DE102006035881A1

DE102006035881A1 - Ejektorpumpenkühlkreis

Info

Publication number: DE102006035881A1
Application number: DE102006035881A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kariya Oshitani; Hirotsugu Kariya Takeuchi; Haruyuki Kariya Nishijima; Makoto Kariya Ikegami; Naoki Kariya Yokoyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: US20070028646A1; US7320229B2; JP4600200B2; DE102006035881B4; JP2007040586A

Abstract

Ein Zweigkanal (16), der an einem Punkt stromauf einer Ejektorpumpe (14) abzweigt, ist mit einem Kältemittelansaugeinlass (14b) der Ejektorpumpe (14) verbunden. Ein Verdampfapparat (18) ist im Zweigkanal (16) angeordnet, und ein Kapillarrohr (17) ist stromauf des Verdampfungsapparats (18) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ejektorpumpenkühlkreis, der eine Ejektorpumpe enthält.

Früher wurde in dem japanischen Patent Nr. 3322263 als ein Dampfkompressions-Kühlkreis ein Ejektorpumpenkühlkreis vorgeschlagen, der eine Ejektorpumpe verwendet, die als eine Kältemitteldruckverminderungseinrichtung und eine Kältemittelzirkulationseinrichtung dient.

In dem japanischen Patent Nr. 3322263 ist ein erster Verdampfapparat mit einem Kältemittelauslass der Ejektorpumpe verbunden, und eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung ist mit einem Kältemittelauslass des ersten Verdampfapparats verbunden, und ein zweiter Verdampfapparat ist zwischen einem Flüssigphasenkältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung und einem Kältemitteleinlass der Ejektorpumpe verbunden.

Im Gegensatz zum obigen Kreis wurde in der am 4. November 2005 veröffentlichten, ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-308380 (entspricht der US 2005/0178150 A1 und der US 2005/0268644 A1) ein Ejektorpumpenkühlkreis vorgeschlagen, der in 15 gezeigt ist. In dem Ejektorpumpenkühlkreis der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-308380 ist ein Zweigkanal 16, der stromauf einer Ejektorpumpe 14 abzweigt und mit einem Kältemitteleinlass 14b der Ejektorpumpe 14 verbunden ist, vorgesehen, und ein Drosselmechanismus 17 und ein zweiter Verdampfapparat 18 sind in dem Zweigkanal 16 vorgesehen.

Im Fall des japanischen Patents Nr. 3322263 wird das Kältemittel nur durch die Kältemittelansaugkraft der Ejektorpumpe in den zweiten Verdampfapparat gesaugt. Daher wird ein Druckunterschied des Kreises klein. In einem solchen Fall wird in einem bestimmten Betriebszustand, wenn die Eingangsgröße der Ejektorpumpe 14 klein wird, die Kältemittelansaugkraft der Ejektorpumpe reduziert, und dadurch wird die Kältemittelströmungsmenge des zweiten Verdampfapparats reduziert.

Im Gegensatz dazu ist im Ejektorpumpenkühlkreis der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-308380 der zweite Verdampfapparat 18 parallel zur Ejektorpumpe 14 angeordnet, sodass das Kältemittel zum zweiten Verdampfapparat 18 unter Verwendung sowohl der Kältemittelansaugkraft der Ejektorpumpe 14 als auch der Kältemittelansaug/ausgabekraft des Kompressors 11 zirkuliert wird. Deshalb können selbst in dem speziellen Betriebszustand, wenn das der Ejektorpumpe 14 zugeführte Kältemittel gering wird, die erforderliche Kältemittelströmungsmenge des zweiten Verdampfapparats 18 und dadurch die erforderliche Kühlleistung des zweiten Verdampfapparats 18 einfach gewährleistet werden. Gleichzeitig kann die Kältemittelströmungsmenge des zweiten Verdampfapparats 18 einfach durch den zugewiesenen Drosselmechanismus 17 eingestellt werden.

Im Kühlkreis der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-308380 wird der Kältemittelverdampfungsdruck (die Kältemittelverdampfungstemperatur) um das Maß, das dem Druckerhöhungseffekt der Ejektorpumpe 14 entspricht, niedriger als jener des ersten Verdampfapparats 15. Wie oben beschrieben, kann durch Reduzieren der Kältemittelverdampfungstemperatur des zweiten Verdampfapparats 18 die Kühlleistung des zweiten Verdampfapparats 18 verbessert werden.

Im Kühlkreis der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-308380 wird, wenn die den zweiten Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite zugeführte Kältemittelmenge übermäßig groß ist, das Flüssigphasenkältemittel, das durch den zweiten Verdampfapparat 18 nicht verdampft worden ist, in die Ejektorpumpe 14 gesaugt und dann durch den ersten Verdampfapparat 15 verdampft. Wenn dagegen die dem zweiten Verdampfapparat 18 zugeführte Kältemittelmenge unzureichend ist, kann das vorteilhafte Merkmal des zweiten Verdampfapparats 18 (d.h. die niedrigere Kältemittelverdampfungstemperatur des zweiten Verdampfapparats 18 im Vergleich zum ersten Verdampfapparat 15) nicht genutzt werden, und dadurch wird die Kühlleistung des zweiten Verdampfapparats 18 verringert. Deshalb ist es wichtig, die ausreichende Menge Kältemittel dem zweiten Verdampf apparat 18 ohne Bewirken des Kältemittelmangels im zweiten Verdampfapparat 18 zuzuführen, um das Leistungsvermögen zu verbessern.

Zum Beispiel verkleinert in einem Fall, wenn ein Expansionsventil, welches eine bekannte typische Drosseleinrichtung ist, als Drosselmechanismus 17 des zweiten Verdampfapparats 18 benutzt wird, das Expansionsventil schnell die Drosselöffnung, sodass die Kältemittelkanalquerschnittsfläche zum Erreichen des vorbestimmten Druckreduktionsmaßes klein wird. So wird die Strömungsmenge des durch das Expansionsventil strömenden Kältemittels leicht reduziert, und dadurch wird das Leistungsvermögen des zweiten Verdampfapparats 18 reduziert.

Ferner wird im Expansionsventil die Kältemittelkanalquerschnittsfläche verkleinert, sodass der Kältemittelkanal des Expansionsventils leicht mit einem Hindernis verstopfen kann. Das verstopfte Hindernis reduziert deutlich das Leistungsvermögen.

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit den obigen Nachteilen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ejektorpumpenkühlkreis vorzusehen, der einen Verdampfapparat hat, der ein verbessertes Leistungsvermögen erzielt.

Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist ein Ejektorpumpenkühlkreis vorgesehen, der einen Kompressor, einen Kühler, eine Ejektorpumpe, einen Zweigkanal, einen Drosselmechanismus und einen Verdampfapparat enthält. Der Kompressor saugt ein Kältemittel an und komprimiert es. Der Kühler gibt Wärme von dem Hochdruckkältemittel ab, das vom Kompressor ausgegeben wird. Die Ejektorpumpe enthält einen Düsenabschnitt, einen Kältemittelansaugeinlass und einen Druckerhöhungsabschnitt. Der Düsenabschnitt vermindert den Druck des Kältemittels, das von einem Auslass des Kühlers zugeführt wird, und dehnt es aus. Das Kältemittel wird von dem Kältemittelansaugeinlass durch einen Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom angesaugt, der vom Düsenabschnitt ausgegeben wird. Der Druckerhöhungsabschnitt bremst einen Kältemittelstrom, in dem der vom Düsenabschnitt ausgegebene Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom und das vom Kältemittelansaugeinlass zugeführte angesaugte Kältemittel vermischt sind, ab und erhöht seinen Druck. Der Zweigkanal ist an einen Punkt stromauf der Ejektorpumpe abgezweigt und ist mit dem Kältemittelansaugeinlass verbunden. Der Drosselmechanis mus ist im Zweigkanal vorgesehen und enthält ein Kapillarrohr. Der Verdampfapparat ist stromab des Drosselmechanismus im Zweigkanal angeordnet.

