DE102006062834B4

DE102006062834B4 - Ejektorkreislaufsystem

Info

Publication number: DE102006062834B4
Application number: DE102006062834.9A
Authority: DE
Inventors: Makoto Ikegami; Hiroshi Oshitani; Etsuhisa Yamada; Naohisa Ishizaka; Hirotsugu Takeuchi; Takeyuki Sugiura; Takuo Maehara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: US20100319393A1; US20090095013A1; US8991201B2; DE102006029973A1; DE102006029973B4; US8047018B2; US20070000262A1

Abstract

Ejektorkreislaufsystem mit einem Kältemittelkreislauf, durch den Kältemittel strömt, umfassend: einen Kompressor (11), der Kältemittel ansaugt und komprimiert; einen Radiator (12), der Wärme aus Hochdruckkältemittel abstrahlt, das vom Kompressor abgegeben wird, einen Ejektor (15), der stromab von dem Radiator angeordnet ist, wobei der Ejektor aufweist einen Düsenabschnitt (15a) zum Druckreduzieren und Expandieren des Kältemittels, eine Kältemittelansaugöffnung (15b), durch welche Kältemittel durch eine Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung gesaugt wird, die aus dem Düsenabschnitt als Strahl ausgestoßen wird, und einen Druck erhöhenden Abschnitt zum Mischen von Kältemittel, das durch die Kaltemittelansaugöffnung mit dem Hochgeschwindigkeits-Kältemittel gesaugt wird, und zum Verlangsamen des gemischten Kältemittelstroms, um den Druck des Kältemittelstroms zu erhöhen, einen ersten Verdampfer (16), der das aus dem Ejektor ausströmende Kältemittel verdampft, einen Abzweigdurchtritt (18), der von einem Abzweigabschnitt (Z) zwischen dem Radiator und dem Düsenabschnitt des Ejektors abzweigt und an die Kältemittelansaugöffnung gekoppelt ist, um das aus dem Radiator in die Kältemittelansaugöffnung strömende Kältemittel zu führen, eine Drosseleinheit (19), die in dem Abzweigdurchtritt angeordnet ist und das Kältemittel im Druck verringert, um die Strömungsmenge des Kältemittels einzustellen, einen zweiten Verdampfer (20), der stromabwärts von der Drosseleinheit angeordnet ist, um Kältemittel zu verdampfen, und ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ejektorkreislaufsystem mit einem Ejektor, der als eine Kältemittel-Druckreduzierungseinrichtung und als eine Kältemittel-Zirkulierungseinrichtung arbeitet.
Ejektorkreislaufsysteme, die mit mehreren Verdampfern versehen sind, wie in JP 3 322 263 B1 (entsprechend US 6 574 987 B2 , US 6 477 857 B2 ), sind bekannt.
Wie in 6 dargestellt ist, ist ein erster Verdampfer 16 bezüglich einer Kältemittelströmung stromabwärts eines Ejektors 15 angeschlossen. Ein Sammler 32, der einen Dampf-/Flüssigkeits-Abscheider bildet, befindet sich bezüglich der Kältemittelströmung stromabwärts des ersten Verdampfers 16. Ferner befindet sich ein zweiter Verdampfer 20 zwischen einem Flüssigphasen-Kältemittelauslass des Sammlers 32 und einer Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15. Die zwei Verdampfer 16, 20 werden gleichzeitig betrieben.
In diesem Kältemittelkreislauf wird ein Druckabfall, der durch eine Hochgeschwindigkeitsströmung von Kältemittel bei der Expansion bewirkt wird, verwendet, um Kältemittel, welches aus dem zweiten Verdampfer 20 strömt, anzusaugen, und ferner wird Geschwindigkeitsenergie von Kältemittel bei der Expansion in Druckenergie an einem Diffusorabschnitt 15d (Druckerhöhungsabschnitt) umgewandelt, um den Kältemitteldruck (d. h. Einlassdruck eines Kompressors 11) zu erhöhen. Somit kann Energie zum Antrieb des Kompressors 11 reduziert werden, und der Wirkungsgrad des Kreislaufbetriebs kann verbessert werden.
In diesem Kältemittelkreislauf kann eine Wärmeabsorptions-(Kühl-)Wirkung aus separaten Räumen unter Verwendung des ersten Verdampfers 16 und des zweiten Verdampfers 20 erzeugt werden, oder sie kann aus ein und demselben Raum durch die zwei Verdampfer 16, 20 erzeugt werden. Ebenso kann das Innere eines Fahrzeugabteils unter Verwendung der zwei Verdampfer 16, 20 gekühlt werden.
In diesem Kältemittelkreislauf tritt Kältemittel, welches aus einem Radiator 12 strömt, vollständig durch einen Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15. Hier wird die Strömungsrate von Kältemittel, welches durch den Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 hindurchtritt, als Gnoz bezeichnet. Dieser Wert Gnoz wird auf eine solche Strömungsrate eingestellt, dass die Trockenheit des Kältemittels auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 einen vorbestimmten Wert oder einen niedrigeren Wert annimmt. Das durch den Düsenabschnitt 15a druckreduzierte Kältemittel wird mit dem Kältemittel gemischt, welches durch die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugt wird, und strömt in den ersten Verdampfer 16. Das Kältemittel, welches aus dem ersten Verdampfer 16 ausströmt, wird in dem Sammler 32 in Dampfphasenkältemittel und Flüssigphasenkältemittel getrennt.
Die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 wird druckentlastet und erzeugt somit eine Saugwirkung. Als ein Ergebnis wird der zweite Verdampfer 20 mit dem Flüssigphasenkältemittel versorgt, welches in dem Sammler 32 abgeschieden wurde. Hier wird die Strömungsrate des durch die Kältemittelansaugöffnung 15b gesaugten Kältemittels als Ge bezeichnet. Das Flüssigphasenkältemittel, welches in den zweiten Verdampfer 20 einströmt, wird an dem zweiten Verdampfer 20 verdampft. Daher ist das meiste oder alles von dem durch die Kältemittelansaugöffnung 15b gesaugten Kältemittel Dampfphasenkältemittel. Demzufolge trägt die Strömungsrate Gnoz an Flüssigphasenkältemittel wesentlich zu der Kühlkapazität des ersten Verdampfers 16 bei. Daher wird die Kühlkapazität des ersten Verdampfers 16 durch Gnoz beeinflusst.
Durch Erhöhen der Strömungsrate bzw. des Durchsatzes Ge an Kältemittel, welches durch die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugt wird, wird die Strömungsrate von Flüssigphasenkältemittel, das in den zweiten Verdampfer 20 einströmt, vergrößert. Demgemäß kann die Kühlkapazität des zweiten Verdampfers 20 vergrößert werden, ohne die Kühlkapazität des ersten Verdampfers 16 zu reduzieren, und somit wird die Kühlkapazität des gesamten Kreislaufs ebenfalls vergrößert.
Die Kühlkapazität des Verdampfers wird beispielsweise als Inkrement der Enthalpie des Kältemittels definiert, welche beobachtet wird, wenn das Kältemittel Wärme aus der Luft in dem Verdampfer absorbiert. Das Inkrement der Enthalpie wird durch Multiplizieren eines Inkrements der spezifischen Enthalpie des Kältemittels pro Gewichtseinheit mit der Strömungsrate des Kältemittels definiert. Die Kühlkapazität des gesamten Kreislaufs wird als die Summe Qer von Inkrementen der Enthalpie des Kältemittels am ersten und zweiten Verdampfer 16 und 20 definiert. Die Kühlkapazität kann auch als der Leistungskoeffizient (COP = coefficient of performance) definiert werden, der durch Dividieren von Qer durch die von dem Kompressor 11 verbrauchte Energie erhalten wird.
In einem herkömmlichen Kreislauf findet daher das in 8 dargestellte Phänomen statt. Das heißt, wenn das Strömungsverhältnis η (η = Ge/Gnoz) vergrößert wird, vergrößert sich die Kühlkapazität Qer des Gesamtkreislaufs ebenso. Das Strömungsverhältnis η ist das Verhältnis der Strömungsrate Ge des in die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugten Kältemittel zu der Strömungsrate Gnoz des Kältemittels, welches durch den Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 hindurchtritt.
Wenn die Wärmelast des herkömmlichen Kreislaufs niedrig ist, wird die Differenz zwischen Hochdruck und Niedrigdruck des Kältemittels in dem Kreislauf reduziert; damit wird die Einspeisung in den Ejektor 15 reduziert. In diesem Fall tritt in dem herkömmlichen Kreislauf ein Problem auf. Da die Kältemittelströmungsrate Ge nur von der Kältemittelsaugleistungsfähigkeit des Ejektors 15 abhängt, findet folgendes statt: Reduzierung der Einspeisung in den Ejektor 15 → Reduzierung der Kältemittelsaugleistungsfähigkeit des Ejektors 15 → Reduzierung der Strömungsrate von Flüssigphasen-Kältemittel, welches in den zweiten Verdampfer 20 einströmt → Reduzierung des Strömungsverhältnisses η. Dies führt zur Reduzierung der Kühlkapazität Qer.
