DE102009012158A1

DE102009012158A1 - Ejector

Info

Publication number: DE102009012158A1
Application number: DE102009012158A
Authority: DE
Inventors: Mika Kariya-shi Gocho; Yoshiaki Kariya-shi Takano; Haruyuki Kariya-shi Nishijima; Gouta Kariya-shi Ogata; Etsuhisa Kariya-shi Yamada; Teruyuki Kariya-shi Hano; Kenta Kariya-shi Kayano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2009-10-08
Also published as: SG155861A1; US20090232665A1

Abstract

Ein Ejektor (16) umfasst eine Düse (16a) zum Dekomprimieren eines Fluids in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand und einen Körperabschnitt (16b) mit einer Fluidansaugöffnung (16d) und einem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt (16e). Der Ejektor ist mit einem Ansaugdurchgang (16i) versehen, durch den ein von der Fluidansaugöffnung angesaugtes Kältemittel in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt. Der Ansaugdurchgang (16i) ist derart geändert, dass das von der Ansaugöffnung angesaugte Fluid in dem Ansaugdurchgang isentrop dekomprimiert wird. Alternativ ist der Ansaugdurchgang derart geändert, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das von dem Ansaugdurchgang in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, im Wesentlichen gleich einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ist, das von einer Strahlöffnung der Düse in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, oder ist gleich oder größer als die Schallgeschwindigkeit.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ejektor, der aufgebaut ist, um ein Fluid durch eine Strahlströmung aus einem aus einer Düse ausgestoßenen Hochgeschwindigkeitsfluid anzusaugen. Zum Beispiel kann der Ejektor geeignet für eine Kältekreislaufvorrichtung verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmlicherweise ist ein Ejektor bekannt, der eine Düse zum Dekomprimieren und Expandieren eines Hochdruckfluids umfasst, und er ist aufgebaut, um ein Fluid durch eine Saugwirkung einer Strahlströmung aus einem aus der Düse ausgestoßenen Hochgeschwindigkeitsfluid durch eine Fluidansaugöffnung anzusaugen. In dem Ejektor werden das Strahlfluid von der Düse und das Ansaugfluid von der Fluidansaugöffnung in einem Mischabschnitt vermischt, und der Druck des vermischten Fluids wird in einem Diffusorabschnitt erhöht, indem die kinetische Energie des vermischten Fluids in die Druckenergie des vermischten Fluids umgewandelt wird. Daher wird der Druck des aus dem Auslass des Ejektors strömenden Fluids stärker erhöht als der Druck des Ansaugfluids.
In einem in JP 2004-340136A (entspricht US 2004/0206111 A1 ) beschriebenen Ejektor ist eine Durchgangsschnittfläche auf einer Einlassseite eines Ansaugdurchgangs, durch den ein Ansaugfluid, das von einer Fluidansaugöffnung eingeleitet wird, in einen Mischabschnitt des Ejektors strömt, gleich oder größer als eine Durchgangsschnittfläche der Fluidansaugöffnung festgelegt. Daher kann der Druckverlust, der bewirkt wird, wenn das Ansaugfluid von der Fluidansaugöffnung angesaugt wird, verringert werden, und die Strömungsmenge des Ansaugfluids, das von der Fluidansaugöffnung strömt, kann erhöht werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad ηe, der ein Energieumwandlungswirkungsgrad des Ejektors ist, verbessert wird.
In einem Ejektor für eine in JP 2003-14318A (entspricht US 2002/0000095A1 ) beschriebene Kältekreislaufvorrichtung ist ein Aufweitungswinkel einer Durchgangswandoberfläche eines Diffusorabschnitts in einem axialen Schnitt einschließlich der Mittelachse einer Düse geeignet festgelegt, so dass ein Druckerhöhungsbetrag in dem Diffusorabschnitt erhöht wird, wodurch der Ejektorwirkungsgrad ηe verbessert wird.
In einem anderen in JP 2004-116807A beschriebenen Ejektor ist eine Durchgangswandoberfläche eines Diffusorabschnitts zu einer glatt beschichteten Leitung in einem axialen Schnitt einschließlich der Mittelachse einer Düse ausgebildet, so dass ein Energieverlust, wie etwa ein Spiralströmungsverlust in dem Diffusorabschnitt, beschränkt werden kann, wodurch der Ejektorwirkungsgrad ηe verbessert wird.
Der Ejektorwirkungsgrad ηe ist wie in der folgenden Formel (F1) definiert: ηe = (1 + Ge/Gdüs) × (ΔP/ρ)/Δi (F1)
Hier ist Ge die Strömungsmenge des Ansaugfluids, Gdüs ist die Strömungsmenge des Strahlfluids, ΔP ist der Druckerhöhungsbetrag in dem Diffusorabschnitt, ρ ist die Dichte des Ansaugfluids, und Δi ist die Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass der Düse.
JP 2004-340136A beschreibt jedoch nichts in Bezug auf den Druckabfall auf einer stromabwärtigen Seite in dem Ansaugdurchgang stromabwärtig der Fluidansaugöffnung. Wenn sich der Druckabfall in den Ansaugdurchgang ändert, ändert sich die Strömungsmenge des Ansaugfluids oder die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das durch den Ansaugdurchgang in dem Mischabschnitt strömt. Wenn das durch den Mischabschnitt und den Diffusorabschnitt strömende Fluid außerdem in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand ist, wird die Trägheitskraft in dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid aufgrund der Dichtedifferenz zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid unterschiedlich, und dadurch ist es schwierig, das Strahlfluid und das Ansaugfluid in dem Mischabschnitt des Ejektors gleichmäßig zu vermischen.
Folglich wird die kinetische Energie des Fluids in dem Diffusorabschnitt des Ejektors in einem inhomogenen Zustand in die Druckenergie umgewandelt, und dadurch kann der Ejektorwirkungsgrad ηe nicht hinreichend verbessert werden. Hier bedeutet der inhomogene Zustand einen anderen als einen homogenen Zustand, der einen vollständig gasförmigen Zustand, einen vollständig flüssigen Zustand und einen homogen vermischten Zustand, in dem das gasförmige Fluid und das flüssige Fluid mit etwa der gleichen Strömungsgeschwindigkeit homogen gemischt sind, umfasst. In einem Beispiel für den inhomogen vermischten Zustand des gasförmigen Fluids und des flüssigen Fluids unterscheidet sich die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids von der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Fluids.
Außerdem ist der Ejektor in JP 2003-14318A oder JP 2004-116807A aufgebaut, um den Ejektorwirkungsgrad ηe in einem Fall zu verbessern, in dem das Fluid den Mischabschnitt und den Diffusorabschnitt des Ejektors in dem homogenen Zustand durchläuft. Tatsächlich ist es schwierig für das gasförmig-flüssige Zweiphasenfluid, das den Mischabschnitt und den Diffusorabschnitt des Ejektors durchläuft in dem homogenen Zustand zu sein. Wenn folglich das gasförmig-flüssige Zweiphasenfluid den Mischabschnitt und den Diffusorabschnitt des Ejektors durchläuft, ist es schwierig, den Ejektorwirkungsgrad ηe hinreichend zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der vorangehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Ejektorwirkungsgrad ηe in einem Ejektor mit einem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt, in dem die kinetische Energie eines gasförmig-flüssigen Zweiphasenfluids in dessen Druckenergie umgewandelt wird, hinreichend zu verbessern.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ejektor bereitzustellen, der mit einem Ansaugdurchgang versehen ist, der aufgebaut ist, um den Ejektorwirkungsgrad ηe zu verbessern.
Die folgenden Aspekte der vorliegenden Erfindung sind von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung basierend auf den folgenden Experimenten und Untersuchungen festgelegt. Ein Ejektor gewinnt die Energie zurück, die in der Dekompression und Expansion durch isentropes Dekomprimieren und Expandieren eines Fluids an einer Düse verloren wurde, und wandelt die zurückgewonnene Energie (Rückgewinnungsenergie) in die Druckenergie um, um den Ejektorwirkungsgrad ηe zu verbessern.
Wenn es möglich ist, die gesamte Rückgewinnungsenergie in die Druckenergie umzuwandeln, wird der Ejektorwirkungsgrad ηe maximal gemacht. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung untersuchten und studierten die tatsächlich in dem Ejektor verwendete Rückgewinnungsenergie im Detail. Das heißt, die Energie, die fähig ist, aus der Rückgewinnungsenergie zum Druckerhöhen des Fluids verwendet zu werden, wird untersucht.
28 zeigt Ergebnisse, die von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung untersucht und studiert wurden. In einem Ejektor eines Vergleichsbeispiels mit einem Mischabschnitt und einem Diffusorabschnitt, die in 29 gezeigt sind, kann eine gesamte Rückgewinnungsenergie an einem Einlass eines Mischabschnitts, wie in 28 gezeigt, in E1 bis E4 unterteilt werden. In 28 gibt E1 die Energie an, die zum Druckerhöhen verwendet wird, E2 gibt eine restliche kinetische Energie an, die nicht genutzt wird, E3 gibt den Energieübertragungsverlust an, und E4 gibt die anderen Verluste an. Wie in 28 gezeigt, ist die Energie E1, die zum Druckerhöhen verwendet wird, etwa 20% der gesamten Rückgewinnungsenergie, und die anderen Energien E2, E3, E4 werden nicht zum Druckerhöhen genutzt. Die restliche kinetische Energie E2 verbleibt als eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das aus dem Diffusorabschnitt des Ejektors strömt, ohne in die Druckenergie umgewandelt zu werden.
Der Energieübertragungsverlust E3 umfasst den Energieübertragungsverlust, der verursacht wird, indem die kinetische Energie des flüssigen Fluids auf das gasförmige Fluid übertragen wird, während das flüssige Fluid und das gasförmige Kältemittel zum Beispiel den Diffusorabschnitt des Ejektors durchlaufen. Wie in 28 gezeigt, ist der Anteil des Energieübertragungsverlusts E3 in den Energien E2, E3 und E4, die nicht zum Druckerhöhen genutzt werden, relativ groß im Vergleich zu der Energie E1, die zum Druckerhöhen genutzt wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung forschten im Hinblick auf die Verringerung des Energieübertragungsverlusts E3 zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid. Wenn der Energieübertragungsverlust E3 zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid verringert ist und zum Druckerhöhen genutzt wird, kann der Ejektorwirkungsgrad ηe wirksam verbessert werden. Folglich führten die Erfinder Experimente zum wirksamen Übertragen von Energie von dem flüssigen Fluid mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit als der des gasförmigen Fluids auf das gasförmige Fluid durch.
In einem Fall eines frei fallenden starren Körpers wird die Strömungsgeschwindigkeit in einer vertikalen Abwärtsrichtung durch die Erdbeschleunigung erhöht. Dann erreicht die Strömungsgeschwindigkeit des frei fallenden starren Körpers entsprechend eines Gleichgewichts mit Widerstand, der von der Umgebungsluft erhalten wird, eine gewisse Endgeschwindigkeit.
Das heißt, die Strömungsgeschwindigkeit des frei fallenden starren Körpers wird nach dem Erreichen der Endgeschwindigkeit nicht weiter als die Endgeschwindigkeit erhöht. Daher wird die Strömungsgeschwindigkeit des frei fallenden Körpers maximal, wenn er die Endgeschwindigkeit erreicht. Dies bedeutet, dass die kinetische Energie des starren Körpers schnell an die Umgebungsluft übertragen werden kann, wenn der starre Körper die Endgeschwindigkeit schnell erreicht. In 29 wird das Quäntchen flüssigen Fluids (d. h. virtuelles Flüssigkeitsteilchen), das den Diffusorabschnitt durchläuft, als der starre Körper angenommen, und das gasförmige Fluid, das den Diffusorabschnitt durchläuft, wird als die Umgebungsluft angenommen. In dem angenommenen Zustand von 29 forschten die Erfinder der vorliegenden Anmeldung in Bezug auf eine wirksame Energieübertragung zwischen dem flüssigen Fluid und dem gasförmigen Fluid, die den Diffusorabschnitt durchlaufen.
Der obere Teil von 29 ist ein Diagramm, das eine Geschwindigkeitsänderung des gasförmigen Fluids und der Geschwindigkeit des flüssigen Fluids innerhalb eines Ejektors zeigt. Die durchgezogene Linie LA1 zeigt eine Änderung des flüssigen Fluids (z. B. flüssigen Kältemittels) in dem Ejektor des Vergleichsbeispiels, und die durchgezogene Linie GA1 zeigt eine Änderung des gasförmigen Fluids (z. B. gasförmigen Fluids) in dem Ejektor des Vergleichsbeispiels. Wie in den durchgezogenen Linie LA1 und GA1 von 29 gezeigt, ist die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids in einer Düse des Ejektors in dem Vergleichsbeispiel durch die Differenz der Trägheitskraft aufgrund der Dichtedifferenz zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid erheblich schneller als die des flüssigen Fluids. Folglich wird in dem vermischten Fluid des Strahlfluids und des Ansaugfluids, die in einen Mischabschnitt des Ejektors strömen, die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids schnelle als die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kältemittels.
Die Quäntchen des flüssigen Fluids, die in den Mischabschnitt strömen, werden zusammen mit dem umgebenden gasförmigen Fluid beschleunigt, und dann wird die Strömungsgeschwindigkeit der Quäntchen des flüssigen Fluids gleich der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids. Nachdem die Strömungsgeschwindigkeit der Quäntchen des flüssigen Fluids gleich der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Fluids nicht mehr beschleunigt und erreicht die Endgeschwindigkeit.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Quäntchens des flüssigen Fluids nach dem Erreichen der Endgeschwindigkeit wird verringert, während eine Kraft angewendet wird, welche der Widerstandskraft aufgrund des umgebenden gasförmigen Fluids als einer Gegenkraft entspricht. Zu dieser Zeit wird der kinetische Betrag von den Quäntchen des flüssigen Fluids an das gasförmige Fluid übertragen, und der Gesamtwert der Impulse, der von den Quäntchen des flüssigen Fluids auf das gasförmige Fluid angewendet wird, wird der Druckerhöhungsbetrag (die Druckenergie) des gasförmigen Fluids.
Wenn folglich die Quäntchen des flüssigen Fluids, die in den Mischabschnitt des Ejektors strömen, schnell die Endgeschwindigkeit erreichen, kann die in dem flüssigen Fluid enthaltene kinetische Energie schnell an das gasförmige Fluid übertragen werden. Folglich kann die kinetische Energie des flüssigen Fluids, nachdem die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Fluids die Endgeschwindigkeit erreicht, wirksam an das gasförmige Fluid übertragen werden. Wenn außerdem die Endgeschwindigkeit selbst der Quäntchen des flüssigen Fluids erhöht wird, kann der Druckerhöhungsbetrag des gasförmigen Fluids erhöht werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad ηe verbessert wird.
In 29 zeigt die gestrichelte Linie LA2 eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Fluids eines Ejektors gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung an, und die gestrichelte Linie GA2 zeigt eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids des Ejektors gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung an. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids, das in den Mischabschnitt strömt, erhöht wird, kann die Endgeschwindigkeit der Quäntchen des flüssigen Fluids, wie durch die gestrichelten Linien LA2 und GA2 in 29 gezeigt, im Vergleich zu dem durch die durchgezogenen Linien LA1 und GA1 gezeigten Vergleichsbeispiel erhöht werden. Da eine große Menge kinetischer Energie in die Druckenergie umgewandelt werden kann, kann auf diese Weise in dem durch die gestrichelten Linien LA2 und GA2 in 29 gezeigten Beispiel der vorliegenden Erfindung der Energieübertragungsverlust zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid wirksam verringert werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad ηe erheblich verbessert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ejektor eine Düse, die aufgebaut ist, um ein Fluid in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand zu dekomprimieren und expandieren, und einen Körperabschnitt, in dem die Düse angeordnet ist. Der Körperabschnitt hat eine Fluidansaugöffnung, von der durch eine Strahlströmung des Fluids, das aus einer Strahlöffnung der Düse ausgestoßen wird, Fluid gesaugt wird, und einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt, in dem das aus der Strahlöffnung der Düse ausgestoßene Fluid und das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid vermischt werden und kinetische Energie des vermischten Fluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand in dessen Druckenergie umgewandelt wird. Der Ejektor ist mit einem Ansaugdurchgang versehen, durch den das von der Fluidansaugöffnung gesaugte Fluid in einen Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts strömt, und eine Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs ist aufgebaut, um derart geändert zu werden, dass das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid in dem Ansaugdurchgang im Wesentlichen isentrop dekomprimiert wird.
