DE60112184T2

DE60112184T2 - Ejektorzyklus

Info

Publication number: DE60112184T2
Application number: DE60112184T
Authority: DE
Inventors: Hirotsugu Kariya-city Takeuchi; Yoshitaka Kariya-city Kume; Hiroshi Kariya-city Oshitani; Gota Kariya-city Ogata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: CN1276227C; EP1160522A1; US20020000095A1; CN1532471A; CN1162666C; EP1553364A2; EP1553364A3; AU758419B2; KR20010109200A; DE60112184D1; EP1160522B1; AU4810801A; CN1332344A; US6438993B2; KR100393170B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ejektorkreissystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
US-A-5 343 711 offenbart ein solches Ejektorkreissystem mit einem Ejektor mit einer Düse, in welcher Druckenergie eines aus einem Kondensor strömenden Kältemittels in eine Geschwindigkeitsenergie derart umgewandelt wird, dass das Kältemittel dekomprimiert und expandiert wird.
US-A-4 918 937 zeigt ein anderes Ejektorkreissystem, in welchem eine Pumpe an der Kältemittelsaugseite des Ejektors angeordnet ist und eine Hauptströmung von Kältemittel in einem Expansionsventil dekomprimiert wird, aber nicht in der Düse des Ejektors dekomprimiert wird. Ferner ist der Ejektor parallel angeordnet, so dass das Kältemittel durch den Ejektor strömt und den Kompressor umgeht. Zusätzlich ist der Ejektor an einer stromabwärtigen Seite des Verdampfers angeschlossen und Kältemittel strömt in die Düse des Ejektors ein, nachdem dieses in dem Expansionsventil dekomprimiert wurde. Demgemäß dekomprimiert die Düse des Ejektors nicht hochdruckseitiges Kältemittel und der Ejektor weist keine Saugfunktion des Gaskältemittels auf.
In einem Ejektorkreissystem sinkt dann, wenn ein Ejektor-Wirkungsgrad η_e niedrig ist, ein Kältemittelkreis-Wirkungsgrad. JP-A-57-129360 offenbart beispielsweise einen Ejektor, in welchem ein Durchmesser eines Mischabschnitts 3 bis 7 mm ist, eine Länge des Mischabschnitts das 8- bis 12-fache des Durchmessers des Mischabschnitts ist, ein Extensionswinkel eines Diffusors 4° bis 6° ist, und eine Länge des Diffusors das 10- bis 14-fache der Länge des Mischabschnitts ist. Dieser Ejektor wurde durch die vorliegenden Erfinder getestet und studiert, aber ein hinreichender Ejektor-Wirkungsgrad η_e konnte nicht erhalten werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit Blick auf die vorstehend genannten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ejektorkreissystem bereitzustellen, welches einen Ejektor-Wirkungsgrad verbessert.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ejektorkreissystem bereitzustellen, welches eine Kälteerzeugungskapazität (Wärmeabsorptionskapazität) in einem Verdampfer verbessert.
Diese Aufgaben werden durch die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält in einem Ejektorkreissystem ein Ejektor eine Düse, welche hochdruckseitiges Kältemittel aus einem Radiator derart dekomprimiert, dass eine Druckenergie eines hochdruckseitigen Kältemittels, welches aus dem Radiator strömt, in eine Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird, so dass Kältemittel dekomprimiert und expandiert wird, und enthält einen Druckerhöhungsabschnitt, in welchem Gaskältemittel, welches in dem Verdampfer verdampft wird, durch eine Hochgeschwindigkeitsströmung von Kältemittel angesaugt wird, so dass die Geschwindigkeitsenergie in eine Druckenergie umgewandelt wird, so dass der Druck von Kältemittel erhöht wird, während Kältemittel, welches aus der Düse abgegeben wird, und Kältemittel, welches von einem Verdampfer angesaugt wird, gemischt werden. Die Düse ist eine divergierende Düse, welche einen Halsabschnitt darin aufweist, bei welcher eine Durchtrittsquerschnittsgröße am kleinsten in einem Kältemitteldurchtritt der divergierenden Düse wird. Ferner weist die divergierende Düse eine erste Dimension zwischen dem Halsabschnitt und einem Auslass der Düse und eine zweite Dimension zwischen dem Halsabschnitt und einem stromaufwärtigen Abschnitt auf, welcher stromaufwärts bezüglich des Halsabschnitts ist, von welchem die Durchtrittsquerschnittsfläche in dem Kältemitteldurchtritt der divergierenden Düse kleiner wird, und wobei die erste Dimension größer als die zweite Dimension ist. Der Druckerhöhungsab schnitt weist eine Länge in einer Kältemittelströmungsrichtung und einen kleinsten Äquivalent-Durchmesser auf, wobei ein Verhältnis der Länge zu dem kleinsten Äquivalent-Durchmesser gleich oder kleiner 120 ist, und ein Verhältnis des kleinsten Äquivalent-Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts zu einem Äquivalent-Durchmesser an dem Auslass der Düsen in einem Bereich von 1,05 bis 10 ist. In diesem Fall arbeitet das Ejektorkreissystem, während ein hoher Ejektor-Wirkungsgrad aufrechterhalten werden kann.
Vorzugsweise weist der Druckerhöhungsabschnitt eine Form derart auf, dass Kältemittel sich im Wesentlichen entlang einer isentropischen Kurve von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass des Druckerhöhungsabschnitts ändert. Demgemäß kann der Ejektor-Wirkungsgrad weiter verbessert werden.
Ferner weist der Druckerhöhungsabschnitt einen Kältemitteldurchtritt mit einer Durchtrittsquerschnittsfläche auf, und die Durchtrittsquerschnittsfläche ist annähernd konstant von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in dem Kältemitteldurchtritt des Druckerhöhungsabschnitts. Alternativ vergrößert sich die Durchtrittsquerschnittsfläche allmählich von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in dem Kältemitteldurchtritt des Druckerhöhungsabschnitts. Demgemäß kann der Aufbau des Druckerhöhungsabschnitts einfach vorgesehen werden, und der Ejektor kann bei niedrigen Kosten einfach hergestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält in einem Ejektorkreissystem ein Ejektor einen Mischabschnitt, in welchem Gaskältemittel, welches in einem Verdampfer verdampft wurde, durch eine Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung angesaugt wird, welche aus der Düse ausgestoßen wird, um mit Kältemittel gemischt zu werden, welches aus der Düse ausgestoßen wird, und enthält einen Diffusor, in welchem die Geschwindigkeitsenergie in die Druckenergie derart umgewandelt wird, dass der Kältemitteldruck erhöht wird. Gemäß diesem Aspekt weist der Mischabschnitt eine Länge in einer Kältemittelströmungsrichtung und einen Äquivalent-Durchmesser auf, und ein Verhältnis der Länge zu dem Äquivalent-Durchmesser ist gleich oder kleiner 120. Ferner ist ein Verhältnis des Äquivalent-Durchmessers des Mischabschnitts zu einem Äquivalent-Durchmesser an dem Auslass der Düse in einem Bereich von 1,05 bis 10. In diesem Fall kann ein Ejektor-Wirkungsgrad von mehr als 20 % aufrechterhalten werden.
Vorzugsweise ist das Kältemittel Kohlendioxid, und das Verhältnis des Äquivalent-Durchmessers in dem Mischabschnitt zu dem Äquivalent-Durchmesser an dem Auslass der Düse ist in einem Bereich von 1,3 bis 5,3. In diesem Fall kann das Ejektorkreissystem arbeiten, während der Ejektor-Wirkungsgrad von mehr als 40 % aufrechterhalten wird.
Vorzugsweise ist das Kältemittel Flon, und das Verhältnis des Äquivalent-Durchmessers von dem Mischabschnitt zu dem Äquivalent-Durchmesser an dem Auslass der Düse ist in einem Bereich von 1,05 bis 4,5. In diesem Fall kann das Ejektorkreissystem arbeiten, während der Ejektor-Wirkungsgrad von mehr als 20 % aufrechterhalten wird.
Vorzugsweise weist der Diffusor einen Kältemitteldurchtritt mit einer Durchtrittsquerschnittsfläche auf, wobei die Durchtrittsquerschnittsfläche sich allmählich von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in dem Kältemitteldurchtritt des Diffusors erhöht, wobei der Diffusor einen Extensionswinkel θ_d aufweist, welcher durch eine innere Wandoberfläche des Diffusors und einer Referenzlinie parallel zu einer zentralen Axiallinie des Diffusors begrenzt ist, und der Extensionswinkel θ_d des Diffusors liegt in einem Bereich von 0,2 bis 34 Grad. Bevorzugter liegt der Extensionswinkel θ_d des Diffusors in einem Bereich von 0,2 bis 7 Grad. Demgemäß kann der Ejektor-Wirkungrad weiter verbessert werden.