US 2005/0 178 150 A1 schlägt einen Ejektorkreislauf vor, der in 7 dargestellt ist. In diesem Ejektorkreislauf von 7 ist ein Abzweigdurchtritt 18 zwischen der Abgabeseite eines Radiators 12 und der Kältemitteleinströmöffnung eines Ejektors 15 vorgesehen. Ein Drosselmechanismus 42, welcher den Druck und die Strömungsrate des Kältemittels einstellt, und ein zweiter Verdampfer 20 sind in diesem Abzweigdurchtritt 18 angeordnet. Der Auslass des zweiten Verdampfers 20 ist an der Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 angeschlossen.
Die Strömung des Kältemittels wird stromaufwärts des Ejektors 15 getrennt und das abgetrennte Kältemittel wird in die Kältemittelansaugöffnung 15b durch den Abzweigdurchtritt 18 gesaugt. Daher steht der Abzweigdurchtritt 18 in paralleler Beziehung zu dem Ejektor 15 bezüglich des Anschlusses. Aus diesem Grund kann dann, wenn Kältemittel in den Abzweigdurchtritt 18 zugeführt wird, die Kältemittelsaug- und -abgabeleistungsfähigkeit des Kompressors 11 zusätzlich zu der Kältemittelsaugleistungsfähigkeit des Ejektors 15 ausgenutzt werden.
Daher kann, obwohl das Phänomen der Reduzierung der Einspeisung in den Ejektor 15 und der Reduzierung der Kältemittelsaugleistungsfähigkeit des Ejektors 15 auftritt, der Grad der Reduzierung der Strömungsrate Ge von in die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugtem Kältemittel mehr reduziert werden als in dem herkömmlichen Kreislauf.
In dem in US 2005/0 178 150 A1 vorgeschlagenen Ejektorkreislauf wird die Strömung des Kältemittels stromaufwärts des Ejektors 15 getrennt. Daher ist die Strömungsrate Gn des Kältemittels, welches aus dem Radiator 12 ausströmt, gleich der Summe der Strömungsrate Gnoz von Kältemittel, welches durch den Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 hindurchtritt, und der Strömungsrate von Kältemittel, welches in den zweiten Verdampfer 20 einströmt. Die Strömungsrate von Kältemittel, welches in den zweiten Verdampfer 20 einströmt, ist gleich der Strömungsrate Ge von Kältemittel, das in die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugt wird.
Daher kann die Beziehung aufrechterhalten werden, die als Gn = Gnoz + Ge ausgedrückt wird. Somit wird, wenn Gnoz reduziert wird, Ge vergrößert; wenn Gnoz umgekehrt vergrößert wird, wird Ge reduziert. Daher wird selbst dann, wenn die Kühlkapazität des ersten Verdampfers 16 gesenkt wird, die Kühlkapazität des zweiten Verdampfers 20 vergrößert; selbst wenn die Kühlkapazität des zweiten Verdampfers 20 umgekehrt reduziert wird, wird die Kühlkapazität des ersten Verdampfers 16 vergrößert. Deshalb wird die Kühlkapazität Qer des in 8 dargestellten Vergleichskreislaufs erbracht. Das heißt, in dem Vergleichskreislauf ist eine Änderung der Kühlkapazität Qer für eine Änderung des Strömungsverhältnisses η kleiner als in dem herkömmlichen Kreislauf, und die Kühlkapazität erreicht einen Spitzenwert bei dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax.
Ferner verbleibt in einem Ejektorkreislaufsystem, in welchem Kältemittel im Kältemittelkreislauf unter Verwendung der Saugkraft eines Ejektors zirkuliert, leicht Öl in einem Verdampfer, in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Ejektors. Im Allgemeinen ist eine vorbestimmte Menge an zirkulierendem Öl nötig, wenn das System für eine lange Zeit unter einer niedrigen Last betrieben wird, um den Kompressor zu schützen.
Mit Blick auf die vorstehenden Probleme ist es erforderlich, das Strömungsverhältnis η nahe an das optimale Strömungsverhältnis ηmax in dem Kreislauf zu bringen, um ein Ejektorkreislaufsystem mit hoher Kühlkapazität Qer zu betreiben.
In der DE 28 34 075 A1 ist eine Wärmepumpe mit einem Ejektorkreislauf offenbart, bei welcher ein innerer Wärmeübertrager einen Verdampfer für das Kältemittel nach dem Austritt aus dem Ejektor bildet. Des Weiteren führt eine Verzweigungsleitung, die auf der Hochdruckseite zwischen Radiator und Ejektoreintritt abzweigt, das Kältemittel über den inneren Wärmeübertrager, ein Entspannungsventil und über einen weiteren Verdampfer an die Kältemittelsaugseite.
In der DE 103 55 315 A1 ist eine Klimaanlage mit einem Ejektorkreislauf offenbart, bei dem der Kältemittelmengendurchsatz an der Düse des Ejektors durch ein Ventil einstellbar ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ejektorkreislaufsystem mit hoher Kühlkapazität in dem gesamten Kältemittelkreislauf zu betreiben.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ejektorkreislaufsystem bereitzustellen, in dem eine variable Drosselvorrichtung zwischen einer Kühlmittelauslassseite eines Radiators und einem Abzweigabschnitt stromauf des Düsenabschnitts eines Ejektors angeordnet ist, um die Kreislaufeffizienz in dem gesamten Kältemittelkreislauf zu verbessern.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ejektorkreislaufsystem mit einem Kältemittelkreislauf, durch den Kältemittel strömt, einen Kompressor, der dazu ausgelegt ist, Kältemittel anzusaugen und zu komprimieren, einen Radiator, der Wärme aus dem Hochdruckkältemittel, das vom Kompressor kommt, abgibt, einen Ejektor, der stromab des Radiators angeordnet ist, wobei der Ejektor einen Düsenabschnitt zur Druckreduzierung und zum Expandieren des Kältemittels, eine Kältemittelansaugöffnung, durch die Kältemittel durch einen Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom, der vom Düsenabschnitt ausströmt, angesaugt wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt aufweist zum Mischen von Kältemittel, das durch die Kältemittelansaugöffnung mit dem Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom gesaugt wird, und zum Verlangsamen des gemischten Kältemittelstroms zum Erhöhen des Drucks des Kältemittelstroms, einen ersten Verdampfer, der das aus dem Ejektor ausströmende Kältemittel verdampft, eine Abzweigleitung bzw. einen Abzweigdurchtritt, der von einem Abzweigabschnitt zwischen dem Radiator und dem Düsenabschnitt des Ejektors abzweigt und an die Kältemittelansaugöffnung angeschlossen ist, um das aus dem Radiator ausströmende Kältemittel in die Kältemittelansaugöffnung zu leiten, eine Drosseleinheit, die in dem Abzweigdurchtritt angeordnet ist und das Kältemittel im Druck reduziert, um die Strömungsmenge an Kältemittel einzustellen, und einen zweiten Verdampfer, der stromab der Drosseleinheit angeordnet ist, um Kältemittel zu verdampfen. In dem Ejektorkreislaufsystem ist eine variable Drosselvorrichtung in einem Kältemitteldurchlass zwischen der Kältemittelauslassseite des Radiators und dem Abzweigabschnitt angeordnet, um das aus dem Radiator ausströmende Kältemittel im Druck zu reduzieren bzw. zu dekomprimieren.
Nachdem die variable Drosselvorrichtung in dem Kältemitteldurchlass zwischen der Kältemittelauslassseite des Radiators und dem Abzweigabschnitt angeordnet ist, ist es für das Strömungsverhältnis η möglich, dass es nahe an dem Optimum des Strömungsverhältnisses ηmax durch geeignete Einstellung einer Querschnittsfläche des Kältemitteldurchlasses des Düsenabschnitts des Ejektors und des Drosselöffnungsgrades der Drosseleinheit liegt. Daraus ergibt sich, dass das Ejektorkreislaufsystem mit einer hohen Kühlkapazität im gesamten Kältemittelkreislauf betrieben werden kann und die Kreislaufeffizienz im gesamten Kältemittelkreislauf verbessert werden kann.
Beispielsweise kann die variable Drosselvorrichtung so konfiguriert werden, dass die Strömungsmenge des Kältemittels im gesamten Kältemittelkreislauf eingestellt wird auf der Basis wenigstens einer physikalischen Größe bezogen auf wenigstens einen Wert eines Zustands des Kältemittels im Kältemittelkreislauf, der Temperatur eines durch den ersten und zweiten Verdampfer zu kühlenden Raumes, und der Umgebungstemperatur des zu kühlenden Raumes.
Als Beispiel kann die physikalische Größe in Beziehung gesetzt werden zu einem Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Kältemittelauslassseite des ersten Verdampfers. In diesem Falle ist die variable Drosselvorrichtung so konfiguriert, dass die Strömungsmenge des Kältemittels in dem gesamten Kältemittelkreislauf so eingestellt wird, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Kältemittelauslassseite des ersten Verdampfers einem vorbestimmten Wert angenähert wird.
Nach einem weiteren Beispiel kann die physikalische Größe in Beziehung gesetzt werden zu einem Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des zweiten Verdampfers. In diesem Falle ist die variable Drosselvorrichtung so ausgelegt, dass die Strömungsmenge des Kältemittels in dem gesamten Kältemittelkreislauf in der Weise eingestellt wird, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des zweiten Verdampfers an einen vorbestimmten Wert angenähert wird.
Nach einem weiteren Beispiel kann die physikalische Größe bezogen werden auf einen Unterkühlungsgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Radiators. In diesem Falle ist die variable Drosselvorrichtung so ausgelegt, dass die Strömungsmenge des Kältemittels im gesamten Kältemittelkreislauf derart eingestellt wird, dass der Unterkühlgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Radiators an einen vorbestimmten Wert angenähert wird.
