DE112014002882T5

DE112014002882T5 - Ejektor

Info

Publication number: DE112014002882T5
Application number: DE112014002882.7T
Authority: DE
Inventors: Haruyuki Nishijima; Kenta Kayano; Yoshiaki Takano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-05-28
Also published as: JP2015001363A; CN105339678A; US9989074B2; DE112014002882B4; CN105339678B; US20160186783A1; WO2014203462A1; JP6115344B2

Abstract

Ein Mischabschnitt (18e), der in einem Bereich von einer Kältemitteleinspritzöffnung (18c) eines Düsenabschnitts (18a) zu einem Einlassabschnitt (18h) eines Diffusorabschnitts (18g) in einem Innenraum eines Körperabschnitts (18b) eines Ejektors (18) ausgebildet ist und der ein von der Kältemitteleinspritzöffnung eingespritztes Einspritzkältemittel und ein von einer Kältemittelansaugöffnung (18d) angesaugtes Kältemittel vermischt, wird bereitgestellt. Ein Abstand (La) von der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) zu dem Einlassabschnitt (18h) in dem Mischabschnitt (18e) wird derart bestimmt, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des in den Einlassabschnitt (18h) des Diffusorabschnitts (18g) strömenden Kältemittels kleiner oder gleich einer Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh wird. Eine Stoßwelle, die zu einer Zeit erzeugt wird, zu der ein vermischtes Kältemittel von einem Überschallgeschwindigkeitszustand in einem Unterschallgeschwindigkeitszustand versetzt wird, wird in dem Mischabschnitt (18e) erzeugt, um die Druckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt (18g) zu stabilisieren.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-127578 , eingereicht am 18. Juni 2013, deren Offenbarung hier per Referenz eingebunden ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Ejektor, der den Druck eines Fluids verringert und das Fluid durch eine Saugwirkung eines Einspritzfluids, das mit einer hohen Geschwindigkeit eingespritzt wird, ansaugt.
Hintergrundtechnik
Herkömmlicherweise war eine Dampfkompressionskäftekreislaufvorrichtung, die einen Ejektor umfasst (auf die hier nachstehend als ein Ejektorkältekreislauf Bezug genommen wird) bekannt.
In dieser Art von Ejektorkältekreislauf wird ein aus einem Verdampfer strömendes Kältemittel durch eine Ansaugwirkung eines Hochgeschwindigkeitseinspritzkältemittels, das von einem Düsenabschnitt des Ejektors eingespritzt wird, angesaugt, der Druck eines gemischten Kältemittels aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel wird durch Umwandeln von kinetischer Energie des gemischten Kältemittels in Druckenergie in einem Diffusorabschnitt (d. h. einem Druckerhöhungsabschnitt) des Ejektors erhöht, und das gemischte Kältemittel strömt aus einer Einsaugseite eines Kompressors.
Auf diese Weise wird in dem Ejektorkältekreislauf die von dem Kompressor verbrauchte Leistung verringert und ein Leistungskoeffizient (COP) des Kreislaufs wird im Vergleich zu einer allgemeinen Kältekreislaufvorrichtung, in der der Kältemittelverdampfungsdruck in einem Verdampfer im Wesentlichen gleich dem Ansaugkältemitteldruck in einem Kompressor ist, verbessert.
Außerdem offenbart die Patentliteratur 1 zum Beispiel einen spezifischen Aufbau eines derartigen Ejektorkältekreislaufs, der zwei Verdampfer umfasst, wobei ein aus dem Verdampfer auf einer Seite mit hohem Kältemittelverdampfungsdruck strömendes Kältemittel in einen Düsenabschnitt eines Ejektors strömt, und wobei ein Kältemittel, das auf einer Seite mit niedrigem Verdampfungsdruck aus dem Verdampfer strömt, durch eine Saugwirkung des Einspritzkältemittels angesaugt wird.
Literatur des bisherigen Stands der Technik
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2012-149790 A

Zusammenfassung der Erfindung
Jedoch gibt es gemäß der Untersuchung der Erfinder der gegenständlichen Anmeldung einen Fall, in dem, wenn der Ejektorkältekreislauf der Patentliteratur 1 tatsächlich betrieben wird, ein Diffusorabschnitt des Ejektors unfähig ist, eine gewünschte Kältemitteldruckerhöhungsleistung auszuüben, und eine Wirkung in der Verbesserung des COP, der erreicht wird, indem der Ejektor aufgenommen wird, kann nicht ausreichend erhalten werden.
Angesichts des Vorstehenden haben die Erfinder der gegenständlichen Anmeldung eine Ursache untersucht und sind darauf gekommen, dass in dem Fall, in dem ein aus dem Verdampfer strömendes gasphasiges Kältemittel in den Düsenabschnitt des Ejektors strömt, wie in dem Ejektorkältekreislauf der Patentliteratur 1 (i) das gemischte Kältemittel aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel mit einer hohen Qualität wird, und (ii) das gasphasige Kältemittel kondensiert wird, während sein Druck in einem in dem Düsenabschnitt ausgebildeten Kältemitteldurchgang verkleinert wird.
Angesichts des vorstehenden Punkts hat die vorliegende Offenbarung einen Zweck, die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung eines Ejektors, der ein aus einem Verdampfer strömendes Kältemittel in einen Düsenabschnitt strömen lässt, zu beschränken.
Im Detail hat die vorliegende Offenbarung einen Zweck, die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung durch Stabilisieren der Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Ejektor, der das Kältemittel aus dem Verdampfer in den Düsenabschnitt strömen lässt, zu beschränken.
Außerdem hat die vorliegende Offenbarung den anderen Zweck, die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung durch Verringern des Energieverlusts des Kältemittels in dem Düsenabschnitt des Ejektors, der das aus dem Verdampfer strömende Kältemittel in den Düsenabschnitt strömen lässt, zu beschränken.
Gemäß dem, was vorstehend beschrieben wurde, wird der Abstand von der Kältemitteleinspritzöffnung in dem Mischabschnitt zu dem Einlassabschnitt des Druckerhöhungsabschnitts derart bestimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das in den Einlassabschnitt strömt, kleiner oder gleich der Zweiphasenschallgeschwindigkeit wird. Folglich kann die Stoßwelle, die zu der Zeit erzeugt wird, zu der das vermischte Kältemittel von einem Überschallgeschwindigkeitszustand in einen Unterschallgeschwindigkeitszustand versetzt wird, in dem Mischabschnitt erzeugt werden.
Daher kann die Erzeugung der Stoßwelle in dem Druckerhöhungsabschnitt beschränkt werden, und die Strömungsgeschwindigkeit des Mischkältemittels, das durch den Druckerhöhungsabschnitt strömt, kann davon abgehalten werden, durch eine Wirkung der Stoßwelle instabil zu werden. Als ein Ergebnis kann in dem Ejektor, der das aus dem Verdampfer strömende Kältemittel in den Düsenabschnitt strömen lässt, die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Druckerhöhungsabschnitt stabilisiert werden, und die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung kann beschränkt werden.
Gemäß dem, was vorstehend beschrieben wurde, wird der Einspritzabschnitt auf der untersten Strömungsseite des Kältemitteldurchgangs, der in dem Düsenabschnitt ausgebildet ist, bereitgestellt, und das Einspritzkältemittel, das in den Mischabschnitt eingespritzt werden soll, wird frei expandiert. Folglich kann das Kältemittel in dem Mischabschnitt beschleunigt werden, ohne einen Aufweitungsabschnitt oder ähnliches als den Kältemitteldurchgang bereitzustellen, dessen Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in einer Kältemittelströmungsrichtung allmählich zunimmt.
Daher kann der Verlust an kinetischer Energie des durch den Kältemitteldurchgang strömenden Kältemittels durch Verringern einer Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemitteldurchgang beschränkt werden, und die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Einspritzkältemittels kann somit beschränkt werden. Als ein Ergebnis kann in dem Ejektor, der das aus dem Verdampfer strömende Kältemittel in den Düsenabschnitt strömen lässt, die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung beschränkt werden, indem der Druckverlust des Kältemittels in dem Düsenabschnitt beschränkt wird.
Der „Aufweitungswinkel in einem axialen Querschnitt des Einspritzabschnitts ist größer oder gleich 0°C”, was bedeutet, dass der Einspritzabschnitt in dem Fall, in dem der Aufweitungswinkel größer als 0° ist, eine Form (d. h. eine Kegelstumpfform) hat, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche allmählich in Richtung einer Kältemittelströmungsrichtung zunimmt, und bedeutet, dass der Einspritzabschnitt in dem Fall, in dem der Aufweitungswinkel 0° ist, eine Form (d. h. Säulenform) hat, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche fest ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das einen Ejektorkältekreislauf einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist eine axiale Querschnittansicht, die einen Ejektor der ersten Ausführungsform darstellt.
3 ist ein Mollier-Diagramm, das einen Zustand eines Kältemittels zu einer Zeit zeigt, zu der der Ejektorkältekreislauf der ersten Ausführungsform betrieben wird.
4 ist ein Diagramm, das einen Wirkungsgrad des Ejektors der ersten Ausführungsform erklärt.
5 ist eine axiale Querschnittansicht, die einen Ejektor einer zweiten Ausführungsform darstellt.
6 ist eine axiale Querschnittansicht, die einen Ejektor einer dritten Ausführungsform darstellt.
7 ist eine Querschnittansicht, die entlang einer in 6 gezeigten Linie VII-VII genommen ist.
8 ist ein Diagramm, das den Düsenwirkungsgrad des Ejektors der dritten Ausführungsform erklärt.
9 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das einen Ejektorkältekreislauf einer vierten Ausführungsform darstellt.
10 ist ein Mollier-Diagramm, das einen Zustand eines Kältemittels zu einer Zeit zeigt, zu der der Ejektorkältekreislauf der vierten Ausführungsform betrieben wird.
11 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das einen Ejektorkältekreislauf einer fünften Ausführungsform darstellt.
12 ist eine Querschnittansicht, die einen Flüssigkeitslagerbehälter der fünften Ausführungsform darstellt.
13 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das einen Ejektorkältekreislauf einer sechsten Ausführungsform darstellt.
14 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das einen Ejektorkältekreislauf einer siebten Ausführungsform darstellt.
15 ist eine axiale Querschnittansicht, die einen Ejektor einer achten Ausführungsform darstellt.
16 ist eine axiale Querschnittansicht, die einen Ejektor einer neunten Ausführungsform darstellt.
17 ist eine axiale Querschnittansicht, die einen Ejektor eines modifizierten Beispiels der neunten Ausführungsform darstellt.
18 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das amen Ejektorkältekreislauf einer zehnten Ausführungsform darstellt.
19 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das einen Ejektorkältekreislauf eines modifizierten Beispiels der zehnten Ausführungsform darstellt.
20 ist ein Erläuterungsdiagramm, das eine Position erklärt, an der in einem Ejektor während eines Betriebs eines allgemeinen Ejektorkältekreislaufs eine Stoßwelle erzeugt wird.
21 ist ein Erläuterungsdiagramm, das eine Position erklärt, an der in dem Ejektor während eines Betriebs, in dem eine Qualität eines in einen Düsenabschnitt strömenden Kältemittels relativ hoch ist, eine Stoßwelle erzeugt wird.
22 ist ein Erläuterungsdiagramm, das eine Druckänderung eines vermischten Kältemittels während des Betriebs des allgemeinen Ejektorkältekreislaufs erklärt.
23 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Druckänderung des vermischten Kältemittels während des Betriebs erklärt, in dem die Qualität des in den Düsenabschnitt strömenden Kältemittels relativ hoch ist.
24 ist ein Erläuterungsdiagramm, das eine fassförmige Stoßwelle erklärt.
25 ist ein Mollier-Diagramm, das einen Zustand des Kältemittels zu einer Zeit, zu der eine Kondensationsverzögerung in dem Düsenabschnitt des Ejektors auftritt, zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
In einem herkömmlichen Ejektorkältekreislauf wird ein aus einem Verdampfer strömendes Kältemittel durch eine Ansaugtätigkeit eines Hochgeschwindigketseinspritzkältemittels, das von einem Düsenabschnitt eines Ejektors eingespritzt wird, als ein Ansaugkältemittel angesaugt, Druck eines vermischten Kältemittels aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel wird erhöht, indem kinetische Energie des vermischten Kältemittels in einem Diffusorabschnitt (d. h. einem Druckerhöhungsabschnitt) in Druckenergie umgewandelt wird, und das vermischte Kältemittel strömt zu einer Einlassseite eines Kompressors.
Auf diese Weise wird in dem Ejektorkältekreislauf von dem Kompressor verbrauchte Leistung verringert und ein Leistungskoeffizient (COP) des Kreislaufs wird im Vergleich zu einer allgemeinen Kältekreislaufvorrichtung, in der der Kältemitteldruck in einem Verdampfer im Wesentlichen gleich dem Ansaugkältemitteldruck in einem Kompressor ist, verbessert.
Zum Beispiel offenbart die Patentliteratur 1 einen Ejektorkältekreislauf, der zwei Verdampfer umfasst, in denen ein Kältemittel, das aus dem Verdampfer auf einer Seite mit hohem Kältemittelverdampfungsdruck in einen Düsenabschnitt eines Ejektors strömt, und in denen ein Kältemittel, das aus dem Verdampfer auf einer Seite mit niedrigem Kältemittelverdampfungsdruck durch eine Ansaugtätigkeit eines Einspritzkältemittels angesaugt wird.
Jedoch gibt es gemäß der Untersuchung der Erfinder der gegenständlichen Anmeldung einen Fall, in dem, wenn der Ejektorkältekreislauf der Patentliteratur 1 tatsächlich betrieben wird, ein Diffusorabschnitt des Ejektors unfähig ist, die gewünschte Kältemitteldruckerhöhungsleistung auszuüben, und eine Verbesserungswirkung des COP, die erreicht wird, indem der Ejektor aufgenommen wird, nicht ausreichend erreicht werden kann.
Angesichts des Vorstehenden haben die Erfinder der gegenständlichen Anmeldung eine Ursache untersucht und sind darauf gekommen, dass in einem Aufbau, in dem ein aus dem Verdampfer strömendes gasphasiges Kältemittel in den Düsenabschnitt des Ejektors strömt, wie in dem Ejektorkältekreislauf der Patentliteratur 1 (a) das gemischte Kältemittel aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel mit einer hohen Qualität wird, und (b) das gasphasige Kältemittel kondensiert wird, während sein Druck in einem in dem Düsenabschnitt ausgebildeten Kältemitteldurchgang verkleinert wird.

(a) Das gemischte Kältemittel aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel wird das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der hohen Qualität.