Vorzugsweise weist die Düse eine derartige Form auf, dass sich das Kältemittel im Wesentlichen entlang einer isentropischen Kurve von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass der Düse ändert. Demgemäß wird, selbst wenn das Kältemittel ein Mischkältemittel wie HFC-404A, HFC-407, HFC-410 ist, weil das Kältemittel sich in dem Ejektor im Wesentlichen entlang der isentropischen Kurve ändert, die Trockenheit des Kältemittels, welches aus dem Ejektor in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider strömt, kleiner. Demgemäß wird, selbst wenn das Mischkältemittel als Kältemittel in dem Ejektorkreissystem verwendet wird, ein Verhältnis von Gaskältemittel, welches in dem Kältemittel enthalten ist, das in den Verdampfer aus dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider geliefert wird, kleiner, kann ein Druckverlust, welcher bewirkt wird, während Kältemittel aus dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider zu dem Verdampfer geliefert wird, kleiner gemacht werden, und kann Kälteerzeugungskapazität (Wärmeabsorptionskapazität) des Verdampfers verbessert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist in einem Ejektorkreissystem die Düse an einem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider in der Weise angeschlossen, dass innerhalb des Gas-/Flüssigkeits-Abscheiders Gaskältemittel in dem Verdampfer durch eine aus der Düse ausgestoßene Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung angesaugt wird, und die Geschwindigkeitsenergie von Kältemittel in Druckenergie umgewandelt wird, während aus der Düse abgegebenes Kältemittel und aus dem Verdampfer angesaugtes Kältemittel gemischt werden. Alternativ ist eine Kältemittel-Auslassseite eines Mischabschnitts eines Ejektors an dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider in der Weise angeschlossen, dass innerhalb des Gas/Flüssigkeits-Abscheiders die Geschwindigkeitsenergie von aus dem Mischabschnitt strömendem Kältemittel in Druckenergie umgewandelt wird, um den Kältemitteldruck zu erhöhen. Da die Düse oder der Mischabschnitt eines Ejektors integral an den Gas-/Flüssigkeits-Abscheider angeschlossen ist, kann die Größe des Ejektorkreissystems kleiner vorgesehen werden und der Ejektor kann bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält in einem Ejektorkreissystem ein Ejektor eine erste Düse, in welcher eine Druckenergie von hochdruckseitigem Kältemittel, das aus dem Radiator ausströmt, in eine Geschwindigkeitsenergie derart umgewandelt wird, dass Kältemittel dekomprimiert und expandiert wird, eine zweite Düse, welche um die erste Düse herum in solch einer Weise angeordnet ist, dass Kältemittel aus dem Verdampfer angesaugt und durch eine Kältemittelströmung ausgestoßen wird, welche aus der ersten Düse ausgestoßen wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt, in welchem die Geschwindigkeitsenergie in die Druckenergie umgewandelt wird, so dass der Druck des Kältemittels erhöht wird, während Kältemittel, das aus der ersten Düse ausgestoßen wird, und Kältemittel, welches aus der zweiten Düse ausgestoßen wird, gemischt werden. Die erste Düse weist eine erste Einspritzöffnung auf, von welcher Kältemittel von einem Radiator eingespritzt wird, wobei die zweite Düse eine zweite Einspritzöffnung aufweist, von welcher aus Kältemittel von dem Verdampfer eingespritzt wird, und wobei die erste Einspritzöffnung und die zweite Einspritzöffnung bei annähernd gleicher Position in einen Kältemitteldurchtritt des Ejektors in einer Kältemittel-Strömungsrichtung vorgesehen sind. Demgemäß kann die Leistung des Ejektorkreises verbessert werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Ejektor derart aufgebaut, dass Kältemittel aus dem Mischabschnitt in den Diffusor strömt, nachdem eine Strömungsrate des aus dem Verdampfer gesaugten Kältemittels und eine Strömungsrate von aus der Düse ausgestoßenem Kältemittel annähernd gleich in dem Mischabschnitt werden. Demgemäß kann in dem Ejektor Kältemitteldruck hinreichend in dem Mischabschnitt und dem Diffusor erhöht werden, und es kann der Ejektor-Wirkungsgrad verbessert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in einem Ejektorkreissystem ein Ejektor derart aufgebaut, dass ein Druckerhöhungsverhältnis einer Druckerhöhungsgröße in einem Mischabschnitt zu einer Gesamt-Druckerhöhungsgröße in dem Ejektor gleich oder größer 50 % eingestellt wird, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird. Vorzugsweise wird das Druckerhöhungsverhältnis der Druckerhöhungsgröße in dem Mischabschnitt zu der Gesamt-Druckerhöhungsgröße in dem Ejektor in einem Bereich von 55 bis 80 eingestellt, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird. In diesem Fall kann der Ejektor-Wirkungsgrad verbessert werden.
Alternativ ist ein Ejektor derart aufgebaut, dass ein Druckerhöhungsverhältnis einer Druckerhöhungsgröße in einem Mischabschnitt zu einer Gesamt-Druckerhöhungsgröße in dem Ejektor dahingehend eingestellt ist, gleich oder größer 30 % zu sein, wenn Flon als Kältemittel verwendet wird. Vorzugsweise wird das Druckerhöhungsverhältnis der Druckerhöhungsmenge in dem Mischabschnitt zu der Gesamt-Druckerhöhungsgröße in dem Ejektor in einem Bereich von 35 bis 80 % eingestellt, wenn Flon als Kältemittel verwendet wird. In diesem Fall kann der Ejektor-Wirkungsgrad ebenso verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlicher, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
1 ein schematisches Diagramm eines Ejektorkreissystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein vergrößertes schematisches Diagramm eines Ejektors gemäß der ersten Ausführungsform ist;
3 ein Mollier-Diagramm (p-h-Diagramm) des Ejektorkreissystems gemäß der ersten Ausführungsform ist;
4 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einem Ejektor-Wirkungsgrad η_e und einem äquivalenten Durchmesserverhältnis D2/D1 in dem Ejektorkreissystems gemäß der ersten Ausführungsform ist;
5 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einem Verhältnis L/D2 des Mischabschnitts und des Ejektor-Wirkungsgrads η_e in dem Ejektorkreissystem gemäß der ersten Ausführungsform ist;
6 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einem Ejektor-Wirkungsgrad η_e und einem Leistungsverbesserungs-Verhältnis bezüglich einem einfachen Dampfkompressions-Kältekreissystem zeigt, welches ein Expansionsventil verwendet in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform;
7 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einem Ejektor-Wirkungsgrad η_e und einem äquivalenten Durchmesserverhältnis D2/D1 in einem Ejektorkreissystem gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einem Erstreckungswinkel θ_d eines Diffusors und einem Ejektor-Wirkungsgrad η_e in einem Ejektorkreissystem gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der- orliegenden Erfindung zeigt;
9A, 9B schematische Querschnittsansichten sind, welche jeweils eine Düse eines Ejektorkreissystems gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
10A eine schematische Querschnittsansicht ist, welche einen Ejektor eines Ejektorkreissystems gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 10B eine rechte Seitenansicht von 10A zeigt;
11A, 11B schematische Querschnittsansichten sind, welche jeweils eine Düse eines Ejektorkreissystems gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
12 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche einen Ejektor in einem Ejektorkreissystems gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einem Erstreckungswinkel θ_d eines Druckerhöhungsabschnitts und einer Druckerhöhungsgröße (P2-P1) in dem Ejektor gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt,
14 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen der Druckerhöhungsgröße (P2-P1) in dem Ejektor und eines Abstands L' des Druckerhöhungsabschnitts gemäß der siebten Ausführungsform zeigt;
15 ein schematisches Diagramm ist, welches einen Ejektor eines Ejektorkreissystems gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ein schematisches Diagramm ist, welches einen Ejektor eines Ejektorkreissystems gemäß einer neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ein schematisches Diagramm eines Ejektor-integrierten Gas-/Flüssigkeits-Abscheiders in einem Ejektorkreissystem gemäß einer zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
18 ein schematisches Diagramm eines Ejektor-integrierten Gas-/Flüssigkeits-Abscheiders in einem Ejektorkreissystem gemäß einer elften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
19 eine dreidimensionale charakteristische Ansicht ist, welche ein Verhältnis zwischen einer Kältemittel-Relativströmungsgeschwindigkeit aus einem Kältemittelauslass einer Düse zu einem Kältemittelauslass eines Diffusors eines Ejektors und einer Radialposition in einer Radialrichtung von einem Zentrum in einem Käl temitteldurchtrittsabschnitt des Ejektors gemäß einer zwölften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einer Druckerhöhungsgröße in dem Ejektor und eines Abstands L von einem Düsenauslass gemäß der zwölften Ausführungsform zeigt;
21 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einem Druckerhöhungsverhältnis β und einem Ejektor-Wirkungsgrad η_e eines Ejektorkreissystems gemäß einer dreizehnten bevorzugten Ausführungsform zeigt, wenn ein Strömungsverhältnis α(Ge/Gn) als ein Parameter vorliegt und Kohlendioxid als ein Kältemittel verwendet wird;
22 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen dem Druckerhöhungsverhältnis β und dem Strömungsverhältnis α, bei welchem der Ejektor-Wirkungsgrad η_e maximal wird, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, gemäß der dreizehnten Ausführungsform zeigt;
23 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen dem Druckerhöhungsverhältnis β und dem Ejektor-Wirkungsgrad η_e des Ejektorkreissystems gemäß der dreizehnten Ausführungsform zeigt, wenn das Strömungsverhältnis α(Ge(Gn) als ein Parameter vorliegt und HFC als Kältemittel verwendet wird;
24 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen dem Druckerhöhungsverhältnis β und dem Strömungsverhältnis α, bei welchem der Ejektor-Wirkungsgrad η_e maximal wird, wenn HFC als Kältemittel verwendet wird, gemäß der dreizehnten Ausführungsform zeigt;
25 ein Mollier-Diagramm (p-h-Diagramm) eines Ejektorkreissystems ist, wenn ein Mischkältemittel HFC-404A (R404A) als Kältemittel gemäß einer vierzehnten b bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
26 ein Graph ist, welcher ein Verhältnis zwischen einem Verhältnis L/D2 eines Mischabschnitts und eines Ejektor-Wirkungsgrads η_e in einem Ejektorkreissystem gemäß der vierzehnten Ausführungsform zeigt; und
27 ein schematisches Diagramm ist, welches ein Ejektorkreissystem gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird ein Ejektorkreissystem der vorliegenden Erfindung typischerweise für einen Referenzkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet, welche Kohlendioxid als Kältemittel verwendet.