Alternativ kann das vom Kompressor abgegebene Hochdruckkältemittel einen Druck aufweisen, der höher ist als ein kritischer Druck des Kältemittels. In diesem Falle wird die physikalische Größe auf eine Temperatur und einen Druck des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Radiators in Beziehung gesetzt und die variable Drosselvorrichtung wird so konfiguriert, dass die Strömungsmenge des Kältemittels im gesamten Kältemittelkreislauf derart eingestellt wird, dass der Druck oder die Temperatur des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Radiators einem vorbestimmten Wert angenähert wird.
Weiterhin alternativ kann die physikalische Größe auf die Strömungsmenge des vom Kompressor abgegebenen Kältemittels bezogen werden. In diesem Falle wird die variable Drosselvorrichtung so ausgelegt, dass die Strömungsmenge des Kältemittels im gesamten Kältemittelkreislauf derart eingestellt wird, dass die Strömungsmenge des Kältemittels im gesamten Kältemittelkreislauf einem vorbestimmten Wert angenähert wird.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen leichter ersichtlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm, welches ein Ejektorkreislaufsystem gemäß einer ersten Ausführungsform zur Erläuterung der folgenden zweiten bis fünften Ausführungsformen der Erfindung zeigt,
2 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform,
3 ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform,
4 ein schematisches Diagramm einer vierten Ausführungsform,
5 ein schematisches Diagramm einer fünften Ausführungsform,
6 ein schematisches Diagramm, welches ein Ejektorkreislaufsystem gemäß einem herkömmlichen Beispiel zeigt,
7 ein schematisches Diagramm, welches ein Ejektorkreislaufsystem gemäß einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und
8 einen Graph, der das Verhältnis zwischen einer Kühlkapazität und einem Strömungsverhältnis in den Kreisen der 6 und 7 zeigt.
(Erste Ausführungsform)
Die erste Ausführungsform ist eine vorläufige Ausführungsform zur Erläuterung der folgenden zweiten bis fünften Ausführungsformen der Erfindung.
1 stellt ein Beispiel dar, in welchem ein Ejektorkreislaufsystem 10 der ersten Ausführungsform bei einer Kälteerzeugungseinrichtung für Fahrzeuge angewandt ist. Die Kälteerzeugungseinrichtung für Fahrzeuge in dieser Ausführungsform ist so aufgebaut, dass diese die Temperatur in einem Abteil auf eine sehr niedrige Temperatur nahe von beispielsweise –20°C senkt.
In dem Ejektorkreislaufsystem 10 saugt ein Kompressor 11 Kältemittel an, komprimiert dieses und gibt dieses wieder ab. Der Kompressor 11 wird durch einen Motor des Fahrzeugs (nicht gezeigt) über eine elektromagnetische Kupplung 11a und einen Riemen drehend angetrieben. Diese Ausführungsform verwendet einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Verdrängung, dessen Abgabekapazität kontinuierlich und variabel durch äußere Steuersignale gesteuert werden kann.
Es wird eine genauere Beschreibung gegeben. Der Druck in einer Taumelscheibenkammer (nicht gezeigt) wird unter Verwendung des Abgabedrucks und des Einlassdrucks des Kompressors 11 gesteuert. Somit wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe geändert, um den Kolbenhub zu ändern, und dadurch wird die Abgabekapazität kontinuierlich innerhalb des Bereichs von im Wesentlichen 0% bis 100% geändert. Die Kältemittelabgabeleistung kann durch diese Änderung der Abgabekapazität geändert bzw. eingestellt werden.
Die Abgabekapazität ist das geometrische Volumen eines Arbeitsraums, in welchem Kältemittel angesaugt und komprimiert wird, und sie ist äquivalent zu der Zylinderkapazität zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt eines Kolbenhubs.
Die Steuerung des Drucks in der Taumelscheibenkammer wird wie folgt beschrieben. Der Kompressor 11 ist mit einem elektromagnetischen Kapazitätssteuerventil 11b versehen. Das elektromagnetische Kapazitätssteuerventil 11b umfasst einen Druckreaktionsmechanismus (nicht gezeigt), der eine Kraft erzeugt, die von dem niedrigen Kältemitteldruck auf der Saugseite des Kompressors 11 bewirkt wird; und einen elektromagnetischen Mechanismus (nicht gezeigt), der eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die dieser Kraft entgegenwirkt, die von dem niedrigen Kältemitteldruck bewirkt wird.
Die elektromagnetische Kraft des elektromagnetischen Mechanismus wird durch den Steuerstrom In bestimmt, der von einem Klimatisierungssteuergerät 21 abgegeben wird, das später beschrieben wird. Der Druck in der Taumelscheibenkammer wird durch Änderung des Verhältnisses von Hochdruck-Kältemittel zu Niedrigdruck-Kältemittel, das in die Taumelscheibenkammer eingeleitet wird, durch einen Ventilkörper (nicht gezeigt) variiert, welcher in Übereinstimmung mit der Kraft entsprechend dem niedrigen Kältemitteldruck und der elektromagnetischen Kraft versetzt wird.
Die Abgabekapazität des Kompressors 11 kann kontinuierlich über den Bereich von 100% bis im Wesentlichen 0% durch die Einstellung des Drucks in der Taumelscheibenkammer variiert werden. Daher kann der Kompressor 11 im Wesentlichen in einen Betriebsstoppzustand gebracht werden, indem die Abgabekapazität auf im Wesentlichen 0% reduziert wird. Demzufolge kann der Kompressor 11 als ein kupplungsloser Kompressor aufgebaut sein, in welchem seine Rotationswelle konstant mit einem Fahrzeugmotor über eine Riemenscheibe und einen Riemen gekoppelt ist.
Ein Radiator 12 ist an der Kältemittel-Abgabeseite des Kompressors 11 angeschlossen. Der Radiator 12 ist ein Wärmeübertrager, welcher Wärme zwischen aus dem Kompressor 11 abgegebenem Hochdruck-Kältemittel und der Außenluft (d. h. Luft außerhalb des Fahrzeugabteils) austauscht, welche durch ein Gebläse 12a zu dem Radiator zum Kühlen des Hochdruck-Kältemittels geleitet wird.
Das Gebläse 12a für den Radiator wird durch einen Elektromotor 12b angetrieben. Der Elektromotor 12b ist derart aufgebaut, dass er rotierend angetrieben wird, wenn eine angelegte Spannung vom Klimatisierungssteuergerät 21 abgegeben wird. Daher kann, da die Anzahl der Umdrehungen des Elektromotors 12b durch das Klimatisierungssteuergerät 21 (A/C ECU) durch Variieren der angelegten Spannung variiert werden kann, die Menge der Luft variiert werden, die durch das Gebläse 12a zum Radiator 12 geleitet wird.
Diese Ausführungsform verwendet gewöhnliches Fluorkohlenwasserstoff-Kältemittel als das in dem Kreislauf zirkulierende Kältemittel. Daher bildet das Ejektorkreislaufsystem 10 einen unterkritischen Kreislauf, in welchem ein hoher Druck einen kritischen Druck nicht überschreitet. Daher arbeitet der Radiator 12 als ein Kondensor, welcher Kältemittel kühlt und kondensiert.
Ein Flüssigkeitsaufnehmer 13 als ein Dampf-/Flüssigkeits-Abscheider, welcher Kältemittel in Dampf und Flüssigkeit trennt und das Flüssigphasen-Kältemittel speichert, ist stromab des Radiators 12 bezüglich der Kältemittelströmung angeordnet. Flüssigphasen-Kältemittel wird aus diesem Flüssigkeitsaufnehmer 13 zu der stromabwärtigen Seite geführt. Ein variabler Drosselmechanismus 14 ist stromabwärts des Flüssigkeitsaufnehmers 13 bezüglich der Kältemittelströmung angeschlossen.
Insbesondere ist dieser variable Drosselmechanismus 14 allgemein als thermisches Expansionsventil bekannt. Der variable Drosselmechanismus 14 arbeitet so, dass Hochdruck-Flüssigphasen-Kältemittel aus dem Flüssigkeitsaufnehmer 13 zu Zwischendruck-Kältemittel mit den zwei Dampf- und Flüssigkeitsphasen im Druck reduziert wird.
Dieses thermische Expansionsventil stellt die Öffnung eines Ventilkörperabschnitts (nicht gezeigt) gemäß dem Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 ein, wie später beschrieben wird. Demgemäß kann die Strömungsrate des Kältemittels, welches durch den variablen Drosselmechanismus 14 hindurchtritt, eingestellt werden, so dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 sich einem vorbestimmten Wert annähert. Das heißt, dass bei dieser Ausführungsform der Ventilkörperabschnitt des thermischen Expansionsventils ein Mittel zum Einstellen des Strömungsverhältnisses (η) darstellt.
