DE102010044532A1

DE102010044532A1 - Ejektor

Info

Publication number: DE102010044532A1
Application number: DE102010044532A
Authority: DE
Inventors: Gouta Kariya-city Ogata; Haruyuki Kariya-city Nishijima; Etsuhisa Kariya-city Yamada; Mika Kariya-city Gocho
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2030-09-08
Also published as: DE102010044532B4; JP2011058422A; CN102022387A; JP5370028B2; CN102022387B; US20120318894A1; US20110061423A1; US8282025B2; US8523091B2

Abstract

Bei einem Ejektor umfasst ein Kältemitteldurchlass von einer Düse (161) zum Dekomprimieren und Expandieren eines Kältemittels einen Verengungsabschnitt (161b), in welchem ein Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich am meisten reduziert ist, einen ersten Verjüngungsabschnitt (161e), der stromabwärts von dem Verengungsabschnitt (161b) angeordnet ist, um allmählich den Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich zu vergrößern, einen zweiten Verjüngungsabschnitt (161f), welcher stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) angeordnet ist, um allmählich den Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich zu vergrößern, und einen Endverjüngungsabschnitt (161d), welcher in einem Bereich von einer Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt (161f) zu einer Kältemittelausstoßöffnung (161a) angeordnet ist, um allmählich den Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich zu vergrößern. Des Weiteren ist ein zweiter Aufweitungswinkel (θ2) an der Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt (161f) größer als der erste Aufweitungswinkel (θ1) an der Auslassseite von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e), und ein Endaufweitungswinkel (θ3) an der Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt (161d) ist geringer als der zweite Aufweitungswinkel (θ2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ejektor, bei welchem ein Fluid von einem Hochgeschwindigkeitsstrahlfluid angesaugt wird, das von einer Düse ausgestoßen wird. Der Ejektor wird in geeigneter Weise für eine Kältemittelkreislaufvorrichtung vom Ejektortyp verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmlicherweise ist ein Ejektor bekannt, bei welchem ein Fluid von einem Fluidsauganschluss durch eine Saugwirkung von einem Strahlfluid angesaugt wird, das von einer Düse zum Dekomprimieren und zum Expandieren des Fluids, welches auszustoßen ist, ausgestoßen wird. Bei dieser Art von Ejektor wird die Geschwindigkeitsenergie der Mischung zwischen dem Strahlfluid und dem Saugfluid, welches von dem Fluidsauganschluss angesaugt wird, in die Druckenergie in einem Druckerhöhungsabschnitt (d. h. Diffusorabschnitt) umgewandelt, so dass der Druck des Fluids, welches von dem Ejektor ausströmt, mehr erhöht wird als der Druck von dem Saugfluid.
Um den Druck von dem Fluid in dem Druckerhöhungsabschnitt des Ejektors ausreichend zu erhöhen, wird es bevorzugt, die Strömungsgeschwindigkeit des Strahlfluids zu erhöhen, wobei dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des gemischten Fluids in dem Ejektor auf wirksame Art und Weise erhöht wird. Ein herkömmlicher Ejektor ist somit mit technischen Mitteln zum Verbessern einer Energieumwandlungseffizienz (hier im Folgenden auch bezeichnet als „Düseneffizienz ηnoz”) versehen, wenn die Druckenergie von einem Fluid in eine Geschwindigkeitsenergie von dem Fluid in einer Düse umgewandelt wird.
Das Patentdokument 1 ( JP 11-37577 A ) beschreibt zum Beispiel diesbezüglich einen Ejektor, bei welchem erste und zweite Verengungsabschnitte (bzw. Drosselabschnitte) zum Reduzieren der Fluiddurchlassquerschnittsbereiche in einem Fluiddurchlass von einer Düse vorgesehen sind.
Bei dem Ejektor des Patentdokuments 1 ist ein Aufweitungswinkel von einem Fluiddurchlass stromabwärts von dem zweiten Verengungsabschnitt nahe der Fluidstrahlöffnung reduziert, um so eine Erzeugung von Gas- und Flüssigkeitstrennung und eine Erzeugung von einer Spiralströmung (engl.: scroll flow) in dem Fluiddurchlass stromabwärts von dem zweiten Verengungsabschnitt zu unterbinden, wobei dadurch die Düseneffizienz ηnoz verbessert wird.
Die Düseneffizienz ηnoz wird speziell durch die nachfolgende Formel F1 definiert: ηnoz = (Vnoz²/2)/Δinoz (F1)
Vnoz ist hier die Geschwindigkeit des Strahlfluids, und Δinoz ist ein Betrag einer Abnahme von einer speziellen Enthalpie, wenn ein Fluid pro Gewichtseinheit dekomprimiert und expandiert wird in einem Isoentropie-Zustand in der Düse. Das heißt, Δinoz ist eine Differenz von einer speziellen Enthalpie zwischen der Enthalpie von dem Fluid an dem Einlass von der Düse und der Enthalpie von dem Fluid an dem Auslass von der Düse.
Bei dem Ejektor des Patentdokuments 1 ist es die Vorbedingung, unter welcher das Fluid, welches in der ersten Verengung von der Düse strömt, in einem flüssigen Zustand ist. Bei dem Ejektor von Patentdokument 1 ist es jedoch, wenn ein Gas-Flüssig-Zwei-Phasen-Fluid in der ersten Verengung von der Düse strömt, schwierig, die Düseneffizienz ηnoz zu verbessern.
Die Gründe werden mit Bezugnahme auf die 13A und 13B beschrieben werden. Die 13A ist ein Mollier-Diagramm zum Erläutern eines Dekomprimierungszustands von einer Dekomprimierung eines flüssigen Fluids in der Düse von dem Ejektor, und die 13B ist ein Mollier-Diagramm zum Erläutern eines Dekomprimierungszustands von einer Dekomprimierung eines gasförmigen-flüssigen Fluids in der Düse von dem Ejektor. In den 13A und 13B zeigen zusätzlich die gestrichelten Linien die isoentropisch gekrümmte Linie.
Das Δinoz bei der obigen Formel F1 ist ein Wert, welcher durch die physikalischen Eigenschaften von dem Fluid bestimmt wird. Um die Düseneffizienz ηnoz zu verbessern, ist es somit notwendig, die Vnoz zu erhöhen durch ein Verringern des Verlusts, während das Fluid in der Düse dekomprimiert wird. Es ist daher für das Fluid wünschenswert, in der Düse entlang der isoentropisch gekrümmten Linie dekomprimiert zu werden.
Wie es in den 13A und 13B gezeigt ist, ist die isoentropisch gekrümmte Linie des Weiteren eine annähernd S-förmig gekrümmte Linie, bei welcher ein Grad einer Abnahme von der Enthalpie allmählich geringer wird, wenn der Druck abnimmt, wenn das flüssige Fluid dekomprimiert wird, um in einen gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand zu gelangen, und der Grad der Abnahme von der Enthalpie wird allmählich größer, wenn der Druck abnimmt, wenn das gasförmige-flüssige Zwei-Phasen-Fluid, das einen relativ geringen Druck aufweist, weiter dekomprimiert wird.
Bei dem Ejektor des Patentdokuments 1 wird das Fluid, wenn das flüssige Fluid in der Düse (d. h. der ersten Verengung) strömt, in etwa entlang der isoentropisch gekrümmten Linie bei der gesamten Dekomprimierung dekomprimiert, wie es in der 13A gezeigt ist, selbst wenn der Aufweitungswinkel von dem Fluiddurchlass stromabwärts von der zweiten Verengung nahe der Fluidstrahlöffnung gering gemacht wird.
Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in welchem ein gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Fluid, das einen relativ geringen Druck aufweist, in der Düse strömt, schwierig, einen Dekomprimierungszustand in etwa entlang der isoentropisch gekrümmten Linie durchzuführen, wie es in der 13B gezeigt ist. Als ein Ergebnis ist es schwierig, wenn das Fluid, das in dem ersten Verengungsabschnitt von der Düse des Patentdokuments 1 strömt, in dem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand ist, die Düseneffizienz ηnoz zu verbessern.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung schlagen einen Ejektor vor, welcher eine hohe Düseneffizienz ηnoz selbst dann bieten kann, wenn ein gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Fluid in einer Düse strömt, so wie in JP 2009-221883 A (hier im Folgenden bezeichnet als „Voranmeldungsbeispiel”). Die Düse von dem Ejektor des Voranmeldungsbeispiels umfasst einen einzigen Verengungsabschnitt, und ein Aufweitungswinkel von einem Fluiddurchlass stromabwärts von dem Verengungsabschnitt wird nahe der Fluidstrahlöffnung von der Düse vergrößert.
Der Durchlassquerschnittsbereich von dem Fluiddurchlass stromabwärts von dem Verengungsabschnitt von der Düse kann somit derart verändert (vergrößert) werden, dass die Dekomprimierung von dem Fluid entlang der isoentropisch gekrümmten Linie ausgeführt wird, wenn ein gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Fluid in der Düse strömt. Das bedeutet, der Durchlassbereich von der Düse kann vergrößert werden, um der Volumenexpansion zu entsprechen, selbst wenn das Fluidvolumen durch die Zunahme von dem Gasverhältnis expandiert wird bzw. vergrößert wird, wenn das gasförmige-flüssige Zwei-Phasen-Fluid dekomprimiert und expandiert wird. Somit kann die Phase der Dekomprimierung von dem Fluid an die isoentropisch gekrümmte Linie angenähert werden.
Bei dem Ejektor des Voranmeldungsbeispiels kann die Düseneffizienz ηnoz verbessert werden, wenn das gasförmige-flüssige Zwei-Phasen-Fluid in der Düse strömt. In diesem Fall kann es jedoch schwierig sein, ausreichend das Fluid von dem Fluidsauganschluss anzusaugen, und deswegen kann die Energieumwandlungseffizienz (d. h. die Ejektoreffizienz ηe) nicht in dem gesamten Ejektor verbessert werden.
Die Ejektoreffizienz ηe kann durch die nachfolgende Formel F2 definiert werden: ηe = (1 + Ge/Gnoz) × (ΔP/ρ)/Δi (F2)
Ge ist hier die Strömungsmenge von dem Saugfluid, Gnoz ist die Strömungsmenge von dem Strahlfluid, ΔP ist der Betrag der Druckzunahme in dem Diffusorabschnitt, ρ ist die Dichte von dem Saugfluid, und Δi ist die Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlass der Düse und dem Auslass der Düse.
Nach den Studien durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung kann das Fluid, wenn der Aufweitungswinkel von dem Fluiddurchlass nahe von der Fluidstrahlöffnung wie in dem Voranmeldungsbeispiel vergrößert wird, eingespritzt werden, um unnötig in einer radialen Richtung der Düse expandiert zu werden. Wenn das Strahlfluid unnötigerweise in der radialen Richtung von der Düse expandiert wird, kann des Weiteren das Saugfluid, welches von dem Fluidsauganschluss angesaugt wird, durch das expandierte Strahlfluid unterbrochen werden.
Wenn das Saugfluid, welches in dem Ejektor strömt, unterbrochen wird, wird die Strömungsmenge von dem Saugfluid verringert, wobei dadurch die Ejektoreffizienz ηe abnimmt, wie es leicht durch die obige Formel F2 erkennbar ist.
Im Hinblick auf die obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ejektor bereitzustellen, welcher eine Abnahme der Ejektoreffizienz ηe selbst dann verhindern kann, wenn ein Fluid mit einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand in einer Düse in dem Ejektor strömt.
Um die obige Aufgabe zu lösen, umfasst ein Ejektor gemäß einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung: eine Düse, welche ausgestaltet ist zum Dekomprimieren und Expandieren eines Fluids und um das Fluid von einer Fluidstrahlöffnung auszustoßen, und einen Körper, welcher mit einem Fluidsauganschluss versehen ist, von welchem ein Fluid durch ein Hochgeschwindigkeitsstrahlfluid angesaugt wird, das von der Fluidstrahlöffnung ausgestoßen wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt, in welchem eine Geschwindigkeitsenergie von einer Fluidmischung zwischen dem Strahlfluid und einem Saugfluid, das von der Fluidsaugöffnung angesaugt wird, in eine Druckenergie davon umgewandelt wird. Des Weiteren umfasst eine innere umfängliche Oberfläche von der Düse, die einen Fluiddurchlass definiert, einen Verengungsabschnitt, in welchem ein Fluiddurchlassquerschnittsbereich von dem Fluiddurchlass am weitesten reduziert ist, einen ersten Verjüngungsabschnitt, der stromabwärts von dem Verengungsabschnitt angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, einen zweiten Verjüngungsabschnitt, welcher stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, und einen Endverjüngungsabschnitt, der in einem Bereich von einer Auslassseite von dem zweiten Veüngungsabschnitt zu der Fluidstrahlöffnung angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern. In dem Ejektor ist, wenn ein axialer Querschnitt umfassend eine axiale Linie von der Düse als ein Standardquerschnitt definiert wird, ein zweiter Aufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt größer als ein erster Aufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem ersten Verjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt, und ein Endaufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt ist geringer als der zweite Aufweitungswinkel.
