JP4725449B2 - Ejector refrigeration cycle - Google Patents
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Description
本発明は、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。 The present invention relates to an ejector-type refrigeration cycle having an ejector.
従来、特許文献1に、圧縮機吐出冷媒を放熱させる放熱器の下流側、かつエジェクタのノズル部上流側の分岐部で冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒をノズル部側へ流入させ、他方の冷媒をエジェクタの冷媒吸引口側へ流入させるエジェクタ式冷凍サイクルが開示されている。 Conventionally, in Patent Document 1, the flow of the refrigerant is branched at a branching portion on the downstream side of the radiator that dissipates the refrigerant discharged from the compressor and on the upstream side of the nozzle portion of the ejector, and one of the branched refrigerants is directed to the nozzle portion side. An ejector-type refrigeration cycle is disclosed in which the other refrigerant flows into the refrigerant suction port side of the ejector.
この特許文献1のエジェクタ式冷凍サイクルでは、エジェクタのディフューザ部下流側にエジェクタから流出した冷媒を蒸発させる第1蒸発器を配置し、さらに、分岐部とエジェクタの冷媒吸引口の間に、冷媒を減圧させる絞り機構および冷媒を蒸発させて冷媒吸引口上流側に流出する第2蒸発器を配置して、双方の蒸発器において冷媒が吸熱作用を発揮できるようにしている。 In the ejector-type refrigeration cycle of Patent Document 1, a first evaporator that evaporates the refrigerant that has flowed out of the ejector is disposed downstream of the diffuser portion of the ejector, and further, the refrigerant is placed between the branch portion and the refrigerant suction port of the ejector. A throttle mechanism for depressurization and a second evaporator that evaporates the refrigerant and flows out to the upstream side of the refrigerant suction port are arranged so that the refrigerant can exert an endothermic effect in both evaporators.
さらに、第1蒸発器の下流側を圧縮機吸入側に接続して、エジェクタのディフューザ部で昇圧された冷媒を圧縮機に吸入させることで、圧縮機駆動動力を低減させてサイクル効率(COP)の向上を図っている。
ところで、この種のエジェクタでは、ノズル部において冷媒を等エントロピ的に膨張させることで、膨張時の運動エネルギーの損失を回収して、回収したエネルギー(以下、回収エネルギーという。)をディフューザ部において圧力エネルギーに変換している。 By the way, in this type of ejector, the loss of kinetic energy at the time of expansion is recovered by expanding the refrigerant isentropically in the nozzle portion, and the recovered energy (hereinafter referred to as recovered energy) is pressured in the diffuser portion. It is converted into energy.
従って、エジェクタのエネルギー変換効率を示すエジェクタ効率ηeは、以下の式F1で定義される。
ηe=(1+Ge/Gnoz)×(ΔP/ρ)/Δi…(F1)
ここで、Geはエジェクタの冷媒吸引口から吸引される冷媒流量、Gnozはエジェクタのノズル部を通過する冷媒流量、ΔPはエジェクタのディフューザ部における昇圧量、ρは冷媒吸引口から吸引される冷媒密度、そして、Δiはノズル部出入口間のエンタルピ差である。
Therefore, the ejector efficiency ηe indicating the energy conversion efficiency of the ejector is defined by the following formula F1.
ηe = (1 + Ge / Gnoz) × (ΔP / ρ) / Δi (F1)
Here, Ge is a flow rate of refrigerant sucked from the refrigerant suction port of the ejector, Gnoz is a flow rate of refrigerant passing through the nozzle portion of the ejector, ΔP is a pressure increase amount in the diffuser portion of the ejector, and ρ is a density of refrigerant sucked from the refrigerant suction port. , And Δi is the enthalpy difference between the nozzle part entrance and exit.
上記式F1で表されるように、エジェクタ効率ηeが所望の値になるようにエジェクタの各部の寸法・形状等を設計したとしても、ノズル部にて回収される回収エネルギーを表す指標であるエンタルピ差Δiの絶対量が上昇しない限り、ディフューザ部にて変換される圧力エネルギー表す指標であるΔP/ρの絶対量を上昇させることができない。 As represented by the above formula F1, even if the size, shape, etc. of each part of the ejector is designed so that the ejector efficiency ηe becomes a desired value, enthalpy that is an index representing the recovered energy recovered at the nozzle part As long as the absolute amount of the difference Δi does not increase, the absolute amount of ΔP / ρ that is an index representing the pressure energy converted in the diffuser section cannot be increased.