Die Erfindung wird zusammen mit weiteren Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon aus der folgenden Beschreibung, den anhängenden Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine Kühlkreisdarstellung, die einen Ejektorpumpenkühlkreis gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angibt;
2 eine vergrößerte technische Darstellung eines Kapillarrohrs des in 1 dargestellten Kühlkreises;
3 ein Diagramm von Druckverminderungskennlinien des Kapillarrohrs des in 1 dargestellten Kühlkreises;
4 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Expansionsventils, das als ein Vergleichsbeispiel zum Kapillarrohr des in 1 dargestellten Kühlkreises dient;
5 eine Kühlkreisdarstellung, die einen Ejektorpumpenkühlkreis gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angibt;
6 eine Kühlkreisdarstellung, die einen Ejektorpumpenkühlkreis gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angibt;
7A und 7B Querschnittsansichten von beispielhaften Einbaukonstruktionen eines Innenwärmetauschers, der ein Kapillarrohr gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält;
8 ein Mollier-Diagramm, das eine Funktionsweise des Ejektorpumpenkühlkreises gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel angibt;
9 eine Kühlkreisdarstellung, die einen Ejektorpumpenkühlkreis gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angibt;
10A und 10B Querschnittsansichten von beispielhaften Einbaukonstruktionen eines Innenwärmetauschers, der ein Kapillarrohr gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält;
11A und 11b Querschnittsansichten von beispielhaften Einbaukonstruktionen eines Innenwärmetauschers, der ein Kapillarrohr gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält;
12A und 12B Querschnittsansichten von beispielhaften Einbaukonstruktionen eines Innenwärmetauschers, der ein Kapillarrohr gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält;
13 eine Kühlkreisdarstellung, die eine Wärmeisolator-Einbaukonstruktion eines Innenwärmetauschers mit einem Kapillarrohr gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angibt;
14 eine Kühlkreisdarstellung, die einen Ejektorpumpenkühlkreis gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angibt; und
15 eine Kühlkreisdarstellung eines früher vorgeschlagenen Ejektorpumpenkühlkreises.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 zeigt einen beispielhaften Fall, bei dem ein Ejektorpumpenkühlkreis 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einen Fahrzeugkühlraum angewendet ist. In dem Ejektorpumpenkühlkreis 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird ein Kompressor 11, der ein Kältemittel ansaugt und komprimiert, durch einen Fahrzeugmotor (nicht dargestellt) durch zum Beispiel eine Riemenscheibe 12 und einen Riemen gedreht.
Der Kompressor 11 kann ein Verstellkompressor oder ein Kompressor mit fester Verdrängung sein. Im Fall des Verstellkompressors wird eine Kältemittelausgabekapazität des Kompressors durch Verändern einer Kältemittelverdrängung eingestellt. Im Fall des Kompressors mit fester Verdrängung wird eine Kältemittelausgabekapazität des Kompressors durch Einstellen einer Betriebsleistung des Kompressors durch Verbinden und Trennen einer elektromagnetischen Kupplung verändert. Ferner kann in einem Fall, wenn ein elektrischer Kompressor als Kompressor 11 verwendet wird, die Kältemittelausgabekapazität des Kompressors durch Einstellen einer Drehzahl eines Elektromotors eingestellt werden.
Ein Wärmestrahler 13 ist an einer Kältemittelauslassseite des Kompressors 11 vorgesehen. Der Kühler 13 tauscht Wärme zwischen dem Hochdruckkältemittel, das vom Kompressor 11 ausgegeben wird, und der Außenluft (die Luft außerhalb eines Fahrzeugfahrgastraums), die durch einen Kühllüfter (nicht dargestellt) geblasen wird, aus, sodass das Hochdruckkältemittel am Kühler 13 gekühlt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kältemittel des Ejektorpumpenkühlkreises 10 eines (z.B. ein Fluorkohlenstoff-Kältemittel oder ein HC-Kältemittel), dessen Hochdruck einen kritischen Druck nicht übersteigt, sodass ein unterkritischer Dampfkompressionskreis realisiert ist. Deshalb dient der Kühler 13 als ein Kondensator, der das Kältemittel kondensiert.
Eine Ejektorpumpe 14 ist stromab des Kühlers 13 angeordnet. Die Ejektorpumpe 14 dient als eine Druckverminderungseinrichtung zur Druckverminderung des Kältemittels und dient auch als eine Kältemittelzirkulationseinrichtung (eine kinetische Pumpe) zum Zirkulieren des Kältemittels unter Verwendung einer Ansaugwirkung eines Hochgeschwindigkeitskältemittelstrahlstroms.
Die Ejektorpumpe 14 enthält einen Düsenabschnitt (auch als eine Düse bezeichnet) 14a und einen Kältemittelansaugeinlass 14b. Der Düsenabschnitt 14a vermindert den Druck des Hochdruckkältemittels isentropisch und dehnt es aus. Der Kältemittelansaugeinlass 14b ist so angeordnet, dass er mit einem Kältemittelstrahlauslass des Düsenabschnitts 14a in Verbindung steht und das Gasphasenkältemittel von einem unten beschriebenen zweiten Verdampfapparat 18 ansaugt.
Ferner ist ein Mischabschnitt (auch als eine Mischkammer bezeichnet) 14c in der Strömungsrichtung des Kältemittels stromab des Düsenabschnitts 14a und des Kältemittelansaugeinlasses 14b angeordnet. Im Mischabschnitt 14c wird das Hochgeschwindigkeitskältemittel, das vom Düsenabschnitt 14a ausgegeben wird, mit dem angesaugten Kältemittel, das vom Kältemittelansaugeinlass 14b angesaugt wird, vermischt. Weiter ist ein Diffusorabschnitt (auch als ein Diffusor bezeichnet und als ein Druckerhöhungsabschnitt dienend) 14d in der Strömungsrichtung des Kältemittels stromab des Mischabschnitts 14c angeordnet. Eine Kältemittelkanalquerschnittsfläche des Diffusorabschnitts 14d wird zur stromabwärtigen Seite immer größer. Mit dieser Konstruktion bremst der Diffusorabschnitt 14d den Kältemittelstrom und erhöht dadurch den Kältemitteldruck. Das heißt, der Diffusorabschnitt 14d wandelt die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in Druckenergie um. Ein erster Verdampfapparat 15 ist stromab des Diffusorabschnitts 14d der Ejektorpumpe 14 angeschlossen.
Ein Zweigkanal 16 ist stromauf der Ejektorpumpe 14 (speziell an einer Zwischenposition des Kreises 10 zwischen dem Kühler 13 und der Ejektorpumpe 14) abgezweigt. Der Kältemittelansaugeinlass 14b der Ejektorpumpe 14 ist stromab des Zweigkanals 16 angeschlossen. In 1 ist dieser Verzweigungspunkt mit Z gekennzeichnet.
Im Zweigkanal 16 ist ein Kapillarrohr 17, das als ein Drosselmechanismus dient, an einer stromaufwärtigen Position angeordnet, und der zweite Verdampfapparat 18 ist stromab des Kapillarrohrs 17 angeordnet.
Wie in 2 dargestellt, ist das Kapillarrohr 17 aus einem Rohr kleinen Durchmessers gemacht, das eine Kanalquerschnittsfläche As besitzt, die ausreichend kleiner als eine Kanalquerschnittsfläche Ad eines Hochdruckrohrs 16a und eine Kanalquerschnittsfläche eines Niederdruckrohrs 16b ist. Das Hochdruckrohr 16a und das Niederdruckrohr 16b bilden den Zweigkanal 16.
Im Kapillarrohr 17 ist die Kanalquerschnittsfläche gedrosselt, d.h. von der Kanalquerschnittsfläche Ad des Hochdruckrohrs 16a auf die minimale Kanalquerschnitts fläche As, die durch den Kapillarrohrinnendurchmesser definiert ist, reduziert. Ebenso bewirkt die innere Reibungskraft des Rohrs, die in einer Richtung einer Rohrlänge L des Kapillarrohrs 17 erzeugt wird, ein vorbestimmtes Druckreduktionsmaß. Hierbei ist das Druckreduktionsmaß eine Differenz (PH-PL) zwischen dem Hochdruck PH des Kältemittels im Hochdruckrohr 16a und dem Niederdruck PL des Kältemittels im Niederdruckrohr 16b.
3 zeigt Druckverminderungskennlinien des Kapillarrohrs 17. Durch Vergrößern der Länge L des Kapillarrohrs 17 relativ zum vorbestimmten Druckreduktionsmaß P1 (=PH-PL) kann der Innendurchmesser des Kapillarrohrs 17 vergrößert werden. Damit kann das Kapillarrohr 17 im Vergleich zum Expansionsventil die minimale Kanalquerschnittsfläche As relativ zum vorbestimmten Druckreduktionsmaß P1 vergrößern.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden der erste Verdampfapparat 15 und der zweite Verdampfapparat 18 eine Kühleinheit (eine Verdampfapparateinheit) 19. Hierbei können der erste Verdampfapparat 15 und der zweite Verdampfapparat 18 durch Löten in eine einzelne Wärmetauscherkonstruktion kombiniert werden.
Die Kühleinheit 19 kühlt die durch ein elektrisches Gebläse 20 geblasene Luft. Insbesondere wird die Innenluft des Fahrzeugkühlraums angesaugt und durch das elektrische Gebläse 20 auf die Kühleinheit 19 geblasen, sodass diese Luft durch die Kühleinheit 19 gekühlt und in den Fahrzeugkühlraum geblasen wird. Somit wird das Innere (ein zu kühlender Kühlraum) des Fahrzeugkühlraums gekühlt.
Hierbei ist wegen eines später beschriebenen Grundes der Kältemittelverdampfungsdruck (die Kältemittelverdampfungstemperatur) des zweiten Verdampfapparats 18 niedriger als der Kältemittelverdampfungsdruck (die Kältemittelverdampfungstemperatur) des ersten Verdampfapparats 15. Daher ist der erste Verdampfapparat 15 der Hochtemperaturseite an der stromaufwärtigen Position in dem durch das elektrische Gebläse 20 geblasenen Luftstrom A angeordnet, und der zweite Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite ist in dem durch das elektrische Gebläse 20 geblasenen Luftstrom A auf der stromabwärtigen Seite angeordnet.
Als nächstes wird die Funktionsweise des Ejektorpumpenkühlkreises 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Wenn der Kompressor 11 durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird, wird das Gasphasenkältemittel, das vom Kompressor 11 ausgegeben wird und sich dadurch im Hochtemperatur- und Hochdruckzustand befindet, dem Kühler 13 zugeführt. Im Kühler 13 wird das Gasphasenkältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks durch die Außenluft gekühlt und dadurch kondensiert. Am Verzweigungspunkt Z wird das kondensierte Hochdruckkältemittel, das vom Kühler 13 ausgegeben wird, in den der Ejektorpumpe 14 zugeleiteten Kältemittelstrom und den dem Zweigkanal 16 zugeleiteten Kältemittelstrom aufgeteilt.
Der der Ejektorpumpe 14 zugeleitete Kältemittelstrom wird durch den Düsenabschnitt 14a im Druck vermindert und ausgedehnt. So wird die Druckenergie des Kältemittels durch den Düsenabschnitt 14a in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt, und das Kältemittel wird vom Strahlauslass des Düsenabschnitts 14a mit hoher Geschwindigkeit ausgegeben. Die Ansaugwirkung, die durch den Abfall des Kältemitteldrucks bewirkt wird, saugt das Kältemittel (das Gasphasenkältemittel), das durch den zweiten Verdampfapparat 18 des Zweigkanals 16 geströmt ist, in den Kältemittelansaugeinlass 14b.
In dem stromab des Düsenabschnitts 14a positionierten Mischabschnitt 14c wird der Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom, der vom Düsenabschnitt 14a ausgegeben wird, mit dem Kältemittelstrom vermischt, der in den Kältemittelansaugeinlass 14d gesaugt wird. Dann wird das gemischte Kältemittel dem Diffusorabschnitt 14d zugeführt. Der Diffusorabschnitt 14d bremst wegen der sich vergrößernden Kanalquerschnittsfläche des Diffusorabschnitts 14d die Kältemittelgeschwindigkeit und erhöht dadurch den Kältemitteldruck. Insbesondere wird die Geschwindigkeitsenergie (die Expansionsenergie) des Kältemittels in Druckenergie umgewandelt, und dadurch wird der Druck des Kältemittels erhöht.
Das Kältemittel, das vom Diffusorabschnitt 14d der Ejektorpumpe 14 ausgegeben wird, wird dem ersten Verdampfapparat 15 zugeführt. Im ersten Verdampfapparat 15 absorbiert das Niedertemperatur- und Niederdruckkältemittel die Wärme aus der durch das elektrische Gebläse 20 geblasenen Luft, sodass das Kältemittel ver dampft. Das Kältemittel, das vom ersten Verdampfapparat 15 ausgegeben wird, wird dem Kompressor 11 zugeführt und wird wieder komprimiert.
Im Gegensatz dazu wird der Kältemittelstrom, der dem Zweigkanal 16 zugeführt wird, durch das Kapillarrohr 17 im Druck vermindert und wird zu einem Niederdruckkältemittel, das dann dem zweiten Verdampfapparat 18 zugeführt wird. Der zweite Verdampfapparat 18 ist in der Strömungsrichtung A der durch das elektrische Gebläse 20 geblasenen Luft stromab des ersten Verdampfapparats 15 angeordnet. Daher absorbiert im zweiten Verdampfapparat 18 das Niedertemperatur- und Niederdruckkältemittel die Wärme aus der Luft, die durch das elektrische Gebläse 20 geblasen worden ist und den ersten Verdampfapparat 15 passiert hat. Deshalb wird die Luft, die durch das elektrische Gebläse 20 geblasen wird, durch den ersten und den zweiten Verdampfapparat 15, 18 gekühlt.
Wie oben beschrieben, wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Kältemittel, das stromab des Diffusorabschnitts 14d der Ejektorpumpe 14 vorhanden ist, durch den ersten Verdampfapparat 15 verdampft, und das Kältemittel im Zweigkanal 16 wird durch das Kapillarrohr 17 geleitet, um das Kältemittel im Druck zu vermindern, und dann im zweiten Verdampfapparat 18 verdampft. Deshalb kann die Kühlwirkung gleichzeitig in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Verdampfapparat 15, 18 erfolgen.
Gleichzeitig ist der Kältemittelverdampfungsdruck des ersten Verdampfapparats 15 der Druck nach der Druckerhöhung durch den Diffusorabschnitt 14d. Im Gegensatz dazu steht dem zweiten Verdampfapparat 18 der niedrigste Druck nach der Druckverminderung im Düsenabschnitt 14a zur Verfügung, da der Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 mit dem Kältemittelansaugeinlass 14b der Ejektorpumpe 14 verbunden ist.
Auf diese Weise kann der Kältemittelverdampfungsdruck im zweiten Verdampfapparat 18 um das Maß, das der Druckerhöhungswirkung des Diffusorabschnitts 14d entspricht, niedriger als der Kältemittelverdampfungsdruck (die Kältemittelverdampfungstemperatur) des ersten Verdampfapparats 15 gemacht werden. Deshalb ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Verdampfapparat 15 der Hochtemperaturseite in dem durch das elektrische Gebläse 20 geblasenen Luftstrom A auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet und der zweite Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite in dem durch das elektrische Gebläse 20 geblasenen Luftstrom A auf der stromabwärtigen Seite angeordnet. Auf diese Weise wird zwischen dem Kältemittelstrom des ersten und des zweiten Verdampfapparats 15, 18 und der durch das elektrische Gebläse 20 geblasenen Luftstrom ein Gegenstrom-Wärmeaustausch durchgeführt.
