JP3941646B2 - Ejector type decompression device - Google Patents
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- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタ(JIS Z 8126 番号2.1.2.3等参照)を用いた蒸気圧縮式冷凍機(エジェクタサイクル)の減圧装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エジェクタサイクルは、周知のごとく、エジェクタのポンプ作用により低圧側の冷媒、つまり蒸発器内の冷媒を循環させるとともに、エジェクタ内の昇圧部にて動圧を静圧に変換して圧縮機の吸入圧を上昇させて圧縮機の消費動力を低減するものであるが、エジェクタにおけるエネルギ変換効率、すなわちエジェクタ効率が低下すると、エジェクタにて吸入圧を十分に上昇させることができなくなって圧縮機の消費動力を十分に低減することができなくなるとともに、蒸発器に十分な量の冷媒を循環させることができなくなる。
【0003】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規なエジェクタ方式の減圧装置を提供し、第2には、エジェクタ効率を向上させることを目的とする。
【0004】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、圧縮機(10)にて圧縮された高温高圧の冷媒を冷却する放熱器(20)、及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器(30)を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装置であって、放熱器(20)から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、通路途中に通路断面積が最も縮小した喉部(41a)、及び下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部(41b)を有するラバール式のノズル(41)と、ノズル(41)から噴射する冷媒と蒸発器(30)から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部(42、43)とを備え、末広部(41b)の通路断面積の変化率は、略一定に形成され、昇圧部(42、43)は、ノズル(41)から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器(30)にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル(41)から噴射する冷媒と気相冷媒とを混合させる混合部(42)、及びノズル(41)から噴射する冷媒と気相冷媒とを混合させながら昇圧させるとともに、下流側に向かうほど通路断面積が拡大するディフューザ(43)を有し、ディフューザ(43)の通路断面積の変化率は、略一定に形成され、ノズル(41)内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面で構成され、さらに、混合部(42)からディフューザ(43)の出口に至る冷媒通路は、角部が無い滑らかな曲面で構成されていることを特徴とする。
【0005】
これにより、ノズル(41)内の通路において渦損失等の損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができるので、エジェクタ効率を向上させることができるとともに、従来と異なる新規なエジェクタ方式の減圧装置を得ることができる。
【0007】
さらに、末広部(41b)の通路断面積の変化率が略一定に形成されていることにより、末広部(41b)において急拡大による損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0009】
さらに、混合部(42)からディフューザ(43)の出口に至る冷媒通路が、角部の無い滑らかな曲面で構成されていることにより、混合部(42)からディフューザ(43)の出口に至る冷媒通路において渦損失等の損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0011】
さらに、ディフューザ(43)の通路断面積の変化率が略一定に形成されていることにより、ディフューザ(43)において急拡大による損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができるので、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0012】
請求項2に記載の発明では、ノズル(41)の外壁面(41c)は、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されていることを特徴とする。
【0013】
これにより、蒸発器(30)から吸引された吸引流とノズル(41)から吹き出す駆動流との衝突角度を小さくして両者を略平行な状態で接触させることができる。したがって、衝突損失の発生を抑制しつつ、吸引流と駆動流とをスムーズに混合させることができるので、エジェクタ効率を向上させることができる。
請求項3に記載の発明では、圧縮機(10)にて圧縮された高温高圧の冷媒を冷却する放熱器(20)、及び減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器(30)を有し、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に適用されるエジェクタ方式の減圧装置であって、放熱器(20)から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、通路途中に通路断面積が最も縮小した喉部(41a)、及び下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部(41b)を有するラバール式のノズル(41)と、ノズル(41)から噴射する冷媒と蒸発器(30)から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部(42、43)とを備え、ノズル(41)内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面で構成されており、さらに、ノズル(41)の外壁面(41c)は、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されていることを特徴とする。
これによれば、請求項1に記載のエジェクタ方式の減圧装置と同様に、ノズル(41)内の通路においてスムーズに冷媒を流すことができるので、エジェクタ効率を向上させることができる。さらに、請求項2に記載のエジェクタ方式の減圧装置と同様に、吸引流と駆動流とをスムーズに混合させて、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0014】
因みに、上記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一例である。
【0015】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係るエジェクタを車両空調装置用のエジェクタサイクルに適用したものであり、図1はフロン(134a)又は二酸化炭素を冷媒とするエジェクタサイクル1の模式図であり、図2はエジェクタ40の模式図であり、図3はエジェクタサイクルの全体のマクロ的作動を示すp−h線図である。
【0016】
圧縮機10は走行用エンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮する周知の可変容量型の圧縮機であり、放熱器20は圧縮機10から吐出した冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。
【0017】
また、蒸発器30は室内に吹き出す空気と液相冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷媒を蒸発させて室内に吹き出す空気を冷却する低圧側熱交換器である。
【0018】