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Kompressor 100, welcher Kältemittel unter Verwendung einer Antriebskraft aus einer Antriebsquelle wie einem Fahrzeugmotor ansaugt und komprimiert, in dem Ejektorkreissystem angeordnet. Ein Radiator 200 (Gaskühler) ist angeordnet derart, dass das aus dem Kompressor 100 abgegebene Kältemittel einem Wärmetausch mit Außenluft außerhalb des Passagierabteils unterzogen wird und durch die Außenluft gekühlt wird.
Ein Verdampfer 300 ist in dem Ejektorkreissystem derart angeordnet, dass in das Passagierabteil zu blasende Luft und durch den Verdampfer 300 strömende flüssige Kältemittel einem Wärmeaustausch unterzogen werden. In dem Verdampfer 300 kann Kühlkapazität bzw. -leistung zum Kühlen von Luft durch Verdampfen von Flüssigkältemittel erhalten werden. Ein Ejektor 400 komprimiert und expandiert Kältemittel aus dem Radiator 200, so dass gasförmiges Kältemittel, welches in dem Verdampfer 300 verdampft wird, eingesaugt wird, und eine Expansionsenergie in eine Druckenergie umwandelt, um einen in den Kompressor 100 angesaugten Kältemitteldruck zu erhöhen.
Wie in 2 gezeigt, enthält der Ejektor 400 eine Düse 410, welche Kältemittel dekomprimiert und expandiert durch Umwandeln einer Druckenergie (Druckgefälle) von hochdruckseitigem Kältemittel, welches aus dem Radiator 200 ausströmt, in eine Geschwindigkeitsenergie (Geschwindigkeitsgefälle), einen Mischabschnitt 420, in welchem gasförmiges Kältemittel, welches in dem Verdampfer 300 verdampft wurde, durch eine Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung (Düsenströmung) angesaugt wird, welche aus der Düse 410 abgegeben wird, und einen Diffusor 430 enthält, in welchem die Geschwindigkeitsenergie zu der Druckenergie umgewandelt wird, so dass der Kältemitteldruck, welcher in den Kompressor 100 anzusaugen ist, erhöht wird, während Kältemittel aus der Düse 410 und aus dem Verdampfer 300 angesaugtes Kältemittel gemischt werden.
In der ersten Ausführungsform werden Öffnungsdurchmesser (Durchtrittsdurchmesser) der Düse 410 und des Mischabschnitts 420 derart bestimmt, dass ein äquivalentes Durchmesserverhältnis D2/D1 eines äquivalenten Durchmessers D2 des Mischabschnitts 420 zu einem äquivalenten Durchmesser D1 eines Auslasses der Düse 410 1,05 bis 10 wird. Hier ist der äquivalente Durchmesser ein durch Umwandeln einer Querschnittsfläche eines Kältemitteldurchtritts zu einem Kreis definierter Durchmesser. In der ersten Ausführungsform sind, da der Auslass der Düse 410 und des Mischabschnitts 420 kreisförmig sind, die äquivalenten Durchmesser D1, D2 jeweils der Durchmesser des Auslasses der Düse 410 und der Durchmesser des Mischabschnitts 420.
In der ersten Ausführungsform ist der äquivalente Durchmesser D2 des Mischabschnitts 420 bis zum Diffusor 430 konstant. Der Mischabschnitt 420 kann jedoch derart zulaufend sein, dass eine Querschnittsfläche S2 des Mischabschnitts 420 zu dem Diffusor 430 hin größer wird. In diesem Fall ist der äquivalente Durchmes ser D2 des Mischabschnitts 420 an dem Einlass des Mischabschnitts 420 begrenzt bzw. festgelegt.
Die Düse 410 der ersten Ausführungsform enthält einen Halsabschnitt 410a (Drosselabschnitt) mit einer in dem Kältemitteldurchtritt der Düse 410 kleinsten Durchtrittsfläche. In 2 bezeichnet "r" eine radiale Größe in dem Halsabschnitt 410a. Die Düse 410 ist ferner eine divergierende Düse, welche eine Dimension B zwischen dem Halsabschnitt 410a und dem Auslass der Düse 410 größer als eine Dimension A zwischen dem Halsabschnitt 410a und einem Abschnitt ist, von welchem die Durchtrittsfläche der Düse 410 kleiner wird.
In dem Ejektor 400 wird der Druck von aus dem Auslass der Düse 410 abgegebenem Kältemittel in einem Druckerhöhungsabschnitt erhöht, welcher den Mischabschnitt 420 und den Diffusor 430 enthält.
In 1 ist ein Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 derart angeordnet, dass aus dem Ejektor 400 abgegebenes Kältemittel in den Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 strömt. Der Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 speichert darin Kältemittel, und Kältemittel, welches aus dem Ejektor 400 strömt, wird in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. Das in dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 abgeschiedene gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 100 gesaugt, und das in dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 abgeschiedene Flüssigkältemittel wird zu dem Verdampfer 300 gesaugt.
Ein Kältemitteldurchtritt 301, welcher den Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 und den Verdampfer 300 verbindet, ist mit einem Kapillarrohr oder einer festen Drossel versehen, so dass aus dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 zu dem Verdampfer 300 strömendes Kältemittel dekomprimiert wird. Durch diese Dekompression in dem Kältemitteldurchtritt 301 kann Druck (Verdampfungsdruck) innerhalb des Verdampfers 300 hinreichend reduziert werden.
Als nächstes wird nachstehend der Betrieb des Ejektorkreissystems gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Wenn der Kompressor 100 arbeitet, wird gasförmiges Kältemittel aus dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 in den Kompressor 100 gesaugt und komprimiertes Kältemittel wird zu dem Radiator 200 abgegeben. Kältemittel wird in dem Radiator 200 gekühlt und strömt in den Ejektor 400. Kältemittel aus dem Radiator 200 wird dekomprimiert und in der Düse 410 des Ejektors 400 expandiert und gasförmiges Kältemittel in dem Verdampfer 300 wird in den Mischabschnitt 420 durch die Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung aus der Düse 410 gesaugt. Während aus dem Verdampfer 300 angesaugtes gasförmiges Kältemittel und aus der Düse 410 ausgestoßenes Kältemittel in dem Mischabschnitt 420 gemischt werden, wird der dynamische Druck (Geschwindigkeitsenergie) des Kältemittels zu dem statischen Druck (Druckenergie) von Kältemittel in dem Diffusor 430 bedeckt bzw. in diesem umgewandelt. Anschließend strömt Kältemittel aus dem Diffusor 430 des Ejektors 400 in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 500.
Andererseits strömt, da Kältemittel innerhalb des Verdampfers 300 in den Ejektor 400 gesaugt wird, Flüssigkäitemittel in dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 in den Verdampfer 300 und verdampft in dem Verdampfer 300 unter Absorption von Wärme von Luft, welche in das Passagierabteil auszublasen ist.
3 ist ein Mollier-Diagramm (p-h-Diagramm), welches den Betrieb des Ejektorkreissystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In 3 sind Kältemittelzustände an unterschiedlichen Positionen (z.B. C1, C2 ...), welche in 1 gezeigt sind, bezeichnet. Ein erhöhter Druck ΔP des Ansaugkältemitteldrucks des Kompressors 100 wird in Übereinstimmung mit einem Betriebswirkungsgrad des Mischabschnitts 420 und des Diffusors 430 geändert, und wird während der spezifischen Enthalpie-Differenz Δie (adiabatische Wärmeverringerung) zwischen Kältemittel an einem Kältemitteleinlass (Punkt, welcher durch C2 in 1 gezeigt ist) der Düse 410 und Kältemittel an einem Kältemitteleinlass (Punkt, welcher durch C3 in 1 gezeigt ist) des Diffusors 430, größer.
Als nächstes werden nachfolgend Merkmale (Betriebswirkungen) des Ejektorkreissystems gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. 4 ist ein Simulationsergebnis der ersten Ausführungsform, welches ein Verhältnis zwischen einem äquivalenten Durchmesserverhältnis D2/D1 und dem Ejektor-Wirkungsgrad η_e zeigt. In 4 wird eine Massenströmungsmenge von Kältemittel (nachfolgend als "Kältemittelströmungsmenge") als ein Parameter verwendet. Wie in 4 gezeigt, erhöht sich, wenn das Äquivalent-Durchmesserverhältnis D2/D1 1,05 oder mehr wird, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e rapide. Wenn ferner das Äquivalent-Durchmesserverhältnis D2/D1 4 oder mehr wird, wird der Ejektor-Wirkungsgrad η_e langsam verkleinert.
Wenn daher das Äquivalent-Durchmesserverhältnis D2/D1 1,05 oder mehr wird, kann das Ejektorkreissystem unter Aufrechterhaltung des hohen Ejektor-Wirkungsgrads η_e (η_e > 20%) betrieben werden. Das Äquivalent-Durchmesserverhältnis D2/D1 kann aus einem Bereich von 1,05 bis 10 gewählt werden.
Wenn das Äquivalent-Durchmesserverhältnis D2/D1 in einem Bereich von 1,3 bis 5,3 gewählt wird, kann das Ejektorkreissystem unter Aufrechterhaltung des Ejektor-Wirkungsgrads η_e bei 40 % oder mehr betrieben werden. Deshalb ist selbst dann, wenn die Außenlufttemperatur hoch ist und der Leistungskoeffizient (COP = coefficient of performance) des Ejektorkreissystems zum Absinken neigt (wie im Leerlaufbetrieb) das Ejektorkreissystem der ersten Ausführungsform hinsichtlich des COP einem allgemeinen Dampfkompressions-Kältemittelkreis überlegen, welcher R134a als Kältemittel verwendet.
