CN104428541A - 喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种喷射器。通过使形成于在主体部(30)的内部形成的减压用空间(30b)的内周面与改变最小面积部(30m)的冷媒通路面积的阀芯(35)的外周面之间的冷媒通路作为喷嘴而发挥功能,使形成于在主体部(30)的内部形成的升压用空间(30e)的内周面与通路形成部件(36)的外周面之间的冷媒通路作为扩压器而发挥功能,由此构成喷射器。此外,利用独立部件形成阀芯(35)与通路形成部件(36),通过减小阀芯(35)从冷媒承受的载荷,能够实现使阀芯(35)变位的驱动装置(37)的小型化。由此,无论喷射器式制冷循环系统的热负载如何,都能够使可发挥高能量转换效率的喷射器小型化。

Description

喷射器
相关申请的相互参照
本申请基于2012年7月9日申请的日本专利申请2012-153320主张优先权,通过参照将其公开内容引入本申请。
技术领域
本发明涉及一种喷射器,该喷射器使流体减压,并且借助以高速度喷射的喷射流体的吸引作用来吸引流体。
背景技术
以往,作为在蒸气压缩式的制冷循环装置中应用的减压装置,公知喷射器。这种喷射器具有使冷媒减压的喷嘴部,能够利用从该喷嘴部喷射的喷射冷媒的吸引作用吸引从蒸发器流出的气相冷媒,利用升压部(扩压器部)使喷射冷媒与吸引冷媒混合而升压。
因此,在具备喷射器作为减压装置的制冷循环装置(以下,记载为喷射器式制冷循环系统。)中,能够利用喷射器的升压部的冷媒升压作用减少压缩机的消耗动力,与具备膨胀阀等作为减压装置的通常的制冷循环装置相比,能够提高循环系统的性能系数(COP)。
此外,在专利文献1中,作为应用于制冷循环装置的喷射器,公开了具有使冷媒分两个阶段减压的喷嘴部的喷射器。更详细地说,在该专利文献1的喷射器中,利用第一喷嘴将高压液相状态的冷媒减压至成为气液二相状态,使成为了气液二相状态的冷媒向第二喷嘴流入。
由此,在专利文献1的喷射器中,促进第二喷嘴中的冷媒的沸腾,实现喷嘴部整体的喷嘴效率的提高,作为喷射器式制冷循环系统整体也意欲实现COP的进一步提高。需要说明的是,喷嘴效率指的是,在喷嘴部将冷媒的压力能量转换为动能时的能量转换效率。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3331604号公报
然而,根据本申请的发明人们的研究,在专利文献1的喷射器中,例如存在如下情况:在喷射器式制冷循环系统的热负载降低,循环系统的高压侧冷媒的压力与低压侧冷媒的压力的压力差(高低压差)缩小时,通过第一喷嘴进行高低压差量的减压,而在第二喷嘴中冷媒几乎不被减压。在这样的情况下,存在无法获得使气液二相冷媒向第二喷嘴流入所带来的喷嘴效率提高效果的可能。
对此,本发明人们首先在日本特愿2012-20882号(以下,称作在先申请例。)中提出了一种喷射器,该喷射器具备:主体部,其形成有使从散热器流出的冷媒回旋的回旋空间、使从该回旋空间流出的冷媒减压的减压用空间、与减压用空间的冷媒流动下游侧连通而吸引从蒸发器流出的冷媒的吸引用通路、使从减压用空间喷射的喷射冷媒与从吸引用通路吸引的吸引冷媒混合而升压的升压用空间;圆锥形状的阀芯,其配置在减压用空间内以及升压用空间内,在减压用空间内形成冷媒通路面积缩至最小的最小面积部,并且在升压用空间内形成随着朝向冷媒流动下游侧而冷媒通路面积逐渐扩大的冷媒通路;以及驱动装置,其使该阀芯变位,使形成在减压用空间的内周面与阀芯的外周面之间的冷媒通路作为使冷媒减压并喷射的喷嘴而发挥功能,使形成在升压用空间的内周面与阀芯的外周面之间的冷媒通路作为将喷射冷媒以及吸引冷媒的速度能量转换为压力能量的扩压器而发挥功能。
在该在先申请例的喷射器中,通过利用回旋空间使冷媒回旋,从而使回旋空间内的回旋中心侧的冷媒压力降至成为饱和液相冷媒的压力、或者冷媒减压沸腾(产生空穴)的压力。并且,使压力降低后的回旋中心侧的冷媒向减压用空间流入,在减压用空间内的最小面积部附近可靠地使冷媒减压沸腾。由此,使减压用空间内的作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路中的能量转换效率(相当于喷嘴效率)提高。
此外,驱动装置根据喷射器式制冷循环系统的热负载使阀芯变位,改变减压用空间内的作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路的冷媒通路面积、以及升压用空间内的作为扩压器而发挥功能的冷媒通路的冷媒通路面积,从而可靠地提高上述能量转换效率。
然而,对于如在先申请例的喷射器那样使减压用空间内的冷媒通路面积以及升压用空间内的冷媒通路面积同时变化的阀芯,例如存在与仅使减压用空间内的冷媒通路面积变化的阀芯相比外形增大的顾虑。此外,由于阀芯从冷媒承受的载荷也增大,因此,用于使阀芯变位的驱动装置的外形也增大,存在喷射器整体大型化的情况。
发明内容
