DE10332104A1

DE10332104A1 - Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor

Info

Publication number: DE10332104A1
Application number: DE10332104A
Authority: DE
Inventors: Massayuki Kariya Takeuchi; Yoshitaka Kariya Tomatsu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: DE10332104B4; JP2004053028A; US6837069B2; JP3951840B2; US20040011065A1

Abstract

In einem Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor (3) ist ein Umleitungsdurchgang (B) vorgesehen, durch welchen ein Teil von Hochdruckkältemittel von dem Radiator (2) in einen Niedrigdruckkältemittel-Durchgang (C) zwischen einem Verdampfer (6) und einer Saugöffnung (32) des Ejektors strömt, während dieses eine Düse (31) des Ejektors umgeht. Des Weiteren ist ein Steuerventil (7, 9, 70) angeordnet, um den Umleitungsdurchgang zu öffnen, so dass Kältemittel durch den Umleitungsdurchgang strömt, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels in einem vorbestimmten Zustand gelangt. Demgemäß kann es verhindern, dass der Druck des Hochdruckkältemittels infolge eines Ansteigens einer Kältemittelströmungsmenge übermäßig ansteigt. Deshalb arbeitet der Kältemittelkreislauf stabil.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kältemittelkreislauf, der einen Ejektor (bzw. eine Saugstrahlpumpe) enthält. Der Kältemittelkreislauf ist mit einem Bypass- bzw. Umleitungsdurchgang versehen, durch welchen ein Teil des Hochdruckkältemittels (d.h.: eines Kältemittels mit hohem Druck) von einem Radiator eine Düse des Ejektors (im Sinne eines Bypasses) umgeht, und ein Steuerventil, das die Umgehungsleitung öffnet, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels höher als ein Ventilöffnungsdruck des Steuerventils ist.

In einem Kältemittelkreislauf (einem Ejektorkreislauf), der in JP-A-6-2964 beschrieben ist, wird Kältemittel in einer Düse eines Ejektors dekomprimiert und expandiert, so dass gasförmiges Kältemittel, welches in einem Verdampfer verdampft wird, angesaugt wird, und Druck des Kältemittels, welches in den Kompressor zu saugen ist, durch Umwandlung von Expansionsenergie zu Druckenergie erhöht wird. Zum Beispiel enthält ein konventioneller Kältemittelkreislauf, der in 13 gezeigt ist, einen Kompressor 101 zum Komprimieren von Kältemittel, einen Radiator 102 zum Kühlen von Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 101 ausströmt bzw. von diesem abgegeben wird, einen Ejektor 103, einen Gas/Flüssigkeits-Abscheider 104, ein Strömungssteuerungsventil 105 und einen Verdampfer 106. Desweiteren ist der Ejektor 103 mit einer Düse 131, einer Saugöffnung 132, einem Mischabschnitt 133 und einem Diffusor 134 aufgebaut. Die Düse 131 dekomprimiert das Hochdruckkältemittel, das von dem Radiator 102 in einen Hochdruckkältemitteleinlass 131a eingeleitet wird, so dass Niedrigdruckkältemittel (d. h.: Kältemitttel mit niedrigem Druck), das in dem Verdampfer 106 verdampft, von der Saugöffnung 132 in den Mischabschnitt 133 durch einen Hochgeschwindigkeitskältemittel-Strom gesaugt wird, welcher von einem Auslass 131c der Düse 131 augestossen wird. Das angesaugte Kältemittel von dem Verdampfer 106 und das ausgestossene Kältemittel von der Düse 131 werden in dem Mischabschnitt 133 gemischt. Desweiteren erhöhen der Mischabschnitt 133 und der Diffusor 134 den Kältemitteldruck durch Umwandlung der Geschwindigkeitsenergie von Kältemittel zu Druckenergie von Kältemittel. Anschliessend strömt Kältemittel von einem Ejektorauslass 135 in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 104.

In dem Ejektorkreislauf kann, da ein Querschnittsbereich eines Engstellenabschnittes 131b der Düse 131 fest (bzw. nicht veränderbar) ist, eine Flussmenge von in die Düse 131 des Ejektors 103 strömendem Kältemittel nicht auf der Grundlage eines Betriebszustandes (z.B.: der Kühllast) des Kältemittelkreislaufes eingestellt werden. Wenn der Kältemittelkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird, wird der Kompressor 101 im Allgemeinen bzw. generell durch einen Fahrzeugmotor angetrieben, und eine Drehzahl des Kompressors 101 wird in einem weiten Bereich infolge (der Änderung) der Drehzahl des Fahrzeugmotors geändert. Demgemäss kann der Kältemitteldruck übermässig ansteigen, und die Wirksamkeit bzw. der Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs kann erheblich verschlechtert werden. Desweiteren wird, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird der Druck von Hochdruckkältemittel stark geändert, so dass es schwierig ist, einen stabilen Betrieb des Kältemittelkreislaufes herzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit Blick auf die vorhergehenden Probleme, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kältemittelkreislauf bereitzustellen, der einen Ejektor aufweist, welcher verhindert, dass ein Kältemitteldruck infolge der Erhöhung einer Kältemittelströmungsmenge stark ansteigt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kältemittelkreislauf bereitzustellen, welcher die Kühlkapazität wirksam verbessert, wenn der Kältemittelkreislauf als Kälteerzeugungsapparat verwendet wird.

Gemäss der vorliegenden Erfindung enthält ein Kältemittelkreislauf einen Kompressor zum Komprimieren von Kältemittel, einen Hochdruckwärmetauscher zum Abstrahlen von Wärme von Hochdruckkältemittel, welches von dem Kompressor abgegeben wird, einen Niedrigdruckwärmetauscher zum Verdampfen von Niedrigdruckkältemittel, nachdem dieses dekomprimiert wurde, einen Ejektor und einen Gas/Flüssigkeits-Abscheider zum Abscheiden bzw. Trennen von Kältemittel von dem Ejektor in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel. Der Ejektor enthält eine Düse zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel, welches von dem Hochdruckwärmetauscher strömt, infolge einer Umwandlung von Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels, und einen Druckerhöhungsabschnitt, der angeordnet ist, um einen Druck von Kältemittel durch Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie von Kältemittel in Druckenergie von Kältemittel zu erhöhen, während dieser Kältemittel, welches von der Düse eingespritzt wird und Kältemittel, welches aus dem Niedrigdruckwärmetauscher angesaugt wird zu mischen. In dem Kältemittelkreislauf ist ein Steuerventil in einem Umgehungsdurchgang angeordnet, durch welchen ein Teil des Kältemittels von dem Hochdruckwärmetauscher in einen Niedrigdruckkältemittel-Durchgang zwischen dem Niedrigdruckwärmetauscher und einer Saugöffnung des Ejektors strömt, und das Steuerventil öffnet den Umgehungsdurchgang, so dass Kältemittel durch den Umgehungsdurchgang strömt, wenn ein Druck des Kältemittels von dem Hochdruckwärmetauscher in einen vorbestimmten Zustand gelangt. Demgemäss kann dieser verhindern, dass der Druck des Hochdruckkältemittels infolge der Steigerung einer Kältemittelströmungsmenge übermässig ansteigt, und kann bewirken, dass der Kältemittelkreislauf stabil arbeitet. Somit kann, selbst wenn die Kältemittelströmungsmenge steigt, die verbrauchte Leistung bzw. Energie in dem Kompressor dahingehend beschränkt werden, dass sich diese nicht erhöht, und die Wirksamkeit bzw. der Wirkungsgrad (COP) des Kältemittelkreislaufes kann verbessert werden.

