JP5653000B2 - 空調機用エジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、冷媒循環路に用いられるノズル付きエジェクタ（膨張弁）に関する。このエジェクタは、概ねガス状の冷媒の入口を有する冷媒の吸引チャンバと、この吸引チャンバに包囲され、液状の冷媒の入口を有し、かつ前記液状の冷媒を前記概ねガス状の冷媒中に噴出するノズルと、このノズルの断面積を制御しうるバルブと、このバルブの制御機構とを備えている。

自動車の車室へ送られる外気を冷却するための冷媒循環路において、膨張弁として使用されるエジェクタは、例えば、特許文献１に記載されている。

図１は、このようなエジェクタの一例を示す。図１において、冷媒循環路は、気相の冷媒を圧縮するコンプレッサ１を備えている。コンプレッサ１で圧縮された冷媒は、ついでコンデンサ（またはガス冷却器）２へ送られる。冷媒は、ここで、冷却かつ凝縮され、液相状態で、または単に冷却されるだけで凝縮はされずに、超臨界状態で、エジェクタ３へ送られる。

エジェクタ３に流入した冷媒は、ノズル４を介して噴出される。冷媒は、ノズル４を経ると、圧力と温度が低下し、ついで、拡散器５において、第２のエバポレータ８から送られる概ねガス状の冷媒と混合される。

拡散器５の出口においては、冷媒は、概ね液相のものと、気相のものとが混じり合った状態にある。この気液二相状態の冷媒は、ついで、気液分離器６において、気相の冷媒と液相の冷媒とに分離される。概ね気相の冷媒は、第１のエバポレータ７を経て、再びコンプレッサ１へ送られる。

他方、概ね液相の冷媒は、第２のエバポレータ８へ送られ、概ねガス状となった後、エジェクタ３により吸引される。冷媒は、エバポレータ７，８内に存在する間に、またはエバポレータへ向かう途中で、車室へ導かれる外気から、熱を奪い去り、この外気を冷却する。

しかし、上記のような冷媒循環路においては、または他の冷媒循環路においても、エジェクタ３には、冷媒を所定の流量に保持しなければならないという技術的制約が存在する。冷媒の流量が、所定の値よりも大きくなったり小さくなったりすると、エジェクタ３は、最適には働かない。

自動車に搭載される冷媒循環路においては、エジェクタを通過する冷媒の流量は、５〜４００kg/hである。しかし、流路の断面積が一定のエジェクタでは、冷媒の流量が種々に変化するよう、制御することはできない。ノズルに電磁バルブを設けたエジェクタは知られているが、このようなエジェクタは、非常に高価である。

上記特許文献１に記載されているエジェクタは、ノズルに、ばねを付設した平板状のバルブを備えており、バルブの開度は、冷媒の流量によって変化するようになっている。しかし、このエジェクタにおいては、液状の冷媒の流れが、ばねによって妨げられるという難点がある。

特開平５−３１２４２１号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、冷媒の流量を効率よく変化させうるエジェクタを提供することを目的としている。

本発明においては、上記課題を解決するために、冷媒循環路において冷媒を膨張させるエジェクタであって、概ねガス状の冷媒の入口を有する冷媒吸引チャンバと、この冷媒吸引チャンバに包囲され、液状の冷媒の入口を有し、かつ前記液状の冷媒を前記概ねガス状の冷媒中に噴出するノズルと、このノズル内部における冷媒流路の断面積を制御しうるバルブと、このバルブに作用するばねとを備えるエジェクタにおいて、前記ばねをバルブの下流側に設ける。このため、ばねは、冷媒の流れに支障をきたすことなく、効率的にバルブに作用することができる。

本発明の一実施形態においては、バルブは、ノズルの入口部に設けられている。これは、ノズルの内部、すなわちエジェクタ内部における冷媒の流れが最も影響されやすい領域において、冷媒の流れが、バルブによって妨げられないことを意味する。

