JP6083330B2 - エジェクタ - Google Patents
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Description
Qc=Δicond×Gr …(F1)
なお、Δicondは、加熱用熱交換器入口側冷媒のエンタルピから出口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差であり、Grは加熱用熱交換器へ流入する冷媒流量である。
0.5≦x≦0.8 …(F2)
ところが、エジェクタのノズル部へ流入する冷媒の乾き度xが上記数式F2を満足するようにエジェクタ式冷凍サイクルを作動させると、熱交換対象流体を充分に加熱できるものの、エジェクタの昇圧部における昇圧性能が不安定になってしまい、昇圧部における昇圧性能が低下してしまうことがあった。
αh=[P/{α×(1−α)×ρl}]0.5 …(F3)
なお、数式F3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。
α=x/{x+(ρg/ρl)×(1−x)}…(F4)
また、数式F3、F4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。
V=V0+(2×Δiej)0.5…(F5)
なお、V0は、ノズル部へ流入する冷媒の初速である。
冷媒を減圧させて冷媒噴射口(15c)から噴射するノズル部(15a)と、ノズル部(15a)から噴射される高速度の噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引する冷媒吸引口(15d)、および噴射冷媒と冷媒吸引口(15d)から吸引された吸引冷媒との混合冷媒を昇圧させる昇圧部(15g)が形成されたボデー部(15b)とを備えるエジェクタであって、
加熱用熱交換器(12)の入口側冷媒のエンタルピから出口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差をΔicondとし、加熱用熱交換器(12)へ流入する冷媒流量をGrとし、さらに、エンタルピ差(Δicond)と冷媒流量(Gr)との積算値を加熱用熱交換器(12)における前記熱交換対象流体の加熱能力(Qc)としたときに、
冷凍サイクル装置(10、10a)では、加熱能力(Qc)を極大値に近づけるためにノズル部(15a)へ流入する冷媒の乾き度(x)が0.5以上かつ0.8以下に調整されており、さらに、ボデー部(15b)の内部空間のうち、冷媒噴射口(15c)から昇圧部(15g)の入口部(15h)へ至る範囲には、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させる混合部(15e)が形成されており、
混合部(15e)は、混合部(15e)内で気液二相状態の冷媒の流速が超音速状態から亜音速状態へ変化する際に生じる衝撃波が発生するように、冷媒流れ下流側に向かって冷媒通路面積が縮小する形状に形成され、入口部(15h)の冷媒通路面積は、冷媒噴射口(15c)の冷媒通路面積よりも小さく設定されていることを特徴とする。
冷媒を減圧させて冷媒噴射口(15c)から噴射するノズル部(15a)と、ノズル部(15a)から噴射される高速度の噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引する冷媒吸引口(15d)、および噴射冷媒と冷媒吸引口(15d)から吸引された吸引冷媒との混合冷媒を昇圧させる昇圧部(15g)が形成されたボデー部(15b)とを備えるエジェクタであって、
加熱用熱交換器(12)の入口側冷媒のエンタルピから出口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差をΔicondとし、加熱用熱交換器(12)へ流入する冷媒流量をGrとし、さらに、エンタルピ差(Δicond)と冷媒流量(Gr)との積算値を加熱用熱交換器(12)における熱交換対象流体の加熱能力(Qc)としたときに、
冷凍サイクル装置(10、10a)では、加熱能力(Qc)を極大値に近づけるためにノズル部(15a)へ流入する冷媒の乾き度Xが0.5以上かつ0.8以下に調整されており、さらに、ボデー部(15b)の内部空間のうち、冷媒噴射口(15c)から昇圧部(15g)の入口部(15h)へ至る範囲には、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させる混合部(15e)が形成されており、
混合部(15e)は、混合部(15e)内で気液二相状態の冷媒の流速が超音速状態から亜音速状態へ変化する際に生じる衝撃波が発生するように、冷媒流れ下流側に向かって冷媒通路面積が縮小する形状に形成され、
ノズル部(15a)内に形成される冷媒通路として、冷媒通路面積を徐々に縮小させる先細部(15p)、および先細部(15p)から冷媒噴射口(15c)へ冷媒を導く噴射部(15q)が設けられており、ノズル部(15a)は、噴射部(15q)の軸方向断面における拡がり角度(θn)が、0°以上となっていることによって、混合部(15e)へ噴射される噴射冷媒を自由膨張させるように形成されていることを特徴とする。
図1〜図9により、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、本発明のエジェクタを、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車に搭載される車両用空調装置1に用いられる冷凍サイクル装置10に適用している。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10は、エジェクタ式冷凍サイクルとして構成されている。さらに、本実施形態の送風空気は熱交換対象流体である。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×As+C…(F6)
