JP4265228B2 - エジェクタポンプを用いた冷凍機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタポンプ(JIS Z 8126 番号2.1.2.3等参照)を用いた冷凍機に関するものである。
【0002】
なお、JIS Z 8126を真空ポンプに関する規格であるが、当然ながら、本発明は真空生成を目的とする発明ではなく、「エジェクタポンプを用いた冷凍機」とは、冷媒を循環させるポンプ手段としてエジェクタポンプを採用した冷凍機という意味である。
【0003】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
蒸気圧縮式冷凍機を用いた空調装置の消費動力は、主に、圧縮機の消費動力であり、特に、車両においては、運転状況によっては、空調装置の消費動力が車両全体の消費動力の約50%を占める場合がある。
【0004】
これに対して、例えば特開昭49−132739号公報に記載の発明では、圧縮機と廃熱により加熱された冷媒流れを駆動源として作動するエジェクタポンプとを組み合わせて圧縮機の消費動力を低減している。
【0005】
しかし、上記公報に記載の発明では、以下に述べる問題を有している。
【0006】
▲1▼上記公報に記載の発明では、圧縮機とエジェクタポンプとが冷媒流れにおいて直列に接続されているので、十分な量の廃熱があり、エジェクタポンプのみで冷媒を循環させることができ、圧縮機を必要としない場合には、圧縮機が流路抵抗となってしまい、回収した廃熱を有効利用することができない。
【0007】
▲2▼例えば、上記公報に記載の冷凍機を廃熱源を走行用エンジンとした車両用空調装置に適用した場合おいて、エンジンの廃熱量は車両の走行状態によって大きく変化するので、廃熱量が大きいときには上記▲1▼で述べた問題が発生する。これに対して、上記▲1▼で述べた問題を解決すべく、圧縮機を廃止すると、廃熱量が小さいときにはエジェクタポンプのみで冷媒を循環させることができなくなるおそれがある。
【0008】
▲3▼上記公報に記載の発明はR114やR12を冷媒とする冷凍機であり、二酸化炭素を冷媒とする冷凍機のごとく、エジェクタポンプに流入する冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍機への適用についての言及が一切ない。
【0009】
▲4▼上記公報に記載の発明では、蒸発器に流入する冷媒を等エンタルピー的に減圧膨張させているので、減圧膨張時の損失エネルギを回収できず、効率が低い。
【0010】
▲5▼近年、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車等の電気自動車においては、車載バッテリを冷却する必要性が高く、上記公報には、電気自動車への適用についての言及が一切ない。
【0011】
本発明は、上記点に鑑み、上記▲1▼〜▲5▼に示す問題のうち少なくとも1つを解決することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器(10)と、ノズル(31)から噴射する冷媒の噴流により蒸発器(10)側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ(30)と、蒸発器(10)側から冷媒を吸引して吐出する圧縮機(60)と、エジェクタポンプ(30)の吐出側および圧縮機(60)の吐出側のうち、少なくとも一方に接続されて、冷媒を冷却する放熱器(20)と、放熱器(20)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段(50)と、タンク手段(50)にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段(70)と、ポンプ手段(70)から圧送されて、ノズル(31)に流入する冷媒を加熱する加熱手段(40)とを有し、少なくとも、エジェクタポンプ(30)のみにて蒸発器(10)側から放熱器(20)側に冷媒を循環させる場合を選択することが可能であることを特徴とする。
【0013】
これにより、上記▲1▼の問題を解決することができる。
【0014】
請求項2に記載の発明では、圧縮機(60)の吐出側は、エジェクタポンプ(30)の吸引側に接続されており、圧縮機(60)から吐出された冷媒は、エジェクタポンプ(30)を介して、放熱器(20)へ流入することを特徴とする。
【0015】
これにより、圧縮機(60)及びエジェクタポンプ(30)の両者で冷媒を循環させることができるので、さらに上記▲2▼の問題を解決することができる。
【0016】
請求項3に記載の発明では、圧縮機(60)の吸引側が、エジェクタポンプ(30)の吐出側に接続されることによって、圧縮機(60)及び前記エジェクタポンプ(30)を、蒸発器(10)から放熱器(20)に至る冷媒流れに対して直列に配置し、エジェクタポンプ(30)から吐出された冷媒は、圧縮機(60)を介して、放熱器(20)へ流入することを特徴とする。
【0017】
これにより、圧縮機(60)及びエジェクタポンプ(30)の両者で冷媒を循環させることができるので、さらに上記▲2▼の問題を解決することができる。
【0018】
請求項4に記載の発明では、熱負荷に基づいて、エジェクタポンプ(30)のみにて蒸発器(10)側から放熱器(20)側に冷媒を循環させる場合、圧縮機(60)のみにて蒸発器(10)側から放熱器(20)側に冷媒を循環させる場合、並びに圧縮機(60)及びエジェクタポンプ(30)にて蒸発器(10)側から放熱器(20)側に冷媒を循環させる場合のいずれかが選択されることを特徴とする。