バルブは、ノズル内部の冷媒チャンネルの断面積を変化させうるようになっているのが好ましい。また、冷媒チャンネルは、バルブが閉鎖されているときでも、この冷媒チャンネルの回りに、冷媒が通過しうる比較的断面積が小さい環状の隙間が形成されるよう、ノズルの中心部に設けるのが好ましい。この環状の隙間は、バルブが開放されているときには、冷媒チャンネルと合わせて、冷媒流路となる。

本発明のもう１つの実施形態においては、バルブは、ノズルの中に設けられる。すなわち、バルブは、ノズル内部の断面積を直接的に制御する。

この実施形態においては、バルブは、ピン形状を有し、ノズルの出口部から入口部まで挿入されるようになっているのが好ましい。バルブは、ノズルの出口部から入口部まで延びているため、冷媒流量の大小に拘らず、がたつくことによって、ノズルを通過する冷媒の流量に影響を与えることはない。

バルブが閉鎖されているときのノズルの断面積は、０．１〜０．３mm²であるのが好ましい。これは、液状の冷媒の流量が小さいときでも、冷媒吸引チャンバによって、ガス状の冷媒が、十分に吸引されるようにするためである。

他方、バルブが開放されているときのノズルの断面積は、最大３mm²であるのが好ましい。これは、冷却負荷が高いときでも、十分な冷媒流量を得るようにするためである。

バルブは、液状の冷媒の入口における冷媒の圧力が、100,000〜140,000hPa(１００〜１４０bar)になると、開放するようになっているのが好ましい。このようなバルブを用いると、冷媒の圧力が高い側で、自動的に圧力が制限されるようになる。

本発明によれば、高価な電子的制御手段を用いることなく、エジェクタの良好な作動条件を保つことができる。さらに、本発明のエジェクタは、バルブの上流側に制御手段を設けるのではないため、液状の冷媒の流れに伴う圧力を減殺することはない。

エジェクタを備えた公知の冷媒循環路の模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るエジェクタの模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るエジェクタの模式的な断面図である。

以下、本発明を、添付の図面を参照しつつ、２つの実施形態に基づいて説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るエジェクタ３を示す。このエジェクタ３は、液状の冷媒の入口１０を有している。入口１０は、ノズル４に通じており、他方、ノズル４は、拡散器５に通じている。また、ノズル４は、冷媒吸引チャンバ１３によって包囲されている。冷媒吸引チャンバ１３には、ガス状の冷媒の入口１５が設けられている。

ノズル４の中心部には、内部に冷媒チャンネル１６を有するダクト１４が設けられている。ダクト１４の右端（出口）は、ノズル４の終端と同じ位置まで延びている。一方、ダクト１４の左端（入口）には、ボール状のバルブ１８が設けられている。バルブ１８は、ばね２０によって、冷媒の流れに抗するように、ダクト１４の左端における弁座２２に対して付勢されている。したがって、ノズル４は、ダクト１４の回りの断面環状の通路と、冷媒チャンネル１６という２つの冷媒流路を有する。

バルブ１８が閉じているときには、冷媒流路は、ノズル４とダクト１４の間に形成される環状通路のみであり、その断面積は、０．１〜０．３mm²である。この通路の断面積は、バルブの作動状態には左右されず、一定である。ノズル４の入口における冷媒の圧力が十分に高まると、バルブ１８は、ばねの押圧力に抗して、図の右方へ変位し、冷媒チャンネル１６も開放される。この場合、環状通路と冷媒チャンネル１６を合わせた冷媒流路の断面積は、バルブの作動状態により、最大で３mm²まで拡大する。

この実施形態に係るエジェクタの技術的効果は、バルブ１８が、ノズル４の断面積が小さい箇所以外の位置に設けられるため、冷媒の流れの状況に左右されずに、バルブ１８が作動することである。この外、ノズル４と軸方向に並ぶ拡散器５へ向かう冷媒の流量を、従来よりも増大させるという技術的効果も発揮される。

