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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
mit einem Ejektor als einer Kältemitteldekompressions- und
Zirkulationsvorrichtung.
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Eine
Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung ist zum Beispiel
in
JP-A-2007-23966 (
US2006/0266072 A1 )
beschrieben. Die beschriebene Kältekreislaufvorrichtung
hat einen Ejektor als eine Dekompressionsvorrichtung zum Dekomprimieren
von kondensiertem Kältemittel und zwei Verdampfer. Der
Ejektor hat im Allgemeinen einen Düsenabschnitt, einen
Ansaugabschnitt, einen Mischabschnitt und einen Druckerhöhungsabschnitt.
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Der
Düsenabschnitt saugt einen Teil des Kältemittels
stromabwärtig von einem Strahler an und dekomprimiert und
expandiert das angesaugte Kältemittel in einer isenthalpen
Weise. Der Ansaugabschnitt saugt einen restlichen Teil des Kältemittels von
einem der Verdampfer. Der Teil des Kältemittels wird mit
einer hohen Geschwindigkeit von dem Düsenabschnitt ausgestoßen
und wird mit dem restlichen Teil das von dem Ansaugabschnitt gesaugten Kältemittels
vermischt. Ferner wird der Druck des vermischten Kältemittels
durch den Druckerhöhungsabschnitt erhöht und wird
dann von dem Ejektor ausgestoßen. Das Kältemittel
wird ferner zu dem anderen Verdampfer geleitet, um verdampft zu
werden, und wird dann in den Kompressor gesaugt.
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In
einer derartigen Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
ist es in einem Fall, in dem in einen Düsenabschnitt eines
Ejektors gesaugtes Kältemittel in einem gasförmigen
und flüssigen Zweiphasenzustand ist, schwierig, den Ejektorwirkungsgrad zu
verbessern, während der Durchsatz des Kältemittels
an dem Düsenabschnitt geeignet gesteuert wird. Als solches
ist es schwierig, einen Leistungskoeffizienten (COP) der Kältekreislaufvorrichtung
auf einem hinreichenden Niveau stabil aufrechtzuerhalten.
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Die
vorliegende Erfindung wird angesichts des vorangehenden Themas gemacht,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
bereitzustellen, die fähig ist, einen Kältemittelzustand
an dem Düsenabschnitt des Ejektors auf einen vorgegebenen
Zustand zu steuern, um dadurch den Leistungskoeffizienten auf dem
ausreichenden Niveau zu halten.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
einen Kompressor, einen Strahler, erste und zweite Dekompressionsvorrichtungen,
einen Strömungsverteiler, einen Ejektor und einen ansaugseitigen
Verdampfer. Der Kompressor saugt Kältemittel an und komprimiert
es. Der Strahler strahlt Wärme des aus dem Kompressor ausgestoßenen
Kältemittels ab. Die erste Dekompressionsvorrichtung dekomprimiert
aus dem Strahler ausgestoßenes Kältemittel. Der
Strömungsverteiler trennt von der ersten Dekompressionsvorrichtung
dekomprimiertes Kältemittel in wenigstens einen ersten Strom
und einen zweiten Strom. Der Ejektor umfasst einen Düsenabschnitt
und einen Ansaugabschnitt. Der Düsenabschnitt saugt Kältemittel
des ersten Stroms an und dekomprimiert und expandiert das Kältemittel
des ersten Stroms, um eine Kältemittelstrahlströmung
zu erzeugen. Der Ansaugabschnitt saugt Kältemittel des
zweiten Stroms durch die Kältemittelstrahlströmung
von dem Düsenabschnitt an. Die zweite Dekompressionsvorrichtung
dekomprimiert das Kältemittel des zweiten Stroms. Der ansaugseitige
Verdampfer verdampft das Kältemittel, das von der zweiten
Dekompressionsvorrichtung dekomprimiert wird und stößt
das verdampfte Kältemittel in Richtung des Ansaugabschnitts
des Ejektors aus. Ferner ist die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
derart aufgebaut, dass der Kältemitteldruck (P0) an einem
Einlass der ersten Dekompressionsvorrichtung, der Kältemitteldruck
(P) an einem Einlass des Düsenabschnitts, der Kältemitteldruck
(P2) an einem Auslass des Düsenabschnitts eine Beziehung
0,1 × (P0 – P2) ≤ (P0 – P) ≤ 0,6 × (P0 – P2)
erfüllen.
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Da
der Kältemitteldruck an dem Einlass des Düsenabschnitts
einen optimalen Zustand annimmt, kann folglich ein Verteilungsverhältnis
des Kältemittels zu dem ansaugseitigen Verdampfer und dem
Düsenabschnitt auf ein optimales Verhältnis festgelegt werden.
Daher wird sowohl die Kapazität des ansaugseitigen Verdampfers
als auch der Düsenwirkungsgrad verbessert. Als solches
verbessert sich der Leistungskoeffizient der Dampfkompressionskreislaufvorrichtung.
Zum Beispiel wird die Druckbeziehung erzielt, indem ein Drosselgrad
der ersten Dekompressionsvorrichtung und/oder der zweiten Dekompressionsvorrichtung
und/oder des Düsenabschnitts eingestellt wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
einen Kompressor, einen Strahler, erste und zweite Dekompressionsvorrichtungen,
einen Strömungsverteiler, einen Ejektor und einen ansaugseitigen
Verdampfer. Der Kompressor saugt Kältemittel an und komprimiert
es. Der Strahler strahlt Wärme des aus dem Kompressor ausgestoßenen
Kältemittels ab. Die erste Dekompressionsvorrichtung dekomprimiert
von dem Strahler ausgestoßenes Kältemittel. Der
Strömungsverteiler trennt von der ersten Dekompressionsvorrichtung
dekomprimiertes Kältemittel in wenigstens einen ersten Strom
und einen zweiten Strom. Der Ejektor umfasst einen Düsenabschnitt
und einen Ansaugabschnitt. Der Düsenabschnitt saugt Kältemittel
des ersten Stroms an und dekomprimiert und expandiert das Kältemittel
des ersten Stroms, um eine Kältemittelstrahlströmung
zu erzeugen. Der Ansaugabschnitt saugt Kältemittel des
zweiten Stroms durch die Kältemittelstrahlströmung
von dem Düsenabschnitt an. Die zweite Dekompressionsvorrichtung
dekomprimiert das Kältemittel des zweiten Stroms. Der ansaugseitige
Verdampfer verdampft von der zweiten Dekompressionsvorrichtung dekomprimiertes
Kältemittel und lässt verdampftes Kältemittel
in Richtung des Ansaugabschnitts des Ejektors aus. Ferner ist die
Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung derart aufgebaut,
dass das Kältemittel an einem Einlass des Düsenabschnitts
eine Trockenheit in einem Bereich zwischen 0,003 und 014 hat.