Es wird eine Beschreibung einer Ursache gegeben, warum der Diffusorabschnitt des Ejektors unfähig ist, in dem Fall, in dem das gemischte Kältemittel aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel das gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel mit der hohen Qualität wird, die gewünschte Kältemitteldruckerhöhungsleistung auszuüben.
Wenn das gemischte Kältemittel das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der relativ hohen Qualität x ist (d. h. das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel, dessen Qualität x größer oder gleich 0,8 ist), wird durch das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel in der Nachbarschaft des Diffusorabschnitts oder in dem Diffusorabschnitt eine Stoßwelle erzeugt. Folglich wird die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt des Ejektors instabil.
Die Stoßwelle wird erzeugt, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit eines Zweiphasenfluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand von einem Wert (d. h. Überschallgeschwindigkeitszustand) größer oder gleich einer Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh auf einen Wert (d. h. einen Unterschallgeschwindigkeitszustand) kleiner oder gleich der Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh verschoben wird.
Hier ist die Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh eine Schallgeschwindigkeit eines Fluids in einem Gas-Flüssigkeitsmischzustand, in dem ein gasphasiges Fluid und ein flüssigphasiges Fluid gemischt sind, und ist durch die folgende Formel F1 definiert. αh = [P/{α × (1 – α) × ρl})0,5 (F1)
α in der Formel F1 ist ein Leerraumanteil und zeigt ein Rauminhaltsverhältnis von pro Einheitsvolumen enthaltenen Leerräumen (Luftblasen) an. Im Detail ist der Leerraumanteil α durch die folgende Formel F2 definiert. α = x/{x + (ρg/ρl) × (1 – x)} (F2)
Außerdem ist ρg in den Formeln F1, F2 die gasphasige Fluiddichte, ρl ist die flüssigphasige Fluiddichte, und P ist der Druck des Zweiphasenfluids.
Eine Ursache für die instabile Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt des Ejektors durch die Stoßwelle wird unter Verwendung von 20, 21 beschrieben. in den oberen Abschnitten von 20, 21 sind axiale Querschnittansichten eines allgemeinen Ejektors schematisch abgebildet. Um die Darstellung zu verdeutlichen, sind in 20, 21 Abschnitte, die die gleichen oder äquivalente Funktionen wie die eines Ejektors 18 in dieser Offenbarung ausüben, die nachstehend in den folgenden Ausführungsformen beschrieben werden, mit den gleichen Bezugszeichen wie denen des Ejektors 18 in dieser Offenbarung bezeichnet.
Das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der relativ niedrigen Qualität x (z. B. das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel, dessen Qualität x kleiner oder gleich 0,5 ist) strömt in einen Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18. In diesem Fall expandiert das Kältemittel in einer isentropen Weise in dem Düsenabschnitt 18a. Folglich wird die Qualität x des Kältemittels, das unmittelbar vor dem Einspritzen aus einer Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a steht, ein niedrigerer Wert als die Qualität x des Kältemittels, das in den Düsenabschnitt 18a strömt.
Das Einspritzkältemittel, das von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a eingespritzt wird, wird mit dem Ansaugkältemittel in dem gasphasigen Zustand vermischt, und somit wird seine Qualität x schlagartig erhöht, während seine Strömungsgeschwindigkeit verringert wird. Auf diese Weise wird, wie durch eine fette gestrichelte Linie in 20 angezeigt, auch die Zweiphasen-Schallgeschwindigkeit αh des vermischten Kältemittels des Einspritzkältemttels und des Ansaugkältemittels schlagartig erhöht.
Als ein Ergebnis wird in dem Fall, in dem das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der relativ niedrigen Qualität x in den Düsenabschnitt 18a strömt, die Strömungsgeschwindigkeit des vermischten Kältemittels unmittelbar, nachdem es von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c eingespritzt wird, niedriger als die Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh. Die Stoßwelle, die zu einer Zeit, zu der die Strömungsgeschwindigkeit des Zweiphasenkältemittels von dem Überschallgeschwindigkeitszustand in den Unterschallgeschwindigkeitszustand versetzt wird, erzeugt wird, wird in der allernächsten Nachbarschaft der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a erzeugt. Folglich hat die Stoßwelle einen kleinen Einfluss auf die Kältemitteldruckerhöhungsleistung eines Diffusorabschnitts 18g.
Als nächstes wird in dem Fall, in dem das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der relativ hohen Qualität x (z. B. das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel, dessen Qualität x größer oder gleich 0,8 ist) in den Düsenabschnitt 18a strömt, die Qualität x des Kältemittels, das unmittelbar vor dem Einspritzen aus der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a steht, ebenfalls hoch. Folglich wird ein Grad einer Zunahme der Qualität x zu einer Zeit, zu der das Einspritzkältemittel mit dem Ansaugkältemittel vermischt wird und das vermischte Kältemittel wird, im Vergleich zu einem Fall, in dem das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der relativ niedrigen Qualität x in den Düsenabschnitt 18a strömt, verringert.
Wie durch eine fette gestrichelte Linie in 21 angezeigt, wird somit ein Zunahmegrad der Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh des vermischten Kältemittels ebenfalls verringert. Im Vergleich zu dem Fall, in dem das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der relativ niedrigen Qualität x in den Düsenabschnitt 18a strömt, neigt eine Position, in der eine Strömungsgeschwindigkeit des vermischten Kältemittels einen niedrigeren Wert als die Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh hat (d. h. eine Position, an der die Stoßwelle erzeugt wird), dazu, sich von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c zu trennen.
Wenn die Position, an der die Stoßwelle erzeugt wird, sich von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c trennt und sich in die Nachbarschaft eines Einlassabschnitts des Diffusorabschnitts 18g oder in den Diffusorabschnitt 18g bewegt, wird die Strömungsgeschwindigkeit des vermischten Kältemittels, das durch den Diffusorabschnitt 18g strömt, durch eine Tätigkeit der Stoßwelle instabil, und die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g wird instabil.
Als ein Ergebnis ist der Diffusorabschnitt 18g des Ejektors 18 nicht länger fähig, die gewünschte Kältemitteldruckerhöhungsleistung auszuüben. In dem Ejektorkältekreislauf der Patentliteratur 1 kann ein Ergebnis bei der Verbesserung des COP, die erreicht wird, indem der Ejektor aufgenommen wird, nicht ausreichend erhalten werden. Außerdem haben die Erfinder bestätigt, dass die Kältemitteldruckerhöhungsleistung dazu neigt, instabil zu sein, wenn die Qualität x des vermischten Kältemittels in dem Ejektorkältekreislauf der Patentliteratur 1 größer oder gleich 0,8 ist.

(b) Das gasphasige Kältemittel wird kondensiert, während sein Druck in dem Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt ausgebildet ist, verringert wird.