なお、Tsetは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Trは内気センサによって検出された車室内温度(内気温)、Tamは外気センサによって検出された外気温、Asは日射センサによって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
冷房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを全閉とし、第2流量調整弁14bを全開とし、第3流量調整弁14cを全開とし、第4流量調整弁14dを全開とするとともに、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを閉じる。
弱除湿暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを全閉とし、第2流量調整弁14bを減圧作用を発揮する絞り状態とし、第3流量調整弁14cを全開とし、第4流量調整弁14dを全開とするとともに、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを閉じる。
除湿暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを絞り状態とし、第2流量調整弁14bを全閉とし、第3流量調整弁14cを絞り状態とし、第4流量調整弁14dを全開とするとともに、第1開閉弁18aを開き、第2開閉弁18bを開き、第3開閉弁18cを開く。
暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを絞り状態とし、第2流量調整弁14bを全閉とし、第3流量調整弁14cを絞り状態とし、第4流量調整弁14dを全閉とするとともに、第1開閉弁18aを開き、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを開く。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図10に示すように、加熱側エジェクタ15の構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態の加熱側エジェクタ15では、加熱側ノズル部15a内に形成される冷媒通路のうち、最下流側となる冷媒噴射口15c側に冷媒通路面積が一定に形成されたストレート部15iが設けられている。なお、図10では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面においても同様である。
本実施形態では、図11の全体構成図に示すように、第1実施形態に対して、冷凍サイクル装置10の冷却側エジェクタ20、冷却側気液分離器21、および固定絞り22を廃止するとともに、第4流量調整弁14dの出口側を室内蒸発器23の冷媒入口側に接続し、室内蒸発器23の冷媒出口側を第5三方継手13eに接続した例を説明する。
本実施形態の冷房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを全閉とし、第2流量調整弁14bを全開とし、第3流量調整弁14cを全開とし、第4流量調整弁14dを絞り状態とするとともに、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを閉じる。
本実施形態の弱除湿暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを全閉とし、第2流量調整弁14bを絞り状態とし、第3流量調整弁14cを全開とし、第4流量調整弁14dを絞り状態とするとともに、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを閉じる。これにより、弱除湿暖房モードでは、冷房モードと同様の順で冷媒が循環する通常の冷凍サイクルが構成される。
本実施形態の除湿暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを絞り状態とし、第2流量調整弁14bを全閉とし、第3流量調整弁14cを絞り状態とし、第4流量調整弁14dを絞り状態とするとともに、第1開閉弁18aを開き、第2開閉弁18bを開き、第3開閉弁18cを開く。
本実施形態の暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを絞り状態とし、第2流量調整弁14bを全閉とし、第3流量調整弁14cを絞り状態とし、第4流量調整弁14dを全閉とするとともに、第1開閉弁18aを開き、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを開く。これにより、暖房モードでは、第1実施形態と全く同様のエジェクタ式冷凍サイクルが構成され、第1実施形態と同様に車室内の暖房を行うことができる。
本実施形態では、二段昇圧式の圧縮機41を採用して、冷凍サイクル装置10aを構成した例を説明する。この冷凍サイクル装置10aも、冷房モードおよび弱除湿暖房モードの冷媒回路(図12参照)、除湿暖房モードの冷媒回路(図13参照)、並びに、暖房モードの冷媒回路(図14参照)を切替可能に構成されている。なお、図12〜図14では、それぞれの運転モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示している。
本実施形態の冷房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを全閉とし、第2流量調整弁14bを全開とし、第3流量調整弁14cを全開とし、第4流量調整弁14dを全開とするとともに、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを閉じ、第5開閉弁18eを閉じ、第6開閉弁18fを開き、第7開閉弁18gを閉じる。
本実施形態の弱除湿暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを全閉とし、第2流量調整弁14bを絞り状態とし、第3流量調整弁14cを全開とし、第4流量調整弁14dを全開とするとともに、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを閉じ、第5開閉弁18eを閉じ、第6開閉弁18fを開き、第7開閉弁18gを閉じる。