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Da
die Trockenheit des Kältemittels an dem Einlass des Düsenabschnitts
auf einen optimalen Zustand gesteuert wird, kann folglich ein Verteilungsverhältnis
des Kältemittels zu dem ansaugseitigen Verdampfer und dem
Düsenabschnitt auf ein optimales Verhältnis festgelegt
werden. Daher wird sowohl die Kapazität des ansaugseitigen
Verdampfers als auch der Düsenwirkungsgrad verbessert.
Als solches verbessert sich der Leistungskoeffizient der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung.
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen gegeben wird, in denen gleiche Teile mit
gleichen Bezugsnummern bezeichnet sind, deutlicher, wobei:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Enthalpie und dem
Druck in der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
gemäß der Ausführungsform zeigt;
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3 ein
Diagramm ist, das einen Betrieb der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
gemäß der Ausführungsform zeigt;
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4 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen dem Kältemitteldruck
und einer Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung der Dampfkompressionsvorrichtung
gemäß der Ausführungsform zeigt;
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5 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Trockenheit des Kältemittels
an einem Einlass eines Düsenabschnitts eines Ejektors und der
Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
gemäß der Ausführungsform zeigt;
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6 ein
schematisches Blockdiagramm einer Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
gemäß einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist; und
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7 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Enthalpie und dem
Druck in der in 6 gezeigten Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
zeigt.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird nun unter Bezug auf 1 bis 5 beschrieben. 1 zeigt
ein Beispiel für eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 der
vorliegenden Ausführungsform. Die Kältekreislaufvorrichtung 10 ist
eine Ejektorkältekreislaufvorrichtung mit einem Ejektor 5,
die als eine Dekompressionsvorrichtung zum Dekomprimieren von Kältemittel
und eine Pumpe zum Transportieren des Kältemittels dient.
Die Kältekreislaufvorrichtung 10 wird zum Beispiel
in einer Fahrzeugkälteeinheit, einer Fahrzeugklimaanlage
und ähnlichem verwendet.
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Die
Kältekreislaufvorrichtung 10 umfasst im Allgemeinen
einen Kompressor 1, einen Strahler 2, eine erste
Dekompressionsvorrichtung 3, einen Ejektor 5,
einen Strömungsverteiler 6, eine zweite Dekompressionsvorrichtung 4 und
einen ansaugseitigen Verdampfer 8. In dem in 1 gezeigten
Beispiel umfasst die Kältekreislaufvorrichtung 10 ferner einen
ausstoßseitigen Verdampfer 7. Der Kompressor 1,
der Strahler 2, die erste Dekompressionsvorrichtung 3,
der Ejektor 5, der Strömungsverteiler 6 und
der ausstoßseitige Verdampfer 7 (auf den hier nachstehend
als der erste Verdampfer 7 Bezug genommen wird) sind durch
Rohrleitungen in einer Schleifenform verbunden.
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Der
Strömungsverteiler 6 verteilt das Kältemittel,
das durch die erste Dekompressionsvorrichtung 3 dekomprimiert
wird, in einen ersten Strom, der in Verbindung mit einem Düsenabschnitt 5a des
Ejektors 5 ist, und einen zweiten Strom, der durch einen Verzweigungsdurchgang 9 in
Verbindung mit einem Ansaugabschnitt 5b des Ejektors 5 ist.
Das heißt, der Verzweigungsdurchgang 9 zweigt
von dem Strömungsverteiler 6 ab und verbindet
mit dem Ansaugabschnitt 5b des Ejektors 5. Die
zweite Dekompressionsvorrichtung 4 und der ansaugseitige
Verdampfer 8 (auf den hier nachstehend als der zweite Verdampfer 8 Bezug
genommen wird) sind auf dem Verzweigungsdurchgang 9 angeordnet.
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Der
Kompressor 1 saugt Kältemittel an und komprimiert
es. Der Kompressor 1 stößt Hochdruckkältemittel
in Richtung des Strahlers 2 aus. Der Kompressor 1 wird
von einem Fahrzeugmotor durch eine elektromagnetische Kupplung,
eine Riemenscheibe und einen Riemen angetrieben. Der Kompressor ist eine
beliebige Art von Kompressor, wie etwa ein Kompressor mit variabler
Kapazität, der fähig ist, eine Ausstoßrate
entsprechend einer Änderung der Ausstoßkapazität
zu ändern, ein Kompressor mit fester Kapazität,
der fähig ist, eine Ausstoßrate entsprechend einer Änderung
seiner Betriebsquote durch Ein- und Ausbetätigungen der
elektromagnetischen Kupplung einzustellen, ein elektrischer Kompressor, der
fähig ist, eine Ausstoßrate durch Steuern der Drehzahl
eines Elektromotors einzustellen, oder ähnliche.
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Der
Strahler 2 ist in Bezug auf einen Kältemittelstrom
stromabwärtig von dem Kompressor 1 angeordnet.
Der Strahler 2 führt den Wärmeaustausch
zwischen dem von dem Kompressor 1 ausgestoßenen
Hochdruckkältemittel und Luft durch, um dadurch das Kältemittel
zu kondensieren. Die Luft ist zum Beispiel Außenluft, die
zum Beispiel durch ein (nicht gezeigtes) Gebläse von außerhalb
des Fahrgastraums eines Fahrzeugs angesaugt und zwangsweise auf
den Strahler 2 angewendet wird.
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Hier
ist das Kältemittel nicht auf ein spezifisches Kältemittel
beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform
ist das Kältemittel zum Beispiel R404A. In einem Fall,
in dem ein Kältemittel auf Fluorchlorkohlenwasserstoffbasis,
wie etwa R404A, verwendet wird, wird die Kältekreislaufvorrichtung unter
einer unterkritischen Bedingung betrieben, in der der Druck auf
einer Hochdruckseite den kritischen Druck nicht übersteigt.
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In
diesem Fall dient der Strahler 2 daher als ein Kondensator
zum Kondensieren des Kältemittels darin. In einem Fall,
in dem Kohlendioxid als das Kältemittel verwendet wird,
wird die Kältekreislaufvorrichtung in einem überkritischen
Zustand betrieben, in dem der Druck auf der Hochdruckseite den kritischen
Druck übersteigt. In diesem Fall strahlt das Kältemittel
Wärme ab, während es in einem überkritischen
Zustand gehalten wird, und wird folglich nicht kondensiert.
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Die
erste Dekompressionsvorrichtung 3 dient dazu, das Hochdruckkältemittel,
das den Strahler 2 durchlaufen hat, zu dekomprimieren.
Die erste Dekompressionsvorrichtung 3 ist zum Beispiel
ein Expansionsventil.