つまり、所定のエジェクタ効率ηeにおいては、エンタルピ差Δiの絶対量を上昇させない限り、昇圧量ΔPの絶対量を上昇させることができないので、圧縮機吸入冷媒圧力の上昇によるサイクル効率(COP)向上効果を拡大することもできない。 That is, at the predetermined ejector efficiency ηe, the absolute amount of the pressure increase ΔP cannot be increased unless the absolute amount of the enthalpy difference Δi is increased, and therefore the cycle efficiency (COP) improvement effect due to the increase of the compressor suction refrigerant pressure. Can not be expanded.
本発明は、上記点に鑑み、エジェクタのノズル部における回収エネルギー量を増加させて、エジェクタのディフューザ部における昇圧量を増大させることを目的とする。 An object of the present invention is to increase the amount of boosted pressure in the diffuser portion of the ejector by increasing the amount of recovered energy in the nozzle portion of the ejector.
上記の目的を達成するため、本発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、圧縮機(11)から吐出された高温高圧冷媒を放熱させる放熱器(13)と、放熱器(13)の下流側に接続され、放熱器(13)から流出する冷媒の気液を分離して液相冷媒を溜める気液分離器(14)と、
前記気液分離器(14)内の液相冷媒の流れを分岐する分岐部(Z)と、
前記分岐部(Z)で分岐された一方の液相冷媒を加熱する加熱手段(12、19)と、
前記加熱手段(12、19)にて加熱された冷媒が流入し、この流入冷媒を減圧膨張させるノズル部(15a)、及びノズル部(15a)から噴射する高速度の冷媒流によって冷媒を吸引する冷媒吸引口(15b)を有するエジェクタ(15)と、
前記分岐部(Z)で分岐された他方の液相冷媒を減圧膨張させる絞り手段(17)と、
前記絞り手段(17)下流側の冷媒を蒸発させて、前記冷媒吸引口(15b)上流側に流出する蒸発器(18)とを備えるエジェクタ式冷凍サイクルを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the present invention, a compressor (11) that compresses and discharges a refrigerant, a radiator (13) that radiates high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor (11), and a radiator A gas-liquid separator (14) connected to the downstream side of (13), for separating the gas-liquid refrigerant flowing out of the radiator (13) and storing the liquid-phase refrigerant;
A branch part (Z) for branching the flow of the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator (14) ;
Heating means (12, 19) for heating one liquid-phase refrigerant branched at the branch portion (Z) ;
The refrigerant heated by the heating means (12, 19) flows in , and the refrigerant is sucked by the nozzle portion (15a) for decompressing and expanding the inflowing refrigerant , and the high-speed refrigerant flow ejected from the nozzle portion (15a). An ejector (15) having a refrigerant suction port (15b);
Throttle means (17) for decompressing and expanding the other liquid-phase refrigerant branched at the branch portion (Z);
The evaporating the throttle means (17) downstream of the refrigerant, characterized by refrigerant cycle comprising an evaporator (18) flowing into the refrigerant suction port (15b) upstream.
これによれば、放熱器(13)の下流側に接続される高圧側の気液分離器(14)内に溜まる液相冷媒を加熱手段(12、19)により加熱し、この加熱後の高圧側冷媒をノズル部(15a)に流入させるので、ノズル部(15a)入口側冷媒のエンタルピを増加させることができる。 According to this, the liquid refrigerant accumulated in the high-pressure gas-liquid separator (14) connected to the downstream side of the radiator (13) is heated by the heating means (12, 19), and the high pressure after this heating is Since the side refrigerant flows into the nozzle part (15a), the enthalpy of the inlet part side refrigerant of the nozzle part (15a) can be increased.
ところで、ノズル部(15a)入口側冷媒のエンタルピが増加すると、後述する図2に示すように、冷媒を等エントロピ膨張させた際のエンタルピの減少量が多くなる。 Incidentally, when the enthalpy of the refrigerant on the inlet side of the nozzle portion (15a) increases, as shown in FIG. 2 described later, the amount of decrease in enthalpy when the refrigerant is isentropically expanded increases.
つまり、エジェクタ(15)のノズル部(15a)において、同じ圧力分だけ等エントロピ膨張させた場合、ノズル部(15a)入口側冷媒のエンタルピが高いほど、ノズル部(15a)入口側冷媒のエンタルピとノズル部(15a)出口側冷媒のエンタルピとの差、すなわちノズル部(15a)出入口間のエンタルピ差(Δi)が大きくなる。 That is, when the nozzle portion (15a) of the ejector (15) is isentropically expanded by the same pressure, the higher the enthalpy of the nozzle portion (15a) inlet-side refrigerant, the higher the enthalpy of the inlet portion refrigerant of the nozzle portion (15a). The difference from the enthalpy of the nozzle (15a) outlet side refrigerant, that is, the enthalpy difference (Δi) between the inlet and outlet of the nozzle (15a) increases.
