WO2016031156A1 - エジェクタ式冷凍サイクル - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an ejector-type refrigeration cycle including an ejector as a refrigerant decompression device.
- an ejector-type refrigeration cycle which is a vapor compression refrigeration cycle apparatus including an ejector as a refrigerant decompression device, is known.
- the refrigerant flowing out of the evaporator is sucked from the refrigerant suction port of the ejector by the suction action of the high-speed jet refrigerant ejected from the nozzle portion of the ejector, and the diffuser portion (pressure boosting portion) of the ejector ), The pressure of the mixed refrigerant of the injected refrigerant and the suction refrigerant is increased and sucked into the compressor.
- the pressure of the suction refrigerant can be increased as compared with a normal refrigeration cycle apparatus in which the refrigerant evaporation pressure in the evaporator and the pressure of the suction refrigerant sucked into the compressor are substantially equal. Therefore, in the ejector-type refrigeration cycle, the power consumption of the compressor can be reduced and the coefficient of performance (COP) of the cycle can be improved.
- COP coefficient of performance
- Patent Document 1 discloses an ejector (hereinafter referred to as an ejector module) in which a gas-liquid separator (gas-liquid separator) is integrally formed.
- the suction port side of the compressor is connected to the gas-phase refrigerant outlet through which the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separation device flows out, and the gas-liquid separation device separates it.
- the gas-liquid separation device since the gas-liquid separation device is integrally formed, the ejector module itself or an inlet pipe connecting the liquid phase refrigerant outlet of the ejector module and the refrigerant inlet of the evaporator is provided.
- the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator easily absorbs external heat.
- the refrigerating capacity exhibited by the evaporator may be reduced.
- the refrigerating capacity exhibited in the evaporator is defined by an enthalpy difference obtained by subtracting the enthalpy of the evaporator inlet side refrigerant from the enthalpy of the evaporator outlet side refrigerant.
- the temperature of the refrigerant flowing into the evaporator is lower than that in a normal refrigeration cycle apparatus. For this reason, the temperature difference between the refrigerant flowing into the evaporator and the outside is likely to be larger than that of a normal refrigeration cycle apparatus, and the enthalpy of the refrigerant flowing into the evaporator is likely to increase.
- This indication aims at providing the ejector type refrigeration cycle which can control the fall of the refrigerating capacity exhibited with an evaporator in view of the above-mentioned point.
- the ejector refrigeration cycle includes a compressor, a radiator, an ejector module having a body part, an evaporator, an inlet pipe, and a suction pipe.
- the compressor compresses and discharges the refrigerant
- the radiator dissipates heat from the refrigerant discharged from the compressor.
- the body part includes a nozzle part that depressurizes the refrigerant that has flowed out of the radiator, a refrigerant suction port that sucks the refrigerant by a suction action of the high-speed jet refrigerant that is jetted from the nozzle part, and a suction that is sucked from the jet refrigerant and the refrigerant suction port
- a pressure increasing unit for mixing and increasing the pressure of the refrigerant
- a gas-liquid separating unit for separating the gas-liquid of the refrigerant flowing out from the pressure increasing unit
- a liquid-phase refrigerant outlet for discharging the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separating unit
- a gas-phase refrigerant outlet for allowing the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator to flow out is provided.
- the evaporator evaporates the liquid phase refrigerant separated by the gas-liquid separation unit.
- the inlet pipe connects the liquid-phase refrigerant outlet and the refrigerant inlet of the evaporator, and the suction pipe connects the gas-phase refrigerant outlet and the compressor inlet.
- the length of the inlet pipe is shorter than the length of the suction pipe.
- the liquid phase refrigerant separated in the gas-liquid separator absorbs external heat when flowing through the inlet pipe. Can be suppressed. Therefore, the fall of the refrigerating capacity demonstrated with an evaporator can be suppressed.
- pipe length the total length of the center line of the pipe formed in a straight line or a curved line can be adopted. Therefore, “pipe length” can also be expressed as “flow channel length”.
- the term “pipe” is not limited to those formed of a tubular member, and includes a member formed of a member other than a tube as long as it is a member that forms a flow path through which a refrigerant flows. .
- the ejector refrigeration cycle includes a compressor, a radiator, an ejector module having a body part, and an evaporator.
- the compressor compresses and discharges the refrigerant, and the radiator dissipates the refrigerant discharged from the compressor.
- the body part includes a nozzle part that depressurizes the refrigerant that has flowed out of the radiator, a refrigerant suction port that sucks the refrigerant by a suction action of the high-speed jet refrigerant that is jetted from the nozzle part, and a suction that is sucked from the jet refrigerant and the refrigerant suction port
- a pressure increasing unit for mixing and increasing the pressure of the refrigerant, a gas-liquid separating unit for separating the gas-liquid of the refrigerant flowing out from the pressure increasing unit, a liquid-phase refrigerant outlet for discharging the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separating unit, and A gas-phase refrigerant outlet for allowing the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator to flow out is provided.
- the evaporator evaporates the liquid phase refrigerant separated by the gas-liquid separation unit.
- the ejector module is located closer to the
- the ejector module is disposed closer to the evaporator than the compressor, the length of the inlet pipe connecting the liquid-phase refrigerant outlet and the evaporator can be easily set to the gas-phase refrigerant outlet.
- the length of the suction pipe connecting the compressor can be made shorter. Accordingly, as described in the first aspect, it is possible to suppress a decrease in the refrigerating capacity exhibited by the evaporator.
- the fluid to be cooled in the ejector refrigeration cycle 10 is blown air.
- the ejector refrigeration cycle 10 employs an HFC refrigerant (specifically, R134a) as a refrigerant, and constitutes a subcritical refrigeration cycle in which the high-pressure side refrigerant pressure does not exceed the refrigerant critical pressure.
- an HFO refrigerant specifically, R1234yf
- refrigeration oil for lubricating the compressor 11 is mixed in the refrigerant, and a part of the refrigeration oil circulates in the cycle together with the refrigerant.
- the compressor 11 sucks refrigerant and discharges it until it becomes high-pressure refrigerant.
- the compressor 11 is disposed in an engine room together with an internal combustion engine (engine) (not shown) that outputs a driving force for traveling the vehicle.
- the compressor 11 is driven by a rotational driving force output from the engine via a pulley, a belt, and the like.
- a variable displacement compressor configured to adjust the refrigerant discharge capacity by changing the discharge capacity is adopted as the compressor 11.
- the discharge capacity (refrigerant discharge capacity) of the compressor 11 is controlled by a control current output to a discharge capacity control valve of the compressor 11 from a control device described later.
- the engine room in the present embodiment is an outdoor space in which the engine is accommodated, and is a space surrounded by a vehicle body, a firewall 50 described later, and the like.
- the engine room is sometimes called the engine compartment.
- a refrigerant inlet of the condensing part 12a of the radiator 12 is connected to the discharge port of the compressor 11 via an upstream high-pressure pipe 15a.
- the radiator 12 is a heat exchanger for heat radiation that radiates and cools the high-pressure refrigerant by exchanging heat between the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 and outside air (outside air) blown by the cooling fan 12d. .
- the radiator 12 is arranged on the vehicle front side in the engine room.
- the radiator 12 of the present embodiment causes heat exchange between the high-pressure gas-phase refrigerant discharged from the compressor 11 and the outside air blown from the cooling fan 12d, and dissipates the high-pressure gas-phase refrigerant to condense.
- the condensing unit 12a, the receiver 12b that separates the gas-liquid refrigerant flowing out from the condensing unit 12a and stores excess liquid-phase refrigerant, and the liquid-phase refrigerant that flows out from the receiver unit 12b and the outside air blown from the cooling fan 12d. It is configured as a so-called subcool type condenser having a supercooling section 12c that performs heat exchange and supercools the liquid phase refrigerant.
- the cooling fan 12d is an electric blower whose rotation speed (amount of blown air) is controlled by a control voltage output from the control device.
- a refrigerant inlet 31a of the ejector module 13 is connected to a refrigerant outlet of the supercooling portion 12c of the radiator 12 via a downstream high-pressure pipe 15b.
- the ejector module 13 functions as a refrigerant pressure reducing device for reducing the pressure of the supercooled high-pressure liquid-phase refrigerant that has flowed out of the radiator 12 and flowing it downstream, and by the suction action of the refrigerant flow injected at a high speed. It functions as a refrigerant circulation device (refrigerant transport device) that sucks (transports) and circulates the refrigerant flowing out of the evaporator 14 described later. Furthermore, the ejector module 13 of the present embodiment also has a function as a gas-liquid separation device that separates the gas-liquid of the decompressed refrigerant.
- the ejector module 13 of the present embodiment is configured as a “gas-liquid separator integrated ejector” or “ejector with a gas-liquid separation function”.
- a configuration in which the ejector and the gas-liquid separator are integrated This is expressed using the term ejector module.
- the ejector module 13 is disposed in the engine room together with the compressor 11 and the radiator 12.
- the up and down arrows in FIG. 1 indicate the up and down directions when the ejector module 13 is mounted on the vehicle, and the up and down directions when other components are mounted on the vehicle It is not limited to.
- the ejector module 13 of the present embodiment includes a body portion 30 configured by combining a plurality of constituent members.
- the body part 30 is formed of a cylindrical metal member.
- the body portion 30 is formed with a plurality of refrigerant inlets, a plurality of internal spaces, and the like.
- a refrigerant inflow port 31 a that causes the refrigerant that has flowed out from the radiator 12 to flow into the inside
- a refrigerant suction port 31 b that sucks in the refrigerant that has flowed out from the evaporator 14, and the body part 30.
- the liquid-phase refrigerant outlet 31c that causes the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f formed inside the refrigerant to flow out to the refrigerant inlet side of the evaporator 14 and the vapor phase separated in the gas-liquid separation space 30f
- a gas-phase refrigerant outlet 31d for allowing the refrigerant to flow out to the suction side of the compressor 11 is formed.