Folglich kann der Energieverlust, während das Ansaugfluid den Ansaugdurchgang durchläuft, verringert werden. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das von dem Ansaugdurchgang in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, erhöht werden, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids, das in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, erhöht wird. Als ein Ergebnis kann die Endgeschwindigkeit von Quäntchen des flüssigen Fluids, die in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömen, erhöht werden, und der Druckerhöhungsbetrag in dem gasförmigen Fluid kann in dem Ejektor selbst dann erhöht werden, wenn die kinetische Energie des gasförmig-flüssigen Zweiphasenfluids in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt in dessen Druckenergie umgewandelt wird. Daher kann der Ejektorwirkungsgrad wirksam verbessert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ejektor eine Düse, die aufgebaut ist, um ein Fluid in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand zu dekomprimieren und zu expandieren, und einen Körperabschnitt, in dem die Düse angeordnet ist. Der Körperabschnitt hat eine Fluidansaugöffnung, von der ein Fluid durch eine Strahlströmung des aus einer Strahlöffnung der Düse ausgestoßenen Fluids angesaugt wird, und einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt, in dem das aus der Strahlöffnung der Düse ausgestoßene Fluid und das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid vermischt werden und kinetische Energie des vermischten Fluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand in dessen Druckenergie umgewandelt wird. Der Ejektor ist mit einem Ansaugdurchgang versehen, durch den das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid in einen Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts strömt. In dem Ejektor ist eine Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs aufgebaut, um derart geändert zu werden, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das von dem Ansaugdurchgang in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, im Wesentlichen gleich einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ist, das von der Strahlöffnung der Düse in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt. Als ein Ergebnis kann die Endgeschwindigkeit von Quäntchen des flüssigen Fluids, die in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömen, erhöht werden, und der Druckerhöhungsbetrag in dem gasförmigen Fluid kann in dem Ejektor selbst dann erhöht werden, wenn die kinetische Energie des gasförmig-flüssigen Zweiphasenfluids in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt in dessen Druckenergie umgewandelt wird. Daher kann der Ejektorwirkungsgrad wirksam verbessert werden. Hier umfasst die Bedeutung von „im Wesentlichen gleich”, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das von dem Ansaugdurchgang in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, ganz der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids entspricht, das aus der Strahlöffnung der Düse in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, oder sich geringfügig davon unterscheidet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ejektor eine Düse, die aufgebaut ist, um ein Fluid in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand zu dekomprimieren und zu expandieren, und einen Körperabschnitt, in dem die Düse angeordnet ist. Der Körperabschnitt hat eine Fluidansaugöffnung, von der ein Fluid durch eine Strahlströmung des aus einer Strahlöffnung der Düse ausgestoßenen Fluids angesaugt wird, und einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt, in dem das aus der Strahlöffnung der Düse ausgestoßene Fluid und das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid vermischt werden und kinetische Energie des vermischten Fluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand in dessen Druckenergie umgewandelt wird. Der Ejektor ist mit einem Ansaugdurchgang versehen, durch den das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid in einen Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts strömt. Außerdem ist eine Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs aufgebaut, um derart geändert zu werden, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das von dem Ansaugdurchgang in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, gleich oder größer als eine Schallgeschwindigkeit ist. Als ein Ergebnis kann die Endgeschwindigkeit von Quäntchen des flüssigen Fluids, die in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömen, erhöht werden, und der Druckerhöhungsbetrag in dem gasförmigen Fluid kann in dem Ejektor selbst dann erhöht werden, wenn die kinetische Energie des gasförmig-flüssigen Zweiphasenfluids in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt in dessen Druckenergie umgewandelt wird.
Nach jedem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs in einer stromabwärtigen Strömungsrichtung des in den Ansaugdurchgang strömenden Fluids allmählich verkleinert werden. In diesem Fall kann ein Verkleinerungsgrad der Fluiddurchgangsfläche auf einer Einlassseite des Ansaugdurchgangs größer als ein Verkleinerungsgrad der Fluiddurchgangsfläche auf einer Auslassseite des Ansaugdurchgangs sein.
Alternativ kann die Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs auf einer Einlassseite des Ansaugdurchgangs allmählich in einer stromabwärtigen Strömungsrichtung des in den Ansaugdurchgang strömenden Fluids verkleinert werden, und die Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs auf einer Auslassseite des Ansaugdurchgangs kann allmählich in die stromabwärtige Strömungsrichtung des in den Ansaugdurchgang strömenden Fluids vergrößert werden.
Der Ansaugdurchgang kann zwischen einer äußeren Umfangsoberfläche der Düse und einer inneren Umfangsoberfläche des Körperabschnitts bereitgestellt werden, oder kann durch eine andere Düse aufgebaut sein, die darin bereitgestellt werden soll. Alternativ können die Düse und der Ansaugdurchgang derart aufgebaut sein, dass eine Enthalpiedifferenz (ΔH) zwischen der Enthalpie des Fluids an einem Einlass der Düse und der Enthalpie des Fluids an der Strahlöffnung der Düse gleich oder größer als eine Enthalpiedifferenz (Δh) zwischen der Enthalpie des Fluids am Einlass des Ansaugdurchgangs und der Enthalpie des Fluids am Auslass des Ansaugdurchgangs ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ejektor eine Düse, die aufgebaut ist, um ein Fluid in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand zu dekomprimieren und zu expandieren, und einen Körperabschnitt, in dem die Düse angeordnet ist. Der Körperabschnitt hat eine Fluidansaugöffnung, von der ein Fluid durch eine Strahlströmung des aus einer Strahlöffnung der Düse ausgestoßenen Fluids angesaugt wird, und einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt, in dem das aus der Strahlöffnung der Düse ausgestoßene Fluid und das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid vermischt werden und kinetische Energie des vermischten Fluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand in dessen Druckenergie umgewandelt wird. Der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt ist aufgebaut aus einem geraden Abschnitt, der sich von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in einem Bereich erstreckt, und einem Erweiterungsabschnitt, der sich von einem stromabwärtigen Ende des geraden Abschnitts zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts erstreckt. Der gerade Abschnitt ist ein zylindrischer Durchgang mit einer in seinem gesamten Bereich konstanten Durchgangsfläche, und der Erweiterungsabschnitt ist derart aufgebaut, dass eine Durchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts in einer stromabwärtigen Strömungsrichtung des Fluids allmählich vergrößert wird. Als ein Ergebnis kann die Endgeschwindigkeit von Quäntchen des flüssigen Fluids, die in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömen, erhöht werden, und der Druckerhöhungsbetrag in dem gasförmigen Fluid kann in dem Ejektor selbst dann erhöht werden, wenn die kinetische Energie des gasförmig-flüssigen Zweiphasenfluids in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt in dessen Druckenergie umgewandelt wird.
Zum Beispiel kann der Bereich des geraden Abschnitts derart festgelegt sein, dass die Strömungsgeschwindigkeiten von gasförmigem Fluid und flüssigem Fluid innerhalb des Fluids, das in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, in dem Bereich gleich groß werden. Wenn alternativ eine Länge des geraden Abschnitts in einer Axialrichtung der Düse L1 ist und eine Länge von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in der Axialrichtung L2 ist, ist der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt derart aufgebaut, dass 0 < L1/L2 ≤ 0,4. Außerdem kann der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt derart aufgebaut sein, dass das Fluid in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt isentrop unter Druck gesetzt wird.
In dem Ejektor kann eine Schnittform einer Wandoberfläche des Erweitungsabschnitts in einem Schnitt einschließlich einer Achsenlinie der Düse eine gerade Linie oder eine gekrümmte Linie sein. Alternativ kann die Schnittform der Wandoberfläche des Erweiterungsabschnitts in einem Schnitt einschließlich der Achsenlinie der Düse gebildet werden, indem mehrere gerade Linien kombiniert werden oder indem wenigstens eine gerade Linie und eine gekrümmte Linie kombiniert werden. Alternativ kann ein Aufweitungsgrad des Erweiterungsabschnitts auf einer Einlassseite des Erweiterungsabschnitts größer als ein Aufweitungsgrad des Erweiterungsabschnitts auf einer Auslassseite des Erweiterungsabschnitts sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, deutlicher, wobei:
1 ein Schemadiagramm ist, das eine Kältekreislaufvorrichtung mit einem Ejektor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A eine axiale Schnittansicht des Ejektors einschließlich einer Achsenlinie einer Düse gemäß der ersten Ausführungsform ist, 2B eine entlang der Linie IIB-IIB von 2A genommene Querschnittansicht ist und 2C eine entlang der Linie IIC-IIC von 2A genommene Querschnittansicht ist;
3 ein Diagramm ist, das eine Änderung in einem Verhältnis einer Kältemitteldurchgangsschnittfläche eines Ansaugdurchgangs zu einer Kältemitteldurchgangsschnittfläche an einem Einlass des Ansaugdurchgangs in dem Ejektor gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ein Schemadiagramm ist, das einen Durchgangsaufbau eines Misch- und Druckerhöhungsabschnitts des Ejektors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5A ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und 5B eine vergrößerte Ansicht ist, die den Teil VB in 5A zeigt;
6 ein Diagramm ist, das Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigem Kältemittel und der Strömungsgeschwindigkeit von flüssigem Kältemittel in dem Ejektor der ersten Ausführungsform und in einem Ejektor eines Vergleichsbeispiels zeigt;
7A ein Diagramm ist, das Änderungen einer Strömungsgeschwindigkeit von Kältemittel und einem Druckerhöhungsbetrag (ΔP) in dem Ejektor gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und 7B ein Diagramm ist, das Änderungen einer Strömungsgeschwindigkeit von Kältemittel und einem Druckerhöhungsbetrag (ΔP) in dem Ejektor gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
8 ein Diagramm ist, das einen Energiebetrag (E1), der zum Druckerhöhen verwendet werden soll, eine restliche kinetische Energie (E2), einen Energieübertragungsverlust (E3) und die anderen Verluste (E4) gemäß der ersten Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel zeigt;
9 ein Diagramm ist, das eine Änderung eines Verhältnisses einer Kältemitteldurchgangsschnittfläche eines Ansaugdurchgangs zu einer Kältemitteldurchgangsschnittfläche an einem Einlass des Ansaugdurchgangs in einem Ejektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ein Diagramm ist, das eine Änderung eines Verhältnisses einer Kältemitteldurchgangsschnittfläche eines Ansaugdurchgangs zu einer Kältemitteldurchgangsschnittfläche an einem Einlass des Ansaugdurchgangs in einem Ejektor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein Schemadiagramm ist, das einen Durchgangsaufbau eines Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in einem Ejektor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ein Schemadiagramm ist, das einen Durchgangsaufbau eines Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in einem Ejektor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ein Schemadiagramm ist, das einen Durchgangsaufbau eines Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in einem Ejektor gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Schemadiagramm ist, das einen Durchgangsaufbau eines Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in einem Ejektor gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ein Schemadiagramm ist, das einen Durchgangsaufbau eines Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in einem Ejektor gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 eine axiale Schnittansicht ist, die einen Ejektor gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 eine axiale Schnittansicht ist, die einen Ejektor gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Kältemittelkreislauf einer Kältekreislaufvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Kältemittelkreislauf einer Kältekreislaufvorrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Kältemittelkreislauf einer Kältekreislaufvorrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 ein Mollier-Diagramm ist, das einen anderen Kältemittelzustand in dem Kältemittelkreislauf einer Kältekreislaufvorrichtung gemäß der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 ein Schemadiagramm ist, das eine Kältekreislaufvorrichtung mit einem Ejektor gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Kältemittelkreislauf einer Kältekreislaufvorrichtung gemäß der vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ein Schemadiagramm ist, das eine Kältekreislaufvorrichtung mit einem Ejektor gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung gemäß der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
26 ein Schemadiagramm ist, das eine Kältekreislaufvorrichtung mit einem Ejektor gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
27A ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Kältemittelkreislauf einer Kältekreislaufvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 27B ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Kältemittelkreislauf einer Kältekreislaufvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 ein Diagramm ist, das die Energieaufteilung einer Rückgewinnungsenergie an einem Einlass eines Mischabschnitts eines Ejektors in einem Vergleichsbeispiel zeigt; und
29 ein Diagramm ist, das experimentelle Ergebnisse der Geschwindigkeitsverteilung von gasförmigem Fluid und flüssigem Fluid in einem Ejektor zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 1 bis 8 beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird ein Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung typischerweise für eine in 1 gezeigte Kältekreislaufvorrichtung 10 verwendet. Die in 1 gezeigte Kältekreislaufvorrichtung 10 kann zum Beispiel für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet werden.
In der Kältekreislaufvorrichtung 10 ist ein Kompressor 11 aufgebaut, um Kältemittel anzusaugen, das angesaugte Kältemittel zu komprimieren und das komprimierte Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel auszustoßen. Der Kompressor 11 wird als ein Beispiel von einem (nicht gezeigten) Fahrzeugmotor über eine elektromagnetische Kupplung und einen Riemen oder ähnliches angetrieben und gedreht.
Der Kompressor 11 kann ein Kompressor mit variabler Verdrängung sein, in dem eine Ausstoßkapazität des Kältemittels kontinuierlich einstellbar ist, oder kann ein Kompressor mit fester Verdrängung sein, in dem die Ausstoßkapazität des Kältemittels durch Ändern eines Kompressorbetriebsverhältnisses eingestellt werden kann. Zum Beispiel wird das Kompressorbetriebsverhältnis in dem Kompressor mit fester Verdrängung durch die Unterbrechung der elektromagnetischen Kupplung geändert. Alternativ kann ein elektrischer Kompressor als der Kompressor 11 verwendet werden, so dass die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 durch Einstellen einer Drehzahl eines Elektromotors eingestellt werden kann.
Ein Kältemittelstrahler 12, der als ein Wärmetauscher für die Wärmeabstrahlung verwendet wird, wie etwa ein Kältemittelkühler, ist auf einer Kältemittelausstoßseite des Kompressors 11 angeordnet. Der Strahler 12 ist aufgebaut, um einen Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Kompressor 11 ausgestoßenen Hochdruckkältemittel und von einem Gebläseventilator 12a geblasener Außenluft (d. h. Luft außerhalb eines Fahrzeugraums) durchzuführen, wodurch das Hochdruckkältemittel in dem Strahler 12 gekühlt wird.
Als das in einem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung 10 verwendete Kältemittel kann ein Freon-basiertes Kältemittel, wie etwa HFC134a verwendet werden, so dass ein Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite in dem Kältemittelkreislauf den kritischen Druck des Kältemittels nicht übersteigt. In diesem Fall wird der Strahler 12 als ein Kondensator verwendet, in dem das Kältemittel gekühlt und kondensiert wird.
Ein Sammler 12b befindet sich auf einer Kältemittelauslassseite des Strahlers 12. Der Sammler 12b ist ein Gas-Flüssigkeitsabscheider mit einem vertikal verlängerten Behälter. Der Sammler 12b ist aufgebaut, um das darin strömende Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel abzuscheiden und in dem Kältemittelkreislauf überschüssiges Kältemittel darin zu lagern. Der Sammler 12b hat einen Auslass für flüssiges Kältemittel auf einer Unterseite des Behälters, so dass das flüssige Kältemittel von dem Auslass für flüssiges Kältemittel aus dem Sammler 12 strömt. Als ein Beispiel der vorliegenden Ausführungsform ist der Sammler 12b, wie in 1 gezeigt, integral mit dem Strahler 12 ausgebildet. Der Sammler 12b kann jedoch getrennt von dem Strahler 12 angeordnet sein oder kann weggelassen werden.
Ein Verzweigungsabschnitt 13 ist mit dem Auslass für flüssiges Kältemittel des Sammlers 12b verbunden und ist aufgebaut, um das flüssige Kältemittel von dem Sammler 12b in zwei Ströme zu unterteilen. Zum Beispiel ist der Verzweigungsabschnitt 13 ein Dreiwege-Verbindungselement mit einem Kältemitteleinlass und ersten und zweiten Kältemittelauslässen. Das als der Verzweigungsabschnitt 13 verwendete Dreiwege-Verbindungselement kann durch Verbinden von Rohrleitungen mit verschiedenen Rohrleitungsdurchmessern aufgebaut werden oder kann aufgebaut werden, indem mehrere Kältemitteldurchgänge in einem Metallblockelement oder einem Harzblockelement bereitgestellt werden.