従って、上記特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、エジェクタ効率(ηe)が所望の値になるように設計すれば、ノズル部(15a)にて回収される回収エネルギーを表す指標であるエンタルピ差(Δi)の絶対量が増大させて、ディフューザ部(15d)における昇圧量(ΔP)の絶対量も増大させることができる。 Therefore, if the ejector efficiency (ηe) is designed to have a desired value in the ejector-type refrigeration cycle having the above characteristics, the enthalpy difference (Δi), which is an index representing the recovered energy recovered by the nozzle portion (15a). The absolute amount of the pressure increase amount (ΔP) in the diffuser section (15d) can also be increased.
その結果、特許文献1のエジェクタ式冷凍サイクルに対して、より一層、圧縮機吸入冷媒圧力の上昇によるサイクル効率(COP)向上効果を拡大することができる。 As a result, the effect of improving the cycle efficiency (COP) due to the increase of the compressor suction refrigerant pressure can be further expanded with respect to the ejector refrigeration cycle of Patent Document 1.
さらに、上記のごとくノズル部(15a)入口側冷媒のエンタルピを増加させることにより、ノズル部(15a)入口側冷媒の気相冷媒割合(乾き度)が高くなる。そして、気相冷媒割合(乾き度)が高くなるに従って、ノズル部(15a)を通過する冷媒密度が小さくなるので、ノズル部(15a)入口側冷媒が液相冷媒のみの場合と同一流量の冷媒を減圧するために、ノズル部(15a)の最小通路面積を大きく設計することができる。 Further, by increasing the enthalpy of the nozzle portion as the (15a) inlet side refrigerant, the nozzle portion (15a) vapor refrigerant fraction of the refrigerant on the inlet side (degree of dryness) increases. As the gas-phase refrigerant ratio (dryness) increases, the density of refrigerant passing through the nozzle portion (15a) decreases, so that the refrigerant at the same flow rate as the case where the nozzle portion (15a) inlet-side refrigerant is only liquid phase refrigerant. In order to reduce the pressure, the minimum passage area of the nozzle portion (15a) can be designed to be large.
その結果、ノズル部(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。
As a result, the processing of the nozzle portion (15a) is facilitated, and the processing cost of the
上記特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、具体的には、分岐部(Z)で分岐された一方の液相冷媒は加熱手段(12、19)に直接流入させ、加熱手段(12、19)から流出した冷媒はノズル部(15a)に直接流入させればよい。
また、上記特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、加熱手段(12)は、サイクル内部の熱量を熱源としてもよい。具体的には、加熱手段は、ノズル部(15a)に流入する冷媒と圧縮機(11)吐出冷媒とを熱交換させる内部熱交換器(12)であってもよい。これによれば、加熱手段(12)がサイクル内部の熱量を熱源としているので、ノズル部(15a)に流入する冷媒を加熱するためのエネルギーを消費することもない。
In the ejector-type refrigeration cycle having the above characteristics, specifically, one liquid-phase refrigerant branched at the branch portion (Z) directly flows into the heating means (12, 19) and flows out from the heating means (12, 19). What is necessary is just to let the made refrigerant | coolant flow directly into a nozzle part (15a).
In the ejector refrigeration cycle having the above characteristics, the heating means (12) may use the amount of heat inside the cycle as a heat source. Specifically, the heating means may be an internal heat exchanger (12) that exchanges heat between the refrigerant flowing into the nozzle portion (15a) and the refrigerant discharged from the compressor (11). According to this, since the heating means (12) uses the amount of heat inside the cycle as a heat source, energy for heating the refrigerant flowing into the nozzle portion (15a) is not consumed.
また、上記特徴のエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、加熱手段(19)は、サイクル外部から供給される熱量を熱源としてもよい。具体的には、加熱手段は、電源を供給されることによって発熱する電気ヒータであってもよい。 In the ejector refrigeration cycle having the above characteristics, the heating means (19) may use the amount of heat supplied from outside the cycle as a heat source. Specifically, the heating means may be an electric heater that generates heat when supplied with power.