鉴于所述问题,本发明的目的在于,使无论喷射器式制冷循环系统的热负载如何都能够发挥高能量转换效率的喷射器小型化。
根据本申请的一方式,喷射器应用于蒸气压缩式的制冷循环装置中,
喷射器具备主体部,该主体部具有:供冷媒流入的冷媒流入口;使从冷媒流入口流入的冷媒回旋的回旋空间;使从回旋空间流出的冷媒减压的减压用空间;与减压用空间的冷媒流动下游侧连通而从外部吸引冷媒的吸引用通路;以及使从减压用空间喷射出的喷射冷媒与从吸引用通路吸引来的吸引冷媒混合的升压用空间。此外,喷射器还具备:阀芯,其配置在减压用空间内;通路形成部件,其配置在升压用空间内,在升压用空间内形成冷媒通路面积随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐扩大的冷媒通路;以及驱动装置,其使阀芯变位。减压用空间具有冷媒通路截面积最小的最小面积部,驱动装置通过使阀芯变位来改变最小面积部的冷媒通路截面积。
阀芯的外周面所划分出的冷媒通路作为使从回旋空间流出的冷媒减压并喷射的喷嘴而发挥功能,通路形成部件的外周面所划分出的冷媒通路作为将喷射冷媒以及吸引冷媒的速度能量转换为压力能量的扩压器而发挥功能。阀芯与通路形成部件作为独立部件设置。
由此,使回旋空间内的回旋中心侧的压力降低了的冷媒向减压用空间内流入,因此,能够提高减压用空间内的作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路中的能量转换效率(相当于喷嘴效率)。在此基础上,由于驱动装置根据制冷循环装置的热负载使阀芯变位,因此,无论热负载如何,都能够发挥高能量转换效率。
此外,由于阀芯与通路形成部件利用独立部件形成,因此能够使阀芯小型化。并且,通过该小型化,基于阀芯从冷媒承受的压力所产生的载荷也变小,因此,还能够实现用于使阀芯变位的驱动装置的小型化。其结果,能够实现喷射器整体的小型化。
另外,升压用空间以及通路形成部件既可以形成为旋转体形状,也可以具有随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐在径向上扩展的形状。由此,升压用空间内的作为扩压器而发挥功能的冷媒通路从轴中心侧朝向径向外侧扩展,因此能够缩小喷射器整体的轴向尺寸。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的喷射器式制冷循环系统的简图。
图2是第一实施方式的喷射器的沿着轴向的剖视图。
图3A是示出第一实施方式的喷射器的各冷媒通路中的冷媒的流动的示意性的剖视图。
图3B是图3A的IIIB-IIIB剖视图。
图3C是图3A的IIIC-IIIC剖视图。
图4是示出第一实施方式的喷射器式制冷循环系统中的冷媒的状态的莫里尔图。
图5是本发明的第二实施方式的喷射器的示意性的剖视图。
图6是本发明的第三实施方式的喷射器的示意性的剖视图。
图7是本发明的变形例的喷射器的示意性的剖视图。
图8是本发明的变形例的喷射器的示意性的剖视图。
具体实施方式
以下,参照附图对用于实施本发明的多个方式进行说明。在各方式中,有时对与在在先方式中说明过的内容对应的部分标注相同的附图标记,省略重复的说明。在各方式中,在仅说明一部分结构的情况下,结构的其他部分能够应用在先说明的其他方式。在各实施方式中,不仅能够使具体明示了能够组合的部分彼此组合,只要不特别对组合产生阻碍,即使没有明示,也可以将实施方式彼此局部组合。
(第一实施方式)
使用图1~图4对本发明的第一实施方式进行说明。如图1所示,本实施方式的喷射器13应用于具备喷射器作为冷媒减压机构的制冷循环装置、即喷射器式制冷循环系统10。此外,该喷射器式制冷循环系统10应用于车辆用空气调节装置,发挥对向作为空气调节对象空间的车室内送风的送风空气进行冷却的功能。
首先,在喷射器式制冷循环系统10中,压缩机11吸入冷媒,使冷媒升压至成为高压冷媒后排出。具体而言,本实施方式的压缩机11是在一个壳体内收容固定容量型的压缩机构11a、以及驱动压缩机构11a的电动马达11b而构成的电动压缩机。
作为该压缩机构11a,能够采用涡旋型压缩机构、叶片型压缩机构等各种压缩机构。另外,由于电动马达11b根据从后述的控制装置输出的控制信号控制其动作(转速),因此可以采用交流马达与直流马达中的任一种形式。
在压缩机11的排出口连接有散热器12的冷凝部12a的冷媒入口侧。散热器12是通过使从压缩机11排出的高压冷媒与利用冷却风扇12d输送的车室外空气(外部气体)进行热交换从而使高压冷媒散热而冷却的散热用热交换器。
更具体而言,该散热器12是所谓的过冷(sub-cool)型的冷凝器,构成为具有:冷凝部12a,其使从压缩机11排出的高压气相冷媒与从冷却风扇12d输送的外部气体进行热交换,使高压气相冷媒散热而冷凝;接收部12b,其使从冷凝部12a流出的冷媒的气液分离,并积蓄剩余液相冷媒;以及过冷却部12c,其使从接收部12b流出的液相冷媒与从冷却风扇12d输送的外部气体进行热交换,对液相冷媒进行过冷却。
