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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Ejektor (siehe JIS Z 8126 Nummer 2. 1. 2. 3) zum Übertragen
eines Fluids durch Mitreißfunktion
eines Treiberfluids, das unter hoher Geschwindigkeit ausgestrahlt
wird, und einen Ejektorkreislauf unter Verwendung des Ejektors.
Der Ejektor weist eine drosselungsvariable Düse auf.
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In einem Ejektorkreislauf zirkuliert
ein niederdruckseitiges Kältemittel
(d. h., Kältemittel
in einem Verdampfer) durch Pumpbetrieb eines Ejektors, wie allgemein
bekannt. Ein Ansaugdruck von Kältemittel, das
in einen Verdichter gesaugt werden soll, wird erhöht, während Expansionsenergie
in Druckenergie in dem Ejektor derart umgesetzt wird, dass der Energieverbrauch
des Verdichters verringert wird. Wenn jedoch der Energieumsetzwirkungsgrad
in dem Ejektor (d. h., der Ejektorwirkungsgrad) verringert wird,
kann der Ansaugdruck des Verdichters in dem Ejektor nicht ausreichend
erhöht
werden und der Energieverbrauch des Verdichters kann nicht ausreichend
verringert werden. Außerdem
kann eine ausreichende Kältemittelmenge
in dem Verdampfer nicht umgewälzt
werden.
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Wenn andererseits eine Düse in dem
Ejektor eine solche vom feststehenden Typ ist (eine Düse mit unveränderlicher
Drosselung), zeigt die in der Düse strömende Kältemittelmenge
eine Schwankung und der Düsenwirkungsgrad
und der Ejektorwirkungsgrad variieren in Übereinstimmung mit dieser Schwankung.
Der Düsenwirkungsgrad
ist dabei ein Umsetzungswirkungsgrad, wenn die Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie
in der Düse umgesetzt wird.
Idealerweise wird ein Drosselöffnungsgrad
der Düse
bevorzugt in Übereinstimmung
mit einem Kältemitteldurchsatz
variabel gesteuert. Wenn jedoch in Übereinstimmung mit Experimenten
durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung der Drosselwirkungsgrad
der Düse
nicht einfach geändert
wird, kann der Drosselwirkungsgrad beträchtlich beeinträchtigt bzw.
vermindert sein.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, einen Ejektor zu schaffen, dessen Drosselöffnungsgrad unter Erhöhung des
Düsenwirkungsgrads
gesteuert werden kann.
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In Übereinstimmung mit einem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ejektor eine Düse mit einer
Innenwandfläche
zum Festlegen eines Fluiddurchlasses, durch den ein Treiberfluid strömt, einen
Druckerzeugungsabschnitt, in dem ein Fluid durch Mitreißen durch
eine Strahlströmung
des Treiberfluids angesaugt wird, das von der Düse ausgestrahlt und mit dem
Treiberfluid gemischt wird, das aus der Düse ausgestrahlt wird, und ein
Nadelventil zum Ändern
eines Drosselöffnungsgrad
des Fluiddurchlasses in der Düse.
Die Düse
umfasst ferner einen Veränderungsabschnitt
mit einer Querschnittsfläche
(d. h., einen Innendurchmesser), der in dem Fluiddurchlass am kleinsten
ist, und das Nadelventil ist derart angeordnet, dass es in axialer
Richtung in dem Fluiddurchlass der Düse verschiebbar ist. Außerdem weist
das Nadelventil einen Endabschnitt auf, der in verjüngter Form
derart gebildet ist, dass eine Querschnittsfläche des Nadelventils in Richtung auf
das Vorderende des Nadelventils abnimmt, der Endabschnitt des Nadelventils
eine stromabwärtige Seite
des Verjüngungsabschnitts
in Strömungsrichtung
des Antriebsfluids zumindest dann erreicht, wenn der Drosselöffnungsgrad
minimal ist, und der Fluiddurchlass der Düse eine im Wesent lichen konstante
Querschnittsfläche
in einem stromabwärtigen Abschnitt
stromabwärts
von dem Verengungsabschnitt aufweist.
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Eine Querschnittsfläche bzw.
ein Querschnitt eines (relativ) großen Kältemitteldurchlasses, der durch
eine Innenwandfläche
der Düse
und das Nadelventil im stromabwärtigen
Abschnitt festgelegt ist, wird allmählich größer in Übereinstimmung mit der verjüngten Form
des Nadelventils. Dadurch kann ein Druckverlust auf Grund einer
raschen Expansion bzw. Vergrößerung des
Durchlassquerschnitts in der Düse
verhindert werden. Dadurch kann der Drosselöffnungsgrad der Düse gesteuert
werden, während der
Düsenwirkungsgrad
verbessert ist. Der Fluiddurchlass der Düse weist eine im Wesentlichen
konstante Querschnittsfläche
in einem stromabwärtigen Abschnitt
stromabwärts
von dem Verengungsabschnitt auf. Es besteht deshalb kein Bedarf
daran, einen Diffusorabschnitt mit allmählich größer werdendem Innendurchmesser
zu bilden. Die Düse
mit dem Verengungsabschnitt kann dadurch problemlos gebildet werden.