さらに、走行動力をエンジンより得る車両に適用されるエジェクタ式冷凍サイクルであれば、加熱手段は、ノズル部(15a)に流入する冷媒とエンジンの冷却水とを熱交換させるヒータコア(19)であってもよい。これによれば、エンジン廃熱を有効に活用できる。 Further, in the case of an ejector refrigeration cycle applied to a vehicle that obtains driving power from an engine, the heating means is a heater core (19) that exchanges heat between the refrigerant flowing into the nozzle portion (15a) and the cooling water of the engine. May be. According to this, engine waste heat can be utilized effectively.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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 means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1〜図3により、本発明の第1実施形態を説明する。図1は本発明の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た例の全体構成図である。まず、エジェクタ式冷凍サイクル10において、圧縮機11は、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、電磁クラッチ11a、ベルト等を介して図示しない車両エンジンから駆動力が伝達される。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of 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11a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。
As the
圧縮機11の吐出側には、加熱器12の圧縮機側冷媒流路12aが接続されている。加熱器12は、圧縮機11吐出冷媒と、後述するレシーバ14から流出した液相冷媒とを熱交換させて、レシーバ14からエジェクタ15のノズル部15aへ流入する冷媒を加熱する内部熱交換器である。従って、本実施形態では、加熱器12がサイクル内部の熱量を熱源とする加熱手段を構成する。
A compressor side
この加熱器12は、いわゆる二重管式の熱交換器構成になっており、具体的には、圧縮機11吐出冷媒が通過する圧縮機側冷媒流路12aを形成する外側管の内側に、レシーバ14出口側冷媒が通過するレシーバ側冷媒流路12bを形成する内側管を配置した構成になっている。もちろん、圧縮側冷媒通路12aの外表面とレシーバ側冷媒流路12bの外表面とを溶接やろう付け等の手段で接合した構成を採用してもよい。
This
加熱器12の圧縮機側冷媒流路12aの下流側には、放熱器13が接続されている。放熱器13は加熱器12出口側の高温冷媒と図示しない送風ファンにより送風される外気(車室外空気)との間で熱交換を行って高温冷媒を冷却するものである。
A
なお、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用し、高圧側圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界サイクルを構成している。従って、放熱器13は冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。
In the
放熱器13の下流側には、冷媒の気液を分離して液相冷媒を溜める気液分離器であるレシーバ14が接続されている。このレシーバ14はタンク状の形状をしており、気相冷媒と液相冷媒の密度差によって気液を分離するものである。従って、レシーバ14の鉛直方向下方側に液相冷媒が溜まる。
A
なお、本実施形態では、放熱器13とレシーバ14とを別体として構成しているが、放熱器13とレシーバ14とを一体に構成してもよい。さらに、放熱器13として、冷媒を凝縮させる凝縮用熱交換部と、この凝縮用熱交換部からの冷媒を導入して冷媒の気液を分離するレシーバ14と、このレシーバ14からの飽和液相冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部とを有する、いわゆるサブクールタイプの凝縮器を採用してもよい。
In addition, in this embodiment, although the
レシーバ14の液相冷媒貯留部には、冷媒配管14aおよび分岐配管14bが接続されている。つまり、レシーバ14で分離された液相冷媒は冷媒配管14aへ流入する冷媒流れと、分岐配管14bへ流入する冷媒流れとに分流される。従って、本実施形態では、レシーバ14の液相冷媒貯留部に冷媒の流れを分岐する分岐部Zが構成される。
A
冷媒配管14aの他端側は、前述の加熱器12のレシーバ側冷媒流路12b入口側へ接続され、レシーバ側冷媒流路12b出口側には、エジェクタ15のノズル部15aが接続されている。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でもある。
The other end side of the
また、エジェクタ15は、加熱器12のレシーバ側冷媒流路12b出口側から流入する高圧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の冷媒噴射口と連通するように配置されて後述する蒸発器18ら流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口15bとを有して構成される。
Further, the
さらに、ノズル部15aおよび冷媒吸引口15bの冷媒流れ下流側部位には、ノズル部15aから噴射する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、混合部15cの冷媒流れ下流側には昇圧部をなすディフューザ部15dが設けられている。
Furthermore, a
ディフューザ部15dは冷媒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。
The
エジェクタ15のディフューザ部15d出口側には、内部熱交換器16の低圧側冷媒流路16b入口側が接続され、低圧側冷媒流路16b出口側には、圧縮機11吸入側が接続されている。内部熱交換器16は、高圧側冷媒流路16aを通過する放熱器13出口側冷媒と低圧側冷媒流路16bを通過する圧縮機11吸入側冷媒との間で熱交換を行うものである。
The outlet side of the
内部熱交換器16の具体的構成としては、前述の加熱器12と同様の構成を採用することができる。なお、本実施形態では、二重管式の熱交換器構成を採用しており、より具体的には、高圧側冷媒流路16aを形成する外側管の内側に低圧側冷媒流路16bを形成する内側管を配置した構成としている。
As a specific configuration of the
一方、前述のレシーバ14の液相冷媒貯留部に接続された分岐配管14bの他端側は、内部熱交換器16の高圧側冷媒流路16a入口側へ接続され、高圧側冷媒流路16a出口側には、絞り機構17が接続されている。この絞り機構17は、内部熱交換器16下流側の高圧冷媒を減圧膨張させるとともに蒸発器18への冷媒流量の調整作用をなす絞り手段であり、具体的にはキャピラリチューブやオリフィス等の固定絞りで構成できる。
On the other hand, the other end of the
絞り機構17の下流側には、蒸発器18入口側が接続され、蒸発器18出口側には冷媒吸引口15bに接続されている。蒸発器18は、内部を通過する低圧冷媒と図示しない送風ファンの送風空気とを熱交換させることによって、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器である。そして、蒸発器18において吸熱されて冷却された送風空気が車室内に吹き出される。
The inlet side of the
次に、上述の構成において本実施形態の作動について説明する。なお、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルにおける冷媒の状態を、図2のモリエル線図に実線で概略的に示す。 Next, the operation of the present embodiment in the above configuration will be described. Note that the state of the refrigerant in the ejector refrigeration cycle of the present embodiment is schematically shown by a solid line in the Mollier diagram of FIG.