Der zweite Aufweitungswinkel kann somit größer gemacht werden als der erste Aufweitungswinkel, und dadurch kann ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Verjüngungsabschnitt größer werden als ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Verjüngungsabschnitt.
Daher kann in einem Fall, in welchem ein gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Fluid, das in der Düse strömt, dekomprimiert und expandiert wird während eines Hindurchgehens durch den Verengungsabschnitt, den ersten Verjüngungsabschnitt und den zweiten Verjüngungsabschnitt in dieser Reihenfolge, der Fluiddurchlassbereich der Düse vergrößert werden, um der Volumenexpansion zu entsprechen, selbst wenn das Fluidvolumen durch die Zunahme des Gasverhältnisses expandiert wird.
In diesem Fall ist es möglich, auf effektive Art und Weise den Verlust aufgrund des Durchlasswiderstands zu reduzieren, wenn das Fluid durch den ersten Verjüngungsabschnitt und den zweiten Verjüngungsabschnitt in dieser Reihenfolge hindurchgeht. Die Stufe der Dekomprimierung von dem Fluid in der Düse kann somit an die Stufe der Dekomprimierung entlang der isoentropisch gekrümmten Linie angenähert werden, wodurch die Düseneffizienz verbessert wird.
Da der Endaufweitungswinkel an der Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt geringer gemacht wird als der zweite Aufweitungswinkel, kann er des Weiteren das Strahlfluid von der Fluidstrahlöffnung darin beschränken, unnötigerweise in einer radialen Richtung, die senkrecht zu der axialen Richtung von der Düse liegt, expandiert zu werden. Das Saugfluid kann demgemäß leicht in das Innere von dem Ejektor strömen, und es kann die Strömungsmenge von dem Saugfluid daran hindern abzunehmen, wobei dadurch eine Abnahme der Ejektoreffizienz verhindert wird.
Selbst wenn das Fluid mit einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand in der Düse strömt, können als ein Ergebnis die Düseneffizienz und die Ejektoreffizienz ηe daran gehindert werden, in dem Ejektor reduziert zu werden.
Der zweite Verjüngungsabschnitt kann zum Beispiel in einer gekrümmten Linienform mit einer leichten Konvexität an der Fluiddurchlassseite auf dem Standardquerschnitt geformt werden. Selbst wenn der Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich von dem zweiten Verjüngungsabschnitt leicht geändert wird, kann somit die Dekomprimierungsphase von dem Fluid in der Düse mehr an die Dekomprimierungsphase von der isoentropisch gekrümmten Linie angenähert werden.
Auf alternative Art und Weise kann der zweite Verjüngungsabschnitt in einer geraden Linienform an dem Standardquerschnitt geformt sein. In diesem Fall kann der zweite Verjüngungsabschnitt leicht hergestellt werden, um die Herstellungskosten zu reduzieren, wohingegen die Dekomprimierungsphase von dem Fluid in der Düse weiter an die Dekomprimierungsphase von der isoentropisch gekrümmten Linie angenähert werden kann.
Des Weiteren kann die innere umfängliche Oberfläche von der Düse, welche den Fluiddurchlass definiert, weiterhin einen Einführungsverjüngungsabschnitt aufweisen, der in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt zu dem ersten Verjüngungsabschnitt angeordnet ist, um allmählich (engl.: gradually) den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, und ein Einführungsaufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem Einführungsverjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt kann größer als der erste Aufweitungswinkel sein.
Wenn ein gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Fluid, das in der Düse strömt, dekomprimiert und expandiert wird während eines Hindurchgehens durch den Verengungsabschnitt, den ersten Verjüngungsabschnitt und den zweiten Verjüngungsabschnitt – in dieser Reihenfolge – wird das Gasverhältnis schnell an einer Position unmittelbar nach einem Hindurchgehen durch den Verengungsabschnitt in der Düse erhöht.
Da der Einführungsverjüngungsabschnitt derart vorgesehen ist, dass der Einführungsaufweitungswinkel größer gemacht ist als der erste Aufweitungswinkel, kann der Fluiddurchlassquerschnittsbereich vergrößert werden, um der schnellen Volumenexpansion aufgrund einer schnellen Zunahme von dem Gasverhältnis zu entsprechen, wobei dadurch weiterhin auf effektive Art und Weise die Düseneffizienz verbessert wird.
Der Einführungsverjüngungsabschnitt kann zum Beispiel in einer gekrümmten Linie mit einer Konvexität an der radialen äußeren Seite von dem Fluiddurchlass von der Düse an dem Standardquerschnitt geformt sein. Der Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich von dem Einführungsverjüngungsabschnitt kann somit leicht geändert werden, und dadurch kann die Dekomprimierungsphase von dem Fluid in der Düse mehr an die Dekomprimierungsphase von der isoentropisch gekrümmten Linie angenähert werden.
Alternativ kann der Einführungsverjüngungsabschnitt in einer geraden Linienform an dem Standardquerschnitt geformt sein. In diesem Fall kann der Einführungsverjüngungsabschnitt leicht hergestellt werden, um die Herstellungskosten zu reduzieren, wohingegen die Dekomprimierungsphase von dem Fluid in der Düse weiterhin an die Dekomprimierungsphase der isoentropisch gekrümmten Linie angenähert werden kann.
Der zweite Aufweitungswinkel kann des Weiteren gleich zu oder größer als das 1,33-Fache von dem ersten Aufweitungswinkel gemacht werden. In diesem Fall kann er weiter stabil die Düseneffizienz ηnoz verbessern.
Gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Ejektor auf: eine Düse, welche ausgestaltet ist, um ein Fluid zu dekomprimieren und zu expandieren und um das Fluid von einer Fluidstrahlöffnung auszustoßen, einen Körper, welcher mit einem Fluidsauganschluss versehen ist, von welchem ein Fluid durch ein Hochgeschwindigkeitsstrahlfluid angesaugt wird, das von der Fluidsdtrahlöffnung ausgestoßen wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt, in welchem eine Geschwindigkeitsenergie von einer Fluidmischung zwischen dem Strahlfluid und einem Saugfluid, das von der Fluidsaugöffnung angesaugt wird, in eine Druckenergie davon umgewandelt wird. Eine innere umfängliche Oberfläche von der Düse, welche einen Fluiddurchlass definiert, umfasst des Weiteren einen Verengungsabschnitt, in welchem ein Fluiddurchlassquerschnittsbereich von dem Fluiddurchlass am meisten reduziert ist, einen ersten Verjüngungsabschnitt, der stromabwärts von dem Verengungsabschnitt angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, einen zweiten Verjüngungsabschnitt, der stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, und einen Endverjüngungsabschnitt, der in einen Bereich von einer Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt zu der Fluidstrahlöffnung angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern. Zusätzlich ist ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Verjüngungsabschnitt größer als ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Verjüngungsabschnitt. Wenn ein axialer Querschnitt umfassend eine axiale Linie von der Düse als ein Standardquerschnitt definiert wird, ist ein Endaufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt geringer als ein Auslassaufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem Verjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt.
Der Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Verjüngungsabschnitt wird somit größer als der Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Verjüngungsabschnitt, wobei dadurch die Düseneffizienz verbessert wird. Des Weiteren kann, da der Endaufweitungswinkel an der Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt geringer gemacht ist als der zweite Aufweitungswinkel, er die Ejektoreffizienz daran hindern abzunehmen.
Als ein Ergebnis kann er, selbst wenn das Fluid mit einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand in der Düse strömt, die Düseneffizienz und die Ejektoreffizienz daran hindern, reduziert zu werden.
Gemäß einem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Ejektor auf: eine Düse, welche ausgestaltet ist zum Dekomprimieren und zum Expandieren eines Fluids und um das Fluid von einer Fluidstrahlöffnung auszustoßen, eine Nadel, welche im Inneren von dem Fluiddurchlass von der Düse angeordnet ist, um sich in einer Fluidströmungsrichtung zu erstrecken, und einen Körper, welcher mit einem Fluidsauganschluss versehen ist, von welchem ein Fluid durch ein Hochgeschwindigkeitsstrahlfluid angesaugt wird, das von der Fluidstrahlöffnung ausgestoßen wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt, in welchem eine Geschwindigkeitsenergie von einer Fluidmischung zwischen dem Strahlfluid und einem Saugfluid, das von dem Fluidsauganschluss angesaugt wird, in eine Druckenergie davon umgewandelt wird. Eine innere umfängliche Oberfläche von der Düse, welche einen Fluiddurchlass definiert, umfasst des Weiteren einen Verengungsabschnitt, in welchem ein Fluiddurchlassquerschnittsbereich von dem Fluiddurchlass am meisten reduziert ist, eine innere umfängliche Oberfläche von der Düse, welche den Fluiddurchlass definiert, umfasst einen Verengungsabschnitt, in welchem ein Fluiddurchlassquerschnittsbereich von dem Fluiddurchlass am meisten reduziert ist, einen Verjüngungsabschnitt, der stromabwärts von dem Verengungsabschnitt angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, und einen Endverjüngungsabschnitt, der in einem Bereich von einer stromabwärtigen Seite von dem Verjüngungsabschnitt zu der Fluidstrahlöffnung angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern. Der Fluiddurchlass, welcher zwischen einer äußeren umfänglichen Oberfläche von der Nadel und dem Verjüngungsabschnitt definiert ist, umfasst einen ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt, in welchem der Fluiddurchlassquerschnittsbereich allmählich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid vergrößert wird, und einen zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt, welcher stromabwärts von dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern. Zusätzlich ist ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt größer als ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt. Wenn ein axialer Querschnitt umfassend eine axiale Linie von der Düse als ein Standardquerschnitt definiert wird, ist ein Endaufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt geringer als ein Auslassaufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem Verjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt.
Der Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt ist somit größer als der Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt. Selbst wenn ein gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Fluid, welches in der Düse strömt, dekomprimiert und expandiert wird während eines Hindurchgehens durch den Verengungsabschnitt und den Verjüngungsabschnitt in dieser Reihenfolge, kann daher der Durchlassbereich von der Düse größer gemacht werden, um einer Zunahme von dem Gasverhältnis zu entsprechen. Es kann dementsprechend weiterhin die Düseneffizienz ηnoz verbessert werden.
Weil der Endaufweitungswinkel geringer gemacht ist als der zweite Aufweitungswinkel, kann er des Weiteren eine Abnahme von der Ejektoreffizienz beschränken. Als ein Ergebnis kann er, selbst wenn das Fluid mit einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand in der Düse strömt, die Düseneffizienz und die Ejektoreffizienz ηe daran hindern, in dem Ejektor reduziert zu werden.
Erste und zweite Durchlassaufweitungsabschnitte bzw. ein erster und ein zweiter Durchlassaufweitungsabschnitt können zum Beispiel in einem Fluiddurchlass zwischen der inneren umfänglichen Oberfläche von dem Verjüngungsabschnitt von der Düse und der äußeren umfänglichen Oberfläche von der Nadel geformt sein. In diesem Fall kann ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt größer sein als ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt, und der Verjüngungsabschnitt kann durch einen ersten Verjüngungsabschnitt, der stromabwärts von dem Verengungsabschnitt vorgesehen ist, und einen zweiten Verjüngungsabschnitt, der stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt vorgesehen ist, ausgestaltet sein. Des Weiteren kann ein zweiter Aufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt größer sein als ein erster Aufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem ersten Verjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt, und eine äußere umfängliche Oberfläche von der Nadel, die radial im Inneren von dem Verjüngungsabschnitt positioniert ist, kann in einer geraden Linienform an dem Standardquerschnitt geformt sein.
