CN104797894B - 喷射器 - Google Patents

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Abstract

在加热侧喷射器(15)的加热侧主体部(15b)的内部空间中的、从加热侧喷嘴部(15a)的冷媒喷射口(15c)到加热侧扩压部(15g)的入口部(15h)的范围内,形成使喷射冷媒与吸引冷媒混合的混合部(15e)。此外,混合部(15e)形成为冷媒通路面积朝向冷媒流下游侧逐渐缩小的形状,入口部(15h)的冷媒通路面积设定为比冷媒喷射口(15c)的冷媒通路面积小。由此,在混合部(15e)内使混合冷媒的流速减速至比二相音速αh低的值,抑制加热侧扩压部(15g)内的冲击波的产生,使加热侧扩压部(15g)中的升压性能稳定化。

Description

喷射器
关联申请的相互参照
本申请基于2012年11月16日申请的日本专利申请2012-252473以及2013年6月18日申请的日本专利申请2013-127583,通过参照将其公开内容引入本申请。
技术领域
本发明涉及使流体减压并且通过以高速度喷射的喷射流体的吸引作用来吸引流体的喷射器。
背景技术
以往,公知应用于蒸气压缩式的制冷循环装置且作为减压装置而发挥功能的喷射器。这种喷射器具有使冷媒减压的喷嘴部,利用从喷嘴部喷射的喷射冷媒的吸引作用来吸引从蒸发器流出的气相冷媒,通过升压部(扩压部)使喷射冷媒与吸引冷媒的混合冷媒升压。
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,通过喷射器的升压部的冷媒升压作用使向压缩机吸入的冷媒压力上升,能够减少压缩机的消耗动力。由此,在喷射器式制冷循环系统中,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,公开了应用于空气调节装置且进行向空气调节对象空间输送的空气的温度调整的喷射器式制冷循环系统。该专利文献1的喷射器式制冷循环系统构成为具备切换制冷媒循环的冷媒回路的冷媒回路切换部,能够根据运转模式切换为各种冷媒回路。
例如,在对于作为热交换对象流体的空气进行冷却从而对空气调节对象空间进行制冷的制冷模式下,切换为利用室外热交换器使冷媒通过室内蒸发器从空气吸收的热量向外部气体散热的冷媒回路。另外,在对空气进行加热从而对空气调节对象空间进行供暖的供暖模式下,切换为利用室内冷凝器使冷媒通过室外热交换器从外部气体吸收的热量向空气散热的冷媒回路。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4311115号公报
根据本申请发明人等的研究,在专利文献1的喷射器式制冷循环系统的供暖模式这样的冷媒回路结构中,为了提高室外热交换器中使冷媒从外部气体充分吸收供暖所需的热量,必须使室外热交换器中的冷媒蒸发温度降至比外部气体温度低。因此,在低外部气体温度时等,必须使室外热交换器中的冷媒蒸发温度(冷媒蒸发压力)大幅降至-20℃~-30℃这样的极低温。
然而,应用于通常的喷射器式制冷循环系统的冷媒的密度随着压力的降低而降低。因此,若使室外热交换器中的冷媒蒸发压力大幅降低,则向压缩机吸入的冷媒的密度也大幅降低,向室内冷凝器流入的冷媒的流量减少。其结果是,冷媒通过室内冷凝器能够向空气散热的总散热量相比于为了进行空气调节对象空间的适当的供暖所需的热量不足,有时无法充分加热空气。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的第一目的在于,抑制向喷嘴部流入的流体的干燥度在规定范围内的喷射器的升压性能的降低。
另外,本发明的第二目的在于,抑制以使喷射器式制冷循环系统的加热用热交换器中的热交换对象流体的加热能力接近极大值的方式调整向喷嘴部流入的流体的干燥度的喷射器的升压性能的降低。
本发明是为了实现上述目的而完成的,本发明的喷射器应用于蒸气压缩式的制冷循环装置。
本发明的喷射器具备:喷嘴部,其使冷媒减压而从冷媒喷射口喷射;以及主体部,其形成有冷媒吸引口以及升压部,所述冷媒吸引口通过从喷嘴部喷射的高速度的喷射冷媒的吸引作用吸引冷媒,所述升压部使喷射冷媒与从冷媒吸引口吸引来的吸引冷媒的混合冷媒升压。
在制冷循环装置中,将向喷嘴部流入的冷媒的干燥度X调整为0.5以上且0.8以下。此外,在主体部的内部空间中的、从冷媒喷射口到升压部的入口部的范围内,形成有使喷射冷媒与吸引冷媒混合的混合部。
混合部形成为冷媒通路面积朝向冷媒流下游侧逐渐缩小的形状。入口部的冷媒通路面积设定为比冷媒喷射口的冷媒通路面积小。
由此,混合部形成为冷媒通路面积朝向冷媒流下游侧逐渐缩小的形状。由于入口部的冷媒通路面积设定为小于冷媒喷射口的冷媒通路面积,因此,能够通过混合部使喷射冷媒与吸引冷媒的混合冷媒的流速逐渐减速
因此,即使从喷嘴部的冷媒喷射口喷射的喷射冷媒的流速成为二相音速αh以上(超音速状态),也能够在到达升压部的入口部之前,使二相状态的混合冷媒的流速降低为低于二相音速αh的值(亚音速状态)。
换句话说,能够使二相状态的冷媒的流速从超音速状态向亚音速状态转变时产生的冲击波不在升压部内产生,而是在混合部内产生。其结果是,能够抑制因在升压部内产生冲击波而使得喷射器的升压性能不稳定的情况,抑制向喷嘴部流入的冷媒的干燥度为0.5以上且0.8以下的喷射器的升压性能的降低。
或者,也可以构成为,本发明的喷射器应用于制冷循环装置中,该制冷循环装置具有将冷媒压缩并排出的压缩机、以及将从压缩机排出的高压冷媒作为热源而对热交换对象流体进行加热的加热用热交换器。
在将从加热用热交换器的入口侧冷媒的焓减去出口侧冷媒的焓所得到的焓差设为Δicond,将向加热用热交换器流入的冷媒流量设为Gr,并且将焓差与冷媒流量的乘积值作为加热用热交换器中的热交换对象流体的加热能力时,在制冷循环装置中,以使加热能力接近极大值的方式调整向喷嘴部流入的冷媒的干燥度。此外,在主体部的内部空间中的、从冷媒喷射口到升压部的入口部的范围内,形成有使喷射冷媒与吸引冷媒混合的混合部。
混合部形成为冷媒通路面积朝向冷媒流下游侧逐渐缩小的形状。入口部的冷媒通路面积设定为比冷媒喷射口的冷媒通路面积小。
这里,在以使加热能力接近极大值的方式调整向喷嘴部流入的冷媒的干燥度的制冷循环装置中,如上所述,向喷嘴部流入的冷媒的干燥度被调整为0.5以上且0.8以下。因此,与应用于蒸气压缩式的制冷循环装置的喷射器相同,能够使在二相状态的冷媒的流速从超音速状态向亚音速状态转变时产生的冲击波在混合部内产生,而不是在升压部内产生。
其结果是,能够抑制因在升压部内产生冲击波而使喷射器的升压性能不稳定,能够抑制以使加热用热交换器中的热交换对象流体的加热能力接近极大值的方式调整向喷嘴部流入的流体的干燥度的喷射器的升压性能的降低。
或者,本发明的喷射器在应用于蒸气压缩式的制冷循环装置中的情况下,作为形成在喷嘴部内的冷媒通路,设置有冷媒通路面积逐渐缩小的前端变细部、以及从前端变细部向冷媒喷射口引导冷媒的喷射部。喷嘴部也可以形成为,通过使喷射部的轴向剖面中的扩展角度为0°以上而使向混合部喷射的喷射冷媒自由膨胀。
由此,在形成于喷嘴部内的冷媒通路的最下游侧设置有喷射部,使向混合部喷射的喷射冷媒自由膨胀,因此,作为冷媒通路,无需设置使冷媒通路面积逐渐扩大的末端扩大部等,就能够通过混合部对冷媒进行加速。
因此,能够使冷媒与冷媒通路的壁面摩擦降低,抑制在冷媒通路中流动的冷媒所具有的动能的损失,从而抑制喷射冷媒的流速降低的情况。其结果是,能够抑制向喷嘴部流入的冷媒的干燥度为0.5以上且0.8以下的喷射器的升压性能的降低。
或者,也可以构成为,本发明的喷射器在应用于具有将冷媒压缩并排出的压缩机、以及将从压缩机排出的高压冷媒作为热源而对热交换对象流体进行加热的加热用热交换器的制冷循环装置的情况下,作为形成在喷嘴部内的冷媒通路,设置有冷媒通路面积逐渐缩小的前端变细部、以及从前端变细部向冷媒喷射口引导冷媒的喷射部。喷嘴部形成为,通过使喷射部的轴向剖面中的扩展角度为0°以上,由此使向混合部喷射的喷射冷媒自由膨胀。
这里,在以使加热能力接近极大值的方式调整向喷嘴部流入的冷媒的干燥度的制冷循环装置中,如上所述,向喷嘴部流入的冷媒的干燥度被调整为0.5以上且0.8以下。因此,能够使冷媒与冷媒通路的壁面摩擦降低,抑制在冷媒通路中流动的冷媒所具有的动能的损失。
其结果是,能够抑制以使加热用热交换器中的热交换对象流体的加热能力接近极大值的方式调整向喷嘴部流入的流体的干燥度的喷射器的升压性能的降低。
附图说明
图1是示出第一实施方式的制冷循环装置的制冷模式时以及弱除湿供暖模式时的冷媒回路的整体结构图。
图2是示出第一实施方式的制冷循环装置的除湿供暖模式时的冷媒回路的整体结构图。
图3是示出第一实施方式的制冷循环装置的供暖模式时的冷媒回路的整体结构图。
图4是第一实施方式的加热侧喷射器的轴向剖视图。
图5是示出第一实施方式的制冷循环装置的制冷模式时的冷媒的状态的莫里尔图。
图6是示出第一实施方式的制冷循环装置的弱除湿供暖模式时的冷媒的状态的莫里尔图。
图7是示出第一实施方式的制冷循环装置的除湿供暖模式时的冷媒的状态的莫里尔图。
图8是示出第一实施方式的制冷循环装置的供暖模式时的冷媒的状态的莫里尔图。
图9是用于对在加热侧喷射器的内部产生冲击波的部位进行说明的说明图。
图10是第二实施方式的加热侧喷射器的轴向剖视图。
图11是第三实施方式的制冷循环装置的整体结构图。
图12是示出第四实施方式的制冷循环装置的制冷模式时以及弱除湿供暖模式时的冷媒回路的整体结构图。
图13是示出第四实施方式的制冷循环装置的除湿供暖模式时的冷媒回路的整体结构图。
图14是示出第四实施方式的制冷循环装置的供暖模式时的冷媒回路的整体结构图。
图15是示出第四实施方式的制冷循环装置的除湿供暖模式时的冷媒的状态的莫里尔图。
图16是示出吸引流量比的变化所对应的喷射器的升压量的变化的曲线图。
图17是示出第四实施方式的制冷循环装置的供暖模式时的冷媒的状态的莫里尔图。
图18是第五实施方式的制冷循环装置的整体结构图。
图19是第六实施方式的加热侧喷射器的轴向剖视图。
图20是图19的XX-XX剖视图。
图21是第七实施方式的加热侧喷射器的轴向剖视图。
图22是第七实施方式的变形例的加热侧喷射器的轴向剖视图。
图23是第八实施方式的加热侧喷射器的轴向剖视图。
图24是图23的C部放大图。
图25是第九实施方式的加热侧喷射器的轴向剖视图。
图26是第九实施方式的变形例的加热侧喷射器的轴向剖视图。
图27是示出室内冷凝器出口侧冷媒的焓的变化所对应的加热能力Qc的变化的曲线图。
图28是用于对通常的喷射器式制冷循环系统动作时在喷射器内产生冲击波的部位进行说明的说明图。
图29是用于对向喷嘴部流入的冷媒的干燥度变得较高的运转时在喷射器内产生冲击波的部位进行说明的说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
根据图1~图9对本发明的第一实施方式进行说明。在本实施方式中,将本发明的喷射器应用于在车辆用空气调节装置1中使用的制冷循环装置10,该车辆用空气调节装置1搭载于从行驶用电动马达获得车辆行驶用的驱动力的电动机动车中。因此,制冷循环装置10作为喷射器式制冷循环系统而构成。此外,空气是热交换对象流体。
如图1~图3所示,该制冷循环装置10构成为能够在将空气冷却从而对车室内进行制冷的制冷模式的冷媒回路(参照图1)、将冷却并除湿后的空气再加热从而进行车室内的除湿供暖的弱除湿供暖模式的冷媒回路(参照图1)、以比弱除湿供暖模式高的加热能力将空气再加热从而进行车室内的除湿供暖的除湿供暖模式(参照图2)、以及将空气加热从而对车室内进行供暖的供暖模式的冷媒回路(参照图3)之间切换。需要说明的是,在图1~图3中,用实线箭头表示各个运转模式下的冷媒的流动。
另外,在制冷循环装置10中采用HFC系冷媒(具体而言是R134a)作为冷媒,构成高压侧冷媒压力不超过冷媒的临界压力的蒸气压缩式的亚临界制冷循环系统。当然,也可以采用HFO系冷媒(例如R1234yf)等。此外,在冷媒中混入用于对压缩机11进行润滑的冷冻机油,冷冻机油的一部分与冷媒一起在循环系统中循环。
制冷循环装置10的构成设备中的压缩机11配置在车辆发动机盖内,在制冷循环装置10中将冷媒吸入,压缩后排出,构成为利用电动马达对排出容量固定的固定容量型的压缩机构进行旋转驱动的电动压缩机。压缩机11的电动马达的动作(转速)根据从后述的空气调节控制装置输出的控制信号控制。
在压缩机11的排出口侧连接有室内冷凝器12的冷媒入口侧。室内冷凝器12在后述的室内空气调节单元30中配置在形成向车室内输送的空气的空气通路的外壳31内。室内冷凝器12是加热用热交换器,使从压缩机11排出的高压冷媒与通过后述的室内蒸发器23后的空气进行热交换,对空气进行加热。需要说明的是,室内空气调节单元30的详细情况后述。
在室内冷凝器12的冷媒出口侧连接有第一三通接头13a。该第一三通接头13a的三个流入流出口中的一个用作冷媒流入口,剩余的两个用作冷媒流出口。因此,第一三通接头13a构成使从室内冷凝器12流出的冷媒的流动分支的分支部。
此外,在第一三通接头13a的一方的冷媒流出口连接有与第一三通接头13a相同结构的第二三通接头13b。在该第二三通接头13b的一方的冷媒流出口连接有第一流量调整阀14a的入口侧,在另一方的冷媒流出口连接有第二流量调整阀14b的入口侧。
第一、第二流量调整阀14a、14b均是如下的电气式的可变节流机构:构成为具有使冷媒通路的开度变化的阀芯、以及由使该阀芯的开度变化的步进电机构成的电动致动器,作为膨胀阀调整冷媒流量并使冷媒减压膨胀。
此外,第一、第二流量调整阀14a、14b具有全开功能和全闭功能,在全开功能中,通过使阀开度全开,从而基本不发挥流量调整作用以及冷媒减压作用,仅作为冷媒通路发挥功能,在全闭功能中,通过使阀开度全闭而关闭冷媒流路。
并且,利用该全开功能以及全闭功能,第一、第二流量调整阀14a、14b能够在使从室内冷凝器12流出的冷媒向第一流量调整阀14a侧流入的冷媒回路与向第二流量调整阀14b侧流入的冷媒回路之间切换。
因此,第一、第二流量调整阀14a、14b构成在制冷模式、弱除湿供暖模式、除湿供暖模式以及供暖模式下的冷媒回路之间切换的冷媒回路切换部。需要说明的是,第一、第二流量调整阀14a、14b的动作均由从空气调节控制装置输出的控制信号控制。
另外,在第一流量调整阀14a的出口侧连接有加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a(喷嘴部的一例)的入口侧。加热侧喷射器15作为在除湿供暖模式时以及供暖模式时使从室内冷凝器12流出的冷媒减压的减压器而发挥功能。此外,还作为通过高速喷射的喷射冷媒的吸引作用吸引(输送)冷媒并使其在循环系统内循环的冷媒循环器(冷媒输送器)而发挥功能。
使用图4对加热侧喷射器15的详细结构进行说明。加热侧喷射器15具有加热侧喷嘴部15a以及加热侧主体部15b。首先,加热侧喷嘴部15a利用朝向冷媒的流动方向而前端逐渐变细的大致圆筒状的金属(例如不锈钢合金)形成,发挥通过形成在内部的冷媒通路(节流通路)使冷媒等熵地减压膨胀的功能。
在形成于加热侧喷嘴部15a的内部的冷媒通路中,设置有冷媒通路面积最小的喉部(最小通路面积部),此外,还设置有从该喉部朝向喷射冷媒的冷媒喷射口15c而冷媒通路面积逐渐扩大的末端扩大部。换句话说,加热侧喷嘴部15a由拉瓦尔喷嘴构成。
另外,在本实施方式中,作为加热侧喷嘴部15a,采用设定为至少在后述的供暖模式的高加热能力运转时,从冷媒喷射口15c喷射的喷射冷媒的流速为二相音速αh以上(超音速状态)的喷嘴部。
