DE10321194A1

DE10321194A1 - Ejektorpumpe

Info

Publication number: DE10321194A1
Application number: DE10321194A
Authority: DE
Inventors: Hirotsugu Takeuchi; Yoshitaka Tomatsu; Masayuki Takeuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2003-11-27
Also published as: CN1460823A; CN1219180C; US7165948B2; US20050274141A1; US20030210987A1; JP2003326196A

Abstract

Eine Düse (41) wird aus gesintertem Metall hergestellt und ein Druckerhöhungsabschnitt (ein Mischabschnitt (42) und ein Diffusor (43)) werden durch plastische Verformung eines Metallrohres hergestellt. Dementsprechend kann die Düse (41) in kurzer Zeit hergestellt werden, während eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung erhalten bleibt. Somit können die Kosten zur Herstellung einer Ejektorpumpe (40) reduziert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ejektorpumpe, welche eine kinetische Pumpe zur Übertragung eines Fluids durch Mitreißen mit einem Arbeitsfluid ist, das bei hoher Geschwindigkeit ausströmt, und welche wirksam auf einen Kühlapparat (nachfolgend als "Ejektorpumpenkreis" bezeichnet) angewendet wird, in dem die Ejektorpumpe als Pumpeinrichtung für die Zirkulation eines Kältemittels verwendet wird.
Eine Düse einer Ejektorpumpe beschleunigt ein Arbeitsfluid durch Dekompression des Arbeitsfluids. Deshalb erfordert die Form der inneren Wand der Düse, welche in Kontakt mit dem Arbeitsfluid ist, eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Bearbeitung, d. h. eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Größe und eine vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit.
In einer Ejektorpumpe für einen Ejektorpumpenkreis wird Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt, während von der Düse eingespritztes Kältemittel und aus einem Verdampfer abgesaugtes Kältemittel in einem Druckerhöhungsabschnitt gemischt wird. Deshalb erfordert, ähnlich wie die Form der inneren Wand der Düse, die Form der inneren Wand des Druckerhöhungsabschnitts eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Bearbeitung.

Deshalb wird die Düse üblicherweise durch elektro-erosive Bearbeitung oder Drahtschneide- Funkenerosion hergestellt und der Druckerhöhungsabschnitt durch spanende Bearbeitung hergestellt. Jedoch ist es bei dem elektro-erosiven Bearbeiten, dem Drahtschneide- Funkenerosionsbearbeiten und dem spanenden Bearbeiten schwierig, die Anzahl von Mannstunden, d. h. die Bearbeitungszeit zu reduzieren, und deshalb ist es schwierig, die Herstellungskosten für die Ejektorpumpe zu reduzieren.

Mit Blick auf die oben genannten Probleme ist es die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Ejektorpumpe vorzuschlagen, die sich von konventionellen unterscheidet, und die zweite Aufgabe ist es, die Herstellungskosten für die Ejektorpumpe zu reduzieren.

Um die oben genannten Aufgaben zu erzielen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Ejektorpumpe bereitgestellt, welche eine kinetische Pumpe zur Übertragung eines Fluids durch Mitreißen mit einem von einer Düse (41) mit hoher Geschwindigkeit ausströmendem Arbeitsfluid ist, wobei die Düse (41) nach Formpressen feiner Partikel bei hoher Temperatur gesintert ist.

Demgemäß kann die Düse (41) in kurzer Zeit hergestellt werden, während eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung aufrechterhalten wird. Somit kann eine Ejektorpumpe erhalten werden, welche sich von einer konventionellen unterscheidet, und können die Herstellungskosten für die Ejektorpumpe reduziert werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt ist die Düse (41) aus Metall hergestellt.

Gemäß einem dritten Aspekt wird die Düse (41), nachdem sie formgepresst wurde, gesintert, derart, dass die Füllrate der feinen Partikel nicht kleiner als 96% ist.

Somit kann verhindert werden, dass die Düse (41) durch Hohlraumbildung beschädigt wird, weil die Härte der Düse (41) verbessert ist.

Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Ejektorpumpe bereitgestellt, welche eine kinetische Pumpe zur Übertragung eines Fluids durch Mitreißen mit einem von einer Düse (41) mit hoher Geschwindigkeit ausströmenden Arbeitsfluid ist, wobei die Düse (41) nach dem Formpressen von Metallpulver bei hoher Temperatur gesintert wird, und wobei die Düse (41) eine innere Oberfläche aufweist, auf welcher ein Nickelfilm gebildet ist.

Demgemäß kann die Düse (41) in kurzer Zeit hergestellt werden, wobei hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung aufrechterhalten wird. Somit kann eine neue Ejektorpumpe erhalten werden, welche sich von einer konventionellen unterscheidet, und können die Herstellungskosten für die Ejektorpumpe reduziert werden.

Ebenso kann verhindert werden, dass die Düse (41) durch Hohlraumbildung beschädigt wird, weil die Härte der mit einem Nickelfilm bedeckten inneren Oberfläche verbessert ist.

Gemäß einem fünften Aspekt wird eine Ejektorpumpe bereitgestellt, die auf einen Dampfdruck-Kühlapparat angewendet wird, welcher einen Radiator für die Wärmeabstrahlung eines Kältemittels mit hoher Temperatur und hohem Druck aufweist, welches durch einen Kompressor (10) komprimiert ist, und einen Verdampfer (30) zum Verdampfen eines dekomprimierten Kältemittels mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck aufweist, und welcher Wärme von einer Niedrigtemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite überträgt, umfassend eine Düse (41) zum Dekomprimieren und Expandieren des Kältemittels durch Umwandlung einer Druckenergie des Kältemittels, welches von dem Radiator (20) emittiert wird, in eine Geschwindigkeitsenergie; und Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) zum Erhöhen des Kältemitteldruckes durch Umwandlung einer Druckenergie in eine Geschwindigkeitsenergie, während von der Düse (41) eingespritztes Kältemittel und aus dem Verdampfer (30) angesaugtes Kältemittel vermischt wird, wobei die Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) durch Deformation eines Rohres durch plastische Verformung hergestellt werden.

Demgemäß kann der Druckerhöhungsabschnitt in kurzer Zeit hergestellt werden, wobei eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung aufrechterhalten wird. Somit kann eine neue Ejektorpumpe erhalten werden, die sich von einer konventionellen unterscheidet, und können die Herstellungskosten für die Ejektorpumpe reduziert werden.

Gemäß einem sechsten Aspekt werden die Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) durch Deformation eines Rohres durch Gesenkschmieden hergestellt.

Gemäß einem siebten Aspekt werden die Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) durch Deformation eines Rohres durch Pressen hergestellt.

Gemäß einem achten Aspekt werden die Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) durch Deformation eines Rohres durch Drücken hergestellt.

Die in Klammern an die oben beschriebenen Komponentennamen angefügten Bezugszeichen werden verwendet, um ein Korrespondenzbeispiel für spezifische Komponenten nachfolgend beschriebener Ausführungsformen zu zeigen.