Einer der Kältemittelströme, der an dem Verzweigungsabschnitt 13 verzweigt wird, strömt in einen ersten Kältemitteldurchgang 14a (düsenseitiger Kältemitteldurchgang), und der andere der an dem Verzweigungsabschnitt 13 verzweigten Kältemittelströme strömt in einen zweiten Kältemitteldurchgang 14b (ansaugseitiger Kältemitteldurchgang). Ein Ende des ersten Kältemitteldurchgangs 14a ist mit dem ersten Kältemittelauslass des Verzweigungsabschnitts 13 verbunden, und das andere Ende des ersten Kältemitteldurchgangs 14a ist mit einem Einlass einer Düse 16a des Ejektors 16 verbunden, so dass einer der an dem Verzweigungsabschnitt 13 verzweigten Kältemittelströme durch den ersten Kältemitteldurchgang 14a in die Düse 16a strömt. Ein Ende des zweiten Kältemitteldurchgangs 14b ist mit dem zweiten Kältemittelauslass des Verzweigungsabschnitts 13 verbunden, und das andere Ende des zweiten Kältemitteldurchgangs 14b ist mit einer Kältemittelansaugöffnung 16d des Ejektors 16 verbunden, so dass der andere der an dem Verzweigungsabschnitt 13 verzweigten Kältemittelströme durch den zweiten Kältemitteldurchgang 14b in die Kältemittelansaugöffnung 16d strömt.
Ein Expansionsventil 15 befindet sich in dem ersten Kältemitteldurchgang 14a auf einer stromaufwärtigen Seite der Düse 16a des Ejektors 16 in einem Kältemittelstrom des ersten Kältemitteldurchgangs 14a. Das Expansionsventil 15 wird als ein Dekompressionsabschnitt verwendet, der aufgebaut ist, um flüssiges Hochdruckkältemittel, das aus dem Sammler 12b in den ersten Kältemitteldurchgang 14a ausströmt, zu dekomprimieren, um in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand mit einem mittleren Druck zu sein. Das Expansionsventil 15 wird auch als ein Strömungsmengeneinstellabschnitt zum Einstellen einer Strömungsmenge des in die Düse 16a strömenden Kältemittels verwendet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Expansionsventil 15 ein thermisches Expansionsventil mit einem Temperaturabtastungsabschnitt 15a, das sich an einem Kältemittelansaugdurchgang des Kompressors 11 befindet, um einen Überhitzungsgrad des Kältemittels, das in eine Kältemittelansaugseite des Kompressors 11 eingesaugt werden soll, zu erfassen. In dieser Ausführungsform entspricht das Kältemittel auf der Kältemittelansaugseite des Kompressors 11 dem Kältemittel auf einer Kältemittelauslassseite eines ersten Verdampfers 17. Das heißt, der Temperaturabtastungsabschnitt 15a erfasst den Überhitzungsgrad des Kältemittels auf einer Kältemittelauslassseite des ersten Verdampfers 17 basierend auf der Temperatur und/oder dem Druck des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des ersten Verdampfers 17, und ein Ventilöffnungsgrad des Expansionsventils 15 wird unter Verwendung eines mechanischen Mechanismus oder eines elektrischen Mechanismus eingestellt, so dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels an dem Kältemittelauslass des ersten Verdampfers 17 einem vorgegebenen Wert angenähert wird. Auf diese Weise kann die Strömungsmenge des in die stromabwärtige Richtung von dem Expansionsventil 15 strömenden Kältemittels eingestellt werden.
Anstelle des thermischen Expansionsventils 15 kann eine andere Drosselstruktur oder Dekompressionsvorrichtung verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Dekompressionsvorrichtung, wie etwa eine elektrisch variable Drosselvorrichtung oder eine feste Drosselvorrichtung oder eine andere Art von Expansionsventil, anstelle der thermischen Expansionsvorrichtung 15 verwendet werden.
Der Ejektor 16 befindet sich auf einer Kältemittelauslassseite des Expansionsventils 15. Der Ejektor 16 ist als ein Dekompressionsabschnitt zum weiteren Dekomprimieren des aus dem Expansionsventil 15 strömenden Kältemittels und als ein Kältemittelzirkulationsabschnitt zum Zirkulieren des Kältemittels durch die Saugwirkung eines von der Düse 16a ausgestoßenen Hochgeschwindigkeitskältemittelstroms angepasst. Die Struktur des Ejektors 16 wird nun unter Bezug auf 2A bis 4 beschrieben.
2A ist eine axiale Schnittansicht des Ejektors 16 entlang eines Schnitts einschließlich einer Achsenlinie genommen, 2B ist eine Querschnittansicht entlang der Linie IIB-IIB in 2A an einem Einlass eines Ansaugdurchgangs 16i des Ejektors 16 genommen, und 2C ist eine Querschnittansicht entlang der Linie IIC-IIC in 2A an einem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i des Ejektors 16 genommen.
Wie in 2A gezeigt, ist der Ejektor 16 durch die Düse 16a und einen Körperabschnitt 16b aufgebaut. Die Düse 16a ist aus einem Metall wie etwa einer nichtrostenden Legierung gefertigt, und ist zu einer ungefähr zylindrischen Form mit einem konisch zulaufenden Endabschnitt ausgebildet, der in die stromabwärtige Richtung in dem Kältemittelstrom konisch zuläuft. Die Kältemitteldurchgangsschnittfläche der Düse 16a ist in der Kältemittelströmungsrichtung derart geändert, dass das in die Düse 16a strömende Kältemittel isentrop dekomprimiert und expandiert wird.
Eine Kältemittelstrahlöffnung 16c, aus der das Kältemittel von der Düse 16a ausgestoßen wird, ist an einem Spitzenende des konisch zulaufenden Endabschnitts der Düse 16a ausgebildet. Die Düse 16a ist in dem Körperabschnitt 16b angeordnet und ist in dem Körperabschnitt 16b befestigt, dass das Kältemittel davon abgehalten wird, aus einem Befestigungsabschnitt der Düse 16a und dem Körperabschnitt 16b auszulaufen. Zum Beispiel kann die Düse 16a luftdicht in den Körperabschnitt 16b eingepasst sein oder kann unter Verwendung eines Verbindungsmittels, wie etwa Schweißen, Pressen oder Hartlöten oder ähnlichem, luftdicht mit dem Körperabschnitt 16b verbunden werden.
Zum Beispiel kann die Düse 16a eine Lavaldüse mit einem Halsabschnitt sein, an dem die Durchgangsschnittfläche innerhalb des Kältemitteldurchgangsinneren der Düse 16a am kleinsten wird. Die Düse 16a ist derart aufgebaut, dass die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Düsenstrahlöffnung 16c der Düse 16a ausgestoßenen Kältemittels gleich oder größer als die Schallgeschwindigkeit wird. Alternativ kann die Düse 16a durch eine konisch zulaufende Düse aufgebaut sein, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16a ausgestoßenen Kältemittels gleich oder größer als die Schallgeschwindigkeit wird.
Der Körperabschnitt 16b kann aus einem Metall, zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt sein oder kann aus einem anderen Material als dem Metall, wie etwa Harz, gefertigt sein. Der Körperabschnitt 16b ist mit der Kältemittelansaugöffnung 16b versehen, die das Innere und das Äußere des Körperabschnitts 16b in einer radialen Richtung senkrecht zu der Axialrichtung der Düse 16a durchdringt. Die Kältemittelansaugöffnung 16b ist in dem Körperabschnitt 16b an einem Abschnitt radial außerhalb der Düse 16a offen. Der Körperabschnitt 16b hat einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e darin, der sich in der Axialrichtung (Längsrichtung) von einer Position der Kältemittelstrahlöffnung 16c zu dem Kältemittelauslass (stromabwärtiges Ende) erstreckt.
Die Kältemittelansaugöffnung 16d ist mit einer Kältemittelauslassseite eines zweiten Verdampfers 19 verbunden, so dass das Kältemittel von dem zweiten Verdampfer 19 von der Kältemittelansaugöffnung 16d in den Ansaugdurchgang 16i gesaugt wird. Die Kältemittelansaugöffnung 16d ist auf einer Außenumfangsseite der Düse 16a bereitgestellt und steht durch den Ansaugdurchgang 16i mit einem Raum an der Kältemittelstrahlöffnung 16c innerhalb des Körperabschnitts 16b in Verbindung.
Ein Einlassraum, in den Kältemittel von der Kältemittelansaugöffnung 16d strömt, ist innerhalb des Körperabschnitts 16b um die Kältemittelansaugöffnung 16d bereitgestellt, und der Ansaugdurchgang 16i ist zwischen der Außenwandoberfläche des konisch zulaufenden Endabschnitts der Düse 16a und einer Innenwandoberfläche des Körperabschnitts 16b bereitgestellt. Daher wird das Kältemittel, das von der Kältemittelansaugöffnung 16d in den Einlassraum des Körperabschnitts 16b strömt, über den Ansaugdurchgang 16i in einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e eingeleitet. Hier entspricht der Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e in dem Körperabschnitt 16b im Wesentlichen der Position der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16a in der Axialrichtung.
2B zeigt eine Kältemitteldurchgangsschnittfläche Aein an einem Einlass des Ansaugdurchgangs 16i, und 2C zeigt eine Kältemitteldurchgangsschnittfläche Aaus an dem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i. Wie in 2B und 2C gezeigt, ist die Kältemitteldurchgangsfläche Aaus an dem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i kleiner als die Kältemitteldurchgangsfläche Aein an dem Einlass des Ansaugdurchgangs 16i.
3 zeigt eine Änderung eines Verhältnisses (Durchgangsflächenverhältnis) einer Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i in der Kältemittelströmungsrichtung zu der Kältemitteldurchgangsschnittfläche an dem Einlass des Ansaugdurchgangs 16i. Wie durch die durchgezogene Linie in 3 gezeigt, wird das Durchgangsflächenverhältnis des Ansaugdurchgangs 16i von dem Einlass zu dem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i in dem Kältemittelstrom des Ansaugdurchgangs 16i allmählich verkleinert. Wie in 3 gezeigt, ist ein Verkleinerungsgrad der Durchgangsschnittfläche auf einer Seite des Einlasses des Ansaugdurchgangs 16i größer als ein Verkleinerungsgrad der Durchgangsschnittfläche auf einer Seite des Auslasses des Ansaugdurchgangs 16i.
Insbesondere, wie durch die durchgezogene Kurve in 3 gezeigt, wird die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i in einem Bereich von dem Einlass des Ansaugdurchgangs 16i bis ungefähr zu einer mittleren Position des Ansaugdurchgangs 16i schnell verkleinert, und die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i wird ungefähr von der mittleren Position des Ansaugdurchgangs 16i zu dem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i langsam verkleinert. Folglich ist die Änderungslinie (d. h. die durchgezogene Linie in 3) des Durchgangsflächenverhältnisses des Ansaugdurchgangs 16i im Vergleich zu der gestrichelten Vergleichslinie, welche den Einlass und den Auslass des Ansaugdurchgangs 16i gerade verbindet, unter der gestrichelten Vergleichslinie angeordnet und ist nach unten konvex gemacht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i, wie vorstehend beschrieben, geändert, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des den Ansaugdurchgang 16i durchlaufenden Kältemittels gleich oder größer als die Schallgeschwindigkeit wird. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, ungefähr gleich der Strömungsgeschwindigkeit der Strahlströmung gemacht werden, die von der Strahlöffnung 16c der Düse 16a in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e ausgestoßen wird. Folglich ist es möglich, dass das Ansaugkältemittel in dem Ansaugdurchgang 16i isentrop dekomprimiert werden kann.
Wie in 2A gezeigt, ist der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e direkt stromabwärtig von der Düse 16a und dem Ansaugdurchgang 16i positioniert, so dass die kinetische Energie des gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e in dessen Druckenergie umgewandet wird, während das aus der Düse 16a ausgestoßene Strahlkältemittel und das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugte Kältemittel in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e vermischt werden.
Der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e ist aus einem geraden Abschnitt 16g bis zu einem vorgegebenen Bereich von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e und einem Erweiterungsabschnitt 16h von der stromabwärtigen Seite des geraden Abschnitts 16g zu dem Auslass des Ejektors 16 aufgebaut. Der gerade Abschnitt 16g des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e ist ein zylindrischer Durchgang mit einer konstanten Durchgangsschnittfläche. Die Durchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h ist von seinem Einlass in stromabwärtige Richtung allmählich vergrößert.
Der gerade Abschnitt 16g ist in einem Bereich von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e bereitgestellt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels und die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kältemittels in dem in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömenden Kältemittel in dem geraden Abschnitt 16e ungefähr gleich werden. Wenn die Länge des geraden Abschnitts 16g in der Axialrichtung der Düse 16a L1 ist und wenn die Länge des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e in der Axialrichtung der Düse 16a L2 ist, ist ein Verhältnis L1/L2 als ein Beispiel auf etwa 0,2 festgelegt.
Die Kältemitteldurchgangsform des Erweiterungsabschnitts 16h in dem Schnitt einschließlich der Mittellinie (Achsenlinie) wird in einer gleichmäßig gekrümmten Linie, wie in 4 gezeigt, geändert. Ein Vergrößerungsgrad der Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h wird, wie in 4 gezeigt, geändert. Der Vergrößerungsgrad der Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h auf einer Einlassseite ist größer als der Vergrößerungsgrad auf einer Auslassseite der Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h. Das heißt, der Vergrößerungsgrad auf der Einlassseite der Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h wird relativ schnell vergrößert, und der Vergrößerungsgrad auf der Auslassseite der Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h wird im Vergleich zu dem mittleren Vergrößerungsgrad von dem Einlass zu dem Auslass des Erweiterungsabschnitts 16h relativ langsam vergrößert.
Wie in 4 gezeigt, ist die Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h auf dem Schnitt einschließlich der Achsenlinie des Erweiterungsabschnitts 16h, die Schnittform auf der Einlassseite der Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h, in einer gekrümmten Linie 101 ein wenig konvex in Richtung einer inneren Umfangsseite ausgebildet, und die Schnittform auf der Auslassseite der Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h ist in einer gekrümmten Linie 102 ein wenig konvex in Richtung einer äußeren Umfangsseite ausgebildet. Der gerade Abschnitt 16g und der Erweiterungsabschnitt 16h des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e sind kontinuierlich erweitert und sind derart aufgebaut, dass das Kältemittel in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e im Wesentlichen isentrop unter Druck gesetzt wird, während verhindert wird, dass das Kältemittel an dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e von der Durchgangswandoberfläche des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e getrennt wird.
Auf diese Weise kann der Energieverlust des Kältemittels, während es den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e durchläuft, verringert werden, und der Energieverlust des Kältemittels, wenn es aus dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, kann verringert werden. 4 ist ein Schemadiagramm, um lediglich die Schnittform der inneren Wandoberfläche des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e zu erklären, und die schwarzen Punkte in 4 sind lediglich angezeigt, um die Positionen des geraden Abschnitts 16g, der gekrümmten Linie 101 und der gekrümmten Linie 102 in der Schnittform des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e zu erklären.
Wie in 1 gezeigt, ist der erste Verdampfer 17 mit der stromabwärtigen Seite des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e des Ejektors 16, das heißt, der Auslassseite des Erweiterungsabschnitts 16h des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e verbunden. Der erste Verdampfer 17 ist ein Wärmetauscher, in dem das aus dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e des Ejektors 16 strömende Kältemittel mit von einem Gebläseventilator 17a geblasener Luft Wärme austauscht und verdampft wird, indem es Wärme aus Luft aufnimmt, die den ersten Verdampfer 17 durchläuft.
Der Gebläseventilator 17a kann ein elektrisches Gebläse sein, in dem eine Ventilatordrehzahl durch eine Steuerspannung gesteuert wird, die von einer (nicht gezeigten) Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird, um eine Luftblasmenge zu steuern. Ein Kältemittelauslass des ersten Verdampfers 17 ist mit der Kältemittelansaugöffnung des Kompressors 11 verbunden.