Alternativ kann der Verjüngungsabschnitt in einer geraden Linienform an dem Standardquerschnitt geformt sein. Die Nadel, welche radial im Inneren von dem Verjüngungsabschnitt positioniert ist, kann des Weiteren einen ersten Reduzierungsabschnitt umfassen, in welchem der Querschnittsbereich allmählich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid reduziert wird, und einen zweiten Reduzierungsabschnitt, der stromabwärts von dem ersten Reduzierungsabschnitt vorgesehen ist, um allmählich den Querschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu reduzieren. Ein Grad der Reduzierung von dem Querschnittsbereich von dem ersten Reduzierungsabschnitt kann in diesem Fall geringer sein als ein Grad der Reduzierung von dem Querschnittsbereich von dem zweiten Reduzierungsabschnitt.
Alternativ kann der Verjüngungsabschnitt durch einen ersten Verjüngungsabschnitt, der stromabwärts von dem Verengungsabschnitt vorgesehen ist, und einen zweiten Verjüngungsabschnitt, der stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt vorgesehen ist, ausgestaltet sein. Die Nadel, welche radial im Inneren von dem ersten Verjüngungsabschnitt positioniert ist, welcher den ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt definiert, kann des Weiteren einen ersten Reduzierungsabschnitt umfassen, in welchem der Querschnittsbereich allmählich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid reduziert ist. In diesem Fall kann die Nadel, welche radial im Inneren von dem zweiten Verjüngungsabschnitt, welcher den zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt definiert, positioniert ist, einen zweiten Reduzierungsabschnitt umfassen, in welchem der Querschnittsbereich allmählich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid reduziert wird.
Weiterhin kann die innere umfängliche Oberfläche von der Düse des Weiteren einen Einführungsverjüngungsabschnitt umfassen, der in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt zu dem Verjüngungsabschnitt angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern. Ein Einführungsaufweitungswinkel an einer Auslassseite von dem Einführungsverjüngungsabschnitt an dem Standardquerschnitt ist in diesem Fall größer als der erste Aufweitungswinkel.
In diesem Fall kann der Fluiddurchlassquerschnittsbereich vergrößert werden, um der schnellen Volumenexpansion aufgrund einer schnellen Zunahme von dem Gasverhältnis bzw. Gasanteil unmittelbar nach dem Hindurchgehen durch den Verengungsabschnitt zu entsprechen, wobei dadurch weiterhin auf effektive Art und Weise die Düseneffizienz verbessert wird.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher offenbar werden von der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen hergenommen wird. In welchen:
1 ist eine schematische Gesamtdarstellung einer Kältemittelkreislaufvorrichtung vom Ejektortyp gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine axiale Querschnittsansicht, welche einen Ejektor gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Düse gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einem zweiten Aufweitungswinkel θ2 und einer Düseneffizienz ηnoz zeigt;
5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Düse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Düse gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Düse gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Düse gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Düse gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10 ist eine schematische Gesamtdarstellung, welche ein Beispiel von einer Kältemittelkreislaufvorrichtung vom Ejektortyp gemäß anderen Ausführungsformen zeigt;
11 ist eine schematische Gesamtdarstellung, welche ein anderes Beispiel einer Kältemittelkreislaufvorrichtung vom Ejektortyp gemäß anderen Ausführungsformen zeigt;
12 ist eine schematische Gesamtdarstellung, welche ein anderes Beispiel von einer Kältemittelkreislaufvorrichtung vom Ejektortyp gemäß anderen Ausführungsformen zeigt; und
13A ist ein Mollier-Diagramm, welches eine Dekomprimierungsstufe zeigt, wenn ein flüssiges Fluid in eine Düse strömt, und 13B ist ein Mollier-Diagramm, welches eine Dekomprimierungsstufe zeigt, wenn ein gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Fluid in eine Düse strömt.
Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unten mit Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Ejektor 16 der Erfindung überlicherweise in einer Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp von einer Klimaanlage für ein Fahrzeug angewendet.
Die 1 ist eine schematische Gesamtdarstellung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp der vorliegenden Ausführungsform. Bei der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp ist der Kompressor 11 ausgebildet, um Kältemittel anzusaugen und das angesaugte Kältemittel zu komprimieren. Der Kompressor 11 wird durch eine Antriebskraft von einer Maschine (nicht gezeigt) für das Fahren eines Fahrzeugs gedreht und angetrieben.
Als Kompressor 11 kann ein Kompressor von einer variablen Kapazität oder ein Kompressor mit einer fest eingestellten Verstellung bzw. Hubraum verwendet werden. Der Kompressor mit variabler Kapazität ist angepasst, um eine Kältemittelausstoßkapazität durch ein Verändern der Kältemittelausstoßmenge anzupassen. Der Kompressor mit fest eingestelltem Hubraum ist des Weiteren angepasst, um eine Kältemittelausstoßkapazität durch ein Verändern einer Betriebsrate von dem Kompressor einzustellen unter Verwenden einer Unterbrechung von der elektromagnetischen Kupplung. Wenn ein elektrischer Kompressor als Kompressor 11 verwendet wird, kann die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 eingestellt werden durch ein Einstellen der Drehzahl von dem elektrischen Motor.
Ein Kältemittelkühler 12 ist mit einer Kältemittelausstoßseite von dem Kompressor 11 verbunden. Der Kühler 12 ist ein Wärmestrahlungs-Wärmetauscher, in welchem Kältemittel von hohem Druck, das von dem Kompressor 11 augelassen wird, mit Außenluft (d. h. Luft außerhalb von der Fahrzeugfahrgastzelle), die durch ein Kühlgebläse 12a geblasen wird, einem Wärmeaustausch unterzogen wird, wobei dadurch ein Kühlen des Hochdruckkältemittels erfolgt. Das Kühlgebläse 12a ist ein elektrisches Gebläse, bei welchem die Drehzahl (Luftblasemenge) durch einen Steuerspannungsausgang von einer Klimaanlagensteuereinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert wird.
Bei der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp der vorliegenden Ausführungsform kann ein Kältemittel auf Freonbasis verwendet werden. In diesem Fall ist die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp ausgebildet, um einen unterkritischen Kältemittelkreislauf zu bilden, in welchem der Kältemitteldruck von der Hochdruckseite nicht höher wird als der kritische Druck von dem Kältemittel. Der Kühler 12 ist somit als ein Kondensator angepasst, in welchem das Kältemittel kondensiert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Kältemittel ein Beispiel von einem Fluid.
Ein Sammler 12b ist mit einer Kältemittelauslassseite von dem Kühler 12 verbunden. Der Sammler 12b ist ein Gas-Flüssigkeit-Separator, in welchem das Kältemittel, das von dem Kühler 12 ausströmt, in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt wird, und das überschüssige flüssige Kältemittel wird in dem Sammler 12b gespeichert. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Kühler und der Sammler 12b integral ausgebildet, der Kühler 12 und der Sammler 12b können jedoch separat voneinander ausgebildet sein.
Als Kühler 12 kann des Weiteren ein Kondensator vom Unterkühlungstyp verwendet werden, um einen Kondensationswärmeaustauschabschnitt zum Kühlen und zum Kondensieren des Kältemittels zu umfassen, einen Sammlerabschnitt, in welchem das Kältemittel, das von dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt eingeführt wird, in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt wird, und einen Überkühlungswärmeaustauschabschnitt, in welchem das gesättigte, flüssige Kältemittel von dem Sammlerabschnitt überkühlt (engl.: super-cooled) wird.
Ein Expansionsventil 13 als ein variabler Drosselmechanismus ist mit einem Flüssigkältemittelauslass von dem Sammler 12b verbunden. Das Expansionsventil 13 ist angepasst als ein Dekomprimierungsmittel zum Dekomprimieren des flüssigen Hochdruckkältemittels, das aus dem Sammler 12b ausströmt, in ein Kältemittel von mittlerem Druck von einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand und ist ebenso angepasst als ein Strömungseinstellungsmittel zur Einstellung einer Strömungsmenge von dem Kältemittel, um in Richtung nach stromabwärts von dem Expansionsventil 13 zu strömen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein thermisches Expansionsventil als das Expansionsventil 13 verwendet. Speziell weist das thermische Expansionsventil einen Temperaturerfassungsabschnitt 13a auf, der in einem Kältemitteldurchlass an einer Kältemittelauslassseite von einer Ausstoßseite des Verdampfers 17, welche später beschrieben wird, angeordnet ist. Das thermische Expansionsventil 13 ist ein variabler Drosselmechanismus, bei welchem ein Überhitzungsgrad von dem Kältemittel an der Kältemittelauslassseite von der Ausstoßseite des Verdampfers 17 basierend auf der Temperatur und dem Druck des Kältemittels an der Kältemittelauslassseite von der Ausstoßseite des Verdampfers 17 erfasst wird und sein Ventilöffnungsgrad (Kältemittelströmungsmenge) durch Verwenden eines mechanischen Mechanismus derart eingestellt wird, dass der Überhitzungsgrad von dem Kältemittel an der Kältemittelauslassseite von der Ausstoßseite des Verdampfers 17 auf einen vorherbestimmten Wert angenähert wird.
Ein Abzweigungsabschnitt 14 ist mit einer Kältemittelauslassseite des Expansionsventils 13 verbunden, um die Strömung von einem gasförmigen-flüssigen Mitteldruckkältemittel, das durch das Expansionsventil 13 dekomprimiert und expandiert wurde, in zwei Ströme zu verzweigen. Der Abzweigungsabschnitt 14 ist zum Beispiel eine Drei-Wege-Anschlussstruktur, welche drei Anschlüsse aufweist, die als ein Kältemitteleinlass und als zwei Kältemittelauslässe verwendet werden. Der Abzweigungsabschnitt 14 kann durch ein Verbinden einer Mehrzahl von Rohren ausgebildet sein oder kann durch ein Vorsehen einer Mehrzahl von Kältemitteldurchlässen in einem Metallblockelement oder in einem Kunststoffblockelement ausgebildet sein.
Ein Kältemittel, das in dem Abzweigungsabschnitt 14 abgezweigt wurde, strömt in ein düsenseitiges Rohr 15a, das einen Kältemittelauslass von dem Abzweigungsabschnitt 14 und den Einlass von der Düse 161 von dem Ejektor 16 miteinander verbindet. Das andere Kältemittel, welches in dem Abzweigungsabschnitt 14 abgezweigt wird, strömt in ein saugseitiges Rohr 15b, welches den anderen Kältemittelauslass von dem Abzweigungsabschnitt 14 und einen Kältemittelsauganschluss 162a bzw. Kältemittelsaugöffnung von dem Ejektor 16 miteinander verbindet.
Der Ejektor 16 ist als ein Kältemitteldekomprimierungsmittel zum Dekomprimieren und Expandieren von einem Kältemittel von hohem Druck angepasst und als ein Kältemittelzirkulationsmittel zum Zirkulierenlassen des Kältemittels durch die Saugwirkung von einem Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom, der von der Düse 161 ausgestoßen wird. Eine detaillierte Struktur von dem Ejektor 16 wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben werden. Die 2 ist eine axiale Querschnittsansicht, welche eine axiale Linie 4 von der Düse 161 des Ejektors 16 umfasst, und die 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche die Düse 161 der 2 zeigt. Der Querschnitt von der Düse 161, der in den 2 und 3 gezeigt ist, ist der grundlegende Querschnitt davon.
Der Ejektor 16 der Ausführungsform ist ausgebildet, um die Düse 161 und einen Körper 162 aufzuweisen. Als erstes wird die Düse 161 von einem annähernd zylindrischen Element, das aus einem Metall (zum Beispiel Messing, einer Edelstahllegierung) hergestellt ist, geformt. Wie es in der 3 gezeigt ist, wird die Düse 161 in einer verjüngten Form geformt, die sich in Richtung zu einer Kältemittelströmungsrichtung verjüngt. Im Inneren der Düse 161 wird ein Kältemitteldurchlass (d. h. ein Fluiddurchlass), durch welchen das Kältemittel, das von dem düsenseitigen Rohr 15a strömt, strömt, entlang der axialen Linie ϕ gebildet.
Der Kältemitteldurchlass der Düse 161 ist durch eine innere umfängliche Oberfläche von der Düse 161 geformt und definiert. Durch ein geeignetes Ändern einer radialen Abmessung von dem Kältemitteldurchlass der Düse 161 kann der Querschnittsbereich des Kältemitteldurchlasses (Fluiddurchlassquerschnittsbereich) von dem Kältemitteldurchlass der Düse 161 in geeigneter Art und Weise geändert werden. Der Kältemitteldurchlass der Düse 161 ist somit ausgebildet durch ein Kombinieren einer Mehrzahl von zylindrischen Räumen, die auf der gleichen axialen Linie angeordnet sind, und/oder einer Mehrzahl von Kornräumen (engl.: corn spaces), die auf der gleichen axialen Linie angeordnet sind.
