DE10344794A1

DE10344794A1 - Ejektorpumpenkreis

Info

Publication number: DE10344794A1
Application number: DE10344794A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kariya Sakai; Susumu Kariya Kawamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2004-04-08
Also published as: US20040065112A1; US7086248B2; JP2004116938A; ITRM20030443A1; ITRM20030443A0

Abstract

Ein Ejektorpumpenkreis enthält eine Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung (50) zum Trennen eines aus einer Ejektorpumpe (40) ausströmenden Kältemittels in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel. Die Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung (50) trennt ferner ein Kältemaschinenöl von dem Kältemittel. Das von dem Ejektorpumpenkreis verwendete Kältemaschinenöl ist zu dem Kältemittel auf der Niederdruckseite weniger kompatibel als zu dem Kältemittel auf einer Hochdruckseite.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
sDie vorliegende Erfindung betrifft allgemein Ejektorpumpenkreise und insbesondere Dampfkompressions-Ejektorpumpenkreise.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein herkömmlicher Ejektorpumpenkreis ist ein Dampfkompressions-Kühlapparat, in welchem eine Düse in seiner Ejektorpumpe mit konstanter Entropie ein Kältemittel dekomprimiert und dehnt, um das Kältemittel zu beschleunigen. Ein in einer Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung getrenntes flüssiges Kältemittel wird durch die Pumpwirkung der Ejektorpumpe durch einen Verdampfapparat zirkuliert. Ein von dem Verdampfapparat angesaugtes gasförmiges Kältemittel und das aus der Düse gespritzte Kältemittel werden vermischt, wobei die Expansionsenergie in Druckenergie umgewandelt wird, um den Saugdruck eines Kompressors zu erhöhen.
Somit wird das aus der Ejektorpumpe ausströmende Kältemittel durch die Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung in das gasförmige Kältemittel und das flüssige Kältemittel getrennt. Das flüssige Kältemittel wird anschließend der Seite des Verdampfapparats zugeführt und das gasförmige Kältemittel wird der Saugseite des Kompressors zugeführt. Ein Beispiel eines solchen Kühlapparats ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-149652 offenbart.

Einige Dampfkompressions-Kühlapparate verwenden ein Expansionsventil, welches eine Kältemittelexpansion mit konstanter Enthalpie (Joule-Thomson) bewirkt. Diese Art Kühlapparat benutzt ein Kältemaschinenöl mit einer Kompatibilität bezüglich eines Kohlendioxid-Kältemittels bei oder unter einem kritischen Druck, welche niedriger als seine Kompatibilität über dem kritischen Druck ist. Ein Beispiel eines solchen Kühlapparats ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 11-94380 offenbart.

Jedoch wird in beiden Dampfkompressions-Kühlapparaten das Kältemaschinenöl in das Kältemittel gemischt und durch den Kreislauf zirkuliert, um Gleitabschnitte in dem Kompressor zu schmieren. Zum Beispiel wird in dem in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-149652 offenbarten Ejektorpumpenkreis das aus der Ejektorpumpe ausströmende Kältemittel durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel getrennt. Das flüssige Kältemittel wird anschließend der Seite des Verdampfapparats zugeführt und das gasförmige Kältemittel wird der Saugseite des Kompressors zugeführt. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung sieht jedoch nur einen Trennvorgang zwischen dem gasförmigen Kältemittel und dem flüssigen Kältemittel vor. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung sieht keine Trennung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemaschinenöl vor. Ebenso führt die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung der Saugseite des Kompressors kein Kältemaschinenöl, sondern nur das gasförmige Kältemittel, und dem Verdampfapparat allein das flüssige Kältemittel zu.

Wenn dem Kompressor in dem obigen Kühlapparat eine große Menge flüssiges Kältemittel zugeführt wird, kann der Druck in dem Kompressor übermäßig ansteigen und dadurch den Kompressor beschädigen. Wenn ferner dem Verdampfapparat eine große Menge Kältemaschinenöl zugeführt wird, haftet das Kältemaschinenöl an der Innenfläche des Verdampfapparats und erniedrigt möglicherweise die Wärmeübertragungsrate zwischen dem Kältemittel und dem Verdampfapparat und senkt dadurch die Menge des zu dem Kompressor zurück kehrenden Kältemaschinenöls. Dies kann in Problemen wie beispielsweise verbrannten Gleitabschnitten in dem Kompressor resultieren.