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Das
Expansionsventil 3 ist zum Beispiel vom temperaturbetätigten
Typ, in dem ein Ventilöffnungsgrad gesteuert wird, um einen Überhitzungsgrad basierend
auf einer Temperatur des Kältemittels an einem Auslass
des ersten Verdampfers 7 auf einen vorgegebenen Zustand
einzustellen.
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Alternativ
kann die erste Dekompressionsvorrichtung 3 ein festes Steuerventil,
ein elektrisch gesteuertes Strömungssteuerungsventil, in
dem ein Kältemitteldurchsatz variabel gesteuert wird, oder ähnliches
sein.
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Das
Hochdruckkältemittel wird in einen gasförmigen
und flüssigen Zweiphasenzustand dekomprimiert, indem eine
Dekompressionsrate durch die erste Dekompressionsvorrichtung 3 gesteuert
wird, und wird dann zu dem Strömungsverteiler 6 geleitet. Hier
bildet das gasförmige und flüssige Zweiphasenkältemittel
entsprechend der Trockenheit, Geschwindigkeit und ähnlichem
eine geschichtete Strömung, eine lineare Strömung,
eine Schlackenströmung und ähnliches. Ferner bildet
das gasförmige und flüssige Zweiphasenkältemittel
eine obere und untere abgeschiedene Strömung, in denen
das gasförmige Kältemittel sich über
dem flüssigen Kältemittel befindet.
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Der
Strömungsverteiler 6 ist ein Blockelement, das
zum Beispiel eine kubische Form und eine rechteckige Parallelepipedform
hat. Der Strömungsverteiler 6 ist mit mehreren
Durchgängen darin ausgebildet und dient dazu, das durch
die erste Dekompressionsvorrichtung 3 dekomprimierte Kältemittel
in wenigstens zwei Ströme mit vorgegebenen Anteilen zu
verteilen.
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Der
Strömungsverteiler 6 hat wenigstens einen ersten
Durchgang, der in Verbindung mit der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 steht,
einen zweiten Durchgang, der von dem ersten Durchgang verzweigt
und mit dem Verzweigungsdurchgang 9 zum Leiten des Kältemittels
in Richtung des zweiten Verdampfers 8 verbindet, und einen
dritten Durchgang 9, der von dem ersten Durchgang verzweigt
und in Verbindung mit dem Düsenabschnitt 5a des
Ejektors 5 steht. Die ersten bis dritten Durchgänge
bilden einen Verteilungsquoteneinstellteil.
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Jeder
der ersten bis dritten Durchgänge hat eine vorgegebene
Form und eine Durchgangsfläche (Querschnittfläche)
und befindet sich an einer vorgegebenen Position, wie etwa einer
vorgegebenen Höhe. Zum Beispiel erfüllen die Durchgangsflächen
der ersten bis dritten Durchgänge eine vorgegebene Beziehung.
Daher werden der Durchsatz des jeden Durchgang durchlaufenden Kältemittels,
das Volumen des jeden Durchgang durchlaufenden flüssigphasigen
Kältemittels und ähnliches entsprechend dem Druckzustand
des Kältemittels bestimmt. Ferner kann der Strömungsverteiler 6 mit
einer Ventilvorrichtung versehen sein, um die Durchsätze
des die jeweiligen Durchgänge durchlaufenden Kältemittels
zu variieren.
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Der
Ejektor 5 dient als eine Dekompressionsvorrichtung zum
Dekomprimieren von Kältemittel und eine Zirkulationsvorrichtung
zum Zirkulieren des Kältemittels mittels einer Saugwirkung
(Mitschleifwirkung), die durch eine Strahlströmung des
Kältemittels erzeugt wird. Der Ejektor 5 hat im
Allgemeinen den Düsenabschnitt 5a, den Ansaugabschnitt 5b,
einen Mischabschnitt 5c und einen Diffusorabschnitt 5d.
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Der
Düsenabschnitt 5a steht in Verbindung mit dem
dritten Durchgang des Strömungsverteilers 6. Der
Düsenabschnitt 5a saugt das Kältemittel
des ersten Stroms von dem Strömungsverteiler 6 und
dekomprimiert und expandiert das Kältemittel in einer isenthalpen
Weise, indem eine Durchgangsfläche darin verkleinert ist.
Der Ansaugabschnitt 5b ist derart angeordnet, dass er in
Verbindung mit einer Strahlöffnung des Düsenabschnitts 5a steht.
Der Ansaugabschnitt 5b saugt gasphasiges Kältemittel
von dem zweiten Verdampfer 8.
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Der
Mischabschnitt 5c vermischt das von der Strahlöffnung
des Düsenabschnitts 5a mit hoher Geschwindigkeit
ausgestoßene Kältemittel mit dem von dem Ansaugabschnitt 5b angesaugten
Kältemittel. Der Diffusorabschnitt 5d ist stromabwärtig
von dem Mischabschnitt 5c angeordnet. Der Diffusorabschnitt 5d ist
derart aufgebaut, dass eine Durchgangsfläche sich allmählich
verkleinert, um die Geschwindigkeit des Kältemittels zu
verringern und den Druck des Kältemittels zu erhöhen.
Das heißt, der Diffusorabschnitt 5d hat eine Funktion
der Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels
in Druckenergie. Daher kann auf den Diffusorabschnitt 5d auch als
ein Druckerhöhungsabschnitt Bezug genommen werden.
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Folglich
wird in dem Ejektor der Druck 5 in dem Düsenabschnitt 5a schnell
verringert und ist an dem Auslass des Düsenabschnitts 5a am
niedrigsten. Da das in dem Düsenabschnitt 5a dekomprimierte
Kältemittel in dem Mischabschnitt 5c mit dem von dem
Ansaugabschnitt 5b angesaugten Kältemittel vermischt
wird, steigt der Druck allmählich. Der Druck wird dann
in dem Diffusorabschnitt 5d aufgrund der Geschwindigkeitsabnahme
erhöht.
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Der
erste Verdampfer 7 ist in Bezug auf die Kältemittelströmung
stromabwärtig von dem Diffusorabschnitt 5d angeordnet.
Der erste Verdampfer 7 ist ein Wärmeabsorber,
der den Wärmeaustausch zwischen dem von dem Ejektor 5 ausgestoßenen
Kältemittel und Luft, die zwangweise auf den ersten Verdampfer 7 angewendet
wird, durchführt, um dadurch eine Wärmeaufnahmewirkung
aufgrund der Verdampfung des Kältemittels zu erzielen.
Eine Ausstoßseite des ersten Verdampfers 7 steht
in Verbindung mit einer Ansaugseite des Kompressors 1.