Die vorliegende Erfindung kann anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen umfassender verstanden werden.
In den Zeichnungen ist
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Ejektorpumpenkreises gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Ejektorpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ein p-H-Diagramm,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Herstellungsmethode für einen Druckerhöhungsabschnitt gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 5 ein Graph einer Füllrate und einer Verschleißrate einer Düse.
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Ejektorpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen Ejektorpumpenkreis für eine Fahrzeugklimaanlage angewendet. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Ejektorpumpenkreises 1, welcher Freon (134a) oder Kohlendioxyd als Kältemittel verwendet. Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Ejektorpumpe 40. Fig. 3 ist ein p-H-Diagramm, welches makroskopische Arbeitsabläufe der Gesamtheit des Ejektorpumpenkreises zeigt.
Ein Kompressor 10 ist ein bekannter Kompressor mit variabler Kapazität, welcher ein Kältemittel durch Leistung, die von einem Fahrzeugantriebsmotor erhalten wird, ansaugt und komprimiert. Ein Radiator 20 ist ein hochdruckseitiger Wärmetauscher, der einen Wärmetausch zwischen dem Kältemittel, das von dem Kompressor 10 ausströmt und der Außenluft ausführt, um so das Kältemittel zu kühlen.
Ein Verdampfer 30 ist ein niederdruckseitiger Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen in den Raum einströmender Luft und einem Kältemittel in der Flüssigphase ausführt, um so das Kältemittel in der Flüssigphase zu verdampfen, um die in den Raum eingeströmte bzw. einströmende Luft zu kühlen.
Die Ejektorpumpe 40 dekomprimiert das Kältemittel, um dasselbe zu expandieren, um so . Kältemittel in der Gasphase anzusaugen, welches in dem Verdampfer 30 verdampft wurde, und wandelt eine Expansionsenergie in eine Druckenergie um, um so den Einlassdruck des Kompressors 10 zu erhöhen.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Ejektorpumpe 40 zusammengesetzt aus einer Düse 41, welche eine Druckenergie eines Kältemittels in eine Geschwindigkeitsenergie umwandelt, um das Kältemittel isentropisch zu dekomprimieren und zu expandieren, einem Mischabschnitt 42, der das Kältemittel in der Gasphase, welches in dem Verdampfer 30 verdampft wurde und das von der Düse 41 eingespritzte Kältemittel miteinander vermischt, während das Kältemittel in der Gasphase durch das von der Düse 41 bei hoher Geschwindigkeit eingespritzte Kältemittel angesaugt wird; einem Diffusor 43, der eine Geschwindigkeitsenergie in eine Druckenergie umwandelt, um das Kältemittel zu komprimieren, während das von der Düse 41 eingespritzte Kältemittel und das aus dem Verdampfer 30 angesaugte Kältemittel zu vermischen; usw.
In dem Mischabschnitt 42 werden ein Antriebsfluss und ein Saugfluss des Kältemittels vermischt, so dass die Summe des kinetischen Impulses des Antriebsflusses und des kinetischen Impulses des Saugflusses erhalten bleibt. Dementsprechend wird der Druck (statischer Druck) des Kältemittels sogar in dem Mischabschnitt 42 erhöht.
In dem Diffusor 43 erhöht sich der Querschnittsbereich eines Durchgangs desselben schrittweise, um eine Geschwindigkeitsenergie (dynamischer Druck) von Kältemittel in eine Druckenergie (statischer Druck) umzuwandeln. Demgemäß erhöht sich in der Ejektorpumpe 40 der Kältemitteldruck in dem Mischabschnitt 42 und dem Diffusor 43. Deshalb werden der Mischabschnitt 42 und der Diffusor 43 zusammen als Druckerhöhungsabschnitt bezeichnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, um die Geschwindigkeit des von der Düse 41 ausströmenden Kältemittels auf Schallgeschwindigkeit oder höher zu beschleunigen, eine Laval-Düse mit einer Engstelle 41a, an welcher der sektionale Bereich eines Durchgangs der Düse bzw. die Querschnittsfläche des Düsendurchgangs am kleinsten wird, verwendet. Jedoch kann selbstverständlich eine zusammenlaufende Düse verwendet werden.
In Fig. 1 ist ein Gas-Flüssigkeitsabscheider 50 eine Gas-Flüssigkeits-abscheideeinrichtung, in welche das von der Ejektorpumpe 40 ausströmende Kältemittel fließt und welches das Kältemittel in Kältemittel in der Gasphase und in Kältemittel in der Flüssigphase trennt und die Kältemittel speichert. Eine Auslassöffnung JUr Kältemittel in der Gasphase und eine Auslassöffnung für Kältemittel in der Flüssigphase des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 50 sind an die Saugseite des Kompressors 10 bzw. an die Einströmseite des Verdampfers 30 angeschlossen. Eine Drossel 60 dient als Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren des Kältemittels in der Flüssigphase, welches aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 50 ausströmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, in die Düse 41 strömendes Hochdruckkältemittel in dem Kompressor 10 bis zu dem kritischen Druck des Kältemittels oder höher unter Druck gesetzt. Bezugsziffern, die mit schwarzen Punkten in Fig. 3 gekennzeichnet sind, zeigen den Zustand des Kältemittels an Positionen, welche durch die Bezugsziffern mit schwarzen Punkten in Fig. 1 bezeichnet sind.
Die Arbeitsabläufe des Ejektorpumpenkreises werden nachfolgend kurz beschrieben (siehe Fig. 3).
Das aus dem Kompressor 10 ausströmende Kältemittel wird zu dem Radiator 20 zirkuliert. Sodann wird das in dem Radiator 20 gekühlte Kältemittel isentropisch dekomprimiert und in der Düse 41 der Ejektorpumpe 40 expandiert und strömt dann mit Schallgeschwindigkeit oder schneller in den Mischabschnitt 42.
Das in dem Verdampfer verdampfte Kältemittel 30 wird in den Mischabschnitt 42 durch einen Pumpvorgang angesaugt, der mit dem Mitreißen von in den Mischabschnitt 42 strömendem Hochgeschwindigkeitskältemittel einhergeht. Demgemäß wird Kältemittel auf der Niederdruckseite durch eine Anordnung des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 50, der Drossel 60, des Verdampfers 30 und der Ejektorpumpe 40 (Druckerhöhungsabschnitt) zirkuliert.
Während das Kältemittel (Saugstrom), welches von dem Verdampfer 30 gesaugt wird und das Kältemittel (Antriebsstrom), welches von der Düse 41 eingespritzt wird, in dem Mischabschnitt 42 miteinander vermischt wird, wird der dynamische Druck des Kältemittels in statischen Druck des Kältemittels in dem Diffusor 43 umgewandelt. Anschließend wird das Kältemittel zu dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 50 zurückgeführt.
Ein Herstellungsverfahren der Ejektorpumpe 40 und Merkmale derselben werden nachfolgend beschrieben.