【0019】
これにより、圧縮機(60)及びエジェクタポンプ(30)の両者で冷媒を循環させることができるので、上記▲1▼及び▲2▼の問題を効果的に解決することができる。
【0020】
請求項5に記載の発明では、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器(10)と、ノズル(31)から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器(10)側から冷媒を吸引する第1エジェクタポンプ(30)と、第1エジェクタポンプ(30)の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器(20)と、第1エジェクタポンプ(30)のノズル(31)に流入する冷媒を加熱する加熱手段(40)と、放熱器(20)から流出して蒸発器(10)に流れ込む冷媒を減圧膨張させて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換するノズル、及びこのノズルから噴射する冷媒と蒸発器(10)から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギを圧力エネルギに変換して圧力を上昇させた冷媒を第1エジェクタポンプ(30)の吸引側へ流出させる昇圧部を有する第2エジェクタポンプ(90)とを備えることを特徴とする。
【0021】
これにより、上記▲4▼の問題を解決することができる。
【0022】
請求項6に記載の発明では、加熱手段(40)を流出してノズル(31)に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすることを特徴とする。
【0023】
これにより、さらに上記▲3▼の問題を解決することができる。
【0024】
請求項7に記載の発明では、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器(10)と、ノズル(31)から噴射する冷媒の噴流により蒸発器(10)側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ(30)と、エジェクタポンプ(30)の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器(20)と、放熱器(20)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段(50)と、タンク手段(50)にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段(70)と、ポンプ手段(70)から圧送されて、ノズル(31)に流入する冷媒を加熱する加熱手段(40)とを備え、加熱手段(40)を流出してノズル(31)に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすることを特徴とする。
【0025】
これにより、上記▲3▼の問題を解決することができる。
【0030】
請求項9に記載の発明では、冷媒として、炭化水素系の冷媒を用いたことを特徴とするものである。
【0031】
請求項10に記載の発明では、冷媒として、混合冷媒を用いたことを特徴とするものである。
【0032】
請求項11に記載の発明では、冷媒を蒸発させて車両に搭載されたバッテリを冷却する蒸発器(10)と、ノズル(31)から噴射する冷媒の噴流により蒸発器(10)側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ(30)と、エジェクタポンプ(30)の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器(20)と、放熱器(20)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段(50)と、タンク手段(50)にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段(70)と、ポンプ手段(70)から圧送されて、ノズル(31)に流入する冷媒を加熱する加熱手段(40)とを備えることを特徴とする。
【0033】
これにより、上記▲5▼の問題を解決することができる。
【0034】
請求項12に記載の発明では、加熱手段(40)は、冷媒流れに対して直列に複数器設けられていることを特徴とするものである。
【0035】
請求項13に記載の発明では、加熱手段(40)は、内燃機関の冷却液にて冷媒を加熱する第1廃熱熱交換器(41)、及び内燃機関から排出される排気が有する熱により第1廃熱熱交換器(41)にて加熱された冷媒を再加熱する第2廃熱熱交換器(42)にて構成されていることを特徴とするものである。
【0036】
請求項14に記載の発明では、第2廃熱熱交換器(42)は、排気と冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器にて構成されていることを特徴とするものである。
【0037】
請求項15に記載の発明では、第2廃熱熱交換器(42)は、排気と熱媒体とを直接的に熱交換する熱交換器、及び媒体の冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器にて構成されていることを特徴とするものである。