需要说明的是,在本实施方式的喷射器式制冷循环系统10中,作为冷媒而采用HFC系冷媒(具体而言是R134a),构成高压侧冷媒压力不超过冷媒的临界压力的亚临界制冷循环系统。当然,只要是构成亚临界制冷循环系统的冷媒,也可以采用HFO系冷媒(具体而言是R1234yf)等。此外,在冷媒中混入有用于润滑压缩机11的冷冻机油,冷冻机油的一部分与冷媒一起在循环系统中流通。
冷却风扇12d是通过从控制装置输出的控制电压来控制转速(送风空气量)的电动式送风机。在散热器12的过冷却部12c的冷媒出口侧连接有喷射器13的冷媒流入口31a。
喷射器13作为使从散热器12流出的过冷却状态的高压液相冷媒减压并向下游侧流出的冷媒减压机构而发挥功能,并且,作为利用以高速度喷射的冷媒流的吸引作用吸引(输送)从后述的蒸发器14流出的冷媒而使其循环的冷媒循环机构(冷媒输送机构)而发挥功能。此外,本实施方式的喷射器13还作为对减压后的冷媒进行气液分离的气液分离机构而发挥功能。
使用图2、图3A~3C对喷射器13的具体结构进行说明。需要说明的是,图2的上下的各箭头表示将喷射器式制冷循环系统10搭载于车辆用空气调节装置的状态下的上下的各方向。另外,图3A是用于对喷射器13的各冷媒通路的功能进行说明的示意性的剖视图,对与图2相同的部分标注相同的附图标记。
首先,如图2所示,本实施方式的喷射器13具备将多个结构部件组合而构成的主体部30。具体而言,该主体部30具有由棱柱状或圆柱状的金属形成而构成喷射器13的外壳的壳体主体31,在该壳体主体31的内部固定有喷嘴主体32、中间主体33、下主体34等。
在壳体主体31上形成有以下部件等:冷媒流入口31a,其使从散热器12流出的冷媒向内部流入;冷媒吸引口31b,其吸入从蒸发器14流出的冷媒;液相冷媒流出口31c,其使在形成于主体部30的内部的气液分离空间30f分离出的液相冷媒向蒸发器14的冷媒入口侧流出;以及气相冷媒流出口31d,其使在气液分离空间30f分离出的气相冷媒向压缩机11的吸入侧流出。
喷嘴主体32由在冷媒流动方向上前端变细的大致圆锥形状的金属部件形成,以其轴向与铅垂方向(图2的上下方向)平行的方式通过压入等手段固定在壳体主体31的内部。在喷嘴主体32的上方侧与壳体主体31之间形成有使从冷媒流入口31a流入的冷媒回旋的回旋空间30a。
回旋空间30a形成为旋转体形状,其中心轴沿着铅垂方向延伸。需要说明的是,旋转体形状指的是,使平面图形绕相同平面上的一条直线(中心轴)回旋后形成的立体形状。更具体而言,本实施方式的回旋空间30a形成为大致圆柱状。当然,也可以形成为圆锥或使圆锥台与圆柱结合而成的形状等。
此外,如图3B所示,使冷媒流入口31a与回旋空间30a连接的冷媒流入通路31e在从回旋空间30a的中心轴方向观察时沿着回旋空间30a的内壁面的切线方向延伸。由此,从冷媒流入通路31e向回旋空间30a流入的冷媒沿着回旋空间30a的内壁面流动,在回旋空间30a内回旋。
需要说明的是,冷媒流入通路31e不需要形成为在从回旋空间30a的中心轴方向观察时与回旋空间30a的切线方向完全一致,只要至少含有回旋空间30a的切线方向的分量,也可以形成为含有其他方向的分量(例如,回旋空间30a的轴向的分量)。
这里,由于离心力作用于在回旋空间30a内回旋的冷媒,因此在回旋空间30a内,中心轴侧的冷媒压力比外周侧的冷媒压力低。因此,在本实施方式中,在喷射器式制冷循环系统10的通常运转时,使回旋空间30a内的中心轴侧的冷媒压力降低至成为饱和液相冷媒的压力、或者冷媒减压沸腾(产生空穴)的压力。
这样的回旋空间30a内的中心轴侧的冷媒压力的调整能够通过调整在回旋空间30a内回旋的冷媒的回旋流速来实现。此外,回旋流速的调整例如能够通过调整冷媒流入通路31e的通路截面积与回旋空间30a的轴向垂直截面积的面积比等来进行。需要说明的是,本实施方式的回旋流速表示回旋空间30a的最外周部附近处的冷媒的回旋方向上的流速。
另外,在喷嘴主体32的内部形成有使从回旋空间30a流出的冷媒减压并向下游侧流出的减压用空间30b。该减压用空间30b形成为将圆柱状空间与从该圆柱状空间的下方侧连续而朝向冷媒流动方向逐渐扩大的圆锥台形状空间结合而成的旋转体形状,减压用空间30b的中心轴与回旋空间30a的中心轴配置在同轴上。
此外,在减压用空间30b的内部配置有阀芯35,该阀芯35在减压用空间30b内形成冷媒通路面积缩至最小的最小面积部30m,并且改变最小面积部30m的通路面积。该阀芯35形成为随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐扩大的大致圆锥形状,其中心轴与减压用空间30b的中心轴配置在同轴上。
并且,作为形成在减压用空间30b的内周面(喷嘴主体32的形成减压用空间30b的部位的内周面)与阀芯35的外周面之间的冷媒通路,如图3A所示,形成冷媒通路面积朝向冷媒流动下游侧直至最小面积部30m逐渐缩小的前端变细部131,以及从最小面积部30m向下游侧形成且冷媒通路面积逐渐扩大的末端扩大部132。
