JP2007078340A - Ejector type refrigerating cycle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒減圧手段の役割および冷媒循環手段の役割を果たすエジェクタを有するエジェクタ式冷凍サイクルに関するものであり、例えば、車両用空調冷蔵装置の冷凍サイクルに適用して有効である。 The present invention relates to an ejector-type refrigeration cycle having an ejector serving as a refrigerant decompression means and a refrigerant circulation means, and is effective when applied to, for example, a refrigeration cycle of a vehicle air-conditioning refrigeration apparatus.
従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、冷媒減圧手段および冷媒循環手段としてエジェクタを使用したエジェクタ式冷凍サイクルが特許文献1において提案されている。 Conventionally, in a vapor compression refrigeration cycle, an ejector refrigeration cycle using an ejector as a refrigerant decompression means and a refrigerant circulation means has been proposed in Patent Document 1.
この特許文献1では、エジェクタの冷媒流出側に第1蒸発器を接続し、この第1蒸発器の出口側に気液分離器を配置するともに、この気液分離器の液冷媒流出側とエジェクタの冷媒吸引口との間に第2蒸発器を接続した構成が記載されている。 In this Patent Document 1, a first evaporator is connected to the refrigerant outlet side of the ejector, and a gas-liquid separator is disposed on the outlet side of the first evaporator, and the liquid refrigerant outlet side of the gas-liquid separator is connected to the ejector. The structure which connected the 2nd evaporator between these refrigerant | coolant suction openings is described.
特許文献1には第1、第2蒸発器により別々の空間、または第1、第2蒸発器によりで同一の空間から吸熱(冷却)作用を発揮することができる旨記載されている(特許文献1の段落0192参照)。 Patent Document 1 describes that heat absorption (cooling) can be exerted from separate spaces by the first and second evaporators or from the same space by the first and second evaporators (Patent Document 1). 1 paragraph 0192).
また、特許文献1の図34〜図38には、気液分離器の液冷媒流出側とエジェクタの吸引口との間のみに蒸発器を配置するエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、気液分離器から流出する低圧気相冷媒と、放熱器の出口側高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を設ける構成が記載されている。 Further, FIGS. 34 to 38 of Patent Document 1 show an outflow from the gas-liquid separator in an ejector-type refrigeration cycle in which an evaporator is disposed only between the liquid refrigerant outflow side of the gas-liquid separator and the suction port of the ejector. The structure which provides the internal heat exchanger which performs heat exchange between the low-pressure gaseous-phase refrigerant | coolant to perform and the exit side high-pressure refrigerant | coolant of a radiator is described.
また、本出願人は、特願2006−36532号において内部熱交換器を設けたエジェクタ式冷凍サイクルを提案している。この先願では、エジェクタ下流側にエジェクタ通過後の低圧冷媒を蒸発させる第1蒸発器を設け、一方、エジェクタ上流側で分岐された冷媒をエジェクタの冷媒吸引口に導く分岐通路を設け、この分岐通路に絞り手段、およびこの絞り手段下流側に位置する第2蒸発器を設け、更に、圧縮機吸入側の低圧冷媒と放熱器下流側の高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を設けている。 The present applicant has proposed an ejector refrigeration cycle provided with an internal heat exchanger in Japanese Patent Application No. 2006-36532. In this prior application, the first evaporator for evaporating the low-pressure refrigerant after passing through the ejector is provided on the downstream side of the ejector, while the branch passage for introducing the refrigerant branched on the upstream side of the ejector to the refrigerant suction port of the ejector is provided. And an internal heat exchanger for exchanging heat between the low pressure refrigerant on the compressor suction side and the high pressure refrigerant on the downstream side of the radiator. Provided.
特許文献1および上記先願によると、内部熱交換器における熱交換作用によって第1、第2蒸発器入口冷媒のエンタルピを減少して、蒸発器入口、出口間のエンタルピ差を拡大できる。これにより、第1、第2蒸発器の冷凍能力を向上できる。
しかし、特許文献1および上記先願においては、内部熱交換器における熱交換作用によって圧縮機吸入冷媒の過熱度が増加するので、圧縮機吸入冷媒の密度が内部熱交換なしの場合に比較して低下する。この吸入冷媒の密度低下は圧縮機吐出流量(質量流量)を減少させるので、第1、第2蒸発器の冷凍能力低下、ひいてはサイクル効率(COP)低下の原因となる。 However, in Patent Document 1 and the above-mentioned prior application, the degree of superheat of the refrigerant sucked by the compressor increases due to the heat exchange action in the internal heat exchanger, so that the density of the refrigerant sucked by the compressor is smaller than that in the case where there is no internal heat exchange. descend. This reduction in the density of the refrigerant sucked reduces the compressor discharge flow rate (mass flow rate), which causes a reduction in the refrigeration capacity of the first and second evaporators, and hence a reduction in cycle efficiency (COP).
本発明は、上記点に鑑み、エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、圧縮機吸入冷媒の密度低下を起こすことなく、蒸発器冷凍能力の向上を図ることを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to improve the evaporator refrigeration capacity in the ejector refrigeration cycle without causing a decrease in the density of refrigerant sucked by the compressor.