接下来,加热侧主体部15b利用大致圆筒状的金属(例如铝)形成,作为在内部支承固定加热侧喷嘴部15a的固定部件而发挥功能,并且形成加热侧喷射器15的外部壳体。更具体而言,加热侧喷嘴部15a通过压入等方法固定为收纳在加热侧主体部15b的长边方向一端侧的内部。
另外,在加热侧主体部15b的外周侧面中的、与加热侧喷嘴部15a的外周侧对应的部位,形成有以贯通加热侧主体部15b的外周侧面的内外而与加热侧喷嘴部15a的冷媒喷射口15c连通的方式设置的、作为冷媒吸引口的一例的加热侧冷媒吸引口15d。该加热侧冷媒吸引口15d是如下的贯通孔:在除湿供暖模式时以及供暖模式时,通过从加热侧喷嘴部15a的冷媒喷射口15c喷射的喷射冷媒的吸引作用,将从室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口流出的冷媒向加热侧喷射器15的内部吸引。
此外,在加热侧主体部15b的内部形成有混合部15e、吸引通路15f以及加热侧扩压部15g。混合部15e使从冷媒喷射口15c喷射的喷射冷媒与从加热侧冷媒吸引口15d吸引的吸引冷媒混合。吸引通路15f将从加热侧冷媒吸引口15d吸引的吸引冷媒向混合部15e引导。加热侧扩压部15g作为使通过混合部15e混合后的混合冷媒升压的加热侧升压部而发挥功能。
吸引通路15f由加热侧喷嘴部15a的前端变细形状的前端部周边的外周侧与加热侧主体部15b的内周侧之间的空间形成。吸引通路15f的冷媒通路面积朝向冷媒流动方向逐渐缩小。由此,使在吸引通路15f流通的吸引冷媒的流速逐渐增速,使通过混合部15e将吸引冷媒与喷射冷媒混合时的能量损失(混合损失)减少。
混合部15e由加热侧主体部15b的内部空间中的、从加热侧喷嘴部15a的冷媒喷射口15c到加热侧扩压部15g的入口部15h的范围的空间形成。此外,该混合部15e形成为其冷媒通路面积朝向冷媒流动方向逐渐缩小的圆锥台形状,加热侧扩压部15g的入口部15h的冷媒通路面积比冷媒喷射口15c的冷媒通路面积小。
由此,在混合部15e中,使混合冷媒的流速逐渐减速,在到达加热侧扩压部15g的入口部15h之前,使混合冷媒的流速变为低于二相音速αh的值。换言之,使向加热侧扩压部15g流入的冷媒形成亚音速状态。
加热侧扩压部15g以与混合部15e的出口连续的方式配置,形成为朝向冷媒流动方向而冷媒通路面积逐渐扩大。由此,将从混合部15e流出的混合冷媒的速度能量转换为压力能量,即,使混合冷媒的流速减速并使混合冷媒升压。
更具体而言,如图4所示,形成加热侧扩压部15g的加热侧主体部15b的内周壁面的壁面形状通过组合多条曲线而形成。并且,加热侧扩压部15g的冷媒通路截面积的扩展程度在朝向冷媒流动方向而逐渐增大之后再次减小,由此能够使冷媒等熵地升压。
在加热侧喷射器15的加热侧扩压部15g的冷媒出口侧连接有储蓄器16的冷媒流入口。储蓄器16是将向内部流入的冷媒的气液分离的气液分离器。此外,储蓄器16发挥作为积蓄循环系统内的多余液相冷媒的储液部的功能。需要说明的是,该储蓄器16配置在车辆发动机盖内、即暴露于外部气体的外部空间中。
此外,在储蓄器16上设置有配置为能够使分离出的液相冷媒向外部流出的两个液相冷媒流入流出口、以及使分离出的气相冷媒流出的一个气相冷媒流出口。
在储蓄器16的一方的液相冷媒流入流出口,经由第三流量调整阀14c连接有室外热交换器17的另一方的冷媒流入流出口。第三流量调整阀14c的基本结构与第一、第二流量调整阀14a、14b相同。需要说明的是,该第三流量调整阀14c因不发挥作为冷媒回路切换部的功能,也可以不具有全闭功能。
室外热交换器17配置在车辆发动机盖内,使在其内部流通的冷媒与从未图示的送风风扇输送的外部气体进行热交换。更具体而言,室外热交换器17在制冷模式以及弱除湿供暖模式时作为使高压冷媒散热的散热器而发挥功能,在除湿供暖模式时以及供暖模式时作为使低压冷媒蒸发的蒸发器而发挥功能。
送风风扇是通过从空气调节控制装置输出的控制电压来控制运转率、即转速(空气量)的电动送风机。此外,如前所述,在室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口,经由第一开闭阀18a连接有加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d。
第一开闭阀18a是使从室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口到加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d的冷媒通路开闭的电磁阀,与第一、第二流量调整阀14a、14b一起构成冷媒回路切换部。需要说明的是,第一开闭阀18a的动作由从空气调节控制装置输出的控制电压控制。
另外,在连接室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口与第一开闭阀18a的冷媒通路中配置有第三三通接头13c,在该第三三通接头13c连接有第二流量调整阀14b的出口侧。换言之,在第二流量调整阀14b的出口侧连接有室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口。
在储蓄器16的另一方的液相冷媒流入流出口,经由止回阀19连接有第四流量调整阀14d的入口侧。该止回阀19仅允许冷媒从储蓄器16的另一方的液相冷媒流入流出口朝向第四流量调整阀14d侧流出。需要说明的是,第四流量调整阀14d的基本结构与第三流量调整阀14c相同。
另外,在连接止回阀19与第四流量调整阀14d的冷媒通路中配置有第四三通接头13d,在该第四三通接头13d连接有前述的第一三通接头13a的另一方的冷媒流出口。此外,在从第一三通接头13a的另一方的冷媒流出口到第四三通接头13d的冷媒通路中配置有使该冷媒通路开闭的第二开闭阀18b。
在储蓄器16的气相冷媒流出口,经由第三开闭阀18c以及第五三通接头13e连接有压缩机11的吸入口。需要说明的是,第二、第三开闭阀18b、18c的基本结构与第一开闭阀18a相同,第三~第五三通接头13c~13e的基本结构与第一三通接头13a相同。此外,第二、第三开闭阀18b、18c与前述的第一开闭阀18a等一起构成冷媒回路切换部。
在第四流量调整阀14d的出口侧连接有冷却侧喷射器20的冷却侧喷嘴部20a的入口侧。冷却侧喷射器20是至少在除湿供暖模式时使通过第一三通接头13a分支出的另一方的冷媒减压的冷却侧减压器。该冷却侧喷射器20的基本结构与加热侧喷射器15相同。
因此,与加热侧喷射器15相同,冷却侧喷射器20也构成为具有使冷媒减压的冷却侧喷嘴部20a、以及冷却侧主体部20b,该冷却侧主体部20b形成有吸引从室内蒸发器23流出的冷媒的冷却侧冷媒吸引口20d、以及使混合冷媒升压的冷却侧扩压部(冷却侧升压部)20g。
此外,作为冷却侧喷射器20的冷却侧喷嘴部20a以及冷却侧主体部20b,采用例如设定为能够通过在制冷模式时使饱和液相冷媒流入而使制冷循环装置10整体发挥高性能系数(COP)的结构。另外,在冷却侧喷射器20的冷却侧扩压部20g的冷媒出口侧连接有冷却侧气液分离器21的冷媒流入口。
冷却侧气液分离器21构成为将从冷却侧扩压部20g流出的冷媒的气液分离,使分离出的液相冷媒不滞留在内部地使液相冷媒以及气相冷媒向外部流出。换句话说,冷却侧气液分离器21几乎不具有作为储液部的功能。
作为这样的冷却侧气液分离器21,例如,采用通过离心力的作用将冷媒的气液分离的离心分离方式的、内容积小型化到实际上无法积存多余冷媒的程度的分离器即可。另外,在冷却侧气液分离器21的液相冷媒流出口配置有由节流孔或毛细管构成的固定节流阀22。
在固定节流阀22的出口侧连接有室内蒸发器23的冷媒入口侧。室内蒸发器23配置在室内空气调节单元30的外壳31内的、比前述的室内冷凝器12靠空气流上游侧的位置,是通过使从冷却侧气液分离器21流出的低压液相冷媒与空气进行热交换而蒸发从而冷却空气的冷却用热交换器。
在室内蒸发器23的冷媒出口侧连接有冷却侧喷射器20的冷却侧冷媒吸引口20d。此外,在冷却侧气液分离器21的气相冷媒流出口,经由前述的第五三通接头13e连接有压缩机11的吸入口。
接下来,对室内空气调节单元30进行说明。室内空气调节单元30用于将通过制冷循环装置10进行温度调整后的空气向车室内吹出,配置在车室内最前部的仪表盘(仪表板)的内侧(车室内)。此外,室内空气调节单元30通过在形成其外部壳体的外壳31内收纳送风机32、室内蒸发器23、室内冷凝器12以及空气混合门34等而构成。
外壳31形成向车室内输送的空气的空气通路,利用具有某种程度的弹性且强度优秀的树脂(例如聚丙烯)而成形。在该外壳31内的空气流最上游侧,配置有作为向外壳31内切换导入内部气体(车室内空气)与外部气体(车室外空气)的内外部气体切换部的内外部气体切换装置33。
内外部气体切换装置33通过内外部气体切换门连续地调整向外壳31内导入内部气体的内部气体导入口以及导入外部气体的外部气体导入口的开口面积,使内部气体的风量与外部气体的风量的风量比例连续变化。内外部气体切换门由内外部气体切换门用的电动致动器驱动,该电动致动器的动作由从空气调节控制装置输出的控制信号控制。
在内外部气体切换装置33的空气流下游侧,配置有作为将经由内外部气体切换装置33吸入的空气朝向车室内输送的送风装置的送风机(鼓风机)32。该送风机32是通过电动马达驱动离心多翼风扇(西洛克风扇)的电动送风机,通过从空气调节控制装置输出的控制电压控制转速(送风量)。
在送风机32的空气流下游侧,相对于空气的流动依次配置有室内蒸发器23以及室内冷凝器12。换言之,室内蒸发器23配置在比室内冷凝器12靠空气流上游侧的位置。此外,在室内蒸发器23的空气流下游侧且室内冷凝器12的空气流上游侧,配置有对通过室内蒸发器23后的空气中的、通过室内冷凝器12的风量比例进行调整的空气混合门34。
另外,在室内冷凝器12的空气流下游侧设置有混合空间35,在该混合空间35中使通过室内冷凝器12与冷媒进行热交换而被加热的空气与绕过室内冷凝器12而未被加热的空气混合。此外,在外壳31的空气流最下游部设置有使在混合空间35混合后的空气(空气调节风)向空气调节对象空间即车室内吹出的开口孔。
具体而言,作为该开口孔,设置有朝向车室内的乘坐人员的上半身吹出空气调节风的面部开口孔、朝向乘坐人员的脚边吹出空气调节风的足部开口孔、以及朝向车辆前挡风玻璃内侧面吹出空气调节风的除霜开口孔(均未图示)。在这些面部开口孔、足部开口孔以及除霜开口孔的空气流下游侧,经由形成各个空气通路的通道连接有设置在车室内的面部吹出口、足部吹出口以及除霜吹出口(均未图示)。
因此,通过由空气混合门34调整通过室内冷凝器12的风量的比例,由此调整在混合空间35混合后的空气调节风的温度,调整从各开口孔吹出的空气调节风的温度。换句话说,空气混合门34构成调整向车室内输送的空气调节风的温度的温度调整部。
需要说明的是,空气混合门34由空气混合门驱动用的电动致动器驱动,该空气混合门驱动用的电动致动器的动作由从空气调节控制装置输出的控制信号控制。
此外,在面部开口孔、足部开口孔以及除霜开口孔的空气流上游侧,分别配置有调整面部开口孔的开口面积的面部门、调整足部开口孔的开口面积的足部门、调整除霜开口孔的开口面积的除霜门(均未图示)。
这些面部门、足部门、除霜门构成切换吹出口模式的吹出口模式切换部,经由连杆机构等与吹出口模式门驱动用的电动致动器连结而连动地被旋转操作。该吹出口模式门驱动用的电动致动器的动作也由从空气调节控制装置输出的控制信号控制。
需要说明的是,作为由吹出口模式切换部切换的吹出口模式,具体而言有面部模式、双重模式、足部模式、足部除霜模式等。在面部模式下,使面部吹出口全开,从面部吹出口朝向车室内乘坐人员的上半身吹出空气。在双重模式下,使面部吹出口与足部吹出口这两方开口,朝向车室内乘坐人员的上半身和脚边吹出空气。在足部模式下,使足部吹出口全开,并且使除霜吹出口仅以小开度开口,主要从足部吹出口吹出空气。在足部除霜模式下,使足部吹出口以及除霜吹出口同程度开口,从足部吹出口以及除霜吹出口双方吹出空气。
此外,通过乘坐人员对设置于操作面板上的吹出模式切换开关进行手动操作,也能够使除霜吹出口全开而形成从除霜吹出口向车辆挡风玻璃内表面吹出空气的除霜模式。
接下来,对电气控制部进行说明。空气调节控制装置由包括CPU、ROM以及RAM等的公知的微型计算机与其周边电路构成。空气调节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,控制与输出侧连接的各种控制对象设备11、14a~14d、18a~18c、32等的动作。
另外,在空气调节控制装置的输入侧连接有内部气体传感器、外部气体传感器、日照传感器、排出温度传感器、排出压力传感器、蒸发器温度传感器、空气温度传感器、室外热交换器温度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信号。内部气体传感器是内部气体温度检测器,检测车室内温度(内部气体温度)Tr。外部气体传感器是外部气体温度检测器,检测车室外温度(外部气体温度)Tam。日照传感器是日照量检测器,检测向车室内照射的日照量As。吹出温度传感器检测压缩机11排出冷媒的排出冷媒温度Td。排出压力传感器检测压缩机11排出冷媒的排出冷媒压力(高压侧冷媒压力)Pd。蒸发器温度传感器检测室内蒸发器23中的冷媒蒸发温度(蒸发器温度)Tefin。空气温度传感器检测从混合空间向车室内输送的空气温度TAV。室外热交换器温度传感器检测室外热交换器17的室外器温度Ts。
需要说明的是,蒸发器温度传感器检测室内蒸发器23的热交换翅片温度,但作为蒸发器温度传感器,也可以采用检测室内蒸发器23的其他部位的温度的温度检测器。
另外,室外热交换器温度传感器检测室外热交换器17的冷媒流出口的温度,但作为室外热交换器温度传感器,也可以采用检测室内蒸发器23的其他部位的温度的温度检测器。
另外,在本实施方式中,虽设置有检测空气温度TAV的空气温度传感器,但作为该空气温度TAV,也可以采用基于蒸发器温度Tefin、高压侧冷媒温度Td等计算出的值。
此外,在空气调节控制装置的输入侧连接有配置在车室内前部的仪表盘附近的未图示的操作面板,输入来自设置于该操作面板的各种操作开关的操作信号。
作为设置于操作面板的各种操作开关,具体而言有自动开关、制冷开关(A/C开关)、风量设定开关、温度设定开关、吹出模式切换开关等。自动开关设定或解除车辆用空气调节装置1的自动控制运转。A/C开关进行车室内的制冷。风量设定开关通过手动来设定送风机32的风量。温度设定开关是目标温度设置部,设定车室内的目标温度Tset。吹出模式切换开关通过手动来设定吹出模式。
需要说明的是,空气调节控制装置是将与其输出侧连接的各种控制对象设备进行控制的控制部构成为一体的装置。控制各个控制对象设备的动作的结构(硬件以及软件)构成控制各个控制对象设备的动作的控制部。
例如,空气调节控制装置中的、控制压缩机11的动作(冷媒排出能力)的结构(硬件以及软件)构成压缩机控制部,对构成冷媒回路切换部的各开闭阀18a~18c等的动作进行控制的结构(硬件以及软件)构成冷媒回路控制部。也可以将压缩机控制部、冷媒回路控制部等作为相对于空气调节控制装置独立的空气调节控制装置。