在该末端扩大部132中,由于在从径向观察时,减压用空间30b与阀芯35重合(overlap),因此,冷媒通路的轴向垂直剖面的形状形成为圆环形状(从圆形状除去配置在同轴上的小径的圆形状而成的环形状)。此外,由于本实施方式的阀芯35的扩张角度比减压用空间30b的圆锥台形状空间的扩张角度小,因此,末端扩大部132的冷媒通路面积随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐扩大。
在本实施方式中,通过该通路形状使形成在减压用空间30b的内周面与阀芯35的外周面之间的冷媒通路作为喷嘴而发挥功能,利用该冷媒通路使被减压的冷媒的流速以接近音速的方式增速。此外,在该冷媒通路中,如图3A示意性所示,冷媒一边沿着剖面圆环形状的冷媒通路回旋一边流动。
接下来,如图2所示,中间主体33由金属制圆板状部件形成,在中间主体33的中心部设置有贯通表背的旋转体形状的贯通孔,并且在该贯通孔的外周侧收容有使阀芯35变位的驱动装置37。需要说明的是,贯通孔的中心轴与回旋空间30a以及减压用空间30b的中心轴配置在同轴上。另外,中间主体33通过压入等手段固定在壳体主体31的内部且固定在喷嘴主体32的下方侧。
此外,在中间主体33的上表面和与其对置的壳体主体31的内壁面之间形成有使从冷媒吸引口31b流入的冷媒滞留的流入空间30c。需要说明的是,在本实施方式中,由于喷嘴主体32的下方侧的前端变细前端部定位在中间主体33的贯通孔的内部,因此,流入空间30c在从回旋空间30a以及减压用空间30b的中心轴方向观察时形成为剖面圆环形状。
另外,在中间主体33的贯通孔中的、插入有喷嘴主体32的下方侧的范围、即从径向观察时中间主体33与喷嘴主体32重合的范围内,以与喷嘴主体32的前端变细前端部的外周形状相适的方式使冷媒通路截面积随着朝向冷媒流动方向而逐渐缩小。
由此,在贯通孔的内周面与喷嘴主体32的下方侧的外周面之间形成吸引用通路30d,该吸引用通路30d使流入空间30c与减压用空间30b的冷媒流动下游侧连通,从冷媒吸引口31b吸引冷媒。需要说明的是,该吸引用通路30d也在从中心轴方向观察时形成为剖面圆环形状。
此外,在中间主体33的贯通孔中的、吸引用通路30d的冷媒流动下游侧的范围内形成有升压用空间30e,该升压用空间30e形成为随着朝向冷媒流动方向而逐渐扩大的大致圆锥台形状。该升压用空间30e是使从上述的作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路喷射的喷射冷媒与从吸引用通路30d吸引的吸引冷媒混合的空间。
在升压用空间30e的内部配置有通路形成部件36,该通路形成部件36在升压用空间30e内形成随着朝向冷媒流动下游侧而通路面积逐渐扩大的冷媒通路。更详细地说,通路形成部件36由独立于阀芯35的独立部件形成,并且形成为随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐扩大的旋转体形状(大致圆锥台形状)。如图3C所示,通路形成部件36的中心轴与升压用空间30e的中心轴配置在同轴上。通路形成部件36的中心轴与固定于阀芯35的中心侧动作棒38b的中心轴配置在同轴上。另外,在阀芯35以及通路形成部件36的轴向上,在阀芯35与通路形成部件36之间设有规定的间隙。
此外,本实施方式的通路形成部件36的扩张角度比升压用空间30e的圆锥台形状空间的扩张角度小。因此,形成在升压用空间30e的内周面(中间主体33的形成升压用空间30e的部位的内周面)与通路形成部件36的外周面之间的冷媒通路在从中心轴方向观察时形成为剖面圆环形状,该冷媒通路的冷媒通路面积随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐扩大。
在本实施方式中,通过以此方式扩大冷媒通路面积,如图3A所示,使形成在升压用空间30e的内周面与通路形成部件36的外周面之间的冷媒通路作为扩压器而发挥功能,将喷射冷媒以及吸引冷媒的速度能量转换为压力能量。
此外,在形成于升压用空间30e的内周面与通路形成部件36的外周面之间的作为扩压器而发挥功能的冷媒通路中,在从形成于减压用空间30b的内周面与阀芯35的外周面之间的作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路喷射的喷射冷媒所具有的回旋方向的速度分量的作用下,冷媒一边沿着剖面圆环形状的冷媒通路回旋一边流动。
另外,如图2所示,通路形成部件36具有多个脚部36a,且利用该脚部36a固定于主体部30(具体而言是中间主体33的底面侧)。因此,在各脚部36a彼此之间形成供冷媒流通的冷媒通路。