本発明は上記目的を達成するために案出されたもので、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機(11)と、
前記圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を凝縮する凝縮器(13a)と、
前記凝縮器(13a)の出口側冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器(13b)と、
前記高圧側気液分離器(13b)の飽和液冷媒を過冷却する過冷却器(13c)と、
前記凝縮器(13a)の出口部より下流側の冷媒を減圧膨張させるノズル部(15a)、前記ノズル部(15a)から噴射する高速度の冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口(15b)、および前記高速度の冷媒流と前記冷媒吸引口(15b)からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部(15d)を有するエジェクタ(15)と、
前記過冷却器(13c)の過冷却液冷媒を減圧する絞り手段(18)と、
前記絞り手段(18)の下流側と前記冷媒吸引口(15b)との間に接続される蒸発器(19)とを備えることを特徴としている。
The present invention has been devised in order to achieve the above object, and a compressor (11) for sucking and compressing refrigerant,
A condenser (13a) for condensing the high-pressure refrigerant discharged from the compressor (11);
A high-pressure side gas-liquid separator (13b) for separating the gas-liquid of the outlet side refrigerant of the condenser (13a);
A supercooler (13c) for supercooling the saturated liquid refrigerant of the high-pressure side gas-liquid separator (13b);
A nozzle part (15a) that decompresses and expands the refrigerant downstream from the outlet part of the condenser (13a), and a refrigerant suction port (the refrigerant is sucked into the interior by a high-speed refrigerant flow injected from the nozzle part (15a)) 15b), and an ejector (15) having a pressure increasing portion (15d) for increasing the pressure by reducing the speed of the refrigerant flow obtained by mixing the high-speed refrigerant flow and the refrigerant sucked from the refrigerant suction port (15b) ,
Throttle means (18) for depressurizing the supercooled liquid refrigerant of the supercooler (13c);
An evaporator (19) connected between the downstream side of the throttle means (18) and the refrigerant suction port (15b) is provided.
これによると、過冷却器(13c)で過冷却された過冷却液冷媒を減圧した低圧冷媒を蒸発器(19)で蒸発させて蒸発器(19)の冷凍能力を発揮できる。 According to this, the low pressure refrigerant | coolant which decompressed the supercooled liquid refrigerant | coolant supercooled by the supercooler (13c) can be evaporated by the evaporator (19), and the refrigerating capacity of the evaporator (19) can be exhibited.
ここで、蒸発器(19)ではエジェクタ(15)での昇圧効果相当分だけ圧縮機吸入圧よりも低い蒸発圧力で冷媒を蒸発させることができ、それにより、冷媒蒸発温度を引き下げることができる。しかも、過冷却器(13c)での過冷却作用によって蒸発器(19)の入口・出口間の冷媒エンタルピ差を拡大できる。 Here, in the evaporator (19), the refrigerant can be evaporated at an evaporation pressure lower than the compressor suction pressure by an amount corresponding to the boosting effect in the ejector (15), and thereby the refrigerant evaporation temperature can be lowered. Moreover, the refrigerant enthalpy difference between the inlet and outlet of the evaporator (19) can be increased by the supercooling action in the supercooler (13c).
そして、過冷却器(13c)での過冷却作用によって蒸発器(19)の冷媒エンタルピ差を拡大できるので、内部熱交換器を設けたサイクル構成の場合のように、圧縮機吸入冷媒の過熱度増加→圧縮機吸入冷媒の密度低下→圧縮機吐出流量(質量流量)の減少という現象が起きない。 And since the refrigerant | coolant enthalpy difference of an evaporator (19) can be expanded by the supercooling effect | action in a supercooler (13c), like the case of the cycle structure which provided the internal heat exchanger, the superheat degree of a refrigerant | coolant suction | inhalation refrigerant | coolant The phenomenon of increase → decrease in the density of refrigerant sucked in the compressor → decrease in compressor discharge flow rate (mass flow rate) does not occur.
この結果、サイクル効率(COP)を低下させることなく、蒸発器(19)の冷凍能力を向上できる。 As a result, the refrigeration capacity of the evaporator (19) can be improved without reducing the cycle efficiency (COP).
本発明は、具体的には、エジェクタ(14)の下流側に第1蒸発器(16)が接続され、
絞り手段(18)下流側の蒸発器は、第1蒸発器(16)よりも冷媒蒸発温度が低い第2蒸発器(19)を構成する。
In the present invention, specifically, the first evaporator (16) is connected to the downstream side of the ejector (14),
The evaporator on the downstream side of the throttle means (18) constitutes a second evaporator (19) having a refrigerant evaporation temperature lower than that of the first evaporator (16).
これによると、蒸発温度域が異なる第1、第2蒸発器(16、19)を備えるサイクル構成において、この第1、第2蒸発器(16、19)の冷凍能力を効率よく向上できる。 According to this, in the cycle configuration including the first and second evaporators (16, 19) having different evaporation temperature ranges, the refrigeration capacity of the first and second evaporators (16, 19) can be efficiently improved.
本発明は、具体的には、エジェクタ(15)の下流側冷媒の気液を分離して、気相冷媒を圧縮機(11)の吸入側に流出する低圧側気液分離器(23)を備えるようにしてもよい。 Specifically, the present invention includes a low-pressure side gas-liquid separator (23) that separates the gas-liquid of the downstream-side refrigerant of the ejector (15) and flows the gas-phase refrigerant to the suction side of the compressor (11). You may make it prepare.
また、本発明は、具体的には、第1蒸発器(16)の下流側冷媒の気液を分離して、気相冷媒を前記圧縮機(11)の吸入側に流出する低圧側気液分離器(23)を備えるようにしてもよい。 Further, in the present invention, specifically, the low-pressure side gas-liquid that separates the gas-liquid of the downstream-side refrigerant of the first evaporator (16) and flows the gas-phase refrigerant to the suction side of the compressor (11). A separator (23) may be provided.
そして、本発明は、具体的には、低圧側気液分離器(23)にて分離された液相冷媒を絞り手段(18)下流側の蒸発器(19)に供給する冷媒通路(26)を備えるようにしてもよい。 In the present invention, specifically, the refrigerant passage (26) for supplying the liquid-phase refrigerant separated by the low-pressure side gas-liquid separator (23) to the evaporator (19) on the downstream side of the throttle means (18). You may make it provide.
これによれば、絞り手段(18)通過後の低圧冷媒と、低圧側気液分離器(23)からの液相冷媒の両方を絞り手段(18)下流側の蒸発器(19)に供給できるから、蒸発器(19)に常に液相冷媒の割合が高い(乾き度が小さい)低圧冷媒を供給でき、蒸発器(19)の性能向上に貢献できる。 According to this, both the low pressure refrigerant after passing through the throttle means (18) and the liquid phase refrigerant from the low pressure side gas-liquid separator (23) can be supplied to the evaporator (19) downstream of the throttle means (18). Therefore, the low-pressure refrigerant having a high ratio of liquid-phase refrigerant (low dryness) can be supplied to the evaporator (19) at all times, which can contribute to improving the performance of the evaporator (19).