また、エジェクタ40は冷媒を減圧膨張させて蒸発器30にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機10の吸入圧を上昇させるものである。
【0019】
そして、エジェクタ40は、図2に示すように、流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル41、ノズル41から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器30にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル41から噴射する冷媒流とを混合する混合部42、及びノズル41から噴射する冷媒と蒸発器30から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ43等からなるものである。
【0020】
このとき、混合部42においては、ノズル41から噴射する駆動流の運動量と蒸発器30から吸引された吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部42においても冷媒の圧力が(静圧)が上昇する。
【0021】
一方、ディフューザ43においては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギ(動圧)を圧力エネルギ(静圧)に変換するので、エジェクタ40においては、混合部42及びディフューザ43の両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、以下、混合部42とディフューザ43とを総称して昇圧部と呼ぶ。
【0022】
そして、ノズル41から噴出する冷媒の速度を音速以上まで加速するために、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部41aを有するラバールノズル(流体工学(東京大学出版会)参照)を採用している。
【0023】
また、ノズル41内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面にて構成されているとともに、特に、末広部41bは、冷媒の流通方向に対する通路断面積変化率が略一定となるように設定されている。
【0024】
同様に、混合部42からディフューザ43の出口に至る冷媒通路も角部が無い滑らかな曲面にて構成されているとともに、ディフューザ43は、通路断面積の変化率を略一定として下流側に向かうほど拡大している。
【0025】
さらに、ノズル41の外壁面41cは、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されている。
【0026】
また、図1中、気液分離器50はエジェクタ40から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器50の気相冷媒流出口は圧縮機10の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器30側の流入側に接続される。絞り60は気液分離器50から流出した液相冷媒を減圧する減圧手段である。
【0027】
そして、本実施形態では、図3に示すように、圧縮機10にてノズル41に流入する高圧の冷媒を冷媒の臨界圧力以上まで昇圧している。因みに、図3の●で示される符号は、図1に示す●で示される符号位置における冷媒の状態を示すものである。
【0028】
次に、エジェクタ40の製造方法及びその特徴を述べる。
【0029】
1.ノズル41の製造方法
本実施形態では、金属(例えば、ステンレス)製の粉体を金型内に充填してノズル41の形状を圧縮成形した後、高温や高圧で焼結したいわゆる焼結金属にてノズルを製造しているとともに、粉体を金型内に充填する際の充填率を96%以上としてノズル41の硬度を高めている。
【0030】
因みに、通常の燒結金属では充填率が約80%であり、80%の充填率でノズル41を製造すると、硬度が小さく、喉部41aで発生するキャビテーションにより喉部41a以降が壊蝕されるおそれが高いが、本実施形態では、充填率を96%以上としているので、キャビテーションにより喉部41a以降が壊食(腐食)されてしまうことを防止できる。
【0031】
2.昇圧部の製造方法
本実施形態では、金属(例えば、ステンレス)製の管材に塑性加工を施すことにより昇圧部を製造している。なお、塑性加工方法としては、スエージング加工、プレス加工、スピニング加工及びへら絞り加工等(JIS B 0122参照)がある。
【0032】
次に、エジェクタサイクルの概略作動を述べる(図3参照)。
【0033】
圧縮機10から吐出した冷媒を放熱器20側に循環させる。これにより、放熱器20にて冷却された冷媒は、エジェクタ40のノズル41にて等エントロピ的に減圧膨張して、音速以上の速度で混合部42内に流入する。
【0034】
そして、混合部42に流入した高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用により、蒸発器30内で蒸発した冷媒が混合部42内に吸引されるため、低圧側の冷媒が気液分離器50→絞り60→蒸発器30→エジェクタ40(昇圧部)→気液分離器50の順に循環する。
【0035】
一方、蒸発器30から吸引された冷媒(吸引流)とノズル41から吹き出す冷媒(駆動流)とは、混合部42にて混合しながらディフューザ43にてその動圧が静圧に変換されて気液分離器50に戻る。
【0036】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【0037】
本実施形態では、ノズル41内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面で構成されているので、ノズル41内の通路において渦損失等の損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0038】
また、末広部41bは、冷媒の流通方向に対する通路断面積変化率が略一定となるように設定されているので、末広部41bにおいて急拡大による損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0039】
また、混合部42からディフューザ43の出口に至る冷媒通路も角部が無い滑らかな曲面で構成されているので、混合部42からディフューザ43の出口に至る冷媒通路において渦損失等の損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0040】
また、ディフューザ43は、通路断面積の変化率を略一定として下流側に向かうほど拡大しているので、ディフューザ43において急拡大による損失が発生することを抑制しながらスムーズに冷媒を流すことができ、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0041】
さらに、ノズル41の外壁面41cは、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されているので、図4に示すように、吸引流と駆動流との衝突角度を小さくして両者を略平行な状態で接触させることができる。したがって、衝突損失の発生を抑制しつつ、吸引流と駆動流とをスムーズに混合させることができるので、エジェクタ効率を向上させることができる。
【0042】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図2】本発明の実施形態に係るエジェクタの模式図である。
【図3】p−h線図である。
【図4】本発明の実施形態に係るエジェクタの説明図である。
【符号の説明】
40…エジェクタ、41…ノズル、41a…喉部、41b…末広部、
42…混合部、43…ディフューザ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vapor compression refrigerator (ejector) using an ejector (see JIS Z 8126 number 2.1.2.3) that is a momentum transport pump that transports fluid by the entrainment action of a working fluid ejected at high speed. Cycle).
