildet. In dem fünften Ausführungsbeispiel ist jedoch das Rohr 55 linear ausgebildet, wie in Fig. 10 dargestellt.
In dem sechsten Ausführungsbeispiel sind die anderen Teile ähnlich jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, und der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteil kann erzielt werden.

Weitere Ausführungsbeispiele

In den obigen Ausführungsbeispielen ist das Verhältnis (H/D) des vertikalen Innenmaßes H zu dem äquivalenten Innendurchmesser D des Behälters 51 größer als 1 eingestellt. Um die Größe des Behälters effektiv zu verringern, ist das Verhältnis H/D des Behälters 51 ferner in dem Bereich zwischen 6,66 und 13,3 eingestellt (d. h. 6,66 ≤ H/D ≤ 13,3). Wenn jedoch der äquivalente Innendurchmesser D des Behälters 51 in dem Bereich von 2 cm bis 6 cm liegt, ist das Verhältnis H/D nicht auf diesen Bereich beschränkt und kann auf einen Wert größer als 1 gesetzt werden. Wenn zum Beispiel der äquivalente Innendurchmesser D des Behälters 51 in dem Bereich von 2 cm bis 6 cm eingestellt ist, kann das Verhältnis H/D des Behälters 51 so eingestellt werden, dass 1 < H/D; 6,66 ≤ H/D, 1 < H/D ≤ 13,3; 1,41 < H/D; 1 < H/D < 5,66; 1,41 < H/D < 5,66 oder 4,86 ≤ H/D.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das Kältemittel ein natürliches Kältemittel wie beispielsweise Stickstoff, ein Kältemittel der HFC-Gruppe, ein Kältemittel der HFE-Gruppe oder ein Gemisch davon sein, ohne auf Kohlendioxid beschränkt zu sein.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die vorliegende Erfindung typischer Weise auf das Fahrzeugklimagerät angewendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Fahrzeugklimagerät beschränkt.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind der Behälter 23, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 und die Ejektorpumpe 40 miteinander als eine Einheit integriert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf einen Ejektorpumpen-Kühlkreislauf angewendet werden, bei dem der Behälter 23 des Kühlers 20, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 und die Ejektorpumpe 40 getrennt voneinander angeordnet sind. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf einen Ejektorpumpen-Kühlkreislauf angewendet werden, bei dem der Behälter 23 des Kühlers 20, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 und/oder die Ejektorpumpe 40 getrennt von den anderen Bauteilen ausgebildet sind.
Derartige Veränderungen und Modifikationen sind selbstverständlich in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung für einen Kühlkreislauf, wobei der Kühlkreislauf enthält: einen Kompressor (10) zum Komprimieren eines Kältemittels; einen Kühler (20), der das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemittel kühlt; einen Verdampfapparat (30) zum Verdampfen des Kältemittels; und eine Ejektorpumpe (40) mit einer Düse zum Umwandeln einer Druckenergie eines Hochdruck-Kältemittels aus dem Kühler in eine Geschwindigkeitsenergie, sodass das Hochdruck-Kältemittel dekomprimiert und entspannt wird und das in dem Verdampfapparat verdampfte gasförmige Kältemittel angesaugt wird, und einem Druckverminderungsabschnitt, in dem die Geschwindigkeitsenergie in die Druckenergie umgewandelt wird, sodass der Druck des Kältemittels ansteigt, während das aus der Düse ausgegebene Kältemittel und das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat vermischt werden, wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) aufweist:
einen Behälter (51) zum Trennen des aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittels in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel, wobei
der Behälter derart angeordnet ist, dass das gasförmige Kältemittel in dem Behälter zu einer Saugseite des Kompressors zugeführt wird und das flüssige Kältemittel in dem Behälter zu dem Verdampfapparat geleitet wird;
der Behälter einen äquivalenten Innendurchmesser (D) besitzt, der in einem Bereich von 2 cm bis 6 cm eingestellt ist; und ein Verhältnis eines Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) größer als 1 ist.

2. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Behälter im wesentlichen eine Zylinderform besitzt.

3. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) mindestens 6,66 beträgt.

4. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) höchstens 13,3 beträgt.

5. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) in einem Bereich zwischen 6,66 und 13,3 eingestellt ist.

6. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) mindestens 1,41 beträgt.

7. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) kleiner als 5,66 ist.

8. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) in einem Bereich zwischen 1,41 und 5,66 eingestellt ist.

9. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) mindestens 4,86 beträgt.

10. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher der Behälter mit dem Kühler integriert ist.

11. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher der Behälter mit der Ejektorpumpe integriert ist.

12. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher wenigstens ein Teil der Ejektorpumpe integral mit dem Behälter durch Extrudieren oder Ziehen geformt ist.

13. Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher der Behälter angrenzend an den Kühler in einer Richtung senkrecht zu einer Vertikalrichtung des Behälters angeordnet ist.

14. Ejektorpumpen-Kühlkreislauf, mit
einem Kompressor (10) zum Komprimieren eines Kältemittels;
einem Kühler (20), der das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemittel kühlt;
einem Verdampfapparat (30) zum Verdampfen des Kältemittels;
einer Ejektorpumpe (40) mit einer Düse zum Umwandeln einer Druckenergie eines Hochdruck-Kältemittels aus dem Kühler in eine Geschwindigkeitsenergie, sodass das Hochdruck-Kältemittel dekomprimiert und entspannt wird und das in dem Verdampfapparat verdampfte gasförmige Kältemittel angesaugt wird, und einem Druckverminderungsabschnitt, in dem die Geschwindigkeitsenergie in die Druckenergie umgewandelt wird, sodass der Druck des Kältemittels ansteigt, während das aus der Düse ausgegebene Kältemittel und das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat vermischt werden; und
einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) mit einem Behälter (51) zum Trennen des aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittels in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel, wobei
die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung derart angeordnet ist, dass das gasförmige Kältemittel in dem Behälter zu einer Saugseite des Kompressors zugeführt wird und das flüssige Kältemittel in dem Behälter zu dem Verdampfapparat geleitet wird; und der Behälter einen äquivalenten Innendurchmesser (D) besitzt, der in einem Bereich von 2 cm bis 6 cm eingestellt ist.

15. Ejektorpumpen-Kühlkreislauf nach Anspruch 14, bei welchem der Behälter angrenzend an den Kühler in einer Richtung senkrecht zu einer vertikalen Richtung des Behälters angeordnet ist.

16. Ejektorpumpen-Kühlkreislauf nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem ein Verhältnis eines Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) größer als 1 ist.

17. Ejektorpumpen-Kühlkreislauf nach Anspruch 16, bei welchem das Verhältnis des Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) höchstens 13,3 beträgt.

18. Ejektorpumpen-Kühlkreislauf nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem ein Verhältnis eines Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) in einem Bereich zwischen 6,66 und 13,3 eingestellt ist.

19. Ejektorpumpen-Kühlkreislauf nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem ein Verhältnis eines Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) in einem Bereich zwischen 1,41 und 5,66 eingestellt ist.

20. Ejektorpumpen-Kühlkreislauf nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem ein Verhältnis eines Vertikalmaßes (H) des Behälters zu dessen äquivalentem Innendurchmesser (D) mindestens 4,86 beträgt.

21. Ejektorpumpen-Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei welchem das Kältemittel Kohlendioxid, ein natürliches Kältemittel, ein Kältemittel der HFC- Gruppe oder ein Kältemittel der HFE-Gruppe ist.