また、本発明は、具体的には、上記冷媒通路(26)に、低圧側気液分離器(23)から蒸発器(19)へ向かう一方向のみに冷媒を流す逆止弁(25)を設置する。 Further, the present invention specifically includes a check valve (25) that allows the refrigerant to flow only in one direction from the low-pressure gas-liquid separator (23) to the evaporator (19) in the refrigerant passage (26). Install.
これにより、絞り手段(18)通過後の低圧冷媒が低圧側気液分離器(23)に直接流れ込むという不具合を確実に阻止できる。 Thereby, the malfunction that the low-pressure refrigerant | coolant after passing through a throttle means (18) flows directly into a low-pressure side gas-liquid separator (23) can be prevented reliably.
本発明は、具体的には、気液分離器(13b)の飽和液冷媒をエジェクタ(15)に導入するようになっている。 Specifically, in the present invention, the saturated liquid refrigerant of the gas-liquid separator (13b) is introduced into the ejector (15).
また、本発明は、具体的には、過冷却器(13c)の過冷却液冷媒をエジェクタ(15)に導入してもよい。 Further, in the present invention, specifically, the supercooled liquid refrigerant of the supercooler (13c) may be introduced into the ejector (15).
更に、本発明は、具体的には、凝縮器(13a)の出口冷媒をエジェクタ(15)に導入してもよい。 Further, in the present invention, specifically, the outlet refrigerant of the condenser (13a) may be introduced into the ejector (15).
特に、気液分離器(13b)の飽和液冷媒をエジェクタ(15)に導入する場合は、気相冷媒を含まない飽和液冷媒をエジェクタ(15)に導入できるから、凝縮器(13a)の出口冷媒のようにサイクル運転条件の変化によって乾き度が変化して冷媒密度が変化することがなく、エジェクタ導入冷媒の密度が安定している。このため、エジェクタ導入冷媒の密度に対応した適切なノズル部形状を設定できる。 In particular, when the saturated liquid refrigerant of the gas-liquid separator (13b) is introduced into the ejector (15), the saturated liquid refrigerant that does not include the gas-phase refrigerant can be introduced into the ejector (15), so that the outlet of the condenser (13a) Unlike the refrigerant, the dryness does not change due to the change of the cycle operation condition, and the refrigerant density does not change, and the density of the ejector introduced refrigerant is stable. For this reason, a suitable nozzle part shape corresponding to the density of the ejector introduction refrigerant can be set.
そして、飽和液冷媒は過冷却液冷媒に比較してエジェクタノズル部(15a)の入口・出口間の冷媒エンタルピ差を拡大でき、エジェクタ回収エネルギーを増大できる。以上のことから、気液分離器(13b)の飽和液冷媒をエジェクタ(15)に導入することにより、安定したエジェクタ性能を確保できる。 The saturated liquid refrigerant can increase the refrigerant enthalpy difference between the inlet and outlet of the ejector nozzle portion (15a) and can increase the ejector recovery energy compared to the supercooled liquid refrigerant. From the above, stable ejector performance can be secured by introducing the saturated liquid refrigerant of the gas-liquid separator (13b) into the ejector (15).
また、本発明は、具体的には、エジェクタ(15)および絞り手段(18)を一体構造として構成するようになっている。 Further, in the present invention, specifically, the ejector (15) and the throttle means (18) are configured as an integral structure.
これによると、エジェクタ(15)および絞り手段(18)からなる減圧モジュール(20)を構成でき、エジェクタ(15)および絞り手段(18)を独立に構成、配置する場合に比較して、搭載スペースの小型化、コスト低減を図ることができる。 According to this, the decompression module (20) composed of the ejector (15) and the throttle means (18) can be configured, and compared with the case where the ejector (15) and the throttle means (18) are configured and arranged independently, the mounting space is reduced. Can be reduced in size and cost.
また、本発明は、具体的には、凝縮器(13a)、気液分離器(13b)および過冷却器(13c)を一体構造として構成するようになっている。 In the present invention, specifically, the condenser (13a), the gas-liquid separator (13b), and the supercooler (13c) are configured as an integral structure.
これによると、上記三者(13a、13b、13c)の一体構造化によって搭載スペースの小型化、コスト低減を図ることができる。 According to this, downsizing of the mounting space and cost reduction can be achieved by the integral structure of the above three parties (13a, 13b, 13c).
