JP2016057053A - 液噴射エジェクタ、およびエジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液噴射エジェクタ12から流出した冷媒を放熱器13にて放熱させ、放熱器13にて放熱した液相冷媒を液噴射エジェクタ12の噴射冷媒通路122aへ流入させる。また、低圧側蒸発器17から流出した冷媒を吸入する圧縮機11吐出冷媒を液噴射エジェクタ12の流入冷媒通路121aへ流入させる。さらに、液噴射エジェクタ12として、噴射冷媒通路122aから気液混合部122dへ噴射される噴射冷媒が、流入冷媒通路121aから気液混合部122dへ流入する流入冷媒の外周側に噴射されるものを採用する。
【選択図】図2
Description
噴射冷媒通路(122a)には、圧送手段(15)から圧送された液相冷媒を流入させる駆動冷媒流入口(122b)、および気液混合部(122d)内へ噴射冷媒を噴射する冷媒噴射口(122c)が設けられ、流入冷媒通路(121a)には、圧縮機(11)から吐出された冷媒を流入させる冷媒流入口(121b)、および気液混合部(122d)へ流入冷媒を流出させる冷媒流出口(121c)が設けられ、
冷媒噴射口(122c)は、噴射冷媒の噴射方向に垂直な断面が円環状に形成されており、冷媒流出口(121c)は、冷媒噴射口(122c)の内周側に配置されており、液噴射エジェクタ(12)では、噴射冷媒が気液混合部(122d)へ噴射される際に、気液混合部(122d)へ流入する流入冷媒の外周側に噴射されるエジェクタ式冷凍サイクルを特徴としている。
噴射冷媒通路(122a)には、圧送手段(15)から圧送された液相冷媒を流入させる駆動冷媒流入口(122b)、および気液混合部(122d)内へ噴射冷媒を噴射する冷媒噴射口(122c)が設けられ、流入冷媒通路(121a)には、圧縮機(11)から吐出された冷媒を流入させる冷媒流入口(121b)、および気液混合部(122d)へ流入冷媒を流出させる冷媒流出口(121c)が設けられ、
冷媒噴射口(122c)は、噴射冷媒の噴射方向に垂直な断面が円環状に形成されており、冷媒流出口(121c)は、冷媒噴射口(122c)の内周側に配置されており、液噴射エジェクタ(12)では、噴射冷媒が気液混合部(122d)へ噴射される際に、気液混合部(122d)へ流入する流入冷媒の外周側に噴射されるエジェクタ式冷凍サイクルを特徴としている。
外部から冷媒を流入させる流入冷媒通路(121a)が形成された流入通路形成部(121)と、液相冷媒を減圧させて噴射する噴射冷媒通路(122a)から噴射された噴射冷媒と流入冷媒通路(121a)を介して流入した流入冷媒とを混合させる気液混合部(122d)が形成された液噴射用ボデー部(122)と、を備え、
噴射冷媒通路(122a)には、放熱器(13)にて放熱した液相冷媒を流入させる駆動冷媒流入口(122b)、および気液混合部(122d)へ冷媒を噴射する冷媒噴射口(122c)が設けられ、流入冷媒通路(121a)には、圧縮機(11)から吐出された冷媒を流入させる冷媒流入口(121b)、および気液混合部(122d)へ冷媒を流出させる冷媒流出口(121c)が設けられ、
冷媒噴射口(122c)は、噴射冷媒の噴射方向に垂直な断面が円環状に形成されており、冷媒流出口(121c)は、噴射冷媒通路(122a)の内周側に配置されており、噴射冷媒が気液混合部(122d)へ噴射される際に、気液混合部(122d)へ流入する流入冷媒の外周側に噴射される液噴射エジェクタを特徴としている。
図1〜図5を用いて、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、液噴射エジェクタ12を備える蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であるエジェクタ式冷凍サイクル10を、車両用空調装置に適用している。より具体的には、エジェクタ式冷凍サイクル10は、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。
αh=[P/{α×(1−α)×ρL}]0.5 …(F1)
なお、数式F1中のαはボイド率であって、単位体積あたりに含まれるボイド(気泡)の容積割合を示している。より詳細には、ボイド率αは以下数式F2で定義される。
α=x/{x+(ρG/ρL)×(1−x)} …(F2)
また、数式F1、F2中のρGは気相流体密度、ρLは液相流体密度、Pは二相流体の圧力である。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図6の全体構成図に示すように、高圧側液ポンプ18、高圧側蒸発器19、高圧側エジェクタ20等を追加したエジェクタ式冷凍サイクル10aについて説明する。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図8の全体構成図に示すように、低圧側エジェクタ21、気液分離器22、固定絞り23等を追加したエジェクタ式冷凍サイクル10bについて説明する。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図10の全体構成図に示すように、分岐部24、低圧側エジェクタ21、第2低圧側蒸発器25等を追加したエジェクタ式冷凍サイクル10cについて説明する。