【0038】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0039】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係るエジェクタポンプを用いた冷凍機を車両用空調装置に適用したものであって、図1は本実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【0040】
蒸発器10は冷媒を蒸発させることにより室内に吹き出す空気から吸熱して空気を冷却する低圧側冷媒熱交換器であり、放熱器20は蒸発器10にて蒸発した冷媒を冷却する高圧側冷媒熱交換器である。なお、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用している。
【0041】
エジェクタポンプ30は、蒸発器10側から冷媒を吸引して放熱器20側に吐出する第1のポンプ手段であり、具体的には図2に示すように、高圧冷媒の圧力エネルギ(圧力ヘッド)を速度エネルギ(速度ヘッド)に変換して冷媒を減圧膨張させるノズル31、ノズル31から噴射する高速の冷媒噴流により蒸発器10側から冷媒を巻き込むように吸引しながら、ノズル31から噴射する冷媒と蒸発器10から吸引した冷媒とを混合させる混合部32、及び混合部32から流出する冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ33等からなるものである。
【0042】
なお、エジェクタポンプ30においては、混合部32及びディフューザ33にて冷媒圧力が上昇するので、混合部32及びディフューザ33により昇圧部が構成される。
【0043】
また、図1中、廃熱熱交換器40は、走行用エンジンの廃熱、つまりエンジン冷却水を熱源としてノズル31に流入する冷媒を加熱する加熱手段であり、気液分離器50は、放熱器20から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、液相冷媒を廃熱熱交換器40及び蒸発器10側に供給するタンク手段である。
【0044】
なお、廃熱熱交換器40は、エンジン冷却水と冷媒とが、両者を対向流れ又は直交対向流流れの状態で熱交換させるように構成することが望ましい。
【0045】
圧縮機60は、電磁クラッチ等の動力を断続可能に伝達する動力伝達手段を介して走行用エンジンから動力を得て蒸発器10側から冷媒を吸引して放熱器20側に吐出する第2のポンプ手段であり、冷媒ポンプ70は気液分離器50から液相冷媒を吸引して廃熱熱交換器40側に冷媒を循環させる電動式の第3のポンプ手段である。
【0046】
減圧器80は、気液分離器50と蒸発器10とを結ぶ冷媒通路に設けられて冷媒を等エンタルピー的に減圧する減圧手段であり、本実施形態では、蒸発器10の冷媒出口における冷媒過熱度が所定値となるように開度が制御される温度式膨脹弁が採用されている。
【0047】
次に、本実施形態に係る冷凍機の作動及びその特徴を述べる。
【0048】
エジェクタポンプ30及び圧縮機60は、共に冷媒を循環させるポンプ手段として機能するもので、(1)圧縮機60を停止させて冷媒ポンプ70のみ稼動させれば、エジェクタポンプ30のみがポンプ手段として機能し、(2)冷媒ポンプ70を停止させて圧縮機60のみを稼動させれば、圧縮機60のみがポンプ手段として機能し、(3)圧縮機60及び冷媒ポンプ70の両者を稼動させれば、エジェクタポンプ30及び圧縮機60の両者がポンプ手段として機能して機能する。
【0049】
ここで、上記▲1▼〜▲3▼の場合における冷凍機の作動を述べておく。
【0050】
▲1▼エジェクタポンプ30のみがポンプ手段として機能する場合
エジェクタポンプ30のみをポンプ手段として機能させた場合には、図3に示すように、気液分離器50→冷媒ポンプ70→廃熱熱交換器40→エジェクタポンプ30→放熱器20→気液分離器50の順に冷媒が循環する駆動流れと、気液分離器50→減圧器80→蒸発器10→エジェクタポンプ30→放熱器20→気液分離器50の順に冷媒が循環する吸引流れとが発生する。
【0051】
因みに、図4はエジェクタポンプ30のみをポンプ手段として機能させた場合の冷凍機の冷媒状態を示すp−h線図であり、図4の番号は図3の●で示される位置の冷媒状態を示すものである。
【0052】
そして、駆動流れは、冷媒ポンプ70により冷媒を廃熱熱交換器40に循環させるに十分な程度まで昇圧されて廃熱熱交換器40に流入する。廃熱熱交換器40に流入した冷媒は、廃熱を吸熱してそのエンタルピーを増大させた状態でエジェクタポンプ30のノズル31に流入し、ノズル31にて等エントロピー的に減圧膨脹する。つまり、エジェクタポンプ30は、ノズル31にて低下したエンタルピー量に相当するポンプ仕事をする。
【0053】
ところで、廃熱熱交換器40に流入した冷媒は、そのエンタルピーを増大させるが、冷媒ポンプ70は、主に液相冷媒を気液分離器50から吸引して廃熱熱交換器40に供給するので、廃熱熱交換器40から冷媒に供給される熱エネルギは、液相冷媒を沸騰蒸発させるためと、沸騰した冷媒をさらに加熱するためとに消費される。
【0054】
一方、廃熱熱交換器40にて冷媒に与えられた熱エネルギのうち、ポンプ仕事(機械的エネルギ)として回収することが可能なエネルギは、エンタルピーH(=U+pV)から内部エネルギUを引いた量、すなわち沸騰した冷媒をさらに加熱するために消費されたエネルギpVである。
【0055】
