DE102008016860A1

DE102008016860A1 - Kältemittelkreislaufvorrichtung mit Ejektor

Info

Publication number: DE102008016860A1
Application number: DE102008016860A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kariya Ikegami; Hirotsugu Kariya Takeuchi; Haruyuki Kariya Nishijima; Shigeki Kariya Ito; Ryoko Kariya Fujiwara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: JP2008256240A; DE102008016860B4; JP4715797B2

Abstract

Eine Kältemittelkreislaufvorrichtung ist versehen mit: einem Verzweigungsabschnitt (100) zum Verzweigen eines Stroms von Kältemittel, der aus dem Diffusor (15d, 30d) eines Ejektors (15, 30) strömt, einem ersten Verdampfer (17) zum Verdampfen eines der von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelströme, um das verdampfte Kältemittel in eine Ansaugseite eines Kompressors (11) zu lassen, und einem zweiten Verdampfer (18) zum Verdampfen des anderen von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelstroms, um das verdampfte Kältemittel in Richtung einer stromaufwärtigen Seite der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) strömen zu lassen. Der Verzweigungsabschnitt (100) verzweigt den Kältemittelstrom derart, dass ein dynamischer Druck des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels aufrechterhalten wird, wobei der zweite Verdampfer (18) in einem derartigen Bereich verbunden ist, dass der dynamische Druck an ein Inneres des zweiten Verdampfers (18) angelegt wird, und wobei ein Druckabfall (DeltaP1abfall) in dem ersten Verdampfer (17) gleich oder kleiner als ein Druckzunahmebetrag (DeltaPej) in dem Diffusor (15d, 30d) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit einem Ejektor.
Herkömmlicherweise offenbaren JP-B1-2818965 und JP-A-2006-292351 eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit einem Verzweigungsabschnitt, der sich auf einer stromabwärtigen Seite des Ejektors befindet und geeignet ist, einen Kältemittelstrom zu verzweigen. Eines der verzweigen Kältemittel strömt in einen ersten Verdampfer. Der erste Verdampfer hat eine Auslassseite mit einer Ansaugseite eines Kompressors verbunden. Das andere verzweigte Kältemittel strömt über eine Dekompressionsvorrichtung, wie etwa ein Expansionsventil, in einen zweiten Verdampfer. Der zweite Verdampfer hat eine Auslassseite mit einer Kältemittelansaugöffnung des Ejektors verbunden.
In dem in JP-B1-2818965 offenbarten Kreislauf befindet sich der Verzweigungsabschnitt im Inneren eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders, der auf der stromabwärtigen Seite des Ejektors angeordnet ist, um zuzulassen, dass flüssigphasiges Kältemittel in den zweiten Verdampfer strömt. In dem in JP-A-2006-292351 offenbarten Kreislauf ist der Verzweigungsabschnitt aus einem U-förmigen Verteiler mit einer Dreiwege-Verbindungsstruktur aufgebaut, um gasflüssiges Zweiphasenkältemittel oder flüssigphasiges Kältemittel in den zweiten Verdampfer strömen zu lassen, wobei beide Verdampfer eine Kühlkapazität zeigen können.
In dem in den vorstehend erwähnten Patentdokumenten offenbarten Kreislauf ist die Dekompressionsvorrichtung zwischen dem Verzweigungsabschnitt und dem zweiten Verdampfer angeordnet, was zu einem Verlust an kinetischer Energie des Kältemittels führt, wenn das Kältemittel die Dekompressionseinrichtung durchläuft. Wenn die kinetische Energie ganz verloren geht, muss nur die Wirkung einer Druckdifferenz zwischen einem statischen Druck des Kältemittels auf der Auslassseite der Dekompressionsvorrichtung und einem statischen Druck des Kältemittels an der Kältemittelansaugöffnung des Ejektors dem Kältemittel auf der Auslassseite der Dekompressionsvorrichtung erlauben, in den zweiten Verdampfer zu strömen.
Wenn folglich ein Druckabfall zwischen einem Einlass und einem Auslass des zweiten Verdampfers höher als die Druckdifferenz zwischen dem statischen Druck des Kältemittels auf der Auslassseite der Dekompressionsvorrichtung und dem statischen Druck des Kältemittels an der Kältemittelansaugöffnung des Ejektors ist, kann das Kältemittel nicht in den zweiten Verdampfer strömen. Als ein Ergebnis kann der zweite Verdampfer in den Kreisläufen, die in den vorstehend offenbarten Patentdokumenten offenbart sind, häufig nicht die Kühlkapazität zeigen.
Der Anmelder der vorliegenden Anmeldung hat in der japanischen Patentanmeldung Nr. 292437/2006 (auf die hier als ein früheres Anmeldungsbeispiel Bezug genommen wird) einen Kreislauf vorgeschlagen. In dem Kreislauf ist ein Verzweigungsabschnitt auf einer stromabwärtigen Seite eines Ejektors bereitgestellt, um einen Kältemittelstrom zu verzweigen. Eines der verzweigten Kältemittel strömt in einen ersten Verdampfer. Die Auslassseite des ersten Verdampfers ist mit einer Ansaugseite eines Kompressors verbunden. Das andere Kältemittel strömt direkt ohne eine Dekompressionsvorrichtung in einen zweiten Verdampfer. Die Auslassseite des zweiten Verdampfers ist mit einer Kältemittelansauföffnung des Ejektors verbunden.
In dem in dem früheren Anmeldungsbeispiel offenbarten Kreislauf strömt das von dem Verzweigungsabschnitt verzweigte Kältemittel ohne die Dekompressionsvorrichtung oder ähnliches direkt in den zweiten Verdampfer. Das Kältemittel auf der stromabwärtigen Seite des Ejektors kann nicht nur durch die Wirkung der Druckdifferenz zwischen dem statischen Druck des Kältemittels auf der Auslassseite einer Drossel und dem statischen Druck des Kältemittels an der Kältemittelansaugöffnung des Ejektors in den zweiten Verdampfer strömen, sondern auch durch einen dynamischen Druck des aus dem Ejektor strömenden Kältemittels. Als ein Ergebnis kann der zweite Verdampfer sicher die Kühlkapazität zeigen.
Das Kältemittel, dessen Druck durch eine Unter-Druck-Setz-Wirkung eines Diffusors des Ejektors erhöht wird, wird über den ersten Verdampfer in den Kompressor gesaugt, wodurch eine Antriebsleistung des Kompressors verringert wird. Das heißt, in dem Kreislauf, der in dem in dem früheren Anmeldungsbeispiel offenbart ist, kann die Abnahme der Antriebsleistung des Kompressors eine Verbesserung des Kreislaufwirkungsgrads (Leistungskoeffizient COP) erreichen und kann die Kühlkapazität an dem zweiten Verdampfer sicher zeigen.
In dem Kreislauf, der in dem früheren Anmeldungsbeispiel offenbart ist, erlaubt die Wirkung des dynamischen Drucks des aus dem Ejektor strömenden Kältemittels dem Kältemittel, in den zweiten Verdampfer zu strömen, so dass das aus dem Ejektor strömende Kältemittel eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit hat. Der Begriff „Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Ejektor strömenden Kältemittels" wie er hier verwendet wird, bedeutet insbesondere eine Strömungsgeschwindigkeit Vdif des Kältemittels, das aus dem Diffusor des Ejektors strömt.
Um den Kreislaufwirkungsgrad weiter zu verbessern, haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Beziehung zwischen der Strömungsmenge Vdif des aus dem Diffusor strömenden Kältemittels und dem Kreislaufwirkungsgrad COP untersucht. 9 ist eine Kurve, die das Ergebnis der Untersuchung zeigt. 9 zeigt, dass ein Wert des Kreislaufwirkungsgrads sich mit einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor strömenden Kältemittels ändert, so dass er eine Spitze (einen Maximalwert) hat.
Der Grund dafür ist wie folgt. Obwohl die Strömungsmenge des in die ersten und zweiten Verdampfer strömenden Kältemittels zusammen mit einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor strömenden Kältemittels erhöht werden kann, wird der Druckabfall an den ersten und zweiten Verdampfern proportional zum Quadrat der Kältemittelströmungsgeschwindigkeit erhöht. Folglich führt die Erhöhung von Vdif zu einer Zunahme der Antriebsleistung des Kompressors, was zu einer Abnahme des Leistungskoeffizienten führt.
Das heißt, wenn der Druckabfall an dem ersten Verdampfer erhöht wird, so dass er höher als der Betrag der Druckzunahme an dem Diffusor des Ejektors ist, wird der Erhöhungsbetrag eines Kältemittelansaugdrucks des Kompressors in Bezug auf einen Kältemittelverdampfungsdruck an dem zweiten Verdampfer verringert. Dies kann die Verbesserungswirkung in dem Kreislaufwirkungsgrad durch Verringern der Antriebsleistung des Kompressors, wie vorstehend beschrieben, nicht hinreichend erreichen.
Um folglich in dem Kreislauf des früheren Anmeldungsbeispiels den Kreislauf anzutreiben, während der hohe Kreislaufwirkungsgrad COP gezeigt wird, muss der Kreislauf derart angetrieben werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des von dem Diffusor strömenden Kältemittels sich der optimalen Strömungsgeschwindigkeit Vdif-max nähert, bei der der Kreislaufwirkungsgrad eine Spitze, wie in 9 gezeigt, erreicht.
Angesichts der vorangehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kältemittelkreislaufvorrichtung bereitzustellen, um Kältemittel zu erlauben, von einem auf einer stromabwärtigen Seite eines Ejektors angeordneten Verzweigungsabschnitt in eine Vielzahl von Verdampfern zu strömen, während in dem ganzen Kreislauf ein hoher Kreislaufwirkungsgrad gezeigt wird.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kättemittelkreislaufvorrichtung mit einem Verzweigungsabschnitt auf einer stromabwärtigen Seite eines Ejektors bereitzustellen, in dem der Kreislaufwirkungsgrad verbessert werden kann, indem die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus einem Diffusor strömenden Kältemittels nahe an eine optimale Strömungsgeschwindigkeit Vdif-max gebracht wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kältemittelkreislaufvorrichtung: einen Kompressor (11) zum Komprimieren und Ausstoßen eines Kältemittels; einen Strahler (12) zum Abstrahlen von Wärme von einem Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor (11) ausgestoßen wird; einen Ejektor (15, 30), der einen Düsenabschnitt (15a, 30a) zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel auf einer stromabwärtigen Seite des Strahlers (12), eine Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b), von der Kältemittel durch einen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom, der von dem Düsenabschnitt (15a, 30a) eingespritzt wird, gesaugt wird, und einen Diffusor (15d, 30d) umfasst, der aufgebaut ist, um einen Druck von vermischtem Kältemittel aus dem eingespritzten Kältemittel und dem von der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) angesaugten Ansaugkältemittel zu erhöhen; einen Verzweigungsabschnitt (100) zum Verzweigen eines Stroms von Kältemittel, der aus dem Diffusor (15d, 30d) strömt; einen ersten Verdampfer (17) zum Verdampfen eines der von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelströme, um das Kältemittel auf eine Ansaugseite des Kompressors (11) zu lassen; und einen zweiten Verdampfer (18) zum Verdampfen des anderen von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelstroms, um das Kältemittel in Richtung einer stromaufwärtigen Seite der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) strömen zu lassen. In der Kältemittelkreislaufvorrichtung verzweigt der Verzweigungsabschnitt (100) den Kältemittelstrom derart, dass ein dynamischer Druck des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels aufrechterhalten wird, der zweite Verdampfer (18) in einem derartigen Bereich verbunden ist, dass der dynamische Druck an ein Inneres des zweiten Verdampfers (18) angelegt wird, und ein Druckabfall (ΔP1abfall) in dem ersten Verdampfer (17) gleich oder kleiner als ein Druckzunahmebetrag (ΔPej) in dem Diffusor (15d, 30d) ist.
Da der Druckabfall (ΔP1abfall) gleich oder kleiner als ein Druckzunahmebetrag (ΔPej) ist, kann die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels nahe der optimalen Strömungsgeschwindigkeit (Vdif-max) gemacht werden, wodurch der hohe Kreislaufwirkungsgrad in dem ganzen Kreislauf verbessert wird.
Das heißt, wenn der Druckabfall (ΔP1abfall) größer als der Druckzunahmebetrag (ΔPej) ist, wird von dem Düsenabschnitt (15a, 30a) des Ejektors (15, 30) zurück gewonnene Energie von dem Druckabfall verbraucht, der bewirkt wird, wenn das Kältemittel den ersten Verdampfer (17) durchläuft.
Auf diese Weise kann ein Kältemittelansaugdruck des Kompressors (11) in Bezug auf einen Kältemittelverdampfungsdruck des zweiten Verdampfers (18) nicht ausreichend erhöht werden. Folglich kann es schwierig sein, die Verbesserungswirkung in dem Kreislaufwirkungsgrad zu erzielen, indem die Antriebsleistung des Kompressors (11) verringert wird.
Wenn der Druckabfall (ΔP1abfall) im Gegensatz dazu gleich oder kleiner als der Druckzunahmebetrag (ΔPej) ist, kann die Antriebsleistung des Kompressors (11) verringert werden, um den Kreislaufwirkungsgrad zu verbessern. Das heißt, die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor strömenden Kältemittels kann nahe an die optimale Strömungsgeschwindigkeit (Vdif-max) gebracht werden.
Zum Beispiel ist in der Kältemittelkreislaufvorrichtung die folgende Beziehung erfüllt: Vdif ≤ 2Π × ΔPej/Gn × (De/2)² × (De/Le)/λ
wobei Vdif eine Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels ist, ΔPej ein Druckzunahmebetrag ist, Gn eine Strömungsmenge des aus dem Kompressor (11) ausgestoßenen Kältemittels ist, Le eine Strömungsweglänge eines Kältemitteldurchgangs ist, der von einem Kältemitteleinlass des ersten Verdampfers (17) zu einem Kältemittelauslass von ihm führt, De ein Durchgangsdurchmesser des Kältemitteldurchgangs ist und λ ein Rohrleitungsreibungskoeffizient des Kältemitteldurchgangs ist.
Die Begriffe „Strömungsweglänge (Le)", „Durchgangsdurchmesser (De)" und „Rohleitungsreibungskoeffizient (λ)", wie sie in der Erfindung verwendet werden, bedeuten nicht nur Werte, die aus genauen Abmessungen eines Kältemitteldurchgangs abgeleitet werden. Wie in den folgenden Ausführungsformen erwähnt, umfassen diese Begriffe zum Beispiel, wenn der Kältemitteldurchgang des ersten Verdampfers (17) eine komplizierte Durchgangsform hat, Werte einer Strömungsweglänge (Le), eines Durchgangsdurchmessers (De) und eines Rohleitungsreibungskoeffizienten (λ) eines Rohrleitungsdurchgangs, die äquivalent zu dem komplizierten Kältemitteldurchgang sind.
Ein Kältemitteldurchgang des ersten Verdampfers (17) wird durch eine Rohrleitung angenähert. Im Allgemeinen kann der Druckabfall aufgrund der Rohrleitungsreibung des ersten Verdampfers (17) durch die folgende Formel F1 dargestellt werden. ΔP1abfall = λ × (Le/De) × (ρdif × Vdif2/2) (F1)
Hier ist ρdif die Kältemitteldichte an einem Auslass des Diffusors (15d, 30d).
Die Strömungsmenge von Kältemittel, das den ersten Verdampfer (17) durchläuft, kann durch die folgende Formel F2 dargestellt werden. Gn = ρdif × Vdif × Π(De/2)2 (F2)
Die Strömungsmenge von Kältemittel, die den ersten Verdampfer (17) durchläuft, ist identisch zu der aus dem Kompressor (11) ausgestoßenen Strömungsmenge von Kältemittel (Gn).
In der Kältemittelkreislaufvorrichtung bedeutet der Druckabfall (ΔP1abfall), der gleich oder kleiner als der Druckzunahmebetrag (ΔPej) ist, die Erfüllung der folgenden Beziehung F3. (ΔP1abfall) ≤ (ΔPej) (F3)
