DE112019001467B4

DE112019001467B4 - Ejektor

Info

Publication number: DE112019001467B4
Application number: DE112019001467.6T
Authority: DE
Inventors: Kota Tanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: JP6891864B2; DE112019001467T5; JP2019167947A

Abstract

Ejektor mit:einer Düse (41); undeiner Nadel (44), die in einem Fluiddurchgang im Inneren der Düse (41) angeordnet ist, um sich in einer Axialrichtung bezüglich der Düse (41) zu bewegen, wobei sich die Nadel (44) in Richtung eines distalen Endes des Ejektors verjüngt, wobeider Ejektor eingerichtet ist, um ein Arbeitsfluid, das durch den Fluiddurchgang strömt, von dem distalen Ende auszustoßen, um ein äußeres Fluid außerhalb der Düse (41) durch einen Mitreißvorgang des Arbeitsfluid, das von dem distalen Ende ausgestoßen wird, zu saugen,eine Wandfläche der Düse (41), die der Nadel (44) zugewandt ist, einen Auslass (41z), der an einem Ende des Fluiddurchgangs benachbart zu dem distalen Ende gelegen ist, und eine Querschnittsverengung (41x) hat, die dem distalen Ende bezüglich des Auslasses (41z) entgegengesetzt gelegen ist, wobei die Querschnittsverengung (41x) in Richtung der Nadel (44) vorsteht,die Querschnittsverengung (41x) eine Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) hat, die eine Fläche eines Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in einem Querschnitt ist, der durch die Querschnittsverengung (41x) geht und rechtwinklig zu der Axialrichtung ist,der Auslass (41z) eine Auslassdurchgangsquerschnittsfläche (201) hat, die eine Fläche eines Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in einem Querschnitt ist, der durch den Auslass (41z) geht und rechtwinklig zu der Axialrichtung ist,ein Trennungsgrad der Nadel (44) von der Düse (41) in der Axialrichtung als ein Nadelhubbetrag (R) definiert ist,wenn der Nadelhubbetrag (R) innerhalb eines ersten Bereichs ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) kleiner als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist, und die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) unter der Fläche des Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in allen Querschnitten rechtwinklig zu der Axialrichtung in dem Fluiddurchgang die kleinste ist,wenn der Nadelhubbetrag (R) innerhalb eines zweiten Bereichs ist, der größer als der erste Bereich ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist, und die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche unter der Fläche des Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in allen Querschnitten rechtwinklig zu der Axialrichtung in dem Fluiddurchgang die kleinste ist, undin dem zweiten Bereich ein Teil der Nadel (44) weiter an der Spitzenendseite als der Auslass (41z) gelegen ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beruht auf der am 22. März 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2018 - 054 863 A und auf der am 29. August 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2018 - 160 630 A.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ejektor.
Stand der Technik
Ein Ejektor, der eine Düse und eine Nadel hat, ist bekannt, der ein Fluid außerhalb der Düse durch einen Mitreißvorgang eines von einem Spitzenende der Düse durch einen Fluidpfad im Inneren der Düse ausgestoßenen Arbeitsfluids saugt. Beispielsweise ist in der JP 2004 - 144 043 A die Querschnittsfläche eines Abschnitts, der durch die Innenfläche der Düse umgeben ist, an dem Spitzenende der Düse konstant. Die JP 2010 - 019 133 A offenbart eine Strahlpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Die DE 11 2016 001 110 T5 , DE 10 2005 012 611 B4 , US 2017 / 0 108 256 A1 , JP 2005 - 233 121 A und JP 2003 - 185 275 A offenbaren weiteren Stand der Technik.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß den Untersuchungen der Erfinder, wenn einmal die Betriebsbedingungen des Ejektors (beispielsweise der Nadelhubbetrag) und des zu verwendenden Kältemittels bestimmt sind, sind die optimale Minimalfläche des Gebiets zwischen der Düse und der Nadel und die optimale Querschnittsfläche des Auslasskanals in der Düse bestimmt. Wenn jedoch der Ejektor unter mehreren Betriebsbedingungen verwendet wird, ist es schwierig, die Minimalfläche und die Querschnittsfläche des Auslasskanals zu bestimmen, die für all die Betriebsbedingungen des Ejektors optimal sind.
Wenn der Nadelhubbetrag groß ist, falls die Querschnittsfläche des Auslasskanals zu groß wird, hat das eine übermäßige Expansion zur Folge. Als Gegenmaßnahme dazu gibt es ein Verfahren eines Kürzens der Düse, was aber den Düsenwirkungsgrad reduzieren wird. Um den Düsenwirkungsgrad zu erhöhen, ist es im Allgemeinen wünschenswert, die Querschnittsfläche des Kanals von der Fußseite zu der Auslassseite allmählich zu erhöhen.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überexpansion in einem Ejektor durch ein anderes Verfahren als ein Kürzen einer Düse zu unterdrücken.
Die JP 2004 - 144 043 A offenbart einen Ejektor, bei dem eine Nadel einen zweistufigen Kegel hat. Das heißt, die Nadel umfasst einen ersten Kegelabschnitt, der sich in Richtung des distalen Endes verjüngt, und einen zweiten Kegelabschnitt, der sich von dem ersten Kegelabschnitt in Richtung des distalen Endes weiter verjüngt. Der Kegelwinkel des ersten Kegelabschnitts und der Kegelwinkel des zweiten Kegelabschnitts sind an der Grenze zwischen dem ersten Kegelabschnitt und dem zweiten Kegelabschnitt diskontinuierlich.
Gemäß der Untersuchung des Erfinders, wenn die Nadel einen zweistufigen Kegel hat, erhöht sich plötzlich die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse und der Nadel an der Spitzenseite der Grenze an der Nadel. Normalerweise ist eine Querschnittsverengung zum Minimieren der Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse und der Nadel an der Wandfläche der Düse ausgebildet, die der Nadel zugewandt ist, und ist es wünschenswert, dass das Arbeitsfluid an der Querschnittsverengung siedet. Gemäß der Untersuchung des Erfinders wird jedoch das Arbeitsfluid auch an der Grenze und nicht nur an der Querschnittsverengung sieden. Falls das Arbeitsfluid an einem nicht beabsichtigten anderen Teil als der Querschnittsverengung siedet, wird der Energierückgewinnungswirkungsgrad des Ejektors reduziert werden.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abnahme eines Energierückgewinnungswirkungsgrads zu unterdrücken, die aufgrund eines Siedens eines Arbeitsfluids an einer nicht beabsichtigten Stelle in einem Ejektor auftritt, der eine Nadel mit einem zweistufigen Kegel umfasst.
Die obigen Aufgaben werden durch einen Ejektor gemäß Anspruch 1 gelöst.
Somit, wenn der Nadelhubbetrag in dem ersten Bereich ist, ist die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche kleiner als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche. Zudem ist die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche die kleinste unter den Querschnittsflächen des Spalts zwischen der Düse und der Nadel. Das heißt, die Düse und die Nadel arbeiten als eine Lavaldüse.
Wenn der Nadelhubbetrag in dem zweiten Bereich ist, der größer als der erste Bereich ist, ist die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche. Die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist die kleinste der Querschnittsflächen des Spalts zwischen der Düse und der Nadel. Das heißt, die Düse und die Nadel arbeiten als eine Lavaldüse. Somit kann eine übermäßige Expansion unterdrückt werden, selbst wenn der Nadelhubbetrag groß ist, da die Düse und die Nadel als eine Plug-Düse arbeiten.
Die obigen Aufgaben werden zudem durch einen Ejektor gemäß Anspruch 5 und einen Ejektor gemäß Anspruch 7 gelöst.
Wenn die Mitreißwirkung ausgeübt wird, kann ein Sieden an der Grenze durch ein Verengen des Durchgangs, der durch die Wandfläche der Düse umgeben ist, in Richtung des distalen Endes an der Spitzenseite als die Grenze der Düse unterdrückt werden. Folglich ist es möglich, eine Abnahme eines Energierückgewinnungswirkungsgrades zu unterdrücken, die aufgrund einer Verzögerung beim Sieden auftritt, wenn das Arbeitsfluid an einer nicht beabsichtigten Stelle siedet.
Man beachte, dass Bezugszeichen in Klammern, die an jeweilige Komponenten angefügt sind, ein Beispiel einer Entsprechung zwischen diesen Komponenten und in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen umfassten spezifischen Komponenten anzeigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein schematisches Schaubild eines Ejektorkreislaufs gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine schematische Ansicht eines Ejektors.
3 ist eine vergrößerte Ansicht des Ejektors.
4 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Spitzenendabschnitt einer Düse und einen Spitzenendabschnitt einer Nadel veranschaulicht.
5 ist ein Schaubild, das eine Änderung in einer Durchgangsquerschnittsfläche veranschaulicht.
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ejektors gemäß einer zweiten Ausführungsform.
7 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ejektors gemäß einer dritten Ausführungsform.
8 ist eine schematische Ansicht eines Ejektorkreislaufs gemäß einer vierten Ausführungsform.
9 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Spitzenendabschnitt der Düse und einen Spitzenendabschnitt der Nadel veranschaulicht.
10 ist ein Schaubild, das eine Änderung in einer Durchgangsquerschnittsfläche veranschaulicht, wenn die Düse als eine Lavaldüse arbeitet.
11 ist ein Schaubild, das eine Änderung in einer Durchgangsquerschnittsfläche veranschaulicht, wenn die Düse als eine Plug-Düse arbeitet.
12 ist ein Graph, der ein Gebiet, in dem die Düse als eine Lavaldüse arbeitet, und ein Gebiet veranschaulicht, in dem die Düse als eine Plug-Düse arbeitet.
13 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Nadelhubbetrag und einer Auslassdurchgangsquerschnittsfläche veranschaulicht, wenn eine herkömmliche gerade Düse verwendet wird.
14 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ejektors gemäß einer fünften Ausführungsform.
15 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ejektors gemäß einer sechsten Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
Eine erste Ausführungsform wird beschrieben. Ein Ejektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Ejektorkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet. 1 ist eine schematische Ansicht eines Ejektorkreislaufs unter Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel. 2 ist eine schematische Ansicht eines Ejektors 40. 3 ist eine vergrößerte Ansicht einer Düse 41. Das Kältemittel entspricht einem Arbeitsfluid.
In 1 ist ein Verdichter 10 ein weithin bekannter Verdichter der Bauart mit veränderbarer Verdrängung, der mittels einer Maschine angetrieben wird, um ein Kältemittel zu saugen und zu verdichten. Eine Abgabeleistung des Verdichters 10 wird derart gesteuert, dass eine Temperatur oder ein Druck in einem Verdampfer 30 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Ein Verdichter, der die Strömungsrate des abgegebenen Kältemittels mittels der Umlaufzahl steuern kann, wie ein elektrischer Verdichter, kann als der Verdichter 10 verwendet werden.
Ein Radiator 20 ist ein Hochdruckwärmetauscher, der Wärme zwischen dem von dem Verdichter 10 abgegebenen Kältemittel und einer Außenluft austauscht, um das Kältemittel zu kühlen. Der Verdampfer 30 ist ein Niederdruckwärmetauscher, der Wärme zwischen einer Luft, die in die Kabine geblasen werden soll, und einem zu verdampfenden Kältemittel in flüssiger Phase austauscht, wodurch das Kältemittel verdampft und die Luft für die Kabine gekühlt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Kältemittel Kohlendioxid und ist der Abgabedruck des Verdichters 10 gleich dem oder höher als der kritische Druck des Kältemittels. Die Entropie wird durch ein Senken der Temperatur ohne ein Kondensieren des Kältemittels in dem Radiator 20 gesenkt. Falls beispielsweise das Kältemittel HFC134a anstelle von Kohlendioxid ist, wird, wenn der Abgabedruck des Verdichters 10 unterhalb des kritischen Drucks festgelegt wird, die Entropie jedoch verringern, während das Kältemittel in dem Radiator 20 kondensiert.
Der Ejektor 40 dekomprimiert und entspannt das Kältemittel, um das Kältemittel in Gasphase, das in dem Verdampfer 30 verdampft, zu saugen, und wandelt die Expansionsenergie in Druckenergie um, um den Saugdruck des Verdichters 10 zu erhöhen, was später ausführlich beschrieben wird.
In einem Gas-Flüssigkeitsabscheider 50 wird das Kältemittel gespeichert, das aus dem Ejektor 40 ausströmt, und wird das Kältemittel getrennt, das in einem Kältemittel in Gasphase und einem Kältemittel in flüssiger Phase geströmt hat. Ein Auslass des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 50 für Kältemittel in Gasphase ist mit der Saugseite des Verdichters 10 verbunden. Ein Auslass des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 50 für Kältemittel in flüssiger Phase ist mit einer Einströmseite des Verdampfers 30 verbunden. Eine Drossel 60 ist eine Druckmindereinheit, die den Druck des Kältemittels in flüssiger Phase reduziert, das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 50 strömt.