したがって、廃熱からより多くのポンプ仕事を回収するには、廃熱熱交換器40に液相冷媒ではなく気相冷媒を流入させる方がよいが、廃熱熱交換器40に気相冷媒を流入させるべく、気液分離器50から気相冷媒を吸引して廃熱熱交換器40に供給すると、冷媒ポンプ70にて気相冷媒が圧縮されて廃熱熱交換器40に流入する冷媒の温度が上昇してしまい、冷媒と廃熱源であるエンジン冷却水との温度差が小さくなり、冷媒に供給することができる熱量が減少し、却って、廃熱から回収することができるポンプ仕事量が低下してしまう。
【0056】
またさらに、冷媒ポンプ70にて気相冷媒が圧縮されてしまうと、ポンプ効率、つまり冷媒ポンプ70に与えたエネルギに対する冷媒ポンプ70により循環させられた冷媒の質量流量との比が、液相冷媒を吸引して圧送する場合に比べて悪化してしまう。そこで、本実施形態では、冷媒ポンプ70は、主に液相冷媒を気液分離器50から吸引して廃熱熱交換器40に供給するように構成している。
【0057】
▲2▼圧縮機60のみがポンプ手段として機能する場合
圧縮機60のみをポンプ手段として機能させた場合の作動は、通常の蒸気圧縮式冷凍機と同じであり、図4の1→2→3→7→1の順、又は図4の1→6→5→4→3→7→1の順に冷媒状態が変化する。
【0058】
▲3▼エジェクタポンプ30及び圧縮機60をポンプ手段として機能させた場合
この場合には、上記▲1▼と▲2▼とを組み合わせ作動であり、蒸発器10内の冷媒は、圧縮機60及びエジェクタポンプ30の両者により吸引される。
【0059】
なお、上記説明における図4は、作動状態を示す一例であり、冷媒圧力及び温度等は図4に示される関係に限定されるものではない。具体的には、図4では、ノズル31に流入する冷媒の圧力が、冷媒の臨界圧力以上であったが、これは空調負荷、つまり外気温度や蒸発器10で必要とされる冷凍能力等によって変化するものである。
【0060】
ところで、外気温度が低下すると、空調負荷が低下し放熱器20内の圧力が低下するので、エジェクタポンプ30にて廃熱から回収できるポンプ仕事が一定なならば、吸引流の流量、すなわち蒸発器10を流れる冷媒流量を増大させることができる。
【0061】
そして、図5は廃熱温度をパラメータとしたときの外気温度と蒸発器10で発生する冷凍能力(冷房能力)との関係を示すもので、二酸化炭素を冷媒とする場合には、廃熱温度が約150℃以上であれば、エジェクタポンプ30のみで必要冷房能力以上の冷房能力を発生させることができる。
【0062】
そこで、本実施形態に係る空調装置では、空調熱負荷、つまり外気温度及び必要冷房能力に基づいて、エジェクタポンプ30のみにて蒸発器10側から放熱器20側に冷媒を循環させる場合、圧縮機60のみにて蒸発器10側から放熱器20側に冷媒を循環させる場合、並びに圧縮機60及びエジェクタポンプ30にて蒸発器10側から放熱器20側に冷媒を循環させる場合のいずれかを自動選択して運転するように制御している。
【0063】
これにより、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲1▼及び▲2▼に示す問題を解決することができる。
【0064】
また、図5から明らかなように、エジェクタポンプ30のノズル31に流入する冷媒の圧力を臨界圧力以上とすると、減圧膨張時の損失エネルギが大きいため、外気温度が約35℃以上であっても、エジェクタポンプ30のみで必要にして十分な冷房能力を得ることが可能となり、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲3▼に示す問題を解決することができる。
【0065】
(第2実施形態)
本実施形態は第1実施形態の変形例であり、本実施形態では、図6に示すように、エジェクタポンプ30と蒸発器10とを結ぶ冷媒通路に開閉弁61を設けることにより、第1実施形態と同様な作動を実現することができるようにしたものである。
【0066】
(第3実施形態)
第1、2実施形態では、ポンプ手段をなすエジェクタポンプ30及び圧縮機60が冷媒流れに対して並列に設けられていたが、本実施形態は、図7、8に示すように、圧縮機60及びエジェクタポンプ30を、蒸発器10から放熱器20に至る冷媒流れに対して直列に配置したものである。
【0067】
なお、図7は圧縮機60の吸引側がエジェクタポンプ30の吐出側に接続されたものであり、図8は圧縮機60の吐出側がエジェクタポンプ30の吸引側に接続されたものである。
【0068】
これにより、蒸発器10に確実に冷媒を循環させることができるので、第1、2実施形態と同様に、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲1▼、▲2▼及び▲3▼に示す問題を解決することができる。
【0069】
(第4実施形態)
第1実施形態で述べたように、エジェクタポンプ30のノズル31に流入する冷媒の圧力を臨界圧力以上とすると、減圧膨張時の損失エネルギが大きいため、外気温度が約35℃以上であっても、エジェクタポンプ30のみで必要にして十分な冷房能力を得ることが可能となり、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲3▼に示す問題を解決することができることから、本実施形態では、図9に示すように、圧縮機60を廃止して、エジェクタポンプ30のみにて蒸発器10側から放熱器20側に冷媒を循環させるように構成したものである。
【0070】
(第5実施形態)