So kann sowohl im ersten als auch im zweiten Verdampfapparat 15, 18 der Temperaturunterschied zwischen der Kältemittelverdampfungstemperatur und der Lufttemperatur realisiert werden. Deshalb kann die geblasene Luft durch die Kombination des ersten und des zweiten Verdampfapparats 15, 18 effektiv gekühlt werden.
Ferner kann, da der Ansaugdruck des Kompressors 1 durch die Druckerhöhungswirkung des Diffusorabschnitts 14d erhöht werden kann, die Antriebskraft des Kompressors 1 verringert werden.
Es ist der Zweigkanal 16 vorgesehen, der stromauf der Ejektorpumpe 14 abzweigt und mit dem Kältemittelansaugeinlass 14b der Ejektorpumpe 14 verbunden ist, und das Kapillarrohr 17 und der zweite Verdampfapparat 18 sind in dem Zweigkanal 16 vorgesehen. So ist der zweite Verdampfapparat 18 parallel zur Ejektorpumpe 14 angeordnet. Deshalb wird das Kältemittel in den zweiten Verdampfapparat 18 durch Verwendung nicht nur des Kältemittelansaugvermögens (Ansaugkraft) der Ejektorpumpe 14, sondern auch das Kältemittelansaugvermögen (Ansaugkraft) des Kompressors 11 zirkuliert.
Deswegen ist es selbst im Betriebszustand einer geringen Eingangsgröße der Ejektorpumpe 14 (Zeit der niedrigen Wärmelast) relativ einfach, die erforderliche Kältemittelströmungsmenge des zweiten Verdampfapparats 18 und die erforderliche Kühlleistung des zweiten Verdampfapparats 18 zu realisieren. Gleichzeitig kann die Strömungsmenge des zweiten Verdampfapparats 18 durch das zugeordnete Kapillarrohr 17 einfach eingestellt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Kapillarrohr 17 als der stromauf des zweiten Verdampfapparats 18 angeordneten Drosselmechanismus verwendet. Daher sieht das vorliegende Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Fall, wenn das Expansionsventil als der stromauf des zweiten Verdampfapparats angeordnete Drosselmechanismus verwendet wird, die folgenden Vorteile vor.
4 ist eine Teilquerschnittsansicht, die ein früher vorgeschlagenes Expansionsventil 170 zeigt. Ein Ventilkörper 171 wird entsprechend der Überhitzung des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 in einer Oben/Unten-Richtung in 4 bewegt, um die minimale Kältemittelkanalquerschnittsfläche As einzustellen, die durch den Ventilkörper 171 und einen Ventilsitz 172 definiert ist.
In dem Expansionsventil 170 dieser Art wird die Kanalquerschnittsfläche Ad des Hochdruckrohrs 16a schnell auf die minimale Kältemittelkanalquerschnittsfläche As, die zwischen dem Ventilkörper 171 und dem Ventilsitz 172 definiert ist, reduziert, sodass das vorbestimmte Druckreduktionsmaß (= PH-PL) erreicht wird. Das heißt, im Expansionsventil 170 wird das erforderliche Druckreduktionsmaß nur durch die minimale Kältemittelkanalquerschnittsfläche As zwischen dem Ventilkörper 171 und dem Ventilsitz 172 erzielt.
Im Gegensatz dazu wird in dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel benutzten Kapillarrohr 17, wie oben beschrieben, das vorbestimmte Druckreduktionsmaß (=PH-PL) durch die Wirkung des Verkleinerns der Kältemittelkanalquerschnittsfläche auf die minimale Kanalquerschnittsfläche As mittels des Kapillarrohrinnendurchmessers und die innere Reibungskraft des Rohrs (den Druckverlust des Rohrs), der in der Richtung der Rohrlänge L des Kapillarrohrs 17 erzeugt wird, erreicht.
Wie aus den Druckverminderungskennlinien von 3 klar ersichtlich, kann durch Vergrößern der Länge L des Kapillarrohrs 17 in Bezug zum vorbestimmten Druckreduktionsmaß P1 (=PH-PL) der Innendurchmesser des Kapillarrohrs 17 vergrößert werden. Deshalb erlaubt das Kapillarrohr 17 durch die Auswahl der Rohrlänge L eine Vergrößerung der minimalen Kältemittelkanalquerschnittsfläche As in Bezug zum vorbestimmten Druckreduktionsmaß im Vergleich zum Expansionsventil 170.
Deshalb erlaubt die Verwendung des Kapillarrohrs 17 eine Vergrößerung des Kältemittelstroms, der stromauf der Ejektorpumpe 14 abgezweigt und dem zweiten Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite zugeführt wird.
Mit anderen Worten ist im Drosselmechanismus, beispielsweise dem Expansionsventil 170, das die Querschnittsfläche des Kältemittelkanals schnell verkleinert, der Kältemittelströmungsverlust relativ groß. Im Gegensatz dazu ist im Drosselmechanismus, beispielsweise dem Kapillarrohr 17, das den Druck mittels der inneren Reibungskraft des Rohrs (dem Druckverlust des Rohrs), die in der Richtung der Rohrlänge L des Kapillarrohrs 17 erzeugt wird, allmählich reduziert, der Kältemittelströmungsverlust relativ klein. Daher kann ein Strömungskoeffizient des Kapillarrohrs 17 größer als jener des Expansionsventils 170 gemacht werden. Deshalb kann das Kapillarrohr 17 im Vergleich zum Expansionsventil 170 bei gleichem Druckreduktionsmaß den zweiten Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite die größere Kältemittelmenge zuführen.
Daher ist es möglich, die Kühlleistung des zweiten Verdampfapparats 18 der Niedertemperaturseite, welcher im Vergleich zum ersten Verdampfapparat 15 die niedrigere Kältemittelverdampfungstemperatur hat, zu erhöhen. Auf diese Weise kann die gesamte Kühlleistung der Kühleinheit 19 effektiv erhöht werden.
Ferner kann im Kapillarrohr 17 die minimale Kältemittelkanalquerschnittsfläche As ausreichend groß gemacht werden, was viel größer als jene des Expansionsventils 170 ist, sodass es möglich ist, ein Verstopfen des Kältemittelkanals durch Schutt oder dergleichen zu begrenzen. Deshalb ist es möglich, die deutliche Verschlechterung des Leistungsvermögens zu begrenzen, die durch das Verstopfen des Kältemittelkanals verursacht wird.
Ferner kann die Konstruktion des Kapillarrohrs 17 im Vergleich zum Expansionsventil 170 viel einfacher gemacht werden. Es ist daher möglich, den Drosselmechanismus zu vereinfachen und die Kosten zu reduzieren.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, in dem mehrere Kapillarrohre 17a, 17b, 17c, die jeweils unterschiedliche Drosselgrade haben, als der stromauf des zweiten Verdampfapparats 18 der Niedertemperaturseite angeordnete Drosselmechanismus verwendet werden. Ein Effektives der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c wird durch einen Betrieb eines Einstromkanalwechselventils (eine Strömungskanalwechseleinrichtung) 21 ausgewählt und benutzt, um das Kältemittel zu leiten.
Die Drosselgrade der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c werden in der Reihenfolge 17a < 17b < 17c größer. Insbesondere sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Rohrlängen L der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c in der Reihenfolge 17a < 17b < 17c größer, sodass die Drosselgrade der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c in der Reihenfolge 17a < 17b < 17c größer werden.
Alternativ können die minimalen Kältemittelkanalquerschnittsflächen As der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c in der Reihenfolge 17a > 17b > 17c kleiner werden, sodass die Drosselgrade der Kapillarrohre in der Reihenfolge 17a < 17b < 17c größer werden können. Weiter können die Drosselgrade der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c durch geeignetes Auswählen einer Kombination der Rohrlänge L und der minimalen Kältemilaelkanalquerschnittsfläche As jedes der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c verändert werden.
Das Strömungskanalwechselventil 21 kann zum Beispiel ein Drehventilmechanismus sein, der einen drehbaren zylindrischen Ventilkörper (nicht dargestellt) enthält, der durch einen Stellantrieb 21a wie beispielsweise einen Servomotor gedreht wird. Im Drehventilmechanismus wird durch Auswählen einer Drehstellung des Ventilkörpers das Hochdruckrohr 16a des Zweigkanals 16 mit einem der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c verbunden.
Der Stellantrieb 21a wird durch eine Steuereinheit 22 gesteuert, die einen Mikrocomputer enthält. Die Steuereinheit 22 empfängt Signale von Sensoren, die einen Betriebszustand des Kreises, d.h. einen Zustand des Ejektorpumpenkühlkreises 10 messen. Diese Sensoren können zum Beispiel einen Sensor 23 enthalten, der einen Zustand (z.B. eine Temperatur oder einen Druck) des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 erfasst.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Kapillarrohre 17a, 17b, 17c, die jeweils unterschiedliche Drosselgrade haben, durch das Strömungskanalwechselventil 21 basierend auf dem Betriebszustand des Kreises von einem zum anderen gewechselt. Ein beispielhafter Fall für diesen Betrieb wird beschrieben. Zuerst berechnet die Steuereinheit 22 den Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 basierend auf dem Messsignal des Sensors 23, der den Zustand des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 erfasst. Wenn der berechnete Überhitzungsgrad kleiner als ein erster Bestimmungswert ist, betätigt die Steuereinheit 22 das Strömungskanalwechselventil 21, um das Kapillarrohr 17c zu benutzen, das den größten Drosselgrad besitzt. Auf diese Weise kann die dem zweiten Verdampfapparat 18 zugeführte Kältemittelströmungsmenge reduziert werden.
Wenn der berechnete Überhitzungsgrad zwischen dem ersten Bestimmungswert und einem zweiten Bestimmungswert, der größer als der erste Bestimmungswert ist, liegt, betätigt die Steuereinheit 22 das Strömungskanalwechselventil 21, um das Kapillarrohr 17b auszuwählen. Auf diese Weise kann die dem zweiten Verdampfapparat 18 zugeführte Kältemittelströmungsmenge im Vergleich zum oben beschriebenen Fall vergrößert werden.
Wenn der berechnete Überhitzungsgrad größer als der zweite Bestimmungswert ist, betätigt die Steuereinheit 22 das Strömungskanalwechselventil 21, um das Kapillarrohr 17a zu benutzen, welches den kleinsten Drosselgrad aufweist. Auf diese Weise kann die dem zweiten Verdampfapparat 18 zugeführte Kältemittelströmungsmenge im Vergleich zum oben beschriebenen Fall vergrößert werden.
Wie oben beschrieben, wird eines der Kapillarrohre 17a, 17b, 17c basierend auf dem Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 ausgewählt. So wird die Kältemittelströmungsmenge basierend auf dem Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 eingestellt und dadurch wird der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 in einem vorbestimmten Bereich gehalten.
Die Kapillarrohre 17a, 17b, 17c, die jeweils unterschiedliche Drosselgrade haben, werden von einem zum anderen gewechselt, und dadurch wird der Kältemittelverdampfungsdruck des zweiten Verdampfapparats 18 verändert. So wird auch die Kältemittelverdampfungstemperatur des zweiten Verdampfapparats 18 gesteuert.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
6 bis 7B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel, in dem das Kapillarrohr 17 einen Teil eines Innenwärmetauschers (einer Wärmetauschkonstruktion) 24 bildet.
Insbesondere sind das Kapillarrohr 17 und ein Ansaugrohr 25 des Kompressors 11 in einer solchen Weise angeordnet, dass Wärme zwischen dem Kapillarrohr 17 und dem Ansaugrohr 25 austauschbar ist. Hierbei wird die Wärme zwischen dem Kältemittel in einem Druckverminderungsprozess im Kapillarrohr 17 und dem dem Kompressor 11 zuzuführenden Ansaugkältemittel ausgetauscht.
Das Ansaugrohr 25 des Kompressors 11 ist ein Kältemittelrohr, das zwischen dem Auslass des ersten Verdampfapparats 15 und der Ansaugseite des Kompressors 11 verbindet. Der Innenwärmetauscher 24 hat die Gegenstrom-Wärmetauschkonstruktion, bei welcher die Kältemittelströmungsrichtung im Kapillarrohr 17 und die Kältemittelströmungsrichtung im Ansaugrohr 25 entgegengesetzt zueinander sind.
Speziell zeigt 7A einen ersten beispielhaften Fall des Innenwärmetauschers 24, bei dem das Kapillarrohr 17 an der Außenumfangsfläche des Ansaugrohrs 25 des Kompressors 11 in einer solchen Weise platziert ist, dass das Kapillarrohr 17 und das Ansaugrohr 25 miteinander durch ein verbindendes metallisches Material, das eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit zeigt, verbunden sind.
In diesem Fall kann das verbindende metallische Material 26 zum Beispiel ein Löt- oder Hartlötmaterial sein. Falls das Kapillarrohr 17 und das Ansaugrohr 25 jeweils aus einem entsprechenden Kupferrohr gemacht sind, kann das verbindende metallische Material 26 das Lot sein, und das Kapillarrohr 17 und das Ansaugrohr 25 können durch das Lot miteinander verlötet werden.
Ferner kann in einem anderen Fall, wenn das Kapillarrohr 17 und das Ansaugrohr 25 jeweils aus einem entsprechenden Aluminiumrohr gemacht sind, das verbindende metallische Material 26 das Hartlötmaterial sein, und das Kapillarrohr 17 und das Ansaugrohr 25 können miteinander durch das Hartlötmaterial verlötet werden.
Das Kapillarrohr 17 kann sich in einer axialen Richtung des Ansaugrohrs 25 des Kompressors 11 entlang der Außenumfangsfläche des Ansaugrohrs 25 erstrecken oder kann spiralförmig entlang der Außenumfangsfläche des Ansaugrohrs 25 verlaufen.
7B zeigt einen zweiten beispielhaften Fall des Innenwärmetauschers 24, bei welchem das Kapillarrohr 17 koaxial in der Mitte des Innern des Ansaugrohrs 25 angeordnet ist. Bei dieser Konstruktion dient der Innenwärmetauscher 24 als eine Doppelrohr-Wärmetauschkonstruktion. Der spezielle Aufbau des Innenwärmetauschers 24 ist nicht auf die in 7A und 7B gezeigten beschränkt. Insbesondere kann auch irgendeine andere Konstruktion beim Innenwärmetauscher 24 verwirklicht werden, sofern die Wärme zwischen dem Kapillarrohr 17 und dem Ansaugrohr 25 austauschbar ist.
Wie in 6 dargestellt, ist ein vorbestimmter stromabwärtiger Endbereich 17x des Kapillarrohrs 17 von dem Ansaugrohr 25 beabstandet, um den direkten Wärmeaustausch zwischen dem vorbestimmten stromabwärtigen Endbereich 17x und dem Ansaugrohr 25 zu beschränken, d.h, unmöglich zu machen. In diesem Ausführungsbeispiel sinkt die Kältemitteltemperatur innerhalb des Kapillarrohrs 17 von der stromaufwärtigen Seite des Kapillarrohrs 17 zur stromabwärtigen Seite des Kapillarrohrs 17. Daher ist im vorbestimmten stromabwärtigen Endbereich 17x die Kältemitteltemperatur innerhalb des Kapillarrohrs 17 niedriger als die Kältemitteltemperatur innerhalb des Ansaugrohrs 25, sodass der vorbestimmte stromabwärtige Endbereich 17x keine Wärme mit dem Ansaugrohr 25 austauscht.