図３は、本発明の第２の実施形態に係るエジェクタ３を示す。この図においては、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。

本実施形態に係るエジェクタは、バルブ１８がピン形状で、ノズル４に差し込まれるようになっている点において、それがボール形状である第１の実施形態に係るエジェクタとは異なっている。ピン状のバルブ１８は、２〜１０°の勾配を有する円錐形をなしている。

ノズル４の入口部と出口部には、延長部１９を有するバルブ１８が挿入されている。特に、バルブ１８の延長部１９は、ノズル４の入口部における孔２１に、変位可能に差し込まれている。よって、バルブ１８は、冷媒の流れのために、がたつくことはない。また、ばね２０は、ノズル４の出口から大きく離れた位置、すなわち、拡散器５の出口（拡散器の軸方向とは直交する方向に開放している）領域に設けられている。

この実施形態においては、バルブ１８が閉鎖されているときには、拡散器５の最も左側に、断面積が０．１〜０．３mm²の冷媒流路が形成される。他方、バルブ１８が開放されているときには、拡散器５の最も右側において、最大で約３mm²の断面積の冷媒流路が形成される。また、この実施形態においては、断面積が調整されるのは、断面円形の冷媒チャンネルではなく、バルブ１８の回りの断面環状の通路であるという点が、第１の実施形態と相違している。

上記２つの実施形態において、バルブ１８は、ばね２０の作用に抗してこれを押圧する圧力が、100,000〜140,000hPa(１００〜１４０bar)になると、開放するように調整するのが好ましい。

１ コンプレッサ
２ コンデンサ
３ エジェクタ
４ ノズル
５ 拡散器
６ 気液分離器
７ 第１のエバポレータ
８ 第２のエバポレータ
10 液状の冷媒の入口
13 冷媒吸引チャンバ
14 ダクト
15 ガス状の冷媒の入口
16 冷媒チャンネル
18 バルブ
19 バルブの延長部
20 ばね
21 孔
22 弁座

Claims (6)

1. 冷媒循環路において冷媒を膨張させるエジェクタ（３）であって、概ねガス状の冷媒の入口（１５）を有する冷媒吸引チャンバ（１３）と、この冷媒吸引チャンバ（１３）に包囲され、液状の冷媒の入口（１０）を有し、かつ前記液状の冷媒を前記概ねガス状の冷媒中に噴出するノズル（４）と、このノズル（４）内部における冷媒流路の断面積を制御しうるバルブ（１８）と、このバルブ（１８）に作用するばね（２０）とを備えるエジェクタ（３）において、前記ばね（２０）は、バルブ（１８）の下流側に設けられ、
   前記バルブ（１８）は、ノズル（４）の内部に位置する冷媒チャンネル（１６）の断面積を調整しうるようになっており、
   前記冷媒チャンネル（１６）は、ノズル（４）の中心部に位置しており、
   前記バルブ（１８）は、前記冷媒チェンネル（１６）の入口に位置し、ばね（２０）によって、前記冷媒チャネルの弁座（２２）に対して付勢されていることを特徴とするエジェクタ。
2. 前記バルブ（１８）は、ノズル（４）の入口部に設けられていることを特徴とする請求項１記載のエジェクタ。
3. 前記バルブ（１８）が閉鎖されているときのノズル（４）内部における冷媒流路の断面積は、０．１〜０．３ｍｍ^２であることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタ。
4. 前記バルブ（１８）が開放されているときのノズル（４）内部における冷媒流路の断面積は、最大３ｍｍ^２であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエジェクタ。
5. 前記バルブ（１８）は、前記液状の冷媒の入口（１０）における冷媒の圧力が、１００，０００〜１４０，０００ｈＰａ（１００〜１４０ｂａｒ）になると、開放するようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエジェクタ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のエジェクタを備える冷媒循環路。

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