上述の実施形態では、蒸発器10に流入する冷媒を減圧器80にて等エンタルピー的に減圧膨脹させたが、本実施形態は、図10〜12に示すように、減圧器80に代えてエジェクタポンプ30と同じ構造を有する第2のエジェクタポンプ90とするとともに、気液分離器50を第2のエジェクタポンプ90の冷媒出口側に設置したものである。
【0071】
これにより、減圧器80にて捨てていた減圧膨張時の損失エネルギをエジェクタポンプ90にて冷媒を循環させるポンプ仕事として回収することができるので、第1、2実施形態と同様に、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲4▼に示す問題を解決することができる。
【0072】
なお、図10は第1実施形態に対して本実施形態を適用したものであり、図11は第2実施形態に対して本実施形態を適用したものであり、図12は第3実施形態(図8)に対して本実施形態を適用したものであるので、本実施形態では、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲1▼〜▲4▼に示す問題を解決することができる。
【0073】
(第6実施形態)
第1〜5実施形態では空調装置に本発明を適用したが、本実施形態は、第1〜5実施形態に示された冷凍機の蒸発器10にて、車両に搭載されたバッテリを冷却するものである。これにより、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で述べた▲1▼〜▲5▼に示す問題を解決することができる。
【0074】
(第7実施形態)
上述の実施形態では、気液分離器50にて分離された液相冷媒を冷媒ポンプ70にて廃熱熱交換器40に送っていたが、本実施形態は、気相冷媒を廃熱熱交換器40に供給するものである。
【0075】
具体的には、図13に示すように、放熱器20を第1、2放熱器21、22に分けるととともに、放熱器20の冷媒経路途中、つまり第1放熱器21と第2放熱器22との間に気液分離器50を配置し、かつ、気液分離器50にて放熱器20から分岐供給された気相冷媒を第2の圧縮機61にて廃熱熱交換器40に圧送するものである。
【0076】
因みに、オイル戻し回路51は、気液分離器50にて分離された冷凍機油を圧縮機61の吸入側に供給するものである。ここで、冷凍機油とは、圧縮機60、61内の摺動部を潤滑する潤滑油であり、通常、冷媒に混合されて圧縮機60、62に供給される。
【0077】
なお、圧縮機61も圧縮機60と同様にエンジンから動力を得て稼動するものであるが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば電動モータ又は廃熱等の熱エネルギにて稼動するものであってもよい。
【0078】
ところで、上述の説明からも明らかなように、気液分離器50及び圧縮機61等が「特許請求の範囲」に記載された気相冷媒供給手段に相当する。
【0079】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【0080】
第1実施形態では、主に液相冷媒を気液分離器50から吸引して廃熱熱交換器40に供給するので、廃熱熱交換器40から冷媒に供給される熱エネルギは、液相冷媒を沸騰蒸発させるためと、沸騰した冷媒をさらに加熱するためとに消費される。
【0081】
一方、廃熱熱交換器40にて冷媒に与えられた熱エネルギのうち、ポンプ仕事(機械的エネルギ)として回収することが可能なエネルギは、エンタルピーH(=U+pV)から内部エネルギUを引いた量、すなわち沸騰した冷媒をさらに加熱するために消費されたエネルギpVである。
【0082】
したがって、本実施形態のごとく、気相冷媒を廃熱熱交換器40に供給すれば、液相冷媒を沸騰蒸発させるために熱を供給する必要がないので、廃熱からより多くのポンプ仕事を回収することができる。
【0083】
また、圧縮機61にて圧縮された昇温した気相冷媒が廃熱熱交換器40に供給されるので、廃熱熱交換器40を小さくしながら、高温・高圧の過熱蒸気を生成することができ得る。
【0084】
(第8実施形態)
本実施形態は、第7実施形態の変形例である。具体的には、図14に示すように、圧縮機61の吸入側を気液分離器50と第2放熱器22とを繋ぐ冷媒回路に接続するものである。
【0085】
(第9実施形態)
本実施形態は、図15に示すように、加熱手段をなす廃熱熱交換器40を冷媒流れに対して直列に設けられた第1廃熱熱交換器41及び第2廃熱熱交換器42にて構成するとともに、第1廃熱熱熱交換器41にてエンジン冷却水と冷媒とを直接的に熱交換させ、第2廃熱熱交換器42にて内燃機関であるエンジンから排出される排気と第1廃熱熱交換器41から流出した冷媒とを熱交換させるものである。
【0086】
これにより、エンジンで発生する廃熱をより効率よく回収することができるとともに、排気温度は冷却水温度より高いので、エンジンで発生する廃熱をより確実に効率よく回収することができる。
【0087】
(第10実施形態)
本実施形態は第9実施形態の変形例である。具体的には、図16に示すように、第2廃熱熱交換器42を排気と熱媒体とを直接的に熱交換する熱交換器42a、及び媒体の冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器42bにて構成したものである。
【0088】
なお、本実施形態では、媒体としてエンジン冷却水と同じ流体を使用している。