- the internal space formed in the body 30 includes a swirl space 30a for swirling the refrigerant flowing in from the refrigerant inlet 31a, a decompression space 30b for depressurizing the refrigerant flowing out of the swirl space 30a, and a decompression space 30b.
- a pressurizing space 30e for allowing the refrigerant that has flowed out of the air to flow in, a gas-liquid separation space 30f for separating the gas and liquid of the refrigerant that has flowed out of the pressurizing space 30e, and the like are formed.
- the swirl space 30a and the gas-liquid separation space 30f are formed in a substantially cylindrical rotating body shape.
- the decompression space 30b and the pressure increase space 30e are formed in a substantially truncated cone-shaped rotating body shape that gradually expands from the swirl space 30a side toward the gas-liquid separation space 30f side.
- the central axes of these spaces are all arranged coaxially.
- the rotating body shape is a three-dimensional shape formed when a plane figure is rotated around one straight line (central axis) on the same plane.
- the body portion 30 is formed with a suction passage 13b that guides the refrigerant sucked from the refrigerant suction port 31b to the downstream side of the refrigerant flow in the decompression space 30b and to the upstream side of the refrigerant flow in the pressurization space 30e. Yes.
- a passage forming member 35 is disposed inside the pressure reducing space 30b and the pressure increasing space 30e.
- the passage forming member 35 is formed in a substantially conical shape that spreads toward the outer peripheral side as it is separated from the decompression space 30b, and the central axis of the passage formation member 35 is also arranged coaxially with the central axis of the decompression space 30b and the like. ing.
- the shape of the vertical cross section in the axial direction is annular (circular) between the inner peripheral surface of the portion forming the decompression space 30b and the pressurization space 30e of the body portion 30 and the conical side surface of the passage forming member 35.
- a doughnut-shaped refrigerant passage excluding a small-diameter circular shape arranged coaxially.
- the refrigerant passage formed between the portion forming the decompression space 30b of the body portion 30 and the portion on the top side of the conical side surface of the passage forming member 35 is directed toward the downstream side of the refrigerant flow. It is formed in a shape that narrows the cross-sectional area of the passage. Due to this shape, the refrigerant passage constitutes a nozzle passage 13a that functions as a nozzle portion that is isentropically decompressed and ejected.
- the nozzle passage 13a of the present embodiment gradually reduces the passage cross-sectional area from the inlet side of the nozzle passage 13a toward the minimum passage area portion, and from the minimum passage area portion to the outlet side of the nozzle passage 13a. It is formed in a shape that gradually increases the cross-sectional area of the passage. That is, in the nozzle passage 13a of the present embodiment, the refrigerant passage cross-sectional area changes in the same manner as a so-called Laval nozzle.
- the refrigerant passage formed between the portion forming the pressure increasing space 30e of the body portion 30 and the downstream portion of the conical side surface of the passage forming member 35 gradually increases the passage cross-sectional area toward the downstream side of the refrigerant flow. It is formed in a shape to enlarge. Due to this shape, this refrigerant passage constitutes a diffuser passage 13c that functions as a diffuser portion (pressure increase portion) for mixing and increasing the pressure of the refrigerant injected from the nozzle passage 13a and the suction refrigerant sucked from the refrigerant suction port 31b. is doing.
- an element 37 as a driving device is disposed inside the body portion 30 to change the passage cross-sectional area of the minimum passage area portion of the nozzle passage 13a by displacing the passage forming member 35. More specifically, the element 37 has a diaphragm that is displaced according to the temperature and pressure of the refrigerant (that is, the refrigerant flowing out of the evaporator 14) flowing through the suction passage 13b. Then, the displacement of the diaphragm is transmitted to the passage forming member 35 through the operating rod 37a, so that the passage forming member 35 is displaced in the vertical direction.
- the element 37 displaces the passage forming member 35 in a direction (vertical lower side) in which the passage cross-sectional area of the minimum passage area portion is increased as the temperature (superheat degree) of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 increases.
- the element 37 displaces the passage forming member 35 in a direction (vertical direction upper side) in which the passage cross-sectional area of the minimum passage area portion is reduced as the temperature (superheat degree) of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 decreases. .
- the element 37 displaces the passage forming member 35 according to the degree of superheat of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 in this way, whereby the degree of superheat of the refrigerant on the outlet side of the evaporator 14 approaches a predetermined reference superheat degree.
- the passage cross-sectional area of the minimum passage area portion of the nozzle passage 13a is adjusted.
- the gas-liquid separation space 30 f is disposed below the passage forming member 35.
- the gas-liquid separation space 30f is a centrifugal-type gas-liquid separation unit that turns the refrigerant flowing out of the diffuser passage 13c around the central axis and separates the gas-liquid of the refrigerant by the action of centrifugal force. Further, the internal volume of the gas-liquid separation space 30f is such that even if a load fluctuation occurs in the cycle and the refrigerant circulation flow rate circulating in the cycle fluctuates, the surplus refrigerant cannot be substantially accumulated. .
- the refrigerating machine oil in the separated liquid-phase refrigerant is connected to the gas-liquid separation space 30f and the gas-phase refrigerant outlet 31d.
- An oil return hole 31e for returning to the phase refrigerant passage side is formed.
- an orifice 31i as a pressure reducing device for reducing the pressure of the refrigerant flowing into the evaporator 14 is disposed in the liquid phase refrigerant passage connecting the gas-liquid separation space 30f and the liquid phase refrigerant outlet 31c.
- the suction port of the compressor 11 is connected to the gas-phase refrigerant outlet 31d of the ejector module 13 through the suction pipe 15c.
- the refrigerant inlet of the evaporator 14 is connected to the liquid phase refrigerant outlet 31c via an inlet pipe 15d.
- the evaporator 14 performs heat exchange between the low-pressure refrigerant decompressed by the ejector module 13 and the blown air blown from the blower 42 into the vehicle interior, thereby evaporating the low-pressure refrigerant and exerting an endothermic effect. It is a vessel. Furthermore, the evaporator 14 is arrange
- the vehicle according to the present embodiment is provided with a firewall 50 as a partition plate that partitions the vehicle compartment from the engine room outside the vehicle compartment.
- the firewall 50 also has a function of reducing heat, sound, etc. transmitted from the engine room to the vehicle interior, and is sometimes referred to as a dash panel.
- the indoor air-conditioning unit 40 is arrange
- a refrigerant suction port 31b of the ejector module 13 is connected to the refrigerant outlet of the evaporator 14 via an outlet pipe 15e.
- the ejector module 13 is arranged in the engine room (outdoor space) as described above, the inlet pipe 15d and the outlet pipe 15e are arranged so as to penetrate the firewall 50.
- the firewall 50 is provided with a circular or rectangular through hole 50a penetrating the engine room side and the vehicle interior (interior space) side.
- the inlet pipe 15d and the outlet pipe 15e are integrated by being connected to a connector 51 which is a metal member for connection.
- the inlet pipe 15d and the outlet pipe 15e are arranged so as to penetrate the through hole 50a in a state where they are integrated by the connector 51.
- the connector 51 is positioned on the inner peripheral side or in the vicinity of the through hole 50a.
- a packing 52 formed of an elastic member is disposed in the gap between the outer peripheral side of the connector 51 and the opening edge of the through hole 50a.
- the packing 52 is formed of ethylene propylene diene copolymer rubber (EPDM), which is a rubber material having excellent heat resistance.
- the upstream side high pressure for circulating the high-pressure refrigerant has a pipe diameter (passage cross-sectional area) as the suction pipe 15c, the inlet pipe 15d, and the outlet pipe 15e for circulating the low-pressure refrigerant.
- a pipe having a larger diameter than the pipe 15a and the downstream high-pressure pipe 15b (passage cross-sectional area) is employed.
- pipes having the same pipe diameter (passage cross-sectional area) are adopted as the suction pipe 15c, the inlet pipe 15d, and the outlet pipe 15e.
- the ejector module 13 of the present embodiment is arranged closer to the evaporator 14 than the compressor 11.
- the shortest distance between the evaporator 14 and the ejector module 13 is shorter than the shortest distance between the compressor 11 and the ejector module 13.
- the length of the inlet pipe 15d is shorter than the length of the suction pipe 15c.
- the length of the inlet pipe 15d of this embodiment is 2 m (meters) or less, similar to the length of the inlet pipe for a normal refrigeration cycle apparatus used in a general vehicle air conditioner.
- the length of the pipe in the present embodiment is the total length of the center line of the pipe formed in a linear or curved shape. Therefore, the length of the pipe can also be expressed as the flow path length.
- the pipe in the present embodiment is not limited to a pipe formed by a tubular member, and is formed by a member having a shape other than a tube like the connector 51 as long as it is a member that forms a flow path through which a refrigerant flows. Including meanings.
- the length of the inlet pipe 15d in this embodiment is the length of the pipe from the liquid phase refrigerant outlet 31c of the ejector module 13 to the refrigerant inlet of the evaporator 14.
- the indoor air conditioning unit 40 is for blowing out the blown air whose temperature has been adjusted by the ejector refrigeration cycle 10 into the vehicle interior, and is disposed inside the instrument panel (instrument panel) at the forefront of the vehicle interior. Furthermore, the indoor air conditioning unit 40 is configured by housing a blower 42, an evaporator 14, a heater core 44, an air mix door 46, and the like in a casing 41 that forms an outer shell thereof.
- the casing 41 forms an air passage for the blown air that is blown into the vehicle interior, and is formed of a resin (for example, polypropylene) having a certain degree of elasticity and excellent strength.
- An inside / outside air switching device 43 as an inside / outside air switching device for switching and introducing the inside air (vehicle compartment air) and the outside air (vehicle compartment outside air) into the casing 41 is arranged on the most upstream side of the blast air flow in the casing 41. ing.
- the inside / outside air switching device 43 continuously adjusts the opening area of the inside air introduction port through which the inside air is introduced into the casing 41 and the outside air introduction port through which the outside air is introduced by the inside / outside air switching door.
- the air volume ratio is continuously changed.
