DE102004009966A1

DE102004009966A1 - Ejektorpumpe mit konisch zulaufender Düse und konisch zulaufender Nadel

Info

Publication number: DE102004009966A1
Application number: DE102004009966A
Authority: DE
Inventors: Yukikatsu Nishio Ozaki; Tadashi Nishio Hotta; Hirotsugu Kariya Takeuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2024-03-02
Also published as: JP2004270460A; US7334427B2; DE102004009966B4; CN1247943C; US20040172966A1; JP4232484B2; CN1527007A

Abstract

In einer Ejektorpumpe enthält eine Düse (41) einen konischen Düsenabschnitt (41c) mit einem Innenkanal mit einem zu einer Düsenauslassöffnung (41b) reduzierten Radialmaß sowie eine Nadel (44) mit einem konischen Nadelabschnitt (44a), die in dem Innenkanal angeordnet ist. Der konische Nadelabschnitt besitzt eine zu einem stromabwärtigen Ende der Nadel reduzierte Querschnittsfläche, und das stromabwärtige Ende der Nadel ist bezüglich der Düsenauslassöffnung an einer stromabwärtigen Seite angeordnet. Zusätzlich besitzt der konische Düsenabschnitt einen Kegelwinkel ( DIAMETER 1), welcher gleich oder größer als ein Kegelwinkel ( DIAMETER 2) des konischen Nadelabschnitts ist. Deshalb wird eine Grenzfläche an der Außenseite eines Düsenstrahlstroms zu einer ausgeglichenen natürlichen Form, und sie wird entsprechend einem Betriebszustand geregelt. So kann der Ejektorpumpenkreis bei Beibehaltung einer hohen Leistung unabhängig von der Wärmelast des Ejektorpumpenkreises betrieben werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ejektorpumpe, welche eine kinetische Pumpe zum Pumpen eines Fluids mittels Mitreißens eines Hochgeschwindigkeitsstrahlstroms eines Antriebsfluids ist. Die Ejektorpumpe ist mit einer konisch zulaufenden Düse und einer konisch zulaufenden Nadel aufgebaut und wird geeigneterweise für einen Dampfkompressions-Kühlkreis (Ejektorpumpenkreis) verwendet, bei welchem die Ejektorpumpe als Pumpeinheit zum Zirkulieren eines Kältemittels benutzt wird (z.B. JIS Z 8126 2.2.2.3).
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmlicherweise wird eine Lavaldüse in einem Ejektorpumpenkreis zum Erhöhen einer Strömungsgeschwindigkeit eines aus der Lavaldüse gespritzten Fluids verwendet. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Lavaldüse gespritzten Fluids erhöht wird, wird eine Pumpwirkung der Ejektorpumpe durch das Mitreißen des Hochgeschwindigkeitsstrahlstroms erhöht. Die Lavaldüse hat einen Verengungsabschnitt und einen Diffusorabschnitt stromab des Verengungsabschnitts. Der Verengungsabschnitt ist der am meisten reduzierte Bereich in einem Fluidkanal in der Lavaldüse. Der Diffusorabschnitt hat eine Kanalquerschnittsfläche, die sich von dem Verengungsabschnitt in stromabwärtiger Richtung in dem Fluidkanal erweitert (z.B. JP-A-10-205898 und JP-A-5-312421 ).

In einer idealen Lavaldüse wird ein Kältemittel (Fluid) gedrosselt, wenn es zu dem Verengungsabschnitt strömt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels wird erhöht und wird in dem Verengungsabschnitt zu Mach 1 (kritischer Zustand). Das Kältemittel wird nach Durchlaufen des Verengungsabschnitts gesiedet, während es in dem Diffusorabschnitt gedehnt wird, sodass die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in dem Diffusorabschnitt Mach 1 übersteigt.

Ferner kann ein regelbares Drosselventil an einer stromaufwärtigen Seite der Düse zum Verändern einer Kältemittelströmungsrate in der Düse vorgesehen sein, um eine Anpassung an eine Änderung eines Betriebszustandes in dem Ejektorpumpenkreis zu erzielen. Alternativ wird eine Auslasskanalfläche der Düse verändert, um so eine Anpassung an eine Änderung des Betriebszustandes in dem Ejektorpumpenkreis zu erzielen.

Die durch die Düse strömende Kältemittelströmungsrate verändert sich im Wesentlichen proportional zu einer Kanalfläche des Verengungsabschnitts. Deshalb müssen der Diffusorabschnitt und der Verengungsabschnitt in der Lavaldüse exakt gefertigt werden. Daher muss eine Toleranz des Diffusorabschnitts und des Verengungsabschnitts exakt kontrolliert werden. Insbesondere muss die Toleranz des Diffusorabschnitts und des Verengungsabschnitts in der in einer Haus-Klimaanlage oder einer Fahrzeug-Klimaanlage benutzten Lavaldüse auf 100 μm gesteuert werden. Deshalb ist die Lavaldüse schwierig herzustellen.

Außerdem hängt eine Strömungscharakteristik der Lavaldüse von einer Kanalquerschnittsfläche in dem Verengungsabschnitt ab. Ein geeigneter Expansionszustand an der stromabwärtigen Seite des Verengungsabschnitts hängt von einer Kanalquerschnittsfläche einer Düsenauslassöffnung ab. Deshalb muss, falls eine Kühlleistung des Ejektorpumpenkreises geändert wird, d.h. eine Spezifikation einer Kühlleistung oder ein konstruktiver Druckzustand verändert wird, die Lavaldüse entsprechend der Änderung der Kühlleistung des Ejektorpumpenkreises hergestellt werden.

Deshalb müssen, wenn viele Arten von Ejektorpumpenkreisen jeweils in Abhängigkeit von verschiedenen Kühlleistungen und verschiedenen Betriebsbedingungen konstruiert werden, spezielle Düsen entsprechend jeder Spezifikation wie beispielsweise der Kühlleistung und der Betriebsbedingung hergestellt werden. D.h. weitere Investitionen zum Aufbauen der Ejektorpumpenkreise werden benötigt, und ebenso wird zusätzliche Arbeitskraft zum Herstellen vieler Arten der Düsen benötigt, sodass die Herstellungskosten von Ejektorpumpenkreisen, d.h. von Düsen erhöht werden.

Im Allgemeinen wird die Lavaldüse in einer Kältemaschine verwendet, wenn eine Schwankung einer Wärmelast in der Kältemaschine relativ klein ist. In diesem Fall hängt das Gleichgewicht des Ejektorpumpenkreises von einer festen Eigenschaft der Lavaldüse ab. Hierbei wird die Lavaldüse anfänglich basierend auf einem bestimmten Zustand, wie beispielsweise einem Zustand maximaler Wärmelast konstruiert. Wenn sich jedoch die Wärmelast ändert, ändert sich auch ein Druckzustand. In diesem Fall ändert sich der Dehnungszustand des Kältemittels in einen unzureichenden Zustand oder einen übermäßigen Zustand.

Wie in 19A dargestellt, wird, wenn ein Einlassdruck der Lavaldüse PH1 ist, ein Düsenauslassdruck ein geeigneter Auslassdruck PL. In diesem Fall dehnt sich das Kältemittel in dem Diffusorabschnitt der Lavaldüse richtig. Wenn jedoch der Einlassdruck der Lavaldüse zu PH2 wird, dehnt sich das Kältemittel in der Lavaldüse nicht ausreichend. In diesem Fall sinkt der Düsenauslassdruck nicht auf den richtigen Auslassdruck PL, und die Düsenwirkung wird vermindert. Wie in 19B dargestellt, sinkt, wenn der Auslassdruck der Lavaldüse PL3 ist, der Druck des Kältemittels von PH auf PL3. In diesem Fall dehnt sich das Kältemittel in dem Diffusorabschnitt der Lavaldüse richtig. Wenn jedoch der Auslassdruck der Lavaldüse zu PL4 wird, sinkt der Druck des Kältemittels nicht von PH auf PL4. In diesem Fall dehnt sich das Kältemittel in der Lavaldüse nicht ausreichend, und die Düsenwirkung ist vermindert. Deshalb sinkt die Düsenwirkung in der Lavaldüse, wenn sich entweder der Einlassdruck oder der Auslassdruck verändert.

Alternativ kann in einer regelbaren Düse, bei welcher das Ende des Nadelventils an einer stromaufwärtigen Seite des Verengungsabschnitts angeordnet ist, die Querschnittsfläche des Fluidkanals auf der stromabwärtigen Seite des Verengungsabschnitts nicht verändert werden. Wie in 20 dargestellt, sinkt der Druck an dem Verengungsabschnitt, wenn die Querschnittsfläche des Kältemittelkanals in dem Verengungsabschnitt (d.h. die Drosselfläche) reduziert ist. Wenn die Drosselfläche klein ist, wie in dem Fall, wenn sich der Druck wie durch

und ♦ dargestellt verändert, sinkt der Druck an dem Verengungsabschnitt einmal, der Druck steigt jedoch wieder zu dem Düsenauslass. Dieser Druckabfall und -anstieg wird durch eine übermäßige Dehnung zwischen dem Verengungsabschnitt und dem Düsenauslass bewirkt. In diesem Fall kann die aus der Düse ausgegebene Kältemittelgeschwindigkeit nicht bis auf die Schallgeschwindigkeit erhöht werden, und die Leistung der Ejektorpumpe sinkt.