まず、圧縮機11を車両エンジンにより駆動すると、圧縮機11が冷媒を圧縮して吐出する。この時の冷媒の状態は図2のA点である。圧縮機11から吐出された高温高圧の気相冷媒は、加熱器12の圧縮機側冷媒流路12aを通過する際に、レシーバ14下流側冷媒と熱交換して放熱する(図2のA点→B点)。
First, when the
加熱器12の圧縮機側冷媒流路12aから流出した冷媒は、放熱器13へ流入して、送風ファンにより送風された外気と熱交換してさらに放熱する。そして、レシーバ14において気液分離される(図のC点)。レシーバ14から、冷媒配管14a側へ流出した液相冷媒は、加熱器12のレシーバ側冷媒流路12bを通過する際に、圧縮機11吐出冷媒と熱交換して加熱される(図2のC点→D点)。
The refrigerant that has flowed out of the compressor-side
なお、レシーバ側冷媒流路12b下流側にはエジェクタ15のノズル部15aが接続されているので、図2に示すように、加熱器12はノズル部15a入口側冷媒のエンタルピを増加させる作用を発揮している。
In addition, since the
エジェクタ15に流入した冷媒流れはノズル部15aで減圧され膨張する(図2のD点→E点)。そして、この減圧膨張時に冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されて、冷媒がノズル部15aの冷媒噴射口から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から蒸発器18通過後の冷媒(気相冷媒)が吸引される。
The refrigerant flow that flows into the
そして、混合部15cにおいて、ノズル部15aの冷媒噴射口から噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口15bから吸引された吸引冷媒が混合され(図2のE点→F点)、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、冷媒の速度(膨張)エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する(図2のF点→G点)。
In the
そして、エジェクタ15のディフューザ部15dから流出した冷媒は、内部熱交換器16の低圧側冷媒流路16bに流入して、内部熱交換器16の高圧側冷媒流路16aを通過する高圧冷媒と熱交換して加熱される(図2のG点→H点)。そして、低圧側冷媒流路16b通過後の気相冷媒は圧縮機11に吸入されて再び圧縮される(図2のH点→A点)。
The refrigerant that has flowed out of the
一方、レシーバ14から、分岐配管14b側へ流出した液相冷媒は、内部熱交換器16の高圧側冷媒流路16aへ流入して、低圧側冷媒流路16aを通過する圧縮機11吸入冷媒と熱交換して放熱する(図2のC点→I点)。
On the other hand, the liquid-phase refrigerant that has flowed out from the
そして、高圧側冷媒流路16a通過後の液相冷媒は絞り機構17で減圧されて低圧冷媒となり(図2のI点→J点)、この低圧冷媒が蒸発器18に流入する。蒸発器18では、送風ファンの送風空気から冷媒が吸熱して蒸発する(図2のJ点→K点)。
Then, the liquid-phase refrigerant after passing through the high-pressure side
そして、蒸発器18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、この吸引冷媒がノズル部15aの冷媒噴射口からの噴射冷媒と混合される(図2のK点→F点)。
Then, the gas-phase refrigerant after passing through the
以上の如く、本実施形態では、レシーバ14から分岐配管14b側へ流入した液相冷媒を絞り機構17を介して蒸発器18に供給できるので、蒸発器18にて冷却作用を発揮できる。また、内部熱交換器16における熱交換作用によって蒸発器18入口側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しているので、蒸発器18の冷凍能力を向上できる。
As described above, in the present embodiment, since the liquid-phase refrigerant that has flowed from the
さらに、エジェクタ15のディフューザ部15d下流側に圧縮機11吸入側を接続しているので、蒸発器18における冷媒蒸発圧力に対して、ディフューザ部15dの昇圧量ΔPの分だけ、圧縮機11吸入冷媒圧力を高くすることができる。その結果、圧縮機11の圧縮仕事量を低減でき、サイクル効率(COP)を向上させることができる。
Further, since the
ここで、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルにおけるディフューザ部15dの昇圧量ΔPについて、図3に示すサイクルと比較して説明する。また、比較例サイクルにおける冷媒の状態を図2のモリエル線図中に破線で概略的に示す。