Als nächstes wird die Funktionsweise des Ejektorpumpenkühlkreises 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Im dritten Ausführungsbeispiel wird ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel das stromab des Kühlers 13 positionierte Hochdruckkältemittel in zwei Kältemittelströme stromauf der Ejektorpumpe 14 geteilt, und einer der Kältemittelströme passiert die Ejektorpumpe 14 und wird dem ersten Verdampfapparat 15 zugeführt. Der andere der Kältemittelströme wird dem Zweigkanal 16 zugeführt, in welchem der andere der Kältemittelströme durch das Kapillarrohr 17 im Druck vermindert und im zweiten Verdampfapparat 18 verdampft wird, und dieses verdampfte Kältemittel wird danach in die Ejektorpumpe 14 gesaugt.
Das Grundverhalten des Kreises, d.h. das Grundverhalten des Ejektorpumpenkühlkreises 10 des dritten Ausführungsbeispiels ist gleich jenem des ersten Ausführungsbeispiels. Insbesondere hat das Kältemittel, das in die Ejektorpumpe 14 gesaugt werden soll und im zweiten Verdampfapparat 18 strömt, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel die Kältemittelverdampfungstemperatur, die um das Maß niedriger als jene des ersten Verdampfapparats 15 ist, das gleich dem Druckanstieg an der Ejektorpumpe 14 ist.
Im dritten Ausführungsbeispiel hat der Innenwärmetauscher 24 die einzigartige Konstruktion, bei welcher das Kapillarrohr 17 den Teil des Innenwärmetauschers 24 bildet. Das Kreisverhalten des dritten Ausführungsbeispiels, das den einzigartigen Innenwärmetauscher 24 verwendet, wird unter Bezug auf ein in 8 dargestelltes Mollier-Diagramm beschrieben.
Eine gestrichelte Linie in 8 zeigt das Verhalten des Kältemittels in einem Fall (einem Vergleichsbeispiel), wenn das stromab des Kühlers 13 positionierte Hochdruckkältemittel durch das Kapillarrohr 17 ohne den Innenwärmetauscher im Druck vermindert wird. In diesem Fall werden ein Trockengrad und ein spezifisches Volumen des Kältemittels im Druckverminderungsvorgang erhöht, sodass eine schnelle Phasenänderung (schnelle Expansion) des Kältemittels stattfindet und dadurch das Kältemittel nicht ruhig im Kapillarrohr 17 strömt.
Im Gegensatz dazu ist gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Innenwärmetauscher 24 vorgesehen, in dem die Wärme zwischen dem Kapillarrohr 17 und dem Kompressoransaugrohr 25 ausgetauscht wird, sodass das Kältemittel, das während des Druckverminderungsprozesses im Kapillarrohr strömt, durch das Kompressoransaugrohr 25 gekühlt wird. So ändert sich, wie durch eine durchgezogene Linie b in
8 angegeben, im Druckverminderungsvorgang des Kapillarrohrs 17 das Verhalten des Kältemittels in einer solchen Weise, dass der Trockengrad des Kältemittels im Kapillarrohr 17 reduziert und ein Anteil des Flüssigphasenkältemittels erhöht wird.
Als Ergebnis ändert sich das Kältemittel, das im Kapillarrohr 17 strömt, im Druckverminderungsprozess entlang einer Linie konstanten spezifischen Volumens c, sodass die schnelle Expansion des Kältemittels im Kapillarrohr 17 beschränkt ist. Deshalb wird der Kältemittelstrom im Kapillarrohr 17 gefördert und dadurch kann die Kältemittelströmungsmenge Ge im zweiten Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite bei dem vorbestimmten Druckreduktionsmaß erhöht werden.
Deshalb kann gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu dem durch die moderate Druckverminderungswirkung des Kapillarrohrs 17 bewirkten Strömungsmengenerhöhungseffekt durch den inneren Wärmeaustausch die Druckverminderungswirkung entlang der Linie konstanten spezifischen Volumens c erzielt werden. Auf diese Weise kann die Kältemittelströmungsmenge Ge im zweiten Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite weiter effektiv erhöht werden.
Ferner wird das Kältemittel im Kapillarrohr 17 durch den Wärmeaustausch zwischen dem Kapillarrohr 17 und dem Kompressoransaugrohr 25 gekühlt, sodass der Trockengrad des Kältemittels verringert und dadurch der Anteil des Flüssigphasenkältemittels erhöht wird. Als Ergebnis wird die Kühlwirkung des zweiten Verdampfapparats 18 der Niedertemperaturseite um das Maß erhöht, das gleich der Enthalpie Δh2 von 8 ist, sodass die Verdampfapparatkühlleistung verbessert werden kann.
In 8 ist die durch den Kompressor 11 im Kühlkreis angetriebene Gesamtkältemittelströmungsmenge durch G angegeben, und die vom Verzweigungspunkt Z zur Seite der Ejektorpumpe 14 zugeführte Kältemittelströmungsmenge (die Strömungsmenge des Ejektorpumpenantriebsstroms) ist durch G-Ge angegeben. Hierbei ist die Kältemittelströmungsmenge Ge die Kältemittelströmungsmenge des zweiten Verdampfapparats 18, die von dem Verzweigungspunkt Z zum Zweigkanal 16 strömt.
Im Innenwärmetauscher 24 ist die Kältemittelwärmefreisetzungsmenge Q im Kapillarrohr 17 durch Ge × Δh2 definiert, und die Kältemittelwärmeabsorptionsmenge Q am Kompressoransaugrohr 25 ist durch G × Δh1 definiert. Hierbei ist Δh1 die Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Kompressoransaugrohrs 25 im Innenwärmetauscher 24.
Die durchgezogene Linie d von 8 zeigt den Druckverminderungsprozess durch den Düsenabschnitt 14a der Ejektorpumpe 14 an, bei dem sich das Kältemittel entlang einer Linie konstanter Entropie ändert. Weiter zeigt ein Punkt e von 8 den Kältemittelzustand am Auslass des Düsenabschnitts 14a.
Ferner ist, wie oben beschrieben, der vorbestimmte stromabwärtige Endbereich 17x des Kapillarrohrs 17 vom Ansaugrohr 25 beabstandet, um den Wärmeaustausch zwischen dem vorbestimmten stromabwärtigen Endbereich 17x und dem Ansaugrohr 25 zu begrenzen. So zeigt das Kältemittel aufgrund der Tatsache, dass die Wärme nicht zwischen dem vorbestimmten stromabwärtigen Endbereich 17x des Kapillarrohrs 17 und dem Ansaugrohr 25 ausgetauscht wird, wenn das Kältemittel im Kapillarrohr 17 den vorbestimmten stromabwärtigen Endbereich 17x erreicht, die isenthalpische Veränderung, wie durch eine durchgezogene Linie b' in 8 angegeben.
Abgesehen vom dritten Ausführungsbeispiel wird, falls angenommen wird, dass der innere Wärmeaustausch im vorbestimmten stromabwärtigen Endbereich 17x des Kapillarrohrs 17 durchgeführt wird, die Kältemitteltemperatur im vorbestimmten stromabwärtigen Endbereich 17x des Kapillarrohrs 17 deutlich niedriger als die Kältemitteltemperatur im Ansaugrohr 25. Daher absorbiert das Kältemittel im Kapillarrohr 17 die Wärme von der Seite des Ansaugrohrs 25. Das dritte Ausführungsbeispiel kann einen solchen Nachteil beschränken.
In 8 ist ein Punkt f der Auslass des Kapillarrohrs 17, d.h. der Einlass des zweiten Verdampfapparats 18, und ein Punkt g ist der Auslass des zweiten Verdampfapparats 18. Weiter ist Δheba die Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 der Niedertemperaturseite (die Kühlwirkung des zweiten Verdampfapparats 18), und Δheva ist die Enthalpie differenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 der Niedertemperaturseite in dem Fall (im Vergleichsbeispiel), wenn die Druckverminderung durch das Kapillarrohr 17 ohne den inneren Wärmeaustausch ausgeführt wird.
Auch ist in 8 ein Punkt h der Kältemittelzustand im Mischabschnitt 14c der Ejektorpumpe 14, d.h. der Zustand des gemischten Kältemittels, das durch Vermischen des angesaugten Kältemittels, das vom Auslass des zweiten Verdampfapparats 18 angesaugt wird, und des Kältemittels, das vom Düsenabschnitt 14a ausgegeben wird, gebildet ist. Ein Punkt i ist der Kältemittelzustand nach der Druckerhöhung im Diffusorabschnitts 14d der Ejektorpumpe 14, d.h. der Zustand des Kältemittels am Einlass des ersten Verdampfapparats 15. Weiter ist ein Punkt j der Kältemittelzustand am Auslass des ersten Verdampfapparats 15. Ferner gibt eine gestrichelte Linie k den Kompressionsprozess in dem Fall an, wenn die Druckverminderung durch das Kapillarrohr 17 ohne den inneren Wärmeaustausch ausgeführt wird.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das eine Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels ist, bei welchem die Kapillarrohre 17a, 17b, 17c des zweiten Ausführungsbeispiels, die jeweils unterschiedliche Drosselgrade aufweisen, durch das Strömungskanalwechselventil 21 von einem zum anderen geschaltet werden. Die Kapillarrohre 17a, 17b, 17c und das Strömungskanalwechselventil 21 können gleich jenen des zweiten Ausführungsbeispiels sein.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel können die Vorteile des dritten Ausführungsbeispiels und die Vorteile des zweiten Ausführungsbeispiels erzielt werden.
10A und 10B zeigen das spezielle Konstruktionsbeispiel des Innenwärmetauschers 24 des vierten Ausführungsbeispiels. 10A entspricht 7A, und 10B entspricht 7B.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
In jedem der obigen Ausführungsbeispiele sind nur die vorbestimmten stromab wärtigen Endbereiche der Kapillarrohre 17, 17a, 17b, 17c von dem Ansaugrohr 25 beabstandet, um den Wärmeaustausch dazwischen zu beschränken. Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel sind jedoch, wie in 11A dargestellt, der vorbestimmte stromabwärtige Endbereich 17x des Kapillarrohrs 17 und ein vorbestimmter stromaufwärtiger Endbereich 17y des Kapillarrohrs 17 beide von dem Ansaugrohr 25 beabstandet, um den Wärmeaustausch dazwischen zu begrenzen.
Deshalb ist ein Wärmetauschabschnitt 24a des Innenwärmetauschers 24 nur in einem Längsmittelteil des Kapillarrohrs 17 ausgebildet.
In 11A sind der vorbestimmte stromabwärtige Endbereich 17x und der vorbestimmte stromaufwärtige Endbereich 17y des Kapillarrohrs in einer Richtung weg vom Ansaugrohr 25 gebogen. Alternativ können, wie in 11B dargestellt, ein vorbestimmter stromaufwärtiger Endbereich 25a und vorbestimmter stromabwärtiger Endbereich 25b des Ansaugrohrs 25 in einer Richtung weg vom Kapillarrohr 17 gebogen sein.
Beim Einbau des Kühlkreises 10 in das Fahrzeug ist es wegen zum Beispiel einer speziellen Anordnung der jeweiligen Vorrichtung schwierig, die gesamte Länge des Kapillarrohrs 17 entlang des Ansaugrohrs 25 zu platzieren. Daher wird in der Praxis häufig die in 11A oder 11B dargestellte Anordnung verwendet.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
12A und 12B zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel. Insbesondere zeigt 12A eine Konstruktion des sechsten Ausführungsbeispiels, bei welcher eine Außenumfangsfläche des Ansaugrohrs 25 und eine Außenumfangsfläche des Kapillarrohrs 17, die in 7A dargestellt sind, vollständig von einem wärmeisolierenden Material (Wärmeisolationseinrichtung) 27 abgedeckt sind. 12B zeigt die Konstruktion, die ähnlich jener von 7B ist, aber von dem wärmeisolierenden Material 27 umgeben ist. Das Wärmeisolationsmaterial 27 kann vorzugsweise zum Beispiel ein poröses, geschäumtes Harzmaterial sein und ist an der Außenumfangsfläche des Ansaugrohrs 25 und der Außenumfangsfläche des Kapillarrohrs 17 durch zum Beispiel ein Klebematerial befestigt.
Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist die Temperatur des Ansaugrohrs 25 im Vergleich zur Umgebung reduziert, und es ist möglich, eine Wärmeabsorption durch das Ansaugrohr 25 aus der Umgebung zu begrenzen. Das heißt, der Wärmeverlust an die Umgebung wird durch das Wärmeisolationsmaterial 27 beschränkt, um die Wärmetauscheffizienz des Innenwärmetauschers 24 zu erhöhen.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
13 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird ein Wärmeisolationsmaterial (eine Wärmeisolationseinrichtung) 28a benutzt, die an einer Wärmeisolationsbox 28 des Kühlraums vorgesehen ist, um die Vorteile ähnlich jenen des sechsten Ausführungsbeispiels zu erreichen.
Die Wärmeisolationsbox 28 bildet einen Kühlraum 29, der durch die Kühleinheit 19 gekühlt wird, und die Wärmeisolationsbox 28 bildet eine Wärmeisolationskonstruktion, die das Wärmeisolationsmaterial 28a aufweist. Im siebten Ausführungsbeispiel ist der Innenwärmetauscher 24 im Wärmeisolationsmaterial 28a eingebettet. Auf diese Weise kann das Wärmeisolationsmaterial 28a der Wärmeisolationsbox 28 benutzt werden, um den Wärmeverlust an die Umgebung zu beschränken und dadurch die Wärmetauscheffizienz des Innenwärmetauschers 24 zu verbessern.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
In jedem der obigen Ausführungsbeispiele enthält der Drosselmechanismus des zweiten Verdampfapparats 18 nur das Kapillarrohr 17. Alternativ enthält im achten Ausführungsbeispiel, wie in 14 dargestellt, der Drosselmechanismus des zweiten Verdampfapparats 18 des achten Ausführungsbeispiels eine Kombination des Kapillarrohrs 17 und eines weiteren Drosselmechanismus 30. Selbst wenn der weitere Drosselmechanismus 30 mit dem Kapillarrohr 17 kombiniert wird, können die Vorteile ähnlich den oben beschriebenen beim Druckverminderungsprozess des Kapillarrohrs 17 erzielt werden.
Der weitere Drosselmechanismus 30 kann eine feste Drosselöffnung (z.B. eine Blende) oder eine variable Drosselvorrichtung sein. Die variable Drosselvorrichtung kann eine Kanalquerschnittsfläche basierend auf der Temperatur des Kältemittels, dem Druck des Kältemittels und/oder dergleichen verändern. Ferner kann der weitere Drosselmechanismus 30 stromab des Kapillarrohrs 17 vorgesehen werden, wie in 14 dargestellt, und/oder kann stromauf des Kapillarrohrs 17 vorgesehen werden.
Der weitere Drosselmechanismus 30 kann gleichermaßen im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels (5) verwendet werden, das die mehreren Kapillarrohre 17a, 17b, 17c nutzt, die jeweils die unterschiedlichen Drosselgrade aufweisen. Auch kann der weitere Drosselmechanismus 30 gleichermaßen im Fall des dritten Ausführungsbeispiels (6) verwendet werden, das den Innenwärmetauscher 24 bildet.
(Weiteres Ausführungsbeispiel)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, und deshalb können die obigen Ausführungsbeispiele wie folgt variiert werden.