本実施形態では、図12の全体構成図に示すエジェクタ式冷凍サイクル10dについて説明する。このエジェクタ式冷凍サイクル10dは、第2実施形態で説明したエジェクタ式冷凍サイクル10aに対して、第3実施形態と同様に低圧側エジェクタ21、気液分離器22、固定絞り23等を追加したものである。その他のエジェクタ式冷凍サイクル10dの構成は、第2実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10aと同様である。
第6〜第10実施形態では、液噴射エジェクタ12の構成を変更した例を説明する。なお、以下の実施形態で説明する液噴射エジェクタ12は、上述の実施形態で説明したエジェクタ式冷凍サイクル10〜10dのいずれにも適用することができる。
上述の実施形態で説明したように、液噴射エジェクタ12では、混合冷媒の流速が超音速状態から亜音速状態へ移行する際に生じる衝撃波を利用して、昇圧作用を発揮している。つまり、衝撃波を水撃作用の如く液噴射エジェクタ12下流側の冷媒に伝搬させることによって、液噴射エジェクタ12下流側冷媒(放熱器13入口側冷媒)の圧力を流入冷媒(圧縮機11吐出冷媒)の圧力よりも上昇させている。
第11実施形態では、液噴射エジェクタ12の末広通路部122e内に液面を生じさせた例を説明したが、液噴射エジェクタ12では、末広通路部122e内に液面が生じていなくても、昇圧作用を発揮することができる。これは、液噴射エジェクタ12では、混合冷媒の流速が超音速状態から亜音速状態へ移行する際に生じる衝撃波を利用して、昇圧作用を発揮しているからである。
第11、第12実施形態で説明した、面積変更手段(面積調整弁26)によるCOPの向上効果は、必ずしも気液混合部122d内の混合冷媒が理想的な気液混合状態になっていなくても得られる。従って、液噴射エジェクタ12として、気液混合部122dへ圧縮機11吐出冷媒を流入させる流入冷媒通路の内周側に、気液混合部122dへ液ポンプ15圧送冷媒を噴射する噴射冷媒通路が配置されたものを採用してもよい。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
11 圧縮機
12 液噴射エジェクタ
13 放熱器
15 液ポンプ(圧送手段)
16 膨張弁(減圧手段)
17 低圧側蒸発器
121 流入通路形成部
121a 流入冷媒通路
121c 冷媒流出口
122 液噴射用ボデー部
122a 噴射冷媒通路
122c 冷媒噴射口
Claims (17)
- 外部から冷媒を流入させる流入冷媒通路(121a)が形成された流入通路形成部(121)、および液相冷媒を減圧させて噴射する噴射冷媒通路(122a)から噴射された噴射冷媒と前記流入冷媒通路(121a)から流入した流入冷媒とを混合させる気液混合部(122d)が形成された液噴射用ボデー部(122)を有する液噴射エジェクタ(12)と、
前記液噴射エジェクタ(12)から流出した冷媒を放熱させる放熱器(13)と、
前記放熱器(13)にて放熱した液相冷媒を圧送する圧送手段(15)と、
前記放熱器(13)下流側の冷媒を減圧させる減圧手段(16)と、
前記減圧手段(16)にて減圧された冷媒を蒸発させる低圧側蒸発器(17)と、
前記低圧側蒸発器(17)から流出した冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機(11)と、を備え、
前記噴射冷媒通路(122a)には、前記圧送手段(15)から圧送された液相冷媒を流入させる駆動冷媒流入口(122b)、および前記気液混合部(122d)内へ前記噴射冷媒を噴射する冷媒噴射口(122c)が設けられ、
前記流入冷媒通路(121a)には、前記圧縮機(11)から吐出された冷媒を流入させる冷媒流入口(121b)、および前記気液混合部(122d)へ前記流入冷媒を流出させる冷媒流出口(121c)が設けられ、
前記冷媒噴射口(122c)は、前記噴射冷媒の噴射方向に垂直な断面が円環状に形成されており、
前記冷媒流出口(121c)は、前記冷媒噴射口(122c)の内周側に配置されており、
前記液噴射エジェクタ(12)では、前記噴射冷媒が前記気液混合部(122d)へ噴射される際に、前記気液混合部(122d)へ流入する前記流入冷媒の外周側に噴射されることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記放熱器(13)にて放熱した液相冷媒を蒸発させて、前記冷媒流入口(121b)側へ流出させる高圧側蒸発器(19)を備え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。
- さらに、前記高圧側蒸発器(19)から流出した冷媒を減圧させる高圧側ノズル部(20a)から噴射される高圧側噴射冷媒の吸引作用によって高圧側冷媒吸引口(20c)から冷媒を吸引し、前記高圧側噴射冷媒と前記高圧側冷媒吸引口(20c)から吸引された高圧側吸引冷媒との混合冷媒を昇圧させる高圧側昇圧部(20d)を有する高圧側エジェクタ(20)を備え、