Der Ventilkörper des thermischen Expansionsventils ist mit einem Membran-Mechanismus 14a gekoppelt, welcher eine auf Druck reagierende Einrichtung bildet. Der Membran-Mechanismus 14a stellt die Öffnung des Ventilkörpers ein, indem der Ventilkörper in Abhängigkeit von Folgendem verstellt wird: Dem Druck eines Füllgasmediums in einem temperatursensitiven Zylinder 14b (der der Temperatur des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 entsprechende Druck); und dem Druck des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16, welches durch eine Ausgleichleitung 14c eingeleitet wird. Das heißt, bei dieser Ausführungsform bildet der temperatursensitive Zylinder 14b und die Ausgleichsleitung 14c ein Mittel zum Erfassen der physikalischen Größen, die mit dem Zustand des Kältemittels in dem Kreislauf in Beziehung stehen.
Ein Ejektor 15 ist mit dem Auslass des variablen Drosselmechanismus 14 verbunden. Dieser Ejektor 15 ist eine Druckreduzierungseinheit zur Reduzierung des Drucks des Kältemittels und er ist auch eine Kältemittel-Zirkulierungseinrichtung zum Zirkulieren von Kältemittel durch Ansaugwirkung (Wirkung des Mitreissens) einer Kältemittelströmung, die mit hoher Geschwindigkeit als Strahl ausgestoßen wird.
Der Ejektor 15 ist versehen mit: einem Düsenabschnitt 15a, welcher die Durchtrittsfläche verringert und Zwischendruck-Kältemittel isentropisch dekomprimiert, welches durch den variablen Drosselmechanismus 14 hindurchtritt, und einer Kältemittelansaugöffnung 15b, die in demselben Raum wie die Kältemittelmündung des Düsenabschnitts 15a positioniert ist und Dampfphasen-Kältemittel von einem zweiten Verdampfer 20 ansaugt, wie später beschrieben wird.
Zusätzlich ist ein Mischabschnitt 15c stromabwärts des Düsenabschnitts 15a und der Kältemittelansaugöffnung 15b vorgesehen. Der Mischabschnitt 15c mischt eine Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung aus dem Düsenabschnitt 15a mit dem Kältemittel, welches durch die Kältemittelansaugöffnung 15b angesaugt wird.
Ein Diffusorabschnitt 15d, welcher einen Druckerhöhungsabschnitt bildet, ist stromabwärts des Mischabschnitts 15c positioniert.
Dieser Diffusorabschnitt 15d ist in einer solchen Form ausgebildet, dass die Fläche des Kältemitteldurchtritts zu seinem Auslass hin allmählich vergrößert wird. Der Diffusorabschnitt 15d bewirkt eine Verzögerung der Kältemittelströmung, um den Kältemitteldruck zu vergrößern. Das heißt, der Diffusorabschnitt 15d hat die Funktion der Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in Druckenergie.
Der erste Verdampfer 16 ist stromabwärts des Diffusorabschnitts 15d des Ejektors 15 angeschlossen. Der erste Verdampfer 16 ist ein Wärmeübertrager, welcher Wärme zwischen durch ein Gebläse 16a für den Verdampfer geleitete Luft und Kältemittel tauscht, um das Kältemittel zu verdampfen, und er erzeugt somit eine Wärmeabsorptionswirkung.
Das Gebläse 16a für den Verdampfer wird durch einen Elektromotor 16b angetrieben. Der Elektromotor 16b ist derart aufgebaut, dass er drehend angetrieben wird, wenn eine Spannung vom Klimatisierungssteuergerät 21 abgegeben wird. Da die Anzahl der Umdrehungen des Elektromotors 16b durch das Klimatisierungssteuergerät 21 durch Variation der angelegten Spannung variiert werden kann, kann die Menge an Luft, die durch das Gebläse 16a zum Verdampfer geleitet wird, variiert werden.
Der stromabwärtige Abschnitt des ersten Verdampfers 16 bezüglich der Kältemittelströmung ist an einem internen Wärmeübertrager 17 angeschlossen und der Kältemittelauslass des internen Wärmeübertragers 17 ist mit der Saugseite des Kompressors 11 verbunden.
Ein Abzweigdurchtritt 18 ist ein Kältemitteldurchtritt, welcher die Abschnitte zwischen dem vorstehend genannten Flüssigkeitsaufnehmer 13 und variablem Drosselmechanismus 14 und der Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 verbindet. Das Bezugszeichen Z bezeichnet den Abzweigabschnitt des Abzweigdurchtritts 18. Der vorstehend genannte interne Wärmeübertrager 17 ist in diesem Abzweigdurchtritt 18 angeordnet und eine feste Drossel 19 ist stromabwärts des internen Wärmeübertragers 17 angeordnet. Zusätzlich ist der zweite Verdampfer 20 stromabwärts der festen Drossel 19 angeordnet.
Der interne Wärmetauscher bzw. -übertrager 17 tauscht Wärme zwischen dem Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel, welches durch den Abzweigdurchtritt 18 hindurchtritt, und dem Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Kältemittel auf der stromabwärtigen Seite des ersten Verdampfers 16. Als Ergebnis des Wärmeaustausches zwischen den Kältemittelströmen in dem internen Wärmetauscher 17 wird das durch den Abzweigdurchtritt 18 hindurch tretende Kältemittel gekühlt. Daher kann die Enthalpie-Differenz zwischen den Kältemittelströmen an dem Kältemitteleinlass und -auslass des ersten Verdampfers 16 und des zweiten Verdampfers 20 vergrößert werden. Das heißt, die Kühlkapazität des ersten Verdampfers 16 und des zweiten Verdampfers 20 kann vergrößert werden.
Die feste Drossel 19 stellt die Strömungsrate des Kältemittels, welches in den zweiten Verdampfer 20 einströmt, ein und reduziert dessen Druck. Insbesondere kann die feste Drossel 19 als ein Kapillarrohr oder eine Öffnung ausgebildet sein.
Die Drosselöffnung der festen Drossel 19 bei dieser Ausführungsform wird zuvor auf eine vorbestimmte Größe eingestellt, so dass das Strömungsverhältnis η gleich dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax wird, wie in 8 dargestellt. Hier gilt η = Ge/Gnoz, wobei Ge die Strömungsrate des durch die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugten Kältemittels ist, und Gnoz die Strömungsrate von Kältemittel ist, welches durch den variablen Drosselmechanismus 14 hindurch tritt, wenn der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 gleich einem vorbestimmten Wert wird, und weiterhin durch den Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 hindurch tritt. Das optimale Strömungsverhältnis ηmax ist ein Strömungsverhältnis, bei welchem die Kühlkapazität Qer des gesamten Systems sich dem Maximalwert annähert.
Diese Auslegung kann auf zweckmäßige Werte für die Drosselöffnung des variablen Drosselmechanismus 14 implementiert werden, die beobachtet werden, wenn der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 gleich einem vorbestimmten Wert wird. Zum Beispiel sind die Fläche des Kältemitteldurchtritts in dem Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15, die Abmessungen des Mischabschnitts 15c und des Diffusorabschnitts 15d und die Drosselöffnung der festen Drossel 19 mit zweckmäßigen Werten ausgelegt. Ebenso wird bei der Auslegung Folgendes berücksichtigt: Druckverlust in dem Durchtritt, durch welchen das durch den variablen Drosselmechanismus 14 strömende Kältemittel strömt; und der Durchtritt (Abzweigdurchtritt 18), durch welchen das durch die feste Drossel 19 strömende Kältemittel strömt.
Der zweite Verdampfer 20 ist ein Wärmetauscher, der Kältemittel verdampft und eine Wärmeabsorptionswirkung erzeugt. Bei dieser Ausführungsform sind der erste Verdampfer 16 und der zweite Verdampfer 20 zusammengebaut, so dass ein integraler Aufbau ausgebildet werden kann. Im Einzelnen sind die Komponenten des ersten Verdampfers 16 und des zweiten Verdampfers 20 aus Aluminium ausgebildet und diese sind durch Löten miteinander verbunden, so dass diese einen integralen Aufbau aufweisen.
Aus diesem Grund strömt durch das vorstehend genannte Gebläse bzw. Luftrad 16a Luft zum Verdampfer, wie durch einen Pfeil A gezeigt. Die Luft wird am ersten Verdampfer 16 gekühlt und dann am zweiten Verdampfer 20 gekühlt. Das heißt, ein und derselbe Raum, der zu kühlen ist, wird unter Verwendung des ersten Verdampfers 16 und des zweiten Verdampfers 20 gekühlt.
Das Klimatisierungssteuergerät 21 ist aus einem allgemein bekannten Mikrocomputer aufgebaut, der CPU, ROM, RAM und dergleichen und seine peripheren Schaltkreise enthält. Das Klimatisierungssteuergerät 21 führt verschiedene Berechnungen und Verarbeitungen auf Grundlage von Steuerprogrammen durch, die in seinem ROM gespeichert sind, um den Betrieb der verschiedenen Einrichtungen 11a, 11b, 12b, 16b, usw. zu steuern.
Dem Klimatisierungssteuergerät 21 werden Erfassungssignale von einer Gruppe von verschiedenen Sensoren und verschiedene Bedienungssignale von einer Bedienungskonsole (nicht gezeigt) eingegeben. Insbesondere enthält die vorgesehene Gruppe von Sensoren einen Umgebungstemperatursensor (Außenlufttemperatursensor), welcher Außenlufttemperatur (Temperatur außerhalb des Fahrzeugabteils) erfasst und dergleichen. Die Bedienungskonsole ist mit einem Temperatureinstellschalter zum Einstellen der Kühltemperatur des zu kühlenden Raums und dergleichen versehen.