Wenn die Formeln F1 und F2 auf die durch die Formel F3 angegebene Beziehung angewendet werden, kann die folgende Formel F4 abgeleitet werden. Vdif ≤ 2Π × ΔPej/Gn × (De/2)2 × (De/Le)/λ (F4)
Auf diese Weise kann die Erfüllung der Formel F4 insbesondere die vorstehend erwähnte Formel F3 erfüllen.
Als ein Ergebnis kann die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels nahe an die optimale Strömungsgeschwindigkeit (Vdif-max) gebracht werden, was in dem gesamten Kreislauf den hohen Kreislaufwirkungsgrad zeigen kann.
Obwohl in der folgenden Formel F4 die untere Grenze der Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels nicht definiert ist, wird der dynamische Druck des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels auf das Innere des zweiten Verdampfers (18) in der Kältemittelkreislaufvorrichtung angewendet. Auf diese Weise ist die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich, der den dynamischen Druck an das Innere des zweiten Verdampfers (18) anwenden kann, und die untere Grenze der Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) kann durch diesen Bereich bestimmt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kältemittelkreislaufvorrichtung: einen Kompressor (11) zum Komprimieren und Ausstoßen von Kältemittel; einen Strahler (12) zum Abstrahlen von Wärme von einem Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor (11) ausgestoßen wird, einen Ejektor (15, 30), der einen Düsenabschnitt (15a, 30a) zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel auf einer stromabwärtigen Seite des Strahlers (12), eine Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b), von der Kältemittel durch einen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom, der von dem Düsenabschnitt (15a, 30a) eingespritzt wird, gesaugt wird, und einen Diffusor (15d, 30d) umfasst, der aufgebaut ist, um einen Druck von vermischtem Kältemittel aus dem eingespritzten Kältemittel und dem von der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) angesaugten Ansaugkältemittel zu erhöhen; einen Verzweigungsabschnitt (100) zum Verzweigen eines Stroms von Kältemittel, der aus dem Diffusor (15d, 30d) strömt; einen ersten Verdampfer (17) zum Verdampfen eines der von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelströme, um das Kältemittel auf eine Ansaugseite des Kompressors (11) zu lassen; und einen zweiten Verdampfer (18) zum Verdampfen des anderen von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelstroms, um das Kältemittel in Richtung einer stromaufwärtigen Seite der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) strömen zu lassen. In der Kältemittelkreislaufvorrichtung wird eine Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels basierend auf einer Trockenheit (Xmix) des vermischten Kältemittels und einer Gesamtkühlkapazität (Qkühl) eingestellt, welche eine Summe einer an dem ersten Verdampfer (17) gebotenen Kühlkapazität (Q1) und einer an dem zweiten Verdampfer (18) gebotenen Kühlkapazität (Q2) ist.
Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels basierend auf der Gesamtkühlkapazität (Qkühl) und der Trockenheit (Xmix) des vermischten Kältemittels eingestellt werden. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels nahe an die optimale Strömungsgeschwindigkeit (Vdif-max) gebracht werden, wodurch der hohe Kreislaufwirkungsgrad in dem gesamten Kreislauf geboten werden kann.
Zum Beispiel kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung ferner mit Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen (11a, 12a, 17a, 30e, 30f, 31, 32), um die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels einzustellen, und einer Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) versehen sein, um einen Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen (11a, 12a, 17a, 30e, 30f, 31, 32) zu steuern. In diesem Fall steuert die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) den Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen (11a, 12a, 17a, 30e, 30f, 31, 32) basierend auf der Gesamtkühlkapazität (Qkühl) und der Trockenheit (Xmix) des vermischten Kältemittels derart, dass die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels in einem vorbestimmten Bereich ist.
Außerdem kann die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) den Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen (11a, 12a, 17a, 30e, 30f, 31, 32) derart steuern, dass die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels basierend auf einem Zunahmebetrag der Enthalpie (ΔHcomp) des Kältemittels an dem Kompressor (11), auf einem Abnahmebetrag der Enthalpie (ΔHklim) des Kältemittels an dem Strahler (12), auf der Gesamtkühlkapazität (Qkühl), die durch eine Enthalpie (H1aus) des Kältemittels an dem Auslass des ersten Verdampfers (17) und eine Enthalpie (H2aus) des Kältemittels an einem Auslass des zweiten Verdampfers (18) bestimmt ist, und auf einer Trockenheit (Xmix) des vermischten Kältemittels, die durch eine Trockenheit (Xdüs) des eingespritzten Kältemittels bestimmt ist, einer Enthalpie (Hdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels und einer Enthalpie (Hmix) des vermischten Kältemittels berechnet wird, so dass sie in dem vorbestimmten Bereich liegt.
Zum Beispiel können die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen eine Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung (11a) zum Ändern einer Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors (11) umfassen. In diesem Fall stellt die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels ein, indem sie einen Betrieb der Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung (11a) steuert. Alternativ können die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen eine Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung (12a) zum Ändern einer Kältemittelwärmestrahlungskapazität des Strahlers (12) umfassen. In diesem Fall stellt die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs der Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung (12a) ein. Alternativ können die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen eine Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung (17a) zum Ändern einer Kältemittelverdampfungskapazität des ersten Verdampfers (17) und/oder des zweiten Verdampfers (18) umfassen. In diesem Fall stellt die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs der Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung (17a) ein.
Alternativ können die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen eine Drosselöffnungsgrad-Änderungseinrichtung (30e, 30f) zum Ändern einer Drosseldurchgangsfläche des Düsenabschnitts (30a) umfassen. In diesem Fall stellt die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs der Drosselöffnungsgrad-Änderungseinrichtung (30e, 30f) ein. Alternativ können die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen einen hochdruckseitigen Drosselmechanismus (31) umfassen, der auf einer stromabwärtigen Seite des Strahlers (12) und auf einer stromaufwärtigen Seite des Ejektors (15, 30) angeordnet ist. In diesem Fall stellt die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs des hochdruckseitigen Drosselmechanismus (31) ein.
Der zweite Verdampfer (18) kann aus einer Vielzahl von Verdampfungsabschnitten (18a, 18b) aufgebaut sein, die in Reihe zueinander geschaltet sind, und einem niederdruckseitigen Drosselmechanismus (32), der zwischen den Verdampfungsabschnitten (18a, 18b) angeordnet ist, um das Kältemittel zu dekomprimieren und expandieren. In diesem Fall stellt die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs des niederdruckseitigen Drosselmechanismus (32) ein.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, die unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei:
1 ein Gesamtaufbaudiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung mit einem Ejektor gemäß ersten bis dritten Ausführungsformen der Erfindung ist;
2 ein Blockdiagramm einer elektrischen Steuerung der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit dem Ejektor in der ersten Ausführungsform ist;
3 ein Mollier-Diagramm ist, das Kältemittelzustände in einem Kältemittelkreislauf der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ein Gesamtaufbaudiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung mit einem Ejektor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist;
5 ein Gesamtaufbaudiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung mit einem Ejektor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist;
6 ein Gesamtaufbaudiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung mit einem Ejektor gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung ist;
7 ein Mollier-Diagramm ist, das Kältemittelzustände in einem Kältemittelkreislauf der sechsten Ausführungsform zeigt;
8 eine Tabelle ist, die verfügbare physikalische Größen zur Berechnung oder Schätzung benötigter physikalischer Größen zeigt; und
9 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit von Kältemittel an einem Auslass eines Diffusors und dem Kreislaufwirkungsgrad zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. 1 ist ein Gesamtaufbaudiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit einem Ejektor 15 gemäß der ersten Ausführungsform. In der ersten Ausführungsform wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung als ein Beispiel auf eine Klimaanlage für ein Fahrzeug angewendet. Zuerst ist in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 ein Kompressor 11 daran angepasst, Kältemittel anzusaugen, zu komprimieren und auszustoßen, und wird drehend angetrieben, indem er eine Antriebskraft aufnimmt, die von einem (nicht gezeigten) Motor für den Fahrzeugbetrieb über eine Riemenscheibe und einen Riemen übertragen wird.
In dieser Ausführungsform wird als der Kompressor 11 ein Taumelscheibenkompressor mit variabler Verdrängung verwendet, der eine Ausstoßkapazität von Kältemittel variabel und fortlaufend basierend auf einem Steuersignal von einer Klimatisierungssteuerung 20, die später beschrieben werden soll, steuern kann. Ferner kann der Taumelscheibenkompressor mit variabler Verdrängung eine Kältemittelausstoßkapazität durch Ändern des Ausstoßvolumens ändern. Der Begriff „Ausstoßvolumen", wie er hier verwendet wird, bedeutet eine geometrische Kapazität eines Arbeitsraums zum Ansaugen und Komprimieren des Kältemittels, das heißt, eine Zylinderkapazität zwischen den oberen Totpunkt- und unteren Totpunktpositionen eines Kolbenhubs.
Insbesondere umfasst der Taumelscheibenkompressor mit variabler Verdrängung eine darin ausgebildete (nicht gezeigte) Taumelscheibenkammer zum Einführen des Ansaugkältemittels und des Ausstoßkältemittels und ein elektromagnetisches Kapazitätssteuerventil 11a zum Einstellen des Verhältnisses des Ansaugkältemittels zu dem Ausstoßkältemittel, die in die Taumelscheibenkammer eingeführt werden sollen. Der Taumelscheibenkompressor umfasst auch eine (nicht gezeigte) Taumelscheibenplatte, die geeignet ist, einen Neigungswinkel zu haben, der sich entsprechend dem Druck in der Taumelscheibenkammer ändert und folglich einen Kolbenhub (Ausstoßvolumen) entsprechend dem Neigungswinkel der Taumelscheibe ändert.
Auf diese Weise bildet das elektromagnetische Kapazitätssteuerventil 11a die Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung dieser Ausführungsform und hat einen Öffnungsgrad des Ventils (das Verhältnis des Ansaugkältemittels zu dem Ausstoßkältemittel), der von einem Steuerstrom In der Klimatisierungssteuerung 20, die später beschrieben werden soll, eingestellt wird. Der Taumelscheibenkompressor mit variabler Verdrängung kann die Ausstoßkapazität im Wesentlichen kontinuierlich von 0 bis 100% ändern. Das Verringern der Ausstoßkapazität auf etwa 0% kann den Kompressor 11 im Wesentlichen in einen Betriebsanhaltezustand bringen.
Diese Ausführungsform verwendet eine kupplungsfreie Struktur, die den Kompressor 11 über die Riemenscheibe und den Riemen V beständig mit dem Motor für den Fahrzeugbetrieb verbindet. Es ist offensichtlich, dass der Kompressor mit variabler Verdrängung die Leistung von dem Motor für den Fahrzeugbetrieb über eine elektromagnetische Kupplung übertragen kann.
Wenn ein Kompressor mit fester Verdrängung als der Kompressor 11 verwendet wird, kann eine elektromagnetische Kupplung als die Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung verwendet werden. Das heißt, die Kältemittelausstoßkapazität kann eingestellt werden, indem die Betriebswirkungsgradsteuerung durchgeführt wird, die das Steuern des Verhältnisses von Ein zu Aus durch intermittierendes Betreiben des Kompressors durch die elektromagnetische Kupplung bedingt. Ferner dient ein Elektromotor bei der Verwendung des elektrischen Kompressors als Kompressor 11 als Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung, wodurch die Kältemittelausstoßkapazität durch die Einstellung der Anzahl von Umdrehungen des Elektromotors eingestellt wird.
Ein Kältemittelstrahler 12 ist mit der Kältemittelausstoßseite des Kompressors 11 verbunden. Der Strahler 12 ist ein Wärmetauscher für die Wärmeabfuhr, der Wärme zwischen Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, und der Außenluft (Luft außerhalb eines Fahrzeugraums), die von einem Kühlventilator 12a geblasen wird, austauscht, um das Hochdruckkühlmittel zu kühlen.
Der Kühlventilator 12a ist ein elektrischer Ventilator, in dem die Anzahl der Umdrehungen (eine Menge an geblasener Luft) von einer Steuerspannung V1 gesteuert wird, die von der Klimatisierungssteuerung 20 ausgegeben wird, die später beschrieben werden soll. Die Wärmestrahlungskapazität des Strahlers 12 wird durch die Menge an Luft, die von dem Kühlventilator 12a geblasen wird, eingestellt. Folglich bildet der Kühlventilator 12a die Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung dieser Ausführungsform.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 dieser Ausführungsform bildet einen unterkritischen Kreislauf, dessen hochdruckseitiger Kältemitteldruck den kritischen Druck des Kältemittels nicht übersteigt, wobei Flon-basiertes Kältemittel als das Kältemittel verwendet wird. Auf diese Weise dient der Strahler 12 als ein Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels.
Ein hochdruckseitiger Kältemittelströmungsweg 13a eines internen Wärmetauschers 13 ist mit der stromabwärtigen Seite des Strahlers 12 verbunden. Der interne Wärmetauscher 13 ist geeignet, Wärme zwischen dem Kältemittel, das den hochdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13a auf der Auslassseite des Strahlers 12 durchläuft, und dem Kältemittel, das einen niederdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13b auf der Ansaugseite des Kompressors 11 durchläuft, auszutauschen, wodurch das Kältemittel auf der Auslassseite des Strahlers 12 gekühlt wird. Dies kann eine Enthalpiedifferenz (Kühlkapazität) des Kältemittels zwischen einem Einlass und einem Auslass für das Kältemittel der später zu beschreibenden ersten und zweiten Verdampfer 17 und 18 jeweils erhöhen.