Es wird eine Beschreibung einer Ursache gegeben, warum der Diffusorabschnitt des Ejektors unfähig ist, die gewünschte Kältemitteldruckerhöhungsleistung auszuüben, wenn das gasphasige Kältemittel kondensiert wird, während sein Druck in dem Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt ausgebildet ist, verringert wird, das heißt, wie in einem Druckverringerungsverfahren von einem Punkt d3 zu einem Punkt g3 in einem Mollier-Diagramm in 3, das in der Ausführungsform nachstehend beschrieben wird, angezeigt, wenn der Druck des Kältemittels durch den Düsenabschnitt in einer Weise verringert wird, um eine Sättigungsgaslinie zu durchqueren.
In dem Fall, in dem der Druck des Kältemittels, das in den Düsenabschnitt strömt, fest ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das unmittelbar vor der Einspritzung aus der Kühlmitteleinspritzöffnung steht, in Verbindung mit einer Enthalpieerhöhung des Kältemittels, das in den Düsenabschnitt strömt, erhöht und die Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem in dem Düsenabschnitt ausgebildeten Kältemitteldurchgang wird erhöht.
In dem allgemeinen Ejektor wird der Verlust der kinetischen Energie zu der Zeit, zu der der Druck des Kältemittels in dem Düsenabschnitt verringert wird, durch Ansaugen des Kältemittels von einer Kältemittelansaugöffnung durch die Saugwirkung des Einspritzkältemittels zurück gewonnen. Zu dieser Zeit wird eine rückgewonnene Energiemenge (d. h. eine verringerte Enthalpiemenge, die durch Δiej in 3 angezeigt ist) in dem Fall, in dem der Druck des Kältemittels, das in den Düsenabschnitt strömt, fest ist, in Verbindung mit der Enthalpieerhöhung des Kältemittels, das in den Düsenabschnitt strömt, erhöht.
Außerdem wird ein Maximalwert einer Strömungsgeschwindigkeit V des Einspritzkältemittels, das unmittelbar vor der Einspritzung aus der Kältemitteleinspritzöffnung des Düsenabschnitts steht, durch die folgende Formel F3 ausgedrückt. V = V0 + (2 × Δiej)0,5 (F3)
V0 ist eine Anfangsgeschwindigkeit des Kältemittels, das in den Düsenabschnitt strömt.
Wenn folglich das gasphasige Kältemittel, dessen Enthalpie größer als die des gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels ist, in den Düsenabschnitt strömt, neigt die Strömungsgeschwindigkeit V des Einspritzkältemittels dazu, erhöht zu werden, und die Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem in dem Düsenabschnitt bereitgestellten Kältemitteldurchgang neigt ebenfalls dazu, erhöht zu werden.
Wenn außerdem das gasphasige Kältemittel, das mit einer hohen Geschwindigkeit durch den in dem Düsenabschnitt bereitgestellten Kältemitteldurchgang strömt, kondensiert wird und das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit einem hohen Gas-Flüssigkeitsdichteverhältnis (z. B. das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel, dessen Gas-Flüssigkeitsdichteverhältnis größer oder gleich 200 ist) wird, wird die Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemitteldurchgang erheblich vergrößert und führt zu dem Verlust an kinetischer Energie des Kältemittels. Ein derartiger Verlust von kinetischer Energie verringert die Strömungsgeschwindigkeit des Einspritzkältemittels und verschlechtert ferner die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt.
Um angesichts der vorstehenden Punkte die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung des Ejektors, der das Kältemittel aus dem Verdampfer in den Düsenabschnitt strömen lässt, zu beschränken, stellen die Erfinder der gegenständlichen Anmeldung einen Ejektor bereit, der durch Hinzufügen von Verbesserungen zu dem Ejektor der Patentliteratur 1 ausgebildet wird.
(Erste Ausführungsform)
Hier nachstehend wird eine Beschreibung einer ersten Ausführungsform unter Verwendung von 1 bis 4 vorgenommen. In dieser Ausführungsform wird ein Ejektorkältekreislauf 10, der einen Ejektor 18 umfasst, als eine Fahrzeugkältekreislaufvorrichtung verwendet. Insbesondere erfüllt der Ejektorkältekreislauf 10 eine Funktion zum Kühlen einer Fahrzeugkabineninnenluft, die in ein Fahrzeuginneres geblasen werden soll, und eine Funktion zum Kühlen einer Innenluft eines Kastens, die in eine Fahrzeugkühlmaschine (d. h. Kühlbox) geblasen werden soll, die in der Fahrzeugkabine angeordnet ist.
In dem Ejektorkältekreislauf 10, der in einem Gesamtaufbaudiagramm von 1 abgebildet ist, saugt ein Kompressor 11 ein Kältemittel an, komprimiert das Kältemittel, bis das Kältemittel ein Hochdruckkältemittel wird, und gibt das Kältemittel ab. Insbesondere ist der Kompressor 11 dieser Ausführungsform ein elektrischer Kompressor, der durch Aufnehmen eines Kompressionsmechanismus mit fester Kapazität und eines Elektromotors, der den Kompressionsmechanismus antreibt, in einem Gehäuse aufgebaut ist.
Jeder von verschiedenen Arten von Kompressionsmechanismen, wie etwa ein Spiralkompressionsmechanismus und ein Scheibenkompressionsmechanismus, können als der Kompressionsmechanismus verwendet werden. Außerdem wird der Betrieb (d. h. die Drehzahl) des Elektromotors durch ein Steuersignal gesteuert, das von einer Steuervorrichtung ausgegeben wird, die nachstehend beschrieben wird, und jede Art eines Wechselstrommotors und eines Gleichstrommotors kann verwendet werden.
Außerdem kann der Kompressor 11 ein verbrennungsmotorbetriebener Kompressor sein, der durch die Drehantriebskraft angetrieben wird, die von einem Fahrzeugfahrverbrennungsmotor über eine Riemenscheibe, einen Riemen und ähnliches übertragen wird. Als diese Art von verbrennungsmotorbetriebenem Kompressor können ein Kompressor mit variabler Kapazität, der eine Kältemittelabgabekapazität durch eine Änderung der Abgabekapazität einstellen kann, ein Kompressor mit fester Kapazität, der die Kältemittelabgabekapazität durch Ändern einer Betriebsrate des Kompressors durch Verbinden/Trennen einer elektromagnetischen Kupplung einstellt, und ähnliche verwendet werden.
Außerdem wird ein HFC-basiertes Kältemittel (insbesondere R-134a) als das Kältemittel in dem Ejektorkältekreislauf 10 verwendet, und ein unterkritischer Dampfkompressionskältekreislauf, in dem der hochdruckseitige Kältemitteldruck den kritischen Druck des Kältemittels nicht übersteigt, wird aufgebaut. Außerdem wird Kältemaschinenöl, das den Kompressor 11 schmiert, in das Kältemittel gemischt, und etwas von dem Kältemaschinenöl zirkuliert zusammen mit dem Kältemittel durch den Kreislauf.
Eine Kältemitteleinlassseite eine Strahlers 12 ist mit einer Abgabeöffnungsseite des Kompressors 11 verbunden. Der Strahler 12 ist ein Strahlungswärmetauscher, der Wärme von einem Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, abstrahlt und das Hochdruckkältemittel durch Austauschen von Wärme zwischen dem Hochdruckkältemittel und der Fahrzeugaußenluft (d. h. Außenluft), die von einem Kühlventilator 12a geblasen wird, kühlt. Der Kühlventilator 12a ist ein elektrisches Gebläse, dessen Drehzahl (d. h. Luftvolumen) durch eine Steuerspannung, die von der Steuervorrichtung ausgegeben wird, gesteuert wird.
Eine Einlassseite einer hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 als ein erster Druckverringerungsabschnitt ist mit einer Kältemittelauslassseite des Strahlers 12 verbunden. Die hochstufenseitige Drosselvorrichtung 13 hat eine Temperaturabtasteinheit, die einen Überhitzungsgrad eines auslassseitigen Kältemittels eines ersten Verdampfers 15 auf der Basis einer Temperatur und eines Drucks des auslassseitigen Kältemittels des ersten Verdampfers 15 erfasst. Die hochstufenseitige Drosselvorrichtung 13 ist ein Temperatur-Expansionsventil, das eine Querschnittfläche eines Drosseldurchgangs durch einen mechanischen Mechanismus einstellt, so dass der Überhitzungsgrad des auslassseitigen Kältemittels des ersten Verdampfers 15 innerhalb einen vorgegebenen Referenzbereich fällt.
Eine Kältemitteleinlassöffnung eines Verzweigungsteils 14, der eine Strömung des aus der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 strömenden Kältemittels teilt, ist mit einer Auslassseite der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 verbunden. Der Verzweigungsteil 14 ist aus einer Dreiwegeverbindung aufgebaut, die drei Zuströmungs-/Ausströmungsöffnungen hat. Eine der drei Zuströmungs-/Ausströmungsöffnungen ist als eine Kältemitteleinlassöffnung festgelegt, während der Rest der zwei Zuströmungs-/Ausströmungsöffnungen als Kältemittelausströmungsöffnungen festgelegt sind. Eine derartige Dreiwegeverbindung kann durch Verbinden von Rohrleitungen mit verschiedenen Rohrleitungsdurchmessern ausgebildet werden oder kann durch Bereitstellen der mehreren Kältemitteldurchgänge an einem Metallblock oder einen Harzblock ausgebildet werden.
Eine Kältemitteleinlassseite des ersten Verdampfers 15 ist mit einer der Kältemittelauslassöffnungen des Verzweigungsteils 14 verbunden. Der erste Verdampfer 15 ist ein Wärmeaufnahmewärmetauscher, der ein Niederdruckkältemittel verdampft und eine Wärmeaufnahmewirkung ausübt, indem er Wärme zwischen dem Niederdruckkältemittel, dessen Druck in der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 verringert wurde, und der Fahrzeuginnenluft, die von einem ersten Gebläseventilator 15a in die Fahrzeugkabine geblasen werden soll, austauscht. Der erste Gebläseventilator 15a ist ein elektrisches Gebläse, dessen Drehzahl (d. h. Luftvolumen) durch eine Steuerspannung gesteuert wird, die von der Steuervorrichtung ausgegeben wird.
Eine Einlassseite einer niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 als ein zweiter Druckverringerungsabschnitt ist mit der anderen Kältemittelauslassöffnung des Verzweigungsteils 14 verbunden. Die niederstufenseitige Drosselvorrichtung 16 ist eine feste Drossel, deren Öffnungsgrad fest ist. Insbesondere können eine Düse, eine Mündung, ein Kapillarrohr oder ähnliches verwendet werden.
Eine Kältemitteleinlassseite eines zweiten Verdampfers 17 ist mit einer Auslassseite der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 verbunden. Der zweite Verdampfer 17 ist ein Wärmeaufnahmewärmetauscher, der das Niederdruckkältemittel verdampft und durch Austauschen von Wärme zwischen dem Niederdruckkältemittel, dessen Druck in der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 verringert wurde, und der Kasteninnenluft, die von einem zweiten Gebläseventilator 17a zirkuliert und in die Kühlbox geblasen werden soll, eine Wärmeaufnahmewirkung ausübt. Ein grundlegender Aufbau des zweiten Verdampfers 17 ist äquivalent zu dem des ersten Verdampfers 15.
Hier wird der Druck des Kältemittels, das in den zweiten Verdampfer 17 strömt, in der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 weiter verringert, nachdem er in der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 verringert wurde. Folglich ist der Kältemittelverdampfungsdruck (d. h. die Kältemittelverdampfungstemperatur) in dem zweiten Verdampfer 17 niedriger als der Kältemittelverdampfungsdruck (d. h. die Kältemittelverdampfungstemperatur) in dem ersten Verdampfer 15. Außerdem ist der zweite Gebläseventilator 17a ein elektrisches Gebläse dessen Drehzahl (d. h. Luftvolumen) durch eine Steuerspannung, die von der Steuervorrichtung ausgegeben wird, gesteuert wird.
Als nächstes ist eine Einlassseite eines Düsenabschnitts 18a des Ejektors 18 mit der Kältemittelauslassseite des ersten Verdampfers 15 verbunden. Der Ejektor 18 erfüllt eine Funktion als ein Dekompressor, der des strömungsabwärtsseitige Kältemittel des ersten Verdampfers 15 dekomprimiert, und erfüllt auch eine Funktion als ein Kältemittelzirkulationsabschnitt (d. h. ein Kältemitteltransportabschnitt), der das Kältemittel durch eine Saugwirkung des mit hoher Geschwindigkeit eingespritzten Einspritzkältemittels ansaugt (d. h. transportiert) und das Kältemittel durch den Kreislauf zirkulieren lässt.
Ein detaillierter Aufbau des Ejektors 18 wird unter Verwendung von 2 beschrieben. Der Ejektor 18 hat den Düsenabschnitt 18a und einen Körperabschnitt 18b. Zuerst wird der Düsenabschnitt 18a aus einem im Wesentlichen zylindrischen Metall (z. B. nichtrostende Stahllegierung) oder ähnlichem ausgebildet, des allmählich in Richtung einer Kältemittelströmungsabwärtsrichtung angeschrägt ist und das Kältemittel in einer isentropen Weise in einem Kältemitteldurchgang (d. h. Drosseldurchgang), der auf der Innenseite ausgebildet ist, dekomprimiert und expandiert.
In dem Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildet ist, sind ein Halsabschnitt (d. h. Abschnitt mit mnimaler Querschnittfläche) und ein Aufweitungsabschnitt bereitgestellt. In dem Halsabschnitt ist eine Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche maximal verkleinert. In dem Aufweitungsabschnitt nimmt die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche von dem Halsabschnitt in Richtung einer Kältemitteleinspritzöffnung 18c, die das Kältemittel als das Einspritzkältemittel einspritzt, allmählich zu. Das heißt, der Düsenabschnitt 18a dieser Ausführungsform ist als eine sogenannte Lavaldüse aufgebaut.
Gemäß dem Düsenabschnitt 18a dieser Ausführungsform kommt des Einspritzkältemittel während eines Normalbetriebs des Ejektorkältekreislaufs 10 in einen gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand. Außerdem wird eine Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das unmittelbar vor der Einspritzung aus der Kältemitteleinspritzöffnung 18c steht, ein Wert (in einem Überschallgeschwindigkeitszustand), der größer oder gleich der Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh ist, die für die vorstehend erwähnte Formel F1 beschrieben wurde.
Als nächstes wird der Körperabschnitt 18b aus einem im Wesentlichen zylindrischen Metall (z. B. Aluminium) oder einem Harz ausgebildet, wirkt als ein Befestigungselement, das den Düsenabschnitt 18a auf seiner Innenseite hält und fixiert, und bildet eine Außenschale des Ejektors 18. Insbesondere wird der Düsenabschnitt 18a durch Presspassen oder ähnliches fixiert, um auf der Innenseite des Körperabschnitts 18b auf einer Endseite in der Längsrichtung aufgenommen zu werden.
Außerdem ist ein Abschnitt einer Außenumfangsseitenoberfläche des Körperabschnitts 18b, der der Außenumfangsseite des Düsenabschnitts 18a entspricht, mit einer Kältemittelansaugöffnung 18d ausgebildet, die derart bereitgestellt ist, dass sie ihn durchdringt und mit der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a in Verbindung bringt. Die Kältemittelansaugöffnung 18d ist ein Durchgangsloch, durch das aus dem zweiten Verdampfer 17 strömendes Kältemittel durch die Saugwirkung des Einspritzkältemittels in den Ejektor 18 als das Ansaugkältemittel angesaugt wird.
Außerdem werden auf der Innenseite des Körperabschnitts 18b ein Mischabschnitt 18e, der das Einspritzkältemittel und das Ansaugkältemittel vermischt, ein Ansaugdurchgang 18f, der das Ansaugkältemittel zu dem Mischabschnitt 18e leitet, und ein Diffusorabschnitt 18g als der Druckerhöhungsabschnitt, der den Druck des vermischten Kältemittels, das in dem Mischabschnitt 18e vermischt wurde, erhöht, ausgebildet.
Der Ansaugdurchgang 18f ist durch einen Raum zwischen einer Außenumfangsseite nahe einer Spitze in einer angeschrägten Form des Düsenabschnitts 18a und einer Innenumfangsseite des Körperabschnitts 18b ausgebildet. Eine Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Ansaugdurchgangs 18f nimmt in Richtung der Kältemittelströmungsabwärtsrichtung allmählich ab. Auf diese Weise nimmt eine Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels, das durch den Ansaugdurchgang 18f strömt, allmählich zu, und der Energieverlust (d. h. Mischverlust) zu einer Zeit, zu der das Ansaugkältemittel und das Einspritzkältemittel in dem Mischabschnitt 18e vermischt werden, wird dadurch verringert.
Von einem Innenraum des Körperabschnitts 18b wird der Mischraum 18e in einem Raum ausgebildet, der innerhalb eines Bereichs von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a zu einem Einlassabschnitt 18h des Diffusorabschnitts 18g in einem Querschnitt des Düsenabschnitts 18a in einer Axialrichtung liegt. Außerdem wird ein axialer Abstand La des Düsenabschnitts 18a, der von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c in dem Mischabschnitt 18e zu dem Einlassabschnitt 18h ist, derart bestimmt, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des in den Einlassabschnitt 18h strömenden Kältemittels kleiner oder gleich der Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh wird.
Insbesondere hat ein Kreis in einem Querschnitt des Düsenabschnitts 18a, der senkrecht zu seiner Axialrichtung ist und der die Kältemitteleinspritzöffnung 18c umfasst, einen Gesamtwert einer kreisförmigen Öffnungsquerschnittfläche der Kältemitteleinspritzöffnung 18c und eine bogenförmige Kältemtteldurchgangsquerschnittfläche des Ansaugdurchgangs 18f als seine Fläche. Wenn elf entsprechender Durchmesser eines derartigen Kreises als ϕDa festgelegt wird, wird der Abstand La bestimmt, so dass er die folgende Formel F4 erfüllt. La/ϕDa ≤ 1 (F4)
In dieser Ausführungsform wird insbesondere der Abstand La bestimmt, so dass er La/ϕDa = 1 erfühlt (z. B. sind der entsprechende Durchmesser ϕDa und der Abstand La jeweils 8 mm). Jedoch können der entsprechende Durchmesser ϕDa und der Abstand La jeweils auf 9 mm und 7 mm festgelegt werden.
Außerdem hat der Mischabschnitt 18e dieser Ausführungsform eine Form, um die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in einer Kältemittelströmungsrchtung zu verkleinern. insbesondere hat der Mischabschnitt 18e eine Form, die durch eine Kombination aus (i) einer Kegelstumpfform, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmung allmählich abnimmt, und (ii) einer Säulenform, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnitifläche fest ist, definiert ist. Überdies ist der Mischabschnitt 18e in einer Form ausgebildet, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Einlassabschnitts 18h des Diffusorabschnitts 18g kleiner als die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche der Kältemitteleinspritzöffnung 18c ist.
Wenn außerdem, wie in 2 gezeigt, eine axiale Länge des Düsenabschnitts 18a in einem säulenförmigen Abschnitt des Mischabschnitts 18e als Lb festgelegt wird und ein Durchmesser des säulenförmigen Abschnitts (entspricht einem Durchmesser des Einlassabschnitts 18h des Diffusorabschnitts 18g) als ϕDb festgelegt wird, wird der Abstand Lb derart bestimmt, dass er die folgende Formel F5 erfüllt: Lb/ϕDb ≤ 1 (F5)
In dieser Ausführungsform wird der Abstand Lb spezifischer derart bestimmt, dass Lb/ϕDb = 1 erfüllt wird (z. B. sind der Durchmesser ϕDb und der Abstand Lb jeweils 7 mm). Jedoch können zum Beispiel der Durchmesser ϕDb und der Abstand Lb jeweils auf 7 mm und 6 mm festgelegt werden.
Der Diffusorabschnitt 18g ist eingerichtet, um von einem Auslass des Mischabschnitts 18e fortgesetzt zu werden, und ist derart ausgebildet, dass die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung allmählich zunimmt. Folglich erfüllt der Diffusorabschnitt 18g eine Funktion zum Umwandeln von Geschwindigkeitsenergie des gemischten Kältemittels nach dem Strömen aus dem Mischabschnitt 18e in Druckenergie, das heißt, eine Funktion zur Erhöhung des Drucks des vermischten Kältemittels durch Verringern der Strömungsgeschwindigkeit des vermischten Kältemittels.
Wie in 2 gezeigt, wird insbesondere eine Wandoberflächenform einer Innenumfangswandoberfläche des Körperabschnitts 18b, die den Diffusorabschnitt 18g dieser Ausführungsform bildet, durch Kombinieren mehrerer Krümmungen ausgebildet. Ein Ausdehnungsgrad der Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in dem Diffusorabschnitt 18g nimmt in Richtung der Kältemittelströmungsabwärtsrichtung allmählich zu und wird dann wieder verringert. Auf diese Weise kann der Druck des Kältemittels auf die isentrope Weise erhöht werden.
Eine Ansaugöffnung des Kompressors 11 ist mit einer Kältemittelauslassseite des Diffusorabschnitts 18g des Ejektors 18 verbunden.
Als nächstes wird eine elektrische Steuereinheit dieser Ausführungsform beschrieben. Die Steuervorrichtung, die nicht abgebildet ist, ist aus einem wohlbekannten Mikrocomputer aufgebaut, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und ähnliche und eine periphere Schaltung dazu umfasst. Die Steuervorrichtung führt auf der Basis eines in ihrem Rom gespeicherten Steuerprogramms verschiedene Arten von Berechnungen und Verarbeitungen durch und steuert den Betrieb verschiedener Arten von Steuerzielgeräten 11, 12a, 15a, 17a und ähnlichen, die mit einer Ausgangsseite verbunden sind.
Außerdem ist eine Sensorgruppe aus einem Innenlufttemperatursensor, einem Außenlufttemperatursensor, einem Sonnenstrahlungssensor, einem ersten Verdampfertemperatursensor, einem zweiten Verdampfertemperatursensor, einem auslassseitigen Temperatursensor, einem auslassseitigen Drucksensor, einem Innentemperatursensor des Kastens und ähnlichen mit der Steuervorrichtung verbunden und Erfassungswerte der Sensorwerte werden in sie eingegeben. Der Innenlufttemperatursensor erfasst eine Fahrzeuginnentemperatur. Der Außenlufttemperatursensor erfasst eine Außenlufttemperatur. Der Sonnenstrahlungssensor erfasst eine Menge der Sonnenstrahlung in das Fahrzeuginnere. Der erste Verdampfertemperatursensor erfasst eine Ausblaslufttemperatur des ersten Verdampfers 15 (d. h. eine Verdampfertemperatur). Der zweite Verdampfertemperatursensor erfasst eine Ausblaslufttemperatur des zweiten Verdampfers 17 (d. h. die Verdampfertemperatur). Der auslassseitige Temperatursensor erfasst eine Temperatur des auslassseitigen Kältemittels des Strahlers 12. Der auslassseitige Drucksensor erfasst den Druck des auslassseitigen Kältemittels des Strahlers 12. Der Innentemperatursensor des Kastens erfasst eine Kastentemperatur der Kühlbox.
Außerdem ist ein Bedienfeld, das nicht abgebildet ist und in der Nähe eines Armaturenbretts auf der Vorderseite des inneren der Fahrzeugkabine angeordnet ist, mit einer Eingangsseite der Steuervorrichtung verbunden, und Bediensignale von verschiedenen Bedienschaltern, die auf dem Bedienfeld bereitgestellt sind, werden in die Steuervorrichtung eingegeben. Als die verschiedenen Bedienschalter, die in dem Bedienfeld bereitgestellt sind, sind ein Klimaanlagenbedienschalter zum Anfordern der Klimatisierung des Inneren der Fahrzeugkabine, ein Fahrzeuginnentemperaturfestlegungsschalter zum Festlegen der Fahrzeuginnentemperatur und ähnliche bereitgestellt.
In der Steuervorrichtung dieser Ausführungsform sind die Steuereinheiten zum Steuern verschiedener Betriebe von Steuerzielgeräten, die mit ihrer Ausgangsseite verbunden sind, integral aufgebaut. In der Steuervorrichtung bildet ein Aufbau (d. h. Hardware und Software) zum Steuern des Betriebs jeder Art von Steuerzielgerät die Steuereinheit jeder Art des Steuerzielgeräts. Zum Beispiel bildet in dieser Ausführungsform ein Aufbau (d. h. Hardware und Software) zum Steuern des Betriebs des Kompressors 11 eine Abgabefähigkeitssteuereinheit.
Als nächstes wird der Betrieb dieser Ausführungsform in dem vorstehenden Aufbau unter Verwendung des Mollier-Diagramms in 3 beschrieben. Wenn zuerst der Betriebsschalter des Bedienfelds eingeschaltet wird (EIN), betreibt die Steuervorrichtung den Elektromotor des Kompressors 11, den Kühlventilator 12a, den ersten Gebläseventilator 15a, den zweiten Gebläseventilator 17a und ähnliche. Folglich saugt der Kompressor 11 das Kältemittel ein, komprimiert es und gibt es ab.
Das gasphasige Kältemittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wurde und in einem Hochtemperatur-Hochdruckzustand ist (Punkt a3 in 3), strömt in den Strahler 12, tauscht Wärme mit der Luft (d. h. der Außenluft) aus, die von dem Kühlventilator 12a geblasen wurde, strahlt Wärme ab und wird kondensiert (Punkt a3 -> Punkt b3 in 3).
Das aus dem Strahler 12 strömende Kältemittel strömt in die hochstufenseitige Drosselvorrichtung 13 und sein Druck wird auf isentrope Weise (Punkt b3 -> Punkt c3 in 3) verringert. Zu dieser Zeit wird ein Öffnungsgrad der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 derart eingestellt, dass der Überhitzungsgrad des auslassseitigen Kältemittels des ersten Verdampfers 15 (Punkt d3 in 3) innerhalb einen vorgegebenen spezifizierten Bereich fällt.
Die Strömung des Kältemittels, dessen Druck in der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 verringert wurde, wird in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt. Eines der Kältemittel, die in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt wurden, strömt in den ersten Verdampfer 15, nimmt Wärme aus der Fahrzeugkabineninnenluft, die von dem ersten Gebläseventilator 15a geblasen wurde, auf und wird verdampft (Punkt c3 -> Punkt d3 in 3). Auf diese Weise wird die Fahrzeugkabineninnenluft gekühlt.
Das andere der Kältemittel, die in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt wurden, strömt in die niederstufenseitige Drosselvorrichtung 16 und sein Druck wird weiter auf die isentrope Weise verringert (Punkt c3 -> Punkt e3 in 3). Das Kältemittel, dessen Druck in der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 verringert wurde, strömt in den zweiten Verdampfer 17, nimmt Wärme aus der Kasteninnenluft auf, die von dem zweiten Gebläseventilator 17a zirkuliert und geblasen wurde, und wird verdampft (Punkt e3 -> Punkt f3 in 3). Auf diese Weise wird die Kasteninnenluft gekühlt.
Außerdem strömt das gasphasige Kältemittel, das aus dem ersten Verdampfer 15 strömt und den Überhitzungsgrad hat, in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18, sein Druck wird auf die isentrope Weise verringert, und das Kältemittel wird als das Einspritzkältemittel eingespritzt (Punkt d3 -> Punkt g3 in 3). Dann wird das aus dem zweiten Verdampfer 17 strömende Kältemittel als das Ansaugkältemittel in die Kältemittelansaugöffnung 18d des Ejektors 18 gesaugt.
Das Einspritzkältemittel und das Ansaugkältemittel werden in dem Mischabschnitt 18e des Ejektors 18 vermischt und strömen in den Diffusorabschnitt 18 (Punkt g3 -> Punkt h3, Punkt f3 -> Punkt h3 in 3).
In dem Diffusorabschnitt 18g wird die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels aufgrund der Zunahme der Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in die Druckenergie umgewandelt. Folglich wird der Druck des vermischten Kältemittels aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel erhöht (Punkt h3 -> Punkt i3 in 3). Das aus dem Diffusorabschnitt 18g strömende Kältemittel wird in den Kompressor 11 gesaugt und wird erneut komprimiert (Punkt i3 -> Punkt a3 in 3).
Wie bisher beschrieben, ist der Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform fähig, die Fahrzeuginnenluft, die in die Fahrzeugkabine geblasen wird, und die Kasteninnenluft, die zirkuliert und in die Kühlbox geblasen wird, zu kühlen. Zu dieser Zeit ist der ältemittelverdampfungsdruck (d. h. die Kältemittelverdampfungstemperatur) des zweiten Verdampfers 17 niedriger als der Kältemittelverdampfungsdruck (d. h. die Kältemittelverdampfungstemperatur) des ersten Verdampfers 15. Folglich können das Fahrzeuginnere und das Innere der Kühlbox in verschiedenen Temperaturbereichen gekühlt werden.
Außerdem wird in dem Ejektorkältekreislauf 10 das Kältemittel, dessen Druck in dem Diffusorabschnitt 18g des Ejektors 18 erhöht wurde, in den Kompressor 11 gesaugt. Folglich kann der Leistungskoeffizient (COP) des Kreislaufs durch Verringern der von dem Kompressor 11 verbrauchten Leistung verbessert werden.
Hier neigt die Qualität x des in dem Mischabschnitt 18e vermischten Kältemittels wie in dem Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform in dem Fall, in dem das aus dem ersten Verdampfer 15 strömende gasphasige Kältemittel mit dem Überhitzungsgrad in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömt, ebenfalls dazu, einen relativ hohen Wert zu haben (z. B. ist die Qualität x größer oder gleich 0,8).
Wenn, wie gerade beschrieben, das vermischte Kältemittel das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der relativ hohen Qualität x wird, wird die Kältemittetdruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g, wie unter Verwendung von 20, 21 beschrieben, instabil.
Im Gegensatz dazu wird gemäß dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform der Abstand La, der ein Abstand von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a zu dem Einlassabschnitt 18h des Diffusorabschnitts 18g in dem Mischabschnitt 18e in der Axialrichtung des Düsenabschnitts 18a ist, derart bestimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des in den Einlassabschnitt 18h strömenden Kältemittels kleiner oder gleich der Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh wird.