Es folgt eine Beschreibung des Betriebs dieser Ausführungsform, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist. Wenn die elektromagnetische Kupplung 11a durch den Steuerausgang des Klimatisierungssteuergeräts 21 mit Energie versorgt wird, um die elektromagnetische Kupplung 11a in Eingriff zu bringen, wird rotierende Antriebskraft von dem Motor des Fahrzeugs übertragen, welche den Kompressor 11 antreibt. Wenn ein Steuerstrom In aus dem Klimatisierungssteuergerät 21 zu dem elektromagnetischen Kapazitätssteuerventil 11b auf der Grundlage eines Steuerprogramms ausgegeben wird, wird Dampfphasen-Kältemittel von dem Kompressor 11 angesaugt, komprimiert und abgegeben.
Das Hochtemperatur-Hochdruck-Dampfphasen-Kältemittel, welches vom Kompressor angesaugt und von diesem abgegeben wird, strömt in den Radiator 12. In dem Radiator 12 wird das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel durch die Außenluft gekühlt und kondensiert. Das Hochdruck-Kältemittel mit abgegebener Wärme, welches aus dem Radiator 12 ausströmt, wird in Dampfphasen-Kältemittel und Flüssigphasen-Kältemittel in dem Flüssigkeitsaufnehmer 13 getrennt. Das Flüssigphasen-Kältemittel, welches aus dem Flüssigkeitsaufnehmer 13 ausströmt, wird an dem Abzweigabschnitt Z in eine Kältemittelströmung zu dem variablen Drosselmechanismus 14 und eine Kältemittelströmung zu dem Abzweigdurchtritt 18 getrennt.
Die zu dem variablen Drosselmechanismus 14 führende Kältemittelströmung weist reduzierten Druck auf und ihre Strömungsrate bzw. ihr Durchsatz wird an dem variablen Drosselmechanismus 14 eingestellt, und strömt in den Ejektor 15. Zu dieser Zeit stellt der variable Drosselmechanismus 14 die Strömungsrate des durch den variablen Drosselmechanismus 14 hindurch tretenden Kältemittels derart ein, dass der Überhitzungsgrad von Kältemittel auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 sich einem vorbestimmten Wert annähert. Das heißt, er stellt die Kältemittel-Strömungsrate Gnoz ein.
Die Kältemittelströmung, welche in den Ejektor 15 eintritt, wird ferner durch den Düsenabschnitt 15a druckreduziert und expandiert. Daher wird die Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie an dem Düsenabschnitt 15a umgewandelt, und das Kältemittel wird aus der Düsenöffnung dieses Düsenabschnitts 15a mit erhöhter Geschwindigkeit ausgestoßen. Das Kältemittel (Dampfphasen-Kältemittel), welches durch den zweiten Verdampfer 20 in dem Abzweigdurchtritt 18 hindurch getreten ist, wird durch die Kältemittelansaugöffnung 15b durch die Kältemittel-Saugwirkung angesaugt, die zu dieser Zeit erzeugt wird.
Das aus dem Düsenabschnitt 15a als Strahl ausgestoßene Kältemittel und das an der Kältemittelansaugöffnung 15b angesaugte Kältemittel werden miteinander in dem Mischabschnitt 15c gemischt, der sich stromabwärts des Düsenabschnitts 15a befindet, worauf die Mischung in den Diffusorabschnitt 15d strömt. In diesem Diffusorabschnitt 15d wird die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in Druckenergie durch Erhöhen der Durchtrittsfläche (Expansion) umgewandelt. Daher wird der Druck des Kältemittels erhöht.
Das Kältemittel, welches aus dem Diffusorabschnitt 15d des Ejektors 15 ausströmt, strömt in den ersten Verdampfer 16. In dem ersten Verdampfer 16 absorbiert das Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Kältemittel Wärme von Luft, die durch das Gebläse 16a zum Verdampfer geleitet wird, und wird verdampft. Das Dampfphasen-Kältemittel, welches durch den ersten Verdampfer 16 hindurch getreten ist, strömt in den internen Wärmetauscher 17 und tauscht Wärme zwischen sich und dem Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel, welches durch den Abzweigdurchtritt 18 an dem Abzweigabschnitt Z strömt. Das Dampfphasen-Kältemittel, welches aus dem internen Wärmetauscher 17 ausströmt, wird in den Kompressor 11 gesaugt und wieder komprimiert.
Die Kältemittelströmung, welche in den Abzweigdurchtritt 18 eingetreten ist, strömt in den internen Wärmetauscher 17 und tauscht Wärme zwischen sich selbst und dem Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Dampfphasen-Kältemittel, welches aus dem ersten Verdampfer 16 ausgeströmt ist, wie vorstehend erwähnt. Das durch den internen Wärmetauscher 17 gekühlte Kältemittel wird durch die feste Drossel 19 im Druck gesenkt und wird in Niedrigdruck-Kältemittel geändert. Das Niedrigdruck-Kältemittel strömt in den zweiten Verdampfer 20.
In dem zweiten Verdampfer 20 absorbiert das einströmende Niedrigdruck-Kältemittel Wärme aus der zugeführten und an dem ersten Verdampfer 16 gekühlten Luft, und wird verdampft. Das Dampfphasen-Kältemittel, welches durch den zweiten Verdampfer 20 hindurch getreten ist, wird in den Ejektor 15 durch die Kältemittelansaugöffnung 15b gesaugt. Wie vorstehend beschrieben, wird die Drosselöffnung der festen Drossel 19 zuvor auf eine vorbestimmte Größe eingestellt. Daher ist die Strömungsrate Ge von in die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugten Kältemittel eine solche Strömungsrate, dass sich ihr Strömungsverhältnis η zu Gnoz dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax annähert.
Das Dampfphasen-Kältemittel, welches in dem zweiten Verdampfer 20 verdampft, wird durch die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugt. Es wird in dem Mischabschnitt 15c mit dem Flüssigphasen-Kältemittel gemischt, welches durch den Düsenabschnitt 15a hindurch getreten ist, und strömt in den ersten Verdampfer 16.
Bei dieser Ausführungsform kann das Kältemittel auf der stromabwärtigen Seite des Diffusorabschnitts 15d des Ejektors 15 dem ersten Verdampfer 16 zugeführt werden; gleichzeitig kann das Kältemittel auf der Seite des Abzweigdurchtritts 18 dem zweiten Verdampfer 20 durch die feste Drossel 19 zugeführt werden. Daher kann Kühlwirkung gleichzeitig mit dem ersten Verdampfer 16 und dem zweiten Verdampfer 20 erzeugt werden.
Der Kältemittel-Verdampfungsdruck des ersten Verdampfers 16 ist ein Druck, der erhalten wird nach Druckaufbau durch den Diffusorabschnitt 15d. Während dessen ist der Auslass des zweiten Verdampfers 20 an der Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 angeschlossen. Daher kann der niedrigste Druck, welcher unmittelbar nach Drucksenkung durch den Düsenabschnitt 15a erhalten wird, auf den zweiten Verdampfer 20 einwirken. Somit kann der Kältemittel-Verdampfungsdruck (die Kältemittel-Verdampfungstemperatur) des zweiten Verdampfers 20 niedriger vorgesehen werden als der Kältemittel-Verdampfungsdruck (die Kältemittel-Verdampfungstemperatur) des ersten Verdampfers 16.
Die Kompressionsarbeitslast des Kompressors 11 kann um eine Größe reduziert werden, um welche der Einlassdruck des Kompressors 11 durch die Druckerhöhungswirkung am Diffusorabschnitt 15d des Ejektors 15 erhöht wird. Somit kann eine Leistungs- bzw. Energiesparwirkung erzielt werden.
Der variable Drosselmechanismus 14 bei dieser Ausführungsform stellt die Kältemittel-Strömungsrate Gnoz derart ein, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 sich einem vorbestimmten Wert annähert. Im Ergebnis wird das Strömungsverhältnis η so eingestellt, dass es sich dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax annähert, bei welchem die Kühlkapazität des gesamten Systems erhöht wird. Daher kann der gesamte Kreislauf betrieben werden, während hohe Kühlkapazität geliefert wird.
Der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 wird gesteuert; daher kann das Flüssigphasen-Kältemittel daran gehindert werden, zu dem Kompressor 11 zurückzukehren, wodurch die Stabilität des Kreislaufs sichergestellt werden kann.
(Zweite Ausführungsform)
Bei der ersten Ausführungsform befindet sich der variable Drosselmechanismus 14 zwischen dem Abzweigabschnitt Z und dem Ejektor 15. In dieser zweiten Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, wird der in 1 gezeigte variable Drosselmechanismus 14 nicht verwendet, und es ist ein variabler Drosselmechanismus 31 zwischen dem Flüssigkeitsaufnehmer 13 und dem Abzweigabschnitt Z vorgesehen.
Der variable Drosselmechanismus 31 ist ein thermisches Expansionsventil, welches die Kältemittel-Strömungsrate derart einstellt, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 sich einem vorbestimmten Wert annähert. Der Aufbau des thermischen Expansionsventils ist gleich dem der ersten Ausführungsform. Das heißt, der Ventilkörper des variablen Drosselmechanismus 31 ist ein Mittel zum Einstellen der Kältemittel-Strömungsrate des gesamten Kreislaufs; und der temperatursensitive Zylinder und die Ausgleichsleitung des variablen Drosselmechanismus 31 sind Mittel zum Erfassen der physikalischen Größen, die mit dem Zustand des Kältemittels in dem Kreislauf in Beziehung stehen.