Schließlich neigt die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung dazu, das flüssige Kältemittel und das Kältemaschinenöl durch Konvektion wegen solcher Gründe wie dem dynamischen Druck des einströmenden Kältemittels zu vermischen. Deshalb ist das Trennen des flüssigen Kältemittels und des Kältemaschinenöls voneinander teilweise schwierig.

In Anbetracht der obigen Erläuterungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Ejektorpumpenkreis vorzusehen, der das Auftreten der obigen Probleme vermeiden kann.

Um dies zu erreichen, enthält ein Dampfkompressions-Ejektorpumpenkreis zum Bewegen von Wärme von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite einen Kompressor zum Ansaugen von Kältemaschinenöl zusammen mit einem Kohlendioxid-Kältemittel und zum Komprimieren des Kältemittels; einen Hochdruck-Wärmetauscher zum Abstrahlen von Wärme eines aus dem Kompressor ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels; einen Niederdruck-Wärmetauscher zum Verdampfen eines Niederdruck-Kältemittels; eine Ejektorpumpe mit einer Düse zum Komprimieren und Dehnen des Hochdruck-Kältemittels mit konstanter Entropie, wobei die Ejektorpumpe dem Ansaugen eines in dem Niederdruck-Wärmetauscher verdampften gasförmigen Kältemittels mittels eines aus der Düse gespritzten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms und dem Umwandeln der Expansionsenergie in Druckenergie zum Erhöhen eines Saugdrucks des Kompressors dient; und eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zum Trennen eines aus der Ejektorpumpe ausströmenden Kältemittels in das gasförmige Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel, mit einer mit einer Saugseite des Kompressors verbundenen Gaskältemittelöffnung und einer mit dem Niederdruck-Wärmetauscher verbundenen Flüssigkältemittelöffnung. Bei dieser Konstruktion enthält die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung einen in einem Gaskomponentenbereich in der Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung öffnenden Gaskältemittelauslass, der mit der Saugseite des Kompressors in Verbindung steht, einen in einem Flüssigkomponentenbereich in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung öffnenden Flüssigkältemittelauslass, der mit einer Kältemitteleinlassseite des Niederdruck-Wärmetauschers in Verbindung steht, und einen in einem Flüssigkomponentenbereich des Kältemaschinenöls in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung öffnenden Ölauslass, der mit der Saugseite des Kompressors in Verbindung steht; und das Kältemaschinenöl verwendet eines, dessen Kompatibilität relativ zu dem Kältemittel auf der Niederdruckseite kleiner als seine Kompatibilität relativ zu dem Kältemittel auf der Hochdruckseite ist.

Folglich können, selbst wenn eine Konvektion des flüssigen Kältemittels und des Kältemaschinenöls in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung auftritt, das flüssige Kältemittel und das Kältemaschinenöl separat in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gespeichert werden. Somit können, selbst wenn ein Dichteunterschied zwischen dem flüssigen Kältemittel und dem Kältemaschinenöl klein ist, das flüssige Kältemittel und das Kältemaschinenöl einfach zur Förderung voneinander getrennt werden, wobei ein Abfall der Wärmeabsorptionsleistung des Niederdruck-Wärmetauschers und eine unzureichende Schmierung des Kompressors vermieden werden können. Außerdem ist es möglich, den Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit des Ejektorpumpenkreises zu verbessern.

Das Kältemaschinenöl kann zum Beispiel ein auf Polyalkylglykol basiertes Öl, ein auf Alkylbenzol basiertes Öl oder ein Mineralöl sein.

Ebenso kann der Druck auf der Seite des Hochdruck-Wärmetauschers einen kritischen Druck des Kältemittels erreichen oder überschreiten.

Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine Darstellung des Ejektorpumpenkreises gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
2 eine Darstellung einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ein Kennliniendiagramm der Beziehung des Drucks zu dem Ölgehalt und kompatiblen/getrennten Zuständen;
4 ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen dem Druck und der Dichte;
5 ein p-h-Diagramm;
6 eine Darstellung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
7 eine Darstellung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgend vorgesehenen detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es ist selbstverständlich, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, während sie die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung angeben, nur Veranschaulichungszwecken dienen und nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken sollen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist nur von beispielhafter Natur und soll die Erfindung und ihre Anwendungsmöglichkeiten nicht einschränken.
Erstes Ausführungsbeispiel
Bezug nehmend auf 1 und 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel des Ejektorpumpenkreises erläutert, welcher auf ein Wasserheizgerät angewendet ist. Der Ejektorpumpenkreis enthält im allgemeinen einen Kompressor 10, einen Heizkörper 20, einen Verdampfapparat 30, eine Ejektorpumpe 40 und eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50, welche jeweils nachfolgend vollständiger erläutert werden.
Der Kompressor 10 saugt ein Kältemittel an und komprimiert es. Der Heizkörper 20 ist ein Hochdruck-Wärmetauscher, welcher Wärme zwischen dem aus dem Kompressor 10 ausgegebenen Kältemittel und einem zu erwärmenden Wasser austauscht, wodurch das Kältemittel durch das Erwärmen des zu erwärmenden Wassers gekühlt wird.
Hierbei wird der Kompressor 10 durch einen Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben. Die Heizleistung des Heizkörpers 20 wird durch Erhöhen der Drehzahl des Kompressors 10 verbessert, wodurch die Strömungsrate des aus dem Kompressors 10 auszugebenden Kältemittels erhöht wird. Die Heizleistungen des Heizkörpers 20 wird durch Verringern der Drehzahl des Kompressors 10 reduziert, um die Strömungsrate des aus dem Kompressor 10 auszugebenden Kältemittels zu verringern.
Übrigens wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel Kohlendioxid als Kältemittel verwendet. Der Kompressor 10 setzt das Kältemittel auf oder über dessen kritischen Druck, sodass die Kältemitteltemperatur an einem Kältemitteleinlass des Heizkörpers 20 80°C bis 90°C oder mehr erreicht. Das Kältemittel erniedrigt somit die Kältemitteltemperatur und senkt seine Enthalpie, wenn es von der Kältemitteleinlassseite zu der Kältemittelauslassseite 2 ohne Kältemittelkondensation im Heizkörper 20 voran strömt.
Der Verdampfapparat 30 ist ein Niederdruck-Wärmetauscher, der Wärme zwischen Außenluft und dem flüssigen Kältemittel austauscht, um dadurch das flüssige Kältemittel zu verdampfen, um von der Außenluft Wärme aufzunehmen. Die Ejektorpumpe 40 dekomprimiert und dehnt ein Kältemittel, um das in dem Verdampfapparat 30 verdampfte gasförmige Kältemittel anzusaugen, und setzt die Expansionsenergie in Druckenergie um, um den Saugdruck des Kompressors 10 zu erhöhen.
Die Ejektorpumpe 40 enthält eine Düse 41 zum Umwandeln der Druckenergie eines einströmenden Hochdruck-Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie, um das Kältemittel mit konstanter Entropie zu dekomprimieren und auszudehnen. Die Ejektorpumpe 40 enthält auch einen Mischabschnitt 42 zum Ansaugen des in dem Verdampfapparat 30 verdampften gasförmigen Kältemittels durch die Saugwirkung eines aus der Düse 41 gespritzten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms und Vermischen desselben mit dem aus der Düse 41 gespritzten Kältemittelstrom. Die Ejektorpumpe 40 enthält auch einen Diffusor 43 zum Vermischen des aus der Düse 41 gespritzten Kältemittels und des aus dem Verdampfapparat 30 angesaugten Kältemittels und zum Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie, um den Druck des Kältemittels zu erhöhen.