21 ist ein Diagramm einer Druckverteilung in dem Diffusorabschnitt der Düse und einer dimensionslosen Zahl D (d.h. Kanalquerschnittsfläche in dem Diffusorabschnitt/Kanalquerschnittsfläche in dem Verengungsabschnitt), wenn sich die Drosselfläche (d.h. Kanalfläche in dem Drosselabschnitt) ändert. In 21 wird Kohlendioxid für das Kältemittel verwendet, und die Temperaturbedingung und die Druckbedingung sind in dem Düseneinlass konstant. Die in 21 dargestellte Beziehung kann auf eine Strömung über Schallgeschwindigkeit angewendet werden und kann nicht auf einen Strömungszustand angewendet werden, in welchem der Druck in der Düse steigt, weil durch eine übermäßige Dehnung eine Stoßwelle erzeugt wird.

Wie in 21 dargestellt, ändert sich die Beziehung zwischen dem Druck und der dimensionslosen Zahl D nicht stark, selbst wenn sich die Querschnittsfläche in dem Verengungsabschnitt (d.h. Drosselfläche) ändert. Insbesondere zeigen die durch die Markierungen

dargestellten Beziehungen eine ähnliche Charakteristik, wenn sich die Drosselfläche ändert. Wenn jedoch die Drosselfläche reduziert wird und sich die Düsenauslassfläche nicht ändert, wird die dimensionslose Zahl D (d.h. Kanalquerschnittsfläche in dem Düsenauslass/Kanalquerschnittsfläche in der Verengung) an dem Düsenauslass groß. Falls in diesem Fall die Kältemittelgeschwindigkeit über Schallgeschwindigkeit liegt und sich das Kältemittel am Auslass der Düse dehnt, wird der Druck des Kältemittels entsprechend der Beziehung in 21 klein. Deshalb kann sich das Kältemittel übermäßig dehnen, weil der Druck des Kältemittels am Auslass der Düse verringert ist. Demgemäß sinkt die Düsenwirkung der herkömmlichen regelbaren Düse.

In Anbetracht der obigen Probleme ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ejektorpumpe mit einer Düse vorzusehen, welche eine Düsenwirkung unabhängig von einem Betriebszustand effektiv verbessern kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ejektorpumpe vorzusehen, welche ihre Herstellungskosten effektiv reduziert, während eine Düsenleistung verbessert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Ejektorpumpe zum Pumpen eines Fluids durch Mitreißen eines Hochgeschwindigkeitsfluids eine Düse und eine Nadel. Die Düse enthält eine Fluidauslassöffnung, aus welcher das Hochgeschwindigkeits fluid gespritzt wird, und einen auf einer stromabwärtigen Seite der Fluidauslassöffnung angeordneten konischen Düsenabschnitt. Der konische Düsenabschnitt hat einen Innenkanal mit einem Radialmaß, das zu der Fluidauslassöffnung reduziert ist. Ferner besitzt eine Nadel einen in dem Innenkanal der Düse angeordneten konischen Nadelabschnitt, und der konische Nadelabschnitt hat eine zu einem stromabwärtigen Ende der Nadel reduzierte Querschnittsfläche. In der Ejektorpumpe ist das stromabwärtige Ende der Nadel bezüglich der Fluidauslassöffnung auf einer stromabwärtigen Seite positioniert, und der konische Düsenabschnitt besitzt einen Kegelwinkel (ϕ1 ), welcher gleich oder größer als ein Kegelwinkel (ϕ2) des konischen Nadelabschnitts ist.

So kann eine Düsenstrahlströmung entlang einer Außenumfangsfläche eines vorstehenden Teils der Nadel, der aus der Fluidauslassöffnung der Düse vorsteht, gebildet werden, und eine Grenzfläche des Düsenstrahlstroms des aus der Fluidauslassöffnung der Düse gespritzten Fluids besitzt eine ausgeglichene Form. Ferner wird die ausgeglichene Form entsprechend einem Druckunterschied zwischen einem Druckunterschied des Hochgeschwindigkeitsfluids und des gepumpten Fluids bestimmt und verändert. Deshalb kann das aus der Fluidauslassöffnung der Düse gespritzte Hochgeschwindigkeitsfluid eine Dehnung nahe einer geeigneten Dehnung durchführen. Weil es ferner unnötig ist, einen Diffusorabschnitt in der Düse vorzusehen, kann der Herstellungsprozess der Düse einfach gemacht werden, während die Düsenleistung verbessert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Düse einen geraden Abschnitt, der sich von der Fluidauslassöffnung zu einer stromaufwärtigen Seite um einen vorbestimmten Abstand erstreckt. In diesem Fall besitzt der gerade Abschnitt ein inneres Radialmaß, das im Wesentlichen konstant ist, und der gerade Abschnitt ist an einer direkt stromabwärtigen Seite des konischen Düsenabschnitts angeordnet. Ferner ist die Nadel in der Düse angeordnet, um einen Fluidkanal dazwischen zu definieren, der Fluidkanal besitzt einen Drosselabschnitt, bei welchem eine Querschnittsfläche des Fluidkanals am kleinsten wird, und der gerade Abschnitt und der konische Düsenabschnitt sind miteinander an dem Drosselabschnitt verbunden. Weil der gerade Abschnitt in der Düse gebildet ist, kann die Düse einfach hergestellt werden. Ferner kann, selbst wenn in der Düse kein Diffusorabschnitt vorgesehen ist, die Diffusorfunktion in der Düse aufgrund des geraden Abschnitts und der Nadel der vorliegenden Erfindung erzielt werden.

Zum Beispiel enthält der konische Nadelabschnitt einen Fußabschnitt und einen stromab des Fußabschnitts angeordneten Endabschnitt. In diesem Fall ist es möglich, einen Kegelwinkel (φ1) des Endabschnitts des konischen Nadelabschnitts unterschiedlich von einem Kegelwinkel (φ2) des Fußabschnitts des konischen Nadelabschnitts einzustellen. Ferner kann der konische Nadelabschnitt eine stromabwärtige Endfläche haben, die in einer im Wesentlichen Halbkugelform oder einer flachen Form gebildet ist. Zusätzlich kann die Nadel in einer axialen Richtung der Nadel mittels eines Stellglieds verschoben werden.

Wenn die Ejektorpumpe für einen Dampfkompressions-Kühlkreis verwendet wird, wird der Düsenstrahlstrom entsprechend einem Betriebszustand des Kreises verändert, und die Düsenleistung kann effektiv verbessert werden.

Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Dampfkompressions-Kühlkreises (Ejektorpumpenkreis), in welchem eine Ejektorpumpe der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 eine schematische Querschnittsansicht einer Ejektorpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Nadel und einer Düse in der Ejektorpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Einlasswinkel φ eines Niederdruck-Kältemittelstroms und einem Druckerhöhungsgrad des Kältemittels in der Ejektorpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5A und 5B vergrößerte schematische Querschnittsansichten von Strahlströmen A eines Kältemittels in der Ejektorpumpe, wenn ein Druckunterschied zwischen einem Druck des Hochdruckstrahlstroms A und einem Druck des Niederdruck-Kältemittelstroms verändert wird;
6 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Nadel und einer Düse in einer Ejektorpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht der Nadel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
8 eine vergrößerte schematische Darstellung der Nadel und eines an einer stromabwärtigen Seite der Nadel erzeugten Kreisstroms gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
9 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Nadel und einer Düse in einer Ejektorpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine schematische Querschnittsansicht einer Ejektorpumpe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11A und 11B vergrößerte schematische Querschnittsansichten von Strahlströmen A eines Hochdruck-Kältemittels aus einer Düse der Ejektorpumpe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, wenn eine Strömungsrate des Hochdruck-Kältemittels verändert wird;
12 ein Diagramm zur Erläuterung einer Charakteristik der Ejektorpumpe im vierten Ausführungsbeispiel, im Vergleich zu einer Charakteristik einer Ejektorpumpe mit einer Lavaldüse;
13 eine schematische Querschnittsansicht einer Ejektorpumpe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
14 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Nadel und einer Düse in der Ejektorpumpe gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
15 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Nadel und einer Düse in einer Ejektorpumpe gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
16 eine schematische Querschnittsansicht der Ejektorpumpe gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel;
17 ein p-h-Diagramm gemäß der vorliegenden Erfindung;
18 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Nadel und einer Düse in einer Ejektorpumpe gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
19A ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Druck in einer Lavaldüse und einem Abstand von einem Verengungsabschnitt, wenn ein Druckzustand in einer Einlassöffnung der Lavaldüse verändert wird, und 19B ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Druck in der Lavaldüse und dem Abstand von dem Verengungsabschnitt, wenn ein Druckzustand in einer Auslassöffnung der Lavaldüse verändert wird;
20 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Druck in einer regelbaren Ejektorpumpe und einem Abstand von einem Verengungsabschnitt, wenn eine Drosselfläche verändert wird; und
21 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Druck in der regelbaren Ejektorpumpe und einer dimensionslosen Zahl D (Diffusorkanalfläche/Drosselfläche) wenn die Drosselfläche verändert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1–5A beschrieben. Im ersten Ausführungsbeispiel wird eine Ejektorpumpe 40 der vorliegenden Erfindung typischerweise in einem Ejektorpumpenkreis für eine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet. Der in 1 dargestellte Ejektorpumpenkreis verwendet Kohlendioxid als Kältemittel.
In 1 ist ein Kompressor 10 zum Komprimieren eines Kältemittels ein Verstellkompressor. Der Kompressor 10 wird durch einen Fahrzeugmotor angetrieben, um so das Kältemittel anzuziehen und zu komprimieren. Eine Ausgabemenge des Kältemittels aus dem Kompressor 10 wird so gesteuert, dass die Temperatur und der Druck in dem Verdampfapparat 30 in einem vorbestimmten Bereich geregelt werden. Der Kompressor 10 kann ein elektrisch angetriebener Kompressor sein. In diesem Fall kann eine durch den Kompressor 10 ausgegebene Kältemittelströmungsmenge durch Steuern einer Drehzahl des Kompressors 10 geregelt werden.
Ein Kühler 20 ist ein Hochdruck-Wärmetauscher. Der Wärmeaustausch wird zwischen dem durch den Kompressor 10 ausgegebenen Kältemittel und Außenluft durchgeführt, sodass das von dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel in dem Kühler 20 gekühlt wird. Ein Verdampfapparat 30 ist ein Niederdruck-Wärmetauscher. Der Wärmeaustausch wird in dem Verdampfapparat zwischen flüssigem Kältemittel und in eine Fahrgastzelle zu blasender Luft durchgeführt, sodass das flüssige Kältemittel in dem Verdampfapparat 30 verdampft wird. Die durch den Verdampfapparat 30 strömende Luft wird gekühlt und in die Fahrgastzelle geblasen. In diesem Ausführungsbeispiel wird in dem Ejektorpumpenkreis Kohlendioxid für das Kältemittel verwendet, und der Ausgabedruck des Kompressors 10 kann auf einen Druck höher als ein kritischer Druck des Kältemittels eingestellt werden. Die Kältemitteltemperatur wird in dem Kühler 20 so gesenkt, dass die Enthalpie des Kältemittels ohne Kondensation (Phasenwechsel) des Kältemittels verringert wird. Wenn HFC134a für das Kältemittel verwendet wird, kann der Ausgabedruck des Kompressors auf einen Druck niedriger als der kritische Druck des Kältemittels eingestellt werden. In diesem Fall kondensiert das Kältemittel in dem Kühler 20, während die Enthalpie des Kältemittels verringert wird.
Das aus dem Kühler 20 strömende Hochdruck-Kältemittel wird in der Ejektorpumpe 40 dekomprimiert und gedehnt, wobei in dem Verdampfapparat 30 verdampftes dampfförmiges Kältemittel (Niederdruck-Kältemittel) angesaugt wird. Ferner wandelt die Ejektorpumpe 40 die Expansionsenergie des Kältemittels in Druckenergie um, um so den Saugdruck des Kompressors 10 zu erhöhen.
Das Kältemittel wird aus der Ejektorpumpe 40 ausgegeben und strömt in eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50, sodass das zu der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 strömende Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt wird. Das flüssige Kältemittel wird in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 gesammelt. Eine Gaskältemittel-Auslassöffnung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 ist mit einer Saugöffnung des Kompressors 10 verbunden, sodass das gasförmige Kältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 dem Kompressor 10 zugeführt wird. Eine Flüssigkältemittel-Auslassöffnung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung ist mit einer Einlassöffnung des Verdampfapparats 30 verbunden, sodass das flüssige Kältemittel der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 dem Verdampfapparat 30 zugeführt wird. Eine Dekompressionseinheit 60 ist zum Dekomprimieren des aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 strömenden flüssigen Kältemittels vorgesehen. Ein Lüfter 21 bläst Kühlluft (Außenluft) zu dem Kühler 20. Ein Lüfter 31 bläst Luft zu dem Verdampfapparat 30 zum Kühlen der Luft in dem Verdampfapparat 30. Die in dem Verdampfapparat 30 gekühlte Luft wird in die Fahrgastzelle geblasen.
Als nächstes wird der Aufbau der Ejektorpumpe 40 im Detail beschrieben. Wie in 2 dargestellt, ist die Ejektorpumpe 40 mit einer Düse 41, einem Mischabschnitt 42, einem Diffusor 43 und einer Nadel 44 oder dergleichen aufgebaut. Die Düse 41 dekomprimiert und dehnt das in die Düse 41 von dem Kühler 20 strömende Hochdruck-Kältemittel isentropisch. Die Düse 41 wandelt die Druckenergie des Hochdruck-Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie des Hochdruck-Kältemittels um. Der Mischabschnitt 42 mischt das aus der Düse 41 gespritzte Kältemittel und das aus dem Verdampfapparat 30 durch den aus der Düse 41 gespritzten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom angesaugte gasförmige Kältemittel. Der Diffusor 43 erhöht den Kältemitteldruck, während er die Geschwindigkeitsenergie des aus der Düse 41 gespritzten Hochdruckgeschwindigkeits-Kältemittels in die Druckenergie umwandelt, wobei das aus der Düse 41 gespritzte Kältemittel und das aus dem Verdampfapparat 30 angesaugte Kältemittel vermischt werden. Die Nadel 44 ist in einer konisch zulaufenden Form ausgebildet, bei welcher sich die axiale Querschnittsfläche der Nadel 44 zu einem stromabwärtigen Spitzenende der Nadel 44 verringert.
Die Düse 41 und die Nadel 44 sind aus einem metallischen Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl zum Verhindern von Erosion und Korrosion aufgrund einer Kavitation, die erzeugt wird, wenn sich das Kältemittel dehnt, gemacht.
Ein Gehäuse 45 ist ein etwa zylindrisches Element, das den Mischabschnitt 42 und den Diffusor 43 bildet. Eine Auslassöffnung 45a des Diffusors 43 ist mit einer Einlassöffnung der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 verbunden.