Die innere umfängliche Oberfläche von der Düse 161 ist noch genauer mit einer Kältemittelstrahlöffnung (Fluidstrahlöffnung) 161a, einem Verengungsabschnitt 161b und einem Verjüngungsabschnitt 161c versehen. Die Kältemittelstrahlöffnung 161a ist an dem am meisten stromabwärts gelegenen Abschnitt in dem Kältemitteldurchlass der Düse 161 derart vorgesehen, dass das Kältemittel von der Kältemittelstrahlöffnung 161a ausgestoßen wird. Der Verengungsabschnitt 161b ist der am meisten gedrosselte Abschnitt in dem Querschnittsbereich des Kältemitteldurchlasses und ist in einem mittleren Abschnitt von dem Kältemitteldurchlass der Düse 161 vorgesehen. Der Verjüngungsabschnitt 161c ist in der Düse 161 stromabwärts von dem Verengungsabschnitt 161b in der Kältemittelströmung vorgesehen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Düse 161 so wie in einer Laval-Düse ausgestaltet, derart, dass das Kältemittel, welches in der Düse 161 strömt, in einem Isoentropie-Zustand dekomprimiert und expandiert wird, wobei dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das von der Kältemittelstrahlöffnung 161a ausgestoßen wird, auf die Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird.
Ein Endverjgüngsabschnitt 161d ist des Weiteren in der inneren umfänglichen Oberfläche von der Düse 161 in einem Endabschnitt angrenzend zu der Kältemittelstrahlöffnung 161a von dem Kältemitteldurchlass vorgesehen. Das heißt, der Endverjüngungsabschnitt 161d ist in einem Bereich von einer Auslassseite von dem Verjüngungsabschnitt 161c zu der Kältemittelstrahlöffnung 161a derart vorgesehen, dass der Kältemitteldurchlassbereich allmählich vergrößert wird in Richtung zu der Kältemittelströmungsrichtung.
Der Verjüngungsabschnitt 161c ist in einen ersten und einen zweiten Verjüngungsabschnitt 161e, 161f unterteilt. Wenn ein Aufweitungswinkel von einer Auslassseite von dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e auf dem Standardquerschnitt ein erster Aufweitungswinkel θ1 ist, wenn ein Aufweitungswinkel von einer Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt 161f an dem Standardquerschnitt ein zweiter Aufweitungswinkel θ2 ist und wenn ein Aufweitungswinkel von einer Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt 161d an dem Standardquerschnitt ein Endaufweitungswinkel θ3 ist, werden die Aufweitungswinkel θ1, θ2, θ3 eingestellt, um die nachfolgenden Formeln F3 und F4 zu erfüllen. θ1 < θ2 (F3) θ2 > θ3 (F4)
Das bedeutet, der zweite Aufweitungswinkel θ2 ist größer als der erste Aufweitungswinkel θ1, und der Endaufweitungswinkel θ3 ist kleiner als der zweite Aufweitungswinkel θ2. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird speziell der zweite Aufweitungswinkel θ2 gleich zu oder größer als 1,33 von dem ersten Aufweitungswinkel θ1 hergestellt. Der zweite Aufweitungswinkel θ2 ist noch genauer in etwa in einem Bereich von dem 1,4- zu dem 2,0-Fachen von dem ersten Aufweitungswinkel θ1 hergestellt (d. h. θ2/θ1 = 1,4 – 2,0).
Das bedeutet, ein Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich des zweiten Verjüngungsabschnitts 161f wird größer gemacht als ein Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich des ersten Verjüngungsabschnitts 161e, und ein Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich des Endverjüngungsabschnitts 161d wird geringer gemacht als ein Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich des zweiten Verjüngungsabschnitts 161f.
Der erste Verjüngungsabschnitt 161e und der zweite Verjüngungsabschnitt 161f sind an einem Verbindungsabschnitt durch ein Abfasen glatt miteinander verbunden, und der zweite Verjüngungsabschnitt 161f und der Endverjüngungsabschnitt 161d sind an einem Verbindungsabschnitt durch ein Abfasen bzw. Abrunden glatt miteinander verbunden. Es kann somit der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich daran gehindert werden, an dem jeweiligen Verbindungsabschnitt rasch beschränkt zu werden, wobei dadurch der Verlust an kinetischer Energie von dem Kältemittel reduziert wird.
Der erste Aufweitungswinkel θ1 an der Auslassseite von dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e ist der Aufweitungswinkel an der am meisten stromabwärts gelegenen Seite von dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e, außer für den abgefasten Abschnitt. Das bedeutet, der erste Aufweitungswinkel θ1 ist der Winkel, welcher durch die tangentialen Linien an dem am meisten stromabwärts gelegenen Abschnitt von dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e an dem Standardquerschnitt definiert wird. Der zweite Aufweitungswinkel θ2 und der Endaufweitungswinkel θ3 sind ebenso auf eine ähnliche Art und Weise wie der erste Aufweitungswinkel θ1 definiert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind des Weiteren der erste Verjüngungsabschnitt 161e und der Endverjüngungsabschnitt 161d in einer Linienform an dem Standardquerschnitt geformt, und der zweite Verjüngungsabschnitt 161f ist in einer gekrümmten Linie mit einer Konvexität an der radialen inneren Seite von dem Kältemitteldurchlass an dem Standardquerschnitt geformt.
Die Düse 161 wird im Inneren des Körpers 162 aufgenommen und wird an dem Körper 162 durch ein Einpassen oder ähnliches befestigt, wobei dadurch das Kältemittel daran gehindert wird, von dem eingepassten Abschnitt (Befestigungsabschnitt) der Düse 161 auszutreten. Wenn eine Kältemittelleckstelle von dem Befestigungsabschnitt der Düse 161 verhindert werden kann, kann die Düse 161 an dem Körper 162 unter Verwenden eines Verbindungsmittels, wie eines Klebens, eines Schweißens, eines Presseinpassens, eines Lötens und ähnlichem, verbunden und befestigt werden.
Der Körper 162 ist aus einem annähernd zylindrischen Metall (z. B. Aluminium) gebildet. Der Körper 162 ist als ein Befestigungselement zum Tragen und Befestigen der Düse 161 darin angepasst und definiert eine äußere Hülle von dem Ejektor 16. Der Körper 162 kann aus einem Kunststoff bzw. Harz hergestellt sein, wenn die obige Funktion in dem Körper 162 erhalten werden kann. Der Körper 162 ist mit einem Kältemittelsauganschluss (d. h. Fluidsauganschluss) 162a, einem Saugdurchlass 162b, einem Diffusorabschnitt 162c als Druckerhöhungsabschnitt und ähnlichem versehen.
Der Kältemittelsauganschluss 162a ist ein Durchgangsloch, das vorgesehen ist, um durch das Innere und das Äußere des Körpers 162 hindurchzutreten. Der Kältemittelsauganschluss 162a ist derart vorgesehen, dass das Kältemittel, das aus dem saugseitigen Verdampfer 19 herausströmt, in den Ejektor 16 durch eine Saugwirkung eingesaugt wird, die aufgrund einer Druckabnahme des Einspritzkältemittels verursacht wird. Der Kältemittelsauganschluss 162a ist an einer äußeren umfänglichen Seite von der Düse 161 positioniert und wird hergestellt, um mit der Kältemittelstrahlöffnung 161a über den Saugdurchlass 162b zu kommunizieren.
Somit wird ein Einlassraum zum Einführen des Kältemittels darin nahe an dem Kältemittelsauganschluss 162a in dem Körper 162 gebildet, und der Saugdurchlass 162b ist in einem Raum zwischen einer äußeren umfänglichen Oberfläche des verjüngten Endabschnitts von der Düse 161 und einer inneren umfänglichen Oberfläche von dem Körper 162 derart gebildet, um das Saugkältemittel, welches in das Innere des Körpers 162 strömt, zu dem Diffusorabschnitt 162c einzuführen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kältemitteldurchlassbereich des Saugdurchlasses 162b verändert, um sich allmählich in Richtung nach stromabwärts von dem Kältemittelstrom zu verringern, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Saugkältemittels, welches durch den Saugdurchlass 162b strömt, erhöht wird, um der Strömungsgeschwindigkeit des Strahlkältemittels angenähert zu werden.
Der Diffusorabschnitt 162c ist ausgestaltet, um das Strahlkältemittel, das von der Düse 161 ausgestoßen wird, und das Saugkältemittel, welches von dem Kältemittelsauganschluss 162a angesaugt wird, zu mischen und die kinetische Energie des gemischten gasförmigen-flüssgen Zwei-Phasen-Kältemittels in Druckenergie umzuwandeln. Noch genauer ist der Diffusorabschnitt 162c geformt, um einen Kältemitteldurchlass aufzuweisen, in welchem der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich allmählich in Richtung zu der Kältemittelströmungsrichtung vergrößert wird, wobei dadurch der Kältemitteldruck erhöht wird durch ein Verlangsamen der Kältemittelströmung.
Der Kältemitteldurchlass des Diffusorabschnitts 162c ist des Weiteren derart geformt, dass der Aufweitungsgrad des Kältemitteldurchlassquerschnittsbereichs von dem Diffusorabschnitt 162c an seiner Einlassseite stärker geändert ist als der Aufweitungsgrad von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich des Diffusorabschnitts 162c an seiner Auslassseite. Das heißt, an der Einlassseite von dem Diffusorabschnitt 162c wird der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich schneller erweitert als der durchschnittliche Erweiterungsgrad von der Einlassseite zu der Auslassseite von dem Diffusorabschnitt 162c. Im Gegensatz dazu wird an der Auslassseite von dem Diffusorabschnitt 162c der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich allmählicher bzw. geringer erweitert als der durchschnittliche Erweiterungsgrad von dem Einlass zu dem Auslass von dem Diffusorabschnitt 162c.
An dem Standardquerschnitt, d. h. dem Abschnitt umfassend die axiale Linie ϕ, ist die Querschnittsform von dem einlassseitigen Kältemitteldurchlass des Diffusorabschnitts 162c in einer gekrümmten Linie geformt, die in einer Konvexität in Richtung zu der inneren umfänglichen Seite gekrümmt ist, und die Querschnittsform von dem auslassseitigen Kältemitteldurchlass des Diffusorabschnitts 162c ist in einer gekrümmten Linie geformt, die in einer Konvexität in Richtung zu der äußeren umfänglichen Seite gekrümmt ist. Es kann somit eine Trennung von dem Kältemittel in dem Auslassabschnitt des Diffusorabschnitts 162c eingeschränkt werden, wobei dadurch der Verlust an Energie, die in dem Kältemittel enthalten ist, reduziert wird.
Der auslassseitige Verdampfer 17 ist stromabwärts von dem Diffusorabschnitt 162c des Ejektors 162 angeordnet, wie es in der 1 gezeigt ist. Der auslassseitige Verdampfer 17 ist ein wärmeabsorbierender Wärmetauscher, in welchem das Kältemittel, das aus dem Diffusorabschnitt 162c herausströmt, einem Wärmeaustausch mit Luft unterzogen wird, die durch einen Gebläselüfter 17a geblasen wird, wobei dadurch das Kältemittel verdampft wird, um Wärmeabsorbierungswirkung aufzuweisen.
Der Gebläselüfter 17a ist ein elektrisches Gebläse, in welchem die Drehzahl (Luftblasemenge) durch einen Steuerspannungsausgang von der Klimaanlagensteuerungseinrichtung gesteuert wird. Der Kältemittelauslass von dem auslassseitigen Verdampfer 17 ist mit einem Kältemittelsauganschluss von dem Kompressor 11 gekoppelt.
Das saugseitige Rohr 15b, in welchem das andere in dem Abzweigungsabschnitt 14 abgezweigte Kältemittel strömt, ist mit dem Kältemittelsauganschluss 162a des Ejektors 16 über einen Drosselmechanismus 18 und einen saugseitigen Verdampfer 19 verbunden. Der Drosselmechanismus 18 ist als ein Dekomprimierungsmittel zum Dekomprimieren des Kältemittels angepasst, um in den saugseitigen Verdampfer 19 zu strömen, und ist ebenfalls als ein Strömungseinstellungsmittel zum Einstellen einer Strömungsmenge des Kältemittels zum Strömen in den saugseitigen Verdampfer 19 angepasst. Als Drosselmechanismus 18 kann eine fest eingestellte Drossel, wie zum Beispiel ein Kapillarrohr, eine Öffnung oder ähnliches, verwendet werden.