(1) In den obigen Ausführungsbeispielen enthält der Kühlkreis keine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung, die das zugeführte Kältemittel in das Flüssigphasenkältemittel und das Gasphasenkältemittel trennt und das überschüssige Flüssigphasenkältemittel speichert. Alternativ kann der Kühlkreis eine solche Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung enthalten.

Insbesondere kann die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (ein Speicher) an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 vorgesehen werden, und das Gasphasenkältemittel, das durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung getrennt wird, kann durch das Ansaugrohr 25 der Ansaugseite des Kompressors 11 zugeführt werden.
Weiter kann alternativ die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (das Auffanggefäß) an der Auslassseite des Kühlers 13 vorgesehen werden, und das Flüssigphasenkältemittel, das durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung getrennt wird, kann der Seite des Verzweigungspunktes Z zugeführt werden. In diesem Fall kann ein Kältemittelströmungsmengeneinstellmechanismus vorgesehen werden, um den Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des ersten Verdampfapparats 15 zu steuern und dadurch die Rezirkulation des Flüssigphasenkältemittels zum Kompressor 11 zu beschränken. Der Kältemittelströmungsmengeneinstellmechanismus kann ein thermisches Expansionsventil sein, das stromauf der Ejektorpumpe 14 positioniert ist, und der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des ersten Verdampfapparats 15 kann durch das thermische Expansionsventil gesteuert werden.