接下来,对配置在中间主体33的外周侧且使阀芯35变位的驱动装置37进行说明。该驱动装置37构成为具有压力响应部件、即圆形薄板状的隔板37a。更具体而言,如图2所示,隔板37a以将形成在中间主体33的外周侧的圆柱状的空间分隔成上下两个空间的方式通过焊接等手段进行固定。
被隔板37a分隔出的两个空间中的上方侧(流入空间30c侧)的空间构成封入空间37b,该封入空间37b封入有根据蒸发器14流出冷媒的温度相应地发生压力变化的感温介质。在该封入空间37b中,以达到预先确定的密度的方式封入有与在制冷循环系统10中循环的冷媒相同组成的感温介质。因此,本实施方式中的感温介质是R134a。
另一方面,被隔板37a分隔出的两个空间中的下方侧的空间构成经由未图示的连通路导入蒸发器14流出冷媒的导入空间37c。因此,蒸发器14流出冷媒的温度经由将流入空间30c与封入空间37b分隔开的盖部件37d以及隔板37a传递至封入在封入空间37b中的感温介质。
由此,封入空间37b的内压成为与蒸发器14流出冷媒的温度相应的压力。此外,隔板37a根据封入空间37b的内压与向导入空间37c流入的蒸发器14流出冷媒的压力的差压相应地变形。因此,隔板37a优选利用富有弹性、热传导良好、并且强韧的材质形成,例如,优选利用不锈钢(SUS304)等的金属薄板形成。
另外,圆柱状的外周侧动作棒38a的上端侧通过焊接等手段接合在隔板37a的中心部,在外周侧动作棒38a的下端侧固定有板部件39。此外,在板部件39的中心部固定有圆柱状的中心侧动作棒38b的下端侧,在中心侧动作棒38b的上端侧固定有阀芯35的底面侧。
由此,隔板37a与阀芯35连结,伴随着隔板37a的变位,阀芯35变位,调整减压用空间30b的最小面积部30m的冷媒通路面积。
具体而言,若蒸发器14流出冷媒的温度(过热度)上升,则封入到封入空间37b的感温介质的饱和压力上升,封入空间37b的内压减去导入空间37c的压力而得到的差压增大。由此,隔板37a使阀芯35向使最小面积部30m的冷媒通路面积扩大的方式方向(铅垂方向下方侧)变位。
另一方面,若蒸发器14流出冷媒的温度(过热度)降低,则封入到封入空间37b的感温介质的饱和压力降低,封入空间37b的内压减去导入空间37c的压力而得到的差压变小。由此,隔板37a使阀芯35向使最小面积部30m的冷媒通路面积缩小的方向(铅垂方向上方侧)变位。
这样,隔板37a与蒸发器14流出冷媒的过热度相应地使阀芯35变位,由此,以使蒸发器14出口侧冷媒的过热度接近预先确定的规定值的方式调整最小面积部30m的冷媒通路面积。
需要说明的是,板部件39承受固定于下主体34的螺旋弹簧40的载荷。螺旋弹簧40对板部件39施加朝向使阀芯35缩小减压用空间30b的最小面积部30m的冷媒通路面积的一侧施力的载荷,通过调整该载荷,能够改变阀芯35的开阀压力,还能够改变想要获得的过热度。
此外,板部件39的外径形成为比前述的通路形成部件36的最大外径大。因此,外周侧动作棒38a不会与通路形成部件36接触。另外,外周侧动作棒38a与中间主体33的间隙被未图示的O型圈等密封部件密封,即使外周侧动作棒38a变位,冷媒也不会从该间隙泄漏。
接下来,下主体34由圆柱状的金属部件形成,以关闭壳体主体31的底面的方式通过螺纹固定等手段固定于壳体主体31内。在下主体34的上方侧与中间主体33之间形成有气液分离空间30f,该气液分离空间30f使从前述的作为扩压器而发挥功能的冷媒通路流出的冷媒的气液分离。
该气液分离空间30f形成为大致圆柱状的旋转体形状的空间,气液分离空间30f的中心轴也与回旋空间30a、减压用空间30b等的中心轴配置在同轴上。
另外,如前所述,在形成于升压用空间30e的内周面与通路形成部件36的外周面之间的作为扩压器而发挥功能的冷媒通路中,由于冷媒一边沿着剖面圆环形状的冷媒通路回旋一边流动,因此,从作为该扩压器而发挥功能的冷媒通路向气液分离空间30f流入的冷媒也具有回旋方向的速度分量。因此,在气液分离空间30f内,通过离心力的作用使冷媒的气液分离。
在下主体34的中心部设置有圆筒状的管34a,该管34a与气液分离空间30f配置在同轴上,且朝向上方侧延伸。并且,在气液分离空间30f分离出的液相冷媒贮存在管34a的外周侧。另外,在管34a的内部形成有气相冷媒流出通路34b,该气相冷媒流出通路34b将在气液分离空间30f分离出的气相冷媒向壳体主体31的气相冷媒流出口31d引导。
此外,在管34a的上端部固定有前述的螺旋弹簧40。需要说明的是,该螺旋弹簧40还作为使对冷媒进行减压时的压力脈动所引起的阀芯35的振动衰减的振动缓冲部件而发挥功能。另外,在管34a的根部(最下方部)形成有油返回孔34c,该油返回孔34c使液相冷媒中的冷冻机油经由气相冷媒流出通路34b向压缩机11内返回。
如图1所示,在喷射器13的液相冷媒流出口31c连接有蒸发器14的入口侧。蒸发器14是吸热用热交换器,通过使利用喷射器13减压后的低压冷媒与从送风风扇14a向车室内输送的送风空气进行热交换,由此使低压冷媒蒸发而发挥吸热作用。