Hier ist der Ejektor-Wirkungsgrad η_e als die nachfolgende Formel (1) unter Betracht der Kältemittelgeschwindigkeitsenergie vor dem Ansaugen in den Ejektor 400 definiert. ηe = [ΔP(Gn + Ge)/pg – Ge(Ue2/2)]/(Δie·Gn) = [(Gn + Ge) Δir – Ge(Ue2/2)]/(Δie·Gn) (1) wobei Gn eine in den Radiator 200 (den hochdruckseitigen Wärmetauscher) strömende Kältemittelströmungsmenge ist, Ge eine in den Verdampfer 300 (den niedrigdruckseitigen Wärmetauscher) strömende Kältemittelströmungsmenge ist, Δie = i(C2) – i(C3), Δir = i(C8') – i(C8), ΔP = P_D – P_L, Ue eine Ansaugströmungsgeschwindigkeit von Kältemittel, und ρg eine Saugströmungsgasdichte von Kältemittel ist. Hier sind i(C2), i(C3), i(Cu) und i(C8') Enthalpien an Punkten, welche in 1 jeweils durch C2, C3, C8 und C8' dargestellt sind.
5 ist ein Simulationsergebnis der ersten Ausführungsform, welches ein Verhältnis zwischen einem Verhältnis L/D2 und dem Ejektor-Wirkungsgrad η_e zeigt. Das Verhältnis L/D2 ist ein Verhältnis der Länge L des Mischabschnitts 420 zu dem Äquivalent-Durchmesser D2 des Mischabschnitts 420. Wie in 5 gezeigt, kann, wenn das Verhältnis L/D2 170 oder weniger ist, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e bei 5 % oder mehr in dem Ejektorkreissystem aufrechterhalten werden, welches Kohlendioxid als Kältemittel verwendet.
In der ersten Ausführungsform wird das Verhältnis L/D2 für den Mischabschnitt 420 auf 120 oder weniger eingestellt, so dass der Ejektor-Wirkungsgrad η_e bei 20 % oder mehr gehalten werden kann. Wie in 2 gezeigt, ist die Länge L des Mischabschnitts 420 eine Länge zwischen einem Kältemittelauslass der Düse 410 und einem Kältemitteleinlass des Diffusors 430.
Wenn der Ejektor-Wirkungsgrad η_e auf 20 % oder mehr gehalten wird, kann der COP des Ejektorkreissystems, welches Kohlendioxid als Kältemittel verwendet, um etwa 3 % oder mehr im Vergleich mit einem einfachen Dampfkompressions-Kältemittelkreissystem verbessert werden, welches ein Expansionsventil verwendet, wie in 6 gezeigt ist. Ferner kann der COP des Ejektorkreissystems, welches R404a als Kältemittel verwendet, um etwa 8 % oder mehr im Vergleich mit einem einfachen Dampfkompressions-Kältemittelkreissystem verbessert werden. Ferner kann der COP des Ejektorkreissystems, welches R134a als Kältemittel verwendet, um etwa 10 % oder mehr im Vergleich mit einem einfachen Dampfkompressions-Kältemittelkreissystem verbessert werden.
Die Simulationen gemäß der 5, 6 werden durchgeführt, wenn die Außenlufttemperatur sich in einem Bereich von –30 bis 55 °C (Lufttemperatur um eine Stelle, an welcher der Radiator 200 angeordnet ist) ändert, und wenn die Innenlufttemperatur sich in einem Bereich von –30 bis 55 °C (Lufttemperatur um eine Stelle, an welcher der Verdampfer 300 angeordnet ist) ändert.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Dimension B größer gewählt als die Dimension A in der Düse 410, das Verhältnis L/D2 gleich oder kleiner als 120 gewählt, und das Verhältnis D2/D1 in einem Bereich von 1,05 bis 10 eingestellt. Demgemäß kann, wie in den 4 und 5 gezeigt, ungeachtet der Kältemittelströmungsmenge und eines Kältemittelmaterials das Ejektorkreissystem betrieben werden, während ein hoher Ejektor-Wirkungsgrad η_e aufrecht erhalten werden kann.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird Flon HFC-134a (R134a) als Kältemittel verwendet. Wie in 7 gezeigt, wird in dem Fall, in welchem das Äquivalent-Durchmesserverhältnis D2/D1 1,5 oder mehr wird, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e rapid verbessert, ungeachtet der Kältemittelströmungsmenge. Demgemäß wird in der zweiten Ausführungsform der Ejektor-Wirkungsgrad η_e dadurch verbessert, dass das Äquivalent-Durchmesserverhältnis D2/D1 in einem Bereich von 1,5 bis 4,5 gewählt wird.
Wie in 7 gezeigt, kann, selbst in dem Fall, in welchem Flon als Kältemittel verwendet wird, wenn das Äquialent-Durchmesserverhältnis D2/D1 auf 1,05 oder mehr gewählt wird, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e hinreichend erhalten werden. In der zweiten und den nachfolgenden Ausführungsformen weist der Ejektor 400 das Verhältnis L/D2 von 120 oder weniger auf, und eine divergierende Düse wird als die Düse 410 verwendet, wenn in dieser Hinsicht keine Beschreibung vorliegt.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird der Ejektor-Wirkungsgrad η_e durch Optimieren eines Extensionswinkels θ_d des Diffusors 430 verbessert (siehe 2). Insbesondere wird der Extensionswinkel θ_d in einen Bereich von 0,2 Grad und (bis) 34 Grad gewählt. Bevorzugter wird der Extensionswinkel θ_d in einem Bereich von 0,2 bis 7 Grad gewählt. Beispielsweise kann in der dritten Ausführungsform der Extensionswinkel θ_d mit 6,5 Grad gewählt werden.
8 ist ein Simulationsergebnis der dritten Ausführungsform, welches ein Verhältnis zwischen dem Extensionswinkel θ_d des Diffusors 430 und des Ejektor-Wirkungsgrads η_e zeigt. Wie in 8 gezeigt, kann, wenn der Extensionswinkel 8d in einem Bereich von 0,2 und (bis) 34 Grad ist, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e auf 20 % oder mehr in dem Ejektorkreissystem gehalten werden, welches Kohlendioxid als Kältemittel verwendet.
Die Simulation in 8 wird durchgeführt, wenn die Außenlufttemperatur sich in einem Bereich zwischen –30 °C und 55 °C (Lufttemperatur um eine Position, in welcher der Radiator 200 angeordnet ist) ändert, und wenn die Innenlufttemperatur in einem Bereich zwischen –30 °C und 55 °C (Lufttemperatur um eine Position, in welchem der Verdampfen 300 angeordnet ist) ändert.
In 8 zeigt der Graph "a" ein Simulationsergebnis eines Ejektorkreissystems mit einem inneren Wärmetauscher, in welchem ein Wärmetausch zwischen Kältemittel, welches in den Kompressor 100 zu saugen ist, und Kältemittel an einer Auslassseite des Radiators 200 einem Wärmeaustausch unterzogen werden. Ferner zeigt in 8 der Graph "b" ein Simulationsergebnis eines Ejektorkreissystems ohne den inneren Wärmetauscher.
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 9A, 9B beschrieben. In der vierten Ausführungsform wird der Ejektor-Wirkungsgrad η_e durch Optimieren der Düsenform 410 verbes sert. Insbesondere ist ein Kältemitteldurchtritt der Düse 410 derart ausgebildet, dass im Wesentlichen eine isentrope Änderung im Kältemittel innerhalb der Düse 410 von der Kältemittel-Einlassseite zu der Kältemittel-Auslassseite auftritt.
Da das Kältemittel innerhalb der Düse 410 adiabatisch expandiert werden kann, kann die Expansionsenergie demgemäß erhöht werden, wodurch sich der Ejektor-Wirkungsgrad η_e verbessert. In dem Diffusor 430 kann der Kältemitteldruck durch die Expansionsenergie erhöht werden (Energie(rück)gewinnung).
In dieser Beschreibung tritt die im Wesentlichen isentropische Änderung im Kältemittel innerhalb der Düse 410 von der Kältemittel-Einlassseite zu der Kältemittel-Auslassseite auf. Diese im Wesentlichen isentropische Änderung bedeutet, dass die Energie einer adiabatischen Wärmesenkung, welche innerhalb der Düse 410 zwischen der Kältemittel-Einlassseite und der Kältemittel-Auslassseite erzeugt wird, um 70 % oder mehr in kinetische Energie umgewandelt werden kann.
In 9A ist als ein Beispiel gemäß der vierten Ausführungsform die Düse 410 eine divergierende Düse mit einem Halsabschnitt, bei welchem die Durchtrittsfläche in dem Kältemitteldurchtritt der Düse 410 am kleinsten wird, und ein Kontraktionswinkel θn1 an der Kältemittel-Einlassseite in einem Bereich zwischen 0,05 Grad und 20 Grad ist. Ferner ist in 9A ein Extensionswinkel θ_n2 an der Kältemittel-Auslassseite in einem Bereich zwischen 0,05 Grad und 17,5 Grad. In 9B ist als ein anderes Beispiel die Düse 410 eine konvergierende Düse, in welcher die Durchtrittsfläche des Kältemitteldurchtritts von der Kältemittel-Einlassseite zu der Kältemittel-Auslassseite der Düse kleiner wird, und der Kontraktionswinkel θ_n1 an der Kältemittel-Einlassseite ist in einem Bereich zwischen 0,05 Grad und 20 Grad.
