DE112016001141T5

DE112016001141T5 - Ejektor, Herstellungsverfahren für denselben und Kältekreislauf vom Ejektor-Typ

Info

Publication number: DE112016001141T5
Application number: DE112016001141.5T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Yokoyama; Haruyuki Nishijima; Etsuhisa Yamada; Ryota Nakashima; Yoshiaki Takano; Kazunori Mizutori; Yorito Kohara; Hiroshi Shintani
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-03-03
Also published as: CN107407293A; JP6610313B2; DE112016001141B4; US10316865B2; JP2016169729A; US20180045225A1; CN107407293B

Abstract

Ein Ejektor der vorliegenden Offenbarung weist eine Düse (21, 32), einen Körper (22, 30), ein einen Durchlass definierendes Element (23, 35) sowie einen Antriebs-Abschnitt (23a, 37) auf. Der Körper weist eine Kältemittel-Ansaugöffnung (22a, 31b) sowie einen einen Druck erhöhenden Abschnitt (20g) auf. Ein Kältemittel-Durchlass weist einen Düsen-Durchlass (20a, 25a) auf, der zwischen einer inneren Oberfläche der Düse und einer äußeren Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements definiert ist. Der Düsen-Durchlass (20a, 25a) weist einen Abschnitt (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche, einen sich verjüngenden Abschnitt (20c, 25c) sowie einen Erweiterungs-Abschnitt (20d, 25d) auf. Der Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche weist eine kleinste Durchlass-Querschnittsfläche in dem Düsen-Durchlass auf. Der sich verjüngende Abschnitt befindet sich auf einer in einer Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Abschnitts mit einer minimalen Querschnittsfläche und weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die in Richtung zu dem Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche hin graduell abnimmt. Der Erweiterungs-Abschnitt befindet sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Abschnitts mit einer minimalen Querschnittsfläche und weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die graduell zunimmt. Das einen Durchlass definierende Element weist eine Nut (23b, 35a) auf, die so vertieft ist, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses vergrößert wird.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung basiert auf der am 9. März 2015 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-045870 sowie auf der am 8. Februar 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-022118 und beansprucht den Prioritätsvorteil derselben. Die gesamten Offenbarungen der Anmeldungen sind durch eine Bezugnahme hierin aufgenommen.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Ejektor, ein Herstellungsverfahren für denselben sowie auf einen Kältekreislauf vom Ejektor-Typ. Der Ejektor saugt ein Fluid unter Verwendung einer Ansaugkraft eines injizierten Fluids an, das mit einer hohen Geschwindigkeit injiziert wird.
Stand der Technik
Die Patentliteratur 1 offenbart einen Ejektor und einen Kältekreislauf vom Ejektor-Typ. Der Ejektor weist eine Kältemittel-Ansaugöffnung auf, die ein Kältemittel als ein Ansaug-Kältemittel ansaugt, wobei eine Ansaugkraft eines Injektion-Kältemittels verwendet wird, das mit einer hohen Geschwindigkeit injiziert wird. Der Ejektor mischt das Injektions-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel so, dass sie ein gemischtes Kältemittel bilde, und erhöht einen Druck des gemischten Kältemittels. Bei dem Kältekreislauf vom Ejektor-Typ handelt es sich um eine Dampf-Kompression-Kältekreislauf-Einrichtung, die den Ejektor als einen Druckminderer für das Kältemittel aufweist.
Der Ejektor der Patentliteratur 1 weist einen Körper auf, der ein einen Durchlass definierendes Element aufnimmt, das die Gestalt eines Kegelstumpfs aufweist. Zwischen dem Körper und einer seitlichen Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements ist ein Kältemittel-Durchlass definiert. Der Kältemittel-Durchlass weist in einem Querschnitt eine ringförmige Gestalt auf. Der Kältemittel-Durchlass weist einen in einer Kältemittel-Strömungsrichtung am weitesten stromaufwärts gelegenen Abschnitt und einen am weitesten stromabwärts gelegenen Abschnitt auf. Der am weitesten stromaufwärts gelegene Abschnitt dient als ein Düsen-Durchlass, der einen Druck eines Hochdruck-Kältemittels reduziert und das dekomprimierte Kältemittel dann injiziert. Der am weitesten stromabwärts gelegene Abschnitt dient als ein Diffusor-Durchlass. Der Diffusor-Durchlass mischt das Injektions-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel und erhöht den Druck des gemischten Kältemittels.
Der Körper des in der Patentliteratur 1 offenbarten Ejektors weist einen Verwirbelungsraum auf. Bei dem Verwirbelungsraum handelt es sich um einen Wirbelstromgenerator, der in dem Kältemittel, das in den Düsen-Durchlass hinein strömt, einen Wirbelstrom verursacht. Noch genauer wird ein unterkühltes Flüssigphasen-Kältemittel in dem Verwirbelungsraum derart verwirbelt, dass ein Kältemittel um ein Verwirbelungszentrum herum aufgrund von Dekompression siedet. Im Ergebnis strömt ein Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig, in dem ein Gasphasen-Kältemittel um das Verwirbelungszentrum herum konzentriert ist, in den Düsen-Durchlass hinein.
Somit besteht eine Aufgabe der Patentliteratur 1 darin, ein Sieden des Kältemittels in dem Düsen-Durchlass zu fördern und dadurch eine Energieumwandlungs-Effizienz zu verbessern, wenn eine Druckenergie des Kältemittels in dem Düsen-Durchlass in eine kinetische Energie umgewandelt wird.
Literatur des Standes der Technik
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2013-177879 A

Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß Untersuchungen, die von den Erfindern der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wurden, weist der Ejektor der Patentliteratur 1 einen Kältemittel-Einström-Durchlass auf, der das Kältemittel in den Verwirbelungs-Durchlass hinein leitet, und eine Form des Kältemittel-Einström-Durchlasses und eine Form des Verwirbelungsraums sind fest. Dementsprechend ändert sich ein Volumen des Kältemittels, das in den Verwirbelungsraum hinein strömt, wenn sich ein Volumen des Kältemittels, das in dem Kältekreislauf vom Ejektor-Typ zirkuliert, aufgrund einer Laständerung ändert, die in dem Kältekreislauf vom Ejektor-Typ verursacht wird.
Wenngleich der Ejektor bewirken kann, dass es sich bei dem Kältemittel um das Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig handelt, bei dem es sich um einen geeigneten Zustand des Kältemittels in dem Verwirbelungsraum handelt, um die Energieumwandlungs-Effizienz zu verbessern, ist es gemäß der Patentliteratur 1 möglich, dass der Ejektor nicht in der Lage ist, das Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig in den Düsen-Durchlass hinein zu leiten.
Es wird zum Beispiel in Betracht gezogen, die Abmessungen des Verwirbelungsraums derart festzulegen, dass das Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig bei einer Betriebsweise mit einer hohen Last, bei der das Volumen des in dem Kältekreislauf zirkulierenden Kältemittels groß ist, in den Düsen-Durchlass hinein strömt. In diesem Fall nimmt eine Verwirbelungsgeschwindigkeit des Kältemittels ab, und dadurch ist es möglich, dass das Kältemittel bei einer Betriebsweise mit einer geringen Last, bei der das Volumen des in dem Kältekreislaufzirkulierenden Kältemittels klein ist, nicht aufgrund von Kompression siedet.
Dann wird in Betracht gezogen, die Abmessungen des Verwirbelungsraums derart festzulegen, dass das Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig bei der Betriebsweise mit einer geringen Last in den Düsen-Durchlass hinein strömt. In diesem Fall nimmt die Verwirbelungsgeschwindigkeit extrem zu, und dadurch nimmt ein Volumen des Gasphasen-Kältemittels, das durch das Sieden aufgrund von Dekompression erzeugt wird, bei der Betriebsweise mit einer hohen Last extrem zu. Im Ergebnis nimmt ein Druckverlust des Kältemittels mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig zu, das durch den Düsen-Durchlass hindurch strömt.
Das heißt, es ist möglich, dass das Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig nicht in den Düsen-Durchlass hinein strömt, wenn die Last Änderung in der Kältekreislauf-Einrichtung auftritt, und dadurch kann sich die Energieumwandlungs-Effizienz des Ejektors verschlechtern.
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit den vorstehend beschriebenen Problemen, und eine erste Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht in der Bereitstellung eines Ejektors für eine Kältekreislauf-Einrichtung, eines Ejektors, der ungeachtet einer in der Kältekreislauf-Einrichtung auftretenden Laständerung eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz sicherstellen kann.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht in der Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens für den Ejektor, der ungeachtet einer in der Kältekreislauf-Einrichtung auftretenden Laständerung eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz sicherstellen kann.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht in der Bereitstellung eines Kältekreislaufs vom Ejektor-Typ, der den Ejektor aufweist, der ungeachtet einer in der Kältekreislauf-Einrichtung auftretenden Laständerung eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz sicherstellen kann.
Die vorliegende Offenbarung offenbart eine einzigartige Technik, die ungeachtet einer in der Kältekreislauf Einrichtung auftretenden Laständerung das Sieden eines Kältemittels fördert, während es durch einen Düsen-Durchlass hindurch strömt.
Ein Ejektor der vorliegenden Offenbarung ist in einer Dampf-Kompression-Kältekreislauf-Einrichtung angeordnet.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist der Ejektor einen Körper, ein einen Durchlass definierendes Element sowie einen Antriebs-Abschnitt auf.
Der Körper weist eine Kältemittel-Ansaugöffnung sowie einen einen Druck erhöhenden Abschnitt auf. Die Kältemittel-Ansaugöffnung saugt ein Kältemittel als ein Ansaug-Kältemittel von außen an, wobei eine Ansaugkraft des Injektions-Kältemittels verwendet wird, das aus der Düse ausgestoßen wird. Der einen Druck erhöhende Abschnitt mischt das Injektions-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel so, dass sie ein gemischtes Kältemittel bilden, und erhöht einen Druck des gemischten Kältemittels.
Das einen Durchlass definierende Element befindet sich in einem Kältemittel-Durchlass, der in der Düse definiert ist. Der Antriebs-Abschnitt bewegt das einen Durchlass definierende Element.
Der Kältemittel-Durchlass weist einen Düsen-Durchlass auf, der zwischen einer inneren Oberfläche der Düse und einer äußeren Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements definiert ist. Der Düsen-Durchlass weist einen Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche, einen sich verjüngenden Abschnitt und einen Erweiterungs-Abschnitt auf. Der Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche weist eine kleinste Durchlass-Querschnittsfläche in dem Düsen-Durchlass auf. Der sich verjüngende Abschnitt befindet sich auf einer in einer Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Abschnitts mit einer minimalen Querschnittsfläche. Der sich verjüngende Abschnitt weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die in Richtung zu dem Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche hin graduell abnimmt. Der Erweiterungs-Abschnitt befindet sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Abschnitts mit einer minimalen Querschnittsfläche. Der Erweiterungs-Abschnitt weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die graduell zunimmt.
Das einen Durchlass definierende Element weist eine Nut auf, die so vertieft ist, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses vergrößert wird.
Gemäß dem ersten Aspekt kann die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses mittels der Nut erheblich vergrößert werden. Die Nut dient als eine Kante, die eine Separations-Verwirbelung in dem Kältemittel verursacht. Im Ergebnis siedet das Kältemittel im Inneren der Nut aufgrund von Dekompression, und dadurch können Blasen (d. h. Hohlräume) erzeugt werden.
Die Hohlräume werden dem Kältemittel zugeführt, das in dem Düsen-Durchlass strömt, und dienen als Siede-Kerne. Die Hohlräume fördern das Sieden des Kältemittels in dem Düsen-Durchlass, wodurch eine Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in dem den Druck erhöhenden Abschnitt effektiv erhöht werden kann. Im Ergebnis kann der Ejektor die hohe Energieumwandlungs-Effizienz auch in einem Betriebszustand sicherstellen, in dem sich die Energieumwandlungs-Effizienz in dem Düsen-Durchlass leicht verschlechtert.
Somit kann der Ejektor gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden, der ungeachtet einer in der Kältekreislauf-Einrichtung auftretenden Laständerung eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz sicherstellen kann.
Ein Herstellungsverfahren für den vorstehend beschriebenen Ejektor weist ein Bilden der Nut auf, indem das einen Durchlass definierende Element gegen die Düse gedrückt wird. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Herstellungsverfahren für den Ejektor bereitgestellt werden, der ungeachtet einer in der Kältekreislauf-Einrichtung auftretenden Laständerung eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz sicherstellen kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Düsen-Durchlass des Ejektors in einem Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung der Düse eine ringförmige Gestalt aufweisen.
Der Düsen-Durchlass weist einen Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche, einen sich verjüngenden Abschnitt und einen Erweiterungs-Abschnitt auf. Der Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche weist eine kleinste Durchlass-Querschnittsfläche in dem Düsen-Durchlass auf. Der sich verjüngende Abschnitt befindet sich auf einer in einer Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Abschnitts mit einer minimalen Querschnittsfläche. Der sich verjüngende Abschnitt weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die in Richtung zu dem Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche hin graduell abnimmt. Der Erweiterungs-Abschnitt befindet sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Abschnitts mit einer minimalen Querschnittsfläche. Der Erweiterungs-Abschnitt weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die graduell zunimmt.
Die Düse weist einen Abschnitt auf, der den Erweiterungs-Abschnitt definiert. Ein Erweiterungsgrad des Abschnitts der Düse ändert sich in einem Querschnitt, der eine Achse der Düse umfasst, in Richtung zu der in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite hin. Der Erweiterungsgrad ist an einer Position unmittelbar stromabwärts eines Verengungsabschnitts am größten. Der Verengungsabschnitt definiert den Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Erweiterungsgrad an der Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts am größten. Im Ergebnis kann die Durchlass-Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses, durch den das Kältemittel hindurch strömt, nachdem eine Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in dem Abschnitt mit einer minimalen Querschnittsfläche erhöht wurde, ummittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts erheblich vergrößert werden. Daher siedet das Kältemittel aufgrund von Dekompression unmittelbar stromabwärts, wodurch die Hohlräume auftreten können.
Die Hohlräume werden dem Kältemittel zugeführt, das in dem Düsen-Durchlass strömt, und dienen als die Siede-Kerne. Dementsprechend fördern die Hohlräume das Sieden des Kältemittels in dem Düsen-Durchlass, und dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in dem Erweiterungs-Abschnitt effektiv erhöht werden.
Somit kann der Ejektor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden, der ungeachtet einer in der Kältekreislauf-Einrichtung auftretenden Laständerung eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz sicherstellen kann.
Der Ejektor der vorliegenden Offenbarung kann einen Wirbelstromgenerator aufweisen, der bewirkt, dass das Kältemittel, das in die Düse hinein strömt, um eine Achse der Düse herum verwirbelt wird.
Dementsprechend siedet das Kältemittel um ein Verwirbelungszentrum herum aufgrund von Dekompression bei der Betriebsweise mit einer hohen Last, bei der das Volumen des Kältemittels zunimmt, das in dem Kältekreislauf zirkuliert, wodurch ein Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig, bei dem ein Gasphasen-Kältemittel um das Verwirbelungszentrum herum konzentriert ist, in den Düsen-Durchlass hinein strömen kann. Im Ergebnis kann die Energieumwandlungs-Effizienz in dem Düsen-Durchlass verbessert werden.
Ein Kältekreislauf vom Ejektor-Typ der vorliegenden Offenbarung weist den vorstehend beschriebenen Ejektor auf, der den Wirbelstromgenerator, einen Kompressor sowie einen Kühler aufweist. Der Kompressor komprimiert ein Kältemittel zu einem Hochdruck-Kältemittel und lasst das Hochdruck-Kältemittel ab. Der Kühler kühlt das Hochdruck-Kältemittel aus dem Kompressor so, dass es ein unterkühltes Flüssigphasen-Kältemittel wird. Das unterkühlte Flüssigphasen-Kältemittel strömt in den Wirbelstromgenerator hinein.
Dementsprechend kann der Kältekreislauf vom Ejektor-Typ bereitgestellt werden, der den Ejektor aufweist, der ungeachtet einer in der Kältekreislauf-Einrichtung auftretenden Laständerung eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz sicherstellen kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlicher.
1 ist ein Schaubild, das eine Gesamtkonfiguration eines Kältekreislaufs vom Ejektor-Typ gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ist eine einen Ejektor darstellende Querschnittsansicht entlang einer axialen Richtung des Ejektors gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen in 2 gezeigten Abschnitt III darstellt;
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die 3 entspricht und das Bilden einer Nut gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ist ein Mollier-Diagramm, das eine Veränderung von Kältemittel-Zuständen in dem Kältekreislauf vom Ejektor-Typ gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist ein erläuterndes Schaubild, das darstellt, wie das Kältemittel siedet, wenn der Ejektor gemäß der ersten Ausführungsform in einem Bereich von einer Betriebsweise mit einer mittleren Last bis zu einer Betriebsweise mit einer hohen Last betrieben wird;
7 ist ein erläuterndes Schaubild, das darstellt, wie das Kältemittel siedet, wenn der Ejektor gemäß der ersten Ausführungsform in einer Betriebsweise mit einer geringen Last betrieben wird;
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein Teilstück eines Ejektors gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch darstellt;
9 ist ein erläuterndes Schaubild, das darstellt, wie ein Kältemittel siedet, wenn der Ejektor gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Betriebsweise mit einer geringen Last betrieben wird;
10 ist ein Schaubild, das eine Gesamtkonfiguration eines Kältekreislaufs vom Ejektor-Typ gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
11 ist eine einen Ejektor darstellende Querschnittsansicht entlang einer axialen Richtung des Ejektors gemäß der dritten Ausführungsform;
12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen in 11 gezeigten Abschnitt XII darstellt;
13 ist ein erläuterndes Schaubild, das darstellt, wie ein Kältemittel siedet, wenn ein Ejektor gemäß einer vierten Ausführungsform in einer Betriebsweise mit einer geringen Last betrieben wird;
14 ist ein erläuterndes Schaubild, das darstellt, wie ein Kältemittel siedet, wenn ein Ejektor gemäß einer fünften Ausführungsform in einer Betriebsweise mit einer geringen Last betrieben wird.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bei den Ausführungsformen kann einem Teilstück, das einem bei einer vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Teilstück entspricht oder äquivalent zu diesem ist, das gleiche Bezugszeichen zugewiesen sein, und eine redundante Erläuterung für das Teilstück kann weggelassen sein. Wenn bei einer Ausführungsform lediglich ein Teilstück einer Konfiguration beschrieben ist, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teilstücke der Konfiguration angewendet werden. Die Teilstücke können kombiniert werden, auch wenn es nicht explizit beschrieben ist, dass die Teilstücke kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, auch wenn es nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, dass bei der Kombination kein Nachteil entsteht.
Erste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 1 bis 7 wird eine erste Ausführungsform beschrieben. Ein Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform ist in einer Dampf-Kompressions-Kältekreislauf-Einrichtung angeordnet, die den Ejektor umfasst, d. h. in einem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ, wie in einem Schaubild einer Gesamtkonfiguration in 1 gezeigt. Der Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ ist in einer Klimaanlage für ein Fahrzeug angeordnet und kühlt Luft, die in einen Fahrzeuginnenraum hinein geblasen wird, bei dem es sich um einen zu klimatisierenden Raum handelt. Daher handelt es sich bei dem Fluid, das durch den Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ der vorliegenden Ausführungsform gekühlt werden soll, um die Luft, die in den Fahrzeuginnenraum hinein zu blasen ist.
Als Kältemittel in dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ der vorliegenden Ausführungsform wird ein HFC-Kältemittel (noch genauer R134a) eingesetzt, und der Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ bildet einen subkritischen Kältekreislauf, in dem ein Kältemitteldruck auf der Seite mit einem hohen Druck einen kritischen Druck des Kältemittels nicht überschreitet. Selbstverständlich kann ein HFO-Kältemittel (noch genauer R1234yf) oder dergleichen als das Kältemittel eingesetzt werden. Darüber hinaus ist ein Kältemittelöl für ein Schmieren eines Kompressors 11 in das Kältemittel gemischt, und ein Teil des Kältemittelöls zirkuliert zusammen mit dem Kältemittel durch den Kreislauf.
In dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ saugt der Kompressor 11 das Kältemittel an, erhöht einen Druck des Kältemittels, bis das Kältemittel zu einem Hochdruck-Kältemittel wird, und lässt das Hochdruck-Kältemittel ab. Noch genauer weist der Kompressor 11 der vorliegenden Ausführungsform ein Gehäuse auf, das einen Kompressionsmechanismus und einen Elektromotor aufnimmt. Bei dem Kompressionsmechanismus handelt es sich um einen Kompressionsmechanismus vom Typ mit festgelegter Kapazität, und er wird durch den Elektromotor angetrieben.
Als der Kompressionsmechanismus können verschiedene Kompressionsmechanismen eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Spiral-Kompressionsmechanismus und ein Flügel-Kompressionsmechanismus. Ein Betrieb (z. B. eine Drehzahl) des Elektromotors wird mittels Steuersignalen gesteuert, die von einer Klimaanlagen-Steuereinheit 50 abgegebenen werden, die später beschrieben ist. Der Elektromotor kann irgendeinen von einem Wechselstrom-Motor und einem Gleichstrom-Motor einsetzen.
Ein Kältemittel-Einlass eines kondensierenden Abschnitts 12a eines Kühlers 12 ist mit einer Ablassöffnung des Kompressors 11 verbunden. Bei dem Kühler 12 handelt es sich um einen Wärme abführenden Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen einem Hochdruck-Kältemittel, das aus dem Kompressor 11 abgelassen wird, und Luft (d. h. Außenluft) durchführt, wodurch bewirkt wird, dass das Hochdruck-Kältemittel Wärme abführt, um das Kältemittel zu kühlen. Bei der Außenluft handelt es sich um Luft außerhalb des Fahrzeuginnenraums, und sie wird von einem Kühlventilator 12d geblasen.
Noch genauer tauscht der Kühler 12 Wärme zwischen dem Hochdruck-Gasphasen-Kältemittel, das aus dem Kompressor 11 abgelassen wird, und der Außenluft aus, die von dem Kühlventilator 12d geblasen wird. Der Kühler 12 umfasst den kondensierenden Abschnitt 12a, einen Empfängerabschnitt 12b sowie einen Unterkühlungs-Abschnitt 12c. Der kondensierende Abschnitt 12a bewirkt, dass das Hochdruck-Gasphasen-Kältemittel Wärme abstrahlt, um das Kältemittel zu kondensieren. Der Empfängerabschnitt 12b separiert das Kältemittel, das aus dem kondensierenden Abschnitt 12a heraus strömt, in ein Gasphasen-Kältemittel und ein Flüssigphasen-Kältemittel und speichert ein überschüssiges Flüssigphasen-Kältemittel. Der Unterkühlungsabschnitt 12c führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Flüssigphasen-Kältemittel, das aus dem Empfängerabschnitt 12b heraus strömt, und der Außenluft durch, die von dem Kühlventilator 12d geblasen wird, um dadurch das Flüssigphasen-Kältemittel zu unterkühlen. Bei dem Kühler 12 handelt es sich um eine Einrichtung, die als ein Unterkühlungs-Kondensator bezeichnet wird.
Bei dem Kühlventilator 12d handelt es sich um ein elektrisches Gebläse. Eine Drehzahl des Kühlventilators 12d, d. h. ein Volumen von Luft, das von dem Kühlventilator 12d geblasen wird, wird basierend auf einer Steuerspannung gesteuert, die von der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 abgegeben wird.
Ein Kältemittel-Einlass 21a des Ejektors 20 ist mit einem Kältemittel-Auslass des Unterkühlungsabschnitts 12c des Kühlers 12 verbunden. Der Ejektor 20 fungiert als ein Druckminderer für das Kältemittel, der einen Druck des unterkühlten Hochdruck-Flüssigphasen-Kältemittels reduziert, das aus dem Kühler 12 heraus strömt, und der bewirkt, dass das Kältemittel zu einer stromabwärts gelegenen Seite heraus strömt. Der Ejektor 20 fungiert außerdem als ein das Kältemittel zirkulierender Abschnitt (d. h. als ein Kältemittel-Transfer-Abschnitt), der das Kältemittel, das aus einem Verdampfer 14 (der später beschrieben ist) heraus strömt, unter Verwendung einer Ansaugkraft des Injektions-Kältemittels ansaugt (d. h. transferiert), das mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßen wird.
Eine spezifische Konfiguration des Ejektors 20 wird unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben. Der Ejektor 20 weist eine Düse 21, einen Körper 22 sowie ein Nadelventil 23 auf. Die Düse 21 ist aus einem Metall (z. B. einer Edelstahllegierung) hergestellt und weist eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf, die sich in einer Kältemittel-Strömungsrichtung graduell verjüngt. Die Düse 21 reduziert isentropisch den Druck des Kältemittels durch Verwendung eines Düsen-Durchlasses 20a, der in der Düse 21 definiert ist, und stößt das Kältemittel aus.
Das Nadelventil 23, das die Form einer Nadel aufweist, ist als ein einen Durchlass definierendes Element in der Düse 21 angeordnet. Ein Kältemittel-Durchlass, der zwischen einer inneren Oberfläche der Düse 21 und einer äußeren Oberfläche des Nadelventils 23 ausgebildet ist, weist zumindest ein Teilstück des Düsen-Durchlasses 20a auf, das den Druck des Kältemittels reduziert. Mit anderen Worten, zumindest ein Teilstück des Düsen-Durchlasses 20a, das den Druck des Kältemittels reduziert, ist zwischen der inneren Oberfläche der Düse 21 und der äußeren Oberfläche des Nadelventils 23 ausgebildet. Daher weist der Düsen-Durchlass 20a in einem Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung in einem Bereich, in dem die Düse 21 und das Nadelventil 23 bei einer Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung der Düse 21 überlappen, eine ringförmige Gestalt auf.
Die Düse 21 weist an der Oberfläche einer Innenwand der Düse 21 einen Verengungsabschnitt 21b auf, der einen Abschnitt 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche (d. h. einen Durchlassabschnitt mit einer kleinsten Querschnittsfläche) mit einer kleinsten Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses bildet. Der Düsen-Durchlass 20a ist mit dem Abschnitt 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche, einem sich verjüngenden Abschnitt 20c und einem Erweiterungs-Abschnitt 20d bereitgestellt. Der Abschnitt 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche weist die kleinste Querschnittsfläche in dem Düsen-Durchlass 20a auf. Der sich verjüngende Abschnitt 20c befindet sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche und weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die in Richtung zu dem Abschnitt 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche hin graduell abnimmt. Der Erweiterungs-Abschnitt 20d befindet sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche und weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die in der Richtung, in der sich der Erweiterungs-Abschnitt 20d von dem Abschnitt 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche weg erstreckt, graduell zunimmt.
Daher ändert sich die Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses in dem Düsen-Durchlass 20a der vorliegenden Ausführungsform ähnlich wie bei einer Laval-Düse. Darüber hinaus ändert sich die Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses, der in dem Düsen-Durchlass 20a definiert ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Injektions-Kältemittels, das aus einer Kältemittel-Injektionsöffnung 21c injiziert wird, bei einer normalen Betriebsweise des Kältekreislaufs vom Ejektor-Typ gleich der Schallgeschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit wird.
Ein zylindrischer Abschnitt 21d, der sich koaxial mit der axialen Richtung der Düse 21 erstreckt, ist auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite eines Abschnitts der Düse 21 bereitgestellt, der den Düsen-Durchlass 20a bildet. Der zylindrische Abschnitt 21d weist einen Verwirbelungs-Raum 20e auf, in dem das Kältemittel verwirbelt wird, das in die Düse 21 hinein strömt. Der Verwirbelungsraum 20e weist eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt auf und erstreckt sich koaxial mit der axialen Richtung der Düse 21.
Des Weiteren erstreckt sich ein Kältemittel-Einström-Durchlass, der das Kältemittel so leitet, dass es von einem Außenraum des Ejektors 20 in den Verwirbelungsraum 20e hinein strömt, bei einer Betrachtung in einer axialen Richtung des Verwirbelungsraums 20e in einer tangentialen Richtung der Oberfläche einer Innenwand des Verwirbelungsraums 20e. Auf diese Weise strömt das unterkühlte Flüssigphasen-Kältemittel, das aus dem Kühler 12 heraus strömt und in den Verwirbelungsraum 20e hinein strömt, entlang der Oberfläche einer Innenwand des Verwirbelungsraums 20e und wird um die Mittelachse des Verwirbelungsraums 20e herum verwirbelt.
Auf das Kältemittel, das in dem Verwirbelungsraum 20e verwirbelt wird, wirkt eine Zentrifugalkraft, und somit ist der Kältemitteldruck in dem Verwirbelungsraum 20e in der Nähe der Mittelachse niedriger als auf einer äußeren Umfangsseite. Daher sind die Abmessungen des Verwirbelungsraums 20e etc. gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart festgelegt, dass ein Kältemitteldruck in der Nähe der Mittelachse des Verwirbelungsraums 20e auf einen Druck reduziert ist, bei dem das Kältemittel bei einer Betriebsweise mit einer mittleren Last und bei einer Betriebsweise mit einer hohen Last zu einem gesättigten Flüssigphasen-Kältemittel wird. Alternativ sind die Abmessungen des Verwirbelungsraums 20e derart festgelegt, dass der Kältemitteldruck in der Nähe der Mittelachse des Verwirbelungsraums 20e auf einen Druck reduziert ist, bei dem das Kältemittel bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last und bei der Betriebsweise mit einer hohen Last aufgrund von Dekompression siedet. Bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last ist eine thermische Last in dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ gleich einem mittleren Wert. Bei der Betriebsweise mit einer hohen Last handelt es sich bei der thermischen Last um eine relativ hohe Last. Der Druck, bei dem das Kältemittel aufgrund von Dekompression siedet, ist mit anderen Worten ein Druck, bei dem die Kavitation auftritt.