Ein Block 46 ist aus einem metallischen Material gemacht und ist zum Aufnehmen der Düse 41 ausgebildet. Der Block 46 weist einen mit einer Ausgabeseite des Kühlers 20 verbundenen Hochdruck-Kältemitteleinlass 46a und einen mit einem Auslass des Verdampfapparats 30 verbundenen Niederdruck-Kältemitteleinlass 46b auf. Das Gehäuse 45 und der Block 46 sind miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden. Das Gehäuse 45 und der Block 46 sind aus Aluminium, rostfreiem Stahl, Messing oder dergleichen gemacht.
Die Nadel 44 ist koaxial an der Düse 41 pressbefestigt. Die die Nadel 44 aufnehmende Düse 41 ist an dem Block 46 pressbefestigt, sodass die Nadel 44 und die Düse 41 an dem Block 46 angebracht sind. Die Düse 41 ist in ein Loch des Blocks 46 presseingesetzt, und das Loch des Blocks 46 ist mit einem Deckel 46c verstopft. Der Deckel 46c wird als Halteeinheit der Nadel 44 benutzt.
Das aus der Düse 41 strömende Kältemittel und das aus dem Verdampfapparat 30 in die Ejektorpumpe 40 strömende Kältemittel werden in dem Mischabschnitt 42 vermischt, wobei die Summe des kinetischen Impulses des aus der Düse 41 gespritzten Kältemittelstroms und des kinetischen Impulses des aus dem Verdampfapparat 30 in die Ejektorpumpe 40 gesaugten Kältemittelstroms erhalten bleibt. Deshalb steigt der statische Druck des Kältemittels in dem Mischabschnitt 42 der Ejektorpumpe 40.
Außerdem wird die Querschnittsfläche des Kältemittelkanals in dem Diffusor 43 allmählich größer, sodass der dynamische Druck des Kältemittels in den statischen Druck umgewandelt wird. Deshalb wird der Kältemitteldruck in sowohl dem Misch abschnitt 42 als auch dem Diffusor 43 (Druckerhöhungsabschnitt) in der Ejektorpumpe 40 erhöht.
Es ist bevorzugt, dass der Kältemitteldruck in dem Mischabschnitt 42 erhöht wird, wobei der kinetische Gesamtimpuls der zwei Arten von Kältemittelströmen erhalten bleibt. Hierbei sind die zwei Arten der Kältemittelströme der aus der Düse 41 gespritzte Kältemittelstrom und der aus dem Verdampfapparat 30 angesaugte Kältemittelstrom. Die Energie beider Kältemittelströme bleibt in einer idealen Ejektorpumpe in dem Diffusor 43 erhalten.
Wie in 3 dargestellt, ist die Düse 41 eine konische Düse, bei welcher ein konisch zulaufender Düsenabschnitt 41c ausgebildet ist. Die Kältemittelkanalfläche in dem konisch zulaufenden Düsenabschnitt 41c verringert sich zu einer Düsenauslassöffnung 41b (Fluidauslassöffnung). Eine Außenumfangswand des konischen Düsenabschnitts 41c ist ebenfalls in einer konischen Form geformt, um so im Wesentlichen parallel zu einer Innenumfangswand des konischen Düsenabschnitts 41c zu sein.
Ein konisch zulaufender Abschnitt 44a ist in einem Spitzenendabschnitt der Nadel 44, der in dem konisch zulaufenden Abschnitt 41c der Nadel 41 angeordnet ist, ausgebildet. Der konisch zulaufende Abschnitt 44a ist in einer konischen Form ausgebildet, in welcher die Querschnittsfläche des konisch zulaufenden Abschnitts 44a zu seinem auf der Seite des Mischabschnitts 42 angeordneten Spitzenende kleiner wird. Das Spitzenende der Nadel 44 reicht aus dem Düsenauslass (Fluidauslass oder Verengungsabschnitt) 41b an der stromabwärtigen Seite des Kältemittelstroms heraus.
Ein Kegelwinkel ϕ1 des konisch zulaufenden Abschnitts 41c ist gleich oder größer als ein Kegelwinkel ϕ2 des konisch zulaufenden Abschnitts 44a der Nadel 44 eingestellt. Ein Kältemittelkanal ist zwischen der Innenumfangsfläche des konisch zulaufenden Abschnitts 41c und der Außenumfangsfläche des konisch zulaufenden Abschnitts 44a der Nadel 44 ausgebildet. Ferner ist der Kältemittelkanal 41 so ausgebildet, dass die Querschnittsfläche des Kältemittelkanals 41a bei der Düsenauslassöffnung 41b minimal wird. D.h. im ersten Ausführungsbeispiel ist die Düsenauslassöffnung 41b der Verengungsabschnitt der Düse 41, wo ein radiales Innen maß am meisten verringert ist, und ist auch ein Drosselabschnitt, wo die Kanalquerschnittsfläche des Kältemittelkanals 41a am meisten verringert ist.
Als nächstes wird die Funktionsweise des Ejektorpumpenkreises im Detail beschrieben. Das Kältemittel wird in dem Kompressor 10 komprimiert und von dem Kompressor 10 zu dem Kühler 20 ausgegeben, um in dem Ejektorpumpenkreis 1 zu zirkulieren. Das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel wird in dem Kühler 20 gekühlt. Das in dem Kühler 20 gekühlte Kältemittel wird in der Düse 41 der Ejektorpumpe 40 isentropisch dekomprimiert und gedehnt und strömt mit einer Geschwindigkeit höher als Schallgeschwindigkeit in den Mischabschnitt 42.
Das aus der Düse 41 in den Mischabschnitt 42 strömende Hochgeschwindigkeits-Kältemittel hat aufgrund des Mitreißens des Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms eine Pumpwirkung. Das in dem Verdampfapparat 30 verdampfte Kältemittel wird durch Pumpwirkung des Hochgeschwindigkeits-Kältemittels in den Mischabschnitt 42 gesaugt. So wird das Kältemittel auf der Niederdruckseite in dem Ejektorpumpenkreis in der Reihenfolge der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 → der Dekompressionseinheit 60 → des Verdampfapparats 30 → der Ejektorpumpe 30 (Druckerhöhungsabschnitt) → der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 zirkuliert.
Das aus dem Verdampfapparat 30 gesaugte Kältemittel (Saugstrom) und das von der Düse 41 ausgegebene Kältemittel (Antriebsstrom) werden in dem Mischabschnitt 42 vermischt, und der dynamische Druck sowohl des Saugstroms als auch des Antriebsstroms wird in dem Diffusor 43 in statischen Druck umgewandelt. Das vermischte Kältemittel in dem Mischabschnitt 42 und dem Diffusor 43 strömt in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50.
Ein Einlasswinkel φ in 3 ist ein Kegelwinkel einer Innenwandfläche des Gehäuses 45 zum Definieren eines Strömungskanals, in welchem das aus dem Verdampfapparat 30 angesaugte Niederdruck-Kältemittel strömt. Wenn der Einlasswinkel ϕ groß wird, wird eine Geschwindigkeitskomponente des Niederdruck-Kältemittels in der axialen Richtung klein. Hierbei ist die Geschwindigkeitskomponente des Niederdruck-Kältemittels in der axialen Richtung eine Geschwindigkeitskomponente des Niederdruck-Kältemittels in der Strahlrichtung in der Düse 41. Deshalb wird ein Druckerhöhungsgrad in der Ejektorpumpe 40 klein. Es ist gemäß Studien der Erfinder bevorzugt, dass der Einlasswinkel ϕ gleich oder kleiner als 40° eingestellt ist.
4 zeigt Berechnungsdaten eines Druckgrades (d.h. Druckerhöhungsgrades) der Ejektorpumpe 40. In 4 ist ein Druckerhöhungsgrad der Ejektorpumpe 40, wenn der Einlasswinkel ϕ 0° beträgt, als ein Standardwert (d.h. 1,0) eingestellt. Als Annahmen der Berechnung in 4 ist das in dem Kühlkreis (Ejektorpumpenkreis) verwendete Kältemittel Kohlendioxid, und die Außentemperatur (TAM) ist auf 25°C und 35°C gesetzt. Gemäß den Berechnungsdaten sinkt der Druckerhöhungsgrad, wenn der Einlasswinkel ϕ größer wird. Der Druckerhöhungsgrad sinkt relativ leicht, während der Einlasswinkel ϕ zwischen 0° und etwa 40° liegt. Jedoch sinkt der Druckerhöhungsgrad schnell, wenn der Einlasswinkel ϕ größer als etwa 40° ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ragt der konisch zulaufende Abschnitt 44a der Nadel 44 aus dem Düsenauslass 41d, um so die Seite des Mischabschnitts 42 zu erreichen. Wie in 5A und 5B dargestellt, strömt das Hochdruck-Kältemittel in den Kältemittelkanal 41a (d.h. Umfangskanal um die Nadel 44) und wird aus der Düsenauslassöffnung 41b ausgegeben. Das aus der Düsenauslassöffnung 41b ausgegebene Kältemittel strömt durch die Trägheitskraft und einen Coanda-Effekt oder dergleichen entlang der Oberfläche der Nadel 44 (d.h. des konisch zulaufenden Abschnitts 44a).
Die Querschnittsfläche des konisch zulaufenden Abschnitts 44a wird zu der stromabwärtigen Seite des Kältemittelstroms kleiner. Deshalb breitet sich ein aus der Düsenauslassöffnung 41b der Düse 41 ausgegebener Strahlstrom (Düsenstrahlstrom A) allmählich zu der Achse der Düse 41 aus, wenn das Kältemittel zu der stromabwärtigen Seite strömt.
Im Gegensatz dazu breitet sich eine Grenzfläche AO, welche ein Außenumfang des Düsenstrahlstroms A ist, zu einer Position aus, wo der Düsenstrahlstrom A und das um den Düsenstrahlstrom A strömende Niederdruck-Kältemittel miteinander im Gleichgewicht sind. Hierbei ist das um den Düsenstrahlstrom A strömende Niederdruck-Kältemittel das aus dem Verdampfapparat 30 gesaugte Kältemittel. Wenn eine große Menge Kältemittel in die Düse 41 strömt, wird ein Druckunterschied zwischen dem Düsenstrahlstrom A und dem um den Düsenstrahlstrom A strömenden Nieder druck-Kältemittel größer. In diesem Fall ist, wie in 5A dargestellt, der Durchmesser der Grenzfläche AO erweitert. Wenn dagegen eine kleine Menge Kältemittel in die Düse 41 strömt, wird der Druckunterschied zwischen dem Düsenstrahlstrom A und dem Niederdruck-Kältemittelstrom klein. In diesem Fall ist, wie in 5B dargestellt, der Durchmesser der Grenzfläche AO reduziert.
Das in die Düse 41 strömende Kältemittel wird zu der Düsenauslassöffnung 41b in der Düse 41 gedrosselt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels wird zu der Düsenauslassöffnung 41b der Düse 41 erhöht. So gelangt das in der Düse 41 strömende Kältemittel an der Düsenauslassöffnung 41b in den kritischen Zustand, und die Geschwindigkeit des Kältemittels wird an der Düsenauslassöffnung 41b zu Mach 1.
Der aus der Düsenauslassöffnung 41b ausgegebene Düsenstrahlstrom A wird gedehnt und gesiedet, sodass die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Düsenauslassöffnung 41b ausgegebenen Kältemittels Mach 1 überschreitet (d.h. Überschallgeschwindigkeit). D.h. die Geschwindigkeit des aus der Düsenauslassöffnung 41b ausgegebenen Kältemittels wird ähnlich einem Fall, bei welchem die Lavaldüse in der Ejektorpumpe 40 verwendet wird, bis auf Überschallgeschwindigkeit erhöht.
Im ersten Ausführungsbeispiel hat die Grenzfläche AO des Düsenstrahlstroms A in einem richtigen Expansionsmodus eine ausgeglichene Form. Die ausgeglichene Form wird entsprechend dem Druckunterschied zwischen dem Niederdruck-Kältemittelstrom aus dem Verdampfapparat 30 und dem Düsenstrahlstrom A bestimmt und verändert. Dagegen ist die Form des Diffusorabschnitts der Lavaldüse eine vorbestimmte feste Form. Deshalb wird in dem Fall, in welchem die Lavaldüse verwendet wird, das aus einem Verengungsabschnitt in der Lavaldüse ausgegebene Kältemittel nicht notwendigerweise in einem richtigen Expansionsmodus gedehnt.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Grenzfläche AO des Düsenstrahlstroms A selbst geregelt und variiert natürlich der Ejektorpumpe 40. Deshalb kann im ersten Ausführungsbeispiel der Düsenstrahlstrom A schnell in dem richtigen Expansionsmodus aufweiten. In der Lavaldüse ist dagegen eine Expansion des Kältemittels aus der Düse 41 durch die Form des Diffusorabschnitts beschränkt, sodass ein Düsen strahlstrom A nicht notwendigerweise in dem richtigen Expansionsmodus gedehnt werden kann.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel in einem Fall, wenn der Druck des Niederdruck-Kältemittelstroms aus dem Verdampfapparat 30 verändert wird, während der Einlassdruck der Düse 41 und die Einlasstemperatur der Düse 41 konstant sind, wenn der Druck des Niederdruck-Kältemittelstroms sinkt, der Druckunterschied zwischen dem Düsenstrahlstrom A und dem Niederdruck-Kältemittelstrom größer, sodass der Strahlstrom erweitert ist. Wenn dagegen der Druck des Niederdruck-Kältemittelstroms steigt, wird der Druckunterschied zwischen dem Düsenstrahlstrom A und dem Niederdruck-Kältemittelstrom kleiner, sodass der Strahlstrom schwierig zu erweitern ist.
Wie oben beschrieben, ist im ersten Ausführungsbeispiel der Düsenstrahlstrom A entlang dem vorstehenden Teil der Nadel 44, welcher aus der Düsenauslassöffnung 41b in den Mischabschnitt 42 ragt, eingestellt, sodass eine Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A allmählich größer wird, wie in 5A dargestellt. Die Grenze zwischen dem Düsenstrahlstrom A und dem Niederdruck-Kältemittelstrom wird entsprechend dem Betriebszustand des Ejektorpumpenkreises verändert, sodass ein Expansionsmodus, welcher nahe dem richtigen Expansionsmodus ist, erzielt werden kann. Außerdem kann der Ejektorpumpenkreis betrieben werden, wobei die hohe Leistung des Ejektorpumpenkreises unabhängig von einer Schwankung der Wärmelast gehalten wird.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist in der Düse 41 kein Diffusorabschnitt ausgebildet, in welchem die Kältemittelströmungsgeschwindigkeit erhöht wird. Deshalb kann der Herstellungsprozess der Düse 41 reduziert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Düsenauslassöffnung 41b so ausgebildet, dass sie den minimalen Abschnitt (Drosselabschnitt) in der Kältemittelkanalfläche der Düse 41 besitzt. In der Lavaldüse muss dagegen der minimale Abschnitt (Drosselabschnitt) der Kältemittelkanalfläche in einer Mitte eines Kältemittelkanals gebildet werden. Deshalb ist in diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu der Lavaldüse bei der Herstellung der Düse 41 die Bearbeitbarkeit verbessert und die Toleranz kann einfach gesteuert werden. Deshalb können die Herstellungskosten der Düse im ersten Ausführungsbeispiel effektiv reduziert werden.
Im Allgemeinen wird in der Lavaldüse ein Expansionswinkel des Diffusorabschnitts auf 1°–2° hergestellt, um eine Trennung der Strömung von der Innenfläche des Diffusorabschnitts zu verhindern und eine hohe Düsenleistung zu verbessern. Deshalb muss der Diffusorabschnitt in der Lavaldüse präzise hergestellt werden. Die Düsenleistung ist ein Verhältnis der kinetischen Energie des Düsenstrahlstroms zu der Expansionsenergie des Kältemittels. Im ersten Ausführungsbeispiel kann dagegen durch die oben beschriebene Düsenkonstruktion eine hohe Düsenleistung erzielt werden, während im Vergleich zu der Lavaldüse keine exakte Herstellung unbedingt notwendig ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung strömt, wie oben beschrieben, der Düsenstrahlstrom A entlang der aus der Düsenauslassöffnung 41b in den Mischabschnitt 42 ragenden Nadel 44, sodass die Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A allmählich größer wird. Die Strahlstromgrenze AO zwischen dem Düsenstrahlstrom A und dem Niederdruck-Kältemittelstrom ändert sich entsprechend dem Betriebszustand, wie beispielsweise dem Druckunterschied, sodass die im Wesentlichen richtige Expansion durchgeführt werden kann. Außerdem kann der Ejektorpumpenkreis unter Beibehaltung einer hohen Leistung des Ejektorpumpenkreises unabhängig von dem Einlassdruck und dem Auslassdruck betrieben werden. Außerdem wird der Düsenstrahlstrom A automatisch entsprechend dem Betriebszustand verändert, sodass die im Wesentlichen richtige Expansion durchgeführt werden kann. Die einzige Art der Düse kann in dem Ejektorpumpenkreis unter Beibehaltung der hohen Leistung des Ejektorpumpenkreises unabhängig von der speziellen Kühlleistung und dem Konstruktionsdruckzustand verwendet werden.
Der Kegelwinkel ϕ2 des konisch zulaufenden Abschnitts 44a der Düse 44 kann von einem Fußabschnitt der Nadel 44 zu dem Spitzenende der Nadel 44 verändert werden. Insbesondere ist der Fußabschnitt der Nadel 44 ein Abschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a, der auf der stromaufwärtigen Seite des Kältemittelstroms, d.h. auf der Seite des zylindrischen Abschnitts der Nadel 44 bezüglich des Spitzenendes der Nadel 44 angeordnet ist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6–8 beschrieben. Wie in 6 und 7 dargestellt, ist der Spitzenendabschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a im zweiten Ausführungsbeispiel in einer flachen Form oder einer im Wesentlichen Halbkugelform ausgebildet.
Der Spitzenendabschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a der Nadel 44 ist in dem Düsenstrahlstrom A angeordnet. Der Spitzenendabschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a wird aufgrund einer Kavitation in dem Düsenstrahlstrom A leicht erodiert. Deshalb wird der diametral kleine Spitzenendabschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a aufgrund der Erosion leicht abgeschabt, und der Spitzenendabschnitt kann einfach verformt werden. Außerdem ist es schwierig, den außerordentlich dünnen Spitzenendabschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a herzustellen. Deshalb können die Herstellungskosten der Nadel 44 erhöht sein.
Im zweiten Ausführungsbeispiel, wie es in 6 und 7 dargestellt ist, ist dagegen der dünne Spitzenendabschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a entfernt, um so in die flache Form oder die im Wesentlichen Halbkugelform gebildet zu sein, sodass die Bearbeitbarkeit des konisch zulaufenden Abschnitts 44a verbessert ist. Deshalb kann eine Verformung des Spitzenendabschnitts des konisch zulaufenden Abschnitts 44a durch Erosion unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben, strömt der Düsenstrahlstrom A mit einer hohen Geschwindigkeit (z.B. über 100 m/s) entlang der Oberfläche der Nadel 44. Wie in 8 dargestellt, wird ein kleiner Kreisstrom (Wirbelstrom) um den Spitzenendabschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a erzeugt, wenn der konische Spitzenendabschnitt nicht in der Nadel 44 ausgebildet ist. Jedoch ändert sich der Düsenstrahlstrom A im Vergleich zu dem Fall, dass der spitze Spitzenendabschnitt des konisch zulaufenden Abschnitts 44a ausgebildet ist, nicht wesentlich, selbst wenn der konische Spitzenendabschnitt nicht in der Nadel 44 ausgebildet ist.
Der Düsenstrahlstrom A verändert sich unabhängig vom Vorsehen des spitzen Spitzenendabschnitts der Düse 44 nicht deutlich. Deshalb kann der Ejektorpumpenkreis unter Beibehaltung der hohen Düsenleistung betrieben werden, selbst wenn die Nadel 44 des zweiten Ausführungsbeispiels (d.h. die Nadel 44 ohne spitzen Spitzenendabschnitt) in der Düse 41 verwendet wird.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 9 beschrieben. Wie in 9 dargestellt, ist im dritten Ausführungsbeispiel ein gerader Abschnitt 41e in der Düse 41 an einem stromabwärtigen Endbereich ausgebildet. Eine Querschnittsfläche (radiales Innenmaß) des geraden Abschnitts 41e bleibt im Wesentlichen konstant. Insbesondere ist der gerade Abschnitt 41e zwischen der Düsenauslassöffnung 41b und einem Verengungsabschnitt 41d, wo die Querschnittsfläche des Strömungskanals am meisten reduziert ist, ausgebildet.
Die Düsenauslassöffnung 41b ist ein Abschnitt, in welchem das radiale Innenmaß in der konischen Düse am meisten reduziert ist. Falls jedoch der konische Düsenabschnitt 41c maschinell hergestellt wird, ändert sich, wenn sich bei der maschinellen Bearbeitung ein Gesamtzufuhrmaß einer Bearbeitungsmaschine ändert, der Durchmesser der Düsenauslassöffnung 41b in Abhängigkeit von dem Gesamtzufuhrmaß der Bearbeitungsmaschine. Wenn die Düse 41 durch Gießen gebildet wird, ist ein Endbearbeitungsprozess an der gegossenen Düse 41 durch eine zusätzliche maschinelle Bearbeitung notwendig. Auch in diesem Fall ändert sich der Durchmesser der Düsenauslassöffnung 41b in Abhängigkeit von der Schwankung des Gesamtzufuhrgrades der Bearbeitungsmaschine bei der maschinellen Bearbeitung.
Im dritten Ausführungsbeispiel ist dagegen der gerade Abschnitt 41e an dem stromabwärtigen Endbereich auf der Seite der Düsenauslassöffnung 41b ausgebildet. Der Gesamtzufuhrgrad des Schnittwerkzeugs der Bearbeitungsmaschine kann sich in dem Bearbeitungsprozess des konischen Abschnitts ändern. Auch in diesem Fall wird der Innendurchmesser des geraden Abschnitts 41e zu dem Innendurchmesser des Düsenabschnitts 41c bei der am meisten reduzierten Querschnittsfläche (Drosselabschnitt) in dem Strömungskanal, sofern der gerade Abschnitt 41e existiert. Hier ist der Innendurchmesser des Düsenabschnitts 41c an dem Drosselabschnitt im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Verengungsabschnitts 41d. Demgemäß kann eine Schwankung des Innendurchmessers des Düsenabschnitts 41c an dem Drosselabschnitt einfach geregelt werden, sodass ein Herstellungsprozess der Düse 41 deutlich reduziert werden kann.
Wenn der gerade Abschnitt 41e auf der Seite der Düsenauslassöffnung 41b ausgebildet ist, ist der Drosselabschnitt an einem Verbindungsabschnitt eingestellt, wo der gerade Abschnitt 41e mit dem stromabwärtigen Ende des konischen Düsenabschnitts 41c verbunden ist. Deshalb wird die Kanalquerschnittsfläche von dem stromabwärtigen Ende des konischen Düsenabschnitts 41c allmählich größer, wenn das Kältemittel zu der Düsenauslassöffnung 41b strömt. Die Kanalquerschnittsfläche ist durch die Außenumfangsfläche des konisch zulaufenden Abschnitts 44a und den geraden Abschnitt 41e in der Düse 41 gebildet. Ferner ist der Innendurchmesser des geraden Abschnitts 41e im Wesentlichen konstant, und die Querschnittsfläche des konisch zulaufenden Abschnitts 44a wird zu der stromabwärtigen Seite allmählich geringer. Deshalb wird die Kanalquerschnittsfläche in dem geraden Abschnitt 41e zu der stromabwärtigen Endseite größer.
Deshalb beginnt das Kältemittel die Expansion und das Sieden in dem geraden Abschnitt 41e. Demgemäß wird, falls der gerade Abschnitt 41e übermäßig lang ist, eine dimensionslose Zahl D (Kanalquerschnittsfläche in dem geraden Abschnitt/Querschnittsfläche des Verengungsabschnitts) übermäßig groß. In diesem Fall dehnt sich das Kältemittel in dem geraden Abschnitt 41e übermäßig und die Düsenleistung der Düse 41 sinkt. Demgemäß muss die Länge des geraden Abschnitts 41e auf eine vorbestimmte Länge eingestellt sein, sodass die übermäßige Expansion in dem geraden Abschnitt 41e nicht bewirkt wird. Weil auch im dritten Ausführungsbeispiel der konisch zulaufende Abschnitt 44a der Nadel 44 aus der Düsenauslassöffnung 41b ragt, können die Vorteile ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 10–12 beschrieben. Wie in 10 dargestellt, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Stellglied 47 zum Verschieben der Nadel 44 in der axialen Richtung der Nadel 44 vorgesehen. Die Nadel 44 wird entsprechend einer Strömungsmenge des in die Düse 41 strömenden Hochdruck-Kältemittels verschoben, sodass ein wesentlicher Öffnungsgrad der Düsenauslassöffnung 41b geregelt und variiert werden kann.
Ein Schrittmotor wird für das Stellglied 47 in diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Die Nadel 44 wird entsprechend einem Drehgrad des Schrittmotors in der axialen Richtung der Nadel 44 verschoben.
Das Kältemittel strömt in die Düse 41, und die Kältemittelgeschwindigkeit steigt in diesem Ausführungsbeispiel in der Düse bis auf die Schallgeschwindigkeit. Demgemäß wird eine Strömungsrate des durch die Düse 41 gelangenden Kältemittels durch den Kältemittelzustand auf der Niederdruckseite in der Ejektorpumpe 40 nicht wesentlich beeinflusst.
Eine Strömungsrate des durch die Düse 41 strömenden Kältemittels hat eine proportionale Beziehung zu einem Wert, welcher durch Multiplizieren der Querschnittsfläche eines Verengungsabschnitts in der Düse 41 und des Drucks des in die Düse 41 strömenden Kältemittels berechnet wird. Hier hat der Verengungsabschnitt in der Düse 41 die kleinste Querschnittsfläche in dem Kältemittelströmungskanal der Düse 41. Wenn sich die Wärmelast des Ejektorpumpenkreises ändert, ändert sich der Betriebszustand des Ejektorpumpenkreises. In diesem Fall ändern sich die Strömungsrate des Hochdruck-Kältemittels und der Druck des Hochdruck-Kältemittels. Demgemäß ändert sich eine für den Verengungsabschnitt benötigte Kanalquerschnittsfläche.
Im vierten Ausführungsbeispiel wird die Nadel 44 verschoben und die Kanalquerschnittsfläche des Verengungsabschnitts verändert, sodass konstant eine geeignete Kanalquerschnittsfläche des Verengungsabschnitts gehalten werden kann. So kann der Ejektorpumpenkreis effizient betrieben werden. Im Detail wird, wie in 11A dargestellt, die Kanalquerschnittsfläche des Verengungsabschnitts 44b durch das Nadelventil 44 vergrößert, wenn die Strömungsrate des Hochdruck-Kältemittels vergrößert wird. Dagegen wird, wie in 11B dargestellt, die Kanalquerschnittsfläche des Verengungsabschnitts 44b durch das Nadelventil 44 verringert, wenn die Strömungsrate des Hochdruck-Kältemittels gesenkt wird.
Im vierten Ausführungsbeispiel wird, wenn die Nadel 44 zu der dem Mischabschnitt 42 abgewandten Seite verschoben wird, wie in 11A dargestellt, die Kanalquerschnittsfläche des Verengungsabschnitts (d.h. die Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A) vergrößert. In dieser Situation wird eine relative Querschnittsfläche der Nadel 44 in dem Düsenstrahlstrom A an dem Düsenauslass 44b bezüglich der gesamten Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A klein. Demgemäß ändert sich die Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A nicht groß, während der Düsenstrahlstrom A entlang der Oberfläche der Nadel 44 zu der stromabwärtigen Seite der Düsenauslassöffnung 41b strömt. D.h. der Erweiterungsgrad der Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A wird an der Düsenauslassöffnung 41b klein. In diesem Fall ist der Druckabfall des Düsenstrahlstroms A an der Düsenauslassöffnung 41b klein. Deshalb wird, wenn der Öffnungsgrad des Verengungsabschnitts (Düsenauslassöffnung 41b) größer ist, der Druckunterschied zwischen dem Düsenstrahlstrom A und dem von dem Verdampfapparat 30 zu dem Mischabschnitt 42 gesaugten Niederdruck-Kältemittel an der Düsenauslassöffnung 41b groß. Wie oben beschrieben, dehnt sich demgemäß die Grenzfläche A0 des Düsenstrahlstroms A an der Düsenauslassöffnung 41b (Verengungsabschnitt).
Wenn dagegen die Nadel 44 zu der Seite des Mischabschnitts 42 verschoben wird, wie in 11B dargestellt, wird die Kanalquerschnittsfläche des Verengungsabschnitts (Düsenauslassöffnung 41b) kleiner. In dieser Situation wird die relative Querschnittsfläche der Nadel 44 in dem Düsenstrahlstrom A an dem Düsenauslass 41b bezüglich der gesamten Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A groß. Demgemäß ändert sich die Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A stark, während der Düsenstrahlstrom A entlang der Oberfläche der Nadel 44 zu der stromabwärtigen Seite der Düsenauslassöffnung 41b gebildet ist. D.h. der Erweiterungsgrad der Querschnittsfläche des Düsenstrahlstroms A wird an der Düsenauslassöffnung 41b groß. In diesem Fall wird der Druckabfall des Düsenstrahlstroms A an der Düsenauslassöffnung 41b groß. Wenn deshalb der Öffnungsgrad des Verengungsabschnitts (Düsenauslassöffnung 41b) klein ist, wird der Druckunterschied zwischen dem Düsenstrahlstrom A und dem von dem Verdampfapparat 30 zu dem Mischabschnitt 42 gesaugten Niederdruck-Kältemittel an der Düsenauslassöffnung 41b klein. Weil das Hochdruck-Kältemittel wegen des Druckabfalls an der Düsenauslassöffnung 41b dekomprimiert wird, wird der Druck des Hochdruck-Kältemittels näher zu dem Druck des Niederdruck-Kältemittels. Wie oben beschrieben, dehnt sich demgemäß die Grenzfläche A0 des Düsenstrahlstroms A an dem Düsenauslass 41b nicht leicht.
Deshalb ändert sich in diesem Ausführungsbeispiel die Form des Düsenstrahlstroms automatisch entsprechend der Veränderung der Kanalquerschnittsfläche des Verengungsabschnitts (Düsenauslass 41b). Demgemäß ändert sich die Kanalquerschnittsfläche des Kältemittelstroms in der Düsenauslassöffnung 41b automatisch entsprechend der Änderung der Querschnittsfläche des Verengungsabschnitts.
Wenn zum Beispiel ein Druck des in die Düse 41 strömenden Kältemittels konstant ist, wird die dimensionslose Zahl D (21) in dem geeigneten Expansionsmodus konstant. Hierbei wird die dimensionslose Zahl D durch Teilen der Querschnittsfläche des Strömungskanals in der Düse 41 durch die Querschnittsfläche des Verengungsabschnitts berechnet. Deshalb kann in diesem Ausführungsbeispiel die dimensionslose Zahl D unabhängig von der in die Düse 41 strömenden Kältemittelmenge konstant gehalten werden.
Eine Beziehung zwischen einem Druckerhöhungsgrad in der Ejektorpumpe und einer Kältemittelströmungsmenge in der Düse ist in 12 bezüglich des Falls der Düse 41 in diesem Ausführungsbeispiel und des Falls unterschiedlicher Arten der Lavaldüsen, die für jeden Betriebszustand optimiert sind, dargestellt. Hier werden in diesem Ausführungsbeispiel die einzelne Düse 41 und die einzelne Nadel 44 verwendet, und nur die relative Position zwischen der Düse 41 und der Nadel 44 wird in dem Versuch in 12 verändert.
Die Ejektorpumpe in diesem Ausführungsbeispiel kann eine Leistung äquivalent zu den für jeden Betriebszustand optimierten Lavaldüsen erzeugen. Deshalb können sich die einzelne Düse 41 und die einzelne Nadel 44 in diesem Ausführungsbeispiel an die Veränderung des Betriebszustandes anpassen.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 13 und 14 beschrieben. Wie in 13 dargestellt, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Proportionalelektromagnet für das Stellglied 47 angewendet.
Die Motordrehzahl ändert sich entsprechend einer Antriebslast in einem Fahrzeug. Deshalb kann die Drehzahl des Kompressors 10 plötzlich geändert werden, wenn der Kompressor 10 durch einen Antriebsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird, selbst wenn sich eine Klimalast nicht ändert. Die Nadel 44 muss schnell verschoben werden, sodass die plötzliche Veränderung der Drehzahl des Kompressors 10 schnell absorbiert werden kann.
Der Proportionalelektromagnet wird in diesem Ausführungsbeispiel zum Betätigen der Nadel 44 verwendet. Der Proportionalelektromagnet hat eine schnellere Reaktionscharakteristik im Vergleich zu dem Schrittmotor des vierten Ausführungsbeispiels.
Wie in 14 dargestellt, wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Magnetfeld in einer Elektromagnetspule des Proportionalelektromagneten erzeugt und gesteuert. Im Detail wird die elektromagnetische Kraft (Elektromagnetkraft) so gesteuert, dass die Elektromagnetkraft und ein Druckunterschied zwischen dem Hochdruck-Kältemittelstrom und dem Niederdruck-Kältemittelstrom um die Düse 41 im Gleichgewicht sind, sodass die Position der Nadel 44 eingestellt wird. Die Federkraft einer Feder 100 in der Ejektorpumpe 40 wird in diesem Ausführungsbeispiel im Voraus so bestimmt, dass die Düsenauslassöffnung 41b durch die Nadel 44 nicht geschlossen wird, selbst wenn der Druckunterschied um die Düse 41 (insbesondere um die Düsenauslassöffnung 41b9 maximal wird.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Das sechste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 15–17 beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Kegelwinkel des konisch zulaufenden Abschnitts 44a der Nadel 44 von dem Fußabschnitt der Nadel 44 zu dem Spitzenendabschnitt der Nadel 44 konstant. Wie in 15 dargestellt, ist im sechsten Ausführungsbeispiel der konische Abschnitt 44a mit einem Fußabschnitt 44a1 angrenzend an einen zylindrischen Abschnitt 44c und einem Endseitenabschnitt 44a2 aufgebaut. Ein Kegelwinkel φ1 des Endseitenabschnitts 44a2 der Nadel 44 wird so vorbestimmt, dass er kleiner als ein Kegelwinkel φ2 des Fußabschnitts 44a1 der Nadel 44 in diesem Ausführungsbeispiel ist. Hier ist der Fußabschnitt 44a1 der Nadel 44 bezüglich des Endseitenabschnitts 44a2 der Nadel 44 auf der Seite des zylindrischen Abschnitts 44c der Nadel 44 angeordnet. D.h. der Kegelwinkel des konischen Abschnitts 44a ändert sich zwischen dem Spitzenendabschnitt 44a2 und dem Fußabschnitt 44a1 in dem konischen Abschnitt 44a der Nadel 44 von φ1 zu φ2.
Hier ist der Kegelwinkel φ2 des Fußabschnitts 44a1 der Nadel 44 ein Winkel eines Abschnitts, in welchem die Querschnittsfläche des konischen Abschnitts 44a (Fußabschnitt 44a1) der Nadel 44 maximal wird. Der Fußabschnitt 44a1 der Nadel 44 ist an der dem Endseitenabschnitt 44a2 des konischen Abschnitts 44a der Nadel 44 axial abgewandten Seite angeordnet.
Eine Veränderung der Kanalquerschnittsfläche (Verengungsabschnittsfläche) des Verengungsabschnitts der Düse 41 kann bezüglich eines Verstellmaßes der Nadel 44 im Vergleich zu jenen im vierten Ausführungsbeispiel und dem fünften Ausführungsbeispiel erhöht werden. Deshalb kann der Verstellbereich der Nadel 44 verringert werden, sodass die Ejektorpumpe 40 verkleinert werden kann.
Wie in 16 dargestellt, wird in diesem Ausführungsbeispiel für das Stellglied 47 ein mechanisches Stellglied verwendet. Das mechanische Stellglied verschiebt die Nadel 44 entsprechend der Temperatur des Hochdruck-Kältemittels axial. Ein Verstellbereich der Nadel 44 kann verringert werden, falls das mechanische Stellglied in der Ejektorpumpe 40 verwendet wird.
Das Stellglied 47 im sechsten Ausführungsbeispiel hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie jener des Stellglieds, das in der JP-A-9-264622 offenbart ist. Insbesondere ist ein Element 47a mit der Nadel 47 auf einer Seite verbunden und auch mit einer Membran 47b auf der anderen Seite verbunden. Die Nadel 44 wird entsprechend der Bewegung der Membran 47b axial verschoben.
Die Membran 47b ist zwischen ein erstes Gehäuse 47c und ein zweites Gehäuse 47d eingesetzt. Der Außenumfangsabschnitt sowohl des ersten Gehäuses 47c als auch des zweiten Gehäuses 47d ist verschweißt und miteinander verbunden, sodass ein geschlossener Raum 47e zwischen dem ersten Gehäuse 47c und der Membran 47b gebildet ist. Das Kältemittel ist in dem geschlossenen Raum 47e enthalten. In diesem Ausführungsbeispiel wird Kohlendioxid für das Kältemittel verwendet, und es ist in dem geschlossenen Raum 47e eingeschlossen. Die Dichte des Kältemittels in dem geschlossenen Raum 47e beträgt zum Beispiel 600 kg/m³. Die Nadel 44 wird durch eine Schraubenfeder 47f in eine Richtung getrieben, in welcher die Nadel 44 die Düse 41 schließt.
Wenn der Druck des Hochdruck-Kältemittels niedriger als der kritische Druck des Kältemittels wird, wird das Hochdruck-Kältemittel zu einem Zweiphasenstrom mit einem Gaskältemittelstrom und einem Flüssigkältemittelstrom. In diesem Fall wird die Temperatur des Kältemittels in dem geschlossenen Raum 47e äquivalent zu der Temperatur des Zweiphasen-Hochdruck-Kältemittels um den geschlossenen Raum 47e in dem Stellglied 47.
Der Druck (Sättigungsdruck bei der Temperatur des Hochdruck-Kältemittels) des geschlossenen Raums 47e wird äquivalent zu dem Druck des Hochdruck-Kältemittels. In dieser Situation zieht die Schraubenfeder 47f sowohl das Element 47a als auch die Membran 47b zu der Seite der Nadel 44 (rechte Seite in 161. Das Volumen des durch die Membran 47b und das erste Gehäuse 47c definierten geschlossenen Raums 47e wird größer, sodass der Druck in dem geschlossenen Raum 47e sinkt und die Temperatur des Kältemittels in dem geschlossenen Raum 47e ebenfalls sinkt. D.h. der Unterkühlungsgrad des Kältemittels in dem geschlossenen Raum 47e wird durch die Treibkraft der Schraubenfeder 47f gesichert.
Die Treibkraft der Schraubenfeder 47f beträgt etwa 0,6 MPa, was ein umgewandelter Druck ist, der entsprechend dem Druck an der Membran 47b berechnet ist. 0,6 MPa ist äquivalent zu einem Druck eines Unterkühlungsgrades von 5°C, wenn der Druck des Hochdruck-Kältemittels niedriger als der kritische Druck des Kältemittels ist.
Als nächstes wird die Funktionsweise des Stellglieds 47 beschrieben.
Das Hochdruck-Kältemittel strömt von dem Hochdruck-Kältemitteleinlass 46a um das erste Gehäuse 47c und das zweite Gehäuse 47d in das Stellglied 47. Die Temperatur des Kältemittels in dem geschlossenen Raum 47e wird im Wesentlichen gleich der Temperatur des Hochdruck-Kältemittels um den geschlossenen Raum 47e. In diesem Fall ändern sich die Temperatur des Kältemittels in dem geschlossenen Raum 47e und der Druck in dem geschlossenen Raum 47e entlang der in 17 dargestellten isochoren Linie von 600 kg/m³.
Wenn die Temperatur des Kältemittels in dem geschlossenen Raum 47e zum Beispiel 40°C beträgt, wird der Druck in dem geschlossenen Raum 47e zu etwa 9,7 MPa. Falls der Druck des Hochdruck-Kältemittels niedriger als 10,3 MPa ist, wird die Membran 47b zu der Seite der Nadel 44 gezogen, sodass sich die Nadel 44 in eine Richtung zum Schließen der Düse 41 bewegt. Hierbei wird der Druck (10,3 MPa) durch Addition des Drucks (9,7 MPa) des Kältemittels in dem geschlossenen Raum 47e und der Treibkraft (0,6 MPa) der Schraubenfeder 47f berechnet. D.h. die Gesamtkraft des Drucks in dem geschlossenen Raum 47e und der Treibkraft der Schraubenfeder 47f ist größer als der Druck des Hochdruck-Kältemittels in dem Stellglied 47. In diesem Fall wird die Membran 47b zu der Seite der Düse 41 gezogen, und die Nadel 44 wird zu dem Mischabschnitt 42 verschoben (rechte Seite in 16).
Falls dagegen der Druck des Hochdruck-Kältemittels größer als 10,3 MPa ist, wird die Membran 47b zu der abgewandten Seite der Nadel 44 gezogen, sodass sich die Nadel 44 in eine Richtung zum Öffnen der Düse 41 bewegt. So wird der Öffnungsgrad der Düse 41 automatisch so gesteuert, dass der Druck des Hochdruck-Kältemittels auf etwa 10,3 MPa geregelt wird.
Das Verschiebungsmaß der Nadel 44 durch die Membran 47b kann im Vergleich zu dem Schrittmotor und dem Proportionalelektromagnet nicht auf einen großen Wert gesetzt werden. Im Allgemeinen beträgt das Verschiebungsmaß der Nadel 44 weniger als 1 mm, wenn die Membran 47b in dem Stellglied 47 verwendet wird.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