Ein Gebläse 21 bläst Kühlluft, das heißt Außenluft, zu dem Radiator 20. Ein Gebläse 31 bläst Luft, die für die Kabine ist, zu dem Verdampfer 30.
Als nächstes wird der Ejektor 40 beschrieben. Nachfolgend wird die Spitzenseite des Ejektors 40 einfach als eine Spitzenseite bezeichnet. Der Ejektor 40 ist eine Pumpe der Bauart mit Impulsübertragung. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Ejektor 40 eine Düse 41, einen Mischabschnitt 42, einen Diffusor 43, eine Nadel 44, ein Gehäuse 45 und einen Block 46. Die Düse 41 ist eine Plug-Düse, die die Druckenergie des einströmendem Hochdruckkältemittels in Geschwindigkeitsenergie umwandelt, um das Kältemittel in einer isenthalpen Weise zu dekomprimieren und zu entspannen. Die schnelle Kältemittelströmung, der von der Düse 41 eingespritzt wird, saugt das Kältemittel in Gasphase, das in dem Verdampfer 30 verdampft ist. Der Mischabschnitt 42 mischt die von der Düse 41 eingespritzt Kältemittelströmung und das Kältemittel in Gasphase. Der Diffusor 43 wandelt die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie um, während das von der Düse 41 ausgestoßene Kältemittel und das von dem Verdampfer 30 gesaugt Kältemittel gemischt werden, um den Druck von Kältemittel zu erhöhen.
Die Nadel 44 ist in einer konischen Kegelform derart ausgebildet, dass die Querschnittsfläche in Richtung des distalen Endes des Ejektors 40 abnimmt. Hier bezeichnet die Querschnittsfläche eine Fläche in einem Querschnitt entlang einer Ebene senkrecht zu der Achse der Nadel 44. Die Düse 41 und die Nadel 44 können aus Metall, wie rostfreier Stahl, gefertigt sein. Die Nadel 44 wird durch ein Stellglied (nicht gezeigt) in Erwiderung auf die Strömungsrate des Hochdruckkältemittels, das in die Düse 41 strömt, angetrieben. Die Nadel 44 ist in der Axialrichtung der Nadel 44 verrückbar. Die Nadel 44 ist mit der Düse 41 in einem Raum im Inneren der Düse 41 koaxial angeordnet.
Das Gehäuse 45 ist ein zylindrisches Bauteil, das den Mischabschnitt 42 und den Diffusor 43 ausbildet. Ein Auslass 45a des Diffusors 43 ist mit einem Einlass 76 des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 50 verbunden. Der Block 46 ist ein Metallbauteil, das die Düse 41 aufnimmt, und hat einen Hochdruckkältemitteleinlass 46a, der mit dem Radiator 20 verbunden werden soll, und einen Niederdruckkältemitteleinlass 46b, der mit dem Verdampfer 30 verbunden werden soll. Das Gehäuse 45 und der Block 46 sind durch Schweißen oder Hartlöten zusammengefügt. Aluminium, rostfreier Stahl, Messing oder dergleichen kann als das Material des Gehäuses 45 und des Blocks 46 verwendet werden.
Die Nadel 44 ist in die Düse 41 koaxial pressgepasst und die Düse 41 ist in den Block 46 pressgepasst. Somit sind die Nadel 44 und die Düse 41 im Inneren des Blocks 46 montiert. Ein Loch zum Presspassen der Düse 41 ist durch einen Deckel 46c geschlossen.
In dem Mischbereich 42 wird das Kältemittel gemischt, um die Summe des Impulses der Kältemittelströmung, die von der Düse 41 eingespritzt wird, und des Impulses der Kältemittelströmung, die aus dem Verdampfer 30 zu dem Ejektor 40 gesaugt wird, zu erhalten. Somit steigt der statische Druck von Kältemittel in dem Mischbereich 42.
In dem Diffusor 43 wird der dynamische Druck des Kältemittels in statischen Druck durch eine allmähliche Zunahme der Querschnittsfläche des Durchgangs umgewandelt. Deshalb erhöht sich in dem Ejektor 40 der Kältemitteldruck sowohl in dem Mischbereich 42 als auch in dem Diffusor 43.
In dem Ejektor 40 ist es wünschenswert, dass der Kältemitteldruck erhöht wird, um die Summe der Impulse der zwei Strömungen von Kältemittel in dem Mischbereich 42 zu erhalten. Anders gesagt wird der Kältemitteldruck erhöht, um die Energie in dem Diffusor 43 zu erhalten.
Die Konfiguration der Nadel 44 und der Düse 41 wird ausführlicher beschrieben. Wie in 3 und 4 gezeigt ist, hat die Nadel 44 einen Körper 440, einen ersten Kegelabschnitt 441 und einen zweiten Kegelabschnitt 442. Der Körper 440, der erste Kegelabschnitt 441 und der zweite Kegelabschnitt 442 sind einstückig und koaxial als Ganzes ausgebildet. Der Körper 440 hat eine im Wesentlichen säulenförmige Form und die distale Seite des Körpers 440 ist mit dem ersten Kegelabschnitt 441 verbunden.
Der erste Kegelabschnitt 441 hat eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form, die sich in Richtung des distalen Endes verjüngt. Der erste Kegelwinkel ΘE1, der ein Kegelwinkel des ersten Kegelabschnitts 441 ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform konstant. Deshalb ist der erste Kegelwinkel ΘE1 von einem Ende des ersten Kegelabschnitts 441, das benachbart zu dem Körper 440 ist, zu dem anderen Ende an der distalen Endseite konstant.
Der zweite Kegelabschnitt 442 ist mit dem distalen Ende des ersten Kegelabschnitts 441 verbunden und hat eine im Wesentlichen konische Form, die sich in Richtung des distalen Endes weiter verjüngt. Der zweite Kegelwinkel ΘE2, der ein Kegelwinkel des zweiten Kegelabschnitts 442 ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform konstant. Deshalb ist der zweite Kegelwinkel ΘE2 von einem Ende des zweiten Kegelabschnitts 442, das benachbart zu dem ersten Kegelabschnitt 441 ist, zu dem anderen Ende an der distalen Endseite konstant.
Deshalb ist der zweite Kegelwinkel ΘE2 größer als der erste Kegelwinkel ΘE1 an einer Grenze 44x (das heißt, der verformte Abschnitt) zwischen dem ersten Kegelabschnitt 441 und dem zweiten Kegelabschnitt 442. Des Weiteren sind an der Grenze 44x der erste Kegelwinkel θE1 und der zweite Kegelwinkel θE2 diskontinuierlich. Das heißt, der Kegelwinkel der Nadel 44 ändert sich diskontinuierlich und sprunghaft von dem ersten Kegelabschnitt 441 zu dem zweiten Kegelabschnitt 442 an der Grenze 44x.
Eine Wandfläche der Düse 41, die der Nadel 44 zugewandt ist, das heißt die Innenwandfläche, hat eine Fußfläche 410, eine erste Drosselfläche 411 und eine zweite Drosselfläche 412. Die Fußfläche 410, die erste Drosselfläche 411 und die zweite Drosselfläche 412 sind mit dem Körper 440, dem ersten Kegelabschnitt 441 und dem zweiten Kegelabschnitt 442 koaxial angeordnet. Die Drosselfläche 410 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und umgibt den Körper 440.
Die erste Drosselfläche 411 ist mit dem distalen Ende der Fußfläche 410 verbunden und verjüngt sich mit einem ersten Kegelwinkel θZ1 in Richtung des distalen Endes weiter. Die Form der ersten Drosselfläche 411 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Seitenfläche des Kegelstumpfes. Deshalb wird der Durchmesser der ersten Drosselfläche 411 in Richtung des distalen Endes reduziert. Aus diesem Grund wird die durch die erste Drosselfläche 411 umgebene Fläche in Richtung des distalen Endes schmäler. Der Durchmesser der ersten Drosselfläche 411 bezeichnet den Durchmesser der ersten Drosselfläche 411 in einem Querschnitt rechtwinklig zu der Achse der Düse 41.
Der erste Kegelwinkel θZ1, der ein Kegelwinkel der ersten Drosselfläche 411 ist, ist größer als der erste Kegelwinkel θE1. Deshalb verringert sich die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der ersten Drosselfläche 411 und dem ersten Kegelabschnitt 441 in Richtung des distalen Endes auch.
Die zweite Drosselfläche 412 ist mit dem distalen Ende der ersten Drosselfläche 411 verbunden und verjüngt sich weiter in Richtung des distalen Endes mit einem Kegelwinkel θZ2. Die Form der zweiten Drosselfläche 412 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Seitenfläche des Konus. Deshalb nimmt der Durchmesser der zweiten Drosselfläche 412 in Richtung des distalen Endes ab. Aus diesem Grund wird die durch die zweite Drosselfläche 412 umgebene Fläche in Richtung des distalen Endes schmäler. Der Durchmesser der zweiten Drosselfläche 412 betrifft den Durchmesser der zweiten Drosselfläche 412 in einem Querschnitt rechtwinklig zu der Achse der Düse 41.
Der zweite Kegelwinkel θZ2, der ein Kegelwinkel der zweiten Drosselfläche 412 ist, ist kleiner als der erste Kegelwinkel θE1. Deshalb nimmt die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der zweiten Drosselfläche 412 und dem ersten Kegelabschnitt 441 in Richtung des distalen Endes zu. Der erste Kegelwinkel θZ1 und der zweite Kegelwinkel θZ2 sind an der Querschnittsverengung 41x, die der Grenze zwischen der ersten Drosselfläche 411 und der zweiten Drosselfläche 412 entspricht, diskontinuierlich.
Der zweite Kegelwinkel θZ2 der zweiten Drosselfläche 412 ist kleiner als der zweite Kegelwinkel θE2. Deshalb nimmt die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der zweiten Drosselfläche 412 und dem zweiten Kegelabschnitt 442 in Richtung des distalen Endes zu.
Deshalb, wie durch eine durchgezogene Linie 71 in 5 gezeigt ist, verändert sich die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 abhängig von der Position entlang der Achse CL (nachfolgend als die Axialposition bezeichnet). Die Achse CL ist die Achse der Nadel 44 und die Achse der Düse 41. Die Durchgangsquerschnittsfläche an einer bestimmten Axialposition betrifft die Fläche eines Spalts zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 in einem Querschnitt, der durch die Axialposition geht und rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung der Achse CL ist. Falls es in dem Querschnitt keine Nadel 44 gibt, wird eine durch die Düse 41 umgebene Fläche in dem Querschnitt die Durchgangsquerschnittsfläche.
Wie durch die durchgezogene Linie 71 gezeigt ist, nimmt die Durchgangsquerschnittsfläche mit einer konstanten Abnahmerate in Richtung der Axialposition P1, die der Querschnittsverengung 41x entspricht, in einem axialen Bereich, der der ersten Drosselfläche 411 entspricht, fortlaufend ab. An der Axialposition P1 wechselt die Durchgangsquerschnittsfläche von Abnehmen zu Zunehmen. Das heißt, an der Axialposition P1 ist die Durchgangsquerschnittsfläche äußerst klein und das Minimum. Dann, in einem axialen Bereich von der Axialposition P1 zu der Axialposition P2, die der Grenze 44x entspricht, nimmt die Durchgangsquerschnittsfläche mit einer konstanten Zunahmerate fortdauernd zu. Des Weiteren nimmt an der Axialposition P2 die Zunahmerate der Durchgangsquerschnittsfläche diskontinuierlich zu. In einem Bereich von der Axialposition P2 zu der Axialposition P3, die dem Spitzenendabschnitt der Düse 41 entspricht, nimmt die Durchgangsquerschnittsfläche fortlaufend zu, während die Zunahmerate nach der Zunahme an der Axialposition P2 aufrechterhalten wird. Somit minimiert die Querschnittsverengung 41x die Durchgangsquerschnittsfläche als die andere Position in der Erstreckungsrichtung der Achse CL. Die Zunahmerate betrifft den Betrag einer Zunahme in der Durchgangsquerschnittsfläche, wenn die Axialposition um eine Einheitsdistanz in Richtung des distalen Endes geändert wird.
In 4 und 5 ist die Grenze 44x zwischen der Querschnittsverengung 41x und dem Spitzenende in der Erstreckungsrichtung der Achse CL gelegen. Während der Ejektor 40 verwendet wird, wird diese Positionsbeziehung in den meisten Fällen verwirklicht. Man beachte, dass das Spitzenende der Nadel 44 außerhalb des Ejektors 40 oder im Inneren der Düse 41 gelegen sein kann.