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Die
zweite Dekompressionsvorrichtung 4 ist zum Beispiel aus
einer Kapillarröhre, wie etwa einem Spiralröhrchen,
aufgebaut. Die zweite Dekompressionsvorrichtung 4 ist auf
dem Verzweigungsdurchgang 9 angeordnet. Die zweite Dekompressionsvorrichtung 4 dient
zum Dekomprimieren des in dem zweiten Verdampfer 8 strömenden
Kältemittels und Steuern eines Durchsatzes des Kältemittels.
Die zweite Dekompressionsvorrichtung 4 kann anstelle der
Kapillarröhre eine variable Dekompressionsvorrichtung,
wie etwa ein elektrisches Steuerexpansionsventil, sein.
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Der
zweite Verdampfer 8 ist auf dem Verzweigungsdurchgang 9 in
Bezug auf die Kältemittelströmung stromabwärtig
von der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 angeordnet.
Der zweite Verdampfer 8 ist ähnlich dem ersten
Verdampfer 7 ein Wärmeabsorber. Das heißt,
der zweite Verdampfer 8 erzielt durch Verdampfen des Kältemittels
eine Wärmeaufnahmewirkung.
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Zum
Beispiel befindet sich der zweite Verdampfer 8 in Bezug
auf die Luftströmung stromabwärtig von dem ersten
Verdampfer 7. Folglich wird die Luft, die den ersten Verdampfer 7 durchlaufen hat,
durch Austauschen von Wärme mit dem Kältemittel,
das im Inneren des zweiten Verdampfers 8 strömt,
weiter gekühlt, während sie den zweiten Verdampfer 8 durchläuft.
Dann wird die Luft zum Beispiel für einen Klimatisierungsbetrieb
zu einem vorgegebenen Raum geleitet.
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Alternativ
werden der erste Verdampfer 7 und der zweite Verdampfer 8 unterschiedlich
bereitgestellt. Zum Beispiel können Lüfte durch
Gebläse und ähnliches getrennt auf den ersten
Verdampfer 7 und den zweiten Verdampfer 8 angewendet
werden, und die Lüfte können zu verschiedenen
Räumen, die gekühlt werden sollen, geleitet werden.
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Der
erste Verdampfer 7 und der zweite Verdampfer 8 können
getrennt voneinander aufgebaut sein. Alternativ können
der erste Verdampfer 7 und der zweite Verdampfer 8 miteinander
integriert sein. In einem Fall, in dem der erste Verdampfer 7 und
der zweite Verdampfer 8 miteinander integriert sind, können
der erste Verdampfer 7 und der zweite Verdampfer 8 durch
Hartlöten miteinander verbunden werden. In diesem Fall
sind Bestandteile des ersten Verdampfers 7 und des zweiten
Verdampfers 8 zum Beispiel aus Aluminium gefertigt. Ferner können
der Strömungsverteiler 6, die zweite Dekompressionsvorrichtung 4 und
der Ejektor 5 miteinander zu einer Einheit integriert sein
und ferner an den ersten und zweiten Verdampfern 7, 8 befestigt
sein.
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Die
Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 kann
ferner mit einem Innenwärmetauscher versehen sein, um den
Wärmeaustausch zwischen dem Hochdruckkältemittel,
das zwischen dem Strahler 2 und der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 strömt,
und Niederdruckkältemittel, das in den Kompressor 1 gesaugt
werden soll, durchzuführen. In diesem Fall wird das Hochdruckkältemittel,
das zwischen dem Strahler 2 und dem Expansionsventil 3 strömt,
durch den Wärmeaustausch mit dem Niederdruckkältemittel
gekühlt. Als solches steigt die Enthalpiedifferenz zwischen
den Kältemitteleinlässen und Kältemittelauslässen
des ersten Verdampfers 7 und des zweiten Verdampfers 8,
und folglich verbessert sich die Kühlkapazität.
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Zum
Beispiel wird ein Betrieb des Kompressors 1 von einer (nicht
gezeigten) Steuereinheit gesteuert. Die Steuereinheit ist aus einem
Mikrocomputer einschließlich einer CPU, einem ROM, einem RAM
und ähnlichem und peripheren Schaltungen aufgebaut. Die
Steuereinheit führt gemäß in dem ROM
gespeicherten Steuerprogrammen verschiedene Berechnungen und Verarbeitungen
aus, um Betriebe der verschiedenen Vorrichtungen einschließlich
des Kompressors 1 zu steuern.
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Die
Steuereinheit empfängt Erfassungssignale von verschiedenen
Sensoren und verschiedene Bediensignale von einem (nicht gezeigten)
Bedienfeld. Zum Beispiel ist das Bedienfeld mit einem Temperaturfestlegungsschalter
zum Festlegen einer Kühltemperatur für einen zu
kühlenden Raum und einem Klimaanlagenbedienschalter zum
Erzeugen eines Betriebsbefehlssignals für den Kompressor 1 versehen.
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Als
nächstes wird ein Betrieb der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 unter
Bezug auf 2 beschrieben. In 2 entsprechen
Punkte a1 bis i1 Stellen a1 bis i1 in 1.
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Wenn
die elektromagnetische Kupplung des Kompressors 1 entsprechend
dem von der Steuereinheit erzeugten Signal elektrisch leitend wird, kommt
die elektromagnetische Kupplung in einen verbundenen Zustand, und
von einem Motor eines Fahrzeugs wird eine Antriebskraft an den Kompressor 1 übertragen.
Wenn der Betrieb des Kompressors 1 gestartet wird, wird
das gasphasige Kältemittel von dem ersten Verdampfer 7 in
den Kompressor 1 gesaugt und in dem Kompressor 1 komprimiert.
Das Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel wird mit einem
Durchsatz G (= Gn + Ge) aus dem Kompressor 1 in Richtung
des Strahlers 2 ausgestoßen. (g1 → a1) In
dem Strahler 2 wird das Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel
kondensiert, indem es von der Luft gekühlt wird. (a1 → b1)
Flüssigphasiges Hochdruckkältemittel, das mit
dem Durchsatz G von dem Strahler 2 strömt, wird
von der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 auf den vorgegebenen
Druck dekomprimiert und expandiert. Auf diese Weise wird das gasförmige
und flüssige Zweiphasenkältemittel erzeugt. Hier
ist der Kältemitteldruck an einem Einlass der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 als
P0 definiert.
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Das
gasförmige und flüssige Zweiphasenkältemittel,
das aus der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 strömt,
strömt in den Strömungsverteiler 6. In dem
Strömungsverteiler 6 wird das gasförmige
und flüssige Zweiphasenkältemittel mit vorgegebenen Durchsätzen
in den ersten Strom, der den dritten Durchgang in Richtung des Düsenabschnitts 5a des Ejektors 5 durchläuft
(b1 → c1) und den zweiten Strom, der den zweiten Durchgang
in Richtung der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 durchläuft
(b1 → h1) unterteilt. Hier ist der Durchsatz des Kältemittels
des ersten Stroms als Gn definiert, und der Durchsatz des Kältemittels
des zweiten Stroms ist als Ge definiert. Der Kältemitteldruck
an einem Einlass des Düsenabschnitts 5a ist als
P definiert.