(2) In den obigen Ausführungsbeispielen sind der erste Verdampfapparat 15 der Hochtemperaturseite und der zweite Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite beide im Kühlkreis vorgesehen. Alternativ ist es möglich, nur den zweiten Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite im Kühlkreis vorzusehen.
(3) In den obigen Ausführungsbeispielen sind der erste Verdampfapparat 15 der Hochtemperaturseite und der zweite Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite im Kühlkreis vorgesehen. Zusätzlich zum ersten und zweiten Verdampfapparat 15, 18 kann im Kreis ein dritter Verdampfapparat vorgesehen werden, in dem das Kältemittel bei der Verdampfungstemperatur verdampft, die im Allgemeinen gleich jener des ersten Verdampfapparats 15 der Hochtemperaturseite ist.
(4) In den obigen jeweiligen Ausführungsbeispielen kann ein elektrisches Regelventil, beispielsweise ein Solenoidventil, zum Zweck des Öffnens und Schließens des Strömungskanals in jedem des Kältemittelkanals auf der Seite des ersten Verdampfapparats 15 und des Zweigkanals 16 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann einer des Kältemittelstroms zum ersten Verdampfapparat 15 und des Kältemittelstroms zum zweiten Verdampfapparat 18 frei ausgewählt werden.
(5) In den obigen jeweiligen Ausführungsbeispielen bilden der erste Verdampfapparat 15 und der zweite Verdampfapparat 18 die eine Kühleinheit 19, die den zu kühlenden Raum im Kühlraum kühlt. Alternativ können der erste Verdampfapparat 15 und der zweite Verdampfapparat 18 jeweils in separaten zu kühlenden Räumen vorgesehen werden, um sie zu kühlen. In diesem Fall kann die Kühltemperatur des zu kühlenden Raums des ersten Verdampfapparats 15 so eingestellt werden, dass sie relativ hoch ist, und die Kühltemperatur des zu kühlenden Raums des zweiten Verdampfapparats kann so eingestellt werden, dass sie relativ niedrig ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Kühlbetrieb bei den zwei unterschiedlichen Kühltemperaturen zu erzielen.