Kältemittel, welches die Düse des Ejektors (im Sinne eines Bypasses) umgeht, wird in dem Steuerventil dekomprimiert und in den Druckerhöhungsabschnitt des Ejektors zusammen mit dem Kältemittel von dem Niedrigdruckwärmetauscher gesaugt, und wird mit dem Kältemittel gemischt, das von der Düse des Ejektors ausgestossen wird. Anschliessend strömt das gemischte Kältemittel in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider von dem Auslass des Ejektors und flüssiges Kältemittel, welches in dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider abgetrennt wurde bzw. wird, strömt in den Niedrigdruckwärmetauscher. Demgemäss kann, wenn der Kältemittelkreislauf als Kälteerzeugungsapparat verwendet wird, selbst in einem Abkühlbetrieb die Kühlkapazität des Niedrigdruckwärmetauschers erhöht werden.

Zum Beispiel enthält das Steuerventil ein Gehäuse zum Abgrenzen bzw. Festlegen eines Teiles eines Hochdruckkältemittel-Durchgangs von dem Hochdruckwärmetauscher zu der Düse des Ejektors, eine Ventilöffnung durch welche der Hochdruckkältemittel-Durchgang mit dem Umleitungsdurchgang (fluid) kommuniziert, ein Gehäuseelement zur Bildung eines Dichtraumes, in welchem ein gasförmiges Kältemittel durch eine vorbestimmte Dichte abgedichtet ist (bzw. in welchem gasförmiges Kältemittel mit einer vorbestimmten Dichte umschlossen ist), ein Verdrängungs- bzw. Versetzungselement, das in Übereinstimmung mit einem Druckunterschied zwischen dem Inneren und dem Äusseren des Dichtraumes sich versetzt bzw versetzt wird und einen Ventilkörper, der die Ventilöffnung in Übereinstimmung mit einer Versetzung des Versetzungselementes öffnet und schliesst. In diesem Fall ist der Dichtraum in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang des Gehäuses platziert, und das Versetzungselement bewegt sich in einer Richtung zum Öffnen der Ventilöffnung (d.h.: in einer Ventilöffnungsrichtung), wenn ein Druck in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang höher als der Innendruck des Dichtraumes ist. Deshalb ändert sich ein Ventilöffnungsdruck des Steuerventils in Übereinstimmung mit der Temperatur des Hochdruckkältemittels, und der COP des Kältemittelkreislaufes kann effektiv bzw. wirksam verbessert werden.

Vorzugsweise enthält der Kältemittelkreislauf einen inneren Wärmetauscher zum Ausführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel, welches in den Kompressor zu saugen ist und Kältemittel, welches von dem Hochdruckwärmetauscher strömt. In diesem Fall enthält der Hochdruckkältemittel-Durchgang einen ersten Hochdruckkältemittel-Durchgang, durch welchen Kältemittel von dem Hochdruckwärmetauscher zu dem inneren Wärmetauscher strömt, und einen zweiten Hochdruckkältemittel-Durchgang, durch welchen Kältemittel von dem inneren Wärmetauscher zu der Düse des Ejektors strömt. Desweiteren ist der Dichtraum zumindest in dem ersten Hochdruckkältemittel-Durchgang des Gehäuses platziert bzw. angeordnet, und das Verschiebungs- bzw. Versetzungselement bewegt sich in einer Richtung zur Öffnung der Ventilöffnung, wenn ein Druck in dem ersten Hochdruckkältemittel-Durchgang höher als ein Innendruck des Dichtraumes ist.

Alternativ ist das Steuerventil angeordnet, um den Umleitungsdurchgang zu öffnen, wenn ein Druckunterschied zwischen einem Druck von Kältemittel, welches von dem Hochdruckwärmetauscher an einer Position stromaufwärts des Steuerventils strömt und einem Druck von Kältemittel an einer Auslassseite des Niedrigdruckwärmetauschers an einer Position stromabwärts des Steuerventils grösser ist als ein vorbestimmter Wert. In diesem Fall wird der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Druck des Kältemittels an der Auslassseite des Niedrigdruckwärmetauschers geändert. Demgemäss wird, wenn der Niedrigdruckwärmetauscher als Verdampfer verwendet wird, der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils in Übereinstimmung mit einer Kühllast des Verdampfers geändert, und der COP des Kältemittelkreislaufes kann effektiv verbessert werden, während verbrauchte Leistung bzw. Energie in dem Kompressor reduziert werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen leichter verständlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 eine Querschnittsansicht ist, die ein Steuerventil zeigt, das für den Kältemittelkreislauf gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird,
3 ein Mollierdiagramm (p-H-Diagramm) von Kohlendioxid in dem Kältemittelkreislauf ist,
4 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 eine Querschnittsansicht ist, die ein Steuerventil (Differenzialdruckventil) zeigt, das für den Kältemittelkreislauf in 4 verwendet wird,
6 ein Graph ist, der Betriebseigenschaften des Differenzialdruckventils zeigt, welches in 5 gezeigt ist,
7 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
8 eine Querschnittsansicht ist, die ein Steuerventil zeigt, das in dem Kältemittelkreislauf in 7 verwendet wird,
9 eine Querschnittsansicht ist, die ein Beispiel eines integrierten (einstöckigen) Aufbaus eines Ejektors und eines Steuerventils gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
10 eine Querschnittsansicht ist, die ein anderes Beispiel eines integrierten Aufbaus eines Ejektors und eines Differenzialdruckventils gemäß der vierten Ausführungsform zeigt,
11 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
12 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
13 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor gemäß eines verwandten Bereichs bzw. Standes der Technik zeigt, und
14 eine Querschnittsansicht ist, die den Ejektor in 13 zeigt.
Genaue Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wird typischerweise Kohlendioxid als Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf verwendet. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Kompressor 10 zum Ansaugen und Komprimieren von Kältemittel angeordnet, welches in dem Kältemittelkreislauf zirkuliert. Ein Radiator 2 ist ein Hochdruckwärmetauscher zum Kühlen von Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel (d.h.: Kältemittel mit hoher Temperatur bzw. hohem Druck), welches von dem Kompressor 10 ausströmt bzw. von diesem abgegeben wird, durch Ausführen eines Wärmetauschbetriebes zwischen Luft (z.B.: Außenluft), die durch ein Gebläse geblasen wird, und dem Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel. Ein Ejektor 3 ist zum Dekomprimieren von Kältemittel von bzw. aus dem Radiator 2 angeordnet, und ein Gas/Flüssigkeits- Abscheider 4 ist angeordnet, um Kältemittel, das von dem Ejektor 3 abgegeben wird in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel zu trennen. Desweiteren ist ein Verdampfer 6 ein Niedrigdruckwärmetauscher, in welchem Kältemittel durch Absorption von Wärme von Luft (z.B.: Innenluft), die durch ein (nicht gezeigtes) Gebläse geblasen wird, verdampft wird. Ein Stromsteuerventil 5 ist in einem Kältemitteldurchgang zwischen dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 und dem Verdampfer 6 angeordnet. Als Stromsteuerventil 5 kann ein Überheizgrad-Steuerventil oder eine feste Drossel oder dergleichen verwendet werden. Der Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 enthält einen Auslass für gasförmiges Kältemittel, der an eine Saugöffnung des Kompressors 1 angeschlossen ist, und einen Auslass für flüssiges Kältemittel, der an einen Einlass des Verdampfers 30 gekoppelt ist.