- the inside / outside air switching door is driven by an electric actuator for the inside / outside air switching door, and the operation of the electric actuator is controlled by a control signal output from the control device.
- a blower (blower) 42 As a blower for blowing the air sucked through the inside / outside air switching device 43 toward the vehicle interior is arranged.
- the blower 42 is an electric blower that drives a centrifugal multiblade fan (sirocco fan) with an electric motor, and the number of rotations (the amount of blown air) is controlled by a control voltage output from the control device.
- the evaporator 14 and the heater core 44 are arranged in this order with respect to the flow of the blown air on the downstream side of the blower air flow of the blower 42.
- the evaporator 14 is disposed upstream of the blower air flow with respect to the heater core 44.
- the heater core 44 is a heat exchanger for heating that heats the blown air by exchanging heat between the engine coolant and the blown air that has passed through the evaporator 14.
- a cold air bypass passage 45 is formed in which the blown air that has passed through the evaporator 14 bypasses the heater core 44 and flows downstream.
- An air mix door 46 is disposed on the downstream side of the blowing air flow of the evaporator 14 and on the upstream side of the blowing air flow of the heater core 44.
- the air mix door 46 is an air volume ratio adjusting device that adjusts the air volume ratio between the air passing through the evaporator 14 and the air passing through the heater core 34 and the air passing through the cold air bypass passage 45.
- the air mix door 46 is driven by an electric actuator for driving the air mix door, and the operation of the electric actuator is controlled by a control signal output from the control device.
- the air mix door 46 adjusts the air volume ratio, thereby adjusting the temperature of the blown air (air conditioned air) mixed in the mixing space.
- an opening hole (not shown) for blowing the conditioned air mixed in the mixing space into the passenger compartment, which is the air-conditioning target space, is disposed in the most downstream portion of the blast air flow of the casing 41.
- the opening hole includes a face opening hole that blows air-conditioned air toward the upper body of the passenger in the passenger compartment, a foot opening hole that blows air-conditioned air toward the feet of the passenger, and an inner surface of the front window glass of the vehicle.
- the defroster opening hole which blows off air-conditioning wind toward is provided.
- the air flow downstream of these face opening holes, foot opening holes, and defroster opening holes is connected to the face air outlet, foot air outlet, and defroster air outlet provided in the vehicle interior via ducts that form air passages, respectively. Neither is shown).
- a face door for adjusting the opening area of the face opening hole a foot door for adjusting the opening area of the foot opening hole, and a defroster opening, respectively.
- a defroster door (both not shown) for adjusting the opening area of the hole is disposed.
- These face doors, foot doors, and defroster doors constitute an opening hole mode switching device that switches the opening hole mode, and are linked to an electric actuator for driving an outlet mode door via a link mechanism or the like. And rotated. The operation of this electric actuator is also controlled by a control signal output from the control device.
- a control device includes a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like and its peripheral circuits. This control device performs various calculations and processes based on the control program stored in the ROM, and controls the operation of the various electric actuators described above.
- control device includes an internal air temperature sensor for detecting the vehicle interior temperature (internal air temperature) Tr, an external air temperature sensor for detecting the external air temperature Tam, a solar radiation sensor for detecting the solar radiation amount As in the vehicle interior, and the air blown from the evaporator 14
- An evaporator temperature sensor that detects the temperature (evaporator temperature) Tefin, a coolant temperature sensor that detects the coolant temperature Tw of the engine coolant flowing into the heater core 44, and a pressure Pd of the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11
- a sensor group for air conditioning control such as a discharge pressure sensor is connected, and detection values of these sensor groups are input.
- an operation panel (not shown) disposed near the instrument panel in the front part of the vehicle interior is connected to the input side of the control device, and operation signals from various operation switches provided on the operation panel are input to the control device.
- various operation switches provided on the operation panel there are provided an air conditioning operation switch for requesting air conditioning in the vehicle interior, a vehicle interior temperature setting switch for setting the vehicle interior preset temperature Tset, and the like.
- control device of the present embodiment is configured integrally with a control unit that controls the operation of various control target devices connected to the output side of the control device.
- a configuration (hardware and software) for controlling the operation constitutes a control unit of various control target devices.
- capacitance control valve of the compressor 11 comprises the discharge capacity control part.
- the control device executes the air conditioning control program stored in the storage circuit in advance.
- the detection signal of the above-mentioned sensor group for air conditioning control and the operation signal of the operation panel are read. Then, based on the read detection signal and operation signal, a target blowing temperature TAO that is a target temperature of the air blown into the vehicle interior is calculated.
- TAO Kset ⁇ Tset ⁇ Kr ⁇ Tr ⁇ Kam ⁇ Tam ⁇ Ks ⁇ As + C (F1)
- Tset is the vehicle interior set temperature set by the temperature setting switch
- Tr is the inside air temperature detected by the inside air temperature sensor
- Tam is the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor
- As is the amount of solar radiation detected by the solar radiation sensor.
- Kset, Kr, Kam, and Ks are control gains
- C is a correction constant.
- the operating states of various control target devices connected to the output side of the control device are determined based on the calculated target blowing temperature TAO and the detection signal of the sensor group.
- the refrigerant discharge capacity of the compressor 11, that is, the control current output to the discharge capacity control valve of the compressor 11 is determined as follows. First, based on the target blowing temperature TAO, the target evaporator blowing temperature TEO of the blown air blown out from the evaporator 14 is determined with reference to a control map stored in advance in the storage circuit.
- the evaporator temperature Tefin approaches the target evaporator blowing temperature TEO.
- a control current output to the discharge capacity control valve of the compressor 11 is determined.
- the rotation speed of the blower 42 that is, the control voltage output to the blower 42 is determined based on the target blowing temperature TAO with reference to a control map stored in advance in the storage circuit. Specifically, the control voltage output to the electric motor is maximized in the extremely low temperature range (maximum cooling range) and the extremely high temperature range (maximum heating range) of the target blowing temperature TAO, and the blown air amount is controlled near the maximum amount. As the blowout temperature TAO approaches the intermediate temperature range, the amount of blown air is reduced.
- the control signal output to the opening of the air mix door 46 is based on the evaporator temperature Tefin and the cooling water temperature Tw.
- the temperature is determined so as to approach the target blowing temperature TAO.
- control device outputs the control signal determined as described above to various devices to be controlled. After that, until the operation of the vehicle air conditioner is requested, reading of the detection signal and operation signal described above at every predetermined control cycle ⁇ calculation of the target blowing temperature TAO ⁇ determination of operating states of various control target devices ⁇ control signal The control routine such as output is repeated.
- the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the condensing part 12 a of the radiator 12.
- the refrigerant flowing into the condensing part 12a exchanges heat with the outside air blown from the cooling fan 12d, and dissipates heat to condense.
- the refrigerant condensed in the condensing unit 12a is gas-liquid separated in the receiver unit 12b.
- the liquid-phase refrigerant separated from the gas and liquid in the receiver unit 12b exchanges heat with the outside air blown from the cooling fan 12d in the supercooling unit 12c, and further dissipates heat to become a supercooled liquid-phase refrigerant.
- the supercooled liquid-phase refrigerant that has flowed out of the supercooling portion 12 c of the radiator 12 passes through the nozzle passage 13 a formed between the inner peripheral surface of the decompression space 30 b of the ejector module 13 and the outer peripheral surface of the passage forming member 35.
- the isentropic pressure is reduced and injected.
- the refrigerant passage area in the minimum passage area portion 30m of the decompression space 30b is adjusted so that the superheat degree of the evaporator 14 outlet side refrigerant approaches the reference superheat degree.
- the refrigerant flowing out of the evaporator 14 is sucked into the ejector module 13 from the refrigerant suction port 31b by the suction action of the jetted refrigerant jetted from the nozzle passage 13a.
- the refrigerant injected from the nozzle passage 13a and the suction refrigerant sucked through the suction passage 13b flow into the diffuser passage 13c and join together.
- the kinetic energy of the refrigerant is converted into pressure energy by expanding the refrigerant passage area.
- the pressure of the mixed refrigerant rises while the injected refrigerant and the suction refrigerant are mixed.
- the refrigerant flowing out of the diffuser passage 13c is gas-liquid separated in the gas-liquid separation space 30f.
- the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f is decompressed by the orifice 30i and flows into the evaporator 14.
- the refrigerant that has flowed into the evaporator 14 absorbs heat from the blown air blown by the blower 42 and evaporates. Thereby, blowing air is cooled.
- the gas-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f flows out from the gas-phase refrigerant outlet 31d, is sucked into the compressor 11, and is compressed again.
- the blown air cooled by the evaporator 14 flows into the ventilation passage and the cold air bypass passage 45 on the heater core 44 side according to the opening degree of the air mix door 46.
- the cold air that has flowed into the ventilation path on the heater core 44 side is reheated when passing through the heater core 44 and mixed with the cold air that has passed through the cold air bypass passage 45 in the mixing space. Then, the conditioned air whose temperature is adjusted in the mixing space is blown out from the mixing space into the vehicle compartment via each outlet.
- the air conditioning of the passenger compartment can be performed. Furthermore, according to the ejector refrigeration cycle 10 of the present embodiment, the refrigerant whose pressure has been increased in the diffuser passage 13c is sucked into the compressor 11, so that the driving power of the compressor 11 can be reduced as compared with a normal refrigeration cycle apparatus. , Cycle efficiency (COP) can be improved.
- COP Cycle efficiency
- the normal refrigeration cycle apparatus is configured by connecting a compressor, a radiator, a decompression device (expansion valve), and an evaporator in a ring shape. Therefore, in a normal refrigeration cycle apparatus, the pressure of the refrigerant sucked into the compressor and the refrigerant evaporation pressure in the evaporator are substantially equal.
- the ejector module 13 of this embodiment since the gas-liquid separation space 30f is formed inside the body part 30, the ejector module 13 itself, the liquid-phase refrigerant outlet 31c of the ejector module 13, and the evaporator 14 When the inlet pipe 15d connecting the refrigerant inlet is disposed in a high temperature environment such as in the engine room, the liquid phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f easily absorbs heat in the engine room. .