前記圧縮機(11)の吐出口は、前記高圧側冷媒吸引口(20c)側に接続され、
前記高圧側昇圧部(20d)の出口側は、前記液噴射エジェクタ(12)の冷媒流入口(121b)側に接続されていることを特徴とする請求項2に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記高圧側ノズル部(20a)へ流入する冷媒は気相冷媒であり、
前記高圧側冷媒吸引口(20c)へ流入する冷媒が気相冷媒であることを特徴とする請求項3に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 外部から冷媒を流入させる流入冷媒通路(121a)が形成された流入通路形成部(121)、および液相冷媒を減圧させて噴射する噴射冷媒通路(122a)から噴射された噴射冷媒と前記流入冷媒通路(121a)から流入した流入冷媒とを混合させる気液混合部(122d)が形成された液噴射用ボデー部(122)を有する液噴射エジェクタ(12)と、
前記液噴射エジェクタ(12)から流出した冷媒を放熱させる放熱器(13)と、
前記放熱器(13)にて放熱した液相冷媒を圧送する圧送手段(15)と、
前記放熱器(13)から流出した冷媒を減圧させる低圧側ノズル部(21a)から噴射される低圧側噴射冷媒の吸引作用によって低圧側冷媒吸引口(21c)から冷媒を吸引し、前記低圧側噴射冷媒と前記低圧側冷媒吸引口(21c)から吸引された低圧側吸引冷媒との混合冷媒を昇圧させる低圧側昇圧部(21d)を有する低圧側エジェクタ(21)と、
前記放熱器(13)下流側の冷媒を減圧させる減圧手段(23)と、
前記減圧手段(23)にて減圧された冷媒を蒸発させる低圧側蒸発器(17)と、
前記低圧側昇圧部(21d)から流出した冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機(11)と、を備え、
前記噴射冷媒通路(122a)には、前記圧送手段(15)から圧送された液相冷媒を流入させる駆動冷媒流入口(122b)、および前記気液混合部(122d)内へ前記噴射冷媒を噴射する冷媒噴射口(122c)が設けられ、
前記流入冷媒通路(121a)には、前記圧縮機(11)から吐出された冷媒を流入させる冷媒流入口(121b)、および前記気液混合部(122d)へ前記流入冷媒を流出させる冷媒流出口(121c)が設けられ、
前記冷媒噴射口(122c)は、前記噴射冷媒の噴射方向に垂直な断面が円環状に形成されており、
前記冷媒流出口(121c)は、前記冷媒噴射口(122c)の内周側に配置されており、
前記液噴射エジェクタ(12)では、前記噴射冷媒が前記気液混合部(122d)へ噴射される際に、前記気液混合部(122d)へ流入する前記流入冷媒の外周側に噴射されることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記低圧側エジェクタ(21)から流出した冷媒の気液を分離する気液分離手段(22)を備え、
前記減圧手段(23)は、前記気液分離手段(22)にて分離された液相冷媒を減圧させるものであることを特徴とする請求項5に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記放熱器(13)から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部(24)を備え、
前記分岐部(24)の一方の冷媒流出口は、前記低圧側ノズル部(21a)の入口側に接続され、
前記分岐部(24)の他方の冷媒流出口は、前記減圧手段(23)の入口側に接続されていることを特徴とする請求項5に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記噴射冷媒通路(122a)へ流入する冷媒は過冷却度を有する液相冷媒であり、
前記冷媒流入口(121b)へ流入する冷媒は気相冷媒であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記噴射冷媒通路(122a)を流通する冷媒が、前記流入通路形成部(121)の軸周りに旋回する方向の速度成分を有していることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
- 前記液噴射エジェクタ(12)は、前記流入通路形成部(121)を変位させることによって前記冷媒噴射口(122c)の通路断面積を変化させる駆動手段(123)を有することを特徴とする請求項1ないし9いずれか1つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
- 前記気液混合部(122d)は、軸方向が冷媒流れ方向に伸びる円柱状空間によって形成されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