Der Ejektor 3 saugt Kältemittel an, welches in dem Verdampfer 30 verdampft wurde, während der Ejektor Kältemittel, das von dem Radiator 2 ausströmt, in einer Düse 31 dekomprimiert und expandiert, und den Druck des Kältemittels erhöht, welches in den Kompressor 10 zu saugen ist, durch Umwandlung von Expansionsenergie in Druckenergie. Der Ejektor 3 enthält die Düse 31, einen Druckerhöhungsabschnitt 32, welcher (seinerseits) einen Mischabschnitt und einen Diffusor enthält. Die Düse 31 dekomprimiert und expandiert Hochdruckkältemittel, das in den Ejektor 3 strömt durch Umwandlung von Druckenergie des Hochdruckkältemittels von dem Radiator in Geschwindigkeitsenergie desselben. Der Mischabschnitt des Druckerhöhungsabschnittes 33 saugt in dem Verdampfer 6 verdampftes Kältemittel von einer Saugöffnung 32 unter Verwendung einer Mitnahme- bzw. Mitreisswirkung von einem Strom von Hochgeschwindigkeitskältemittel an, welcher von der Düse 31 ausgestossen wird, und mischt das angesaugte Kältemittel und das ausgestossene (bzw. eingespritzte) Kältemittel. Desweiteren mischt der Diffusor des Druckerhöhungsabschnittes 33 das Kältemittel, das von der Düse 31 eingespritzt wird und das Kältemittel, das von (bzw. aus) dem Verdampfer 6 angesaugt wird. Deshalb wird der Kältemitteldruck in dem Druckerhöhungsabschnitt 33, der den Mischabschnitt und den Diffusor enthält, durch Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie des gemischten Kältemittels zu Druckenergie desselben erhöht.
Der Radiator 2 und die Düse 31 des Ejektors 3 sind durch einen Kältemitteldurchgang A (A1, A2) gekoppelt. Ein Kältemittelumleitungsdurchgang B ist in bzw. an dem Kältemitteldurchgang A vorgesehen, um von dem Kältemitteldurchgang A abzuzweigen, und kommuniziert (im Sinne einer fluiden Kommunikation) mit einem Kältemitteldurchgang C, durch welchen Kältemittel von dem Verdampfer 6 zu der Saugöffnung 32 des Ejektors gesaugt wird. Deshalb ist der Kältemitteldurchgang A in einen stromaufwärtigen Teil A1 und einen stromabwärtigen Teil A2 durch einen abgezweigten Abschnitt des Kältemittelumleitungsdurchganges B geteilt. Ein Steuerventil 7 ist in dem Abzweigabschnitt angeordnet, um so eine Strömungsmenge von Kältemittel zu steuern bzw. zu regeln, welches von dem Radiator 2 zu der Düse 31 des Ejektors 3 strömt und eine Flussmenge von Kältemittel, welches durch den Kältemittelumleitungsdurchgang B unter Umgehung der Düse 31 strömt, zu steuern bzw. zu regeln.
2 zeigt den Aufbau des Steuerventils 7, das in dem Kältemittelkreislauf der ersten Ausführungsform verwendet wird. Das Steuerventil 7 hat ein Gehäuse 82 zum Festlegen eines Teiles des Hochdruckkältemittel-Durchganges A zwischen dem Radiator 2 und der Düse 31 des Ejektors 3. Das Steuerventil 7 enthält einen Ventilkörper 71 und eine Membrane 72, die an den Ventilkörper 71 gekoppelt ist. Die Membrane 72 wird zwischen einem oberen Gehäuseteil 73 und einem unteren Gehäuseteil 74 eingesetzt und anschliessend wird ein Umfangsabschnitt 75 des oberen Gehäuseteiles 73 und des unteren Gehäuseteiles 74 geschweisst. Eine Ventilöffnung 76 ist in dem Gehäuse 82 vorgesehen, um mit dem Umleitungsdurchgang B zu kommunizieren. Das heisst, durch die Ventilöffnung 76 kommuniziert der Hochdruckkältemittel-Durchgang A mit dem Umleitungsdurchgang B. Der Ventilkörper 71 bewegt sich vertikal in 2, in Übereinstimmung mit einer Verschiebung der Membrane 72, um so die Ventilöffnung 76 zu öffnen und zu schliessen, die mit dem Umleitungsdurchgang B kommuniziert.
Ein Dichtraum 79 wird durch den oberen Gehäuseteil 73 und die Membrane 72 festgelegt, und ist in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang A in dem Gehäuse 82 des Steuerventils 7 positioniert. Kohlendioxid wird abgedichtet in dem Dichtraum 79 gespeichert, so dass das Kohlendioxid, das in dem Dichtraum 79 abgedichtet gespeichert wird eine Dichte von etwa 600 Kg/m³ hat, wenn der Ventilkörper 71 die Ventilöffnung 76 schliesst. Eine Dichtöffnung 80, von welcher Kohlendioxid in den Dichtraum 79 eingeleitet wird, ist in dem oberen Gehäuseteil 73 vorgesehen und durch ein Dichtelement 81 durch Schweissen oder Löten abgedichtet, nachdem Kohlendioxid eingefüllt wurde. Im Allgemeinen strömt Hochdruckkältemittel, das von dem Radiator zu dem Ejektor 3 strömt, durch das Steuerventil 7 um den oberen Gehäuseteil 73 und den unteren Gehäuseteil 74 herum. In diesem Fall ist die Temperatur in dem Dichtraum 79 annähernd gleich der Temperatur des Hochdruckkältemittels in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang A.
In der ersten Ausführungsform wird, nachdem der obere Gehäuseteil 73 die Membrane 72 und der untere Gehäuseteil 74 geschweisst sind, das geschweisste Element an einer Stütze 83 befestigt, welche in dem Gehäuse 82 durch Anschrauben, Schweissen oder dergleichen vorgesehen ist. Zum Beispiel wird das geschweisste Element an der Stütze 83 durch Verwendung eines Befestigungselements 84 wie einem Clip befestigt. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Kältemitteldurchgang 85 unter dem unteren Gehäuseteil 74 vorgesehen. Desweiteren ist eine Stange 77 mit dem Ventilkörper 71 verbunden bzw. an diesen gekoppelt, und eine Schraubenfeder 78 ist zwischen der Stange 77 und dem Ventilkörper 71 angeordnet, so dass die Federkraft der Schraubenfeder 78 auf den Ventilkörper 71 in einer Richtung wirkt, in welcher das Ventil geschlossen wird (Ventilschliessrichtung).