送风风扇14a是通过从控制装置输出的控制电压来控制转速(送风空气量)的电动式送风机。在蒸发器14的出口侧连接有喷射器13的冷媒吸引口31b。此外,在喷射器13的气相冷媒流出口31d连接有压缩机11的吸入侧。
接下来,未图示的控制装置由包括CPU、ROM以及RAM等的公知的微型计算机及其周边电路构成。该控制装置根据存储于其ROM内的控制程序进行各种运算、处理,控制上述的各种电气式的致动器11b、12d、14a等的动作。
另外,在控制装置上连接有检测车室内温度的内部气体温度传感器、检测外部气体温度的外部气体温度传感器、检测车室内的日照量的日照传感器、检测蒸发器14的吹出空气温度(蒸发器温度)的蒸发器温度传感器、检测散热器12出口侧冷媒的温度的出口侧温度传感器、以及检测散热器12出口侧冷媒的压力的出口侧压力传感器等空气调节控制用的传感器组,输入这些传感器组的检测值。
此外,在控制装置的输入侧连接有配置于车室内前部的仪表盘附近的未图示的操作面板,来自设置于该操作面板的各种操作开关的操作信号向控制装置输入。作为设置于操作面板的各种操作开关,设置有要求进行车室内空气调节的空气调节动作开关、设定车室内温度的车室内温度设定开关、以及空气调节运转模式的选择开关等。
需要说明的是,本实施方式的控制装置构成为,对与其输出侧连接的各种控制对象设备的动作进行控制的控制机构构成为一体,但控制装置中的、控制各控制对象设备的动作的结构(硬件以及软件)构成各控制对象设备的控制机构。例如,在本实施方式中,控制压缩机11的电动马达11b的动作的结构(硬件以及软件)构成排出能力控制机构。
接下来,使用图4的莫里尔图对基于所述结构的本实施方式的动作进行说明。需要说明的是,在该莫里尔图的纵轴上表示与图3A的P0、P1、P2对应的压力。首先,当接通(ON)操作面板的动作开关时,控制装置使压缩机11的电动马达11b、冷却风扇12d、送风风扇14a等动作。由此,压缩机11吸入冷媒,压缩后排出。
从压缩机11排出的高温高压状态的气相冷媒(图4的a4点)向散热器12的冷凝部12a流入,与从冷却风扇12d输送的送风空气(外部气体)进行热交换,散热而冷凝。利用冷凝部12a散热后的冷媒通过接收部12b而气液分离。利用接收部12b气液分离后的液相冷媒在过冷却部12c与从冷却风扇12d输送的送风空气进行热交换,进一步散热,成为过冷却液相冷媒(图4的a4点→b4点)。
从散热器12的过冷却部12c流出的过冷却液相冷媒在形成于喷射器13的减压用空间30b的内周面与阀芯35的外周面之间且作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路中被等熵地减压而喷射(图4的b4点→c4点)。此时,以蒸发器14出口侧冷媒的过热度接近预先确定的规定值的方式调整减压用空间30b的最小面积部30m的冷媒通路面积。
并且,借助从作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路喷射的喷射冷媒的吸引作用,从蒸发器14流出的冷媒经由冷媒吸引口31b、流入空间30c以及吸引用通路30d被吸引。此外,从作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路喷射的喷射冷媒与经由吸引用通路30d等吸引的吸引冷媒向形成于升压用空间30e的内周面与通路形成部件36的外周面之间的作为扩压器而发挥功能的冷媒通路流入(图4的c4点→d4点、h4点→d4点)。
在作为扩压器而发挥功能的冷媒通路中,因冷媒通路面积的扩大而使得冷媒的速度能量转换为压力能量。由此,在喷射冷媒与吸引冷媒混合的同时混合冷媒的压力上升(图4的d4点→e4点)。从作为扩压器而发挥功能的冷媒通路流出的冷媒在气液分离空间30f被气液分离(图4的e4点→f4点、e4点→g4点)。
在气液分离空间30f被分离出的液相冷媒从液相冷媒流出口31c流出,向蒸发器14流入。向蒸发器14流入的冷媒从利用送风风扇14a输送的送风空气吸热并蒸发,送风空气被冷却(图4的g4点→h4点)。另一方面,在气液分离空间30f被分离出的气相冷媒从气相冷媒流出口31d流出,向压缩机11吸入。
本实施方式的喷射器式制冷循环系统10以如上方式动作,从而能够对向车室内输送的送风空气进行冷却。此外,在该喷射器式制冷循环系统10中,使在喷射器13的作为扩压器而发挥功能的冷媒通路中升压的冷媒吸入到压缩机11,因此,能够减少压缩机11的驱动动力,能够提高循环系统效率(COP)。
此外,根据本实施方式的喷射器13,在回旋空间30a内使冷媒回旋,使回旋中心侧的压力降低了的冷媒向减压用空间30b内流入,因此,能够在最小面积部30m附近可靠地使冷媒减压沸腾。由此,能够提高作为喷嘴而发挥功能的冷媒通路中的能量转换效率(相当于喷嘴效率)。