Bei dieser zweiten Ausführungsform sind die Fläche und dergleichen des Kältemitteldurchtritts in dem Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 und die Drosselöffnung der festen Drosseln 19 zuvor auf vorbestimmte Größen eingestellt; so dass das Strömungsverhältnis η gleich dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax bezüglich der Strömungsrate von Kältemittel wird, welches durch den variablen Drosselmechanismus 31 hindurchtritt, wenn der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 gleich einem vorbestimmten Wert wird. Die anderen Aspekte der Kreislaufausgestaltung der zweiten Ausführungsform sind gleich der der ersten Ausführungsform.
Wenn der Kreislauf in dieser Ausführungsform betrieben wird, stellt daher der variable Drosselmechanismus 31 die Strömungsrate des Kältemittels, welches durch den variablen Drosselmechanismus 31 hindurchtritt, derart ein, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 sich einem vorbestimmten Wert annähert. Im Ergebnis wird das Strömungsverhältnis η so eingestellt, dass es sich dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax annähert, und es kann dieselbe Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erhalten werden.
(Dritte Ausführungsform)
Bei dieser dritten Ausführungsform wird, wie in 3 dargestellt, ein variabler Drosselmechanismus 35 zwischen dem Radiator 12 und dem Abzweigabschnitt Z vorgesehen.
Der variable Drosselmechanismus 35 ist ein thermisches Expansionsventil, das die Kältemittelströmungsrate derart einstellt, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des zweiten Verdampfers 20 sich einem vorbestimmten Wert annähert. Das heißt, der Ventilkörper des variablen Drosselmechanismus 35 ist ein Mittel zum Einstellen der Kältemittelströmungsrate des gesamten Kreislaufs; und der temperatursensitive Zylinder und die Ausgleichsleitung des variablen Drosselmechanismus 35 sind ein Mittel zum Erfassen der physikalischen Größen, die mit dem Kältemittelzustand in dem Kreislauf in Beziehung stehen.
Wie in 3 dargestellt, ist ein Sammler 32 zum Trennen von Flüssigphasen-Kältemittel und Dampfphasen-Kältemittel voneinander stromabwärts von dem ersten Verdampfer 16 vorgesehen. Da der Sammler 32 auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 vorgesehen ist, kann das Flüssigphasen-Kältemittel daran gehindert werden, zum Kompressor 11 zurückzuströmen, wodurch die Stabilität des Kreislaufs gewährleistet werden kann.
Bei dieser Ausführungsform werden die Fläche und dergleichen des Kältemitteldurchtritts in dem Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 und die Drosselöffnung der festen Drossel 19 zuvor auf vorbestimmte Größen derart eingestellt, dass sich Folgendes ergibt: Das Strömungsverhältnis η wird gleich dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax hinsichtlich der Strömungsrate von Kältemittel, welches durch den variablen Drosselmechanismus 35 hindurchtritt, wenn der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des zweiten Verdampfers 20 gleich einem vorbestimmten Wert wird.
Wenn der Kreislauf in dieser Ausführungsform betrieben wird, stellt der variable Drosselmechanismus 35 daher die Strömungsrate des durch den variablen Drosselmechanismus 35 hindurch tretenden Kältemittels derart ein, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des zweiten Verdampfers 20 sich einem vorbestimmten Wert annähert. Im Ergebnis wird das Strömungsverhältnis η so eingestellt, dass es sich dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax annähert,
(Vierte Ausführungsform)
Bei dieser vierten Ausführungsform wird, wie in 4 dargestellt, ein elektrisch variabler Drosselmechanismus 38 stromabwärts des Temperatursensors 55 und eines Drucksensors 56 zwischen dem Radiator 12 und dem Abzweigabschnitt Z vorgesehen.
Der Temperatursensor 55 stellt eine Temperatur des Kältemittels auf der Auslassseite des Radiators 12 fest und der Drucksensor 56 ermittelt dessen Druck.
Das Klimatisierungssteuergerät 21 stellt die Fläche des Kältemitteldurchtritts in dem elektrisch variablen Drosselmechanismus 38 ein, durch: Berechnen des Unterkühlgrads des Kältemittels auf der Auslassseite des Radiators 12 auf der Grundlage von Erfassungswerten; und Ausgabe eines Steuersignals (Pulssignal), so dass der Unterkühlgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des Radiators 12 sich einem vorbestimmten Wert annähert.
Das heißt, der elektrisch variable Drosselmechanismus 38 bei dieser Ausführungsform ist ein Mittel zum Einstellen der Kältemittelströmungsrate des gesamten Kreises; und der Temperatursensor 55 und der Drucksensor 56 sind ein Mittel zum Erfassen der physikalischen Größen, die sich auf den Kältemittelzustand in dem Kreislauf beziehen.
Bei dieser Ausführungsform werden die Fläche und dergleichen des Kältemitteldurchtritts in dem Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 und die Drosselöffnung der festen Drossel 19 zuvor auf vorbestimmte Größen eingestellt, so dass das Strömungsverhältnis η gleich einem optimalen Strömungsverhältnis ηmax bezüglich der Strömungsrate des Kältemittels wird, welches durch den elektrisch variablen Drosselmechanismus 38 hindurchtritt, wenn der Unterkühlgrad von Kältemittel an der Auslassseite des Radiators 12 gleich einem vorbestimmten Wert wird.
Wenn der Kreislauf in dieser Ausführungsform betrieben wird, arbeitet der elektrisch variable Drosselmechanismus 38 daher dahingehend, die Strömungsrate des Kältemittels zu steuern, welches durch den elektrisch variablen Drosselmechanismus 38 hindurchtritt, so dass der Unterkühlgrad von Kältemittel an der Auslassseite des Radiators 12 sich einem vorbestimmten Wert annähert. Im Ergebnis wird das Strömungsverhältnis η so eingestellt, dass es sich einem optimalen Strömungsverhältnis ηmax annähert.
(Fünfte Ausführungsform)
Bei dieser fünften Ausführungsform wird, wie in 5 dargestellt, ein elektrisch variabler Drosselmechanismus 40 zwischen dem Radiator 12 und dem Abzweigabschnitt Z vorgesehen.
Bei dieser fünften Ausführungsform berechnet das Klimatisierungssteuergerät 21 die Kältemittel-Abgabeströmungsrate des Kompressors 11 aus der vom Temperatursensor 57 erfassten Temperatur, dem vom Drucksensor 58 erfassten Druck, der Umdrehungsanzahl und dem Steuerstrom. In dem Klimatisierungssteuergerät 21 wird zuvor die Fläche des Kältemitteldurchtritts entsprechend der Ausgabe (der Anzahl von Pulszahlen) eines Steuersignals (Pulssignals) gespeichert, welches an den elektrisch variablen Drosselmechanismus 40 ausgegeben wird.
Bei dieser Ausführungsform werden die Fläche und dergleichen des Kältemitteldurchtritts in dem Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 und die Drosselöffnung der festen Drosseln 19 zuvor auf vorbestimmte Größen eingestellt, so dass sich Folgendes ergibt: Das Strömungsverhältnis η wird gleich dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax, wenn die Strömungsrate des Kältemittels, welches durch den elektrisch variablen Drosselmechanismus 40 hindurchtritt, gleich einem vorbestimmten Wert wird.
Das heißt, bei dieser Ausführungsform ist der elektrisch variable Drosselmechanismus 40 ein Mittel zum Einstellen der Kältemittelströmungsrate des gesamten Kreislaufs; und der Temperatursensor 57, der Drucksensor 58, der Tachometer 11c sind ein Mittel zum Erfassen der physikalischen Größen, die mit dem Kältemittelzustand in dem Kreislauf in Beziehung stehen.
Wenn der Kreislauf in dieser Ausführungsform betrieben wird, berechnet daher das Klimatisierungssteuergerät 21 die Kältemittel-Abgabeströmungsrate des Kompressors 11. Daher wird die Fläche des Kältemitteldurchtritts in dem elektrisch variablen Drosselmechanismus 40 derart eingestellt, dass die Strömungsrate von durch den elektrisch variablen Drosselmechanismus 40 hindurch tretendem Kältemittel gleich einem vorbestimmten Wert wird, auf der Grundlage von Folgendem: der berechneten Kältemittel-Abgabeströmungsrate; und der Fläche des Kältemitteldurchtritts, entsprechend der Ausgabe (der Anzahl von Pulszahlen) eines Steuersignals (Pulssignals) an den elektrisch variablen Drosselmechanismus 40, die zuvor gespeichert wird. Im Ergebnis nähert sich bei der fünften Ausführungsform durch Einstellen des Drosselmechanismus 40 die Strömungsmenge des Kältemittels im gesamten Kreislauf einer vorbestimmten Menge, wodurch sich das Strömungsverhältnis η dem optimalen Strömungsverhältnis ηmax annähert.
(Andere Ausführungsformen)
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt und vielfältige Modifikationen können, wie später beschrieben wird, ausgeführt werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen sind Beispiele, in welchen die Erfindung auf eine Kälteerzeugungseinrichtung für Fahrzeuge angewandt ist, und der mit dem ersten Verdampfer 16 zu kühlende Raum und der mit dem zweiten Verdampfer 20 zu kühlende Raum identisch sind. Der mit dem ersten Verdampfer 16 zu kühlende Raum und der mit dem zweiten Verdampfer 20 zu kühlende Raum können voneinander getrennt sein.