接下来,对所述结构中的动作进行说明。如上所述,在车辆用空气调节装置1中,能够在制冷模式、供暖模式、弱除湿供暖模式以及除湿供暖模式下的运转之间切换。以上的各运转模式的切换通过执行空气调节控制程序来进行。该空气调节控制程序在接通(ON)操作面板的自动开关时执行。
更具体而言,在空气调节控制程序的主流程中,读取上述的空气调节控制用的传感器组的检测信号以及来自各种空气调节操作开关的操作信号。然后,根据所读取的检测信号以及操作信号的值,根据以下算式F6计算向车室内吹出的吹出空气的目标温度即目标吹出温度TAO。
TAO=Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×As+C...(F6)
需要说明的是,Tset是通过温度设定开关设定的车室内设定温度,Tr是通过内部气体传感器检测到的车室内温度(内部气体温度),Tam是通过外部气体传感器检测到的外部气体温度,As是通过日照传感器检测到的日照量。Kset、Kr、Kam、Ks是控制增益,C是修正用的常数。
进而,在接通操作面板的制冷开关,并且目标吹出温度TAO比预先确定的制冷基准温度α低的情况下,执行制冷模式下的运转。另外,在接通制冷开关的状态下,目标吹出温度TAO为制冷基准温度α以上,并且外部气体温度Tam比预先确定的除湿供暖基准温度β高的情况下,执行弱除湿供暖模式下的运转。
另一方面,在接通制冷开关的状态下,目标吹出温度TAO为制冷基准温度α以上,并且外部气体温度Tam为除湿供暖基准温度β以下的情况下,执行除湿供暖模式下的运转。并且,在未接通制冷开关的情况下,执行供暖模式下的运转。
由此,在本实施方式中,制冷模式主要在夏季这样外部气体温度比较高的情况下执行。弱除湿供暖模式主要在春季或秋季执行。除湿供暖模式主要在早春或初冬等充分加热空气所需的总热量大于压缩机11的压缩做功量与室内蒸发器23中的总吸热量的合计值的情况下、与弱除湿供暖模式相比更需要抑制室内蒸发器23的结霜(上霜)的情况下执行。
此外,当在冬季的低外部气体温度时(例如,外部气体温度降至-10℃以下的情况)外部气体的绝对湿度降低而变得不需要通过从内外部气体切换装置33导入外部气体来进行空气的除湿时,执行供暖模式。以下,对各运转模式下的动作进行说明。
(a)制冷模式
在制冷模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a全闭,使第二流量调整阀14b全开,使第三流量调整阀14c全开,使第四流量调整阀14d全开。此外,关闭第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,关闭第三开闭阀18c。
由此,在制冷模式下,如图1的实线箭头所示,构成如下的使用喷射器的制冷循环系统(喷射器式制冷循环系统):冷媒按照压缩机11、室内冷凝器12(、第二流量调整阀14b)、室外热交换器17(、第三流量调整阀14c)、储蓄器16(、止回阀19、第四流量调整阀14d)、冷却侧喷射器20、冷却侧气液分离器21、压缩机11的顺序循环,并且冷媒按照冷却侧气液分离器21、固定节流阀22、室内蒸发器23、冷却侧喷射器20的冷却侧冷媒吸引口20d的顺序循环。
此外,空气调节控制装置在该冷媒回路的结构下,根据目标吹出温度TAO、传感器组的检测信号等确定各种控制对象设备的动作状态(向各种控制对象设备输出的控制信号)。
例如,压缩机11的冷媒排出能力、即向压缩机11的电动马达输出的控制信号以如下方式确定。首先,根据目标吹出温度TAO,参照预先存储于空气调节控制装置的控制映射图确定室内蒸发器23的目标蒸发器吹出温度TEO。需要说明的是,目标蒸发器吹出温度TEO被确定为,在确定为能够抑制室内蒸发器23中的结霜的基准结霜防止温度(例如1℃)以上。
然后,根据该目标蒸发器吹出温度TEO与通过蒸发器温度传感器检测到的蒸发器温度Tefin的偏差,使用反馈控制方法以使蒸发器温度Tefin接近目标蒸发器吹出温度TEO的方式确定向压缩机11的电动马达输出的控制信号。
另外,向驱动空气混合门34的电动致动器输出的控制信号被确定为,使空气混合门34关闭室内冷凝器12侧的空气通路,通过室内蒸发器23后的空气的全部流量绕过室内冷凝器12流动。需要说明的是,在制冷模式下,也可以以使空气温度TAV接近目标吹出温度TAO的方式控制空气混合门34的开度。
并且,将如上述那样确定的控制信号等向各种控制对象设备输出。之后,在要求车辆用空气调节装置的动作停止之前,在每个规定的控制周期中,反复执行上述的检测信号以及操作信号的读取、目标吹出温度TAO的计算、各种控制对象设备的动作状态确定、控制电压以及控制信号的输出等的控制流程。需要说明的是,这样的控制流程的反复在其他运转模式时也同样进行。
因此,在制冷模式时的制冷循环装置10中,冷媒的状态如图5的莫里尔图所示那样变化。具体而言,从压缩机11排出的高压冷媒(图5的a5点)向室内冷凝器12流入。此时,由于空气混合门34关闭室内冷凝器12侧的空气通路,因此,向室内冷凝器12流入的冷媒几乎不与空气进行热交换,而是从室内冷凝器12流出。
由于第一、第二开闭阀18a、18b关闭,第一流量调整阀14a全闭,第二流量调整阀14b全开,因此,从室内冷凝器12流出的冷媒(图5的b5点)经由第一三通接头13a、第二三通接头13b、第二流量调整阀14b以及第三三通接头13c向室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口流入。流入到室外热交换器17的冷媒在室外热交换器17中向从送风风扇输送的外部气体散热(图5的b5点到j5点)。
从室外热交换器17的另一方的冷媒流入流出口流出的冷媒经由全开的第三流量调整阀14c向储蓄器16流入并被气液分离。由于第三开闭阀18c关闭,第四流量调整阀14d全开,因此,通过储蓄器16分离出的液相冷媒经由止回阀19、第四三通接头13d以及第四流量调整阀14d向冷却侧喷射器20的冷却侧喷嘴部20a流入。
流入到冷却侧喷嘴部20a中的冷媒等熵地减压后喷射(图5的j5点到o5点)。然后,通过该喷射冷媒的吸引作用,从冷却侧喷射器20的冷却侧冷媒吸引口20d吸引从室内蒸发器23流出的冷媒。此外,从冷却侧喷嘴部20a喷射的喷射冷媒以及从冷却侧冷媒吸引口20d吸引的吸引冷媒向冷却侧扩压部20g流入(图5的o5点到u5点,t5点到u5点)。
在冷却侧扩压部20g中,通过冷媒通路面积的扩大而将冷媒的速度能量转换为压力能量。由此,喷射冷媒与吸引冷媒的混合冷媒的压力上升(图5的u5点到p5点)。从冷却侧扩压部20g流出的冷媒向冷却侧气液分离器21流入而被气液分离(图5的p5点到q5点,p5点到r5点)。
此外,通过冷却侧气液分离器21分离出的液相冷媒通过固定节流阀22等焓地减压(图5的r5点到s5点)。通过固定节流阀22减压后的冷媒向室内蒸发器23流入,与从送风机32输送的空气进行热交换而蒸发(图5的s5点到t5点)。由此,空气被冷却,实现车室内的制冷。
从冷却侧喷射器20的冷却侧冷媒吸引口20d吸引从室内蒸发器23流出的冷媒。另外,通过冷却侧气液分离器21分离出的气相冷媒(图5的q5点)经由第五三通接头13e向压缩机11吸入,被再次压缩(图5的q5点到a5点)。
因此,在制冷模式下,将通过室内蒸发器23冷却后的空气向车室内吹出,由此能够进行车室内的制冷。需要说明的是,在制冷模式下,使第四流量调整阀14d设为全开,但也可以根据在循环系统中循环的循环冷媒流量来调整第四流量调整阀14d的阀开度。
(b)弱除湿供暖模式
在弱除湿供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a全闭,使第二流量调整阀14b形成发挥减压作用的节流状态,使第三流量调整阀14c全开,使第四流量调整阀14d全开。此外,关闭第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,关闭第三开闭阀18c。
由此,在弱除湿供暖模式下,如图1的实线箭头所示,构成冷媒与制冷模式同样地循环的喷射器式制冷循环系统。此外,空气调节控制装置在该冷媒回路的结构下,根据目标吹出温度TAO以及传感器组的检测信号等确定各种控制对象设备的动作状态。
例如,压缩机11的冷媒排出能力以与制冷模式相同的方式确定。另外,向驱动空气混合门34的电动致动器输出的控制信号被确定为,使空气温度TAV接近目标吹出温度TAO。另外,第二流量调整阀14b的阀开度被确定为,成为预先确定的规定的阀开度。
因此,在弱除湿供暖模式时的制冷循环装置10中,冷媒的状态如图6的莫里尔图所示那样变化。需要说明的是,在图6的莫里尔图中表示冷媒的状态的各符号中,相对于图5的莫里尔图表示循环系统结构上的相同部位处的冷媒的状态的符号使用相同的字母示出,仅改变数字。这在之后的莫里尔图中也相同。
在弱除湿供暖模式下,由于空气混合门34打开室内冷凝器12侧的空气通路,因此,从压缩机11排出的高压冷媒(图6的a6点)向室内冷凝器12流入,与通过室内蒸发器23冷却并除湿后的空气的一部进行热交换而散热(图6的a6点到b6点)。由此,空气的一部分被加热。
由于第二开闭阀18b关闭,第一流量调整阀14a全闭,第二流量调整阀14b形成为节流状态,因此,从室内冷凝器12流出的冷媒向第二流量调整阀14b流入并等焓地减压(图6的b6点到e6点)。此外,由于第一开闭阀18a关闭,因此,从第二流量调整阀14b流出的冷媒经由第三三通接头13c向室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口流入。
流入到室外热交换器17中的冷媒通过室外热交换器17向从送风风扇输送的外部气体散热(图5的e6点到j6点)。并且,从室外热交换器17的另一方的冷媒流入流出口流出的冷媒经由形成为全开的第三流量调整阀14c向储蓄器16流入而被气液分离。之后的动作与制冷模式相同。
因此,在弱除湿供暖模式下,利用室内冷凝器12将通过室内蒸发器23冷却并除湿后的空气再加热,并向车室内吹出,由此能够进行车室内的除湿供暖。
需要说明的是,在弱除湿供暖模式下,通过将第二流量调整阀14b形成节流状态,由此与制冷模式相比,使向室外热交换器17流入的冷媒的温度降低。因此,与制冷模式相比,能够缩小室外热交换器17中的冷媒的温度与外部气体温度的温度差,能够减少室外热交换器17中的冷媒的散热量。
其结果是,相对于以只在制冷模式时使空气温度TAV接近目标吹出温度TAO的方式控制空气混合门34的动作的情况,无需增加在循环系统中循环的循环冷媒流量,就能够使室内冷凝器12中的冷媒压力上升,提高室内冷凝器12中的空气的加热能力。
(c)除湿供暖模式
在除湿供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a形成节流状态,使第二流量调整阀14b全闭,使第三流量调整阀14c形成节流状态,使第四流量调整阀14d全开。此外,打开第一开闭阀18a,打开第二开闭阀18b,打开第三开闭阀18c。
由此,在除湿供暖模式下,如图2的实线箭头所示,构成如下的喷射器式制冷循环系统:冷媒按照压缩机11、室内冷凝器12、第一流量调整阀14a、加热侧喷射器15、储蓄器16(、第三开闭阀18c)、压缩机11的顺序循环,并且冷媒按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第一开闭阀18a)、加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d的顺序循环。
同时,构成如下的喷射器式制冷循环系统:冷媒按照压缩机11、室内冷凝器12(、第二开闭阀18b、第四流量调整阀14d)、冷却侧喷射器20、冷却侧气液分离器21、压缩机11的顺序循环,并且冷媒按照冷却侧气液分离器21、固定节流阀22、室内蒸发器23、冷却侧喷射器20的冷却侧冷媒吸引口20d的顺序循环。
换句话说,在除湿供暖模式下,构成通过第一三通接头13a将从室内冷凝器12流出的冷媒的流动分支,使分支出的一方的冷媒向加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a流入,并且使另一方的冷媒向冷却侧喷射器20的冷却侧喷嘴部20a流入的冷媒回路。
在该冷媒回路中,由于加热侧喷射器15以及冷却侧喷射器20相对于循环系统整体的冷媒流并联连接,因此,与加热侧喷射器15连接的室外热交换器17以及与冷却侧喷射器20连接的室内蒸发器23也相对于循环系统整体的冷媒流并联连接。
此外,空气调节控制装置在该冷媒回路的结构下,根据目标吹出温度TAO以及传感器组的检测信号等以与弱除湿供暖模式相同的方式确定各种控制对象设备的动作状态。
另外,第一流量调整阀14a的阀开度被确定为,使室内蒸发器23的冷媒蒸发温度在能够防止室内蒸发器23的上霜的基准结霜防止温度(例如1℃)以上。另外,第三流量调整阀14c的阀开度被确定为,使室外热交换器17中的冷媒蒸发温度在外部气体温度Tam以下(进而,在本实施方式中是0℃以下)。
这里,在通常的喷射器中,利用喷射冷媒的吸引作用从冷媒吸引口吸引冷媒,由此回收在喷嘴部中冷媒减压时的动能的损失。并且,通过扩压部将回收的动能转换为压力能量。因此,通过增加向喷嘴部流入的冷媒流量,由此能够增加回收能量,增加扩压部中的升压量。
因此,在本实施方式中,通过改变第一流量调整阀14a的阀开度,由此,改变从第一三通接头13a向加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a流入的冷媒流量以及从第一三通接头13a向冷却侧喷射器20的冷却侧喷嘴部20a流入的冷媒流量的流量比,调整室内蒸发器23中的冷媒蒸发温度。
更具体而言,例如在蒸发器温度Tefin变为基准结霜防止温度以下时,增加第一流量调整阀14a的阀开度,增加向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒流量。由此,增加加热侧扩压部15g中的升压量,使室内蒸发器23的冷媒蒸发压力(冷媒蒸发温度)上升。
因此,在除湿供暖模式时的制冷循环装置10中,如图7的莫里尔图所示,从压缩机11排出的高压冷媒(图7的a7点)向室内冷凝器12流入,与通过室内蒸发器23冷却并除湿后的空气进行热交换而散热(图7的a7点到b7点)。由此,空气被加热。由于第二开闭阀18b打开,因此从室内冷凝器12流出的冷媒的流动通过第一三通接头13a而分支。
通过第一三通接头13a分支出的一方的冷媒经由第二三通接头13b向第一流量调整阀14a流入而等焓地膨胀(图7的b7点到d7点)。通过第一流量调整阀14a减压后的冷媒向加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a流入。流入到加热侧喷嘴部15a中的冷媒被等熵地减压并喷射(图7的d7点到f7点)。
并且,利用该喷射冷媒的吸引作用,经由第三三通接头13c以及第一开闭阀18a从加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d吸引从室外热交换器17流出的冷媒。此外,从加热侧喷嘴部15a喷射的喷射冷媒以及从加热侧冷媒吸引口15d吸引的吸引冷媒向加热侧扩压部15g流入(图7的e7到g7点,f7点到g7点)。
在加热侧扩压部15g,通过冷媒通路面积的放大将冷媒的速度能量转换为压力能量。由此,喷射冷媒与吸引冷媒的混合冷媒的压力上升(图7的g7点到h7点)。从加热侧扩压部15g流出的冷媒向储蓄器16流入而被气液分离(图7的h7点到k7点,h7点到j7点)。
