DE102004040791A1

DE102004040791A1 - Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004040791A1
Application number: DE102004040791A
Authority: DE
Inventors: Gota Kariya Ogata; Hirotsugu Kariya Takeuchi; Yasuhiro Kariya Yamamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: CN100494831C; DE102004040791B4; US20050044881A1; JP2005098675A; CN1590926A; US6931887B2

Abstract

Eine Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung für einen Kühlkreis enthält eine Düse (41), die ein aus einem Kältemittelkühler (20) strömendes Kältemittel dekomprimiert, und einen Druckerhöhungsabschnitt (42, 43), der einen Druck des Kältemittels erhöht, wobei das aus der Düse gestrahlte Kältemittel und das von einem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden. In dem Ejektorpumpenkreis liegt ein Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts in einem Bereich zwischen 0 und 30% eines Einlassdurchmessers ( DIAMETER 1) des Druckerhöhungsabschnitts. Alternativ besitzt der Druckerhöhungsabschnitt einen konischen Abschnitt (42a) wenigstens in einem vorbestimmten Bereich von dem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts, und der konische Abschnitt ist vorgesehen, um eine Kanalquerschnittsfläche von dem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts zu vergrößern. Demgemäß kann eine Kollision des aus der Düse gestrahlten Hochgeschwindigkeits-Kältemittels mit einer Innenwandfläche des Druckerhöhungsabschnitts beschränkt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung, die geeigneterweise für einen Dampfkompressionskühlkreis verwendet wird, in dem ein in einem Kompressor komprimiertes Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel in einem Kältemittelkühler gekühlt und ein Niedertemperatur- und Niederdruck-Kältemittel nach der Dekompression in einem Verdampfapparat verdampft wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Ejektorpumpenkonstruktion eines Ejektorpumpenkreises.

2. Beschreibung des technischen Hintergrunds

Eine Ejektorpumpe eines Ejektorpumpenkreises ist eine kinetische Pumpe (JIS Z 8126 (1994) Nr. 2.1.2.3) mit einer Düse, in der das Kältemittel dekomprimiert wird, um einen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom zu erzeugen, und einem Druckerhöhungsabschnitt. In dem Druckerhöhungsabschnitt wird das Kältemittel durch eine Mitreißfunktion eines aus der Düse gestrahlten Hochgeschwindigkeits-Kältemittels (Antriebskältemittel) angesaugt, und der Druck des Kältemittels wird durch Umsetzen von Geschwindigkeits- in Druckenergie erhöht, während das angesaugte Kältemittel aus dem Verdampfapparat und das Antriebskältemittel aus der Düse vermischt werden.

In dem Ejektorpumpenkreis wird der Druck des in den Kompressor zu saugenden Kältemittels durch Umwandeln von Expansionsenergie in Druckenergie in der Ejektorpumpe erhöht, wodurch die durch den Kompressor verbrauchte Antriebskraft reduziert wird. Ferner wird das Kältemittel in den Verdampfapparat des Ejektorpumpenkreises mittels der Pumpfunktion der Ejektorpumpe zirkuliert. Wenn jedoch die Energieumsetzungsleistung der Ejektorpumpe, d.h. die Ejektorpumpenleistung verringert wird, kann der Druck des in den Kompressor zu saugenden Kältemittels durch die Ejektorpumpe nicht ausreichend erhöht werden. In diesem Fall kann die durch den Kompressor verbrauchte Antriebskraft nicht ausreichend reduziert werden.

Wenn eine Axiallinie der Düse von einer Axiallinie des Druckerhöhungsabschnitts stark versetzt ist, stößt ferner das aus der Düse gestrahlte Hochgeschwindigkeits-Kältemittel mit einer Innenwandfläche des Druckerhöhungsabschnitts zusammen, und der Kältemittelstrom wird gestört. In diesem Fall wird ein Wirbelstromverlust aufgrund des gestörten Kältemittelstroms bewirkt, und die Ejektorpumpenleistung wird verringert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung vorzusehen, welche die Ejektorpumpenleistung ausreichend erhöhen kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung vorzusehen, welche das Verursachen eines Wirbelstromverlusts darin effektiv einschränkt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung für einen Dampfkompressionskühlkreis eine Düse, die ein aus einem Kältemittelkühler strömendes Kältemittel durch Umwandeln von Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie davon dekomprimiert, und einen Druckerhöhungsabschnitt, der einen Druck des Kältemittels durch Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in die Druckenergie davon erhöht, während das aus der Düse zu einem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts gestrahlte Kältemittel und das aus einem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden. In dem Ejektorpumpenkreis ist ein Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts gleich oder geringer als 30% eines Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts. Demgemäß kann ein Zusammenstoßen des aus der Düse gestrahlten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms mit einer Innenwandfläche des Druckerhöhungsabschnitts beschränkt werden, wodurch eine Störung des Kältemittelstroms durch den Zusammenstoß beschränkt wird. Als Ergebnis kann eine Verursachung eines Wirbelstromverlusts beschränkt werden, und eine notwendige Ejektorpumpenleistung kann einfach aufrecht erhalten werden. Im Allgemeinen liegt der Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts in einem Bereich von 0,3% bis 30% des Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts.