なお、上記各手段および特許請求の範囲に記載の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means and each means as described in a claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態によるエジェクタ式冷凍サイクル10を車両用冷凍サイクル装置に適用した例を示す。本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機11は、プーリ12、ベルト等を介して図示しない車両走行用エンジンにより回転駆動される。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an example in which an
この圧縮機11としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチの断続により圧縮機作動の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機のいずれを使用してもよい。また、圧縮機11として電動圧縮機を使用すれば、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整できる。
The
この圧縮機11の冷媒吐出側には過冷却器一体型凝縮器13が配置されている。過冷却器一体型凝縮器13は凝縮器13aと気液分離器13bと過冷却器13cとにより構成される。凝縮器13aは圧縮機11から吐出された高圧気相冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気(車室外空気)により冷却して凝縮する。
A supercooler integrated
また、気液分離器13bは凝縮器13aの出口側に接続され、凝縮器13aの出口冷媒の気液を分離して液相冷媒を溜めるとともに、この液相冷媒、すなわち、飽和液冷媒を下流側へ流出する。
Further, the gas-
気液分離器13bの液相冷媒出口通路13dには分岐点13eが設定され、この分岐点13eで分岐される一方の冷媒通路が過冷却器13cに接続される。過冷却器13cは、気液分離器13bから流出する飽和液冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気(車室外空気)により冷却して過冷却する。
A
本実施形態では、凝縮器13aと気液分離器13bと過冷却器13cとを1つの組み付け構造体として一体に構成している。この1つの組み付け構造体はねじ等の機械的締結手段を用いる締結構造、ろう付けによる一体接合構造等を採用できる。特に、ろう付けによる一体接合構造は、凝縮器13aと気液分離器13bと過冷却器13cの三者の各部接合箇所をろう付け加熱炉内にて同時に一体接合でき、生産性が良好である。
In this embodiment, the
上記分岐点13eで分岐される他方の冷媒通路14はエジェクタ15の入口側に接続される。このエジェクタ15は冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引作用によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段(運動量輸送式ポンプ)でもある。
The other
エジェクタ15には、上記冷媒通路14から流入する高圧冷媒(高圧飽和液冷媒)の通路面積を小さく絞って、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部15aと、ノズル部15aの冷媒噴出口と連通するように配置され、後述する第2蒸発器19出口からの冷媒(気相冷媒)を吸引する冷媒吸引口15bが備えられている。
The
さらに、ノズル部15aおよび冷媒吸引口15bの下流側には、ノズル部15aからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口15bからの吸引冷媒とを混合する混合部15cが設けられている。そして、混合部15cの下流側に昇圧部をなすディフューザ部15dが配置されている。このディフューザ部15dは冷媒の通路面積を徐々に大きくする形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。エジェクタ15のディフューザ部15dの出口側に第1蒸発器16が接続され、この第1蒸発器16の出口側は圧縮機11の吸入側に接続される。
Further, on the downstream side of the
一方、過冷却器13cの下流側は冷媒通路17によりエジェクタ15の冷媒吸引口15bに接続される。この冷媒通路17には絞り機構18が配置され、この絞り機構18の下流側に第2蒸発器19が配置されている。
On the other hand, the downstream side of the
絞り機構18は第2蒸発器19への冷媒流量の調節作用をなす減圧手段であって、具体的にはキャピラリチューブやオリフィスのような固定絞りで構成できる。また、第2蒸発器19の冷媒温度や圧力に応じて通路絞り開度(通路面積)を変化させる可変絞りで絞り機構18を構成してもよい。なお、可変絞りとして電動アクチュエータにより通路絞り開度(弁開度)が調整可能になっている電気制御弁を用いてもよい。
The
絞り機構18とエジェクタ15は1つの組み付け構造体をなす減圧モジュール20として一体に構成されている。この減圧モジュール20の組み付け構造も、ねじ等の機械的締結手段を用いる締結構造やろう付けによる一体接合構造等を採用できる。
The
本実施形態では、第1蒸発器16と第2蒸発器19によりそれぞれ別の冷却対象空間を冷却するようになっている。例えば、第1蒸発器16を車室内冷房用として用い、電動送風機(図示せず)により送風される空気を第1蒸発器16により冷却し、その冷却空気(冷風)を車室内へ吹き出して車室内を冷房する。
In the present embodiment, different cooling target spaces are cooled by the
一方、第2蒸発器19は車載冷蔵庫内の冷却用として用いる。従って、電動送風機(図示せず)により送風される庫内空気を第2蒸発器19により冷却し、その冷却空気を庫内に再循環して庫内を冷却する。
On the other hand, the
なお、第1蒸発器16と第2蒸発器19を組み合わせて1つの冷却ユニットを構成し、この1つの冷却ユニット(すなわち、第1、第2蒸発器16、19の組み合わせユニット)にて共通の1つの冷却対象空間を冷却するようにしてもよい。
The
次に、第1実施形態の作動を説明する。圧縮機11を車両エンジンにより駆動すると、圧縮機11で圧縮され吐出された高温高圧状態の気相冷媒は過冷却器一体型凝縮器13のうち、まず凝縮器13aに流入する。この凝縮器13aでは高温高圧状態の気相冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気(車室外空気)により冷却して凝縮する。
Next, the operation of the first embodiment will be described. When the
凝縮器13aを通過した冷媒は気液分離器13b内に流入する。この気液分離器13bでは、凝縮器13aにて凝縮した冷媒の気液を分離する。すなわち、気相冷媒と液相冷媒との密度差を利用して、気液分離器13bの内部空間の上方側に気相冷媒を分離し、内部空間の下方側に液相冷媒を分離する。ここで、気液分離器13bの内部空間には冷媒の気液界面が形成されるので、飽和気相冷媒と飽和液相冷媒が共存する。
The refrigerant that has passed through the
気液分離器13bにはこの飽和液相冷媒を取り出す液相冷媒出口通路13dが設けられており、そして、液相冷媒出口通路13dには分岐点13eが設定され、この分岐点13eで飽和液相冷媒の流れは2つに分岐され、その一方の飽和液相冷媒の流れは冷媒通路14によってエジェクタ15に流入する。