- separated in the gas-liquid separation space 30f absorbs the heat
- the temperature of the refrigerant flowing into the evaporator 14 via the inlet pipe 15d is lowered even by a normal refrigeration cycle apparatus. For this reason, the temperature difference between the refrigerant flowing through the inlet pipe 15d and the temperature in the engine room is more likely to be larger than the normal refrigeration cycle apparatus, and the enthalpy of the refrigerant flowing into the evaporator 14 is likely to increase.
- the ejector module 13 is disposed closer to the evaporator 14 than the compressor 11, and the length of the inlet pipe 15d is greater than the length of the suction pipe 15c. Therefore, when the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f flows through the inlet pipe 15d, the heat in the engine room can be prevented from being absorbed.
- the length of the suction pipe 15c is defined as Ls
- the length of the inlet pipe 15d is defined as Li
- the pipe length ratio is defined as Li / Ls.
- a part of the ejector module 13 of the present embodiment is disposed on the engine room (outdoor space) side, and another part is disposed on the vehicle interior (indoor space) side.
- the ejector module 13 of the present embodiment is disposed closer to the firewall 50 than the compressor 11.
- the inlet pipe 15d and the outlet pipe 15e of the present embodiment are arranged on the vehicle interior (indoor space) side.
- FIG. 3 the positional relationship of the ejector module 13, the firewall 50, the evaporator 14, etc. is shown typically. Further, in FIG. 3, the ejector module 13 is shown by reducing the cross-sectional view corresponding to the III-III cross section of FIG. The same applies to the following drawings.
- a packing 52a that performs the same function as in the first embodiment is disposed in the gap between the outer peripheral side of the ejector module 13 and the opening edge of the through hole 50a. Therefore, in this embodiment, the connector 51 is abolished. Furthermore, in this embodiment, it can also be expressed that the ejector module 13 is fixed to the firewall 50 through the packing 52a indirectly and swingably.
- the ejector module 13 may be directly fixed to the firewall 50 by a method such as bolting, or may be indirectly fixed via a bracket or the like.
- the part (module connection part) connected to the ejector module 13 of the suction pipe 15c and the module connection part of the downstream high-pressure pipe 15b are viewed from above and below. They are superposed on each other.
- the module connection part of the suction pipe 15 c and the module connection part of the downstream high-pressure pipe 15 b are both formed in a shape extending along the firewall 50.
- the module side connection part is a part directly connected to the ejector module 13.
- the “shape extending along the firewall 50” is not limited to a shape extending completely parallel to the firewall 50, but may be slightly changed from a parallel extending shape due to manufacturing or assembly errors. This means that shapes that are out of alignment are also included. Further, in the present embodiment, the module connection part of the outlet pipe 15e and the module connection part of the inlet pipe 15d are also overlapped with each other when viewed from above and below.
- the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f in the ejector module 13 is Absorbing heat in the engine room can be suppressed.
- the inlet pipe 15d is disposed in the vehicle interior, the liquid-phase refrigerant flowing through the inlet pipe 15d hardly absorbs heat in the engine room. Accordingly, it is possible to effectively suppress a decrease in the refrigerating capacity exhibited by the evaporator 14.
- the module connection part of the suction pipe 15 c and the module connection part of the downstream high-pressure pipe 15 b are formed in a shape extending along the firewall 50. Therefore, the dimension (projection amount) by which the suction pipe 15c and the downstream high-pressure pipe 15b protrude from the firewall 50 toward the engine room can be reduced.
- the module connection part of the outlet pipe 15 e and the module connection part of the inlet pipe 15 d may be formed in a shape extending along the firewall 50. According to this, the space in a vehicle interior can be utilized effectively.
- FIG. (Third embodiment) This embodiment demonstrates the example which changed the arrangement
- the ejector module 13 of this embodiment is arrange
- FIG. 5 is a schematic plan cross-sectional view of the indoor air conditioning unit 40 and shows an arrangement mode of the ejector module 13 of the present embodiment inside the casing 41. This also applies to FIGS. 6 and 7 described later.
- the air passage formed in the casing 41 of the present embodiment is a direction parallel to the heat exchange core surface of the evaporator 14 on the upstream side of the evaporator 14 when viewed from above and below. It is formed in a shape in which blown air flows in the (vehicle width direction). In addition, on the downstream side of the evaporator 14, the blower air flows in a direction (vehicle longitudinal direction) perpendicular to the heat exchange core surface of the evaporator 14.
- the blown air on the upstream side of the evaporator 14 is caused by a part of the cylindrical side surface of the body portion 30 of the ejector module 13.
- circulates can be comprised.
- another part of the cylindrical side surface of the body part 30 can constitute the wall surface of the air passage through which the blown air on the downstream side of the evaporator 14 circulates.
- At least a part of the ejector module 13 of the present embodiment is arranged to be cooled by the blown air flowing into the evaporator 14, and at least another part of the ejector module 13 is cooled by the evaporator 14. It is arranged to be cooled by the blown air.
- ejector refrigeration cycle 10 Other configurations of the ejector refrigeration cycle 10 are the same as those in the first embodiment. Therefore, when the vehicle air conditioner according to the present embodiment is operated, air conditioning in the passenger compartment can be realized as in the first embodiment. Further, according to the ejector refrigeration cycle 10 of the present embodiment, since the ejector module 13 is disposed in the casing 41, the refrigerating capacity exhibited by the evaporator 14 is reduced as in the second embodiment. Can be suppressed.
- the ejector module 13 can be cooled by the blown air flowing into the evaporator 14 and the blown air cooled by the evaporator 14, the enthalpy of the refrigerant flowing into the evaporator 14 is reduced. There is almost no rise. As a result, it is possible to extremely effectively suppress a decrease in the refrigerating capacity exhibited by the evaporator 14.
- the ejector module 13 can be arranged in the air passage on the upstream side of the evaporator 14, and the ejector module 13 can be cooled by the blown air flowing into the evaporator 14. You may arrange in. Further, as shown in FIG. 7, the ejector module 13 may be arranged in the air passage on the downstream side of the evaporator 14, and the ejector module 13 may be arranged to be cooled by the blown air cooled by the evaporator 14. Good.
- the ejector refrigeration cycle 10 is applied to a vehicle air conditioner and the ejector module 13 is disposed closer to the evaporator 14 and the firewall 50 than the compressor 11 has been described.
- the ejector module 13 may be disposed closer to the evaporator 14 and the firewall 50 than the engine. More preferably, it is desirable to arrange the ejector module 13 at a location that is not easily affected by the heat from the engine.
- the example in which the length of the inlet pipe 15d is shorter than the length of the suction pipe 15c has been described.
- the ejector type refrigeration cycle 10 applied to the vehicle at least the length of the pipe from the liquid phase refrigerant outlet 31c of the ejector module 13 to the connector 51 of the firewall 50 in the inlet pipe 15d is sucked. What is necessary is just to become shorter than the length of the piping 15c. Thereby, it can suppress that the liquid phase refrigerant
- Each component device constituting the ejector refrigeration cycle 10 is not limited to that disclosed in the above-described embodiment.
- the compressor 11 may be a fixed capacity compressor driven by a rotational driving force output from the engine via an electromagnetic clutch, a belt, or the like.
- the refrigerant discharge capacity may be adjusted by changing the operating rate of the compressor by the on / off of the electromagnetic clutch.
- the example in which the body portion 30 of the ejector module 13 is formed in a columnar shape has been described, but it may be formed in a prismatic shape.
- Constituent members such as the body portion 30 and the passage forming member 35 of the ejector module 13 are not limited to those formed of metal, and may be formed of resin.
- the ejector refrigeration cycle 10 according to the present disclosure is applied to a vehicle air conditioner
- the application of the ejector refrigeration cycle 10 according to the present disclosure is not limited thereto.
- the present invention may be applied to a freezer / refrigerator for a vehicle, or may be applied to a stationary air conditioner, a cold storage cabinet, and the like.