Im Gegensatz dazu ist das eine Ende des zweiten Durchgangs 14b an dem Verzweigungsabschnitt 13 von dem ersten Durchgang 14a verzweigt, und das andere Ende mit der Kältemittelansaugöffnung 16d des Ejektors 16 verbunden. Eine Drosseleinheit 18 und der zweite Verdampfer 19 befinden sich in dem zweiten Durchgang 14b zwischen dem Verzweigungsabschnitt 13 und der Kältemittelansaugöffnung 16d des Ejektors 16. Die Drosseleinheit 18 ist aufgebaut, um als eine Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren des Kältemittels, das über den zweiten Durchgang 14b in den zweiten Verdampfer 19 strömt, ebenso wie als eine Strömungsmengeneinstelleinrichtung zum Einstellen einer Strömungsmenge des in den zweiten Verdampfer 19 strömenden Kältemittels zu arbeiten. Als die Drosseleinheit 18 kann eine feste Drossel, wie etwa eine Kapillarröhre, eine Mündung oder ähnliches, verwendet werden, oder eine variable Drossel kann verwendet werden.
Der zweite Verdampfer 19 befindet sich in dem zweiten Durchgang 14b auf einer stromabwärtigen Seite der Drosseleinheit 18, so dass das in der Drosseleinheit 18 dekomprimierte Kältemittel in den zweiten Verdampfer 19 strömt. Der zweite Verdampfer 19 ist ein Wärmetauscher, in dem das aus der Drosseleinheit 18 strömende Kältemittel mit von einem Gebläseventilator 19a geblasener Luft Wärme austauscht und durch Aufnehmen von Wärme aus Luft, die den zweiten Verdampfer 19 durchläuft, verdampft wird. Der Gebläseventilator 19a kann ähnlich dem Gebläseventilator 17a ein elektrisches Gebläse sein.
5A zeigt ein Mollier-Diagramm, das Kältemittelzustände in dem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung 10 mit der vorstehenden Struktur gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und 5B ist eine vergrößerte Ansicht, die den Teil VB in 5A zeigt. Wenn der Kompressor 11 von einer Leistungsquelle, wie etwa einem Fahrzeugmotor, angetrieben und betrieben wird, wird das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel aus dem Kompressor 100 ausgestoßen (Punkt 201 in 5A) und strömt in den Strahler 12. Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel wird in dem Strahler 12 gekühlt und kondensiert (von dem Punkt 201 zu dem Punkt 202 in 5A).
Das Hochdruckkältemittel, das aus dem Strahler 12 strömt, strömt in den Sammler 12b und wird in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. Das abgeschiedene flüssige Kältemittel, das aus dem Sammler 12b strömt, strömt in den Verzweigungsabschnitt 13 (von dem Punkt 202 zu dem Punkt 203 in 5A) und wird in einen Kältemittelstrom, der in den ersten Durchgang 14a strömt, um in Richtung der Düse 16a zu strömen, und einen Kältemittelstrom, der in den zweiten Durchgang 14b strömt, um in Richtung der Kältemittelansaugöffnung 16d zu strömen, verzweigt.
Ein Strömungsmengenverhältnis Ge/Gdüs der Strömungsmenge Ge des durch den zweiten Durchgang 14b strömenden Kältemittels zu der Strömungsmenge Gdüs des durch den ersten Durchgang 14a strömenden Kältemittels wird basierend auf Strömungscharakteristiken (Dekompressionscharakteristiken) des Expansionsventils 15, der Düse 16a des Ejektors 16 und der Drosseleinheit 18 bestimmt.
Das durch den verzweigten ersten Durchgang 14a in das Expansionsventil 15 strömende Kältemittel wird in dem Expansionsventil 15 dekomprimiert und expandiert, während die Strömungsmenge des Kältemittels, das in die Düse 16a des Ejektors 16 strömen soll, durch das Expansionsventil 15 eingestellt wird (von dem Punkt 203 zu dem Punkt 204 in 5A). Hier wird die Strömungsmenge des Kältemittels durch das Expansionsventil 15 eingestellt, so dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite (dem Punkt 208 von 5A) des ersten Verdampfers 17 sich einem vorgegebenen wert nähert. Wie in 5A von dem Punkt 203 zu dem Punkt 204 gezeigt, wird das Kältemittel in dem Expansionsventil 15 isenthalp dekomprimiert.
Das Kältemittel wird, nachdem es in dem Expansionsventil 15 dekomprimiert wurde, in der Düse 16a weiter im Wesentlichen isentrop dekomprimiert, während die Enthalpie des Kältemittels verringert wird (von dem Punkt 204 zu dem Punkt 205 in 5A). Die Druckenergie des Kältemittels wird in der Düse 16a in die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels umgewandelt, so dass das Kältemittel von der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16a mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßen wird.
Durch den Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom von der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16a wird das in dem zweiten Verdampfer 19 verdampfte Kältemittel von der Kältemittelansaugöffnung 16d in den Ejektor 16 gesaugt. In 5A gibt ΔH einen Verringerungsteil der Enthalpie an, während das Kältemittel an der Düse 16a isentrop dekomprimiert und expandiert wird.
Das aus der Düse 16a ausgestoßene Kältemittel und das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugte Kältemittel strömen in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e, der stromabwärtig von der Düse 16a positioniert ist. Das aus der Düse 16a ausgestoßene Kältemittel und das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugte Kältemittel werden in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e vermischt, und die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels wird in die Druckenergie umgewandelt, wodurch der Kältemitteldruck in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e erhöht wird (Punkt 205 -> Punkt 206 -> Punkt 207 in 5A).
Das aus dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e des Ejektors 16 strömende Kältemittel strömt in den ersten Verdampfer 17. In dem ersten Verdampfer 17 wird Niederdruckkältemittel verdampft, indem Wärme aus von dem Gebläseventilator 17a geblasener Luft aufgenommen wird, so dass die Enthalpie des Kältemittels erhöht wird (von dem Punkt 207 zu dem Punkt 208 in 5A). Auf diese Weise wird Luft, die den ersten Verdampfer 17 durchläuft, gekühlt, und die gekühlte Luft kann in eine zu kühlende Kammer (z. B. einen Fahrzeugraum) geblasen werden. Das aus dem ersten Verdampfer 17 strömende gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 11 gesaugt, um von dem Kompressor 11 erneut komprimiert zu werden (von dem Punkt 208 zu dem Punkt 201 in 5A).
Im Gegensatz dazu wird der Kältemittelstrom, der von dem Verzweigungsabschnitt 13 in den zweiten Durchgang 14b strömt, durch die Drosseleinheit 18 dekomprimiert und expandiert (von dem Punkt 203 zu dem Punkt 209 in 5A), und von der Drosseleinheit 18 dekomprimiertes Niederdruckkältemittels strömt in den zweiten Verdampfer 19. In dem zweiten Verdampfer 19 wird Niederdruckkältemittel verdampft, indem es Wärme aus Luft aufnimmt, die von dem Gebläseventilator 19a geblasen wird, so dass die Enthalpie des Kältemittels erhöht wird (von dem Punkt 209 zu dem Punkt 210 in 5A). Auf diese Weise wird Luft, die den zweiten Verdampfer 19 durchläuft, gekühlt, und die gekühlte Luft kann in eine zu kühlende Kammer (z. B. den Fahrzeugraum) geblasen werden.
Das Kältemittel wird nach dem Durchlaufen des zweiten Verdampfers 19 von der Kältemittelansaugöffnung 16d in den Ejektor 16 gesaugt. Das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugte Kältemittel strömt durch den Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e des Ejektors 16. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Ansaugdurchgang 16i strömenden Kältemittels größer als die Schallgeschwindigkeit und das den Ansaugdurchgang 16i durchlaufende Kältemittel wird, wie in 5B gezeigt, von dem Punkt 210 zu dem Punkt 210' isentrop dekomprimiert. Während das Kältemittel in dem Ansaugdurchgang 16i isentrop dekomprimiert wird, wird die Enthalpie des Kältemittels um Δh verringert.
Das von der Kältemittelansaugöffnung 16d durch den Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömende Kältemittel wird in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e mit dem von der Düse 16a ausgestoßenen Kältemittel vermischt (von dem Punkt 210' zu dem Punkt 206 in 5A). Dann wird das Kältemittel in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e unter Druck gesetzt (von dem Punkt 206 zu dem Punkt 207 in 5A) und wird nach dem Durchlaufen des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e an den ersten Verdampfer 17 geliefert.
In der Kältekreislaufvorrichtung 10 mit dem Ejektor 16 kann das aus dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e des Ejektors 16 strömende Kältemittel an den ersten Verdampfer 17 geliefert werden, während das von der Drosseleinheit 18 in dem zweiten Durchgang 14b dekomprimierte Kältemittel durch die Drosseleinheit 18 an den zweiten Verdampfer 19 geliefert werden kann. Auf diese Weise können sowohl der erste Verdampfer 17 als auch der zweite Verdampfer 19 gleichzeitig betrieben werden, so dass sie Kühlfunktionen haben.
Da eine kältemittelstromabwärtige Seite des ersten Verdampfers 17 mit der Kältemittelansaugseite des Kompressors 11 verbunden ist, wird das in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e des Ejektors 16 unter Druck gesetzte Kältemittel in den Kompressor 11 gesaugt. Daher kann der Ansaugdruck des Kompressors 11 erhöht werden, und die Antriebsleistung des Kompressors 11 kann gesenkt werden. Als ein Ergebnis kann der Leistungskoeffizient (COP) in dem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung 10 wirksam verbessert werden.
In dem Ejektor 16 der ersten Ausführungsform ist der Ansaugdurchgang 16i bereitgestellt, um das Kältemittel isentrop zu dekomprimieren, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, gleich oder größer als die Schallgeschwindigkeit ist. Daher kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, im Wesentlichen gleich der Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels gemacht werden, das von der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16a in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt. Daher kann die Strömungsgeschwindigkeit des von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugten Kältemittels erhöht werden, während der Energieverlust des Kältemittels, das den Ansaugdurchgang 16i durchläuft, verringert werden kann.
Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels, das in den geraden Abschnitt 16g des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e strömt, erhöht werden, und dadurch kann die Endgeschwindigkeit von Quäntchen des flüssigen Kältemittels erhöht werden.
Selbst wenn das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e in dem Ejektor 16 durchläuft, kann folglich der Druckerhöhungsbetrag des gasförmigen Kältemittels in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e erhöht werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad ηe verbessert wird. Das heißt, selbst in dem Ejektor 16, in dem die kinetische Energie des gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels in dessen Druckenergie umgewandelt wird, kann der Druckerhöhungsbetrag des gasförmigen Kältemittels in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e wirksam erhöht werden.
Da in der vorliegenden Ausführungsform das Kältemittel von der Kältemittelansaugöffnung 16d in dem Ansaugdurchgang 16i, wie in 5B gezeigt, isentrop dekomprimiert wird, kann die Energie, die zum Druckerhöhen verwendet werden soll, im Vergleich zu einem Fall, in dem das Kältemittel isenthalp dekomprimiert wird, um Δh erhöht werden. Folglich kann der Druckerhöhungsbetrag in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e um einen Betrag erhöht werden, der Δh entspricht.
Der Ejektorwirkungsgrad ηe' der vorliegenden Ausführungsform kann wie in der folgenden Formel (F2), die sich von der Formel (F1) unterscheidet, definiert werden. ηe' = (Gdüs + Ge) × (ΔP/ρ)/(Gdüs × Δi + Ge × Δh) (F2)
Hier ist Ge die Strömungsmenge des Ansaugkältemittels in dem Ansaugdurchgang 16i, Gdüs ist die Strömungsmenge des von der Düse 16a ausgestoßenen Strahlkältemittels, ΔP ist der Druckerhöhungsbetrag in dem misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e, ρ ist die Dichte des Ansaugfluids, Δi ist die Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass der Düse 16a, und Δh ist die Energie, die zum Druckerhöhen verwendet werden soll. Im Vergleich zu der vorstehenden Formel (F1) kann der Expansionsenergieterm (Ge × Δh) in dem Ansaugdurchgang 16i in dem Nennerterm (Rückgewinnungsenergieterm) in der Formel (F2) addiert werden.
Wenn folglich in der vorliegenden Ausführungsform die verschiedenen Aufbauten des Ejektors 16 derart festgelegt werden, dass in der Formel F1 der gleiche Ejektorwirkungsgrad ηe erzielt wird, kann der Druckerhöhungsbetrag ΔP durch die Rückgewinnungsenergie erhöht werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad wirksam verbessert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform haben der Enthalpieverringerungsteil Δh des Kältemittels, während es in dem Ansaugdurchgang 16i isentrop dekomprimiert und expandiert wird, und der Enthalpieverringerungsteil ΔH des Kältemittels, während es in der Düse 16a isenthalp dekomprimiert und expandiert wird, in der Formel F3 die folgende Beziehung: ΔH ≥ Δh (F3)
Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform sind jeweilige Aufbauten des Ejektors 16 festgelegt, um die vorstehende Formel F3 zu erfüllen. Das heißt, ΔH ist die Enthalpiedifferenz zwischen der Enthalpie des Kältemittels an dem Einlass der Düse 16a und der Enthalpie des Kältemittels an der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16a, und Δh ist die Enthalpiedifferenz zwischen der Enthalpie des Kältemittels an dem Einlass des Ansaugdurchgangs 16i und der Enthalpie des Kältemittels an dem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i.
Da das Kältemittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Ansaugdurchgang 16i isentrop dekomprimiert und expandiert wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, erhöht werden. Wenn der isentrope Dekompressionsbetrag des Kältemittels in dem Ansaugdurchgang 16i mehr als ein notwendiger Betrag erhöht wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, im Vergleich zu der Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das von der Düse 16a in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e ausgestoßen wird, unnötig erhöht. Daher kann der Energieverlust erhöht werden, während das gasförmige Kältemittel und das flüssige Kältemittel mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e vermischt werden, und dadurch kann der Ejektorwirkungsgrad verringert werden.
Das heißt, die unnötig erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in dem Ansaugdurchgang 16i bewirkt, dass die gasförmigen Kältemittel mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e vermischt werden, wodurch der Energieverlust erhöht wird und der Ejektorwirkungsgrad verringert wird.
6 zeigt Änderungen in den Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen Kältemittels und der flüssigen Kältemittel in dem Ejektor 16, wenn ΔH ≥ Δh und wenn ΔH < Δh. In den Diagrammen von 6 zeigt die horizontale Achse axiale Positionen in dem Ejektor 16 von dem Einlass der Düse 16a zu dem Auslass des Ejektors 16 an. Das obere Diagramm von 6 zeigt die vorliegende Ausführungsform an, in der ΔH ≥ Δh, wobei GJ2 Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigem Kältemittel in dem von der Düse 16a ausgestoßenen Strahlkältemittel anzeigt, GS2 Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigem Kältemittel in dem von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugten Ansaugkältemittel anzeigt, die gestrichelte Linie der Flüssigkeit Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kältemittels anzeigt. Das untere Diagramm von 6 zeigt ein Vergleichsbeispiel an, in dem ΔH < Δh, in dem GJ1 Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigem Kältemittel in dem Strahlkältemittel anzeigt, das von der Düse 16a ausgestoßen wird, GS1 Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigem Kältemittel in dem Ansaugkältemittel anzeigt, das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugt wird, die gestrichelte Linie der Flüssigkeit Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit von flüssigem Kältemittel anzeigt.
Insbesondere zeigt das obere Diagramm in 6 die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Strömungsgeschwindigkeit GS2 des gasförmigen Kältemittels in dem Ansaugkältemittel, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, ungefähr gleich der Strömungsgeschwindigkeit GJ2 des gasförmigen Kältemittels in dem Strahlkältemittel ist, das von der Düse 16a in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, und dadurch ΔH ≥ Δh.
Im Gegensatz dazu zeigt das untere Diagramm in 6 das Vergleichsbeispiel, in dem die Strömungsgeschwindigkeit GS1 des gasförmigen Kältemittels in dem Ansaugkältemittel, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, viel schneller als die Strömungsgeschwindigkeit GJ1 von gasförmigem Kältemittel in dem Strahlkältemittel ist, das von der Düse 16a in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, und dadurch ΔH < Δh.
