EP2331890A1 - Ejecteur pour une boucle de climatisation - Google Patents

Ejecteur pour une boucle de climatisation

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EP2331890A1
EP2331890A1 EP09752395A EP09752395A EP2331890A1 EP 2331890 A1 EP2331890 A1 EP 2331890A1 EP 09752395 A EP09752395 A EP 09752395A EP 09752395 A EP09752395 A EP 09752395A EP 2331890 A1 EP2331890 A1 EP 2331890A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ejector
air conditioning
refrigerant
loop
length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09752395A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Daniel Neuveu
Mohamed Yahia
Elias Boulawz-Ksayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP2331890A1 publication Critical patent/EP2331890A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
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    • F04F5/04—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing elastic fluids
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series

Definitions

  • the present invention is in the field of ventilation, heating and / or ventilation systems. air conditioning of a motor vehicle. It relates to an ejector constituting a participating air conditioning loop of such an installation. It also relates to an air conditioning loop comprising such an ejector.
  • a motor vehicle is commonly equipped with a ventilation, heating and / or air conditioning system to modify the aerothermal parameters of the air contained inside the passenger compartment of the vehicle.
  • a ventilation, heating and / or air conditioning system to modify the aerothermal parameters of the air contained inside the passenger compartment of the vehicle.
  • Such an installation comprises an air conditioning loop inside which circulates a refrigerant, such as a supercritical fluid, R744 or carbon dioxide in particular. More particularly, the air conditioning loop comprises a compressor, a gas cooler, optionally an internal heat exchanger, an ejector, a liquid-gas separator and an evaporator.
  • the refrigerant fluid flows successively from the compressor to the gas cooler, then to the internal heat exchanger, and then to the ejector via a first inlet that it comprises.
  • the refrigerant then flows from the ejector to the liquid-gas separator.
  • the latter comprises a first outlet through which the refrigerant fluid in the gaseous state circulates to return to the compressor, and a second outlet through which the coolant in the liquid state circulates to join first the evaporator, then the ejector via a second input that it comprises.
  • the ejector comprises a refrigerant receiving chamber which is provided with the second inlet for the admission of refrigerant from the evaporator.
  • the receiving chamber houses a coolant receiving nozzle which is provided with the first inlet for the admission of the coolant from the gas cooler.
  • the receiving chamber and the receiving nozzle are jointly in communication with a refrigerant pressurizing chamber arranged downstream of said receiving chamber and receiving nozzle in the direction of flow of the refrigerant fluid inside the ejector .
  • the pressurizing chamber consists of a refrigerant mixing chamber and a refrigerant diffusion chamber, the latter being a successor to said mixing chamber in the direction of flow of the cooling fluid inside the chamber. ejector.
  • the receiving nozzle comprises a neck forming a restriction of passage of the refrigerant fluid from the gas cooler. Upstream of the neck in the direction of flow of the refrigerant inside the ejector, the receiving nozzle has a convergent upstream portion while downstream of the neck in the direction of flow of the refrigerant fluid to the Inside the ejector, the receiving nozzle has a divergent downstream part. According to a general direction of extension of the ejector, the convergent upstream portion and the divergent downstream portion are of a respective length A and B for which the length B is greater than the length A. To know a technological environment close to the In the present invention, reference may be made, for example, to EP 1, 160,522 (DENSO Corporation) which describes an ejector of the aforementioned type.
  • the coolant undergoes inside the air conditioning loop a thermodynamic cycle commonly described in a Mollier diagram. It is known to derive from this diagram a coefficient of performance of said loop, designated by the acronym "COP" and defined as the ratio between a useful power recovered by the evaporator and energy consumed by the compressor to compress the refrigerant. He is constantly sought after that the coefficient of performance "COP" is the highest possible, for example of the order of 2 to 4, to provide a user of the vehicle optimized thermal comfort, for minimal energy consumption.
  • COP coefficient of performance of said loop
  • a first problem posed by the use of an ejector according to the prior art lies in the fact that the air conditioning loop which comprises it has a coefficient of performance "COP" which deserves to be improved over a larger operating range .
  • a second problem posed by the use of an ejector according to the prior art lies in the fact that its shape is poorly suited to an air conditioning loop inside which circulates a supercritical refrigerant fluid, such as R744, in particular due to the fact that the ratio between the density of the refrigerant fluid in the gaseous state and the density of the coolant in the liquid state is of the order of 10, whereas it is of the order of 1000 for the other refrigerants commonly used.
  • the coefficient of performance falls significantly at high ambient temperature which implies a necessary improvement of the ejector for use of the air conditioning loop under the most severe conditions.
  • a third problem posed by the use of an ejector according to the prior art lies in the fact that the expansion energy that the refrigerant recovers when it moves from a high pressure state upstream of the ejector to a low pressure state downstream of the ejector deserves to be increased.