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Das
Kältemittel strömt von dem ersten Strom mit dem
Durchsatz Gn in den Düsenabschnitt 5a des Ejektors 5.
In dem Ejektor 5 wird das Kältemittel in der isenthalpen
Weise durch den Düsenabschnitt 5a dekomprimiert
und expandiert. (c1 → d1). Folglich verringert sich der
Kältemitteldruck P an dem Auslass des Düsenabschnitts 5a auf
den Kältemitteldruck P2. Das heißt, in dem Düsenabschnitt 5a wird
die Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt,
und folglich wird das Kältemittel von der Strahlöffnung
des Düsenabschnitts 5a mit hoher Geschwindigkeit
ausgestoßen. Zu dieser Zeit wird das gasphasige Kältemittel
mit dem Durchsatz Ge durch die von der Strahlströmung des
Kältemittels erzeugte Saugwirkung von dem zweiten Verdampfer 8 in
die Ansaugöffnung 5b gesaugt.
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Das
von dem Düsenabschnitt 5a ausgestoßene
Kältemittel und das in den Ansaugabschnitt 5b gesaugte
Kältemittel werden in dem Mischabschnitt 5c miteinander
vermischt (d1 → e1, i1 → e1) und dann in den Diffusorabschnitt 5d eingeleitet.
Da die Durchgangsfläche in dem Diffusorabschnitt 5d allmählich vergrößert
ist, wird die Geschwindigkeits-(Expansionsenergie) des Kältemittels
in Druckenergie umgewandelt. Auf diese Weise wird der Druck des
Kältemittels erhöht (e1 → f1).
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Das
aus dem Diffusorabschnitt 5d mit dem Durchsatz G strömende
Kältemittel strömt in den ersten Verdampfer 7.
In dem ersten Verdampfer 7 wird das Niedertemperatur-Niederdruckkältemittel
in einem Wärmeaustauschkernabschnitt durch Aufnehmen von
Wärme aus der Luft verdampft (f1 → g1). Der Druck
des Niedertemperatur-Niederdruckkältemittels ist als P1
definiert. Das in dem ersten Verdampfer 7 verdampfte gasphasige
Kältemittel wird von dem Kompressor 1 angesaugt
und erneut komprimiert.
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Andererseits
wird das Kältemittel des zweiten Stroms mit dem Durchsatz
Ge in den Verzweigungsdurchgang 9 geleitet und durch die
zweite Dekompressionsvorrichtung 4 zu dem Niederdruckkältemittel
dekomprimiert (b1 → h1). Das Niederdruckkältemittel
wird dann zu dem zweiten Verdampfer 8 geleitet. In dem
zweiten Verdampfer 8 wird das Niederdruckkältemittel
durch Aufnehmen von Wärme aus der Luft verdampft (h1 → i1)
und wird das gasphasige Kältemittel. Das gasphasige Kältemittel
wird mit dem Durchsatz Ge in den Ansaugabschnitt 5b gesaugt.
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Folglich
wird das Kältemittel mit dem Durchsatz Gn an den ersten
Verdampfer 7 geliefert, und das Kältemittel mit
dem Durchsatz Ge wird durch die zweite Dekompressionsvorrichtung 4 an
den zweiten Verdampfer 8 geliefert. Daher werden durch
die ersten und zweiten Verdampfer 7, 8 gleichzeitig
Kühlwirkungen erzielt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform haben die erste Dekompressionsvorrichtung 3,
die zweite Dekompressionsvorrichtung 4 und die Düsenvorrichtung 5a vorgegebene
Drosselgrade, so dass der Kältemitteldruck P0 an dem Einlass
der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 und der Kältemitteldruck
P2 an dem Auslass des Düsenabschnitts 5a die folgende Beziehung
(R1) erfüllen: 0,1 × (P0 – P2) ≤ P ≤ 0,6 × (P0 – P2) (R1)
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Das
heißt, die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 ist
derart aufgebaut, dass eine Verringerung des Drucks, das heißt,
ein Differenzdruck zwischen dem Kältemitteldruck P0 am
Einlass der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 und dem
Kältemitteldruck P an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a gleich
einem Wert ist, der durch Multiplizieren eines Differenzdrucks zwischen
dem Einlass der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 und
dem Auslass des Düsenabschnitts 5a mit einem Wert
erhalten wird, der wenigstens 0,1 und höchstens 0,6 beträgt.
-
In 2 stellt ΔP
eine Druckzunahme durch den Ejektor 5, wie etwa durch den
Diffusorabschnitt 5d, dar. Das heißt, ΔP
ist ein Differenzdruck (P1 – P2) zwischen dem Druck P1
des Kältemittels, das in dem ersten Verdampfer 7 strömt,
und einem Kältemittelverdampfungsdruck P2 in dem zweiten
Verdampfer 8. Da der Ansaugdruck des Kompressors 1 durch eine
Erhöhungswirkung des Drucks durch den Diffusorabschnitt 5d,
die durch ΔP dargestellt ist, erhöht wird, kann
die Antriebskraft des Kompressors 1 verringert werden.
Als ein Ergebnis verbessert sich der Leistungskoeffizient der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10.
-
Wie
in 2 gezeigt, ist der Kältemittelverdampfungsdruck
P2 des zweiten Verdampfers 8 niedriger als der Kältemittelverdampfungsdruck
P1 des ersten Verdampfers 7. Daher ist eine Kältemittelverdampfungstemperatur
des zweiten Verdampfers 8 niedriger als eine Kältemittelverdampfungstemperatur
des ersten Verdampfers 7.
-
In
dem Fall, in dem der erste Verdampfer 7 in Bezug auf die
Luftströmung stromaufwärtig von dem zweiten Verdampfer 8 angeordnet
ist, ist es möglich, sowohl einen Temperaturdifferenz zwischen
der Kältemittelverdampfungstemperatur des ersten Verdampfers 7 und
der Luft als auch eine Temperaturdifferenz zwischen der Kältemittelverdampfungstemperatur
des zweiten Verdampfers 8 und der Luft sicherzustellen.
Folglich verbessern sich die Kühlleistungen sowohl des
ersten als auch zweiten Verdampfers 7, 8 wirksam.
-
3 zeigt
Beziehungen zwischen dem Differenzdruck an Einlässen und
Auslässen von Durchsatzsteuervorrichtungen, wie etwa der
ersten Dekompressionsvorrichtung 3, der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 und
dem Düsenabschnitt 5a, und den Durchsätzen
an jeweiligen Abschnitten.