Eine Einstellung des Kältemitteldrucks in der Nähe der Mittelachse in dem Verwirbelungsraum 20e kann erreicht werden, indem eine Verwirbelungsgeschwindigkeit des Kältemittels eingestellt wird, das in dem Verwirbelungsraum 20e verwirbelt wird. Die Verwirbelungsgeschwindigkeit kann eingestellt werden, indem zum Beispiel Abmessungen eingestellt werden, wie beispielsweise ein Verhältnis zwischen einer Durchlass-Querschnittsfläche des Kältemittel-Einström-Durchlasses und einer Querschnittsfläche eines Querschnitts des Verwirbelungsraums 20e senkrecht zu einer axialen Richtung. Die Verwirbelungsgeschwindigkeit bei der vorliegenden Ausführungsform bezieht sich auf eine Geschwindigkeit in einer Verwirbelungsrichtung des Kältemittels in der Nähe eines äußersten peripheren Abschnitts in dem Verwirbelungsraum 20e.
Daher konfigurieren der zylindrische Abschnitt 21d und der Verwirbelungsraum 20e gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Wirbelstromgenerator, der bewirkt, dass das unterkühlte Flüssigphasen-Kältemittel, das in die Düse 21 hinein strömt, um die Achse der Düse 21 verwirbelt wird. Mit anderen Worten, der Ejektor 20 (noch genauer die Düse 21) und der Wirbelstromgenerator sind bei der vorliegenden Ausführungsform integral konfiguriert.
Der Körper 22 ist aus einem Metall (z. B. Aluminium) oder einem Harz hergestellt und weist eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf. Der Körper 22 fungiert als ein Befestigungselement, das die Düse 21 trägt und an einer Innenseite des Körpers befestigt, und bildet eine äußere Hülle des Ejektors 20. Noch genauer ist die Düse 21 mittels Pressfitting bzw. Presspassen so befestigt, dass sie in einer Endseite des Körpers in einer Längsrichtung aufgenommen ist. Daher tritt das Kältemittel nicht aus einem befestigten Abschnitt (einem durch Presspassen angebrachten Abschnitt) zwischen der Düse 21 und dem Körper 22 aus.
Der Körper 22 ist mit einer Kältemittel-Ansaugöffnung 22a bereitgestellt, die an der äußeren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche der Düse 21 entspricht, des Körpers 22 bereitgestellt ist. Die Kältemittel-Ansaugöffnung 22a durchdringt den Körper 22, um mit der Kältemittel-Injektionsöffnung 21c der Düse 21 in Verbindung zu stehen. Bei der Kältemittel-Ansaugöffnung 22a handelt es sich um ein Durchgangsloch, welches das Kältemittel, das aus dem Verdampfer 14 heraus strömt, aus dem Außenraum in den Innenraum des Ejektors 20 einsaugt, indem eine Ansaugkraft des Injektion-Kältemittels verwendet wird, das aus der Düse 21 ausgestoßen wird.
Darüber hinaus weist der Körper 22 einen Ansaug-Durchlass 20f sowie einen Diffusor-Abschnitt 20g auf. Der Ansaug-Durchlass 20f leitet das Ansaug-Kältemittel, das von der Kältemittel-Ansaugöffnung 22a angesaugt wird, in Richtung zu der Kältemittel-Injektionsöffnung der Düse 21 hin. Bei dem Diffusor-Abschnitt 20g handelt es sich um einen einen Druck erhöhenden Abschnitt, der das Ansaug-Kältemittel, das aus der Kältemittel-Ansaugöffnung 22a in den Ejektor 20 hinein strömt, und das Injektions-Kältemittel mischt und den Druck des Kältemittels erhöht.
Der Diffusor-Abschnitt 20g ist durch einen Raum gebildet, der so bereitgestellt ist, dass er von einem Auslass des Ansaug-Durchlasses 20f aus kontinuierlich ist, und in dem die Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses graduell zunimmt. Auf diese Weise reduziert der Diffusor-Abschnitt 20g Strömungsgeschwindigkeiten des Injektion-Kältemittels und des Ansaug-Kältemittels, während das Injektions-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel gemischt werden, um dadurch einen Druck des gemischten Kältemittels zu erhöhen. Mit anderen Worten, der Diffusor-Abschnitt 20g wandelt eine Geschwindigkeitsenergie des gemischten Kältemittels in eine Druckenergie um.
Das Nadelventil 23 fungiert als das einen Durchlass definierende Element und ändert die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 20a. Noch genauer ist das Nadelventil 23 aus einem thermoplastischen Harz (z. B. PPS: Polyphenylensulfid) hergestellt. Das Nadelventil 23 weist die Gestalt einer Nadel auf, die sich von einer Seite benachbart zu dem Diffusor-Abschnitt 20g in Richtung zu der in der Kältemittel-Strömungsrichtung (d. h. in der Richtung zu dem Düsen-Durchlass 20a hin) stromaufwärts gelegenen Seite hin verjüngt.
Des Weiteren ist das Nadelventil 23 koaxial mit der Düse 21 angeordnet. Ein Schrittmotor 23a als ein Antriebs-Abschnitt für ein Bewegen des Nadelventils 23 in der axialen Richtung der Düse 21 ist mit einem Endabschnitt des Nadelventils 23 auf der Seite des Diffusor-Abschnitts 20g verbunden. Ein Betrieb des Schrittmotors 23a wird durch Verwendung von Steuerimpulsen gesteuert, die von der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 abgegeben werden.
Andererseits weist das Nadelventil 23 einen Endabschnitt auf einer Seite benachbart zu dem Düsen-Durchlass 20a auf, und der Endabschnitt ist mit einer Nut 23b bereitgestellt, wie in 3 gezeigt. Die Nut 23b erstreckt sich in einer Umfangsrichtung, die zu der Achse der Düse 21 zentriert ist, über einen gesamten Umfang des Endabschnitts hinweg. Die Nut 23b ist in einer solchen Richtung vertieft, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 20a vergrößert wird. 3 und 4 sind schematische Teil-Querschnittsansichten, in denen Abmessungen in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Düse 21 im Vergleich zu Abmessungen in einer Richtung der Achse der Düse 21 zwecks einer anschaulichen Erläuterung vergrößert sind.
Hier wird ein Verfahren für ein Bilden der Nut 23b beschrieben. Die Nut 23b wird während der Herstellung des Ejektors 20 gebildet. Mit anderen Worten, das Bilden der Nut 23b (d. h. ein Prozess für ein Bilden der Nut) stellt einen Teil eines Prozessablaufs dar, der in einem Herstellungsverfahren für den Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist.
Noch genauer wird das Nadelventil 23, das aus dem thermoplastischen Herz hergestellt ist, bei der Bildung der Nut 23b erwärmt. Das Nadelventil 23, das durch das Erwärmen erweicht wird, wird gegen die Düse 21 gedrückt, um so den Verengungsabschnitt 21b der Düse 21 zu verschließen. Dabei wird das Nadelventil 23 unter der Bedingung gegen die Düse 21 gedrückt, dass eine Mittelachse des Nadelventils 23 koaxial mit der Achse der Düse 21 positioniert ist (siehe 4).
Wenn dann das Nadelventil 23 von der Düse 21 weg bewegt wird, wird eine Form des Verengungsabschnitts 21b auf einen Spitzenenden-Abschnitt des Nadelventils 23, bei dem es sich um eine Spitze des Nadelventils 23 auf einer Seite benachbart zu dem Düsen-Durchlass 20a handelt, in einer Weise transferiert, dass der Verengungsabschnitt 21b der Düse 21 als ein Stempel fungiert (siehe 3). Im Ergebnis weist der Spitzenenden-Abschnitt des Nadelventils 23 benachbart zu dem Düsen-Durchlass 20a die Nut 23b auf.
Wenn daher der Schrittmotor 23a das Nadelventil 23 bewegt und sich das Nadelventil 23 in Kontakt mit der Düse 21 befindet, befinden sich die innere Oberfläche der Düse 21 und die äußere Oberfläche des Nadelventils 23 in einem Oberflächenkontakt zueinander. Wenn der Schrittmotor 23a das Nadelventil 23 bewegt und das Nadelventil 23 von der Düse 21 separiert wird, ist die Nut 23b bei einer Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der Achse der Düse 21 in der Kältemittel-Strömungsrichtung unmittelbar stromabwärts des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche positioniert, wie in 3 gezeigt.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Einlassseite eines Gas-Flüssigkeit-Separators 13 mit einem Kältemittel-Auslass des Diffusor-Abschnitts 20g des Ejektors 20 verbunden. Bei dem Gas-Flüssigkeit-Separator 13 handelt es sich um einen Gas und Flüssigkeit separierenden Abschnitt, der das Kältemittel, das aus dem Diffusor-Abschnitt 20g des Ejektors 20 heraus strömt, in ein Gasphasen-Kältemittel und ein Flüssigphasen-Kältemittel separiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Gas-Flüssigkeit-Separator 13 eine relativ kleine innere Kapazität auf und bewirkt, dass ein Großteil des separierten Flüssigphasen-Kältemittels aus einem Auslass für das Flüssigphasen-Kältemittel heraus strömt, während eine geringe Menge des Flüssigphasen-Kältemittels gespeichert wird. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 13 kann jedoch eine Funktion als ein Reservoir-Abschnitt aufweisen, der ein überschüssiges Flüssigphasen-Kältemittel in dem Kreislauf speichert.
Eine Ansaugöffnung des Kompressors 11 ist mit einem Auslass des Gas-Flüssigkeit-Separators 13 für das Gasphasen-Kältemittel verbunden. Andererseits ist ein Kältemittel-Einlass des Verdampfers 14 mit einem Auslass des Gas-Flüssigkeit-Separators 13 für das Flüssigphasen-Kältemittel verbunden. Ein festes Drosselventil 13a als ein Druckminderer befindet sich zwischen dem Kältemittel-Einlass des Verdampfers 14 und dem Auslass des Gas-Flüssigkeit-Separators 13 für das Flüssigphasen-Kältemittel. Bei dem festen Drosselventil 13a kann es sich um eine Drosselblende, ein Kapillarrohr oder dergleichen handeln.
Bei dem Verdampfer 14 handelt es sich um einen Wärme absorbierenden Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Niederdruck-Kältemittel, das in den Verdampfer 14 hinein strömt, und der Luft durchführt, die von einem Gebläseventilator 14a geblasen wird und in Richtung zu dem Fahrzeuginnenraum hin strömt. Dementsprechend verdampft das Niederdruck-Kältemittel und übt dadurch einen Wärme absorbierenden Effekt in dem Verdampfer 14 aus. Bei dem Gebläseventilator 14a handelt es sich um ein elektrisches Gebläse. Eine Drehzahl des Gebläseventilators 14a wird durch eine Steuerspannung gesteuert, die aus der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 abgegeben wird. Mit anderen Worten, ein Volumen an Luft, das von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird, wird durch die Steuerspannung gesteuert, die von der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 abgegeben wird. Ein Kältemittel-Auslass des Verdampfers 14 ist mit der Kältemittel-Ansaugöffnung 22a des Ejektors 20 verbunden.
Als nächstes wird ein allgemeiner Entwurf bzw. Umriss eines elektrischen Steuerabschnitts der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 weist einen allgemein bekannten Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM und einen RAM umfasst, sowie eine periphere Schaltung des Mikrocomputers auf. Die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 führt verschiedene Berechnungen und Prozesse basierend auf Steuerprogrammen durch, die in dem ROM gespeichert sind, und steuert den Betrieb verschiedener elektrischer Stellantriebe (z. B. des Motors) für den Kompressor 11, den Kühl-Ventilator 12d, den Gebläseventilator 14a, das Nadelventil 23 und dergleichen.
Mit der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 sind verschiedene Sensoren für die Klimaanlagen-Steuerung verbunden, wie beispielsweise ein Sensor für die Temperatur der Innenluft, ein Sensor für die Temperatur der Außenluft, ein Isolationssensor, ein Sensor für die Temperatur des Verdampfers auf der Auslassseite (d. h. einen die Temperatur des Verdampfers auf der Auslassseite detektierenden Abschnitt) 51, einen Sensor für den Druck des Verdampfers auf der Auslassseite (d. h. einen einen Druck des Verdampfers auf der Auslassseite detektierenden Abschnitt) 52, einen Sensor für die Temperatur des Kühlers auf der Auslassseite sowie einen Sensor für den Druck des Kühlers auf der Auslassseite. Detektionswerte der verschiedenen Sensoren werden in die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 eingegeben. Der Sensor für die Temperatur der Innenluft detektiert eine Temperatur Tr (d. h. eine Temperatur der Innenluft) in dem Fahrzeuginnenraum. Der Sensor für die Temperatur der Außenluft detektiert eine Temperatur Tam der Außenluft. Der Isolationssensor detektiert einen Isolationswert As in dem Fahrzeuginnenraum. Der Sensor 51 für die Temperatur des Verdampfers auf der Auslassseite detektiert eine Kältemittel-Temperatur Te (d. h. eine Temperatur des Verdampfers auf der Auslassseite) auf einer Auslassseite des Verdampfers 14. Der Sensor 52 für einen Druck des Verdampfers auf der Auslassseite detektiert einen Kältemitteldruck Pe (d. h. einen Druck des Verdampfers auf der Auslassseite) auf der Auslassseite des Verdampfers 14. Der Sensor für die Temperatur des Kühlers auf der Auslassseite detektiert eine Kältemittel-Temperatur Td auf einer Auslassseite des Kühlers 12. Der Sensor für einen Druck des Radiators auf der Auslassseite detektiert einen Kältemitteldruck Pd auf der Auslassseite des Kühlers 12.
Des Weiteren ist eine Bedientafel (nicht gezeigt), die in der Nähe einer Instrumententafel an einem vorderen Abschnitt in dem Fahrzeuginnenraum angeordnet ist, mit einer Eingangsseite der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 verbunden, und Bediensignale von verschiedenen Bedienschaltern, die an der Bedientafel bereitgestellt sind, werden in die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 eingegeben. Als die verschiedenen Bedienschalter, die an der Bedientafel bereitgestellt sind, sind ein Klimaanlagen-Betätigungsschalter für ein Anfordern der Klimatisierung in dem Fahrzeuginnenraum, ein Einstellschalter für die Temperatur des Fahrzeuginnenraums, um eine Temperatur Tset des Fahrzeuginnenraums einzustellen, und dergleichen bereitgestellt.
Die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 der vorliegenden Ausführungsform ist integral mit Steuerbereichen ausgebildet, die den Betrieb von verschiedenen Einheiten steuern, die mit einer Ausgangsseite der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 verbunden sind und die zu steuern sind. Bei der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 bilden Konfigurationen (d. h. Hardware und Software) für ein Steuern des Betriebs der jeweiligen zu steuernden Einheit die Steuerbereiche für die jeweiligen zu steuernden Einheiten.
Die Konfiguration für ein Steuern des Betriebs des Kompressors 11 bildet bei der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel einen Steuerbereich 50a für die Ablasskapazität. Die Konfiguration für ein Steuern des Betriebs des Schrittmotors 23a bildet einen Ventil-Steuerbereich 50b. Der Steuerbereich 50a für die Ablasskapazität und der Ventil-Steuerbereich 50b können durch Steuereinheiten gebildet werden, die von der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 unabhängig sind.
Als nächstes wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform mit der vorstehenden Konfiguration beschrieben. Bei der Klimaanlage der vorliegenden Ausführungsform für das Fahrzeug fuhrt die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 das im Voraus gespeicherte Klimaanlagen-Steuerprogramm aus, wenn der Klimaanlagen-Betätigungsschalter der Bedientafel gedreht wird (eingeschaltet wird).
Bei dem Klimaanlagen-Steuerprogramm liest die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 Detektionssignale von den vorstehend beschriebenen Sensoren für die Klimaanlagen-Steuerung und die Bediensignale von der Bedientafel. Die Klimaanlagen-Steuereinheit berechnet eine Soll-Blastemperatur TAO, bei der es sich um eine Soll-Temperatur der Luft handelt, die in den Fahrzeuginnenraum hinein geblasen werden soll, auf der Basis der Detektionssignale und der Bediensignale.
Die Soll-Blastemperatur TAO wird unter Verwendung des folgenden mathematischen Ausdrucks F1 berechnet. TAO = Kset × Tset – Kr × Tr – Kam × Tam – Ks × As + C (F1)
Tset ist die Temperatur des Fahrzeuginnenraums, die durch den Temperatur-Einstellschalter eingestellt wird. Tr ist die Temperatur der Innenluft, die von dem Sensor für die Temperatur der Innenluft detektiert wird. Tam ist die Temperatur der Außenluft, die von dem Sensor für die Temperatur der Außenluft detektiert wird. As ist der Isolationswert, der von dem Isolation-Sensor detektiert wird. Kset, Kr, Kam und Ks sind Steuer-Verstärkungen bzw. Steuerfaktoren, und C ist eine Korrektur-Konstante.
Des Weiteren detektiert die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 in dem Klimaanlagen-Steuerprogramm die Betriebszustände der verschiedenen Einheiten, die mit der Ausgangsseite der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 verbunden sind, die auf der Basis der berechneten Soll-Blastemperatur TAO und der Detektionssignale von den Sensoren bestimmt werden.
Eine Kältemittel-Ablasskapazität des Kompressors 11, d. h. das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 abgegeben wird, wird zum Beispiel bestimmt wie folgt. Die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 bestimmt eine Verdampfer-Soll-Blastemperatur TEO, bei der es sich um eine Temperatur der Luft handelt, die aus dem Verdampfer 14 heraus strömt, unter Verwendung der Soll-Blastemperatur TAO und eines Steuerkennfelds. Das Steuerkennfeld wird im Voraus in einem Speicherschaltkreis gespeichert.
Basierend auf einer Abweichung (TEO-Te) der Temperatur Te auf der Auslassseite des Verdampfers, die durch den Sensor 51 für die Temperatur des Verdampfers auf der Auslassseite detektiert wird, von der Verdampfer-Soll-Blastemperatur TEO wird das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 abgegeben werden soll, so bestimmt, dass sich die Temperatur Te auf der Auslassseite des Verdampfers an die Verdampfer-Soll-Blastemperatur TEO annähert, wobei ein Rückkopplungs-Regelverfahren verwendet wird.
Noch genauer steuert der Steuerbereich 50a für die Ablasskapazität der vorliegenden Ausführungsform die Kältemittel-Ablasskapazität des Kompressors 11 derart, dass ein Volumen des Kältemittels, das in dem Kreislaufzirkuliert, zunimmt, wenn die Abweichung (TEO-Te) zunimmt, d. h. die Wärmelast an dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ zunimmt.
Der Steuerimpuls, der an den Schrittmotor 23a abgegeben werden soll, der das Nadelventil 23 bewegt, wird derart bestimmt, dass sich ein Überhitzungswärme-Grad SH des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 an einen Referenz-Überhitzungswärme-Grad KSH annähert, der im Voraus bestimmt wird. Der Überhitzungswärme-Grad SH wird unter Verwendung der Temperatur Te des Verdampfers auf der Auslassseite und des Drucks Pe des Verdampfers auf der Auslassseite berechnet, der von dem Sensor 52 für den Druck des Verdampfers auf der Auslassseite detektiert wird.
Noch genauer steuert der Ventil-Steuerbereich 50b der vorliegenden Ausführungsform die Funktion des Schrittmotors 23a so, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche zunimmt, wenn der Überhitzungswärme-Grad SH des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 zunimmt.
Die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 gibt die bestimmten Steuersignale etc. an die verschiedenen Einheiten ab. Im Anschluss führt die Klimaanlagen-Steuereinheit 50 wiederholt in spezifizierten Intervallen eine Steuer-Routine durch, bis eine Stopp-Anforderung erfolgt, bei der es sich um eine Anforderung handelt, einen Betrieb der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 zu stoppen. Die Steuer-Routine umfasst ein Lesen der Detektionssignale und der Bediensignale, ein Berechnen der Soll-Blastemperatur TAO, ein Bestimmen der Betriebszustände der verschiedenen Einheiten sowie ein Abgeben der Steuersignale.
Im Ergebnis zirkuliert das Kältemittel in dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ, wie durch dick durchgezogenen Pfeile in 1 gezeigt. Dann ändert sich ein Zustand des Kältemittels, wie in einem Mollier-Diagramm in 5 gezeigt.
Spezifischer strömt das aus dem Kompressor 11 abgelassene Kältemittel mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck (Punkt a in 5) in den kondensierenden Abschnitt 12a des Kühlers 12 hinein, tauscht Wärme mit der Außenluft aus, die von dem Kühl-Ventilator 12d geblasen wird, und führt Wärme ab, wodurch es kondensiert.
Das in dem kondensierenden Abschnitt 12a kondensierte Kältemittel wird in dem Empfänger-Abschnitt 12b in ein Gasphasen-Kältemittel und ein Flüssigphasen-Kältemittel separiert. Das in dem Empfänger-Abschnitt 12b separierte Flüssigphasen-Kältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, die von dem Kühl-Ventilator 12d in dem Unterkühlungs-Abschnitt 12c geblasen wird, und führt des Weiteren Wärme ab, um zu dem unterkühlten Flüssigphasen-Kältemittel zu werden (von Punkt a zu Punkt b in 5).
Der Düsen-Durchlass 20a des Ejektors 20 reduziert isentropisch einen Druck des unterkühlten Flüssigphasen-Kältemittels, das aus dem Unterkühlungs-Abschnitt 12c des Kühlers 12 heraus strömt, und injiziert das unterkühlte Flüssigphasen-Kältemittel (von Punkt b zu Punkt c in 5). Dabei steuert der Ventil-Steuerbereich 50b den Schrittmotor 23a so, dass sich der Überhitzungswärme-Grad SH des Kältemittels (Punkt h in 5) auf der Auslassseite des Verdampfers 14 an den Referenz-Überhitzungswärme-Grad KSH annähert, der im Voraus bestimmt wurde.
Das Kältemittel (Punkt h in 5), das aus dem Verdampfer 14 heraus strömt, wird unter Verwendung einer Ansaugkraft des Injektions-Kälemittels, das aus dem Düsen-Durchlass 20a ausgestoßen wird, in die Kältemittel-Ansaugöffnung 22a eingesaugt. Das Injektions-Kältemittel, das aus dem Düsen-Durchlass 20a ausgestoßen wird, und das Ansaug-Kältemittel, das in die Kältemittel-Ansaugöffnung 22a eingesaugt wird, strömen in den Diffusor-Abschnitt 20g hinein und vereinigen sich miteinander (von Punkt c zu Punkt d, von Punkt h2 zu Punkt d in 5).
Hier weist der Ansaug-Durchlass 20f der vorliegenden Ausführungsform die Form auf, welche die Durchlass-Querschnittsfläche in der Kältemittel-Strömungsrichtung graduell verringert. Daher nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaug-Kältemittels zu, das durch den Ansaug-Durchlass 20f hindurch strömt, während ein Druck des Ansaug-Kältemittels abnimmt (von Punkt h zu Punkt h2 in 5). Auf diese Weise wird ein Unterschied zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des Ansaug-Kältemittels und einer Strömungsgeschwindigkeit des Injektions-Kältemittels reduziert, und ein Energieverlust (ein Mischverlust) wird reduziert, der verursacht wird, wenn das Ansaug-Kältemittel und das Injektions-Kältemittel in dem Diffusor-Abschnitt 20g gemischt werden.
In dem Diffusor-Abschnitt 20g wird die kinetische Energie des Kältemittels aufgrund der Vergrößerung der Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses in Druckenergie umgewandelt. Auf diese Weise nimmt der Druck des gemischten Kältemittels zu (von Punkt d zu Punkt e in 5), während das Injektion-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel gemischt werden. Das Kältemittel, das aus dem Diffusor-Abschnitt 20g heraus strömt, wird in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 13 in das Gas und die Flüssigkeit separiert (von Punkt e zu f, von Punkt e zu g in 5).
Der Druck des in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 13 separierten Flüssigphasen-Kältemittels wird in dem festen Drosselventil 13a reduziert (von Punkt g zu Punkt g2 in 5), und das Flüssigphasen-Kältemittel strömt in den Verdampfer 14 hinein. Das Kältemittel, das in den Verdampfer 14 hinein strömt, absorbiert Wärme aus der Luft, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird, und verdampft in dem Verdampfer 14 (von Punkt g2 zu Punkt h in 5), wodurch die Luft gekühlt wird. Andererseits wird das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 13 separierte Gasphasen-Kältemittel in den Kompressor 11 eingesaugt und erneut komprimiert (von Punkt f zu Punkt a in 5).
Der Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ der vorliegenden Ausführungsform wird betrieben, wie vorstehend beschrieben, und kann die Luft kühlen, die in den Fahrzeuginnenraum hinein geblasen wird.
Dabei wird das Kältemittel gemäß dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ der vorliegenden Ausführungsform in den Kompressor 11 eingesaugt, nachdem der Diffusor-Abschnitt 20g des Ejektors 20 den Druck des Kältemittels erhöht hat. Daher kann die verbrauchte Energie, die von dem Kompressor 11 genutzt wird, reduziert werden, und dadurch kann eine Leistungsziffer (COP) gemäß dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ im Vergleich zu einer normalen Kältekreislauf-Einrichtung verbessert werden, bei der ein Kältemittel-Verdampfungsdruck in einem Verdampfer und ein Druck eines Kältemittels, das in einen Kompressor eingesaugt wird, einander im Wesentlichen gleich sind.
Da der Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform das Nadelventil 23 als das einen Durchlass definierende Element und den Schrittmotor 23a als den Antriebs-Abschnitt aufweist, ist es möglich, die Durchlass-Querschnittsfläche des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche in Abhängigkeit von einer Laständerung in dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ einzustellen. Daher ist es möglich, zu bewirken, dass der Ejektor 20 in Abhängigkeit von der Laständerung in dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ in einer geeigneten Weise betrieben wird.