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Abstract
エジェクタ式冷凍サイクル(10)は、気液分離装置が一体的に構成されたエジェクタモジュール(13)を備える。エジェクタモジュール(13)の液相冷媒流出口(31c)と蒸発器(14)の冷媒流入口とを接続する入口配管(15d)の長さが、エジェクタモジュール(13)の気相冷媒流出口(31d)と圧縮機(11)の吸入口とを接続する吸入配管(15c)の長さよりも短くなっている。これにより、入口配管(15d)を流通する液相冷媒がエンジンルーム内の熱を吸熱してしまうことを抑制し、蒸発器(14)にて発揮される冷凍能力の低下を抑制する。
Description
本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2014年8月28日に出願された日本特許出願2014-173726および、2015年7月8日に出願された日本特許出願2015-136734を基にしている。
本開示は、冷媒減圧装置としてエジェクタを備えるエジェクタ式冷凍サイクルに関する。
従来、冷媒減圧装置としてエジェクタ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が知られている。
この種のエジェクタ式冷凍サイクルでは、エジェクタのノズル部から噴射された高速度の噴射冷媒の吸引作用によって、蒸発器から流出した冷媒をエジェクタの冷媒吸引口から吸引し、エジェクタのディフューザ部(昇圧部)にて噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒を昇圧させて圧縮機へ吸入させる。
これにより、エジェクタ式冷凍サイクルでは、蒸発器における冷媒蒸発圧力と圧縮機へ吸入される吸入冷媒の圧力が略同等となる通常の冷凍サイクル装置よりも、吸入冷媒の圧力を上昇させることができる。従って、エジェクタ式冷凍サイクルでは、圧縮機の消費動力を低減させて、サイクルの成績係数(COP)の向上を狙うことができる。
さらに、特許文献1には、気液分離装置(気液分離部)が一体的に構成されたエジェクタ(以下、エジェクタモジュールと記載する。)が開示されている。
この特許文献1のエジェクタモジュールによれば、気液分離装置にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口に圧縮機の吸入口側を接続し、気液分離装置にて分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口に蒸発器の冷媒流入口側を接続し、さらに、冷媒吸引口に蒸発器の冷媒流出口側を接続することによって、極めて容易にエジェクタ式冷凍サイクルを構成することができる。
ところが、特許文献1のエジェクタモジュールでは、気液分離装置が一体に構成されているので、エジェクタモジュール自体や、エジェクタモジュールの液相冷媒流出口と蒸発器の冷媒流入口とを接続する入口配管が高温環境下に配置されていると、気液分離装置にて分離された液相冷媒が外部の熱を吸熱しやすい。
そして、気液分離装置にて分離された液相冷媒が外部から吸熱し、蒸発器へ流入する冷媒のエンタルピが上昇してしまうと、蒸発器にて発揮される冷凍能力が低下する場合がある。なお、蒸発器にて発揮される冷凍能力は、蒸発器出口側冷媒のエンタルピから蒸発器入口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差によって定義される。
さらに、エジェクタ式冷凍サイクルでは、通常の冷凍サイクル装置よりも、蒸発器へ流入させる冷媒の温度が低くなる。このため、通常の冷凍サイクル装置よりも、蒸発器へ流入する冷媒と外部との温度差が拡大しやすく、蒸発器へ流入する冷媒のエンタルピが上昇してしまいやすい。
本開示は、上記点に鑑み、蒸発器にて発揮される冷凍能力の低下を抑制可能なエジェクタ式冷凍サイクルを提供することを目的とする。
本開示の第1の態様によれば、エジェクタ式冷凍サイクルは、圧縮機と、放熱器と、ボデー部を有するエジェクタモジュールと、蒸発器と、入口配管と、吸入配管と、を備える。圧縮機は冷媒を圧縮して吐出し、放熱器は圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる。ボデー部は、放熱器から流出した冷媒を減圧させるノズル部、ノズル部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、噴射冷媒と冷媒吸引口から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部、昇圧部から流出した冷媒の気液を分離する気液分離部、気液分離部にて分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口、および気液分離部にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口を備える。蒸発器は、気液分離部にて分離された液相冷媒を蒸発させる。入口配管は、液相冷媒流出口と蒸発器の冷媒流入口とを接続し、吸入配管は、気相冷媒流出口と圧縮機の吸入口とを接続する。入口配管の長さが、吸入配管の長さよりも短くなっている。
これによれば、入口配管の長さが、吸入配管の長さよりも短くなっているので、気液分離部にて分離された液相冷媒が入口配管を流通する際に外部の熱を吸熱してしまうことを抑制できる。従って、蒸発器にて発揮される冷凍能力の低下を抑制できる。
ここで、「配管の長さ」としては、直線状あるいは曲線状に形成される配管の中心線の合計長さを採用することができる。従って、「配管の長さ」は、「流路長さ」と表現することもできる。また、「配管」とは、管状の部材で形成されたものに限定されず、冷媒が流通する流路を形成する部材であれば管状以外の形状の部材によって形成されたものも含む意味である。
本開示に第2の態様によると、エジェクタ式冷凍サイクルは、圧縮機と、放熱器と、ボデー部を有するエジェクタモジュールと、蒸発器と、を備える。圧縮機は、冷媒を圧縮して吐出し、放熱器は、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる。ボデー部は、放熱器から流出した冷媒を減圧させるノズル部、ノズル部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、噴射冷媒と冷媒吸引口から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部、昇圧部から流出した冷媒の気液を分離する気液分離部、気液分離部にて分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口、および気液分離部にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口を備える。蒸発器は、気液分離部にて分離された液相冷媒を蒸発させる。エジェクタモジュールは、圧縮機よりも蒸発器の近くに配置されている。
これによれば、エジェクタモジュールが圧縮機よりも蒸発器の近くに配置されているので、液相冷媒流出口と蒸発器とを接続する入口配管の長さを、容易に気相冷媒流出口と圧縮機とを接続する吸入配管の長さよりも短くすることができる。従って、上記第1態様に記載と同様に、蒸発器にて発揮される冷凍能力の低下を抑制できる。
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
以下、図面を用いて、本開示の第1実施形態を説明する。図1の全体構成図に示す本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10は、車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内(室内空間)へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。従って、エジェクタ式冷凍サイクル10の冷却対象流体は、送風空気である。
(第1実施形態)
以下、図面を用いて、本開示の第1実施形態を説明する。図1の全体構成図に示す本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10は、車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内(室内空間)へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。従って、エジェクタ式冷凍サイクル10の冷却対象流体は、送風空気である。
また、エジェクタ式冷凍サイクル10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、R1234yf)等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
エジェクタ式冷凍サイクル10の構成機器のうち、圧縮機11は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで昇圧して吐出するものである。圧縮機11は、車両走行用の駆動力を出力する図示しない内燃機関(エンジン)とともにエンジンルーム内に配置されている。そして、圧縮機11は、プーリ、ベルト等を介してエンジンから出力される回転駆動力によって駆動される。
より具体的には、本実施形態では、圧縮機11として、吐出容量を変化させることによって冷媒吐出能力を調整可能に構成された可変容量型圧縮機を採用している。この圧縮機11の吐出容量(冷媒吐出能力)は、後述する制御装置から圧縮機11の吐出容量制御弁に出力される制御電流によって制御される。
また、本実施形態におけるエンジンルームとは、エンジンが収容される室外空間であって、車両ボデーや後述するファイアウォール50等によって囲まれた空間である。エンジンルームは、エンジンコンパートメントと呼ばれることもある。圧縮機11の吐出口には、上流側高圧配管15aを介して、放熱器12の凝縮部12aの冷媒流入口が接続されている。
放熱器12は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒と冷却ファン12dにより送風される車室外空気(外気)を熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。放熱器12は、エンジンルーム内の車両前方側に配置されている。
より具体的には、本実施形態の放熱器12は、圧縮機11から吐出された高圧気相冷媒と冷却ファン12dから送風された外気とを熱交換させ、高圧気相冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮部12a、凝縮部12aから流出した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄えるレシーバ部12b、およびレシーバ部12bから流出した液相冷媒と冷却ファン12dから送風される外気とを熱交換させ、液相冷媒を過冷却する過冷却部12cを有して構成される、いわゆるサブクール型の凝縮器として構成されている。
冷却ファン12dは、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風空気量)が制御される電動式送風機である。放熱器12の過冷却部12cの冷媒流出口には、下流側高圧配管15bを介して、エジェクタモジュール13の冷媒流入口31aが接続されている。
エジェクタモジュール13は、放熱器12から流出した過冷却状態の高圧液相冷媒を減圧させて下流側へ流出させる冷媒減圧装置としての機能を果たすとともに、高速度で噴射される冷媒流の吸引作用によって後述する蒸発器14から流出した冷媒を吸引(輸送)して循環させる冷媒循環装置(冷媒輸送装置)としての機能を果たすものである。さらに、本実施形態のエジェクタモジュール13は、減圧させた冷媒の気液を分離する気液分離装置としての機能も有している。
つまり、本実施形態のエジェクタモジュール13は、「気液分離装置一体型エジェクタ」あるいは「気液分離機能付きエジェクタ」として構成されている。本実施形態では、気液分離装置(気液分離部)を有していないエジェクタとの相違を明確化するために、エジェクタと気液分離装置とを一体化(モジュール化)させた構成を、エジェクタモジュールという用語を用いて表す。
エジェクタモジュール13は、圧縮機11および放熱器12とともに、エンジンルーム内に配置されている。なお、図1における上下の各矢印は、エジェクタモジュール13を車両に搭載した状態における上下の各方向を示したものであり、他の構成部材を車両に搭載した状態における上下の各方向は、これに限定されない。
より具体的には、本実施形態のエジェクタモジュール13は、図1に示すように、複数の構成部材を組み合わせることによって構成されたボデー部30を備えている。ボデー部30は、円柱状の金属部材にて形成されている。このボデー部30には、複数の冷媒流入口や複数の内部空間等が形成されている。
ボデー部30に形成された複数の冷媒流入出口としては、放熱器12から流出した冷媒を内部へ流入させる冷媒流入口31a、蒸発器14から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口31b、ボデー部30の内部に形成された気液分離空間30fにて分離された液相冷媒を蒸発器14の冷媒入口側へ流出させる液相冷媒流出口31c、および気液分離空間30fにて分離された気相冷媒を圧縮機11の吸入側へ流出させる気相冷媒流出口31dが形成されている。
また、ボデー部30の内部に形成された内部空間としては、冷媒流入口31aから流入した冷媒を旋回させる旋回空間30a、旋回空間30aから流出した冷媒を減圧させる減圧用空間30b、減圧用空間30bから流出した冷媒を流入させる昇圧用空間30e、昇圧用空間30eから流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間30f等が形成されている。