-
Wie
in 3 gezeigt, nimmt der Durchsatz G der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 zu,
wenn der Kältemitteldruck P an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a geringer
wird, das heißt, wenn der Differenzdruck (P0 – P)
zwischen dem Kältemitteldruck P0 des Einlasses der ersten
Dekompressionsvorrichtung 3 und dem Kältemitteldruck
P des Einlasses des Düsenabschnitts 5a steigt.
In diesem Fall verringert sich jeweils der Differenzdruck zwischen
dem Einlass und dem Auslass des Düsenabschnitts 5a und
der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4. Als solches verringert
sich jeder der Durchsätze Gn, Ge. Ferner ist der Kältemitteldruck
P an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a als der
Druck bestimmt, bei dem der Durchsatz G der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 gleich
der Summe des Durchsatzes Gn des Düsenabschnitts 5a und
des Durchsatzes Ge der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 ist.
-
Ferner
wird ein Verhältnis der Durchsätze Gn, Ge basierend
auf einer Durchsatzeigenschaft durch den Differenzdruck zwischen
dem Einlass und dem Auslass des Düsenabschnitts 5a und
einer Durchsatzeigenschaft durch den Differenzdruck zwischen dem
Einlass und dem Auslass der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 bestimmt.
Ferner sinkt die an dem Düsenabschnitt 5a zurück
gewonnene Expansionsenergie, wenn der Kältemitteldruck
P an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a sinkt.
Als solches verringert sich die Druckzunahme ΔP durch den Ejektor 5.
-
Folglich
ist es angesichts der Sicherstellung der Leistung der Verdampfer 7, 8 und
des Düsenwirkungsgrads vorzuziehen, das Verhältnis
der Durchsätze Gn, Ge, wie hier vorstehend diskutiert,
auf ein optimales Verhältnis festzulegen, und es wird erkannt,
dass es einen optimalen Zustand für den Kältemitteldruck
an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a gibt. Ferner
wird erkannt, dass der Düsenwirkungsgrad ausreichend ist,
wenn die Druckbeziehung (R1) erfüllt ist, da der Druckzustand
an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a unter der
Optimalbedingung ist. Außerdem wird erkannt, dass die Kühlkapazität
(der Leistungskoeffizient) in einem Bereich des Kältemitteldurchsatzverhältnisses,
der erhalten wird, wenn die Druckbeziehung (R1) erfüllt
ist, hinreichend erreicht wird. Der Bereich des Kältemitteldurchsatzverhältnisses
entspricht einem dimensionslosen Durchsatzverhältnis (Ge/(Ge
+ Gn)).
-
4 zeigt
eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis (P0 – P)/(P0 – P2)
und einer Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung. Das Druckverhältnis
(P0 – P)/(P0 – P2) ist ein Verhältnis der
Abnahme des Kältemitteldrucks P an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a in
Bezug auf den Kältemitteldruck P0 an dem Einlass der ersten
Dekompressionsvorrichtung 3 zu der Zunahme des Kältemitteldrucks
P2 an dem Auslass des Düsenabschnitts 5a in Bezug
auf den Kältemitteldruck P0 an dem Einlass der ersten Dekompressionsvorrichtung 3.
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Hier
ist die Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung die Verbesserung
des Leistungskoeffizienten der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 in
Bezug auf den Leistungskoeffizienten einer Expansionsventilkreislaufvorrichtung.
Das heißt, je höher der Wert, der die Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung
anzeigt, ist, desto weiter wird der Leistungskoeffizient der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 im
Vergleich zu dem Leistungskoeffizienten der Expansionsventilkreislaufvorrichtung
verbessert. Die Expansionsventilkreislaufvorrichtung ist eine Kältekreislaufvorrichtung,
die aufgebaut wird, indem der Kompressor, der Strahler, das Expansionsventil
und der Verdampfer in der Form eines geschlossenen Kreises nacheinander
verbunden werden.
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Gemäß dem
Diagramm von 4 ist die Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung
in Bereichen, wo das Druckverhältnis (P0 – P)/(P0 – P2) klein
und groß ist, gering. Ferner ist die Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung
in einem mittleren Bereich zwischen den Bereichen hoch. Insbesondere wenn
das Druckverhältnis (P0 – P)(P0 – P2)
in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,6 ist, ist die Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung
stabil und auf dem höchsten Niveau. Das heißt,
das Druckverhältnis (P0 – P)/(P0 – P2)
ist in dem Bereich zwischen 0,1 und 0,6 optimal.
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Dies
basiert auf den folgenden Gründen. Da die Kältemittelverdampfungstemperatur
des zweiten Verdampfers 8 niedriger als die Kältemittelverdampfungstemperatur
des ersten Verdampfers 7 ist, wird die Kältekapazität
Qer der Gesamtheit der Kältekreislaufvorrichtung durch
Erhöhen des Durchsatzes Ge des Kältemittels, das
den zweiten Verdampfer 8 durchläuft, erhöht.
Folglich verbessert sich der Leistungskoeffizient. Der Durchsatz
Gn des Kältemittels, das den Düsenabschnitt 5a durchläuft,
verringert sich jedoch mit einer Zunahme des Durchsatzes Ge. Als ein
Ergebnis verringert sich die Druckzunahme ΔP durch den
Ejektor 5.
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Wenn
folglich der Durchsatz Ge übermäßig erhöht
wird, wird die Antriebskraft L des Kompressors 1 übermäßig
erhöht. Als ein Ergebnis verringert sich der Leistungskoeffizient
(Qer/L), der durch ein Verhältnis der Kältekapazität
Qer der Gesamtheit der Kältekreislaufvorrichtung, zu der
Antriebskraft L des Kompressors 1 erzielt wird.
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Gemäß 3 und 4 wird
festgestellt, dass der Leistungskoeffizient der Kältekreislaufvorrichtung 10 im
Vergleich zu dem Leistungskoeffizient des Expansionsventilkreislaufs
hinreichend verbessert wird, wenn die Druckbeziehung (R1) erfüllt
ist. Folglich wird der Leistungskoeffizient auf einem hinreichenden
Niveau sichergestellt.
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Zum
Beispiel wird die Druckbeziehung (R1) erzielt, indem die erste Dekompressionsvorrichtung 3,
die zweite Dekompressionsvorrichtung 4 und der Ejektor 5 jeweils
derart aufgebaut werden, dass sie die vorgegebenen Drosselgrade
haben.
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Wenn
die Druckbeziehung (R1) erfüllt ist, wird das Kältemittel
an dem Einlass des Drosselabschnitts 5a unter einer vorgegebenen
Druckbedingung gesteuert. Folglich wird der Leistungskoeffizient hinreichend
sichergestellt.
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5 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Trockenheit X des
Kältemittels an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a und
der Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 zeigt.
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Die
Trockenheit X ist ein Verhältnis von Dampf in 1 kg nassem
Dampf des Kältemittels an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a.