Des Weiteren ist es gemäß dem Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Kältemitteldruck in der Nähe des Verwirbelungszentrums in dem Verwirbelungsraum 20e auf den Druck, bei dem das Kältemittel zu dem gesättigten Flüssigphasen-Kältemittel wird, oder auf den Druck zu reduzieren, bei dem das Kältemittel unter dem reduzierten Druck in einer Weise siedet, dass bewirkt wird, dass das Kältemittel während der Betriebsweise des Kältekreislaufs 10 vom Ejektor-Typ mit einer mittleren Last und während der Betriebsweise mit einer hohen Last in dem Verwirbelungsraum 20e verwirbelt wird. Bei dem Druck. bei dem das Kältemittel unter dem reduzierten Druck siedet, handelt es sich um den Druck, bei dem die Kavitation auftritt.
Dementsprechend ist das Gasphasen-Kältemittel um ein Verwirbelungszentrum herum konzentriert, wie in 6 gezeigt, und wird in einer säulenförmigen Gestalt um das Verwirbelungszentrum herum verwirbelt. Mit anderen Worten, es wird eine Gas-Säule hervorgerufen, die zu dem Verwirbelungszentrum zentriert ist. Im Ergebnis wird das Kältemittel in dem Verwirbelungsraum 20e in einem in zwei Phasen separierten Zustand verwirbelt, in dem das Gasphasen-Kältemittel um das Verwirbelungszentrum herum konzentriert ist und das Flüssigphasen-Kältemittel außerhalb des Gasphasen-Kältemittels konzentriert ist. 6 und 7 zeigen den gleichen Bereich wie 3 in weiter vergrößerten Ansichten und sind erläuternde Ansichten, die schematisch einen Siede-Zustand des Kältemittels zeigen. In 6 und 7 ist das Flüssigphasen-Kältemittel zwecks einer anschaulichen Erläuterung schraffiert.
Gemäß dem Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform kann das Kältemittel, das um das Verwirbelungszentrum herum verwirbelt wird, aufgrund von Dekompression sieden, und dadurch kann das Kältemittel in dem in zwei Phasen separierten Zustand, in dem das Gasphasen-Kältemittel um das Verwirbelungszentrum herum konzentriert ist, während z. B. der Betriebsweise mit einer hohen Last, bei der ein großes Volumen des Kältemittels in dem Kreislauf zirkuliert, in den Düsen-Durchlass 20a hinein strömen. Der Düsen-Durchlass 20a weist den Kältemittel-Durchlass auf, der in einem Querschnitt senkrecht zu der Mitte des Düsen-Durchlasses 20a die ringförmige Gestalt aufweist. Der Kältemittel-Durchlass weist eine Oberfläche einer Außenwand und eine Oberfläche einer Innenwand auf, die sich zwischen dem Verwirbelungszentrum und der Oberfläche der Außenwand befindet. Das Kältemittel siedet in der Nähe der Oberfläche der Außenwand, wenn sich das Kältemittel von der Oberfläche der Außenwand separiert, und die Kavitation entsteht in dem Kältemittel, das in der Nähe der Oberfläche der Innenwand verwirbelt wird, und verursacht dann ein Grenzflächen-Sieden in der Nähe der inneren Oberfläche, wobei Siede-Kerne, die durch die Kavitation erzeugt werden, in einer solchen Weise genutzt werden, dass bewirkt wird, dass sich das Kältemittel in dem in zwei Phasen separierten Zustand in dem Verwirbelungsraum 20e befindet und in den Düsen-Durchlass 20a hinein strömt. Das Sieden in der Nähe der äußeren Wandoberfläche und das Grenzflächen-Sieden fördern das Sieden des Kältemittels in dem Düsen-Durchlass 20a.
Im Ergebnis gelangt das Kältemittel, das in den Abschnitt 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 20a hinein strömt, in den Gas-Flüssigkeit-Mischzustand, in dem die Gasphase und die Flüssigphase gleichmäßig gemischt sind. Dann entsteht in dem Strom des aus Gas und Flüssigkeit gemischten Kältemittels in der Nähe des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche eine Blockierung (d. h. eine Drosselung). Die Drosselung bewirkt, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des aus Gas und Flüssigkeit gemischten Kältemittels Schallgeschwindigkeit erreicht. Das aus Gas und Flüssigkeit gemischte Kältemittel, das die Schallgeschwindigkeit aufweist, wird in dem Erweiterungs-Abschnitt 20d beschleunigt und wird aus dem Erweiterungs-Abschnitt 20d injiziert.
Wie vorstehend beschrieben, wird das Sieden des Kältemittels sowohl durch das Sieden in der Nähe der Oberfläche der Außenwand als auch durch das Grenzflächen-Sieden gefördert, und dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in dem Gas-Flüssigkeit-Mischzustand bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last und der Betriebsweise mit einer hohen Last auf die Schallgeschwindigkeit erhöht werden. Im Ergebnis kann die Energieumwandlungs-Effizienz in dem Düsen-Durchlass 20a verbessert werden.
Andererseits wird das Volumen das Kältemittels, das in dem Kreislauf zirkuliert, bei einer Betriebsweise des Kreislaufs mit einer geringen Last reduziert, und dadurch nimmt die Verwirbelungsgeschwindigkeit des Kältemittels ab, das in dem Verwirbelungsraum 20e verwirbelt wird. Daher ist es schwierig, den Druck des Kältemittels in der Nähe des Verwirbelungszentrums in dem Verwirbelungsraum 20e auf den Druck zu reduzieren, bei dem das Kältemittel unter einem reduzierten Druck siedet. Im Ergebnis wird das Sieden des Kältemittels bei der Betriebsweise mit einer geringen Last durch das Grenzflächen-Sieden kaum erleichtert, und dadurch ist der Ejektor 20 möglicherweise nicht in der Lage, eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz auszuüben.
Dann ist die Nut 23b gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit dem Nadelventil 23 bereitgestellt, um die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 20a erheblich zu vergrößern. Die Nut 23b dient als eine Kante, die eine Separations-Verwirbelung in dem Kältemittel erzeugt. Daher siedet das Kältemittel in der Nut 23b aufgrund von Dekompression, wie in 7 gezeigt, und dadurch können Blasen (d. h. Hohlräume) erzeugt werden. Mit anderen Worten, die Nut 23b befindet sich an einer Position, an der das in den Düsen-Durchlass 20a hinein strömende Flüssigphasen-Kältemittel zu sieden beginnt.
Die Hohlräume vereinigen sich mit dem Kältemittel, das durch den Düsen-Durchlass 20a hindurch strömt, und dienen als die Siede-Kerne, wodurch das Sieden des Kältemittels in dem Düsen-Durchlass 20a erleichtert wird und die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in dem Erweiterungs-Abschnitt 20d effektiv erhöht werden kann. Im Ergebnis kann der Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform auch bei einer Betriebsweise, z. B. bei der Betriebsweise mit einer geringen Last, bei der das Kältemittel in dem Verwirbelungsraum 20e kaum siedet, eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz ausüben.
Das heißt, gemäß dem Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, zu bewirken, dass der Ejektor 20 ungeachtet der Laständerung in dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ, in dem der Ejektor 20 angeordnet ist, die hohe Energieumwandlungs-Effizienz ausübt.
Wenn lediglich ein Teil des Kältemittels in dem Düsen-Durchlass 20a siedet, kann hierbei das Nadelventil 23 geneigt sein. Dann erstreckt sich die Nut 23b gemäß dem Ejektor der vorliegenden Ausführungsform in der Umfangsrichtung, die zu der Achse der Düse 21 zentriert ist, über den gesamten Umfang der Düse 21 hinweg und ruft dadurch die Hohlräume über den gesamten Umfang hinweg hervor. Daher können dem Kältemittel, das durch den Kältemittel-Durchlass hindurch strömt, der in dem Düsen-Durchlass 20a definiert ist und die ringförmige Gestalt aufweist, die Siede-Kerne gleichmäßig zugeführt werden. Mit anderen Worten, die Siede-Kerne können in der Umfangsrichtung im Inneren des Kältemittel-Durchlasses, der in dem Düsen-Durchlass 20a so definiert ist, dass er im Querschnitt die ringförmige Gestalt aufweist, gleichmäßig zugeführt werden. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass das Nadelventil 23 geneigt ist.
Darüber hinaus steuert der Ventil-Steuerbereich 50b der Klimaanlagen-Steuereinheit 50 gemäß dem Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform den Betrieb des Schrittmotors 23a derart, dass sich der Überhitzungswärme-Grad SH des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfen 14 an den Referenz-Überhitzungswärme-Grad KSH annähert. Daher bewegt sich das Nadelventil 23 in einer solchen Richtung, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche bei der Betriebsweise mit einer geringen Last reduziert wird, bei der sich das Volumen des Kältemittels verringert, das in dem Kreislauf zirkuliert.
Daher kann die Nut 23b des Nadelventils 23 bei der Betriebsweise mit einer geringen Last in der Kältemittel-Strömungsrichtung unmittelbar stromabwärts des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 20a positioniert werden. Die Nut 23b vergrößert die Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses beträchtlich, in dem das Kältemittel strömt, nachdem der Abschnitt 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels erhöht hat. Im Ergebnis können die Hohlräume in der Nut 23b effektiver erzeugt werden.
Da die Hohlräume in der Nut 23b erzeugt werden, reduzieren die Hohlräume die konkrete Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 20a nicht. Dementsprechend kann eine Vergrößerung eines Druckverlusts unterbunden werden, der verursacht wird, wenn das Kältemittel durch den Düsen-Durchlass 20a hindurch strömt.
Darüber hinaus tritt eine Kavitation in der Nut 23b nicht auf, da das Flüssigphasen-Kältemittel bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last und der Betriebsweise mit einer hohen Last nicht in die Nut 23b hinein strömt, wie in 6 gezeigt. Daher kann bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last und der Betriebsweise mit einer hohen Last eine Vergrößerung einer Anzahl der Blasen unterbunden werden, die sich mit dem Kältemittel vereinigen, das durch den Düsen-Durchlass 20a hindurch strömt, und die als die Siede-Kerne in dem Kältemittel dienen, und dadurch kann eine Vergrößerung des Druckverlusts unterbunden werden, der verursacht wird, wenn das Kältemittel in dem Düsen-Durchlass 20a strömt.
Des Weiteren befinden sich die innere Oberfläche der Düse 21 und die äußere Oberfläche des Nadelventils 23 gemäß dem Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform in einem Oberflächenkontakt miteinander, wenn der Schrittmotor 23 das Nadelventil 23 so bewegt, dass es sich in Kontakt mit der Düse 21 befindet. Im Ergebnis kann die Zuverlässigkeit einer Dichtung zwischen dem Nadelventil 23 und dem Düsen-Durchlass 20a verbessert werden, und die Durchlass-Querschnittsfläche des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche kann präzise eingestellt werden.
Zweite Ausführungsform
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass das Nadelventil 23 die Nut 23b nicht aufweist und die Oberfläche der Innenwand der Düse 21 eine andere Form aufweist, wie in 8 und 9 gezeigt. 8 und 9 sind Schaubilder, die 3 und 7 entsprechen, die jeweils bei der ersten Ausführungsform beschrieben sind.
Noch genauer ändert sich ein Erweiterungsgrad (d. h. ein Spreizwinkel) eines Abschnitts des Düsen-Durchlasses 20a, der den Erweiterungs-Abschnitt 20d bildet, in einem Querschnitt, der die Achse der Düse 21 umfasst, wie in 8 gezeigt, in Richtung zu einer in einer Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite so, dass er an einer Position in der Kältemittel-Strömungsrichtung unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 21b am grüßten ist.
8 zeigt ein Beispiel, bei dem sich der Erweiterungsgrad des Abschnitts, der den Erweiterungs-Abschnitt 20d bildet, in Stufen (noch genauer in zwei Stufen) ändert. Der Abschnitt, der den Erweiterungs-Abschnitt 20d bildet, kann jedoch in einem Querschnitt, der die Achse der Düse 21 umfasst, eine gekrümmte Form aufweisen, so dass sich der Erweiterungsgrad kontinuierlich ändert. Andere Konfigurationen und Betriebsweisen des Ejektors 20 und des Kältekreislaufs 20 vom Ejektor-Typ sind ähnlich wie jene bei der ersten Ausführungsform.
Daher ist es bei dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ der vorliegenden Ausführungsform möglich, ähnliche Effekte wie jene bei der ersten Ausführungsform zu erzielen. Da das Kältemittel bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last und der Betriebsweise mit einer hohen Last in dem Verwirbelungsraum 20e verwirbelt wird, kann der Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform eine Energieumwandlungs-Effizienz ähnlich wie jene bei der ersten Ausführungsform ausüben.
Darüber hinaus ist der Erweiterungsgrad des Abschnitts, der den Erweiterungs-Abschnitt 20d der Düse 21 bildet, gemäß dem Ejektor 20 an der Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 21 am größten. Dementsprechend kann die Durchlass-Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses, durch den das Kältemittel hindurch strömt, nachdem der Abschnitt 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche eine Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels erhöht hat, an einer Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 21b beträchtlich vergrößert werden.
Im Ergebnis siedet das Kältemittel aufgrund von Dekompression, und dadurch werden unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 21b in dem Düsen-Durchlass 20a die Hohlräume erzeugt, wie in 9 gezeigt. Daher kann der Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform auch bei einer Betriebsweise, z. B. bei der Betriebsweise mit einer geringen Last, bei der das Kältemittel in dem Verwirbelungsraum 20e kaum siedet, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz ausüben.
Mit anderen Worten, der Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform kann die hohe Energieumwandlungs-Effizienz ungeachtet einer Laständerung in dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ ausüben.
Dritte Ausführungsform
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass ein Ejektor 25 in einem Kältekreislauf 10a vom Ejektor-Typ eingesetzt wird, wie in einem Schaubild einer Gesamtkonfiguration in 10 gezeigt. Der Ejektor 25 wird durch Integrieren (d. h. Modularisieren) von Konfigurationen konfiguriert, die dem Ejektor 20, dem Gas-Flüssigkeit-Separator 13 und dem festen Drosselventil 13a entsprechen, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben sind. Daher kann der Ejektor 25 auch als ”ein Ejektor mit einer Funktion zum Separieren von Gas und Flüssigkeit” oder als ”ein Ejektor-Modul” beschrieben werden.
In 10 sind Darstellungen von Sensoren für die Klimaanlagen-Steuerung, wie beispielsweise der Sensor 51 für die Temperatur des Verdampfers auf der Auslassseite und der Sensor 52 für den Druck des Verdampfers auf der Auslassseite, zu Darstellungszwecken weggelassen.
Unter Bezugnahme auf 11 und 12 wird eine Konfiguration des Ejektors 25 im Detail beschrieben. Eine Richtung nach oben und unten, die in 11 gezeigt ist, kennzeichnet die Richtung nach oben und unten unter der Bedingung, dass der Ejektor 25 in dem Kältekreislauf 10a vom Ejektor-Typ angeordnet ist. 12 ist eine schematisch vergrößerte Teil-Querschnittsansicht eines Bereichs XII von 11 und ist eine Ansicht, die 3 bei der ersten Ausführungsform entspricht.
Wie in 11 gezeigt, umfasst der Ejektor 25 einen Körper 30, der durch Montieren von Komponenten-Elementen konfiguriert wird. Noch genauer ist der Körper 30 aus einem Metall oder einem Harz in der Form eines Prismas oder der Form einer Säule hergestellt und umfasst einen Gehäuse-Körper 31, der eine Außenwand des Ejektors 25 bereitstellt. Eine Düse 32, ein mittlerer Körper 33, ein unterer Körper 34 etc. sind in dem Gehäuse-Körper 31 befestigt.
Der Gehäuse-Körper 31 ist mit einem Kältemittel-Einlass 31a, einer Kältemittel-Ansaugöffnung 31b, einem Auslass 31c für das Flüssigphasen-Kältemittel, einem Auslass 31d für das Gasphasen-Kältemittel bereitgestellt. Der Kältemittel-Einlass 31a leitet ein aus dem Kühler 12 heraus strömendes Kältemittel so, dass es in den Ejektor 25 hinein strömt. Die Kältemittel-Ansaugöffnung 31b saugt ein Kältemittel, das aus dem Verdampfer 14 heraus strömt, in den Ejektor 25 ein. Der Körper 30 weist einen Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit auf. Der Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit separiert das Kältemittel in ein Gasphasen-Kältemittel und ein Flüssigphasen-Kältemittel. Der Auslass 31c für das Flüssigphasen-Kältemittel leitet das Flüssigphasen-Kältemittel so, dass es zu dem Kältemittel-Einlass des Verdampfers 14 strömt. Der Auslass 31d für das Gasphasen-Kältemittel leitet das Gasphasen-Kältemittel so, dass es zu der Ansaugöffnung des Kompressors 11 strömt.
Des Weiteren befindet sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Drosselblende 31i in einem Durchlass für das Flüssigphasen-Kältemittel. Der Durchlass für das Flüssigphasen-Kältemittel verbindet den Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit und den Auslass 31c für das Flüssigphasen-Kältemittel miteinander. Bei der Drosselblende 31i handelt es sich um einen Druckminderer, der einen Druck des Kältemittels reduziert, das in den Verdampfer 14 hinein strömt. Der Raum 30f für die Trennung von Gas und Flüssigkeit der vorliegenden Ausführungsform entspricht dem Gas-Flüssigkeit-Separator 13 der ersten Ausführungsform, und die Drosselblende 31i der vorliegenden Ausführungsform entspricht dem festen Drosselventil 13a der ersten Ausführungsform.
Die Düse 32 der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem Metallmaterial (z. B. einer Edelstahllegierung) in einer im Wesentlichen konischen Gestalt hergestellt, die sich in einer Kältemittel-Strömungsrichtung verjüngt. Darüber hinaus ist die Düse 32 in dem Gehäuse-Körper 31 mittels eines Verfahrens wie beispielsweise Presspassen derart befestigt, dass eine axiale Richtung der Düse 32 mit einer vertikalen Richtung (der Richtung nach oben und unten in 11) übereinstimmt. Zwischen einem oberen Abschnitt der Düse 32 und dem Gehäuse-Körper 31 ist ein Verwirbelungsraum 30a definiert. Der Verwirbelungsraum 30a weist eine im Allgemeinen säulenförmige Gestalt auf. Das Kältemittel, das aus dem Kältemittel-Einlass 31a strömt, wird in dem Verwirbelungsraum 30a verwirbelt.
Ein Kältemittel-Einström-Durchlass 31e ist definiert, um den Kältemittel-Einlass 31a und den Verwirbelungsraum 30a zu verbinden. Der Kältemittel-Einström-Durchlass 31e erstreckt sich bei einer Betrachtung in einer axialen Richtung des Verwirbelungsraums 30a in einer tangentialen Richtung der Oberfläche einer Innenwand, die den Verwirbelungsraum 30a definiert. Das Kältemittel, das aus dem Kältemittel-Einström-Durchlass 31e in den Verwirbelungsraum 30a hinein strömt, strömt entlang der Oberfläche der Innenwand des Verwirbelungsraums 30a und wird um ein Verwirbelungszentrum in dem Verwirbelungsraum 30a herum verwirbelt. Daher bilden ein Abschnitt, der den Verwirbelungsraum 30a des Körpers 30 bildet, und der Verwirbelungsraum 30a einen Wirbelstromgenerator.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform sind Abmessungen des Verwirbelungsraums 30a etc. derart festgelegt, dass ein Kältemitteldruck in der Nähe des Verwirbelungszentrums in dem Verwirbelungsraum 30a auf einen Druck reduziert wird, bei dem das Kältemittel bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last und bei der Betriebsweise mit einer hohen Last zu einem gesättigten Flüssigphasen-Kältemittel wird. Alternativ sind die Abmessungen des Verwirbelungsraums 30a etc. derart festgelegt, dass der Kältemitteldruck in der Nähe des Verwirbelungszentrums in dem Verwirbelungsraum 30a auf einen Druck reduziert wird, bei dem das Kältemittel bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last und bei der Betriebsweise mit einer hohen Last aufgrund von Dekompression siedet. Bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last weist eine thermische Last in dem Kältekreislauf 10a vom Ejektor-Typ einen mittleren Wert auf. Bei der Betriebsweise mit einer hohen Last handelt es sich bei der thermischen Last um eine relativ hohe Last.
Im Inneren der Düse 32 ist ein einen Druck reduzierender Raum 30b definiert. Der einen Druck reduzierende Raum 30b reduziert den Druck des Kältemittels, das aus dem Verwirbelungsraum 30a heraus strömt, und leitet das Kältemittel so, dass es aus dem einen Druck reduzierenden Raum 30b in Richtung zu einer stromabwärts gelegenen Seite heraus strömt. Der einen Druck reduzierende Raum 30b ist durch eine Umdrehung definiert und weist eine säulenförmige Gestalt und einen kegelstumpförmigen Raum auf, die miteinander verbunden sind. Der kegelstumpfförmige Raum weist eine Querschnittsfläche auf, die von einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung unteren Seite des säulenförmigen Raums aus graduell zunimmt. Eine Mittelachse des einen Ruck reduzierenden Raums 30b ist koaxial mit der Mittelachse des Verwirbelungsraums 30a angeordnet.
In dem einen Druck reduzierenden Raum 30b befindet sich ein einen Durchlass definierendes Element 35. Das einen Durchlass definierende Element 35 führt eine ähnliche Funktion wie jene des Nadelventils 34 durch, das bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Noch genauer ist das einen Durchlass definierende Element 35 aus einem Harz ähnlich dem Harz hergestellt, aus dem das Nadelventil 23 hergestellt ist. Das einen Durchlass definierende Element 35 weist eine konische Form auf, und eine Querschnittsfläche des einen Durchlass definierenden Elements 35 nimmt mit der Entfernung von dem einen Druck reduzierenden Raum 30b zu. Das einen Durchlass definierende Element 35 ist so positioniert, dass es koaxial mit dem einen Druck reduzierenden Raum 30b ist.
Dementsprechend ist zumindest ein Teilstück eines Düsen-Durchlasses 25a zwischen einer inneren Oberfläche der Düse 32, die den einen Druck reduzierenden Raum 30b definiert, und einer äußeren Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements 35 definiert, wie in 12 gezeigt. Der Düsen-Durchlass 25a weist im Querschnitt eine ringförmige Gestalt auf und reduziert den Druck des Kältemittels.
Die Düse 32 weist eine Oberfläche einer Innenwand auf, die einen Verengungsabschnitt 32a definiert. Der Verengungsabschnitt 32a definiert einen Abschnitt 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche (d. h. den Abschnitt mit der kleinsten Durchlass-Querschnittsfläche), der über den gesamten, in der Düse 32 definierten Kältemittel-Durchlass hinweg eine kleinste Querschnittsfläche aufweist. Der Düsen-Durchlass 25a weist einen sich verjüngenden Abschnitt 25c und einen Erweiterungs-Abschnitt 25d auf. Der sich verjüngende Abschnitt 25c befindet sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche und weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die in Richtung zu dem Abschnitt 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche hin graduell abnimmt. Der Erweiterungs-Abschnitt 25d befindet sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche und weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die in der Richtung, in der sich der Erweiterungs-Abschnitt 25d weg von dem Abschnitt 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche erstreckt, graduell zunimmt.
Daher ändert sich die Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses in dem Düsen-Durchlass 25a der vorliegenden Ausführungsform ähnlich wie bei einer Gummi-Düse. Darüber hinaus ändert sich die Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 25a gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Injektions-Kältemittels, das aus dem Düsen-Durchlass 25a ausgestoßen wird, bei einem normalen Betrieb des Kältekreislaufs 10a vom Ejektor-Typ gleich der Schallgeschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit wird.
Wie in 12 gezeigt, weist das einen Durchlass definierende Element 35 einen Endabschnitt auf einer Seite benachbart zu dem Düsen-Durchlass 25a auf, und der Endabschnitt ist mit einer Nut 35a bereitgestellt. Die Nut 35a erstreckt sich in einer Umfangsrichtung, die zu der Achse der Düse 32 zentriert ist, über einen gesamten Umfang des Endabschnitts hinweg. Die Nut 35a ist in einer solchen Richtung vertieft, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 25a vergrößert wird. Die Nut 35a kann unmittelbar stromabwärts des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche angeordnet werden, indem das einen Durchlass definierende Element 35 bewegt wird.
Darüber hinaus ist die innere Oberfläche der Düse 32 der vorliegenden Ausführungsform in einem Querschnitt, der die Achse der Düse 32 umfasst, derart definiert, dass sich ein Erweiterungsgrad eines Abschnitts, der den Erweiterungs-Abschnitt 25d in dem Düsen-Durchlass 25a bildet, in Richtung zu einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite lindert, wie in 12 gezeigt. Noch genauer wird der Erweiterungsgrad ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform an einer Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 32a am größten.
Der in 11 gezeigte mittlere Körper 33 ist aus einem Metall hergestellt und weist eine säulenförmige Gestalt auf. Der mittlere Körper 33 weist ein Durchgangsloch auf, das von einer Oberfläche zu einer anderen Oberfläche, die einander gegenüberliegen (in der Richtung nach oben und unten) durch den mittleren Körper 33 hindurch geht. Ein Antriebsmechanismus 37 ist in einer radialen Richtung des mittleren Körpers 33 zwischen einer äußeren Oberfläche des mittleren Körpers 33 und dem Durchgangsloch positioniert. Bei dem Antriebsmechanismus 37 handelt es sich um einen Antriebs-Abschnitt, der das einen Durchlass definierende Element 35 bewegt. Der mittlere Körper 33 wird mittels eines Verfahrens wie beispielsweise Presspassen an einer unteren Seite der Düse 32 in dem Gehäuse-Körper 31 befestigt.
Zwischen einer oberen Oberfläche des mittleren Körpers 33 und der Oberfläche einer Innenwand des Gehäuse-Körpers 31, die der oberen Oberfläche des mittleren Körpers 33 gegenüberliegt, ist ein Einström-Raum 30c definiert. Das Kältemittel, das aus der Kältemittel-Ansaugöffnung 31b in den Ejektor 25 hinein strömt, wird in dem Einström-Raum 30c gespeichert. Zwischen einer inneren Oberfläche des Durchgangslochs, das in dem mittleren Körper 33 definiert ist, und einer äußeren Oberfläche eines unteren Abschnitts der Düse 32 ist ein Ansaug-Durchlass 30d definiert. Der Ansaug-Durchlass 30d verbindet die Einström-Öffnung 30c und ein stromabwärts gelegenes Ende des einen Druck reduzierenden Raums 30b miteinander.