Here, the pressure increase amount ΔP of the
まず、図3に示すエジェクタ式冷凍サイクル(以下、比較例サイクルという。)は、本実施形態のサイクルに対して、本発明の要部である加熱器12を廃止し、レシーバ14で分離された冷媒を、冷媒配管14aを介して、直接エジェクタ15のノズル部15aへ流入させるように構成したサイクルである。その他の構成は本実施形態のサイクルと同様である。
First, the ejector refrigeration cycle shown in FIG. 3 (hereinafter referred to as a comparative example cycle) is separated from the cycle of the present embodiment by eliminating the
次に、比較例サイクルの作動について説明する。圧縮機11を車両エンジンにより駆動すると、圧縮機11が冷媒を圧縮して吐出する(図2のA’点)。圧縮機11から吐出された高温高圧の気相冷媒は、放熱器13へ流入して、送風ファンにより送風された外気と熱交換して放熱する。そして、レシーバ14において気液分離される(図のC点)。
Next, the operation of the comparative example cycle will be described. When the
なお、比較例サイクルでは、送風ファンによって放熱器12へ送風される送風量を調整して、放熱器12出口側冷媒の状態が本実施形態のサイクルと同等となるようにしている。
In the comparative example cycle, the amount of air blown to the
また、比較例サイクルでは、加熱器12が廃止されているので、レシーバ14から冷媒配管14a側へ流入した冷媒は、直接エジェクタ15のノズル部15aへ流入して等エントロピ的に減圧膨張する(図2のC点→E’点)。さらに、混合部15cにおいて冷媒吸引口15bからの吸引冷媒と混合される(図2のE’点→F’点)。
Further, in the comparative example cycle, since the
混合された冷媒は、ディフューザ部15dに流入して昇圧され(図2のF’点→G’点)、内部熱交換器16において加熱され(図2のG’点→H’点)、さらに、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される(図2のH’点→A’点)。
The mixed refrigerant flows into the
一方、レシーバ14から、分岐配管14b側へ流出した液相冷媒は、本実施形態のサイクルと同様に内部熱交換器16→絞り手段17→蒸発器18を介して冷媒吸引口15bから吸引され、混合部15cにおいてノズル部15a噴射冷媒と混合され、ディフューザ部15dにおいて昇圧される(図2のC点→I点→J点→K点→F’点→G’点)。
On the other hand, the liquid-phase refrigerant that has flowed out from the
ここで、本実施形態のサイクルにおけるディフーザ部15dの昇圧量ΔPは、図2に示すように、比較例サイクルのディフューザ部15dの昇圧量ΔP’に対して大きくなる。従って、本実施形態のサイクルによれば、比較例サイクルに対して、高いサイクル効率(COP)向上効果を得ることができる。
Here, the boost amount ΔP of the
その理由は、本実施形態のサイクルでは、加熱器12の作用によって、エジェクタ15のノズル部15a入口側冷媒のエンタルピを比較例サイクルに対して増加させることができるからである。ノズル部15a入口側冷媒のエンタルピが増加すると、図2に示すように、等エントロピ線の傾きが緩やかになる。そのため、冷媒を等エントロピ膨張させた際のエンタルピの減少量が多くなる。
The reason is that in the cycle of this embodiment, the enthalpy of the refrigerant on the inlet side of the
つまり、エジェクタ15のノズル部15aにおいて、同じ圧力分だけ等エントロピ膨張させた場合、ノズル部15a入口側冷媒のエンタルピが高いほど、ノズル部15a入口側冷媒のエンタルピとノズル部15a出口側冷媒のエンタルピとの差(ノズル部15a出入口間のエンタルピ差)Δiが大きくなる。
That is, when the
従って、図2に示すように、本実施形態のサイクルのノズル部15a出入口間のエンタルピ差Δiの絶対量は、比較例サイクルのエンタルピ差Δi’の絶対量に対して、大きくなる。
Therefore, as shown in FIG. 2, the absolute amount of the enthalpy difference Δi between the inlet / outlet of the
さらに、ノズル部15出入口間のエンタルピ差Δiの絶対量が大きくなると、前述の式F1に示すように、エジェクタ効率ηeが所望の値になるようにエジェクタ15の各部の寸法・形状等を設計した場合に、ディフューザ部15dにおける昇圧量ΔPの絶対量も大きくなる。
Furthermore, when the absolute amount of the enthalpy difference Δi between the inlet and outlet of the