Wenn der Kältemitteldruck niedriger wird als der kritische Druck des Kältemittels und Gas/Flüssigkeits-Kältemittel (bzw. ein Gemisch aus gasförmigem und flüssigem Kältemittel) durch das Steuerventil 7 strömt, wird die Temperatur innerhalb des Dichtraumes 79 im wesentlichen gleich der Temperatur des Hochdruckkältemittels in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang A um den Dichtraum 79 herum, und der Druck innerhalb des Dichtraumes 79 wird im wesentlichen gleich dem Druck des Hochdruckkältemittels. In diesem Fall schliesst der Ventilkörper 71 die Ventilöffnung 76 und Kältemittel strömt nicht durch den Umleitungsdurchgang B. Anschliessend, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels höher als ein vorbestimmter Druck wird, öffnet das Steuerventil 7 den Umleitungsdurchgang B. Zum Beispiel kann die Federkraft der Schraubenfeder 78 auf etwa 0,6 MPa bestimmt werden, wenn diese durch den Druck in der Membrane 72 berechnet wird.
Als nächstes wird der Betrieb des Steuerventils 7 genauer bzw. im Detail beschrieben. Da Kohlendioxid in dem Dichtraum 79 durch bzw. bei etwa 600 Kg/m³ abgedichtet ist, wechselt der Innendruck des Dichtraumes 79 entlang der Linie gleichen Drucks („isodensity line") von 600 Kg/m³, wie in dem Mollierdiagramm von Kohlendioxid in 3 gekennzeichnet ist. Wenn die Temperatur im Inneren des Dichtraumes 79 40 °C ist, ist der Innendruck des Dichtraumes 79 etwa 9,7 MPa. Demgemäß, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels niedriger als ein Druck bei Ventilöffnung (nachfolgend Ventilöffnungsdruck) von 10,3 MPa ist, der ein Gesamtdruck des Innendrucks des Dichtraumes 79 und des Druckes durch die Federkraft ist, schliesst der Ventilkörper 71 die Ventilöffnung 76, so dass Kältemittel nicht durch den Umleitungsdurchgang B strömt. Umgekehrt, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels höher als 10,3 MPa ist, öffnet der Ventilkörper 71 die Ventilöffnung 76, so dass Kältemittel durch den Umleitungsdurchgang B strömt.
Als nächstes wird der Betrieb des Kältemittelkreislaufs beschrieben. Wenn die Strömungsmenge von Kältemittel klein ist, und der Druck des Hochdruckkältemittels niedriger als der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 7 ist, wird das Steuerventil 7 geschlossen, um den Umleitungsdurchgang B zu schliessen. In diesem Fall strömt bzw. passiert das gesamte von dem Radiator 2 strömende Kältemittel durch die Düse 31 des Ejektors 3. Demgemäß wird das gesamte von dem Radiator 2 abgegebene Kältemittel in der Düse 31 des Ejektors 3 dekomprimiert. Durch das Hochgeschwindigkeitseinspritzen von Kältemittel von der Düse 31 wird gasförmiges Kältemittel, welches in dem Verdampfer 6 verdampft ist, in den Druckerhöhungsabschnitt 33 des Ejektors 3 von der Saugöffnung 32 angesaugt. Das Kältemittel von der Düse 31 und das Kältemittel, das aus dem Verdampfer 6 gesaugt wird, werden in dem Mischabschnitt des Druckerhöhungsabschnittes 33 gemischt, und der Druck des gemischten Kältemittels erhöht sich, während es durch den Druckerhöhungsabschnitt 33 des Ejektors 3 strömt. Anschliessend strömt Kältemittel von dem Ejektor 3 in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4. In diesem Fall zirkuliert, da Kältemittel in dem Verdampfer 6 zu der Saugöffnung 32 des Ejektors 3 gesaugt wird, Kältemittel von dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 durch das Strömungsmengenventil 5, den Verdampfer 6 und den Druckerhöhungsabchnitt 33 des Ejektors 3 in dieser Reihenfolge, und kehrt zu dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 zurück.
Andererseits, wenn die Strömungsmenge des Kältemittels sich erhöht und der Druck des Hochdruckkältemittels höher wird als der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 7, wird das Steuerventil 7 geöffnet, um den Umgehungsdurchgang B zu öffnen, so dass ein Teil des von dem Radiator 2 strömenden Kältemittels in den Umleitungsdurchgang B strömt, nachdem dieses in dem Steuerventil 7 dekomprimiert wurde. Kältemittel, welches durch den Kältemittelumleitungsdurchgang B strömt, strömt in den Kältemitteldurchgang C zwischen dem Verdampfer 6 und dem Saugabschnitt 32 des Ejektors 3. Kältemittel, welches in den Kältemitteldurchgang C strömt, wird mit dem Kältemittel gemischt, welches von dem Verdampfer 6 strömt, und das gemischte Kältemittel wird in den Ejektor 3 von dem Saugabschnitt 32 gesaugt.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Umleitungsdurchgang B, durch welchen ein Teil des Kältemittels von dem Radiator 2 von einem stromaufwärtigen Abschnitt strömt, der stromaufwärtig des Hochdruckkältemitteleinlassabschnittes 31a des Ejektors 3 ist, vorgesehen, und das Steuerventil 7 ist in dem Umleitungsdurchgang B vorgesehen, so dass das Steuerventil 7 geöffnet wird, um den Umleitungsdurchgang B zu öffnen, wenn der Druck von Hochdruckkältemittel, welches von dem Radiator 2 strömt, höher als ein Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 7 ist. Das heisst, wenn die Kältemittelströmungsmenge sich erhöht und der Druck des Hochdruckkältemittels sich auf mehr als einen notwendigen Druck erhöht, wird ein Teil des Kältemittels von dem Radiator 2 abgezweigt, um durch den Umleitungsdurchgang B unter Umgehung der Düse 31 des Ejektors 3 zu strömen. Deshalb kann es verhindern, dass der Druck des Hochdruckkältemittels übermässig ansteigt, und der Kältemittelkreislauf arbeitet stabil. Somit kann es die aufgenommene Leistung bzw. Energie des Kompressors 1 dahingehend begrenzen, dass diese sich, selbst dann nicht erhöht, wenn die Kältemittelströmungsmenge sich erhöht, und die Wirksamkeit bzw. der Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufes kann verbessert werden.
Desweiteren wird Kältemittel, das den Umleitungsdurchgang B passiert, in den Ejektor 3 zusammen mit Kältemittel von dem Verdampfer 6 gesaugt, und mit dem von der Düse 31 ausgestossenen Kältemittel gemischt. Anschliessend strömt das gemischte Kältemittel in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 von dem Auslass des Ejektors 3. Demgemäss wird, selbst wenn ein Teil des Kältemittels die Düse 31 des Ejektors 3 umgeht, die Strömungsmenge des Kältemittels, das in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 strömt nicht erhöht. Demgemäss ist es möglich eine hinreichende Menge von flüssigem Kältemittel zu dem Verdampfer 6 von dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 zuzuführen, und die Kühlkapazität kann in hinreichendem Masse in dem Verdampfer 6 erhalten werden, selbst in einem Abkühlbetrieb.