  • a fourth problem posed by the use of an ejector according to the prior art lies in the fact that the ejector is not adapted to the supply of a cooling capacity of the order of 1.5 kW to 6 kW. .
  • Object of the invention lies in the fact that the ejector is not adapted to the supply of a cooling capacity of the order of 1.5 kW to 6 kW. .
  • the object of the present invention is to propose an ejector intended to be installed on an air-conditioning loop inside which circulates a refrigerant fluid, such as a supercritical fluid, the ejector being arranged in such a manner as to make it possible to obtain a coefficient of performance "COP" of the air conditioning loop which is the highest possible, in particular increased by 5% to 20% compared to an air conditioning loop according to the prior art, ejector being also arranged for a refrigerant a density ratio at 0 0 C between a density of the coolant in the gaseous state and a coolant density in the liquid state is less than 50, the ejector allowing a reduction in the size of a compressor and or a participant evaporator of said loop for improved thermal comfort and / or reduced power consumption.
  • a refrigerant fluid such as a supercritical fluid
  • Another object of the present invention is to provide an air conditioning loop for integrating such an ejector and being adapted to offer a coefficient of performance "COP" as high as possible.
  • the ejector of the present invention is an ejector for equipping an air conditioning circuit of a ventilation, heating and / or air conditioning of a motor vehicle.
  • Said ejector comprises a nozzle for receiving a refrigerant fluid having a convergent portion of a convergence length A and a diverging portion of a divergence length
  • the diverging portion is placed downstream of the convergent portion in a direction of transit of the refrigerant fluid inside said ejector.
  • the convergence length A is greater than the divergence length B.
  • a ratio of length A / B of said lengths A and B is preferably greater than 2.
  • Said nozzle advantageously comprises a neck of a diameter Dt and an outlet orifice of a diameter Cd for which a first ratio of diameter Cd / Dt verifies the relationship: 1 ⁇ Dt / Dt ⁇ 3
  • the diameter Dt of the neck preferably satisfies the relation:
  • the ejector advantageously comprises a coolant mixing chamber which is formed downstream of the outlet orifice in a direction of flow of the refrigerant fluid inside the ejector and which has a diameter Dm, for which a second ratio of diameter Dm / Do verifies the relation:
  • the mixing chamber is advantageously of a mixing length Lm taken along the general direction of extension ⁇ of said ejector, which verifies the relation:
  • a diffusion chamber is preferably arranged downstream of the mixing chamber in the direction of flow of the refrigerant fluid inside the ejector, the diffusion chamber being of a diffusion length Ld taken in the general direction extension of said ejector, which verifies the relation:
  • An air conditioning loop according to the present invention is mainly recognizable in that said loop comprises such an ejector.
  • the air conditioning loop preferably comprises a first control valve interposed between said ejector and a gas cooler that includes said loop.
  • Said loop also preferably comprises a second control valve interposed between a liquid-gas separator and a first evaporator included in said loop.
  • Said loop advantageously comprises a second evaporator interposed between the ejector and the liquid-gas separator.
  • Fig.1 and fig. 2 are schematic illustrations of respective embodiments of an air conditioning loop according to the present invention.
  • Fig.3 is a schematic illustration of an ejector according to the present invention which is constitutive of the air conditioning loop, illustrated in the previous figure.
  • a ventilation, heating and / or air conditioning installation comprises an air-conditioning loop 1 for cooling an air flow 2 before it is delivered inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the air conditioning loop 1 comprises a compressor 3, a gas cooler 4, an ejector
  • a liquid-gas separator 6 and at least one evaporator 7.7 'inside which circulates a cooling fluid, such as a supercritical fluid, R744 or carbon dioxide in particular.
  • a cooling fluid such as a supercritical fluid, R744 or carbon dioxide in particular.
  • the refrigerant circulates successively from the compressor 3 to the gas cooler 4, then to a first inlet 8 of the ejector 5.
  • the refrigerant then flows from the ejector 5 to the liquid-gas separator 6.
  • the latter 6 has a first outlet 9 through which the refrigerant in the gaseous state circulates to return to the compressor 3, and a second outlet 10 through which the coolant in the liquid state circulates. to reach a first evaporator 7, then a second inlet 11 of the ejector 5.
  • the first evaporator 7 is disposed on a branch 12 that includes the air conditioning loop 1, this branch 12 being formed between the second outlet 10 said separator 6 and the second inlet 11 of the ejector 5.
  • the air conditioning loop 1 comprises a second evaporator T which is interposed between the ejector 5 and the liquid-gas separator 6.
  • the compressor 3 is intended to receive the refrigerant fluid in the gaseous state and to compress it to carry it at high pressure.
  • the gas cooler 4 is able to cool the compressed refrigerant fluid, at relatively constant pressure, by giving heat to its environment.
  • the ejector 5 is able to lower the pressure of the refrigerant at the outlet of the gas cooler 4 by bringing it at least partly in the liquid state.