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In Übereinstimmung mit einem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Fluiddurchlass in verjüngter Form
mit einer Querschnittsfläche gebildet,
die mit einem Verjüngungswinkel Θ1 in Richtung
zum Auslass des Fluids von einer stromabwärtigen Seite des Drosselabschnitts
zu zumindest dem Verendungsabschnitt allmählich kleiner wird, wobei der
Verjüngungswinkel Θ1 des Fluiddurchlasses
kleiner als ein Verjüngungswinkel Θ2 des verjüngten Endabschnitts
des Nadelventils ist. Die Querschnittsfläche des (relativ) großen Kältemitteldurchlasses,
der festgelegt ist durch die Innenwandfläche der Düse und dem Nadelventil in dem
stromabwärtigen
Abschnitt, kann dadurch allmählich
in Übereinstimmung
mit der verjüngten
Form des Nadelventils größer werden.
In der vor liegenden Erfindung kann der Fluiddurchlass in mehrstufiger
verjüngter
Form, in mehrstufigen Schritten verjüngt gebildet sein.
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Bevorzugt weist der Verengungsabschnitt eine
Innenumfangsfläche
auf, die in gekrümmter Form
gebildet ist. In diesem Fall kann die Querschnittsfläche des
Fluiddurchlasses kontinuierlich gleichmäßig geändert werden. Stärker bevorzugt
erreicht das obere Ende des Nadelventils die stromabwärtige Seite
des Fluidstroms unter Bezug auf den Verengungsabschnitt selbst dann,
wenn der Drosselöffnungsgrad
maximal ist. Der Endabschnitt des Nadelventils kann in konischer
verjüngter
Form gebildet werden bzw. in Form einer hängenden Glocke.
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Ferner kann der Ejektor gemäß der vorliegenden
Erfindung für
einen Ejektorkreislauf wirksam eingesetzt werden. In diesem Fall
dekomprimiert die Düse
des Ejektors Kältemittel,
das aus einem Hochdruckwärmetauscher
strömt,
und das Kältemittel
in einem Verdampfer (Niederdruckwärmetauscher) wird in einem
Druckerzeugungsabschnitt gesaugt durch Mitreißen durch einen Strahlstrom
des Kältemittels, der
aus der Düse
ausgestrahlt und mit dem Kältemittel
gemischt wird, das aus der Düse
in dem Druckerzeugungsabschnitt gemischt wird. In diesem Fall kann
der Öffnungsgrad
der Düse
gesteuert werden, ohne den Wirkungsgrad der Düse und denjenigen des Ejektors
zu verringern. Der Ejektorkreislauf kann deshalb wirksam betrieben
werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung beispielhaft näher
erläutert;
in dieser zeigen:
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1 schematisch
einen Ejektorkreislauf in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2A schematisch
im Schnitt einen Ejektor in Übereinstimmung
mit der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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2B schematisch
vergrößert einen
Teil einer Düse
des Ejektors in 2A,
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3 ein
Mollier-Diagramm (p-h-Diagramm) unter Darstellung der Beziehung
zwischen einem Kältemitteldruck
und einer Enthalpie in dem Ejektorkreislauf zur Erläuterung
der Arbeitsweise des Ejektorkreislaufs,
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4 schematisch
eine Ansicht zur Erläuterung
der Wirkung des Ejektors in Übereinstimmung mit
der ersten Ausführungsform,
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5 schematisch
im Schnitt ein Herstellungsverfahren des Ejektors in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsform,
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6 schematisch
im Schnitt einen Ejektor in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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7 schematisch
im Schnitt einen Ejektor in Übereinstimmung
mit einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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8 schematisch
eine Ansicht zur Erläuterung
der Wirkung des Ejektors in Übereinstimmung mit
der dritten Ausführungsform,
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9 schematisch
im Schnitt einen Ejektor in Übereinstimmung
mit einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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10 schematisch
eine Erläuterungsansicht
der Form eines Endabschnitts eines Nadelventils in Übereinstimmung
mit einer fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, 11 schematisch
im Schnitt einen Ejektor in Übereinstimmung mit
dem Stand der Technik,
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12 schematisch
eine Ansicht zur Erläuterung
eines Problems beim Ejektorvorgang gemäß dem Stand der Technik, und
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13 schematisch
im Schnitt eine Ansicht zur Erläuterung
eines Problems beim Herstellungsverfahren des Ejektors gemäß dem Stand
der Technik.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein Ejektor gemäß dieser Ausführungsform in
Bezug auf die vorliegende Erfindung kommt typischerweise in einem
Ejektorkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage zum Einsatz.