Ferner kann der erste Verdampfapparat 15 der Hochtemperaturseite vorgesehen sein, um das Innere des Fahrgastraums des Fahrzeugs zu kühlen, und der zweite Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite kann vorgesehen sein, um das Innere des Kühlraums zu kühlen. Alternativ kann der erste Verdampfapparat 15 der Hochtemperaturseite vorgesehen sein, um ein Inneres eines Kühlraums eines Kühlraum-Gefrierapparats zu kühlen, und der zweite Verdampfapparat 18 der Niedertemperaturseite kann vorgesehen sein, um ein Inneres eines Gefrierraums des Kühlraum-Gefrierapparats zu kühlen.

(6) In den obigen jeweiligen Ausführungsbeispielen wird das Kältemittel (z.B. das Fluorkohlenstoff-Kältemittel oder das HC-Kältenttel) benutzt, dessen Hochdruck den kritischen Druck nicht übersteigt, um den unterkritischen Dampfkompressionskreis zu bilden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch gleichermaßen auf einen überkritischen Dampfkompressionskreis anwendbar, in welchem das Kältemittel (z.B. Kohlendioxid, d.h. CO₂) verwendet wird, dessen Hochdruck den kritischen Druck übersteigt. Im überkritischen Dampfkompressionskreis gibt jedoch das Kältemittel, das vom Kompressor ausgegeben wird, im Kühler 13 nur die Wärme im überkritischen Zustand ab und kondensiert nicht, sodass die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung am Auslass des ersten Verdampfapparats 15 vorgesehen sein sollte.
(7) In den obigen jeweiligen Ausführungsbeispielen ist die Ejektorpumpe 14 die feste Ejektorpumpe, die den Düsenabschnitt 14a der festen konstanten Kanalquerschnittsfläche enthält. Alternativ kann die Ejektorpumpe 14 eine variable Ejektorpumpe sein, die einen variablen Düsenabschnitt enthält, der eine einstellbare Kanalquerschnittsfläche aufweist. Ein spezielles Beispiel des variablen Düsenabschnitts kann ein Mechanismus sein, bei welchem eine Nadel bewegbar in einem Durchgang des variablen Düsenabschnitts aufgenommen ist und eine Position der Nadel durch einen elektrischen Stellantrieb gesteuert wird, um die Kanalquerschnittsfläche einzustellen.
(8) In den obigen jeweiligen Ausführungsbeispielen sind der erste Verdampfapparat 15 und der zweite Verdampfapparat 18 als innere Wärmetauscher (d.h. im Innern des jeweiligen Raums angeordnete Wärmetauscher) vorgesehen, die den jeweiligen zu kühlenden Raum kühlen, und der Kühler 13 ist als ein äußerer Wärmetauscher (d.h. ein außerhalb des jeweiligen Raums angeordneter Wärmetauscher) vorgesehen, der die Wärme an die Atmosphäre abgibt. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch auf einen weiteren beispielhaften Fall (einen Wärmepumpenkreis) anwendbar, bei welchem der erste Verdampfapparat 15 und der zweite Verdampfapparat 18 als äußere Wärmetauscher vorgesehen sind, die die Wärme von einer externen Wärmequelle, wie beispielsweise der Umgebung, absorbieren, und der Kühler 13 kann als ein innerer Wärmetauscher vorgesehen sein, der ein jeweiliges Heizfluid (z.B. Luft oder Wasser) erwärmt.