Die Düsenform wird durch simultane Gleichungen der folgenden Formeln (2), (3) bestimmt. Das heißt, die Formel (2) ist eine Bewegungsgleichung, und die Formel (3) ist eine Massengleichung. ηn·(h1 – h2) = (v22 – v12) (2)wobei "h" spezifische Enthalpie ist, "v" eine Kältemittelströmungsgeschwindigkeit ist, und η_n der Düsenwirkungsgrad ist. G = ηc·ρ·v·A (3)wobei A die Querschnittsfläche ist, G eine Kältemittelströmungsmenge ist, "ρ" Dichte bedeutet, und η_c ein Koeffizient der Kältemittelströmungsmenge ist.
Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 10A, 10B beschrieben. In der fünften Ausführungsform ist, wie in den 10A, 10B gezeigt, eine Düsengruppe 440 durch mehrere (drei in der fünften Ausführungsform) Düsen 410 aufgebaut, welche konzentrisch angeordnet sind. Ferner sind Ventile 451 bis 453 derart vorgesehen, dass Strömungsmengen von Kältemittel, welche in die mehreren Düsen 410 strömen, jeweils unabhängig gesteuert werden. In der fünften Ausführungsform wird eine divergierende Düse als jede der Düsen 410 verwendet, und das Verhältnis L/D wird dahingehend gewählt, gleich oder kleiner 120 zu sein.
Jeder Öffnungsgrad der Ventile 451 bis 453 wird in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Ejektorkreissystems gesteuert. Insbesondere wird, wenn eine thermische Last des Ejektorkreissystems ansteigt, die Anzahl der Düsen 410, in welchen Kältemittel strömt, erhöht. Hier bedeutet thermische Last eine Wärmeabsorptionskapazität, welche an dem Verdampfer 300 erforderlich ist, oder eine Wärmeabstrahlkapazität, welche an dem Radiator 200 erforderlich ist. Andererseits wird, wenn die thermische Last des Ejektorkreissystems sinkt, die Anzahl der Düsen 410, in welchen Kältemittel strömt, gesenkt.
Da die mehreren Düsen 410 konzentrisch angeordnet sind, wird verhindert, daß sich die Größe der Düsengruppe 440 vergrößert, wenn dies mit einem Fall verglichen wird, in welchem die mehreren Düsen 410 in einer Linie angeordnet sind.
Ferner kann in der fünften Ausführungsform ein Kontaktbereich zwischen einer aus der Düsengruppe 440 ausgestoßenen Kältemittelströmung, und einer angesaugten Kältemittelströmung, welche aus dem Verdampfer 300 in den Ejektor 400 gesaugt wird, erhöht werden. Demgemäß kann die angesaugte Kältemittelströmung genau in den Ejektor 400 gesaugt werden, wodurch eine Mischleistung zwischen der angesaugten Kältemittelströmung und der treibenden Kältemittelströmung verbessert werden kann.
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 11A und 11B beschrieben. In der sechsten Ausführungsform wird, wie in den 11A und 11B gezeigt ist, eine Düsengruppe 440 durch mehrere (drei in der sechsten Ausführungsform) Düsen 410 aufgebaut, welche konzentrisch angeordnet sind. Ferner ist ein Ventil 454 derart vorgesehen, dass eine Strömungsmenge von Kältemittel, welches in die Düsengruppe 440 strömt, gesteuert wird. Eine divergierende Düse wird als die Düse 410 verwendet, und das Verhältnis L/D wird so gewählt, gleich oder kleiner 120 in der sechsten Ausführungsform zu sein.
In der sechsten Ausführungsform wird, wenn eine thermische Last des Ejektorkreissystems ansteigt, der Öffnungsgrad des Ventils 454 vergrößert, wodurch die Kältemittelströmungsmenge erhöht wird, welche in die Düsengruppe 440 einströmt. Dagegen wird, wenn die thermische Last des Ejektorkreissystems sinkt, der Öffnungsgrad des Ventils 454 gesenkt, wodurch die Kältemittelströmungsmenge gesenkt wird, welche in die Düsengruppe 440 einströmt.
Demgemäß kann in der sechsten Ausführungsform die Anzahl von Ventilen zur Steuerung der Kältemittelströmungsmenge im Vergleich mit der fünften Ausführungsform reduziert werden, in welcher jede der mehreren Düsen 410 unabhängig voneinander gesteuert werden. In 11A werden, als ein Beispiel der sechsten Ausführungsform, die Düsen 410 derart angeordnet, dass Kältemittelströmungs-Axiallinien aus der Düse 410 im Wesentlichen parallel zueinander sind. In 11B werden, als ein anderes Beispiel gemäß der sechsten Ausführungsform, die Dü sen 410 derart angeordnet, dass Kältemittelströmungs-Axiallinien aus den Düsen 410 sich im Wesentlichen einander kreuzen.
Eine siebte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 12 bis 14 beschrieben. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der der Druck erhöhende Abschnitt definitiv in den Mischabschnitt 420 und den Diffusor 430 unterteilt. In der siebten Ausführungsform sind jedoch, wie in 12 gezeigt ist, der Mischabschnitt 420 und der Diffusor 430 integral ausgebildet, um einen Druckerhöhungsabschnitt 423 auszubilden, in welchem der Kältemitteldruck erhöht (rückgewonnen) wird, während Kältemittel (antreibender Kältemittelstrom), welcher aus der Düse 410 ausgestoßen wird, und Kältemittel (Saugkältemittelstrom), welches aus dem Verdampfer 300 gesaugt wird, gemischt werden. In dem Druckerhöhungsabschnitt 423 steigt die Querschnittsfläche des Kältemitteldurchtritts von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite hin an.
13 ist ein Simulationsergebnis, welches ein Verhältnis zwischen einem Extensionswinkel θ_d des Druckerhöhungsabschnitts 423 und einer Druckerhöhungsgröße (P2–P1) in dem Ejektor 400 zeigt. Hier ist die Druckerhöhungsgröße ein Druckuntrschied (P2–P1) zwischen itteldruck P2 an dem Kältemittelauslass des Ejektors 400 (Druckerhöhungsabschnitt 423) und Kältemitteldruck P1, angesaugt aus dem Verdampfer 300 in den Ejektor 400. Wie in 13 gezeigt ist, kann, wenn der Extensionswinkel θ_d in einem Bereich von 0,2 Grad und (bis) 4 Grad (vorzugsweise 1,2 Grad) ist, eine erhöhte Druckmenge gleich oder größer als die der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sein, wo der Mischabschnitt 420 und der Diffusor 430 definitiv voneinander in dem Ejektor 400 getrennt sind.
Hier ist eine Simulationsbedingung dieselbe wie die in den vierten und fünften Ausführungsformen. Wie in 12 gezeigt, ist der Extensionswinkel θ_d durch eine innere Wandoberfläche des Druckbegrenzungsabschnitts 423 und einer Referenz linie parallel zu einer zentralen Axiallinie des Druckerhöhungsabschnitts 423 begrenzt.
In der siebten Ausführungsform können der Mischabschnitt 420 und der Diffusor 430 integral ausgebildet sein, während eine hinreichende Funktion (Druckerhöhungsleistung) erhalten wird. Der Aufbau des Ejektors 400 kann daher vereinfacht werden, wodurch die Herstellungskosten des Ejektors 400 reduziert werden.
14 ist ein Graph (Simulationsergebnisse), welcher ein Verhältnis zwischen einem erhöhten Druck (P2–P1) und eines Abstands L' von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass des Druckerhöhungsabschnitts 423 des Ejektors 400 der siebten Ausführungsform zeigt, und ein Verhältnis zwischen einem erhöhten Druck (P2–P1) und eines Abstands L von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass des Mischabschnitts 420 eines Vergleichsbeispiels zeigt, in welchem der Mischabschnitt 420 und der Diffusor 430 definitiv voneinander getrennt sind. Wie in 14 gezeigt, tritt ein Druckverlust Pa an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Mischabschnitt 420 und dem Diffusor 430 in dem Vergleichsbeispiel auf. Der Diffusor 430 muss deshalb hinreichend vergrößert werden, um Kältemitteldruck auf denselben Druck zu erhöhen, wie in dem Ejektor 400 gemäß der siebten Ausführungsform.
Das heißt, der Ejektor 400 gemäß der siebten Ausführungsform kann selbst dann, wenn der Druckerhöhungsabschnitt 423 (das heißt, der Ejektor 400) um eine Kürzungsdistanz ΔL' im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel verkürzt ist, einen Kältemitteldruck erhalten, welcher höher als der des Vergleichsbeispiels ist, wodurch die Größe des Ejektors 400 reduziert wird.
Wie in 13 gezeigt, kann, selbst wenn der Extensionswinkel θ_d Null ist, das heißt, die Kältemitteldurchtritts-Querschnittsfläche des Druckerhöhungsabschnitts 423 im Wesentlichen konstant ist, der Kältemitteldruck erhöht (rückgewonnen) werden, während die Antriebskältemittelströmung und die Saugkältemittelströmung gemischt werden.
In dem Ejektorkreissystem ist, wie in 12 gezeigt ist, eine Saugdüse 411 zum Ausstoßen der Saugkältemittelströmung koaxial bezüglich der Düse 410 zum Ausstoßen der Antriebskältemittelströmung angeordnet. Ferner sind Kältemittelausstoßöffnungen 410a, 411a der beiden Düsen 410, 411 vorzugsweise bei den im Wesentlichen gleichen Positionen, beispielsweise an einem Einlassabschnitt des Druckerhöhungsabschnitts 423 in der siebten Ausführungsform angeordnet.