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1 zeigt
schematisch einen Ejektorkreislauf 1 unter Verwendung von
Kohlendioxid als Kältemittel.
Ein Verdichter 10 ist ein solcher variabler Verdrängung zum
Ansaugen und Verdichten von Kältemittel
und er wird durch einen Fahrzeugmotor angetrieben. Die Verdrängungskapazität des Verdichters 10 wird
derart gesteuert, dass die Temperatur bzw. der Druck in dem Verdampfer 30 (nachfolgend
erläutert)
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gesteuert wird.
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Bei einem Radiator 20 handelt
es sich um einen hochdruckseitigen Wärmetauscher zum Kühlen von
Kältemittel
durch Durchführen
eines Wärmetausches
zwischen dem Kältemittel,
das aus dem Verdichter 10 ausgetragen wird, und Außenluft
(d. h., Luft außerhalb
einer Fahrgastzelle). Bei dem Verdampfer 30 handelt es
sich um einen niederdruckseitigen Wärmetauscher zum Kühlen von
Luft, die in Richtung zur Fahrgastzelle geblasen werden soll, durch
Durchführen
eines Wärmetausches
zwischen Luft, die in Richtung zur Fahrgastzelle geblasen werden
soll, und flüssigem
Kältemittel
unter Verdampfen des flüssigen
Kältemittels.
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Der Ejektor 40 saugt gasförmiges Kältemittel an,
das im Verdampfer 30 verdampft wurde, während das Kältemittel dekompri miert und
expandiert wird, das ausgehend vom Radiator 20 strömt, und
er erhöht
den Ansaugdruck des Kältemittels,
das in den Verdichter 10 gesaugt werden soll, durch Umsetzen von
Expansionsenergie in Druckenergie. Näheres ist nachfolgend erläutert.
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Aus dem Ejektor 40 strömendes Kältemittel strömt in einen
Gas-/Flüssigkeitsseparator 50.
Der Gas-/Flüssigkeitsseparator 50 trennt
das zuströmende
Kältemittel
in gasförmiges
Kältemittel
und flüssiges
Kältemittel
und er wird verwendet, um das flüssige
Kältemittel
zu sammeln. Eine Auslassöffnung
für gasförmiges Kältemittel
des Gas-/Flüssigkeitsseparators 50 ist
mit einem Ansaugeinlass des Verdichters 10 verbunden und
eine Auslassöffnung
für flüssiges Kältemittel
ist mit einem Einlass des Verdampfers 30 verbunden. Eine
Drossel 60 bildet eine Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren
von flüssigem
Kältemittel,
das aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 50 ausströmt.
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Nunmehr wird der Ejektor näher erläutert. Wie
in 2 gezeigt, umfasst
der Ejektor 40 eine Düse 41,
einen Mischabschnitt 42 und einen Diffusor 43 u.
dgl. Die Düse 41 setzt
Druckenergie des Hochdruckkältemittels
in Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels
um und dekomprimiert und expandiert das Kältemittel isentropisch. Der
Mischabschnitt 42 mischt Hochgeschwindigkeitskältemittel,
das aus der Düse 41 ausgestrahlt
wird, mit gasförmigem
Kältemittel,
das ausgehend vom Verdampfer 30 angesaugt wird. Das in
dem Verdampfer 30 verdampfte gasförmige Kältemittel wird durch Mitreißfunktion
des Hochgeschwindigkeitskältemittelstroms
angesaugt, der aus der Düse 41 ausgestrahlt
bzw. ausgestoßen wird.
Der Diffusor 43 mischt außerdem das Kältemittel,
das aus der Düse 41 ausgestrahlt
wird, mit dem Kältemittel,
das aus dem Verdampfer 30 angesaugt wird, und setzt die
Geschwindigkeitsenergie des gemischten Kältemittels in Druckenergie
um, um den in den Verdichter 10 anzusaugenden Kältemitteldruck zu
erhöhen.
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Der aus der Düse 41 ausgestrahlte
Kältemittelstrom
und der in dem Ejektor 40 aus dem Verdampfer 30 angesaugte
Kältemittelstrom
werden in dem Mischabschnitt 42 gemischt, während die
Summe beider Impulse beibehalten wird. Der statische Druck des Kältemittels
nimmt in dem Mischabschnitt 42 hierdurch zu. Andererseits
wird der dynamische Druck des Kältemittels
in den statischen Druck umgesetzt, indem die Querschnittsfläche des
Kältemitteldurchlasses
in dem Diffusor 43 allmählich
größer wird.