Die Beziehung unter dem ersten Kegelwinkel θE1, dem zweiten Kegelwinkel θE2, dem ersten Kegelwinkel θZ1 und dem zweiten Kegelwinkel θZ2 wird als θZ2<θE1<θE2 zusammengefasst. Bei normalen Verwendungsbedingungen wird in der Düse 41 des Ejektors 40 das Kältemittel, das durch das Innere der Düse 41 hindurchgeht, auf Schallgeschwindigkeit oder höher beschleunigt. Um dies zu verwirklichen, ist es vorzuziehen, dass die Querschnittsfläche des Durchgangs für das Kältemittel allmählich abnimmt und allmählich zunimmt, nachdem es durch die Querschnittsverengung 41x durchgeht, wo die Durchgangsquerschnittsfläche minimiert ist. Tatsächlich nimmt in der vorliegenden Ausführungsform die Durchgangsquerschnittsfläche von stromaufwärts zu stromabwärts in der Kältemittelströmung allmählich ab und wird an der Querschnittsverengung 41x das Minimum. Dann nimmt die Durchgangsquerschnittsfläche in dem stromabwärtigen Teil der Querschnittsverengung 41x zu. Um die oben beschriebenen Struktur zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die oben beschriebene Winkelbeziehung erfüllt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist auch die Beziehung von θE1<θZ1 verwirklicht.
Als nächstes wird ein Betrieb des Ejektorkreislaufs beschrieben. Nachdem das von dem Verdichter 10 abgegebene Kältemittel in dem Radiator 20 gekühlt wird, strömt das Kältemittel in einen Fluiddurchgang im Inneren der Düse 41 von dem Hochdruckkältemitteleinlass 46a des Ejektors 40. Das in die Düse 41 strömende Kältemittel wird in der Querschnittsverengung 41x in einer isenthalpen Weise dekomprimiert und entspannt und siedet. Zu dieser Zeit wird die Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt und wird das Kältemittel in einem Gas-Flüssigkeit-Zweiphasen-Zustand von dem Spitzenende der Düse 41 mit einer hohen Geschwindigkeit, die höher als die Schallgeschwindigkeit ist, herausgeschossen. Dann wird das in dem Verdampfer 30 verdampfte Kältemittel in Gasphase in den Mischbereich 42 von der Außenseite der Düse 41 durch den Niederdruckkältemitteleinlass 46b durch den Raum zwischen der Düse 41 und dem Block 46 mittels des Mitreißvorgang des eingespritzten Kältemittels gesaugt.
Das von dem Spitzenende der Düse 41 eingespritzt Kältemittel und das von dem Niederdruckkältemitteleinlass 46b gesaugte Kältemittel werden in dem Mischbereich 42 nach einem Strömen in den Mischbereich 42 miteinander gemischt. Dann kommt das in dem Mischbereich 42 gemischt Kältemittel in den Diffusor 43. In dem Diffusor 43 wird die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in Druckenergie durch die Zunahme in der Fläche des Kältemitteldurchgangs umgewandelt und steigt der Druck des Kältemittels. Das Kältemittel, das durch den Diffusor 43 durchgegangen ist, strömt aus dem Auslass 45a und strömt in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 50. Nach einem Strömen in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 50 wird das Kältemittel in Gasphase in den Verdichter 10 gesaugt und wieder verdichtet. Das Kältemittel in flüssiger Phase, das in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 50 geströmt ist, wird durch die Drossel 60 wieder dekomprimiert und verdampft dann in dem Verdampfer 30.
Wenn der Ejektor 40 den Ausstoßvorgang ausübt, ist die Düse 41 oft an den in 4 und 5 gezeigten Position gelegen. Das heißt, der erste Kegelabschnitt 441 ist sowohl der ersten Drosselfläche 411 als auch der zweiten Drosselfläche 412 zugewandt und der zweite Kegelabschnitt 442 ist dem zweiten Kegelabschnitt 442 teilweise oder ganz zugewandt. Die Grenze 44x ist zwischen der Querschnittsverengung 41x und dem distalen Ende in der Axialposition gelegen.
In solch einem Fall, wie in 5 gezeigt ist, nimmt die Zunahmerate der Durchgangsquerschnittsfläche in Richtung des distalen Endes an der Grenze 44x diskontinuierlich zu, sodass das Kältemittel auch an der Grenze 44x sieden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, wird jedoch die durch die zweite Drosselfläche 412 umgebene Fläche in Richtung des distalen Endes schmäler. Ein Vergleichsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, bei dem das Gebiet, das durch die zweite Drosselfläche 412 der Düse 41 umgeben ist, in Richtung des distalen Endes nicht schmäler wird, sondern anders als in der vorliegenden Ausführungsform in einer Breite konstant ist. In dem Vergleichsbeispiel, wie durch eine gepunktete Linie 72 in 5 gezeigt ist, wird in dem Bereich von der Axialposition P2 zu der Axialposition P3 die Zunahmerate der Durchgangsquerschnittsfläche größer als die durchgezogene Linie 71. In diesem Fall tritt ein Sieden an der Grenze 44x auf. Das heißt, ein Siedeverzug tritt auf. Der Siedeverzug bedeutet, dass ein Sieden stromabwärts der Querschnittsverengung 41x in der Strömung des Kältemittels auftritt. Wenn ein Siedeverzug auftritt, ist es wenig wahrscheinlich, dass ein Sieden in der Querschnittsverengung 41x auftritt. Als Folge nimmt der Energierückgewinnungswirkungsgrad des Ejektors 40 ab.
Der Energierückgewinnungswirkungsgrad betrifft ein Verhältnis einer Rückgewinnung, mit der ein Verlust, der durch Expansion des Kältemittels erzeugt wird, als kinetische Energie zurückgewonnen werden kann. Der Ejektor 40 ist gestaltet, um den Energierückgewinnungswirkungsgrad durch ein Erzeugen eines Siedens in der Querschnittsverengung 41x zu maximieren. Deshalb, wenn ein Sieden an der Spitzenendseite der Düse 41 auftritt, nimmt der Energierückgewinnungswirkungsgrad ab.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die durch die zweite Drosselfläche 412 umgebene Fläche in Richtung des distalen Endes schmäler. Dadurch ist es möglich, eine deutliche Zunahme in dem Durchgangsquerschnitt an der distalen Endseite als die Grenze 44x im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel zu unterdrücken. Als Folge kann eine Erzeugung eines Siedens an der Grenze 44x unterdrückt werden und tritt ein Sieden an der Querschnittsverengung 41x leicht auf. Deshalb, selbst falls ein Siedeverzug auftritt, kann eine Abnahme eines Energierückgewinnungswirkungsgrads, die durch den Siedeverzug verursacht wird, unterdrückt werden.
Die Nadel 44 hat den zweiten Kegelabschnitt 442. Mit dieser Konfiguration wird die Strömung des Kältemittels in Richtung der Achse CL durch die Trägheitskraft des Kältemittels gesammelt. Dadurch kann eine zweckmäßige freie Expansion gefördert werden.
Wie oben beschrieben, wenn der Ausstoßvorgang in dem Ejektor 40 ausgeübt wird, hat die Innenwandfläche der Düse 41, die an der Spitzenseite als die Querschnittsverengung 41x gelegen ist, eine Form, die das Gebiet, das durch die Innenwandfläche umgeben ist, in Richtung des Spitzenendes verengt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ein Sieden an der Grenze 44x zu unterdrücken. Als Folge ist es möglich, eine Abnahme eines Energierückgewinnungswirkungsgrads, die durch einen Verzug eines Siedens verursacht wird, das heißt, ein Sieden des Kältemittels an einer nicht beabsichtigten Stelle, unterdrückt werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Form der Nadel 44. Anderes ist gleich wie in der ersten Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 gezeigt ist, ist die Spitzenseite als die Grenze 44x, das heißt, die Form des zweiten Kegelabschnitts 442 von der der ersten Ausführungsform verschieden. In der vorliegenden Ausführungsform verjüngt sich der zweite Kegelabschnitt 442 in Richtung des distalen Endes des Ejektors 40 wie in der ersten Ausführungsform. Anders als die erste Ausführungsform hat jedoch die Fläche des distalen Endes des zweiten Kegelabschnitts 442 eine glatte gekrümmte Fläche. In der ersten Ausführungsform ist das Spitzenende des zweiten Kegelabschnitts 442 scharf.
Mit dieser Konfiguration kann die Gesamtlänge der Nadel 44 reduziert werden. Jedoch kann die Möglichkeit, dass ein Wirbel an der Fläche des zweiten Kegelabschnitts 442 erzeugt wird, zunehmen.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite Kegelwinkel ΘE2, der der Kegelwinkel des zweiten Kegelabschnitts 442 an der Grenze 44x ist, größer als der erste Kegelwinkel ΘE1. Des Weiteren sind an der Grenze 44x der erste Kegelwinkel θE1 und der zweite Kegelwinkel θE2 diskontinuierlich. Deshalb kann wie in der ersten Ausführungsform die zu der ersten Ausführungsform äquivalente Wirkung erhalten werden, da die durch die zweite Drosselfläche 412 umgebene Fläche in Richtung des distalen Endes schmäler wird.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Formen der ersten Drosselfläche 411 und der zweiten Drosselfläche 412 von denen der ersten Ausführungsform geändert. Anderes ist gleich wie in der ersten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 7 gezeigt ist, hat der Querschnitt der ersten Drosselfläche 411 entlang einer Ebene, die die Achse CL umfasst, eine glatte gekrümmte Form. Auf ähnliche Weise hat der Querschnitt der zweiten Drosselfläche 412 entlang einer Ebene, die die Achse CL umfasst, auch eine glatte gekrümmte Form.
Deshalb ist sowohl der erste Kegelwinkel θZ1 als auch der zweite Kegelwinkel θZ2 nicht konstant. Im Speziellen nimmt der erste Kegelwinkel θZ1 in Richtung des Spitzenendes des Ejektors 40 ab. Des Weiteren nimmt der zweite Kegelwinkel θZ2 in Richtung des Spitzenendes des Ejektors 40 ab und wird an dem Spitzenende der Düse 41 0 Grad.
Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausführungsform der erste Kegelwinkel θZ1 und der zweite Kegelwinkel θZ2 an der Querschnittsverengung 41x kontinuierlich. Das heißt, der erste Kegelwinkel θZ1 und der zweite Kegelwinkel θZ2 sind an der Querschnittsverengung 41x gleich. Durch ein Ausbilden der ersten Drosselfläche 411 und der zweiten Drosselfläche 412 in solch einer Form, nimmt der Energierückgewinnungswirkungsgrad zu, während die Bearbeitungsschwierigkeit der Düse 41 zunimmt.
Auch in diesem Fall minimiert die Grenze zwischen der ersten Drosselfläche 411 und der zweiten Drosselfläche 412, das heißt die Querschnittsverengung 41x, die Durchgangsquerschnittsfläche für das Kältemittel, das zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 durchgeht.
Auch in dieser vorliegenden Ausführungsform, wenn der Ejektor 40 betrieben wird, um den Mitreißvorgang auszuüben, ist in den meisten Fällen der erste Kegelabschnitt 441 der Querschnittsverengung 41x zugewandt. In diesem Fall, abhängig von der Form des ersten Kegelabschnitts 441, kann sich die Position der Querschnittsverengung 41x in Erwiderung auf die Änderung in der Axialposition der Düse 41 ändern oder kann sich die Position der Querschnittsverengung 41x ungeachtet der Axialposition der Düse 41 nicht ändern. In jedem Fall, wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, ist die Grenze 44x näher an dem distalen Ende des Ejektors 40 als die Querschnittsverengung 41x. Deshalb kann auch in der vorliegenden Ausführungsform die gleiche Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erlangt werden.
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform beschrieben. Der Ejektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Ejektorkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet. 8 ist ein schematisches Schaubild eines Ejektorkreislaufs, der Kohlendioxid als ein Kältemittel verwendet.
Der Ejektorkreislauf ist eingerichtet, um zwischen einem Kühlbetriebsmodus zum Kühlen von Luft und einem Heizbetriebsmodus zum Heizen von Luft, um in eine Kabine als ein Wärmetauschzielfluid gesendet zu werden, zu schaltet. Ein durchgezogener Pfeil in 8 zeigt die Strömung des Kältemittels in dem Kühlbetriebsmodus an und ein gestrichelter Pfeil zeigt die Strömung des Kältemittels in dem Heizbetriebsmodus an.
Der Ejektorkreislauf umfasst einen Ejektor 40, einen Verdichter 111, einen Sammler 114, eine Drossel 115, ein erstes Vierwegeventil 141, einen Außenwärmetauscher 142, ein Gebläse 142a, ein zweites Vierwegeventil 143, einen verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 und ein Gebläse 144a. Die Struktur des Ejektors 40 ist ungefähr die gleiche wie in 2 gezeigt. Die ausführliche Konfiguration des Ejektors 40 wird später beschrieben.