Der interne Wärmetauscher 13 kann verschiedene spezifische Strukturen verwenden. Insbesondere kann eine Wärmetauscherstruktur verwendet werden, in der Kältemittelrohrleitungen, die den hochdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13a und den niederdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13b bilden, durch Verbindungsmittel, wie etwa Hartlöten, Schweißen, Einfalzen oder Löten miteinander verbunden sind, um dadurch Wärme auszutauschen. Alternativ kann eine Doppelrohrleitungs- Wärmetauscherstruktur verwendet werden, in der der hochdruckseitige Kältemittelströmungsweg 13a im Inneren einer äußeren Rohrleitung angeordnet ist, die den niederdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13b bildet.
Ein Ejektor 15 ist mit der Auslassseite des hochdruckseitigen Kältemittelströmungswegs 13a des internen Wärmetauschers 13 verbunden. Der Ejektor 15 dient als Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren des Kältemittels und auch als Kältemittelumwälzeinrichtung zum Umwälzen des Kältemittels durch eine Ansaugwirkung des mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßenen Kältemittestroms.
Insbesondere umfasst der Ejektor 15 einen Düsenabschnitt 15a zum Verringern der Schnittfläche eines Durchgangs für das Hochdruckkältemittel, das aus dem hochdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13a des internen Wärmetauschers 13 strömt, um dabei das Kältemittel zu dekomprimieren. Der Ejektor 15 umfasst auch eine Kältemittelansaugöffnung 15b, die in Verbindung mit einer Kältemitteleinspritzöffnung des Düsenabschnitts 15a steht, um das Kältemittel von dem zweiten Verdampfer 18, der später beschrieben werden soll, anzusaugen.
Ein Mischabschnitt 15c ist auf der stromabwärtigen Seite des Kältemittelstroms des Düsenabschnitts 15a und der Kältemittelansaugöffnung 15b bereitgestellt, um den von dem Düsenabschnitt 15a eingespritzten Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom mit dem von der Kältemittelansaugöffnung 15b angesaugten Ansaugkältemittel zu vermischen. Ein Diffusor 15d, der als ein Druckerhöher (Druckerhöhungsabschnitt) dient, ist auf der stromabwärtigen Seite des Kältemittelstroms des Mischabschnitts 15c angeordnet.
Der Diffusor 15d ist in einer derartigen Form ausgebildet, dass die Durchgangsschnittfläche des Kältemittels allmählich zunimmt, und hat eine Wirkung, dass die Geschwindigkeit des Kältemittelstroms verringert wird, um den Kältemitteldruck zu erhöhen, das heißt eine Wirkung der Umwandlung der Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in dessen Druckenergie.
Ein Kältemittelverteiler 16 zum Verzweigen des Kältemittelstroms, um die verzweigten Ströme in Richtung der kältemittelstromabwärtigen Seite zu verteilen, ist mit der stromabwärtigen Seite des Ejektors 15 (insbesondere mit der Auslassseite des Diffusors 15d) verbunden. Der Kältemittelverteiler 16 ist eine T-förmige Dreiwegeverbindungsstruktur, die im Wesentlichen miteinander verbundene gerade Rohrleitungen mit verschiedenen Durchmessern umfasst.
Noch genauer umfasst der Kältemittelverteiler 16 ein Einleitungsrohr 16a, um das Kältemittel in es strömen zu lassen, ein erstes Leitungsrohr 16b, um das Kältemittel zu dem ersten Verdampfer 17 strömen zu lassen, und ein zweites Leitungsrohr 16c, um das Kältemittel in Richtung des zweiten Verdampfers 18 strömen zu lassen. Auf diese Weise befindet sich der Verzweigungsabschnitt 100 im Inneren des Kältemittelverteilers 16.
Ferner ist die Kältemitteleinströmungsrichtung des Einleitungsrohrs 16a in dem Kältemittelverteiler 16 koaxial in die gleiche Richtung gerichtet wie die Kältemittelausströmungsrichtung des zweiten Leitungsrohrs 16c, und die Kältemittelausströmungsrichtung des ersten Leitungsrohrs 16b ist im Wesentlichen senkrecht zu der Kältemitteleinströmungsrichtung des Einleitungsrohrs 16a und der Kältemittelausströmungsrichtung des zweiten Leitungsrohrs 16c gerichtet.
Da die Kältemitteleinströmungsrichtung des Einleitungsrohrs 16a, wie vorstehend erwähnt, koaxial in die gleiche Richtung wie die Kältemittelausströmungsrichtung des zweiten Leitungsrohrs 16c gerichtet ist, strömt das in das Einleitungsrohr 16a strömende Kältemittel aus dem zweiten Leitungsrohr 16c, ohne die Strömungsgeschwindigkeit unnötig zu verringern. Wenn folglich der Kältemittelstrom an dem Verzweigungsabschnitt 100 des Kältemittelverteilers 16 verzweigt wird, wird der dynamische Druck des aus dem Diffusor 15d des Ejektors 15 strömenden Kältemittels aufrechterhalten.
Ein derartiger Kältemittelverteiler 16 kann leicht ausgebildet werden, indem metallische Rohrleitungen mit Verbindungsmitteln, wie etwa Schweißen, verbunden werden. Es ist offensichtlich, dass der Kältemittelverteiler durch Verkleben von Harzrohrleitungen ausgebildet werden kann. Ferner kann der Kältemittelverteiler durch Bereitstellen von Löchern, die als Kältemitteldurchgänge dienen, in einem Metallblock oder einem Harzblock mit einer rechteckigen Parallelepipedform ausgebildet werden.
1 zeigt die Kreislaufstruktur dieser Ausführungsform schematisch, aber der Diffusor 15d des Ejektors 15, der Kältemittelverteiler 16 und der zweite Verdampfer 18 sind wünschenswerterweise derart verbunden, dass sie durch eine kurze Rohrleitung direkt oder nahe beieinander angeordnet sind. Eine derartige Verbindung dieser Elemente erhält ferner den dynamischen Druck des aus dem Ejektor 15 strömenden Kältemittels aufrecht, wenn der Kältemittelstrom verzweigt wird.
In dieser Ausführungsform ist der Kältemittelverteiler 16, wie vorstehend erwähnt, mit dem zweiten Verdampfer 18 verbunden. Folglich ist das zweite Leitungsrohr 16c des Kältemittelverteilers 16 ohne Drosseleinrichtung mit dem zweiten Verdampfer 18 verbunden, so dass der dynamische Druck des aus dem Diffusor 15d des Ejektors 15 strömenden Kältemittels auf das Innere des zweiten Verdampfers 18 wirkt.
Der erste Verdampfer 17, der mit dem ersten Leitungsrohr 16b verbunden ist, ist ein Wärmetauscher für die Aufnahme von Wärme, der Wärme zwischen einem der an dem Kältemittelverteiler 16 verzweigten Kältemittel und der von einem Gebläseventilator 17a geblasenen Luft austauscht, um das niederdruckseitige Kältemittel zu verdampfen, wodurch die Wärmeaufnahmewirkung gezeigt wird.
Der Gebläseventilator 17a ist ein elektrisches Gebläse, bei dem die Anzahl der Umdrehungen (damit eine Menge der geblasenen Luft) durch eine Steuerspannung V2 gesteuert wird, die von der Klimatisierungssteuerung 20 ausgeben wird, die später beschrieben werden soll. Die Kältemittelverdampfungskapazität des ersten Verdampfers 17 wird durch eine Menge an Luft, die von dem Gebläseventilator 17a geblasen wird, eingestellt.
Ein Sammler 19 ist mit der Auslassseite des ersten Verdampfers 17 verbunden. Der Sammler 19 ist ein Gas-/Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden des darin strömenden Kältemittels in gasphasiges Kältemittel und flüssigphasiges Kältemittel, um das überschüssige Kältemittel darin zu lagern. Ein Auslass für das gasphasige Kältemittel des Sammlers 19 ist mit der Einlassseite des niederdruckseitigen Kältemittelströmungswegs 13b des internen Wärmetauschers 13 verbunden. Die Auslassseite des niederdruckseitigen Kältemittelströmungswegs 13b ist mit der Kältemittelansaugseite des Verdampfers 11 verbunden.
Andererseits ist der mit dem Leitungsrohr 16c verbundene zweite Verdampfer 18 ein Wärmetauscher zum Aufnehmen von Wärme, der Wärme zwischen dem anderen an dem Kältemittelverteiler 16 verzweigten Kältemittel und der von dem Gebläseventilator 17a geblasenen Luft austauscht, um dem Niederdruckkältemittel zu ermöglichen, die Wärme aufzunehmen, wodurch die geblasene Luft gekühlt wird.
Auf diese Weise dient der Gebläseventilator 17a als Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung, um fähig zu sein, die Kältemittelverdampfungskapazitäten sowohl des ersten Verdampfers 17 als auch des zweiten Verdampfers 18 zu ändern. Die Auslassseite des zweiten Verdampfers 18 ist mit der Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 verbunden.
Der erste Verdampfer 17 und der zweite Verdampfer 18 dieser Ausführungsform sind zu einer integrierten Struktur zusammenmontiert. Folglich strömt die von dem Gebläseventilator 17a geblasene Luft in die Richtung des Pfeils 200 und wird zuerst von dem ersten Verdampfer 17 und dann von dem zweiten Verdampfer 18 gekühlt, um in einen Raum zu strömen, der gekühlt werden soll (z. B. den Fahrzeugraum). Entsprechend können der erste Verdampfer 17 und der zweite Verdampfer 18 in dieser Ausführungsform den gleichen Raum kühlen, der gekühlt werden soll.
Nun wird der Überblick der elektrischen Steuerung dieser Ausführungsform unter Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Steuerung dieser Ausführungsform. Die Klimatisierungssteuerung 20 ist aus einem bekannten Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM und einem RAM und seiner peripheren Schaltung aufgebaut. Die Steuerung 20 führt verschiedene Arten der Berechnung und Verarbeitung basierend auf einem Steuerprogramm durch, das in dem ROM gespeichert ist, um, wie vorstehend beschrieben, Betriebe verschiedener Aktuatoren zu steuern.
Insbesondere ist die Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung 20 mit dem elektromagnetischen Kapazitätssteuerventil 11a, das als die Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung dient, dem Kühlventilator 12a, der als Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung dient, und dem Gebläseventilator 17a, der als die Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung dient, verbunden. Die Klimatisierungssteuerung 20 dieser Ausführungsform dient als Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuerungseinrichtung.
Die Erfassungssignale von einer Gruppe von Erfassungseinrichtungen zum Erfassen der verschiedenen physikalischen Größen werden in die Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 20 eingegeben.
Die Temperatursensoren, die als Temperaturerfassungseinrichtungen aus der Gruppe von mit der Steuerung verbundenen Erfassungseinrichtungen dienen, umfassen einen ersten Temperatursensor 21a zum Erfassen einer Temperatur T1aus des Kältemittels am Auslass des ersten Verdampfers 17 und einen zweiten Temperatursensor 22a zum Erfassen einer Temperatur T2aus des Kältemittels an dem Auslass des zweiten Verdampfers 18. Die Temperatursensoren umfassen auch einen dritten Temperatursensor 23a zum Erfassen einer Temperatur Tdüsi des Kältemittels am Einlass des Düsenabschnitts 15a und einen vierten Temperatursensor 24a zum Erfassen einer Temperatur Tdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels. Die Temperatursensoren umfassen einen fünften Temperatursensor 25a zum Erfassen einer Temperatur Tcompi des Kältemittels, das in den Kompressor 11 eingesaugt werden soll, einen sechsten Temperatursensor 26a zum Erfassen einer Temperatur Tcompa des von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels und einen siebten Temperatursensor 27a zum Erfassen einer Temperatur Tklima des Kältemittels an dem Auslass des Strahlers 12.
Die Drucksensoren, die als Druckerfassungseinrichtungen aus der Gruppe von mit der Steuerung verbundenen Erfassungseinrichtungen dienen, umfassen einen ersten Drucksensor 21b zum Erfassen eines Drucks P1aus des Kältemittels am Auslass des ersten Verdampfers 17 und einen zweiten Drucksensor 22b zum Erfassen eines Drucks P2aus des Kältemittels an dem Auslass des zweiten Verdampfers 18. Die Drucksensoren umfassen auch einen dritten Drucksensor 23b zum Erfassen eines Drucks Pdüsi des Kältemittels am Einlass des Düsenabschnitts 15a und einen vierten Drucksensor 24b zum Erfassen eines Drucks Pdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels. Die Drucksensoren umfassen ferner einen fünften Drucksensor 25b zum Erfassen eines Drucks Pcompi des Kältemittels, das in den Kompressor 11 eingesaugt werden soll, einen sechsten Drucksensor 26b zum Erfassen eines Drucks Pcompa des von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels und einen siebten Drucksensor 27b zum Erfassen eines Drucks Pklima des Kältemittels an dem Auslass des Strahlers 12.
Ein Drehzahlsensor 28, der als eine Drehzahlerfassungseinrichtung zum Erfassen der Anzahl von Umdrehungen Nc des Kompressors 11 dient, ist auch mit der Steuerung 20 verbunden. Nicht nur die Erfassungssignale von den vorstehend erwähnten jeweiligen Sensoren, sondern auch verschiedene Bedienssignale von dem Bedienfeld 29 werden in die Klimatisierungssteuerung 20 eingegeben. Ein Bedienfeld ist mit einem Bedienschalter zum Bedienen einer Kühlanlage für ein Fahrzeug und einem Temperatureinstellungsschalter oder ähnlichem zum Festlegen der Kühltemperatur des zu kühlenden Raums versehen.
Nun wird der Betrieb der vorstehend erwähnten Anordnung gemäß dieser Ausführungsform nachstehend unter Bezug auf ein in 3 gezeigtes Mollier-Diagramm beschrieben. Wenn ein Bedienschalter des Bedienfelds eingeschaltet wird, um eine Drehantriebskraft von dem Motor für den Fahrzeugbetrieb an den Kompressor 11 zu übertragen, saugt der Kompressor 11 Kältemittel an, komprimiert es und stößt es dann aus. Das aus dem Kompressor 11 ausgestoßene gasphasige Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel (das einem Punkt "A₁" in 3 entspricht) strömt in den Strahler 12 und tauscht Wärme mit der geblasenen Luft (Außenluft) aus, die von dem Kühlventilator geblasen wird, um Wärme davon abzustrahlen (was einer Änderung von dem Punkt "A₁" zu einem Punkt "B₁" in 3 entspricht).
Das aus dem Strahler 12 strömende Kältemittel strömt in den hochdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13a des internen Wärmetauschers 13, um Wärme mit dem Kältemittel auszutauschen, das durch den niederdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13b strömt, um in den Kompressor 11 gesaugt und dann in einen unterkühlten Zustand gekühlt zu werden (was einer Änderung von dem Punkt "B₁" zu einem Punkt "C₁" in 3 entspricht).
Das Kältemittel, das von dem hochdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13a des internen Wärmetauschers 13 geströmt ist, strömt in den Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15. Das in den Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 strömende Kältemittel wird isentrop dekomprimiert und expandiert (was einer Änderung von dem Punkt "C₁" zu einem Punkt "D₁" in 3 entspricht).
Bei der Dekompression und Expansion wird die Druckenergie des Kältemittels in dessen Geschwindigkeitsenergie umgewandelt, so dass das Kältemittel aus der Kältemitteleinspritzöffnung des Düsenabschnitts 15a mit einer hohen Geschwindigkeit eingespritzt wird. Die Ansaugwirkung des eingespritzten Kältemittels saugt das Kältemittel, das den zweiten Verdampfer 18 durchlaufen hat von der Kältemittelansaugöffnung 15b.
Das von dem Düsenabschnitt 15a eingespritzte Kältemittel wird durch den Mischabschnitt 15c des Ejektors 15 mit dem von der Kältemittelansaugöffnung 15b angesaugten Kältemittel zu dem vermischten Kältemittel vermischt (was einer Änderung von dem Punkt "D₁" zu einem Punkt "E₁" in 3 entspricht), um dann in den Diffusor 15d zu strömen.