Das Durchgangsloch des mittleren Körpers 33 weist einen einen Druck erhöhenden Raum 30e auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Ansaug-Durchlasses 30d auf. Der einen Druck erhöhende Raum 30e weist eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt auf, deren Querschnittsfläche in der Kältemittel-Strömungsrichtung graduell zunimmt. Bei dem einen Druck erhöhenden Raum 30e handelt es sich um einen Raum, in dem das Injektions-Kältemittel, das durch den Düsen-Durchlass 25a injiziert wird, und das Ansaugmittel gemischt werden, das durch den Ansaug-Durchlass 30d angesaugt wird. Der einen Druck erhöhende Raum 30e ist so positioniert, dass er koaxial mit sowohl dem Verwirbelungsraum 30a als auch dem einen Druck reduzierenden Raum 30b ist.
Ein unterer Abschnitt des einen Durchlass definierenden Elements 35 befindet sich in dem einen Druck erhöhenden Raum 30e. Der einen Druck erhöhende Raum 30e ist durch eine innere Oberfläche des mittleren Körpers 33 definiert, und zwischen der inneren Oberfläche des mittleren Körpers 33 und der äußeren Oberfläche des unteren Abschnitts des einen Durchlass definierenden Elements 35 ist ein Kältemittel-Durchlass definiert. Der Kältemittel-Durchlass weist eine Durchlass-Querschnittsfläche auf, die in Richtung zu der in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite hin graduell zunimmt. Im Ergebnis kann eine Geschwindigkeitsenergie des Injektions-Kältemittels und des Ansaug-Kältemittels in dem Kältemittel-Durchlass in eine Druckenergie umgewandelt werden.
Daher konfiguriert der Kältemittel-Durchlass, der zwischen der inneren Oberfläche des mittleren Körpers 33, der den einen Druck erhöhenden Raum 30e definiert, und der äußeren Oberfläche des unteren Abschnitts des einen Durchlass definierenden Elements 35 definiert ist, einen Diffusor-Durchlass. Der Diffusor-Durchlass dient als ein Diffusor (d. h. als der einen Druck erhöhende Abschnitt), in dem das Injektions-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel gemischt werden und der einen Druck des gemischten Kältemittels erhöht.
Im Folgenden wird der Antriebsmechanismus 37 beschrieben, der sich im Inneren des mittleren Körpers 33 befindet. Der Antriebsmechanismus 37 weist eine Membran 37a auf. Bei der Membran 37a handelt es sich um ein auf Druck ansprechendes Element, und sie weist die Gestalt einer kreisförmigen dünnen Platte auf. Spezifischer weist der mittlere Körper 33 einen säulenförmigen Hohlraum auf, der sich benachbart zu der äußeren Oberfläche des mittleren Körpers 33 befindet. Die Membran 37a wird mittels eines Verfahrens, wie beispielsweise Schweißen, in dem säulenförmigen Hohlraum befestigt und unterteilt den säulenförmigen Hohlraum in einen oberen Raum und einen unteren Raum.
Der obere Raum befindet sich auf einer Seite benachbart zu der Einström-Öffnung 30c und stellt einen geschlossenen Raum 37b bereit. Der geschlossene Raum 37b ist mit eifern temperaturempfindlichen Medium gefüllt. Ein Druck des temperaturempfindlichen Mediums variiert in Abhängigkeit von einer Temperatur des Kältemittels an einem Auslass des Verdampfers 14, d. h. einer Temperatur des Kältemittels, das aus dem Verdampfer 14 heraus strömt. Das temperaturempfindliche Medium enthält als eine Basis das Kältemittel, bei dem es sich um das gleiche Kältemittel handelt, das in dem Kältekreislauf 10a vom Ejektor-Typ zirkuliert. Das temperaturempfindliche Medium ist derart in den geschlossenen Raum 37b gepackt, dass eine Dichte des temperaturempfindlichen Mediums gleich einem spezifizierten Wert wird.
Der untere Raum, der durch die Membran 37a abgeteilt ist, konfiguriert einen Einleitungsraum 37c. Der Einleitungsraum 37c leitet das Kältemittel so, dass es von dem Verdampfer 14 durch einen Durchlass (nicht gezeigt) in den Ejektor 25 hinein strömt. Dementsprechend wird eine Temperatur des Kältemittels, das aus dem Verdampfer 14 heraus strömt, durch ein Abdichtungselement 27d, das den Einström-Raum 30c und den geschlossenen Raum 37b unterteilt, und die Membran 37a auf das temperaturempfindliche Medium übertragen, das in den geschlossenen Raum 37b gepackt ist.
Die Membran 37a verformt sich in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen einem inneren Druck des geschlossenen Raums 37b und einem Druck des Kältemittels, das aus dem Verdampfer 14 in den Einleitungsraum 37c hinein strömt. Dementsprechend ist die Membran 37a bevorzugt aus einem Material hergestellt, das eine hohe Elastizität, eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine hohe Belastbarkeit aufweist. Die Membran 37a kann zum Beispiel durch eine dünne Metallplatte konfiguriert sein, die aus Edelstahl (z. B. SUS304) oder EPDM (Ethylenpropylendien-Copolymer-Gummi) hergestellt ist, die ein Grundmaterial umfasst.
Der Antriebsmechanismus 37 weist eine Betätigungsstange 37e auf. Die Betätigungsstange 37e weist eine säulenförmige Gestalt auf und weist das eine Ende und das andere Ende auf, die einander in der Richtung nach oben und unten gegenüberliegen. Das eine Ende (d. h. ein oberes Ende) der Betätigungsstange 37e ist an einem mittleren Abschnitt der Membran 37a angebracht. Die Betätigungsstange 37e überträgt eine Antriebskraft von dem Antriebsmechanismus 37 auf das einen Durchlass definierende Element 35, um das einen Durchlass definierende Element 35 zu bewegen. Das andere Ende (d. h. ein unteres Ende) der Betätigungsstange 37e grenzt an eine Oberfläche eines radialen äußeren Abschnitts des einen Durchlass definierenden Elements 35 an. Der radiale äußere Abschnitt befindet sich auf einer unteren Seite in dem einen Durchlass definierenden Element 35.
Wie in 11 gezeigt, legt eine Spiralfeder 40 eine Last an eine untere Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements 35 an. Bei der Spiralfeder 40 handelt es sich um ein elastisches Element, das die Last anlegt, um das einen Durchlass definierende Element 35 nach oben vorzuspannen. ”Nach oben” bedeutet ”in eine Richtung, in der das einen Durchlass definierende Element 35 eine Querschnittsfläche des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche verringert”. Daher wird das einen Durchlass definierende Element 35 so bewegt, dass eine Last, die von dem Hochdruck-Kältemittel auf einer Seite benachbart zu dem Verwirbelungsraum 30a aufgenommen wird, eine Last, die von dem Niederdruck-Kältemittel auf einer Seite benachbart zu dem Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit aufgenommen wird, Lasten, die von den Betätigungsstangen 37e aufgenommen werden, sowie die Last von der Spiralfeder 40 ausgeglichen werden.
Noch genauer nimmt ein Sättigungsdruck des in den geschlossenen Raum 37b gepackten temperaturempfindlichen Mediums zu, wenn die Temperatur (d. h. der Überhitzungswärme-Grad) des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 zunimmt, und dadurch wird eine Druckdifferenz groß, die durch Subtrahieren des Drucks des Einleitungs-Raums 37c von dem Innendruck des geschlossenen Raums 37b berechnet wird. Im Ergebnis bewegt sich die Membran 37a in Richtung zu dem Einleitungs-Raum 37c, und dadurch nimmt die Last zu, die von der Betätigungsstange 37e auf das einen Durchlass definierende Element 35 übertragen wird. Wenn daher die Temperatur des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 zunimmt, bewegt sich das einen Durchlass definierende Element 35 in einer solchen Richtung, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche vergrößert wird (d. h. in der vertikalen Richtung nach unten).
Wenn andererseits die Temperatur (d. h. der Überhitzungswärme-Grad) des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 abfällt, fällt der Sättigungsdruck des in den geschlossenen Raum 37b gepackten temperaturempfindlichen Mediums ab, und dadurch wird die Druckdifferenz klein, der durch Subtrahieren des Drucks des Einleitungs-Raums 37c von dem Innendruck des geschlossenen Raums 37b berechnet wird. Im Ergebnis bewegt sich die Membran 37a in Richtung zu dem geschlossenen Raum 37b hin, und dadurch nimmt die Last ab, die von der Betätigungsstange 37e auf das einen Durchlass definierende Element 35 übertragen wird. Wenn daher die Temperatur des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 abfällt, bewegt sich das einen Durchlass definierende Element 35 in einer solchen Richtung, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche reduziert wird (d. h. in der vertikalen Richtung nach oben).
Der Antriebsmechanismus 37 der vorliegenden Ausführungsform stellt die Durchlass-Querschnittsfläche des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche in einer Weise, dass die Membran 37 das einen Durchlass definierende Element 35 in Abhängigkeit von dem Überhitzungswärme-Grad des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 bewegt, derart ein, dass sich der Überhitzungswärme-Grad des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 an den Referenz-Überhitzungswärme-Grad KSH annähert. Der Referenz-Überhitzungswärme-Grad KSH kann durch Einstellen der Last der Spiralfeder 40 geändert werden.
Wenngleich zwischen der Betätigungsstange 37e und dem mittleren Körper ein Hohlraum definiert sein kann, ist der Hohlraum durch ein abdichtendes Element abgedichtet, wie beispielsweise einen O-Ring (nicht gezeigt), wodurch das Kältemittel nicht durch den Hohlraum austritt, auch wenn sich die Betätigungsstange 37e bewegt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der mittlere Körper 33 mit mehr als einem säulenförmigen Hohlraum bereitgestellt. Noch genauer ist die Anzahl der säulenförmigen Hohlräume gemäß der vorliegenden Ausführungsform gleich drei. Die Membran 37a ist in jedem der säulenförmigen Hohlräume befestigt, wodurch mehr als ein Antriebsmechanismus 37 bereitgestellt ist. Die Antriebsmechanismen 37 sind in regelmäßigen Abständen und gleichen Winkeln um eine Mittelachse herum positioniert. Im Ergebnis werden die Antriebskräfte, mit denen das einen Durchlass definierende Element durch die Antriebsmechanismen 37 beaufschlagt wird, einander gleich.
Der untere Körper 34 ist durch ein säulenförmiges Metall-Element konfiguriert und wird mittels eines Verfahrens, wie beispielsweise Verschrauben, in dem Gehäuse-Körper 31 befestigt, um so eine untere Oberfläche des Gehäuse-Körpers 31 zu verschließen. Der Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit ist zwischen einem oberen Abschnitt des unteren Körpers 34 und dem mittleren Körper 33 definiert. Der Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit separiert das Kältemittel, das aus dem Diffusor-Durchlass strömt, der in dem einen Druck erhöhenden Raum 30e definiert ist, in das Gasphasen-Kältemittel und das Flüssigphasen-Kältemittel.
Der Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit ist als ein Inneres einer Umdrehung definiert und weist eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt auf. Der Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit ist koaxial mit dem Verwirbelungsraum 30a, dem einen Druck reduzierenden Raum 30b und dem einen Druck erhöhenden Raum 30e positioniert. Das Kältemittel empfängt eine Zentrifugalkraft, während es um das Verwirbelungszentrum in dem Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit verwirbelt wird, und wird dadurch in das Gasphasen-Kältemittel und das Flüssigphasen-Kältemittel separiert. Darüber hinaus ist eine innere Kapazität des Raums 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit auf eine solche Kapazität festgelegt, die im Wesentlichen kein überschüssiges Kältemittel speichern kann, auch wenn eine Laständerung in dem Kreislaufauftritt und sich das Volumen des Kältemittels ändert, das in dem Kreislauf zirkuliert.
In einem mittleren Abschnitt des unteren Körpers 34 ist ein Rohr 34a angeordnet. Das Rohr 34a ist koaxial mit dem Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit positioniert und erstreckt sich von dem unteren Körper 34 aus nach oben. Das in dem Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit separierte Flüssigphasen-Kältemittel wird auf einer radialen äußeren Seite des Rohrs 34a vorübergehend gespeichert und strömt dann aus dem Auslass 31c für das Flüssigphasen-Kältemittel. Das Rohr 34a definiert einen Ausström-Durchlass 34b für das Gasphasen-Kältemittel. Der Ausström-Durchlass 34b für das Gasphasen-Kältemittel leitet das in dem Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit separierte Gasphasen-Kältemittel zu dem Auslass 31d des Gehäuse-Körpers 31 für das Gasphasen-Kältemittel.
Die vorstehend beschriebene Spiralfeder 40 ist an einem oberen Endabschnitt des Rohrs 34a befestigt. Die Spiralfeder 40 fungiert auch als ein eine Vibration dämpfendes Element, das Vibrationen des einen Durchlass definierenden Elements 35 dämpft, die durch eine Druckpulsation verursacht werden, die bei einem Abfallen eines Druck des Kältemittels auftritt. Eine untere Oberfläche, die einen Boden des Raums 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit definiert, ist mit einem Öl-Rücklaufloch 34c bereitgestellt. Ein Kältemittelöl, das in dem Flüssigphasen-Kältemittel enthalten ist, strömt von dem Öl-Rücklaufloch 34c aus dem Raum 30f für eine Trennung von Gas und Flüssigkeit heraus und kehrt durch den Ausström-Durchlass 34b für das Gasphasen-Kältemittel in den Kompressor 11 zurück.
Daher kann der Ejektor 25 der vorliegenden Ausführungsform wie folgt beschrieben werden.
Der Ejektor 25 der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Körper (30), das einen Durchlass definierende Element (35) und den Antriebs-Abschnitt (37).
Der Körper (30) weist den einen Druck reduzierenden Raum (30b), die Ansaug-Durchlässe (30c, 30d) sowie den einen Druck erhöhenden Raum (30e) auf. Der einen Druck reduzierende Abschnitt (30b) reduziert den Druck des Kältemittels, das aus dem Kältemittel-Einlass (31a) strömt. Die Ansaug-Durchlässe (30c, 30d) stehen mit dem in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Ende des einen Druck reduzierenden Raums (30b) in Verbindung und ermöglichen, dass das Kältemittel von außen in den Ejektor eingesaugt wird. Der einen Druck erhöhende Raum (30e) mischt das Injektions-Kältemittel, das aus dem einen Druck reduzierenden Raum (30b) ausgestoßen wird, und das Ansaug-Kältemittel, das aus den Ansaug-Durchlässen (30c, 30d) angesaugt wird.
Zumindest ein Teilstück des einen Durchlass definierenden Elements (35) befindet sich in dem einen Druck reduzierenden Raum (30b) und dem einen Druck erhöhenden Raum (30e). Das einen Durchlass definierende Element (35) weist die konische Gestalt auf, deren Querschnittsfläche mit der Entfernung von dem einen Druck reduzierenden Raum (30b) zunimmt. Der Antriebs-Abschnitt (37) gibt die Antriebskraft ab, die das einen Durchlass definierende Element (35) bewegt.
Bei dem Kältemittel-Durchlass, der zwischen der inneren Oberfläche des Abschnitts, der den einen Druck reduzierenden Raum (30b) in dem Körper (30) bildet, und der äußeren Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements (35) definiert ist, handelt es sich um den Düsen-Durchlass (25a), der als die Düse fungiert, die den Druck des Kältemittels reduziert, das aus dem Kältemittel-Einlass (31a) strömt, und der das Kältemittel injiziert. Mit anderen Worten, der Düsen-Durchlass (25a), der als die Düse fungiert, die den Druck des Kältemittels reduziert, das aus dem Kältemittel-Einlass (31a) strömt, und der das Kältemittel injiziert, ist zwischen der inneren Oberfläche des Abschnitts, der den einen Druck reduzierenden Raum (30b) in dem Körper (30) bildet, und der äußeren Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements (35) definiert.
Bei dem Kältemittel-Durchlass, der zwischen der inneren Oberfläche des Abschnitts, der den einen Druck erhöhenden Raum (30e) in dem Körper (30) definiert, und der außeren Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements (35) definiert ist, handelt es sich um den Diffusor-Durchlass, der als der einen Druck erhöhende Abschnitt fungiert, der das Injektion-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel mischt und den Druck des gemischten Kältemittels erhöht. Mit anderen Worten, der Diffusor-Durchlass, der als der einen Druck erhöhende Abschnitt fungiert, der das Injektions-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel mischt und der den Druck des gemischten Kältemittels erhöht, ist zwischen der inneren Oberfläche des Abschnitts, der den einen Druck erhöhenden Raum (30e) in dem Körper (30) definiert, und der äußeren Umfangsfläche des einen Durchlass definierenden Elements (35) definiert.
Der Düsen-Durchlass (25a) weist den Abschnitt (25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche, den sich verjüngenden Abschnitt (25c) sowie den Erweiterungs-Abschnitt (25d) auf. Bei dem Abschnitt (25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche handelt es sich um den Abschnitt des Düsen-Durchlasses (25a), der die kleinste Durchlass-Querschnittsfläche aufweist. Der sich verjüngende Abschnitt (25c) befindet sich auf der in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Abschnitts (25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche und weist die Durchlass-Querschnittsfläche auf, die sich in Richtung zu dem Abschnitt (25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche hin graduell verringert. Der Erweiterungs-Abschnitt (25d) befindet sich auf der in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Abschnitts (25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche und weist die sich graduell vergrößernde Durchlass-Querschnittsfläche auf.
Das einen Durchlass definierende Element (35) weist die Nut (35a) auf. Die Nut (35a) erstreckt sich über den gesamten Umfang der Düse (21) hinweg. Die Nut (35a) ist in einer solchen Richtung vertieft, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses (25a) vergrößert wird. Der Antriebs-Abschnitt (37) bewegt das einen Durchlass definierende Element (35) derart, dass die Nut (35a) bei einer Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Düse (32) in der Kältemittel-Strömungsrichtung unmittelbar stromabwärts des Abschnitts (25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche positioniert ist.
In dem Querschnitt, der die Achse der Düse (32) umfasst, ändert sich der Erweiterungsgrad des Abschnitts, der den Erweiterungs-Abschnitt (25d) in der Düse (32) definiert, in Richtung zu der stromabwärts gelegenen Seite des Kältemittel-Stroms hin. Der Erweiterungsgrad ist an der Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts (32a), der den Abschnitt (25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche definiert, am größten.
Andere Konfigurationen des Kältekreislaufs 10a vom Ejektor-Typ sind ähnlich wie jene des Kältekreislaufs 10 vom Ejektor-Typ der ersten Ausführungsform. Hierbei wird der Ejektor 25 der vorliegenden Ausführungsform durch Integrieren der Komponenten-Einheiten konfiguriert, die in dem Kreislauf enthalten sind. Wenn daher der Kältekreislauf 10a vom Ejektor-Typ der vorliegenden Ausführungsform in Betrieb ist, funktioniert der Kältekreislauf 10a vom Ejektor-Typ in einer ähnlichen Weise wie der Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ der ersten Ausführungsform, und es können ähnliche Effekte erzielt werden.
Der Ejektor 25 der vorliegenden Ausführungsform weist den Verwirbelungsraum 30a als den Wirbelstromgenerator auf. Im Ergebnis kann der Ejektor 25 eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz wie bei der ersten Ausführungsform in einer Weise ausüben, dass das Kältemittel bei der Betriebsweise mit einer mittleren Last und der Betriebsweise mit einer hohen Last des Kältekreislaufs 10a vom Ejektor-Typ in dem Verwirbelungsraum 30a verwirbelt wird.
Bei dem Ejektor 25 der vorliegenden Ausführungsform bewegt der Antriebsmechanismus 37 das einen Durchlass definierende Element 35 in einer solchen Richtung, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche derart verringert wird, dass sich der Überhitzungswärme-Grad SH des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 14 bei der Betriebsweise mit einer geringen Last, bei der das Volumen des Kältemittels reduziert ist, das in dem Kreislauf zirkuliert, an den Referenz-Überhitzungswärme-Grad KSH annähert.
Dementsprechend kann die Nut 35a, die mit dem einen Durchlass definierenden Element 35 bereitgestellt ist, bei der Betriebsweise mit einer geringen Last in der Kältemittel-Strömungsrichtung unmittelbar stromabwärts des Abschnitts 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 25a positioniert werden. Daher kann die Nut 35a die Durchlass-Querschnittsfläche des Kältemittel-Durchlasses vergrößern, in dem das Kältemittel strömt, nachdem der Abschnitt 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels beträchtlich verringert hat.
Dementsprechend können die Hohlräume in der Nut 35a ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform erzeugt werden. Im Ergebnis kann der Ejektor 25 die hohe Energieumwandlungs-Effizienz ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform auch bei der Betriebsweise ausüben, bei der das Kältemittel in dem Verwirbelungsraum 30a kaum aufgrund von Dekompression siedet.
Darüber hinaus weist der Abschnitt der Düse 32, der den Erweiterungs-Abschnitt 25d definiert, gemäß dem Ejektor 25 der vorliegenden Ausführungsform an der Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 32a den größten Erweiterungsgrad auf. Im Ergebnis kann die Querschnittsfläche des Durchlasses, in dem das Kältemittel strömt, nachdem der Abschnitt 25b mit einer minimalen Querschnittsfläche die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels erhöht hat, an der Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 32a beträchtlich vergrößert werden.
Daher können die Hohlräume ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform an der Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 21b in dem Düsen-Durchlass 25a erzeugt werden. So kann der Ejektor 25 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform die hohe Energieumwandlungs-Effizienz auch bei der Betriebsweise ausüben, bei der das Kältemittel in dem Verwirbelungsraum 30a kaum aufgrund von Dekompression siedet.
Mit anderen Worten, der Ejektor 25 der vorliegenden Ausführungsform kann die hohe Energieumwandlungs-Effizienz ungeachtet einer Laständerung in dem Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ ausüben.
Vierte Ausführungsform
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die Nut 23b in dem Nadelventil 23 während einer Betriebsweise mit einer geringen Last auf einer in einer Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite eines Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses 20a angeordnet ist, wie in 13 gezeigt. 13 ist eine Ansicht, die 7 entspricht, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Andere Konfigurationen und die Betriebsweise des Ejektors 20 und des Kältekreislaufs 10 vom Ejektor-Typ sind ähnlich wie jene bei der ersten Ausführungsform.
Auch wenn die Nut 23b wie bei der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt ist, können die Hohlräume bei der Betriebsweise mit einer geringen Last in der Nut 23b erzeugt werden. Daher kann der Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform bei der Betriebsweise mit einer geringen Last in einer ähnlichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz ausüben. Darüber hinaus kann die Nut 23b bei einer Betriebsweise mit einer hohen Last in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche positioniert sein.
Fünfte Ausführungsform
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass sich die Nut 23b in der Umfangsrichtung, die zu der Achse zentriert ist, nicht kontinuierlich über einen gesamten Umfang eines Nadelventils hinweg erstreckt. Stattdessen sind zwei oder mehr Nuten 23c ringförmig bei gleichen Winkeln um die Achse herum angeordnet, wie in 14 gezeigt. Noch genauer sind die zwei Nuten 23c in einem Kreis angeordnet. Jede der zwei Nuten 23c weist bei einer Betrachtung in einer axialen Richtung eine halbkreisförmige Gestalt auf.
14 ist eine Ansicht, die 7 entspricht, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Andere Konfigurationen und die Betriebsweise des Ejektors 20 und des Kältekreislaufs 10 vom Ejektor-Typ sind ähnlich wie jene bei der ersten Ausführungsform.
Auch wenn die Nut 23c wie bei der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt ist, können die Hohlräume bei der Betriebsweise mit einer geringen Last in der Nut 23c erzeugt werden. Daher kann der Ejektor 20 der vorliegenden Ausführungsform bei der Betriebsweise mit einer geringen Last in einer ähnlichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine hohe Energieumwandlungs-Effizienz ausüben. Darüber hinaus können die Nuten 23c als eine Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in einer Kältemittel-Strömungsrichtung in einer ähnlichen Weise wie bei der vierten Ausführungsform stromaufwärts des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche positioniert sein.
Modifikationen
Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen innerhalb eines Umfangs der vorliegenden Offenbarung abdecken soll, wie nachfolgend beschrieben. Es versteht sich, dass es sich bei Strukturen, die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, um bevorzugte Strukturen handelt, und dass die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist, die bevorzugten Strukturen aufzuweisen. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst sämtliche Modifikationen, die äquivalent zu Beschreibungen der vorliegenden Offenbarung sind oder die innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.