  • the liquid-gas separator 6 is intended to collect on the one hand a liquid refrigerant residue in the liquid state at the outlet of the ejector 5 or the second evaporator T to return it to the first evaporator 7 and on the other hand a fraction refrigerant in the gaseous state to return it to the compressor 3.
  • the first evaporator 7 is itself able to make pass in the gaseous state the cooling fluid in the liquid state coming from said separator 6, at relatively constant pressure, by taking heat from the flow of air 2 which passes through the evaporator 7.
  • the second evaporator T which is also traversed by the air flow 2 is provided to ensure cooling of the latter 2 when the flow of refrigerant circulating inside the branch 12 is reduced.
  • the present invention proposes to interpose a first control valve 13 between the gas cooler 4 and the first inlet 8 of the ejector 5, in a direction of flow 14 of the refrigerant inside the air conditioning loop 1.
  • the latter 13 allows either to minimize energy consumed by the compressor 3 to compress the refrigerant, or to maximize a useful power recovered by the first evaporator 7 and / or the second evaporator 7 ', to finally obtain an optimized coefficient of performance "COP".
  • said branch 12 comprises a second control valve 15 which is interposed between the second outlet 10 of the separator 6 and the first evaporator 7, in one direction of circulation 16 of the refrigerant fluid inside said bypass 12.
  • the latter 15 has a fixed gauge adapted to obtain a better compromise between a circulating refrigerant flow rate inside the first evaporator 7 which is optimized and a refrigerant pressure inside the first evaporator 7 which is most suitable for the operating conditions of the air conditioning loop 1.
  • the present invention provides an ejector specifically adapted for a supercritical refrigerant fluid, especially R744, which has a distinctive physical characteristic of other commonly used refrigerant fluids, namely a density ratio at 0 ° C between a density in the gaseous state and a density in the liquid state which is less than 50.
  • R744 has a distinctive physical characteristic of other commonly used refrigerant fluids, namely a density ratio at 0 ° C between a density in the gaseous state and a density in the liquid state which is less than 50.
  • the taking into account of this particular physical characteristic of the refrigerant R744 led the designers of the present invention to accurately dimension said ejector 5, in order to in particular to obtain a coefficient of performance "COP" as high as possible.
  • the sizing that will be stated falls notably in this physical characteristic, and in any case the use of refrigerant R744 inside the air conditioning loop 1.
  • said ejector 5 comprises a nozzle 17 for receiving the refrigerant fluid from said first valve 13.
  • the receiving nozzle 17 comprises a convergent portion 18 and a diverging portion 19, which are separated from each other by a neck 20 forming a restriction of passage of the refrigerant fluid from said first valve 13.
  • the convergent portion 18 is located upstream of the diverging portion 19 in a direction of transit 21 of the refrigerant inside the ejector 5.
  • the convergent upstream portion 18 has a passage section which decreases as and when approximation of said neck 20 in the direction of transit 21 of the refrigerant inside the ejector 5 while the divergent downstream portion 19 has a passage section which increases as and when a distance from said neck 20 in the direction of transit 21 of the refrigerant inside the ejector 5.
  • the convergent upstream portion 18 is of a length of : convergence A while the divergent downstream portion 19 is of a divergence length B.
  • These lengths A and B are measured in a general direction of extension ⁇ of said ejector 5, this general direction ⁇ being for example merged with an axis of symmetry of said ejector 5. More particularly, the convergence length A is measured between a coolant intake port 27 inside the convergent upstream portion 18 and the neck 20. Similarly, the divergence length B is measured between an outlet orifice 22 of the refrigerant fluid out of the divergent downstream portion 19 and the neck 20.
  • the convergence length A is greater than the divergence length B.
  • a ratio of length A / B of say lengths A and B is for example greater than 2. This results in an optimization of the recovery of an energy of irreversible relaxation of the coolant inside said ejector 5, so that said trigger is a most isentropic relaxation possible.
  • a diameter Dt of the neck and a diameter Cd of the outlet orifice 22 of said nozzle 17 satisfy the relationship: 1 ⁇ Cd / Dt ⁇ 3.
  • the diameter Dt of the neck 20 be between 0.6 mm and 0.9 mm.
  • the ejector 5 comprises a mixing chamber 23 of the refrigerant fluid from the first valve 13 and the refrigerant fluid from the evaporator 7.
  • said mixing chamber 23 is provided downstream of a chamber receiving 24 of the refrigerant from the evaporator 7 in the direction of transit 21 of the refrigerant inside the ejector 5.
  • Said receiving chamber 24 houses the receiving nozzle 17 of the refrigerant fluid from said first valve 13.
  • Said receiving chamber 24 is provided with said first inlet 8 of the ejector 5.
