DE60218087T2

DE60218087T2 - Strahlkreislaufanordnung

Info

Publication number: DE60218087T2
Application number: DE60218087T
Authority: DE
Inventors: Hirotsugu Kariya-city Takeuchi; Makoto Kariya-city Ikegami
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2022-07-06
Also published as: JP2003083622A; AU5276402A; US20030005717A1; KR100525153B1; KR20050081190A; JP4463466B2; DE60218087D1; KR20030005056A; AU777404B2; CN1172137C; EP1273859A3; CN1396422A; EP1273859B1; US6584794B2; BR0202550A; EP1273859A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ejektorpumpenkreissystem mit einer verbesserten Kältemittelkanalkonstruktion.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In einem in der JP-A-6-1 197 beschriebenen Ejektorpumpenkreissystem saugt eine Ejektorpumpe ein in einem Verdampfapparat verdampftes Gaskältemittel auf einer Niederdruckseite an und erhöht einen Druck des in einen Kompressor zu saugenden Kältemittels durch Umwandeln von Expansionsenergie in Druckenergie. In dem Ejektorpumpenkreissystem strömt das von der Ejektorpumpe ausgegebene Kältemittel in eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung, sodass das in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung getrennte Flüssigkältemittel dem Verdampfapparat zugeführt wird und das in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung getrennte Gaskältemittel in den Kompressor gesaugt wird. Demgemäß besitzt das Kältemittelkreissystem einen Kältemittelstrom, der durch den Kompressor, einen Kühler, die Ejektorpumpe, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung und den Kompressor in dieser Reihenfolge zirkuliert, und einen Kältemittelstrom, der durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung, den Verdampfapparat, die Ejektorpumpe und die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung in dieser Reihenfolge zirkuliert. In dem Ejektorpumpenkreissystem kann der Verdampfapparat manchmal Frost bilden, und es ist notwendig, den Verdampfapparat zu entfrosten. In dem Ejektorpumpenkreissystem ist es jedoch unmöglich, einen Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats durchzuführen.
Ferner offenbaren die US-Patente Nr. 3,557,570 und 3,757,532 ein Ejektorpumpenkreissystem, das die Basis des Oberbegriffs des anhängenden Anspruchs 1 bildet. In diesen bekannten Ejektorpumpenkreissystemen strömt in einem Entfrostungsvorgang zum Entfrosten des Verdampfapparats heißes Gas nach Durchströmen des Verdampfapparats von einer unteren Seite der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung nach oben in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung. So wird die Trennung des Gases und der Flüssigkeit in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung gestört, wodurch flüssiges Kältemittel in den Kompressor eingeleitet werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ejektorpumpenkreissystem mit einer verbesserten Kältemittelkanalkonstruktion vorzusehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ejektorpumpenkreissystem vorzusehen, das einen Entfrostungsvorgang eines Verdampfapparats wirklich durchführen kann.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ejektorpumpenkreissystem vorzusehen, das eine Entfrostungszeitdauer verkürzen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Ejektorpumpenkreissystem einen Kompressor zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels, einen Kühler, der das vom Kompressor ausgegebene Kältemittel kühlt, einen Verdampfapparat zum Verdampfen des Kältemittels, um eine Kühlleistung zu erzielen, eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung mit einem Gaskältemittelauslass, der mit einer Kältemittelansaugseite des Kompressors verbunden ist, und einem Flüssigkältemittelauslass, der mit einer Seite des Verdampfapparats verbunden ist, sowie eine Ejektorpumpe. Die Ejektorpumpe enthält eine Düse zum Umwandeln einer Druckenergie des Hochdruckkältemittels aus dem Kühler in eine Geschwindigkeitsenergie, sodass das Hochdruckkältemittel dekomprimiert und ausgedehnt wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt, in dem die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt wird, sodass der Druck des Kältemittels erhöht wird, während das aus der Düse ausgegebene Kältemittel und das Gaskältemittel aus dem Verdampfapparat vermischt werden. In dem Ejektorpumpenkreissystem wird das vom Kompressor ausgegebene Kältemittel in einem Entfrostungsvorgang zum Entfrosten eines am Verdampfapparat gebildeten Frosts an der Ejektorpumpe und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung vorbei in den Verdampfapparat eingeleitet. Weiter sind ein Kältemittelkanal von der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zur Seite des Verdampfapparats, in den der Bypasskanal das Hochtemperaturkältemittel einleitet, und eine in dem Kältemittelkanal angeordnete Einrichtung, um das Hochtemperaturkältemittel aus dem Bypasskanal zuverlässig in den Verdampfapparat zu leiten, ohne zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zu strömen, vorgesehen. Demgemäß kann verhindert werden, dass das flüssige Kältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung im Entfrostungsvorgang in den Verdampfapparat strömt. Deshalb kann der Entfrostungsvorgang effektiv durchgeführt werden, und eine Entfrostungszeitdauer, für welche der Entfrostungsvorgang durchgeführt wird, kann kürzer gemacht werden. Das heißt, das Ejektorpumpenkreissystem besitzt eine verbesserte Kältemittelkanalkonstruktion zum Durchführen des Entfrostungsvorgangs des Verdampfapparats.