【0089】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素としたが、図5からも明らかなように、本発明はこれに限定されるものではなく、R134a等のフロンは勿論のこと、例えばエチレン、エタン、酸化窒素、プロパン等の炭化水素系冷媒や二種類以上の冷媒を混合した混合冷媒であってもよい。
【0090】
なお、フロン、炭化水素系冷媒及び混合冷媒においては、ノズル31に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とする必要性はない。また、R134aを冷媒とした車両用空調装置においては、図5から明らかなように、外気温度が約30℃以下であれば、エジェクタポンプ30のみで十分な冷凍能力を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係るエジェクタポンプの模式図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る冷凍機の冷媒流れを示す模式図である。
【図4】p−h線図である。
【図5】外気温度と冷房能力との関係を示すグラフである。
【図6】本発明の第2実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図7】本発明の第3実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図8】本発明の第3実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図9】本発明の第4実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図10】本発明の第5実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図11】本発明の第5実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図12】本発明の第5実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図13】本発明の第7実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図14】本発明の第8実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図15】本発明の第9実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【図16】本発明の第10実施形態に係る冷凍機の模式図である。
【符号の説明】
10…蒸発器、20…放熱器、30…エジェクタポンプ、
40…廃熱熱交換器、50…気液分離器、60…圧縮機、
70…冷媒ポンプ、80…減圧器。
Claims (15)
- 冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器(10)と、
ノズル(31)から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器(10)側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ(30)と、
前記蒸発器(10)側から冷媒を吸引して吐出する圧縮機(60)と、
前記エジェクタポンプ(30)の吐出側および前記圧縮機(60)の吐出側のうち、少なくとも一方に接続されて、冷媒を冷却する放熱器(20)と、
前記放熱器(20)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段(50)と、
前記タンク手段(50)にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段(70)と、
前記ポンプ手段(70)から圧送されて、前記ノズル(31)に流入する冷媒を加熱する加熱手段(40)とを有し、
少なくとも、前記エジェクタポンプ(30)のみにて前記蒸発器(10)側から前記放熱器(20)側に冷媒を循環させる場合を選択することが可能であることを特徴とするエジェクタポンプを用いた冷凍機。 - 前記圧縮機(60)の吐出側は、前記エジェクタポンプ(30)の吸引側に接続されており、
前記圧縮機(60)から吐出された冷媒は、前記エジェクタポンプ(30)を介して、前記放熱器(20)へ流入することを特徴とする請求項1に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。 - 前記圧縮機(60)の吸引側が、前記エジェクタポンプ(30)の吐出側に接続されることによって、前記圧縮機(60)及び前記エジェクタポンプ(30)を、前記蒸発器(10)から前記放熱器(20)に至る冷媒流れに対して直列に配置し、
前記エジェクタポンプ(30)から吐出された冷媒は、前記圧縮機(60)を介して、前記放熱器(20)へ流入することを特徴とする請求項1に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。 - 熱負荷に基づいて、前記エジェクタポンプ(30)のみにて前記蒸発器(10)側から前記放熱器(20)側に冷媒を循環させる場合、前記圧縮機(60)のみにて前記蒸発器(10)側から前記放熱器(20)側に冷媒を循環させる場合、並びに前記圧縮機(60)及び前記エジェクタポンプ(30)にて前記蒸発器(10)側から前記放熱器(20)側に冷媒を循環させる場合のいずれかが選択されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