Der Verdichter 111 hat die gleiche Funktion wie der Verdichter 10 der ersten Ausführungsform. Ähnlich wie der Gas-Flüssigkeitsabscheider 50 der ersten Ausführungsform ist der Sammler 114 eine Trennungseinheit, um das aus dem Ejektor 40 strömende Kältemittel zu empfangen und das Kältemittel in ein Kältemittel in Gasphase und ein Kältemittel in flüssiger Phase zu trennen, um das Kältemittel zu speichern. Der Gasphasenkältemittelauslass des Sammlers 114 ist mit der Saugseite des Verdichters 111 verbunden. Der Flüssigphasenkältemittelauslass des Sammlers 114 ist mit der Einströmseite des verwendungsseitigen Wärmetauschers 144 verbunden. Die Drossel 115 ist eine Druckmindereinheit, die den Druck des Kältemittels in flüssiger Phase reduziert, das aus dem Sammler 114 strömt.
Das erste Vierwegeventil 141 ist mit einer Kältemittelabgabeseite des Verdichters 111 verbunden. Das zweite Vierwegeventil 141 ist eine elektrische Kältemittelströmungsschalteinheit, deren Betrieb durch eine Steuerungssignalausgabe von einer Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) gesteuert wird. Im Speziellen schaltet das erste Vierwegeventil 141 zwischen einem Kältemitteldurchgang, der durch den durchgezogenen Pfeil in 8 angezeigt ist, und einen Kältemitteldurchgang, der durch den gestrichelten Pfeil in 8 angezeigt ist.
In dem Kältemitteldurchgang, der in 8 durch den durchgezogenen Pfeil angezeigt ist, sind die Abgabeöffnung des Verdichters 111 und der Außenwärmetauscher 142 miteinander verbunden und sind die Auslassseite der Drossel 115 und der verwendungsseitige Wärmetauscher 144 miteinander verbunden. In dem Kältemitteldurchgang, der in 8 durch den gestrichelten Pfeil angezeigt ist, sind die Abgabeöffnung des Verdichters 111 und der verwendungsseitige Wärmetauscher 144 miteinander verbunden und sind die Auslassseite der Drossel 115 und der Außenwärmetauscher 142 miteinander verbunden.
Das zweite Vierwegeventil 143 ist mit der Auslassseite des Außenwärmetauschers 142 verbunden. Das zweite Vierwegeventil 143 ist eine elektrische Kältemittelströmungsschalteinheit, deren Betrieb durch eine Steuerungssignalausgabe von der Steuerungsvorrichtung gesteuert wird. Im Speziellen schaltet das erste Vierwegeventil 141 zwischen einem Kältemitteldurchgang, der in 8 durch den durchgezogenen Pfeil angezeigt ist, und einem Kältemitteldurchgang, der in 8 durch den gestrichelten Pfeil angezeigt ist.
In dem durch den durchgezogenen Pfeil in 8 angezeigten Kältemitteldurchgang sind zur selben Zeit der Außenwärmetauscher 142 und der Hochdruckkältemitteleinlass 46a des Ejektors 40 miteinander verbunden und der verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 und der Niederdruckkältemitteleinlass 46b des Ejektors 40 miteinander verbunden. In dem durch den gestrichelten Pfeil in 8 angezeigten Kältemitteldurchgang sind zur selben Zeit der Außenwärmetauscher 142 und der Niederdruckkältemitteleinlass 46b des Ejektors 40 miteinander verbunden und der verwendungsseitige Wärmetauscher 144 und der Hochdruckkältemitteleinlass 46a des Ejektors 40 miteinander verbunden.
Der Außenwärmetauscher 142 tauscht Wärme zwischen dem Kältemittel, das aus dem ersten Vierwegeventil 141 strömt, und einer Außenluft aus, die durch das Gebläse 142a geblasen wird. Der verwendungsseitige Wärmetauscher 144 tauscht Wärme zwischen dem Kältemittel, das durch diesen hindurchgeht, und Luft aus, die durch das Gebläse 144a in die Kabine gesendet werden soll, die ein Wärmetauschzielfluid ist.
Der Ejektor 40 umfasst einen Düse 41, einen Mischbereich 42, einen Diffusor 43, eine Nadel 44, ein Gehäuse 45, einen Block 46 und dergleichen, wie in der ersten Ausführungsform. Die von der Düse 41 und der Nadel 44 verschiedene Konfiguration, wie der Mischbereich 42, der Diffusor 43, das Gehäuse 45 und der Block 46, ist die gleiche wie die der ersten Ausführungsform.
Hier wird die Konfiguration der Nadel 44 und der Düse 41 ausführlicher beschrieben. Die Nadel 44 ist in einer konischen Kegelform derart ausgebildet, dass die Querschnittsfläche in Richtung des Spitzenendes des Ejektors 40 (das heißt die Kältemittelausströmungsseite) abnimmt. Die Querschnittsfläche betrifft eine Fläche in einem Querschnitt entlang einer Ebene senkrecht zu der Achse der Nadel 44. Die Düse 41 und die Nadel 44 können aus Metall, wie rostfreier Stahl, gefertigt werden. Die Nadel 44 wird durch ein Stellglied (nicht gezeigt) in Erwiderung auf die Strömungsrate des Hochdruckkältemittels, das in die Düse 41 strömt, angetrieben und ist in der Axialrichtung der Nadel 44 verrückbar. Die Nadel 44 ist mit der Düse 41 in einem Raum im Inneren der Düse 41 koaxial angeordnet.
Wie in 9 gezeigt ist, hat die Nadel 44 einen Körper 440 und einen ersten Kegelabschnitt 441. Der Körper 440 und der erste Kegelabschnitt 441 sind als Ganzes einstückig und koaxial ausgebildet. Der Körper 440 hat im Wesentlichen eine Säulenform und das distale Ende des Körpers 440 ist mit dem ersten Kegelabschnitt 441 verbunden.
Der erste Kegelabschnitt 441 hat im Wesentlichen eine konische Form, die sich in Richtung der Ausströmungsseite (das heißt die Spitzenendseite) in dem Fluiddurchgang, der durch die Innenwandfläche im Inneren der Düse 41 umgeben ist, verjüngt. Der erste Kegelwinkel θE1, der der Kegelwinkel des ersten Kegelabschnitts 441 ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform konstant. Deshalb ist der erste Kegelwinkel ΘE1 von dem Ende des ersten Kegelabschnitts 441, das benachbart zu dem Körper 440 ist, zu dem anderen Ende an der distalen Endseite konstant. In der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite Kegelabschnitt 442, der in der ersten Ausführungsform gezeigt ist, nicht vorhanden. Das heißt, der erste Kegelabschnitt 441 ist ein Bauteil, das an der Seite des äußersten distalen Endes der Nadel 44 gelegen ist. Der erste Kegelabschnitt 441 ist an der Spitzenendseite scharf. Wie oben beschrieben ist, hat in der vorliegenden Ausführungsform ein Abschnitt, der an der Seite des distalen Endes als der Körper 440 gelegen ist, den ersten Kegelwinkel θE1, der konstant ist.
Des Weiteren hat die Wandfläche der Düse 41, die der Nadel 44 zugewandt ist, das heißt die Innenwandfläche, eine Fußfläche 410, eine erste Drosselfläche 411 und eine zweite Drosselfläche 412. Die Fußfläche 410, die erste Drosselfläche 411 und die zweite Drosselfläche 412 sind mit dem Körper 440 und dem ersten Kegelabschnitt 441 koaxial angeordnet. Die Fußfläche 410 hat im Wesentlichen eine zylindrische Form und umgibt hauptsächlich den Körper 440 der Nadel 44 und in einigen Fällen den ersten Kegelabschnitt 441.
Die erste Drosselfläche 411 ist mit dem distalen Ende der Fußfläche 410 verbunden und verjüngt sich mit einem ersten Kegelwinkel θZ1 in Richtung des Spitzenendes weiter. Die Form der ersten Drosselfläche 411 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Seitenfläche des Kegelstumpfes. Deshalb wird der Durchmesser der ersten Drosselfläche 411 in Richtung des distalen Endes reduziert. Aus diesem Grund wird die Fläche, die durch die erste Drosselfläche 411 umgeben ist, in Richtung des distalen Endes schmäler.
Des Weiteren ist der erste Kegelwinkel θZ1, der der Kegelwinkel der ersten Drosselfläche 411 ist, größer als der erste Kegelwinkel θE1. Deshalb nimmt die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der ersten Drosselfläche 411 und dem ersten Kegelabschnitt 441 in Richtung des Spitzenendes auch ab.
Die zweite Drosselfläche 412 ist mit dem distalen Ende der ersten Drosselfläche 411 verbunden und verjüngt sich kontinuierlich und glatt weiter in Richtung des Spitzenendes mit einem zweiten Kegelwinkel θZ2, der konstant ist. Die Form der zweiten Drosselfläche 412 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Seitenfläche des Konus. Deshalb nimmt der Durchmesser der zweiten Drosselfläche 412 in Richtung des distalen Endes ab.
Aus diesem Grund wird die durch die zweite Drosselfläche 412 umgebene Fläche in Richtung des distalen Endes schmäler. Anders gesagt wird die Fläche des durch die zweite Drosselfläche 412 umgebenen Gebiets in einer Ebene, die durch eine bestimmte Axialposition geht und rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung der Achse CL ist, beim Bewegen in Richtung des distalen Endes in der Axialposition kontinuierlich und allmählich kleiner. Das Ende der zweiten Drosselfläche 412, das benachbart zu dem Spitzenende ist, entspricht dem Auslass 41z der Düse 41. Das Kältemittel strömt aus der Düse 41 zu der Außenseite durch den Auslass 41z aus, der kreisförmig geformt ist.
Wie oben beschrieben ist, ist der Auslass 41z an dem Ende des Fluiddurchgangs, das benachbart zu dem distalen Ende des Ejektors 40 ist, an der Innenwandfläche der Düse 41 gelegen. Die Querschnittsverengung 41x ist an der entgegengesetzten Seite des distalen Endes bezüglich des Auslasses 41z gelegen und steht in Richtung der Nadel 44 vor, da der erste Kegelwinkel θZ1 größer als der zweite Kegelwinkel θZ2 ist.
Der Durchmesser des Auslasses 41z ist kleiner als der Durchmesser der Querschnittsverengung 41x. Deshalb ist die Umfangslänge des Auslasses 41z kürzer als die Umfangslänge der Querschnittsverengung 41x. Die Umfangslänge der Querschnittsverengung 41x ist eine Länge, die eine Runde um die Achse der Düse 41 herum entlang der Querschnittsverengung 41x macht. Des Weiteren ist die Umfangslänge des Auslasses 41z eine Länge, die eine Runde um die Achse der Düse 41 herum entlang des Auslasses 41z macht.
Der zweite Kegelwinkel θZ2, der der Kegelwinkel der zweiten Drosselfläche 412 ist, ist kleiner als der erste Kegelwinkel ΘE1. Der erste Kegelwinkel θZ1 und der zweite Kegelwinkel θZ2 sind an der Querschnittsverengung 41x, die der Grenze zwischen der ersten Drosselfläche 411 und der zweiten Drosselfläche 412 entspricht, diskontinuierlich.
Die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 wird beschrieben. Die Durchgangsquerschnittsfläche an einer bestimmten Axialposition betrifft die Fläche des Spalts zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 in einem Querschnitt, der durch die Axialposition geht und rechtwinklig zu der Achse CL ist. Falls es jedoch keine Nadel 44 in dem Querschnitt gibt, wird die Fläche des Abschnitts, der durch die Düse 41 umgeben ist, in dem Querschnitt die Durchgangsquerschnittsfläche.
Die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 ist abhängig von der Position in der Axialrichtung verschieden, wie in 10 durch eine durchgezogene Linie 73 und in 11 durch eine durchgezogene Linie 74 gezeigt ist. Darüber hinaus ändert sich die Korrespondenz zwischen der Axialposition und der Durchgangsquerschnittsfläche, wenn sich der Nadelhubbetrag ändert.
Der Nadelhubbetrag zeigt die relative Position der Nadel 44 bezüglich der Düse 41 in der Axialrichtung an. Der Nadelhubbetrag ist in einem Fall null, in dem der erste Kegelabschnitt 441 der Nadel 44 mit der Querschnittsverengung 41x der Düse 41 in Kontakt ist (das heißt der geschlossene Ventilzustand). Dann, in einem Fall, bei dem die Nadel 44 von dem geschlossenen Ventilzustand durch einen vorbestimmten Bewegungsbetrag in Richtung des Fußes der Nadel 44 bewegt wurde (das heißt in der Ventilöffnungsrichtung), entspricht der vorbestimmte Bewegungsbetrag dem Nadelhubbetrag. Das heißt, der Nadelhubbetrag zeigt einen Trennungsgrad der Nadel 44 von der Düse 41 in der Axialrichtung an. In der vorliegenden Ausführungsform bewegt sich die Nadel 44 in der Axialrichtung der Nadel 44 bezüglich der Düse 41.