Die oben genannte Einrichtung kann eine Druckverlusterzeugungseinheit zum Erzeugen eines vorbestimmten Druckverlusts sein, die in dem Kältemittekanal angeordnet ist. Zum Beispiel ist die Druckverlusterzeugungseinheit ein Drosselelement oder ein Ventil, das einen Öffnungsgrad des Kältemittelkanals einstellt, um einen vorbestimmten Druckverlust im Kältemittelkanal zu erzeugen. Deshalb kann das vom Kompressor ausgegebene Heißgaskältemittel durch einen Bypasskanal zuverlässig in den Verdampfapparat strömen, ohne zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zu strömen.
Alternativ kann diese Einrichtung ein Rückschlagventil sein, das im Kältemittelkanal angeordnet ist, um einen Kältemittelstrom vom Verdampfapparat durch den Kältemittelkanal zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zu sperren. Deshalb kann der Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats unter Verwendung des durch den Bypasskanal in den Verdampfapparat eingeleiteten Heißgaskältemittels zuverlässig durchgeführt werden.
Ferner ist eine weitere Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung in einem den Verdampfapparat und die Ejektorpumpe verbindenden Kältemittelkanal angeordnet und weist einen Kältemittelauslass auf, von dem das in der weiteren Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung getrennte Gaskältemittel in die Ejektorpumpe gesaugt wird. Deshalb wird das Heißgaskältemittel aus dem Kompressor im Entfrostungsvorgang durch den Bypasskanal in den Verdampfapparat eingeleitet, um den Verdampfapparat zu heizen, sodass das im Verdampfapparat stehende Kältemittel (flüssiges Kältemittel) aus dem Verdampfapparat heraus ausgegeben wird. In diesem Fall bleibt das flüssige Kältemittel von dem aus dem Verdampfapparat strömenden Kältemittel in der weiteren Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung, und das in der weiteren Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung getrennte Gaskältemittel wird in die Ejektorpumpe gesaugt. Daher kann ein Betrieb des Ejektorpumpenkreissystems mit der Ejektorpumpe effektiv durchgeführt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine vergrößerte schematische Darstellung einer Ejektorpumpe, die in dem Ejektorpumpenkreissystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
3 ein Mollier-Diagramm (p-h-Diagramm) einer Funktionsweise des Ejektorpumpenkreissystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Perspektivansicht eines Verdampfapparats, der in einem Ejektorpumpenkreissystem gemäß einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
9 eine Perspektivansicht eines Verdampfapparats, der in einem Ejektorpumpenkreissystem gemäß einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
10 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem Vergleichsbeispiel;
11 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem Vergleichsbeispiel;
13 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems gemäß einem Vergleichsbeispiel; und
14 eine schematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreissystems eines Vergleichsbeispiels.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unterer Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1 bis 3 beschrieben. Im ersten Ausführungsbeispiel wird ein Ejektorpumpenkreissystem der vorliegenden Erfindung typischerweise für eine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird ein Kompressor 100 durch eine Antriebsquelle wie beispielsweise einen Fahrzeugmotor (nicht dargestellt) angetrieben, um ein Kältemittel (z. B. Kohlendioxid im ersten Ausführungsbeispiel) anzusaugen und zu komprimieren. In einem Kühler 200 (d.h. hochdruckseitiger Wärmetauscher) steht das vom Kompressor 100 ausgegebene Kältemittel in Wärmeaustausch mit Luft (Außenluft) außerhalb eines Fahrgastraums. In einem Verdampfapparat 300 (d.h. niederdruckseitiger Wärmetauscher) steht flüssiges Kältemittel im Ejektorpumpenkreissystem in Wärmeaustausch mit der in einen Fahrgastraum zu blasenden Luft, um die Luft zu kühlen. Eine Ejektorpumpe 400 dekomprimiert und dehnt das aus dem Kühler 200 strömende Hochdruckkältemittel, um das im Verdampfapparat 300 verdampfte Gaskältemittel einzusaugen, und wandelt eine Expansionsenergie in eine Druckenergie um, um einen Druck des in den Kompressor zu saugenden Kältemittels zu erhöhen.