Folglich kann die Stoßwelle, die zu der Zeit erzeugt wird, zu der das vermischte Kältemittel von dem Überschallgeschwindigkeitszustand in den Unterschallgeschwindigkeitszustand versetzt wird, in dem Mischabschnitt 18e erzeugt werden.
Folglich kann die Erzeugung der Stoßwelle in dem Diffusorabschnitt 18g beschränkt werden, und die Instabilität der Strömungsgeschwindigkeit des vermischten Kältemittels, das durch den Diffusorabschnitt 18g strömt, aufgrund einer Wirkung der Stoßwelle kann beschränkt werden. Als ein Ergebnis kann selbst der Ejektor 18, der das aus dem ersten Verdampfer 15 strömende Kältemittel in den Düsenabschnitt 18a strömen lässt, die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g stabilisieren. Folglich kann die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung des Ejektors 18 beschränkt werden.
Außerdem wird der Abstand La derart bestimmt, dass er die vorstehende Formel F4 erfüllt. Folglich kann die Stoßwelle, die zu der Zeit erzeugt wird, zu der das vermischte Kältemittel von dem Überschallgeschwindigkeitszustand in den Unterschallgeschwindigkeitszustand versetzt wird, in dem Mischabschnitt 18e erzeugt werden. Außerdem kann eine unnötige Vergrößerung in der axialen Länge des Ejektors 18 beschränkt werden.
In dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform hat der Mischabschnitt 18e eine Form, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung allmählich abnimmt. Außerdem ist die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Einlassabschnitts 18h des Diffusorabschnitts 18g kleiner festgelegt als die Kältemitteldurchgangsquerschnitffläche der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a.
Folglich wird die Strömungsgeschwindigkeit in dem Mischabschnitt 18e dieser Ausführungsform wirksam verringert und die Strömungsgeschwindigkeit des vermischten Kältemittels wird kleiner oder gleich der Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh, bevor das vermischte Kältemittel den Einlassabschnitt 18h des Diffusorabschnitts 18g erreicht.
Überdies ist es gemäß der Untersuchung durch den Erfinder dieser Offenbarung offensichtlich, dass die Strömungsgeschwindigkeit des vermischten Kältemittels sich effektiv verringern kann, (i) indem die Form des Mischabschnitts 18e als eine Form festgelegt wird, in der die Kegelstumpfform, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche sich in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung allmählich verringert, und die Säulenform, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche fest ist, kombiniert werden, und (ii) indem der Abstand Lb in einer Weise bestimmt wird, um die vorstehende Formel F5 zu erfüllen.
Folglich kann gemäß dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, der Energieumwandlungswirkungsgrad (d. h. der Ejektorwirkungsgrad ηej) im Vergleich zu der Hintergrundtechnik erheblich verbessert werden. Als ein Ergebnis kann in dem Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform ein Ergebnis der Verbesserung des COP, die durch Aufnehmen des Ejektors 18 erreicht wird, ausreichend erhalten werden.
Der Ejektorwirkungsgrad ηej ist durch die folgende Formel F6 definiert. ηej = {Δhd × (Gn + Ge)}/(Δiej × Gn) (F6)
Hier ist Gn ein Einspritzkältemitteldurchsatz, der von dem Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 eingespritzt wird, und ist auch ein Durchsatz des Kältemittels, das durch den ersten Verdampfer 15 strömt. Außerdem ist Ge ein Ansaugkältemitteldurchsatz, der von der Kältemittelansaugöffnung 18d des Ejektors 18 angesaugt wird, und ist auch ein Durchsatz des Kältemittels, das durch den zweiten Verdampfer 17 strömt.
Wie in 3 gezeigt, ist Δhd eine erhöhte Enthalpiemenge zu einer Zeit, zu der der Druck des Kältemittels auf die isentrope Weise in dem Diffusorabschnitt 18g des Ejektors 18 erhöht wird. Wie in 3 gezeigt, ist Δiej eine verringerte Enthalpiemenge zu einer Zeit, zu der der Druck des Kältemittels auf die isentrope Weise in dem Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 verringert wird.
(Zweite Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in dem ein Aufbau eines Ejektors 18, wie in 5 gezeigt, gegenüber dem in der ersten Ausführungsform geändert ist. In 5 und anderen Zeichnungen, die nachstehend beschrieben werden, werden die gleichen oder äquivalente Abschnitte zu denen in der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Insbesondere ist in dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform ein angeschrägter Abschnitt 18i, in dem eine Kältemitteidurchgangsquerschnittfläche sich in Richtung einer Kältemitteleinspritzöffnung 18c allmählich verringert, als ein Kältemitteldurchgang ausgebildet, der in einem Düsenabschnitt 18a ausgebildet ist. Das heißt, der Düsenabschnitt 18a dieser Ausführungsform ist eine sogenannte angeschrägte Düse. Außerdem ist ein Einspritzabschnitt 18j auf der tiefsten strömungsabwärtigen Seite des Kältemitteldurchgangs ausgebildet, der in dem Düsenabschnitt 18a dieser Ausführungsform ausgebildet ist.
Der Einspritzabschnitt 18j ist ein Raum, der das Kältemittel von einem strömungsabwärtigsten Abschnitt des angeschrägten Abschnitts 181 in Richtung der Kältemitteleinspritzöffnung 18c leitet. Folglich kann eine Sprühform oder eine Ausdehnungsrichtung eines Einspritzkältemittels, das von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c eingespritzt wird, gemäß einem Winkel (d. h. einen Ausdehnungswinkel) θn des Einspritzabschnitts 18j in einem axialen Querschnitt des Düsenabschnitts 18a geändert werden. Das heißt, der Einspritzabschnitt 18j kann auch als ein Raum ausgedrückt werden, der eine Einspritzrichtung des von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c eingespritzten Kältemittels reguliert.
Der Einspritzabschnitt 18j ist derart ausgebildet, dass sein Innendurchmesser fest ist oder in Richtung einer strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung allmählich zunimmt. in dieser Ausführungsform ist der Winkel θn des Einspritzabschnitts 18j in dem axialen Querschnitt des Düsenabschnitts 18a auf 0° festgelegt. Das heißt, der Einspritzabschnitt 18j dieser Ausführungsform wird durch einen säulenförmigen Raum gebildet, der sich in einer Axialrichtung des Düsenabschnitts 18a erstreckt und eine feste Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche hat. Um den Winkel θn zu erläutern, ist der Winkel θn in 5 als ein geringer Wert (etwa 1°) dargestellt.
Wenn außerdem, wie in 5 gezeigt, auf eine axiale Länge des Einspritzabschnitts 18j, der in dem Kältemitteldurchgang ausgebildet ist, der in dem Düsenabschnitt 18a bereitgestellt wird, als Lc Bezug genommen wird und wenn auf einen entsprechenden Durchmesser einer Öffnungsfläche der Kältemitteleinspritzöffnung 18c als ϕDc Bezug genommen wird, wird der Abstand Lc derart bestimmt, dass die folgende Formel F7 erfüllt wird. Lc/ϕDc ≤ 1 (F7)
In dieser Ausführungsform wird der Abstand Lc insbesondere derart bestimmt, dass Lc/ϕDc = 0,67 erfüllt wird. Jedoch kann Lc derart bestimmt werden, dass Lc/ϕDc = 1 erfüllt wird.
In dem Düsenabschnitt 18a dieser Ausführungsform ist der Kältemitteldurchgang, der darin ausgebildet ist, wie vorstehend beschrieben ausgebildet. Auf diese Weise wird das Kältemittel, das von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c in einen Mischabschnitt 18e eingespritzt wird, frei expandiert.
Die Aufbauten und der Betrieb des Rests des Ejektors 18 und eines Ejektorkältekreislaufs 10 sind ähnlich denen in der ersten Ausführungsform. Wenn folglich der Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform betrieben wird, können ähnlich der ersten Ausführungsform die Fahrzeuginnenluft, die in ein Fahrzeuginneres gebissen wird, und die Kasteninnenluft, die zirkuliert und in eine Kühlbox geblasen wird, gekühlt werden.
Jedoch neigt eine Strömungsgeschwindigkeit des Einspritzkältemittels, unmittelbar, nachdem es von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c eingespritzt wurde, wie in dem Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform in dem Fall, in dem ein gasphasiges Kältemittel, das aus einem ersten Verdampfer 15 strömt und einen Überhitzungsgrad hat, in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömt, dazu hoch zu sein. Außerdem gibt es einen Fall, in dem das Kältemittel, das durch den Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildet ist, strömt, ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel mit einem hohen Gas-Flüssigkeitsdichteverhältnis wird.
Wenn ein derartiges gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel mit dem hohen Gas-Flüssigkeitsdichteverhältnis mit einer hohen Geschwindigkeit durch den in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildeten Kältemitteldurchgang strömt, wird die Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemitteldurchgang erheblich erhöht und führt zu einem Verlust an kinetischer Energie des Kältemittels. Folglich verschlechtert sich die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in einem Diffusorabschnitt 18g.
Im Gegensatz dazu ist gemäß dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform der Einspritzabschnitt 18j in dem Düsenabschnitt 18a bereitgestellt, der als die angeschrägte Düse aufgebaut ist, und das vermischte Kältemittel, das von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c in den Mischabschnitt 18e eingespritzt wird, wird frei expandiert. Folglich kann das Einspritzkältemittel an dem Mischabschnitt 18e beschleunigt werden, ohne einen Aufweitungsabschnitt wie in einer Lavaldüse bereitzustellen. Das heißt, das Kältemittel kann beschleunigt werden, ahne die Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemitteldurchgang zu erzeugen, die erzeugt wird, wenn das Kältemittel derart beschleunigt wird, dass es in dem Aufweitungsabschnitt der Lavaldüse eine Überschallgeschwindigkeit hat.
Daher kann der Verlust an kinetischer Energie des durch den Kältemitteldurchgang strömenden Kältemittels beschränkt werden, indem die Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemitteldurchgang beschränkt wird, und die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Einspritzkältemittels kann somit beschränkt werden. Als ein Ergebnis kann der Ejektor 18, der das aus dem ersten Verdampfer 15 strömende Kältemittel in den Düsenabschnitt 18a strömen lässt, die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung des Ejektors 18 durch Verringern des Verlusts der Energie des Kältemittels in dem Düsenabschnitt 18a beschränken.
Außerdem kann gemäß dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g ähnlich der ersten Ausführungsform stabilisiert werden, und der Ejektorwirkungsgrad ηej in dem Ejektor 18 kann verbessert werden. Folglich kann in dem Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform ein Ergebnis der Verbesserung eines COP, die erreicht wird, indem der Ejektor 18 aufgenommen wird, ausreichend erhalten werden.
In dieser Ausführungsform wurde die Beschreibung des Beispiels gegeben, in dem der Winkel θn des Einspritzabschnitts 18j in dem axialen Querschnitt des Düsenabschnitts 18a auf 0° festgelegt wird. Jedoch kann der Winkel θn größer als 0° festgelegt werden, solange das Kältemittel, das von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c eingespritzt wird, frei expandiert werden kann. Das heißt, der Einspritzabschnitt 18j kann durch einen kegelstumpfförmigen Raum ausgebildet werden, dessen Innendurchmesser in Richtung einer strömungsabwärtigen Richtung der Kältemittelströmung allmählich zunimmt.
(Dritte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in dem ein Aufbau eines Ejektors 18 gegenüber dem in der ersten Ausführungsform, wie in 6, 7 gezeigt, geändert ist. Insbesondere ist in dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform ein Wirbelraum 18k, in dem ein Kältemittel, das aus einer Kältemitteleinlassöffnung 18l in ihn strömt, um eine Achse eines Düsenabschnitts 18a wirbelt, auf einer strömungsaufwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung eines Halsabschnitts (d. h. eines Durchgangsabschnitts mit minimaler Querschnittfläche) eines Kältemitteldurchgangs bereitgestellt, der in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildet ist.
Im Detail ist der Wirbelraum 18k auf der Innenseite eines zylindrischen Abschnitts 18m ausgebildet, der auf der strömungsaufwärtigen Seite in dem Düsenabschnitt 18a in der Kältemittelströmungsrichtung bereitgestellt ist. Der zylindrische Abschnitt 18m bildet ein in den Patentansprüchen beschriebenes Wirbelraumausbildungselement. Folglich sind in dieser Ausführungsform das Wirbelraumausbildungselement und der Düsenabschnitt integral aufgebaut.
Der Wirbelraum 18k ist in einer Drehkörperform ausgebildet und seine Mittelachse erstreckt sich in einer Koaxialform mit dem Düsenabschnitt 18a. Die Drehkörperform ist eine stereoskopische Form, die ausgebildet wird, wenn eine ebene Figur um eine gerade Linie (d. h. eine Mittelachse) auf der gleichen Ebene gedreht wird. Insbesondere ist der Wirbelraum 18k dieser Ausführungsform in einer im Wesentlichen säulenförmigen Form ausgebildet.
Außerdem erstreckt sich ein Kältemittelzuströmungsdurchgang 18n, der zwischen der Kältemitteleinlassöffnung 18l und dem Wirbelraum 18k verbindet, wie in 7 gezeigt, in einer Richtung der Mittelachse des Wirbelraums 18k gesehen in eine Tangentialrichtung einer Innenwandoberfläche des Wirbelraums 18k. Folglich strömt das Kältemittel, das von der Kältemitteleinlassöffnung 18l in den Wirbelraum 18k strömt, entlang der Innenwandoberfläche des Wirbelraums 18k und wirbelt in dem Wirbelraum 18k.
Her wirkt eine Zentrifugalkraft auf das Kältemittel, das in dem Wirbelraum 18k wirbelt. Folglich wird der Kältemittelduck in dem Wirbelraum 18k auf der Mittelachsenseite niedriger als der Kältemitteldruck auf einer Außenumfangsseite. Aus diesem Grund wird in dieser Ausführungsform der Kältemitteldruck auf der Mittelachsenseite in dem Wirbelraum 18k während eines Normalbetriebs verringert, so dass das Kältemittel auf der Mittelachsenseite in dem Wirbelraum 18k auf der Gas-Flüssigkeits-Zweiphasenseite von einer Sättigungsgaslinie ist, das heißt, so dass das Kältemittel auf der Mittelachsenseite in dem Wirbelraum 18k beginnt, kondensiert zu werden.
Eine derartige Einstellung des Kältemitteldrucks auf der Mittelachsenseite in dem Wirbelraum 18k kann durch Einstellen einer Wirbelströmungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das in dem Wirbelraum 18k wirbelt, realisiert werden. Außerdem kann die Einstellung der Wirbelströmungsgeschwindigkeit zum Beispiel durch Einstellen eines Verhältnisses einer Strömungskanalquerschnittfläche zwischen einer Durchgangsquerschnittfläche des Kältemittelzuströmungsdurchgangs 18n und einer Querschnittfläche des Wirbelraums 18k, die senkrecht zu der Axialrichtung ist, oder durch Einstellen eines Öffnungsgrads einer hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13, die auf einer strömungsaufwärtigen Seite des Düsenabschnitts 18a angeordnet ist, durchgeführt werden.
Die Aufbauten und der Betrieb des Rests des Ejektors 18 und eines Ejektorkältekreislaufs 10 sind ähnlich denen der ersten Ausführungsform. Wenn folglich der Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform betrieben wird, können ähnlich der ersten Ausführungsform Fahrzeuginnenluft, die in ein Fahrzeuginneres geblasen wird, und Kasteninnenluft, die zirkuliert und in eine Kühlbox geblasen wird, gekühlt werden.
in dem Fall, in dem ein gasphasiges Kältemittel, das aus einem ersten Verdampfer 15 strömt und einen Überhitzungsgrad hat, in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömt, wird das Kältemittel wie in dem Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, kondensiert und beschleunigt, während sein Druck in dem Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 ausgebildet ist, verringert wird.
In einem derartigen Ejektor 18 kann der Energieverlust aufgrund der Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemitteldurchgang auftreten. Wenn außerdem das gasphasige Kältemittel, das durch den in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildeten Kältemitteldurchgang strömt, kondensiert wird, kann, wie durch einen Punkt d25 -> einen Punkt g25 in 25 angezeigt, eine Kondensationsverzögerung, in der die Kondensation selbst in einem gesättigten Zustand nicht sofort begonnen wird und das Kältemittel in einen übersättigten Zustand gebracht wird, auftreten.
25 ist ein Mollier-Diagramm, das eine Änderung in einem Zustand des Kältemittels in dem Fall abbildet, in dem die Kondensationsverzögerung auftritt. Das Kältemittel in dem gleichen Zustand wie dem in 3 wird mit dem gleichen Bezugszeichen (d. h. Alphabet) bezeichnet, wie dem in 3 und nur ein Suffix (d. h., Zahl) wird geändert. Das Gleiche gilt für die anderen Mollier-Diagramme.
Eine Ursache für eine derartige Kondensationsverzögerung wird beschrieben. Wenn eine Kraft zwischen Molekülen, die eine Van-der-Waals-Kraft ist, untersucht wird, wird, wie in dem Mollier-Diagramm in 25 gezeigt, eine Isotherme eines gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels als eine Kurve gezeichnet, die von einer Gleichdrucklinie abweicht.
Folglich wechselt das Kältemittel in einem Bereich, in dem seine Enthalpie ein wenig gegenüber der der Sättigungsgaslinie verringert ist, in einen metastabilen Zustand, in dem das Kältemittel nicht kondensiert werden kann, es sei denn, seine Temperatur wird verringert, so dass sie niedriger als die Temperatur auf der Sättigungsgaslinie mit dem gleichen Druck ist. Wenn folglich das gasphasige Kältemittel in den Düsenabschnitt 18a strömt, tritt die Kondensationsverzögerung, in der die Kondensation des Kältemittels in dem metastabilen Zustand nicht begonnen wird, bis seine Temperatur in einem gewissen Maß verringert ist, auf.
Wenn ferner die Kondensationsverzögerung auftritt, wird die Enthalpie eines Einspritzkältemittels im Vergleich zu einem Fall, in dem das Kältemittel in einer isentropen Weise in dem Düsenabschnitt 18a expandiert wird, erhöht (erhöhte Enthalpiemenge entspricht Δhx in 25). Das Kältemittel gibt Energie als latente Wärme frei, wenn es durch den Kältemitteldurchgang strömt, der in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildet ist. Die erhöhte Enthalpiemenge entspricht einer latenten Wärmefreisetzungsmenge. Wenn folglich die latente Wärmefreisetzungsmenge erhöht wird, wird eine Stoßwelle in dem Kältemittel, das durch den in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildeten Kältemitteldurchgang strömt, erzeugt.
Die Stoßwelle, die zu einer Zeit erzeugt wird, zu der das Kältemittel die latente Wärme freisetzt, macht die Strömungsgeschwindigkeit des Einspritzkältemittels instabil. Folglich verschlechtert sich die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in einem Diffusorabschnitt 18g.
Im Gegensatz dazu wirbelt das Kältemittel in dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform in dem Wirbelraum 18k. Folglich wird die Kondensation des Kältemittels auf der Mittelachsenseite in dem Wirbelraum 18k begonnen, und das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel, in dem ein Kondensationskern erzeugt wird, kann in den Düsenabschnitt 18a strömen. Folglich kann das Auftreten der Kondensationsverzögerung in dem Kältemittel in dem Düsenabschnitt 18a beschränkt werden.
Als ein Ergebnis kann der Düsenwirkungsgrad ηnoz in dem Düsenabschnitt, wie in 8 gezeigt, im Vergleich zu der Hintergrundtechnik erheblich verbessert werden. In dem Ejektor 18, der das Kältemittel kondensiert und beschleunigt, während sein Druck in dem Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildet ist, verringert wird, kann die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g beschränkt werden. Der Düsenwirkungsgrad ηnoz ist der Energieumwandlungswirkungsgrad zu einer Zeit, zu der die Druckenergie des Kältemittels in dem Düsenabschnitt 18a in kinetische Energie umgewandelt wird.
Außerdem kann gemäß dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g stabilisiert werden, und der Ejektorwirkungsgrad ηej in dem Ejektor 18 kann verbessert werden. Folglich kann in dem Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform ein Ergebnis der Verbesserung eines COP, die erreicht wird, indem der Ejektor 18 aufgenommen wird, ausreichend erhalten werden.
Außerdem kann gemäß dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform selbst in dem Fall, in dem das Kältemittel, das in den Wirbelraum 18k strömt, das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel ist, das Sieden des Kältemittels, das in den Halsabschnitt (d. h. den Durchgangsabschnitt mit minimalem Querschnitt) des Düsenabschnitts 18a strömt, gefördert werden, indem der Kältemitteldruck auf der Mittelachsenseite in dem Wirbelraum 18k verringert wird. Folglich kann der Düsenwirkungsgrad ηnoz verbessert werden.
(Vierte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in dem ein Aufbau eines Ejektorkältekreislaufs gegenüber dem in der ersten Ausführungsform geändert ist.
Insbesondere ist in einem Ejektorkältekreislauf 10a dieser Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, ein Verzweigungsteil 14 auf einer Auslassseite eines Strahlers 12 angeordnet. Der Druck eines der Kältemittel, die in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt wurden, wird in einer hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 verringert, bis das Kältemittel ein Niederdruckkältemittel wird, und das Kältemittel strömt in eine Kältemitteleinlassseite eines ersten Verdampfers 15. Außerdem wird der Druck des anderen der Kältemittel, die in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt wurden, in einer niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 verringert, bis das Kältemittel ein Niederdruckkältemittel wird, und das Kältemittel strömt in eine Kältemitteleinlassseite des zweiten Verdampfers 17.
Außerdem wird in dieser Ausführungsform ein Öffnungsgrad der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 kleiner als ein Öffnungsgrad der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 festgelegt, und eine Druckverringerungsgröße in der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 ist größer als eine Druckverringerungsgröße in der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13. Folglich ist der Kältemittelverdampfungsdruck (d. h. eine Kältemittelverdampfungstemperatur) in dem zweiten Verdampfer 17 niedriger als der Kältemittelverdampfungsdruck (d. h. die Kältemittelverdampfungstemperatur) in dem ersten Verdampfer 15. Der Rest des Aufbaus ist der Gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
Wenn folglich der Ejektorkältekreislauf 10a dieser Ausführungsform betrieben wird, strahlt ein gasphasiges Kältemittel, das von einem Kompressor 11 abgegeben wurde und in einem Hochtemperatur-Hochdruckzustand ist (Punkt a10 -> b10 in 10), Wärme ab und wird in dem Strahler 12 kondensiert (Punkt a10 –> Punkt b10 in 10).
Eine Strömung des Kältemittels, das aus dem Strahler 12 strömt, wird in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt. Der Druck des einen der Kältemittel, die in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt wurden, wird in der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 verringert (Punkt b10 -> Punkt c10 in 10) und das Kältemittel strömt in den ersten Verdampfer 15. Der Druck des anderen der Kältemittel, die in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt wurden, wird in der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 verringert (Punkt b10 -> Punkt e10 in 10) und das Kältemittel strömt in den zweiten Verdampfer 17. Der weitere Betrieb ist ähnlich dem in der ersten Ausführungsform.
Wenn folglich der Ejektorkältekreislauf 10a dieser Ausführungsform betrieben wird, können ähnlich der ersten Ausführungsform die Fahrzeugkabineninnenluft, die in ein Fahrzeuginneres geblasen wird, und die Kasteninnenluft, die zirkuliert wird und in eine Kühlbox geblasen wird, gekühlt werden.
Außerdem übt ein Ejektor 18 auch in dem Ejektorkältekreislauf 10a dieser Ausführungsform ähnliche Wirkungen wie die in der ersten Ausführungsform aus. Folglich kann ein Ergebnis der Verbesserung eines COP durch Aufnehmen des Ejektors 18 ausreichend erhalten werden. Überdies kann der Ejektor 18, der in jeder der zweiten, der dritten, einer achten und einer neunten Ausführungsform offenbart ist, in dem Ejektorkältekreislauf 10a dieser Ausführungsform verwendet werden.
(Fünfte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in dem ein Aufbau eines Ejektorkältekreislaufs gegenüber dem in der ersten Ausführungsform geändert wird.
Insbesondere wird in einem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform, wie in 11 gezeigt, eine feste Drossel, deren Öffnungsgrad fest ist, als eine hochstufenseitige Drosselvorrichtung 13 verwendet und ein Temperaturexpansionsventil wird als eine niederstufenseitige Drosselvorrichtung 16 verwendet. Außerdem ist ein Flüssigkeitslagerbehälter (d. h. Flüssigkeitslagerabschnitt) 19, der ein überschüssiges Kältemittel in dem Kreislauf lagert, zwischen einer Kältemittelauslassseite eines ersten Verdampfers 15 und einer Einlassseite eines Düsenabschnitts 18a eines Ejektors 18 angeordnet.
Ein detaillierter Aufbau des Flüssigkeitslagerbehälters 19 wird unter Verwendung von 12 beschrieben. Jeder der Auf- und Abpfeile 12 zeigt jede der Auf- und Abrichtungen in einem Zustand an, in dem der Flüssigkeitslagerbehälter 19 in einem Fahrzeug montiert ist.
Der Fiüssigkeitslagerbehälter 19 hat einen Hauptkörperabschnitt 19a, eine Kältemitteleinlassöffnung 19b und eine Kältemittelauslassöffnung 19c und ähnliches. Der Hauptkörperabschnitt 19a ist durch ein zylindrisches Element ausgebildet, das sich in einer Oben-Untenrichtung erstreckt und dessen beide Enden geschlossen sind. Die Kältemitteleinlassöffnung 19b lässt ein aus dem ersten Verdampfer 15 strömendes Kältemittel in den Hauptkörperabschnitt 19a strömen. Die Kältemittelauslassöffnung 19c lässt ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel aus dem Inneren des Hauptkörperabschnitts 19a zu der Seite des Düsenabschnitts 18 des Ejektors 18 strömen.
Die Kältemitteleinlassöffnung 19b ist mit einer zylindrischen Seitenoberfläche des Hauptkörperabschnitts 19a verbunden und ist aus einer Kältemittelrohrleitung aufgebaut, die sich in einer Tangentialrichtung der zylindrischen Seitenoberfläche des Hauptkörperabschnitts 19a erstreckt. Die Tangentialauslassöffnung 19c ist mit einer Endoberfläche der axialen Unterseite (d. h. einer Bodenoberfläche) des Hauptkörperabschnitts 19a verbunden und ist aus einer Kältemittelrohrleitung aufgebaut, die sich in einer koaxialen Weise mit dem Hauptkörperabschnitt 19a quer über die Innenseite und Außenseite des Hauptkörperabschnitts 19a erstreckt.
Außerdem erstreckt sich ein oberes Ende der Kältemittelauslassöffnung 19c eher zu einer Oberseite als ein verbundener Abschnitt der Kältemitteleinlassöffnung 19b. Überdies ist ein Einleitungsloch 19d für flüssigphasiges Kältemittel, das ein in dem Hauptkörperabschnitt 19a gelagertes flüssigphasiges Kältemittel in die Kältemittelauslassöffnung 19c strömen lässt, auf einer Unterseite der Kältemittelauslassöffnung 19c ausgebildet.
Folglich strömt in einem Betriebszustand, in dem ein Durchsatz eines zirkulierenden Kältemittels, das durch den Kreislauf zirkuliert, verringert wird und das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel aus dem ersten Verdampfer 15 strömt, das Kältemittel, das von der Kältemitteleinlassöffnung 19b in den Hauptkörperabschnitt 19a strömt, während es entlang einer zylindrischen Innenwandoberfläche des Hauptkörperabschnitts 19a wirbelt, und das Kältemittel wird durch eine Tätigkeit einer Zentrifugalkraft, die durch eine Wirbelströmung erzeugt wird, in flüssigphasiges Kältemittel und gasphasiges Kältemittel abgeschieden.
Das abgeschiedene flüssigphasige Kältemittel fällt durch eine Wirkung der Schwerkraft auf die untere Seite und wird als das überschüssige Kältemittel in dem Hauptkörperabschnitt 19a gelagert. Indessen wird das abgeschiedene gasphasige Kältemittel mit dem flüssigphasigen Kältemittel, das von dem Einleitungsloch 19d für flüssigphasiges Kältemittel in die Kältemittelauslassöffnung 19c strömt, vermischt, wenn es über die Kältemittelauslassöffnung 19c zu der Einlassseite des Düsenabschnitts 18a ausströmt, und strömt als gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel aus.