Der saugseitige Verdampfer 19 ist ausgebildet, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel, das aus dem Drosselmechanismus 18 herausströmt, und Luft, die durch den Gebläselüfter 17a geblasen wird und durch den auslassseitigen Verdampfer 17 hindurchgegangen ist, auszuführen, und ist angepasst als ein wärmeabsorbierender Wärmetauscher, in welchem das Kältemittel verdampft wird, um so einen wärmeabsorbierenden Vorgang auszuüben. Der Kältemittelauslass von dem saugseitigen Verdampfer 19 ist mit dem Kältemittelsauganschluss 162a des Ejektors 162 gekoppelt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl der auslassseitige Verdampfer 17 als auch der saugseitige Verdampfer 19 integral miteinander zusammengebaut. Die durch den Gebläselüfter 17a geblasene Luft strömt wie bei dem Pfeil 100. Somit wird die Luft, welche durch den Gebläselüfter 17a geblasen wird, zunächst in dem auslassseitigen Verdampfer 17 gekühlt und wird weiter in dem saugseitigen Verdampfer 19 gekühlt und strömt dann in einem Raum, welcher zu kühlen ist (z. B. Fahrzeugfahrgastzelle). Bei der vorliegenden Ausführungsform kann somit der gleiche Raum, welcher zu kühlen ist (z. B. Fahrzeugfahrgastzelle), gekühlt werden unter Verwenden von sowohl dem auslassseitigen Verdampfer 17 als auch dem saugseitigen Verdampfer 19.
Als nächstes wird der Betrieb der oben beschriebenen Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Wenn der Kompressor 11 durch eine Fahrzeugmaschine bzw. Fahrzeugmotor angetrieben wird, strömt ein Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck, das von dem Kompressor 11 ausgelassen wird, in den Kühler 12. Der Kühler 12 ist ausgebildet, um das Hochtemperaturkältemittel unter Verwenden von Außenluft zu kühlen und zu kondensieren.
Das Hochdruckkältemittel, welches aus dem Kühler 12 herausströmt, strömt in den Sammler 12b und wird in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel in dem Sammler 12b getrennt.
Das getrennte flüssige Kältemittel, welches aus dem Sammler 12b herausströmt, strömt in das Expansionsventil 13 und wird in dem Expansionsventil 13 auf einen mittleren Druck von einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand dekomprimiert und expandiert. Danach strömt das dekomprimierte und expandierte Kältemittel, das aus dem Expansionsventil 13 herausströmt, in den Abzweigungsabschnitt 14. Zu diesem Zeitpunkt stellt das Expansionsventil 13 die Strömungsmenge von dem Kältemittel ein, das in Richtung stromabwärts strömt, so dass der Überhitzungsgrad von dem Kältemittel an der Auslassseite von dem auslassseitigen Verdampfer 17 an den vorherbestimmten Wert angenähert wird.
Das durch das Expansionsventil 13 dekomprimierte und expandierte Kältemittel strömt in den Abzweigungsabschnitt 14 und wird durch den Abzweigungsabschnitt 14 in einen Strom von Kältemittel verzweigt, der in das düsenseitige Rohr 15a strömt, und einen Strom von Kältemittel, welcher in das saugseitige Rohr 15b strömt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Strömungsverhältnis Gnoz/Ge von einem Betrag des Kältemittelstroms Gnoz, welcher in das düsenseitige Rohr 15a strömt, zu einem Betrag des Kältemittelstroms Ge, welcher in das saugseitige Rohr 15b strömt, bestimmt unter Verwenden von Strömungscharakteristika (Druckverlustcharakteristika) von der Düse 161 und dem Drosselmechanismus 18, wobei dadurch eine hohe Leistungsziffer (engl.: coefficient of performance COP) in dem gesamten Kreislauf erreicht wird.
Das Mitteldruckkältemittel von einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand, welches über das düsenseitige Rohr 15a in den Ejektor 16 strömt, wird weiter durch die Düse 161 dekomprimiert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie von dem Kältemittel in der Düse 161 umgewandelt, und gasförmiges-flüssiges Kältemittel wird mit einer hohen Geschwindigkeit von der Kältemittelstrahlöffnung 161a der Düse 161 ausgestoßen. Das gasförmige Kältemittel, das in dem saugseitigen Verdampfer 19 verdampft wird, wird somit in den Ejektor 16 von dem Kältemittelsauganschluss 162a durch das Kältemittel von hoher Geschwindigkeit angesaugt, das von der Kältemittelstrahlöffnung 161a ausgestoßen wird.
Das Strahlkältemittel, das von der Düse 161 ausgestoßen wird, und das Saugkältemittel, das von dem Kältemittelsauganschluss 162a angesaugt wird, strömen des Weiteren in den Diffusorabschnitt 162c des Ejektors 16. In dem Diffusorabschnitt 162c werden das Strahlkältemittel und das Saugkältemittel gemischt. Der Durchlassquerschnittsbereich wird des Weiteren in dem Diffusorabschnitt 162c in Richtung nach stromabwärts derart vergrößert, dass die Geschwindigkeitsenergie von dem Kältemittel in die Druckenergie davon umgewandelt wird, wobei dadurch der Druck von dem Kältemittel erhöht wird.
Das Kältemittel, welches aus dem Diffusorabschnitt 162c des Ejektors 16 herausströmt, strömt in den auslassseitigen Verdampfer 17. In dem auslassseitigen Verdampfer 17 wird das Kältemittel von niedrigem Druck, welches darin strömt, verdampft durch ein Absorbieren von Wärme von Luft, die durch den Gebläselüfter 17a geblasen wird. Die Luft, welche durch den Gebläselüfter 17a geblasen wird, kann daher durch den auslassseitigen Verdampfer 17 gekühlt werden. Das gasförmige Kältemittel, welches aus dem auslassseitigen Verdampfer 17 herausströmt, wird in den Kompressor 11 eingesaugt und wird wiederum komprimiert.
Das Kältemittel, welches in das saugseitige Rohr 15b strömt, wird durch den Drosselmechanismus 18 dekomprimiert und expandiert, um ein Niedrigdruckkältemittel zu werden, und das Niedrigdruckkältemittel strömt in den saugseitigen Verdampfer 19. In dem saugseitigen Verdampfer 19 wird das Kältemittel von niedrigem Druck, welches darin strömt, verdampft durch ein Absorbieren von Wärme von der Luft, die durch den Gebläselüfter 17a geblasen wird und welche durch den auslassseitigen Verdampfer 17 hindurchgegangen ist.
Die Luft, welche durch den Gebläselüfter 17a geblasen wird, wird daher weiter durch den auslassseitigen Verdampfer 19 gekühlt und wird dann in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs geblasen. Das gasförmige Kältemittel, welches aus dem saugseitigen Verdampfer 19 herausströmt, wird in den Ejektor 16 von dem Kältemittelsauganschluss 162a angesaugt, wie es oben beschrieben wurde.
Bei der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp der vorliegenden Ausführungsform wird das Kältemittel, welches aus dem Diffusorabschnitt 162c von dem Ejektor 16 herausströmt, zu dem auslassseitigen Verdampfer 17 geliefert, und das Kältemittel, das in dem saugseitigen Rohr 15b strömt, wird an den saugseitigen Verdampfer 19 über den Drosselmechanismus 18 geliefert. Die Kühlwirkung kann somit in sowohl dem auslassseitigen Verdampfer 17 als auch im saugseitigen Verdampfer 19 gleichzeitig erzielt werden.
Die Luft, welche durch den Gebläselüfter 17a geblasen wird, strömt so wie bei dem Pfeil 100. Die durch den Gebläselüfter 17a geblasene Luft geht somit durch den auslassseitigen Verdampfer 17 und den saugseitigen Verdampfer 19 in dieser Reihenfolge hindurch und strömt dann in den gleichen zu kühlenden Raum. Durch die Unterdrucksetzungswirkung von dem Diffusorabschnitt 162c kann die Kältemittelverdampfungstemperatur von dem saugseitigen Verdampfer 19 niedriger gemacht werden als diejenige von der Kältemittelverdampfungstemperatur des auslassseitigen Verdampfers 17. Eine Temperaturdifferenz zwischen der geblasenen Luft und der Kältemittelverdampfungstemperatur kann somit in sowohl dem auslassseitigen Verdampfer 17 als auch dem saugseitigen Verdampfer 19 sichergestellt werden, wobei dadurch ein Kühlen der geblasenen Luft auf effektive Art und Weise erreicht wird.
Da die stromabwärtige Seite von dem auslassseitigen Verdampfer 17 mit der Kältemittelsaugseite von dem Kompressor 11 verbunden ist, kann das Kältemittel, das in dem Diffusorabschnitt 162c unter Druck gesetzt wird, in den Kompressor 11 eingesaugt werden. Der Saugdruck des Kältemittels von dem Kompressor 11 kann daher erhöht werden, und die Antriebsleistung des Kompressors 11 kann reduziert werden. Somit kann die Leistungsziffer COP auf effektive Art und Weise in dem gesamten Kreislauf der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp verbessert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann des Weiteren die Ejektoreffizienz ηe verbessert werden, da der oben erwähnte Ejektor 16 eingesetzt wird, und dadurch kann die Leistungsziffer COP auf effektive Art und Weise verbessert werden. Das bedeutet, bei dem Ejektor 16 der vorliegenden Ausführungsform ist der Verjüngungsabschnitt 161c, welcher den Kältemitteldurchlass der Düse 161 definiert, in den ersten und zweiten Verjüngungsabschnitt 161e, 161f unterteilt.
Der Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Verjüngungsabschnitt 161f ist des Weiteren größer gemacht als der Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e, derart, dass der erste Aufweitungswinkel θ1 an der Auslassseite von dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e an dem Standardquerschnitt und der zweite Aufweitungswinkel θ2 an der Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt 161f an dem Standardquerschnitt hergestellt sind, um die Beziehung der Formel F3 zu erfüllen.
Selbst wenn gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Kältemittel, das in der Düse 161 strömt, dekomprimiert und expandiert wird während eines Hindurchgehens durch den ersten Verjüngungsabschnitt 161e und den zweiten Verjüngungsabschnitt 161f in dieser Reihenfolge, kann somit der Kältemitteldurchlassbereich der Düse 161 vergrößert werden, um der Volumenexpansion bzw. Volumenerweiterung zu entsprechen, selbst wenn das Fluidvolumen durch die Zunahme des Gasverhältnisses bzw. Gasanteils erweitert wird. In diesem Fall ist es möglich, effektiv den Verlust aufgrund des Durchlasswiderstands zu reduzieren, wenn das Kältemittel durch den ersten Verjüngungsabschnitt 161e und den zweiten Verjüngungsabschnitt 161f in dieser Reihenfolge hindurchgeht. Die Dekomprimierungsphase des Kältemittels in der Düse 161 kann somit an die isoentropisch gekrümmte Linie angenähert werden, wobei dadurch die Düseneffizienz ηnoz verbessert wird.
Des Weiteren werden der Endaufweitungswinkel θ3 an der Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt 161d an dem Standardquerschnitt und der zweite Aufweitungswinkel θ2 eingestellt, um die Beziehung der Formel F4 zu erfüllen, wobei dadurch das Strahlkältemittel, welches von der Kältemittelstrahlöffnung 161a ausgestoßen wird, darin beschränkt wird, unnötigerweise in einer radialen Richtung, die senkrecht zu der axialen Linie ϕ ist, expandiert zu werden.
Das Saugkältemittel, welches in den Ejektor 16 von dem Kältemittelsauganschluss 162a angesaugt wird, strömt leicht in das Innere des Ejektors 16, und es kann verhindert werden, dass die Strömungsmenge Ge von dem Saugkältemittel reduziert wird. Als ein Ergebnis kann es, selbst wenn das Kältemittel mit einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand in der Düse 161 strömt, verhindert werden, dass die Düseneffizienz ηnoz und die Ejektoreffizienz ηe reduziert werden, wobei dadurch die Leistungsziffer COP effektiv verbessert wird.