Selbst in dem Ejektor 400 der siebten Ausführungsform kann die Düse 410 durch die divergierende Düse ausgebildet werden. Ferner kann, wenn der Druckerhöhungsabschnitt 423 eine Länge L' in der Kältemittelströmungsrichtung und einen kleinsten Äquivalent-Durchmesser D2 aufweist, ein Verhältnis der Länge L' zu dem kleinsten Äquivalent-Durchmesser D2 gleich oder kleiner 120 gewählt werden, und ein Verhältnis des kleinsten Äquivalent-Durchmessers D2 des Druckerhöhungsabschnitts 423 zu dem Äquivalent-Durchmesser D1 an dem Auslass der Düse 410 kann in einem Bereich von 1,05 bis 10 eingestellt werden. In diesem Fall kann, ähnlich zu der ersten Ausführungsform, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e verbessert werden.
Als nächstes wird nun eine achte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Wie in 15 gezeigt, ist die achte Ausführungsform eine Kombination der sechsten und siebten Ausführungsformen. Insbesondere wird die Düsengruppe 440 verwendet, welche durch die mehreren Düsen 410 gebildet wird, und der integrierte Druckerhöhungsabschnitt 423 wird in dem Ejektor 400 ausgebildet.
Als nächstes wird eine neunte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. In der neunten Ausführungsform wird, wie in 16 gezeigt ist, der Druckerhöhungsabschnitt 423 derart ausgebildet, dass die im Wesentlichen isentropische Änderung in dem Kältemittel innerhalb des Druckerhöhungsabschnitts 423 von der Kältemittel-Einlassseite zu der Kältemittel-Auslassseite auftritt. Demgemäß kann Kältemittel adiabatisch in nerhalb des Druckerhöhungsabschnitts 423 expandiert werden, wodurch der Ejektor-Wirkungsgrad η_e verbessert wird.
Eine zehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 17 beschrieben. Wie in 17 gezeigt, ist eine Seite der Kältemittel-Ausstoßöffnung 410a der Düse 410 an dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 angeschlossen, während der Mischabschnitt 420 und der Diffusor 430 (Druckerhöhungsabschnitt 423) weggelassen ist. Das heißt, der Mischabschnitt 420 und der Diffusor 430 (Druckerhöhungsabschnitt 423) sind nicht vorgesehen, und die Seite der Kältemittel-Ausstoßöffnung 410a der Düse 410 ist direkt an den Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 angeschlossen. Dadurch wird gasförmiges Kältemittel, welches in dem Verdampfer 300 verdampft wurde, in den Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 durch die Antriebskältemittelströmung gesaugt. Ferner wird in dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 die Geschwindigkeitsenergie in die Druckenergie umgewandelt, während das angesaugte Kältemittel (Saugkältemittelströmung) aus dem Verdampfer 300 und die Antriebskältemittelströmung aus der Düse 410 gemischt werden, wodurch ein Kältemitteldruck erhöht wird. Als ein Ergebnis kann die Größe des Ejektorkreissystems reduziert werden, und die Herstellungskosten des Ejektorkreissystems können reduziert werden.
Eine elfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. Wie in 18 gezeigt, ist die Kältemittel-Auslassseite des Mischabschnitts 420 in dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 angeschlossen und die Geschwindigkeitsenergie des aus dem Mischabschnitt 420 abgegebenen Kältemittels wird in die Druckenergie umgewandelt, wodurch Kältemitteldruck in dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider erhöht wird. Als ein Ergebnis können auch in der elften Ausführungsform die Herstellungskosten des Ejektorkreissystems reduziert werden.
Eine zwölfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 19 und 20 beschrieben. 19 zeigt ein Simula tionsergebnis, welches ein Verhältnis zwischen einer Kältemittel-Strömungsgeschwindigkeit (Relativgeschwindigkeit Vgi/Vgno) aus dem Kältemittelauslass der Düse 410 zu dem Kältemittelauslass des Diffusors 430 zeigt, und eine Radialposition in einer Radialrichtung von einem Zentrum in einem Kältemitteldurchtrittsquerschnitt des Ejektors 400. Die Simulation von 19 wird unter der Annahme, dass die Kältemittel-Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (Gasströmungsgeschwindigkeitsverteilung) symmetrisch relativ zu der zentralen Axiallinie ist, und unter der Annahme, dass die Kältemittel-Strömungsmenge an dem Auslass der Düse 410 gleich 1 ist, durchgeführt. In 19 bezeichnet A ein Ausstoßströmungsgas-Kältemittel, welches aus der Düse 410 strömt, und B bezeichnet ein Ansauggas-Kältemittel (Saugströmungsgas), welches aus dem Verdampfer 300 gesaugt wird. Wie in 19 gezeigt, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Ausstoßströmungsgas-Kältemittels, welches aus der Düse 410 abgegeben wird, während das Ausstoßströmungsgas-Kältemittel Kältemittel aus dem Verdampfer 300 ansaugt und beschleunigt. An einer Kältemittel-Auslassseite des Mischabschnitts 420 (Kältemittel-Einlassseite des Diffusors 430) ist daher die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Ausstoßströmungsgas-Kältemittels nahezu abgeschlossen, wie durch "a" in 19 gezeigt ist, und das Ansauggas-Kältemittel aus dem Verdampfer 300 wird hinreichend beschleunigt, wie durch "b" in 19 gezeigt ist. Das heißt, an der Kältemittel-Auslassseite des Mischabschnitts 420 (Kältemittel-Einlassseite des Diffusors 430) werden gasförmiges Kältemittel, welches aus der Düse 410 abgegeben wird, und gasförmiges Kältemittel, welches aus dem Verdampfer 300 gesaugt wird, derart gemischt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels, welches aus dem Verdampfer 300 angesaugt wird, nahezu gleich dem des gasförmigen Kältemittels wird, welches aus der Düse 410 tritt. Das gemischte Kältemittel, welches in dem Mischabschnitt 420 gemischt wird, strömt in den Diffusor 430 und der Kältemitteldruck wird in dem Diffusor 430 erhöht, während die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels gesenkt wird.
In einem idealen Ejektor 400 wird ein Kältemitteldruck in dem Mischabschnitt 420 derart erhöht, dass die Summe der kinetischen Größe des Antriebsströmungs- Kältemittels (Ausstoßströmungs-Kältemittel) aus der Düse 410 und die kinetische Größe des Saugströmungs-Kältemittels aus dem Verdampfer 300 erhalten werden, und der Kältemitteldruck in dem Diffusor 430 derart erhöht wird, dass die Energie desselben erhalten wird. Wenn jedoch eine Strömungsrate des Antriebsströmungs-Kältemittels und eine Strömungsrate des Saugströmungs-Kältemittels nicht annähernd gleich sind und die Strömungsraten derselben sich voneinander erheblich unterscheiden, ist es schwierig, die Geschwindigkeitsenergie effektiv in die Druckenergie umzuwandeln. Demgemäß wird eine Druckerhöhungsgröße in dem Diffusor 430 verringert. Andererseits wird, wenn ein Abschnitt mit derselben Querschnittsfläche fortgesetzt wird, nachdem die Strömungsrate des Antriebsströmungs-Kältemittels und die Strömungsrate des Saugströmungs-Kältemittels annähernd gleich werden, die Strömungsrate des Kältemittels, welches in den Diffusor 430 strömt, infolge einer Oberflächenreibung gesenkt, und deshalb wird die den Druck erhöhende Größe in dem Diffusor 430 gesenkt.
Deshalb ist in der zwölften Ausführungsform die Länge L des Mischabschnitts 420 zweckmäßig ausgewählt, so dass Kältemittel in den Diffusor 430 strömt, nachdem die Strömungsrate des Saugströmungs-Kältemittels aus dem Verdampfer 300 und die Strömungsrate des Antriebsströmungs-Kältemittels aus der Düse 410 annähernd gleich wird. Demgemäß kann der Ejektor-Wirkungsgrad η_e weiter erhöht werden.
Wie in 20 gezeigt, wird, wenn die Strömungsrate des Saugströmungs-Kältemittels und die Strömungsrate des Antriebsströmungs-Kältemittels annähernd gleich in dem Mischabschnitt 420 wird, der Kältemitteldruck in dem Mischabschnitt 420 annähernd konstant, und ein Druckerhöhungsverhältnis wird annähernd Null. Durch Erfassen des Kältemittelsdrucks an dem Kältemittelauslass der Düse 410 kann deshalb festgestellt werden, dass die Strömungsrate des Saugströmungs-Kältemittels annähernd gleich der des Antriebsströmungs-Kältemittels wird.
Eine dreizehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 21 bis 24 beschrieben.
In dem Ejektor 400 wird der Kältemitteldruck in dem Mischabschnitt 420 derart erhöht, dass die Summe der kinetischen Größe des Antriebsströmungs-Kältemittels (Ausstoßströmungs-Kältemittels) aus der Düse 410 und der kinetischen Größe des Saugströmungs-Kältemittels aus dem Verdampfer 300 erhalten werden, und der Kältemitteldruck in dem Diffusor 430 wird so erhöht, dass die Energie desselben erhalten wird. Jedoch wird, wenn die Durchtrittsquerschnittsfläche des Mischabschnitts 420 zur Vergrößerung des Druckerhöhungsverhältnisses in dem Mischabschnitt 420 vergrößert wird, eine Expansionsgröße des Durchtrittsquerschnittsbereichs in dem Diffusor 430 gesenkt, und die Druckerhöhungsgröße in dem Diffusor 430 wird reduziert.