Wie in 2 dargestellt, enthält die Ejektorpumpe 400 eine Düse 410, einen Mischabschnitt 420 und einen Diffusor 430. Die Düse 410 dekomprimiert und expandiert das aus dem Kühler 200 strömende Hochdruckkältemittel durch Umwandeln einer Druckenergie (Druckkopf) des Kältemittels in seine Geschwindigkeitsenergie (Geschwindigkeitskopf). Im Mischabschnitt 420 wird das im Verdampfapparat 300 verdampfte Kältemittel durch das von der Düse 410 ausgestoßene Hochgeschwindigkeitskältemittel angesaugt. Weiter wird im Diffusor 430 die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in Druckenergie umgewandelt, sodass der Druck des in den Kompressor 100 zu saugenden Kältemittels erhöht wird, wobei das aus der Düse 410 ausgestoßene Kältemittel und das vom Verdampfapparat 300 angesaugte Kältemittel vermischt werden.
Hierbei wird der Kältemitteldruck in der Ejektorpumpe 400 nicht nur im Diffusor 430, sondern auch im Mischabschnitt 420 erhöht. Deshalb ist in der Ejektorpumpe 400 ein Druckerhöhungsabschnitt aus dem Mischabschnitt 420 und dem Diffusor 430 aufgebaut. Im ersten Ausführungsbeispiel ist eine Querschnittsfläche des Mischabschnitts 420 bis zum Diffusor 430 konstant gemacht. Der Mischabschnitt 420 kann jedoch auch konisch sein, sodass die Querschnittsfläche zum Diffusor 430 größer wird.
Wie in 1 dargestellt, strömt das Kältemittel aus der Ejektorpumpe 400 in eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500, um in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung in ein Gaskältemittel und ein Flüssigkältemittel getrennt zur werden. Das in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 getrennte Gaskältemittel wird in den Kompressor gesaugt, und das getrennte Flüssigkältemittel wird zum Verdampfapparat 300 gesaugt.
Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 ist mit dem Verdampfapparat 300 durch einen Kältemittelkanal L1 verbunden. Im Kältemittelkanal L1 ist eine Drossel 520 (d.h. Druckverlusterzeugungseinheit), wie beispielsweise ein Kapillarrohr oder eine feste Drosselblende, vorgesehen. Wenn das Kältemittel durch die Drossel 520 strömt, wird ein vorbestimmter Druckverlust erzeugt und das in den Verdampfapparat 300 zu saugende Kältemittel wird ausreichend dekomprimiert. Deshalb wird durch die Drossel 520 im Kältemittelkanal L1 ein Druckverlust erzeugt, der größer als ein im Verdampfapparat 300 und im Druckerhöhungsabschnitt der Ejektorpumpe 400 verursachter Druckverlust ist.
Weiter ist ein Heißgaskanal 700 (Bypasskanal) so vorgesehen, dass das vom Kompressor 100 ausgegebene Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel an dem Kühler 200, der Ejektorpumpe 400 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 vorbei in den Kältemittelkanal L1 eingeleitet wird. Das heißt, durch den Heißgaskanal 700 steht eine Kältemitteleinlassseite des Kühlers 200 mit dem Kältemittelkanal L1 in Verbindung. Ein Ventil 710 ist im Heißgaskanal 700 angeordnet, um den Heißgaskanal 700 zu öffnen und zu schließen und das durch den Heißgaskanal 700 strömende Kältemittel auf einen vorbestimmten Druck niedriger als ein Gegendruck des Verdampfapparats 300 zu dekomprimieren.