此外,通过储蓄器16分离出的液相冷媒通过形成为节流状态的第三流量调整阀14c等焓地减压(图7的j7点到i7点)。此时,在第三流量调整阀14c中,使冷媒减压,直至室外热交换器17中的冷媒蒸发温度变为外部气体温度Tam以下(进而,在本实施方式中是0℃以下)。
通过第三流量调整阀14c减压后的冷媒从室外热交换器17的另一方的冷媒流入流出口流入,从由送风风扇输送的外部气体吸热而蒸发(图7的i7点到e7点)。换句话说,除湿供暖模式时的室外热交换器17中的冷媒的流动方向相对于制冷模式以及弱除湿供暖模式时的流动方向反转。
由于第二流量调整阀14b形成为全闭,因此,经由第三三通接头13c以及第一开闭阀18a从加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d吸引从室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口流出的冷媒。另外,通过储蓄器16分离出的气相冷媒(图7的k7点)经由第三开闭阀18c向压缩机11吸入。
另外,通过第一三通接头13a分支出的另一方的冷媒经由第二开闭阀18、第四三通接头13d以及第四流量调整阀14d向冷却侧喷射器20的冷却侧喷嘴部20a流入。向冷却侧喷射器20的冷却侧喷嘴部20a流入的冷媒被等熵地减压并喷射(图7的b7点到o7点)。之后的动作与制冷模式以及弱除湿供暖模式相同。
需要说明的是,在除湿供暖模式下,由于第三开闭阀18c打开,因此,从冷却侧气液分离器21流出的气相冷媒(图7的q7点)与从储蓄器16流出的气相冷媒(图7的k7点)通过第五三通接头13e合流,向压缩机11吸入。
因此,在除湿供暖模式下,与弱除湿供暖模式相同,利用室内冷凝器12将通过室内蒸发器23冷却并除湿后的空气再加热,并向车室内吹出,由此能够进行车室内的除湿供暖。
需要说明的是,在除湿供暖模式下,将室外热交换器17以及室内蒸发器23相对于循环系统整体的冷媒流并联连接,使室外热交换器17作为蒸发器而发挥功能。因此,能够以从外部气体吸收的热量作为热源对空气进行加热,故而与弱除湿供暖模式相比,能够增加室内冷凝器12中的散热量,提高室内冷凝器12中的空气的加热能力。
(d)供暖模式
在供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a形成节流状态,使第二流量调整阀14b全闭,使第三流量调整阀14c形成节流状态,使第四流量调整阀14d全闭。此外,打开第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,打开第三开闭阀18c。
由此,在供暖模式下,如图3的实线箭头所示,构成如下的喷射器式制冷循环系统:冷媒按照压缩机11、室内冷凝器12、第一流量调整阀14a、加热侧喷射器15、储蓄器16(、第三开闭阀18c)、压缩机11的顺序循环,并且冷媒按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第一开闭阀18a)、加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d的顺序循环。
此外,在供暖模式中,包括一边使循环系统发挥高COP一边加热空气的通常运转、以及一边使循环系统发挥高加热能力Qc一边加热空气的高加热能力运转。
首先,对通常运转进行说明。在供暖模式的通常运转时,空气调节控制装置在图3所示的冷媒回路的结构下,根据目标吹出温度TAO以及传感器组的检测信号等确定各种控制对象设备的动作状态。例如,压缩机11的冷媒排出能力以如下方式确定。首先,根据目标吹出温度TAO,参照预先存储于空气调节控制装置中的控制映射图确定室内冷凝器12的目标冷凝器温度TCO。
然后,根据该目标冷凝器温度TCO与通过吹出温度传感器检测出的排出冷媒温度Td的偏差,使用反馈控制方法以使排出冷媒温度Td接近目标冷凝器温度TCO的方式,确定向压缩机11的电动马达输出的控制信号。
另外,向驱动空气混合门34的电动致动器输出的控制信号被确定为,使通过室内蒸发器23后的空气的全部流量在室内冷凝器12侧的空气通路中流动。
另外,向第一流量调整阀14a输出的控制信号被确定为,使向第一流量调整阀14a流入的冷媒的过冷却度接近以使COP达到大致最大值的方式确定的目标过冷却度。另外,第三流量调整阀14c的阀开度被确定为,使室外热交换器17中的冷媒蒸发温度变为外部气体温度Tam以下。
因此,在供暖模式的制冷循环装置10中,如图8的莫里尔图的虚线所示,从压缩机11排出的高压冷媒(图8的a8点)向室内冷凝器12流入,与空气进行热交换而散热(图8的a8点到b8点)。由此,空气被加热。由于第二流量调整阀14b全闭,第二开闭阀18b关闭,因此从室内冷凝器12流出的冷媒向第一流量调整阀14a流入。
向第一流量调整阀14a流入的冷媒等焓地减压膨胀(图8的b8到d8点)。此时,将第一流量调整阀14a的阀开度调整为,使向第一流量调整阀14a流入的冷媒的过冷却度接近目标过冷却度。通过第一流量调整阀14a减压后的冷媒向加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a流入,等熵地减压并喷射(图8的d8点到f8点)。
之后的动作与除湿供暖模式时的加热侧喷射器15侧相同。换句话说,通过储蓄器16分离出的液相冷媒通过第三流量调整阀14c减压,通过第三流量调整阀14c减压后的冷媒通过室外热交换器17从外部气体吸热并蒸发,从加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d吸引从室外热交换器17的一方的冷媒流入流出口流出的冷媒(图8的h8点到j8点到i8点到e8点到g8点)。
此外,通过储蓄器16分离出的气相冷媒经由第三开闭阀18c以及第五三通接头13e向压缩机11吸引并再次被压缩(图8的k8到a8)。需要说明的是,在供暖模式下,由于第四流量调整阀14d形成为全闭,第二开闭阀18b关闭,因此,冷媒不向冷却侧喷射器20侧流入,从冷却侧气液分离器21流出的气相冷媒不向压缩机11吸入。
因此,在供暖模式的通常运转时,通过将利用室内冷凝器12加热后的空气向车室内吹出,由此能够进行车室内的供暖。此外,在该通常运转时,通过空气调节控制装置调整第一流量调整阀14a的阀开度而能够实现COP的提高。
接下来,对高加热能力运转进行说明。例如,在如低外部气体温度时等那样,从车室内设定温度Tset减去内部气体温度Tr后的温度差大幅偏离基准温度差以上的情况(例如,偏离20℃以上的情况)等之下,执行高加热能力运转,以使得制冷循环装置10发挥高加热能力(供暖能力)Qc,使内部气体温度Tr迅速接近车室内设定温度Tset。
需要说明的是,加热能力Qc用前述的算式F1定义。此外,在高加热能力运转时,空气调节控制装置将第一流量调整阀14a的阀开度调整为,使加热能力Qc接近极大值(峰值)。
更具体而言,空气调节控制装置根据压缩机11的冷媒排出能力(例如,向压缩机11的电动马达输出的控制信号),参照预先存储于空气调节控制装置中的控制映射图,将第一流量调整阀14a的阀开度调整为,使向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒的干燥度x满足前述的算式F2。因此,在高加热能力运转时,第一流量调整阀14a作为调整向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒的干燥度x的干燥度调整部而发挥功能。
由此,在高加热能力运转时,冷媒的状态如图8的莫里尔图的粗实线所示那样变化。换句话说,相对于通常运转时,焓差Δicond降至Δi’cond。另一方面,隔热热降Δiej增加至Δi’ej,能够使压缩机11所吸入的冷媒的压力从图8的k8点向k’8点上升。其结果是,相对于通常运转时,能够增加冷媒流量Gr,使加热能力Qc接近极大值。
因此,在供暖模式的高加热能力运转时,通过将利用室内冷凝器12加热后的空气向车室内吹出,由此能够进行车室内的供暖。此外,在该高加热能力运转时,空气调节控制装置通过调整第一流量调整阀14a的阀开度而能够发挥高加热能力Qc。
需要说明的是,在高加热能力运转时,相对于通常运转时,压缩机11的冷媒排出能力增加,第一流量调整阀14a的阀开度也大多增加。因此,在图8的粗实线所示的莫里尔图中示出高加热能力运转时使第一流量调整阀14a的阀开度为全开时的冷媒的状态。
如上,根据车辆用空气调节装置1,通过在制冷模式下的运转、供暖模式下的运转、弱除湿供暖模式下的运转以及除湿供暖模式下的运转之间切换,由此能够实现车室内的适当的空气调节。此外,根据制冷循环装置10,能够获得以下这样的优秀的效果。
(A)在作为储液部发挥功能的储蓄器16配置于外部空间的制冷循环装置中,当以液状存储于储蓄器16内的冷媒的温度与外部气体温度的温度差增大时,有时在储蓄器内的冷媒与外部气体之间进行热量的授受。
例如,在外部气体温度变为比较高温时执行的制冷模式时,当储蓄器16内的冷媒的温度比外部气体温度低时,储蓄器16内的冷媒从外部气体吸热。这样的冷媒从外部气体进行的吸热成为使从空气吸热的吸热量减少、制冷循环装置10的冷却能力降低的原因。
因此,在作为储液部发挥功能的储蓄器16配置于外部空间的制冷循环装置中,需要抑制因在储蓄器16内的冷媒与外部气体之间进行不必要的热量的授受而产生的性能降低。
在本实施方式中,由于在制冷模式时以及弱除湿供暖模式时,使从室外热交换器17流出的冷媒向储蓄器16流入,因此能够使储蓄器16内的冷媒的温度与外部气体温度相同,能够有效地抑制储蓄器16内的冷媒与外部气体之间的不必要的热量的授受。
此外,在外部气度变为比较低温时执行的除湿供暖模式时或供暖模式时,使通过加热侧喷射器15减压后的冷媒向储蓄器16流入,因此,能够缩小储蓄器16内的冷媒与外部气体的温度差,能够抑制储蓄器16内的冷媒与外部气体之间的不必要的热量的授受。
因此,根据制冷循环装置10,能够抑制配置在外部空间的储蓄器16内的冷媒的温度与外部气体温度的温度差的增大,能够抑制因进行储蓄器16内的冷媒与外部气体之间的不必要的热量的授受而导致的制冷循环装置10的性能降低。
(B)在如除湿供暖模式的冷媒回路那样,作为使冷媒蒸发的蒸发器发挥功能的室外热交换器17以及室内蒸发器23相对于冷媒流并联连接的冷媒回路结构中,若双方的热交换器的冷媒蒸发温度一致,则无法通过室外热交换器17吸收充分的热量,空气的加热能力有时不足。
例如,若将室外热交换器17以及室内蒸发器23相对于冷媒流并联连接,将室内蒸发器23中的冷媒蒸发温度调整为能够抑制室内蒸发器23的结霜的温度,则室外热交换器17中的冷媒蒸发温度也调整为相同的温度。因此,在低外部气体温度时,室外热交换器17中的冷媒蒸发温度与外部气体温度的温度差缩小,冷媒无法通过室外热交换器17从外部气体吸收足够的热量。
因此,在除湿供暖模式时,在形成作为蒸发器发挥功能的室外热交换器17以及室内蒸发器23并联连接的冷媒回路结构的制冷循环装置中,需要通过增加室外热交换器17中的冷媒的吸热量来充分提高空气的加热能力。
与此相对,在除湿供暖模式时,构成使室外热交换器17的冷媒出口侧与加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d连通,并且使室内蒸发器23的冷媒入口侧或冷媒出口侧与加热侧喷射器15的加热侧扩压部15g的出口侧连通的冷媒回路。
因此,在除湿供暖模式时,能够使室外热交换器17中的冷媒蒸发压力接近刚通过加热侧喷嘴部15a减压后的最低的冷媒压力,能够使室内蒸发器23中的冷媒蒸发压力接近通过加热侧扩压部15g升压后的冷媒压力。
换句话说,能够使室外热交换器17中的冷媒蒸发压力比室内蒸发器23中的冷媒蒸发压力低。因此,即使将室内蒸发器23中的冷媒蒸发压力调整为能够抑制室内蒸发器23的结霜的温度,也能够使室外热交换器17中的冷媒蒸发温度比外部气体温度低。
其结果是,在除湿供暖模式时,冷媒能够通过室外热交换器17从外部气体吸收足够的热量,能够通过室内冷凝器12使空气散出足够的热量。即,能够充分提高除湿供暖模式时的空气的加热能力。
(C)在如供暖模式的冷媒回路那样,使冷媒通过室外热交换器17从外部气体吸收的热量利用室内冷凝器12向空气散热的冷媒回路结构中,必须使室外热交换器17中的冷媒蒸发温度比外部气体温度低,以使得冷媒能够通过室外热交换器17从外部气体可靠地吸热。因此,在低外部气体温度时等,有时必须大幅降低室外热交换器17中的冷媒蒸发温度(冷媒蒸发压力)。
另外,由于在通常的制冷循环装置中应用的冷媒伴随着压力的降低而密度降低,因此,若在低外部气体温度时等,室外热交换器17的冷媒蒸发压力大幅降低,则向压缩机11吸入的冷媒的密度降低,从压缩机11排出的冷媒的流量减少。
其结果是,能够通过室内冷凝器12散热的总热量相对于进行车室内的供暖所需的热量而言不足,无法充分加热空气。因此,在供暖模式时,在以冷媒通过室外热交换器17从外部气体吸收的热量作为热源来加热空气的制冷循环装置中,需要充分提高供暖模式时的空气的加热能力。
与此相对,在供暖模式下,除了使循环系统发挥高COP的通常运转之外,在低外部气体温度时等进行通过调整室内冷凝器12出口侧冷媒的焓(向加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a流入的冷媒的干燥度x)而使加热能力Qc接近极大值的高加热能力运转,因此,能够充分提高供暖模式时的空气的加热能力。
另外,在除湿供暖模式以及供暖模式下,通过加热侧喷射器15的升压作用减少压缩机11的消耗动力。此外,在制冷模式、弱除湿供暖模式以及除湿供暖模式下,由于采用冷却侧喷射器20作为冷却侧减压器,因此,能够利用冷却侧喷射器的升压作用减少压缩机11的消耗动力。
换句话说,根据制冷循环装置,通过加热侧喷射器15以及冷却侧喷射器20的升压作用,在任一运转模式下都能够提高制冷循环装置10的COP。
需要说明的是,在供暖模式的高加热能力运转中,将向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒的干燥度x控制为满足前述的算式F2、即成为0.5以上且0.8以下。
因此,如通过图29说明那样,与供暖模式的通常运转时相比,加热侧喷射器15内的二相冷媒的流速变为低于二相音速αh的值的部位(二相冷媒的流速从超音速状态向亚音速状态转变时产生冲击波的部位)容易向加热侧扩压部15g内移动。
并且,当产生该冲击波的部位向加热侧扩压部15g内移动时,可能因冲击波的作用而使得在加热侧扩压部15g内流动的冷媒的流速变得不稳定。因此,可能加热侧扩压部15g的升压性能变得不稳定。
与此相对,根据加热侧喷射器15,通过混合部15e使喷射冷媒与吸引冷媒的混合冷媒的流速逐渐减速,能够在混合冷媒到达加热侧扩压部15g的入口部15h之前使混合冷媒的流速成为低于二相音速αh的值。
因此,如图9所示,能够使二相冷媒的流速从超音速状态向亚音速状态转变时产生的冲击波在混合部15e内产生,而非在加热侧扩压部15g内产生。
其结果是,能够抑制加热侧扩压部15g的升压性能变得不稳定的情况。需要说明的是,图9是与图28、图29对应的附图。另外,为了获得该升压性能稳定化效果,只要使到达入口部15h的冷媒的流速在二相音速αh以下即可。
此外,在二相冷媒的流速达到二相音速αh时,滑移比(即,气相冷媒的流速相对于液相冷媒的流速之比)变为1。因此,在加热侧喷射器15中,能够在混合部15e内使混合冷媒中的液相冷媒的流速与气相冷媒的流速一致,将混合冷媒形成为液相冷媒与气相冷媒均匀混合的二相状态。