Vorzugsweise ist der Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts gleich oder geringer als 20% des Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts. Bevorzugter ist der Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts gleich oder geringer als 15% des Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts. In diesem Fall kann die Kollision des aus der Düse gestrahlten Hochgeschwindigkeits-Kältemittels effektiver beschränkt werden.

Alternativ weist der Druckerhöhungsabschnitt einen konischen Abschnitt wenigstens in einem vorbestimmten Bereich von dem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts auf, und der konische Abschnitt ist vorgesehen, um eine Kanalquerschnittsfläche von dem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts zu einem Auslass des Druckerhöhungsabschnitts zu vergrößern. In diesem Fall kann er eine Kollision des aus der Düse gestrahlten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms mit einer Innenwand des Druckerhöhungsabschnitts beschränken, wodurch eine Störung des Kältemittelstroms durch die Kollision beschränkt wird. Als Ergebnis kann die Verursachung eines Wirbelstromverlusts beschränkt werden, und eine notwendige Ejektorpumpenleistung kann einfach aufrecht erhalten werden.

Im Allgemeinen enthält der Druckerhöhungsabschnitt einen Mischabschnitt, in dem das aus der Düse gestrahlte Kältemittel und das aus dem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden, und einen Diffusor, der einen kinetischen Druck des Kältemittels in einen statischen Druck davon ändert. Ferner ist der vorbestimmte Bereich des konischen Abschnitts etwa gleich oder größer als das Zehnfache des Durchmessers am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts. In diesem Fall kann die Ejektorpumpenleistung weiter verbessert werden.

Vorzugsweise hat die Düse eine mittlere Axiallinie (L1), die eine mittlere Axiallinie (L2) des Druckerhöhungsabschnitts in einem Offset-Winkel (θ) kreuzt, und ein Konuswinkel (α) des konischen Abschnitts ist gleich oder größer als das Doppelte des Offset-Winkels (θ) eingestellt.

In der Erfindung ist der Koaxialgrad im Allgemeinen ein Offset-Abstand der mittleren Axiallinie (L1) der Düse bezüglich der mittleren Axiallinie (L2) des Druckerhöhungsabschnitts an einer vorbestimmten Position (z.B. dem Einlass) des Druckerhöhungsabschnitts.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreises gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Schnittansicht eines Beispiels einer Ejektorpumpe (Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Beispiels der Ejektorpumpe des ersten Ausführungsbeispiels;
4 eine schematische Schnittansicht eines Ejektorpumpenbeispiels zum Erläutern der vorliegenden Erfindung;
5 ein Mollier-Diagramm (p-h-Diagramm) einer Beziehung zwischen einem Kältemitteldruck und einer spezifischen Enthalpie in dem Ejektorpumpenkreis;
6 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Koaxialgrad und einer Ejektorpumpenleistung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
7A und 7B schematische Schnittansichten zur Erläuterung des Koaxialgrades der vorliegenden Erfindung; und
8 eine schematische Schnittansicht einer Ejektorpumpe (Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung) gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Im ersten Ausführungsbeispiel wird eine Ejektorpumpe (Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung) eines Ejektorpumpenkreises typischerweise für einen Warmwasserbereiter verwendet. In dem in 1 dargestellten Ejektorpumpenkreis kann Fluorkohlenwasserstoff (Freon, R404a), Kohlendioxid oder dergleichen als Kältemittel verwendet werden.