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
As is well known, the ejector cycle circulates the low-pressure side refrigerant, that is, the refrigerant in the evaporator, by the pump action of the ejector, and converts the dynamic pressure to static pressure at the boosting part in the ejector to suck the compressor suction pressure. However, if the energy conversion efficiency of the ejector, that is, the ejector efficiency is reduced, the suction pressure cannot be sufficiently increased by the ejector, and the compressor power consumption is reduced. Cannot be sufficiently reduced, and a sufficient amount of refrigerant cannot be circulated through the evaporator.
[0003]
In view of the above, the present invention firstly provides a novel ejector-type decompression device different from the conventional one, and secondly, it is an object to improve ejector efficiency.
[0004]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the invention described in
[0005]
As a result, the refrigerant can flow smoothly while suppressing the occurrence of loss such as vortex loss in the passage in the nozzle (41), so that the ejector efficiency can be improved and the new ejector different from the conventional one can be obtained. A pressure reducing device of the type can be obtained.
[0007]
Furthermore, since the rate of change of the passage cross-sectional area of the divergent portion (41b) is formed to be substantially constant , the refrigerant can flow smoothly while suppressing loss due to sudden expansion in the divergent portion (41b). It is possible to improve the ejector efficiency.
[0009]
Furthermore, the refrigerant path from the mixing section (42) to the outlet of the diffuser (43) is formed of a smooth curved surface without corners, so that the refrigerant from the mixing section (42) to the outlet of the diffuser (43) is obtained. The refrigerant can flow smoothly while suppressing the occurrence of loss such as vortex loss in the passage, and the ejector efficiency can be improved.
[0011]
Further, by changing ratio of the cross-sectional area of the diffuser (43) is formed in a substantially constant, Ru can flow a coolant smoothly while suppressing the loss due to rapid expansion occurs in the diffuser (43) Therefore, the ejector efficiency can be improved.
[0012]
The invention according to
[0013]
Thereby, the collision angle of the suction flow sucked from the evaporator (30) and the driving flow blown from the nozzle (41) can be reduced, and both can be brought into contact in a substantially parallel state. Therefore, the suction flow and the driving flow can be smoothly mixed while suppressing the occurrence of collision loss, so that the ejector efficiency can be improved.
The invention according to
According to this, similarly to the ejector-type decompression device according to the first aspect, the refrigerant can flow smoothly in the passage in the nozzle (41), so that the ejector efficiency can be improved. Further, similarly to the ejector-type decompression device according to the second aspect, the suction flow and the drive flow can be smoothly mixed to improve the ejector efficiency.
[0014]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
In the present embodiment, the ejector according to the present invention is applied to an ejector cycle for a vehicle air conditioner, and FIG. 1 is a schematic diagram of an
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
As shown in FIG. 2, the
[0020]
At this time, in the
[0021]
On the other hand, in the
[0022]
And in order to accelerate the speed of the refrigerant | coolant ejected from the
[0023]
Further, the inner wall forming the passage in the
[0024]
Similarly, the refrigerant passage extending from the mixing
[0025]
Further, the
[0026]
In FIG. 1, the gas-
[0027]
And in this embodiment, as shown in FIG. 3, the high pressure refrigerant | coolant which flows in into the
[0028]
Next, a manufacturing method and characteristics of the
[0029]
1. Method for
[0030]
Incidentally, a normal sintered metal has a filling rate of about 80%. If the
[0031]
2. Method for Manufacturing Booster In this embodiment, the booster is manufactured by subjecting a metal (for example, stainless steel) tube material to plastic working. Examples of the plastic working method include swaging, pressing, spinning, and spatula drawing (see JIS B 0122).
[0032]
Next, the general operation of the ejector cycle will be described (see FIG. 3).
[0033]
The refrigerant discharged from the
[0034]
Then, since the refrigerant evaporated in the
[0035]
On the other hand, the refrigerant sucked from the evaporator 30 (suction flow) and the refrigerant blown out from the nozzle 41 (driving flow) are mixed by the mixing
[0036]
Next, the effect of this embodiment is described.