因此,能够抑制混合冷媒以具有速度分布的状态向加热侧扩压部15g流入,能够在从混合冷媒刚流入到加热侧扩压部15g之后开始高效地将冷媒的速度能量向压力能量转换。其结果是,能够提高加热侧扩压部15g中的升压性能。
(第二实施方式)
在本实施方式中,如图10所示,说明相对于第一实施方式改变了加热侧喷射器15的结构的例子。具体而言,在加热侧喷射器15中,在形成于加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路中的、成为最下游侧的冷媒喷射口15c侧,设置有冷媒通路面积形成为固定的笔直部15i。需要说明的是,在图10中,对与第一实施方式相同或等同的部分标注相同的符号。这一点在之后的附图中也相同。
此外,设置有该笔直部15i的部位的冷媒流动方向的长度L与冷媒喷射口15c的当量直径相等。这里,冷媒喷射口15c的当量直径指的是将冷媒喷射口15c的通路剖面形状换算为圆时的直径。其他的制冷循环装置10以及加热侧喷射器15的结构以及动作与第一实施方式相同。
因此,在制冷循环装置10以及加热侧喷射器15中,也能够获得与第一实施方式相同的效果。此外,根据加热侧喷射器15,由于在加热侧喷嘴部15a设置有笔直部15i,因此,能够抑制在除湿供暖模式下在加热侧喷嘴部15a产生冷媒的过膨胀而使加热侧扩压部15g的升压性能降低的情况。
更详细而言,在供暖模式的高加热能力运转下,由于以使加热能力Qc接近极大值的方式使制冷循环装置10动作,因此与除湿供暖模式相比,使第一流量调整阀14a的阀开度增加,并且使压缩机11的冷媒排出能力增加。此外,在除湿供暖模式下,不仅向加热侧喷射器15供给冷媒,还向冷却侧喷射器20侧供给冷媒。
因此,在高加热能力运转时,与除湿供暖模式时相比,向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒流量增加。此外,在高加热能力运转时,与除湿供暖模式时相比,向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒的干燥度x增高,因此在高加热能力运转时,从加热侧喷嘴部15a的冷媒喷射口15c喷射的冷媒的密度容易变得比除湿供暖模式时低。
因此,若根据高加热能力运转时的冷媒的密度变化确定加热侧喷嘴部15a的冷媒通路形状,则在除湿供暖模式时,加热侧喷嘴部15a的最下游侧的冷媒通路面积不必要地扩展,容易产生冷媒的过膨胀。此外,这样的过膨胀成为产生所谓的斜冲击波、导致从加热侧喷嘴部15a的冷媒喷射口15c喷射的喷射冷媒的流速降低的原因。
其理由在于,当因过膨胀而产生斜冲击波时,冷媒离开加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路壁面,因此,作为拉瓦尔喷嘴而构成的加热侧喷嘴部15a的末端扩大部的冷媒通路面积实质上缩小。此外,若喷射冷媒的流速降低,则通过加热侧扩压部15g转换为压力能量的动能减少,因此,加热侧扩压部15g中的升压量减少。
与此相对,在加热侧喷射器15中,由于在加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路中的最下游侧设置有笔直部15i,因此能够抑制冷媒的过膨胀,抑制斜冲击波的产生。因此,能够抑制因斜冲击波而使冷媒离开加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路壁面,能够抑制加热侧扩压部15g中的升压量降低。
此外,根据本发明的发明人等的研究知晓,通过将设置有笔直部15i的部位的冷媒流动方向的长度L设为与冷媒喷射口15c的当量直径相等的值,由此能够在不阻碍加热侧喷嘴部15a中的冷媒的适当加速的情况下,充分获得加热侧扩压部15g中的升压量降低的抑制效果。
(第三实施方式)
在本实施方式中,如图11的整体结构图所示,相对于第一实施方式,省略制冷循环装置10的冷却侧喷射器20、冷却侧气液分离器21以及固定节流阀22。另一方面,说明使第四流量调整阀14d的出口侧与室内蒸发器23的冷媒入口侧连接,使室内蒸发器23的冷媒出口侧与第五三通接头13e连接的例子。
换句话说,在制冷循环装置10中,利用第四流量调整阀14d构成冷却侧减压器。制冷循环装置10的其他结构与第一实施方式相同。接下来,对所述结构的动作进行说明。在本实施方式中,与第一实施方式相同地切换各运转模式。
(a)制冷模式
在制冷模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a全闭,使第二流量调整阀14b全开,使第三流量调整阀14c全开,使第四流量调整阀14d形成节流状态。此外,关闭第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,关闭第三开闭阀18c。
由此,在制冷模式下,构成冷媒按照压缩机11、室内冷凝器12(、第二流量调整阀14b)、室外热交换器17(、第三流量调整阀14c)、储蓄器16(、止回阀19)、第四流量调整阀14d、室内蒸发器23、压缩机11的顺序循环的通常的制冷循环系统。
此外,制冷模式下的第四流量调整阀14d的阀开度被确定为,使室内蒸发器23流出冷媒的过热度在预先确定的规定范围内。其他的动作与第一实施方式的制冷模式相同。因此,在制冷模式下,通过将利用室内蒸发器23冷却后的空气向车室内吹出,由此能够进行车室内的制冷。
(b)弱除湿供暖模式
在弱除湿供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a全闭,使第二流量调整阀14b形成节流状态,使第三流量调整阀14c全开,使第四流量调整阀14d形成节流状态。此外,关闭第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,关闭第三开闭阀18c。由此,在弱除湿供暖模式下,构成冷媒以与制冷模式相同的顺序循环的通常的制冷循环系统。
此外,弱除湿供暖模式下的第四流量调整阀14d的阀开度以与制冷模式相同的方式确定。其他动作与第一实施方式的弱除湿供暖模式相同。因此,在弱除湿供暖模式下,利用室内冷凝器12将通过室内蒸发器23冷却后的空气再加热并向车室内吹出,由此能够进行车室内的除湿供暖。
(c)除湿供暖模式
在除湿供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a形成节流状态,使第二流量调整阀14b全闭,使第三流量调整阀14c形成节流状态,使第四流量调整阀14d形成节流状态。此外,打开第一开闭阀18a,打开第二开闭阀18b,打开第三开闭阀18c。
由此,在除湿供暖模式下,构成如下的喷射器式制冷循环系统:冷媒按照压缩机11、室内冷凝器12、第一流量调整阀14a、加热侧喷射器15、储蓄器16(、第三开闭阀18c)、压缩机11的顺序循环,并且冷媒按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第一开闭阀18a)、加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d的顺序循环。
同时,构成冷媒按照压缩机11、室内冷凝器12(、第二开闭阀18b)、第四流量调整阀14d、室内蒸发器23、压缩机11的顺序循环的通常的制冷循环系统。
此外,除湿供暖模式下的第四流量调整阀14d的阀开度以与制冷模式相同的方式确定。其他动作与第一实施方式的除湿供暖模式相同。因此,在除湿供暖模式下,利用室内冷凝器12将通过室内蒸发器23冷却后的空气再加热并向车室内吹出,由此能够进行车室内的除湿供暖。
(d)供暖模式
在供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a形成节流状态,使第二流量调整阀14b全闭,使第三流量调整阀14c形成节流状态,使第四流量调整阀14d全闭。此外,打开第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,打开第三开闭阀18c。由此,在供暖模式下,构成与第一实施方式完全相同的喷射器式制冷循环系统,能够与第一实施方式相同地进行车室内的供暖。
如上,根据车辆用空气调节装置1,能够与第一实施方式相同地实现车室内的适当的空气调节。另外,根据制冷循环装置10,能够获得通过第一实施方式的(A)~(C)说明的优秀效果。另外,在制冷循环装置10的结构中,在供暖模式的高加热能力运转时,也能够与第一实施方式相同地获得加热侧喷射器15的升压性能稳定化效果以及升压性能提高效果。
(第四实施方式)
在本实施方式中,说明采用二级升压式的压缩机41构成制冷循环装置10a的例子。该制冷循环装置10a也构成为能够在制冷模式以及弱除湿供暖模式的冷媒回路(参照图12)、除湿供暖模式的冷媒回路(参照图13)、以及供暖模式的冷媒回路(参照图14)之间切换。需要说明的是,在图12~图14中,用实线箭头示出各个运转模式下的冷媒的流动。
更具体而言,压缩机41作为如下的二级升压式的电动压缩机而构成:在形成压缩机41的外部壳体的壳体的内部收纳有由固定容量型的压缩机构构成的低级侧压缩机构与高级侧压缩机构这两个压缩机构、以及对双方的压缩机构进行旋转驱动的电动马达。
此外,在压缩机41的壳体上设置有吸入端口41a、中间压端口41b以及排出端口41c。吸入端口41a从壳体的外部向低级侧压缩机构吸入低压冷媒。中间压端口41b使循环系统内的中间压冷媒向壳体的内部流入并与从低压向高压压缩的过程中的冷媒合流。排出端口41c使从高级侧压缩机构排出的高压冷媒向壳体的外部排出。
需要说明的是,在本实施方式中,采用将两个压缩机构收纳于一个壳体内的压缩机41,但压缩机的形式不限于此。换句话说,只要能够使中间压冷媒从中间压端口41b流入并与从低压向高压压缩的过程中的冷媒合流,也可以采用在壳体的内部收纳一个固定容量型的压缩机构以及对该压缩机构进行旋转驱动的电动马达而构成的电动压缩机。
除此之外,也可以将两个压缩机串联连接,以配置在低级侧的低级侧压缩机的吸入口作为吸入端口41a,以配置在高级侧的高级侧压缩机的排出口作为排出端口41c,在连接低级侧压缩机的排出口与高级侧压缩机的吸入口的连接部设置中间压端口41b,利用低级侧压缩机与高级侧压缩机双方构成一个二级升压式的压缩机41。
另外,在制冷循环装置10a中,在连接第二流量调整阀14b与第三三通接头13c的冷媒通路中连接有第六三通接头13f。第八三通接头13h经由第五开闭阀18e、第七三通接头13g、第六开闭阀18f与第六三通接头13f连接。该第八三通接头13h配置于从第三开闭阀18c到第五三通接头13e的冷媒通路中。
此外,在第七三通接头13g上连接有压缩机41的吸入端口41a,在第五三通接头13e上,经由第七开闭阀18g连接有压缩机41的中间压端口41b。需要说明的是,第五~第七开闭阀18e~18g的基本结构与第一~第三开闭阀18a~18c相同。此外,制冷循环装置10a的其他结构与第一实施方式的制冷循环装置10a相同。
接下来,对所述结构的动作进行说明。在本实施方式中,与第一实施方式相同地切换各运转模式。
(a)制冷模式
在制冷模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a全闭,使第二流量调整阀14b全开,使第三流量调整阀14c全开,使第四流量调整阀14d全开。此外,关闭第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,关闭第三开闭阀18c,关闭第五开闭阀18e,打开第六开闭阀18f,关闭第七开闭阀18g。
由此,在制冷模式下,构成冷媒如图12的实线箭头所示那样循环的喷射器式制冷循环系统。此时,由于第七开闭阀18g关闭,因此,冷媒不会从压缩机41的中间压端口41b向压缩机41的内部流入,压缩机41与通常的单级压缩型的压缩机相同地发挥功能。换句话说,在制冷模式下,构成与第一实施方式的制冷模式完全相同的冷媒回路。其他的各种控制对象设备的动作与第一实施方式的制冷模式相同。
因此,在制冷模式下,与第一实施方式的制冷模式相同地将利用室内蒸发器23冷却后的空气向车室内吹出,由此能够进行车室内的制冷。
(b)弱除湿供暖模式
在弱除湿供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a全闭,使第二流量调整阀14b形成节流状态,使第三流量调整阀14c全开,使第四流量调整阀14d全开。此外,关闭第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,关闭第三开闭阀18c,关闭第五开闭阀18e,打开第六开闭阀18f,关闭第七开闭阀18g。
由此,在弱除湿供暖模式下,构成冷媒如图12的实线箭头所示那样循环,压缩机41与通常的单级压缩型的压缩机相同地发挥功能的喷射器式制冷循环系统。换句话说,在弱除湿供暖模式下,构成与第一实施方式的弱除湿供暖模式完全相同的冷媒回路。其他的各种控制对象设备的动作与第一实施方式的弱除湿供暖模式相同。
因此,在弱除湿供暖模式下,与第一实施方式的弱除湿供暖模式相同,利用室内冷凝器12将通过室内蒸发器23冷却并除湿后的空气再加热并向车室内吹出,由此能够进行车室内的除湿供暖。
(c)除湿供暖模式
在除湿供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a形成节流状态,使第二流量调整阀14b全闭,使第三流量调整阀14c形成节流状态,使第四流量调整阀14d全开。此外,打开第一开闭阀18a,打开第二开闭阀18b,打开第三开闭阀18c,打开第五开闭阀18e,关闭第六开闭阀18f,打开第七开闭阀18g。
由此,在除湿供暖模式下,如图13的实线箭头所示,构成如下的二级升压式的喷射器式制冷循环系统:冷媒按照压缩机41的排出端口41c、室内冷凝器12、第一流量调整阀14a、加热侧喷射器15、储蓄器16(、第三开闭阀18c、第七开闭阀18g)、压缩机41的中间压端口41b的顺序循环,冷媒按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第一开闭阀18a)、加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d的顺序循环,冷媒还按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第五开闭阀18e)、压缩机41的吸入端口41a的顺序循环。
同时,构成如下的喷射器式制冷循环系统:冷媒按照压缩机41的排出端口41c、室内冷凝器12(、第二开闭阀18b、第四流量调整阀14d)、冷却侧喷射器20、冷却侧气液分离器21、压缩机41的中间压端口41b的顺序循环,并且冷媒按照冷却侧气液分离器21、固定节流阀22、室内蒸发器23、冷却侧喷射器20的冷却侧冷媒吸引口20d的顺序循环。其他的各种控制对象设备的动作与第一实施方式的除湿供暖模式相同。
换句话说,在除湿供暖模式时的制冷循环装置10a中,如图15的莫里尔图所示,构成冷媒的状态实际上与第一实施方式的除湿供暖模式时相同地变化的冷媒回路。换言之,构成通过室内冷凝器12使冷媒利用室外热交换器17以及室内蒸发器23双方吸收的热量向空气散热的冷媒回路。
因此,在除湿供暖模式下,与第一实施方式的除湿供暖模式相同,利用室内冷凝器12将通过室内蒸发器23冷却并除湿后的空气再加热并向车室内吹出,由此能够进行车室内的除湿供暖。