In dem Ejektorpumpenkreis saugt ein Kompressor 10 ein Kältemittel an und komprimiert es. Der Kompressor 10 wird durch einen Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben, und eine Drehzahl des Kompressors 10 wird so gesteuert, dass eine Kältemitteltemperatur oder ein Kältemitteldruck aus dem Kompressor 10 zu einem vorbestimmten Wert werden. D.h. eine aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittelmenge wird durch Steuern des Elektromotors geregelt.
Ein Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 (Kältemittelkühler, Hochdruck-Wärmetauscher) ist angeordnet, um einen Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Kompressor 10 ausgegebenen Kältemittel und einem zu einem Behälter zu leitenden Wasser durchzuführen. Deshalb wird in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 das zu dem Behälter zu leitende Wasser erwärmt, und das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel wird gekühlt. Im Allgemeinen ist eine Strömungsrichtung des in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 strömenden Wassers entgegen einer Strömungsrichtung des darin strömenden Kältemittels.
Wenn zum Beispiel Freon als Kältemittel verwendet wird, wird das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 gekühlt und kondensiert. Wenn dagegen Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, wird der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite gleich oder höher als der kritische Druck des Kältemittels. In diesem Fall sinkt eine Kältemitteltemperatur von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 20, wobei das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 nicht kondensiert.
Ein Verdampfapparat 30 ist angeordnet, um ein flüssiges Kältemittel zu verdampfen. Insbesondere ist der Verdampfapparat 30 ein Niederdruck-Wärmetauscher (Wärmeabsorber), der das flüssige Kältemittel durch Absorbieren von Wärme aus Außenluft verdampft.
Eine Ejektorpumpe 40 saugt das in dem Verdampfapparat 30 verdampfte Kältemittel an, während das aus dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 strömende Kältemittel dekomprimiert und gedehnt wird, und erhöht den Druck des in den Kompressor 10 zu saugenden Kältemittels durch Umwandeln von Expansionsenergie des Kältemittels in Druckenergie davon.
Eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 trennt das Kältemittel aus der Ejektorpumpe 40 in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel und speichert das getrennte Kältemittel darin. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 enthält einen mit einer Saugöffnung des Kompressors 10 verbundenen Gaskältemittelauslass und einen mit einer Einlassseite des Verdampfapparats 30 verbundenen Flüssigkältemittelauslass. Eine Drosselvorrichtung 60 ist in einem Kältemittelkanal zwischen dem Flüssigkältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 und der Einlassseite des Verdampfapparats 30 angeordnet, sodass das von der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 zu dem Verdampfapparat 30 geleitete flüssige Kältemittel dekomprimiert wird.
Als nächstes wird nun der Aufbau der Ejektorpumpe 40 im Detail unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Wie in 2 dargestellt, enthält die Ejektorpumpe 40 eine Düse 41, einen Mischabschnitt 42 und einen Diffusor 43. Die Düse 41 dekomprimiert und dehnt das Hochdruck-Kältemittel aus dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 isentropisch durch Umwandeln von Druckenergie des Hochdruck-Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie. Das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat 30 wird in den Mischabschnitt 42 durch einen Hochgeschwindigkeitsstrom des aus der Düse 41 gestrahlten Kältemittels gesaugt, und das angesaugte gasförmige Kältemittel und das gestrahlte Kältemittel werden in dem Mischabschnitt 42 vermischt. Der Diffusor 43 erhöht den Kältemitteldruck durch Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in die Druckenergie des Kältemittels, während er das aus dem Verdampfapparat 30 gesaugte gasförmige Kältemittel und das aus der Düse 41 gestrahlte Kältemittel weiter vermischt.
In dem Mischabschnitt 42 werden das aus der Düse 41 gestrahlte Kältemittel und das von dem Verdampfapparat 30 angesaugte Kältemittel so vermischt, dass ihre Impulssumme der zwei Kältemittelströme erhalten bleibt. Deshalb wird der statische Druck des Kältemittels auch in dem Mischabschnitt 42 erhöht. Weil eine Querschnittsfläche eines Kältemittelkanals in dem Diffusor 43 allmählich größer wird, wird der dynamische Druck des Kältemittels in dem Diffusor 43 in statischen Druck des Kältemittels umgewandelt. So wird der Kältemitteldruck in sowohl dem Mischabschnitt 42 als auch dem Diffusor 43 erhöht. Demgemäß ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Druckerhöhungsabschnitt aus dem Mischabschnitt 42 und dem Diffusor 43 aufgebaut. Theoretisch wird in der Ejektorpumpe 40 der Kältemitteldruck in dem Mischabschnitt 42 so erhöht, dass der Gesamtimpuls der zwei Kältemittelströme in dem Mischabschnitt 42 erhalten bleibt, und der Kältemitteldruck wird in dem Diffusor 43 so weiter erhöht, dass die Gesamtenergie des Kältemittels in dem Diffusor 43 erhalten bleibt.