The gas-
他方の飽和液相冷媒の流れは過冷却器13cに流入して過冷却される。すなわち、過冷却器13cでは、気液分離器13bから流出する飽和液相冷媒を図示しない冷却ファンにより送風される外気(車室外空気)により冷却して過冷却する。
The flow of the other saturated liquid phase refrigerant flows into the
エジェクタ15に流入した冷媒はノズル部15aで減圧され膨張する。従って、ノズル部15aで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、このノズル部15aの噴出口から冷媒は高速度となって噴出する。この際の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口15bから第2蒸発器19通過後の冷媒(気相冷媒)を吸引する。
The refrigerant flowing into the
ノズル部15aから噴出した冷媒と冷媒吸引口15bに吸引された冷媒は、ノズル部15a下流側の混合部15cで混合してディフューザ部15dに流入する。このディフューザ部15dでは通路面積の拡大により、冷媒速度を減速して冷媒圧力を上昇させる。
The refrigerant ejected from the
一方、過冷却器13c通過後の過冷却液相冷媒は冷媒通路17の絞り機構18で減圧されて低圧の気液2相状態となり、この低圧冷媒が第2蒸発器19に流入する。第2蒸発器19では、電動送風機(図示せず)の送風空気から冷媒が吸熱して蒸発する。この第2蒸発器19通過後の気相冷媒は冷媒吸引口15bからエジェクタ15内に吸引される。
On the other hand, the supercooled liquid phase refrigerant after passing through the
そして、エジェクタ15のディフューザ部15dから流出した低圧の気液2相冷媒は第1蒸発器16に流入する。第1蒸発器16では、低温の低圧冷媒が電動送風機(図示せず)の送風空気から吸熱して蒸発する。この第1蒸発器16通過後の冷媒は圧縮機11に吸入され再び圧縮される。
The low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed out of the
以上のごとく、本実施形態によると、エジェクタ15のディフューザ部15dの下流側冷媒を第1蒸発器16に供給するととともに、冷媒通路17側の冷媒を絞り機構18で減圧して第2蒸発器19にも供給できるので、第1、第2蒸発器16、19で同時に冷却作用を発揮できる。
As described above, according to the present embodiment, the refrigerant on the downstream side of the
その際に、第1蒸発器16の冷媒蒸発圧力はディフューザ部15dで昇圧した後の圧力であり、一方、第2蒸発器19の出口側はエジェクタ15の冷媒吸引口15bに接続されているから、ノズル部15aでの減圧直後の最も低い圧力を第2蒸発器19に作用させることができる。
At that time, the refrigerant evaporating pressure of the
これにより、第1蒸発器16の冷媒蒸発圧力(冷媒蒸発温度)よりも第2蒸発器19の冷媒蒸発圧力(冷媒蒸発温度)をディフューザ部15dでの昇圧作用相当分だけ低くすることができる。本実施形態では、第1蒸発器16を車室内冷房用として用い、第2蒸発器19を車載冷蔵庫の冷却用として用いているので、車室内冷房温度よりも車載冷蔵庫内の冷却温度を低くすることができる。
As a result, the refrigerant evaporation pressure (refrigerant evaporation temperature) of the
従って、車室内冷房作用と冷蔵庫内の冷却作用とを高低2つの温度域でもって同時に実行できる。この際、エジェクタ15のディフューザ部15dでの昇圧作用によって圧縮機11の吸入圧を上昇できるので、昇圧作用相当分だけ、圧縮機11の圧縮仕事量を低減でき、省動力効果を発揮できる。
Therefore, the cooling operation in the passenger compartment and the cooling operation in the refrigerator can be performed simultaneously in two high and low temperature ranges. At this time, since the suction pressure of the
しかも、第2蒸発器19側の冷媒流量をエジェクタ15の機能に依存することなく、絞り機構18にて独立に調整できる。
Moreover, the refrigerant flow rate on the
また、第2蒸発器19がエジェクタ15と並列的に配置されるので、エジェクタ15の冷媒吸引能力だけでなく、圧縮機11の冷媒吸入吐出能力をも利用して第2蒸発器19に冷媒を循環できる。そのため、エジェクタ15の入力が小さくなる運転条件でも第2蒸発器19の冷媒流量、ひいては第2蒸発器19の冷凍能力を確保し易い等の利点がある。
Further, since the
一方、本実施形態によると、気液分離器13b出口からの飽和液相冷媒を過冷却器13cで過冷却し、この過冷却液相冷媒を冷媒通路17の絞り機構18で減圧した後に第2蒸発器19に流入させる。これにより、過冷却器13cでの過冷却相当分だけ第2蒸発器19の入口、出口間のエンタルピ差を拡大でき、第2蒸発器19の冷凍能力を向上できる。
On the other hand, according to the present embodiment, the saturated liquid phase refrigerant from the gas-
しかも、過冷却器13cは外気により高圧冷媒を冷却するから、内部熱交換器を用いたサイクル構成の場合のように、圧縮機吸入冷媒の過熱度上昇→圧縮機吸入冷媒の密度低下→圧縮機吐出流量(質量流量)の減少によって第1、第2蒸発器16、19の冷凍能力低下を引き起こすことがない。その結果、サイクル効率(COP)の低下を引き起こすことなく、第2蒸発器19の冷凍能力を向上できる。
Moreover, since the
また、気液分離器13bからの飽和液相冷媒を分岐してエジェクタ15に導入するから、エジェクタ15には常に飽和液相冷媒を流入させることができ、エジェクタ流入冷媒の密度が安定する。これにより、前述した理由にてエジェクタ性能を安定的に発揮できる。
Further, since the saturated liquid phase refrigerant from the gas-
(第2実施形態)
第1実施形態では、気液分離器13bの液相冷媒出口通路13dに分岐点13eを設定し、この分岐点13eで飽和液相冷媒の流れを2つに分岐し、その一方の飽和液相冷媒の流れを冷媒通路14によってエジェクタ15に流入させているが、第2実施形態では、図2に示すように過冷却器13cの出口側の冷媒通路17に分岐点21を設定し、この分岐点21から過冷却液相冷媒を冷媒通路14によりエジェクタ15に流入させている。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, a
第2実施形態によると、過冷却器13cで過冷却された過冷却液相冷媒を絞り機構18とエジェクタ15の両方で減圧して、第1、第2蒸発器16、19にて蒸発させるから、第1実施形態に比較して第1蒸発器16の入口、出口間のエンタルピ差を拡大でき、第1蒸発器16の冷凍能力を向上できる。
According to the second embodiment, the supercooled liquid phase refrigerant supercooled by the
(第3実施形態)