Der Nadelhubbetrag in dem Zustand von 10 ist kleiner als der Nadelhubbetrag in dem Zustand von 11. In dem Zustand von 10 ist die Durchgangsquerschnittsfläche das Minimum und die minimale an der Position der Querschnittsverengung 41x. Die Durchgangsquerschnittsfläche nimmt von der Querschnittsverengung 41x in Richtung des Fußes zu und nimmt von der Querschnittsverengung 41x in Richtung des distalen Endes zu. In diesem Fall arbeiten die Düse 41 und die Nadel 44 als eine Lavaldüse.
In dem Zustand von 11 ist die Durchgangsquerschnittsfläche nicht das Minimum oder die minimale an der Position der Querschnittsverengung 41x. Das heißt, die Durchgangsquerschnittsfläche nimmt von dem Fuß in Richtung der Querschnittsverengung 41x ab und nimmt von der Querschnittsverengung 41x in Richtung des distalen Endes ab. Zu dieser Zeit ist der Abnahmegradient der Durchgangsquerschnittsfläche von dem Fuß zu der Querschnittsverengung 41x größer als der Abnahmegradient der Durchgangsquerschnittsfläche von der Querschnittsverengung 41x zu dem distalen Ende. In diesem Fall arbeiten die Düse 41 und die Nadel 44 als eine Plug-Düse.
Der Grund, warum der Ejektor 40 als eine Lavaldüse oder als eine Plug-Düse abhängig von dem Nadelhubbetrag arbeitet, wird nachfolgend beschrieben. Unter der Annahme, dass die Durchgangsquerschnittsfläche an der Querschnittsverengung 41x A1 ist und die Durchgangsquerschnittsfläche an dem Auslass 41z A2 ist, werden A1 und A2 durch die folgenden Gleichungen dargestellt. $A 1 = π \times r 4^{2} - π \times {r3}^{2} = π \times r 4^{2} - π \times {(r 4 - R \times tan (θ E 1 / 2))}^{2}$
$A 2 = π \times r 2^{2} - π \times {r1}^{2} = π \times r 2^{2} - π \times {(r 3 - L \times tan (θ E 1 / 2))}^{2}$
$= π \times {(r 4 - L \times tan (θ Z 2 / 2))}^{2} - π \times {(r 4 - R \times tan (θ E 1 / 2) - L \times tan (θ E 1 / 2))}^{2}$
Der Wert R ist ein Nadelhubbetrag. Der Wert L ist der Absolutwert des Unterschieds in der Axialposition zwischen dem Auslass 41z und der Querschnittsverengung 41x, das heißt, die Länge eines Spitzenendabschnitts. Der Wert r1 ist ein Radius des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44 in einem Querschnitt, der den Auslass 41z umfasst und rechtwinklig zu der Achse CL ist. Der Wert r2 ist ein Radius des Auslasses 41z. Der Wert r3 ist ein Radius des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44 in einem Querschnitt, der die Querschnittsverengung 41x umfasst und rechtwinklig zu der Achse CL ist. Der Wert r4 ist ein Radius der Querschnittsverengung 41x. Man beachte, dass diese Gleichungen unter der Bedingung definiert sind, dass das Spitzenende des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44 von dem Auslass 41z nach außen vorsteht, das heißt das Spitzenende des ersten Kegelabschnitts 441 ist an der Seite des Spitzenendes gelegen, als es der Auslass 41z ist.
Wie in 10 gezeigt ist, wenn die Düse 41 und die Nadel 44 als Lavaldüse arbeiten, ist A1<A2 erfüllt. Dann kann die folgende Gleichung vorgelegt werden. $Y = (tan (θ E 1 / 2) - tan (θ Z 2 / 2)) \times (2 \times r 4 - L \times tan (θ Z 2 / 2) -$
$L \times tan (θ E 1 / 2)) / (2 \times {tan}^{2} (θ E 1 / 2)) > R .$
Der Wert Y in der obigen Gleichung ist ein Konstruktionswert, der nur durch die Formen der Düse 41 und der Nadel 44 bestimmt wird. Deshalb, wenn der Nadelhubbetrag R kleiner als der Konstruktionswert Y ist, arbeiten die Düse 41 und die Nadel 44 als Lavaldüse. Wenn der Nadelhubbetrag R größer als der Konstruktion wird Y ist, arbeiten die Düse 41 und die Nadel 44 als Plug-Düse. Damit der Konstruktion wird Y ein positiver Wert ist, ist die Beziehung θE1>θZ2 notwendig.
Somit, da der erste Kegelwinkel ΘE1 der Nadel 44 größer als der zweite Kegelwinkel θZ2 der Düse 41 ist, arbeitet der Ejektor 40 als eine Lavaldüse oder als eine Plug-Düse abhängig von der Nadelhubbetrag.
In der vorliegenden Ausführungsform kontaktiert in dem geschlossenen Ventilzustand der erste Kegelabschnitt 441 der Nadel 44 die Querschnittsverengung 41x der Düse 41 und ist ein Spalt zwischen der Nadel 44 und dem Auslass 41z vorhanden. Deshalb arbeitet in dem Ventil-offen-Zustand, bei dem der Nadelhubbetrag größer Null ist, der Ejektor 40 als eine Lavaldüse oder als eine Plug-Düse abhängig von dem Nadelhubbetrag.
In dem geschlossenen Ventilzustand ist das Spitzenende des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44 an der Seite des distalen Endes gelegen, als es der Auslass 41z ist. Die Innenwandfläche der Düse 41 ist eine Schräge, die sich an dem Auslass 41z in Richtung des Spitzenendes des Ejektors 40 verjüngt. Deshalb ist es in dem Ventil-offen-Zustand möglich, die Leistung des Ejektors 40 durch ein Steuern des Nadelhubbetrags, um die Durchgangsquerschnittsfläche an dem Auslass 41z einzustellen, leicht einzustellen. Falls die Innenwandfläche der Düse 41 keine Schräge hat, die sich an dem Auslass 41z in Richtung des Spitzenendes des Ejektors 40 verjüngt, wird die Durchgangsquerschnittsfläche an dem Auslass 41z nicht das Minimum, sodass es schwierig wird, die Leistung des Ejektors 40 durch ein Steuern der Durchgangsquerschnittsfläche an dem Auslass 41z einzustellen, da die Nadel 44 an der Seite des distalen Endes gelegen ist, als es der Auslass 41z ist, und sich die Nadel 44 in Richtung des distalen Endes verjüngt.
Des Weiteren, wenn der Nadelhubbetrag R größer als der Konstruktionswert Y ist, ist das Spitzenende des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44 an der Seite des distalen Endes des Ejektors 40 gelegen, als es der Auslass 41z ist. Deshalb kann die Leistung des Ejektors 40 leicht eingestellt werden. Das heißt, wenn der Ejektor 40 als eine Lavaldüse oder als eine Plug-Düse arbeitet, kann die Leistung des Ejektors 40 durch ein Einstellen des Nadelhubbetrags R eingestellt werden.
Der Mitreißvorgang des Ejektors 40 in der vorliegenden Ausführungsform ist der gleiche wie in der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform. Das heißt, Fluid außerhalb der Düse 41 wird durch den Mitreißvorgang des Arbeitsfluides, das aus dem Spitzenende des Ejektors 40 durch den Fluiddurchgang im Inneren der Düse 41 ausgestoßen wird, gesaugt.
Als nächstes wird der Betrieb des Ejektorkreislaufs mit der obigen Konfiguration beschrieben. In dem Ejektorkreislauf der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, zwischen einem Kühlbetriebsmodus zum Kühlen von Luft und einem Heizbetriebsmodus zum Heizen von Luft, die in die Kabine gesendet werden soll, zu schalten.
Der Kühlbetrieb wird ausgeführt, wenn der Kühlbetriebsmodus durch einen Betriebsschalter an einem Bedienfeld (nicht gezeigt) ausgewählt wird. In dem Kühlbetriebsmodus betreibt die Steuerungsvorrichtung den Verdichter 111, das Gebläse 142a und das Gebläse 144a und schaltet das erste Vierwegeventil 141 und das zweite Vierwegeventil 143 so, dass der Kältemitteldurchgang wie der durchgezogene Pfeil in 8 festgelegt ist.
Dementsprechend, wie bei dem durchgezogenen Pfeil in 8 gezeigt ist, zirkuliert das Kältemittel in der Reihenfolge von dem Verdichter 111, dem ersten Vierwegeventil 141, dem Außenwärmetauscher 142, dem zweiten Vierwegeventil 143, dem Hochdruckkältemitteleinlass 46a des Ejektors 40, dem Auslass 45a des Ejektors 40, dem Gasphasenkältemittelauslass des Sammlers 114 und dem Verdichter 111. Zur gleichen Zeit wird ein Kreislauf ausgebildet, bei dem das Kältemittel in der Reihenfolge von dem Flüssigphasenkältemittelauslass des Sammlers 14, der Drossel 115, dem ersten Vierwegeventil 141, dem verwendungsseitigen Wärmetauscher 144, dem zweiten Vierwegeventil 143, dem Niederdruckkältemitteleinlass 46b des Ejektors 40 und dem Sammler 114 zirkuliert.
Deshalb wird das durch den Verdichter 111 verdichtete Kältemittel durch ein Austauschen von Wärme mit Außenluft, das durch das Gebläse 142a geblasen wird, in dem Außenwärmetauscher 142 gekühlt und wird durch die Düse 41 des Ejektors 40 isentropisch dekomprimiert und entspannt, um eingespritzt zu werden. Aufgrund des Saugvorgangs des eingespritzten Kältemittels, wird das Kältemittel, das aus dem verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 strömt, in den Niederdruckkältemitteleinlass 46b gesaugt.
Des Weiteren werden in dem Ejektor 40 das von der Düse 41 eingespritzt Kältemittel und das von dem Niederdruckkältemitteleinlass 46b gesaugte Kältemittel in dem Mischabschnitt 42 gemischt und wird der Druck in dem Diffusor 43 erhöht. Das Kältemittel, das aus dem Diffusor 43 über den Auslass 45a strömt, wird durch den Sammler 114 in Gas und Flüssigkeit getrennt, und das Kältemittel in Gasphase, das aus dem Gasphasenkältemittelauslass des Sammlers 114 ausströmt, wird in den Verdichter 111 gezogen und wieder verdichtet.
Das Kältemittel in flüssiger Phase, das aus dem Flüssigphasenkältemittelauslass des Sammlers 114 strömt, wird durch die Drossel 115 in einer isenthalpen Weise weiter dekomprimiert und entspannt und strömt in den verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 über das erste Vierwegeventil 141. Das Kältemittel absorbiert Wärme von der Luft, die durch das Gebläse 144a geblasen wird, um zu verdampfen. Dadurch wird die Luft, die in die Kabine gesendet werden soll, gekühlt. Dann wird das Kältemittel, das aus dem verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 strömt, in den Niederdruckkältemitteleinlass 46b über das zweite Vierwegeventil 143 gesaugt.
Wie oben beschrieben ist, strahlt in dem Kühlbetriebsmodus der vorliegenden Ausführungsform das Kältemittel, das von dem Verdichter 111 abgegeben wird, Wärme in dem Außenwärmetauscher 142 ab und ist der Kältemitteldurchgang gestaltet, um das Kältemittel in dem verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 zu verdampfen. Deshalb kann in dem Kühlbetriebsmodus der vorliegenden Ausführungsform die Luft, die in die Kabine gesendet werden soll, gekühlt werden.
Der Heizbetrieb wird ausgeführt, wenn der Heizbetriebsmodus durch einen Betriebsschalter an einem Bedienfeld (nicht gezeigt) ausgewählt wird. In dem Heizbetriebsmodus betreibt die Steuerungsvorrichtung den Verdichter 111, das Gebläse 142a und das Gebläse 144a und schaltet das erste Vierwegeventil 141 und das zweite Vierwegeventil 143 derart, dass der Kältemitteldurchgang wie in dem gestrichelten Pfeil in 8 ausgebildet wird.
Als Folge, wie durch die gestrichelten Pfeile in 8 gezeigt ist, zirkuliert das Kältemittel in der Reihenfolge von dem Verdichter 111, dem ersten Vierwegeventil 141, dem verwendungsseitigen Wärmetauscher 144, dem zweiten Vierwegeventil 143, dem Ejektor 40, dem Hochdruckkältemitteleinlass 46a und dem Gasphasenkältemittelauslass des Sammlers 114 und dem Verdichter 111. Zur gleichen Zeit ist ein Kreislauf ausgebildet, bei dem das Kältemittel in der Reihenfolge von dem Flüssigphasenkältemittelauslass des Sammlers 114, der Drossel 115, dem ersten Vierwegeventil 141, dem Außenwärmetauscher 142, dem zweiten Vierwegeventil 143, dem Niederdruckkältemitteleinlass 46b des Ejektors 40 und dem Sammler 14 zirkuliert.