(1) Wenngleich das Nadelventil 23 und das einen Durchlass definierende Element 35 bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aus dem thermoplastischen Harz hergestellt sind, können das Nadelventil 23 und das einen Durchlass definierende Element 35 selbstverständlich aus einem Metall hergestellt sein. Auch wenn das Nadelventil 23 und das einen Durchlass definierende Element 35 aus einem Metall hergestellt sind, können die Nut 23b und die Nut 35a gebildet werden, indem das Nadelventil 23 und das einen Durchlass definierende Element 35 bei dem Bilden der Nut gegen die Düse 21 oder die Düse 32 gedrückt werden.

In diesem Fall sind das Nadelventil 23 und das einen Durchlass definierende Element 35 bevorzugt aus einem Metall (z. B. Aluminium) hergestellt, das weicher als eine Edelstahllegierung ist, welche die Düse 21 und die Düse 32 bildet.

(2) Die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen offenbarten Merkmale können in einer geeigneten Weise kombiniert werden, sofern die Kombination realisierbar ist. Der Erweiterungs-Abschnitt 20d, der mit der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Düse 21 des Ejektors 20 bereitgestellt ist, kann zum Beispiel eine solche Form aufweisen, dass ein Erweiterungsgrad an einer Position unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 21b am größten ist, wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben.