Außerdem strömt in einem Betriebszustand, in dem der Durchsatz des zirkulierenden Kältemittels, das durch den Kreislauf zirkuliert, erhöht wird und in dem das gasphasige Kältemittel aus dem ersten Verdampfer 15 strömt, das gasphasige Kältemittel von der Kältemitteleinlassöffnung 19b durch die Kältemittelauslassöffnung 19c zu der Einlassseite des Düsenabschnitts 18a aus, ohne in die Flüssigkeit und das Gas abgeschieden zu werden. Zu dieser Zeit wird das gasphasige Kältemittel, das in die Kältemittelauslassöffnung 19c strömt, mit dem flüssigphasigen Kältemittel vermischt, das von dem Einleitungsloch 19d für flüssigphasiges Kältemittel in die Kältemittelauslassöffnung 19c strömt, und strömt von dort als das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel aus.
Das heißt, der Flüssigkeitslagerbehälter 19 dieser Ausführungsform bildet einen Gas-Flüssigkeitsversorgungsabschnitt, in dem Kältemittel, das aus dem ersten Verdampfer 15 strömt, in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand zu der Einlassseite des Düsenabschnitts 18a ausströmt. Insbesondere mischt der Flüssigkeitslagerbehälter 19 das in dem Hauptkörperabschnitt 19a gelagerte flüssigphasige Kältemittel und das aus dem ersten Verdampfer 15 strömende Kältemittel und lässt das Kältemittel zu der Einlassseite des Düsenabschnitts 18a ausströmen.
Die Aufbauten und der Betrieb des Rests des Ejektors 18 und des Ejektorkältekreislaufs 10b sind ähnlich denen der ersten Ausführungsform. Wenn folglich der Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform betrieben wird, können ähnlich der ersten Ausführungsform Fahrzeuginnenluft, die in ein Fahrzeuginneres geblasen wird und Kasteninnenluft, die zirkuliert und in eine Kühlbox geblasen wird, gekühlt werden.
In dem Ejektorkältekreislauf, der aufgebaut ist, um das gasphasige Kältemittel in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömen zu lassen, neigt eine Qualität x eines vermischten Kältemittels, in dem ein Einspritzkältemittel und ein Ansaugkältemittel in einem Mischabschnitt 18e vermischt werden, dazu, einen relativ hohen Wert zu haben (z. B. ist die Qualität x größer oder gleich 0,8).
In einem derartigen Ejektorkältekreislauf tritt, wie unter Verwendung von 25 beschrieben, eine Kondensationsverzögerung auf, und die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in einem Diffusorabschnitt 18g kann sich verschlechtern. Außerdem kann die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g, wie unter Verwendung von 20, 21 beschrieben, instabil werden.
Gemäß der Untersuchung der Erfinder der gegenständlichen Anmeldung ist der Diffusorabschnitt 18g des Ejektors 18 in dem Fall, in dem die Qualität x des vermischten Kältemittels zunimmt und das vermischte Kältemittel das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel wird, dessen Qualität x größer oder gleich 0,995 ist, unfähig, die gewünschte Kältemitteldruckerhöhungsleistung auszuüben. Außerdem kann ein Durchsatz des Ansaugkältemittels in dem Ejektor 18 sich verringern.
Eine Ursache für das Vorstehende ist, dass eine Scherkraft, die das flüssigphasige Kältemittel in dem vermischten Kältemittel von dem gasphasigen Kältemittel aufnimmt, in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittel mit der hohen Qualität erhöht wird, und somit ein mittlerer Partikeldurchmesser von Tröpfchen (d. h. Partikel des flüssigphasigen Kältemittels) in dem vermischten Kältemittel verringert wird.
Eine Ursache einer Verringerung in einem Ansaugkältemitteldurchsatz in dem Ejektor aufgrund des verringerten Partikeldurchmessers der Tröpfchen in dem vermischten Kältemittel wird unter Verwendung von 22, 23 beschrieben. In 22, 23 ist ähnlich den vorstehend beschriebenen 20, 21 ein axialer Querschnitt eines allgemeinen Ejektors schematisch abgebildet.
Wenn das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel, dessen Qualität nicht hoch ist, in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömt, wird zuerst das gasphasige Kältemittel in dem Einspritzkältemittel verlangsamt, während es mit dem Ansaugkältemittel vermischt wird. Indessen wird es in Bezug auf das flüssigphasige Kältemittel (d. h. die Tröpfchen) in dem Einspritzkältemittel durch eine Trägheitskraft zu einer Zeit, zu der das flüssigphasige Kältemittel von einer Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a eingespritzt wird, beschleunigt. Die Trägheitskraft des Tröpfchens wird durch einen integrierten Wert eines Gewichts des Tröpfchens und einer Geschwindigkeit des Tröpfchens in der Kältemitteleinspritzöffnung 18c ausgedrückt.
Da das Tröpfchen wie vorstehend beschrieben beschleunigt wird, wird Druckenergie des vermischten Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt. Wie durch eine massive Linie in einem Diagramm auf einer Unterseite in 22 gezeigt, kann der Druck des vermischten Kältemittels verringert werden, so dass er niedriger als der Druck des Kältemittels ist, das aus einem Verdampfer strömt, der mit einer Kältemittelansaugöffnung 18d verbunden ist. Außerdem kann das gasphasige Kältemittel, das aus dem Verdampfer strömt, aufgrund der Druckverringerung des vermischten Kältemittels angesaugt werden.
Wenn im Übrigen das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der hohen Qualität in den Düsenabschnitt 18a de Ejektors 18 strömt, wird nicht nur eine Größe des Widerstands, den das Tröpfchen in dem vermischten Kältemittel aus dem gasphasigen Kältemittel erhält, vergrößert, sondern auch der mittlere Partikeldurchmesser der Tröpfchen wird verringert und das Gewicht des Tröpfchens wird verringert. Somit wird die Trägheitskraft des Tröpfchens ebenfalls verringert.
Folglich wird die Geschwindigkeit des Tröpfchens zu einer Zeit, zu der das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel mit der hohen Qualität in den Düsenabschnitt 18a strömt, geändert, so dass sie im Wesentlichen äquivalent zu der des gasphasigen Kältemittels wird. Folglich kann die Geschwindigkeit des Tröpfchens in dem vermischten Kältemittel nicht ausreichend erhöht werden, und, wie durch eine massive Linie in einem Diagramm auf einer Unterseite in 23 angezeigt, ist es weniger wahrscheinlich, dass der Druck des vermischten Kältemittels verringert wird. Als ein Ergebnis wird der Ansaugkältemitteldurchsatz des Ejektors 18 verringert.
Außerdem stößt in einem Bereich, in dem das vermischte Kältemittel das gasphasige Kältemittel wird und eine Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in dem Mischabschnitt 18e sich nicht ändert, eine Expansionswelle, die zu einer Zeit erzeugt wird, zu der das Einspritzkältemittel von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c eingespritzt wird, mit einer Kompressionswelle zusammen, die erzeugt wird, wenn das Einspritzkältemittel und das Ansaugkältemittel sich vereinigen. Auf diese Weise können in dem vermischten Kältemittel mehrere periodische Stoßwellen, die als fassförmige Stoßwellen bezeichnet werden, wie in 24 gezeigt, erzeugt werden.
Eine derartige fassförmige Stoßwelle ändert die Strömungsgeschwindigkeit des vermischen Kältemittels von einem Überschallgeschwindigkeitszustand auf einen Unterschallgeschwindigkeitszustand und ferner von dem Unterschallgeschwindigkeitszustand auf einen Überschallgeschwindigkeitszustand. Folglich geht die Geschwindigkeitsenergie des vermischten Kältemittels erheblich verloren. Somit kann die fassförmige Stoßwelle eine Ursache für die erhebliche Verringerung des Ansaugkältemitteldurchsatzes des Ejektors 18 oder eine Ursache für die Erzeugung eines großen Betriebsgeräusches in dem Ejektor 18 sein.
24 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erklären der fassförmigen Stoßwelle und ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Umfangs der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a in dem Ejektor 18 der herkömmlichen Technik.
Im Gegensatz dazu umfasst der Ejektorkältekreislauf 19b dieser Ausführungsform den Flüssigkeitslagerbehälter 19 als den Gas-Flüssigkeitsversorgungsabschnitt. Folglich kann gas gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel zuverlässig in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömen. Daher kann das Auftreten der Kondensationsverzögerung zuverlässig beschränkt werden.
Außerdem strömt das gasförmig flüssige Zweiphasenkältemittel in den Düsenabschnitt 18a und sein Druck wird auf eine isentrope Weise verringert. Aus diesem Grund wird der eingespritzte Kraftstoff ebenso zuverlässig zu dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittel. Folglich kann eine Zunahme der Qualität x des vermischten Kältemittels beschränkt werden. Daher kann die Instabilität der Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g beschränkt werden, und die Verringerung des Ansaugkältemitteldurchsatzes des Ejektors 18 kann beschränkt werden.
Neben dem Vorstehenden kann eine Zweiphasenschallgeschwindigkeit αh des vermischten Kältemittels durch Verringern der Qualität x des eingespritzten Kraftstoffs verringert werden. Folglich kann die Stoßwelle, die zu der Zeit erzeugt wird, zu der die Strömungsgeschwindigkeit des Zweiphasenkältemittels von dem Überschallgeschwindigkeitszustand auf den Unterschallgeschwindigkeitszustand geändert wird, hinsichtlich Gasdynamiken eine schwache Stoßwelle sein. Folglich kann wirksam verhindert werden, dass die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g instabil wird.
Als ein Ergebnis kann gemäß dem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform selbst in dem Fall, in dem das strömungsabwärtsseitige Kältemittel des ersten Verdampfers 15 in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömt, ein COP ausreichend verbessert werden.
In dieser Ausführungsform ist der Gas-Flüssigkeitsversorgungsabschnitt aus dem Flüssigkeislagerbehälter 19 aufgebaut. Folglich kann verhindert werden, dass der Aufbau des Kreislaufs kompliziert wird, und das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel kann in einem äußerst einfachen Aufbau zuverlässig in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömen.
In dem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform wird das Temperaturexpansionsventil als ein variabler Drosselmechanismus als die niederstufenseitige Drosselvorrichtung 16 verwendet, und das aus einem zweiten Verdampfer 17 strömende Kältemittel fällt innerhalb einen vorgegebenen Referenzbereich. Mit anderen Worten wird ein Öffnungsgrad der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 dieser Ausführungsform derart eingestellt, dass der Überhitzungsgrad des aus dem zweiten Verdampfer 17 strömenden Kältemittels kleiner oder gleich einem vorgegebenen Referenzüberhitzungsgrad wird.
Folglich kann durch geeignetes Festlegen des Referenzüberhitzungsgrads die Zunahme der Qualität x des vermischten Kältemittels zuverlässig beschränkt werden, wobei das Einspritzkältemittel in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand und das Ansaugkältemittel in dem gasphasigen Zustand, dessen Überhitzungsgrad kleiner oder gleich dem Referenzüberhitzungsgrad ist, in dem vermischten Kältemittel vermischt werden. Außerdem kann der Öffnungsgrad der niederstufenseitigen Drosselvorrichtung 16 derart eingestellt werden, dass das aus dem zweiten Verdampfer 17 strömende Kältemittel ein gesättigtes gasphasiges Kältemittel oder das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel wird.
Außerdem kann die Kältemtteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g gemäß dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform stabilisiert werden, und der Ejektorwirkungsgrad ηej in dem Ejektor 18 kann verbessert werden. Als ein Ergebnis kann gemäß dem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform ein Ergebnis der Verbesserung des COP, die durch Aufnehmen des Ejektors 18 erreicht wird, ausreichend erhalten werden.
Überdies kann der Ejektor 18, der in einer der zweiten, der dritten, einer achten und einer neunten Ausführungsform offenbart wird, in dem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform verwendet werden.
(Sechste Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in dem ein Aufbau des Ejektorkältekreislaufs gegenüber dem in der fünften Ausführungsform, wie in 13 gezeigt, geändert ist.
Insbesondere wird in einem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform ein Abgabekältemitteldurchgang 20a, der ein von einem Kompressor 11 abgegebenes gasphasiges Kältemittel in einen Flüssigkeitslagerbehälter 19 leitet, hinzugefügt. Der Abgabekältemitteldurchgang 20a ist wünschenswerterweise mit einem Drosselabschnitt versehen, um eine Erhöhung des Kältemitteldrucks in dem Flüssigkeitslagerbehälter 19 zu unterdrücken. Folglich ist der Abgabekältemitteldurchgang 20a in dieser Ausführungsform aus einem Kapillarrohr aufgebaut.
Folglich ist der Flüssigkeitslagerbehälter 19, der ein Gas-Flüssigkeitsversorgungsabschnitt dieser Ausführungsform ist, aufgebaut, um ein flüssigphasiges Kältemittel, das in dem Flüssigkeitslagerbehälter 19 gelagert wird, und ein gasphasiges Kältemittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, zu vermischen, um das vermischte Kältemittel aus einer Einlassseite eines Düsenabschnitts 18a strömen zu lassen. Der Rest des Aufbaus und des Betriebs sind die Gleichen wie die in der fünften Ausführungsform. Selbst wenn der Gas-Flüssigkeitsversorgungsabschnitt wie in dieser Ausführungsform aufgebaut ist, können die gleichen Ergebnisse wie die der fünften Ausführungsform erhalten werden.
Überdies kann in dem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform der Ejektor 18, der in jeder der zweiten, der dritten, einer achten und einer neunten Ausführungsform offenbart ist, verwendet werden.
(Siebte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in dem ein Ejektorkältekreislauf gegenüber dem in der fünften Ausführungsform, wie in 14 gezeigt, geändert ist.
Insbesondere wird in einem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform ein Durchgang 20b für kondensiertes Kältemittel, der ein flüssigphasiges Kältemittel, das aus einem Strahler 12 strömt, in einen Flüssigkeitslagerbehälter 19 leitet, hinzugefügt. Der Durchgang 20b für kondensiertes Kältemittel ist wünschenswerterweise mit einem Drosselabschnitt versehen, um eine Erhöhung des Kältemitteldrucks in dem Flüssigkeitslagerbehälter 19 zu unterdrücken. Folglich ist der Durchgang 20b für flüssigphasiges Kältemittel in dieser Ausführungsform aus einem Kapillarrohr aufgebaut.
Folglich ist der Flüssigkeitslagerbehälter 19, der ein Gas-Flüssigkeitsversorgungsabschnitt dieser Ausführungsform ist, aufgebaut, um das aus dem Strahler 12 strömende flüssigphasige Kältemittel und ein aus einem ersten Verdampfer 15 strömendes gasphasiges Kältemittel zu vermischen und das vermischte Kältemittel zu einer Einlassseite eines Düsenabschnitts 18a ausströmen zu lassen. Der Rest des Aufbaus und der Betrieb sind die Gleichen wie die in der fünften Ausführungsform. Selbst wenn der Gas-Flüssigkeitsversorgungsabschnitt wie in dieser Ausführungsform aufgebaut ist, können die gleichen Ergebnisse wie die der fünften Ausführungsform erhalten werden.
Überdies kann in dem Ejektorkältekreislauf 10b dieser Ausführungsform der Ejektor 18, der in jeder der zweiten, der dritten, einer achten und einer neunten Ausführungsform offenbart wird, verwendet werden.
(Achte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird, wie in 15 gezeigt, in Bezug auf den Ejektor 18 der zweiten Ausführungsform ähnlich der dritten Ausführungsform ein Wirbelraum 18k, in dem das aus einer Kältemitteleinlassöffnung 18l strömende Kältemittel wirbelt, auf der Innenseite eines zylindrischen Abschnitts 18m, der auf einer strömungsaufwärtigen Seite in einem Düsenabschnitt 18a in der Kältemittelströmungsrichtung bereitgestellt ist, vorgesehen. Die Aufbauten und der Betrieb des Rests des Ejektors 18 und ein Ejektorkältekreislauf 10 sind ähnlich denen der zweiten Ausführungsform.
Wenn folglich der Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform betrieben wird, können ähnlich der zweiten Ausführungsform Fahrzeugkabineninnenluft, die in ein Fahrzeuginneres geblasen wird, und Kasteninnenluft, die zirkuliert und in eine Kühlbox geblasen wird, gekühlt werden.
Außerdem wirbelt in dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform das Kältemittel ähnlich der dritten Ausführungsform in dem Wirbelraum 18k. Folglich kann ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel, in dem ein Kondensationskern erzeugt wird, in den Düsenabschnitt 18a strömen und der Düsenwirkungsgrad ηnoz kann dadurch verbessert werden. Folglich kann die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung in einem Diffusorabschnitt 18g beschränkt werden.
Außerdem wird ähnlich der zweiten Ausführungsform ein Einspritzkältemittel frei expandiert. Folglich kann eine Zunahme in der Wandoberflächenreibung beschränkt werden. Folglich kann die Verschlechterung der Kältemitteldruckerhöhungsleistung des Ejektors 18 beschränkt werden, indem der Energieverlust des Kältemittels in dem Düsenabschnitt 18a verringert wird.
Überdies kann die Kältemitteldruckerhöhungsleistung in dem Diffusorabschnitt 18g ähnlich der ersten Ausführungsform stabilisiert werden, und der Ejektorwirkungsgrad ηej in dem Ejektor 18 kann verbessert werden. Folglich kann in dem Ejektorkältekreislauf 10 dieser Ausführungsform ein Ergebnis der Verbesserung eines COP, die erreicht wird, indem der Ejektor 18 aufgenommen wird, ausreichend erhalten werden.
(Neunte Ausführungsform)
In der achten Ausführungsform wird eine feste Drossel, in der eine Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche eines Durchgangsabschnitts mit minimaler Querschnittfläche, der in einem Einlassabschnitt eines Einspritzabschnitts 18j ausgebildet ist, fest ist, als der Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 verwendet. In dieser Ausführungsform wird, wie in 16 gezeigt, eine variable Düse verwendet, die derart aufgebaut ist, dass sie fähig ist, die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Durchgangsabschnitts mit minimaler Querschnittfläche zu ändern.
Insbesondere hat ein Ejektor 18 dieser Ausführungsform (i) ein Nadelventil 18y als einen Ventilkörper, der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche eines Düsenabschnitts 18a variiert, und (ii) einen Schrittmotor 18x als einen Antriebsabschnitt, der das Nadelventil 18y verschiebt.
Das Nadelventil 18y ist in einer Nadelform ausgebildet, deren Mittelachse koaxial mit einer Mittelachse des Düsenabschnitts 18a angeordnet ist. Insbesondere ist das Nadelventil 18y in einer angeschrägten Form in Richtung einer strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung ausgebildet und ist derart angeordnet, dass eine angeschrägte Spitze auf der untersten strömungsabwärtigen Seite in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung einer Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a vorsteht. Das heißt, der Düsenabschnitt 18a dieser Ausführungsform ist als eine sogenannte Pilzdüse aufgebaut.
Der Schrittmotor 18x ist auf einer Seite der Kältemitteleinlassöffnung 18l des Düsenabschnitts 18a angeordnet und verschiebt das Nadelventil 18y in einer Axialrichtung des Düsenabschnitts 18a. Auf diese Weise wird eine Querschnittfläche des Kältemitteldurchgangs, die zwischen einer Innenumfangswandoberfläche des Düsenabschnitts 18a und einer Außenumfangswandoberfläche des Nadelventils 18y ausgebildet ist und die einen kreisförmigen Querschnitt hat, geändert. Der Betrieb des Schrittmotors 18x wird von einem Steuersignal, das von einer Steuervorrichtung ausgegeben wird, gesteuert.
Die Aufbauten und der Betrieb des Rests des Ejektors 18 und eines Ejektorkältekreislaufs 10 sind ähnlich denen der achten Ausführungsform. Folglich können in dem Ejektorkältekreisfauf 10 und dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform ähnliche Ergebnisse wie die der achten Ausführungsform erhalten werden.
Außerdem ist der Düsenabschnitt 18a gemäß dem Ejektor 18 dieser Ausführungsform als die variable Düse aufgebaut. Folglich kann ein Kältemitteldurchsatz, der einer Last des Ejektorkältekreislaufs 10 entspricht, in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18 strömen.
Da der Düsenabschnitt 18a dieser Ausführungsform außerdem als die Pilzdüse aufgebaut ist, kann ein Einspritzkältemittel von der Kältemitteleinspritzöffnung 18c entlang einer Außenoberfläche des Nadelventils 18y in einen Mischabschnitt 18e eingespritzt werden. Folglich kann das Einspritzkältemittel leicht frei expandiert werden, wenn der Kältemitteldurchsatz, der in den Düsenabschnitt 18a strömt, geändert wird, und der Verlust an kinetischer Energie des Kältemittels, das durch den Kältemitteldurchgang strömt, kann durch Verringerung der Wandoberflächenreibung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemitteldurchgang beschränkt werden.
Überdies ist das Nadelventil 18y dieser Ausführungsform, wie in 16 gezeigt, eingerichtet, um das Innere eines Wirbelraums 18k zu durchdringen. Folglich wird durch Reibung zwischen dem Kältemittel, das in dem Wirbelraum 18k strömt, und einer Innenwandoberfläche des Düsenabschnitts 18a leicht ein Kondensationskern erzeugt.
In dem in 16 abgebildeten Düsenabschnitt 18a wird das Ventil in der angeschrägten Form in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung als das Nadelventil 18y verwendet. Jedoch kann, wie in einem in 17 abgebildeten modifizierten Beispiel, ein Ventil in einer Form verwendet werden, die von einer Seite des Diffusorabschnitts 18g in Richtung einer strömungsaufwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung angeschrägt ist. in diesem Fall braucht das Nadelventil 18y nur derart angeordnet sein, dass eine angeschrägte Spitze auf der strömungsaufwärtigsten Seite von einem Einspritzabschnitt 18j zu einer Seite des angeschrägten Abschnitts 18i vorsteht.
(Zehnte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in dem ein Aufbau eines Ejektorkältekreislaufs 10a gegenüber dem in der vierten Ausführungsform geändert ist. Insbesondere wird in dem Ejektorkältekreislauf 10a dieser Ausführungsform, wie in 18 gezeigt, anstelle der hochstufenseitigen Drosselvorrichtung 13 ein hochstufenseitiger Ejektor 131 als ein erster Druckverringerungsabschnitt verwendet.
Ein grundsätzlicher Aufbau des hochstufenseitigen Ejektors 131 ist ähnlich dem des vorstehend beschriebenen Ejektors 18. Folglich hat der hochstufenseitige Ejektor 131 ähnlich dem Ejektor 18 einen hochstufenseitigen Düsenabschnitt 131a und einen hochstufenseitigen Körperabschnitt 131b. Der hochstufenseitige Düsenabschnitt 131a dekomprimiert ein Kältemittel. Der hochstufenseitige Körperabschnitt 131b ist mit (i) einer hochstufenseitigen Kältemittelansaugöffnung 131d, die das aus einem ersten Verdampfer 15 strömende Kältemittel ansaugt, und (i) einem hochstufenseitigen Diffusorabschnitt (d. h. einem hochstufenseitigen Druckerhöhungsabschnitt) 131g ausgebildet, der den Druck eines vermischten Kältemittels erhöht.
Ein flüssigphasiges Kältemittel, das in einem Strahler 12 kondensiert wurde, kann gemäß dieser Ausführungsform in den hochstufenseitigen Düsenabschnitt 131a des hochstufenseitigen Ejektors 131 strömen. Folglich tritt in dem hochstufenseitigen Ejektor 131 ein Fall, in dem der hochstufenseitige Diffusorabschnitt 131g aufgrund einer Strömung eines gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels mit einer hohen Qualität in den hochstufenseitigen Düsenabschnitt 131a unfähig ist, eine gewünschte Druckerhöhungsleistung auszuüben, nicht auf.
Aus diesem Grund wird in dieser Ausführungsform anstelle eines Ejektors, der exakt den gleichen Aufbau wie der vorstehend beschriebene Ejektor 18 hat, ein Ejektor, der derart eingerichtet ist, dass er fähig ist, wie der gesamte Ejektorkältekreislauf 10a zu einer Zeit, zu der das flüssigphasige Kältemittel in den hochstufenseitigen Düsenabschnitt 131a strömt, einen hohen COP auszuüben, als der hochstufenseitige Ejektor 131 verwendet.
Ein Gas-Flüssigkeitsabscheider 21, der das aus dem hochstufenseitigen Diffusorabschnitt 131g des hochstufenseitigen Ejektors 131 strömende Kältemittel in flüssigphasiges Kältemittel und gasphasiges Kältemittel abscheidet, ist mit euer Auslassseite des hochstufenseitigen Diffusorabschnitts 131g des hochstufenseitigen Ejektors 131 verbunden.
Eine Kältemitteleinlassöffnung des ersten Verdampfers 15 ist über eine feste Drossel 22 mit einer Auslassöffnung für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 21 verbunden. Eine Kältemittelansaugöffnung des hochstufenseitigen Ejektors 131 ist mit einer Kältemittelauslassöffnung des ersten Verdampfers 15 verbunden. Indessen ist eine Einlassseite eines Düsenabschnitts 18a des Ejektors 18 mit einer Auslassöffnung für gasphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 21 verbunden. Der Rest des Aufbaus ist der Gleiche wie der in der vierten Ausführungsform.
Wenn folglich der Ejektorkältekreislauf 10a dieser Ausführungsform betrieben wird, wird eine Strömung des flüssigphasigen Kältemittels, das aus dem Strahler 12 strömt, in einem Verzweigungsteil 14 verzweigt. Eines der Kältemittel, die in dem Verzweigungsteil 14 verzweigt wurden, strömt in den hochstufenseitigen Düsenabschnitt 131a des hochstufenseitigen Ejektors 131 und wird eingespritzt, nachdem sein Druck in einer isentropen Weise verringert wurde.
Dann wird das aus dem ersten Verdampfer 15 strömende Kältemittel durch eine Saugwirkung des Einspritzkältemittels von der hochstufenseitigen Kältemittelansaugöffnung 131d des hochstufenseitigen Ejektors 131 angesaugt. Ein vermischtes Kältemittel aus dem von dem hochstufenseitigen Düsenabschnitt 131a eingespritzten Einspritzkältemittel und dem von der hochstufenseitigen Kältemittelansaugöffnung 131d angesaugten Kältemittel strömt in den hochstufenseitigen Diffusorabschnitt 131g und sein Druck wird erhöht.
Das aus dem hochstufenseitigen Diffusorabschnitt 131g strömende Kältemittel strömt in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 21 und wird in Gas und Flüssigkeit abgeschieden. Das flüssigphasige Kältemittel, das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 21 abgeschieden wurde, strömt über die feste Drossel 22 in den ersten Verdampfer 15. indessen strömt das gasphasige Kältemittel, das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 21 abgeschieden wurde, in den Düsenabschnitt 18a des Ejektors 18. Der Rest des Betriebs ist der Gleiche wie der in der vierten Ausführungsform.
Folglich können gemäß dem Ejektorkältekreislauf 10a dieser Ausführungsform nicht nur ähnliche Ergebnisse wie die der vierten Ausführungsform erhalten werden, sondern es kann auch die von dem Kompressor 11 verbrauchte Leistung durch eine Druckerhöhungswirkung des hochstufenseitigen Ejektors 131 verringert werden. Daher kann der COP wie der gesamte Kreislauf verbessert werden.
Der Ejektorkältekreislauf 10a, in dem der hochstufenseitige Ejektor 131 als der erste Druckverringerungsabschnitt verwendet wird, ist nicht auf den in 18 abgebildeten Kreislaufaufbau beschränkt. Jedoch kann der Ejektorkältekreislauf 10a wie in 19 gezeigt aufgebaut sein.
Insbesondere ist in dem in 19 abgebildeten Ejektorkältekreislauf 10a die Kältemitteleinlassseite des ersten Verdampfers 15 mit der Auslassseite des hochstufenseitigen Diffusorabschnitts 131g des hochstufenseitigen Ejektors 131 verbunden. Außerdem ist ein zweiter Verzweigungsteil 14a, der die Kältemittelströmung weiter verzweigt, mit der anderen Kältemittelausströmungsöffnung des Verzweigungsteils (d. h. einem ersten Verzweigungsteil) 14 verbunden.
Eine Kältemitteleinlassöffnung eines dritten Verdampfers 23 ist über eine feste Drossel 132 mit einer Kältemittelauslassöffnung des zweiten Verzweigungsteils 14a verbunden. Eine hochstufenseitige Kältemittelansaugöffnung 131d des hochstufenseitigen Ejektors 131 ist mit einer Kältemittelauslassöffnung des dritten Verdampfers 23 verbunden. Der dritte Verdampfer 23 ist ein Wärmeaufnahmewärmetauscher, der ein Niederdruckkältemittel verdampft, um durch Austauschen von Wärme zwischen dem Niederdruckkältemittel, dessen Druck in der festen Drossel 132 verringert wurde, und Luft, die von einem dritten Gebläseventilator 23a geblasen wird, eine Wärmeaufnahmewirkung auszuüben.
Eine Kältemitteleinlassöffnung des zweiten Verdampfers 17 ist über die niederstufenseitige Drosselvorrichtung 16 mit der anderen Kältemittelauslassöffnung des zweiten Verzweigungsteils 14a verbunden. Der Rest des Aufbaus ist der Gleiche wie der in der vierten Ausführungsform. Auch mit einem derartigen Kreislaufaufbau kann der COP wie der gesamte Kreislauf durch die Druckerhöhungstätigkeit des hochstufenseitigen Ejektors 131 weiter verbessert werden.
(Andere Ausführungsformen)
Wenngleich die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, können vielfältige Modifikationen wie folgt innerhalb des Schutzbereichs, der nicht von dem Geist der vorliegenden Offenbarung abweicht, daran vorgenommen werden.