Das heißt, die Trockenheit X bedeutet, dass Kältemittel
X kg von getrocknetem gesättigtem Dampf und (1 – X)
kg gesättigte Flüssigkeit enthält. Hier
bedeutet die Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung ähnlich 4 die
Verbesserung des Leistungskoeffizienten der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 in Bezug
auf den Leistungskoeffizienten der Expansionsventilkreislaufvorrichtung.
Das heißt, je höher der Wert der Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung
ist, desto weiter wird der Leistungskoeffizient der Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 im
Vergleich zu dem Leistungskoeffizienten der Expansionsventilkreislaufvorrichtung
verbessert.
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Gemäß 5 ist
die Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung in Bereichen, in
denen die Trockenheit X groß oder klein ist, gering. Die
Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung ist in dem mittleren
Bereich hoch. Insbesondere in einem Bereich, in dem die Trockenheit
wenigstens 0,003 und höchstens 0,14 ist, ist die Leistungskoeffizientenverbesserungswirkung
stabil und auf dem maximalen Niveau. Das heißt, die Trockenheit
X ist in dem Bereich zwischen 0,003 und 0,14 optimal. Ferner wird erkannt,
dass der Düsenwirkungsgrad hinreichend sichergestellt ist,
wenn die Trockenheit X ähnlich 3 in dem
Bereich zwischen 0,003 und 0,14 ist. In diesem Fall hat der Düsenwirkungsgrad
jedoch eine Spitze auf einer Seite benachbart zu 0,003.
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In
einem Fall, in dem das Kältemittel an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a die
Trockenheit X in dem Bereich zwischen 0,003 und 0,14 hat, kann daher
der Kältemitteldruck an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a ähnlich 3 entsprechend
den Durchsatzeigenschaften des Düsenabschnitts 5a und
der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 auf einem optimalen
Zustand gehalten werden. Daher werden die Kältekapazität
der Verdampfer 7, 8 und die Zunahme des Drucks ΔP
durch den Ejektor 5 in einem Gleichgewichtszustand sichergestellt.
Als solches wird der Leistungskoeffizient der Kältekreislaufvorrichtung 10 im
Vergleich zu der Expansionsventilkreislaufvorrichtung hinreichend
erhöht.
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Zum
Beispiel kann die Trockenheit X des Kältemittels an dem
Einlass des Düsenabschnitts 5a in dem Bereich
zwischen 0,003 und 0,14 gesteuert werden, indem die Drosselgrade
der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 und des Ejektors 5 auf
vorgegebene Drosselgrade festgelegt werden. Das heißt, durch
Festlegen der Drosselgrade der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 und
des Ejektors 5 auf die vorgegebenen Grade kann das Kältemittel
an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a auf einen
vorgegebenen Zustand, wie etwa das Äquivalent zu dem in 3 gezeigten
Zustand, gesteuert werden. Daher verbessert sich der Leistungskoeffizient
der Kältekreislaufvorrichtung 10.
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Folglich
ist die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 in
einem Beispiel derart aufgebaut, dass die Differenz (P0 – P)
zwischen dem Kältemitteldruck P0 an dem Einlass der ersten
Dekompressionsvorrichtung 3 und dem Kältemitteldruck P
an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a gleich dem
Wert ist, der erhalten wird, indem die Differenz (P0 – P2)
zwischen dem Kältemitteldruck P0 und dem Kältemitteldruck
P2 an dem Auslass des Düsenabschnitts 5a mit dem
Wert multipliziert wird, der wenigstens 0,1 und höchstens
0,6 ist. Die vorstehende Druckbeziehung (R1) kann erzielt werden, indem zum
Beispiel wenigstens einer der Drosselgrade der ersten Dekompressionsvorrichtung 3,
der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 und des Düsenabschnitts 5a auf
die vorgegebenen Grade festgelegt wird.
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Da
in diesem Fall die Druckabnahme an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a in
dem optimalen Zustand sein kann, wird das Verteilungsverhältnis des
Kältemittels zu dem zweiten Verdampfer 8 und dem
Düsenabschnitt 5a ein optimaler Zustand. Daher
können die Leistung der Verdampfer 7, 8 und
der Wirkungsgrad des Ejektors 5, wie etwa der Düsenwirkungsgrad
und der Ejektorwirkungsgrad, beide sichergestellt werden. Folglich
verbessert sich der Leistungskoeffizient der Kältekreislaufvorrichtung 10 im
Vergleich zu der Expansionsventilkreislaufvorrichtung.
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Ferner
kann das vorstehende Beispiel für die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
mit wenigstens dem Kompressor 1, dem Strahler 2,
der ersten Dekompressionsvorrichtung 3, dem Strömungsverteiler 6,
dem Ejektor 5, der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 und
dem ansaugseitigen Verdampfer 8 verwendet werden. Das heißt,
selbst die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung ohne
den ersten Verdampfer 7 kann aufgebaut werden, dass sie die
Druckbeziehung (R1) aufweist. Auch in dieser Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
werden die ähnlichen Wirkungen erzielt.
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Als
ein anderes Beispiel ist die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 derart
aufgebaut, dass die Trockenheit X des Kältemittels an dem Einlass
des Düsenabschnitts 5a in dem Bereich zwischen
0,003 und 0,14 ist. Die Trockenheit X in dem Bereich zwischen 0,003
und 0,14 wird erzielt, indem wenigstens einer der Drosselgrade der
ersten Dekompressionsvorrichtung 3, der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 und
des Düsenabschnitts 5a auf den vorgegebenen Grad
festgelegt wird.
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Da
in einem derartigen Fall die Trockenheit des Kältemittels
an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a in dem optimalen
Zustand sein kann, wird das Verteilungsverhältnis des Kältemittels
zu dem zweiten Verdampfer 8 und dem Düsenabschnitt 5a das
optimale Verhältnis. Daher können die Leistung der
Verdampfer 7, 8 und der Wirkungsgrad des Ejektors 5,
wie etwa der Düsenwirkungsgrad und der Ejektorwirkungsgrad,
beide sichergestellt werden. Folglich verbessert sich der Leistungskoeffizient
der Kältekreislaufvorrichtung 10 im Vergleich
zu der Expansionsventilkreislaufvorrichtung.
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Ferner
kann das vorstehende Beispiel für die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
mit wenigstens dem Kompressor 1, dem Strahler 2,
der ersten Dekompressionsvorrichtung 3, dem Strömungsverteiler 6,
dem Ejektor 5, der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 und
dem ansaugseitigen Verdampfer 8 angewendet werden. Das
heißt, selbst die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
ohne den ersten Verdampfer 7 kann derart aufgebaut werden,
dass das Kältemittel an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a die
Trockenheit X in dem vorstehenden Bereich hat. Auch in dieser Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
werden die ähnlichen Wirkungen erzielt.