Als nächstes wird nun die Funktionsweise des Ejektorpumpenkreissystems beschrieben. Wenn der Kompressor 100 den Betrieb startet, wird das Gaskältemittel aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 in den Kompressor 100 gesaugt, und das komprimierte Kältemittel wird vom Kompressor 100 in den Kühler 200 ausgegeben. Das Kältemittel wird im Kühler 200 gekühlt und in der Düse 410 der Ejektorpumpe 400 dekomprimiert, sodass Gaskältemittel in den Verdampfapparat 300 gesaugt wird. Das vom Verdampfapparat 300 angesaugte Kältemittel und das von der Düse 410 ausgestoßene Kältemittel werden im Mischabschnitt 420 gemischt, und der dynamische Druck des Kältemittels wird in seinen hydrostatischen Druck umgewandelt. Danach strömt das Kältemittel von der Ejektorpumpe 400 in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500.
Andererseits strömt, weil das Gaskältemittel vom Verdampfapparat in die Ejektorpumpe 400 gesaugt wird, das Flüssigkältemittel aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 in den Verdampfapparat 300, um durch Aufnehmen von Wärme aus der in den Fahrgastraum geblasenen Luft zu verdampfen.
3 zeigt ein Mollier-Diagramm des Ejektorpumpenkreissystems des ersten Ausführungsbeispiels. Wie in 3 dargestellt, kann die Kühlleistung im Ejektorpumpenkreissystem verbessert werden.
Wenn ein Entfrostungsvorgang zum Entfernen von am Verdampfapparat 300 erzeugtem Frost durchgeführt wird, wird das Ventil 710 geöffnet, sodass das vom Kompressor 100 ausgegebene Kältemittel durch den Heißgaskanal 700 an der Ejektorpumpe 400 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 vorbei in den Verdampfapparat 300 eingeleitet wird. Deshalb wird der Verdampfapparat 300 durch das Hochtemperaturkältemittel (Heißgaskältemittel) geheizt und entfrostet. So strömt im Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 das vom Kompressor 100 ausgegebene Kältemittel durch den Verdampfapparat 300, die Ejektorpumpe, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 in dieser Reihenfolge und kehrt zum Kompressor zurück.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung strömt, weil die Drossel 520 im Kältemittelkanal L1 von der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 zu einer Kältemitteleinlassseite des Verdampfapparats 300 angeordnet ist, das vom Heißgaskanal 700 zum Verdampfapparat 300 eingeleitete Kältemittel exakt in den Verdampfapparat 300, ohne zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 zu strömen. Demgemäß kann der Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 zuverlässig durchgeführt werden.
Wenn die Drossel 520 nicht im Kältemittelkanal L1 vorgesehen ist, wie in einem in 14 dargestellten Vergleichsbeispiel gezeigt, kann ein Druckverlust eines Kältemittelkanals vom Bypasskanal 700 über einen Punkt A zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 kleiner als ein Druckverlust in einem Kältemittelkanal vom Bypasskanal 700 durch den Verdampfapparat 300 und die Ejektorpumpe 400 zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 sein. In diesem Fall strömt das vom Bypasskanal 700 eingeleitete Kältemittel kaum in den Verdampfapparat 300, sondern strömt leicht direkt durch den Kältemittelkanal L1 in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500. In diesem Fall ist es schwierig, den Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 auszuführen.
Weil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Drossel 520 im Kältemittelkanal L1 vorgesehen ist, kann der Druckverlust des Kältemittelkanals vom Bypasskanal 700 durch die Drossel 520 zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 größer als der Druckverlust im Kältemittelkanal vom Bypasskanal 700 durch den Verdampfapparat 300 und die Ejektorpumpe 400 zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 gemacht werden. Demgemäß kann im ersten Ausführungsbeispiel der Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 zuverlässig durchgeführt werden. Außerdem wird im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das vom Kompressor 100 ausgegebene Kältemittel im Entfrostungsvorgang durch den Heißgaskanal 700 an der Ejektorpumpe 400 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 vorbei in den Verdampfapparat 300 eingeleitet. Demgemäß kann verhindert werden, dass das Flüssigkältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 im Entfrostungsvorgang in den Verdampfapparat 300 strömt, und die Entfrostungszeitdauer, für welche der Entfrostungsvorgang durchgeführt wird, kann verkürzt werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 4 beschrieben. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist anstelle der festen Drosselblende 520 ein Rückschlagventil 510 im Kältemittelkanal L1 vorgesehen. Das Rückschlagventil 510 ist angeordnet, um einen direkten Kältemittelstrom von der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 zum Verdampfapparat 300 zuzulassen und einen direkten Kältemittelstrom vom Verdampfapparat 300 zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 zu sperren. Demgemäß kann im Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 das vom Kompressor 100 ausgegebene Heißgaskältemittel zuverlässig in den Verdampfapparat eingeleitet werden.