在此基础上,驱动装置37以使蒸发器14出口侧冷媒的过热度接近预先确定的规定值的方式使阀芯35变位,由此,能够与喷射器式制冷循环系统10的热负载相应地适当调整最小面积部30m的冷媒通路面积。因此,在本实施方式的喷射器13中,无论喷射器式制冷循环系统10的热负载的变动如何,都能够发挥高能量转换效率。
此外,在本实施方式的喷射器13中,由于阀芯35以及通路形成部件36由独立部件形成,因此,与利用一个部件形成阀芯35与通路形成部件36的情况相比,能够使阀芯35小型化。并且,通过该小型化使得基于阀芯35从冷媒承受的压力而产生的载荷也变小,因此,还能够实现使阀芯35变位的驱动装置37的小型化。其结果,能够实现喷射器13整体的小型化。
另外,在本实施方式的喷射器13中,升压用空间30e以及通路形成部件36形成为旋转体形状,并且形成为随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐在径向上扩展的圆锥台形状。由此,能够将作为扩压器而发挥功能的冷媒通路形成为随着从轴中心侧朝向径向外侧扩展,因此,能够缩小喷射器13整体的轴向尺寸,进一步实现小型化。
另外,在本实施方式的喷射器13中,由于在作为扩压器而发挥功能的冷媒通路的冷媒流动下游侧(铅垂方向下方侧)形成有气液分离空间30f,因此,相对于与喷射器13独立地设置气液分离机构的情况,能够有效地减小气液分离空间30f的容积。
换句话说,在本实施方式的气液分离空间30f中,由于从形成为剖面圆环形状且作为扩压器而发挥功能的冷媒通路流入的冷媒已经在回旋,因此,不需要设置用于在气液分离空间30f内产生冷媒的回旋流动或促进冷媒的回旋流动增长的空间。因此,相对于与喷射器13独立地设置气液分离机构的情况,能够有效地缩小气液分离空间30f的容积。
另外,在本实施方式的喷射器13中,由于通路形成部件36通过多个脚部36a固定于主体部30,因此,即便利用独立于阀芯35的独立部件形成通路形成部件36,也能够可靠且容易地将通路形成部件36固定于喷射器13的主体部30的内部空间。
另外,在本实施方式的喷射器13中,由于在从中心轴方向观察时,吸引用通路30d形成为剖面圆环形状,因此,能够从喷嘴主体32的下端侧的前端变细前端部的整周吸引蒸发器14流出冷媒。由此,能够抑制吸引蒸发器14流出冷媒时的吸引压力损失,能够进一步提高喷射器式制冷循环系统10的循环系统效率(COP)。
另外,在本实施方式的喷射器13中,在流入空间30c的下方侧配置构成驱动装置37的封入空间37b,能够将流入空间30c内的冷媒的温度传递至封入空间37b内的感温介质(冷媒)。由此,能够从流入空间30c侧以及导入空间37c侧双方向封入空间37b内的感温介质传递蒸发器14流出冷媒。
因此,能够抑制封入空间37b的内压受到外部气体温度等的影响而变化,能够根据蒸发器14流出冷媒的温度(过热度)高精度地调整最小面积部30m的冷媒通路面积。
(第二实施方式)
在第一实施方式中,说明了使用压力响应部件即隔板37a构成使阀芯35变位的驱动装置37的例子,但在本实施方式中,如图5所示,采用由与阀芯35连结的步进电机41构成的电动式的驱动装置。需要说明的是,该步进电机41的动作根据从控制装置输出的控制脉冲控制。
另外,在本实施方式的控制装置上连接有检测蒸发器14出口侧冷媒的温度以及压力的检测机构。并且,控制装置根据这些检测机构的检测信号计算蒸发器14出口侧冷媒的过热度,以使计算出的过热度接近预先确定的目标过热度的方式控制步进电机41的动作。其他结构以及动作与第一实施方式相同。
因此,与第一实施方式相同,在本实施方式的喷射器13中,无论喷射器式制冷循环系统10的热负载如何,都能够发挥高能量转换效率。此外,由于能够采用小型的步进电机41,因此能够实现喷射器13整体的小型化。
需要说明的是,在如本实施方式这样采用电动式的驱动装置的情况下,也可以设置检测散热器12出口侧冷媒的温度以及压力的检测机构,控制装置根据这些检测机构的检测信号计算散热器12出口侧冷媒的过冷却度,以使计算出的过冷却度接近预先确定的目标过冷却度的方式控制步进电机41的动作。
(第三实施方式)
在本实施方式中,如图6所示,省略脚部36a,经由振动缓冲部件36b连结通路形成部件36与阀芯35(具体而言是板部件39)。需要说明的是,作为振动缓冲部件36b,例如可以采用可抑制通路形成部件36的振动经由板部件39以及中心侧动作棒38b传递至阀芯35的螺旋弹簧或树脂材料之类的弹性部件。
通过设置这样的振动缓冲部件36b,抑制基于通路形成部件36从冷媒承受的压力所产生的载荷经由板部件39向阀芯35传递,因此,驱动装置37实际上仅使阀芯35变位。因此,即便通路形成部件36经由振动缓冲部件36b与阀芯35连结,也与第一实施方式相同地能够实现喷射器13的小型化。
(其他实施方式)
本发明不限定于上述的实施方式,能够在不脱离本发明的主旨的范围内如下地进行各种变形。另外,所述各实施方式所公开的机构也可以在可实施的范围内适当组合。