Die Düse 41 ist eine Lavaldüse mit einem Verengungsabschnitt 41a und einem Expansionsabschnitt 41b stromab des Verengungsabschnitts 41a. Hierbei ist eine Querschnittsfläche des Verengungsabschnitts 41a in einem Kältemittelkanal der Düse 41 am kleinsten. Wie in 2 dargestellt, wird ein radiales Innenmaß des Expansionsabschnitts 41b von dem Verengungsabschnitt 41a zu einem stromabwärtigen Ende (Auslass) der Düse 41 allmählich größer.
Ein Nadelventil 44 wird durch ein Stellglied 45 in einer axialen Richtung der Düse 41 verschoben, sodass ein Drosselöffnungsgrad des Kältemittelkanals der Düse 41 eingestellt wird. D.h. eine Öffnungsfläche des Verengungsabschnitts 41a in der Düse 41 wird durch das Verschieben des Nadelventils 44 eingestellt. An dem Verengungsabschnitt 41a wird die Kanalquerschnittsfläche in der Düse 41 am kleinsten. Das Nadelventil 44 besitzt an seiner Spitze eine Konusform. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Stellglied 45 ein elektrisches Stellglied wie beispielsweise ein linearer Magnetmotor oder ein Schrittmotor mit einem Schraubmechanismus verwendet.
Ferner wird eine Temperatur des Hochdruck-Kältemittels durch einen Temperatursensor (nicht dargestellt) erfasst, und ein Druck des Hochdruck-Kältemittels wird durch einen Drucksensor (nicht dargestellt) erfasst. Dann wird der Drosselöffnungsgrad der Düse 41 durch das Nadelventil 44 so gesteuert, dass der durch den Drucksensor erfasste Druck zu einem Soll-Druck wird, der basierend auf der erfassten Temperatur des Temperatursensors bestimmt wird. Der Temperatursensor ist auf der Hochdruckseite angeordnet, um die Temperatur des Hochdruck-Kältemittels in dem Ejektorpumpenkreis zu erfassen. Der Soll-Druck wird so eingestellt, dass der Wirkungsgrad des Ejektorpumpenkreises bezüglich der Kältemitteltemperatur auf der Hochdruckseite in dem Ejektorpumpenkreis maximal wird. Wie in 5 dargestellt, wird, falls Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, wenn die Wärmelast hoch ist, der Druck des Hochdruck-Kältemittel höher als der kritische Druck des Kältemittels eingestellt. In diesem Fall wird der Drosselöffnungsgrad der Düse 41 so gesteuert, dass der Druck des in die Düse 41 strömenden Kältemittels gleich oder höher als der kritische Druck wird. Wenn dagegen die Wärmelast klein ist, wird der Druck des in die Düse 41 strömenden Kältemittels niedriger als der kritische Druck des Kältemittels eingestellt, und der Drosselöffnungsgrad der Düse 41 wird so gesteuert, dass das in die Düse 41 geströmte Kältemittel einen vorbestimmten Unterkühlungsgrad besitzt.
Als nächstes wird nun die Funktionsweise des Ejektorpumpenkreises beschrieben. In dem Ejektorpumpenkreis geben die in 5 dargestellten Bezugsziffern C1 bis C9 Kältemittelzustände an Positionen an, die jeweils durch die in 1 dargestellten Bezugsziffern C1 bis C9 angegeben sind, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird.