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels in dem Ansaugkältemittel, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, wie in den Diagrammen von 6 gezeigt, viel schneller als die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels in dem Strahlkältemittel ist, das von der Düse 16 in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, wird der Strom des gasförmigen Kältemittels in dem Strahlkältemittel durch den Strom des gasförmigen Kältemittels in dem Ansaugkältemittel beschleunigt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels in dem Strahlkältemittel gleich der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels in dem Ansaugkältemittel wird, werden das gasförmige Kältemittel in dem Strahlkältemittel und das gasförmige Kältemittel in dem Ansaugkältemittel mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit vereinigt. Dann, nachdem das gasförmige Kältemittel in dem Strahlkältemittel und das gasförmige Kältemittel in dem Ansaugkältemittel mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit vereinigt wurden, werden die Quäntchen des flüssigen Kältemittels in dem Strahlkältemittel durch das vereinigte gasförmige Kältemittel beschleunigt.
Folglich liegt die Endgeschwindigkeit, bei der die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kältemittels die vereinigte Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels in dem Strahlkältemittel und des gasförmigen Kältemittels in dem Ansaugkältemittel erreicht, auf einer stromabwärtigen Seite in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e, und dadurch wird die Bewegungswegstrecke des flüssigen Kältemittels von dem Einlass zu einer Position, die der Endgeschwindigkeit in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e entspricht, vergrößert. Als ein Ergebnis wird die Wegstrecke von der Position, die der Endgeschwindigkeit entspricht, zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e, auf der die kinetische Energie zwischen dem gasförmigen Kältemittel und dem flüssigen Kältemittel übertragen wird, nachdem die Quäntchen des flüssigen Kältemittels die Endgeschwindigkeit in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e erreichen, kürzer, und dadurch kann das Kältemittel in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e nicht hinreichend unter Druck gesetzt werden.
Im Gegensatz dazu werden gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Aufbauten einschließlich der Abmessungen in den jeweiligen Abschnitten des Ejektors 16 derart festgelegt, dass ΔH ≥ Δh. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, übermäßig erhöht wird.
Insbesondere ist die Neigung der Isentropielinie des gasförmigen Kältemittels von dem Einlass zu dem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i (von dem Punkt 210 zu dem Punkt 210' von 5A, 5B) relativ zu einer Horizontallinie kleiner als die Neigung der Isentropielinie des gasförmigen Kältemittels von dem Einlass zu dem Auslass der Düse (von dem Punkt 204 zu dem Punkt 205 von 5A) relativ zu der Horizontallinie. Daher kann der Dekompressionsbetrag des Kältemittels in dem Ansaugdurchgang 16i genau kleiner festgelegt werden als der Dekompressionsbetrag des Kältemittels in der Düse 16a. Folglich kann das Kältemittel in dem Ansaugdurchgang 16i um einen passenden Dekompressionsbetrag dekomprimiert werden.
Als ein Ergebnis kann der Energieverlust, der erzeugt wird, während gasförmige Kältemittel mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten vermischt werden, gesenkt werden, und das Kältemittel kann in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e hinreichend unter Druck gesetzt werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad wirksam verbessert wird.
Da der gerade Abschnitt 16g gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem passenden Bereich auf einer Kältemitteleinlassseite des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e bereitgestellt ist, kann die Energiewirkung des gasförmigen Kältemittels in dem geraden Abschnitt 16g wirksam auf die Quäntchen des flüssigen Kältemittels angewendet werden, und dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit der Quäntchen des flüssigen Kältemittels schnell die Endgeschwindigkeit in dem geraden Abschnitt 16g erreichen.
Außerdem kann die kinetische Energie des flüssigen Kältemittels, das die Endgeschwindigkeit erreicht hat, in dem Erweiterungsabschnitt 16h wirksam an das gasförmige Kältemittel übertragen werden. Als ein Ergebnis kann der Energieübertragungsverlust zwischen dem gasförmigen Kältemittel und dem flüssigen Kältemittel in dem Erweiterungsabschnitt 16h verringert werden, und dadurch kann der Ejektorwirkungsgrad hinreichend verbessert werden.
7A zeigt die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels, die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kältemittels, den durch die Linie P1 gezeigten Druckerhöhungsbetrag ΔP an jeweiligen Positionen von dem Einlass zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e des Ejektors 16 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Andererseits zeigt 7B die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels, die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kältemittels, den durch die Linie P2 gezeigten Druckerhöhungsbetrag ΔP an jeweiligen Positionen von dem Einlass eines Mischabschnitts zu dem Auslass eines Diffusorabschnitts eines Ejektors eines Vergleichsbeispiels.
Wie in 7A gezeigt, ist der gerade Abschnitt 16g in einem Bereich des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e bereitgestellt, so dass die Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen Kältemittels und des flüssigen Kältemittels in dem Kältemittel, das in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, an dem stromabwärtigen Ende des geraden Abschnitts 16g gleich werden. Das heißt, die Endgeschwindigkeit wird an dem stromabwärtigen Ende des geraden Abschnitts 16g bewirkt. Daher kann die kinetische Energie des Kältemittels direkt nach dem Erreichen der Endgeschwindigkeit in dem Erweiterungsabschnitt 16h in die Druckenergie umgewandelt werden.
Da die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kältemittels die Endgeschwindigkeit auf der Einlassseite des Erweiterungsabschnitts 16h erreicht, kann der Energieübertragungsverlust zwischen dem gasförmigen Kältemittel und dem flüssigen Kältemittel wirksam verringert werden. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kältemittels und des gasförmigen Kältemittels an dem Auslass des Erweiterungsabschnitts 16h hinreichend verringert werden, und das Verhältnis der Energie, die tatsächlich zum Druckerhöhen verwendet werden soll, kann erhöht werden.
Als ein Ergebnis kann der Druckerhöhungsbetrag ΔP des Kältemittels in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e in der durch die Kurve P1 in 7A gezeigten vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu dem durch die Kurve P2 in 7A und 7B gezeigten Vergleichsbeispiel erhöht werden.
Gemäß Experimenten der Erfinder der vorliegenden Anmeldung kann der Druckerhöhungsbetrag ΔP des Kältemittels in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e maximal gemacht werden, wenn das Verhältnis L1/L2 der Länge L1 des geraden Abschnitts 16g zu der Länge L2 des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e von dem Einlass zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e auf etwa 0,2 festgelegt wird.
Wenn das Verhältnis L1/L2 auf etwa 0,2 festgelegt wird, können die Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen Kältemittels und des flüssigen Kältemittels, die aus dem Auslass des geraden Abschnitts 16g strömen, ungefähr gleich gemacht werden, und der Druckerhöhungsbetrag ΔP des Kältemittels in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e kann maximal gemacht werden. Wenn der Fertigungsfehler des Ejektors 16 und die Schwankung in der Strömungsmenge des in dem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung 10 zirkulierenden Kältemittels berücksichtigt werden, kann der Ejektorwirkungsgrad hinreichend erhöht werden, wenn 0 < L1/L2 ≤ 0,4. Noch besser wird das Verhältnis L1/L2 derart festgelegt, dass 0,1 ≤ L1/L2 ≤ 0,3.
In einem Fall, in dem 0 < L1/L2 ≤ 0,4, kann der Ejektorwirkungsgrad selbst dann hinreichend verbessert werden, wenn die Dichtedifferenz zwischen Gas und Flüssigkeit des gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels, das den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e durchläuft, in einem größeren Bereich von 0,9–600 kg/m³ geändert wird.
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Kältemittel in dem gesamten Bereich des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e im Wesentlichen isentrop unter Druck gesetzt werden, und die Schnittform des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e ist geändert, um die Trennung von dem Kältemittel an dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e zu verringern. Daher kann der Energieverlust des Kältemittels, das den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e durchläuft, verringert werden, wodurch der Energieverlust des aus dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömenden Kältemittels verringert wird.
Als ein Ergebnis kann der Anteil der Energie, der tatsächlich zum Druckerhöhen verwendet werden soll, aus der Rückgewinnungsenergie des Ejektors 16 erhöht werden. 8 zeigt die Energieverteilung in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e des Ejektors 16 gemäß der ersten Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel. In 8 gibt E1 die Energie an, die zum Druckerhöhen verwendet wird, E2 gibt die Restenergie des Kältemittels an, E3 gibt den Energieübertragungsverlust an, und E4 gibt die anderen Verluste an. Wie in 8 gezeigt, kann die Energie, die zum Druckerhöhen in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e verwendet werden soll, im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel stark erhöht werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 9 beschrieben. 9 ist ein Diagramm, das 3 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht. In der zweiten Ausführungsform ist die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i derart geändert, dass das Verhältnis (Durchgangsflächenverhältnis) der Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i zu der Durchgangsschnittfläche am Einlass des Ansaugdurchgangs wie in der in 9 gezeigten geradlinigen Kurve geändert ist. Wie in 9 gezeigt, ist die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i von dem Einlass zu dem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i um einen konstanten Grad geändert. In der zweiten Ausführungsform sind die anderen Teile des Ejektors 16 ähnlich denen des Ejektors 16 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Ansaugdurchgang 16i des Ejektors 16 derart aufgebaut sein, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den geraden Abschnitt 16g des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e strömt, gleich oder höher als die Schallgeschwindigkeit wird und das Ansaugkältemittel isentrop dekomprimiert wird. Folglich kann die Endgeschwindigkeit der Quäntchen des flüssigen Kältemittels, das in den geraden Abschnitt 16g strömt, in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e erhöht werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad verbessert wird. In der zweiten Ausführungsform sind die anderen Teile des Ejektors 16 ähnlich denen in dem Ejektor 16 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 10 beschrieben. 10 ist ein Diagramm, das 3 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht. In der dritten Ausführungsform ist die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i geändert, so dass die Durchgangsschnittfläche auf der Einlassseite des Ansaugdurchgangs 16i in stromabwärtiger Richtung in der Kältemittelströmungsrichtung von dem Einlass des Ansaugdurchgangs 16i allmählich verkleinert ist, und die Durchgangsschnittfläche auf der Auslassseite des Ansaugdurchgangs 16i ist in stromabwärtiger Richtung in der Kältemittelströmungsrichtung allmählich vergrößert. Das heißt, an einem vorgegebenen Abschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass des Ansaugdurchgangs 16i wird die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i, wie in 10 gezeigt, am kleinsten. Ein Verkleinerungsverhältnis der Durchgangsschnittfläche auf der Einlassseite des Ansaugdurchgangs 16i ist größer als ein Vergrößerungsverhältnis der Durchgangsschnittfläche auf der Auslassseite des Ansaugdurchgangs 16i. Auf der Auslassseite des Ansaugdurchgangs 16i wird die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i allmählich vergrößert, wird aber nicht weiter vergrößert als die Durchgangsschnittfläche am Einlass des Ansaugdurchgangs 16i.
In der dritten Ausführungsform sind die anderen Teile des Ejektors 16 ähnlich denen in dem Ejektor 16 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Ansaugdurchgang 16i des Ejektors 16 derart aufgebaut, dass die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Ansaugdurchgang 16i strömenden Ansaugkältemittels an einer Verengungsposition, wo die Kältemitteldurchgangsfläche in dem Ansaugdurchgang 16i am kleinsten wird, gleich oder größer als die Schallgeschwindigkeit wird. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels stromabwärtig von der Verengungsposition in dem Ansaugdurchgang 16i erhöht werden. Daher kann die Endgeschwindigkeit der Quäntchen des flüssigen Kältemittels, das in den geraden Abschnitt 16g strömt, in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e erhöht werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad verbessert wird.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 11 beschrieben. 11 ist ein Schemadiagramm, das 4 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht, das eine Kältemitteldurchgangsschnittform des Erweiterungsabschnitts 16h in einem Schnitt einschließlich der Mittelachse der Düse 16a des Ejektors 16 zeigt. Wie in 11 gezeigt, ist die Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h aufgebaut, indem mehrere geradlinige Abschnitte 103, 104, 105, 106, 107 kombiniert werden. Das heißt, der Erweiterungsabschnitt 16h ist durch mehrere zylindrische Durchgangsabschnitte (103 bis 107) ausgebildet, von denen jeder eine konische zulaufende Oberfläche hat. Die konischen zulaufenden Oberflächen der mehreren zylindrischen Durchgangsabschnitte (103 bis 107) sind passend kombiniert, um den Erweiterungsabschnitt 16h in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e auszubilden.
In der vierten Ausführungsform sind die anderen Teile des Ejektors 16 ähnlich denen in dem Ejektor 16 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
In der Struktur des Erweiterungsabschnitts 16h gemäß der vierten Ausführungsform kann der Energieübertragungsverlust zwischen dem gasförmigen Kältemittel und dem flüssigen Kältemittel verringert werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad hinreichend verbessert wird. In dem vorstehenden Beispiel der vierten Ausführungsform wird die Struktur des Erweiterungsabschnitts 16h für den Ejektor 16 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet. Jedoch kann die Struktur des Erweiterungsabschnitts 16h der vierten Ausführungsform für den Ejektor 16 gemäß einer der zweiten und dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 12 beschrieben. 12 ist ein Schemadiagramm, das 4 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht, das eine Kältemitteldurchgangsschnittform des Erweiterungsabschnitts 16h in einem Schnitt einschließlich der Mittelachse der Düse 16a des Ejektors 16 zeigt. Wie in 12 gezeigt, ist die Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h aufgebaut, indem mehrere geradlinige Abschnitte 103, 104, 105 und der krummlinige Abschnitt 102 kombiniert werden. Das heißt, der Erweiterungsabschnitt 16h wird durch mehrere zylindrische Durchgangsabschnitte (103 bis 105), von denen jeder eine konisch zulaufende Oberfläche hat, und durch den zylindrischen Durchgangsabschnitt (102) mit einer gekrümmten Oberfläche (102) ausgebildet.
In der fünften Ausführungsform sind die anderen Teile des Ejektors 16 ähnlich denen in dem Ejektor 16 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
In der Struktur des Erweiterungsabschnitts 16h gemäß der fünften Ausführungsform kann der Energieübertragungsverlust zwischen dem gasförmigen Kältemittel und dem flüssigen Kältemittel verringert werden, wodurch der Ejektorwirkungsgrad hinreichend verbessert wird. In dem vorstehenden Beispiel der fünften Ausführungsform wird die Struktur des Erweiterungsabschnitts 16h für den Ejektor 16 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet. Die Struktur des Erweiterungsabschnitts 16h der fünften Ausführungsform kann jedoch für den Ejektor 16 gemäß einer beliebigen der zweiten und dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
(Sechste bis achte Ausführungsformen)
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 13 beschrieben. 13 ist ein Schemadiagramm, das 4 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht, das eine Kältemitteldurchgangsschnittform des Erweiterungsabschnitts 16h in einem Schnitt einschließlich der Mittelachse der Düse 16a des Ejektors 16 zeigt. Wie in 13 gezeigt, ist die die Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h durch einen einzigen geradlinigen Abschnitt 108 mit einem konstanten Verjüngungswinkel aufgebaut. Das heißt, die Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e wird in die stromabwärtige Richtung um einen konstanten Aufweitungsgrad in der gesamten Länge des Erweiterungsabschnitts 16h allmählich vergrößert.
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 14 beschrieben. 14 ist ein Schemadiagramm, das 4 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht, das eine Kältemitteldurchgangsschnittform des Erweiterungsabschnitts 16h in einem Schnitt einschließlich der Mittelachse der Düse 16a des Ejektors 16 zeigt. Wie in 14 gezeigt, ist die Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h aufgebaut, indem mehrere geradlinige Abschnitte 103, 104, 105, 106, 109 kombiniert werden. Die mehreren geradlinigen Abschnitte 103, 104, 105, 106, 109 werden passend kombiniert, um den Erweiterungsabschnitt 16h derart aufzubauen, dass der Aufweitungsgrad der Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h allmählich erhöht wird.
Eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 15 beschrieben. 15 ist ein Schemadiagramm, das 4 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht, das eine Kältemitteldurchgangsschnittform des Erweiterungsabschnitts 16h in einem Schnitt einschließlich der Mittelachse der Düse 16a des Ejektors 16 zeigt. Wie in 15 gezeigt, ist die Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h durch einen einzigen krummlinigen Abschnitt 110 aufgebaut, in dem der Aufweitungswinkel in stromabwärtiger Richtung allmählich vergrößert ist.