In der ersten Ausführungsform wird ein Teil des Hochdruckkältemittel-Durchganges A von dem Radiator 2 zu dem Ejektor 3 als Steuerventil 77 ausgebildet. Desweiteren kommuniziert der Hochdruckkältemittel-Durchgang A mit dem Umleitungsdurchgang B durch die Ventilöffnung 76 des Steuerventils 77, und der Dichtraum 79, der mit dem gasförmigen Kältemittel durch eine vorbestimmte Dichte abgedichtet ist (bzw. dieses Kältemittel abgedichtet verschliesst) ist innerhalb des Hochdruckkältemittel-Durchgangs A vorgesehen. Deshalb wird die Membran 72 (Versetzungselement) in Übereinstimmung mit einem Druckunterschied zwischen dem Innendruck des Dichtraumes 79 und dem Aussendruck des Dichtraumes 79 innerhalb des Hochdruckkältemittel-Durchganges A bewegt, und der Ventilkörper 71 bewegt sich in Übereinstimmung mit der Bewegung der Membran 72, um die Ventilöffnung 76 zu öffnen und zu schliessen. Demgemäss passiert bzw. strömt, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang A niedriger als der Innendruck des Dichtraumes 79 wird, das gesamte von dem Radiator 2 strömende Kältemittel durch die Düse 31 des Ejektors 3. Andererseits strömt, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang A grösser als der Innendruck des Dichtraumes 79 wird, ein Teil des von dem Radiator 2 strömenden Kältemittels durch den Umleitungsdurchgang B strömen bzw. diesen passieren, während dieser die Düse 31 des Ejektors 3 umgeht bzw. um diesen herum geleitet wird. Demgemäss kann es verhindern, dass der Druck von Hochdruckkältemittel infolge einer Erhöhung der Kältemittelströmungsmenge übermässig ansteigt.
Desweiteren wechselt gemäss der ersten Ausführungsform, da der Innendruck des Dichtraumes 79 in dem Steuerventil 7 in Übereinstimmung mit der Temperatur des Hochdruckkältemittels, das von dem Radiator strömt, wechselt, der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 7 ebenfalls in Übereinstimmung mit der Temperatur des Hochdruckkältemittels. Demgemäss kann der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 7 so bestimmt werden, dass dieser annähernd der optimalen Steuerlinie entspricht, auf welcher die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad (COP) des Kältemittelkreislaufs maximal wird. Deshalb kann der Betrieb des Kältemittelkreislaufes stabil ausgeführt werden, während der COP des Kältemittelkreislaufs verbessert werden kann.
(Zweite Ausführungsform)
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 bis 6 beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird ein Steuerventil 9 mit einem von dem des Steuerventils 7 der ersten Ausführungsform unterschiedlichen Aufbau verwendet, aber die anderen Teile sind ähnlich denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform ist das Steuerventil 9 ein Differenzialdruckventil wie in 5 gezeigt ist. Das Steuerventil 9 enthält ein Gehäuse 91, das aus einem Metall wie Edelstahl hergestellt ist. Das Gehäuse 91 hat einen Einlass 92, der mit einem Abzweigpunkt F kommuniziert, der in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang A zum Anschluss des Radiators 2 und der Düse 31 des Ejetors 3 vorgesehen ist, und ein Auslass 95, der mit dem Umleitungsdurchgang B kommuniziert. Der Umleitungsdurchgang B ist an dem Kältemitteldurchgang C zwischen dem Verdampfer 6 und dem Saugabschnitt 32 des Ejektors 3 angeschlosssen. Deshalb legt das Gehäuse 91 des Steuerventils 9 einen Teil des Umleitungsdurchgangs B fest bzw. umschliesst diesen. Desweiteren hat das Gehäuse 91 eine Ventilöffnung 93, durch welche der Einlass 92 mit dem Auslass 95 kommuniziert, und ein Öffnungsgrad der Ventilöffnung 93 wird durch einen Ventilkörper 96 eingestellt. Der Ventilkörper 96 wird durch eine aus Metall hergestellte Schraubenfeder 97 zu der Ventilöffnung 93 gepresst.
Das Gehäuse 91 enthält einen Bodenabschnitt mit dem Einlass 92, einen zylindrischen Körperabschnitt und ein Abdeckelement 94 mit dem Auslass 95. In der zweiten Ausführungsform sind der Bodenabschnitt und der zylindrische Körperabschnitt des Gehäuses 91 integral bzw. einstöckig geformt. Nachdem der Ventilkörper 96 und die Schraubenfeder 97 in dem Gehäuse 91 angeordnet sind, wird das Abdeckelement 94 mit dem Gehäuse 91 durch Befestigung wie Schweissen oder Schrauben verbunden. Eine Führungseinfassung 98 zum Führen der Bewegung des Ventilkörpers 96 ist in dem Gehäuse 91 angeordnet. Wenn der Ventilkörper 96 sich bewegt, berührt eine zylindrische äussere Oberfläche der Führungseinfassung 98 eine innere Wandoberfläche des Gehäuses 91, so dass die Bewegung des Ventilkörpers 96 geführt ist. Mehrere Löcher 99, durch welche Kohlendioxid als das Kältemittel strömt, sind in der Führungseinfassung 98 an Positionen in der Nähe des Ventilkörpers 96 vorgesehen.
Als nächstes wird der Betrieb des Steuerventils 9 (Differenzialdruckventil) beschrieben. Wie in 5 gezeigt ist, wirkt eine Betätigungskraft F1 von dem Einlass 92 auf den Ventilkörper 96 durch den Kältemitteldruck von dem Radiator 2, um so den Ventilkörper 96 zu dem Auslass 95 zu drücken. Andererseits wirkt eine Betätigungskraft F2 infolge des Kältemitteldruckes an der Auslassseite des Verdampfers 6 und der elastischen Kraft der Schraubenfeder 97 auf den Ventilkörper 96 von einer Seite des Auslasses 95 zu dem Einlass 92 hin.
Das heisst, wenn die Betätigungskraft F2 grösser als die Betätigungskraft F1 ist, wird die Ventilöffnung 93 durch den Ventilkörper 96 geschlossen, und Kältemittel strömt nicht durch den Umleitungsdurchgang B. Andererseits, wenn die Betätigungskraft F2 kleiner als die Betätigungskraft F1 ist, wird die Ventilöffnung 93 durch den Ventilkörper 96 geöffnet, und Kältemittel strömt durch den Umleitungsdurchgang B. Das heisst, das Steuerventil 9 wird durch einen Differenzialdruck geöffnet und geschlossen. Der Differenzialdruck bezieht sich auf die elastische Kraft der Schraubenfeder 97, welche auf den Ventilkörper 96 wirkt, und den Druckunterschied zwischen dem Druck des Hochdruckkältemittels und dem Kältemitteldruck an der Auslassseite des Verdampfers 6.
6 zeigt Betriebseigenschaften des Steuerventils 9. In der zweiten Ausführungsform ist der Differenzialdruck der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 9. Wie in 6 gezeigt ist, wird, wenn der Verdampferauslassdruck, das heisst der Kältemitteldruck an der Auslassseite des Verdampfers 6 höher wird, der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 9 grösser. Im Allgemeinen wird die Kühllast grösser, wenn der Kältemittelauslassdruck des Verdampfers 6 grösser wird. Andererseits wird, wenn die Kühllast klein ist und der Kältemitteldruck an der Auslassseite des Verdampfers 6 kleiner wird, der Öffnungsdruck des Steuerventils 9 kleiner.