Zum Beispiel kann der folgende Aufbau verwendet werden. Der mit dem ersten Verdampfer 16 zu kühlende Raum ist der Vordersitzbereich in einem Fahrzeugabteil und der mit dem zweiten Verdampfer 20 zu kühlende Raum ist der Rücksitzbereich in dem Fahrzeugabteil. In Fällen, in welchen die zu kühlenden Räume unterschiedlich voneinander sind, kann der folgende Aufbau verwendet werden: Ein einem Verdampfer zugeordnetes Gebläse ist für jeden Verdampfer vorgesehen und die Mengen der durch die Gebläse zum Verdampfer geleiteten Luft werden individuell gesteuert. Somit kann das Strömungsverhältnis η durch Einstellen der Strömungsrate Gnoz des Kältemittels, welches eigentlich durch den Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 hindurchtritt und die Strömungsrate Ge des Kältemittels eingestellt werden, welches in die Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 gesaugt wird.
In den obigen Ausführungsformen wird ein Kompressor mit variabler Verdrängung für den Kompressor 11 verwendet. Dann wird dessen elektrisches Kapazitätssteuerventil 11b durch das Klimatisierungssteuergerät 21 gesteuert und dadurch die Kältemittel-Abgabeleistungsfähigkeit des Kompressors 11 gesteuert. Anstelle dessen kann die nachfolgende Anordnung angewandt werden: ein Kompressor mit fester Verdrängung wird verwendet und das Verhältnis des Betriebszustands zu dem Nichtbetriebszustand (Betriebsverhältnis) des Kompressors mit fester Verdrängung wird durch die elektromagnetische Kupplung gesteuert. Die Kältemittel-Abgabeleistungsfähigkeit des Kompressors wird dadurch gesteuert.
Ein elektrischer Kompressor kann als Kompressor verwendet werden. In diesem Fall kann die Kältemittel-Abgabeleistungsfähigkeit durch Steuern der Umdrehungsanzahl des elektrischen Kompressors 11 gesteuert werden.
Bei den obigen Ausführungsformen kann ein variabler Ejektor, dessen Düsenöffnung variabel ist, zur Einstellung der Kältemittelströmungsrate Gnoz verwendet werden. Insbesondere ist der variable Ejektor ein Ejektor, der mit einem Durchtrittsflächen-Variationsmechanismus versehen ist, der in der Lage ist, die Fläche des Kältemitteldurchtritts in seinem Düsenabschnitt entsprechend externen Signalen variabel zu steuern. Die Verwendung eines variablen Ejektors ermöglicht es ebenfalls, Raum für das Ejektorkreislaufsystem einzusparen.
Bei den ersten und zweiten Ausführungsformen wird der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 mit dem temperatursensitiven Zylinder und einer Ausgleichsleitung des thermischen Expansionsventils erfasst. Bei den vierten und fünften Ausführungsformen wird er mit dem Temperatursensor 55, 57 und dem Drucksensor 56, 58 erfasst. Das Erfassungsmittel für den Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 ist nicht auf diese beschränkt.
Es werden einige Beispiele angeführt. Er kann aus der Kältemittelverdampfungstemperatur oder dem Druck des ersten Verdampfers 16 und der Temperatur von Kältemittel an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 abgeschätzt werden.
Er kann auch aus der Kältemittelverdampfungstemperatur oder dem Druck des ersten Verdampfers 16 und der Blaslufttemperatur des ersten Verdampfers 16 abgeschätzt werden. Dies deshalb, weil dann, wenn der Überhitzungsgrad erhöht wird, die Kühlkapazität des ersten Verdampfers 16 gesenkt und die Blaslufttemperatur des ersten Verdampfers 16 angehoben wird.
Zusätzlich kann der Überhitzungsgrad auch aus der Einlasslufttemperatur des ersten Verdampfers 16 und der Temperatur des Kältemittels auf der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 abgeschätzt werden. Der Überhitzungsgrad kann auch aus der Einlasstemperatur des ersten Verdampfers 16 und der Blaslufttemperatur des ersten Verdampfers 16 abgeschätzt werden.
Der Überhitzungsgrad kann auch nur aus der Einlasslufttemperatur des ersten Verdampfers 16 abgeschätzt werden. Der Grund hierfür ist wie folgt: In Fällen, in welchen die Luft in einem zu kühlenden Raum (Gefrierkammer) zirkuliert und in einem Verdampfer wie einem Kälteerzeuger gekühlt wird, steigt die Lufttemperatur aus dem ersten Verdampfer 16 an, wenn der Überhitzungsgrad zu hoch wird. Im Ergebnis steigt die Temperatur in der Gefrierkammer an und somit steigt auch die Einlasslufttemperatur des ersten Verdampfers 16 an.
Daher kann der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 auch unter Verwendung eines Mittels zum Erfassen der vorstehend genannten physikalischen Größen erfasst werden.
Bei der dritten Ausführungsform wird der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des zweiten Verdampfers 20 mit dem temperatursensitiven Zylinder und der Ausgleichsleitung des thermischen Expansionsventils erfasst. Das Erfassungsmittel für den Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des zweiten Verdampfers 20 ist nicht auf diese beschränkt.
Es werden einige Beispiele angeführt. In der vorstehenden Beschreibung wird der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 erfasst. Ähnlich kann er aus der Kaltemittelverdampfungstemperatur oder dem Druck des zweiten Verdampfers 20 und der Temperatur des Kältemittels an der Auslassseite des zweiten Verdampfers 20 abgeschätzt werden. Zusätzlich kann er aus der Kältemittelverdampfungstemperatur oder dem Druck des zweiten Verdampfers 20 und der Blaslufttemperatur des zweiten Verdampfers 20 abgeschätzt werden.
Der Überhitzungsgrad kann auch durch andere Verfahren abgeschätzt werden. Solche Verfahren enthalten Abschätzung durch: eine Kombination der Einlasslufttemperatur des zweiten Verdampfers 20 und der Temperatur des Kältemittels an der Auslassseite des zweiten Verdampfers 20; eine Kombination der Einlasslufttemperatur des zweiten Verdampfers 20 und der Blaslufttemperatur des zweiten Verdampfers 20; und durch die Einlasslufttemperatur des zweiten Verdampfers 20 alleine.
Daher kann der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des zweiten Verdampfers 20 auch unter Verwendung eines Mittels zum Erfassen der vorstehend genannten physikalischen Größen erfasst werden.
Bei der vierten Ausführungsform wird der Unterkühlgrad des Kältemittels an der Auslassseite des Radiators 12 mit dem Temperatursensor 55 und dem Drucksensor 56 erfasst. Das Erfassungsmittel für den Unterkühlgrad des Kältemittels an der Auslassseite des Radiators 12 ist nicht auf diese beschränkt.
Zum Beispiel kann er abgeschätzt werden aus: einer Kombination der Kältemittelkondensationstemperatur (dem Kältemitteldruck) des Radiators 12 und der Temperatur des Kältemittels an der Auslassseite des Radiators 12; einer Kombination der Einlasslufttemperatur des Radiators 12 und der Auslasskältemitteltemperatur des Radiators 12; oder der Trockenheit des Kältemittels an der Auslassseite des Radiators 12.
Daher kann der Unterkühlgrad des Kältemittels an der Auslassseite des Radiators 12 auch unter Verwendung eines Mittels zum Erfassen der vorstehend genannten physikalischen Größen erfasst werden.
Bei den obigen Ausführungsformen sind der variable Drosselmechanismus 14, 31, 35 und der elektrisch variable Drosselmechanismus 38, 40 wie folgt zur Einstellung des Strömungsverhältnisses η angeordnet: sie sind zwischen dem Abzweigabschnitt Z und dem Ejektor 15 und zwischen dem Abzweigabschnitt Z und dem zweiten Verdampfer 20 platziert. Ein variables Strömungsraten-Dreiwegeventil kann an dem Abzweigabschnitt Z verwendet werden.
Insbesondere kann ein Drehschieber-Strömungsraten-Dreiwegeventil für variable Strömungsraten verwendet werden, welches durch einen Schrittmotor angetrieben wird. Somit kann die Öffnungsfläche an der Seite des Ejektors 15 an dem Abzweigabschnitt Z und die Öffnungsfläche an der Seite des Abzweigdurchtritts 18 (Seite des zweiten Verdampfers 20) gleichzeitig und kontinuierlich variiert werden. Dies vereinfacht die Einstellung des Strömungsverhältnisses η.
In den vorstehenden Ausführungsformen wird ein thermisches Expansionsventil als variabler Drosselmechanismus 14, 31, 35 verwendet und ein Strömungssteuerventil, welches durch einen Schrittmotor angetrieben wird, wird als elektrisch variabler Drosselmechanismus 38, 40 verwendet. Anstelle dessen kann ein variabler Drosselmechanismus verwendet werden, in welchem mehrere feste Drosseln unterschiedlicher Kennlinien gewechselt werden.
Oder es können die vorstehend genannten variablen Drosselmechanismen, elektrisch variablen Drosselmechanismen und die feste Drossel in den vorstehenden Ausführungsformen kombiniert und verwendet werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen verwenden zwei Verdampfer, den ersten Verdampfer 16 und den zweiten Verdampfer 20. Die Anzahl von Verdampfern kann weiter erhöht werden, und drei oder mehr Verdampfer können verwendet werden.