Deshalb tauscht das durch den Verdichter 111 verdichtete Kältemittel Wärme mit durch das Gebläse 144a geblasener Luft in dem verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 aus, um Wärme abzustrahlen. Dadurch wird die Luft, die in die Kabine gesendet werden soll, erwärmt. Das durch den verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 abgestrahlte und gekühlte Kältemittel wird isentropisch dekomprimiert und entspannt und durch die Düse 41 des Ejektors 40 eingespritzt. Aufgrund des Saugvorgangs des eingespritzten Kältemittels wird das Kältemittel, das aus dem Außenwärmetauscher 142 strömt, in den Niederdruckkältemitteleinlass 46b gesaugt.
Des Weiteren werden in dem Ejektor 40 das von der Düse 41 eingespritzte Kältemittel und das in den Niederdruckkältemitteleinlass 46b gesaugte Kältemittel in dem Mischbereich 42 gemischt und wird der Druck in dem Diffusor 43 erhöht. Dann wird das Kältemittel, das aus dem Diffusor 43 strömt, in Gas und Flüssigkeit durch den Sammler 114 getrennt und wird das Kältemittel in Gasphase, das aus dem Gasphasenkältemittelauslass strömt, in den Verdichter 111 gezogen und wieder verdichtet.
Das Kältemittel in flüssiger Phase, das aus dem Flüssigphasenkältemittelauslass des Sammlers 114 strömt, wird in einer isenthalpen Weise durch die Drossel 115 weiter dekomprimiert und entspannt und strömt in den Außenwärmetauscher 142 über das erste Vierwegeventil 141. Das Kältemittel absorbiert Wärme von Außenluft, die durch das Gebläse 142a geblasen wird, um zu verdampfen. Dann wird das Kältemittel, das aus dem Außenwärmetauscher 142 strömt, in den Niederdruckkältemitteleinlass 46b gesaugt.
Das heißt, in dem Heizbetriebsmodus der vorliegenden Ausführungsform strahlt das von dem Verdichter 111 abgegebene Kältemittel Wärme in dem verwendungsseitigen Wärmetauscher 144 ab und ist der Kältemitteldurchgang festgelegt, bei dem das Kältemittel durch den Außenwärmetauscher 142 verdampft wird. Deshalb kann in dem Heizbetriebsmodus der vorliegenden Ausführungsform die Luft, die in die Kabine gesendet werden soll, erwärmt werden.
Sowohl in dem Kühlbetriebsmodus als auch dem Heizbetriebsmodus stellt die Steuerungsvorrichtung die Strömungsrate des Kältemittels durch ein Einstellen des Nadelhubbetrags und dergleichen ein. Der Nadelhubbetrag wird durch die Steuerungsvorrichtung gesteuert, die einen Antriebsmechanismus, wie einen Anker und einen Stator (nicht gezeigt), antreibt, der die Position der Nadel 44 bezüglich der Düse 41 ändern.
Die Kältemittelströmungsrate ist eine Menge des Kältemittels, die in der Düse 41 pro Zeiteinheit strömt. In dem Kühlbetriebsmodus wird die Kühlleistung für die Fahrzeugkabine durch ein Einstellen der Kältemittelströmungsrate eingestellt. In dem Heizbetriebsmodus wird die Heizleistung für die Fahrzeugkabine durch ein Einstellen der Kältemittelströmungsrate eingestellt.
12 zeigt die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche 200 und die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche 201 in dem Bereich des Nadelhubbetrags R, der in dem Kühlbetriebsmodus und dem Heizbetriebsmodus der vorliegenden Ausführungsform verwirklicht wird. Die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche 200 ist eine Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 an der Querschnittsverengung 41x. Die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche 201 ist eine Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 an dem Auslass 41z.
In 12 schneiden sich eine durchgezogene Linie, die die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche 200 anzeigt, und eine durchgezogene Linie, die die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche 201 anzeigt, an einem Punkt 203. Deshalb ist an einem Nadelhubbetrag R, der kleiner als der Nadelhubbetrag R ist, der dem Punkt 203 entspricht, die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche 201 größer als die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche 200. Wenn der Nadelhubbetrag R größer als der Nadelhubbetrag R ist, der dem Punkt 203 entspricht, ist die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche 200 größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche 201.
Aufgrund solch einer Änderung in der Durchgangsquerschnittsfläche, wird die Querschnittsverengung 41x ein Drosselpunkt mit der kleinsten Durchgangsquerschnittsfläche in dem Gebiet, das durch ein Rechteck 210 umgeben ist, und wird der Auslass 41z ein Drosselpunkt mit der kleinsten Durchgangsquerschnittsfläche in dem Gebiet, das durch ein Rechteck 220 umgeben ist. Man beachte, dass der Drosselpunkt eine Position betrifft, an der das Kältemittel, das durch das Innere der Düse 41 geht, die Schallgeschwindigkeit überschreitet.
Mit dieser Konfiguration arbeiten die Düse 41 und die Nadel 44 als Lavaldüse in dem Bereich (das heißt der erste Bereich) des Nadelhubbetrags R, der dem Gebiet entspricht, das durch das Rechteck 210 umgeben ist. In dem Bereich (das heißt der zweite Bereich) des Nadelhubbetrags R, der dem Gebiet entspricht, das durch das Rechteck 220 umgeben ist, arbeiten die Düse 41 und die Nadel 44 als Plug-Düse.
Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung einen Nennkühlbetrieb in dem Kühlbetriebsmodus verwirklichen. In diesem Fall steuert die Steuerungsvorrichtung den Ejektor 40, um die Kühlleistung durch ein Erhöhen der Strömungsrate eines Kältemittels zu maximieren, sodass, wie in 12 gezeigt ist, der Nadelhubbetrag R den Wert C1 innerhalb des Rechtecks 220 hat. In diesem Fall sind die Düse 41 und die Nadel 44 in einem in 11 gezeigten Zustand und arbeiten als Plug-Düse.
Des Weiteren kann beispielsweise ein Mittelkühlbetrieb in dem Kühlbetriebsmodus verwirklicht werden. In diesem Fall reduziert die Steuerungsvorrichtung die Kühlleistung durch ein Reduzieren der Kältemittelströmungsrate (beispielsweise auf die Hälfte) im Vergleich mit dem oben beschriebenen Nennkühlbetrieb. Deshalb, wie in 12 gezeigt ist, wird der Ejektor 40 gesteuert, sodass der Nadelhubbetrag R den Wert C2 innerhalb des Rechtecks 210 hat. In diesem Fall sind die Düse 41 und die Nadel 44 in einem in 10 gezeigten Zustand und arbeiten als Lavaldüse.
Des Weiteren kann beispielsweise die Steuerungsvorrichtung einen Nennheizbetrieb in einem Heizbetriebsmodus verwirklichen. In diesem Fall steuert die Steuerungsvorrichtung den Ejektor 40, um die Heizleistung durch ein Erhöhen der Strömungsrate von Kältemittel zu maximieren, sodass, wie in 12 gezeigt ist, der Nadelhubbetrag R den Wert H1 innerhalb des Rechtecks 210 hat. In diesem Fall sind die Düse 41 und die Nadel 44 in einem in 10 gezeigten Zustand und arbeiten als Lavaldüse.
Des Weiteren kann beispielsweise ein Mittelheizbetrieb in dem Heizbetriebsmodus verwirklicht werden. In diesem Fall reduziert die Steuerungsvorrichtung die Heizleistung durch ein Reduzieren der Kältemittelströmungsrate (beispielsweise auf die Hälfte) im Vergleich mit dem oben beschriebenen Nennheizbetrieb. Deshalb, wie in 12 gezeigt ist, wird der Ejektor 40 gesteuert, sodass der Nadelhubbetrag R den Wert H2 innerhalb des Rechtecks 210 hat. In diesem Fall sind die Düse 41 und die Nadel 44 in dem in 10 gezeigten Zustand und arbeiten als Lavaldüse.
Die Wirkungen des Ejektors 40, der die oben beschriebene Konfiguration und den Betrieb verwirklicht, wird nachfolgend beschrieben. In einem herkömmlichen Ejektor hat die Innenwandfläche der Düse eine gerade zylindrische Form, ohne dass sich diese von der Querschnittsverengung zu der Spitzenseite verjüngt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verjüngt sich die Innenwandfläche der Düse 41 von der Querschnittsverengung 41x zu dem Auslass 41z kontinuierlich und glatt.
Wenn die Betriebsbedingungen des Ejektors 40 bestimmt werden, können der Minimumwert der Durchgangsquerschnittsfläche in der Düse 41 und der Auslassdurchgangsquerschnittsfläche von den Eigenschaften des Kältemittels bekannt sein. Wenn der Ejektor 40 eine Komponente einer Klimaanlage wie in der vorliegenden Ausführungsform ist, sind die Betriebsbedingungen abhängig von dem Unterschied in dem Betriebsmodus, wie Kühlen oder Heizen, und der Strömungsrate des Kältemittels in Erwiderung auf die Leistung außerordentlich verschieden. Es ist schwierig, die oben erwähnte optimale Form unter mehreren Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Beispielsweise zeigt 13 ein Vergleichsbeispiel, das von der vorliegenden Ausführungsform verschieden ist, der Betriebsbedingung des Ejektors im Falle, bei dem ein Ejektor mit einer geraden zylindrischen Form an der distalen Endseite, als es die Querschnittsverengung ist, für eine Klimaanlage verwendet wird. In diesem Vergleichsbeispiel ist der Drosselpunkt immer die Querschnittsverengung ungeachtet des Nadelhubbetrags.
In dem Graph von 13 ist die vertikale Achse die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche und ist die Horizontalachse der Nadelhubbetrag. Durchgezogene Linien 250, 260, 270 und 280 zeigen die Beziehung zwischen der Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche und dem Nadelhubbetrag an, wenn die Düse mit geraden Abschnitten von jeweils 0,5 mm, 1,0 mm, 2,0 mm und 3,0 mm verwendet werden. Die Länge des geraden Abschnitts ist eine Länge entlang der Achse CL von der Querschnittsverengung zu der Nadel. Es ist sehr schwierig, eine Düse mit einem geraden Abschnitt zu bearbeiten, der kürzer als 0,5 mm ist. Deshalb ist eine Düse mit einem geraden Abschnitt mit einer Länge von 0,5 mm an der Bearbeitungsgrenze.
Schwarze Punkte 251, 252, 253 und 254 in 13 zeigen die optimalen Auslassdurchgangsquerschnittsflächen bezüglich der Nadelhubbeträge R an, um jeweils den Mittelheizbetrieb, den Nennheizbetrieb, den Mittelkühlbetrieb und den Nennkühlbetrieb zu verwirklichen. Wie in 13 gezeigt ist, sind die optimale Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche und Auslassdurchgangsquerschnittsfläche abhängig von dem Kühlen oder Heizen oder der Klimatisierungsleistung (das heißt Nenn oder Mittel) außerordentlich verschieden.
Falls der Ejektor nicht mit der optimalen Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche und Auslassdurchgangsquerschnittsfläche in Erwiderung auf die Betriebsbedingungen betrieben wird, wird der Wirkungsgrad reduziert. Beispielsweise, falls die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche größer als der optimale Wert ist, tritt ein Zustand auf, der Überexpansion genannt wird, bei dem der Druck unterhalb eines Solldüsenauslassdrucks fällt. In diesem Fall wird eine Stoßwelle in der Nähe des Düsenauslasses erzeugt, was einen Energieverlust zur Folge hat. Wenn die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche klein ist, tritt ein Zustand mit verkürzter Expansion auf, bei dem der Druck höher als ein Sollauslassdruck ist, und in dem nachfolgenden Bereich tritt eine freie Expansion auf. In dem Fall einer freien Expansion wird durch die Expansionswelle eine Pseudowand ausgebildet, sodass der Betrieb in einem Zustand nahe einer Lavaldüse ist. Deshalb ist eine Abnahme in der Leistung kleiner als in dem Fall der Überexpansion, während der Wirkungsgrad zu der optimalen Lavaldüse minderwertig ist. In einer herkömmlichen Düse findet ein Unterdrücken der oben beschriebenen Überexpansion keine Berücksichtigung, da sich die Durchgangsquerschnittsfläche der Düse verbreitet oder im Wesentlichen konstant von der Querschnittsverengung zu dem Auslass ist.