  • the mixing chamber 23 In the direction of transit 21 of the refrigerant inside the ejector 5, the mixing chamber
  • the mixing chamber 23 is formed inside the ejector 5 downstream of said outlet orifice 22, downstream of a discharge orifice 25 of the refrigerant fluid from the receiving chamber 24 and downstream of said first inlet 8.
  • the mixing chamber 23 has a diameter Dm measured at the input of the latter 23, which verifies the relation: 1, 5 ⁇ Dm / Do ⁇ 3.
  • the diameter Dm is constant according to the length of Lm mixing of the mixing chamber.
  • the diameter Dm is variable, in particular , increasing in the direction of transit 21 of the refrigerant.
  • the mixing chamber 23 also has a mixing length Lm, taken in the general direction of extension ⁇ and between an intake mouth 28 of the refrigerant inside the mixing chamber 23 and a discharge port 29 of the coolant out of the mixing chamber 23, which verifies the relationship: 6 ⁇ Lm / Dm ⁇ 10. Note however the particular case where the mixing length Lm is zero.
  • the ejector 5 comprises a diffusion chamber 26 which is formed downstream of the mixing chamber 23 in the direction of transit 21 of the refrigerant inside the ejector 5.
  • the diffusion chamber 26 has a diffusion length Ld measured in the general direction of extension ⁇ and between the outlet 29 of the coolant out of the mixing chamber 23 and a discharge opening 30 of the coolant out of the ejector 5, which verifies the relationship: ⁇ Ld / Dm ⁇ 30.

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Abstract

L'invention a pour objet un éjecteur (5) destiné à équiper une boucle de climatisation d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile. Ledit éjecteur (5) comprend une buse de réception (17) d'un fluide réfrigérant comportant une partie convergente (18) d'une longueur de convergence A et une partie divergente (19) d'une longueur de divergence B prises selon une direction générale d'extension ? dudit éjecteur (5). La longueur de convergence A est supérieure à la longueur de divergence B.

Description

Ejecteur pour une boucle de climatisation.
Domaine technique de l'invention.
La présente invention est du domaine des installations de ventilation, de chauffage et/ou de. climatisation d'un véhicule automobile. Elle a pour objet un ejecteur constitutif d'une boucle de climatisation participante d'une telle installation. Elle a aussi pour objet une boucle de climatisation comprenant un tel ejecteur.
Etat de la technique.
Un véhicule automobile est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier les paramètres aérothermiques de l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Une telle installation comprend une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant, tel qu'un fluide supercritique, R744 ou dioxyde de carbone notamment. Plus particulièrement, la boucle de climatisation comprend un compresseur, un refroidisseur de gaz, le cas échéant un échangeur de chaleur interne, un ejecteur, un séparateur liquide-gaz et un évaporateur.
Le fluide réfrigérant circule successivement depuis le compresseur vers le refroidisseur de gaz, puis vers l'échangeur de chaleur interne, puis vers l'éjecteur par l'intermédiaire d'une première entrée que ce dernier comporte. Le fluide réfrigérant circule ensuite depuis l'éjecteur vers le séparateur liquide-gaz. Ce dernier comporte une première sortie à travers laquelle le fluide réfrigérant à l'état gazeux circule pour retourner au compresseur, et une deuxième sortie à travers laquelle le fluide réfrigérant à l'état liquide circule pour rejoindre en premier lieu l'évaporateur, puis l'éjecteur par l'intermédiaire d'une deuxième entrée que ce dernier comporte. L'éjecteur comprend une chambre de réception du fluide réfrigérant qui est pourvue de la deuxième entrée pour l'admission du fluide réfrigérant en provenance de l'évaporateur. La chambre de réception loge une buse de réception du fluide réfrigérant qui est munie de la première entrée pour l'admission du fluide réfrigérant en provenance du refroidisseur de gaz. La chambre de réception et la buse de réception sont conjointement en communication avec une chambre de pressurisation du fluide réfrigérant disposée en aval des dites chambre de réception et buse de réception selon le sens d'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur. La chambre de pressurisation est constituée d'une chambre de mixage du fluide réfrigérant et d'une chambre de diffusion du fluide réfrigérant, cette dernière succédant à ladite chambre de mixage selon le sens d'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur.
La buse de réception comprend un col formant une restriction de passage du fluide réfrigérant en provenance du refroidisseur de gaz. En amont du col selon le sens d'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur, la buse de réception comporte Une partie amont convergente tandis qu'en aval du col selon le sens d'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur, la buse de réception comporte une partie aval divergente. Selon une direction générale d'extension de l'éjecteur, la partie amont convergente et la partie aval divergente sont d'une longueur respective A et B pour lesquelles la longueur B est supérieure à la longueur A. Pour connaître un environnement technologique proche de la présente invention, on pourra par exemple se reporter au document EP 1 ,160,522 (DENSO Corporation) qui décrit un éjecteur du type susvisé.