Der Diffusor 15d wandelt die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in die Druckenergie um, indem er die Durchgangsfläche vergrößert, was zu einer Zunahme des Drucks des Kältemittels führt (was einer Änderung von dem Punkt zu einem Punkt "F₁" in 3 entspricht). Das heißt, eine Druckdifferenz zwischen den Punkten "F₁" und "E₁" in 3 ist der Druckzunahmebetrag ΔPej in dem Diffusor 15d.
Der Kältemittelstrom von dem Diffusor 15d wird von dem Verzweigungsabschnitt 100 im Inneren des Kältemittelverteilers verzweigt. Eines der verzweigten Kältemittel strömt über das erste Leitungsrohr 16b in den ersten Verdampfer 17 und nimmt Wärme aus der von dem Gebläseventilator 17a geblasenen Luft auf, um zu verdampfen, wodurch der Kältemitteldruck aufgrund eines Druckabfalls in dem ersten Verdampfer 17 allmählich verringert wird (was einer Änderung von dem Punkt "F₁" zu einem Punkt "G₁" in 3 entspricht). Das heißt, die Druckdifferenz zwischen den Punkten "F₁" und "G₁" in 3 entspricht dem Druckabfall ΔP1abfall in dem ersten Verdampfer 17.
Das aus dem ersten Verdampfer 17 strömende Kältemittel strömt in den niederdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13b des internen Wärmetauschers 13, um Wärme mit dem Hochdruckkältemittel auszutauschen, das den hochdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13a durchläuft und dann erwärmt werden soll (was einer Änderung von dem Punkt "G₁" zu einem Punkt "H₁" in 3 entspricht). Das in dem niederdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13b des internen Wärmetauschers 13 erwärmte Kältemittel wird in den Kompressor 11 gesaugt und wieder komprimiert (Was einer Änderung von dem Punkt "H₁" zu dem Punkt "A₁" in 3 entspricht).
Das andere von dem Verzweigungsabschnitt 100 verzweigte Kältemittel strömt über das zweite Leitungsrohr 16c in den zweiten Verdampfer 18 und nimmt Wärme aus der von dem Gebläseventilator 17a geblasenen Luft auf, um zu verdampfen, was den Kältemitteldruck aufgrund des Druckabfalls in dem zweiten Verdampfer 18 und der Ansaugwirkung des Ejektors 15 allmählich verringert (was einer Änderung von dem Punkt "F₁" zu dem Punkt "I₁" in 3 entspricht). Das aus dem zweiten Verdampfer 18 strömende Kältemittel wird von der Kältemittelansaugöffnung 15b in den Ejektor 15 gesaugt (was einer Änderung von dem Punkt "I₁" zu dem Punkt "E₁" in 3 entspricht).
Zu dieser Zeit steuert die Klimatisierungssteuerung 20 die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 derart, dass der Druckabfall ΔPabfall in dem ersten Verdampfer 17 gleich oder kleiner als der Druckzunahmebetrag ΔPej in dem Diffusor 15d ist.
Insbesondere speichert die Klimatisierungssteuerung 20 eine Strömungsweglänge Le, einen typischen Durchgangsdurchmesser De, einen Rohrleitungsreibungskoeffizienten λ einer Rohrleitung, die die gleichen Druckabfalleigenschaften wie die eines Kältemitteldurchgangs hat, der von einem Kältemitteleinlass des ersten Verdampfers 17 zu einem Kältemittelauslass von ihm führt. Auf diese Weise wird die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 basierend auf Werten dieser Eigenschaften derart gesteuert, dass sie die durch die vorstehend erwähnte Formel F4 angegebene Beziehung erfüllt.
Wie vorstehend erwähnt, erlaubt die Erfüllung der Formel F4, dass der Druckabfall ΔP1abfall in dem ersten Verdampfer 17 gleich oder geringer als der Druckzunahmebetrag ΔPej in dem Diffusor 15d ist. Die Formel F4 ist nachstehend nochmals angegeben. Vdif ≤ 2Π × ΔPej/Gn × (De/2)2 × (De/Le)/λ (F4)
Der Druckzunahmebetrag ΔPej an dem Diffusor 15d in der Formel F4 kann aus einer Differenz zwischen dem Druck P2aus des Kältemittels an dem Auslass des zweiten Verdampfers 18 (Druck am Punkt "E₁" in 3) und dem Druck Pdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels (Druck am Punkt "F₁" in 3) berechnet werden.
Die Strömungsmenge Gn des aus dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels 11 kann berechnet werden, indem die folgenden Elemente zusammengerechnet werden: die Anzahl der Umdrehungen Nc des Kompressors 11, das Ausstoßvolumen des Kompressors 11, das aus dem Steuersignal In, das an das elektromagnetische Kapazitätssteuerventil 11a ausgegeben wird, bestimmt wird, ein früher in der Klimatisierungssteuerung 20 gespeicherter Füllungsgrad ηv des Kompressors 11 und eine Dichte des Ansaugkältemittels in dem Kompressor 11, die aus der Ansaugkältemitteltemperatur Tcompi und dem Ansaugkältemitteldruck Pcompi des Kompressors 11 berechnet wird.
Als nächstes wird die Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels beschrieben. In der Klimatisierungssteuerung 20 wird die Strömungsgeschwindigkeit Vdif basierend auf einer Gesamtkühlkapazität Qkühl und einer Trockenheit Xmix des vermischten Kältemittels berechnet, das aus dem von dem Düsenabschnitt 15a eingespritzten Kältemittel und dem von der Kältemittelansaugöffnung 15b angesaugten Kältemittel besteht. Die Gesamtkühlkapazität Qkühl ist die Summe einer von dem ersten Verdampfer 17 gebotenen Kühlkapazität Q1 und einer von dem zweiten Verdampfer 18 gebotenen Kühlkapazität Q2.
Zuerst kann die Gesamtkühlkapazität Qkühl durch die folgende Formel F5 berechnet werden: Qkühl = Gn × (ΔHklim – ΔHcomp) (F5)wobei ΔHklim ein Zunahmebetrag der Enthalpie des Kältemittels in dem Strahler 12 ist und ΔHcomp ein Zunahmebetrag der Enthalpie de Kältemittels in dem Kompressor 11 ist.
Der Wert ΔHklim kann aus einer Enthalpie Hcompa des aus dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels berechnet werden, die aus der Ausstoßkältemitteltemperatur Tcompa des Kompressors 11 und dem Ausstoßkältemitteldruck Pcompa des Kompressors 11 bestimmt wird, und aus einer Enthalpie Hklima des Kältemittels am Auslass des Strahlers 12, die aus einer Kältemitteltemperatur Tklima am Auslass des Strahlers und dem Kältemitteldruck Pklima am Auslass des Strahlers 12 bestimmt wird.
Andererseits kann der Wert ΔHklim aus der Enthalpie Hcompa des aus dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels und aus einer Enthalpie Hcompi des in den Kompressor 11 eingesaugten Kältemittels berechnet werden, welche aus der Ansaugkältemitteltemperatur Tcompi des Kompressors 11 und dem Ansaugkältemitteldruck Pcompi des Kompressors 11 berechnet wird.
Außerdem kann Qkühl durch die folgende Formel F6 dargestellt werden: Qkühl = Gn × (H1aus – Hein) + Ge × (H2aus – Hein) (F6)wobei Hein eine Enthalpie des Kältemittels ist, das tatsächlich in die ersten und zweiten Verdampfer 17 und 18 strömt, welche eine Enthalpie des von dem Verzweigungsabschnitt 100 verzweigten Kältemittels ist. Folglich ist diese Enthalpie sehr nahe an der Enthalpie Hdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels.
Ge ist eine Strömungsmenge des durch den zweiten Verdampfer 18 strömenden Kältemittels. H1aus ist eine Enthalpie des Kältemittels am Auslass des ersten Verdampfers 17. H2aus ist eine Enthalpie des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfers 18. H1aus kann aus der Kältemitteltemperatur T1aus am Auslass des ersten Verdampfers 17 und dem Kältemitteldruck P1aus am Auslass des ersten Verdampfers 17 berechnet werden. H2aus kann aus der Kältemitteltemperatur T2aus am Auslass des zweiten Verdampfers 18 und dem Kältemitteldruck P2aus am Auslass des zweiten Verdampfers 18 berechnet werden.
Folglich wird die Gesamtkühlkapazität Qkühl aus den Formeln F5 und F6 bestimmt, so dass eine Formel, die die Strömungsmenge Ge des den zweiten Verdampfer 18 durchlaufenden Kältemittels und die Enthalpie Hein des in die ersten und zweiten Verdampfer 17 und 18 strömenden Kältemittels als Variablen verwendet, abgeleitet wird.
Als nächstes kann die Trockenheit Xmix des vermischten Kältemittels aus dem Einspritzkältemittel und dem Ansaugkältemittel durch die folgende Formel F7 dargestellt werden: Xmix = (Gn·Xdüs + Ge)/(Gn + Ge) (F7)wobei Xdüs eine Trockenheit des von dem Düsenabschnitt 15a des Ejektors 15 eingespritzten Kältemittels ist.
Der Wert Xdüs wird berechnet aus einer Enthalpie Hdüsi des Kältemittels am Einlass des Düsenabschnitts 15a, die durch die Kältemitteltemperatur Tdüsi am Einlass des Düsenabschnitts 15a und den Kältemitteldruck Pdüsi am Einlass des Düsenabschnitts 15a bestimmt ist, und aus dem früher in der Klimatisierungssteuerung 20 gespeicherten Düsenwirkungsgrad in, einschließlich Konstruktionsdaten über den Düsenabschnitt 15a.
Die Trockenheit Xmix kann durch die folgende Formel F8 dargestellt werden: Xmix = ((Hein – Hfdif) × (Sgdif – Sfdif)/(Hgdif – Hfdif) – (Sfmix – Sfdif))/(Sgmix – Sfmix) (F8)wobei das Hfdif eine Enthalpie des gesättigten flüssigphasigen Kältemittels aus dem Kältemittel ist, das aus dem Diffusor 15d strömt, und das Hgdif eine Enthalpie des gesättigten gasphasigen Kältemittels aus dem Kältemittel ist, das aus dem Diffusor 15d strömt.
Sfdif ist eine Entropie des gesättigten flüssigphasigen Kältemittels aus dem Kältemittel, das aus dem Diffusor 15d strömt. Sgdif ist eine Entropie des gesättigten gasphasigen Kältemittels aus dem Kältemittel, das aus dem Diffusor 15d strömt.
Jedes der Hfdif, Hgdif, Sfdif und Sgdif kann durch Berechnen einer Enthalpie Hdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels, aus der Temperatur Tdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels und dem Druck Pdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels und dann unter Bezug auf die vorher in der Klimatisierungssteuerung 20 gespeicherte Kältemitteleigenschaft (die dem Mollier-Diagramm entspricht) basierend auf der in dieser Weise bestimmten Enthalpie Hdif bestimmt werden.
Sfmix ist eine Entropie des gesättigten flüssigphasigen Kältemittels aus dem Kältemittel am Einlass des Mischabschnitts 15c des Ejektors 15. Sgmix ist eine Entropie des gesättigten gasphasigen Kältemittels aus dem Kältemittel an dem Einlass des Mischabschnitts 15c. Sfmix und Sgmix können durch Berechnen einer Enthalpie Hmix des Kältemittels am Einlass des Mischabschnitts 15c und dann unter Bezugnahme auf die früher in der Klimatisierungssteuerung 20 gespeicherten Kältemitteleigenschaft aus dem berechneten Hmix bestimmt werden.
Insbesondere wird eine Enthalpie Hdüsa des Kältemittels am Auslass des Düsenabschnitts 15a aus der Enthalpie Hdüsi des Kältemittels am Einlass des Düsenabschnitts 15a und einer früher in der Klimatisierungssteuerung 20 gespeicherten Dekompressionseigenschaft des Düsenabschnitts 15a bestimmt. Auf diese Weise wird die Enthalpie Hmix des Kältemittels am Einlass des Mischabschnitts 15c aus der auf diese Weise bestimmten Enthalpie Hdüsa, der Enthalpie H2aus des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfers 18 und dem Verhältnis der Ausstoßkältemittelströmungsmenge Gn zu der durchlaufenden Kältemittelströmungsmenge Ge bestimmt.
Folglich wird die Trockenheit Xmix des vermischten Kältemittels durch die Formeln F7 und F8 bestimmt, wobei eine Formel, die die Strömungsmenge Ge des durch den zweiten Verdampfer 18 strömenden Kältemittels und die Enthalpie Hein des in die ersten und zweiten Verdampfer 17 und 18 strömenden Kältemittels als Variablen verwendet, abgeleitet wird.
Dann berechnet die Klimatisierungssteuerung 20 die Strömungsmenge Ge des durchlaufenden Kältemittels und die Enthalpie Hein durch Lösen der zwei Formeln, die die Strömungsmenge Ge des durchlaufenden Kältemittels und die vorstehend erwähnte Enthalpie Hein als Variablen verwenden.
Eine Strömungsmenge Gdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels wird durch die folgende Formel F9 berechnet: Gdif = Gn + Ge (F9)
Die Klimatisierungssteuerung 20 berechnet eine Dichte ρdif des aus dem Diffusor 15 strömenden Kältemittels unter Verwendung der Enthalpie Hein und berechnet dann eine Strömungsgeschwindigkeit Vdif des an dem Auslass des Diffusors 15d strömenden Kältemittels mit der folgenden Formel F10: Vdif = Gdif/ρdif × Adif) (F10)wobei Adif eine Kältemitteldurchgangsfläche am Auslass des Diffusors 15d ist, die vorher in der Klimatisierungssteuerung 20 aus Konstruktionsdaten des Ejektors 5 gespeichert wird.
Die Klimatisierungssteuerung 20 steuert einen Betrieb des elektromagnetischen Kapazitätssteuerventils 11a, das als die Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung des Kompressors 11 dient, so dass das vorstehend berechnete Vdif die Formel F4 erfüllt.
In dieser Ausführungsform wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung in dieser Weise betrieben, so dass der erste Verdampfer 17 und der zweite Verdampfer 18 gleichzeitig die Kühlwirkung zeigen können. Zu dieser Zeit kann die Ansaugwirkung des Ejektors 15 einen Kältemittelverdampfungsdruck (eine Kältemittelverdampfungstemperatur) des zweiten Verdampfers 18 im Vergleich zu einem Kältemittelverdampfungsdruck (einer Kältemittelverdampfungstemperatur) des ersten Verdampfers 17 senken. Dies kann eine Differenz zwischen der Kältemittelverdampfungstemperatur jedes der ersten und zweiten Verdampfer 17 und 18 und der Temperatur von Luft, die von dem Gebläseventilator 17a in den Fahrzeugraum geblasen wird, sicherstellen, wodurch die in den Raum geblasene Luft wirksam gekühlt wird.
Außerdem wird der Kältemittelstrom in dieser Ausführungsform von dem Verzweigungsabschnitt 100 derart verzweigt, dass der dynamische Druck des aus dem Diffusor 15d des Ejektors 15 strömenden Kältemittels aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird der dynamische Druck des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels auf das Innere des zweiten Verdampfers 18 angewendet, was sicher bewirken kann, dass das Kältemittel in den zweiten Verdampfer 18 strömt.
Die Ansaugseite des Kompressors 11 ist mit der stromabwärtigen Seite des ersten Verdampfers 17 verbunden, wodurch die Ansaugwirkung des Kompressors 11 sicher bewirken kann, dass das Kältemittel in den ersten Verdampfer 17 strömt. Auf diese Weise können beide Verdampfer 17 und 18 sicher die Kühlkapazität bieten.
In dieser Ausführungsform steuert die Klimatisierungssteuerung 20 den Betrieb des elektromagnetischen Kapazitätssteuerventils 11a, das als die Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung des Kompressors 11 dient, derart, dass die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des Kältemittels am Auslass des Diffusors 15d die Formel F4 erfüllt, was die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des Kältemittels am Auslass des Diffusors 15d nahe an die in 9 gezeigte optimale Strömungsgeschwindigkeit Vdif-max bringen kann. Als ein Ergebnis kann die Antriebsleistung des Kompressors 11 sicher gesenkt werden, um den hohen Kreislaufwirkungsrad in dem ganzen Kreislauf zu bieten.