In den sechsten bis achten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die anderen Teile des Ejektors 16 ähnlich denen des Ejektors 16 gemäß der ersten Ausführungsform gemacht werden, und der Ejektorwirkungsgrad kann erhöht werden. In den vorstehenden Beispielen der sechsten bis achten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Struktur des Erweiterungsabschnitts 16h für den Ejektor 16 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet. Jedoch kann die Struktur des Erweiterungsabschnitts 16h gemäß einer der sechsten bis achten Ausführungsformen für den Ejektor 16 einer beliebigen der zweiten und dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das heißt, der Erweiterungsabschnitt 16h des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e gemäß irgendeiner der vierten bis achten Ausführungsformen kann geeignet für den Ejektor 16 gemäß einer beliebigen der ersten bis dritten Ausführungsformen verwendet werden.
(Neunte Ausführungsform)
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ejektor 16 den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e, der durch den geraden Abschnitt 16g und den Erweiterungsabschnitt 16h aufgebaut ist. In einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Ejektor 16 jedoch ohne die Verwendung des geraden Abschnitts 16g aufgebaut, so dass der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e, wie in 16 gezeigt, nur durch den Erweiterungsabschnitt 16h aufgebaut ist.
16 ist eine axiale Schnittansicht des Ejektors 16 gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die 2A der ersten Ausführungsform entspricht. Das heißt, der Einlass des Erweiterungsabschnitts 16h befindet sich an der Position, die der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16 in der axialen Richtung der Düse 16a entspricht. Die Durchgangswandoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h des in 16 gezeigten Ejektors 16 hat die gleiche Durchgangsschnittform des Erweiterungsabschnitts 16h in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e der in 4 gezeigten vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Folglich ist die innere Umfangsoberfläche des Erweiterungsabschnitts 16h gekrümmt, so dass sie auf der Einlassseite des Erweiterungsabschnitts 16h in die Richtung radial nach innen konvex ist, und ist gekrümmt, so dass sie an dem Auslass des Erweiterungsabschnitts 16h, radial nach außen konvex ist.
Selbst wenn der gerade Abschnitt 16g in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e weggelassen wird, ist es folglich möglich, dass die Einlassseite des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e die gleiche Funktion wie der gerade Abschnitt 16g hat, wodurch der Ejektorwirkungsgrad verbessert wird. Der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e, der nur durch den Erweiterungsabschnitt 16e gemäß der neunten Ausführungsform aufgebaut ist, kann für den Ejektor 16 gemäß der zweiten oder dritten Ausführungsform verwendet werden.
In einem Fall, in dem der Ejektorwirkungsgrad durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels in dem Ansaugdurchgang 16i hinreichend erhöht werden kann, kann außerdem der in jeder der vorstehenden Ausführungsformen beschriebene gerade Abschnitt 16g aus dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e weggelassen werden.
Zum Beispiel kann in den vorstehend beschriebenen vierten bis achten Ausführungsformen, die in 11 bis 15 gezeigt sind, der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e nur durch den Erweiterungsabschnitt 16h ohne Verwendung des geraden Abschnitts 16g aufgebaut werden. In diesem Fall befindet sich der Einlass des Erweiterungsabschnitts 16h an einer Position, die der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16a in dem Ejektor 16 gemäß irgendeiner der vierten bis achten Ausführungsformen entspricht.
(Zehnte Ausführungsform)
In dem Ejektor 16 gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Ansaugdurchgang 16i zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Spitzenendabschnitts der Düse 16a und der inneren Umfangsoberfläche des Körperabschnitts 16b bereitgestellt. In dem Ejektor 16 der zehnten Ausführungsform wird die Düse 16a als eine erste Düse 16a verwendet, und eine zweite Düse 16j ist bereitgestellt, um einen Ansaugdurchgang 16i zu bilden, durch den das von einer Kältemittelansaugöffnung 16d gesaugte Kältemittel, wie in 17 gezeigt, in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt. Das heißt, der Ansaugdurchgang 16i ist durch die zweite Düse 16j definiert, und die Kältemittelansaugöffnung 16d ist an dem Einlass der zweiten Düse 16j bereitgestellt, so dass das von der Ansaugöffnung 16d angesaugte Kältemittel durch den Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt.
Als ein Beispiel für die zweite Düse 16j in der zehnten Ausführungsform kann eine Lavaldüse verwendet werden. Die Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i der zweiten Düse 16j kann ähnlich der des Ansaugdurchgangs 16i der dritten Ausführungsform geändert werden. In diesem Fall können die in der dritten Ausführungsform beschriebenen Vorteile des Ansaugdurchgangs 16i erhalten werden.
Alternativ kann die zweite Düse 16j durch eine konisch zulaufende Düse aufgebaut werden, so dass die Kältemitteldurchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i der zweiten Düse 16j ähnlich der des Ansaugdurchgangs 16i der vorstehend beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform geändert wird. In diesem Fall können die in der ersten oder zweiten Ausführungsform beschriebenen Vorteile des Ansaugdurchgangs 16i erhalten werden.
(Elfte Ausführungsform)
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Ejektor 16 typischerweise für die Kältekreislaufvorrichtung 10 verwendet, die zum Beispiel, wie in 1 gezeigt, mit dem Strahler 12 und dem Sammler 12b versehen ist. In der Kältekreislaufvorrichtung 10 ist der Strahler 12, der mit dem Sammler 12b versehen ist, ein Beispiel für einen unterkühlten Kondensator, in dem das Kältemittel gekühlt und kondensiert wird.
In der elften Ausführungsform wird der Ejektor 16 gemäß irgendeiner der vorstehenden Ausführungsformen für eine Kältekreislaufvorrichtung mit einem unterkühlten Kondensator verwendet, welcher durch einen Kondensationswärmeaustauschabschnitt, einen Sammlerabschnitt und einen Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt aufgebaut ist. Hier ist der Kondensationswärmeaustauschabschnitt aufgebaut, um das Hochdruckkältemittel von dem Kompressor 11 zu kühlen und zu kondensieren, der Sammlerabschnitt ist aufgebaut, um das aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt strömende Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittels abzuscheiden, und der Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt ist aufgebaut, um das gesättigte flüssige Kältemittel von dem Sammlerabschnitt zu unterkühlen. Selbst in diesem Fall kann das flüssige Kältemittel, das in dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt unterkühlt wird, in den Verzweigungsabschnitt 13 eingeleitet werden, um andern Verzweigungsabschnitt 13 verzweigt zu werden. Die anderen Teile der Kältemittelkreislaufstruktur in der Kältekreislaufvorrichtung der elften Ausführungsform können ähnlich denen der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 10 sein.
18 ist ein Mollier-Diagramm, das Kältemittelzustände in einem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung gemäß der elften Ausführungsform zeigt, in dem der unterkühlte Kondensator, der durch den Kondensationswärmeaustauschabschnitt, den Sammlerabschnitt und den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt aufgebaut ist, anstelle des mit dem Sammler 12b versehenen Sammlers 12 verwendet wird. In diesem Fall wird das flüssige Kältemittel, wie in 18 gezeigt, mit einem unterkühlten Zustand (Punkt 203' von 18), an dem Verzweigungsabschnitt 13 verzweigt.
Auf diese Weise kann der Zustand des von dem Expansionsventil 15 in die Düse 16a des Ejektors 16 strömenden Kältemittels ein gasförmig-flüssiger Zweiphasenzustand (Punkt 204 von 18) oder ein flüssiger Zustand (Punkt 204' von 18) werden. In 18 sind die Teile, die denen in 5A entsprechen oder diesen ähnlich sind, mit den gleichen Bezugsnummern angezeigt, und ihre detaillierte Erklärung wird weggelassen.
Selbst in der Kältekreislaufvorrichtung mit dem in 18 gezeigten Mollier-Diagramm ist der Ejektor 16 derart aufgebaut, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels, das den Ansaugdurchgang 16i des Ejektors 16 durchläuft, erhöht wird, die Strömungsgeschwindigkeit der Quäntchen des flüssigen Kältemittels an dem geraden Abschnitt 16g des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e schnell die Endgeschwindigkeit erreichen kann und die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in dem Erweiterungsabschnitt 16h hinreichend verringert werden kann. Auf diese Weise kann der Ejektorwirkungsgrad verbessert werden.
Folglich kann der Ejektorwirkungsgrad selbst in einem Fall, in dem das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel in dem Kältemittelkreislauf in die Düse 16a strömt oder nur das flüssige Kältemittel in die Düse 16a strömt, wirksam verbessert werden, wenn das vermischte Kältemittel, in dem das von der Düse 16a ausgestoßene Strahlkältemittel und das aus dem Ansaugdurchgang 16i strömende Ansaugkältemittel vermischt werden, in dem Ejektor 16 in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand ist.
(Zwölfte Ausführungsform)
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Ejektor 16 für den Kältemittelkreislauf verwendet, in dem das Expansionsventil 15 in dem ersten Durchgang 14a auf einer stromaufwärtigen Seite der Düse 16a des Ejektors 16, zum Beispiel wie in 1 gezeigt, bereitgestellt ist. Jedoch wird in der zwölften Ausführungsform der Ejektor 16 für einen Kältemittelkreislauf einer Kältekreislaufvorrichtung verwendet, in der das Expansionsventil 15 aus der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 10 weggelassen ist. Die anderen Teile der Kältekreislaufvorrichtung der zwölften Ausführungsform sind ähnlich denen der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 10. Der Kältemittelzustand des Kältemittelkreislaufs wird wie in dem Mollier-Diagramm von 19 geändert, wenn die Kältekreislaufvorrichtung gemäß der zwölften Ausführungsform betrieben wird.
Da das Expansionsventil 15 in der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung nicht bereitgestellt ist, strömt das an dem Verzweigungsabschnitt 13 verzweigte Kältemittel durch den ersten Durchgang 14a in die Düse 16a des Ejektors 16 und wird in der Düse 16a im Wesentlichen isentrop dekomprimiert und expandiert (von dem Punkt 203 zu dem Punkt 205 von 19). Selbst wenn der Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung für die Kältekreislaufvorrichtung verwendet wird, in der das Kältemittel von dem Verzweigungsabschnitt 13, ohne dekomprimiert zu werden, zunächst in der Düse 16a des Ejektors 16 dekomprimiert und expandiert wird, kann der Ejektorwirkungsgrad ähnlich dem in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verbessert werden.
Alternativ können sowohl der Sammler 12b als auch das Expansionsventil 15 aus der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 10 weggelassen werden. In diesem Fall wird das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel, das aus dem Strahler 12 strömt, direkt an dem Verzweigungsabschnitt 13 verzweigt (Punkt 202 von 19) und strömt durch den ersten Durchgang 14a in die Düse 16a des Ejektors 16, um im Wesentlichen isentrop in der Düse 16a des Ejektors 16 dekomprimiert und expandiert zu werden. Alternativ kann ein unterkühlter Kondensator ähnlich dem vorstehend in der elften Ausführungsform beschriebenen als der Strahler 12 verwendet werden, während das Expansionsventil 15 in der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 10 weggelassen wird. In diesem Fall wird ein unterkühltes flüssiges Kältemittel (Punkt 203' von 19), das aus dem Strahler 12 strömt, an dem Verzweigungsabschnitt 13 verzweigt, und ein Teil des verzweigten Kältemittels strömt durch den ersten Durchgang 14a in die Düse 16a des Ejektors 16, um in der Düse 16a im Wesentlichen isentrop dekomprimiert zu werden.
(Dreizehnte Ausführungsform)
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Ejektor 16 für einen Kältemittelkreislauf verwendet, in dem der Zustand des Kältemittels, das von dem Verzweigungsabschnitt 13 in den ersten Durchgang 14a strömt, und der Zustand des Kältemittels, das von dem Verzweigungsabschnitt 13 in den zweiten Durchgang 14b strömt, gleich gemacht sind. Jedoch kann der Ejektor 16 für einen Kältemittelkreislauf verwendet werden, in dem der Zustand des Kältemittels, das von dem Verzweigungsabschnitt 13 in den ersten Durchgang 14a strömt, und der Zustand des Kältemittels, das von dem Verzweigungsabschnitt 13 in den zweiten Durchgang 14b strömt, unterschiedlich voneinander gemacht sind.
Als ein Beispiel für eine Kältekreislaufvorrichtung einer dreizehnten Ausführungsform ist der in 1 gezeigte Sammler 12b weggelassen, das Expansionsventil 15 befindet sich stromaufwärtig von dem Verzweigungsabschnitt 13, und der Verzweigungsabschnitt 13 ist aufgebaut, um die Zustände von Kältemittel (z. B. die Trockenheit), das in die ersten und zweiten Durchgänge 14a, 14b strömt, zu ändern.
Zum Beispiel kann der Verzweigungsabschnitt 13 aufgebaut sein, um einen Innenraum zu haben, in dem eine Spiralströmung des Kältemittels erzeugt wird, so dass die Trockenheitsverteilungen des Kältemittels in dem Innenraum des Verzweigungsabschnitts 13 durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Spiralströmung des Kältemittels verursacht werden.
Der erste Durchgang 14a und der zweite Durchgang 14b sind mit dem Verzweigungsabschnitt 13 verbunden, so dass Kältemittel mit einer vorgegebenen Trockenheit jeweils in den ersten Durchgang 14a und den zweiten Durchgang 14b eingeleitet werden kann. Folglich können die Trockenheit des Kältemittels, das von dem Verzweigungsabschnitt 13 in den ersten Durchgang 14a strömt, und die Trockenheit des Kältemittels, das von dem Verzweigungsabschnitt 13 in den zweiten Durchgang 14b strömt, passend geändert werden. Als die Struktur des Verzweigungsabschnitts 13 kann die in US 2007/028630 (entspricht JP 2007-46806 ) beschriebene Struktur hier per Referenz eingebunden werden.
Wenn die Kältekreislaufvorrichtung gemäß der dreizehnten Ausführungsform betrieben wird, können Zustände von Kältemittel, das in dem Kältemittelkreislauf zirkuliert wird, festgelegt werden, dass sie wie in dem in 20 oder 21 gezeigten Mollier-Diagramm geändert werden. In dem Diagramm von 20 ist das Kältemittel, das von dem Verzweigungsabschnitt 13 durch den ersten Durchgang 14a in die Düse 16a des Ejektors 16 strömt, in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand (Punkt 203'' in 20). Andererseits ist das Kältemittel, das von dem Verzweigungsabschnitt 13 durch den ersten Durchgang 14a in die Düse 16a des Ejektors 16 strömt, in dem Diagramm von 21 in einem flüssigen Zustand (Punkt 203' in 21).
Selbst in dem Kältemittelkreislauf mit den in 20 oder 21 gezeigten Betriebszuständen kann der Ejektorwirkungsgrad wirksam verbessert werden, indem der Ejektor 16 gemäß irgendeiner der ersten bis zehnten Ausführungsformen verwendet wird.
(Vierzehnte Ausführungsform)
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung für einen unterkritischen Kältemittelkreislauf verwendet, in dem der Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite, bevor es dekomprimiert wird, niedriger als der kritische Druck des Kältemittels ist. Jedoch wird der Ejektor 16 in einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für einen überkritischen Kältemittelkreislauf verwendet, in dem der Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite, bevor es dekomprimiert wird, höher als der kritische Druck des Kältemittels ist. Zum Beispiel wird Kohlendioxid als das Kältemittel verwendet, so dass der aus dem Kompressor 11 ausgestoßene Kältemitteldruck höher als der kritische Druck des Kältemittels wird.
22 zeigt ein Beispiel für eine Kältekreislaufvorrichtung 10 gemäß der vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Kältekreislaufvorrichtung 10 von 22 sind der Sammler 12b und das Expansionsventil 15 aus der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 10 weggelassen, und im Vergleich zu der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 10 wird ein Drucksteuerventil als die Drosseleinheit 18 verwendet. Ein Ventilöffnungsgrad der Drosseleinheit 18 wird derart eingestellt, dass der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs der Kältekreislaufvorrichtung 10 sich einem Zieldruck annähert, der entsprechend einer Temperatur des Kältemittels auf einer Kältemittelauslassseite des Strahlers 12 bestimmt wird.