Le fluide réfrigérant subit à l'intérieur de la boucle de climatisation un cycle thermodynamique couramment décrit dans un diagramme de Mollier. Il est connu de déduire de ce diagramme un coefficient de performance de ladite boucle, désigné par l'acronyme anglais « COP » et défini comme étant le rapport entre une puissance utile récupérée par l'évaporateur et une énergie consommée par le compresseur pour comprimer le fluide réfrigérant. Il est constamment recherché que le coefficient de performance « COP » soit le plus élevé possible, par exemple de l'ordre de 2 à 4, pour procurer à un utilisateur du véhicule un confort thermique optimisé, pour une énergie consommée minimale.
Un premier problème posé par l'utilisation d'un éjecteur selon l'art antérieur réside dans le fait que la boucle de climatisation qui le comporte présente un coefficient de performance « COP » qui mérite d'être amélioré sur une plus grande plage de fonctionnement.
Un deuxième problème posé par l'utilisation d'un éjecteur selon l'art antérieur réside dans le fait que sa forme est peu adaptée à une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant supercritique, tel que le R744, notamment en raison du fait que Ie rapport entre la densité du fluide réfrigérant à l'état gazeux et la densité du fluide réfrigérant à l'état liquide est de l'ordre de 10, alors qu'il est de l'ordre de 1000 pour les autres fluides réfrigérants couramment utilisés. Par ailleurs, le coefficient de performance chute sensiblement à forte température ambiante ce qui implique une amélioration nécessaire de l'éjecteur pour une utilisation de la boucle de climatisation dans les conditions les iplus sévères.
Un troisième problème posé par l'utilisation d'un éjecteur selon l'art antérieur réside dans le fait que l'énergie de détente que le fluide réfrigérant récupère lorsque ce dernier passe d'un état à haute pression en amont de l'éjecteur à un état basse pression en aval de l'éjecteur mérite d'être accrue.
Un quatrième problème posé par l'utilisation d'un éjecteur selon l'art antérieur réside dans le fait que l'éjecteur n'est pas adapté à la fourniture d'une puissance frigorifique de l'ordre de 1 ,5 kW à 6 kW. Objet de l'invention.
Le but de la présente invention est de proposer un éjecteur destiné à être installé sur une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant, tel qu'un fluide supercritique, l'éjecteur étant agencé de manière à permettre l'obtention d'un coefficient de performance « COP » de la boucle de climatisation qui soit le plus élevé possible, notamment accru de 5% à 20% par rapport à une boucle de climatisation selon l'art antérieur, Péjecteur étant aussi agencé pour un fluide réfrigérant dont un rapport de densité à 00C entre une densité du fluide réfrigérant à l'état gazeux et une densité du fluide réfrigérant à l'état liquide est inférieur à 50, l'éjecteur permettant une réduction de la taille d'un compresseur et/ou d'un évaporateur participants de la dite boucle pour un confort thermique amélioré et/ou une consommation électrique réduite.
Un autre but de la présente invention est de proposer une boucle de climatisation permettant l'intégration d'un tel éjecteur et étant adaptée pour offrir un coefficient de performance « COP » le plus élevé possible.
L'éjecteur de la présente invention est un éjecteur destiné à équiper une boucle de climatisation d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile. Ledit éjecteur comprend une buse de réception d'un fluide réfrigérant comportant une partie convergente d'une longueur de convergence A et une partie divergente d'une longueur de divergence
B prises selon une direction générale d'extension Δ dudit éjecteur. La partie divergente est placée en aval de la partie convergente selon un sens de transit du fluide réfrigérant à l'intérieur dudit éjecteur.
Selon la présente invention, la longueur de convergence A est supérieure à la longueur de divergence B.
Un rapport de longueur A / B des dites longueurs A et B est préférentiellement supérieur à 2. La dite buse comporte avantageusement un col d'un diamètre Dt et un orifice de sortie d'un diamètre Do pour lesquels un premier rapport de diamètre Do / Dt vérifie la relation : 1 < Do / Dt < 3
Le diamètre Dt du col vérifie préférentiellement la relation :
0,6 mm < Dt < 0,9 mm
L'éjecteur comporte avantageusement une chambre de mixage du fluide réfrigérant qui est ménagée en aval de l'orifice de sortie selon un sens d'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur et qui est d'un diamètre Dm, pour lequel un deuxième rapport de diamètre Dm / Do vérifie la relation :
1 ,5 < Dm / Do < 3
La chambre de mixage est avantageusement d'une longueur de mixage Lm prise selon la direction générale d'extension Δ dudit éjecteur, qui vérifie la relation :
6 < Lm / Dm < 10
Une chambre de diffusion est de préférence ménagée en aval de la chambre de mixage selon le sens d'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur, la chambre de diffusion étant d'une longueur de diffusion Ld prise selon la direction générale d'extension Δ dudit éjecteur, qui vérifie la relation :
15 < Ld / Dm < 30
Une boucle de climatisation selon la présente invention est principalement reconnaissable en ce que ladite boucle comprend un tel éjecteur.