(1) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden die Beispiele beschrieben, in denen jeder der Ejektorkältekreisläufe 10, 10a, 10b, der den Ejektor 18 enthält, als die Fahrzeugkältekreislaufvorrichtung verwendet wird, die Fahrzeugkabinenluft in dem ersten Verdampfer 15 gekühlt wird und die Kasteninnenluft in dem zweiten Verdampfer 17 gekühlt wird. Jedoch ist die Anwendung jedes der Ejektorkältekreisläufe 10, 10a, 10b nicht darauf beschränkt.

Zum Beispiel kann in dem Fall, in dem jeder der Ejektorkältekreisläufe 10, 10a, 10b als die Fahrzeugkältekreislaufvorrichtung verwendet wird, Vordersitzluft, die zu einer Fahrzeugvordersitzseite geblasen werden soll, in dem ersten Verdampfer 15 gekühlt werden und Rücksitzluft, die zu einer Fahrzeugrücksitzseite geblasen werden soll, kann in dem zweiten Verdampfer 17 gekühlt werden.
Außerdem kann zum Beispiel in dem Fall, in dem jeder der Ejektorkältekreisläufe 10, 10a, 10b auf eine Kühl- und Gefriervorrichtung angewendet wird, Kältekammerluft, die in eine Kältekammer zum Kühlen und Lagern von Lebensmitteln, Getränken und ähnlichem bei einer niedrigen Temperatur (insbesondere 0°C bis 10°C) geblasen werden soll, in dem ersten Verdampfer 15 gekühlt werden, und Gefrierkammerluft, die in eine Gefrierkammer zum Gefrieren und Lagern von Lebensmitteln und ähnlichem bei einer äußerst niedrigen Temperatur (insbesondere –20°C bis –10°C) geblasen werden soll, kann in dem zweiten Verdampfer 17 gekühlt werden.