図3は第3実施形態であり、第2実施形態のサイクル構成において冷媒通路17の分岐点21の上流部に絞り機構22を追加設置している。絞り機構22は固定絞り、可変絞りのいずれを使用してもよい。第3実施形態では、絞り機構18、絞り機構22およびエジェクタ15の三者を減圧モジュール20として一体に構成している。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a third embodiment. In the cycle configuration of the second embodiment, a
絞り機構22の具体例として、第1蒸発器16の出口冷媒の過熱度を所定値に制御する温度式膨張弁あるいは電気式膨張弁を用いれば、圧縮機11への液冷媒戻りを確実に防止できる。
As a specific example of the
(第4実施形態)
図4は第4実施形態であり、第3実施形態の絞り機構22を分岐点21の下流側で、冷媒通路14側に配置している。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 shows a fourth embodiment, in which the
第4実施形態においても、絞り機構22の具体例として、第1蒸発器16の出口冷媒の過熱度を所定値に制御する温度式膨張弁あるいは電気式膨張弁を用いれば、圧縮機11への液冷媒戻りを確実に防止できる。
Also in the fourth embodiment, as a specific example of the
(第5実施形態)
図5は第5実施形態であり、エジェクタ15の上流側の冷媒通路14を凝縮器13aの出口通路部13fに接続する。つまり、凝縮器13aの出口部と気液分離器13bの入口部との間に冷媒通路14を接続する。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 shows a fifth embodiment in which the
従って、第5実施形態では凝縮器13aの出口通路部13fに分岐点13gが設定され、凝縮器13aの出口冷媒流れが2つに分岐され、その一方の冷媒流れは気液分離器13b内に流入し、他方の冷媒流れは冷媒通路14を通過してエジェクタ15に流入する。
Accordingly, in the fifth embodiment, the
凝縮器13aの出口冷媒はサイクル運転条件の変化によってある程度の乾き度を持った気液2相状態となる場合があるが、総体的には飽和液相状態に近接した、乾き度が小さい、気液2相状態になっているので、第1実施形態に比較してエジェクタ性能が大きく低下することはない。同様の理由から、第1蒸発器16の冷凍能力が第1実施形態に比較して大きく低下することがない。
The refrigerant at the outlet of the
(第6実施形態)
図6は第6実施形態であり、図1の第1実施形態のサイクル構成において第1蒸発器16を廃止し、その代わりに、エジェクタ15の下流側に低圧側の気液分離器23を設けている。この気液分離器23はエジェクタ15の下流側の低圧冷媒の気液を分離し、液相冷媒(飽和液相冷媒)を溜めるとともに、気相冷媒(飽和気相冷媒)を圧縮機11の吸入側へ向かって流出させる。
(Sixth embodiment)
FIG. 6 shows a sixth embodiment. In the cycle configuration of the first embodiment of FIG. 1, the
また、低圧側の気液分離器23の底部には液相冷媒(飽和液相冷媒)を取り出すための液冷媒出口24が設けられ、この液冷媒出口24には逆止弁25を備えた冷媒通路26が接続されている。この冷媒通路26の出口は、絞り機構18の下流側と蒸発器19の上流側との間の合流部27に接続されている。逆止弁25は、液冷媒出口24から合流部27へ向かう一方向のみに冷媒を流し、これとは逆方向の冷媒流れを阻止するようになっている。
Further, a liquid
図7は第6実施形態による冷凍サイクルのモリエル線図であって、a点は圧縮機11の吐出冷媒(高圧過熱冷媒)の状態であり、b点は高圧側気液分離器13bの液相冷媒出口通路13dにおける分岐点13eの冷媒状態(飽和液相冷媒)である。c点は過冷却器13c出口の過冷却液相冷媒の状態で、d点はエジェクタ15のノズル15a出口部の低圧気液2相冷媒の状態である。e点は絞り機構18出口の低圧気液2相冷媒の状態であり、f点は合流点27で合流した後の低圧気液2相冷媒の状態である。
FIG. 7 is a Mollier diagram of the refrigeration cycle according to the sixth embodiment, where point a is the state of refrigerant discharged from the compressor 11 (high pressure superheated refrigerant), and point b is the liquid phase of the high pressure side gas-
g点は蒸発器19出口部の冷媒状態である。h点は蒸発器19出口側から吸引される吸引冷媒とノズル15aの出口部冷媒とが混合した後の冷媒状態である。i点はこの混合冷媒をディフューザ部15dにより昇圧した後の冷媒状態を示す。
The point g is the refrigerant state at the outlet of the
j点は低圧側気液分離器23内の飽和液相冷媒で、k点は低圧側気液分離器23内の飽和気相冷媒である。なお、j点とf点との圧力差は、逆止弁25および冷媒通路26の圧損による減圧量である。
Point j is a saturated liquid phase refrigerant in the low-pressure side gas-
図8は第2実施形態(図2)による冷凍サイクルのモリエル線図であって、a、c、d、e、g、i、kの各点は図7と同じ冷媒状態を示す。但し、図8において、e点とg点とのエンタルピ差は第2蒸発器19での吸熱量であり、i点とk点とのエンタルピ差は第1蒸発器16での吸熱量である。
FIG. 8 is a Mollier diagram of the refrigeration cycle according to the second embodiment (FIG. 2), and points a, c, d, e, g, i, and k indicate the same refrigerant state as in FIG. However, in FIG. 8, the enthalpy difference between the e point and the g point is the endothermic amount at the
第6実施形態による作用効果を図7、図8のモリエル線図の対比により説明すると、第2実施形態(図2)では過冷却器13c出口の過冷却液相冷媒を2つの流れに分岐して、一方の過冷却液相冷媒をエジェクタ15のノズル15aにてd点まで減圧するともに、他方の過冷却液相冷媒を絞り機構18にてe点まで減圧している。
The effects of the sixth embodiment will be described by comparing the Mollier diagrams of FIGS. 7 and 8. In the second embodiment (FIG. 2), the supercooled liquid refrigerant at the outlet of the
図7、図8において、ΔH1、ΔH2はエジェクタ15のノズル15a前後の冷媒エンタルピ差であって、この冷媒エンタルピ差ΔH1、ΔH2はエジェクタ15にて回収できる膨張損失エネルギー(以下回収エネルギーと言う)に相当するものである。
7 and 8, ΔH1 and ΔH2 are refrigerant enthalpy differences before and after the