- さらに、前記液噴射エジェクタ(12)の出口側から前記放熱器(13)の入口側へ至る冷媒通路の通路断面積を変化させる面積変更手段(26)を備えることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
- 液相冷媒を減圧させて噴射する噴射冷媒通路が形成された噴射冷媒通路形成部(121)、および冷媒流入口(122b)から流入した流入冷媒と前記噴射冷媒通路から噴射された噴射冷媒とを混合させる気液混合部(122d)が形成された液噴射用ボデー部(122)を有する液噴射エジェクタ(12)と、
前記液噴射エジェクタ(12)から流出した冷媒を放熱させる放熱器(13)と、
前記放熱器(13)にて放熱した液相冷媒を前記噴射冷媒通路の流入口(121b)側へ圧送する圧送手段(15)と、
前記放熱器(13)下流側の冷媒を減圧させる減圧手段(16)と、
前記減圧手段(16)にて減圧された冷媒を蒸発させる低圧側蒸発器(17)と、
前記低圧側蒸発器(17)から流出した冷媒を吸入し、圧縮して前記冷媒流入口(122b)側へ吐出する圧縮機(11)と、
前記液噴射エジェクタ(12)の出口側から前記放熱器(13)の入口側へ至る冷媒通路の通路断面積を変化させる面積変更手段(26)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。 - 液相冷媒を減圧させて噴射する噴射冷媒通路が形成された噴射冷媒通路形成部(121)、および冷媒流入口(122b)から流入した流入冷媒と前記噴射冷媒通路から噴射された噴射冷媒とを混合させる気液混合部(122d)が形成された液噴射用ボデー部(122)を有する液噴射エジェクタ(12)と、
前記液噴射エジェクタ(12)から流出した冷媒を放熱させる放熱器(13)と、
前記放熱器(13)にて放熱した液相冷媒を前記噴射冷媒通路の流入口(121b)側へ圧送する圧送手段(15)と、
前記放熱器(13)から流出した冷媒を減圧させる低圧側ノズル部(21a)から噴射される低圧側噴射冷媒の吸引作用によって低圧側冷媒吸引口(21c)から冷媒を吸引し、前記低圧側噴射冷媒と前記低圧側冷媒吸引口(21c)から吸引された低圧側吸引冷媒との混合冷媒を昇圧させる低圧側昇圧部(21d)を有する低圧側エジェクタ(21)と、
前記放熱器(13)下流側の冷媒を減圧させる減圧手段(23)と、
前記減圧手段(23)にて減圧された冷媒を蒸発させる低圧側蒸発器(17)と、
前記低圧側昇圧部(21d)から流出した冷媒を吸入し、圧縮して前記冷媒流入口(122b)側へ吐出する圧縮機(11)と、
前記液噴射エジェクタ(12)の出口側から前記放熱器(13)の入口側へ至る冷媒通路の通路断面積を変化させる面積変更手段(26)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。 - 前記面積変更手段(26)の作動を制御する面積制御手段(30c)を備え、
前記面積制御手段(30c)は、前記放熱器(13)入口側冷媒の圧力から前記圧縮機(11)吐出冷媒の圧力を減算した圧力差が極大値に近づくように、前記面積変更手段(26)の作動を制御するものであることを特徴とする請求項12ないし14のいずれか1つに記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記圧送手段(15)の作動を制御する圧送能力制御手段(30b)を備え、
前記圧送能力制御手段(30b)は、前記圧力差が極大値に近づくように、前記圧送手段(15)の作動を制御するものであることを特徴とする請求項15に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)、および冷媒を放熱させる放熱器(13)を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10〜10d)に適用されて、
外部から冷媒を流入させる流入冷媒通路(121a)が形成された流入通路形成部(121)と、
液相冷媒を減圧させて噴射する噴射冷媒通路(122a)から噴射された噴射冷媒と前記流入冷媒通路(121a)を介して流入した流入冷媒とを混合させる気液混合部(122d)が形成された液噴射用ボデー部(122)と、を備え、
前記噴射冷媒通路(122a)には、前記放熱器(13)にて放熱した液相冷媒を流入させる駆動冷媒流入口(122b)、および前記気液混合部(122d)へ冷媒を噴射する冷媒噴射口(122c)が設けられ、
前記流入冷媒通路(121a)には、前記圧縮機(11)から吐出された冷媒を流入させる冷媒流入口(121b)、および前記気液混合部(122d)へ冷媒を流出させる冷媒流出口(121c)が設けられ、
前記冷媒噴射口(122c)は、前記噴射冷媒の噴射方向に垂直な断面が円環状に形成されており、
前記冷媒流出口(121c)は、前記噴射冷媒通路(122a)の内周側に配置されており、
前記噴射冷媒が前記気液混合部(122d)へ噴射される際に、前記気液混合部(122d)へ流入する前記流入冷媒の外周側に噴射されることを特徴とする液噴射エジェクタ。
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