(2) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden die Beispiele beschrieben, in denen der Ejektor 18 auf die Ejektorkältekreisläufe 10, 10a, 10b angewendet wird. Jedoch sind die Kreislaufaufbauten, auf die der Ejektor 18 angewendet werden kann, nicht darauf beschränkt.

Zum Beispiel kann in jedem der der Ejektorkältekreisläufe 10, 10a, 10b ein Akkumulator, der das aus dem Diffusorabschnitt 18g strömende Kältemittel in Gas und eine Flüssigkeit abscheidet und das abgeschiedene gasphasige Kältemittel aus der Ansaugöffnungsseite des Kompressors 11 strömen lässt, zwischen der Auslassseite des Diffusorabschnitts 18g des Ejektors 18 und der Ansaugöffnungsseite des Kompressors 11 angeordnet sein.
Außerdem kann ein Flüssigkeitssammler, der das aus dem Strahler 12 strömende Kältemittel in Gas und Flüssigkeit abscheidet und das flüssigphasige Kältemittel zu der strömungsabwärtigen Seite ausströmen lässt, auf der Kältemittelauslassseite des Strahlers 12 angeordnet sein. Außerdem kann ein Innenwärmetauscher, der Wärme zwischen dem aus dem Strahler 12 strömenden Hochtemperaturkältemittel und dem Niedertemperaturkältemittel, das in den Kompressor 11 gesaugt werden soll, austauscht, eingerichtet sein. Überdies kann eine Hilfspumpe zum Druckspeisen des Kältemittels zwischen der Kältemittelauslassseite des zweiten Verdampfers 17 und der Kältemittelansaugöffnung 18d des Ejektors 18 bereitgestellt werden.