Dadurch nimmt der Kältemitteldruck
sowohl im Mischabschnitt 42 wie im Diffusor 43 in
dem Ejektor 40 zu. Der Mischabschnitt 42 und der
Diffusor 43 werden deshalb allgemein als Druckerzeugungsabschnitt
bezeichnet. D. h., bevorzugt nimmt der Kältemitteldruck in dem Mischabschnitt 42 so
zu, dass die Summe der Impulse der beiden Arten von Kältemittelströmen beibehalten
wird und der Kältemitteldruck in
dem Diffusor 43 derart zunimmt, dass in einem idealen Ejektor 40 die
Energie konserviert bzw. beibehalten wird.
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Bei der Düse 41 handelt es sich
um eine Laval-Düse
(siehe "Fluid Engineering", veröffentlicht durch
die Tokyo University Publication). Die Laval-Düse weist einen Verengungsabschnitt 41a auf, in
dem der Durchlassquerschnitt des Kältemitteldurchlasses, festgelegt
durch eine Innenwandfläche der
Düse 41,
auf halber Strecke stark bzw. nahezu vollständig verringert ist, und durch
einen Düsendiffusor 41b hinter
dem Verengungsabschnitt 41a. Ein merklicher bzw. großer Kältemitteldurchlass
ist durch die Innenwandfläche
der Düse 41 und
ein Nadelventil 44 festgelegt. Der Drosselöffnungsgrad
der Düse 41 (d.
h., die minimale Querschnittsfläche
des im We sentlichen minimalen Kältemitteldurchlasses)
wird durch das Nadelventil 44 gesteuert, das durch ein Stellorgan 45 in
der Düse 41 in
axialer Richtung der Düse 41 verschoben
wird. In dieser Ausführungsform sind
die Düse 41 und
das Nadelventil 44 derart vorgesehen, dass die Querschnittsfläche des
wesentlichen bzw. großen
Kältemitteldurchlasses
in dem Diffusor 41b zur stromabwärtigen Seite des Verengungsabschnitt 41a allmählich größer wird.
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Mehr im Einzelnen ist der Innendurchmesser des
Kältemitteldurchlasses
in der Düse 41 auf
der stromabwärtigen
Seite des Kältemittelstroms
in Bezug auf den Verengungsabschnitt 41a, d. h., der Innendurchmesser
des Düsendiffusors 41b (d.
h., die Querschnittsfläche
des Kältemitteldurchlasses
in dem Düsendiffusor 41b)
ist in etwa konstant gebildet. Ein Endabschnitt des Nadelventils 44 ist
außerdem
in einer konischen verjüngten
Form gebildet, derer Querschnittsfläche in Richtung zum oberen
Ende (stromabwärtigen
Ende) kleiner wird. Das Nadelventil 44 steuert die Drosselöffnung ausgehend
von einem minimalen Grad bis hin zu einem maximalen Grad innerhalb
eines Bereichs, in dem der Endabschnitt des Nadelventils 44 auf
der stromabwärtigen
Seite des Kältemittelstroms
in Bezug auf den Verengungsabschnitt 41a zu liegen kommt.
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In dieser Ausführungsform ist der Innendurchmesser
des Düsendiffusors 41b derart
konstant gemacht, dass eine Stelle bzw. Position eines Drosselabschnitts 41c äquivalent
zu einer Stelle bzw. Position bzw. Lage des Verengungsabschnitts 41a ist. Bei
dem Drosselabschnitt 41c handelt es sich um einen Abschnitt
mit minimaler Querschnittsfläche
in dem großen
bzw. wesentlichen Kältemitteldurchlass, der
durch das Nadelventil 44 und die Innenwandfläche der
Düse 41 festgelegt
ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform
wird ein elektrisches Stellorgan, wie etwa ein Schrittmotor mit
Gewindemechanismus bzw. ein Linearsolenoid o. dgl. als Stellorgan 45 verwendet.
Eine Temperatur der Hochdruckseite des Kältemittels wird durch einen (nicht
gezeigten) Temperatursensor ermittelt und der Drosselöffnungsgrad
der Düse 41 wird
derart gesteuert, dass der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels,
ermittelt durch einen (nicht gezeigten) Drucksensor an einen Zieldruck
angenähert
bzw. approximiert wird, der durch die Temperatur ermittelt wird, die
durch den Temperatursensor festgestellt wird.
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Der Zieldruck des hochdruckseitigen
Kältemittels
wird dabei derart gewählt,
dass der Leistungskoeffizient des Ejektorkreislaufs in Bezug auf
die Temperatur des hochdruckseitigen Kältemittels maximal wird. In
dieser in 3 gezeigten
Ausführungsform
wird dann, wenn die Last hoch ist, der Drosselöffnungsgrad der Düse 41 derart
gesteuert, dass der Druck des Hochdruckkältemittels, das in die Düse 41 strömt, auf
einen höheren
Wert als den kritischen Druck des Kältemittels erhöht wird.