Weiter ist im zweiten Ausführungsbeispiel der Kältemittelkanal L1 so eingestellt, dass er während des Kältemittelstroms einen vorbestimmten Druckverlust erzeugt, um den Druck des in den Verdampfapparat 300 gesaugte Kältemittels zu verringern und den Druck (Verdampfungsdruck) im Verdampfapparat 300 genau zu reduzieren. Zum Beispiel kann der Kältemittelkanal L1 aus einem Kapillarrohr gebildet sein oder kann mit einer festen Drosselblende versehen sein. Demgemäß kann im zweiten Ausführungsbeispiel der Vorteil ähnlich dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden. Demgemäß kann im Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 das vom Kompressor 100 ausgegeben Heißgaskältemittel zuverlässig in den Verdampfapparat 300 eingeleitet werden.
Es wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im dritten Ausführungsbeispiel ist an einem Verbindungsabschnitt, wo der Heißgaskanal 700 und der Kältemittelkanal L1 verbunden sind, weiter ein Dreiwegeventil 710a vorgesehen. Demgemäß kann im Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 das vom Kompressor 100 ausgegebene Hochtemperaturkältemittel durch das Dreiwegeventil 710a zuverlässig in den Verdampfapparat 300 eingeleitet werden. Im dritten Ausführungsbeispiel kann im Dreiwegeventil 710a eine Dekompressionseinheit zum Dekomprimieren des Kältemittels vorgesehen werden.
Es wird nun ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 6 beschrieben. Im vierten Ausführungsbeispiel ist anstelle der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen festen Drosselblende 520 ein Ventil 530 im Kältemittelkanal L1 vorgesehen, das angesteuert wird, um seinen Öffnungsgrad zu ändern. Insbesondere kann der Öffnungsgrad des Ventils 530 von Null bis zu einem vorbestimmten Öffnungsgrad gesteuert werden, wodurch ein vorbestimmter Druckverlust im Kältemittelkanal L1 erzeugt wird. Wenn der Öffnungsgrad des Ventils 530 auf Null gesteuert wird, ist der Kältemittelkanal L1 geschlossen. Demgemäß wird im Entfrostungsvorgang das Ventil 710 geöffnet und das Ventil 530 geschlossen.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Im fünften Ausführungsbeispiel ist die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 (im fünften Ausführungsbeispiel als „erste Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung" bezeichnet) im Kältemittelkanal L1 angeordnet, und eine zweite Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 ist in einem den Verdampfapparat 300 und die Ejektorpumpe 400 verbindenden Kältemittelkanal L2 angeordnet. Die zweite Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 ist angeordnet, um das aus dem Verdampfapparat 300 strömende Kältemittel in Flüssigkältemittel und Gaskältemittel zu trennen, und eine Gaskältemittelauslassseite der zweiten Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 ist mit dem Mischabschnitt 420 der Ejektorpumpe 400 verbunden. Außerdem ist das im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Rückschlagventil 510 im Kältemittelkanal L1 angeordnet.
Wenn der am Verdampfapparat 300 erzeugte Frost im Entfrostungsvorgang entfrostet wird, wird das Ventil 710 geöffnet, sodass das vom Kompressor 100 ausgegebene Hochtemperaturkältemittel (Heißgaskältemittel) an der Ejektorpumpe 400 und der ersten Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 vorbei in den Verdampfapparat 300 eingeleitet wird, um den Verdampfapparat 300 zu entfrosten.
Weil ein relativ hoher Druck des aus dem Heißgaskanal 700 strömenden Kältemittels auf eine Flüssigkältemittelauslassseite der ersten Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 ausgeübt wird, strömt das aus der Ejektorpumpe 400 in die erste Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 strömende Kältemittel nicht zum Verdampfapparat.
Weil gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel die zweite Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 in dem den Verdampfapparat 300 und die Ejektorpumpe 400 verbindenden Kältemittelkanal L2 angeordnet ist, heizt das in den Verdampfapparat eingeleitete Heißgaskältemittel den Verdampfapparat 300, sodass das im Verdampfapparat 300 stehende flüssige Kältemittel aus dem Verdampfapparat 300 heraus ausgegeben wird. Das vom Verdampfapparat 300 ausgegebene Kältemittel strömt in die zweite Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600, und das flüssige Kältemittel wird in der zweiten Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 gespeichert, während das Gaskältemittel in der zweiten Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 in die Ejektorpumpe 400 gesaugt wird.