Demgemäß wird in der dreizehnten Ausführungsform ein Druckerhöhungsverhältnis β (ΔPm/ΔP) einer Druckerhöhungsgröße ΔP in dem Mischabschnitt 420 zu einer gesamten Druckerhöhungsgröße ΔP in dem Ejektor 400 derart gewählt, dass der Ejektor-Wirkungsgrad η_e maximal wird. Hier ist die Gesamt-Druckerhöhungsgröße ΔP die Summe der Druckerhöhungsgröße ΔPm in dem Mischabschnitt 420 und der Druckerhöhungsggröße ΔPd in dem Diffusor 430.
21 ist ein Simulationsergebnis, welches ein Verhältnis zwischen dem Druckerhöhungsverhältnis β und dem Ejektor-Wirkungsgrad η_e zeigt, wenn ein Strömungsverhältnis α (Ge/Gn) ein Parameter ist, und Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird. Hier ist Gn eine in den Radiator 200 strömende Kältemittelströmungsgröße und Ge eine in den Verdampfer 300 strömende Kältemittelströmungsgröße. 22 ist ein Graph, welcher eine Relation zwischen dem Druckerhöhungsverhältnis β und dem Strömungsverhältnis α zeigt, bei welchem der Ejektor-Wirkungsgrad η_e maximal wird. In der Simulation von 22 wird Kohlendioxid als Kältemittel verwendet, und die Außenlufttemperatur ändert sich in einen Bereich von 15 °C bis 45 °C geändert.
Ferner ist 23 ein Simulationsergebnis, welches eine Relation zwischen dem Druckerhöhungsverhältnis β und dem Ejektor-Wirkungsgrad η_e zeigt, wenn das Strömungsverhältnis α (Ge/Gn) als ein Parameter vorliegt, und wenn HFC als Kältemittel verwendet wird. 24 ist ein Graph, welcher eine Relation zwischen dem Druckerhöhungsverhältnis β und dem Strömungsverhältnis α zeigt, bei welcher der Ejektor-Wirkungsgrad η_e maximal wird. In der Simulation von 24 wird HFC als Kältemittel verwendet, und die Außenlufttemperatur ändert sich in einen Bereich von –20 °C und (bis) 45 °C.
Wie in den 21 bis 24 gezeigt ist, wird, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird, das Druckerhöhungsverhältnis β dahingehend eingestellt, gleich oder größer 50 % zu sein. In diesem Fall kann, wenn das Druckerhöhungsverhältnis β in einem Bereich von 55 % bis 80 % gewählt wird, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e weiter verbessert werden. Andererseits wird, wenn HFC (Flon) als Kältemittel verwendet wird, das Druckerhöhungsverhältnis β dahingehend eingestellt, gleich oder größer als 30 % zu sein. In diesem Fall kann, wenn das Druckerhöhungsverhältnis β in einem Bereich von 35 % bis 80 % eingestellt wird, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e weiter verbessert werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird Kohlendioxid oder Flon als Kältemittel verwendet. Es kann jedoch als Kältemittel Ethylen, Ethan, Stickoxid, Kältemittel der Hydrocarbongruppe wie Propan, oder Mischkältemittel wie HFC-404A, HFC-407 oder HFC-410 verwendet werden.
Eine vierzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 25 und 26 beschrieben. In der vierzehnten Ausführungsform wird als Kältemittel typischerweise ein Mischkältemittel HFC-404A (R404A) verwendet. In der vierzehnten Ausführungsform ist der Aufbau des Ejektorkreissystems ähnlich dem der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform und die Erläuterung desselben wird weggelassen.
25 zeigt ein p-h-Diagramm des Ejektorkreissystems, wenn als Kältemittel das Mischkältemittel HFC-404A (R404A) verwendet wird. In 25 werden Kältemittelzustände an unterschiedlichen Positionen (z.B. C1, C2,...), die in 1 gezeigt sind, bezeichnet. Ferner bezeichnet die Linie L(i) die isentropische Kurve. Wie in 25 gezeigt, wird dass Mischkältemittel HFC-404A entlang der isentropischen Änderungskurve im Ejektor 400 (Düse 410) dekomprimiert. Deshalb kann, verglichen mit einem allgemeinen Dampfkompressions-Kältemittelkreis, die Trockenheit von Kältemittel unmittelbar nach der Dekompression verringert werden. Das heißt, das aus dem Ejektor 400 abgegebene Kältemittel weist ein großes Flüssigkeits-Kältemittel-Verhältnis auf. Demgemäß kann Gas-/Flüssigkeits-Kältemittel mit geringer Trockenheit aus dem Ejektor 400 in den Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 geliefert werden.
Somit kann ein Gaskältemittelverhältnis, welches in Kältemittel beinhaltet ist, das von dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 zu dem Verdampfer 300 zuzuführen ist, in großem Ausmaß klein gemacht werden, und ein Änderungsbereich eines Druckverlusts, welcher erzeugt wird, während Kältemittel von dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 500 zu dem Verdampfer 300 zugeführt wird, kann kleiner gemacht werden. Demgemäß kann eine Druckänderung in dem Verdampfer 300 kleiner gemacht werden, und eine Kältemitteltemperaturänderung (Verdampfungstemperaturänderung) in dem Verdampfer 300 kann kleiner gemacht werden. Als ein Ergebnis kann Kälteerzeugungskapazität (Wärmeabsorptionskapazität) in dem Verdampfer 300 verbessert werden.
Wenn ein einzelnes Kältemittel (z.B. HFC-134a (R134a)) verwendet wird, wird ein adiabatisches Absinken der Wärme (Düsenwirkungsgrad) zwischen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten der Düse 410 kleiner, wenn dies mit der vierzehnten Ausführungsform verglichen wird, wo das Mischkältemittel HFC-404A verwendet wird.
Mehrere Arten von Kältemittelmaterialien mit unterschiedlichen Siedepunkten werden derart gemischt, dass das gemischte Kältemittel erhalten wird. Deshalb wird, wenn gemischtes Kältemittel verwendet wird, die Temperatur innerhalb des Verdampfers 300 einfach höher. In der vierzehnten Ausführungsform kann es jedoch, selbst wenn das Mischkältemittel HFC-404A (R404A) verwendet wird, da die Druckänderung in dem Verdampfer 300 kleiner gemacht werden kann, es hinreichend die Temperatur innerhalb des Verdampfers 300 an einer Erhöhung hindern bzw. beschränken.
26 ist ein Simulationsergebnis, welches eine Relation zwischen dem Verhältnis L/D2 des Mischabschnitts 420 und dem Ejektor-Wirkungsgrad η_e zeigt, wenn das Strömungsverhältnis α (Ge/Gn) als ein Parameter vorliegt, und wenn das Mischkältemitel HFC-404A (R404A) als Kältemittel verwendet wird. Wie in 26 gezeigt, kann dann, wenn das Verhältnis L/D2 in einem Bereich von 2 bis 152 eingestellt wird und der Extensionswinkel θ_d in einem Bereich von 0,2 bis 70 Grad gewählt wird, der Ejektor-Wirkungsgrad η_e gleich oder größer 10 % gemacht werden.
In der vierzehnten Ausführungsform wird Mischkältemittel HFC-404A (R404A) verwendet. Es kann jedoch auch ein anderes Mischkältemittel wie HFC-407 (R407) und HFC-410 (R410) verwendet werden. Selbst in diesem Fall kann der Ejektor-Wirkungsgrad η_e durch zweckmäßiges Wählen jeder Dimension des Mischabschnitts 420 verbessert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass vielfältige Änderungen und Modifikationen für Fachleute ersichtlich sind.
Zum Beispiel kann in dem Ejektorkreis ein innerer Wärmetauscher 600, in welchem Kältemittel, das aus dem Kondensor 200 abgegeben wird, und Kältemittel, welches in den Kompressor 100 anzusaugen ist, einem Wärmetausch unterzogen wird, vorgesehen werden.
Solche Änderungen und Modifikationen sind dahingehend zu verstehen, dass diese innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen, wie sie durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Ejektorkreissystem, umfassend: einen Kompressor (100) zum Ansaugen und Komprimieren von Kältemittel; einen Radiator (200) zum Kühlen von aus dem Kompressor abgegebenen Kältemittel; einen Verdampfer (300), in welchem Kältemittel durch Absorption von Wärme verdampft wird; einen Ejektor (400) mit einer Düse (410), welche hochdruckseitiges Kältemittel aus dem Radiator (200) dekomprimiert, so dass eine Druckenergie von hochdruckseitigem Kältemittel, welches aus dem Radiator strömt, in eine Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird, so dass Kältemittel dekomprimiert und expandiert wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt (420, 430, 423), in welchem gasförmiges Kältemittel, welches in dem Verdampfer verdampft wurde, durch einen Hochgeschwindigkeitsstrom von Kältemittel angesaugt wird, so dass der Druck des Kältemittels erhöht wird, während aus der Düse abgegebenes Kältemittel und aus dem Verdampfer angesaugtes Kältemittel gemischt werden; und einen Gas-/Flüssigkeits-Abscheider (500) zum Aufbewahren von Kältemittel und zum Abscheiden von Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel, wobei: die Düse eine divergierende Düse (410) ist, welche in sich einen Halsabschnitt (410a) aufweist, bei welchem eine Durchtrittsquerschnittsfläche in einem Kältemitteldurchtritt der divergierenden Düse am kleinsten wird; die divergierende Düse eine erste Dimension (B) zwischen dem Halsabschnitt und einem Auslass der Düse, und eine zweite Dimension (A) zwischen dem Halsabschnitt und einem stromaufwärtigen Abschnitt stromaufwärts des Halsabschnitts aufweist, von welchem aus die Durchtrittsquerschnittsfläche in dem Kältemitteldurchtritt der divergierenden Düse kleiner wird, wobei die erste Dimension größer als die zweite Dimension ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckerhöhungsabschnitt eine Länge (L') in einer Kältemittelströmungsrichtung und einen kleinsten äquivalenten Durchmesser (D2) aufweist, und ein Verhältnis (L'/D2) der Länge zu dem kleinsten äquivalenten Durchmesser gleich oder kleiner 120 ist; und ein Verhältnis (D2/D1) des kleinsten äquivalenten Durchmessers des Druckerhöhungsabschnitts zu einem äquivalenten Durchmesser an dem Auslass der Düse in einem Bereich von 1,05 bis 10 ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 1, wobei das Kältemittel Kohlendioxid ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 1, wobei der Druckerhöhungsabschnitt eine Form derart aufweist, dass sich Kältemittel im Wesentlichen entlang einer isentropischen Kurve von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass des Druckerhöhungsabschnitts ändert.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 1, wobei: der Druckerhöhungsabschnitt einen Kältemitteldurchtritt mit einer Durchtrittsquerschnittsfläche aufweist; und die Durchtrittsquerschnittsfläche annähernd konstant von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in dem Kältemitteldurchtritt des Druckerhöhungsabschnitts ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 1, wobei: der Druckerhöhungsabschnitt einen Kältemitteldurchtritt mit einer Durchtrittsquerschnittsfläche aufweist; und die Durchtrittsquerschnittsfläche sich allmählich von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in dem Kältemitteldurchtritt des Druckerhöhungsabschnitts vergrößert.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 5, wobei der Druckerhöhungsabschnitt einen Erweiterungswinkel θ_d aufweist, welcher durch eine innere Wandoberfläche des Druckerhöhungsabschnitts und einer Referenzlinie parallel zu einer Mittenaxiallinie des Druckerhöhungsabschnitts begrenzt wird, und der Erstreckungswinkel gleich oder kleiner als 4 Grad ist.
Ejektorkreissystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Düse durch eine Düsengruppe (440) mit einer Mehrzahl von Düsenteilen (410) aufgebaut ist.
Ejektorkreissystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, des Weiteren umfassend: einen Mischabschnitt (420), in welchem Gaskältemittel, welches in dem Verdampfer verdampft wird, durch eine Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung angesaugt wird, welche aus der Düse ausgespritzt wird, und einen Diffusor (430), in welchem die Geschwindigkeitsenergie in eine Druckenergie umgewandelt wird, so dass der Druck des Kältemittels erhöht wird, während aus der Düse abgegebenes Kältemittel und aus dem Verdampfer angesaugtes Kältemittel gemischt werden; wobei der Mischabschnitt eine Länge (L) in einer Kältemittelströmungsrichtung und einen äquivalenten Durchmesser (D2) aufweist, und ein Verhältnis (L/D2) der Länge zu dem äquivalenten Durchmesser gleich oder kleiner 120 ist; und wobei ein Verhältnis (D2/D1) des äquivalenten Durchmessers (D2) des Mischabschnitts zu dem äquivalenten Durchmesser (D1) an dem Auslass der Düse in dem Bereich von 1,05 bis 10 ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 8, wobei: die Düse einen Verengungswinkel θn1 an einer Kältemitteleinlassseite stromaufwärts des Halsabschnitts und einen Erweiterungswinkel θn2 an einer Kältemittelauslassseite stromabwärts des Halsabschnitts aufweist; und der Verengungswinkel θn1 in einem Bereich von 0,05 bis 20 Grad ist, und der Erweiterungswinkel θn2 in einem Bereich von 0,05 bis 17,5 Grad ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 8, wobei die Düse eine Form derart aufweist, dass sich Kältemittel im Wesentlichen entlang einer isentropischen Kurve von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass der Düse ändert.
Ejektorkreissystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, wobei: eine Kältemittelauslassseite des Mischabschnitts an dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider derart angeschlossen ist, dass innerhalb des Gas-/Flüssigkeits-Abscheiders die Geschwindigkeitsenergie von Kältemittel, welches aus dem Mischabschnitt strömt, zu Druckenergie umgewandelt wird, um Kältemitteldruck zu erhöhen.
Ejektorkreissystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ejektor (400) eine erste Düse (410) aufweist, in welcher eine Druckenergie von hochdruckseitigem Kältemittel, welches aus dem Radiator strömt, zu einer Geschwindigkeitsenergie (411) umgewandelt wird, so dass Kältemittel dekomprimiert und expandiert wird, eine zweite Düse derart um die erste Düse herum angeordnet ist, dass Kältemittel durch eine Kältemittelströmung angesaugt und ausgespritzt wird, welche aus der ersten Düse ausgespritzt wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt (423) aufweist, in welchem die Geschwindigkeitsenergie zu der Druckenergie umgewandelt wird, so dass der Druck des Kältemittels erhöht wird, während aus der ersten Düse ausgespritztes Kältemittel und aus der zweiten Düse ausgespritztes Kältemittel gemischt werden, und wobei: die erste Düse eine erste Einspritzöffnung (410a) aufweist, von welcher aus Kältemittel aus dem Radiator eingespritzt wird, und wobei die zweite Düse eine zweite Einspritzöffnung (411a) aufweist, von welcher aus Kältemittel aus dem Verdampfer eingespritzt wird; und die erste Einspritzöffnung und die zweite Einspritzöffnung bei einer annähernd gleichen Position in einem Kältemitteldurchtritt des Ejektors in einer Kältemittelströmungsrichtung vorgesehen sind.
Ejektorkreissystem gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei in dem Mischabschnitt (420) ein in dem Verdampfer verdampftes gasförmiges Kältemittel durch eine Hochgeschwindigkeits-Kältemittelströmung angesaugt wird, welche aus der Düse ausgestoßen wird, um mit aus der Düse ausgespritztem Kältemittel gemischt zu werden, und wobei der Ejektor derart aufgebaut ist, dass Kältemittel aus dem Mischabschnitt in den Diffusor strömt, nachdem eine Strömungsrate von aus dem Verdampfer angesaugtem Kältemittel und eine Strömungsrate von aus der Düse ausgestoßenem Kältemittel in dem Mischabschnitt annähernd gleich wird.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 8, wobei: das Kältemittel Kohlendioxid ist; und das Verhältnis des äquivalenten Durchmessers des Mischabschnitts zu dem äquivalenten Durchmesser an dem Auslass der Düse in einem Bereich von 1,3 bis 5,3 ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 8, wobei: das Kältemittel Flon ist; und das Verhältnis des äquivalenten Durchmessers des Mischabschnitts zu dem äquivalenten Durchmesser an dem Auslass der Düse in einem Bereich von 1,05 bis 4,5 ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 8, wobei: der Diffusor einen Kältemitteldurchtritt mit einer Durchtrittsquerschnittsfläche aufweist; die Durchtrittsquerschnittsfläche sich allmählich von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in dem Kältemitteldurchtritt des Diffusors vergrößert; und der Diffusor einen Erweiterungswinkel θ_d aufweist, welcher durch eine innere Wandoberfläche des Diffusors und einer Referenzlinie parallel zu einer Mittenaxiallinie des Diffusors begrenzt wird, wobei der Erweiterungswinkel θ_d des Diffusors in einem Bereich von 0,2 bis 34 Grad ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 16, wobei der Erweiterungswinkel θ_d des Diffusors in einem Bereich von 0,2 bis 7 Grad ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 13, wobei die Düse durch eine Düsengruppe (440) aufgebaut ist, welche eine Mehrzahl von Düsenteilen (410) aufweist, wobei das System des Weiteren umfasst ein Ventil (451–454) zur Steuerung einer Strömungsmenge von in die Düsengruppe strömendem Kältemittel.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 18, wobei das Ventil eine Mehrzahl von Ventilteilen (451–453) aufweist, welche jeweils unabhängig die Strömungsmenge von in die Düsenteile strömendem Kältemittel steuert.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 18, wobei die Düsenteile konzentrisch angeordnet sind.
Ejektorkreissystem gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kältemittel ein gemischtes Kältemittel ist, welches durch Mischen mehrerer Kältemittel erhalten wird.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 21, wobei das gemischte Kältemittel HFC-404A ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 21, wobei das gemischte Kältemittel HFC-407 ist.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 21, wobei das gemischte Kältemittel HFC-410 ist.
Ejektorkreissystem gemäß einem der Ansprüche 8 bis 24, wobei: der Ejektor derart aufgebaut ist, dass ein Druckerhöhungsverhältnis (ΔPm/ΔP) eine Druckerhöhungsmenge (ΔPm) in dem Mischabschnitt zu einer Gesamtdruck-Erhöhungsmenge (ΔP) in dem Ejektor dahingehend eingestellt ist, gleich oder größer als 50 % zu sein, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 25, wobei das Druckerhöhungsverhältnis der Druckerhöhungsmenge in dem Mischabschnitt zu der Gesamtdruck-Erhöhungsmenge in dem Ejektor in einem Bereich von 55 bis 80 % gewählt ist, wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird.
Ejektorkreissystem gemäß einem der Ansprüche 8 bis 24, wobei: der Ejektor derart konstruiert ist, dass ein Druckerhöhungsverhältnis (ΔPm/ΔP) einer Druckerhöhungsmenge (ΔPm) in dem Mischabschnitt zu einer Gesamtdruck-Erhöhungsmenge (ΔP) in dem Ejektor dahingehend eingestellt ist, gleich oder größer als 30 % zu sein, wenn Flon als Kältemittel verwendet wird.
Ejektorkreissystem gemäß Anspruch 27, wobei das Druckerhöhungsverhältnis der Druckerhöhungsmenge in dem Mischabschnitt zu der Gesamtdruck-Erhöhungsmenge in dem Ejektor in einem Bereich von 35 bis 80 % eingestellt ist, wenn Flon als Kältemittel verwendet wird.