Hierbei übt der Mischabschnitt 42 das Vermischen derart aus, dass die Summe des Impulses des aus der Düse 41 gespritzten Kältemittelstroms und des Impulses des aus dem Verdampfapparat 30 in die Ejektorpumpe 40 gesaugten Kältemittelstroms beibehalten bleibt. Dies erhöht den statischen Druck des Kältemittels auch in dem Mischabschnitt 42. Währenddessen wandelt der Diffusor 43 den dynamischen Druck des Kältemittels in einen statischen Druck um, indem sein Durchgang allmählich im Querschnitt ansteigt. Die Ejektorpumpe 40 erhöht somit den Kältemitteldruck sowohl durch den Mischabschnitt 42 als auch den Diffusor 43. Aus diesem Grund werden der Mischabschnitt 42 und der Diffusor 43 auch gemeinsam als Druckerhöhungsabschnitt bezeichnet.
In einer idealen Ejektorpumpe 40 erhöht der Mischabschnitt 42 den Kältemitteldruck so, dass die Summe des Impulses der zwei Arten Kältemittelströme erhalten bleibt, und der Diffusor 43 erhöht den Kältemitteldruck so, dass die Energie erhalten bleibt, sodass die zum Zeitpunkt der Dekomprimierung und Expansion verringerte Enthalpie als Druckenergie wiedergewonnen wird.
Übrigens ist die Düse 41 des vorliegenden Ausführungsbeispiels bevorzugt eine Laval-Düse mit einem Verengungsabschnitt eines minimalen Durchgangsbereichs in der Mitte des Durchgangs und einem divergierenden Abschnitt eines allmählich ansteigenden Innendurchmessers an der dem Verengungsabschnitt folgenden Stufe. Jedoch kann auch eine konvergierende Düse ohne divergierenden Abschnitt verwendet werden.
Nun ist die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 eine Gas/Flüssigkeit-Trenneinrichtung, in welche das aus der Ejektorpumpe 40 ausströmende Kältemittel strömt und welche das einströmende Kältemittel in das gasförmige Kältemittel und das flüssige Kältemittel zur Kältemittelspeicherung trennt. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 weist einen mit der Saugseite des Kompressors 10 verbundenen Gaskältemittelauslass, einen mit der Einlassseite des Verdampfapparats 30 verbundenen Flüssigkältemittelauslass und einen mit der Saugseite des Kompressors verbunden Ölauslass auf.
Wie in 2 dargestellt, öffnet der Gaskältemittelauslass 51 in einem Gaskomponentenbereich in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50. Der Flüssigkältemittelauslass 52 öffnet in einem Flüssigkomponentenbereich in der Gas/Flüssigkeit-Trenn vorrichtung 50. Der Ölauslass 53 öffnet in einem Flüssigkomponentenbereich des Kältemaschinenöls in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das flüssige Kältemittel eine kleinere Dichte als das Kältemaschinenöl. Der Flüssigkältemittelauslass 52 ist daher über dem Ölauslass 53 positioniert, und der Gaskältemittelauslass 41 ist über dem Flüssigkältemittelauslass 52 positioniert. Übrigens sind die Auslässe 51-53 jeweils basierend auf Parametern ausgewählt, wie beispielsweise dem Druck/Volumen-Verlust des Kältemittelrohrs, der Höhe des Flüssigkeitspegels, der Viskosität des Kältemaschinenöls und dergleichen.
Außerdem sind der Gaskältemittelauslass 51 und der Ölauslass 53 mit der Saugseite des Kompressors 10 verbunden. Daher ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Gaskältemittelrohr 54 von unten in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 so eingesetzt, dass der Gaskältemittelauslass 51 an seinem oberen Ende ist, und es ist mit dem Ölauslass 53 an seiner unteren Seite versehen.
Außerdem ist ein Kältemitteleinlass 55 über dem Flüssigkeitspegel, d.h. wenigstens stromauf der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 angeordnet. Eine Ablenkplatte 56 ist zwischen dem Flüssigkeitspegel und dem Kältemitteleinlass 55 vorgesehen. Das von dem Kältemitteleinlass 55 in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 einströmende Kältemittel kollidiert mit der Ablenkplatte 56, um dadurch den dynamischen Druck zu verringern.
Außerdem verwendet im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Vereinfachung der Trennung zwischen dem flüssigen Kältemittel und dem Kältemaschinenöl in der Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 das Kältemaschinenöl eines, dessen Kompatibilität relativ zu dem Kältemittel unter dem Kältemittelzustand der Niederdruckseite, d.h. in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50, kleiner als seine Kompatibilität unter dem Kältemittelzustand der Hochdruckseite ist, wie beispielsweise ein auf Polyalkylglykol (PAG) basierendes Öl.
Übrigens bezieht sich die Kompatibilität auf eine Eigenschaft der unterschiedlichen Arten von Polymeren, die gleichmäßig vermischt sind, oder eine maximale Menge, über welcher eine gegenseitige Trennung stattfindet. Der Kältemittelzustand bezieht sich auf die Temperatur, den Druck, den Ölgehalt (= Menge Schmieröl/(Menge Schmieröl + Kältemittel)) und dergleichen des Kältemittels.