Falls ein Versuch gemacht wird, um die Überexpansion in dem Mittelheizbetrieb, dem Nennheizbetrieb, dem Mittelkühlbetrieb und dem Nennkühlbetrieb zu unterdrücken, tritt aufgrund der oben beschriebenen Bearbeitungsgrenze eine Überexpansion in dem Mittelkühlbetrieb auf, der dem schwarzen Punkt 253 entspricht. Das heißt, während die Düse, die durch die durchgezogene Linie 250 angezeigt ist, eine optimale Auslassdurchgangsquerschnittsfläche in dem Mittelheizbetrieb hat und eine Expansionsverkürzung in dem Nennheizbetrieb und dem Nennkühlbetrieb auftritt, tritt eine Überexpansion in dem Mittelkühlbetrieb auf.
Des Weiteren kann in dem herkömmlichen Ejektor, wenn der Nadelhubbetrag groß ist, die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche der Düse erhöht werden, was eine übermäßige Expansion zur Folge hat. Als Gegenmaßnahme gibt es ein Verfahren eines Kürzens des Abstands von der Querschnittsverengung zu dem Auslass, um die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche zu reduzieren. Falls jedoch der Abstand von der Querschnittsverengung zu dem Auslass reduziert wird, wird der Düsenwirkungsgrad gesenkt. Um den Düsenwirkungsgrad zu erhöhen, ist es im Allgemeinen wünschenswert, die Durchgangsquerschnittsfläche von der Querschnittsverengung zu dem Auslass zu erhöhen. Dagegen kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine übermäßige Expansion unterdrückt werden, ohne den Abstand von der Querschnittsverengung zu dem Auslass zu verkürzen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in einem Gebiet mit niedriger Strömungsrate, in dem der Nadelhubbetrag klein ist, ein hoher Wirkungsgrad erforderlich, sodass die Düse 41 als eine Lavaldüse arbeitet. Andererseits arbeitet in einem Gebiet mit hoher Strömungsrate, in dem der Nadelhubbetrag groß ist, die Düse 41 als eine Plug-Düse. Wie oben beschrieben ist, kann die Breite des optimalen Betriebsgebiets durch ein Ändern des Drosselpunkts erhöht werden. Man beachte, dass die vorliegende Ausführungsform einem Beispiel, das eine Plug-Düse in allen Gebieten verwendet, überlegen ist, da die optimale Lavaldüsenform effizienter als die Plug-Düsenform ist.
In der vorliegenden Ausführungsform kommt die Nadel 44 und die Innenwandfläche der Düse 41 in dem geschlossenen Ventilzustand miteinander in Kontakt. Der erste Kegelwinkel θE1 eines Kontaktteils des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44, der mit der Innenwandfläche in dem geschlossenen Ventilzustand in Kontakt kommt, und eines Spitzenseitenteils an der distalen Endseite, als der Kontaktteil, ist größer als der zweite Kegelwinkel θZ2 der Innenwandfläche der Düse 41 an dem Auslass 41z. In dem geschlossenen Ventilzustand kontaktiert die Nadel 44 die Innenwandfläche der Düse 41 und ein Spalt zwischen der Nadel 44 und dem Auslass 41z ist vorhanden. Mit dieser Konfiguration kann der Betrieb als die Lavaldüse und der Betrieb als die Plug-Düse zuverlässig voneinander geschaltet werden.
Als nächstes wird eine Fünfte Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform ist von der vierten Ausführungsform in der Form der Nadel 44 verschieden. Anderes ist gleich wie in der vierten Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 14 gezeigt ist, ist nur die Form des Spitzenendabschnitts des ersten Kegelabschnitts 441 von der vierten Ausführungsform verschieden. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in der vierten Ausführungsform, verjüngt sich der fußseitige Teil des ersten Kegelabschnitts 441 konisch mit einem konstanten Kegelwinkel in Richtung des distalen Endes des Ejektors 40. Anders als in der vierten Ausführungsform hat jedoch die Fläche des Spitzenendabschnitts des ersten Kegelabschnitts 441 eine glatte gekrümmte Fläche mit einer abgerundeten Spitze ohne einen scharfen Abschnitt. Mit dieser Konfiguration kann die gesamte Länge der Nadel 44 reduziert werden.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist der Kegelwinkel an dem fußseitigen Teil des ersten Kegelabschnitts 441 größer als der zweite Kegelwinkel θZ2 der Düse 41. Des Weiteren ist der Kegelwinkel an jeder Position an dem Spitzenendabschnitt des ersten Kegelabschnitts 441 größer als der zweite Kegelwinkel θZ1 der Düse 41.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist in dem ersten Bereich des Nadelhubbetrags R, der dem Gebiet entspricht, das durch das Rechteck 210 in 12 umgeben ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche kleiner als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche. Deshalb arbeitet die Nadel 44 als eine Lavaldüse. In dem zweiten Bereich des Nadelhubbetrags R, der dem Gebiet entspricht, das durch das Rechteck 220 in 12 umgeben ist, da die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist, arbeiten die Düse 41 und die Nadel 44 als eine Plug-Düse.
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Formen der ersten Drosselfläche 411 und der zweiten Drosselfläche 412 von der vierten Ausführungsform geändert. Anderes ist gleich wie in der vierten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 15 gezeigt ist, hat der Querschnitt der ersten Drosselfläche 411 entlang einer Ebene, die die Achse CL umfasst, eine glatte gekrümmte Form. In ähnlicher Weise hat der Querschnitt der zweiten Drosselfläche 412 entlang einer Ebene, die die Achse CL umfasst, auch eine glatte gekrümmte Form.
Deshalb sind sowohl der erste Kegelwinkel θZ1 als auch der zweite Kegelwinkel θZ2 nicht konstant. Im Speziellen nimmt der erste Kegelwinkel θZ1 in Richtung des Spitzenendes des Ejektors 40 ab. Des Weiteren nimmt der zweite Kegelwinkel θZ2 in Richtung des Spitzenendes des Ejektors 40 ab. Der zweite Kegelwinkel θZ2 hat jedoch selbst an dem Auslass 41z einen positiven Wert. Das heißt, die zweite Drosselfläche 412 hat eine sich verjüngende Schräge an dem Auslass 41z.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Kegelwinkel θZ1 und der zweite Kegelwinkel θZ2 an der Querschnittsverengung 41x kontinuierlich. Das heißt, der erste Kegelwinkel θZ1 und der zweite Kegelwinkel θZ2 sind an der Querschnittsverengung 41x gleich. Durch ein Ausbilden der ersten Drosselfläche 411 und der zweiten Drosselfläche 412 in solch einer Form, nimmt die Bearbeitungsschwierigkeit der Düse 41 zu, aber nimmt der Energierückgewinnungswirkungsgrad zu.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist in dem ersten Bereich des Nadelhubbetrags R, der dem Gebiet entspricht, das durch das Rechteck 210 in 12 umgeben ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche kleiner als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche. Die Nadel 44 arbeitet als eine Lavaldüse. In dem zweiten Bereich des Nadelhubbetrags R, der dem Gebiet entspricht, das durch das Rechteck 220 in 12 umgeben ist, da die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist, arbeiten die Düse 41 und die Nadel 44 als eine Plug-Düse.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und zweckmäßig abgewandelt werden kann. Ferner wird in der obigen Ausführungsform, wenn die Erfassung der Informationen über die äußere Umgebung des Fahrzeugs (zum Beispiel die Feuchtigkeit außerhalb des Fahrzeugs) vom Sensor beschrieben wird, der Sensor abgeschafft und die Informationen über die äußere Umgebung vom Server oder der Cloud außerhalb des Fahrzeugs empfangen. Dies ist ebenfalls möglich. Alternativ kann der Sensor abgeschafft werden, verwandte Informationen in Bezug auf die Informationen über die äußere Umgebung können von einem Server oder einer Cloud außerhalb des Fahrzeugs bezogen werden, und die Informationen über die äußere Umgebung können aus den bezogenen verwandten Informationen geschätzt werden. Insbesondere, wenn eine Vielzahl von Werten für einen bestimmten Betrag beispielhaft dargestellt wird, ist es auch möglich, einen Wert zwischen der Vielzahl von Werten anzunehmen, sofern nicht anders angegeben und sofern dies nicht grundsätzlich eindeutig unmöglich ist. Ferner ist in jeder der obigen Ausführungsformen, wenn die Form eines Elements oder die Positionsbeziehung zwischen Elementen erwähnt wird, die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifische Form oder Positionsbeziehung beschränkt, es sei denn, es ist ausdrücklich anders angegeben und es sei denn, die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich auf die spezifische Form oder Positionsbeziehung beschränkt. Darüber hinaus erlaubt die vorliegende Erfindung die folgenden Abwandlungen der oben genannten Ausführungsformen.
In der obigen Ausführungsform wird der Ejektor 40 in einem Ejektorkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet. Dies muss jedoch nicht der Fall sein. Beispielsweise kann der Ejektor 40 für ein Heißwassergerät verwendet werden.
In der obigen Ausführungsform ist der erste Kegelwinkel θZ1 der Düse 41 größer als der zweite Kegelwinkel θZ2. Dies muss jedoch nicht der Fall sein. Falls die Grenze 44x näher an dem distalen Ende als die Querschnittsverengung 41x ist, wenn der Mitreißvorgang in dem Ejektor 40 ausgeübt wird, ist die Beziehung zwischen dem ersten Kegelwinkel θZ1 und dem zweiten Kegelwinkel θZ2 nicht begrenzt.
Der Ejektor 40 der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform kann in dem Ejektorkreislauf der vierten Ausführungsform verwendet werden. In diesem Fall ist der Nadelhubbetrag des Ejektors 40 veränderbar. Wenn der Nadelhubbetrag in dem ersten Bereich ist, werden die oben beschriebenen Mittelkühlbetrieb, Nennheizbetrieb und Mittelheizbetrieb verwirklicht. In diesem ersten Bereich ist die Durchgangsquerschnittsfläche zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 das Minimum und die minimale an der Position der Querschnittsverengung 41x und ist die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche kleiner als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche. Wenn der Nadelhubbetrag in dem zweiten Bereich ist, der größer als der erste Bereich ist, wird der Nennkühlbetrieb verwirklicht. In dem zweiten Bereich ist die Durchgangsquerschnittsfläche zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 an der Position der Querschnittsverengung 41x minimiert und ist die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche. Wenn der Nadelhubbetrag größer als der Konstruktionswert Y ist, ist das Spitzenende des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44 an der distalen Endseite gelegen, als es der Auslass 41z ist. Deshalb kann die gleiche Wirkung wie in der vierten Ausführungsform erreicht werden.
Der Ejektor 40 der vierten und nachfolgenden Ausführungsformen kann in einem Kreislauf verwendet werden, der von dem in 8 gezeigten Ejektorkreislauf verschieden ist. Beispielsweise kann der Ejektor 40 der vierten und nachfolgenden Ausführungsformen in einem Ejektorkreislauf verwendet werden, bei dem nur der Kühlbetrieb unter dem Kühlbetrieb und dem Heizbetrieb möglich ist und die Kühlleistung durch ein Einstellen des Nadelhubbetrags eingestellt wird. Alternativ kann der Ejektor 40 der vierten und nachfolgenden Ausführungsformen in einem Ejektorkreislauf verwendet werden, bei dem nur der Heizbetrieb von dem Kühlbetrieb und dem Heizbetrieb möglich ist und die Heizleistung durch ein Einstellen des Nadelhubbetrags eingestellt wird.
In der obigen Ausführungsform, wenn der Nadelhubbetrag R größer als der Konstruktionswert Y ist, ist das Spitzenende des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44 näher an der Seite des distalen Endes gelegen, als es der Auslass 41z ist. Die obige Konfiguration ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich. Das heißt, wenn der Nadelhubbetrag R größer als der Konstruktionswert Y ist, kann das Spitzenende des ersten Kegelabschnitts 441 der Nadel 44 näher an der Fußseite sein, als es der Auslass 41z ist.
Erfindungsgemäß ist in dem Ejektor, wenn der Nadelhubbetrag in dem ersten Bereich ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche kleiner als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche und ist die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche die kleinste unter der Fläche des Spalts zwischen der Düse und der Nadel in allen Querschnitten rechtwinklig zu der Axialrichtung in dem Fluiddurchgang. Wenn der Nadelhubbetrag in dem zweiten Bereich ist, der größer als der erste Bereich ist, ist die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche und ist die Auslassquerschnittsfläche die kleinste unter der Fläche des Spalts zwischen der Düse und der Nadel in allen Querschnitten rechtwinklig zu der Axialrichtung in dem Fluiddurchgang.
Vorzugsweise verjüngt sich die Wandfläche in Richtung des distalen Endes an dem Auslass. Mit dieser Konfiguration, wenn die Spitze der Nadel an der Seite des distalen Endes gelegen ist, als es der Auslass ist, ist es möglich, die Leistung des Ejektors durch ein Einstellen des Nadelhubbetrags, um die Durchgangsquerschnittsfläche an dem Auslass zu steuern, leicht zu steuern.