旋回空間30aおよび気液分離空間30fは、略円柱状の回転体形状に形成されている。減圧用空間30bおよび昇圧用空間30eは、旋回空間30a側から気液分離空間30f側へ向かって徐々に拡大する略円錐台状の回転体形状に形成されている。これらの空間の中心軸はいずれも同軸上に配置されている。なお、回転体形状とは、平面図形を同一平面上の1つの直線(中心軸)の周りに回転させた際に形成される立体形状である。
さらに、ボデー部30には、冷媒吸引口31bから吸引された冷媒を、減圧用空間30bの冷媒流れ下流側であって昇圧用空間30eの冷媒流れ上流側へ導く吸引用通路13bが形成されている。
また、減圧用空間30bおよび昇圧用空間30eの内部には、通路形成部材35が配置されている。通路形成部材35は、減圧用空間30bから離れるに伴って外周側に広がる略円錐形状に形成されており、通路形成部材35の中心軸も減圧用空間30b等の中心軸と同軸上に配置されている。
そして、ボデー部30の減圧用空間30bおよび昇圧用空間30eを形成する部位の内周面と通路形成部材35の円錐状側面との間には、軸方向垂直断面の形状が円環状(円形状から同軸上に配置された小径の円形状を除いたドーナツ形状)の冷媒通路が形成されている。
この冷媒通路のうち、ボデー部30の減圧用空間30bを形成する部位と通路形成部材35の円錐状側面の頂部側の部位との間に形成される冷媒通路は、冷媒流れ下流側に向かって通路断面積を小さく絞る形状に形成されている。この形状により、この冷媒通路は、冷媒を等エントロピ的に減圧させて噴射するノズル部として機能するノズル通路13aを構成している。
より具体的には、本実施形態のノズル通路13aは、ノズル通路13aの入口側から最小通路面積部へ向かって通路断面積を徐々に縮小させ、最小通路面積部からノズル通路13aの出口側に向かって通路断面積を徐々に拡大させる形状に形成されている。つまり、本実施形態のノズル通路13aでは、いわゆるラバールノズルと同様に冷媒通路断面積が変化する。
ボデー部30の昇圧用空間30eを形成する部位と通路形成部材35の円錐状側面の下流側の部位との間に形成される冷媒通路は、冷媒流れ下流側に向かって通路断面積を徐々に拡大させる形状に形成されている。この形状により、この冷媒通路は、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口31bから吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させるディフューザ部(昇圧部)として機能するディフューザ通路13cを構成している。
また、ボデー部30の内部には、通路形成部材35を変位させてノズル通路13aの最小通路面積部の通路断面積を変化させる駆動装置としてのエレメント37が配置されている。より具体的には、エレメント37は、吸引用通路13bを流通する冷媒(すなわち、蒸発器14流出冷媒)の温度および圧力に応じて変位するダイヤフラムを有している。そして、このダイヤフラムの変位を作動棒37aを介して、通路形成部材35へ伝達することによって、通路形成部材35を上下方向に変位させる。
さらに、このエレメント37は、蒸発器14流出冷媒の温度(過熱度)が上昇するに伴って、最小通路面積部の通路断面積を拡大させる方向(鉛直方向下方側)に通路形成部材35を変位させる。一方、エレメント37は、蒸発器14流出冷媒の温度(過熱度)が低下するに伴って、最小通路面積部の通路断面積を縮小させる方向(鉛直方向上方側)に通路形成部材35を変位させる。
本実施形態では、このように蒸発器14流出冷媒の過熱度に応じてエレメント37が通路形成部材35を変位させることによって、蒸発器14出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度に近づくように、ノズル通路13aの最小通路面積部の通路断面積が調整される。
気液分離空間30fは、通路形成部材35の下方側に配置されている。この気液分離空間30fは、ディフューザ通路13cから流出した冷媒を中心軸周りに旋回させて、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式の気液分離部である。さらに、この気液分離空間30fの内容積は、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても、実質的に余剰冷媒を溜めることができない程度の容積になっている。
また、ボデー部30のうち気液分離空間30fの底面を形成する部位には、分離された液相冷媒中の冷凍機油を、気液分離空間30fと気相冷媒流出口31dとを接続する気相冷媒通路側へ戻すオイル戻し穴31eが形成されている。さらに、気液分離空間30fと液相冷媒流出口31cとを接続する液相冷媒通路には、蒸発器14へ流入させる冷媒を減圧させる減圧装置としてのオリフィス31iが配置されている。
エジェクタモジュール13の気相冷媒流出口31dには、吸入配管15cを介して、圧縮機11の吸入口が接続されている。一方、液相冷媒流出口31cには、入口配管15dを介して、蒸発器14の冷媒流入口が接続されている。
蒸発器14は、エジェクタモジュール13にて減圧された低圧冷媒と送風機42から車室内へ送風される送風空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。さらに、蒸発器14は、後述する室内空調ユニット40のケーシング41内に配置されている。
ここで、本実施形態の車両には、車室内と車室外のエンジンルームとを仕切る仕切り板としてのファイアウォール50が設けられている。ファイアウォール50は、エンジンルーム内から車室内へ伝達される熱、音等を低減する機能も有しており、ダッシュパネルと呼ばれることもある。
そして、図1に示すように、室内空調ユニット40は、ファイアウォール50よりも車室内側に配置されている。従って、蒸発器14は車室内(室内空間)に配置されている。蒸発器14の冷媒流出口には、出口配管15eを介して、エジェクタモジュール13の冷媒吸引口31bが接続されている。
ここで、前述の如くエジェクタモジュール13は、エンジンルーム内(室外空間)に配置されているので、入口配管15dおよび出口配管15eは、ファイアウォール50を貫通するように配置されている。
より具体的には、ファイアウォール50には、エンジンルーム側と車室内(室内空間)側とを貫通する円形状あるいは矩形状の貫通穴50aが設けられている。また、入口配管15dおよび出口配管15eは、接続用の金属部材であるコネクタ51に接続されることによって一体化されている。そして、入口配管15dおよび出口配管15eは、コネクタ51によって一体化された状態で貫通穴50aを貫通するように配置されている。
この際、コネクタ51は、貫通穴50aの内周側あるいは近傍に位置付けられる。そして、コネクタ51の外周側と貫通穴50aの開口縁部との隙間には、弾性部材で形成されたパッキン52が配置されている。本実施形態では、パッキン52として、耐熱性に優れるゴム材料であるエチレンプロピレンジエン共重合ゴム(EPDM)にて形成されたものを採用している。
このようにコネクタ51と貫通穴50aとの隙間にパッキン52を介在させることによって、コネクタ51と貫通穴50aとの隙間を介して、エンジンルーム内から車室内へ水や騒音等が漏れてしまうことを抑制している。
さらに、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10では、低圧冷媒を流通させる吸入配管15c、入口配管15d、および出口配管15eとして、その管径(通路断面積)が、高圧冷媒を流通させる上流側高圧配管15aおよび下流側高圧配管15bの管径(通路断面積)によりも大きいものを採用している。また、吸入配管15c、入口配管15d、および出口配管15eとしては、互いに管径(通路断面積)が同等のものが採用されている。
また、本実施形態のエジェクタモジュール13は、圧縮機11よりも蒸発器14の近くに配置されている。換言すると、蒸発器14とエジェクタモジュール13との最短距離は、圧縮機11とエジェクタモジュール13との最短距離よりも短くなっている。そして、入口配管15dの長さが、吸入配管15cの長さよりも短くなっている。さらに、本実施形態の入口配管15dの長さは、一般的な車両用空調装置で用いられる通常の冷凍サイクル装置用の入口配管の長さと同様に、2m(メートル)以下となっている。
ここで、本実施形態における配管の長さとは、直線状あるいは曲線状に形成される配管の中心線の合計長さである。従って、配管の長さは、流路長さと表現することもできる。また、本実施形態における配管とは、管状の部材で形成されたものに限定されず、冷媒が流通する流路を形成する部材であればコネクタ51のように管状以外の形状の部材によって形成されたものも含む意味である。
なお、本実施形態の入口配管15dの長さは、エジェクタモジュール13の液相冷媒流出口31cから蒸発器14の冷媒流入口へ至る配管の長さとする。
次に、室内空調ユニット40について説明する。室内空調ユニット40は、エジェクタ式冷凍サイクル10によって温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すためのもので、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されている。さらに、室内空調ユニット40は、その外殻を形成するケーシング41内に送風機42、蒸発器14、ヒータコア44、エアミックスドア46等を収容することによって構成されている。
ケーシング41は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成するもので、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。このケーシング41内の送風空気流れ最上流側には、ケーシング41内へ内気(車室内空気)と外気(車室外空気)とを切替導入する内外気切替装置としての内外気切替装置43が配置されている。
内外気切替装置43は、ケーシング41内へ内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
内外気切替装置43の送風空気流れ下流側には、内外気切替装置43を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風装置としての送風機(ブロワ)42が配置されている。この送風機42は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風空気量)が制御される。
送風機42の送風空気流れ下流側には、蒸発器14およびヒータコア44が、送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、蒸発器14は、ヒータコア44よりも送風空気流れ上流側に配置されている。ヒータコア44は、エンジン冷却水と蒸発器14通過後の送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。
また、ケーシング41内には、蒸発器14を通過した送風空気を、ヒータコア44を迂回させて下流側へ流す冷風バイパス通路45が形成されている。蒸発器14の送風空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア44の送風空気流れ上流側には、エアミックスドア46が配置されている。
エアミックスドア46は、蒸発器14通過後の空気のうち、ヒータコア34を通過させる空気と冷風バイパス通路45を通過させる空気との風量割合を調整する風量割合調整装置である。エアミックスドア46は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
ヒータコア44の空気流れ下流側および冷風バイパス通路45の空気流れ下流側には、ヒータコア44を通過した空気と冷風バイパス通路45を通過した空気とを混合させる混合空間が設けられている。従って、エアミックスドア46が、風量割合を調整することによって、混合空間にて混合された送風空気(空調風)の温度が調整される。
さらに、ケーシング41の送風空気流れ最下流部には、混合空間にて混合された空調風を、空調対象空間である車室内へ吹き出す図示しない開口穴が配置されている。具体的には、この開口穴としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴が設けられている。
これらのフェイス開口穴、フット開口穴およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)に接続されている。
また、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、開口穴モードを切り替える開口穴モード切替装置を構成するものであって、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。なお、この電動アクチュエータも、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
次に、図示しない制御装置は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この制御装置は、そのROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って、上述した各種電気式のアクチュエータの作動を制御する。
また、制御装置には、車室内温度(内気温)Trを検出する内気温センサ、外気温Tamを検出する外気温センサ、車室内の日射量Asを検出する日射センサ、蒸発器14の吹出空気温度(蒸発器温度)Tefinを検出する蒸発器温度センサ、ヒータコア44へ流入するエンジン冷却水の冷却水温度Twを検出する冷却水温度センサ、圧縮機11から吐出された高圧冷媒の圧力Pdを検出する吐出圧センサ、等の空調制御用のセンサ群が接続され、これらのセンサ群の検出値が入力される。