La boucle de climatisation comprend de préférence une première vanne de contrôle interposée entre ledit éjecteur et un refroidisseur de gaz que comporte la dite boucle. Ladite boucle comprend également de préférence une deuxième vanne de contrôle interposée entre un séparateur liquide-gaz et un premier évaporateur que comporte ladite boucle.
Ladite boucle comprend avantageusement un deuxième évaporateur interposé entre l'éjecteur et le séparateur liquide-gaz.
Description des figures.
La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la lecture de la description qui va être faite d'une forme préférée de réalisation en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : Les fig.1 et fig.2 sont des illustrations schématiques de variantes respectives de réalisation d'une boucle de climatisation selon la présente invention.
La fig.3 est une illustration schématique d'un éjecteur selon la présente invention qui est constitutif de la boucle de climatisation, illustrée sur la figure précédente.
Sur les fig.1 et fig.2, une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation comprend une boucle de climatisation 1 pour refroidir un flux d'air 2 préalablement à sa délivrance à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. La boucle de climatisation 1 comprend un compresseur 3, un refroid isseur de gaz 4, un éjecteur
5, un séparateur liquide-gaz 6 et au moins un évaporateur 7,7' à l'intérieur desquels circule un fluide réfrigérant, tel qu'un fluide supercritique, R744 ou dioxyde de carbone notamment.
Sur la fig.1, le fluide réfrigérant circule successivement depuis le compresseur 3 vers le refroidisseur de gaz 4, puis vers une première entrée 8 de l'éjecteur 5. Le fluide réfrigérant circule ensuite depuis l'éjecteur 5 vers le séparateur liquide-gaz 6. Ce dernier 6 comporte une première sortie 9 à travers laquelle le fluide réfrigérant à l'état gazeux circule pour retourner au compresseur 3, et une deuxième sortie 10 à travers laquelle le fluide réfrigérant à l'état liquide circule pour rejoindre un premier évaporateur 7, puis une deuxième entrée 11 de l'éjecteur 5. Il en ressort que le premier évaporateur 7 est disposé sur une dérivation 12 que comporte la boucle de climatisation 1 , cette dérivation 12 étant ménagée entre la deuxième sortie 10 dudit séparateur 6 et la deuxième entrée 11 de l'éjecteur 5.
Sur la fιg.2, outre les éléments susvisés, la boucle de climatisation 1 comporte un deuxième évaporateur T qui est interposé entre l'éjecteur 5 et le séparateur liquide-gaz 6.
Le compresseur 3 est destiné à recevoir le fluide réfrigérant à l'état gazeux et à le comprimer pour le porter à haute pression. Le refroidisseur de gaz 4 est apte à refroidir le fluide réfrigérant comprimé, à pression relativement constante, en cédant de la chaleur à son environnement. L'éjecteur 5 est à même d'abaisser la pression du fluide réfrigérant en sortie du refroidisseur de gaz 4 en l'amenant au moins en partie à l'état liquide. Le séparateur liquide-gaz 6 est destiné à recueillir d'une part un reliquat de fluide réfrigérant à l'état liquide en sortie de l'éjecteur 5 ou du deuxième évaporateur T pour le renvoyer au premier évaporateur 7 et d'autre part une fraction de fluide réfrigérant à l'état gazeux pour Ia retourner au compresseur 3. Le premier évaporateur 7 est quant à lui propre à faire passer à l'état gazeux le fluide réfrigérant à l'état liquide provenant dudit séparateur 6, à pression relativement constante, en prélevant de la chaleur au flux d'air 2 qui traverse l'évaporateur 7. Le deuxième évaporateur T qui est également traversé par le flux d'air 2 est prévu pour assurer un refroidissement de ce dernier 2 lorsque le débit de fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de la dérivation 12 est réduit. Il en résulte que lorsque l'éjecteur 5 assure préférentiellement une fonction de détendeur le flux d'air 2 est refroidi par l'intermédiaire du deuxième évaporateur 7', tandis que lorsque l'éjecteur 2 assure préférentiellement une fonction d'aspiration du fluide réfrigérant en provenance de la dérivation 12 le flux d'air 2 est refroidi par l'intermédiaire du premier évaporateur 7. δ
Pour contrôler la pression de fluide réfrigérant respectivement en sortie du refroidisseur de gaz 4 et en première entrée 8 de l'éjecteur 5, en vue d'obtenir un coefficient de performance « COP » de la boucle de climatisation 1 qui soit le plus élevé possible, la présente invention propose d'interposer une première vanne de contrôle 13 entre le refroidisseur de gaz 4 et la première entrée 8 de l'éjecteur 5, selon un sens d'écoulement 14 du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boucle de climatisation 1. Selon le degré d'ouverture de la dite première vanne 13, cette dernière 13 permet soit de minimiser une énergie consommée par le compresseur 3 pour comprimer le fluide réfrigérant, soit de maximaliser une puissance utile récupérée par le premier évaporateur 7 et/ou le deuxième évaporateur 7', pour finalement obtenir un coefficient de performance « COP » optimisé.