In dem Ejektorpumpenkreis wird das Kältemittel in dem Kompressor 10 komprimiert und zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 ausgegeben, um das zu dem Wasserbehälter zu leitende Wasser zu erwärmen. Das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel wird in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 20 gekühlt und in der Düse 41 der Ejektorpumpe 40 im Allgemeinen isentropisch dekomprimiert. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels wird in der Düse 41 der Ejektorpumpe 40 am Auslass der Düse 41 auf mindestens Schallgeschwindigkeit erhöht und strömt in den Mischabschnitt 42 der Ejektorpumpe. Ferner wird das in dem Verdampfapparat 30 verdampfte gasförmige Kältemittel durch die Pumpfunktion aufgrund der Mitreißfunktion des aus der Düse 41 in den Mischabschnitt 42 strömenden Hochgeschwindigkeits-Kältemittels in den Mischabschnitt 42 der Ejektorpumpe 40 gesaugt. Das aus dem Verdampfapparat 30 gesaugte Kältemittel und das aus der Düse 41 eingespritzte Kältemittel werden in dem Mischabschnitt 42 vermischt und strömen in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50, nachdem der dynamische Druck des Kältemittels in dem Diffusor 43 in den statischen Druck des Kältemittels umgewandelt ist. Deshalb zirkuliert das Niederdruck-Kältemittel von der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 durch die Drosselvorrichtung 60, den Verdampfapparat 30 und den Druckerhöhungsabschnitt der Ejektorpumpe 40 in dieser Reihenfolge zu der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 zurück.
Als nächstes wird ein Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich eines Mischabschnitts (Druckerhöhungsabschnitt) Bezug nehmend auf 4, 7A und 7B beschrieben. Wie in 4 dargestellt, stößt ein aus der Düse 41 gestrahltes Hochgeschwindigkeits-Kältemittel mit der Innenwandfläche des Druckerhöhungsabschnitts zusammen, wenn eine mittlere Axiallinie L1 der Düse 41 zu einer mittleren Axiallinie L2 des Mischabschnitts 42 versetzt ist. Demgemäß ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Offset-Maß der mittleren Axiallinie L1 der Düse 41 von der mittleren Axiallinie L2 des Mischabschnitts 42 an einem Einlass des Mischabschnitts 42 gleich oder geringer als 30% eines Einlassdurchmesser ϕ1 des Mischabschnitts 42 am Einlass des Mischabschnitts 42 eingestellt, sodass die Kollision des aus der Düse 41 gestrahlten Hochgeschwindigkeits-Kältemittels mit der Innenwandfläche des Mischabschnitts 42 (Druckerhöhungsabschnitt) effektiv beschränkt wird. D.h., wie in 2 dargestellt, die Düse 41 ist in einem Gehäuse 46 zum Bilden des Druckerhöhungsabschnitts so angeordnet, dass der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 gleich oder geringer als 30% des Einlassdurchmessers ϕ1 des Mischabschnitts 42 wird.
7A zeigt einen Fall, in dem die Düse 41 eine Schalltrichterdüse ist, bei der eine Kanalquerschnittsfläche von dem Verengungsabschnitt 41a zu einem Kältemittel strahlabschnitt 41c der Düse 41 vergrößert ist. 7B zeigt einen Fall, in dem die Düse 41 eine konische Düse ist, bei der eine Kanalquerschnittsfläche an dem Verengungsabschnitt 41a nahe dem Kältemittelstrahlabschnitt 41c ist.
In 7A gibt Δd das Offset-Maß der mittleren Axiallinie L1 der Düse 41 relativ zu der mittleren Axiallinie L2 des Mischabschnitts 42 am Einlass des Mischabschnitts 42 an. Im Allgemeinen wird der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 durch das Offset-Maß (Toleranz) angegeben. Ferner kann die vorliegende Erfindung für verschiedene Arten von Ejektorpumpen verwendet werden. Demgemäß ist in diesem Ausführungsbeispiel der Koaxialgrad durch einen Prozentsatz (Δd/ϕ1) des Offset-Maßes Δd bezüglich des Einlassdurchmessers ϕ1 des Mischabschnitts 42 definiert.
Ähnlich gibt in 7B Δd ein Offset-Maß einer Mitte d1 der Kältemittelstrahlöffnung 41c der Düse 41 bezüglich einer Mitte d2 des Mischabschnitts 42 am Einlass des Mischabschnitts 42 an. Ferner ist ähnlich 7A der Koaxialgrad durch einen Prozentsatz (Δd/ϕ1) des Offset-Maßes Δd bezüglich des Einlassdurchmessers ϕ1 des Mischabschnitts 42 definiert.