Wenn die Wärmelast
gering ist, wird der Drosselöffnungsgrad
der Düse 41 derart
gesteuert, dass der Druck des Hochdruckkältemittels, das in die Düse 41 strömt, einen vorbestimmten
Superkühlgrad
unter einem Zustand hat, in dem der Druck des Hochdruckkältemittels niedriger
als sein kritischer Druck ist.
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Nunmehr wird die allgemeine Arbeitsweise des
Ejektorkreislaufs näher
erläutert.
In dem Ejektorkreislauf bezeichnen die Bezugsziffern C1 – C9 in 3 Kältemittelzustände in Positionen,
die durch Bezugsziffern C1 – C9
bezeichnet sind, wie in 1 gezeigt.
Aus dem Verdichter 10 ausgetragenes Kältemittel zirkuliert zum Radiator 20.
In dem Radiator 20 gekühl tes
Kältemittel
wird in der Düse 41 des Ejektors 40 isentropisch
dekomprimiert und expandiert und strömt in den Mischabschnitt 42 mit
einer Geschwindigkeit, die größer ist
als die Schallgeschwindigkeit. In dem Verdampfer 30 verdampftes Kältemittel
wird in dem Mischabschnitt 42 durch einen Pumpvorgang gesaugt,
der durch die Mitreißfunktion
mit Hochgeschwindigkeitskältemittel
hervorgerufen ist, das in dem Mischabschnitt 42 strömt. Niederdruckseitiges
Kältemittel
strömt
deshalb in der Abfolge Gas-/Flüssigkeitsseparator
50 m Drossel 60 m Verdampfer 30 m Druckerzeugungsabschnitt 42, 43 des
Ejektors 4.0 m Gas-/Flüssigkeitsseparator
50. Andererseits werden aus dem Verdampfer 30 gesaugtes
Kältemittel
(Saugstrom) und aus der Düse 41 ausgetragenes
Kältemittel
(Treiberstrom) in dem Mischabschnitt 42 gemischt, während sein
dynamischer Druck in statischen Druck in dem Diffusor 43 umgesetzt
wird, woraufhin das Kältemittel
zum Gas- /Flüssigkeitsseparator 50 rückgeführt wird.
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Nunmehr werden die Eigenschaften
der vorliegenden Erfindung näher
erläutert.
In dieser Ausführungsform
ist der Endabschnitt des Nadelventils 44 in verjüngter Form
so gebildet, dass es sich ausgehend von seinem Querschnittsabschnitt
in Richtung zum oberen Ende bzw. Vorderende kleiner wird. Zumindest
dann, wenn der Drosselgrad minimal gewählt ist, erreicht der Endabschnitt
des Nadelventils 44 die stromabwärtige Seite des Kältemittelstroms
in Bezug auf den Verengungsabschnitt 41a. Die Querschnittsfläche des
Düsendiffusor 41b ist
außerdem
in etwa konstant, so dass die Querschnittsfläche S des wesentlichen bzw.
großen
Kältemitteldurchlasses des
Düsendiffusors 41b in
Richtung auf das stromabwärtige
Ende in Übereinstimmung
mit der Verjüngungsform
des Nadelventils 44 allmählich größer wird, wie in 4 gezeigt. Ein rasches Expandieren bzw.
sich Erweitern des wesentlichen bzw. großen Kältemitteldurchlasses hinter
dem Verengungsabschnitt 41a kann dadurch unterbunden werden.
Der Drosselöffnungsgrad
der Düse 41 kann
deshalb ohne Verringern des Düsenwirkungsgrads
und des Ejektorwirkungsgrads gesteuert werden.
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11 zeigt
ein Vergleichsbeispiel einer Düse 141 mit
variabler Drossel bzw. variablem Drosselgrad. Die Düse 141 mit
variabler Drosselung ist eine Laval-Düse mit einem Verengungsabschnitt 141a,
der eine Querschnittsfläche
aufweist, die in dem Kältemitteldurchlass
der Düse 141 am
kleinsten ist, mit einem Düsendiffusor 141b,
dessen Querschnittsfläche
im Kältemitteldurchlass
in Richtung zur stromabwärtigen
Seite hinter dem Verengungsabschnitt 141a allmählich größer wird,
und mit einem Nadelventil 144, das einen Endabschnitt in
Form eines verjüngten
Konus aufweist. Die Düse 141 mit
variablem Drosselgrad ist jedoch mit dem nachfolgend genannten Problem
behaftet.
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Wie aus 12 hervorgeht, ändert sich die Querschnittsfläche S eines
wesentlichen bzw. großen
Kältemitteldurchlasses
in der Düse 141 rasch
in der B-C-Fläche
bzw. in dem B-C-Bereich
in axialer Richtung. Die Außenumfangsfläche des
Nadelventils 144 ist stark an eine Innenumfangsfläche der
Düse 141 in
einem Drosselabschnitt B angenähert.