Gemäss der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Steuerventil 9 so bestimmt bzw. aufgebaut, dass es öffnet, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels von dem Radiator 2, der stromaufwärts des Steuerventils 9 ist, grösser als der Kältemitteldruck an dem Auslass des Verdampfers 6 ist, der stromabwärts des Steuerventils 9 ist, wobei die Öffnung des Ventils durch einen vorbestimmten Druckunterschied erfolgt. Das heisst, wenn der Differenzialdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Steuerventils 9 grösser als ein vorbestimmter Wert (der Ventilöffnungsdruck) ist, wird das Steuerventil 9 geöffnet, um den Umleitungsdurchgang B zu öffnen.
Da das Differenzialdruckventil als das Steuerventil 9 verwendet wird, wird der Druck des Kältemittels, welches die Düse 31 des Ejektors 3 umgeht bzw. um diese herum geleitet wird, höher, wenn die Kühllast gross ist und der Druck in dem Verdampfer 6 höher wird. Umgekehrt, wenn die Kühllast kleiner ist und der Druck innerhalb des Verdampfers 6 kleiner wird, wird der Druck des Kältemittels, welches die Düse 31 des Ejektors 3 umläuft, kleiner.
In einem Fall, in welchem Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, wird, wenn die Kältemitteltemperatur an dem Auslass des Radiators 2 gleich ist, die Enthalpiedifferenz, die zum Kühlen verwendet wird, grösser, wenn der Kältemitteldruck höher wird. Deshalb wird, wenn die Kühllast gross ist, der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 9 grösser, und die Kühlkapazität kann gesteigert werden. Andererseits, wenn die Kühllast klein ist, wird der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils kleiner, und die Kühlkapazität kann reduziert werden. Demgemäss kann die Verbrauchsleistung des Kompressors 1 wirksam reduziert werden, und der COP des Kältemittelkreislaufes kann verbessert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. Wie in 7 gezeigt ist, ist in der dritten Ausführungsform ein innerer Wärmetauscher 8 zum Ausführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel, welches zu dem Kompressor 1 zu saugen ist und Hochdruckkältemittel, welches von dem Radiator 2 strömt hinzugefügt, wenn diese Ausführungsform mit dem Kältemittelkreislauf der oben beschriebenen ersten Ausführungsform verglichen wird. Der innere Wärmetauscher 8 ist beispielsweise durch Löten mehrerer Aluminiumplatten ausgebildet. Der innere Wärmetauscher 8 hat in sich einen ersten Kältemitteldurchgang 8a, durch welchen Kältemittel strömt, welches in den Kompressor 1 von dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 zu saugen ist, und einen zweiten Kältemitteldurchgang 8b, durch welchen Hochdruckkältemittel strömt, welches von dem Radiator 2 strömt. Im Allgemeinen ist eine Strömungsrichtung von Kältemittel, welches durch den ersten Kältemitteldurchgang 8a strömt entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung von Kältemittel, das durch den zweiten Kältemitteldurchgang 8b in dem inneren Wärmetauscher 8 strömt. Wenn der innere Wärmetauscher 8 in dem Kältemittelkreislauf angeordnet ist, wird die Temperatur des Kältemittels, das in den Kompressor 1 zu saugen ist erhöht, so dass die Kühlkapazität und der COP in dem Kältemittelkreislauf verbessert werden kann.
8 zeigt ein Steuerventil 70, das für den Kältemittelkreislauf der dritten Ausführungsform verwendet wird. In der dritten Ausführungsform ist eine Abtrennwand 86 zur Abtrennung des Hochdruckkältemittel-Durchgangs A in einem ersten Kältemitteldurchgang A1 auf dem oberen Gehäuseteil 73 und ein zweiter Kältemitteldurchgang A2, A3 auf der Seite des Ventilkörpers 71 angeordnet. Das heisst, der erste Kältemitteldurchgang A1 oberhalb des oberen Gehäuseteiles 73 und der zweite Kältemitteldurchgang A2, A3 in dem Steuerventil 70 sind voneinander durch die Abtrennwand 86 abgetrennt. Eine Isolierschicht 87, die aus Harz hergestellt ist, ist an einer äusseren Oberfläche des unteren Gehäuseteils 74 vorgesehen, um Wärme zu begrenzen, welche von Kältemittel, nachdem dieses durch den inneren Wärmetauscher 8 geströmt ist dahingehend abzuschirmen bzw. zu begrenzen, dass diese auf die Membran 72 in dem Dichtraum 79 übertragen wird. In dem Steuerventil 70 sind die anderen Teile ähnlich zu dem Steuerventil 7 das in 2 der ersten Ausführungsform gezeigt ist.
Als nächstes wird der Betrieb des Kältemittelkreislaufs beschrieben. Kältemittel, das von dem Radiator 2 strömt, passiert bzw. durchströmt den Kältemitteldurchgang A1 des Steuerventils 70, und wird in dem inneren Wärmetauscher 8 durch Niedrigtemperaturkältemittel gekühlt, welches zu dem Kompressor 1 zu saugen ist. Anschliessend durchströmt das Kältemittel von dem inneren Wärmetauscher 8 das Steuerventil 70 von dem Kältemitteldurchgang A2 zu dem Kältemitteldurchgang A3 und strömt in den Ejektor 3. Der Betrieb des Steuerventils 70 ist ähnlich zu dem Betrieb des Steuerventils 7, das im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Das heisst, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels höher ist als der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 70 wird das Steuerventil 70 geöffnet, so dass Kältemittel durch den Umleitungsdurchgang B strömt. Andererseits, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels gleich oder niedriger als der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 70 ist, wird das Steuerventil 70 geschlossen, so dass das gesamte Kältemittel in die Düse 31 des Ejektors 3 strömt, während es den Umleitungsdurchgang B umgeht.
In dem Kältemittelkreislauf der dritten Ausführungsform ist der innere Wärmetauscher 8 vorgesehen, wo das Kältemittel, welches zu dem Kompressor 1 zu saugen ist, mit Kältemittel Wärme tauscht, welches von dem Radiator 2 strömt. Desweiteren bildet das Steuerventil 70 einen Teil des Kältemitteldurchgangs A von dem Radiator 2 zu dem Ejektor 3 und der Umleitungsdurchgang B kommuniziert mit dem Kältemitteldurchgang A durch die Ventilöffnung 76. Der Dichtraum 79, in welchem das Kältemittelgas durch eine vorbestimmte Dichte abgedichtet ist, ist in dem Kältemitteldurchgang A gebildet. Zusätzlich enthält das Steuerventil 70 die Membran 72, die in Übereinstimmung mit der Druckdifferenz zwischen dem äusseren und dem inneren des Dichtraumes 79 versetzt wird, und der Ventilkörper 71 wird mit der Versetzung der Membrane 72 bewegt, um die Ventilöffnung 76 zu öffnen und zu schliessen. In der dritten Ausführungsform ist die Isolierschicht 87 auf der äusseren Oberfläche des unteren Gehäuseteils 74 vorgesehen, so dass Wärme von dem Kältemittel, welches durch den Kältemitteldurchgang A1 strömt, bevor dieses in dem inneren Wärmetauscher 8 gekühlt wird, hauptsächlich an das Kältemittelgas in dem Dichtraum 79 übertragen wird.