(3) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden die Beispiele beschrieben, in denen als die hochstufenseitige Drosselvorrichtung 13 und als die niederstufenseitige Drosselvorrichtung 16 das Temperaturexpansionsventil, die feste Drossel und der hochstufenseitige Ejektor verwendet werden. Jedoch kann ein elektrisch variabler Drosselmechanismus, der (i) einen Ventilkörper, der derart aufgebaut ist, dass er fähig ist, einen Öffnungsgrad zu ändern, und (ii) einen elektrischen Aktuator hat, der einen Schrittmotor hat, der den Öffnungsgrad des Ventilkörpers ändert, als die hochstufenseitige Drosselvorrichtung 13 und die niederstufenseitige Drosselvorrichtung 16 verwendet werden.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde das Beispiel beschrieben, in dem der Strahler, der aus der Wärmeaustauscheinheit aufgebaut ist, der Wärme zwischen dem von dem Kompressor 11 abgegebenen Kältemittel und der Außenluft austauscht, als der Strahler 13 verwendet wird. Jedoch kann ein sogenannter Unterkühlungskondensator, der einen Kondensator, einen Modulatorabschnitt und einen Unterkühlungsabschnitt hat, als der Strahler 12 verwendet werden. Der Kondensator tauscht Wärme zwischen dem von dem Kompressor 11 abgegebenen Kältemittel und der Außenluft aus, um das von dem Kompressor 11 abgegebene Kältemittel zu kondensieren. Der Modulatorabschnitt scheidet das aus dem Kondensator strömende Kältemittel in Gas und eine Flüssigkeit ab. Der Unterkühlungsabschnitt tauscht Wärme zwischen einem flüssigphasigen Kältemittel, das aus dem Modulatorabschnitt strömt, und der Außenluft aus, um das flüssigphasige Kältemittel zu unterkühlen.
Außerdem wurden in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Beispiele beschrieben, in denen die Komponenten, wie etwa der Körperabschnitt 18b des Ejektors 18, aus Metall ausgebildet sind. Jedoch ist das Material nicht beschränkt, solange die Funktion jeder der Komponenten ausgeübt werden kann. Das heißt, diese Komponenten können aus Harzen ausgebildet sein.

(4) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden die Beispiele beschrieben, in denen die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Einlassabschnitts 18h des Diffusorabschnitts 18g kleiner als die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche der Kältemitteleinspritzöffnung 18c des Düsenabschnitts 18a festgelegt ist. Jedoch braucht der Öffnungsdurchmesser der Kältemitteleinspritzöffnung 18c insbesondere nicht kleiner als der Öffnungsdurchmesser des Einlassabschnitts 18h festgelegt werden.

Außerdem kann in dem Fall, in dem der Öffnungsdurchmesser des Einlassabschnitts 18h größer als der Öffnungsdurchmesser der Kältemitteleinspritzöffnung 18c festgelegt wird, die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Einlassabschnitts 18h kleiner als die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche der Kältemitteleinspritzöffnung 18c festgelegt werden, indem ein vorstehender Abschnitt bereitgestellt wird, der in dem Einlassabschnitt 18h in Richtung des Inneren des Kältemitteldurchgangs vorsteht.

(5) In der vorstehenden neunten Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Durchgangsabschnitts mit minimaler Querschnittfläche, der in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildet ist, durch den Ventilkörper (d. h. den Nadelkörper 18y) geändert werden kann. Jedoch kann ein Aufbau, in dem ein konischer Ventilkörper, der sich von dem Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt 18a ausgebildet ist, zu dem Inneren des Diffusorabschnitts 18g erstreckt, als der Ventilkörper verwendet werden, wobei gleichzeitig die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Diffusorabschnitts 18g und die des Durchgangsabschnitts mit minimaler Querschnittfläche des Düsenabschnitts 18a geändert werden.
(6) in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem R-134a als das Kältemittel verwendet wird. Jedoch ist das Kältemittel nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können R-600x, R-1234yf, R-410A, R-404A, R-32, R-1234yfxf, R-407C oder ähnliche verwendet werden. Alternativ kann ein gemischtes Kältemittel, in dem mehrere Arten dieser Kältemittel vermischt sind, oder ähnliches verwendet werden.
(7) Die in jeder der vorstehenden Ausführungsformen offenbarten Merkmale können innerhalb eines Bereichs, der implementiert werden kann, geeignet kombiniert werden. Zum Beispiel kann der in der fünften bis siebten Ausführungsform beschriebene Gas-Flüssigkeitsversorgungsabschnitt auf den in der vierten Ausführungsform beschriebenen Ejektorkältekreislauf 10a angewendet werden. Zum Beispiel kann der Ejektor 18, der in jeder der zweiten, der dritten, der achten und der neunten Ausführungsform offenbart ist, als der Ejektor 18 des Ejektorkältekreislaufs 10a der zehnten Ausführungsform angewendet werden.
(8) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Strahler 12 als ein Außenwärmetauscher verwendet, der Wärme zwischen dem Kältemittel und der Außenluft austauscht, und die ersten, zweiten Verdampfer 15, 17 werden als ein Innenwärmetauscher verwendet, der die Luft kühlt. Umgekehrt kann die vorliegende Offenbarung jedoch auf einen Wärmepumpenkreislauf angewendet werden, in dem die ersten, zweiten Verdampfer 15, 17 als die Außenwärmetauscher aufgebaut sind, die Wärme aus einer Wärmequelle, wie etwa der Außenluft, aufnehmen, und in dem der Strahler 12 als der Innenwärmetauscher aufgebaut ist, der das Fluid, das geheizt werden soll, wie etwa die Luft und Wasser, heizt.

Claims

Ejektor (18) für eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung (10a, 10b, 10c) mit einem ersten Verdampfer (15) und einem zweiten Verdampfer (17), die ein Kältemittel verdampfen, wobei der Ejektor umfasst: einen Düsenabschnitt (18a), der das aus dem ersten Verdampfer (15) strömende Kältemittel verdampft, bis das Kältemittel in einen gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand kommt, wobei der Düsenabschnitt das Kältemittel als ein Einspritzkältemittel aus einer Kältemitteleinspritzöffnung (18c) einspritzt; einen Körperabschnitt (18b); eine Kältemittelansaugöffnung (18d), die in dem Körperabschnitt (18b) bereitgestellt ist und ein aus dem zweiten Verdampfer (17) strömendes Kältemittel durch eine Saugwirkung des Einspritzkältemittels als ein Ansaugkältemittel ansaugt; einen Druckerhöhungsabschnitt (18g), der in dem Körperabschnitt (18b) bereitgestellt ist und den Druck eines vermischten Kältemittels aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel erhöht; und einen Mischabschnitt (18e), der in einem Bereich von der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) zu einem Einlassabschnitt (18h) des Druckerhöhungsabschnitts (18g) in einem Innenraum des Körperabschnitts (18b) bereitgestellt ist, wobei der Mischabschnitt das Einspritzkältemittel und das Ansaugkältemittel mischt, wobei ein Abstand (La) von der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) zu dem Einlassabschnitt (18h) in dem Mischabschnitt (18e) derart bestimmt wird, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des in den Einlassabschnitt (18h) strömenden Kältemittels kleiner oder gleich einer Zweiphasenschallgeschwindigkeit wird.
Ejektor nach Anspruch 1, wobei wenn auf den Abstand von der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) zu dem Einlassabschnitt (18h) in dem Mischabschnitt (18e) als La Bezug genommen wird, und wenn auf einen Durchmesser eines Kreises als ϕDa Bezug genommen wird, der Kreis einen Kreis umspannt, dessen Fläche einen Gesamtwert von (i) einer Öffnungsquerschnittfläche der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) und (ii) einer Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche eines Ansaugdurchgangs (18f), durch den das Ansaugkältemittel strömt, hat, wobei der Kreis einen Querschnitt senkrecht zu einer Axialrichtung des Düsenabschnitts (18a), der die Kältemitteleinspritzöffnung (18c) umfasst, umspannt, und die folgende Formel erfüllt ist La/ϕDa ≤ 1.
Ejektor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei als ein Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt (18a) ausgebildet wird, ein angeschrägter Abschnitt (18i), in dem eine Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung einer strömungsabwärtigen Seite in einer Kältemittelströmungsrichtung allmählich abnimmt, und ein Einspritzabschnitt (18j), der das Kältemittel von dem angeschrägten Abschnitt (18i) zu der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) leitet, bereitgestellt sind, und der Düsenabschnitt (18a) ausgebildet ist, um das Einspritzkältemittel, das in den Mischabschnitt 18e eingespritzt wird, durch Festlegen eines Aufweitungswinkels (θn) des Einspritzabschnitts (18j) in einem axialen Querschnitt größer oder gleich 0°, so dass ein Innendurchmesser des Einspritzabschnitts (18j) fest ist oder in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung allmählich zunimmt, frei zu expandieren.
Ejektor (18) für eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung (10a, 10b, 10c) mit einem ersten Verdampfer (15) und einem zweiten Verdampfer (17), die ein Kältemittel verdampfen, wobei der Ejektor umfasst: einen Düsenabschnitt (18a), der das aus dem ersten Verdampfer (15) strömende Kältemittel verdampft, bis das Kältemittel in einen gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand kommt, wobei der Düsenabschnitt das Kältemittel als ein Einspritzkältemittel aus einer Kältemitteleinspritzöffnung (18c) einspritzt; einen Körperabschnitt (18b); eine Kältemittelansaugöffnung (18d), die in dem Körperabschnitt (18b) bereitgestellt ist und ein aus dem zweiten Verdampfer (17) strömendes Kältemittel durch eine Saugwirkung des Einspritzkältemittels als ein Ansaugkältemittel ansaugt; einen Druckerhöhungsabschnitt (18g), der in dem Körperabschnitt (18b) bereitgestellt ist und den Druck eines vermischten Kältemittels aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel erhöht; und einen Mischabschnitt (18e), der in einem Bereich von der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) zu einem Einlassabschnitt (18h) des Druckerhöhungsabschnitts (18g) in einem Innenraum des Körperabschnitts (18b) bereitgestellt ist, wobei der Mischabschnitt das Einspritzkältemittel und das Ansaugkältemittel mischt, wobei als ein Kältemitteldurchgang, der in dem Düsenabschnitt (18a) ausgebildet ist, (19) ein angeschrägter Abschnitt (18i), in dem eine Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung einer strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung allmählich abnimmt, und (ii) ein Einspritzabschnitt (18j), der das Kältemittel von dem angeschrägten Abschnitt (18i) zu der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) leitet, bereitgestellt sind, und der Düsenabschnitt (18a) ausgebildet ist, um das Einspritzkältemittel, das in den Mischabschnitt (18e) eingespritzt wird, durch Festlegen eines Aufweitungswinkels (θn) des Einspritzabschnitts (18j) in einem axialen Querschnitt größer oder gleich 0° frei zu expandieren.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mischabschnitt (18e) eine Form hat, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemlttelströmungsrichtung abnimmt.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Mischabschnitt (18e) eine Form hat, die durch eine Kombination (i) einer Kegelstumpfform, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche in Richtung der strömungsabwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung allmählich abnimmt, und (ii) einer Säulenform, in der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche fest ist, definiert ist.
Ejektor gemäß Anspruch 6, wobei wenn auf eine axiale Länge des Düsenabschnitts (18a) in einem säulenförmigen Abschnitt des Mischabschnitts (18e) als Lb Bezug genommen wird, und auf einen Durchmesser des säulenförmigen Abschnitts als θDb Bezug genommen wird, die folgende Formel erfüllt ist: Lb/θDb ≤ 1.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Einlassabschnitts (18h) kleiner als eine Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche der Kältemitteleinspritzöffnung (18c) festgelegt wird.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, der ferner umfasst: ein Wirbelraumausbildungselement (18m), das einen Wirbelraum (18k) bildet, in dem das in den Düsenabschnitt (18a) strömende Kältemittel um eine Achse des Düsenabschnitts (18a) wirbelt.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, der ferner umfasst: einen Ventilkörper (18y), der die Kältemitteldurchgangsquerschnittfläche des Düsenabschnitts (18a) ändert.