Kurzum stellt die Kältemittelkreislaufvorrichtung dieser Ausführungsform die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels basierend auf physikalischen Größen ein, um dadurch die Strömungsgeschwindigkeit Vdif nahe an die optimale Strömungsgeschwindigkeit Vdif-max zu bringen. Die physikalischen Größen umfassen die Ansaugkältemitteltemperatur Tcompi des Kompressors 11, den Ansaugkältemitteldruck Pcompi des Kompressors 11, die Ausstoßkältemitteltemperatur Tcompa des Kompressors 11 und den Ausstoßkältemitteldruck Pcoma des Kompressors 11. Die physikalischen Größen umfassen auch die Kältemitteltemperatur Tklima am Auslass des Strahlers 12 und den Kältemitteldruck Pklima am Auslass des Strahlers 12. Die physikalischen Größen umfassen ferner die Kältemitteltemperatur T1 aus am Auslass des ersten Verdampfers 17, den Kältemitteldruck P1aus am Auslass des ersten Verdampfers 17, die Kältemitteltemperatur T2aus am Auslass des zweiten Verdampfers 18 und den Kältemitteldruck P2aus am Auslass des zweiten Verdampfers 18. Die physikalischen Größen umfassen noch weiter die Kältemitteltemperatur Tdüsi am Einlass des Düsenabschnitts 15a, den Kältemitteldruck Pdüsi am Einslass des Düsenabschnitts 15a, die Auslasskältemitteltemperatur Tdif am Diffusor 15d, den Auslasskältemitteldruck Pdif am Diffusor 15d, die Anzahl der Umdrehungen Nc des Kompressors 11, den Füllungsgrad ηv des Kompressors 11 und den Düsenwirkungsgrad ηdüs des Düsenabschnitts 15a. Auf diese Weise kann die Kältekreislaufvorrichtung dieser Ausführungsform den Kreislauf antreiben, während sie in dem gesamten Kreislauf den hohen Kreislaufwirkungsgrad bietet.
(Zweite und dritte Ausführungsformen)
In einer zweiten Ausführungsform, die die gleiche Kreislaufstruktur wie die der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform hat, steuert die Klimatisierungssteuerung 20 einen Betrieb des Kühlventilators 12a, der als die Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung dient, derart, dass die in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform berechnete Vdif die Formel F4 erfüllt. Folglich kann der Kreislauf auch in der zweiten Ausführungsform angetrieben werden, während er wie die erste Ausführungsform den hohen Kreislaufwirkungsgrad bietet.
In einer dritten Ausführungsform, die die gleiche Kreislaufstruktur wie die der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform hat, steuert die Klimatisierungssteuerung 20 einen Betrieb des Gebläseventilators 17a, der als die Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung dient, derart, dass die in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform berechnete Vdif die Formel F4 erfüllt. Folglich kann der Kreislauf auch in der dritten Ausführungsform angetrieben werden, während er wie die erste Ausführungsform den hohen Kreislaufwirkungsgrad bietet.
Es ist offensichtlich, dass die Klimatisierungssteuerung 20 Betriebe von zwei oder mehr der Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtungen (elektromagnetisches Steuerventil 11a), der Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtungen (Wärmeabführungsventilator 12a) und der Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtungen (Gebläseventilator 17a) steuern kann, um die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels einzustellen.
(Vierte Ausführungsform)
Wenngleich die vorstehend erwähnte erste Ausführungsform den festen Ejektor 15 verwendet, in dem eine Drosseldurchgangsfläche des Düsenabschnitts 15a fest ist, verwendet diese Ausführungsform einen variablen Ejektor 30, in dem eine Drosseldurchgangsfläche eines Düsenabschnitts 30a, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 4 gezeigt, variabel geändert wird.
Der variable Ejektor 30 umfasst den Düsenabschnitt 30a zum Dekomprimieren und Expandieren des Hochdruckkältemittels, das aus dem internen Wärmetauscher 13 strömt, ein im Inneren des Düsenabschnitts 30a angeordnetes Nadelventil 30e zum Einstellen des Öffnungsgrads der Drosseldurchgangsfläche des Düsenabschnitt 30 und einen elektrischen Aktuator 30f zum Verschieben des Nadelventils 30e in der Axialrichtung des Düsenabschnitts 30a.
In dieser Ausführungsform bilden das Nadelventil 30e und der elektrische Aktuator 30f Drosselöffnungsgrad-Änderungseinrichtungen. Als der elektrische Aktuator 30f kann zum Beispiel ein Motoraktuator, wie etwa ein Schrittmotor, oder ein elektromagnetischer Solenoidmechanismus verwendet werden. Der elektrische Aktuator 30f wird derart gesteuert, dass er von einem Steuersignal angetrieben wird, das von der Klimatisierungssteuerung 20 ausgegeben wird.
Wie der Ejektor 15 der ersten Ausführungsform umfasst der variable Ejektor 30 eine Kältemittelansaugöffnung 30b zum Ansaugen des aus dem zweiten Verdampfer 18 strömenden Kältemittels, einen Mischabschnitt 30c zum Vermischen des aus dem Düsenabschnitt 30a mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßenen Kältemittelstroms mit dem von der Kältemittelansaugöffnung 30b angesaugten Ansaugkältemittel und einen Diffusor 30d, der als der Druckerhöher (Druckerhöhungsabschnitt) dient. Die anderen Bestandteile dieser Ausführungsform haben die gleichen Strukturen wie die in der ersten Ausführungsform.
Als nächstes wird der Betrieb der vorstehend erwähnten Anordnung in dieser Ausführungsform nachstehend beschrieben. In dieser Ausführungsform wird wie in der ersten Ausführungsform die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor 30d strömenden Kältemittels berechnet, und die Klimatisierungssteuerung 20 steuert den Betrieb des elektrischen Aktuators 30f, der die Drosselöffnungsgrad-Änderungseinrichtung des variablen Ejektors 30 bildet, derart, dass Vdif die vorstehend erwähnte Formel F4 erfüllt.
Folglich kann selbst der Betrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung dieser Ausführungsform den Kreislauf antreiben, während der hohe Kreislaufwirkungsgrad wie in der ersten Ausführungsform geboten wird. Die Klimatisierungssteuerung 20 führt die Steuerung des Betriebs der Drosselöffnungsgrad-Änderungseinrichtung des variablen Ejektors 30 durch, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die Klimatisierungssteuerung 20 kann gleichzeitig Betriebe der Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung, der Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung und der Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung, die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschrieben sind, steuern, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels eingestellt wird.
In der vierten Ausführungsform können die anderen Teile ähnlich denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sein.
(Fünfte Ausführungsform)
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 5 gezeigt, darin, dass ein elektrisch variabler Drosselmechanismus 31, der einen hochdruckseitigen Drosselmechanismus bildet, auf einer stromabwärtigen Seite des Strahlers 12 und auf einer stromaufwärtigen Seite der Düse 15a des Ejektors 15 angeordnet ist.
Der variable Drosselmechanismus 31 dient als Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren und Expandieren des Hochdruckkältemittels auf der stromabwärtigen Seite des Strahlers 12 und auch als Strömungsmengen-Einstellungseinrichtung zum Einstellen der Strömungsmenge des in Richtung der stromabwärtigen Seite strömenden Kältemittels (insbesondere in Richtung des Düsenabschnitts 15a des Ejektors 15, der später beschrieben werden soll). Auf diese Weise bildet der variable Drosselmechanismus 31 in dieser Ausführungsform die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtung.
Der variable Drosselmechanismus 31 ist ein elektrisch variabler Drosselmechanismus zum Einstellen eines Öffnungsgrads eines Drosseldurchgangs durch ein Steuersignal, das von der Klimatisierungssteuerung 20 ausgegeben wird, die später beschrieben werden soll. Insbesondere umfasst der variable Drosselmechanismus Antriebseinrichtungen, die zum Beispiel aus einem Schrittmotor aufgebaut sind, und stellt den Drosselöffnungsgrad (die Kältemittelströmungsmenge) durch einen Ventilkörper durch Einstellung des Verschiebungsbetrags des Ventilkörpers durch die Antriebseinrichtung ein. Die anderen Bestandteile dieser Ausführungsform haben die gleichen Strukturen wie die in der ersten Ausführungsform.
Wenn die Kältemittelkreislaufvorrichtung dieser Ausführungsform betrieben wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor 30d strömenden Kältemittels wie in der ersten Ausführungsform berechnet, und die Klimatisierungssteuerung 20 steuert den Betrieb des variablen Drosselmechanismus 31 derart, dass Vdif die vorstehende Formel F4 erfüllt.
Auf diese Weise kann selbst der Betrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung dieser Ausführungsform den Kreislauf antreiben, während er wie die erste Ausführungsform den hohen Kreislaufwirkungsgrad bietet. Die Klimatisierungssteuerung 20 führt nicht nur die Betriebssteuerung der Drosselöffnungsgrad-Änderungseinrichtung des variablen Ejektors 30 aus, sondern kann auch gleichzeitig Betriebe der Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung, der Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung und der Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung, die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschrieben sind, einstellen, um dadurch die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor strömenden Kältemittels 15d einzustellen.
(Sechste Ausführungsform)
Wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 6 gezeigt, verwendet diese Ausführungsform einen zweiten Verdampfer 18 als den mit der Kältemittelansaugöffnung 15b des Ejektors 15 verbundenen Verdampfer. Der zweite Verdampfer 18 umfasst in Reihe geschaltete erste und zweite Verdampfungsabschnitte 18a und 18b und einen elektrischen variablen Drosselmechanismus 32, der zwischen den zwei Verdampfungsabschnitten 18a und 18b angeordnet ist und als der niederdruckseitige Drosselmechanismus zum Dekomprimieren und Expandieren des Kältemittels dient.
Der variable Drosselmechanismus 32 hat die gleiche Struktur wie die des variablen Drosselmechanismus 31 der fünften Ausführungsform. In dem zweiten Verdampfer 18 dieser Ausführungsform sind der erste Verdampfungsabschnitt 18a, der variable Drosselmechanismus 32 und der zweite Verdampfungsabschnitt 18b in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels in dieser Reihenfolge angeordnet. Das heißt, der erste Verdampfer 18 ist mit dem zweiten Leitungsrohr 16c des Kältemittelverteilers 16 verbunden.
Auf diese Weise wird der dynamische Druck des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels auf den ersten Verdampfungsabschnitt 18a angewendet, wodurch dem Kältemittel erlaubt wird, sicher in den zweiten Verdampfer 18 zu strömen. Außerdem kann der zweite Verdampfungsabschnitt 18b auf der stromabwärtigen Seite des variablen Drosselmechanismus 32 den Kältemittelverdampfungsdruck (die Kältemittelverdampfungstemperatur) durch die Dekompressionswirkung des variablen Drosselmechanismus 32 verringern. Die anderen Bestandteile dieser Ausführungsform haben die gleichen Strukturen wie die in der ersten Ausführungsform.
Nun wird der Betrieb der vorstehend erwähnten Anordnung gemäß dieser Ausführungsform unter Bezug auf ein in 7 gezeigtes Mollier-Diagramm beschrieben. In 7 ist ein Bezugszeichen angegeben, das einen Kältemittelzustand anzeigt, indem ein Index eines Bezugszeichens, das einen entsprechenden Kältemittelzustand in 3 zeigt, in "6" geändert wird.
Wenn der Kompressor 11 wie in der ersten Ausführungsform von dem Motor für ein Fahrzeug angetrieben wird, zirkuliert das Kältemittel, das an dem Verzweigungsabschnitt 100 abgezweigt wird, um in den ersten Verdampfer 17 zu strömen, zuerst in der folgenden Weise. Das heißt, das Kältemittel strömt von dem Kompressor 11 zu dem Strahler 12 zu dem hochdruckseitigen Kältemittelströmungsdurchgang 13a des internen Wärmetauschers 13, zu dem Ejektor 15, zu dem ersten Verdampfer 17 und dann zu dem niederdruckseitigen Kältemittelströmungsweg 13b des internen Wärmetauschers 13 in dieser Reihenfolge und kehrt dann zu dem Kompressor 11 zurück. Diese Zirkulation entspricht Änderungen von einem Punkt A₆ in 7 zu einem Punkt B₆, zu einem Punkt C₆, zu einem Punkt D₆, zu einem Punkt E₆, zu einem Punkt F₆, zu einem Punkt G₆, zu einem Punkt H₆, und zu dem Punkt A₆. Auf diese Weise wird die Kühlwirkung an dem ersten Verdampfer 17 gezeigt.
Das andere an dem Verzweigungsabschnitt 100 verzweigte Kältemittel strömt aus dem zweiten Leitungsrohr 16c in den ersten Verdampfungsabschnitt 18a des zweiten Verdampfers 18. Das in den ersten Verdampfungsabschnitt 18a strömende Kältemittel nimmt Wärme aus der von dem Gebläseventilator 17a geblasenen Luft auf, um zu verdampfen, was den Kältemitteldruck aufgrund eines Druckabfalls in dem ersten Verdampfungsabschnitt 18a und einer Ansaugwirkung des Ejektors 15 allmählich verringert (was einer Änderung von dem Punkt "F₆" zu einem Punkt "F'₆" in 7 entspricht).
Das aus dem ersten Verdampfungsabschnitt 18a strömende Kältemittel wird von dem variablen Drosselmechanismus 32 dekomprimiert (was einer Änderung von dem Punkt "F'₆" zu einem Punkt "F''₆" in 7 entspricht), um in den zweiten Verdampfungsabschnitt 18b zu strömen, und nimmt Wärme aus der von dem Gebläseventilator geblasenen Luft auf, um zu verdampfen (was einer Änderung von dem Punkt "F''₆" zu einem Punkt "I₆" in 7 entspricht). Das aus dem zweiten Verdampfungsabschnitt 18b strömende Kältemittel wird von der Kältemittelansaugöffnung 15b in den Ejektor 15 gesaugt (was einer Änderung von dem Punkt "I₆" zu einem Punkt "E₆" in 7 entspricht).
Zu dieser Zeit wird wie in der ersten Ausführungsform die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor 30d strömenden Kältemittels berechnet, und folglich steuert die Klimatisierungssteuerung 20 den Betrieb des variablen Drosselmechanismus 32 derart, dass Vdif die vorstehend erwähnte Formel F4 erfüllt. Selbst wenn die Kältemittelkreislaufvorrichtung dieser Ausführungsform betrieben wird, kann folglich der Kreislauf angetrieben werden, während wie in der ersten Ausführungsform der hohe Kreislaufwirkungsgrad geboten wird.
Folglich wird in dieser Ausführungsform der dynamische Druck des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels auf den ersten Verdampfungsabschnitt 18a angewendet, der auf der stromaufwärtigen Seite des variablen Drosselmechanismus 32 des zweiten Verdampfers 18 angeordnet ist, wodurch erlaubt wird, dass das Kältemittel sicher in den zweiten Verdampfer 18 strömt. Außerdem kann der auf der stromabwärtigen Seite des variablen Drosselabschnitts 32 angeordnete zweite Verdampfungsabschnitt 18b den Kältemittelverdampfungsdruck (die Kältemittelverdampfungstemperatur) durch die Dekompressionswirkung des variablen Drosselmechanismus 32 verringern.
Es ist auch in dieser Ausführungsform offensichtlich, dass die Klimatisierungssteuerung 20 nicht nur den variablen Drosselmechanismus 32 steuert, sondern gleichzeitig auch Betriebe der Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung, der Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung und der Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung, die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschrieben sind, steuern kann.
(Andere Ausführungsformen)
Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Modifikationen können wie folgt an den vorstehend erwähnten Ausführungsformen vorgenommen werden.