3 ist nun ein Kennliniendiagramm der Beziehung des Drucks zu dem Ölgehalt und kompatiblen/separaten Zuständen. 4 ist ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen dem Druck und der Dichte. Da der Druck in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 etwa 3 bis 4 MPa beträgt und der Ölgehalt etwa 10 bis 20% beträgt, ist es aus 3 und 4 offensichtlich, dass das Kältemittel und das Kältemaschinenöl in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 in den separaten Zustand gelangen, um das Kältemaschinenöl unten zu sammeln.
Wieder Bezug nehmend auf 1 und 2 wird nun die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels des Ejektorpumpenkreises bei seiner Anwendung auf ein Wasserheizgerät erläutert. Wenn der Kompressor 10 aktiviert wird, wird das gasförmige Kältemittel aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 in den Kompressor 10 gesaugt, und das komprimierte Kältemittel wird dem Heizkörper 20 ausgegeben. Nach dem Heizen des zu erwärmenden Wassers und dem Kühlen des Kältemittels in dem Heizkörper 20 wird das Kältemittel dann durch die Düse 41 der Ejektorpumpe 40 dekomprimiert und ausgedehnt, um das in dem Verdampfapparat 30 liegende Kältemittel anzusaugen.
Dann vermischen das aus dem Verdampfapparat 30 angesaugte Kältemittel und das aus der Düse 41 ausgegebene Kältemittel miteinander in dem Mischabschnitt 42 und kehren zu der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 zurück, wobei ihr dynamischer Druck durch den Diffusor 43 in einen statischen Druck umgewandelt worden ist.
Da das Kältemittel in dem Verdampfapparat 30 durch die Ejektorpumpe 40 angesaugt wird, strömt außerdem das flüssige Kältemittel aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 in den Verdampfapparat. Das einströmende Kältemittel nimmt Wärme von der Außenluft zur Verdampfung auf.
Übrigens ist 5 ein p-h-Diagramm, welches die Funktionsweise des Ejektorpumpenkreises gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Die in 5 gezeigten Ziffern stellen die Zustände des Kältemittels an in 1 bezifferten Stellen dar.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das benutzte Kältemaschinenöl weniger mit dem Kältemittel auf der Niederdruckseite kompatibel als es dies mit dem Kältemittel auf der Hochdruckseite ist. Daher werden, selbst wenn in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 eine Konvektion des flüssigen Kältemittels und des Kältemaschinenöls stattfindet, das flüssige Kältemittel und das Kältemaschinenöl getrennt in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 gesammelt.
Folglich können, selbst wenn ein Dichteunterschied zwischen dem flüssigen Kältemittel und dem Kältemaschinenöl klein ist, das flüssige Kältemittel und das Kältemaschinenöl einfach voneinander zur Förderung getrennt werden. Dies kann einen Abfall der Wärmeabsorptionsleistung des Verdampfapparats 30 und das Auftreten einer unzureichenden Schmierung des Kompressors 10 verhindern. Außerdem ist es möglich, den Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit des Ejektorpumpenkreises zu verbessern.
Zweites Ausführungsbeispiel
In der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Ejektorpumpenkreises ist das Gaskältemittelrohr 54 von unten in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 eingesetzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 6 dargestellt, dem Gaskältemittelrohr 54 eine im allgemeinen U-Form gegeben und es ist mit dem Ölauslass 53 in der Kehre versehen, sodass das Gaskältemittelrohr 54 von oben in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 eingesetzt ist.
Drittes Ausführungsbeispiel
Bezug nehmend nun auf 7 wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung erläutert. Hierbei ist die Ablenkplatte 56 aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 entfernt. Die Strömungsrichtung des aus dem Kältemitteleinlass 55 in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 strömenden Kältemittels entspricht einer Tangentialrichtung der oberen Innenwand der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50, sodass das in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 strömende Kältemittel im oberen Teil der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 verwirbelt, um dadurch eine Zentrifugaltrennung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemaschinenöl vorzusehen.