Im ersten Ausführungsbeispiel werden die mittlere Axiallinie L1 (die Mitte d1) der Düse 41 und die mittlere Axiallinie L2 (die Mitte d2) des Mischabschnitts 42 am Einlass des Mischabschnitts 42 gemessen, und das Offset-Maß Δd wird unter Verwendung der mittleren Axiallinie L1 (der Mitte d1) der Düse 41 und der mittleren Axiallinie L2 (der Mitte d2) des Mischabschnitts 42 am Einlass des Mischabschnitts 42 berechnet. Jedoch können die mittlere Axiallinie L1 (der Mitte d1) der Düse 41 und die mittlere Axiallinie L2 (die Mitte d2) des Mischabschnitts 42 auch an einem anderen Teil des Mischabschnitts 42 gemessen werden, und das Offset-Maß Δd kann dann berechnet werden. Zum Beispiel können die mittlere Axiallinie L1 (die Mitte d1) der Düse 41 und die mittlere Axiallinie L2 (die Mitte d2) des Mischabschnitts 42 auch an einem Auslassabschnitt des Mischabschnitts 42 gemessen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel werden das Maß der Düse 41 und/oder des Gehäuses 46 und die Montageposition der Düse 41 in dem Gehäuse 46 so gesteuert, dass der Koaxialgrad in einem vorbestimmten Bereich (z.B. 3 – 30%) eingestellt ist.
6 zeigt Versuchsergebnisse der Erfinder in dem Ejektorpumpenkreis unter Verwendung eines Versuchsverfahrens, das in der Japan Refrigerator Association vorgeschrieben ist. In 6 sind, wenn Kohlendioxid verwendet wird, die Beziehungen zwischen der Ejektorpumpenleistung und dem Koaxialgrad in einer Normbedingung und einer Winterbedingung angegeben. Wenn R404a (Freon) als Kältemittel verwendet wird, ist weiter die Beziehung zwischen dem Ejektorpumpenwirkungsgrad und dem Koaxialgrad in einer Normbedingung angegeben.
Wie in 6 dargestellt, kann, falls Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, wenn die Düse 41 in dem Gehäuse 46 (Druckerhöhungsabschnitt) so montiert ist, dass der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 gleich oder geringer als 30% des Einlassdurchmessers ϕ1 des Mischabschnitts 42 ist, wenigstens eine notwendige Ejektorpumpenleistung (z.B. mehr als 30%), die in dem Ejektorpumpenkreis mit Kohlendioxid als Kältemittel nötig ist, aufrecht erhalten werden. D.h. wenn der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 gleich oder geringer als 30% des Einlassdurchmessers ϕ1 des Mischabschnitts 42 ist, kann er einen Kollision des aus der Düse 41 gestrahlten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms mit der Innenwandfläche des Mischabschnitts 42 beschränken, wodurch eine Verursachung eines Wirbelstromverlusts eingeschränkt wird. Analog kann in einem Fall, dass Freon (z.B. R404a) als Kältemittel verwendet wird, wenn der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 gleich oder geringer als 30% des Einlassdurchmessers ϕ1 des Mischabschnitts 42 ist, wenigstens eine notwendige Ejektorpumpenleistung (z.B. mehr als 13%), die in dem Ejektorpumpenkreis mit R404a als Kältemittel nötig ist, aufrecht erhalten werden.
Ferner kann, wie in 6 dargestellt, die Ejektorpumpenleistung in Bezug auf den Koaxialgrad effektiver verbessert werden, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, als wenn R404a als Kältemittel verwendet wird.
Demgemäß kann in diesem Ausführungsbeispiel, wenn der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 gleich oder geringer als 30% des Einlassdurch messers des Mischabschnitts 42 ist, der Saugdruck des zu dem Kompressor 10 zu saugenden Kältemittels in der Ejektorpumpe 40 ausreichend erhöht werden. Deshalb kann der Energieverbrauch des Kompressors 10 ausreichend reduziert werden, und der Wirkungsgrad (COP) des Ejektorpumpenkreises kann verbessert werden.
Im Allgemeinen ist der Koaxialgrad basierend auf der Fertigungsgrenze der Ejektorpumpe 40 auf mindestens 0,3% eingestellt. In diesem Ausführungsbeispiel liegt der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 daher in einem Bereich von 0,3% bis 30% des Einlassdurchmessers des Mischabschnitts 42. In diesem Fall kann die notwendige Ejektorpumpenleistung des Ejektorpumpenkreises einfach aufrecht erhalten werden.
Falls Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, liegt, wenn der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 in einem Bereich von 0,3% bis 30% des Einlassdurchmessers des Mischabschnitts 42 eingestellt ist, der Druck des Hochdruck-Kältemittels vor der Dekompression in der Düse 41 der Ejektorpumpe etwa in einem Bereich von 8 – 14 MPa, und der Druck des Niederdruck-Kältemittels nach der Dekompression in der Düse 41 der Ejektorpumpe 40 liegt etwa in einem Bereich von 2 – 5 MPa.