(1) In den vorstehend erwähnten Ausführungsformen wird die Strömungsgeschwindigkeit Vdif des aus dem Diffusor 15d oder 30d strömenden Kältemittels berechnet, und die Klimatisierungssteuerung 20 steuert den Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtung derart, dass Vdif die durch die Formel F4 angegebene Beziehung erfüllt. Es ist offensichtlich, dass Vdif von einem Strömungsmesser oder ähnlichem direkt erfasst werden kann, und der Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtung derart gesteuert werden kann, dass der Erfassungswert die durch die Formel F4 angegebene Beziehung erfüllt.

Alternativ werden ein Druckabfall ΔP1abfall an dem ersten Verdampfer 17 und ein Druckzunahmebetrag ΔPej an dem Diffusor 15d unter einer vorbestimmten Betriebsbedingung direkt ohne Berechnung oder Erfassung von Vdif erfasst. Auf dese Weise kann der Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtung derart gesteuert werden, dass der ΔP1abfall gleich oder kleiner als der Druckzunahmebetrag ΔPej ist.
Insbesondere kann der Druckabfall ΔP1abfall durch Subtrahieren des Drucks Pfaus des Kältemittels am Auslass des ersten Verdampfers 17 von dem Druck Pdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels bestimmt werden.
Der Druckzunahmebetrag ΔPej kann durch Subtrahieren des Drucks P2aus des Kältemittels an dem Auslass des zweiten Verdampfers 18 von dem Druck Pdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels sein.