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Als
ein weiteres anderes Beispiel kann die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 derart
aufgebaut werden, dass die Differenz (P0 – P) zwischen
dem Kältemitteldruck P0 an dem Einlass der ersten Dekompressionsvorrichtung 3 und
dem Kältemitteldruck P an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a gleich
dem Wert ist, der durch Multiplizieren der Differenz (P0 – P2)
zwischen dem Kältemitteldruck P0 und dem Kältemitteldruck
P2 an dem Auslass des Düsenabschnitts 5a mit dem
Wert erhalten wird, der wenigstens 0,1 und höchstens 0,6
ist, und die Trockenheit des Kältemittels an dem Einlass
des Düsenabschnitts 5a in dem Bereich zwischen
0,003 und 0,14 ist.
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In
einem derartigen Fall können die Abnahme des Kältemitteldrucks
und die Trockenheit des Kältemittels in den optimalen Zuständen
sein. Daher kann die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 betrieben
werden, während der Druck und die Enthalpie passend aufrecht
erhalten werden. Folglich verbessern sich die Leistung der Verdampfer 7, 8 und
der Wirkungsgrad des Ejektors 5 weiter, und der Leistungskoeffizient
verbessert sich weiter.
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In
den vorstehenden Beispielen kann die Trockenheit X des Kältemittels
an dem Einlass des Düsenabschnitts 5a durch die
Verteilungsquoteneinstelleinrichtung des Strömungsverteilers 6 eingestellt werden.
In diesem Fall wird das Mischungsverhältnis des flüssigphasigen Kältemittels
und des gasphasigen Kältemittels, die in Richtung des Düsenabschnitts 5a strömen,
gesteuert. Daher kann die Trockenheit X genauer eingestellt werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die
Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10 kann
ferner wie folgt modifiziert werden.
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Es
ist nicht immer notwendig, den ausstoßseitigen Verdampfer 7 zu
haben. Wie zum Beispiel in 6 gezeigt,
kann der ausstoßseitige Verdampfer 7 entfernt
werden, und ein Innenwärmetauscher 70, der den
Wärmeaustausch zwischen dem von dem Strahler 2 ausgestoßenen
Hochdruckkältemittel und dem von dem Ejektor 5 ausgestoßenen
Niederdruckkältemittel durchführt, kann hinzugefügt
werden.
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In
diesem Fall kann die Enthalpie des von dem Ejektor 5 ausgestoßenen
Niederdruckkältemittels von dem Punkt f1 zu dem Punkt g1
erhöht werden, und die Enthalpie des Kältemittels,
das in den ansaugseitigen Verdampfer 8 strömt,
kann von dem Punkt b1 zu einem Punkt b'1 verringert werden. Als ein
Ergebnis erhöht sich die Kapazität des ansaugseitigen
Verdampfers 8. Auch in einem derartigen Fall kann die Kältekreislaufvorrichtung
derart aufgebaut werden, dass sie eine oder beide der Druckbeziehungen
(R1) und den optimalen Bereich der Trockenheit X erfüllt.
Auf diese Weise können die ähnlichen Wirkungen
erzielt werden.
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Ferner
kann der ausstoßseitige Verdampfer 7 beseitigt
werden, und ein Akkumulator als ein niederdruckseitiger Gas- und
Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden des von dem Ejektor 5 ausgestoßenen
Kältemittels in das gasphasige Kältemittel und das
flüssigphasige Kältemittel kann hinzugefügt
werden. Auch in einem derartigen Fall kann die Kältekreislaufvorrichtung
derart aufgebaut werden, dass sie eine oder beide der Druckbeziehungen
(R1) und den vorstehenden optimalen Bereich der Trockenheit X erfüllt.
Auf diese Weise können die ähnlichen Wirkungen
erzielt werden.
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Die
Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung 10,
wie hier vorstehend diskutiert, kann auf einen Wärmepumpenkreislauf,
wie etwa für eine Heißwasserversorgungsvorrichtung
oder einen Innenwärmetauscher, angewendet werden und in
eine bewegliche Einheit, wie etwa ein Fahrzeug, oder in einer festen
Einheit, die an einem vorgegebenen Ort fixiert ist, montiert werden.
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Das
Kältemittel ist nicht auf R404-Kältemittel beschränkt.
Das Kältemittel kann von jeder anderen Art, wie etwa Kältemittel
auf Fluorchlorkohlenwasserstoffbasis, Kältemittel auf HC-Basis,
Kohlendioxidkältemittel oder ähnliches sein, das
in dem überkritischen Kreislauf und dem unterkritischen
Kreislauf verwendet werden kann. Selbst wenn ein anderes Kältemittel
als R404 verwendet wird, können die ähnlichen
Ergebnisse erzielt werden.
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Die
Druckbeziehung (R1) kann anstelle durch Festlegen des Drosselgrads
wenigstens einer der ersten Dekompressionsvorrichtung 3,
der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 und des festen
Düsenabschnitts 5a auf den vorgegebenen Grad auf verschiedene
Arten erzielt werden. Zum Beispiel hat der Ejektor 5 anstelle
des festen Düsenabschnitts 5a einen Düsenabschnitt
mit variablem Durchsatz, in dem der Drosselgrad des Düsenabschnitts
entsprechend der Bewegung einer Ventilstange variabel ist. In einem
derartigen Fall kann die Druckbeziehung (R1) erfüllt werden,
indem der Drosselgrad des Düsenabschnitts eingestellt wird.
Als ein anderes Beispiel kann die zweite Dekompressionsvorrichtung 4 anstelle
der Kapillarröhre 4 aus einer Dekompressionsvorrichtung
mit variabler Durchsatzsteuerung, wie etwa einem elektrischen Steuerexpansionsventil aufgebaut
werden. In einem derartigen Fall kann die Druckbeziehung (R1) erzielt
werden, indem der Drosselgrad der zweiten Dekompressionsvorrichtung 4 eingestellt
wird. Ein Betrieb der Dekompressionsvorrichtung mit variabler Durchsatzsteuerung
wird zum Beispiel von der Steuereinheit gesteuert.
-
Der
Strömungsverteiler 6 ist nicht auf das Blockelement
mit den Durchgängen darin beschränkt, sondern
kann aus jeder anderen Art von Verteilern aufgebaut sein. Zum Beispiel
kann der Strömungsverteiler 6 aus einer Verzweigungsrohrleitung
mit verzweigten Durchgängen aufgebaut sein.
-
Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten der Technik ohne weiteres
einfallen. Die Erfindung ist in ihrem weiteren Sinne daher nicht auf
die spezifischen Details, die stellvertretende Vorrichtung und veranschaulichende
Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-23966
A [0002]
- - US 2006/0266072 A1 [0002]