1. Herstellungsverfahren der Düse 41

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Düse 41 aus Sintermetall hergestellt, d. h. Metallpulver (z. B. Edelstahlpulver) wird zum Formpressen der Düse 41 in eine Pressform gefüllt und anschließend die Düse bei hoher Temperatur und hohem Druck gesintert. Die Härte der Düse 41 wird dadurch verbessert, dass die Füllrate des Metallpulvers in der Pressform bei 96% oder mehr festgesetzt wird.
Normalerweise ist die Füllrate eines gesinterten Metalls auf etwa 80% festgesetzt. Wenn die Düse 41 bei einer Füllrate von 80% hergestellt wird, ist die Härte niedrig und deshalb besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass der Abschnitt der Düse 41, der sich dem Verengungsabschnitt 41a anschliesst, durch in dem Verengungsabschnitt 41a auftretende Hohlraumbildung beschädigt werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch eine Beschädigung des Abschnitts der Düse 41, der sich dem Verengungsabschnitt 41a anschliesst, durch Hohlraumbildung (Korrosion) vermieden werden, weil die Füllrate auf 96% oder mehr gesetzt ist.
Deshalb können die Kosten für die Herstellung der Ejektorpumpe 40 reduziert werden, weil die Düse 41 in kurzer Zeit hergestellt werden kann, während eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung aufrechterhalten werden kann.