第2実施形態の場合は、過冷却器13cにより過冷却した過冷却液相冷媒をエジェクタ15のノズル15aにて減圧するため、ノズル15aでの等エントロピ変化による減圧特性がモリエル線図上の鉛直線に近接した特性となり、その結果、ノズル15a前後の冷媒エンタルピ差ΔH2が比較的小さな値となり、回収エネルギーが小さくなる。
In the case of the second embodiment, the supercooled liquid phase refrigerant supercooled by the
これに対し、第6実施形態では、過冷却器13cにより過冷却する前の飽和液相冷媒をエジェクタ15のノズル15aにて減圧するため、図7に示すようにノズル15aでの等エントロピ変化による減圧特性が第2実施形態の場合よりもモリエル線図上の鉛直線から離れる側へ傾斜した特性となる。その結果、ノズル15a前後の冷媒エンタルピ差ΔH1が比較的大きな値となる。すなわち、ΔH1>ΔH2の関係となり、エジェクタ15での回収エネルギーが増大するので、エジェクタ式冷凍サイクルの高効率化を実現できる。
On the other hand, in the sixth embodiment, since the saturated liquid phase refrigerant before being supercooled by the
一方、第5実施形態では、前述のごとく、凝縮器13aの出口冷媒はサイクル運転条件の変化によってある程度の乾き度を持った気液2相状態となる場合があるが、第6実施形態では、エジェクタ15のノズル15aに対して常に高圧側気液分離器13eで分離された飽和液相冷媒を供給でき、一方、絞り機構18側には過冷却器13cにより過冷却した過冷却液相冷媒を常に供給でき、ともに液冷媒を安定的に供給できるから、気液2相冷媒を供給する場合に比較して、エジェクタ15側および絞り機構18側への冷媒流量制御が容易となる。
On the other hand, in the fifth embodiment, as described above, the outlet refrigerant of the
また、第2実施形態のようにエジェクタ15のノズル15aにて過冷却液相冷媒を減圧する場合は、ノズル15aの喉部(最小通路径部)をほぼ液相冷媒が通過するので、通過冷媒の密度が大きい。したがって、ノズル通過冷媒流量を正確に制御するためには、ノズル15aの喉部を小さな径寸法で高精度に加工する必要があり、ノズル15aの加工コストが上昇する。
When the supercooled liquid-phase refrigerant is decompressed by the
これに対し、第6実施形態では、エジェクタ15のノズル15aにて飽和液相冷媒を減圧するから、わずかな減圧量でも飽和液相冷媒が気液2相冷媒に移行して冷媒密度が低下する。したがって、ノズル15aの喉部の径寸法を第2実施形態よりも大きくすることができ、ノズル15aの加工が容易になり、ノズル15aの加工コストを低減できる。なお、これらの効果は、第6実施形態のみならず、第1実施形態でも同様に発揮できる。
In contrast, in the sixth embodiment, since the saturated liquid phase refrigerant is decompressed by the
更に、第6実施形態では、第1実施形態とは別異の構成として低圧側気液分離器23を具備し、この低圧側気液分離器23で分離された液相冷媒と、絞り機構18通過後の気液2相冷媒との両方を第2蒸発器19に対して供給するから、第2蒸発器19に液相冷媒の割合が高い冷媒(乾き度の小さい冷媒)を常に安定的に供給でき、第2蒸発器19の性能向上に貢献できる。
Furthermore, in the sixth embodiment, a low-pressure side gas-
また、低圧側気液分離器23で分離された気相冷媒を圧縮機11の吸入側に供給するから、圧縮機吸入冷媒の過熱度制御をしなくても、圧縮機11への液冷媒戻りを確実に阻止できる。
Further, since the gas-phase refrigerant separated by the low-pressure side gas-
また、逆止弁25を設けることで、絞り機構18通過後の気液2相冷媒が低圧側気液分離器23内に直接流れ込むことを確実に阻止できる。
Further, by providing the
(第7実施形態)
図9は第7実施形態であり、第6実施形態のサイクル構成に第1蒸発器16を付加したものに相当する。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 shows the seventh embodiment, which corresponds to the cycle configuration of the sixth embodiment with the
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく以下述べるごとく種々変形可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment and can be variously modified as described below.
(1)上述の実施形態では、凝縮器13aおよび過冷却器13cの冷却装置として、冷却流体が空気(外気)である空冷式冷却装置を構成しているが、冷却流体が水である水冷式冷却装置を構成し、この水冷式冷却装置により凝縮器13aおよび過冷却器13cを冷却するようにしてもよい。
(1) In the above-described embodiment, an air-cooled cooling device in which the cooling fluid is air (outside air) is configured as a cooling device for the
(2)凝縮器13aおよび過冷却器13cの冷却装置として吸着式冷却装置を用いてもよい。この吸着式冷却装置では、水等の冷却媒体を相変化(蒸発、凝縮)させるので、冷却媒体の相変化時の潜熱(蒸発潜熱)を利用して凝縮器13aおよび過冷却器13cを冷却できる。
(2) An adsorption cooling device may be used as a cooling device for the
(3)上述の第1〜第5実施形態では、いずれも高温側の第1蒸発器16と低温側の第2蒸発器19とを設ける例について説明したが、第1蒸発器16を廃止して低温側の第2蒸発器19のみを設けるサイクル構成において本発明を実施してもよい。
(3) In the first to fifth embodiments described above, the example in which the
図10はこの具体的変形例を示すもので、図1(第1実施形態)のサイクル構成において第1蒸発器16を廃止したものに相当する。
FIG. 10 shows this specific modification, and corresponds to a configuration in which the
図11はさらに別の変形例を示すもので、図10のサイクル構成において低圧側の気液分離器23を追加したものに相当する。
FIG. 11 shows still another modified example, which corresponds to a configuration in which a low-pressure side gas-
なお、図10、図11の変形例を、図1のサイクル構成の他に、図2〜図5のサイクル構成に対して適用してもよい。 10 and 11 may be applied to the cycle configurations of FIGS. 2 to 5 in addition to the cycle configuration of FIG.