此外,在除湿供暖模式的冷媒回路中,从室外热交换器17流出的冷媒(图15的e15点)的一部分从压缩机41的吸入端口41a被吸入,并升压至变成中间压冷媒(图15的e15点到a”15点)。由此,能够增大加热侧喷射器15的加热侧扩压部15g中的冷媒的升压量。
这里,在通常的喷射器中,如图16所示,伴随着从冷媒吸引口吸引的冷媒流量Ge(吸引流的流量)相对于向喷嘴部流入的冷媒流量Gnoz(驱动流的流量)的吸引流量比(Ge/Gnoz)减少,回收能量中的向压力能量转换的比例增多。因此,伴随着吸引流量比(Ge/Gnoz)减少,能够增大扩压部中的升压量。
因此,在本实施方式中,通过从压缩机41的吸入端口41a吸入从室外热交换器17流出的冷媒、即从加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d吸引的冷媒的一部分,由此使从加热侧冷媒吸引口15d吸引的冷媒流量Ge减少,使加热侧扩压部15g中的升压量增大。
另外,在除湿供暖模式的冷媒回路中,从冷却侧气液分离器21流出的气相冷媒(图15的q15点)以及从储蓄器16流出的气相冷媒(图15的k15点)向压缩机41的中间压端口41b流入,与通过低级侧压缩机构升压后的中间压冷媒合流(图15的q15点、k15点到a’15点,a”15点到a’15点),通过高级侧压缩机构升压至变成高压冷媒(图15的a’15点到a15点)。
换句话说,在除湿供暖模式的冷媒回路中,构成多阶段地将冷媒升压、使循环系统的中间压气相冷媒与从低级侧压缩机构排出的冷媒合流并向高级侧压缩机构吸入的、所谓注气循环系统(节能式制冷循环系统)。
(d)供暖模式
在供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a形成节流状态,使第二流量调整阀14b全闭,使第三流量调整阀14c形成节流状态,使第四流量调整阀14d全闭。此外,打开第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,打开第三开闭阀18c,打开第五开闭阀18e,关闭第六开闭阀18f,打开第七开闭阀18g。
由此,在供暖模式下,如图14的实线箭头所示,构成如下的二级升压式的喷射器式制冷循环系统:冷媒按照压缩机41的排出端口41c、室内冷凝器12、第一流量调整阀14a、加热侧喷射器15、储蓄器16(、第三开闭阀18c、第七开闭阀18g)、压缩机41的中间压端口41b的顺序循环,且冷媒按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第一开闭阀18a)、加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d的顺序循环,冷媒还按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第五开闭阀18e)、压缩机41的吸入端口41a的顺序循环。其他的各种控制对象设备的动作与第一实施方式的供暖模式相同。
换句话说,在供暖模式时的制冷循环装置10a中,如图17的莫里尔图所示,构成冷媒的状态实际上与第一实施方式的供暖模式时相同地变化的冷媒回路。换言之,能够构成利用室内冷凝器12使冷媒通过室外热交换器17吸收的热量向空气散热的冷媒回路。需要说明的是,在图17中,示出通过第一实施方式说明过的高加热能力运转时的冷媒状态的变化。
因此,在供暖模式下,与第一实施方式的供暖模式相同地将通过室内冷凝器12加热后的空气向车室内吹出,由此能够进行车室内的供暖。
此外,在供暖模式的冷媒回路下,从室外热交换器17流出的冷媒(图17的e17点)的一部分从压缩机41的吸入端口41a被吸入,升压至变成中间压冷媒(图17的e17点到a”17点)。由此,与除湿供暖运转模式时相同,能够增大加热侧喷射器15的加热侧扩压部15g中的冷媒的升压量。
另外,在供暖模式的冷媒回路中,从储蓄器16流出的气相冷媒(图17的k17点)向压缩机41的中间压端口41b流入,与通过低级侧压缩机构升压后的中间压冷媒合流(图17的k17点到a’17点,a”17点到a’17点),通过高级侧压缩机构压缩至变成高压冷媒(图17的a’17点到a17点)。
换句话说,在供暖模式的冷媒回路中,与除湿供暖运转模式相同地构成注气循环系统。
如上,根据车辆用空气调节装置1,能够与第一实施方式相同地实现车室内的适当的空气调节。另外,根据制冷循环装置10a,能够获得与第一实施方式相同的优秀效果。另外,在制冷循环装置10a的结构中,也能够在供暖模式的高加热能力运转时,与第一实施方式相同地获得加热侧喷射器15的升压性能稳定化效果以及升压性能提高效果。
此外,在除湿供暖模式以及供暖模式下,通过使二级升压式的压缩机41的吸入端口41a吸入低压冷媒,由此大幅提高加热侧喷射器15的加热侧扩压部15g的升压量。
因此,相对于如第一实施方式那样采用单级升压式的压缩机11的情况,能够降低室外热交换器17中的冷媒蒸发温度。此外,能够增加在除湿供暖模式时以及供暖模式时,冷媒通过室外热交换器17从外部气体吸热的吸热量。
此外,由于使从室外热交换器17流出的冷媒的一部分(气相冷媒)向压缩机41的吸入端口41a吸入,因此,也能够增加可从储蓄器16经由第三流量调整阀14c向室外热交换器17供给的液相冷媒的流量。其结果是,能够增加室内冷凝器12中的冷媒的散热量,提高空气的加热能力。
在此基础上,还能够使从加热侧喷射器15的加热侧扩压部15g流出而向压缩机41的中间压端口41b流入的中间压冷媒的压力上升,能够使向中间压端口41b流入的中间压冷媒的密度上升。其结果是,能够增加向室内冷凝器12流入的冷媒流量Gr,能够提高加热能力。
此外,在除湿供暖模式以及供暖模式下,由于构成注气循环系统,因此能够提高压缩机41的机械效率(压缩效率),能够进一步提高COP。
(第五实施方式)
在本实施方式中,说明如图18的整体结构图所示那样,相对于第四实施方式省略制冷循环装置10的冷却侧喷射器20、冷却侧气液分离器21以及固定节流阀22,并且使第四流量调整阀14d的出口侧与室内蒸发器23的冷媒入口侧连接,使室内蒸发器23的冷媒出口侧与第五三通接头13e连接的例子。
换句话说,在制冷循环装置10a中,利用第四流量调整阀14d构成冷却侧减压器。制冷循环装置10a的其他结构与第四实施方式相同。接下来,对所述结构的动作进行说明。在本实施方式中,与第一实施方式相同地切换各运转模式。
(a)制冷模式
在制冷模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a全闭,使第二流量调整阀14b全开,使第三流量调整阀14c全开,使第四流量调整阀14d形成节流状态。此外,关闭第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,关闭第三开闭阀18c,关闭第五开闭阀18e,打开第六开闭阀18f,关闭第七开闭阀18g。
由此,在制冷模式下,构成冷媒按照压缩机41的排出端口41c、室内冷凝器12(、第二流量调整阀14b)、室外热交换器17(、第三流量调整阀14c)、储蓄器16(、止回阀19)、第四流量调整阀14d、室内蒸发器23、压缩机41的吸入端口的顺序流动的通常的制冷循环系统。
此外,制冷模式下的第四流量调整阀14d的阀开度被确定为,使室内蒸发器23流出冷媒的过热度在预先确定的规定范围内。其他的动作与第四实施方式的制冷模式相同。因此,在制冷模式下,将通过室内蒸发器23冷却后的空气向车室内吹出,由此能够进行车室内的制冷。
(b)弱除湿供暖模式
在弱除湿供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a全闭,使第二流量调整阀14b形成节流状态,使第三流量调整阀14c全开,使第四流量调整阀14d形成节流状态。此外,关闭第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,关闭第三开闭阀18c,关闭第五开闭阀18e,打开第六开闭阀18f,关闭第七开闭阀18g。由此,在弱除湿供暖模式下,构成冷媒以与制冷模式相同的顺序循环的通常的制冷循环系统。
此外,弱除湿供暖模式下的第四流量调整阀14d的阀开度以与制冷模式相同的方式确定。其他动作与第四实施方式的弱除湿供暖模式相同。因此,在弱除湿供暖模式下,也与第四实施方式相同,利用室内冷凝器12将通过室内蒸发器23冷却后的空气再加热并向车室内吹出,由此能够进行车室内的除湿供暖。
(c)除湿供暖模式
在除湿供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a形成节流状态,使第二流量调整阀14b全闭,使第三流量调整阀14c形成节流状态,使第四流量调整阀14d形成节流状态。此外,打开第一开闭阀18a,打开第二开闭阀18b,打开第三开闭阀18c,打开第五开闭阀18e,关闭第六开闭阀18f,打开第七开闭阀18g。
由此,在除湿供暖模式下,构成如下的二级升压式的喷射器式制冷循环系统:冷媒按照压缩机41的排出端口41c、室内冷凝器12、第一流量调整阀14a、加热侧喷射器15、储蓄器16(、第三开闭阀18c、第七开闭阀18g)、压缩机41的中间压端口41b的顺序循环,并且冷媒按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第一开闭阀18a)、加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d的顺序循环,冷媒还按照储蓄器16、第三流量调整阀14c、室外热交换器17(、第五开闭阀18e)、压缩机的吸入端口41a的顺序循环。
同时,构成冷媒按照压缩机41的排出端口41c、室内冷凝器12(、第二开闭阀18b)、第四流量调整阀14d、压缩机41的中间压端口41b的顺序循环的通常的制冷循环系统。
此外,除湿供暖模式下的第四流量调整阀14d的阀开度以与制冷模式相同的方式确定。其他动作与第四实施方式的除湿供暖模式相同。因此,在除湿供暖模式下,利用室内冷凝器12将通过室内蒸发器23冷却后的空气再加热并向车室内吹出,由此能够进行车室内的除湿供暖。
(d)供暖模式
在实施方式的供暖模式下,空气调节控制装置使第一流量调整阀14a形成节流状态,使第二流量调整阀14b全闭,使第三流量调整阀14c形成节流状态,使第四流量调整阀14d全闭。此外,打开第一开闭阀18a,关闭第二开闭阀18b,打开第三开闭阀18c,打开第五开闭阀18e,关闭第六开闭阀18f,打开第七开闭阀18g。由此,在供暖模式下,构成与第四实施方式完全相同的二级升压式的喷射器式制冷循环系统,能够与第四实施方式相同地进行车室内的供暖。
如上,根据车辆用空气调节装置1,能够与第一实施方式相同地实现车室内的适当的空气调节。此外,根据制冷循环装置10a,虽然无法在制冷模式时以及弱除湿供暖模式时获得喷射器的升压作用所带来的COP提高效果,但能够在简单地构成冷却侧减压器的情况下获得与第四实施方式相同的效果。
如上,根据车辆用空气调节装置1,能够与第四实施方式相同地实现车室内的适当的空气调节。另外,根据制冷循环装置10a,能够获得通过第一实施方式的(A)~(C)说明过的优秀效果。另外,在制冷循环装置10的结构中,在供暖模式的高加热能力运转时,也能够与第四实施方式相同地获得加热侧喷射器15的升压性能稳定化效果以及升压性能提高效果。
(第六实施方式)
在本实施方式中,说明相对于第一实施方式如图19、图20所示那样改变了加热侧喷射器15的结构的例子。具体而言,在加热侧喷射器15中,在形成于加热侧喷嘴部15a中的冷媒通路中的比喉部(最小通路面积部)靠冷媒流上游侧的位置,设置有使从冷媒流入口15j流入的冷媒回旋的回旋空间15k。
更详细而言,该回旋空间15k形成在设置于加热侧喷嘴部15a的冷媒流上游侧的筒状部15o的内部。因此,该筒状部15o构成回旋空间形成部件,回旋空间形成部件与喷嘴部一体构成。
回旋空间15k形成为旋转体形状,其中心轴与加热侧喷嘴部15a在同轴上延伸。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)旋转时形成的立体形状。更具体而言,回旋空间15k形成为大致圆柱状。
此外,在从回旋空间15k的中心轴方向观察时,连接冷媒流入口15j与回旋空间15k的冷媒流入通路151如图20所示那样在回旋空间15k的内壁面的切线方向上延伸。由此,从冷媒流入口15j向回旋空间15k流入的冷媒沿着回旋空间15k的内壁面流动,在回旋空间15k内回旋。
这里,由于离心力作用于在回旋空间15k内回旋的冷媒上,因此在回旋空间15k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,在除湿供暖模式以及供暖模式的通常运转时,使回旋空间15k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、或者冷媒进行减压沸腾(产生气穴)的压力。
这样的回旋空间15k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15k内回旋的冷媒的回旋流速而实现。此外,回旋流速的调整例如能够通过调整冷媒流入通路151的通路截面积与回旋空间15k的轴向垂直截面积的流路截面积的比率、或调整配置在加热侧喷嘴部15a的上游侧的第一流量调整阀14a的阀开度来进行。
需要说明的是,回旋流速表示回旋空间15k的最外周部附近的冷媒的回旋方向的流速。其他的制冷循环装置10以及加热侧喷射器15的结构以及动作与第一实施方式相同。因此,在制冷循环装置10以及加热侧喷射器15中,也能够获得与第一实施方式相同的效果。
此外,根据加热侧喷射器15,在除湿供暖模式以及供暖模式的通常运转时,由于能够在回旋空间15k内使冷媒回旋,并且使回旋空间15k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、或者冷媒进行减压沸腾(产生气穴)的压力,因此能够提高加热侧喷嘴部15a的喷嘴效率。
更详细而言,在加热侧喷嘴部15a中,通过在回旋空间15k内回旋的外周侧的冷媒从回旋空间15k的外周侧壁面剥离时的壁面沸腾、以及由回旋空间15k的中心轴侧的冷媒的气穴而产生的沸腾核所带来的界面沸腾的双方,促进冷媒的沸腾。
由此,能够将向加热侧喷嘴部15a的喉部流入的冷媒形成气相冷媒与液相冷媒均匀混合的气液混合状态。此外,能够在喉部的附近在气液混合状态的冷媒的流动中产生闭塞(堵塞),通过该堵塞而达到音速的气液混合状态的冷媒通过末端扩大部而被加速,从冷媒喷射口15c喷射。
换句话说,根据加热侧喷射器15,通过壁面沸腾以及界面沸腾的双方所带来的沸腾促进,使气液混合状态的冷媒高效地加速至达到音速,由此能够提高加热侧喷嘴部15a的喷嘴效率。此外,能够进一步提高制冷循环装置10的COP。需要说明的是,喷嘴效率指的是,通过喷嘴部将冷媒的压力能量向动能转换时的能量转换效率。
另外,在供暖模式的高加热能力运转时,使离心力作用于在回旋空间15k内回旋的冷媒,从而能够使密度高的液相冷媒向形成在加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路的内周壁面侧偏倚。因此,能够利用液相冷媒与冷媒通路的内周壁面的摩擦促进液相冷媒的沸腾,能够提高喷嘴效率。
(第七实施方式)