Bei dem Ejektor 16 der vorliegenden Ausführungsform ist des Weiteren der zweite Verjüngungsabschnitt 161f in einer gekrümmten Linie mit einer leichten Konvexität an der Innenseite von dem Kältemitteldurchlass an dem Standardquerschnitt geformt. Selbst wenn der Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von dem zweiten Verjüngungsabschnitt 161f leicht verändert wird, kann somit die Dekomprimierungsstufe von dem Kältemittel in der Düse 161 weiter an die Dekomprimierungsstufe von der isoentropisch gekrümmten Linie angenähert werden. Eine Abnahme der Düseneffizienz ηnoz kann somit effektiv verhindert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der zweite Verjüngungsabschnitt 161f in einer Form von einer geraden Linie auf dem Standardquerschnitt geformt sein. Selbst in diesem Fall kann der zweite Verjüngungsabschnitt 161f leicht hergestellt werden, um die Herstellungskosten zu reduzieren, während die Dekomprimierungsphase von dem Kältemittel in der Düse 161 an die Dekomprimierungsphase der isoentropisch gekrümmten Linie angenähert werden kann, um eine Abnahme der Düseneffizienz ηnoz zu verhindern.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann des Weiteren, da der zweite Aufweitungswinkel θ2 gleich zu oder größer als das 1,33-Fache von dem ersten Aufweitungswinkel θ1 gemacht ist (d. h. θ2/θ1 ≥ 1,33), die Düseneffizienz ηnoz auf stabile Weise verbessert werden. Die Details werden mit Bezugnahme auf die 4 beschrieben werden. Die 4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem zweiten Aufweitungswinkel θ2 und der Düseneffizienz ηnoz zeigt.
In der 4 werden noch genauer die Beziehungen zwischen dem zweiten Aufweitungswinkel θ2 und der Düseneffizienz ηnoz geschätzt, wenn ein gasförmiges-flüssiges Kältemittel, welches vorherbestimmte Druckdifferenzen aufweist, in der Düse 161 strömt in einem Fall, in welchem die Düse 161 mit dem ersten Aufweitungswinkel von θ1 von 0,75 Grad (θ) verwendet wird. Der Druck des Kältemittels auf der Auslassseite der Düse 161 wird des Weiteren in einem Bereich von 0,248 MPa–0,428 MPa geändert.
Wie es in der 4 gezeigt ist, ist, wenn der zweite Aufweitungswinkel θ2 in einem Bereich von 0,5° bis 1° liegt, die Düseneffizienz in etwa gleich unabhängig von dem Kältemitteldruck an der Kältemittelauslassseite der Düse 161. Wenn jedoch der zweite Aufweitungswinkel θ2 gleich ist zu oder größer ist als 1 (d. h. θ2/θ1 ≥ 1,33), kann die Düseneffizienz erhöht werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform können als ein Ergebnis, selbst wenn das Kältemittel mit einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand in der Düse 161 strömt, die Düseneffizienz ηnoz und die Ejektoreffizienz ηe in dem gesamten Kreislauf daran gehindert werden, reduziert zu werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann des Weiteren, da der oben erwähnte Ejektor 16 für die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp verwendet wird, die Leistungsziffer COP auf effektive Art und Weise in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp verbessert werden.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie es in der 5 gezeigt ist, ein Einführungsverjüngungsabschnitt 161g zusätzlich mit Bezug auf die Düse 161 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform vorgesehen. Der Einführungsverjüngungsabschnitt 161g ist an der inneren umfänglichen Oberfläche vorgesehen, welche den Kältemitteldurchlass der Düse 161 definiert, in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt 161b zu dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e in der Kältemittelströmungsrichtung, derart, dass der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich allmählich in Richtung zu der Kältemittelströmungsrichtung vergrößert wird.
Die 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Düse 161 der vorliegenden Ausführungsform und ist eine Zeichnung entsprechend zu der 3 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. In der 5 werden ähnliche Teile oder entsprechende Teile zu denjenigen der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dies trifft ebenso auf die nachfolgenden Zeichnungen zu.
Der Einführungsverjüngungsabschnitt 161g ist geformt, um die nachfolgende Formel F5 zu erfüllen, wenn ein Aufweitungswinkel an der Auslassseite von dem Einführungsverjüngungsabschnitt 161g an dem Standardquerschnitt θin ist. θin > θ1 (F5)
Das heißt, der Einführungsaufweitungswinkel θin wird größer gemacht als der erste Aufweitungswinkel θ1. Der Grad der Zunahme des Kältemitteldurchlassquerschnittsbereichs in dem Einführungsverjüngungsabschnitt 161g ist somit größer als der Grad der Zunahme des Kältemitteldurchlassquerschnittsbereichs in dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist des Weiteren der Einführungsverjüngungsabschnitt 161g in einer gekrümmten Linie geformt mit einer leichten Konvexität an der radialen äußeren Seite von dem Kältemitteldurchlass der Düse 161 an dem Standardquerschnitt. Der Einführungsverjüngungsabschnitt 161g und der erste Verjüngungsabschnitt 161e sind glatt miteinander an einem Verbindungsabschnitt durch ein Rundabfasen verbunden, ähnlich zu dem anderen Verbindungsabschnitt der ersten Ausführungsform.
Andere Ausgestaltungen und der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform sind ähnlich zu denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform können somit, selbst wenn das Kältemittel mit einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand in der Düse 161 von dem Ejektor 16 strömt, die Düseneffizienz ηnoz und die Ejektoreffizienz ηe in dem gesamten Ejektor 16 daran gehindert werden, reduziert zu sein, ähnlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind des Weiteren der Einführungsaufweitungswinkel θin und der erste Aufweitungswinkel θ1 eingestellt, um die Beziehung der Formel F5 zu erfüllen, wobei dadurch die Düseneffizienz ηnoz weiterhin effektiv verbessert wird.
Wenn ein gasförmiges-flüssiges Zwei-Phasen-Kältemittel, das in der Düse 161 strömt, dekomprimiert und expandiert wird, während es durch den Verengungsabschnitt 161b, den Einführungsverjüngungsabschnitt 161g, den ersten Verjüngungsabschnitt 161e und den zweiten Verjüngungsabschnitt 161f in dieser Reihenfolge hindurchgeht, wird der Gasanteil an einer Position unmittelbar nach dem Hindurchgehen durch den Verengungsabschnitt 161b in der Düse 161 schnell erhöht.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform der Einführungsverjüngungsabschnitt 161g derart vorgesehen ist, dass der Einführungsaufweitungswinkel θin größer gemacht ist als der erste Aufweitungswinkel θ1, kann der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich vergrößert werden, um der schnellen Volumenexpansion aufgrund einer schnellen Zunahme des Gasanteils zu entsprechen, wobei dadurch weiterhin die Düseneffizienz ηnoz effektiv verbessert wird.
Bei dem Ejektor 16 der vorliegenden Ausführungsform ist des Weiteren der Einführungsverjüngungsabschnitt 161g in einer gekrümmten Linie mit einer leichten Konvexität an der radialen äußeren Seite von dem Kältemitteldurchlass an dem Standardquerschnitt geformt. Der Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von dem Einführungsverjüngungsabschnitt 161g wird somit glatt verändert, wobei dadurch die Dekomprimierungsstufe von dem Kältemittel in der Düse 161 mehr an die Dekomprimierungsstufe von der isoentropisch gekrümmten Linie angenährt werden kann. Es kann daher weiterhin eine Abnahme der Düseneffizienz ηnoz verhindert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Einführungsverjüngungsabschnitt 161g in einer geraden Linienform an dem Standardquerschnitt geformt sein. In diesem Fall kann der Einführungsverjüngungsabschnitt 161g leicht hergestellt werden, um die Produktionskosten zu reduzieren, während die Dekomprimierungsstufe des Kältemittels in der Düse 161 an die Dekomprimierungsstufe von der isoentropisch gekrümmten Linie angenähert werden kann, um eine Abnahme der Düseneffizienz ηnoz zu verhindern.
Dritte Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in der 6 gezeigt ist, ist eine Nadel 163 in dem Kältemitteldurchlass der Düse 161 mit Bezug auf die oben beschriebene erste Ausführungsform angeordnet.
Die Nadel 163 ist in dem Kältemitteldurchlass der Düse 161 angeordnet, um sich koaxial zu der axialen Linie ϕ zu erstrecken, und ist in einer Nadelform geformt, bei welcher der Querschnittsbereich senkrecht zu der axialen Richtung allmählich in Richtung zu der Strömungsrichtung des Kältemittels reduziert ist. Bei der Düse 161 der vorliegenden Ausführungsform ist somit ein Kältemitteldurchlass, welcher eine kreisringförmige Form im Querschnitt aufweist (d. h. eine kreisringähnliche Form), zwischen der äußeren umfänglichen Oberfläche von der Nadel 163 und der inneren umfänglichen Oberfläche von der Düse 161 geformt, die ähnlich ausgestaltet ist zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
An dem Standardquerschnitt der Düse 161 ist des Weiteren die äußere umfängliche Oberfläche von der Nadel 163 in einer geraden Linie in einem Bereich geformt, der radial im Inneren von dem Verjüngungsabschnitt 161c von der Düse 161 positioniert ist. Bei der Düse 161 der vorliegenden Ausführungsform ist der Verjüngungsabschnitt 161c unterteilt in einen ersten und einen zweiten Verjüngungsabschnitt 161e, 161f, ähnlich zu der ersten Ausführungsform. Selbst bei der vorliegenden Ausführungsform erfüllen somit der erste Aufweitungswinkel θ1 und der zweite Aufweitungswinkel θ2 die obige Formel F3 derart, dass der zweite Aufweitungswinkel θ2 größer ist als der erste Aufweitungswinkel θ1.
Der Kältemitteldurchlass, welcher zwischen der äußeren umfänglichen Oberfläche von der Nadel 163 und der inneren umfänglichen Oberfläche von der Düse 161 geformt ist, umfasst einen ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt 164a und einen zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt 164b, welcher stromabwärts von dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt 164a angeordnet ist. Bei dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt 164a wird der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich allmählich in Richtung zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem Bereich vergrößert, welcher dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e entspricht. Bei dem zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt 164b wird des Weiteren der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich allmählich in Richtung zu der Kältemittelströmungsrichtung in dem Bereich vergrößert, welcher dem zweiten Verjüngungsabschnitt 161f entspricht.
Der Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt 164b ist somit größer als der Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt 164a. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist demgemäß der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von dem kreisringförmig geformten Kältemitteldurchlass der Düse 161 in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt 161b zu der Kältemittelstrahlöffnung 161a verändert, ähnlich zu der Veränderung in dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich der Düse 161 von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Andere Ausgestaltungen und der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform sind ähnlich zu denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Bei dem Ejektor der vorliegenden Ausführungsform können somit, selbst wenn das Kältemittel mit einem gasförmigen-flüssigen Zwei-Phasen-Zustand in der Düse 161 von dem Ejektor 16 strömt, die Düseneffizienz ηnoz und die Ejektoreffizienz ηe in dem gesamten Ejektor 16 daran gehindert werden, reduziert zu werden, ähnlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Die Nadel 163, welche einen Querschnittsbereich aufweist, der allmählich in Richtung stromabwärts reduziert wird, ist in dem Endverjüngungsabschnitt 161d derart angeordnet, dass ein Grad der Zunahme von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich, der in dem Endverjüngungsabschnitt 161d von der Düse 161 definiert ist, mehr erhöht werden kann als im Vergleich zu einem Fall, in welchem die Nadel 163 nicht vorgesehen ist.
Als ein Ergebnis kann das Kältemittel, welches von der Kältemitteleinspritzöffnung 161a ausgestoßen wird, daran gehindert werden, unnötig in einer radialen Richtung der Düse, welche senkrecht zu der axialen Linie ϕ ist, expandiert zu werden, und der Energieverlust, welcher in dem Verjüngungsabschnitt 161d verursacht wird, kann reduziert werden, wobei dadurch weiterhin eine Abnahme der Düseneffizienz ηnoz beschränkt wird.
Vierte Ausführungsform
Ähnlich zu der oben beschriebenen dritten Ausführungsform ist in einer vierten Ausführungsform eine Nadel 163 in dem Kältemitteldurchlass der Düse 161 angeordnet, mit Bezug auf die oben beschriebene zweite Ausführungsform, wie es in der 7 gezeigt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird demgemäß der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von dem kreisringförmig geformten Kältemitteldurchlass der Düse 161 im Querschnitt in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt 161b zu der Kältemittelstrahlöffnung 161a über den Einführungsverjüngungsabschnitt 161 g verändert, ähnlich zu der Veränderung in dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von der Düse 161 der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform.