Daher kann im fünften Ausführungsbeispiel im Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 verhindert werden, dass das Flüssigkältemittel in der ersten Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 in den Verdampfapparat 300 strömt, und die Menge des flüssigen Kältemittels im Verdampfapparat 300 wird reduziert. Demgemäß kann ein Absorbieren der Wärme des Heißgaskältemittels durch das flüssige Kältemittel im Verdampfapparat 300 eingeschränkt werden, und eine Entfrostungszeitdauer, für welche der Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 durchgeführt wird, kann kürzer gemacht werden.
Es wird nun ein sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 8 beschrieben. In einem Ejektorpumpenkreissystem des sechsten Ausführungsbeispiels sind die im fünften Ausführungsbeispiel beschriebene zweite Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 und der Verdampfapparat 300 kombiniert, wie in 8 dargestellt. In diesem Fall kann die zweite Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 einfach am Fahrzeug montiert werden, und die Montagefähigkeit des Ejektorpumpenkreissystems kann verbessert werden.
Ein siebtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 9 beschrieben. Das siebte Ausführungsbeispiel ist ein Modifikationsbeispiel des oben beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiels. Im siebten Ausführungsbeispiel ist ein Sammelverteiler 310 des Verdampfapparats 300 so aufgebaut, dass er die Funktion der oben beschriebenen zweiten Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 600 besitzt. Im Verdampfapparat 300 steht der Sammelverteiler 310 mit mehreren Rohren in Verbindung, durch welche das Kältemittel strömt, sodass das Kältemittel aus den mehreren Rohren im Sammelverteiler 310 gesammelt und wieder eingefangen wird. Demgemäß können im siebten Ausführungsbeispiel die im fünften und im sechsten Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorteile erzielt werden.
Unter Bezug auf 10 wird nun ein erstes Vergleichsbeispiel beschrieben. In diesem Beispiel ist der Heißgaskanal 700 nicht mit dem Kältemittelkanal L1 verbunden, sondern mit dem die Ejektorpumpe 400 und den Verdampfapparat 300 verbindenden Kältemittelkanal L2 verbunden. Außerdem ist ein Ventil 720 im Kältemittelkanal L2 angeordnet, um einen Strom des Heißgaskältemittels aus dem Heißgaskanal 700 im Entfrostungsvorgang zur Ejektorpumpe 400 zu verhindern.
Demgemäß strömt im Entfrostungsmodus das vom Kompressor 100 ausgegebene Heißgaskältemittel durch den Heißgaskanal 700 an der Ejektorpumpe 400 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 vorbei in den Verdampfapparat 300 und kehrt durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 zum Kompressor 100 zurück. So kann verhindert werden, dass das Flüssigkältemittel im Entfrostungsvorgang in den Verdampfapparat 300 strömt, und die Menge des flüssigen Kältemittels im Verdampfapparat 300 kann verringert werden. Als Ergebnis kann die durch das flüssige Kältemittel im Verdampfapparat 300 aufgenommene Wärme des Heißgaskältemittels beschränkt werden, und die Entfrostungszeitdauer, für welche der Entfrostungsvorgang des Verdampfapparats 300 durchgeführt wird, kann verkürzt werden.
Ein achtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 11 beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Heißgaskanal 700 an einer Kältemitteleinlassseite des Kühlers 200 angeschlossen. Im achten Ausführungsbeispiel ist jedoch, wie in 1 dargestellt, der Heißgaskanal 700 mit einer Kältemittelauslassseite des Kühlers 200 verbunden. In diesem Fall kann das vom Kühler 200 ausgegebene Kältemittel im Entfrostungsvorgang an der Ejektorpumpe 400 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 vorbei direkt in den Verdampfapparat 300 eingeleitet werden. Analog kann in jedem der oben beschriebenen ersten und dritten bis siebten Ausführungsbeispiele der Heißgaskanal 700 mit der Kältemittelauslassseite des Kühlers 200 verbunden werden.
Ein zweites Vergleichsbeispiel wird nun unter Bezug auf 12 beschrieben. In diesem Beispiel ist ein Heißgaskanal 700 so aufgebaut, dass das heiße Gas aus dem Kühler 200 im Entfrostungsvorgang von einer Kältemitteleinlassseite der Düse 410 der Ejektorpumpe 400 in den Verdampfapparat 300 eingeleitet wird. Außerdem ist ein Dreiwegeventil 710a im Heißgaskanal 700 vorgesehen.