つまり、本実施形態では、ノズル部15aに流入する冷媒を加熱器12において加熱してエンタルピを上昇させているので、ノズル部15a出入口間のエンタルピ差Δiを拡大して、ディフューザ部15dの昇圧量ΔPを拡大させることができる。その結果、比較例サイクルに対して、高いサイクル効率(COP)向上効果を得ることができる。
That is, in the present embodiment, the refrigerant flowing into the
さらに、ノズル部15a入口側冷媒のエンタルピを上記のごとく増加させることにより、ノズル部15a入口側冷媒の気相冷媒割合(乾き度)が高くなる。そして、ノズル部15a入口側冷媒の気相冷媒割合が高くなるに従って、ノズル部15aを通過する冷媒密度が小さくなるので、ノズル部15a入口側冷媒が液相冷媒のみの場合と同一流量の冷媒を減圧するために、ノズル部15aの最小通路面積を大きく設計することができる。
Furthermore, by increasing the enthalpy of the refrigerant on the inlet side of the
その結果、ノズル部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。より具体的には、図4に示すように、比較例サイクルではノズル部15aの最適通路径0.4mmにおいて、0.17MPa程度の昇圧量を得ているが、本実施形態のサイクルでは最適通路径を0.6mmに拡大でき、さらに、0.27MPa程度の昇圧量を得ることができる。
As a result, the processing of the
(第2実施形態)
第1実施形態では、圧縮機11吐出冷媒とレシーバ14流出冷媒とを熱交換させる加熱器12によって加熱手段を構成しているが、本実施形態では、図5に示すように、加熱器12を廃止して、車両エンジンを冷却する冷却水とレシーバ14流出冷媒とを熱交換させて、レシーバ14からエジェクタ15のノズル部15aへ流入する冷媒を加熱するヒータコア19を設けている。
(Second Embodiment)
In 1st Embodiment, although the heating means is comprised by the
従って、本実施形態では、ヒータコア19がサイクル外部から供給される熱量を熱源とする加熱手段を構成する。このヒータコア19も二重管式の熱交換器構成で構成することができる。具体的には、エンジン冷却水が通過するエンジン冷却水流路19aを形成する外側管の内側に、レシーバ14出口側冷媒が通過するレシーバ側冷媒流路19bを形成する内側管を配置した構成にすればよい。その他の構成は第1実施形態と同様である。
Therefore, in the present embodiment, the
本実施形態のサイクルを作動させても、ヒータコア19の作用によって、エジェクタ15のノズル部15a入口側冷媒のエンタルピを増加させることができるので、第1実施形態と同様に、高いサイクル効率(COP)向上効果を得ることができる。さらに、加熱手段の熱源としてエンジン廃熱を用いているので、エンジン廃熱を有効に活用できる。
Even when the cycle of the present embodiment is operated, the enthalpy of the refrigerant on the inlet side of 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、以下のように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 follows.
(1)上述の各実施形態では、エジェクタ15の冷媒吸引口15bに吸引される冷媒を蒸発させる蒸発器18のみを設けているが、さらに、エジェクタ15のディフューザ部15dの下流側に第2の蒸発器を設けてもよい。これによれば、蒸発器18と第2の蒸発器の双方で同時に冷却作用を発揮できる。
(1) In each of the above-described embodiments, only the
この際、蒸発器18の冷媒蒸発圧力はノズル部14aでの減圧直後の圧力となり、第2の蒸発器の冷媒蒸発圧力はディフューザ部14dで昇圧した後の圧力となるので、これにより、第2の蒸発器の冷媒蒸発圧力(冷媒蒸発温度)よりも蒸発器18の冷媒蒸発圧力(冷媒蒸発温度)を低くすることができる。従って、2つの異なる温度帯の蒸発器で冷却対象空間を冷却できる。
At this time, the refrigerant evaporation pressure of the
もちろん、この2つの蒸発器で、別々の冷却対象空間を冷却してもよいし、同一の冷却対象空間を冷却してもよい。さらに、同一の冷却対象空間を冷却する場合は、2つの蒸発器を一体化(ユニット化)してもよい。 Of course, these two evaporators may cool different cooling target spaces or the same cooling target space. Furthermore, when cooling the same space to be cooled, two evaporators may be integrated (unitized).