Vorzugsweise kommt die Wandfläche der Düse mit der Nadel in einem geschlossenen Ventilzustand in Kontakt und ein Kegelwinkel eines Kontaktteils der Nadel, der mit der Wandfläche der Düse in dem geschlossenen Ventilzustand in Kontakt ist, und eines Spitzenseitenteils der Nadel, der zwischen dem Kontaktteil und dem distalen Ende gelegen ist, ist größer als ein Kegelwinkel der Wandfläche der Düse an dem Auslass. Mit dieser Konfiguration kann der Betrieb als die Lavaldüse und der Betrieb als die Plug-Düse zuverlässig voneinander geschaltet werden.
Erfindungsgemäß ist in dem zweiten Bereich ein Teil der Nadel an der Seite des distalen Endes gelegen, als es der Auslass ist. Mit dieser Konfiguration kann die Leistung des Ejektors leicht eingestellt werden. Das heißt, die Leistung des Ejektors kann durch ein Einstellen des Nadelhubbetrags eingestellt werden, wenn der Ejektor als eine Lavaldüse arbeitet und wenn der Ejektor als eine Plug-Düse arbeitet.
Erfindungsgemäß hat die Nadel einen ersten Kegelabschnitt, der sich in Richtung des distalen Endes verjüngt, und einen zweiten Kegel, der mit dem distalen Ende des ersten Kegelabschnitts verbunden ist und sich weiter in Richtung des distalen Endes verjüngt. Ein zweiter Kegelwinkel des zweiten Kegelabschnitts an der Grenze zwischen dem ersten Kegelabschnitt und dem zweiten Kegelabschnitt ist größer als ein erster Kegelwinkel des ersten Kegelabschnitts an der Grenze. Die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse und der Nadel ist an der Querschnittsverengung minimiert. Wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, ist die Grenze zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung gelegen. Wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, hat ein Abschnitt der Wandfläche, der zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung gelegen ist, eine Form, die ein Gebiet, das durch die Wandfläche umgeben ist, in Richtung des distalen Endes verengt.
Wie oben beschrieben ist, wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, kann ein Sieden an der Grenze durch ein Verengen des Durchgangs, der durch die Wandfläche der Düse umgeben ist, in Richtung des distalen Endes an der Seite des distalen Endes, als die Grenze der Düse, unterdrückt werden. Als Folge ist es möglich, eine Abnahme eines Energierückgewinnungswirkungsgrads zu unterdrücken, die aufgrund eines Siedeverzugs auftritt, zum Beispiel ein Sieden des Arbeitsfluid an einer nicht beabsichtigten Stelle.
Vorzugsweise ist ein Kegelwinkel, mit dem sich die Wandfläche in Richtung des distalen Endes an einer Stelle zwischen der Querschnittsverengung und dem distalen Ende verjüngt, kleiner als der erste Kegelwinkel. Mit dieser Konfiguration wird eine Form derart verwirklicht, dass die Querschnittsfläche des Durchgangs zwischen der Düse und der Nadel von der Querschnittsverengung zu dem distalen Ende zunimmt.
Erfindungsgemäß, wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, hat ein Abschnitt der Wandfläche, der zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung gelegen ist, eine Form, die ein Gebiet, das durch die Wandfläche umgeben ist, in Richtung des distalen Endes verengt.

Claims

Ejektor mit: einer Düse (41); und einer Nadel (44), die in einem Fluiddurchgang im Inneren der Düse (41) angeordnet ist, um sich in einer Axialrichtung bezüglich der Düse (41) zu bewegen, wobei sich die Nadel (44) in Richtung eines distalen Endes des Ejektors verjüngt, wobei der Ejektor eingerichtet ist, um ein Arbeitsfluid, das durch den Fluiddurchgang strömt, von dem distalen Ende auszustoßen, um ein äußeres Fluid außerhalb der Düse (41) durch einen Mitreißvorgang des Arbeitsfluid, das von dem distalen Ende ausgestoßen wird, zu saugen, eine Wandfläche der Düse (41), die der Nadel (44) zugewandt ist, einen Auslass (41z), der an einem Ende des Fluiddurchgangs benachbart zu dem distalen Ende gelegen ist, und eine Querschnittsverengung (41x) hat, die dem distalen Ende bezüglich des Auslasses (41z) entgegengesetzt gelegen ist, wobei die Querschnittsverengung (41x) in Richtung der Nadel (44) vorsteht, die Querschnittsverengung (41x) eine Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) hat, die eine Fläche eines Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in einem Querschnitt ist, der durch die Querschnittsverengung (41x) geht und rechtwinklig zu der Axialrichtung ist, der Auslass (41z) eine Auslassdurchgangsquerschnittsfläche (201) hat, die eine Fläche eines Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in einem Querschnitt ist, der durch den Auslass (41z) geht und rechtwinklig zu der Axialrichtung ist, ein Trennungsgrad der Nadel (44) von der Düse (41) in der Axialrichtung als ein Nadelhubbetrag (R) definiert ist, wenn der Nadelhubbetrag (R) innerhalb eines ersten Bereichs ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) kleiner als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist, und die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) unter der Fläche des Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in allen Querschnitten rechtwinklig zu der Axialrichtung in dem Fluiddurchgang die kleinste ist, wenn der Nadelhubbetrag (R) innerhalb eines zweiten Bereichs ist, der größer als der erste Bereich ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist, und die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche unter der Fläche des Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in allen Querschnitten rechtwinklig zu der Axialrichtung in dem Fluiddurchgang die kleinste ist, und in dem zweiten Bereich ein Teil der Nadel (44) weiter an der Spitzenendseite als der Auslass (41z) gelegen ist.
Ejektor gemäß Anspruch 1, wobei sich die Wandfläche an dem Auslass (41z) in Richtung des distalen Endes verjüngt.
Ejektor gemäß Anspruch 2, wobei die Wandfläche der Düse (41) mit der Nadel (44) in einem geschlossenen Ventilzustand in Kontakt kommt, und ein Kegelwinkel eines Kontaktteils der Nadel (44), der in dem geschlossenen Ventilzustand in Kontakt mit der Wandfläche der Düse (41) ist, und eines Spitzenseitenteils der Nadel (44), der zwischen dem Kontaktteil und dem distalen Ende gelegen ist, größer als ein Kegelwinkel der Wandfläche der Düse (41) an dem Auslass (41z) ist.
Ejektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Nadel (44) einen ersten Kegelabschnitt (441), der sich in Richtung des distalen Endes verjüngt, und einen zweiten Kegelabschnitt (442) hat, der mit einem distalen Ende des ersten Kegelabschnitts verbunden ist und sich in Richtung des distalen Endes weiter verjüngt, der erste Kegelabschnitt einen ersten Kegelwinkel (θE1) an einer Grenze (44x) zwischen dem ersten Kegelabschnitt und dem zweiten Kegelabschnitt hat, der zweite Kegelabschnitt einen zweiten Kegelwinkel (θE2) an der Grenze hat, der zweite Kegelwinkel größer als der erste Kegelwinkel ist, die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) an der Querschnittsverengung (41x) minimiert ist, wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, die Grenze zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung (41x) gelegen ist, und wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, ein Abschnitt der Wandfläche, der zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung (41x) gelegen ist, eine Form hat, die ein Gebiet, das durch die Wandfläche umgeben ist, in Richtung des distalen Endes verengt.
Ejektor mit: einer Düse (41); und einer Nadel (44), die in einem Fluiddurchgang im Inneren der Düse (41) angeordnet ist, um sich in einer Axialrichtung bezüglich der Düse (41) zu bewegen, wobei sich die Nadel (44) in Richtung eines distalen Endes des Ejektors verjüngt, wobei der Ejektor eingerichtet ist, um ein Arbeitsfluid, das durch den Fluiddurchgang strömt, von dem distalen Ende auszustoßen, um ein äußeres Fluid außerhalb der Düse (41) durch einen Mitreißvorgang des Arbeitsfluid, das von dem distalen Ende ausgestoßen wird, zu saugen, eine Wandfläche der Düse (41), die der Nadel (44) zugewandt ist, einen Auslass (41z), der an einem Ende des Fluiddurchgangs benachbart zu dem distalen Ende gelegen ist, und eine Querschnittsverengung (41x) hat, die dem distalen Ende bezüglich des Auslasses (41z) entgegengesetzt gelegen ist, wobei die Querschnittsverengung (41x) in Richtung der Nadel (44) vorsteht, die Querschnittsverengung (41x) eine Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) hat, die eine Fläche eines Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in einem Querschnitt ist, der durch die Querschnittsverengung (41x) geht und rechtwinklig zu der Axialrichtung ist, der Auslass (41z) eine Auslassdurchgangsquerschnittsfläche (201) hat, die eine Fläche eines Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in einem Querschnitt ist, der durch den Auslass (41z) geht und rechtwinklig zu der Axialrichtung ist, ein Trennungsgrad der Nadel (44) von der Düse (41) in der Axialrichtung als ein Nadelhubbetrag (R) definiert ist, wenn der Nadelhubbetrag (R) innerhalb eines ersten Bereichs ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) kleiner als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist, und die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) unter der Fläche des Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in allen Querschnitten rechtwinklig zu der Axialrichtung in dem Fluiddurchgang die kleinste ist, und wenn der Nadelhubbetrag (R) innerhalb eines zweiten Bereichs ist, der größer als der erste Bereich ist, die Querschnittsverengungsdurchgangsquerschnittsfläche (200) größer als die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche ist, und die Auslassdurchgangsquerschnittsfläche unter der Fläche des Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) in allen Querschnitten rechtwinklig zu der Axialrichtung in dem Fluiddurchgang die kleinste ist, die Nadel (44) einen ersten Kegelabschnitt (441), der sich in Richtung des distalen Endes verjüngt, und einen zweiten Kegelabschnitt (442) hat, der mit einem distalen Ende des ersten Kegelabschnitts verbunden ist und sich in Richtung des distalen Endes weiter verjüngt, der erste Kegelabschnitt einen ersten Kegelwinkel (θE1) an einer Grenze (44x) zwischen dem ersten Kegelabschnitt und dem zweiten Kegelabschnitt hat, der zweite Kegelabschnitt einen zweiten Kegelwinkel (θE2) an der Grenze hat, der zweite Kegelwinkel größer als der erste Kegelwinkel ist, die Durchgangsquerschnittsfläche des Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) an der Querschnittsverengung (41x) minimiert ist, wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, die Grenze zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung (41x) gelegen ist, und wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, ein Abschnitt der Wandfläche, der zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung (41x) gelegen ist, eine Form hat, die ein Gebiet, das durch die Wandfläche umgeben ist, in Richtung des distalen Endes verengt.
Ejektor gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei ein Kegelwinkel (θZ2), mit dem sich die Wandfläche in Richtung des distalen Endes verjüngt, an einer Stelle zwischen der Querschnittsverengung (41x) und dem distalen Ende kleiner als der erste Kegelwinkel ist.
Ejektor mit: einer Düse (41); und einer Nadel (44), die in einem Fluiddurchgang im Inneren der Düse (41) angeordnet ist, wobei der Ejektor eingerichtet ist, um ein Arbeitsfluid, das durch den Fluiddurchgang strömt, von dem distalen Ende auszustoßen, um ein äußeres Fluid außerhalb der Düse (41) durch einen Mitreißvorgang des Arbeitsfluid, das von dem distalen Ende ausgestoßen wird, zu saugen, die Nadel (44) einen ersten Kegelabschnitt (441), der sich in Richtung des distalen Endes verjüngt, und einen zweiten Kegelabschnitt (442) hat, der mit einem distalen Ende des ersten Kegelabschnitts verbunden ist und sich in Richtung des distalen Endes weiter verjüngt, der erste Kegelabschnitt einen ersten Kegelwinkel (θE1) an einer Grenze (44x) zwischen dem ersten Kegelabschnitt und dem zweiten Kegelabschnitt hat, der zweite Kegelabschnitt einen zweiten Kegelwinkel (θE2) an der Grenze hat, der zweite Kegelwinkel größer als der erste Kegelwinkel ist, eine Wandfläche der Düse (41), die der Nadel (44) zugewandt ist, eine Querschnittsverengung (41x) hat, die eine Durchgangsquerschnittsfläche eines Spalts zwischen der Düse (41) und der Nadel (44) minimiert, wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, die Grenze zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung (41x) gelegen ist, und wenn der Mitreißvorgang ausgeübt wird, ein Abschnitt der Wandfläche, der zwischen dem Spitzenende und der Querschnittsverengung (41x) gelegen ist, eine Form hat, die ein Gebiet, das durch die Wandfläche umgeben ist, in Richtung des distalen Endes verengt.