また、高温側の第1蒸発器16をエジェクタ15下流側でなく、エジェクタ15と並列的に配置するようにしてもよい。この場合は、第1蒸発器16専用の絞り手段をエジェクタ15とは別に設ける必要が生じる。
Further, the
(4)上述の第1〜第5実施形態では、いずれも高温側の第1蒸発器16と低温側の第2蒸発器19とを設ける例について説明したが、これらの両蒸発器16、19の他に、高温側の第1蒸発器16と同等の蒸発温度で冷媒が蒸発する第3蒸発器を設けるサイクル構成において本発明を実施してもよい。
(4) In the first to fifth embodiments described above, the example in which the
(5)上述の各実施形態では、絞り機構18とエジェクタ15を1つの組み付け構造体をなす減圧モジュール20として一体化しているが、この減圧モジュール20を更に第2蒸発器19と一体化してしてもよい。また、両蒸発器16、19を一体化し、この一体化された両蒸発器16、19に対して更に減圧モジュール20を一体化してしてもよい。
(5) In each of the above-described embodiments, the
(6)上述の各実施形態において、第1蒸発器16側の冷媒通路14および第2蒸発器19側の冷媒通路17にそれぞれ通路開閉用の電磁弁のような電気制御弁を設置すれば、第1蒸発器16および第2蒸発器19への冷媒流れを自由に選択できる。
(6) In each of the above-described embodiments, if an electric control valve such as a solenoid valve for opening and closing the passage is installed in the
ここで、冷媒通路17の絞り機構18を電気制御弁で構成すれば、絞り機構18自体に、通路開閉用弁手段の役割を兼務させることができる。同様に、第4実施形態(図4)のサイクル構成において、冷媒通路14の絞り機構22を電気制御弁で構成すれば、絞り機構22自体に、通路開閉用弁手段の役割を兼務させることができる。
Here, if the
(7)上述の各実施形態では、エジェクタ15として、通路面積が一定のノズル部15aを有する固定エジェクタを例示しているが、エジェクタ15として、通路面積を調整可能な可変ノズル部を有する可変エジェクタを用いてもよい。
(7) In each of the above-described embodiments, the
なお、可変ノズル部の具体例としては、例えば、可変ノズル部の通路内にニードルを挿入し、このニードルの位置を電気的アクチュエータにより制御して通路面積を調整する機構とすればよい。 As a specific example of the variable nozzle portion, for example, a mechanism may be used in which a needle is inserted into the passage of the variable nozzle portion and the passage area is adjusted by controlling the position of the needle with an electric actuator.
11…圧縮機、13…過冷却器一体型凝縮器、13a…凝縮器、
13b…高圧側気液分離器、13c…過冷却器、15…エジェクタ、15a…ノズル部、
15b…冷媒吸引口、15d…昇圧部(ディフューザ部)、16…第1蒸発器、
18…絞り機構(絞り手段)、19…第2蒸発器、20…減圧モジュール、
23…低圧側気液分離器。
11 ... Compressor, 13 ... Supercooler integrated condenser, 13a ... Condenser,
13b ... High pressure side gas-liquid separator, 13c ... Supercooler, 15 ... Ejector, 15a ... Nozzle part,
15b ... Refrigerant suction port, 15d ... Booster (diffuser part), 16 ... First evaporator,
18 ... throttle mechanism (throttle means), 19 ... second evaporator, 20 ... decompression module,
23 ... Low pressure side gas-liquid separator.
Claims (11)
前記圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を凝縮する凝縮器(13a)と、
前記凝縮器(13a)の出口側冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器(13b)と、
前記高圧側気液分離器(13b)の飽和液冷媒を過冷却する過冷却器(13c)と、
前記凝縮器(13a)の出口部より下流側の冷媒を減圧膨張させるノズル部(15a)、前記ノズル部(15a)から噴射する高速度の冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口(15b)、および前記高速度の冷媒流と前記冷媒吸引口(15b)からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部(15d)を有するエジェクタ(15)と、
前記過冷却器(13c)の過冷却液冷媒を減圧する絞り手段(18)と、
前記絞り手段(18)の下流側と前記冷媒吸引口(15b)との間に接続される蒸発器(19)とを備えることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。 A compressor (11) for sucking and compressing refrigerant;
A condenser (13a) for condensing the high-pressure refrigerant discharged from the compressor (11);
A high-pressure side gas-liquid separator (13b) for separating the gas-liquid of the outlet side refrigerant of the condenser (13a);
A supercooler (13c) for supercooling the saturated liquid refrigerant of the high-pressure side gas-liquid separator (13b);
A nozzle part (15a) that decompresses and expands the refrigerant downstream from the outlet part of the condenser (13a), and a refrigerant suction port (the refrigerant is sucked into the interior by a high-speed refrigerant flow injected from the nozzle part (15a)) 15b), and an ejector (15) having a pressure increasing portion (15d) for increasing the pressure by reducing the speed of the refrigerant flow obtained by mixing the high-speed refrigerant flow and the refrigerant sucked from the refrigerant suction port (15b) ,
Throttle means (18) for depressurizing the supercooled liquid refrigerant of the supercooler (13c);
An ejector refrigeration cycle comprising an evaporator (19) connected between a downstream side of the throttle means (18) and the refrigerant suction port (15b).
前記絞り手段(18)下流側の蒸発器は、前記第1蒸発器(16)よりも冷媒蒸発温度が低い第2蒸発器(19)を構成することを特徴とする請求項1に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 A first evaporator (16) is connected to the downstream side of the ejector (14),
The ejector according to claim 1, wherein the evaporator on the downstream side of the throttle means (18) constitutes a second evaporator (19) having a refrigerant evaporation temperature lower than that of the first evaporator (16). Refrigeration cycle.
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