Das heißt, der Kühlkreis der vorliegenden Erfindung enthält den Wärmepumpenkreis, bei welchem der Kühler 13 als innerer Wärmetauscher vorgesehen ist.
Weitere Vorteile und Modifikationen wird der Fachmann einfach finden. Die Erfindung ist deshalb in ihrer Allgemeinheit nicht auf spezielle Einzelheiten, repräsentative Vorrichtungen und beispielhafte Beispiele, die gezeigt und beschrieben wurden, beschränkt.

Claims

Ejektorpumpenkühlkreis, mit einem Kompressor (11), der ein Kältemittel ansaugt und komprimiert; einem Kühler (13), der Wärme vom Hochdruckkältemittel, das vom Kompressor (11) ausgegeben wird, abgibt; einer Ejektorpumpe (14), die enthält: einen Düsenabschnitt 14a, der das Kältemittel, das von einem Auslass des Kühlers (13) zugeführt wird, im Druck vermindert und ausdehnt; einen Kältemittelansaugeinlass (14b), von dem das Kältemittel durch einen Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom angesaugt wird, der vom Düsenabschnitt (14a) ausgegeben wird; und einen Druckerhöhungsabschnitt (14d), der einen Kältemittelstrom abbremst und im Druck erhöht, in welchem der vom Düsenabschnitt (14a) ausgegebene Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom und der von dem Kältemittelansaugeinlass (14b) zugeführte angesaugte Kältemittel vermischt sind; einem Zweigkanal (16), der an einem Punkt stromauf der Ejektorpumpe (14) abzweigt und mit dem Kältemittelansaugeinlass (14b) verbunden ist; einem Drosselmechanismus (17, 17a, 17b, 17c), der im Zweigkanal (16) vorgesehen ist und ein Kapillarrohr (17, 17a, 17b, 17e) enthält; und einem Verdampfapparat (18), der im Zweigkanal stromab des Drosselmechanismus (17, 17a, 17b, 17c) angeordnet ist.
Ejektorpumpenkühlkreis nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten Verdampfapparat (15), der stromab der Ejektorpumpe (14) angeschlossen ist, wobei der Verdampfapparat (18) des Zweigkanals (16) ein zweiter Verdampfapparat (18) ist, der eine Kältemittelverdampfungstemperatur besitzt, die niedriger als jene des ersten Verdampfapparats (15) ist.
Ejektorpumpenkühlkreis nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Kapillarrohr (17a, 17b, 17c) eines von mehreren Kapillarrohren (17a, 17b, 17c) ist, die jeweils unterschiedliche Drosselgrade besitzen; und der Ejektorpumpenkühlkreis ferner eine Strömungskanalwechseleinrichtung (21) zum Wechseln und Benutzen eines Effektiven der mehreren Kapillarrohre (17a, 17b, 17c) aufweist.
Ejektorpumpenkühlkreis nach Anspruch 3, bei welchem die Strömungskanalwechseleinrichtung (21) das Effektive der mehreren Kapillarrohre (17a, 17b, 17c) basierend auf einem Überhitzungsgrad des Kältemittels an einem Auslass des Verdampfapparats (18) des Zweigkanals (16) wechselt und benutzt.
Ejektorpumpenkühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einer Wärmetauschkonstruktion (24), die Wärme zwischen dem Kapillarrohr (17) und einem Ansaugrohr (25) des Kompressors (11) austauscht.
Ejektorpumpenkühlkreis nach Anspruch 5, bei welchem ein vorbestimmter stromabwärtiger Endbereich (17x) des Kapillarrohrs (17, 17a, 17b, 17c) von dem Ansaugrohr (25) beabstandet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem vorbestimmten stromabwärtigen Endbereich (17x) des Kapillarrohrs (17, 17a, 17b, 17c) und dem Ansaugrohr (25) zu beschränken.
Ejektorpumpenkühlkreis nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das Kapillarrohr (17) eine Außenumfangsfläche des Ansaugrohrs (25) in der Wärmetauschkonstruktion (24) kontaktiert.
Ejektorpumpenkühlkreis nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das Kapillarrohr (17) in einem Innern des Ansaugrohrs (25) in der Wärmetauschkonstruktion (24) platziert ist.
Ejektorpumpenkühlkreis nach einem der Ansprüche 5 bis 8, ferner mit einer Wärmeisolationseinrichtung (27, 28a) zum thermischen Isolieren zwischen der Wärmetauschkonstruktion (24) und einer Umgebung.
Ejektorpumpenkühlkreis nach Anspruch 9, bei welchem die Wärmeisolationseinrichtung (27) ein Wärmeisolationsmaterial (27) ist, das die Außenumfangsfläche des Ansaugrohrs (25) überdeckt.
Ejektorpumpenkühlkreis nach Anspruch 9, ferner mit einem Wärmeisolationskasten (28), der ein Wärmeisolationsmaterial (28a) enthält, das als die Wärmeisolationseinrichtung dient, wobei der Wärmeisolationskasten (28) einen jeweiligen zu kühlenden Raum (29) bildet, der durch den Verdampfapparat (18) des Zweigkanals (16) gekühlt wird; und die Wärmetauschkonstruktion (24) in dem Wärmeisolationsmaterial (28a) des Wärmeisolationskastens (28) eingebettet ist.