Alternative Modifikationen In den obigen Ausführungsbeispielen wird das auf Polyalkylglykol (PAG) basierende Öl als Kältemaschinenöl eingesetzt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können auch auf Alkylbenzol (AB) basiertes Öl, auf Polyvinylether (PVE) basiertes Öl, Mineralöl und dergleichen eingesetzt werden. Ferner kann der Zustand, durch welchen die Kompatibilität des Kältemaschinenöls mit dem Kältemittel auf der Niederdruckseite geringer als die Kompatibilität des Kältemaschinenöls mit dem Kältemittel auf der Hochdruckseite ist, durch den Fall keiner Kompatibilität auf der Niederdruckseite erfüllt werden.
Während in den obigen Ausführungsbeispielen die vorliegende Erfindung auf ein Wasserheizgerät angewendet ist, ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung außerdem nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auch auf Klimageräte, Kühlschränke, Tiefkühlgeräte und dergleichen angewendet werden.
Außerdem ist in den obigen Ausführungsbeispielen das Kältemittel Kohlendioxid und der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite ist mindestens auf dem kritischen Druck. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite auch unter dem kritischen Druck sein.
Die Beschreibung der Erfindung ist nur von beispielhafter Natur, und daher sollen Variationen, die nicht das Konzept der Erfindung verlassen, im Schutzumfang der Erfindung liegen. Solche Variationen werden nicht als Verlassen des Schutzumfangs der Erfindung angesehen, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Dampfkompressions-Ejektorpumpenkreis zum Bewegen von Wärme von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite, mit einem Kompressor (10) zum Ansaugen eines Kältemaschinenöls zusammen mit einem Kohlendioxid-Kältemittel und zum Komprimieren des Kältemittels; einem Hochdruck-Wärmetauscher (20) zum Abstrahlen von Wärme eines aus dem Kompressor (10) ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels; einem Niederdruck-Wärmetauscher (30) zum Verdampfen eines Niederdruck-Kältemittels; einer Ejektorpumpe (40) mit einer Düse (41) zum Dekomprimieren und Ausdehnen des Hochdruck-Kältemittels mit konstanter Entropie, wobei die Ejektorpumpe (40) ein in dem Niederdruck-Wärmetauscher (30) verdampftes gasförmiges Kältemittel mittels eines aus der Düse (41) gespritzten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms ansaugt und Expansionsenergie in Druckenergie umwandelt, um einen Saugdruck des Kompressors (10) zu erhöhen; und einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) zum Trennen eines aus der Ejektorpumpe (40) ausströmenden Kältemittels in das gasförmige Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel, wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung enthält: eine mit einer Saugseite des Kompressors (10) verbundene Gaskältemittelöffnung und eine mit dem Niederdruck-Wärmetauscher (30) verbundene Flüssigkältemittelöffnung; einen in einem Gaskomponentenbereich in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) öffnenden Gaskältemittelauslass (51), wobei der Gaskältemittelauslass (51) mit der Saugseite des Kompressors (10) in Verbindung steht; einen in einem Flüssigkomponentenbereich in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) öffnenden Flüssigkältemittelauslass (52), wobei der Flüssigkältemittelauslass (52) mit einer Kältemitteleinlassseite des Niederdruck-Wärmetauschers (30) in Verbindung steht; und einen in einem Flüssigkomponentenbereich des Kältemaschinenöls in der Gas/ Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) öffnenden Ölauslass (53), wobei der Ölauslass (53) mit der Saugseite des Kompressors (10) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompatibilität des Kältemaschinenöls relativ zu dem Kältemittel auf der Niederdruckseite geringer als eine Kompatibilität des Kältemaschinenöls relativ zu dem Kältemittel auf der Hochdruckseite ist.
Ejektorpumpenkreis nach Anspruch 1, bei welchem das Kältemaschinenöl ein auf Polyalkylglykol basierendes Öl ist.
Ejektorpumpenkreis nach Anspruch 1, bei welchem das Kältemaschinenöl ein auf Alkylbenzol basierendes Öl ist.
Ejektorpumpenkreis nach Anspruch 1, bei welchem das Kältemaschinenöl ein Mineralöl ist.
Ejektorpumpenkreis nach Anspruch 4, bei welchem ein Druck auf der Seite des Hochdruck-Wärmetauschers (20) einen kritischen Druck des Kältemittels erreicht oder übersteigt.
Ejektorpumpenkreis nach Anspruch 3, bei welchem ein Druck auf der Seite des Hochdruck-Wärmetauschers (20) einen kritischen Druck des Kältemittels erreicht oder übersteigt.
Ejektorpumpenkreis nach Anspruch 2, bei welchem ein Druck auf der Seite des Hochdruck-Wärmetauschers (20) einen kritischen Druck des Kältemittels erreicht oder übersteigt.