In diesem Ausführungsbeispiel kann, wenn der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 in einem Bereich von 0,3% bis 20% des Einlassdurchmessers des Mischabschnitts 42 eingestellt ist, die Ejektorpumpenleistung des Ejektorpumpenkreises verbessert werden. Bevorzugter kann, wenn der Koaxialgrad der Düse 41 bezüglich des Mischabschnitts 42 in einem Bereich von 0,3% bis 15% des Einlassdurchmessers des Mischabschnitts 42 eingestellt ist, die Ejektorpumpenleistung des Ejektorpumpenkreises weiter verbessert werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 8 beschrieben.
In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Mischabschnitts 42 wenigstens in einem vorbestimmten Bereich von dem Einlass des Mischabschnitts 42 etwa auf einen konstanten Wert eingestellt. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist jedoch in dem Mischabschnitt 42 ein konischer Abschnitt 42a vorgesehen, sodass eine Kanalquerschnittsfläche (d.h. Durchmesser) des Mischabschnitts 42 von dem Einlass des Mischabschnitts 42 zu einem Auslass des Mischabschnitts 42 wenigstens in einem vorbestimmten Bereich von dem Einlass des Mischabschnitts 42 vergrößert ist. In dem Beispiel von 8 ist der konische Abschnitt 42a in einem gesamten Bereich von dem Einlass des Mischabschnitts 42 zu dem Auslass des Mischabschnitts 42 vorgesehen. In diesem Fall ist die Kanalquerschnittsfläche (d.h. der Durchmesser) des Mischabschnitts 42 von dem Einlass des Mischabschnitts 42 zu dem Auslass des Mischabschnitts 42 vergrößert.
Weil der Mischabschnitt 42 mit dem konischen Abschnitt 42a versehen ist, kann eine Kollision des aus der Düse 41 gestrahlten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms mit der Innenwandfläche des Mischabschnitts 42 beschränkt werden, wodurch ein Verursachen des Wirbelstromverlusts durch das gestörte Kältemittel eingeschränkt wird. Als Ergebnis kann einfach eine hohe Ejektorpumpenleistung erzielt werden.
In dem Beispiel von 8 ist der konische Abschnitt 42a etwa in dem gesamten Bereich des Mischabschnitts 42 vorgesehen. Im Allgemeinen ist die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels aus dem Auslass der Düse 41 höher als nahe an dem Auslass der Düse 41, d.h. als näher zu dem Einlass des Mischabschnitts 42. Im Allgemeinen kann, wenn der konische Abschnitt 42a wenigstens in einem vorbestimmten Bereich von dem Einlass des Mischabschnitts 42 (Druckerhöhungsabschnitt), der etwa das Zehnfache oder mehr des Einlassdurchmessers ϕ1 des Mischabschnitts 42 beträgt, vorgesehen ist, die notwendige Ejektorpumpenleistung ausreichend erzielt werden.
Ferner gilt im zweiten Ausführungsbeispiel, wenn der Konuswinkel des konischen Abschnitts 42a als α angegeben ist und wenn der Offset-Winkel zwischen der mittleren Axiallinie L1 der Düse 41 und der mittleren Axiallinie L2 des Mischabschnitts 42 als θ angegeben ist, α ≥ 2θ (d.h. 1/2α ≥ θ). In diesem Ausführungsbeispiel ist der Konuswinkel gemäß JIS B 0612 (1987) definiert. D.h. wenn die mittlere Axiallinie L1 der Düse 41 die mittlere Axiallinie L2 des Druckerhöhungsabschnitts unter dem Offset-Winkel θ kreuzt, wird der Konuswinkel α des konischen Abschnitts 42a auf mindestens das Doppelte des Offset-Winkels θ eingestellt.
Die im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Erfindung kann mit der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Erfindung kombiniert werden.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Obwohl die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen davon unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, ist zu beachten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sein werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die vorliegende Erfindung typischerweise auf den Warmwasserbereiter angewendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf einen anderen Ejektorpumpenkreis angewendet werden, der zum Beispiel für eine Klimaanlage und einen Kühlschrank benutzt wird.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Drosselöffnungsgrad der Düse 41 mittels des Nadelventils 44 variabel gesteuert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf eine Ejektorpumpe ohne Nadelventil angewendet werden. In diesem Fall besitzt die Ejektorpumpe einen festen Öffnungsgrad.