Ein Punkt C entspricht dem oberen Ende bzw. Vorderende des Nadelventils 144.
In diesem Bereich nimmt die Querschnittsfläche des großen bzw. wesentlichen Kältemitteldurchlasses
ausgehend vom Drosselabschnitt D zu dem Punkt C rasch zu im Vergleich
zu dem C-B-Bereich,
der stromabwärts
in dem Drosselabschnitt B zu liegen kommt. Ein Druckverlust wird deshalb
durch die rasche Expansion bzw. Aufweitung hervorgerufen, so dass
der Düsenwirkungsgrad
und der Ejektorwirkungsgrad beeinträchtigt sind.
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Wenn außerdem, wie in 13 gezeigt, die Düse 141 durch Sintern
o. dgl. hergestellt wird, wird ein Stempel bzw. ein Ziehteil 100 ausgehend
von der Einlassseite der Düse 141 eingeführt und
ein Stempel bzw. Ziehteil 101 wird ausgehend von der Auslassseite
der Düse 141 eingeführt, um
in dem Verengungsabschnitt 141a in Anlage zu gelangen.
Bei dem Verengungsabschnitt 141a handelt es sich um einen Abschnitt,
der in der Düse 141 besonders
genau gefertigt werden muss. Es ist jedoch schwierig, eine hohe
Fertigungsgenauigkeit durch das Herstellungsverfahren zu erzielen,
wie etwa durch das zur Anlage bringen der beiden Stempel 100, 101 und
die Nutzausbeute der Düse 141 ist
dadurch deutlich verringert. Wenn die Düse 141 durch maschinelle
Bearbeitung hergestellt wird, muss ein Bohrvorgang durchgeführt werden
ausgehend von der Einlassseite der Düse 141 und der Auslassseite
der Düse 141. Wie
bie bei der Herstellung der Düse 141 durch
einen Sintervorgang, ist es schwierig, die Fertigungsgenauigkeit
im Verengungsabschnitt 141a beizubehalten und die Nutzausbeute
der Düse 141 ist
möglicherweise
ebenfalls verringert.
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Die Querschnittsfläche des
Kältemitteldurchlasses
in dem Düsendiffusor 41b ist
bei der vorliegenden Ausführungsform
hingegen nahezu konstant. Wenn deshalb die Düse 41 durch Sintern
o. dgl. hergestellt wird, wie in 5 gezeigt,
kann der Kältemitteldurchlass
in der Düse 41 durch
einen Stempel bzw. ein Ziehteil 100 hergestellt werden,
das ausgehend vom Einlass der Düse 41 eingeführt wird.
Eine hohe Fertigungsgenauigkeit kann deshalb für den Verengungsabschnitt 41a problemlos
beibehalten werden, so dass die Nutzausbeute der Düse 41 erhöht sein
kann. Wenn die Düse 41 durch
maschinelle Bearbeitung hergestellt wird, kann der Bohrvorgang ausgehend
von der Einlassseite der Düse 41 zur
Bildung des Kältemitteldurchlasses
durchgeführt
werden. Hohe Fertigungsgenauigkeit für den Verengungsabschnitt 41a kann
deshalb problemlos beibehalten werden, so dass die Nutzausbeute
der Düse 41 erhöht sein
kann.
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In Übereinstimmung mit der ersten
Ausführungsform
besteht keine Notwendigkeit dafür,
den Diffusorabschnitt bezüglich
seines Innendurchmessers allmählich
größer zu machen,
folgend bzw. auf den bzw. hinter dem Verengungsabschnitt 41a.
Die Düse 41 kann
deshalb problemlos gefertigt werden und die Herstellungskosten für die Düse 41 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung können verringert
sein, während
hohe Fertigungsgenauigkeit beibehalten wird. Der Drosselöffnungsgrad
der Düse 41 kann
außerdem
gesteuert werden, während
der Düsenwirkungsgrad
und der Ejektorwirkungsgrad verbessert werden können.
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(Zweite Ausführungsform)
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In der in 6 gezeigten zweiten Ausführungsform
ist die Form der Innenwand des Verengungsabschnitts 41a der
Düse 41 in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsform
mit gekrümmter
Oberfläche
gebildet, so dass die Querschnittsfläche des Kältemitteldurchlasses ausgehend
vom Kältemitteleinlass
der Düse
41 zum Verengungsabschnitt 41a kontinuierlich und gleichmäßig variiert. Eine
Wirbelstromerzeugung kann dadurch auf der stromabwärtigen Seite
in der Nähe
des Verengungsabschnitts 41a verringert werden, so dass
ein Verlust, wie etwa ein Wirbelstromverlust o. dgl., klein gemacht
werden kann. Der Düsenwirkungsgrad
kann außerdem
erhöht
werden. In der zweiten Ausführungsform
sind die übrigen
Teile ähnlich
zu denjenigen der vorstehend erläuterten
ersten Ausführungsform.
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(Dritte Ausführungsform)
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In der vorstehend erläuterten
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Querschnittsfläche des
Kältemitteldurchlasses
mit einem konstanten Verjüngungswinkel
allmählich
kleiner ausgehend von dem Kältemittelmitteleinlass
der Düse 41 zum
Verengungsabschnitt 41a. In dieser Ausführungsform und wie in 7 gezeigt, ist der Verjüngungswinkel Θ 1
auf einer Seite des Verengungsabschnitts 41a der Düse 41 jedoch
kleiner gewählt
als der Verjüngungswinkel Θ 0
auf der Kältemitteleinlassseite
der Düse 41 und
ein Verjüngungswinkel Θ 2
des Endabschnitts des Nadelventils 44. Das Nadelventil 44 steuert
außerdem
den Drosselöffnungsgrad
ausgehend von einem minimalen Grad bis auf einen maximalen Grad,
während
zumindest das obere Ende bzw. Vorderende des Nadelventils 44 auf
der stromaufwärtigen
Seite des Verengungsabschnitts 41a in dem Kältemittelstrom
zu liegen kommt.
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In dieser Ausführungsform ist der Verjüngungswinkel Θ 1
des Verengungsabschnitts 41a kleiner als der Verjüngungswinkel Θ 0
der Kältemitteleinlassseite
der Düse 41 und
die Position des Drosselabschnitts 41c kommt auf einer
stromaufwärtigen Seite
des Kältemittelstroms
in Bezug auf die Position des Verengungsabschnitts 41a zu
liegen. Die stromaufwärtige
Seite des Kältemittelstroms
in Bezug auf den Verengungsabschnitt 41a hinter dem Drosselabschnitt 41c arbeitet
deshalb als Teil des Düsendiffusors 41b,
wie nachfolgend erläutert.
Der Innendurchmesser des Kältemitteldurchlasses
in der Düse 41 auf
der stromabwärtigen
Seite des Kältemittelstroms in
Bezug auf den Verengungsabschnitt 41a ist deshalb ähnlich wie
bei der ersten Ausführungsform
nahezu konstant. In die Düse 41 strömendes Kältemittel erhöht deshalb
seine Geschwindigkeit bis auf Schallgeschwindigkeit. Die Querschnittsfläche des
wesentli chen bzw. großen
Kältemitteldurchlasses
A nimmt stromabwärts
des Drosselabschnitts 41c so zu, dass das Kältemittel
teilweise siedet und seine Geschwindigkeit über die Schallgeschwindigkeit
hinaus erhöht.
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In dieser Ausführungsform ist der Verjüngungswinkel Θ 2
des Endabschnitts des Nadelventils 44 kleiner als der Verjüngungswinkel Θ 0
der Kältemitteleinlassseite
der Düse 41.
Diese Ausführungsform
ist jedoch nicht auf diese Beziehung der Verjüngungswinkel beschränkt.
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Nunmehr werden Eigenschaften dieser
Ausführungsform
näher erläutert. Zumindest
dann, wenn der Drosselöffnungsgrad
minimal wird, erreicht der obere Endabschnitt des Nadelventils 44 die
stromabwärtige
Seite des Kältemittelstroms
in Bezug auf den Drosselabschnitt 41c und der Verjüngungswinkel Θ 1 auf
der stromabwärtigen
Seite in Bezug auf den Drosselabschnitt 41c in dem Kältemitteldurchlass
der Düse 41 ist
kleiner als der Verjüngungswinkel Θ 2 am Endabschnitt
des Nadelventils 44. Die Querschnittsfläche S des wesentlichen bzw.
großen
Kältemitteldurchlasses
in dem Düsendiffusor 41b erweitert
sich deshalb allmählich
in Übereinstimmung
mit dem Verjüngungswinkel
des Nadelventils 44, wie in 8 gezeigt.
Ein durch rasches Aufweiten hinter dem Drosselabschnitt 41c hervorgerufener
Verlust kann deshalb verringert werden und der Drosselöffnungsgrad der
Düse 41 kann
ohne beträchtliche
Verringerung des Düsenwirkungsgrads
und des Ejektorwirkungsgrads gesteuert werden.
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Die Herstellungskosten für die Düse 41 können außerdem verringert
werden, während
hohe Fertigungsgenauigkeit ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform
beibehalten wird, weil ein Düsendiffusorabschnitt,
dessen Innendurchmesser sich hinter dem Verengungsabschnitt 41a allmählich erweitert, nicht
geduldet werden muss.
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In der dritten Ausführungsform
kann die Querschnittsfläche
des Düsendiffusors 41b stromabwärts vom
Verengungsabschnitt 41a allmählich konstant gemacht werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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In der in 9 gezeigten
vierten Ausführungsform
ist die Form der Innenwand des Verengungsabschnitts 41a in
der Düse 41 in Übereinstimmung
mit der dritten Ausführungsform
mit einer gekrümmten
Oberfläche
gebildet. Die Querschnittsfläche
des Kältemitteldurchlasses
variiert ausgehend vom Kältemitteleinlass
der Düse 41 zu
dem Verengungsabschnitt 41a kontinuierlich und gleichmäßig. Die
Erzeugung eines Verlustes durch einen Wirbelstrom o. dgl. kann dadurch
verringert werden, so dass der Düsenwirkungsgrad
erhöht
werden kann. In der vierten Ausführungsform
sind die übrigen
Teile ähnlich
zu denjenigen der vorstehend erläuterten dritten
Ausführungsform.
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(Fünfte Ausführungsform)
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In den vorstehend erläuterten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist der Endabschnitt des Nadelventils 44 in
konisch verjüngter Form
gebildet. In der fünften
Ausführungsform
kann hingegen die Endform des Nadelventils 44 so gebildet
sein, wie in 10 gezeigt.
Wie in 10 gezeigt, ist
in der fünften
Ausführungsform
die Endform des Nadelventils 44 derart gebildet, dass der
Differenzialwert bzw. Differenzwert zweiter Ordnung einer radialen
Abmessung r relativ zu einer axialen Position X kleiner als null
wird. D. h., die Form des Nadelventils 44 ist in Art einer
hängenden
Glocke gebildet. Die Änderungsrate
des Durchmessers r wird in Richtung zu seinem Ende kleiner und die
Tangente an dem Umriss des Nadelventils 44 verläuft in etwa senkrecht
zur Axiallinie X.
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(Weitere Ausführungsformen)
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Obwohl die vorliegende Erfindung
in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf
die anliegenden Zeichnungen vorstehend vollständig erläutert ist, wird bemerkt, dass
sie zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich ist,
die sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik ohne weiteres
erschließen.
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In den vorstehend erläuterten
Ausführungsformen
ist beispielsweise die vorliegende Erfindung auf eine Klimaanlage
für ein
Fahrzeug angewendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht
auf die Anwendung für
eine Klimaanlage beschränkt.
Die vorliegende Erfindung kann auf einen Kühlschrank, einen Gefrierschrank,
eine Heißwasserversorgungsvorrichtung
und andere Ejektorkreisläufe
angewendet sein.
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Das Stellorgan 45 ist nicht
auf die in den vorstehend erläuterten
Ausführungsformen
gezeigten Beispiele beschränkt.
Beispielsweise können
ein mechanisches Stellorgan unter Verwendung von Gasdruck von einem
Inertgas und ein elektromagnetisches Stellorgan, wie etwa ein elektrisches
Stellorgan unter Verwendung einer Piezoeinrichtung, verwendet werden.
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In den vorstehend genannten Ausführungsformen
ist der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels höher gewählt als
der kri tische Druck des Kältemittels
unter Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel. Das Kältemittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist jedoch nicht auf Kohlendioxid beschränkt.
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Chlorfluorkohlenstoffe (R134a) können als Kältemittel
zum Einsatz kommen, so dass der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite
niedriger als der kritische Druck des Kältemittels beispielsweise wird. Es
können
weitere Fluide als Kältemittel
verwendet werden.
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Der Kältemitteldurchlass kann außerdem mehrstufig
verjüngt
gebildet sein. D. h., unter Bezug auf 9 kann
der Verjüngungswinkel Θ 1
auf der stromabwärtigen
Seite in Bezug auf den Verengungsabschnitt 41c des Kältemitteldurchlasses
der Düse 41 in
mehreren Stufen bzw. mehrstufig in Richtung zum Auslass geändert sein.
In diesem Fall und wie im Fall der vorstehend genannten Ausführungsformen
erweitert sich die Querschnittsfläche S des wesentlichen bzw.
großen
Kältemitteldurchlasses
in dem Düsendiffusor 41b allmählich, so
dass der durch die rasche Erweiterung hinter dem Düsenabschnitt 41c hervorgerufene
Verlust verringert werden kann und der Drosselöffnungsgrad der Düse 41 kann
ohne beträchtliche
Verringerung des Düsenwirkungsgrads und
des Ejektorwirkungsgrads gesteuert werden.
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In der vorstehend erläuterten
Ausführungsform
strömt
das Kältemittel
in dem Ejektorkreislauf durch den Ejektor. Ein anderes Fluid als
Kältemittel kann
jedoch in dem Ejektor verwendet werden.
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Sämtliche
der genannten Abwandlungen und Modifikationen fallen unter den Umfang
der vorliegenden Erfindung, der in den anliegenden Ansprüchen festgelegt
ist.