Wenn der Verdampfapparat 300 so betrieben wird, dass er die Wärmeabsorbtionsfunktion (Kühlfunktion) aufweist, wird die „a"-Seite des Ventils 710a geschlossen, und das vom Kühler 200 ausgegebene Kältemittel strömt von der „b"-Seite zur „c"-Seite im Dreiwegeventil 710a. Andererseits wird im Entfrostungsvorgang die „c"-Seite des Ventils 710a geschlossen, und das Kältemittel aus dem Kühler 200 strömt von der in „b"-Seite zur „a"-Seite des Dreiwegeventils 710a.
Ein weiteres Vergleichsbeispiel wird nun Bezug nehmend auf 13 beschrieben. Das Beispiel ist ein Modifikationsbeispiel des oben beschriebenen zweiten Vergleichsbeispiels. In diesem Beispiel ist, wie in 13 dargestellt, der Heißgaskanal 700 so aufgebaut, dass das Kältemittel aus dem Kühler 200 im Entfrostungsvorgang von der Einlassseite der Düse 410 an der Ejektorpumpe 400 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 vorbei in den Verdampfapparat 300 eingeleitet wird. Außerdem ist ein Zweiwegeventil 710 im Heißgaskanal 700 angeordnet.
Wenn der Verdampfapparat 300 betrieben wird, um die Wärmeabsorbtionsfunktion (Kühlfunktion) zu haben, wird das Ventil 710 geschlossen, sodass das Hochdruckkältemittel aus dem Kühler 200 in die Düse 410 der Ejektorpumpe 400 strömt. Andererseits wird im Entfrostungsvorgang das Ventil 710 geöffnet, sodass das Kältemittel aus dem Kühler 200 durch den Heißgaskanal 700 in den Verdampfapparat 300 eingeleitet wird.
Weil der Druckverlust in der Düse 410 der Ejektorpumpe 400 deutlich größer ist, kann im Allgemeinen verhindert werden, dass aus dem Ventil 710 strömendes Kältemittel zurück in die Düse 410 strömt. Das heißt, wenn das Ventil 710 geöffnet ist, kann verhindert werden, dass das Kältemittel zwischen der Düse 410 und dem Ventil 710 zirkuliert.
Auch in diesem Beispiel wird im Entfrostungsvorgang das vom Kompressor 100 ausgegebene Kältemittel durch den Heißgaskanal 700 an der Ejektorpumpe und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 vorbei in den Verdampfapparat 300 einge leitet. Demgemäß kann verhindert werden, dass das flüssige Kältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 500 im Entfrostungsvorgang in den Verdampfapparat 300 strömt, und die Entfrostungszeitdauer kann verkürzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, ist zu beachten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sein werden.
Zum Beispiel wird in dem Ejektorpumpenkreissystem gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen Kohlendioxid als Kältemittel verwendet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf ein Ejektorpumpenkreissystem angewendet werden, in dem ein Kältemittel wie beispielsweise Kohlenwasserstoff und Fluorkohlenstoff (Fluon) verwendet wird.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das Ejektorpumpenkreissystem für eine Fahrzeug-Klimaanlage benutzt. Das Ejektorpumpenkreissystem kann jedoch auch für eine Klimaanlage für irgendeinen Raum, eine Kühleinheit oder eine Heizeinheit mit einer Wärmepumpe verwendet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Ventil 710 im Heißgaskanal 700 vorgesehen. Das Ventil 710 kann jedoch auch zwischen dem Kühler 200 und einem verzweigten Abschnitt des Heißgaskanals 700 angeordnet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Ejektorpumpe 400 eine Ejektorpumpe der festen Art, in welcher die Querschnittsfläche des Kältemittelkanals des Druckerhöhungsabschnitts 420, 430 oder der Düse 410 fixiert ist. In der vorliegenden Erfindung kann im Ejektorpumpenkreissystem jedoch auch eine variable Ejektorpumpe verwendet werden, bei welcher die Querschnittsfläche des Kältemittelkanals in der Düse 410 oder im Druckerhöhungsabschnitt 420, 430 entsprechend der Wärmelast oder dergleichen verändert wird.