Solche Änderungen und Modifikationen liegen selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung für einen Dampfkompressionskühlkreis, der einen Kompressor (10) zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kältemittelkühler (20) zum Kühlen des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels und einen Verdampfapparat (30) zum Verdampfen des Niederdruck-Kältemittels nach der Dekompression enthält, mit einer Düse (41), die das aus dem Kältemittelkühler strömende Kältemittel durch Umwandeln von Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie davon dekomprimiert; und einem Druckerhöhungsabschnitt (42, 43), der einen Druck des Kältemittels durch Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in die Druckenergie davon erhöht, wobei das aus der Düse zu einem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts gestrahlte Kältemittel und das aus dem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden, wobei ein Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts gleich oder geringer als 30% eines Durchmessers (ϕ1) des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts ist.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts gleich oder geringer als 20% des Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts ist.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts gleich oder geringer als 15% des Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts ist.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Druckerhöhungsabschnitt einen konischen Abschnitt (42a) wenigstens in einem vorbestimmten Bereich von dem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts aufweist; und der konische Abschnitt (42a) vorgesehen ist, um eine Kanalquerschnittsfläche von dem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts zu einem Auslass des Druckerhöhungsabschnitts zu vergrößern.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher der Druckerhöhungsabschnitt einen Mischabschnitt (42), in dem das aus der Düse gestrahlte Kältemittel und das von dem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden, und einen Diffusor (43), der einen kinetischen Druck des Kältemittels in einen statischen Druck davon verändert, enthält; und der vorbestimmte Bereich des konischen Abschnitts etwa gleich oder größer als das Zehnfache des Durchmessers am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts ist.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die Düse eine mittlere Axiallinie (L1) besitzt, die eine mittlere Axiallinie (L2) des Druckerhöhungsabschnitts mit einem Offset-Winkel (θ) kreuzt; und ein Konuswinkel (α) des konischen Abschnitts gleich oder größer als das Doppelte des Offset-Winkels (θ) eingestellt ist.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Koaxialgrad der Düse bezüglich des Druckerhöhungsabschnitts in einem Bereich von 0,3% bis 30% des Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts liegt.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Koaxialgrad ein Offset-Maß einer mittleren Axiallinie (L1) der Düse bezüglich einer mittleren Axiallinie (L2) des Druckerhöhungsabschnitts am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts ist.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung für einen Dampfkompressionskühlkreis, der einen Kompressor (10) zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kältemittelkühler (20) zum Kühlen des aus dem Kompressor aus gegebenen Kältemittels und einen Verdampfapparat (30) zum Verdampfen des Niederdruck-Kältemittels nach der Dekompression enthält, mit einer Düse (41), die das aus dem Kältemittelkühler strömende Kältemittel durch Umwandeln von Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie davon dekomprimiert; und einem Druckerhöhungsabschnitt (42, 43), der einen Druck des Kältemittels durch Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in die Druckenergie davon erhöht, wobei das aus der Düse zu einem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts gestrahlte Kältemittel und das von dem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden, wobei der Druckerhöhungsabschnitt einen konischen Abschnitt (42a) wenigstens in einen vorbestimmten Bereich von dem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts aufweist, und der konische Abschnitt (42) vorgesehen ist, um einen Kanalquerschnittsfläche von dem Einlass des Druckerhöhungsabschnitts zu einem Auslass des Druckerhöhungsabschnitts zu vergrößern.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der vorbestimmte Bereich des konischen Abschnitts etwa gleich oder größer als das Zehnfache des Durchmessers am Einlass des Druckerhöhungsabschnitts ist.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Düse eine mittlere Axiallinie (L1) besitzt, die eine mittlere Axiallinie (L2) des Druckerhöhungsabschnitts unter einem Offset-Winkel (θ) kreuzt; und ein Konuswinkel (α) des konischen Abschnitts (42a) gleich oder größer als das Doppelte des Offset-Winkels (θ) eingestellt ist.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, bei welcher der Druckerhöhungsabschnitt einen Mischabschnitt (42), in dem das aus der Düse gestrahlte Kältemittel und das von dem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden, und einen Diffusor (431, der einen kinetischen Druck des Kältemittels in einen statischen Druck davon verändert, enthält.
Ejektorpumpendekompressionsvorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 12, bei welcher Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird.