WO2016063444A1 - 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 decompressor.
- an ejector refrigeration cycle which is a vapor compression refrigeration cycle apparatus equipped with an ejector as a refrigerant decompressor, is known.
- the pressure of the suction refrigerant is lower than that of 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 due to the boosting action of the ejector. Can be raised.
- the power consumption of the compressor can be reduced and the coefficient of performance (COP) of the cycle can be improved.
- Patent Document 1 discloses an ejector integrated with a gas-liquid separation means in which a gas-liquid separation unit is integrally formed.
- the ejector is hereinafter referred to as an ejector module.
- 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 unit flows out, and is separated by the gas-liquid separation unit.
- liquid refrigerant in which refrigeration oil is dissolved cannot be returned to the compressor, it will adversely affect the durable life of the compressor.
- an object of the present disclosure is to provide an ejector-type refrigeration cycle in which a gas-liquid separation space is integrally configured and refrigeration oil can be appropriately returned to the compressor.
- the ejector refrigeration cycle of the present disclosure includes a compressor, a radiator, an ejector module, an evaporator, a discharge capacity control unit, and a pressure difference determination unit.
- the compressor compresses and discharges the refrigerant mixed with refrigerating machine oil.
- the radiator dissipates heat from the refrigerant discharged from the compressor.
- the ejector module includes a nozzle part that decompresses the refrigerant that has flowed out of the radiator, a refrigerant suction port that sucks the refrigerant as a suction refrigerant by a suction action of the high-speed jet refrigerant jetted from the nozzle part, And a body part in which a gas-liquid separation space for separating the gas and liquid of the refrigerant flowing out from the pressure increasing part is formed.
- the evaporator evaporates the liquid phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space.
- the discharge capacity control unit controls the refrigerant discharge capacity of the compressor.
- the pressure difference determination unit determines the low pressure difference operation condition when the operation condition in which the pressure difference obtained by subtracting the low pressure refrigerant pressure of the cycle from the high pressure refrigerant pressure of the cycle is equal to or less than a predetermined reference pressure difference is used. It is determined whether or not the differential operation condition is satisfied.
- the body part is formed with an oil return passage for guiding a part of the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space from the gas-liquid separation space to the suction side of the compressor.
- the discharge capacity control unit sets the refrigerant discharge capacity of the compressor to be equal to or higher than a predetermined reference discharge capacity when the pressure difference determination unit determines that the low pressure difference operation condition is satisfied.
- the discharge capacity control unit sets the refrigerant discharge capacity of the compressor to be higher than the reference discharge capacity. Therefore, the pressure difference between the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side refrigerant pressure in the cycle can be increased, and the pressure difference between the refrigerant pressure in the gas-liquid separation space and the refrigerant pressure on the suction side of the compressor can be increased.
- the liquid phase refrigerant in which the refrigerating machine oil separated in the gas-liquid separation space is melted can be returned to the suction side of the compressor through the oil return passage.
- the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path from the discharge port of the compressor to the inlet of the nozzle portion can be employed.
- coolant suction port is employable as a low voltage
- the discharge capacity control unit sets the refrigerant discharge capacity of the compressor to be equal to or higher than the reference discharge capacity” means that when the pressure difference determination unit determines that the low pressure difference operation condition is satisfied, It does not only mean that the discharge capacity is higher than the reference discharge capacity, but it also means that it is intermittently set higher than the reference discharge capacity.
- the ejector refrigeration cycle 10 of the present embodiment shown in the overall configuration diagram of FIG. 1 is applied to a vehicle air conditioner 1 and cools blown air that is blown into a vehicle interior (indoor space) that is an air-conditioning target space. . Therefore, 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
- R1234yf an HFO refrigerant
- 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.
- this refrigeration oil what has compatibility with a liquid phase refrigerant is adopted.
- 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 from the control device 60 described later to the discharge capacity control valve of the compressor 11.
- 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 condenser 12 a of the radiator 12 is connected to the discharge port of the compressor 11.
- 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 front side of the vehicle 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 in which the rotation speed (the amount of blown air) is controlled by a control voltage output from the control device 60.
- the refrigerant inlet 31a of the ejector module 13 is connected to the refrigerant outlet of the supercooling portion 12c of the radiator 12.
- the ejector module 13 functions as a refrigerant pressure reducer that depressurizes the supercooled high-pressure liquid-phase refrigerant that has flowed out of the radiator 12, and flows out of an evaporator 14 that will be described later by the suction action of the refrigerant flow injected at a high speed. It functions as a refrigerant circulation section (refrigerant transport section) that sucks (transports) and circulates the refrigerant.
- the ejector module 13 of the present embodiment also has a function as a gas-liquid separation unit that separates the gas-liquid of the decompressed refrigerant.
- the ejector module 13 of the present embodiment is configured as a “gas-liquid separation unit integrated ejector” or “an ejector with a gas-liquid separation function”.
- a configuration in which the ejector and the gas-liquid separation part are integrated 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.
- FIG. 1 shows an axial sectional view of the ejector module 13.
- 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 31a As the plurality of refrigerant inflow / outflow ports formed in the body part 30, a refrigerant inflow port 31a, a refrigerant suction port 31b, a liquid phase refrigerant outflow port 31c, and a gas phase refrigerant outflow port 31d are formed.
- the refrigerant inlet 31a allows the refrigerant that has flowed out of the radiator 12 to flow into the interior.
- the refrigerant suction port 31b sucks the refrigerant that has flowed out of the evaporator 14.
- the liquid-phase refrigerant outlet 31 c allows the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30 f formed inside the body part 30 to flow out to the refrigerant inlet side of the evaporator 14.
- the gas-phase refrigerant outlet 31d allows the gas-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f to flow out to the suction side of the compressor 11.
- a swirl space 30a swirls the refrigerant that has flowed from the refrigerant inflow port 31a.
- the decompression space 30b decompresses the refrigerant that has flowed out of the swirling space 30a.
- the pressure increasing space 30e allows the refrigerant that has flowed out of the pressure reducing space 30b to flow in.
- the gas-liquid separation space 30f separates the gas-liquid refrigerant flowing out of the pressurizing space 30e.
- 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.
- the refrigerant inflow passage 31e that connects the refrigerant inlet 31a and the swirl space 30a extends in the tangential direction of the inner wall surface of the swirl space 30a when viewed from the central axis direction of the swirl space 30a. Thereby, the refrigerant that has flowed into the swirl space 30a from the refrigerant inflow passage 31e flows along the inner wall surface of the swirl space 30a and swirls around the central axis of the swirl space 30a.
- the refrigerant pressure on the central axis side is lower than the refrigerant pressure on the outer peripheral side in the swirling space 30a. Therefore, in the present embodiment, during the normal operation of the ejector refrigeration cycle 10, the refrigerant pressure on the central axis side in the swirling space 30a is reduced to a pressure that becomes a saturated liquid phase refrigerant or a pressure at which the refrigerant is boiled under reduced pressure. I have to. In other words, the pressure at which the refrigerant boils under reduced pressure is the pressure that causes cavitation.
- Such adjustment of the refrigerant pressure on the central axis side in the swirling space 30a can be realized by adjusting the swirling flow velocity of the refrigerant swirling in the swirling space 30a.
- the swirl flow rate can be adjusted by adjusting the area ratio between the passage sectional area of the refrigerant inflow passage 31e and the vertical sectional area in the axial direction of the swirling space 30a, for example.
- the swirling flow velocity in the present embodiment means the flow velocity in the swirling direction of the refrigerant in the vicinity of the outermost peripheral portion of the swirling space 30a.
- 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.
- a refrigerant passage having an annular shape in an axially vertical cross section is formed between the inner peripheral surface of the portion forming the decompression space 30b and the pressure increase space 30e of the body portion 30 and the conical side surface of the passage forming member 35. Is formed.
- the annular shape is a donut shape excluding a circular shape with a small diameter arranged coaxially from a circular shape.
- 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 is disposed inside the body portion 30 as driving means for displacing the passage forming member 35 to change the passage sectional area of the minimum passage area portion of the nozzle passage 13a.
- the element 37 has a diaphragm that is displaced according to the temperature and pressure of the refrigerant flowing through the suction passage 13b.
- the refrigerant flowing through the suction passage 13b is a refrigerant flowing out of the evaporator 14. 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 enlarged 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 in accordance with the degree of superheat of the refrigerant flowing out of the evaporator 14 as described above, so that the degree of superheat of the refrigerant on the outlet side of the evaporator 14 becomes a predetermined reference superheat degree.
- the passage cross-sectional area of the minimum passage area portion of the nozzle passage 13a is adjusted so as to approach.
- the gas-liquid separation space 30 f is disposed below the passage forming member 35.
- the gas-liquid separation space 30f constitutes 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.
- the internal volume of the gas-liquid separation space 30f is such that only a very small amount of surplus refrigerant can be stored even if the refrigerant circulation flow rate that circulates through the cycle fluctuates due to load fluctuations in the cycle, or The ejector module 13 as a whole is reduced in size so that the surplus refrigerant can be practically hardly 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 passage 31f for returning to the phase refrigerant passage is formed.
- a suction port of the compressor 11 is connected to the gas-phase refrigerant outlet 31d.
- the oil return passage 31f is a passage for guiding a part of the liquid-phase refrigerant in which the refrigerating machine oil separated in the gas-liquid separation space 30f is dissolved to the suction side of the compressor 11 from the gas-liquid separation space 30f.
- an orifice 31i as a pressure reducer 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 liquid refrigerant outlet 31c is connected to the refrigerant inlet of the evaporator 14 via an inlet pipe 15a.
- the evaporator 14 heat-exchanges the low-pressure refrigerant decompressed in the nozzle passage 13a of 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. This is an endothermic heat exchanger. 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 15b.
- the inlet pipe 15a and the outlet pipe 15b 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 15a and the outlet pipe 15b are integrated by being connected to a connector 51 that is a metal member for connection.
- the inlet pipe 15a and the outlet pipe 15b 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 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 serving as an inside / outside air switching unit for switching and introducing inside air (vehicle compartment air) and outside air (vehicle compartment outside air) into the casing 41 is disposed 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 60.
- a blower 42 as a blower that blows the air sucked through the inside / outside air switching device 43 toward the vehicle interior is disposed on the downstream side of the blown air flow of the inside / outside air switching device 43.
- 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 60.
- 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 unit that adjusts the air volume ratio between the air that passes through the evaporator 14 and the air that passes through the heater core 44 and the air that passes through the cold air bypass passage 45.
- the air mix door 46 is driven by an electric actuator for driving the air mix door. The operation of the electric actuator is controlled by a control signal output from the control device 60.
- 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 outlet mode switching unit that switches the outlet mode, and are linked to an electric actuator for driving the 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 60.
- the outlet mode includes a face mode, a bi-level mode, a foot mode, a defroster mode, and the like.
- face mode the air is blown out toward the passenger's upper body with the face opening hole fully open.
- bi-level mode both the face opening hole and the foot opening hole are opened, and blown air is blown out toward the upper body and feet of the occupant.
- foot mode the foot opening hole is fully opened and the defroster opening hole is opened by a small opening degree, and blown air is blown mainly toward the feet of the passengers in the passenger compartment.
- the defroster mode the defroster opening hole is fully opened, and blown air is blown out toward the inner surface of the vehicle front window glass.
- the control device 60 includes a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like and peripheral circuits thereof.
- the control device 60 performs various calculations and processes based on the air conditioning control program stored in the ROM.
- the operation of various electric actuators such as the compressor 11, the cooling fan 12d, and the blower 42 connected to the output side is controlled.
- the control device 60 is connected to a group of sensors for air conditioning control, such as an inside air temperature sensor 61, an outside air temperature sensor 62, a solar radiation sensor 63, an evaporator temperature sensor 64, a cooling water temperature sensor 65, and a high pressure side pressure sensor 66.
- the detection values of these sensor groups are input.
- the inside air temperature sensor 61 detects a passenger compartment temperature (inside air temperature) Tr.
- the outside air temperature sensor 62 is an outside air temperature detecting unit that detects the outside air temperature Tam.
- the solar radiation sensor 63 detects the solar radiation amount As in the passenger compartment.
- the evaporator temperature sensor 64 detects the blown air temperature (evaporator temperature) Tefin of the evaporator 14.
- the cooling water temperature sensor 65 detects the cooling water temperature Tw of the engine cooling water flowing into the heater core 44.
- the high pressure side pressure sensor 66 detects the pressure (high pressure side refrigerant pressure) Pd of the high pressure refrigerant discharged from the compressor 11.
- an operation panel 70 (not shown) disposed near the instrument panel in front of the passenger compartment is connected to the input side of the control device 60, and operation signals from various operation switches provided on the operation panel 70 are transmitted to the control device. 60.
- an auto switch sets the automatic control operation of the vehicle air conditioner 1.
- the vehicle interior temperature setting switch sets the vehicle interior set temperature Tset.
- the air volume setting switch manually sets the air volume of the blower 42.
- control device 60 of the present embodiment is configured such that a control unit that controls the operation of various control target devices connected to the output side is integrally configured.
- the configuration (hardware and software) for controlling the operation of each control target device constitutes a control unit of each control target device.
- the configuration that controls the operation of the discharge capacity control valve of the compressor 11 constitutes the discharge capacity control unit 60a that controls the refrigerant discharge capacity of the compressor 11.
- the discharge capacity control unit may be configured as a separate control device with respect to the control device 60.
- FIG. 3 shows the control processing of the main routine of the air conditioning control program executed by the control device 60.
- This air conditioning control program is executed when the auto switch of the operation panel 70 is turned on.
- each control unit in the flowcharts shown in FIGS. 3 and 4 constitutes various function realizing units included in the control device 60.
- initialization such as initialization of flags and timers configured by the storage circuit of the control device 60 and initial positioning of the various electric actuators described above is performed.
- some of the flags and the calculated values are read out when the vehicle air conditioner 1 is stopped last time or when the vehicle system is ended.
- the detection signals of the air conditioning control sensor groups 61 to 66, the operation signals of the operation panel 70, and the like are read.
- a target blowing temperature TAO that is a target temperature of the blown air blown into the vehicle interior is calculated.
- the target blowing temperature TAO is calculated by the following formula F1.
- TAO Kset ⁇ Tset ⁇ Kr ⁇ Tr ⁇ Kam ⁇ Tam ⁇ Ks ⁇ As + C (F1)
- Tset is the vehicle interior temperature set by the vehicle interior temperature setting switch
- Tr is the vehicle interior temperature (internal air temperature) detected by the internal air temperature sensor 61
- Tam is the external air temperature detected by the external air temperature sensor 62.
- Kset, Kr, Kam, and Ks are control gains
- C is a correction constant.
- control states of various control target devices connected to the control device 60 are determined.
- the number of rotations of the blower 42 that is, the blower motor voltage (control voltage) to be applied to the electric motor of the blower 42 is determined, and the control process proceeds to S5.
- the blower motor voltage is determined with reference to a control map stored in advance in the control device 60 based on the target outlet temperature TAO determined in S3.
- the blower motor voltage is determined so as to have a substantially maximum value in the extremely low temperature range (maximum cooling range) and the extremely high temperature range (maximum heating range) of the target blowing temperature TAO. Further, the blower motor voltage is determined so as to gradually decrease from the substantially maximum value as the target blowing temperature TAO moves from the extremely low temperature range or the extremely high temperature range to the intermediate temperature range.
- a control signal output to the suction port mode that is, the electric actuator for the inside / outside air switching door is determined, and the control process proceeds to S6.
- the suction port mode is determined with reference to the control map stored in advance in the control device 60 based on the target outlet temperature TAO.
- the air inlet mode is basically determined as an outside air mode for introducing outside air. Then, when the target blowing temperature TAO is in a very low temperature range and high cooling performance is desired, the inside air mode for introducing the inside air is determined.
- the air is blown into the vehicle interior based on the target blowing temperature TAO, the evaporator temperature Tefin detected by the evaporator temperature sensor 64, and the cooling water temperature Tw detected by the cooling water temperature sensor 65.
- the opening degree of the air mix door 46 is calculated so that the temperature of the blown air approaches the target blowing temperature TAO.
- a control signal to be output to the electric actuator for driving the outlet mode that is, the outlet mode door is determined, and the control process proceeds to S8.
- the outlet mode is determined with reference to the control map stored in advance in the control device 60 based on the target outlet temperature TAO.
- the outlet mode is switched in the order of the foot mode, the bi-level mode, and the face mode as the target outlet temperature TAO decreases from the high temperature region to the low temperature region.
- control unit S81 of FIG. 4 does the pressure difference ⁇ P obtained by subtracting the low-pressure side refrigerant pressure Ps from the high-pressure side refrigerant pressure Pd of the cycle satisfy a low pressure difference operation condition that is equal to or less than a predetermined first reference pressure difference K ⁇ P1? Determine whether or not. Therefore, the control unit S81 constitutes a pressure difference determination unit.
- the high pressure side refrigerant pressure Pd of the cycle is the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path from the discharge port of the compressor 11 to the refrigerant inlet 31a of the ejector module 13, and in this embodiment, the high pressure side pressure The high-pressure side refrigerant pressure Pd detected by the sensor 66 is employed.
- the low pressure side refrigerant pressure Ps of the cycle is the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path from the liquid phase refrigerant outlet 31c of the ejector module 13 to the refrigerant suction port 31b of the ejector module 13 via the evaporator 14. In the present embodiment, a value determined based on the evaporator temperature Tefin is adopted.
- control unit S81 of the present embodiment as shown in the control characteristic diagram described in FIG. 4, it is not determined that the low pressure difference operation condition is satisfied, and the pressure difference ⁇ P is reduced.
- the pressure difference ⁇ P becomes equal to or less than the first reference pressure difference K ⁇ P1
- it is determined that the low pressure difference operation condition is satisfied (Yes), and the control process proceeds to S83.
- the control process proceeds to S82.
- the difference between the first reference pressure difference K ⁇ P1 and the second reference pressure difference K ⁇ P2 is set as a hysteresis width for preventing control hunting.
- the refrigerant discharge capacity of the compressor 11 under normal operating conditions that is, the control current output to the discharge capacity control valve of the compressor 11 is determined, and the control process proceeds to S9.
- the target evaporator outlet temperature TEO of the evaporator 14 is determined based on the target outlet temperature TAO with reference to a control map stored in the controller 60 in advance.
- the evaporator temperature Tefin approaches the target evaporator outlet temperature TEO using a feedback control method.
- the control current output to the discharge capacity control valve of the compressor 11 is determined.
- the refrigerant discharge capacity of the compressor 11 under the low pressure differential operation condition is determined, and the control process proceeds to S9. Specifically, in S82, the control current output to the discharge capacity control valve of the compressor 11 is determined so that the refrigerant discharge capacity of the compressor 11 is equal to or higher than a predetermined reference discharge capacity.
- a part of the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f of the ejector module 13 is transferred to the suction side of the compressor 11 through the oil return passage 31f. Guided. Thereby, the refrigerating machine oil dissolved in the liquid phase refrigerant is returned to the compressor 11 to lubricate the compressor 11.
- the refrigerant pressure in the gas-liquid separation space 30f and the compressor 11 are returned.
- the pressure difference from the refrigerant pressure on the suction side must be a predetermined value or more. For this reason, there is a possibility that the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f cannot be returned to the compressor 11 under the low pressure difference operation condition in which the pressure difference ⁇ P is small.
- the first reference pressure difference K ⁇ P1 a value that can reliably return the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f to the suction side of the compressor 11 is adopted as the first reference pressure difference K ⁇ P1.
- the refrigerant discharge capacity that can reliably return the liquid-phase refrigerant separated in the gas-liquid separation space 30f to the suction side of the compressor 11, that is, the pressure difference ⁇ P is the first reference pressure difference K ⁇ P1.
- the refrigerant discharge capacity as described above is employed.
- control signals and control signals are sent to various control target devices connected from the control device 60 to the output side so that the control states determined in S4 to S8 are obtained. Voltage is output.
- control processing In continuing S10, it waits for control period (tau), and if progress of control period (tau) is determined, control processing will return to S2.
- the detection signal and the operation signal are read, the control state of each control target device is determined, and the control target device is read until the vehicle air conditioner 1 is requested to stop operating Repeat output of control signal and control voltage.
- the refrigerant flows in the ejector refrigeration cycle 10 as shown by the thick solid arrows in FIG.
- 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 of the decompression space 30b is adjusted so that the superheat degree of the refrigerant on the outlet side of the evaporator 14 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 vehicle interior can be performed. Furthermore, according to the ejector-type refrigeration cycle 10 of the present embodiment, since the refrigerant whose pressure has been increased in the diffuser passage 13c is sucked into the compressor 11, the driving power of the compressor 11 is reduced and the cycle efficiency (COP) is increased. Can be improved.
- the refrigerant is swirled in the swirl space 30a, so that the refrigerant pressure on the swirl center side in the swirl space 30a becomes the pressure that becomes the saturated liquid phase refrigerant, or the refrigerant is boiled under reduced pressure.
- the pressure is reduced to In other words, the pressure at which the refrigerant boils under reduced pressure is the pressure that causes cavitation.
- coolant exists in the turning center side is made to flow in into the nozzle channel
- the boiling of the refrigerant in the nozzle passage 13a can be promoted by the boiling of the wall due to the friction between the refrigerant and the wall of the nozzle passage 13a, and the interfacial boiling caused by the boiling nuclei generated by the cavitation of the refrigerant on the swivel center side.
- the discharge of the control device 60 is performed.
- the capacity control unit 60a sets the refrigerant discharge capacity of the compressor 11 to be equal to or higher than the reference discharge capacity.
- the pressure difference ⁇ P between the high-pressure side refrigerant pressure Pd and the low-pressure side refrigerant pressure Ps is enlarged, and the pressure difference between the refrigerant pressure in the gas-liquid separation space 30f and the refrigerant pressure on the suction side of the compressor 11 is enlarged.
- the liquid refrigerant in which the refrigerating machine oil separated in the gas-liquid separation space 30f is dissolved can be reliably returned to the suction side of the compressor 11 via the oil return passage 31f.
- the refrigeration oil can be reliably returned to the compressor 11 without adding new components to the ejector refrigeration cycle of the prior art.
- control part S81 which comprises a pressure difference determination part.
- it is determined whether or not the low pressure difference operation condition is satisfied using the outside air temperature Tam detected by the outside air temperature sensor 62.
- the cooling capacity of the blown air required for the ejector refrigeration cycle 10 is reduced, and the heat load of the ejector refrigeration cycle 10 is reduced. Therefore, the refrigerant discharge capacity of the compressor 11 is reduced, and the pressure difference ⁇ P between the high-pressure side refrigerant pressure Pd and the low-pressure side refrigerant pressure Ps of the cycle is likely to be reduced.
- the first reference outside air temperature KTam1 is equal to the first reference pressure difference K ⁇ P described in the first embodiment.
- the temperature is set to Further, the difference between the first reference outside temperature KTam1 and the second reference outside temperature KTam2 is set as a hysteresis width for preventing control hunting.
- vehicle air conditioner 1 Other configurations and operations of the vehicle air conditioner 1 are the same as those in the first embodiment. Therefore, also in the vehicle air conditioner 1 of the present embodiment, air conditioning in the vehicle compartment can be realized as in the first embodiment. Furthermore, according to the ejector refrigeration cycle 10 of the present embodiment, the liquid-phase refrigerant in which the refrigerating machine oil separated in the gas-liquid separation space 30f is dissolved via the oil return passage 31f, as in the first embodiment. The compressor 11 can be reliably returned to the suction side.
- the discharge capacity control unit 60a discharges the refrigerant from the compressor 11.
- the control mode of the discharge capacity control unit 60a is not limited to the above-described embodiment.
- the refrigerant discharge capacity may be intermittently controlled to be equal to or higher than the reference discharge capacity.
- the refrigerant discharge capacity of the compressor under the low pressure differential operation condition may be controlled periodically and intermittently so as to be equal to or higher than the reference discharge capacity.
- Each component device constituting the ejector refrigeration cycle 10 is not limited to that disclosed in the above-described embodiment.
- variable capacity compressor is employed as the compressor 11
- the compressor 11 is not limited to a variable capacity compressor.
- a fixed capacity compressor driven by a rotational driving force output from the engine via an electromagnetic clutch, a belt, or the like may be adopted.
- the refrigerant discharge capacity may be adjusted by changing the operating rate of the compressor by switching the electromagnetic clutch. That is, in S83, the operating rate of the compressor may be improved so that the refrigerant discharge capacity of the compressor becomes equal to or higher than the reference discharge capacity.
- an electric compressor that adjusts the refrigerant discharge capacity by changing the rotation speed of the electric motor may be adopted as the compressor 11.
- the refrigerant discharge capacity may be adjusted by changing the rotation speed of the electric motor. That is, in S83, the rotation speed of the electric motor may be increased so that the refrigerant discharge capacity of the compressor becomes equal to or higher than the reference discharge capacity.
- each constituent member constituting the ejector module 13 is not limited to those disclosed in the above-described embodiment.
- 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 orifice 31i may be eliminated and a decompressor may be disposed in the inlet pipe 15a.
- a decompressor an orifice, a capillary tube or the like can be employed.
- the ejector module 13 may be disposed on the vehicle interior side of the firewall 50.
- the ejector module 13 may be arranged on the inner peripheral side of the through hole 50a of the firewall 50.
- a part of the ejector module 13 is disposed on the engine room side, and another part is disposed on the vehicle interior side. Therefore, it is desirable to arrange packing having the same function as that of the first embodiment in the gap between the outer peripheral side of the ejector module 13 and the opening edge of the through hole 50a.
- the ejector refrigeration cycle 10 according to the present disclosure is not limited to that applied to the vehicle air conditioner 1.
- the ejector refrigeration cycle 10 may be applied to a vehicle refrigeration apparatus.
- the present invention is not limited to a vehicle, and 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は、圧縮機(11)、エジェクタモジュール(13)、吐出能力制御部(60a)、および圧力差判定部(S81)を備える。エジェクタモジュールは、ノズル部(13a)、並びに、冷媒吸引口(31b)、昇圧部(13c)、および気液分離空間(30f)が形成されたボデー部(30)を有する。圧力差判定部は、サイクルの高圧側冷媒圧力(Pd)からサイクルの低圧側冷媒圧力(Ps)を減算した圧力差(ΔP)が予め定めた基準圧力差(KΔP1)以下となる運転条件を低圧力差運転条件とした時に、低圧力差運転条件を満たしているか否かを判定する。ボデー部には、気液分離空間にて分離された液相冷媒の一部を圧縮機の吸入側へ導くオイル戻し通路(31f)が形成されている。吐出能力制御部は、圧力差判定部が低圧力差運転条件を満たしていると判定した際に、圧縮機の冷媒吐出能力を予め定めた基準吐出能力以上に設定する。
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10月24日に出願された日本特許出願2014-217454号を基にしている。
本開示は、冷媒減圧器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、冷媒減圧器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、エジェクタの昇圧作用によって、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。これにより、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、気液分離部が一体的に構成された気液分離手段一体型のエジェクタが開示されている。当該エジェクタを、以下、エジェクタモジュールと称する。
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に圧縮機の吸入口側を接続し、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に蒸発器の冷媒入口側を接続し、さらに、冷媒吸引口に蒸発器の冷媒出口側を接続すること等によって、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。
ところで、一般的な冷凍サイクル装置では、冷媒中に圧縮機を潤滑するための冷凍機油が混入されている。さらに、この種の冷凍機油としては、液相冷媒に相溶性を有するものが採用されている。そこで、特許文献1のエジェクタモジュールでは、気液分離空間(気液分離部)にて分離された液相冷媒の一部を、オイル戻し通路を介して圧縮機の吸入側へ戻すことによって圧縮機を潤滑しようとしている。
しかし、気液分離空間にて分離された液相冷媒をオイル戻し通路を介して圧縮機の吸入側へ戻すためには、気液分離空間内の冷媒圧力と圧縮機の吸入側の冷媒圧力との圧力差が所定値以上である必要がある。このため、特許文献1のエジェクタモジュールでは、サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との圧力差が縮小すると、冷凍機油が溶け込んだ液相冷媒を圧縮機へ戻すことができなくなるおそれがある。
そして、冷凍機油が溶け込んだ液相冷媒を圧縮機へ戻すことができなくなると、圧縮機の耐久寿命に悪影響を及ぼす。
本開示は、上記点に鑑み、気液分離空間が一体的に構成されて、冷凍機油を適切に圧縮機へ戻すことが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。
本開示のエジェクタ式冷凍サイクルは、圧縮機、放熱器、エジェクタモジュール、蒸発器、吐出能力制御部、および圧力差判定部を備える。圧縮機は、冷凍機油が混入した冷媒を圧縮して吐出する。放熱器は、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる。エジェクタモジュールは、放熱器から流出した冷媒を減圧させるノズル部、並びに、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冷媒として吸引する冷媒吸引口、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部、および昇圧部から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間が形成されたボデー部を有する。蒸発器は、気液分離空間にて分離された液相冷媒を蒸発させる。吐出能力制御部は、圧縮機の冷媒吐出能力を制御する。圧力差判定部は、サイクルの高圧側冷媒圧力からサイクルの低圧側冷媒圧力を減算した圧力差が予め定めた基準圧力差以下となる運転条件を低圧力差運転条件としたときに、当該低圧力差運転条件を満たしているか否かを判定する。
ボデー部には、気液分離空間にて分離された液相冷媒の一部を気液分離空間から圧縮機の吸入側へ導くオイル戻し通路が形成されている。吐出能力制御部は、圧力差判定部によって低圧力差運転条件が満たされていると判定された際に、圧縮機の冷媒吐出能力を予め定めた基準吐出能力以上に設定する。
これによれば、圧力差判定部によって低圧力差運転条件を満たしていると判定された際に、吐出能力制御部が、圧縮機の冷媒吐出能力を基準吐出能力以上に設定する。従って、サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との圧力差を拡大させて、気液分離空間内の冷媒圧力と圧縮機の吸入側の冷媒圧力との圧力差を拡大させることができる。
そして、気液分離空間にて分離された冷凍機油が溶け込んだ液相冷媒を、オイル戻し通路を介して、圧縮機の吸入側へ戻すことができる。その結果、冷凍機油の不足によって圧縮機の耐久寿命に悪影響を及ぼすことを抑制できる。さらに、本開示によれば、従来技術のエジェクタ式冷凍サイクルに対して、新たな構成部品を追加することなく、冷凍機油を圧縮機へ確実に戻すことができる。
ここで、本開示における高圧側冷媒圧力としては、圧縮機の吐出口からノズル部の入口へ至る冷媒流路を流通する冷媒の圧力を採用することができる。また、低圧側冷媒圧力としては、気液分離空間の液相冷媒流出口から冷媒吸引口へ至る冷媒流路を流通する冷媒の圧力を採用することができる。
さらに、基準吐出能力としては、気液分離空間にて分離された冷凍機油が溶け込んだ液相冷媒を、オイル戻し通路を介して、圧縮機の吸入側へ戻すことができる程度の吐出能力を採用すればよい。
また、「吐出能力制御部が、圧縮機の冷媒吐出能力を基準吐出能力以上に設定する」とは、圧力差判定部が低圧力差運転条件を満たしていると判定した際に、連続的に基準吐出能力以上にすることのみを意味するものではなく、断続的に基準吐出能力以上に設定することも含む意味である。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第1実施形態のエジェクタ式冷凍サイクルが適用された車両用空調装置の模式的な全体構成図である。
第1実施形態の車両用空調装置の電気制御部を示すブロック図である。
第1実施形態の車両用空調装置の制御処理を示すフローチャートである。
第1実施形態の車両用空調装置の制御処理の一部を示すフローチャートである。
第2実施形態の車両用空調装置の制御処理の一部を示すフローチャートである。
他の実施形態の低圧力差運転条件における圧縮機の冷媒吐出能力の変化を示すタイムチャートである。
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形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分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、実施の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1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。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。
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1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。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。この冷凍機油としては、液相冷媒に相溶性を有するものが採用されている。
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60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。
ここで、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、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の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60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、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る冷媒減圧器として機能するとともに、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部(冷媒輸送部)として機能するものである。
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部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、「気液分離部一体型のエジェクタ」あるいは「気液分離機能付きのエジェクタ」として構成されている。本実施形態では、気液分離部(気液分離空間)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部とを一体化(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。また、図1では、エジェクタモジュール13の軸方向断面図を図示している。
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、具体的に、冷媒流入口31a、冷媒吸引口31b、液相冷媒流出口31c、気相冷媒流出口31dが形成されている。冷媒流入口31aは、放熱器12から流出した冷媒を内部へ流入させる。冷媒吸引口31bは、蒸発器14から流出した冷媒を吸引する。液相冷媒流出口31cは、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。気相冷媒流出口31dは、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。
また、ボデー部30の内部に形成された内部空間としては、旋回空間30a、減圧用空間30b、昇圧用空間30e、気液分離空間30f等が形成されている。旋回空間30aは、冷媒流入口31aから流入した冷媒を旋回させる。減圧用空間30bは、旋回空間30aから流出した冷媒を減圧させる。昇圧用空間30eは、減圧用空間30bから流出した冷媒を流入させる。気液分離空間30fは、昇圧用空間30eから流出した冷媒の気液を分離する。
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。
冷媒流入口31aと旋回空間30aとを接続する冷媒流入通路31eは、旋回空間30aの中心軸方向から見たときに旋回空間30aの内壁面の接線方向に延びている。これにより、冷媒流入通路31eから旋回空間30aへ流入した冷媒は、旋回空間30aの内壁面に沿って流れ、旋回空間30aの中心軸周りに旋回する。
旋回空間30a内で旋回する冷媒には遠心力が作用するので、旋回空間30a内では中心軸側の冷媒圧力が外周側の冷媒圧力よりも低下する。そこで、本実施形態では、エジェクタ式冷凍サイクル10の通常運転時に、旋回空間30a内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する圧力まで低下させるようにしている。冷媒が減圧沸騰する圧力とは、換言すれば、キャビテーションを生じる圧力である。
このような旋回空間30a内の中心軸側の冷媒圧力の調整は、旋回空間30a内で旋回する冷媒の旋回流速を調整することによって実現することができる。さらに、旋回流速の調整は、例えば、冷媒流入通路31eの通路断面積と旋回空間30aの軸方向垂直断面積との面積比を調整すること等によって行うことができる。なお、本実施形態の旋回流速とは、旋回空間30aの最外周部近傍における冷媒の旋回方向の流速を意味している。
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の冷媒通路が形成されている。円環状とは、換言すれば、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である。
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手段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。吸引用通路13bを流通する冷媒とは、すなわち、蒸発器14から流出する冷媒である。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、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、エレメント37が蒸発器14流出冷媒の過熱度に応じて通路形成部材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。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を構成している。
さらに、本実施形態では、気液分離空間30fの内容積を、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、極少量の余剰冷媒しか貯めることのできない程度、あるいは実質的に余剰冷媒を殆ど溜めることができない程度の容積として、エジェクタモジュール13全体としての小型化を図っている。
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へ戻すためのオイル戻し通路31fが形成されている。気相冷媒流出口31dには、圧縮機11の吸入口が接続されている。
従って、このオイル戻し通路31fは、気液分離空間30fにて分離された冷凍機油の溶け込んだ液相冷媒の一部を気液分離空間30fから圧縮機11の吸入側へ導く通路である。
一方、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器としてのオリフィス31iが配置されている。液相冷媒流出口31cには、入口配管15a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のノズル通路13a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15b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。
また、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15aおよび出口配管15b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15aおよび出口配管15b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15aおよび出口配管15b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ることを抑制している。
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部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60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部としての送風機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60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44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部である。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る。この電動アクチュエータは、制御装置60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、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替部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60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。
なお、吹出口モードとしては、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード、デフロスタモード等がある。フェイスモードでは、フェイス開口穴を全開として乗員の上半身へ向けて送風空気を吹き出す。バイレベルモードでは、フェイス開口穴およびフット開口穴の両方を開口して乗員の上半身と足元へ向けて送風空気を吹き出す。フットモードでは、フット開口穴を全開するとともにデフロスタ開口穴を小開度だけ開口して主に車室内乗員の足元へ向けて送風空気を吹き出す。デフロスタモードでは、デフロスタ開口穴を全開として車両フロント窓ガラス内面に向けて送風空気を吹き出す。
次に、図2を用いて、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。制御装置60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60は、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。そして、出力側に接続された圧縮機11、冷却ファン12d、送風機42等の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60には、内気温センサ61、外気温センサ62、日射センサ63、蒸発器温度センサ64、冷却水温度センサ65、高圧側圧力センサ66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。内気温センサ61は、車室内温度(内気温)Trを検出する。外気温センサ62は、外気温Tamを検出する外気温検出部である。日射センサ63は、車室内の日射量Asを検出する。蒸発器温度センサ64は、蒸発器14の吹出空気温度(蒸発器温度)Tefinを検出する。冷却水温度センサ65は、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。高圧側圧力センサ66は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒の圧力(高圧側冷媒圧力)Pdを検出する。
さらに、制御装置60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70が接続され、この操作パネル70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60へ入力される。操作パネル70に設けられた各種操作スイッチとしては、オートスイッチ、車室内温度設定スイッチ、風量設定スイッチ等が設けられている。オートスイッチは、車両用空調装置1の自動制御運転を設定する。車室内温度設定スイッチは、車室内設定温度Tsetを設定する。風量設定スイッチは、送風機42の風量をマニュアル設定する。
なお、本実施形態の制御装置60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。制御装置60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圧縮機11の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御部60aを構成している。吐出能力制御部を制御装置60に対して別体の制御装置で構成してもよい。
次に、図3、図4を用いて、上記構成における本実施形態の車両用空調装置1の作動について説明する。図3のフローチャートは、制御装置60が実行する空調制御プログラムのメインルーチンの制御処理を示している。この空調制御プログラムは、操作パネル70のオートスイッチが投入(ON)されると実行される。なお、図3、図4に示すフローチャートの各制御部は、制御装置60が有する各種の機能実現部を構成している。
まず、S1では、制御装置60の記憶回路によって構成されるフラグ、タイマ等の初期化、および上述した各種電動アクチュエータの初期位置合わせ等のイニシャライズが行われる。なお、S1のイニシャライズでは、フラグや演算値のうち、前回の車両用空調装置1の停止時や車両システム終了時に記憶された値が読み出されるものもある。
次に、S2では、空調制御用のセンサ群61~66等の検出信号および操作パネル70の操作信号等を読み込む。続くS3では、S2にて読み込まれた検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ吹き出す送風空気の目標温度である目標吹出温度TAOを算出する。
具体的には、目標吹出温度TAOは、以下の数式F1によって算出される。
TAO=Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×As+C…(F1)
なお、Tsetは車室内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61によって検出された車室内温度(内気温)であり、Tamは外気温センサ62によって検出された外気温であり、Asは日射センサ63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。
なお、Tsetは車室内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61によって検出された車室内温度(内気温)であり、Tamは外気温センサ62によって検出された外気温であり、Asは日射センサ63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。
続くS4~S8では、制御装置60に接続された各種制御対象機器の制御状態が決定される。
まず、S4では、送風機42の回転数(送風能力)、すなわち送風機42の電動モータに印加するブロワモータ電圧(制御電圧)を決定して、制御処理はS5へ進む。具体的には、S4では、S3にて決定された目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して、ブロワモータ電圧を決定する。
より詳細には、ブロワモータ電圧については、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)で略最大値となるように決定する。さらに、目標吹出温度TAOが極低温域あるいは極高温域から中間温度域に向かうに伴って、ブロワモータ電圧を略最大値から徐々に減少させるように決定する。
次に、S5では、吸込口モード、すなわち内外気切替ドア用の電動アクチュエータに出力される制御信号を決定して、制御処理はS6へ進む。具体的には、S5では、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して、吸込口モードを決定する。
より詳細には、吸込口モードについては、基本的に外気を導入する外気モードに決定される。そして、目標吹出温度TAOが極低温域にあって高い冷房性能を得たい場合等に、内気を導入する内気モードに決定される。
次に、S6では、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に出力される制御信号を決定して、制御処理はS7へ進む。
具体的には、S6では、目標吹出温度TAO、蒸発器温度センサ64によって検出された蒸発器温度Tefin、および冷却水温度センサ65によって検出された冷却水温度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に近づくようにエアミックスドア46の開度を算定する。
次に、S7では、吹出口モード、すなわち吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに出力される制御信号を決定して、制御処理はS8へ進む。具体的には、S8では、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して吹出口モードを決定する。
より詳細には、吹出口モードについては、目標吹出温度TAOが高温域から低温域へと下降するに伴って、フットモード、バイレベルモード、フェイスモードの順で切り替えられる。
次に、S8では、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を決定して、制御処理はS9へ進む。このS8の詳細については、図4のフローチャートを用いて説明する。
図4の制御部S81では、サイクルの高圧側冷媒圧力Pdから低圧側冷媒圧力Psを減算した圧力差ΔPが、予め定めた第1基準圧力差KΔP1以下となる低圧力差運転条件を満たしているか否かを判定する。従って、制御部S81は、圧力差判定部を構成している。
なお、サイクルの高圧側冷媒圧力Pdとは、圧縮機11の吐出口からエジェクタモジュール13の冷媒流入口31aへ至る冷媒流路を流通する冷媒の圧力であって、本実施形態では、高圧側圧力センサ66によって検出された高圧側冷媒圧力Pdを採用している。また、サイクルの低圧側冷媒圧力Psとは、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を介してエジェクタモジュール13の冷媒吸引口31bへ至る冷媒流路を流通する冷媒の圧力であって、本実施形態では、蒸発器温度Tefinに基づいて決定した値を採用している。
さらに、本実施形態の制御部S81では、図4に記載された制御特性図に示すように、低圧力差運転条件を満たしていると判定されておらず、かつ、圧力差ΔPが縮小する過程で、圧力差ΔPが第1基準圧力差KΔP1以下となった際に、低圧力差運転条件を満たしている(Yes)と判定して、制御処理はS83へ進む。
一方、低圧力差運転条件が満たされていると判定されており、かつ、圧力差ΔPが増加する過程で、圧力差ΔPが予め定めた第2基準圧力差KΔP2以上となった際に、低圧力差運転条件を満たしていない(No)と判定して、制御処理はS82へ進む。なお、第1基準圧力差KΔP1と第2基準圧力差KΔP2との差は、制御ハンチング防止のためのヒステリシス幅として設定されている。
S82では、通常運転条件における圧縮機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を決定して、制御処理はS9へ進む。具体的には、S82では、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して、蒸発器14の目標蒸発器吹出温度TEOを決定する。
そして、この目標蒸発器吹出温度TEOと蒸発器温度センサによって検出された蒸発器温度Tefin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を決定する。
一方、S82では、低圧力差運転条件における圧縮機11の冷媒吐出能力を決定して、制御処理はS9へ進む。具体的には、S82では、圧縮機11の冷媒吐出能力が予め定めた基準吐出能力以上となるように、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。
ここで、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の気液分離空間30fにて分離された液相冷媒の一部を、オイル戻し通路31fを介して圧縮機11の吸入側へ導いている。これにより、液相冷媒に溶け込んだ冷凍機油を圧縮機11へ戻し、圧縮機11の潤滑を行っている。
このように、気液分離空間30fにて分離された液相冷媒をオイル戻し通路31fを介して圧縮機11の吸入側へ戻すためには、気液分離空間30f内の冷媒圧力と圧縮機11の吸入側の冷媒圧力との圧力差が所定の値以上である必要がある。このため、圧力差ΔPが小さくなる低圧力差運転条件では、気液分離空間30fにて分離された液相冷媒を圧縮機11へ戻すことができなくなるおそれがある。
そこで、本実施形態では、第1基準圧力差KΔP1として、気液分離空間30fにて分離された液相冷媒を、圧縮機11の吸入側へ確実に戻すことのできる値を採用している。さらに、基準吐出能力として、気液分離空間30fにて分離された液相冷媒を、圧縮機11の吸入側へ確実に戻すことのできる冷媒吐出能力、すなわち圧力差ΔPが第1基準圧力差KΔP1以上となる冷媒吐出能力が採用されている。
次に、図3に示すS9では、上述のS4~S8にて決定された制御状態が得られるように、制御装置60から出力側に接続された各種制御対象機器に対して、制御信号および制御電圧が出力される。続くS10では、制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定すると、制御処理はS2に戻る。
つまり、制御装置60が実行する空調制御プログラムでは、車両用空調装置1の作動停止が要求されるまで、検出信号および操作信号の読み込み、各制御対象機器の制御状態の決定、各制御対象機器に対する制御信号および制御電圧の出力を繰り返す。そして、この空調制御プログラムが実行されることにより、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1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、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。
さらに、本実施形態のエジェクタモジュール13では、旋回空間30aにて冷媒を旋回させることで、旋回空間30a内の旋回中心側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する圧力まで低下させている。冷媒が減圧沸騰する圧力とは、換言すれば、キャビテーションを生じる圧力である。そして、旋回中心側に気相冷媒が多く存在する気液二相冷媒をノズル通路13aへ流入させている。