Pour contrôler une chute de pression du fluide réfrigérant sur la dérivation 12 de la boucle de climatisation 1 , ladite dérivation 12 comprend une deuxième vanne de contrôle 15 qui est interposée entre la deuxième sortie 10 du séparateur 6 et le premier évaporateur 7, selon un sens de circulation 16 du fluide réfrigérant à l'intérieur de ladite dérivation 12. Selon une forme de réalisation de ladite deuxième vanne 15, cette dernière 15 présente un calibre fixe adapté pour l'obtention d'un meilleur compromis entre un débit de fluide réfrigérant circulant à l'intérieur du premier évaporateur 7 qui soit optimisé et une pression de fluide réfrigérant à l'intérieur du premier évaporateur 7 qui soit la plus adaptée aux conditions de fonctionnement de la boucle de climatisation 1.
Sur la fig.3, la présente invention propose un éjecteur 5 spécifiquement adapté pour un fluide réfrigérant supercritique, R744 notamment, qui présente une caractéristique physique distinctive d'autres fluides réfrigérants couramment utilisés, à savoir un rapport de densité à O0C entre une densité à l'état gazeux et une densité à l'état liquide qui est inférieur à 50. La prise en compte de cette caractéristique physique particulière du fluide réfrigérant R744 a conduit les concepteurs de la présente invention à dimensionner précisément ledit éjecteur 5, en vue notamment d'obtenir un coefficient de performance « COP » le plus élevé possible. Les dimensionnements qui vont être énoncés relèvent notamment de cette caractéristique physique, et en tout cas de l'utilisation du fluide réfrigérant R744 à l'intérieur de la boucle de climatisation 1.
Dans sa généralité, ledit éjecteur 5 comporte une buse de réception 17 du fluide réfrigérant en provenance de ladite première vanne 13. La buse de réception 17 comporte une partie convergente 18 et une partie divergente 19, qui sont séparées l'une de l'autre par un col 20 formant une restriction de passage du fluide réfrigérant en provenance de ladite première vanne 13.
De préférence, la partie convergente 18 est située en amont de la partie divergente 19 selon un sens de transit 21 du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur 5. Dans ce cas, la partie amont convergente 18 présente une section de passage qui diminue au fur et à mesure d'un rapprochement dudit col 20 selon le sens de transit 21 du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur 5 tandis que la partie aval divergente 19 présente une section de passage qui augmente au fur et à mesure d'un éloignement dudit col 20 selon le sens de transit 21 du fluide réfrigérant à ^'intérieur de l'éjecteur 5. La partie amont convergente 18 est d'une longueur de : convergence A tandis que la partie aval divergente 19 est d'une longueur de divergence B. Ces longueurs A et B sont mesurées selon une direction générale d'extension Δ dudit éjecteur 5, cette direction générale Δ étant par exemple confondue avec un axe de symétrie dudit éjecteur 5. Plus particulièrement, la longueur de convergence A est mesurée entre un orifice d'admission 27 de fluide réfrigérant à l'intérieur de la partie amont convergente 18 et le col 20. De même, la longueur de divergence B est mesurée entre un orifice de sortie 22 du fluide réfrigérant hors de la partie aval divergente 19 et le col 20.
Pour prendre en compte la caractéristique particulière susvisée, il est proposé par la présente, invention que la longueur de convergence A soit supérieure à la longueur de divergence B. Selon une variante de réalisation de la présente invention, un rapport de longueur A / B des dites longueurs A et B est par exemple supérieur à 2. Il en découle une optimisation de la récupération d'une énergie de détente irréversible du fluide réfrigérant à l'intérieur dudit éjecteur 5, de telle sorte que ladite détente soit une détente la plus isentropique possible.
De même, il est proposé qu'un diamètre Dt du col et un diamètre Do de l'orifice de sortie 22 de ladite buse 17 vérifient la relation : 1 < Do / Dt < 3. L'orifice de sortie
22 de ladite buse 17 est constituée d'une extrémité terminale de la partie aval divergente 19 à travers laquelle le fluide réfrigérant quitte ladite buse 17.
Il est aussi plus particulièrement proposé que le diamètre Dt du col 20 soit compris entre 0.6 mm et 0.9 mm.