(2) In den vorstehend erwähnten Ausführungsformen werden die erforderlichen physikalischen Größen zur Berechnung von Vdif aus dem Erfassungssignal von der Gruppe von Erfassungseinrichtungen berechnet, aber ein Berechnungsverfahren für die notwendigen physikalischen Größen ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die notwendigen physikalischen Größen, wie in einer Tabelle von 8 gezeigt, aus anderen physikalischen Größen geschätzt oder berechnet werden. In 8 sind in der linken Spalte die notwendigen physikalischen Größen gezeigt, während in der rechten Spalte verfügbare physikalische Größen als Beispiele gezeigt sind, die zum Berechnen oder Schätzen der entsprechenden notwendigen physikalischen Größen verfügbar sind.

Zum Beispiel wird in der vorstehend erwähnten Ausführungsform die Anzahl der Umdrehungen Nc des Kompressors 11 direkt durch den Drehzahlsensor 28 erfasst. In dem Kompressor 11, der die von dem Motor für ein Fahrzeug wie in dieser Ausführungsform übertragene Antriebskraft aufnimmt, kann die Anzahl der Umdrehungen Nc des Kompressors 11 zum Beispiel aus einer Motordrehzahl berechnet werden. Folglich kann die Motordrehzahl erfasst werden anstatt die Anzahl der Umdrehungen Nc des Kompressors 11 zu erfassen.
Der Kältemitteldruck P1aus am Auslass des ersten Verdampfers 17 kann aus der Kältemitteltemperatur T1aus am Auslass des ersten Verdampfers 17 geschätzt werden. Die Kältemitteltemperatur T1aus am Auslass des ersten Verdampfers 17 ist gleich der Kältemittelverdampfungstemperatur des ersten Verdampfers 17 und kann folglich aus der Temperatur der geblasenen Luft direkt nach dem Kühlen durch den ersten Verdampfer 17 geschätzt werden. Das gleiche gilt für den zweiten Verdampfer.
Eine Kältemitteltemperatur in dem Sammler 19 kann die Kältemitteltemperatur T1aus am Auslass des ersten Verdampfers 17 ersetzen. Eine Temperatur des Raums, der gekühlt werden soll, kann die Kältemitteltemperatur T2aus am Auslass des zweiten Verdampfers 18 ersetzen. Der Kältemitteldruck Pklima am Auslass des Strahlers 12 kann aus der Kältemitteltemperatur Tklima am Auslass des Strahlers 12 geschätzt werden. Außerdem kann die Kältemitteltemperatur Tklima am Auslass des Strahlers 12 aus der Temperatur von Luft geschätzt werden, die von dem Kühlventilator 12a direkt nach dem Durchlaufen des Strahlers 12 geblasen wird.
Die Kältemitteltemperatur Tdüsi am Einlass des Düsenabschnitts 15a kann aus der Kältemitteltemperatur Tklima am Auslass des Strahlers und einer Wärmeaustauschmenge in dem internen Wärmetauscher 13 geschätzt werden. In einem Kreislauf, der auf der Auslassseite des Strahlers 12 einen Aufnehmer zum Lagern von überschüssigem Kältemittel hat, kann durch Abscheiden des Kältemittels in gasförmige und flüssige Phasen die Kältemitteltemperatur in dem Aufnehmer die Kältemitteltemperatur Tklima am Auslass des Strahlers ersetzen.
Der Zunahmebetrag der Enthalpie ΔHcomp des Kältemittels am Kompressor 11 kann aus der Antriebsleistung des Kompressors 11 (zum Beispiels einem Ausgangsleistungsbetrag des Motors, einem Eingangsieistungsbetrag oder ähnlichem) und der Ausstoßkältemittelströmungsmenge Gn des Kompressors 11 geschätzt werden. Der Enthalpieabnahmebetrag ΔHklim des Kältemittels an dem Strahler 12 kann aus der Menge an Luft von dem Kühlventilator 12a und einer Temperaturdifferenz zwischen der Ansauglufttemperatur in dem Strahler 12 (Außenlufttemperatur) und der Ausstoßlufttemperatur von dem Strahler 12 geschätzt werden.
Die Enthalpie H1aus des Kältemittels am Auslass des ersten Verdampfers 17 kann aus dem Überhitzungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des ersten Verdampfers 17 geschätzt werden. Die Enthalpie H2aus des Kältemittels am Auslass des zweiten Verdampfers 18 kann aus dem Überhitzungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des zweiten Verdampfers 18 geschätzt werden. Die Enthalpie Hdüsi und die Entropie Sdüsi des Kältemittels am Einlass des Düsenabschnitts 15a können aus dem Überhitzungsgrad des Kältemittels am Einlass des Düsenabschnitts 15a geschätzt werden.

(3) Jede Erfassungseinrichtung ist in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen schematisch in den Gesamtaufbaudiagrammen von 1 und 4 bis 6 gezeigt, aber sie ist nicht darauf beschränkt. Jede Erfassungseinrichtung ist in einer beliebigen Position angeordnet, die die Erfassung einer gewünschten physikalischen Größe ermöglicht. Zum Beispiel können ein vierter Temperatursensor 24a zum Erfassen der Temperatur Tdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels und ein vierter Drucksensor 24b zum Erfassen des Drucks Pdif des aus dem Diffusor 15d strömenden Kältemittels an dem Kältemittelverteiler 16 angebracht sein.
(4) In der vorstehend erwähnten Ausführungsform ist die Strahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung aus dem Kühlventilator 12a aufgebaut, aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung das Bereitstellen eines Umleitungsdurchgangs zum Umleiten des den Strahler 12 durchlaufenden Kältemittels in Richtung der stromabwärtigen Seite des Strahlers 12 einschließen, um dadurch eine Wärmestrahlungskapazität einzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Unterbrechungsmechanismus (Dämpfermechanismus) zum Unterbrechen des von dem Kühlventilator 12a geblasenen Luftstroms bereitgestellt werden, um die Wärmestrahlungskapazität einzustellen.