- 冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器(10)と、
ノズル(31)から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器(10)側から冷媒を吸引する第1エジェクタポンプ(30)と、
前記第1エジェクタポンプ(30)の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器(20)と、
前記第1エジェクタポンプ(30)の前記ノズル(31)に流入する冷媒を加熱する加熱手段(40)と、
前記放熱器(20)から流出して前記蒸発器(10)に流れ込む冷媒を減圧膨張させて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換するノズル、及びこのノズルから噴射する冷媒と前記蒸発器(10)から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギを圧力エネルギに変換して圧力を上昇させた冷媒を前記第1エジェクタポンプ(30)の吸引側へ流出させる昇圧部を有する第2エジェクタポンプ(90)とを備えることを特徴とするエジェクタポンプを用いた冷凍機。 - 前記加熱手段(40)を流出して前記ノズル(31)に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
- 冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器(10)と、
ノズル(31)から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器(10)側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ(30)と、
前記エジェクタポンプ(30)の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器(20)と、
前記放熱器(20)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段(50)と、
前記タンク手段(50)にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段(70)と、
前記ポンプ手段(70)から圧送されて、前記ノズル(31)に流入する冷媒を加熱する加熱手段(40)とを備え、
前記加熱手段(40)を流出して前記ノズル(31)に流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすることを特徴とするエジェクタポンプを用いた冷凍機。 - 冷媒として、二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項6又は7に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
- 冷媒として、炭化水素系の冷媒を用いたことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
- 冷媒として、混合冷媒を用いたことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
- 冷媒を蒸発させて車両に搭載されたバッテリを冷却する蒸発器(10)と、
ノズル(31)から噴射する冷媒の噴流により前記蒸発器(10)側から冷媒を吸引するエジェクタポンプ(30)と、
前記エジェクタポンプ(30)の吐出側に接続されて、冷媒を冷却する放熱器(20)と、
前記放熱器(20)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するタンク手段(50)と、
前記タンク手段(50)にて分離された液相冷媒を吸引して圧送するポンプ手段(70)と、
前記ポンプ手段(70)から圧送されて、前記ノズル(31)に流入する冷媒を加熱する加熱手段(40)とを備えることを特徴とするエジェクタポンプを用いた冷凍機。 - 前記加熱手段(40)は、冷媒流れに対して直列に複数器設けられていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
- 前記加熱手段(40)は、内燃機関の冷却液にて冷媒を加熱する第1廃熱熱交換器(41)、及び前記内燃機関から排出される排気が有する熱により前記第1廃熱熱交換器(41)にて加熱された冷媒を再加熱する第2廃熱熱交換器(42)にて構成されていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
- 前記第2廃熱熱交換器(42)は、前記排気と冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器にて構成されていることを特徴とする請求項13に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
- 前記第2廃熱熱交換器(42)は、前記排気と熱媒体とを直接的に熱交換する熱交換器、及び前記媒体の冷媒とを直接的に熱交換する熱交換器にて構成されていることを特徴とする請求項13に記載のエジェクタポンプを用いた冷凍機。
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