Ejektorpumpenkreis nach Anspruch 1, bei welchem ein Druck auf der Seite des Hochdruck-Wärmetauschers (20) einen kritischen Druck des Kältemittels erreicht oder übersteigt.
Dampflcompressions-Ejektorpumpenkreis zum Bewegen von Wärme von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite, mit einem Kompressor (10) zum Ansaugen von Kältemaschinenöl zusammen mit einem Kältemittel und zum Komprimieren des Kältemittels; einem Hochdruck-Wärmetauscher (20) zum Abstrahlen von Wärme eines aus dem Kompressor (10) ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels; einem Niederdruck-Wärmetauscher (30) zum Verdampfen eines Niederdruck-Kältemittels; einer Ejektorpumpe (40) mit einer Düse (41) zum Dekomprimieren und Ausdehnen des Hochdruck-Kältemittels mit konstanter Entropie, wobei die Ejektorpumpe (40) ein in dem Niederdruck-Wärmetauscher (30) verdampftes gasförmiges Kältemittel mittels eines aus der Düse (41) gespritzten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms ansaugt und Expansionsenergie in Druckenergie umwandelt, um einen Saugdruck des Kompressors (10) zu erhöhen; und einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) zum Trennen eines aus der Ejektorpumpe (40) ausströmenden Kältemittels in das gasförmige Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel, wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) eine mit einer Saugseite des Kompressors (10) verbundene Gaskältemittelöffnung und eine mit dem Niederdruck-Wärmetauscher (30) verbundene Flüssigkältemittelöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompatibilität des Kältemaschinenöls relativ zu dem Kältemittel auf der Niederdruckseite geringer als eine Kompatibilität des Kältemaschinenöls relativ zu dem Kältemittel auf der Hochdruckseite ist.
Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) für einen Dampfkompressions-Ejektorpumpenkreis zum Bewegen von Wärme von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite, wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) ein einströmendes Kältemittel in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel trennt und aufweist: einen über einem Flüssigkeitspegel der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung angeordneten Kältemitteleinlass (55), wobei der Kältemitteleinlass (55) mit einem Druckerhöhungsabschnitt einer Düse in Fluidverbindung steht, um dadurch ein statisch unter Druck gesetztes, einströmendes Kältemittel zu fördern; eine unter dem Flüssigkeitspegel der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung angeordnete Flüssigkältemittelöffnung (51), wobei die Flüssigkältemittelöffnung mit einem Niederdruck-Wärmetauscher (30) in Fluidverbindung steht, um dadurch das aus dem statisch unter Druck gesetzten, einströmenden Kältemittel getrennte flüssige Kältemittel zu einem Niederdruck-Wärmetauscher (30) zu fördern; und einen in einem Gaskomponentenbereich angeordneten Gaskältemittelauslass (51), wobei der Gaskältemittelauslass (51) einen in einem Flüssigkomponentenbereich und unter der Flüssigkältemittelöffnung (51) angeordneten Ölauslass (53) zum Trennen des Kältemaschinenöls von dem flüssigen Kältemittel enthält, wobei der Gaskältemittelauslass (51) mit einem Kompressor (10) in Fluidverbindung steht, um dadurch das gasförmige Kältemittel und das Kältemaschinenöl, welche von dem statisch unter Druck gesetzten, einströmenden Kältemittel getrennt worden sind, zu einem Hochdruck-Wärmetauscher (20) zu fördern.
Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) nach Anspruch 10, bei welcher eine Kompatibilität des Kältemaschinenöls relativ zu dem Kältemittel auf einer Niederdruckseite geringer als eine Kompatibilität des Kältemaschinenöls relativ zu dem Kältemittel auf einer Hochdruckseite ist.
Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) nach Anspruch 10, bei welcher ein Gaskältemittelrohr (51) mit dem Gaskältemittelauslass (51) im allgemeinen U-förmig ist und der Ölauslass (53) in einem Wendeabschnitt des Gaskältemittelrohres (54) angeordnet ist.
Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) nach Anspruch 10, bei welcher der Kältemitteleinlass (55) das einströmende Kältemittel in einer Strömungsrichtung fördert, welche einer Tangentialrichtung einer oberen Innenwand entspricht, sodass das einströmende Kältemittel in einem oberen Abschnitt der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung verwirbelt, um dadurch eine Zentrifugaltrennung zwischen dem Kältemaschinenöl und dem flüssigen Kältemittel vorzusehen.