Auch kann die Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung das Verwenden der gleichen Art von Umleitungsmechanismus oder Unterbrechungsmechanismus oder ähnliches einschließen, um eine Verdampfungskapazität einzustellen. Außerdem bildet der Gebläseventilator 17a in dieser Ausführungsform die Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung zum gleichzeitigen Ändern sowohl der Verdampfungskapazitäten der ersten als auch zweiten Verdampfer 17 und 18. Die Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung kann jedoch verwendet werden, um die Verdampfungskapazitäten beider Verdampfer 17 und 18 unabhängig zu ändern.
Zum Beispiel können die Räume, die gekühlt werden sollen, jeweils von dem ersten Verdampfer 17 und dem zweiten Verdampfer 18 gekühlt werden können, und Ventilatoren, die jeweils für beide Verdampfer 17 und 18 bestimmt sind sind, können angeordnet sein. Wenn außerdem der erste Verdampfer 17 entfernt wird und nur der zweite Verdampfer 18 den Raum, der gekühlt werden soll, kühlt, kann ein Gebläseventilator zum Blasen von Luft nur zu dem zweiten Verdampfer 18 bereitgestellt werden.

(5) In der vorstehend erwähnten Ausführungsform sind der erste Verdampfer 17 und der zweite Verdampfer 18 zu der integrierten Struktur zusammengebaut. Insbesondere können zum Beispiel die Bestandteile des ersten Verdampfers 17 und des zweiten Verdampfers 18 aus Aluminium gefertigt sein und durch Hartlöten mit der integrierten Struktur verbunden sein.

Alternativ können diese Verdampfer durch mechanische Eingreifeinrichtungen, die etwa Verschraubung und ähnliches, integral verbunden sein, wobei ein Spalt von 10 mm oder weniger dazwischen ausgebildet ist. Der erste Verdampfer 17 und der zweite Verdampfer 18 können Rippen- und Rohr-Wärmetauscher unter Verwendung einer gemeinsamen Rippe verwenden und können integriert sein, um durch eine Rohrstruktur in Kontakt mit der Rippe getrennt zu sein.

(6) In der vorstehend erwähnten Ausführungsform wird der Kältemittelverteiler 16 mit der T-förmigen Dreiwegverbindungsstruktur eingesetzt, aber er ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein Kältemittelverteiler mit einer Y-förmigen Dreiwegverbindungsstruktur verwendet werden.

In diesem Fall sind ein Einleitungsrohr, um das Kältemittel in es hinein strömen zu lassen, und erste und zweite Leitungsrohr, um das Kältemittel daraus heraus strömen zu lassen, bereitgestellt. Die Auslassrichtung des Kältemittels in dem ersten Leitungsrohr und die Auslassrichtung des Kältemittels in dem zweiten Leitungsrohr sind in die interessierende Richtung in Bezug auf die Einleitungsrichtung des Kältemittels in dem Einleitungsrohr ausgerichtet, um sich in einem spitzen Winkel zu schneiden. Dies kann den dynamischen Druck des aus dem Ejektor 15 strömenden Kältemittels aufrechterhalten.

(7) Wenngleich die vorstehend erwähnten Ausführungsformen die Beispiele erklärt haben, in denen die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 der Erfindung auf die Klimaanlage für ein Fahrzeug oder eine Kühlanlage oder eine Gefrierkammer für ein Fahrzeug angewendet wird, sind die Anwendungen der Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Erfindung auf eine industrielle Kühlanlage, einen Hauhaltskühlschrank, eine Kühlvorrichtung für einen automatischen Spender, einen Schaukasten mit einer Kühlfunktion oder ähnliches angewendet werden. Ferner kann das Kältemittel für die Verwendung Kohlendioxid oder ein anderes HC-basiertes Kältemittel als Flon-basiertes Kältemittel sein.
(8) In der vorstehend erwähnten Ausführungsform wird die Kältemittelkreisiaufvorrichtung zum Kühlen des Inneren des Fahrzeugraums verwendet, wobei der Strahler 12 als ein außenseitiger Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft dient und wobei der erste Verdampfer 17 und der zweite Verdampfer 18 als ein innenseitiger Wärmetauscher dienen. Im Gegensatz dazu kann die Erfindung jedoch auf einen Wärmepumpenkreislauf angewendet werden, wobei die ersten und zweiten Verdampfer 17 und 18 als ein außenseitiger Wärmetauscher zum Aufnehmen von Wärme von einer Wärmequelle, wie etwa der Außenluft, dienen und wobei der Strahler 12 als der innenseitige Wärmetauscher zum Heizen des Fluids, das geheizt werden soll, wie etwa Luft oder Wasser, dient.

Es versteht sich, dass derartige Änderungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2818965 B1 [0002, 0003]
- JP 2006-292351 A [0002, 0003]
- JP 292437/2006 [0006]

Claims

Kältemittelkreislaufvorrichtung, umfassend einen Kompressor (11) zum Komprimieren und Ausstoßen von Kältemittel; einen Strahler (12) zum Abstrahlen von Wärme von einem Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor (11) ausgestoßen wird; einen Ejektor (15, 30), der einen Düsenabschnitt (15a, 30a) zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel auf einer stromabwärtigen Seite des Strahlers (12), eine Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b), von der Kältemittel durch einen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom, der von dem Düsenabschnitt (15a, 30a) eingespritzt wird, gesaugt wird, und einen Diffusor (15d, 30d) umfasst, der aufgebaut ist, um einen Druck von vermischtem Kältemittel aus dem eingespritzten Kältemittel und dem von der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) angesaugten Ansaugkältemittel zu erhöhen; einen Verzweigungsabschnitt (100) zum Verzweigen eines Stroms von Kältemittel, der aus dem Diffusor (15d, 30d) strömt; einen ersten Verdampfer (17) zum Verdampfen eines der von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelströme, um das Kältemittel in eine Ansaugseite des Kompressors (11) zu lassen; und einen zweiten Verdampfer (18) zum Verdampfen des anderen von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelstroms, um das Kältemittel in Richtung einer stromaufwärtigen Seite der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) strömen zu lassen; wobei der Verzweigungsabschnitt (100) den Kältemittelstrom derart verzweigt, dass ein dynamischer Druck des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels aufrechterhalten wird, wobei der zweite Verdampfer (18) in einem derartigen Bereich verbunden ist, dass der dynamische Druck an ein Inneres des zweiten Verdampfers (18) angelegt wird, und wobei ein Druckabfall (ΔP1abfall) in dem ersten Verdampfer (17) gleich oder kleiner als ein Druckzunahmebetrag (ΔPej) in dem Diffusor (15d, 30d) ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die folgende Beziehung erfüllt ist: Vdif ≤ 2Π × ΔPej/Gn × (De/2)2 × (De/Le)/λwobei Vdif eine Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels ist, ΔPej ein Druckzunahmebetrag ist, Gn eine Strömungsmenge des aus dem Kompressor (11) ausgestoßenen Kältemittels ist, Le eine Strömungsweglänge eines Kältemitteldurchgangs ist, der von einem Kältemitteleinlass des ersten Verdampfers (17) zu einem Kältemittelauslass von ihm führt, De ein Durchgangsdurchmesser des Kältemitteldurchgangs ist und λ ein Rohrleitungsreibungskoeffizient des Kältemitteldurchgangs ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung, umfassend: einen Kompressor (11) zum Komprimieren und Ausstoßen von Kältemittel; einen Strahler (12) zum Abstrahlen von Wärme von einem Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor (11) ausgestoßen wird, einen Ejektor (15, 30), der einen Düsenabschnitt (15a, 30a) zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel auf einer stromabwärtigen Seite des Strahlers (12), eine Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b), von der Kältemittel durch einen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom, der von dem Düsenabschnitt (15a, 30a) eingespritzt wird, gesaugt wird, und einen Diffusor (15d, 30d) umfasst, der aufgebaut ist, um einen Druck von vermischtem Kältemittel aus dem eingespritzten Kältemittel und dem von der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) angesaugten Ansaugkältemittel zu erhöhen; einen Verzweigungsabschnitt (100) zum Verzweigen eines Stroms von Kältemittel, der aus dem Diffusor (15d, 30d) strömt; einen ersten Verdampfer (17) zum Verdampfen eines der von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelströme, um das Kältemittel in eine Ansaugseite des Kompressors (11) zu lassen; und einen zweiten Verdampfer (18) zum Verdampfen des anderen von dem Verzweigungsabschnitt (100) verzweigten Kältemittelstroms, um das Kältemittel in Richtung einer stromaufwärtigen Seite der Kältemittelansaugöffnung (15b, 30b) strömen zu lassen, wobei eine Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels basierend auf einer Trockenheit (Xmix) des vermischten Kältemittels und einer Gesamtkühlkapazität (Qkühl) eingestellt wird, welche eine Summe einer an dem ersten Verdampfer (17) gebotenen Kühlkapazität (Q1) und einer an dem zweiten Verdampfer (18) gebotenen Kühlkapazität (Q2) ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 3, die ferner umfasst: Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen (11a, 12a, 17a, 30e, 30f, 31, 32), um die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels einzustellen, und eine Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20), um einen Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen (11a, 12a, 17a, 30e, 30f, 31, 32) zu steuern, wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) den Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen (11a, 12a, 17a, 30e, 30f, 31, 32) basierend auf der Gesamtkühlkapazität (Qkühl) und der Trockenheit (Xmix) des vermischten Kältemittels derart steuert, dass die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels in einem vorbestimmten Bereich ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) den Betrieb der Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen (11a, 12a, 17a, 30e, 30f, 31, 32) derart steuert, dass die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels basierend auf einem Zunahmebetrag der Enthalpie (ΔHcomp) des Kältemittels an dem Kompressor (11), auf einem Abnahmebetrag der Enthalpie (ΔHklim) des Kältemittels an dem Strahler (12), auf der Gesamtkühlkapazität (Qkühl), die durch eine Enthalpie (H1aus) des Kältemittels an dem Auslass des ersten Verdampfers (17) und eine Enthalpie (H2aus) des Kältemittels an einem Auslass des zweiten Verdampfers (18) bestimmt ist, und auf einer Trockenheit (Xmix) des vermischten Kältemittels, die durch eine Trockenheit (XDüs) des eingespritzten Kältemittels bestimmt ist, einer Enthalpie (Hdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels und einer Enthalpie (Hmix) des vermischten Kältemittels berechnet wird, so dass sie in dem vorbestimmten Bereich liegt.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen eine Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung (11a) zum Ändern einer Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors (11) umfassen, und wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels einstellt, indem sie einen Betrieb der Ausstoßkapazitäts-Änderungseinrichtung (11a) steuert.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen eine Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung (12a) zum Ändern einer Kältemittelwärmestrahlungskapazität des Strahlers (12) umfassen, und wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs der Wärmestrahlungskapazitäts-Änderungseinrichtung (12a) einstellt.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen eine Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung (17a) zum Ändern einer Kältemittelverdampfungskapazität des ersten Verdampfers (17) und/oder des zweiten Verdampfers (18) umfassen, und wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs der Verdampfungskapazitäts-Änderungseinrichtung (17a) einstellt.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen eine Drosselöffnungsgrad-Änderungseinrichtung (30e, 30f) zum Ändern einer Drosseldurchgangsfläche des Düsenabschnitts (30a) umfassen, und wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs der Drosselöffnungsgrad-Änderungseinrichtung (30e, 30f) einstellt.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Einstellungseinrichtungen einen hochdruckseitigen Drosselmechanismus (31) umfassen, der auf einer stromabwärtigen Seite des Strahlers (12) und auf einer stromaufwärtigen Seite des Ejektors (15, 30) angeordnet ist, und wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs des hochdruckseitigen Drosselmechanismus (31) einstellt.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der zweite Verdampfer (18) eine Vielzahl von Verdampfungsabschnitten (18a, 18b), die in Reihe zueinander geschaltet sind, und einen niederdruckseitigen Drosselmechanismus (32), der zwischen den Verdampfungsabschnitten (18a, 18b) angeordnet ist, um das Kältemittel zu dekomprimieren und expandieren, umfasst, und wobei die Kältemittelströmungsgeschwindigkeits-Steuereinrichtung (20) die Strömungsgeschwindigkeit (Vdif) des aus dem Diffusor (15d, 30d) strömenden Kältemittels durch Steuern eines Betriebs des niederdruckseitigen Drosselmechanismus (32) einstellt.