さらに、制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が制御装置へ入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内設定温度Tsetを設定する車室内温度設定スイッチ等が設けられている。
なお、本実施形態の制御装置は、その出力側に接続された各種の制御対象機器の作動を制御する制御部が一体に構成されたものであるが、制御装置のうち、各制御対象機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が各種制御対象機器の制御部を構成している。例えば、本実施形態では、圧縮機11の吐出容量制御弁の作動を制御する構成が吐出能力制御部を構成している。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置では、操作パネルの空調作動スイッチが投入(ON)されると、制御装置が予め記憶回路に記憶している空調制御プログラムを実行する。
この空調制御プログラムでは、上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、読み込まれた検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度TAOを算出する。
目標吹出温度TAOは、以下数式F1に基づいて算出される。
TAO=Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×As+C…(F1)
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は内気温センサによって検出された内気温、Tamは外気温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。また、Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
TAO=Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×As+C…(F1)
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は内気温センサによって検出された内気温、Tamは外気温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。また、Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
さらに、空調制御プログラムでは、算出された目標吹出温度TAOおよびセンサ群の検出信号に基づいて、制御装置の出力側に接続された各種制御対象機器の作動状態を決定する。
例えば、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の吐出容量制御弁に出力される制御電流については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、蒸発器14から吹き出される送風空気の目標蒸発器吹出温度TEOを決定する。
そして、蒸発器温度センサによって検出された蒸発器温度Tefinと目標蒸発器吹出温度TEOとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器温度Tefinが目標蒸発器吹出温度TEOに近づくように、圧縮機11の吐出容量制御弁に出力される制御電流が決定される。
また、送風機42の回転数、すなわち送風機42へ出力される制御電圧については、目標吹出温度TAOに基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して決定される。具体的には、目標吹出温度TAOの極低温域(最大冷房域)および極高温域(最大暖房域)で電動モータへ出力する制御電圧を最大として送風空気量を最大量付近に制御し、目標吹出温度TAOが中間温度域に近づくに伴って送風空気量を減少させる。
また、エアミックスドア46の開度、すなわちエアミックスドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、蒸発器温度Tefinおよび冷却水温度Twに基づいて、車室内へ吹き出される送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づくように決定される。
そして、制御装置は、上記の如く決定された制御信号等を各種制御対象機器へ出力する。その後、車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度TAOの算出→各種制御対象機器の作動状態決定→制御信号等の出力といった制御ルーチンが繰り返される。
これにより、エジェクタ式冷凍サイクル10では、図1の太実線矢印に示すように冷媒が流れる。
すなわち、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒が放熱器12の凝縮部12aへ流入する。凝縮部12aへ流入した冷媒は、冷却ファン12dから送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部12aにて凝縮した冷媒は、レシーバ部12bにて気液分離される。レシーバ部12bにて気液分離された液相冷媒は、過冷却部12cにて冷却ファン12dから送風された外気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる。
放熱器12の過冷却部12cから流出した過冷却液相冷媒は、エジェクタモジュール13の減圧用空間30bの内周面と通路形成部材35の外周面との間に形成されるノズル通路13aにて等エントロピ的に減圧されて噴射される。この際、減圧用空間30bの最小通路面積部30mにおける冷媒通路面積は、蒸発器14出口側冷媒の過熱度が基準過熱度に近づくように調整される。
そして、ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、蒸発器14から流出した冷媒が、冷媒吸引口31bからエジェクタモジュール13の内部へ吸引される。ノズル通路13aから噴射された噴射冷媒および吸引用通路13bを介して吸引された吸引冷媒は、ディフューザ通路13cへ流入して合流する。
ディフューザ通路13cでは冷媒通路面積の拡大により、冷媒の運動エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒が混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する。ディフューザ通路13cから流出した冷媒は気液分離空間30fにて気液分離される。気液分離空間30fにて分離された液相冷媒は、オリフィス30iにて減圧されて、蒸発器14へ流入する。
蒸発器14へ流入した冷媒は、送風機42によって送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。一方、気液分離空間30fにて分離された気相冷媒は気相冷媒流出口31dから流出して、圧縮機11へ吸入され再び圧縮される。
蒸発器14にて冷却された送風空気は、エアミックスドア46の開度に応じて、ヒータコア44側の通風路および冷風バイパス通路45へ流入する。ヒータコア44側の通風路へ流入した冷風は、ヒータコア44を通過する際に再加熱され、混合空間にて冷風バイパス通路45を通過した冷風と混合される。そして、混合空間にて温度調整された空調風が、混合空間から各吹出口を介して車室内に吹き出される。
以上の如く、本実施形態の車両用空調装置によれば、車室内の空調を行うことができる。さらに、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、ディフューザ通路13cにて昇圧された冷媒を圧縮機11に吸入させるので、通常の冷凍サイクル装置よりも圧縮機11の駆動動力を低減させて、サイクル効率(COP)を向上させることができる。
なお、通常の冷凍サイクル装置とは、圧縮機、放熱器、減圧装置(膨張弁)および蒸発器を環状に接続することによって構成されたものである。従って、通常の冷凍サイクル装置では、圧縮機へ吸入される吸入冷媒の圧力と蒸発器における冷媒蒸発圧力が略同等となる。
ところで、本実施形態のエジェクタモジュール13では、ボデー部30の内部に気液分離空間30fが形成されているので、エジェクタモジュール13自体や、エジェクタモジュール13の液相冷媒流出口31cと蒸発器14の冷媒流入口とを接続する入口配管15dがエンジンルーム内のような高温環境下に配置されていると、気液分離空間30fにて分離された液相冷媒がエンジンルーム内の熱を吸熱しやすい。
そして、気液分離空間30fにて分離された液相冷媒がエンジンルーム内の熱を吸熱し、蒸発器14へ流入する冷媒のエンタルピが上昇してしまうと、蒸発器14にて発揮される冷凍能力を低下させてしまう。
さらに、エジェクタ式冷凍サイクル10では、通常の冷凍サイクル装置によりも、入口配管15dを介して蒸発器14へ流入する冷媒の温度が低くなる。このため、通常の冷凍サイクル装置よりも、入口配管15dを流通する冷媒とエンジンルーム内の温度との温度差が拡大しやすく、蒸発器14へ流入する冷媒のエンタルピが上昇してしまいやすい。
これに対して、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10では、エジェクタモジュール13が圧縮機11よりも蒸発器14の近くに配置されており、入口配管15dの長さが、吸入配管15cの長さよりも短くなっているので、気液分離空間30fにて分離された液相冷媒が入口配管15dを流通する際にエンジンルーム内の熱を吸熱してしまうことを抑制できる。
より具体的には、本発明者らの検討によれば、吸入配管15cの長さをLsと定義し、入口配管15dの長さをLiと定義し、配管長さ比をLi/Lsと定義したときに、配管長さ比をLi/Lsと所定の一般的な運転条件時の冷凍能力の関係は、図2のグラフに示すように変化することが確認されている。
つまり、一般的な車両用空調装置で用いられる通常の冷凍サイクル装置用の入口配管の長さの範囲(すなわち、Li<2mの範囲)では、Li/Ls<1となっている際に、通常の冷凍サイクル装置よりも蒸発器14にて発揮される冷凍能力を拡大できることが確認されている。
従って、エジェクタ式冷凍サイクル10では、入口配管15dの長さLiが2m以下の範囲において、入口配管15dの長さLiが吸入配管15cの長さLsよりも短くなっている際に、通常の冷凍サイクル装置よりも蒸発器14にて発揮される冷凍能力を拡大できる。その結果、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、蒸発器14にて発揮される冷凍能力の低下を抑制できる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、エジェクタモジュール13の配置態様を変更した例を説明する。本実施形態のエジェクタモジュール13は、図3に示すように、ファイアウォール50の貫通穴50aの内周側に配置されている。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、エジェクタモジュール13の配置態様を変更した例を説明する。本実施形態のエジェクタモジュール13は、図3に示すように、ファイアウォール50の貫通穴50aの内周側に配置されている。
より詳細には、本実施形態のエジェクタモジュール13は、その一部がエンジンルーム(室外空間)側に配置されており、別の一部が車室内(室内空間)側に配置されている。このため、本実施形態のエジェクタモジュール13は、圧縮機11よりもファイアウォール50の近くに配置されている。さらに、本実施形態の入口配管15dおよび出口配管15eは、車室内(室内空間)側に配置されている。
なお、図3では、エジェクタモジュール13、ファイアウォール50、蒸発器14等の位置関係を模式的に示している。さらに、図3では、エジェクタモジュール13を、図1のIII-III断面に対応する断面図を縮小したもので示している。このことは、以下の図面においても同様である。
また、エジェクタモジュール13の外周側と貫通穴50aの開口縁部の隙間には、第1実施形態と同様の機能を果たすパッキン52aが配置されている。従って、本実施形態では、コネクタ51が廃止されている。さらに、本実施形態では、エジェクタモジュール13が、パッキン52aを介して、間接的に、かつ、揺動可能にファイアウォール50に固定されていると表現することもできる。
もちろん、エジェクタモジュール13は、ボルト締め等の方法によって、ファイアウォール50に直接的に固定されていてもよいし、ブラケット等を介して間接的に固定されていてもよい。
さらに、本実施形態では、図3に示すように、吸入配管15cのエジェクタモジュール13に接続される部位(モジュール接続部位)および下流側高圧配管15bのモジュール接続部位が、上下方向から見たときに互いに重合して配置されている。そして、吸入配管15cのモジュール接続部位および下流側高圧配管15bのモジュール接続部位が、いずれもファイアウォール50に沿って延びる形状に形成されている。例えば、モジュール側接続部位はエジェクタモジュール13に直接接続されている部位である。
ここで、「ファイアウォール50に沿って延びる形状」とは、ファイアウォール50に対して完全に平行に延びる形状に限定されるものではなく、製造上あるいは組付上の誤差によって、平行の延びる形状から僅かにずれた形状も含まれる意味である。また、本実施形態では、出口配管15eのモジュール接続部位および入口配管15dのモジュール接続部位についても、上下方向から見たときに互いに重合して配置されている。
その他のエジェクタ式冷凍サイクル10の構成は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の車両用空調装置を作動させると、第1実施形態と同様に車室内の空調を実現することができる。