Das siebte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 18 beschrieben. Eine Modifikation der Nadel 44 im sechsten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Insbesondere ist, wie in 18 dargestellt, das Spitzenende des Endseitenabschnitts 44a2 des konisch zulaufenden Abschnitts 44a in einer flachen Form oder einer im Wesentlichen Halbkugelform ausgebildet. Außerdem ist der konisch zulaufende Abschnitt 44a so ausgebildet, dass der Kegelwinkel φ1 des Endseitenabschnitts 44a2 der Nadel 44 kleiner als der Kegelwinkel φ2 des Fußabschnitts 44a1 der Nadel 44 wird. Im siebten Ausführungsbeispiel sind die anderen Teile ähnlich jenen des oben beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiels.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Obwohl die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen davon unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, ist zu bemerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sein werden.
Zum Beispiel wird die Ejektorpumpe 40 der vorliegenden Erfindung in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen in einer Fahrzeug-Klimaanlage verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung auf einer Fahrzeug-Klimaanlage beschränkt, sondern kann auch in anderen Ejektorpumpenkreisen, wie beispielsweise einem Kühler, einem Gefrierapparat und einem Heißwasserversorgungssystem für einen anderen Gebrauch benutzt werden.
Das Stellglied 47 ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Das Stellglied 47 kann ein mechanisches Stellglied sein, das zum Beispiel einen Inertgasdruck, einen Flüssigkeitsdruck, einen Motor und ein Zahnrad verwendet. Außerdem kann ein elektrisches Stellglied, wie beispielsweise ein nichtelektromagnetisches Stellglied mit einer piezo-elektrischen Vorrichtung verwendet werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen wird für das Kältemittel Kohlendioxid verwendet und der Druck des Hochdruck-Kältemittels ist größer als der kritische Druck des Kältemittels eingestellt. Jedoch kann für das Kältemittel auch Freon (R134a)-Gas benutzt werden, sodass der Druck des Hochdruck-Kältemittels kleiner als der kritische Druck des Kältemittels eingestellt wird. Ferner können wenigstens zwei der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden.
Der konisch zulaufende Abschnitt 44a kann so ausgebildet sein, dass der Kegelwinkel φ1 des Endseitenabschnitts 44a2 der Nadel 44 größer als der Kegelwinkel φ2 des Fußseitenabschnitts 44a1 der Nadel 44 wird. Zusätzlich können der Kegelwinkel φ1 des Endseitenabschnitts 44a2 und der Kegelwinkel φ2 des Fußseitenabschnitts 44a1 variiert werden, sodass die Düsenleistung verbessert werden kann.
Derartige Änderungen und Modifikationen liegen selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Ejektorpumpe zum Pumpen eines Fluids durch Mitreißen eines Hochgeschwindigkeitsfluids, mit einer Düse (41) mit einer Fluidauslassöffnung 141b), aus welcher das Hochgeschwindigkeitsfluid gespritzt wird, und einem konischen Düsenabschnitt (41c), der auf einer stromaufwärtigen Seite der Fluidauslassöffnung angeordnet ist, wobei der konische Düsenabschnitt einen Innenkanal mit einem zu der Fluidauslassöffnung reduzierten Radialmaß aufweist; und einer Nadel (44) mit einem konischen Nadelabschnitt (44a), die in dem Innenkanal angeordnet ist, wobei der konische Nadelabschnitt eine zu einem stromabwärtigen Ende der Nadel reduzierte Querschnittsfläche besitzt; das stromabwärtige Ende der Nadel bezüglich der Fluidauslassöffnung auf einer stromabwärtigen Seite angeordnet ist; und der konische Düsenabschnitt einen Kegelwinkel (ϕ1) aufweist, welcher gleich oder größer als ein Kegelwinkel (ϕ2) des konischen Nadelabschnitts ist.
Ejektorpumpe nach Anspruch 1, bei welcher die Düse ferner einen geraden Abschnitt (41e) enthält, der sich von der Fluidauslassöffnung um ein vorbestimmtes Maß zu einer stromaufwärtigen Seite erstreckt; der gerade Abschnitt ein inneres Radialmaß besitzt, welches im Wesentlichen konstant ist; der gerade Abschnitt an einer direkt stromabwärtigen Seite des konischen Düsenabschnitts angeordnet ist; die Nadel in der Düse angeordnet ist, um einen Fluidkanal dazwischen zu definieren, und der Fluidkanal einen Drosselabschnitt aufweist, bei welchem eine Querschnittsfläche des Fluidkanals am kleinsten wird; und der gerade Abschnitt und der konische Düsenabschnitt miteinander an dem Drosselabschnitt verbunden sind.
Ejektorpumpe nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der konische Nadelabschnitt einen Fußabschnitt (44a1) und einen stromab des Fußabschnitts angeordneten Endabschnitt (44a2) enthält; und der Endabschnitt einen Kegelwinkel (φ1) besitzt, welcher von einem Kegelwinkel (φ2) des Fußabschnitts unterschiedlich ist.
Ejektorpumpe nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der konische Nadelabschnitt einen Fußabschnitt (44a1) und einen stromab des Fußabschnitts angeordneten Endabschnitt (44a2) enthält; und der Endabschnitt einen Kegelwinkel (φ1) besitzt, welcher kleiner als der Kegelwinkel (φ2) des Fußabschnitts ist.
Ejektorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der konische Nadelabschnitt eine stromabwärtige Endfläche aufweist, welche in einer im Wesentlichen Halbkugelform oder einer flachen Form ausgebildet ist.
Ejektorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einem Stellglied (47) zum Verschieben der Nadel in einer axialen Richtung der Nadel.
Ejektorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einem Gehäuse (45) zum Definieren wenigstens eines Mischabschnitts (42), in welchem das Fluid durch das Mitreißen des aus der Fluidauslassöffnung gespritzten Hochgeschwindigkeitsfluids angesaugt wird, um mit dem Hochgeschwindigkeitsfluid vermischt zu werden.
Ejektorpumpe zum Pumpen eines Fluids durch Mitreißen eines Hochgeschwindigkeitsfluids, mit einer Düse (41), die enthält: eine Fluidauslassöffnung (41b), aus welcher das Hochgeschwindigkeitsfluid gespritzt wird, einen geraden Abschnitt (41e), der sich von der Fluidauslassöffnung um ein vorbestimmtes Maß zu einer stromaufwärtigen Seite erstreckt und ein inneres Radialmaß aufweist, welches im Wesentlichen konstant ist, und einen konischen Düsenabschnitt (41c), der auf einer stromaufwärtigen Seite des geraden Abschnitts angeordnet ist, wobei der konische Düsenabschnitt einen Innenkanal mit einem zu dem geraden Abschnitt reduzierten Radialmaß aufweist; und einer Nadel (44) mit einem konischen Nadelabschnitt (44a), welcher einem zu einem stromabwärtigen Ende der Nadel reduzierten Querschnittsfläche aufweist, wobei die Nadel in der Düse angeordnet ist, um einen Fluidkanal dazwischen zu definieren, und der Fluidkanal einen Drosselabschnitt aufweist, bei welchem eine Querschnittsfläche des Fluidkanals am kleinsten wird; der gerade Abschnitt und der konische Düsenabschnitt miteinander an dem Drosselabschnitt verbunden sind; die Nadel ein stromabwärtiges Ende aufweist, welches bezüglich des Drosselabschnitts an einer stromabwärtigen Seite angeordnet ist; und der konische Düsenabschnitt einen Kegelwinkel (ϕ1) aufweist, welcher gleich oder größer als ein Kegelwinkel (ϕ2) des konischen Nadelabschnitts ist.
Dampfkompressions-Kühlkreis, mit einem Kompressor (10) zum Komprimieren eines Kältemittels; einem Kühler (20) zum Kühlen des aus dem Kompressor ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels; einer Ejektorpumpe (40) mit einer Düse zum Dekomprimieren des Hochdruck-Kältemittels aus dem Kühler; einem Verdampfapparat (30) zum Verdampfen eines Niederdruck-Kältemittels nach der Dekomprimierung; und einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (50) zum Trennen des aus der Ejektorpumpe ausgegebenen Kältemittels in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel, wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung einen mit einer Kältemittelsaugseite des Kompressors verbundenen Gaskältemittelauslass und einen mit einer Einlassseite des Verdampfapparats verbundenen Flüssigkältemittelauslass enthält, wobei die Ejektorpumpe enthält: eine Düse (41) mit einem konischen Düsenabschnitt 141c), welcher einen Innenkanal mit einem zu einer Düsenauslassöffnung (41b), aus welcher ein Hochgeschwindigkeits-Kältemittel gespritzt wird, reduzierten Radialmaß aufweist, eine Nadel (44) mit einem konischen Nadelabschnitt (44a), die in dem Innenkanal angeordnet ist, wobei der konische Nadelabschnitt eine zu einem stromabwärtigen Ende der Nadel reduzierte Querschnittsfläche aufweist, und einen Druckerhöhungsabschnitt (42, 43), in welchem das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat durch Mitreißen des aus der Düsenauslassöffnung gespritzten Hochgeschwindigkeits-Kältemittels angesaugt wird, wobei das stromabwärtige Ende der Nadel bezüglich der Düsenauslassöffnung auf einer stromabwärtigen Seite angeordnet ist; und der konische Düsenabschnitt einen Kegelwinkel (ϕ1) aufweist, welcher gleich oder größer als ein Kegelwinkel (ϕ2) des konischen Nadelabschnitts ist.
Dampfkompressionskühlkreis nach Anspruch 9, bei welchem die Düse ferner einen geraden Abschnitt (41e) enthält, der sich von der Fluidauslassöffnung um ein vorbestimmtes Maß zu einer stromaufwärtigen Seite erstreckt; der gerade Abschnitt ein inneres Radialmaß besitzt, welches im Wesentlichen konstant ist; der gerade Abschnitt an einer direkt stromabwärtigen Seite des konischen Düsenabschnitts angeordnet ist; die Nadel in der Düse angeordnet ist, um einen Fluidkanal dazwischen zu definieren, und der Fluidkanal einen Drosselabschnitt aufweist, bei welchem eine Querschnittsfläche des Fluidkanals am kleinsten wird; und der gerade Abschnitt und der konische Düsenabschnitt miteinander an dem Drosselabschnitt verbunden sind.