Bei dem Ejektor 25, der bei der dritten Ausführungsform beschrieben ist, ist es möglich, dass die Nut 35a nicht in dem einen Durchlass definierenden Element 35 bereitgestellt ist. Der Erweiterungsgrad des Abschnitts, der sich unmittelbar stromabwärts des Verengungsabschnitts 32a befindet, kann konstant sein. Die Nut 23b oder die Nut 23c kann in dem Ejektor 25 der dritten Ausführungsform an den gleichen Positionen angeordnet sein, wie bei der vierten Ausführungsform beziehungsweise der fünften Ausführungsform beschrieben. Als eine Modifikation können zwei oder mehr Nuten 23b, die eine ähnliche ringförmige Gestalt wie jene bei der ersten Ausführungsform aufweisen, in der axialen Richtung angeordnet sein.
Die Nuten 23a, 35a, die mit dem einen Durchlass definierenden Element und den Erweiterungs-Abschnitten 20d, 25d der Düse 21, 32 bereitgestellt sind, welche die Gestalt aufweisen, die jeweils an der Position unmittelbar stromabwärts der Verengungsabschnitte 21b, 32a den größten Erweiterungsgrad aufweisen, können anstelle des Wirbelstromgenerators (d. h. des Verwirbelungsraums 20e, des zylindrischen Abschnitts 21d und des Verwirbelungsraums 30a), nicht zusätzlich zu dem Wirbelstromgenerator, eingesetzt werden.
Wenn der Wirbelstromgenerator weggelassen wird, kann das Sieden des Kältemittels effektiv in einer Weise erleichtert werden, bei der die Nut 23b in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts des Abschnitts 20b mit einer minimalen Querschnittsfläche positioniert ist, wie bei der vierten Ausführungsform beschrieben.