Claims

Ejektorpumpenkreissystem, mit einem Kompressor (100) zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels; einem Kühler (200), der das vom Kompressor ausgegebene Kältemittel kühlt; einem Verdampfapparat (300) zum Verdampfen des Kältemittels, um eine Kühlleistung zu erzielen; einer Ejektorpumpe (400) mit einer Düse (410) zum Umwandeln einer Druckenergie des Hochdruckkältemittels aus dem Kühler in Geschwindigkeitsenergie, sodass das Hochdruckkältemittel dekomprimiert und ausgedehnt wird, und einem Druckerhöhungsabschnitt (420, 430), in dem Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt wird, sodass der Druck des Kältemittels erhöht wird, wobei das aus der Düse ausgegebene Kältemittel und das Gaskältemittel aus dem Verdampfapparat vermischt werden; einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (500) zum Trennen des aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittels in Gaskältemittel und Flüssigkältemittel, wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung einen mit einer Kältemittelansaugseite des Kompressors verbundenen Gaskältemittelauslass und einen mit einer Seite des Verdampfapparats verbundenen Flüssigkältemittelauslass aufweist; und einem Bypasskanal (700), durch den das vom Kompressor ausgegebene Hochtemperaturkältemittel in einem Entfrostungsvorgang zum Entfrosten des Verdampfapparats an der Ejektorpumpe und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung vorbei in den Verdampfapparat eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelkanal (L1) von der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (500) zur Seite des Verdampfapparats (300) vorgesehen ist, in den der Bypasskanal (700) das Hochtemperaturkältemittel einleitet; und dass eine Einrichtung (510, 520, 530) im Kältemittelkanal (L1) vorgesehen ist, um das Hochtemperaturkältemittel aus dem Bypasskanal (700) zuverlässig in den Verdampfapparat (300) zu leiten, ohne zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (500) zu strömen.
Ejektorpumpenkreissystem nach Anspruch 1, bei welchem im Entfrostungsvorgang das vom Kompressor ausgegebene Kältemittel von einer Seite der Ejektorpumpe an der Ejektorpumpe und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung vorbei in den Verdampfapparat eingeleitet wird.
Ejektorpumpenkreissystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welchem die Einrichtung eine im Kältemittelkanal (L1) angeordnete Druckverlusterzeugungseinheit (520, 530) zum Erzeugen eines vorbestimmten Druckverlusts im Kältemittelkanal ist.
Ejektorpumpenkreissystem nach Anspruch 3, bei welchem die Druckverlusterzeugungseinheit ein Drosselelement (520) ist.
Ejektorpumpenkreissystem nach Anspruch 3, bei welchem die Druckverlusterzeugungseinheit ein Ventil (530) ist, das einen Öffnungsgrad des Kältemittelkanals einstellt um einen vorbestimmten Druckverlust im Kältemittelkanal (L1) zu erzeugen.
Ejektorpumpenkreissystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welchem die Einrichtung ein im Kältemittelkanal (L1) angeordnetes Rückschlagventil (510) ist, um einen Kältemittelstrom vom Verdampfapparat durch den Kältemittelkanal zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zu sperren.
Ejektorpumpenkreissystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einer weiteren Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (600), die in einem den Verdampfapparat und die Ejektorpumpe verbindenden Kältemittelkanal (L2) angeordnet ist, zum Trennen des Kältemittels aus dem Verdampfapparat in Gaskältemittel und Flüssigkältemittel, wobei die weitere Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung einen Kältemittelauslass aufweist, aus dem das in der weiteren Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung getrennte Gaskältemittel in die Ejektorpumpe gesaugt wird.
Ejektorpumpenkreissystem nach Anspruch 7, bei welchem die weitere Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung mit dem Verdampfapparat kombiniert ist.
Ejektorpumpenkreissystem nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8, bei welchem der Bypasskanal mit einer Kältemitteleinlassseite des Kühlers verbunden ist, sodass das Kältemittel im Entfrostungsvorgang von der Kältemitteleinlassseite des Kühlers in den Bypasskanal eingeleitet wird.
Ejektorpumpenkreissystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem der Bypasskanal mit einer Kältemittelauslassseite des Kühlers verbunden ist, sodass das Kältemittel im Entfrostungsvorgang von der Kältemittelauslassseite des Kühlers in den Bypasskanal eingeleitet wird.
Ejektorpumpenkreissystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mit einer im Bypasskanal angeordneten Dekompressionseinheit (710) zum Dekomprimieren des durch den Bypasskanal strömenden Kältemittels im Entfrostungsvorgang.
Ejektorpumpenkreissystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem das Hochtemperaturkältemittel im Entfrostungsvorgang durch den Verdampfapparat (300), die Ejektorpumpe (400), die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (500) in dieser Reihenfolge strömt und zum Kompressor (100) zurückkehrt.