[0037]
In the present embodiment, the inner wall forming the passage in the
[0038]
Further, since the
[0039]
Moreover, since the refrigerant path from the mixing
[0040]
Further, since the
[0041]
Furthermore, since the
[0042]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the vehicle air conditioner, but the application of the present invention is not limited to this.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an ejector cycle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an ejector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a ph diagram.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an ejector according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
40 ... ejector, 41 ... nozzle, 41a ... throat part, 41b ... divergent part,
42: mixing unit, 43 ... diffuser.
Claims (3)
前記放熱器(20)から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、通路途中に通路断面積が最も縮小した喉部(41a)、及び下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部(41b)を有するラバール式のノズル(41)と、
前記ノズル(41)から噴射する冷媒と前記蒸発器(30)から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部(42、43)とを備え、
前記末広部(41b)の通路断面積の変化率は、略一定に形成され、
前記昇圧部(42、43)は、前記ノズル(41)から噴射する高い速度の冷媒流により前記蒸発器(30)にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、前記ノズル(41)から噴射する冷媒と前記気相冷媒とを混合させる混合部(42)、及び前記ノズル(41)から噴射する冷媒と前記気相冷媒とを混合させながら昇圧させるとともに、下流側に向かうほど通路断面積が拡大するディフューザ(43)を有し、
前記ディフューザ(43)の通路断面積の変化率は、略一定に形成され、
前記ノズル(41)内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面で構成され、 さらに、前記混合部(42)から前記ディフューザ(43)の出口に至る冷媒通路は、角部が無い滑らかな曲面で構成されていることを特徴とするエジェクタ方式の減圧装置。It has a radiator (20) that cools the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor (10), and an evaporator (30) that evaporates the low-temperature and low-pressure refrigerant that has been decompressed. An ejector-type decompression device applied to a vapor compression refrigerator that is moved to
The pressure energy of the refrigerant flowing out of the radiator (20) is converted into velocity energy to decompress and expand the refrigerant, and the throat portion (41a) having the smallest passage cross-sectional area in the middle of the passage, and the passage toward the downstream side. A Laval nozzle (41) having a divergent portion (41b) with an enlarged cross-sectional area;
And a refrigerant between the evaporator (30) the velocity energy while mixing the sucked refrigerant is converted into pressure energy from the boosting section for boosting the pressure of the refrigerant injected (42, 43) from the nozzle (41) ,
The rate of change of the cross-sectional area of the divergent portion (41b) is formed to be substantially constant,
The said pressure | voltage rise part (42, 43) is injected from the said nozzle (41), attracting | sucking the gaseous-phase refrigerant | coolant which evaporated by the said evaporator (30) with the high-speed refrigerant | coolant flow injected from the said nozzle (41). The mixing section (42) that mixes the refrigerant and the gas-phase refrigerant, and the pressure of the refrigerant injected from the nozzle (41) and the gas-phase refrigerant are increased while being mixed, and the passage cross-sectional area increases toward the downstream side. A diffuser (43)
The rate of change of the cross-sectional area of the diffuser (43) is formed substantially constant,
An inner wall forming a passage in said nozzle (41) is constituted by a smooth curved surface corners without further refrigerant passage leading to the outlet of the diffuser (43) from the mixing unit (42), corner portions An ejector-type decompression device characterized by comprising a smooth curved surface .
前記放熱器(20)から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに、通路途中に通路断面積が最も縮小した喉部(41a)、及び下流側に向かうほど通路断面積が拡大する末広部(41b)を有するラバール式のノズル(41)と、 The pressure energy of the refrigerant flowing out of the radiator (20) is converted into velocity energy to decompress and expand the refrigerant, and the throat portion (41a) whose passage cross-sectional area is reduced in the middle of the passage and the passage toward the downstream side. A Laval nozzle (41) having a divergent portion (41b) with an enlarged cross-sectional area;
前記ノズル(41)から噴射する冷媒と前記蒸発器(30)から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部(42、43)とを備え、A pressure increasing section (42, 43) for increasing the pressure of the refrigerant by converting the velocity energy into pressure energy while mixing the refrigerant injected from the nozzle (41) and the refrigerant sucked from the evaporator (30); ,
前記ノズル(41)内の通路を形成する内壁は、角部が無い滑らかな曲面で構成されており、 The inner wall forming the passage in the nozzle (41) is composed of a smooth curved surface without corners,
さらに、前記ノズル(41)の外壁面(41c)は、内部の冷媒通路側に陥没するような曲面形状に形成されていることを特徴とするエジェクタ方式の減圧装置。 Further, the outer wall surface (41c) of the nozzle (41) is formed in a curved surface shape so as to sink into the internal refrigerant passage side.
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---|---|---|---|
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