Andere Ausgestaltungen und der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform sind ähnlich zu denjenigen der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. Bei dem Ejektor 16 der vorliegenden Ausführungsform können somit die ähnlichen Wirkungen zu der zweiten Ausführungsform erhalten werden. Zusätzlich kann, ähnlich zu der oben beschriebenen dritten Ausführungsform, das Kältemittel, welches von der Kältemitteleinspritzöffnung 161a ausgestoßen wird, darin beschränkt werden, unnötig in einer radialen Richtung der Düse, die senkrecht zu der axialen Linie ist, zu expandieren, und der Energieverlust, welcher in dem Endverjüngungsabschnitt 161d verursacht wird, kann reduziert werden, wobei dadurch weiter eine Verringerung in der Düseneffizienz ηnoz beschränkt werden kann.
Fünfte Ausführungsform
Bei der oben beschriebenen dritten und vierten Ausführungsform ist, um die Veränderung des Kältemitteldurchlassquerschnittsbereichs von der Kreisringform im Querschnitt zwischen der äußeren umfänglichen Oberfläche der Nadel 163 und der inneren umfänglichen Oberfläche der Düse 161 ähnlich zu der Veränderung des Kältemitteldurchlassquerschnittsbereichs der Düse 161 in der ersten und zweiten Ausführungsform zu machen, der Verjüngungsabschnitt 161c in den ersten und zweiten Verjüngungsabschnitt 161e, 161f unterteilt. Im Gegensatz dazu wird bei einer fünften Ausführungsform die Form einer Nadel 163, welche bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, verändert unter einem Nichtunterteilen des Verjüngungsabschnitts 161c in zwei Teile.
Noch genauer wird die Nadel 163 der vorliegenden Ausführungsform in drei Reduzierungsteile von einem Einführungsreduzierungsabschnitt 163a, einem ersten Reduzierungsabschnitt 163b und einem zweiten Reduzierungsabschnitt 163c unterteilt. Des Weiteren wird an dem Standardquerschnitt ein Grad der Reduzierung von dem Querschnittsbereich des Einführungsreduzierungsabschnitts 163a größer gemacht als ein Grad der Reduzierung von dem Querschnittsbereich des ersten Reduzierungsabschnitts 163b, und ein Grad der Reduzierung von dem Querschnittsbereich des zweiten Reduzierungsabschnitts 163c wird größer gemacht als ein Grad der Reduzierung von dem Querschnittsbereich des ersten Reduzierungsabschnitts 163b.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der gesamte Verjüngungsabschnitt 161c der Düse 161 in einer geradlinigen Form an dem Standardquerschnitt geformt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist somit der Verjüngungsabschnitt 161c nicht in den ersten und den zweiten Verjüngungsabschnitt 161e, 161f unterteilt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird demgemäß der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von dem kreisringförmig geformten Kältemitteldurchlass der Düse 161 in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt 161b zu der Kältemittelstrahlöffnung 161a verändert, ähnlich zu der Veränderung in dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von der Düse 161 der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. Andere Ausgestaltungen und der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform sind ähnlich zu denjenigen der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform.
Bei dem Ejektor 16 der vorliegenden Ausführungsform können somit die gleichen Wirkungen wie bei der vierten Ausführungsform erhalten werden. Bei der in der 8 gezeigten fünften Ausführungsform kann der Einführungsreduzierungsabschnitt 163a nicht in der Nadel 163 vorgesehen sein, und ein Einführungsverjüngungsabschnitt 161g, welcher in der 7 gezeigt ist, kann in der Düse 161 vorgesehen sein. Selbst in diesem Fall kann die gleiche Wirkung erhalten werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform, die in der 8 gezeigt ist, ist der Verjüngungsabschnitt 161c der Düse 161 zum Definieren des Kältemitteldurchlasses zusammen mit der Nadel 163 in einer Form einer geraden Linie an dem Standardquerschnitt geformt, und dadurch kann der Verjüngungsabschnitt 161c leicht geformt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Einführungsreduzierungsabschnitt 163a von der Nadel 163 weggelassen werden. In diesem Fall wird der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich des kreisringförmig geformten Kältemitteldurchlasses der Düse 161 im Querschnitt in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt 161b zu der Kältemittelstrahlöffnung 161a geändert, ähnlich zu der Änderung in dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von der Düse 161 von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Daher können die gleichen Wirkungen wie bei der dritten Ausführungsform erhalten werden.
Sechste Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, um die Änderung von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von der kreisringförmigen Form im Querschnitt zwischen der äußeren umfänglichen Oberfläche von der Nadel 163 und der inneren umfänglichen Oberfläche von der Düse 161 ähnlich zu machen zu der Änderung von dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich der Düse 161 in der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform, der Verjüngungsabschnitt 161c in den ersten und den zweiten Verjüngungsabschnitt 161e, 161f unterteilt, und gleichzeitig wird auch die Form einer Nadel 163, die bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, geändert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden noch genauer die Düse 161, welche mit dem ersten Verjüngungsabschnitt 161e und dem zweiten Verjüngungsabschnitt 161f und dem Endverjüngungsabschnitt 161d versehen ist ähnlich zu der Düse 161 von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, und die Nadel 163, welche mit einem Einführungsreduzierungsabschnitt 163a, ersten und zweiten Reduzierungsabschnitten 163b, 163c versehen ist, kombiniert, wobei dadurch der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich verändert wird. Die Nadel 163 ist mit dem ersten und zweiten Reduzierungsabschnitt 163b, 163c versehen, aber die Grade der Reduzierung von dem ersten und dem zweiten Reduzierungsabschnitt 163b, 163c sind verschieden von denjenigen der oben beschriebenen fünften Ausführungsform.
Andere Ausgestaltungen und der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform sind ähnlich zu denjenigen der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. Bei dem Ejektor 16 der vorliegenden Ausführungsform können somit die gleichen Wirkungen wie bei der vierten Ausführungsform erhalten werden. Bei der sechsten Ausführungsform, die in der 9 gezeigt ist, kann der Einführungsreduzierungsabschnitt 163a in der Nadel 163 nicht vorgesehen sein, und ein Einführungsverjüngungsabschnitt 161g kann an der inneren umfänglichen Oberfläche von der Düse 161 vorgesehen sein. Selbst in diesem Fall kann die gleiche Wirkung erreicht werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Düse 161 mit dem ersten und zweiten Verjüngungsabschnitt 161e, 161f und dem Endverjüngungsabschnitt 161d versehen, obwohl die Aufweitungswinkel von dem ersten und zweiten Verjüngungsabschnitt 161e, 161f und der Endverjüngungsabschnitt 161d verschieden sind von denjenigen oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von dem kreisringförmig geformten Kältemitteldurchlass der Düse 161 kann somit im Querschnitt geändert werden, ähnlich zu der Änderung in dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich der Düse 161 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Daher können die gleichen Wirkungen wie bei der dritten Ausführungsform erhalten werden.
Durch ein geeignetes Kombinieren der Formen der äußeren umfänglichen Oberfläche von der Nadel 163 und der inneren umfänglichen Oberfläche von der Düse 161 kann der Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von dem kreisringförmig geformten Kältemitteldurchlass zwischen der äußeren umfänglichen Oberfläche von der Nadel 163 und der inneren umfänglichen Oberfläche von der Düse 161 geändert werden, ähnlich zu der Änderung in dem Kältemitteldurchlassquerschnittsbereich von der Düse 161 der oben beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform.
Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und die nachfolgenden verschiedenen Modifikationen sind innerhalb des gleichen Umfangs der Erfindung möglich.

(1) Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Ejektor 16 für eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp verwendet, bei welcher der Kältemittelstrom in dem Abzweigungsabschnitt 14, der stromaufwärts von der Düse 161 angeordnet ist, verzweigt wird. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Bei der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp zum Beispiel, welche in der 1 gezeigt ist, kann das Expansionsventil 13 in dem düsenseitigen Rohr 15a angeordnet sein, das sich von dem Abzweigungsabschnitt 14 zu der Kältemitteleinlassseite von der Düse 161 des Ejektors 16 erstreckt.

Der Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel an eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp, welche in der 10 gezeigt ist, angewendet werden, bei welcher der Sammler 12b, das Expansionsventil 13, der Abzweigungsabschnitt 14 und das saugseitige Rohr 15b weggelassen sind im Vergleich zu der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp, die in der 1 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu ist bei der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp, die in der 10 gezeigt ist, ein Niedrigdruck-gasförmig-flüssig-Separator (z. B. Akkumulator) 20 stromabwärts von dem Diffusorabschnitt 162c von dem Ejektor 16 derart angeordnet, dass das flüssige Kältemittel, das in dem Akkumulator 20 getrennt wird, in den saugseitigen Verdampfer 19 strömt. Bei der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp kann der auslassseitige Verdampfer 17 weggelassen werden.
Der Ejektor 16 kann an eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp angewendet werden, die in der 11 gezeigt ist, bei welcher der auslassseitige Verdampfer 17 weggelassen ist, das Expansionsventil 13 in dem düsenseitigen Rohr 15a angeordnet ist und ein innerer Wärmetauscher 21 vorgesehen ist mit Bezug auf die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp, die in der 1 gezeigt ist. Der innere Wärmetauscher 21 ist vorgesehen, um einen Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel von niedrigem Druck, das von dem Ejektor 16 herausströmt, und einem Kältemittel von hohem Druck, das von dem Abzweigungsabschnitt 14 in das saugseitige Rohr 15b strömt, durchzuführen. In diesem Fall kann die Enthalpie von dem Kältemittel, das in den saugseitigen Verdampfer 19 strömt, verringert werden, und die Kühlkapazität, welche in dem saugseitigen Verdampfer 19 erhalten wird, kann vergrößert werden.
Der Ejektor 16 kann alternativ an eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp angewendet werden, die in der 12 gezeigt ist, bei welcher der Abzweigungsabschnitt 14 an einer Kältemittelauslassseite von dem Ejektor 16 derart vorgesehen ist, dass ein Kältemittel, das in dem Abzweigungsabschnitt 14 abgezweigt wird, an den auslassseitigen Verdampfer 17 geliefert wird und das andere in dem Abzweigungsabschnitt 14 abgezweigte Kältemittel in den saugseitigen Verdampfer 19 strömt.

(2) Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde ein freonbasiertes Kältemitttel als das Kältemittel für den Kältekreislauf verwendet. Jedoch ist die Art von dem Kältemittel nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein wasserkohlenstoffbasiertes Kältemittel, ein Kohlendioxid etc. verwendet werden. Der Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren an einen superkritischen Kältemittelkreislauf angewendet werden, bei welchem ein Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite den kritischen Druck des Kältemittels überschreitet.
(3) Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Ejektor 16 der vorliegenden Erfindung für eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 vom Ejektortyp für eine Fahrzeugklimaanlage (d. h. eine Kältemittelkreislaufvorrichtung für ein Fahrzeug) verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Ejektor der vorliegenden Erfindung kann an eine Kältemittelkreislaufvorrichtung vom Ejektortyp von einer feststehenden Art angewendet werden, wie zum Beispiel eine im Geschäftsleben verwendete Gefrier-/Kühlvorrichtung, eine Kühlvorrichtung für Verkaufsmaschinen, ein Vorführregal mit Gefrierfunktion etc., zusätzlich zu der Kältemittelkreislaufvorrichtung für ein Fahrzeug.
(4) Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind der auslassseitige Verdampfer 17 und der saugseitige Verdampfer 19 integral zusammengebaut, um integriert zu sein. Als eine integrierte Struktur können Komponenten von den beiden Verdampfern 17, 19 aus Aluminium hergestellt sein und können integral verbunden sein unter Verwenden von Verbindungsmitteln, wie zum Beispiel Löten. Alternativ können die Komponenten von den beiden Verdampfern 17, 19 integral verbunden sein unter Verwenden von mechanischen Eingriffsmitteln, wie zum Beispiel Bolzenbefestigern, während ein Raum von in etwa 10 mm oder weniger zwischen dem auslassseitigen Verdampfer 17 und dem saugseitigen Verdampfer 19 vorgesehen ist.

Ein Wärmetauscher vom Typ Rippen und Rohr kann als der auslassseitige Verdampfer 17 und der saugseitige Verdampfer 19 verwendet werden. In diesem Fall können Rippen gemeinsam in sowohl dem auslassseitigen Verdampfer 17 als auch dem saugseitigen Verdampfer 19 verwendet werden, und Kältemitteldurchlässe von Rohren, die die Rippen kontaktieren, können ausgestaltet sein, um voneinander in beiden der Verdampfer 17 und 19 getrennt zu sein.