(2)上述の各実施形態では、内部熱交換器16および絞り手段17を設けたサイクルについて説明したが、絞り手段17を廃止して、内部熱交換器16の高圧側冷媒流路16aに減圧機能を発揮させるようにしてもよい。具体的には、高圧側冷媒流路16aをキャピラリチューブにて構成して、低圧側冷媒流路16bを通過する冷媒と熱交換させると同時に減圧させるようにしてもよい。
(2) In the above-described embodiments, the cycle in which the
(3)上述の各実施形態では、分岐部Zがレシーバ14の液相冷媒貯留部内に配置されているが、分岐部Zの配置はこれに限定されない。例えば、レシーバ14の液相冷媒貯留部に1本の冷媒配管を接続し、この冷媒配管に三方継手を設けて分岐する構成であってもよい。
(3) In each above-mentioned embodiment, although branch part Z is arranged in the liquid phase refrigerant storage part of
(4)上述の各実施形態では、上述の実施形態では、絞り機構17を固定絞りによって構成しているが、絞り機構17として、電気的、機械的に冷媒通路面積を変更できる可変絞り機構を用いてもよい。
(4) In each of the above-described embodiments, in the above-described embodiment, the
(5)上述の第2実施形態では、サイクル外部から供給される熱量を熱源とする加熱手段として、ヒータコア19を採用した例を説明したが、加熱手段はこれに限定されない。例えば、電源を供給されることによって発熱する電気ヒータであってもよい。この電気ヒータとしては電熱線やPTCヒータ等を採用できる。また、太陽熱、地熱等を熱源とする構成であってもよい。
(5) In the second embodiment described above, the example in which the
(6)上述の各実施形態では、車両用の冷凍サイクルについて説明したが、車両用に限らず、定置用等の冷凍サイクルに対しても本発明を同様に適用できることはもちろんである。 (6) In each of the above-described embodiments, the refrigeration cycle for the vehicle has been described. However, the present invention is not limited to the vehicle and can be applied to the refrigeration cycle for stationary use as well.
(7)上述の各実施形態では、冷媒としてフロン系冷媒を採用した例を説明したが、HC系冷媒および二酸化炭素を採用してもよい。 (7) In each of the above-described embodiments, an example in which a chlorofluorocarbon refrigerant is used as the refrigerant has been described. However, an HC refrigerant and carbon dioxide may be used.
(8)上述の各実施形態では、放熱器13を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器18を室内側熱交換器として車室内冷却用に適用しているが、逆に、蒸発器18を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器13を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。
(8) In each of the above-described embodiments, the
11…圧縮機、12…加熱器、13…放熱器、16、30…開閉弁、
15…エジェクタ、15a…ノズル部、15b…冷媒吸引口、
17…絞り機構、18…蒸発器、19…ヒータコア。
DESCRIPTION OF
15 ... Ejector, 15a ... Nozzle part, 15b ... Refrigerant suction port,
17 ... A throttle mechanism, 18 ... Evaporator, 19 ... Heater core.
Claims (7)
前記圧縮機(11)から吐出された高温高圧冷媒を放熱させる放熱器(13)と、
前記放熱器(13)の下流側に接続され、前記放熱器(13)から流出する冷媒の気液を分離して液相冷媒を溜める気液分離器(14)と、
前記気液分離器(14)内の液相冷媒の流れを分岐する分岐部(Z)と、
前記分岐部(Z)で分岐された一方の液相冷媒を加熱する加熱手段(12、19)と、
前記加熱手段(12、19)にて加熱された冷媒が流入し、この流入冷媒を減圧膨張させるノズル部(15a)、及び前記ノズル部(15a)から噴射する高速度の冷媒流によって冷媒を吸引する冷媒吸引口(15b)を有するエジェクタ(15)と、
前記分岐部(Z)で分岐された他方の液相冷媒を減圧膨張させる絞り手段(17)と、
前記絞り手段(17)下流側の冷媒を蒸発させて、前記冷媒吸引口(15b)上流側に流出する蒸発器(18)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 compressing and discharging the refrigerant;
A radiator (13) for radiating the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor (11);
A gas-liquid separator (14) connected to the downstream side of the radiator (13) and separating the gas-liquid refrigerant flowing out of the radiator (13) to store a liquid-phase refrigerant;
A branch part (Z) for branching the flow of the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator (14) ;
Heating means (12, 19) for heating one liquid-phase refrigerant branched at the branch portion (Z) ;
The refrigerant heated by the heating means (12, 19) flows in , and the refrigerant is sucked by the nozzle portion (15a) for decompressing and expanding the inflowing refrigerant and the high-speed refrigerant flow ejected from the nozzle portion (15a). An ejector (15) having a refrigerant suction port (15b) for
Throttle means (17) for decompressing and expanding the other liquid-phase refrigerant branched at the branch portion (Z);
The throttle means (17) to evaporate the refrigerant on the downstream side, the refrigerant suction port (15b) evaporator flows to the upstream side (18) and the ejector type refrigeration cycle, characterized in that it comprises a.
前記加熱手段は、前記ノズル部(15a)に流入する冷媒と前記エンジンの冷却水とを熱交換させるヒータコア(19)であることを特徴とするエジェクタ式冷凍サイクル。 The ejector refrigeration cycle according to claim 5 , which is applied to a vehicle that obtains traveling power from an engine.
The ejector refrigeration cycle, wherein the heating means is a heater core (19) for exchanging heat between the refrigerant flowing into the nozzle portion (15a) and the cooling water of the engine.
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