これにより、冷媒とノズル通路13aの壁面との摩擦による壁面沸騰、および旋回中心側の冷媒のキャビテーションによって生じた沸騰核による界面沸騰によって、ノズル通路13aにおける冷媒の沸騰を促進することができる。その結果、ノズル通路13aにて冷媒の圧力エネルギを速度エネルギへ変換する際のエネルギ変換効率を向上させることができる。
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、圧力差判定部を構成する制御部S81にて、低圧力差運転条件が満たされていると判定された際に、制御装置60の吐出能力制御部60aが、圧縮機11の冷媒吐出能力を基準吐出能力以上に設定する。
従って、高圧側冷媒圧力Pdと低圧側冷媒圧力Psとの圧力差ΔPを拡大させて、気液分離空間30f内の冷媒圧力と圧縮機11の吸入側の冷媒圧力との圧力差を拡大させることができる。その結果、気液分離空間30fにて分離された冷凍機油が溶け込んだ液相冷媒を、オイル戻し通路31fを介して、圧縮機11の吸入側へ確実に戻すことができる。
そして、冷凍機油の不足によって圧縮機11の耐久寿命に悪影響を及ぼすことを抑制できる。さらに、本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル10では、従来技術のエジェクタ式冷凍サイクルに対して、新たな構成部品を追加することなく、冷凍機油を圧縮機11へ確実に戻すことができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、圧力差判定部を構成する制御部S81の制御態様を変更した例を説明する。本実施形態の制御部S81では、外気温センサ62によって検出された外気温Tamを用いて、低圧力差運転条件を満たしているか否かを判定する。
本実施形態では、圧力差判定部を構成する制御部S81の制御態様を変更した例を説明する。本実施形態の制御部S81では、外気温センサ62によって検出された外気温Tamを用いて、低圧力差運転条件を満たしているか否かを判定する。
ここで、低外気温時に実行される除湿暖房運転では、エジェクタ式冷凍サイクル10に要求される送風空気の冷却能力が低くなり、エジェクタ式冷凍サイクル10の熱負荷が小さくなる。従って、圧縮機11の冷媒吐出能力が低下して、サイクルの高圧側冷媒圧力Pdと低圧側冷媒圧力Psとの圧力差ΔPも低下してしまいやすい。
そこで、本実施形態では、図5に記載された制御特性図に示すように、低圧力差運転条件を満たしていると判定されておらず、かつ、外気温Tamが低下する過程で、外気温Tamが予め定めた第1基準外気温KTam1以下となった際に、低圧力差運転条件を満たしている(Yes)と判定して、制御処理はS83へ進む。
一方、低圧力差運転条件を満たしていると判定されており、かつ、外気温Tamが上昇する過程で、外気温Tamが予め定めた第2基準外気温KTam2以上となった際に、低圧力差運転条件を満たしていない(No)と判定して、制御処理はS82へ進む。
この第1基準外気温KTam1は、外気温Tamが第1基準外気温KTam1以下である場合に除湿暖房運転を実行すると、圧力差ΔPが第1実施形態で説明した第1基準圧力差KΔPと同等となる温度に設定されている。また、第1基準外気温KTam1と第2基準外気温KTam2との差は、制御ハンチング防止のためのヒステリシス幅として設定されている。
その他の車両用空調装置1の構成および作動は第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1においても第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、第1実施形態と同様に、気液分離空間30fにて分離された冷凍機油が溶け込んだ液相冷媒を、オイル戻し通路31fを介して、圧縮機11の吸入側へ確実に戻すことができる。
(他の実施形態)
本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示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。
本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示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。
(1)上述の実施形態では、圧力差判定部を構成する制御部S81にて低圧力差運転条件を満たしていると判定された際に、吐出能力制御部60aが、圧縮機11の冷媒吐出能力を連続的に基準吐出能力以上とした例を説明した。しかしながら、吐出能力制御部60aの制御態様は上述の実施形態に限定されない。
例えば、断続的に冷媒吐出能力を基準吐出能力以上となるように制御してもよい。圧縮機11の潤滑のためには、連続的に冷凍機油を圧縮機11の摺動部に供給する必要はなく、摺動部における油膜が切れないように周期的に供給すればよい。従って、低圧力差運転条件の圧縮機の冷媒吐出能力を、図6のタイムチャートに示すように、周期的に、かつ、断続的に基準吐出能力以上となるように制御してもよい。
(2)上述の第1実施形態では、サイクルの低圧側冷媒圧力Psとして蒸発器温度Tefinに基づいて決定した値を採用した例を説明した。しかしながら、例えば、蒸発器14出口側冷媒の圧力(低圧側冷媒圧力Ps)を検出する低圧側圧力センサを設け、制御部S81にて、この低圧側圧力センサよって検出された低圧側冷媒圧力Psを用いて、低圧力差運転条件を満たしているか否かを判定してもよい。
(3)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は可変容量型圧縮機に限定されない。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。
固定容量型圧縮機を採用した場合は、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。つまり、S83では、圧縮機の稼働率を向上させて、圧縮機の冷媒吐出能力が基準吐出能力以上となるようにすればよい。
さらに、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。電動圧縮機を採用した場合は、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ればよい。つまり、S83では、電動モータの回転数を増加させて、圧縮機の冷媒吐出能力が基準吐出能力以上となるようにすればよい。
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。しかしながら、凝縮部12aのみからなる通常の放熱器を採用し、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、エジェクタモジュール13を構成する各構成部材は、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、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。
さらに、上述の実施形態のエジェクタモジュール13では、オリフィス31iを設けた例を説明した。しかしながら、オリフィス31iを廃止して、入口配管15aに減圧器を配置してもよい。この減圧器としては、オリフィスやキャピラリチューブ等を採用することができる。
(4)上述の実施形態では、エジェクタモジュール13をエンジンルーム内に配置した例を説明したが、ファイアウォール50よりも車室内側に配置してもよい。
さらに、エジェクタモジュール13を、ファイアウォール50の貫通穴50aの内周側に配置してもよい。この場合は、エジェクタモジュール13の一部がエンジンルーム側に配置され、別の一部が車室内側に配置される。従って、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有するパッキンを配置することが望ましい。
(5)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1に適用した例を説明した。しかしながら、本開示に係るエジェクタ式冷凍サイクル10は車両用空調装置1に適用されるものに限定されない。例えば、エジェクタ式冷凍サイクル10を車両用の冷凍冷蔵装置に適用してもよい。さらに、車両用に限定されることなく、据置型空調装置、冷温保存庫等に適用してもよい。
Claims (2)
- 冷凍機油が混入した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)、並びに、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冷媒として吸引する冷媒吸引口(31b)、前記噴射冷媒と前記吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部(13c)、および前記昇圧部(13c)から流出した冷媒の気液を分離する気液分離空間(30f)が形成されたボデー部(30)を有するエジェクタモジュール(13)と、
前記気液分離空間(30f)にて分離された液相冷媒を蒸発させる蒸発器(14)と、
前記圧縮機(11)の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御部(60a)と、
サイクルの高圧側冷媒圧力(Pd)からサイクルの低圧側冷媒圧力(Ps)を減算した圧力差(ΔP)が予め定めた基準圧力差(KΔP1)以下となる運転条件を低圧力差運転条件としたときに、前記低圧力差運転条件を満たしているか否かを判定する圧力差判定部(S81)と、を備え、
前記ボデー部(30)には、前記気液分離空間(30f)にて分離された液相冷媒の一部を前記気液分離空間(30f)から前記圧縮機(11)の吸入側へ導くオイル戻し通路(31f)が形成されており、
前記吐出能力制御部(60a)は、前記圧力差判定部(S81)によって前記低圧力差運転条件を満たしていると判定された際に、前記圧縮機(11)の冷媒吐出能力を予め定めた基準吐出能力以上に設定するエジェクタ式冷凍サイクル。 - 外気温を検出する外気温検出部(62)を備え、
前記圧力差判定部(S81)は、前記外気温検出部(62)の検出値(Tam)が予め定めた基準外気温(KTam1)以下である場合に、前記低圧力差運転条件を満たしていると判定する請求項1に記載のエジェクタ式冷凍サイクル。
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