Demgemäss wird, wenn der Kältemitteldruck in dem Kältemitteldurchgang A1 zur Zufuhr von Kältemittel von dem Radiator 2 zu dem inneren Wärmetauscher 8 grösser als der innere Druck in dem Dichtraum 79 ist, die Membran 72 versetzt, so dass die Ventilöffnung 76 in dem Kältemitteldurchgang A2 geöffnet ist. Somit kann die vorliegende Erfindung wirksam für den Kältemittelkreislauf mit dem inneren Wärmetauscher 8 verwendet werden.
In der dritten Ausführungsform strömt, ähnlich wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang A1 kleiner als ein vorbestimmter Druck (der Ventilöffnungsdruck) ist, das gesamte Kältemittel von dem Radiator 2 durch die Düse 31 des Ejektors 3. Andererseits, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels in dem Kältemitteldurchgang A1 höher als der vorbestimmte Druck (der Ventilöffnungsdruck) ist, strömt ein Teil des Hochdruckkältemittels von dem Radiator 2 in den Umleitungsdurchgang B, während dieser die Düse des Ejektors 3 umgeht bzw. um diese herum geleitet wird. Deshalb kann es verhindern, dass der Druck des Hochdruckkältemittels übermässig steigt infolge eines Ansteigens der Kältemittelströmungsmenge.
Desweiteren wechselt in der dritten Ausführungsform, da der innere Druck des Dichtraumes 79 in Übereinstimmung mit der Temperatur des Hochdruckkältemittels sich ändert, welches von dem Radiator 2 strömt, ändert sich der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 70 ebenso in Übereinstimmung mit der Temperatur des Hochdruckkältemittels. Demgemäss kann der Ventilöffnungsdruck des Steuerventils 7 so bestimmt werden, dass dieser annähernd der optimalen Steuerlinie entspricht, auf welcher die Wirksamkeit bzw. der Wirkungsgrad (COP) des Kältemittelkreislaufes maximal wird. Deshalb kann der Betrieb des Kältemittelkreislaufes stabil ausgeführt werden, während der COP des Kältemittelkreislaufes verbessert werden kann.
(Vierte Ausführungsform)
In der vierten Ausführungsform sind das Steuerventil 7, 9, 70 und der Ejektor 3 der oben beschriebenen Ausführungsformen integriert bzw. einstöckig ausgeführt. Zum Beispiel ist in 9 das Steuerventil 7, das im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, mit dem Ejektor 3 integriert. In 10 ist das Steuerventil 9 (Differenzialdruckventil), das im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform beschrieben ist mit dem Ejektor 3 integriert. Desweiteren kann das Steuerventil 70, das im Zusammenhang mit der dritten Ausführungsform beschrieben ist, mit dem Ejektor 3 integriert werden. Selbst in diesem Fall sind der Aufbau und der Betrieb des Steuerventils 7, 9, 70 ähnlich zu denen der oben beschriebenen Ausführungsformen.
Gemäss der vierten Ausführungsform kann, da das Steuerventil 7, 9, 70 mit dem Ejektor 3 integriert ist ein Rohraufbau zwischen dem Steuerventil 7, 9, 70 und dem Ejektor 3 einfach hergestellt sein, und der integrierte Aufbau hat eine reduzierte Grösse. Demgemäss kann der integrierte Aufbau des Steuerventils 7, 9, 70 und des Ejektors 3 einfach in ein Fahrzeug montiert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Nachfolgend wird die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. In der fünften Ausführungsform ist ein Absperrventil 10 in dem Kältemitteldurchgang C zwischen dem Auslass des Verdampfers 6 und einem Verbindungsabschnitt G (bzw. Anfügungsabschnitt) angeordnet, bei welchem der Umleitungsdurchgang B mit dem Kältemitteldurchgang C verbunden ist bzw. an diesen angefügt ist. Deshalb kann es verhindern, dass Kältemittel, nachdem dieses den Umleitungsdurchgang B durchströmt hat, entgegengesetzt zu dem Verdampfer 6 hinströmt, wodurch verhindert wird, dass die Kältemittelzirkulation stagniert. In der fünften Ausführungsform sind die anderen Teile ähnlich zu denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Ähnlich so kann das Absperrventil 10 in dem Kältemittelkreislauf angeordnet werden der im Zusammenhang mit der zweiten und der dritten Ausführungsform beschrieben ist. Desweiteren kann das Absperrventil 10 an jeder Position in einem Kältemitteldurchgang von dem Auslass für flüssiges Kältemittel des Gas/Flüssigkeits-Abscheiders 4 und dem Verbindungsabschnitt G angeordnet werden.
(Sechste Ausführungsform)
In der sechsten Ausführungsform ist, wie in 12 gezeigt ist ein Umschalt- bzw. Schaltventil 11 zum Schalten bzw. Umschalten eines Kältemittelstromes in einem Kältemitteldurchgang zwischen dem Auslass des Ejektors 3 und dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4 angeordnet. In der sechsten Ausführungsform ist das Schaltventil 11 zur gleichen Zeit geschlossen, wie die Öffnungszeit des Steuerventils 7, bzw. ist das Schaltventil 11 während der Zeit geschlossen, während der das Steuerventil 7 geöffnet ist. Demgemäss strömt, wenn der Umgehungsdurchgang B durch das Steuerventil 7 geöffnet ist, Kältemittel von dem Radiator 2 durch den Verdampfer 6 nachdem dieses das Steuerventil 7 und den Umleitungsdurchgang B durchströmt hat, und strömt in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 4. In diesem Fall umströmt (bzw. umgeht) das Kältemittel von dem Radiator vollständig den Ejektor 3, und Kältemittel zirkuliert ähnlich zu einem allgemeinen Expansionsventilkreislauf. Demgemäss kann es verhindern, dass der Kältemitteldruck exzessiv bzw. übermässig steigt infolge des Ejektors 3. In der sechsten Ausführungsform sind die anderen Teile ähnlich zu denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
In der sechsten Ausführungsform kann, anstelle des Steuerventils 7, das Steuerventil 9, 70 das in den zweiten und dritten Ausführungsformen beschrieben wird, verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen vollständig beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann ersichtlich sind.
Beispielsweise wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Kohlendioxid als Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf verwendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf Kältemittelkreisläufe verwendet werden, in welchen Freon als Kältemittel verwendet wird. In den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Kältemittelkreislauf für einen Dampfkompressions-Kältemittelapparat zum Kühlen eines Schaukastens zum Kühlen von Nahrungsmitteln verwendet werden, und kann auch für eine Klimaanlage verwendet werden.
Desweiteren wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen das Steuerventil 7, 9, 70 mechanisch betätigt. Jedoch kann als das Steuerventil ein elektrisches Ventil wie ein elektrisches Expansionsventil mit einer vollständig schliessenden Funktion verwendet werden.
Solche Änderungen und Modifikationen sind dahingehend zu verstehen, dass diese innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen, wie sie durch die anliegenden Ansprüche definiert sind.
Zusammenfassend ist in einem Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor 3 ein Umleitungsdurchgang B vorgesehen, durch welchen ein Teil von Hochdruckkältemittel von dem Radiator 2 in einen Niedrigdruckkältemittel-Durchgang C zwischen einem Verdampfer 6 und einer Saugöffnung 32 des Ejektors strömt, während dieses eine Düse 31 des Ejektors umgeht. Desweiteren ist ein Steuerventil 7, 9, 70 angeordnet, um den Umleitungsdurchgang zu öffnen, so dass Kältemittel durch den Umleitungsdurchgang strömt, wenn der Druck des Hochdruckkältemittels in einen vorbestimmten Zustand gelangt. Demgemäss kann es verhindern, dass der Druck des Hochdruckkältemittels infolge eines Ansteigens einer Kältemittelströmungsmenge übermässig ansteigt. Deshalb arbeitet der Kältemittelkreislauf stabil.