在第六实施方式中,说明了采用喉部(最小通路面积部)的冷媒通路面积固定的固定喷嘴作为加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a的例子,但在本实施方式中,说明如图21所示那样采用能够改变节流通路面积的可变喷嘴的例子。
具体而言,加热侧喷嘴部15a构成为,具有配置在加热侧喷嘴部15a的冷媒通路内且使喉部的冷媒通路面积变化的作为阀芯的针阀15m、以及使该针阀15m在喷嘴部的轴向上变位的作为驱动部的步进电机15n。
针阀15m形成为其中心轴与加热侧喷嘴部15a的中心轴配置在同轴上的针状。更具体而言,针阀15m形成为朝向冷媒流下游侧而前端变细的形状,以最下游侧的前端变细前端部比加热侧喷嘴部15a的冷媒喷射口15c进一步朝向冷媒流下游侧突出的方式配置。
步进电机15n配置在加热侧喷嘴部15a的冷媒流入口15j侧,使针阀15m在加热侧喷嘴部15a的轴向上变位。由此,改变形成在加热侧喷嘴部15a的内周壁面与针阀15m的外周壁面之间的剖面圆环状的冷媒通路的面积。需要说明的是,步进电机15n的动作由从控制装置输出的控制信号控制。
制冷循环装置10以及加热侧喷射器15的其他的结构以及动作与第六实施方式相同。
因此,在制冷循环装置10以及加热侧喷射器15中,也能够获得与第六实施方式相同的效果。此外,根据加热侧喷射器15,由于将加热侧喷嘴部15a构成为可变喷嘴,因此,能够向加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a供给与制冷循环装置10的负荷相应的适当流量的冷媒。
另外,在供暖模式的高加热能力运转时,也可以使加热侧喷射器15作为调整向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒的干燥度x的干燥度调整部而发挥功能。此外,若将加热侧喷嘴部15a构成为能够利用针阀15m使喉部闭塞的带全闭功能的可变喷嘴,则也可以省略第一流量调整阀14a,使加热侧喷射器15作为冷媒回路切换部而发挥功能。
另外,在图21所示的加热侧喷嘴部15a中,作为针阀15m,采用从喉部的冷媒流上游侧朝向喉部而前端变细的形状,但也可以如图22所示的变形例那样,采用从喉部的冷媒流下游侧朝向喉部而前端变细的形状。在这种情况下,配置为针阀15m的最上游侧的前端变细前端部比喷射部15q进一步向前端变细部15p侧突出即可。
根据该图22所示的变形例,由于针阀15m不贯通回旋空间内,因此不阻碍回旋空间15k内的冷媒的回旋流。因此,能够进一步有效地提高加热侧喷嘴部15a的喷嘴效率。
(第八实施方式)
在本实施方式中,说明如图23、图24所示那样相对于第一实施方式改变了加热侧喷射器15的结构的例子。具体而言,在加热侧喷射器15中,与第六实施方式相同,在加热侧喷嘴部15a的冷媒流上游侧设置有形成回旋空间15k的筒状部15o。
此外,在加热侧喷嘴部15a中,作为形成于内部的冷媒通路,形成有朝向冷媒喷射口15c而使冷媒通路面积逐渐缩小的前端变细部15p、以及从前端变细部15p向冷媒喷射口15c引导冷媒的喷射部15q。换句话说,加热侧喷嘴部15a构成为所谓的前端变细喷嘴。
喷射部15q形成在,形成于加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路的最下游侧。因此,能够根据喷射部15q的加热侧喷嘴部15a的轴向剖面中的扩展角度θn,改变从冷媒喷射口15c喷射的喷射冷媒的喷雾形状或扩展方向。换句话说,喷射部15q能够表现为规定从冷媒喷射口15c喷射的冷媒的喷射方向的空间。
此外,在本实施方式中,将加热侧喷嘴部15a的轴向剖面中的喷射部15q的扩展角度θn设为0°。换句话说,喷射部15q由沿着加热侧喷嘴部15a的轴向延伸且冷媒通路面积固定的圆柱形状的空间形成。需要说明的是,在图23中,为了明确扩展角度θn,图示出约1°的扩展角度θn。
另外,如图23所示,在将形成于加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路中的形成有喷射部15q的轴向长度设为Lc,将冷媒喷射口15c的开口面积的当量直径设为时,以满足以下算式F7的方式确定轴向长度Lc。
需要说明的是,在本实施方式中,具体而言,
在加热侧喷嘴部15a中,通过如上所述那样构成形成在内部的冷媒通路,由此使从冷媒喷射口15c向混合部15e喷射的冷媒自由膨胀。
此外,混合部15e形成为将朝向冷媒流下游侧而逐渐缩小冷媒通路面积的圆锥台形状与冷媒通路面积固定的圆柱形状组合而成的形状。
更详细而言,如图24的放大图所示,在将混合部15e中的圆柱形状的部位的加热侧喷嘴部15a的轴向长度设为Lb,将圆柱形状的部位的直径(与加热侧扩压部15g的入口部15h的直径相当)设为时,以满足以下算式F8的方式确定距离Lb。
需要说明的是,在本实施方式中,具体而言,
加热侧喷射器15以及制冷循环装置10的其他的结构以及动作与第一实施方式相同。因此,在制冷循环装置10以及加热侧喷射器15中,也能够获得与第六实施方式相同的效果。
此外,根据加热侧喷射器15,通过在加热侧喷嘴部15a设置喷射部15q,由此使从冷媒喷射口15c向混合部15e喷射的冷媒自由膨胀。由此,能够有效地抑制加热侧扩压部15g的升压性能降低的情况。
更详细而言,如上所述,在供暖模式的高加热能力运转中,与除湿供暖模式时、供暖模式的通常运转时相比,向加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a流入的冷媒的干燥度x成为更高的值。因此,在高加热能力运转中,从加热侧喷嘴部15a的冷媒喷射口15c喷射的冷媒的流速也容易变快,冷媒与形成在加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路的壁面摩擦也容易增加。
与此相对,根据加热侧喷射器15,由于在构成为前端变细喷嘴的加热侧喷嘴部15a设置有喷射部15q,使从冷媒喷射口15c向混合部15e喷射的混合冷媒自由膨胀,因此,无需如拉瓦尔喷嘴那样设置末端扩大部就能够通过混合部15e加速喷射冷媒。
换句话说,能够在不产生利用拉瓦尔喷嘴的末端扩大部对冷媒进行超音速加速时产生的冷媒与冷媒通路的壁面摩擦的情况下,对冷媒进行加速。因此,能够使冷媒与冷媒通路的壁面摩擦降低,能够抑制在冷媒通路中流动的冷媒所具有的动能的损失。
其结果是,即便在如供暖模式的高加热能力运转时那样使干燥度x比较高的冷媒向加热侧喷嘴部15a流入的运转条件下,也能够抑制喷射冷媒的流速降低的情况,能够抑制加热侧扩压部15g的升压性能降低的情况。
此外,在如喷射部15q那样将扩展角度θn设为0°的情况下,由于采用与第二实施方式的笔直部15i相同的结构,因此能够抑制冷媒的过膨胀,并能够抑制斜冲击波的产生。因此,还能够抑制因斜冲击波而使加热侧扩压部15g中的升压性能降低的情况。
需要说明的是,在本实施方式中,说明了将喷射部15q的扩展角度θn设为0°的例子,但只要能够使从冷媒喷射口15c喷射的冷媒自由膨胀,也可以将扩展角度θn设为大于0°。换句话说,喷射部15q也可以由朝向冷媒流动方向而冷媒通路截面积逐渐扩大的圆锥台形状的空间形成。
另外,根据本发明的发明人等的研究知晓,通过将混合部15e的形状设为朝向冷媒流下游侧而使冷媒通路面积逐渐缩小的圆锥台形状与冷媒通路面积固定的圆柱形状组合而成的形状,并以满足所述算式F8的方式确定距离Lb,由此能够有效地使混合冷媒的流速减速。
因此,能够使二相冷媒的流速从超音速状态向亚音速状态转变时产生的冲击波可靠地在混合部15e内产生,而不是在加热侧扩压部15g内产生。其结果是,能够有效地抑制加热侧扩压部15g的升压能力变得不稳定的情况。
需要说明的是,在本实施方式中,将混合部15e的形状设为圆锥台形状与圆柱形状组合而成的形状,其原因在于,将加热侧扩压部15g的形状定义为了朝向冷媒流动方向而冷媒通路面积逐渐扩大的形状。换句话说,即使在加热侧扩压部15g的入口侧设置冷媒通路面积不变的圆柱状的空间,也能够获得上述的升压性能稳定化效果。
(第九实施方式)
在第八实施方式中,说明了采用形成于喷射部15q的入口部的最小通路面积部的冷媒通路面积固定的固定喷嘴作为加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a的例子。与此相对,在本实施方式中,如图25所示,与第七实施方式相同地构成可变喷嘴。换句话说,加热侧喷嘴部15a构成为所谓的塞式喷嘴。
制冷循环装置10以及加热侧喷射器15的其他的结构以及动作与第八实施方式相同。因此,在制冷循环装置10以及加热侧喷射器15中,也能够获得与第八实施方式相同的效果。此外,根据加热侧喷射器15,由于将加热侧喷嘴部15a构成为可变喷嘴,因此,与第七实施方式相同,能够向加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a供给适当流量的冷媒。
另外,由于加热侧喷嘴部15a构成为塞式喷嘴,因此,能够将喷射冷媒从冷媒喷射口15c以沿着针阀15m的外表面的方式向混合部15e喷射。因此,即使向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒流量变化,也能够容易地使喷射冷媒自由膨胀。
需要说明的是,在图25所示的加热侧喷嘴部15a中,采用朝向冷媒流下游侧而前端变细的形状的针阀作为针阀15m,但也可以与第七实施方式相同地,如图26所示的变形例那样,采用从加热侧扩压部15g侧朝向冷媒流上游侧而前端变细的形状的针阀。
(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。
(1)在上述的实施方式中,说明了将具备本发明的喷射器的制冷循环装置10、10a应用于电动机动车用的空气调节装置的例子,但制冷循环装置10、10a的应用不限定于此。
例如,也可以应用于从内燃机(发动机)获得车辆行驶用的驱动力的通常的车辆、从内燃机与行驶用电动马达双方获得车辆行驶用的驱动力的混合动力车辆的空气调节装置。另外,在应用于具有内燃机的车辆的情况下,也可以在车辆用空气调节装置1中设置以内燃机的冷却水作为热源而加热空气的加热器芯作为空气的辅助加热器。
此外,具备本发明的喷射器(加热侧喷射器15)的制冷循环装置10、10a不限定为车辆用,也可以应用于固定型空气调节装置、冷温保存库、液体加热冷却装置等。
(2)在上述的实施方式中,说明了通过利用室内冷凝器12使高压冷媒与空气进行热交换而加热空气的例子。与此相对,也可以代替室内冷凝器12而设置例如使热介质循环的热介质循环回路,在该热介质循环回路中设置使高压冷媒与热介质进行热交换的水-冷媒热交换器、以及使通过水-冷媒热交换器加热后的热介质与空气进行热交换而加热空气的加热用热交换器等。
换句话说,也可以将高压冷媒作为热源,经由热介质间接地加热空气。此外,在应用于具有内燃机的车辆的情况下,也可以使内燃机的冷却水作为热介质在热介质循环回路中流通。另外,在电动机动车中,也可以使对蓄电池、电气设备进行冷却的冷却水作为热介质在热介质循环回路中流通。
(3)在上述的实施方式中,说明了构成为通过使用多个三通接头、流量调整阀以及开闭阀来切换各种运转模式的冷媒回路的制冷循环装置10、10a,但不限定于该结构。制冷循环装置10、10a只要至少能够执行与上述供暖模式的高加热能力运转对应的运转,就能够获得本发明的喷射器所带来的升压性能稳定化效果以及升压性能提高效果。
另外,制冷循环装置10、10a的结构不限于通过上述实施方式说明的结构,只要能够构成可获得相同效果的循环系统,就能够进行各种变形。
例如,也可以采用使第一三通接头13a与第二三通接头13b一体化而成的四通接头构造。相同地,在第四实施方式等中,既可以使第三三通接头13c与第六三通接头13f一体化,也可以使第五三通接头13e与第八三通接头13h一体化。
此外,也可以使第一流量调整阀14a、第二流量调整阀14b以及第二三通接头13b一体化而采用电气式的三通式的流量调整阀。另外,也可以代替止回阀19而采用电气式的开闭阀,在制冷模式以及弱除湿供暖模式下打开该开闭阀,在除湿供暖模式以及供暖模式下关闭该开闭阀。
另外,在上述的实施方式中,例如,采用了带全开功能的可变节流机构作为第一流量调整阀14a,但不限于该机构。也可以利用不具有全开功能的节流机构(包括固定节流阀)、绕过该节流机构的旁通通路、以及使该旁通通路开闭的开闭阀构成第一流量调整阀14a。这一点对于其他带全开功能的流量调整阀也相同。
此外,采用了例如带全闭功能的可变节流机构作为第一流量调整阀14a,但也可以利用不具有全闭功能的节流机构(包括固定节流阀)、以及与其串联连接且使冷媒通路开闭的开闭阀构成该第一流量调整阀14a。这一点对于其他带全闭功能的流量调整阀也相同。
此外,既可以使储蓄器16与加热侧喷射器15的加热侧扩压部15g的出口侧一体化,也可以使冷却侧气液分离器21与冷却侧喷射器20的冷却侧扩压部20g的出口侧一体化。
另外,在上述的实施方式中,说明了利用金属形成喷射器的主体部等构成部件的例子,但只要能够发挥各个构成部件的功能,则不限定材质。换句话说,也可以利用树脂形成这些构成部件。
另外,在上述的实施方式中,说明了采用电动压缩机作为压缩机11的例子,但压缩机的形式不限于此。例如,也可以采用利用发动机对固定容量型的压缩机构或可变容量型的压缩机构进行旋转驱动的发动机驱动式的压缩机。
(4)也可以在上述的各实施方式的制冷循环装置10、10a的室内蒸发器23的冷媒出口侧,配置使室内蒸发器23的冷媒压力达到预先确定的规定值以上的蒸发压力调整阀。
作为这种蒸发压力调整阀,具体而言,具有调整形成在内部的冷媒通路的开度的阀芯、以及对该阀芯施加向关闭冷媒通路的一侧施力的负载的弹性部件。此外,也可以采用伴随着从冷媒通路的入口侧冷媒压力减去施加于弹性部件侧的外部气体压体的压力差的扩大而使阀开度增加的结构的阀芯等。
(5)虽然说明了在上述的实施方式的除湿供暖模式下,通过调整第一流量调整阀14a的阀开度来改变从第一三通接头13a向加热侧喷嘴部15a流入的冷媒流量、以及从第一三通接头13a向冷却侧喷嘴部20a流入的冷媒流量的流量比,从而调整室内蒸发器23中的冷媒蒸发压力的例子,但室内蒸发器23的冷媒蒸发压力的调整不限于此。
例如,也可以通过调整配置在冷却侧喷嘴部20a的上游侧的第四流量调整阀14d的阀开度而使流量比变化,调整室内蒸发器23的冷媒蒸发压力。另外,也可以通过调整第一、第四流量调整阀14a、14d双方的阀开度而使流量比变化,调整室内蒸发器23的冷媒蒸发压力。
(6)虽然说明了在上述的实施方式的供暖模式的高加热能力运转时,根据压缩机11的冷媒排出能力调整第一流量调整阀14a的阀开度的例子,但第一流量调整阀14a的阀开度的调整不限于此。例如,也可以设置检测室内冷凝器12出口侧冷媒的干燥度的干燥度传感器,以使该干燥度传感器的检测值为0.5以上且0.8以下的方式调整第一流量调整阀14a的阀开度。
(7)在上述的第四~第七实施方式中,说明了通过打开第五开闭阀18e,由此从压缩机41的吸入端口41a吸入从加热侧喷射器15的加热侧冷媒吸引口15d吸引的冷媒的一部分的例子,但也可以进一步利用与第一流量调整阀14a等相同结构的流量调整阀构成第五开闭阀18e。并且,也可以通过调整该流量调整阀的阀开度而调整从压缩机41的吸入端口41a吸入的冷媒的流量,控制加热侧喷射器15中的升压量。