本実施形態の除湿暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを絞り状態とし、第2流量調整弁14bを全閉とし、第3流量調整弁14cを絞り状態とし、第4流量調整弁14dを全開とするとともに、第1開閉弁18aを開き、第2開閉弁18bを開き、第3開閉弁18cを開き、第5開閉弁18eを開き、第6開閉弁18fを閉じ、第7開閉弁18gを開く。
本実施形態の暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを絞り状態とし、第2流量調整弁14bを全閉とし、第3流量調整弁14cを絞り状態とし、第4流量調整弁14dを全閉とするとともに、第1開閉弁18aを開き、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを開き、第5開閉弁18eを開き、第6開閉弁18fを閉じ、第7開閉弁18gを開く。
本実施形態では、図18の全体構成図に示すように、第4実施形態に対して、冷凍サイクル装置10の冷却側エジェクタ20、冷却側気液分離器21、および固定絞り22を廃止するとともに、第4流量調整弁14dの出口側を室内蒸発器23の冷媒入口側に接続し、室内蒸発器23の冷媒出口側を第5三方継手13eに接続した例を説明する。
本実施形態の冷房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを全閉とし、第2流量調整弁14bを全開とし、第3流量調整弁14cを全開とし、第4流量調整弁14dを絞り状態とするとともに、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを閉じ、第5開閉弁18eを閉じ、第6開閉弁18fを開き、第7開閉弁18gを閉じる。
本実施形態の弱除湿暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを全閉とし、第2流量調整弁14bを絞り状態とし、第3流量調整弁14cを全開とし、第4流量調整弁14dを絞り状態とするとともに、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを閉じ、第5開閉弁18eを閉じ、第6開閉弁18fを開き、第7開閉弁18gを閉じる。これにより、弱除湿暖房モードでは、冷房モードと同様の順で冷媒が循環する通常の冷凍サイクルが構成される。
本実施形態の除湿暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを絞り状態とし、第2流量調整弁14bを全閉とし、第3流量調整弁14cを絞り状態とし、第4流量調整弁14dを絞り状態とするとともに、第1開閉弁18aを開き、第2開閉弁18bを開き、第3開閉弁18cを開き、第5開閉弁18eを開き、第6開閉弁18fを閉じ、第7開閉弁18gを開く。
実施形態の暖房モードでは、空調制御装置が、第1流量調整弁14aを絞り状態とし、第2流量調整弁14bを全閉とし、第3流量調整弁14cを絞り状態とし、第4流量調整弁14dを全閉とするとともに、第1開閉弁18aを開き、第2開閉弁18bを閉じ、第3開閉弁18cを開き、第5開閉弁18eを開き、第6開閉弁18fを閉じ、第7開閉弁18gを開く。これにより、暖房モードでは、第4実施形態と全く同様の二段昇圧式のエジェクタ式冷凍サイクルが構成され、第4実施形態と同様に車室内の暖房を行うことができる。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図19、図20に示すように、加熱側エジェクタ15の構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態の加熱側エジェクタ15では、加熱側ノズル部15aに形成された冷媒通路のうち喉部(最小通路面積部)よりも冷媒流れ上流側に、冷媒流入口15jから流入した冷媒を旋回させる旋回空間15kを設けている。
第6実施形態では、加熱側エジェクタ15の加熱側ノズル部15aとして、喉部(最小通路面積部)の冷媒通路面積が固定された固定ノズルを採用した例を説明したが、本実施形態では、図21に示すように、絞り通路面積を変更可能に構成された可変ノズルを採用した例を説明する。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図23、図24に示すように、加熱側エジェクタ15の構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態の加熱側エジェクタ15では、第6実施形態と同様に、加熱側ノズル部15aの冷媒流れ上流側に、旋回空間15kを形成する筒状部15oを設けている。
Lc/φDc≦1…(F7)
なお、本実施形態では、具体的に、Lc/φDc=1としている。
Lb/φDb≦1…(F8)
なお、本実施形態では、具体的に、Lb/φDb=1としている。
第8実施形態では、加熱側エジェクタ15の加熱側ノズル部15aとして、噴射部15qの入口部に形成される最小通路面積部の冷媒通路面積が固定された固定ノズルを採用した例を説明したが、本実施形態では、図25に示すように、第7実施形態と同様に可変ノズルを構成している。つまり、本実施形態の加熱側ノズル部15aは、いわゆるプラグノズルとして構成されている。
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。
15 加熱側エジェクタ
15a 加熱側ノズル部
15b 加熱側ボデー部
15c 冷媒噴射口
15d 加熱側冷媒吸引口
15e 混合部
15g 加熱側ディフューザ部
15h 入口部
15i ストレート部
Claims (8)
- 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)、および前記圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を熱源として熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と有する冷凍サイクル装置(10、10a)に適用され、