(1)在上述的第一、第二实施方式中,说明了利用多个脚部36a将通路形成部件36固定于中间主体33的底面侧的例子,但利用脚部36a固定通路形成部件36的固定方式不限定于此。例如,也可以利用在径向上延伸的脚部将通路形成部件36固定于壳体主体31。此外,在设置多个脚部36a的情况下,优选各个脚部36a相对于中心轴以等角度间隔配置。
(2)在上述的第一、第三实施方式中,说明了在中间主体33的外周侧设置多个圆柱状的空间,在该空间的内部固定圆形薄板状的隔板37a而构成驱动装置37的例子,但在将该驱动装置37设置于多处的情况下,也优选各个驱动装置37相对于中心轴以等角度间隔配置。此外,也可以在从轴向观察时形成为圆环形状的空间内固定由圆环形状的薄板形成的隔板37a从而构成驱动装置。
(3)在上述的实施方式中,没有说明喷射器13的液相冷媒流出口31c以及气相冷媒流出口31d的详细内容,但也可以在这些冷媒流出口配置使冷媒减压的减压机构(例如,由孔口或毛细管构成的侧方固定节流部)。例如,也可以在液相冷媒流出口31c添加固定节流部,将喷射器13应用于具有高段侧压缩机构与低段侧压缩机构的双段升压式的喷射器式制冷循环系统。
(4)在上述的实施方式中,说明了在主体部30的内部形成有气液分离空间30f的喷射器13,但也可以省略气液分离空间30f。在这种情况下,只要设置相对于喷射器13独立形成的气液分离机构即可。
(5)在上述的实施方式中,说明了将具备本发明的喷射器13的喷射器式制冷循环系统10应用于车辆用空气调节装置的例子,但该喷射器式制冷循环系统10的应用不限定于此。例如,也可以应用于固定型空气调节装置、低温保存库、自动贩卖机用冷却加热装置等。
(6)在上述的实施方式中,采用形成为大致圆锥形状的部件作为阀芯35,但只要作为形成于减压用空间30b的内周面与阀芯35的外周面之间的冷媒通路能够形成前端变细部以及末端扩大部132,则也可以采用球形状的阀芯。
(7)在上述的实施方式中,说明了采用过冷型的热交换器的例子,但也可以采用仅由冷凝部12a构成通常的散热器。
如图7所示的本发明的一变形例,也可以由阀芯35的一部分划分升压用空间30e内的冷媒通路的一部分。另外,如图8所示的本发明的一变形例,也可以由通路形成部件36的一部分划分减压用空间30b内的末端扩大部132的一部。

Claims (6)

1.一种喷射器,其应用于蒸气压缩式的制冷循环装置中,具备:
主体部(30),其具有供冷媒流入的冷媒流入口(31a)、使从所述冷媒流入口(31a)流入的冷媒回旋的回旋空间(30a)、使从所述回旋空间(30a)流出的冷媒减压的减压用空间(30b)、与所述减压用空间(30b)的冷媒流动下游侧连通而从外部吸引冷媒的吸引用通路(30d)、以及使从所述减压用空间(30b)喷射出的喷射冷媒与从所述吸引用通路(30d)吸引来的吸引冷媒混合的升压用空间(30e);
阀芯(35),其配置在所述减压用空间(30b)内;
通路形成部件(36),其配置在所述升压用空间(30e)内,在所述升压用空间(30e)内形成冷媒通路面积随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐扩大的冷媒通路;以及
驱动装置(37、41),其使所述阀芯(35)变位,
所述减压用空间(30b)具有冷媒通路截面积最小的最小面积部(30m),
所述驱动装置(37、41)通过使所述阀芯(35)变位来改变所述最小面积部(30m)的冷媒通路截面积,
所述阀芯(35)的外周面所划分出的冷媒通路作为使从所述回旋空间(30a)流出的冷媒减压并喷射的喷嘴而发挥功能,
所述通路形成部件(36)的外周面所划分出的冷媒通路作为将所述喷射冷媒以及所述吸引冷媒的速度能量转换为压力能量的扩压器而发挥功能,
所述阀芯(35)与所述通路形成部件(36)作为独立部件设置。
2.根据权利要求1所述的喷射器,其中,
所述升压用空间(30e)以及所述通路形成部件(36)形成为旋转体形状,并且具有随着朝向冷媒流动下游侧而逐渐在径向上扩展的形状。
3.根据权利要求1或2所述的喷射器,其中,
所述通路形成部件(36)具有固定在所述主体部(30)上的多个脚部(36a),
在彼此相邻的两个所述脚部(36a)之间设有供冷媒流通的冷媒通路。
4.根据权利要求1或2所述的喷射器,其中,
所述通路形成部件(36)经由振动缓冲部件(36b)与阀芯(35)连结。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的喷射器,其中,
所述主体部(30)还具有对从所述升压用空间(30e)流出的冷媒进行气液分离的气液分离空间(30f)。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的喷射器,其中,
所述阀芯(35)与所述通路形成部件(36)配置成在所述阀芯(35)与所述通路形成部件(36)之间设有规定的间隙。
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