(5) Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind der auslassseitige Verdampfer 17 und der saugseitige Verdampfer 19 als ein innerer Wärmetauscher angepasst, und der Kühler 12 ist als ein äußerer Wärmetauscher zum Abstrahlen von Wärme an die Atmosphäre angepasst. Ein Ejektor der vorliegenden Erfindung kann jedoch an einen Wärmepumpenkreislauf angewendet werden, bei welchem der auslassseitige Verdampfer 17 und der saugseitige Verdampfer 19 als der äußere Wärmetauscher zum Absorbieren von Wärme von einer Wärmequelle, wie zum Beispiel der Atmosphäre, ausgestaltet sind, und der Kühler 12 kann ausgestaltet sein als der innere Wärmetauscher zum Heizen des Kältemittels, das zum Heizen von Luft oder Wasser, das aufzuheizen ist, verwendet wird.

Die technischen Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können in geeigneter Weise kombiniert werden, wenn es dort keine Widersprüche dazwischen gibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11-37577 A [0004]
JP 2009-221883 A [0014]

Claims

Ejektor, aufweisend: eine Düse (161), welche ausgestaltet ist, um ein Fluid zu dekomprimieren und zu expandieren und um das Fluid von einer Fluidausstoßöffnung (161a) auszustoßen; und einen Körper (162), welcher mit einem Fluidsauganschluss (162a) versehen ist, von welchem ein Fluid durch ein Hochgeschwindigkeitsstrahlfluid, das von der Fluidausstoßöffnung (161a) ausgestoßen wird, angesaugt wird, und einem Druckerhöhungsabschnitt (162c), in welchem eine Geschwindigkeitsenergie von einer Fluidmischung zwischen dem Strahlfluid und einem Ansaugfluid, das von dem Fluidsauganschluss (162a) angesaugt wird, in eine Druckenergie davon umgewandelt wird, wobei eine innere umfängliche Oberfläche von der Düse (161), die einen Fluiddurchlass definiert, umfasst: einen Verengungsabschnitt (161b), in welchem ein Fluiddurchlassquerschnittsbereich des Fluiddurchlasses am meisten reduziert ist, einen ersten Verjüngungsabschnitt (161e), der stromabwärts von dem Verengungsabschnitt (161b) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu einer Strömungsrichtung des Strahlfluids zu vergrößern, einen zweiten Verjüngungsabschnitt (161f), der stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung des Strahlfluids zu vergrößern, und einen Endverjüngungsabschnitt (161d), der in einem Bereich von einer Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt (161f) zu der Fluidausstoßöffnung (161a) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung des Strahlfluids zu vergrößern, wenn ein axialer Querschnitt einschließlich einer axialen Linie (ϕ) der Düse (161) als ein Standardquerschnitt definiert wird, ein zweiter Aufweitungswinkel (θ2) an einer Auslassseite von dem zweiten Verjungungsabschnitt (161f) an dem Standardquerschnitt größer ist als ein erster Aufweitungswinkel (θ1) an einer Auslassseite von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) an dem Standardquerschnitt, und ein Endaufweitungswinkel (θ3) an einer Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt (161d) an dem Standardquerschnitt geringer ist als der zweite Aufweitungswinkel (θ2).
Ejektor nach Anspruch 1, wobei der zweite Verjüngungsabschnitt (161f) in einer Form mit einer gekrümmten Linie mit einer Konvexität an der Seite des Fluiddurchlasses an dem Standardquerschnitt geformt ist.
Ejektor nach Anspruch 1, wobei der zweite Verjüngungsabschnitt (161f) in einer Form mit einer geraden Linie an dem Standardquerschnitt geformt ist.
Ejektor nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die innere umfängliche Oberfläche der Düse (161), welche den Fluiddurchlass definiert, des Weiteren einen Einführungsverjüngungsabschnitt (161g) aufweist, welcher in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt (161b) zu dem ersten Verjüngungsabschnitt (161g) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung des Strahlfluids zu vergrößern, und ein Einführungsaufweitungswinkel (θin) an einer Auslassseite von dem Einfügungsverjüngungsabschnitt (161g) an dem Standardquerschnitt größer ist als der erste Aufweitungswinkel (θ1).
Ejektor nach Anspruch 4, wobei der Einführungsverjüngungsabschnitt (161g) in einer Form mit einer gekrümmten Linie mit einer Konvexität an einer radialen Außenseite von der Düse an dem Standardquerschnitt geformt ist.
Ejektor nach Anspruch 4, wobei der Einführungsverjüngungsabschnitt (161g) in einer Form mit einer geraden Linie an dem Standardquerschnitt geformt ist.
Ejektor nach einem der Ansprüche 1–6, wobei ein Verhältnis von dem zweiten Aufweitungswinkel zu dem ersten Aufweitungswinkel gleich ist zu oder größer ist als 1,33.
Ejektor, aufweisend: eine Düse (161), welche ausgestaltet ist, um ein Fluid zu dekomprimieren und zu expandieren und um das Fluid von einer Fluidausstoßöffnung (161a) auszustoßen; und einen Körper (162), welcher mit einem Fluidsauganschluss (162a) versehen ist, von welchem ein Fluid durch ein Hochgeschwindigkeitsstrahfluid angesaugt wird, das von der Fluidstrahlöffnung (161a) ausgestoßen wird, und einem Druckerhöhungsabschnitt (162c), in welchem eine Geschwindigkeitsenergie von einem Mischungsfluid zwischen dem Strahlfluid und einem Ansaugfluid, das von dem Fluidsauganschluss (162a) angesaugt wird, in eine Druckenergie davon umgewandelt wird, wobei eine innere umfängliche Oberfläche von der Düse, welche einen Fluiddurchlass definiert, aufweist: einen Verengungsabschnitt (161b), in welchem ein Fluiddurchlassquerschnittsbereich von dem Fluiddurchlass am meisten reduziert ist, einen ersten Verjüngungsabschnitt (161e), welcher stromabwärts von dem Verengungsabschnitt (161b) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, einen zweiten Verjüngungsabschnitt (161f), welcher stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, und einen Endverjüngungsabschnitt (161d), der in einem Bereich von einer Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt (161f) zu der Fluidstrahlöffnung (161a) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, wobei ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Verjüngungsabschnitt (161f) größer ist als ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) und, wenn ein axialer Querschnitt umfassend eine axiale Linie (ϕ) von der Düse als ein Standardquerschnitt definiert wird, ein Endaufweitungswinkel (θ3) an einer Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt (161d) an dem Standardquerschnitt geringer ist als ein Auslassaufweitungswinkel (θ2) an einer Auslassseite von dem Verjüngungsabschnitt (161c) an dem Standardquerschnitt.
Ejektor, aufweisend: eine Düse (161), welche ausgestaltet ist, um ein Fluid zu dekomprimieren und zu expandieren und um das Fluid von einer Fluidausstoßöffnung (161a) auszustoßen; eine Nadel (163), welche innen von dem Fluiddurchlass von der Düse angeordnet ist, um sich in einer Fluidströmungsrichtung zu erstrecken, und einen Körper (162), welcher mit einem Fluidsauganschluss (162a) versehen ist, von welchem ein Fluid durch ein Hochgeschwindigkeitsstrahlfluid angesaugt wird, welches von der Fluidausstoßöffnung (161a) ausgestoßen wird, und einem Druckerhöhungsabschnitt (162c), in welchem eine Geschwindigkeitsenergie von einer Fluidmischung zwischen dem Strahlfluid und einem Saugfluid, das von dem Fluidsauganschluss (162a) angesaugt wird, in eine Druckenergie davon umgewandelt wird, wobei eine innere umfängliche Oberfläche von der Düse (161), welche den Fluiddurchlass definiert, einen Verengungsabschnitt (161b) umfasst, in welchem ein Fluiddurchlassquerschnittsbereich von dem Fluiddurchlass am meisten reduziert ist, einen Verjüngungsabschnitt (161c), welcher stromabwärts von dem Verengungsabschnitt (161b) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, und einen Endverjungungsabschnitt (161d), welcher in einem Bereich von einer stromabwärtigen Seite von dem Verjüngungsabschnitt (161c) zu der Fluidausstoßöffnung (161a) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, wobei der Fluiddurchlass, der zwischen einer äußeren umfänglichen Oberfläche von der Nadel (163) und dem Verjüngungsabschnitt definiert ist, einen ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt (164a) aufweist, in welchem der Fluiddurchlassquerschnittsbereich allmählich in Richtung zu einer Strömungsrichtung von dem Strahlfluid erweitert ist, und einen zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt (164b), welcher stromabwärts von dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt (164a) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, wobei ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt (164b) größer ist als ein Grad der Zunahme von dem Fluiddurchlassquerschnittsbereich in dem ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt (164a) und, wenn ein axialer Querschnitt, umfassend eine axiale Linie (ϕ) von der Düse (163) als ein Standardquerschnitt definiert ist, ein Endaufweitungswinkel (θ3) an einer Auslassseite von dem Endverjüngungsabschnitt (161d) an dem Standardquerschnitt kleiner ist als ein Auslassaufweitungswinkel (θ2) an einer Auslassseite von dem Verjüngungsabschnitt (161c) an dem Standardquerschnitt.
Ejektor nach Anspruch 9, wobei der Verjüngungsabschnitt (161c) durch einen ersten Verjüngungsabschnitt (161e), welcher stromabwärts von dem Verengungsabschnitt (161b) vorgesehen ist, und einen zweiten Verjüngungsabschnitt (161f), welcher stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) vorgesehen ist, ausgebildet ist, ein zweiter Aufweitungswinkel (θ2) an einer Auslassseite von dem zweiten Verjüngungsabschnitt (161f) an dem Standardquerschnitt größer ist als ein erster Aufweitungswinkel (θ1) an einer Auslassseite von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) an dem Standardquerschnitt und eine äußere umfängliche Oberfläche von der Nadel (163), welche radial innen von dem Verjüngungsabschnitt (161c) positioniert ist, in eine Form von einer geraden Linie an dem Standardquerschnitt geformt ist.
Ejektor nach Anspruch 9, wobei der Verjüngungsabschnitt (161c) in einer Form von einer geraden Linie an dem Standardquerschnitt geformt ist, die Nadel (163), welche radial im Inneren von dem Verjüngungsabschnitt (161c) positioniert ist, einen ersten Reduzierungsabschnitt (163b) umfasst, in welchem der Querschnittsbereich allmählich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid reduziert wird, und einen zweiten Reduzierungsabschnitt (163c), welcher stromabwärts von dem ersten Reduzierungsabschnitt (163b) angeordnet ist, um allmählich den Querschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu reduzieren, und ein Grad der Reduzierung von dem Querschnittsbereich des ersten Reduzierungsabschnitts (163b) geringer ist als ein Grad der Reduzierung von dem Querschnittsbereich des zweiten Reduzierungsabschnitts (163c).
Ejektor nach Anspruch 9, wobei der Verjüngungsabschnitt (161c) durch einen ersten Verjüngungsabschnitt (161e), welcher stromabwärts von dem Verengungsabschnitt (161b) angeordnet ist, und einen zweiten Verjüngungsabschnitt (161f), welcher stromabwärts von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) vorgesehen ist, ausgestaltet ist, die Nadel (163), welche radial im Inneren von dem ersten Verjüngungsabschnitt (161e) angeordnet ist, welcher den ersten Aufweitungsdurchlassabschnitt (164a) definiert, einen ersten Reduzierungsabschnitt (163b) umfasst, in welchem der Querschnittsbereich allmählich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid reduziert wird, und die Nadel (163), welche radial im Inneren von dem zweiten Verjüngungsabschnitt (161f) positioniert ist, welcher den zweiten Aufweitungsdurchlassabschnitt (164b) definiert, einen zweiten Reduzierungsabschnitt (163c) umfasst, in welchem der Querschnittsbereich allmählich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid reduziert wird.
Ejektor nach Anspruch 10, wobei die innere umfängliche Oberfläche von der Düse des Weiteren einen Einführungsverjüngungsabschnitt (161g) umfasst, der in einem Bereich von dem Verengungsabschnitt (161b) zu dem Verjüngungsabschnitt (161c) angeordnet ist, um allmählich den Fluiddurchlassquerschnittsbereich in Richtung zu der Strömungsrichtung von dem Strahlfluid zu vergrößern, und ein Einführungsaufweitungswinkel (θin) an einer Auslassseite von dem Einführungsverjüngungsabschnitt (161g) an dem Standardquerschnitt größer ist als der erste Aufweitungswinkel (θ1).