(3) Die Einheiten, die den Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ konfigurieren, sind nicht auf jene beschränkt, die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen offenbart sind.

Bei dem Kompressor 11 handelt es sich zum Beispiel um den elektrischen Kompressor gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Bei dem Kompressor 11 kann es sich jedoch um einen motorgetriebenen Kompressor handeln, der mittels einer Drehantriebskraft angetrieben wird, die von einem Motor für ein Fahren eines Fahrzeugs über eine Riemenscheibe, einen Riemen und dergleichen übertragen wird. Des Weiteren kann es sich bei dem motorgetriebenen Kompressor um einen Kompressor mit einer variablen Kapazität handeln, dessen Kältemittel-Ablass-Kapazität durch Ändern eines Volumens des Kältemittels eingestellt werden kann, das von dem variablen Kompressor abgelassen wird. Alternativ kann es sich bei dem motorgetriebenen Kompressor um einen Kompressor mit einer festgelegten Kapazität handeln, dessen Kältemittel-Ablass-Kapazität in einer solchen Weise eingestellt ist, dass eine Betriebsrate des Kompressors durch Einkuppeln und Auskuppeln einer elektromagnetischen Kupplung geändert wird.
Wenngleich gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Unterkühlungs-Wärmetauscher als der Kühler 12 eingesetzt wird, kann ein normaler Kühler eingesetzt werden, der nur durch den kondensierenden Abschnitt 12a konfiguriert ist. Darüber hinaus kann zusätzlich zu dem normalen Kühler ein mit einem Empfänger integrierter Kondensator eingesetzt werden. Der mit einem Empfänger integrierte Kondensator umfasst eine Flüssigkeits-Aufnahmeeinrichtung (d. h. ein Reservoir), das ein Kältemittel nach einem Abführen von Wärme in dem Kühler in ein Gasphasen-Kältemittel und ein Flüssigphasen-Kältemittel separiert und ein überschüssiges Flüssigphasen-Kältemittel speichert.
Bei dem Kältemittel handelt es sich gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen um R134a oder R1234yf, es kann sich jedoch um R600a, R410A, R404A, R32, R407C, HFO-1234ze, HFO-1234zd etc. handeln. Alternativ kann es sich bei dem Kältemittel um ein gemischtes Kältemittel aus zwei oder mehr Arten von R134a, R1234yf, R600a, R410A, R404A, R32, R407C, HFO-1234ze und HFO-1234zd handeln.

(4) Der Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ der vorliegenden Offenbarung ist gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in der Fahrzeug-Klimaanlage angeordnet. Der Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, in der Fahrzeug-Klimaanlage angeordnet zu sein. Der Kältekreislauf 10 vom Ejektor-Typ kann zum Beispiel in einer stationären Klimaanlage, einer Kältespeicherung, einer Kühl- und Heiz-Einheit für einen Verkaufsautomaten oder dergleichen angeordnet sein.

Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Kühler 12 des Kältekreislaufs 10 vom Ejektor-Typ gemäß der vorliegenden Offenbarung als ein Wärmetauscher auf der Außenseite verwendet, der Warme zwischen dem Kältemittel und der Außenluft austauscht, und der Verdampfer 14 wird als ein Wärmetauscher auf der Nutzungsseite für ein Kühlen der Luft verwendet. Der Verdampfer 14 kann jedoch als ein Wärmetauscher auf der Außenseite verwendet werden, der Wärme aus einer Wärmequelle absorbiert, wie beispielsweise der Außenluft, und der Kühler 12 kann als ein Wärmetauscher auf der Innenseite verwendet werden, der ein zu erwärmendes Fluid erwärmt, wie beispielsweise Luft und Wasser, um einen Wärmepumpen-Kreislauf zu bilden.

Claims

Ejektor für eine Dampf-Kompressions-Kältekreislauf-Einrichtung (10, 10a), wobei der Ejektor aufweist: eine Düse (21, 32), die ein Kältemittel als ein Injektions-Kältemittel ausstößt; einen Körper (22, 30), der aufweist: eine Kältemittel-Ansaugöffnung (22a, 31b), die ein Kältemittel, wie ein Ansaug-Kältemittel, unter Verwendung einer Ansaugkraft des Injektions-Kältemittels von außen ansaugt, das aus der Düse (21, 32) ausgestoßen wird, und einen einen Druck erhöhenden Abschnitt (20g), der das Injektions-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel so mischt, dass sie ein gemischtes Kältemittel bilden, und der einen Druck des gemischten Kältemittels erhöht; ein einen Durchlass definierendes Element (23, 35), das sich in einem Kältemittel-Durchlass befindet, wobei der Kältemittel-Durchlass in der Düse (21, 32) definiert ist; und einen Antriebs-Abschnitt (23a, 37), der das einen Durchlass definierende Element (23, 35) bewegt, wobei der Kältemittel-Durchlass einen Düsen-Durchlass (20a, 25a) aufweist, der zwischen einer inneren Oberfläche der Düse (21, 32) und einer äußeren Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements (23, 35) definiert ist, wobei der Düsen-Durchlass (20a, 25a) aufweist: einen Abschnitt (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche, der in dem Düsen-Durchlass eine kleinste Durchlass-Querschnittsfläche aufweist, einen sich verjüngenden Abschnitt (20c, 25c), der sich auf einer in einer Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Abschnitts (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche befindet, wobei der sich verjüngende Abschnitt eine Durchlass-Querschnittsfläche aufweist, die in Richtung zu dem Abschnitt (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche hin graduell abnimmt, und einen Erweiterungs-Abschnitt (20d, 25d), der sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Abschnitts (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche befindet, wobei der Erweiterungs-Abschnitt eine Durchlass-Querschnittsfläche aufweist, die graduell zunimmt, und wobei das einen Durchlass definierende Element (23, 35) eine Nut (23b, 35a) aufweist, die so vertieft ist, dass die Durchlass-Querschnittsfläche des Düsen-Durchlasses (20a, 25a) vergrößert wird.
Ejektor nach Anspruch 1, wobei sich die Nut (23b, 35a) in einer Umfangsrichtung, die zu einer Achse der Düse (21, 32) zentriert ist, über einen gesamten Umfang der Düse (21, 32) hinweg erstreckt.
Ejektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Nut (23b, 35a) an einer Position befindet, an der das Flüssigphasen-Kältemittel, das in den Düsen-Durchlass (20a, 25a) hinein strömt, zu sieden beginnt.
Ejektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Antriebs-Abschnitt (23a, 37) so konfiguriert ist, dass er das einen Durchlass definierende Element (23, 35) so bewegt, dass die Nut (23b, 35a) bei einer Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung der Düse (21, 32) in der Kältemittel-Strömungsrichtung unmittelbar stromabwärts des Abschnitts (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche angeordnet ist.
Ejektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die innere Oberfläche der Düse (21, 32) und die äußere Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements (23, 35) in einem Oberflächenkontakt miteinander befinden, wenn der Antriebs-Abschnitt (23a, 37) das einen Durchlass definierende Element (23, 35) so anordnet, dass es sich in Kontakt mit der Düse (21, 32) befindet.
Ejektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Düse (21, 32) einen Abschnitt aufweist, der den Erweiterungs-Abschnitt (20d, 25d) definiert, sich ein Erweiterungsgrad des Abschnitts der Düse (21, 32) in einem Querschnitt, der die Achse der Düse (21, 32) umfasst, in Richtung zu der in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite hin ändert, und der Erweiterungsgrad an einer Position unmittelbar stromabwärts eines Verengungsabschnitts (21b, 32a) am größten ist, wobei der Verengungsabschnitt den Abschnitt (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche definiert.
Ejektor für eine Dampf-Kompression-Kältekreislauf-Einrichtung (10, 10a), wobei der Ejektor aufweist: eine Düse (21, 32), die ein Kältemittel als ein Injektions-Kältemittel ausstößt; einen Körper (22, 30), der aufweist: eine Kältemittel-Ansaugöffnung (22a, 31b), die ein Kältemittel als ein Ansaug-Kältemittel unter Verwendung einer Ansaugkraft des Injektions-Kältemittels ansaugt, das aus der Düse (21, 32) ausgestoßen wird, und einen einen Druck erhöhenden Abschnitt (20g), der das Injektions-Kältemittel und das Ansaug-Kältemittel so mischt, dass sie ein gemischtes Kältemittel bilden, und der einen Druck des gemischten Kältemittels erhöht; ein einen Durchlass definierendes Element (23, 35), das sich in einem Kältemittel-Durchlass befindet, wobei der Kältemittel-Durchlass in der Düse (21, 32) definiert ist; und einen Antriebs-Abschnitt (23a, 27a), der das einen Durchlass definierende Element (23, 35) bewegt, wobei der Kältemittel-Durchlass einen Düsen-Durchlass (20a, 25a) aufweist, der zwischen einer inneren Oberfläche der Düse (21, 32) und einer äußeren Oberfläche des einen Durchlass definierenden Elements (23, 35) definiert ist, wobei der Düsen-Durchlass (20a, 25a) in einem Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung der Düse (21, 32) eine ringförmige Gestalt aufweist, wobei der Düsen-Durchlass (20a, 25a) aufweist: einen Abschnitt (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche, der in dem Düsen-Durchlass eine kleinste Durchlass-Querschnittsfläche aufweist, einen sich verjüngenden Abschnitt (20c, 25c), der sich auf einer in einer Kältemittel-Strömungsrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Abschnitts (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche befindet, wobei der sich verjüngende Abschnitt eine Durchlass-Querschnittsfläche aufweist, die in Richtung zu dem Abschnitt (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche hin graduell abnimmt, und einen Erweiterungs-Abschnitt (20d, 25d), der sich auf einer in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite des Abschnitts (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche befindet, wobei der Erweiterungs-Abschnitt eine Durchlass-Querschnittsfläche aufweist, die graduell zunimmt, wobei die Düse (21, 32) einen Abschnitt aufweist, der den Erweiterungs-Abschnitt (20d, 25d) definiert, wobei sich ein Erweiterungsgrad des Abschnitts der Düse (21, 32) in einem Querschnitt, der eine Achse der Düse (21, 32) umfasst, in Richtung zu der in der Kältemittel-Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite hin ändert, und wobei der Erweiterungsgrad an einer Position unmittelbar stromabwärts eines Verengungsabschnitts (21b, 32a) am größten ist, wobei der Verengungsabschnitt den Abschnitt (20b, 25b) mit einer minimalen Querschnittsfläche definiert.
Ejektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der des Weiteren aufweist: einen Wirbelstromgenerator (20e, 21d, 30a), der bewirkt, dass das Kältemittel, das in die Düse (21, 32) hinein strömt, um eine Achse der Düse (21, 32) herum verwirbelt wird.
Herstellungsverfahren für den Ejektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: Bilden der Nut (23b), indem das einen Durchlass definierende Element (23) gegen die Düse (21) gedrückt wird.
Herstellungsverfahren für den Ejektor nach Anspruch 9, wobei das einen Durchlass definierende Element (23) aus einem Harz hergestellt ist und das einen Durchlass definierende Element (23) erwärmt wird, bevor es beim Bilden der Nut gegen die Düse (21) gedrückt wird.
Kältekreislauf vom Ejektor-Typ, der aufweist: den Ejektor (20, 25) nach Anspruch 8; einen Kompressor (11), der ein Kältemittel so komprimiert, dass es ein Hochdruck-Kältemittel wird, und der das Hochdruck-Kältemittel ablässt; und einen Kühler (12), der das Hochdruck-Kältemittel aus dem Kompressor (11) kühlt, bis das Hochdruck-Kältemittel zu einem unterkühlten Flüssigphasen-Kältemittel wird, wobei das unterkühlte Flüssigphasen-Kältemittel in den Wirbelstromgenerator (20e, 21d, 30a) hinein strömt.