(8)在上述的第三、第七实施方式中,分别说明了通过相对于第一、第四实施方式的制冷循环装置10、10a增加辅助加热旁通通路24以及第四开闭阀18d而能够执行强供暖模式下的运转的例子。与此相对,例如,也可以通过相对于第二、第五、第六实施方式的制冷循环装置10、10a增加相同的结构来执行强供暖模式下的运转。
(9)在上述的各实施方式中,说明了通过执行空气调节控制程序来切换各运转模式的例子,但各运转模式的切换不限于此。例如,也可以在操作面板上设置设定各运转模式的运转模式设定开关,根据该运转模式设定开关的操作信号在制冷模式、弱除湿供暖模式、除湿供暖模式以及供暖模式之间切换。
(10)另外,上述各实施方式所公开的实施例也可以在能够实施的范围内适当组合。例如,也可以将通过第二、第六、第七实施方式说明的加热侧喷射器15应用于通过第三~第五实施方式说明的制冷循环装置10、10a。
另外,也可以在通过第六、第七实施方式说明的加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a的冷媒通路中,设置与第二实施方式相同的笔直部15i。另外,也可以将通过第七实施方式说明的针阀15m以及作为驱动部的步进电机15n应用于通过第一、第二实施方式说明的加热侧喷射器15。
(11)另外,在上述的第七、第九实施方式中,说明了采用可变喷嘴作为加热侧喷射器15的加热侧喷嘴部15a的例子,但也可以进一步构成为,作为阀芯采用在从形成于加热侧喷嘴部15a内的冷媒通路到加热侧扩压部15g的内部的范围延伸的圆锥形状的构件,并使加热侧扩压部15g的冷媒通路面积与加热侧喷嘴部15a的喉部(最小通路面积部)同时改变。当然,也可以采用可变喷嘴作为冷却侧喷射器20的冷却侧喷嘴部20a。
(12)在上述的实施方式中,说明了能够采用R134a或R1234yf作为冷媒的情况,但冷媒不限于此。例如,也能够采用R600a、R410A、R404A、R32、R1234yfxf、R407C等。或者,也可以采用将这些冷媒中的多种冷媒混合而成的混合冷媒等。
以下,示出本申请发明人等为了完成本申请而进行的研究的详细内容。
为了在低外部气体温度时等也充分加热空气从而实现空气调节对象空间的适当供暖,本申请发明人等进行了使室内冷凝器(加热用热交换器)中的空气(热交换对象流体)的加热能力Qc提高的研究。
具体而言,在如现有技术的供暖模式那样,利用加热用热交换器使冷媒通过室外热交换器从外部气体吸收的热量向热交换对象流体散热的循环系统结构中,用以下算式F1定义加热用热交换器中的热交换对象流体的加热能力Qc。
Qc=Δicond×Gr...(F1)
需要说明的是,Δicond是从加热用热交换器入口侧冷媒的焓减去出口侧冷媒的焓所得到的焓差,Gr是向加热用热交换器流入的冷媒流量。
如图27的粗虚线所示,能够通过使加热用热交换器出口侧冷媒的焓降低来增加所述算式F1的焓差Δicond。此外,在通常的喷射器式制冷循环系统中,若使加热用热交换器出口侧冷媒的焓降低,则向喷射器的喷嘴部流入的冷媒的干燥度x也降低。
这里,在这种喷射器中,利用从喷嘴部喷射的喷射流体的吸引作用从流体吸引口吸引流体,由此回收通过喷嘴部对流体进行减压时的动能的损失。因此,通过提高向喷嘴部流入的冷媒的干燥度x,使流体(冷媒)的压缩性上升,由此能够增加回收能量。
相反,若为了增加焓差Δicond而使向喷嘴部流入的冷媒的干燥度x降低,则回收能量减少,升压部中的升压量降低。此外,若因该升压量的降低而使得向压缩机吸入的冷媒的密度降低,则从压缩机排出并向加热用热交换器流入的冷媒流量Gr减少。
换句话说,如图27的粗点划线所示,向加热用热交换器流入的冷媒流量Gr随着使加热用热交换器出口侧冷媒的焓降低而降低。这表示,如图27的粗实线所示,伴随着加热用热交换器出口侧冷媒的焓的变化(即,向喷射器的喷嘴部流入的冷媒的干燥度x的变化),在加热能力Qc中存在极大值(峰值)。
因此,本申请发明人等进行了通过使加热能力Qc接近极大值,即便在低外部气体温度时等也充分加热热交换对象流体的研究。
其结果是,可知,通过以使向喷射器的喷嘴部流入的冷媒的干燥度x满足以下算式F2的方式使喷射器式制冷循环系统动作,由此容易使加热能力Qc接近极大值,即便在低外部气体温度时也能够充分加热热交换对象流体。
0.5≤x≤0.8...(F2)
然而,若以向喷射器的喷嘴部流入的冷媒的干燥度x满足所述算式F2的方式使喷射器式制冷循环系统动作,虽然能够充分加热热交换对象流体,但喷射器的升压部中的升压性能不稳定,升压部中的升压性能有时降低。
因此,本申请发明人等研究了其原因,发现其原因在于,若使向喷射器的喷嘴部流入的冷媒的干燥度x为满足所述算式F2的比较高的值,则在升压部内产生冲击波。该冲击波在形成为气液二相状态的二相流体的流速从二相音速αh以上(超音速状态)向低于二相音速αh的值(亚音速状态)转变时产生。
二相音速αh是气相流体与液相流体混合后的气液混合状态的流体的音速,用以下算式F3定义。
αh=[P/{α×(1-α)×ρl}]0.5...(F3)
需要说明的是,算式F3中的α是空隙率,表示每单位体积所含有的空隙(气泡)的容积比例。
更详细而言,空隙率α用以下算式F4定义。
α=x/{x+(ρg/ρl)×(1-x)}...(F4)
另外,算式F3、F4中的ρg是气相流体密度,ρl是液相流体密度,P是二相流体的压力。
接着,使用图28、图29对因上述的冲击波的产生而使得喷射器的升压部中的升压性能不稳定的原因进行详细说明。需要说明的是,在图28、图29的上层,示意性地示出通常的喷射器的结构,但为了明确图示,对后述的发挥与实施方式的加热侧喷射器15相同或者等同的功能的部位标注与加热侧喷射器15相同的符号。
首先,为了实现COP的提高,在通常的喷射器式制冷循环系统中大多以如下方式进行运转:为了扩大焓差Δicond,使加热用热交换器出口侧冷媒的焓降低,使向喷嘴部流入的冷媒成为具有过冷却度的液相冷媒、或干燥度x极小的气液二相冷媒。
因此,即将从喷射器15的喷嘴部15a的冷媒喷射口15c喷射的冷媒的干燥度x小于0.5。并且,从喷嘴部15a的冷媒喷射口15c喷射的喷射冷媒与形成为气相状态的吸引冷媒混合,由此一边使其流速降低一边使干燥度x急剧上升。因此,如图28的粗虚线所示,喷射冷媒与吸引冷媒的混合冷媒的二相音速αh也急剧上升。
其结果是,在通常的喷射器式制冷循环系统动作时,刚从喷嘴部15a喷射后的冷媒的流速在二相音速αh以下,二相冷媒的流速从超音速状态向亚音速状态转变时产生的冲击波在喷嘴部15a的冷媒喷射口15c的极附近产生。因此,冲击波对升压部15g的升压性能造成的影响小。
接下来,若以满足所述算式F2的方式使喷射器式制冷循环系统动作,则由于即将从喷嘴部喷射的冷媒的干燥度x为0.5以上,因此,与通常的喷射器式制冷循环系统的动作时相比,喷射冷媒的干燥度x的上升程度变小。因此,如图29所示,喷射冷媒与吸引冷媒的混合冷媒的二相音速αh的上升程度也变小。
其结果是,与通常的喷射器式制冷循环系统的动作时相比,混合冷媒变为低于二相音速αh的值的部位(产生冲击波的部位)容易远离冷媒喷射口15c。
并且,若产生冲击波的部位离开冷媒喷射口15c而向升压部15g的入口部附近或升压部15g内移动,则有时因冲击波的作用而使得在升压部15g内流通的流速不稳定,升压部15g的升压性能变得不稳定,升压性能降低。
此外,若使向喷射器的喷嘴部流入的冷媒的干燥度x成为满足所述算式F2的比较高的值,则能够使喷嘴部的回收能量增加。该回收能量是与通过喷嘴部使冷媒等熵地减压时的喷嘴部入口侧冷媒的焓和喷嘴部出口侧冷媒的焓之间的焓差Δiej相当的值。
因此,能够用以下算式F5表示刚从喷嘴部的冷媒喷射口喷射后的喷射冷媒的流速V的最大值。
V=V0+(2×Δiej)0.5...(F5)
需要说明的是,V0是向喷嘴部流入的冷媒的初速度。
换句话说,在通常的喷射器中,伴随着向喷嘴部流入的冷媒的干燥度x增高,喷射冷媒的流速V容易增高,冷媒与形成在喷嘴部内的冷媒通路的壁面摩擦也容易增加。
此外,若气液密度比高的气液二相冷媒(例如,气液密度比为200以上的气液二相冷媒)在形成于喷嘴部内的冷媒通路中以高速度流动,则冷媒与冷媒通路的壁面摩擦大幅增加,导致冷媒所具有的动能的损失。这样的动能的损失使喷射冷媒的流速降低,使升压部的升压性能降低。
需要说明的是,上述权利要求中记载的“喷射部(15q)的轴向剖面中的扩展角度(θn)为0°以上”表示,在扩展角度(θn)大于0°的情况下,喷射部(15q)的形状形成为冷媒通路截面积朝向冷媒流动方向逐渐扩大的形状(例如圆锥台形状),在扩展角度(θn)为0°的情况下,喷射部(15q)的形状形成为冷媒通路截面积固定的形状(例如圆柱形状)。

Claims (11)

1.一种喷射器,应用于蒸气压缩式的制冷循环装置(10、10a)中,具备:
喷嘴部(15a),其使冷媒减压而从冷媒喷射口(15c)喷射;以及
主体部(15b),其形成有冷媒吸引口(15d)以及升压部(15g),所述冷媒吸引口(15d)利用从所述喷嘴部(15a)喷射的高速度的喷射冷媒的吸引作用吸引冷媒,所述升压部(15g)使所述喷射冷媒与从所述冷媒吸引口(15d)吸引来的吸引冷媒的混合冷媒升压,
其中,
在所述制冷循环装置(10、10a)中,向所述喷嘴部(15a)流入的冷媒的干燥度X被调整为0.5以上且0.8以下,
并且,在所述主体部(15b)的内部空间中的、从所述冷媒喷射口(15c)到所述升压部(15g)的入口部(15h)的范围内,形成有使所述喷射冷媒与所述吸引冷媒混合的混合部(15e),
所述混合部(15e)形成为冷媒通路面积朝向冷媒流下游侧逐渐缩小的形状,
所述入口部(15h)的冷媒通路面积设定为比所述冷媒喷射口(15c)的冷媒通路面积小。
2.一种喷射器,应用于制冷循环装置(10、10a)中,该制冷循环装置(10、10a)具有将冷媒压缩并排出的压缩机(11)、以及将从所述压缩机(11)排出的高压冷媒作为热源而对热交换对象流体进行加热的加热用热交换器(12),所述喷射器具备:
喷嘴部(15a),其使冷媒减压而从冷媒喷射口(15c)喷射;以及
主体部(15b),其形成有冷媒吸引口(15d)以及升压部(15g),所述冷媒吸引口(15d)利用从所述喷嘴部(15a)喷射的高速度的喷射冷媒的吸引作用吸引冷媒,所述升压部(15g)使所述喷射冷媒与从所述冷媒吸引口(15d)吸引来的吸引冷媒的混合冷媒升压,
其中,
在将从所述加热用热交换器(12)的入口侧冷媒的焓减去出口侧冷媒的焓所得到的焓差设为Δicond,
将向所述加热用热交换器(12)流入的冷媒流量设为Gr,
并且将所述焓差与所述冷媒流量的乘积值作为所述加热用热交换器(12)中的所述热交换对象流体的加热能力时,
在所述制冷循环装置(10、10a)中,以使所述加热能力接近极大值的方式调整向所述喷嘴部(15a)流入的冷媒的干燥度,
并且,在所述主体部(15b)的内部空间中的、从所述冷媒喷射口(15c)到所述升压部(15g)的入口部(15h)的范围内,形成有使所述喷射冷媒与所述吸引冷媒混合的混合部(15e),
所述混合部(15e)形成为冷媒通路面积朝向冷媒流下游侧逐渐缩小的形状,
所述入口部(15h)的冷媒通路面积设定为比所述冷媒喷射口(15c)的冷媒通路面积小。
3.根据权利要求1或2所述的喷射器,其中,
在形成于所述喷嘴部(15a)内的冷媒通路的最下游侧,设置有冷媒通路面积形成为固定的笔直部(15i)。
4.根据权利要求3所述的喷射器,其中,
所述笔直部(15i)的冷媒流动方向的长度L与所述冷媒喷射口(15c)的当量直径相等。
5.一种喷射器,应用于蒸气压缩式的制冷循环装置(10、10a)中,具备:
喷嘴部(15a),其使冷媒减压而从冷媒喷射口(15c)喷射;以及
主体部(15b),其形成有冷媒吸引口(15d)以及升压部(15g),所述冷媒吸引口(15d)利用从所述喷嘴部(15a)喷射的高速度的喷射冷媒的吸引作用吸引冷媒,所述升压部(15g)使所述喷射冷媒与从所述冷媒吸引口(15d)吸引来的吸引冷媒的混合冷媒升压,
其中,
在所述制冷循环装置(10、10a)中,向所述喷嘴部(15a)流入的冷媒的干燥度X被调整为0.5以上且0.8以下,
并且,在所述主体部(15b)的内部空间中的、从所述冷媒喷射口(15c)到所述升压部(15g)的入口部(15h)的范围内,形成有使所述喷射冷媒与所述吸引冷媒混合的混合部(15e),
作为形成于所述喷嘴部(15a)内的冷媒通路,设有冷媒通路面积逐渐缩小的前端变细部(15p)、以及从所述前端变细部(15p)朝向所述冷媒喷射口(15c)引导冷媒的喷射部(15q),
所述喷嘴部(15a)形成为,通过使所述喷射部(15q)的轴向剖面中的扩展角度为0°以上,由此使向所述混合部(15e)喷射的所述喷射冷媒自由膨胀。
6.一种喷射器,应用于制冷循环装置(10、10a)中,该制冷循环装置(10、10a)具有将冷媒压缩并排出的压缩机(11)、以及将从所述压缩机(11)排出的高压冷媒作为热源而对热交换对象流体进行加热的加热用热交换器(12),所述喷射器具备:
喷嘴部(15a),其使冷媒减压而从冷媒喷射口(15c)喷射;以及
主体部(15b),其形成有冷媒吸引口(15d)以及升压部(15g),所述冷媒吸引口(15d)利用从所述喷嘴部(15a)喷射的高速度的喷射冷媒的吸引作用吸引冷媒,所述升压部(15g)使所述喷射冷媒与从所述冷媒吸引口(15d)吸引来的吸引冷媒的混合冷媒升压,
其中,
在将从所述加热用热交换器(12)的入口侧冷媒的焓减去出口侧冷媒的焓所得到的焓差设为Δicond,
将向所述加热用热交换器(12)流入的冷媒流量设为Gr,
并且将所述焓差与所述冷媒流量的乘积值作为所述加热用热交换器(12)中的所述热交换对象流体的加热能力时,
在所述制冷循环装置(10、10a)中,以使所述加热能力接近极大值的方式调整向所述喷嘴部(15a)流入的冷媒的干燥度,
并且,在所述主体部(15b)的内部空间中的、从所述冷媒喷射口(15c)到所述升压部(15g)的入口部(15h)的范围内,形成有使所述喷射冷媒与所述吸引冷媒混合的混合部(15e),
作为形成于所述喷嘴部(15a)内的冷媒通路,设有冷媒通路面积逐渐缩小的前端变细部(15p)、以及从所述前端变细部(15p)向所述冷媒喷射口(15c)引导冷媒的喷射部(15q),
所述喷嘴部(15a)形成为,通过使所述喷射部(15q)的轴向剖面中的扩展角度为0°以上,由此使向所述混合部(15e)喷射的所述喷射冷媒自由膨胀。
7.根据权利要求5或6所述的喷射器,其中,
所述混合部(15e)形成为冷媒通路面积朝向冷媒流下游侧缩小的形状。
8.根据权利要求5或6所述的喷射器,其中,
所述入口部(15h)的冷媒通路面积设定为比所述冷媒喷射口(15c)的冷媒通路面积小。
9.根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的喷射器,其中,
具备回旋空间形成部件(15o),该回旋空间形成部件(15o)形成使向所述喷嘴部(15a)流入的冷媒绕所述喷嘴部(15a)的轴回旋的回旋空间(15k)。
10.根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的喷射器,其中,
具备使所述喷嘴部(15a)的冷媒通路面积变化的阀芯(15m)。
11.根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的喷射器,其中,
进而使向所述入口部(15h)流入的冷媒的流速成为低于二相音速的值。
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