Claims

Kältemittelkreislauf, umfassend: einen Kompressor (1) zum Komprimieren von Kältemittel, einen Hochdruckwärmetauscher (2) zum Abstrahlen von Wärme von Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor abgegeben wird, einen Niedrigdruckwärmetauscher (6) zum Verdampfen von Niedrigdruckkältemittel, nachdem dieses dekomprimiert wurde, einen Ejektor (3) der eine Düse 31 zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel enthält, das von dem Hochdruckwärmetauscher ausströmt, indem Druckenergie von Kältemittel zu Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels umgewandelt wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt (33) enthält, der angeordnet ist, um einen Druck von Kältemittel durch Umwandlung der Geschwindigkeitsenergie von Kältemittel zu Druckenergie von Kältemittel erhöht, während dieser Kältemittel, das von der Düse ausgestossen wird und Kältemittel, das aus dem Niedrigdruckwärmetauscher gesaugt wird mischt, und einen Gas/Flüssigkeits-Abscheider (4) zum Abscheiden von Kältemittel von dem Ejektor in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel, wobei der Gas/Flüssigkeits-Abscheider einen Auslass für gasförmiges Kältemittel aufweist, der an eine Kältemittelsaugseite des Kompressors gekoppelt ist, und einen Auslass für flüssiges Kältemittel aufweist, der an eine Kältemitteleinlassseite des Niedrigdruckwärmetauschers gekoppelt ist, und ein Steuerventil (7, 9, 70), das in einem Umleitungsdurchgang (B) angeordnet ist, durch welchen ein Teil des Kältemittels von dem Hochdruckwärmetauscher in einen Niedrigdruckkältemittel-Durchgang (C) zwischen dem Niedrigdruckwärmetauscher und einer Saugöffnung (32) des Ejektors strömt, wobei das Steuerventil den Umleitungsdurchgang so öffnet, dass Kältemittel durch den Umleitungsdurchgang strömt, wenn ein Druck des Kältemittels von dem Hochdruckwärmetauscher in einen vorbestimmten Zustand gelangt.
Kältemittelkreislauf gemäss Anspruch 1, wobei das Steuerventil (7) enthält ein Gehäuse zum Abgrenzen eines Teiles eines Hochdruckkältemittel-Durchganges (A, A1, A2) von dem Hochdruckwärmetauscher zu der Düse des Ejektors, eine Ventilöffnung (76) durch welche der Hochdruckkältemittel-Durchgang mit dem Umleitungsdurchgang kommuniziert, ein Gehäuseelement (73, 74) zum Ausbilden eines Dichtraumes (79), in welchem ein gasförmiges Kältemittel mit einer vorbestimmten Dichte abgedichtet ist, wobei der Dichtraum in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang des Gehäuses platziert ist, ein Versetzungselement (72), das sich in Übereinstimmung mit einem Druckunterschied zwischen einer Innenseite und einer Aussenseite des Dichtraumes versetzt, und einen Ventilkörper (71), der in Übereinstimmung mit einer Versetzung des Versetzungselementes die Ventilöffnung öffnet und schliesst, und wobei das Versetzungselement sich in einer Richtung zum Öffnen der Ventilöffnung bewegt, wenn ein Druck in dem Hochdruckkältemittel-Durchgang höher als der Innendruck des Dichtraumes ist.
Kältemittelkreislauf gemäss Anspruch 1, wobei das Steuerventil (9) angeordnet ist, um den Umleitungsdurchgang zu öffnen, wenn ein Druckunterschied zwischen einem Druck von Kältemittel, das von dem Hochdruckwärmetauscher bei einer Position stromaufwärts des Steuerventils strömt und einem Druck von Kältemittel an einer Auslassseite des Niedrigdruckwärmetauschers bei einer Position stromabwärts von dem Steuerventil grösser als ein vorbestimmter Wert ist.
Kältemittelkreislauf gemäss Anspruch 1, weiterhin umfassend einen inneren Wärmetauscher (8) zum Ausführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel, das in den Kompressor zu saugen ist, und Kältemittel, das von dem Hochdruckwärmetauscher strömt, wobei das Steuerventil (70) enthält ein Gehäuse zum Abgrenzen eines Teiles eines Hochdruckkältemittel-Durchgangs (A1), durch welchen Kältemittel von dem Hochdruckwärmetauscher zu dem inneren Wärmetauscher strömt, und zum Abgrenzen eines Teiles eines zweiten Hochdruckkältemittel-Durchgangs (A2, A3), durch welchen Kältemittel von dem inneren Wärmetauscher zu der Düse des Ejektors strömt, eine Ventilöffnung (46) durch welche der zweite Hochdruckkältemittel-Durchgang mit dem Umleitungsdurchgang kommuniziert, ein Gehäuseelement (73, 74) zum Ausbilden eines Dichtraumes (79), in welchem ein gasförmiges Kältemittel durch bzw. mit einer vorbestimmten Dichte umschlossen wird, wobei der Dichtraum zumindest in dem ersten Hochdruckkältemittel-Durchgang (A1) des Gehäuses platziert ist, ein Versetzungselement (72), das sich in Übereinstimmung mit einem Druckunterschied zwischen einer Innenseite und einer Aussenseite des Dichtraumes versetzt, und ein Ventilkörper (71), der die Ventilöffnung in Übereinstimmung mit einer Versetzung des Versetzungselementes öffnet und schliesst, und wobei das Versetzungselement sich in einer Richtung zum Öffnen der Ventilöffnung bewegt, wenn ein Druck in dem ersten Hochdruckkältemittel-Durchgang höher als der Innendruck des Dichtraumes ist.
Kältemittelkreislauf gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ejektor (3) und das Steuerventil (7, 9, 70) integriert sind, um ein integriertes Element zu bilden.
Kältemittelkreislauf gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend ein Absperrventil (10) das in einem Kältemitteldurchgang angeordnet ist, der von einem Auslass für flüssiges Kältemittel des Gas/Flüssigkeits-Abscheiders zu einem Verbindungspunkt (G), in welchem der Umleitungsdurchgang (B) mit dem Niedrigdruckkältemittel-Durchgang (C) verbunden ist, um einen Rückstrom von Kältemittel zu verhindern.
Kältemittelkreislauf gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, desweiteren umfassend ein Schaltventil (11), das zwischen einem Auslass des Ejektors und dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider angeordnet ist, um einen Kältemittelstrom von dem Auslass des Ejektors zu dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider zu schalten, wobei, wenn das Steuerventil den Umleitungsdurchgang öffnet, das Schaltventil den Kältemittelstrom von dem Auslass des Ejektors zu dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider schliesst bzw. stoppt.
Kältemittelkreislauf gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Steuerventil Kältemittel dekomprimiert, wenn es geöffnet wird.
Kältemittelkreislauf gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor abgegeben wird, einen Druck aufweist, der grösser oder gleich dem kritischen Druck des Kältemittels ist.