Zum Beispiel kann der nachfolgende Aufbau bezüglich der ersten Ausführungsform angewandt werden: ein zweiter Abzweigdurchtritt ist vorgesehen, welcher den Abschnitt zwischen dem internen Wärmetauscher 17 und der festen Drossel 19 in dem Abzweigdurchtritt 18 und den Auslass des ersten Verdampfers 16 verbindet; und eine feste Drossel und ein dritter Verdampfer werden in dem zweiten Abzweigdurchtritt vorgesehen.
In diesem Fall müssen die Drosselöffnung der festen Drossel 19 und die der festen Drossel, die in dem zweiten Abzweigdurchtritt platziert ist, nur so gewählt bzw. eingestellt werden, dass sich das Nachfolgende ergibt: die Strömungsrate des Kältemittels, welches durch den variablen Drosselmechanismus 14 hindurchtritt, wenn der Überhitzungsgrad des Kältemittels an der Auslassseite des ersten Verdampfers 16 gleich einem vorbestimmten Wert wird, die Strömungsrate des Kältemittels, welches durch die feste Drossel 19 hindurchtritt, und die Strömungsrate des Kältemittels, welches durch die feste Drossel, die in dem zweiten Abzweigdurchtritt platziert ist, erhöhen die Kühlkapazität Qer des gesamten Systems.
Die Kreisläufe in den vorstehenden Ausführungsformen sind Beispiele von subkritischen Kreisläufen, in welchen ein Hochdruck den kritischen Druck des Kältemittels nicht übersteigt. Wie beschrieben, kann die Erfindung bei einem superkritischen Kreislauf angewandt werden, in welchem ein Hochdruck den kritischen Druck des Kältemittels übersteigt.
Bei der Erfindung werden das Strömungsverhältnis (η), die Kältemittelströmungsrate des gesamten Kreislaufs, die Kältemittel-Abgabeströmungsrate und die Luftmenge auf der Grundlage der Erfassungswerte der Erfassungsmittel eingestellt. Anstelle dessen kann eine Anzahl dieser Einstellmittel kombiniert werden. Zum Beispiel kann der nachfolgende Aufbau verwendet werden: ein erster variabler Drosselmechanismus wird zwischen dem Abzweigabschnitt Z und dem Ejektor 15 vorgesehen; ein zweiter variabler Drosselmechanismus wird in dem Abzweigdurchtritt 18 stromaufwärts des zweiten Verdampfers 20 vorgesehen; und das Strömungsverhältnis η wird durch Steuerung von Gnoz und Ge direkt gesteuert.
In den vorstehenden Ausführungsformen wird ein Ejektorkreislaufsystem der Erfindung auf eine Kälteerzeugungseinrichtung für Fahrzeuge angewandt. Anstelle dessen kann es auf einen stationären Kälteerzeuger, eine stationäre Gefrierkammer, ein Kälteerzeugungssystem, oder einen Dampfkompressionskreislauf, wie einen Wärmepumpenkreislauf für einen Wasserheizer angewandt werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann CO₂-Kältemittel oder HC-Kältemittel als Kältemittel verwendet werden. Fluorchlorkohlenwasserstoff ist ein generischer Name organischer Verbindungen, welche Kohlenstoff, Fluor, Chlor und Wasserstoff umfassen, und wird weit verbreitet als Kältemittel verwendet.
Fluorkohlenwasserstoff-Kältemittel enthält HCFC(Hydrochlor-Fluorkohlenwasserstoff)-Kältemittel, HFC(Hydrofluorkohlenwasserstoff)-Kältemittel und dergleichen. Diese Kältemittel sind als Alternativen für Fluorchlorkohlenwasserstoff ausgewiesen, da diese nicht die Ozonschicht zerstören.
HC(Kohlenwasserstoff)-Kältemittel ist eine Kältemittelsubstanz, welche Wasserstoff und Kohlenstoff enthält und in der Natur vorkommt. Das HC-Kältemittel enthält R600a (Isobutan), R290 (Propan) und dergleichen.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist beabsichtigt, dass die Erfindung vielfältige Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Ferner sind, während vielfältige Elemente der bevorzugten Ausführungsformen in vielfältigen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, welche bevorzugt werden, andere Kombinationen und Konfigurationen, einschließlich mehr oder weniger oder nur ein einzelnes Element ebenfalls innerhalb des Gedankens und des Bereichs der Erfindung.

Claims

Ejektorkreislaufsystem mit einem Kältemittelkreislauf, durch den Kältemittel strömt, umfassend: einen Kompressor (11), der Kältemittel ansaugt und komprimiert; einen Radiator (12), der Wärme aus Hochdruckkältemittel abstrahlt, das vom Kompressor abgegeben wird, einen Ejektor (15), der stromab von dem Radiator angeordnet ist, wobei der Ejektor aufweist einen Düsenabschnitt (15a) zum Druckreduzieren und Expandieren des Kältemittels, eine Kältemittelansaugöffnung (15b), durch welche Kältemittel durch eine Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung gesaugt wird, die aus dem Düsenabschnitt als Strahl ausgestoßen wird, und einen Druck erhöhenden Abschnitt zum Mischen von Kältemittel, das durch die Kaltemittelansaugöffnung mit dem Hochgeschwindigkeits-Kältemittel gesaugt wird, und zum Verlangsamen des gemischten Kältemittelstroms, um den Druck des Kältemittelstroms zu erhöhen, einen ersten Verdampfer (16), der das aus dem Ejektor ausströmende Kältemittel verdampft, einen Abzweigdurchtritt (18), der von einem Abzweigabschnitt (Z) zwischen dem Radiator und dem Düsenabschnitt des Ejektors abzweigt und an die Kältemittelansaugöffnung gekoppelt ist, um das aus dem Radiator in die Kältemittelansaugöffnung strömende Kältemittel zu führen, eine Drosseleinheit (19), die in dem Abzweigdurchtritt angeordnet ist und das Kältemittel im Druck verringert, um die Strömungsmenge des Kältemittels einzustellen, einen zweiten Verdampfer (20), der stromabwärts von der Drosseleinheit angeordnet ist, um Kältemittel zu verdampfen, und eine variable Drosselvorrichtung (31, 35, 38, 40), die in einer Kältemittelleitung zwischen der Kältemittelauslassseite des Radiators (12) und dem Abzweigabschnitt (Z) angeordnet ist, um das aus dem Radiator (12) ausströmende Kältemittel zu dekomprimieren.
Ejektorkreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei die variable Drosselvorrichtung (31, 35, 38, 40) so ausgelegt ist, dass die Strömungsmenge an Kältemittel in dem gesamten Kältemittelkreislauf eingestellt wird auf der Basis von wenigstens einer physikalischen Größe, die mit wenigstens einem Zustand des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf in Beziehung steht, der Temperatur eines durch den ersten Verdampfer und den zweiten Verdampfer zu kühlenden Raumes und die Umgebungstemperatur des zu kühlenden Raumes.
Ejektorkreislaufsystem nach Anspruch 2, wobei die physikalische Größe in Beziehung steht zu dem Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des ersten Verdampfers (16) und die variable Drosselvorrichtung (31) so ausgelegt ist, dass die Strömungsmenge des Kältemittels in dem gesamten Kältemittelkreislauf derart eingestellt wird, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des ersten Verdampfers (16) einem vorbestimmten Wert angenähert wird.
Ejektorkreislaufsystem nach Anspruch 2, wobei die physikalische Größe in Beziehung steht zu dem Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des zweiten Verdampfers (20) und die variable Drosselvorrichtung (35) so ausgelegt ist, dass die Strömungsmenge des Kältemittels in dem gesamten Kältemittelkreislauf derart eingestellt wird, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des zweiten Verdampfers (20) einem vorbestimmten Wert angenähert wird.
Ejektorkreislaufsystem nach Anspruch 2, wobei die physikalische Größe in Beziehung steht zu dem Unterkühlungsgrad des Kältemittels an der Kältemittelauslassseite des Radiators (12) und die variable Drosselvorrichtung (38) so ausgelegt ist, dass die Strömungsmenge des Kältemittels im gesamten Kältemittelkreislauf derart eingestellt wird, dass der Unterkühlgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Radiators (12) einem vorbestimmten Wert angenähert wird.
Ejektorkreislaufsystem nach Anspruch 2, wobei das vom Kompressor abgegebene Hochdruckkältemittel einen Druck aufweist, der höher ist als der kritische Druck des Kältemittels, die physikalische Größe in Beziehung steht zu der Temperatur und dem Druck des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Radiators, und die variable Drosselvorrichtung (38) so ausgelegt ist, dass die Strömungsmenge des Kältemittels in dem gesamten Kältemittelkreislauf derart eingestellt wird, dass der Druck oder die Temperatur des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Radiators (12) einem vorbestimmten Wert angenähert wird.
Ejektorkreislaufsystem nach Anspruch 2, wobei die physikalische Größe in Beziehung steht zu der Strömungsmenge des vom Kompressor abgegebenen Kältemittels und die variable Drosselvorrichtung (40) so ausgelegt ist, dass die Strömungsmenge des Kältemittels in dem gesamten Kältemittelkreislauf derart eingestellt wird, dass die Strömungsmenge des Kältemittels in dem gesamten Kältemittelkreislauf einem vorbestimmten Wert angenähert wird.