L'éjecteur 5 comporte une chambre de mixage 23 du fluide réfrigérant en provenance de la première vanne 13 et du fluide réfrigérant en provenance de l'évaporateur 7. A cette fin, la dite chambre de mixage 23 est ménagée en aval d'une chambre de réception 24 du fluide réfrigérant en provenance de l'évaporateur 7 selon le sens de transit 21 du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur 5. Ladite chambre de réception 24 loge la buse de réception 17 du fluide réfrigérant en provenance de ladite première vanne 13. Ladite chambre de réception 24 est munie de la dite première entrée 8 de Péjecteur 5. Selon le sens de transit 21 du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur 5, la chambre de mixage
23 est ménagée à l'intérieur de l'éjecteur 5 en aval dudit orifice de sortie 22, en aval d'un orifice d'évacuation 25 du fluide réfrigérant hors de la chambre de réception 24 et en aval de ladite première entrée 8. La chambre de mixage 23 présente un diamètre Dm mesuré en entrée de cette dernière 23, qui vérifie la relation : 1 ,5 < Dm / Do < 3. Selon la forme de réalisation décrite ci-dessus, le diamètre Dm est constant selon la longueur de mixage Lm de la chambre de mixage. Selon une autre forme de réalisation non représentée de la présente invention, le diamètre Dm est variable, notamment , croissant selon le sens de transit 21 du fluide réfrigérant.
La chambre de mixage 23 présente par ailleurs une longueur de mixage Lm, prise selon la direction générale d'extension Δ et entre une bouche d'admission 28 du fluide réfrigérant à l'intérieur de la chambre de mixage 23 et une bouche d'évacuation 29 du fluide réfrigérant hors de la chambre de mixage 23, qui vérifie la relation : 6 < Lm / Dm < 10. On notera toutefois le cas particulier où la longueur de mixage Lm est nulle.
L'éjecteur 5 comporte une chambre de diffusion 26 qui est ménagée en aval de la chambre de mixage 23 selon le sens de transit 21 du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur 5. La chambre de diffusion 26 présente une longueur de diffusion Ld mesurée selon la direction générale d'extension Δ et entre la bouche d'évacuation 29 du fluide réfrigérant hors de la chambre de mixage 23 et une ouverture d'évacuation 30 du fluide réfrigérant hors de l'éjecteur 5, qui vérifie la relation : 15 < Ld / Dm < 30.

Claims

Revendications
1.- Ejecteur (5) destiné à équiper une boucle de climatisation (1) d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile, ledit ejecteur (5) comprenant une buse de réception (17) d'un fluide réfrigérant comportant une partie convergente (18) d'une longueur de convergence A et une partie divergente (19) d'une longueur de divergence B prises selon une direction générale d'extension Δ dudit ejecteur (5), la partie divergente (19) étant placée en aval de la partie convergente (18) selon un sens de transit (21) du fluide réfrigérant à l'intérieur dudit ejecteur (5), caractérisé en ce que la longueur de convergence A est supérieure à la longueur de divergence B.
2.- Ejecteur (5) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'un rapport de longueur A / B des dites longueurs A et B est supérieur à 2.
3.- Ejecteur (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dite buse (17) comporte un col (20) d'un diamètre Dt et un orifice de sortie (22) d'un diamètre Do pour lesquels un premier rapport de diamètre Do / Dt vérifie la relation :
1 < Do / Dt < 3
4.- Ejecteur (5) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre Dt du col (20) vérifie la relation : 0,6 mm < Dt < 0,9 mm
5.- Ejecteur (5) selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'éjecteur (5) comporte une chambre de mixage (23) du fluide réfrigérant qui est ménagée en aval de l'orifice de sortie (22) selon un sens d'écoulement (21) du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur (5) et qui est d'un diamètre Dm, pour lequel un deuxième rapport de diamètre Dm / Do vérifie la relation :
1,5 < Dm / Do < 3
6.- Ejecteur (5) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre de mixage (23) est d'une longueur de mixage Lm prise selon la direction générale d'extension Δ dudit ejecteur (5), qui vérifie la relation : 6 < Lm / Dm < 10
7.- Ejecteur (5) selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'une chambre de diffusion (26) est ménagée en aval de la chambre de mixage (23) selon le sens d'écoulement (21) du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'éjecteur (5), la chambre de diffusion (26) étant d'une longueur de diffusion Ld prise selon la direction générale d'extension Δ dudit ejecteur (5), qui vérifie la relation :
15 < Ld / Dm < 30
8.- Boucle de climatisation (1) comprenant un ejecteur (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9.- Boucle de climatisation (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite boucle (1) comprend une première vanne de contrôle (13) interposée entre ledit ejecteur (5) et un refroidisseur de gaz (4) que comporte la dite boucle (1).
10.- Boucle de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que ladite boucle (1) comprend une deuxième vanne de contrôle (15) interposée entre un séparateur liquide-gaz (6) et un premier évaporateur (7) que comporte ladite boucle (1).
11.- Boucle de climatisation (T) selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite boucle (1) comprend un deuxième évaporateur (7') interposé entre l'éjecteur (5) et le séparateur liquide-gaz (6).
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