さらに、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、エジェクタモジュール13の一部を車室内に配置しているので、エジェクタモジュール13内の気液分離空間30fにて分離された液相冷媒がエンジンルーム内の熱を吸熱してしまうことを抑制できる。これに加えて、入口配管15dが車室内に配置されているので、入口配管15dを流通する液相冷媒がエンジンルーム内の熱を吸熱してしまうことも殆どない。従って、蒸発器14にて発揮される冷凍能力の低下を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、吸入配管15cのモジュール接続部位および下流側高圧配管15bのモジュール接続部位が、ファイアウォール50に沿って延びる形状に形成されている。従って、吸入配管15cおよび下流側高圧配管15bがファイアウォール50からエンジンルーム側へ突出する寸法(突出量)を低減できる。
これによれば、エンジン等の機器をエンジンルーム内に配置する際に、吸入配管15cおよび下流側高圧配管15bが干渉してしまうことを抑制でき、エンジンルーム内のスペースを有効に活用することができる。
なお、本実施形態に対して、図4に示すように、出口配管15eのモジュール接続部位および入口配管15dのモジュール接続部位を、ファイアウォール50に沿って延びる形状に形成してもよい。これによれば、車室内のスペースを有効に活用することができる。
さらに、吸入配管15cのモジュール接続部位および下流側高圧配管15bのモジュール接続部位を、ファイアウォール50に沿って延びる形状に形成するとともに、出口配管15eのモジュール接続部位および入口配管15dのモジュール接続部位を、ファイアウォール50に沿って延びる形状に形成してもよい。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、エジェクタモジュール13の配置態様を変更した例を説明する。本実施形態のエジェクタモジュール13は、図5に示すように、車室内に配置された室内空調ユニット40のケーシング41内に配置されている。より詳細には、本実施形態のエジェクタモジュール13は、ケーシング41内に形成された空気通路内であって、蒸発器14の側方に配置されている。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、エジェクタモジュール13の配置態様を変更した例を説明する。本実施形態のエジェクタモジュール13は、図5に示すように、車室内に配置された室内空調ユニット40のケーシング41内に配置されている。より詳細には、本実施形態のエジェクタモジュール13は、ケーシング41内に形成された空気通路内であって、蒸発器14の側方に配置されている。
なお、図5は、室内空調ユニット40の模式的な平面断面図であって、ケーシング41の内部における本実施形態のエジェクタモジュール13の配置態様を示している。このことは、後述する図6、図7においても同様である。
本実施形態のケーシング41内に形成される空気通路は、図5に示すように、上下方向から見たときに、蒸発器14の上流側では、蒸発器14の熱交換コア面に平行な方向(車両幅方向)に送風空気が流れる形状に形成されている。また、蒸発器14の下流側では、蒸発器14の熱交換コア面に垂直な方向(車両前後方向)に送風空気が流れる形状に形成されている。
このため、本実施形態のように、エジェクタモジュール13を蒸発器14の側方に配置すると、エジェクタモジュール13のボデー部30の円筒状側面の一部によって、蒸発器14の上流側の送風空気が流通する空気通路の壁面を構成することができる。さらに、ボデー部30の円筒状側面の別の一部によって、蒸発器14の下流側の送風空気が流通する空気通路の壁面を構成することができる。
つまり、本実施形態のエジェクタモジュール13の少なくとも一部は、蒸発器14へ流入する送風空気によって冷却可能に配置されており、エジェクタモジュール13の別の少なくとも一部は、蒸発器14にて冷却された送風空気によって冷却可能に配置されている。
その他のエジェクタ式冷凍サイクル10の構成は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の車両用空調装置を作動させると、第1実施形態と同様に車室内の空調を実現することができる。また、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10によれば、エジェクタモジュール13をケーシング41内に配置しているので、第2実施形態と同様に、蒸発器14にて発揮される冷凍能力の低下を抑制することができる。
さらに、本実施形態では、エジェクタモジュール13を、蒸発器14へ流入する送風空気、および蒸発器14にて冷却された送風空気によって冷却することができるので、蒸発器14へ流入する冷媒のエンタルピを上昇させてしまうことが殆どない。その結果、蒸発器14にて発揮される冷凍能力の低下を極めて効果的に抑制することができる。
なお、本実施形態に対して、図6に示すように、エジェクタモジュール13を蒸発器14の上流側の空気通路内に配置して、エジェクタモジュール13を蒸発器14へ流入する送風空気によって冷却可能に配置してもよい。また、図7に示すように、エジェクタモジュール13を蒸発器14の下流側の空気通路内に配置して、エジェクタモジュール13を蒸発器14にて冷却された送風空気によって冷却可能に配置してもよい。
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。
上述の実施形態では、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、エジェクタモジュール13を、圧縮機11よりも蒸発器14およびファイアウォール50の近くに配置した例を説明した。これに対して、より好ましくは、エジェクタモジュール13を、エンジンよりも蒸発器14およびファイアウォール50の近くに配置すればよい。さらに好ましくは、エジェクタモジュール13を、エンジンからの熱的影響を受けにくい箇所に配置することが望ましい。
上述の実施形態では、入口配管15dの長さを吸入配管15cの長さより短くした例を説明した。これに対して、車両に適用されるエジェクタ式冷凍サイクル10においては、入口配管15dのうち、少なくともエジェクタモジュール13の液相冷媒流出口31cからファイアウォール50のコネクタ51へ至る配管の長さが、吸入配管15cの長さより短くなっていればよい。これにより、入口配管15dを流通する液相冷媒がエンジンルーム内の熱を吸熱してしまうことを抑制できる。
エジェクタ式冷凍サイクル10を構成する各構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
例えば、上述の実施形態では、圧縮機11として、可変容量型圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機11はこれに限定されない。例えば、圧縮機11として、電磁クラッチ、ベルト等を介してエンジンから出力される回転駆動力によって駆動される固定容量型圧縮機を採用してもよい。固定容量型圧縮機では、電磁クラッチの断続により圧縮機の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整すればよい。また、圧縮機11として、電動モータの回転数を変化させて冷媒吐出能力を調整する電動圧縮機を採用してもよい。
また、上述の実施形態では、放熱器12として、サブクール型の熱交換器を採用した例を説明したが、凝縮部12aのみからなる通常の放熱器を採用してもよい。さらに、通常の放熱器とともに、この放熱器にて放熱した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄える受液器(レシーバ)を採用してもよい。
また、上述の実施形態では、エジェクタモジュール13のボデー部30を円柱状に形成した例を説明したが、角柱状に形成されていてもよい。エジェクタモジュール13のボデー部30、通路形成部材35等の構成部材は金属で形成されたものに限定されず、樹脂にて形成されたものであってもよい。
上述の実施形態では、本開示に係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た例を説明したが、本開示に係るエジェクタ式冷凍サイクル10の適用はこれに限定されない。例えば、車両用の冷凍冷蔵装置に適用してもよいし、据置型空調装置、冷温保存庫等に適用してもよい。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (8)
- 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、
前記圧縮機(11)から吐出された冷媒を放熱させる放熱器(12)と、
前記放熱器(12)から流出した冷媒を減圧させるノズル部(13a)、前記ノズル部(13a)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(31b)、前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口(31b)から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部(13c)、前記昇圧部(13c)から流出した冷媒の気液を分離する気液分離部(30f)、前記気液分離部(30f)にて分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口(31c)、および前記気液分離部(30f)にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口(31d)を備えるボデー部(30)を有するエジェクタモジュール(13)と、
前記気液分離部(30f)にて分離された液相冷媒を蒸発させる蒸発器(14)と、
前記液相冷媒流出口(31c)と前記蒸発器(14)の冷媒流入口とを接続する入口配管(15d)と、
前記気相冷媒流出口(31d)と前記圧縮機(11)の吸入口とを接続する吸入配管(15c)と、を備え、
前記入口配管(15d)の長さが、前記吸入配管(15c)の長さよりも短くなっている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)と、
前記圧縮機(11)から吐出された冷媒を放熱させる放熱器(12)と、
前記放熱器(12)から流出した冷媒を減圧させるノズル部(13a)、前記ノズル部(13a)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(31b)、前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口(31b)から吸引された吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部(13c)、前記昇圧部(13c)から流出した冷媒の気液を分離する気液分離部(30f)、前記気液分離部(30f)にて分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口(31c)、および前記気液分離部(30f)にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口(31d)を備えるボデー部(30)を有するエジェクタモジュール(13)と、
前記気液分離部(30f)にて分離された液相冷媒を蒸発させる蒸発器(14)と、を備え、
前記エジェクタモジュール(13)は、前記圧縮機(11)よりも前記蒸発器(14)の近くに配置されているエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記蒸発器(14)が配置される室内空間および前記放熱器(12)が配置される室外空間は、仕切り板(50)によって仕切られており、
前記エジェクタモジュール(13)は、前記圧縮機(11)よりも前記仕切り板(50)の近くに配置されている請求項1または2に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記液相冷媒流出口(31c)と前記蒸発器(14)の冷媒流入口とを接続する入口配管(15d)と、
前記気相冷媒流出口(31d)から前記圧縮機(11)の吸入口へ至る吸入配管(15c)と、をさらに備え、
前記入口配管(15d)と吸入配管(15c)のうち少なくとも一方の前記エジェクタモジュール(13)に接続される部位が、前記仕切り板(50)に沿って延びる形状に形成されている請求項3に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。 - 前記エジェクタモジュール(13)の少なくとも一部は、前記室内空間に配置されている請求項3または4に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
- 前記エジェクタモジュール(13)の少なくとも一部は、前記蒸発器(14)へ流入する送風空気によって冷却可能に配置されている請求項5に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
- 前記エジェクタモジュール(13)の少なくとも一部は、前記蒸発器(14)にて冷却された送風空気によって冷却可能に配置されている請求項5に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
- 車両用空調装置に適用され、
前記入口配管(15d)の長さが、2m以下である請求項1および4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。
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