Zum Beispiel ist die Drosseleinheit 18 mit einem Temperaturabtastungsabschnitt 18a versehen, der sich auf der Kältemittelauslassseite des Strahlers 12 befindet. Der Temperaturabtastungsabschnitt 18a ist aufgebaut, um darin einen Innendruck zu erzeugen, welcher der Temperatur des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Strahlers 12 entspricht, so dass der Ventilöffnungsgrad der Drosseleinheit 18 durch ein Gleichgewicht zwischen dem Innendruck des Temperaturabtastungsabschnitts 18a und dem Druck des Kältemittels auf der Kältemittelauslassseite des Strahlers 12 eingestellt wird. Auf diese Weise kann der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs auf den Zieldruck eingestellt werden, und dadurch kann der Leistungskoeffizient des Kältemittelkreislaufs maximal gemacht werden.
In der vierzehnten Ausführungsform befindet sich, wie in 22 gezeigt, ein Akkumulator 20 als ein niederdruckseitiger Gas-Flüssigkeitsabscheider auf einer Kältemittelauslassseite des ersten Verdampfers 17, so dass überschüssiges Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf in dem Akkumulator 20 gelagert wird. Ein Auslass für gasförmiges Kältemittel ist in dem Akkumulator 20 bereitgestellt und ist mit der Kältemittelansaugseite des Kompressors 11 verbunden, so dass das gasförmige Kältemittel, das von dem flüssigen Kältemittel in dem Akkumulator 20 abgeschieden ist, an den Kompressor 11 geliefert wird. In den Komponenten der in 22 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung sind die anderen Teile ähnlich denen der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 1.
Wenn die Kältekreislaufvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform betrieben wird, ändert sich der Kältemittelzustand wie in dem in 23 gezeigten Mollier-Diagramm. Wie in 23 gezeigt, wird das Kältemittel in dem Kompressor 11 komprimiert, so dass es einen höheren Druck als den kritischen Druck des Kältemittels hat (Punkt 201 von 23), und wird an den Strahler 12 ausgestoßen.
Das Kältemittel wird in dem Strahler 12 gekühlt, indem der Wärmeaustausch mit Außenluft durchgeführt wird, während der Kältemitteldruck auf einem höheren Druck als dem kritischen Druck gehalten wird (von dem Punkt 201 zu dem Punkt 202 von 23). Das aus dem Strahler 12 strömende Hochdruckkältemittel wird an dem Verzweigungsabschnitt 13 in einen Kältemittelstrom, der in den ersten Durchgang 14a strömt, und einen Kältemittelstrom, der in den zweiten Durchgang 14b strömt, verzweigt.
Das Kältemittel, das von dem Verzweigungsdurchgang 13 in den ersten Durchgang 14a strömt, strömt in dieser Reihenfolge durch die Düse 16a, den ersten Verdampfer 17 und den Akkumulator 20 (Punkt 202 -> Punkt 205 -> Punkt 206 -> Punkt 207 -> Punkt 208 in 23). Das an dem Akkumulator 20 abgeschiedene gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 11 gesaugt.
Andererseits strömt das Kältemittel, das in den zweiten Durchgang 14b strömt, in dieser Reihenfolge durch die Drosseleinheit 18 (d. h. das Hochdrucksteuerventil) und den zweiten Verdampfer 19 und wird von der Kältemittelansaugöffnung 16d in den Ejektor 16 gesaugt (Punkt 202 -> Punkt 209 -> Punkt 210 -> Punkt 210' -> Punkt 206 in 23). Die Drosseleinheit 18 wird eingestellt, um den Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite von der Kältemittelausstoßseite des Kompressors 11 zu dem Einlass der Düse 16a des Ejektors 16 und dem Einlass der Drosseleinheit 18 einzustellen, so dass der Leistungskoeffizient des Kältemittelkreislaufs der Zieldruck wird.
Selbst in dem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung 10, in dem das überkritische Kältemittel in die Düse 16a des Ejektors 16 strömt, kann folglich der Ejektorwirkungsgrad verbessert werden.
Selbst in einem Fall, in dem das überkritische Kältemittel in die Düse 16a des Ejektors strömt, kann folglich der Ejektorwirkungsgrad erheblich verbessert werden, wenn das vermischte Kältemittel, in dem das aus der Düse 16a ausgestoßene Strahlkältemittel und das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugte Kältemittel vermischt sind, in dem Ejektor 16 in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand ist.
Das heißt, wenn der Ejektor 16 für einen überkritischen Kältemittelkreislauf verwendet wird, in dem wenigstens das von der Düse 16d ausgestoßene Strahlkältemittel in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand ist oder das Kältemittel stromabwärtig von dem Verengungsabschnitt der Düse 16d in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand ist, kann der Ejektorwirkungsgrad erheblicher verbessert wird.
(Fünfzehnte Ausführungsform)
Eine fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 24 und 25 beschrieben. Wie in 24 gezeigt, wird in einer Kältekreislaufvorrichtung 10 der fünfzehnten Ausführungsform der Kompressor 11 als ein erster Kompressor 11 verwendet, und ein zweiter Kompressor 21 wird in dem zweiten Durchgang 14b zwischen dem Kältemittelauslass des zweiten Verdampfers 19 und der Kältemittelansaugöffnung 16d des Ejektors 16 hinzugefügt. Daher komprimiert der zweite Kompressor 21 das aus dem zweiten Verdampfer 19 ausströmende Kältemittel und stößt das komprimierte Kältemittel zu der Kältemittelansaugöffnung 16d des Ejektors 16 aus. Die anderen Komponenten der Kältekreislaufvorrichtung 10 der fünfzehnten Ausführungsform sind ähnlich denen der in 1 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung 10.
Zum Beispiel kann in der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der erste Verdampfer 17 zum Kühlen des Inneren eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs verwendet werden, und der zweite Verdampfer 19 kann zum Kühlen eines in dem Fahrzeug montierten Kühlerkastens (Kühlgeräts) verwendet werden. Das heißt, der Raum, der von dem ersten Verdampfer 17 gekühlt werden soll, ist der Fahrgastraum des Fahrzeugs, und der Raum, der von dem zweiten Verdampfer 19 gekühlt werden soll, ist der Kühlerkasten.
Die grundlegende Struktur des zweiten Kompressors 21 kann ähnlich der des ersten Kompressors 11 sein, und ein allgemein bekannter Kompressor kann als der Kompressor 21 verwendet werden.
25 ist ein Mollier-Diagramm, das den Kältemittelbetriebszustand des Kältemittelkreislaufs der Kältekreislaufvorrichtung 10 gemäß der fünfzehnten Ausführungsform zeigt. Wie in 25 gezeigt, wird das Kältemittel in dem ersten Kompressor 11 komprimiert, so dass es in einem Hochdruck- und Hochtemperaturzustand ist (Punkt 201 von 25), und wird zu dem Strahler 12 ausgestoßen. Das Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel wird in dem Strahler 12 gekühlt, indem der Wärmeaustausch mit Außenluft durchgeführt wird (von dem Punkt 201 zu dem Punkt 202 von 25). Das aus dem Strahler 12 strömende Hochdruckkältemittel wird in dem Sammler 12b in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden, und das abgeschiedene flüssige Kältemittel strömt ähnlich der 5A der ersten Ausführungsform in den Verzweigungsabschnitt 13 (von dem Punkt 202 zu dem Punkt 203 von 25). Dann wird das Kältemittel an dem Verzweigungsabschnitt 13 in einen Kältemittelstrom, der in den ersten Durchgang 14a strömt, und einen Kältemittelstrom, der in den zweiten Durchgang 14b strömt, verzweigt.
Das Kältemittel, das durch den verzweigten ersten Durchgang 14a in das Expansionsventil 15 strömt, wird von dem Expansionsventil 15 isenthalp dekomprimiert und expandiert (von dem Punkt 203 zu dem Punkt 204 in 25). Dann wird das Kältemittel, nachdem es an dem Expansionsventil 15 dekomprimiert wird, in der Düse 16a weiter im Wesentlichen isentrop dekomprimiert und expandiert, während die Enthalpie des Kältemittels verringert wird (von dem Punkt 204 zu dem Punkt 205 in 25). Die Druckenergie des Kältemittels wird in der Düse 16a in die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels umgewandelt, so dass das Kältemittel von der Kältemittelstrahlöffnung 16c mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßen wird. Dann wird das aus der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16 ausgestoßene Kältemittel in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e mit dem Kältemittel vermischt, das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugt wird, so dass das vermischte Kältemittel in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e unter Druck gesetzt wird (von dem Punkt 206 zu dem Punkt 207 in 25).
Das aus dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömende Kältemittel des Ejektors 16 strömt in den ersten Verdampfer 17. In dem ersten Verdampfer 17 wird Niederdruckkältemittel durch Aufnehmen von Wärme aus Luft, die von dem Gebläseventilator 17a geblasen wird, verdampft, so dass die Enthalpie des Kältemittels erhöht wird (von dem Punkt 207 zu dem Punkt 208 in 25). Folglich wird Luft, die den ersten Verdampfer 17 durchläuft, gekühlt, und die gekühlte Luft kann in den Fahrgastraum geblasen werden. Das aus dem ersten Verdampfer 17 strömende Kältemittel wird in den ersten Kompressor 11 gesaugt, um durch den ersten Kompressor 11 erneut komprimiert zu werden (von dem Punkt 208 zu dem Punkt 201 in 25).
Im Gegensatz dazu wird der Kältemittelstrom, der von dem Verzweigungsabschnitt 13 in den zweiten Durchgang 14b strömt, durch die Drosseleinheit 18 isenthalp dekomprimiert und expandiert (von dem Punkt 203 zu dem Punkt 209 in 25), und von der Drosseleinheit 18 dekomprimiertes Niederdruckkältemittel strömt in den zweiten Verdampfer 19. In dem zweiten Verdampfer 19 wird Niederdruckkältemittel durch Aufnehmen von Wärme aus von dem Gebläseventilator 19a geblasener Luft verdampft, so dass die Enthalpie des Kältemittels erhöht wird (von dem Punkt 209 zu dem Punkt 210 in 25).
Folglich wird Luft, die den zweiten Verdampfer 19 durchläuft, gekühlt, um das Innere des Kühlerkastens zu kühlen.
In der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die gedrosselte Durchgangsfläche der Drosseleinheit 18 kleiner festgelegt werden als die der ersten Ausführungsform, wodurch der Kältemitteldekompressionsbetrag an der Drosseleinheit 18 erhöht wird. Daher kann der Kältemittelverdampfungsdruck (die Kältemittelverdampfungstemperatur) in dem zweiten Verdampfer 19 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform niedriger festgelegt werden.
Wie in 24 gezeigt, wird das aus dem zweiten Verdampfer 19 strömende Kältemittel in den zweiten Kompressor 21 gesaugt und wird in dem zweiten Kompressor 21 komprimiert (von dem Punkt 210 zu dem Punkt 211 in 25). Dann wird das komprimierte Kältemittel von dem zweiten Kompressor 21 in die Kältemittelansaugöffnung 16d des Ejektors 16 ausgestoßen und wird von der Kältemittelansaugöffnung 16d in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e des Ejektors 16 gesaugt. Ähnlich der ersten Ausführungsform wird das Kältemittel isentrop dekomprimiert, während es den Ansaugdurchgang 16i durchläuft (von dem Punkt 211 zu dem Punkt 210' in 25). Die anderen Betriebe der Kältekreislaufvorrichtung 10 sind ähnlich denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
In der Kältekreislaufvorrichtung 10 mit dem Ejektor 16 gemäß der fünfzehnten Ausführungsform kann das Kältemittel, das aus dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e des Ejektors 16 strömt, an den ersten Verdampfer 17 geliefert werden, während das Kältemittel, das von der Drosseleinheit 18 in dem zweiten Durchgang 14b stark dekomprimiert wird, durch die Drosseleinheit 18 an den zweiten Verdampfer 19 geliefert werden kann. Auf diese Weise können sowohl der erste Verdampfer 17 als auch der zweite Verdampfer 19 gleichzeitig betrieben werden, um stark unterschiedliche Kühlkapazitäten zu haben, und dadurch kann der zweite Verdampfer 19 verwendet werden, um das Innere des Kühlerkastens zu kühlen, das eine niedrigere Kühltemperatur als die in dem Fahrgastraum benötigt.
Bei einer niedrigen Außenlufttemperatur wird eine Druckdifferenz zwischen dem Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite und dem Kältemitteldruck auf der Niederdruckseite in dem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung 10 kleiner. In diesem Fall kann die Strömungsmenge des Kältemittels, das die Düse 16a des Ejektors 16 durchläuft, verringert werden, und dadurch kann die Ansaugkapazität des Ejektors 13 verringert werden. Da der zweite Kompressor 21 sich in der Kältekreislaufvorrichtung 10 der elften Ausführungsform befindet, kann die Ansaugkapazität des Kältemittels von der Kältemittelansaugöffnung 16d in den Ejektor 16 selbst in diesem Fall erhöht werden, so dass der Kältemittelkreislauf stabil betrieben werden kann.
Da das Kältemittel außerdem sowohl unter Verwendung der ersten als auch zweiten Kompressoren 11, 21 unter Druck gesetzt wird, kann eine Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck und dem Ausstoßdruck in jeweiligen Kompressoren 11, 21 verringert werden. Folglich kann der Kompressionswirkungsgrad jedes der ersten und zweiten Kompressoren verbessert werden, wodurch der Leistungskoeffizient in dem Kältemittelkreislauf der Kältekreislaufvorrichtung 10 verbessert wird.
Der Kompressionswirkungsgrad in dem Kompressor 11, 21 ist ein Verhältnis ΔE1/ΔE2 eines Zunahmebetrags ΔE1 der Enthalpie des Kältemittels, während es in dem Kompressor 11, 21 isentrop komprimiert wird, zu einem Zunahmebetrag ΔE2 der Enthalpie des Kältemittels, während es tatsächlich in dem Kompressor 11, 21 komprimiert wird. Wenn zum Beispiel die Drehzahl oder der Druckerhöhungsbetrag des Kompressors 11, 21 erhöht wird, wird die Kältemitteltemperatur durch die Reibungskraft erhöht, und dadurch wird der Zunahmebetrag ΔE2 erhöht, und der Kompressionswirkungsgrad wird verringert.
Wenn folglich in der Kältekreislaufvorrichtung 10 die Druckdifferenz zwischen dem Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite und dem Kältemitteldruck auf der Niederdruckseite erhöht werden muss, kann die Verbesserungswirkung des Leistungskoeffizienten in dem Kältemittelkreislauf erheblich gemacht werden.
Selbst wenn gemäß der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Ejektor 16 für die Kältekreislaufvorrichtung 10 verwendet wird, die mit dem ersten Kompressor 11 und dem zweiten Kompressor 21 versehen ist, kann der Ejektorwirkungsgrad hinreichend verbessert werden. Außerdem kann die Kältemittelansaugkapazität des Ejektors 16 unter Verwendung des zweiten Kompressors 21 geeignet erhöht werden, und dadurch kann der Aufbau des Ejektors 16 leicht festgelegt werden.
Folglich kann der Ejektor 16 in der vorliegenden Ausführungsform leicht so aufgebaut werden, dass verhindert wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, unnötig erhöht wird. Das heißt, da in der vorliegenden Ausführungsform die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, nicht nur durch die Dekompressionscharakteristiken in dem Ansaugdurchgang 16i, sondern auch den Ausstoßkältemitteldruck des zweiten Kompressors 21 geändert werden kann, kann der Ansaugdurchgang 16i des Ejektors 16 leicht ausgebildet werden. Daher kann die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, leicht eingestellt werden, indem der Kältemitteldruck an der Kältemittelansaugöffnung 16d des Ejektors 16 eingestellt wird.
Gemäß der fünfzehnten Ausführungsform kann die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugkältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, durch Einstellen der Kältemittelausstoßkapazität des zweiten Kompressors 21 leicht auf eine passende Geschwindigkeit relativ zu der Strömungsgeschwindigkeit des Strahlkältemittels, das von der Kältemittelstrahlöffnung 16c der Düse 16 ausgestoßen wird, eingestellt werden. Als ein Ergebnis können die Aufbauten jeweiliger Teile in dem Ejektor 16 leicht festgelegt werden, und dadurch kann der Ejektor 16 leicht ausgebildet werden.
(Die anderen Ausführungsformen)
Wenngleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, muss bemerkt werden, dass für Fachleute der Technik vielfältige Änderungen und Modifikationen offensichtlich werden.
Gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Ejektor 16 mit dem Ansaugdurchgang 16i versehen, durch den das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugte Kältemittel (Fluid) in den Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e strömt. Die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i ist aufgebaut, um derart geändert zu werden, dass das von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugte Kältemittel (Fluid) in dem Ansaugdurchgang 16i im Wesentlichen isentrop dekomprimiert wird. Alternativ ist die Durchgangsfläche des Ansaugdurchgangs 16i so aufgebaut, dass sie derart geändert ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, im Wesentlichen gleich der Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels (Fluids) ist, das von der Strahlöffnung 16c der Düse 16a in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt. Alternativ ist die Durchgangsschnittfläche des Ansaugdurchgangs 16i derart aufgebaut, dass sie derart geändert ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das von dem Ansaugdurchgang 16i in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömt, gleich oder höher als die Schallgeschwindigkeit ist. In diesem Fall kann der Ejektorwirkungsgrad wirksam verbessert werden. Die anderen Aufbauten in dem Ejektor 16 können geeignet geändert oder kombiniert werden, ohne auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu sein.
Gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e durch den geraden Abschnitt 16g, der sich von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e in einen Bereich in der Axialrichtung erstreckt, und den Erweiterungsabschnitt 16h, der sich kontinuierlich von einem stromabwärtigen Ende des geraden Abschnitts 16g zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e erstreckt, aufgebaut. Der gerade Abschnitt 16g ist ein zylindrischer Durchgang mit einer konstanten Durchgangsfläche in seinem gesamten Bereich, und der Erweiterungsabschnitt 16h ist derart aufgebaut, dass eine Durchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts 16h in stromabwärtiger Richtung in der Strömungsrichtung des Kältemittels allmählich zunimmt. In dem Ejektor 16 können die anderen Aufbauten geeignet geändert oder kombiniert werden, ohne auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu sein. Zum Beispiel ist der Bereich des geraden Abschnitts 16g in der Axialrichtung der Düse 16a derart festgelegt, dass die Strömungsgeschwindigkeiten von gasförmigem Kältemittel und flüssigem Kältemittel innerhalb des in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e strömenden Kältemittels in dem Bereich gleich werden. Wenn die Länge des geraden Abschnitts 16g in der Axialrichtung der Düse L1 ist und die Länge von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts 16e in der Axialrichtung L2 ist, ist der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e alternativ derart aufgebaut, dass 0 < L1/L2 ≤ 0,4. Alternativ kann der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt 16e derart aufgebaut sein, dass das Kältemittel darin isentrop unter Druck gesetzt wird.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Ejektor 16 für die Kältekreislaufvorrichtung 10 verwendet, in der das Kältemittel an dem Verzweigungsabschnitt 13 auf einer stromaufwärtigen Seite der Düse 16a in dem Kältemittelstrom von dem Strahler 12 verzweigt wird. Der Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung kann jedoch für eine Kältekreislaufvorrichtung verwendet werden, ohne auf die Beispiele der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu sein.
Zum Beispiel kann der Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung für eine in 26 gezeigte Kältekreislaufvorrichtung verwendet werden. In der in 26 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung befindet sich ein Akkumulator 20 stromabwärtig von dem Auslass des Ejektors 16, so dass das aus dem Ejektor 16 strömende Kältemittel direkt in den Akkumulator 20 strömen kann. Der Akkumulator 20 hat einen Auslass für gasförmiges Kältemittel, der mit der Kältemittelansaugseite des Kompressors 11 verbunden ist, und einen Auslass für flüssiges Kältemittels, der mit einem Kältemitteleinlass eines Verdampfers 19 verbunden ist, so dass das in dem Akkumulator 20 von dem gasförmigen Kältemittel abgeschiedene flüssige Kältemittel in den Verdampfer 19 strömt. Das in dem Verdampfer 19 verdampfte gasförmige Kältemittel wird in die Kältemittelansaugöffnung 16d des Ejektors 16 gesaugt. In der in 26 gezeigten Kältekreislaufvorrichtung wird das aus dem Strahler 12 strömende Kältemittel in der Düse 16a dekomprimiert, und das gasförmige Kältemittel von dem Verdampfer 19 wird von der Kältemittelansaugöffnung 16d durch die Hochgeschwindigkeitsstrahlströmung von der Düse 16a in den Ejektor 16 gesaugt. Selbst wenn der Ejektor 16 gemäß einer beliebigen der ersten bis zehnten Ausführungsformen für die in 26 gezeigte Kältekreislaufvorrichtung verwendet wird, kann der Ejektorwirkungsgrad verbessert werden.
In dem in 5A und 5B gezeigten Beispiel wird das gasförmige Ansaugkältemittel in dem Ansaugdurchgang 16i isentrop dekomprimiert; das gasförmige Ansauggas ist jedoch nicht darauf beschränkt, isentrop dekomprimiert zu werden.
27A und 27B sind modifizierte Beispiele von 5B. X und Y in 27A und 27B entsprechen dem vergrößerten Teil VB in 5A. Wie in 27A gezeigt, kann gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel von der Kältemittelansaugöffnung 16b angesaugt werden und kann in dem Ansaugdurchgang 16i des Ejektors 16 isentrop dekomprimiert werden. Alternativ wird das gasförmige Kältemittel, wie in 27B gezeigt, von der Kältemittelansaugöffnung 16d angesaugt und kann isentrop in einen gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand dekomprimiert werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird typischerweise das Freon-basierte Kältemittel oder das Kohlendioxid als das Kältemittel verwendet. Jedoch kann als das Kältemittel ein allgemein bekanntes Kältemittel oder ein allgemein bekanntes Fluid verwendet werden. Zum Beispiel kann Kohlenwasserstoff-basiertes Kältemittel als das Kältemittel verwendet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Kältekreislaufvorrichtung für eine Fahrzeugklimaanlage oder ein Fahrzeugkühlgerät verwendet. Jedoch kann die Kältekreislaufvorrichtung für einen festen Kühler, ein festes Kühlgerät, einen Kasten mit einer Kühlfunktion, eine Kühlvorrichtung für einen Münzautomaten oder ähnliches verwendet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die ersten und zweiten Verdampfer 17, 19 als ein Innenwärmetauscher zum Kühlen von Luft verwendet, und der Strahler 12 wird als ein Außenwärmetauscher zum Abstrahlen von Wärme an Außenluft verwendet. Die ersten und zweiten Verdampfer 17, 19 können jedoch als ein Außenwärmetauscher zum Aufnehmen von Wärme aus Außenluft verwendet werden, und der Strahler 12 kann als ein Innenwärmetauscher zum Heizen eines Fluids, das geheizt werden soll, wie etwa Wasser oder Luft, verwendet werden. Das heißt, der Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung kann für ein Wärmepumpenkreislaufsystem mit einer Heizfunktion und/oder einer Kühlfunktion verwendet werden.
Es versteht sich, dass derartige Änderungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-340136 A [0003, 0008]
- US 2004/0206111 A1 [0003]
- JP 2003-14318 A [0004, 0010]
- US 2002/0000095 A1 [0004]
- JP 2004-116807 A [0005, 0010]
- US 2007/028630 [0176]
- JP 2007-46806 [0176]

Claims

Ejektor, der umfasst: eine Düse (16a), die aufgebaut ist, um ein Fluid in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand zu dekomprimieren und expandieren; einen Körperabschnitt (16b), in dem die Düse angeordnet ist, wobei der Körperabschnitt eine Fluidansaugöffnung (16d), von der durch eine Strahlströmung des Fluids, das aus einer Strahlöffnung (16c) der Düse ausgestoßen wird, Fluid gesaugt wird, und einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt (16e) hat, in dem das aus der Strahlöffnung der Düse ausgestoßene Fluid und das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid vermischt werden und kinetische Energie des vermischten Fluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand in dessen Druckenergie umgewandelt wird; und einen Ansaugdurchgang (16i), durch den das von der Fluidansaugöffnung gesaugte Fluid in einen Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts strömt, wobei eine Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs aufgebaut ist, um derart geändert zu werden, dass das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid in dem Ansaugdurchgang im Wesentlichen isentrop dekomprimiert wird.
Ejektor, der umfasst: eine Düse (16a), die aufgebaut ist, um ein Fluid in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand zu dekomprimieren und expandieren; einen Körperabschnitt (16b), in dem die Düse angeordnet ist, wobei der Körperabschnitt eine Fluidansaugöffnung (16d), von der durch eine Strahlströmung des Fluids, das aus einer Strahlöffnung (16c) der Düse ausgestoßen wird, Fluid gesaugt wird, und einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt (16e) hat, in dem das aus der Strahlöffnung der Düse ausgestoßene Fluid und das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid vermischt werden und kinetische Energie des vermischten Fluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand in dessen Druckenergie umgewandelt wird; und einen Ansaugdurchgang (16i), durch den das von der Fluidansaugöffnung gesaugte Fluid in einen Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts strömt, wobei eine Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs aufgebaut ist, um derart geändert zu werden, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das von dem Ansaugdurchgang in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, im Wesentlichen gleich einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ist, das von der Strahlöffnung der Düse in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt.
Ejektor, der umfasst: eine Düse (16a), die aufgebaut ist, um ein Fluid in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand zu dekomprimieren und expandieren; einen Körperabschnitt (16b), in dem die Düse angeordnet ist, wobei der Körperabschnitt eine Fluidansaugöffnung (16d), von der durch eine Strahlströmung des Fluids, das aus einer Strahlöffnung (16c) der Düse ausgestoßen wird, Fluid gesaugt wird, und einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt (16e) hat, in dem das aus der Strahlöffnung der Düse ausgestoßene Fluid und das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid vermischt werden und kinetische Energie des vermischten Fluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand in dessen Druckenergie umgewandelt wird; und einen Ansaugdurchgang (16i), durch den das von der Fluidansaugöffnung gesaugte Fluid in einen Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts strömt, wobei eine Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs aufgebaut ist, um derart geändert zu werden, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das von dem Ansaugdurchgang in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömt, gleich oder höher als eine Schallgeschwindigkeit ist.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs in stromabwärtiger Richtung der Strömungsrichtung des in den Ansaugdurchgang strömenden Fluids allmählich verkleinert ist.
Ejektor gemäß Anspruch 4, wobei ein Verkleinerungsgrad der Fluiddurchgangsfläche auf einer Einlassseite des Ansaugdurchgangs größer als ein Verkleinerungsgrad der Fluiddurchgangsfläche auf einer Auslassseite des Ansaugdurchgangs ist.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs auf einer Einlassseite des Ansaugdurchgangs in einer stromabwärtigen Strömungsrichtung des in den Ansaugdurchgang strömenden Fluids allmählich verkleinert ist, und die Fluiddurchgangsfläche des Ansaugdurchgangs auf einer Auslassseite des Ansaugdurchgangs in die stromabwärtige Strömungsrichtung des in den Ansaugdurchgang strömenden Fluids allmählich vergrößert ist.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ansaugdurchgang zwischen einer äußeren Umfangsoberfläche der Düse und einer inneren Umfangsoberfläche des Körperabschnitts bereitgestellt ist.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ansaugdurchgang durch eine andere darin bereitzustellende Düse aufgebaut ist.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Düse und der Ansaugdurchgang derart aufgebaut sind, dass eine Enthalpiedifferenz (ΔH) zwischen der Enthalpie des Fluids an einem Einlass der Düse und der Enthalpie des Fluids an der Strahlöffnung der Düse gleich oder größer als eine Enthalpiedifferenz (Δh) zwischen der Enthalpie des Fluids an dem Einlass des Ansaugdurchgangs und der Enthalpie des Fluids an dem Auslass des Ansaugdurchgangs ist.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt durch einen geraden Abschnitt (16g), der sich von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in einem Bereich erstreckt, und einem Erweiterungsabschnitt (16g), der sich von einem stromabwärtigen Ende des geraden Abschnitts zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts erstreckt, aufgebaut ist, der gerade Abschnitt (16g) ein zylindrischer Durchgang mit einer konstanten Durchgangsfläche in seinem gesamten Bereich ist, und der Erweiterungsabschnitt (16h) derart aufgebaut ist, dass eine Durchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts in einer stromabwärtigen Strömungsrichtung des Fluids allmählich zunimmt.
Ejektor gemäß Anspruch 10, wobei der Bereich des geraden Abschnitts derart festgelegt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeiten von gasförmigem Fluid und flüssigem Fluid innerhalb des in den Misch- und Druckerhöhungsabschnitt strömenden Fluids in dem Bereich gleich werden.
Ejektor gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei wenn eine Länge des geraden Abschnitts in einer Axialrichtung der Düse L1 ist und eine Länge von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in der Axialrichtung L2 ist, der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt derart aufgebaut ist, dass 0 < L1/L2 ≤ 0,4.
Ejektor gemäß Anspruch 10, wobei der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt derart aufgebaut ist, dass das Fluid isentrop unter Druck gesetzt wird.
Ejektor, der umfasst: eine Düse (16a), die aufgebaut ist, um ein Fluid in einem beliebigen Zustand aus einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand, einem flüssigen Zustand und einem überkritischen Zustand zu dekomprimieren und expandieren; einen Körperabschnitt (16b), in dem die Düse angeordnet ist, wobei der Körperabschnitt eine Fluidansaugöffnung (16d), von der durch eine Strahlströmung des Fluids, das aus einer Strahlöffnung (16c) der Düse ausgestoßen wird, Fluid gesaugt wird, und einen Misch- und Druckerhöhungsabschnitt (16e) hat, in dem das aus der Strahlöffnung der Düse ausgestoßene Fluid und das von der Fluidansaugöffnung angesaugte Fluid vermischt werden und kinetische Energie des vermischten Fluids in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand in dessen Druckenergie umgewandelt wird, wobei der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt durch einen geraden Abschnitt (16g), der sich von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in einem Bereich erstreckt, und einem Erweiterungsabschnitt (16h), der sich von einem stromabwärtigen Ende des geraden Abschnitts zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts erstreckt, aufgebaut ist, der gerade Abschnitt ein zylindrischer Durchgang mit einer konstanten Durchgangsfläche in seinem gesamten Bereich ist, und der Erweiterungsabschnitt derart aufgebaut ist, dass eine Durchgangsschnittfläche des Erweiterungsabschnitts in einer stromabwärtigen Strömungsrichtung des Fluids allmählich vergrößert ist.
Ejektor gemäß Anspruch 14, wobei der Bereich des geraden Abschnitts derart festgelegt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeiten von gasförmigem Fluid und flüssigem Fluid, innerhalb des Fluids, das in den Misch- und Druckerhöhungsbereich strömt, in dem Bereich gleich werden.
Ejektor gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei wenn eine Länge des geraden Abschnitts in einer Axialrichtung der Düse L1 ist und eine Länge von dem Einlass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts zu dem Auslass des Misch- und Druckerhöhungsabschnitts in der Axialrichtung L2 ist, der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt derart aufgebaut ist, dass 0 < L1/L2 ≤ 0,4.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Misch- und Druckerhöhungsabschnitt derart aufgebaut ist, dass das Fluid in dem Misch- und Druckerhöhungsabschnitt isentrop unter Druck gesetzt wird.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei eine Schnittform einer Wandoberfläche des Erweiterungsabschnitts in einem Schnitt einschließlich einer Achsenlinie der Düse eine gerade Linie ist.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei eine Schnittform einer Wandoberfläche des Erweiterungsabschnitts in einem Schnitt einschließlich einer Achsenlinie der Düse eine gekrümmte Linie ist.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei eine Schnittform einer Wandoberfläche des Erweiterungsabschnitts in einem Schnitt einschließlich einer Achsenlinie der Düse gebildet wird, indem mehrere gerade Linien kombiniert werden.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei eine Schnittform einer Wandoberfläche des Erweiterungsabschnitts in einem Schnitt einschließlich einer Achsenlinie der Düse gebildet wird, indem wenigstens eine gerade Linie und eine gekrümmte Linie kombiniert werden.
Ejektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei ein Aufweitungsgrad des Erweiterungsabschnitts auf einer Einlassseite des Erweiterungsabschnitts größer als ein Aufweitungsgrad des Erweiterungsabschnitts auf einer Auslassseite des Erweiterungsabschnitts ist.