2. Herstellungsverfahren für den Druckerhöhungsabschnitt

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, ein aus Metall (beispielsweise Edelstahl) hergestelltes Rohr durch plastisches Formen deformiert, um den Druckerhöhungsabschnitt herzustellen.
Ein plastisches Verformungsverfahren ist beispielsweise Gesenkschmieden, Pressformen, Drücken und dgl. (siehe Japanese Industrial Standard B 0122).
Deshalb können die Kosten für die Herstellung der Ejektorpumpe 40 reduziert werden, weil die Düse 41 in kurzer Zeit hergestellt werden kann, während eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung aufrechterhalten wird.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform ist die Füllrate von Metallpulver in die Pressform auf 96% oder mehr gesetzt, um die Härte der Düse 41 zu verbessern. Dagegen ist bei der vorliegenden Ausführungsform die innere Oberfläche der Düse 41 mit einem Nickelfilm durch Plattieren beschichtet, um die Härte der Düse 41 zu verbessern.
Fig. 5 ist ein Graph, der eine Relation zwischen einer Füllrate und einer Verschleißrate zeigt. Wie aus Fig. 5 klar ersichtlich ist, kann, wenn die innere Oberfläche der Düse 41, d. h. der Abschnitt der Düse 41, welcher in Kontakt mit dem Kältemittel ist, mit etwa 10 bis 15 µm Nickelauflage beschichtet ist, dieselbe Härte der Düse 41 erhalten werden wie diejenige, die bei einer Füllrate von 96% erzielt werden kann, selbst wenn die Füllrate auf 80% festgesetzt ist.
Eine weitere Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Düse 41 durch Sintern von Metallpulver hergestellt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Die Düse kann durch Sintern von bspw. Keramikpulver hergestellt werden.
Bei der zweiten Ausführungsform ist ein Nickelfilm auf der inneren Oberfläche der Düse 41 gebildet. Jedoch ist das Material des Films nicht auf Nickel beschränkt.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen, die zum Zwecke der Illustration ausgewählt wurden, beschrieben wurde, sollte es ersichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen durch Fachleute an dieser ausgeführt werden können, ohne von dem Basiskonzept und dem Zweck der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Ejektorpumpe, die eine kinetische Pumpe zur Übertragung von Fluid durch Mitreißen mit einem Arbeitsfluid ist, welches von einer Düse (41) bei hoher Geschwindigkeit ausströmt, wobei die Düse (41) nach dem Formpressen feiner Partikel bei hoher Temperatur gesintert ist.

2. Ejektorpumpe gemäß Anspruch 1, wobei die Düse (41) aus Metall hergestellt ist.

3. Ejektorpumpe gemäß Anspruch 2, wobei die Düse (41) nach dem Formpressen gesintert ist, derart dass die Füllrate der feinen Partikel nicht kleiner als 96% ist.

4. Ejektor, der eine kinetische Pumpe zur Übertragung von Fluid durch Mitreißen mit einem Arbeitsfluid ist, welches aus einer Düse (41) bei hoher Geschwindigkeit ausströmt, wobei die Düse (41) nach dem Formpressen von Metallpulver bei hoher Temperatur gesintert ist, und eine innere Oberfläche aufweist, auf welcher ein Nickelfilm gebildet ist.

5. Ejektor, der an einem Dampfkompressions-Kälteerzeuger angewendet wird, welcher einen Radiator zur Wärmeabstrahlung eines Kältemittels mit hoher Temperatur und hohem Druck, das durch einen Kompressor (10) komprimiert ist und einen Verdampfer (30) zum Verdampfen eines dekomprimierten Kältemittels mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck aufweist, und welcher Wärme von einer Niedrigtemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite überträgt, umfassend
eine Düse (41) zum Dekomprimieren und Expandieren des Kühlmittels durch Umwandlung einer Druckenergie des Kältemittels, welches von dem Radiator (20) ausströmt, in eine Geschwindigkeitsenergie; und
Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) zum Erhöhen des Drucks des Kältemittels durch Umwandlung einer Geschwindigkeitsenergie in eine Druckenergie, während das von der Düse (41) eingespritzte Kältemittel und das aus dem Verdampfer (30) angesaugte Kältemittel vermischt wird, wobei
die Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) durch Deformation eines Rohres durch plastisches Verformen hergestellt sind.

6. Ejektorpumpe gemäß Anspruch 5, wobei die Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) durch Verformen eines Rohres durch Gesenkschmieden hergestellt ist.

7. Ejektorpumpe gemäß Anspruch 5, wobei die Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) durch Verformen eines Rohres durch Pressformen hergestellt sind.

8. Ejektorpumpe gemäß Anspruch 5, wobei die Druckerhöhungsabschnitte (42, 43) durch Verformen eines Rohres durch Drücken hergestellt sind.