冷媒を減圧させて冷媒噴射口(15c)から噴射するノズル部(15a)と、
前記ノズル部(15a)から噴射される高速度の噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引する冷媒吸引口(15d)、および前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口(15d)から吸引された吸引冷媒との混合冷媒を昇圧させる昇圧部(15g)が形成されたボデー部(15b)とを備えるエジェクタであって、
前記加熱用熱交換器(12)の入口側冷媒のエンタルピから出口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差をΔicondとし、
前記加熱用熱交換器(12)へ流入する冷媒流量をGrとし、
さらに、前記エンタルピ差(Δicond)と前記冷媒流量(Gr)との積算値を前記加熱用熱交換器(12)における前記熱交換対象流体の加熱能力(Qc)としたときに、
前記冷凍サイクル装置(10、10a)では、前記加熱能力(Qc)を極大値に近づけるために前記ノズル部(15a)へ流入する冷媒の乾き度(x)が0.5以上かつ0.8以下に調整されており、
さらに、前記ボデー部(15b)の内部空間のうち、前記冷媒噴射口(15c)から前記昇圧部(15g)の入口部(15h)へ至る範囲には、前記噴射冷媒と前記吸引冷媒とを混合させる混合部(15e)が形成されており、
前記混合部(15e)は、前記混合部(15e)内で気液二相状態の冷媒の流速が超音速状態から亜音速状態へ変化する際に生じる衝撃波が発生するように、冷媒流れ下流側に向かって冷媒通路面積が縮小する形状に形成され、
前記入口部(15h)の冷媒通路面積は、前記冷媒噴射口(15c)の冷媒通路面積よりも小さく設定されていることを特徴とするエジェクタ。 - 前記ノズル部(15a)内に形成される冷媒通路の最下流側には、冷媒通路面積が一定に形成されたストレート部(15i)が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のエジェクタ。
- 前記ストレート部(15i)の冷媒流れ方向の長さLが、前記冷媒噴射口(15c)の相当直径(φD)と等しくなっていることを特徴とする請求項2に記載のエジェクタ。
- 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)、および前記圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を熱源として熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と有する冷凍サイクル装置(10、10a)に適用され、
冷媒を減圧させて冷媒噴射口(15c)から噴射するノズル部(15a)と、
前記ノズル部(15a)から噴射される高速度の噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引する冷媒吸引口(15d)、および前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口(15d)から吸引された吸引冷媒との混合冷媒を昇圧させる昇圧部(15g)が形成されたボデー部(15b)とを備えるエジェクタであって、
前記加熱用熱交換器(12)の入口側冷媒のエンタルピから出口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差をΔicondとし、
前記加熱用熱交換器(12)へ流入する冷媒流量をGrとし、
さらに、前記エンタルピ差(Δicond)と前記冷媒流量(Gr)との積算値を前記加熱用熱交換器(12)における前記熱交換対象流体の加熱能力(Qc)としたときに、
前記冷凍サイクル装置(10、10a)では、前記加熱能力(Qc)を極大値に近づけるために前記ノズル部(15a)へ流入する冷媒の乾き度(x)が0.5以上かつ0.8以下に調整されており、
さらに、前記ボデー部(15b)の内部空間のうち、前記冷媒噴射口(15c)から前記昇圧部(15g)の入口部(15h)へ至る範囲には、前記噴射冷媒と前記吸引冷媒とを混合させる混合部(15e)が形成されており、
前記混合部(15e)は、前記混合部(15e)内で気液二相状態の冷媒の流速が超音速状態から亜音速状態へ変化する際に生じる衝撃波が発生するように、冷媒流れ下流側に向かって冷媒通路面積が縮小する形状に形成され、
前記ノズル部(15a)内に形成される冷媒通路として、冷媒通路面積を徐々に縮小させる先細部(15p)、および前記先細部(15p)から前記冷媒噴射口(15c)へ冷媒を導く噴射部(15q)が設けられており、
前記ノズル部(15a)は、前記噴射部(15q)の軸方向断面における拡がり角度(θn)が、0°以上となっていることによって、前記混合部(15e)へ噴射される前記噴射冷媒を自由膨張させるように形成されていることを特徴とするエジェクタ。 - 前記入口部(15h)の冷媒通路面積は、前記冷媒噴射口(15c)の冷媒通路面積よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項4に記載のエジェクタ。
- 前記ノズル部(15a)へ流入する冷媒を前記ノズル部(15a)の軸周りに旋回させる旋回空間(15k)を形成する旋回空間形成部材(15o)を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載のエジェクタ。
- 前記ノズル部(15a)の冷媒通路面積を変化させる弁体(15m)を備えることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載のエジェクタ。
- さらに、前記入口部(15h)へ流入する冷媒の流速が、二相音速(αh)より低い値となってい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。
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