Wie bekannt ist, ist ein Ejektorkreislauf
eine Art-von Dampfkompressions-Kälteerzeugungssystem,
in welchem Kältemittel
durch eine Düsenanordnung
eines Ejektors dekomprimiert und expandiert wird. Hochgeschwindigkeitskältemittel
(das heißt Kältemittel
mit hoher Geschwindigkeit), welches von der Düsenanordnung ausströmt bzw.
von dieser abgegeben wird, übt
eine Zugkraft aus, um Kältemittel in
der Dampfphase anzuziehen, welches in einem Verdampfer verdampft
wird, und Expansionsenergie des Kältemittels wird in Druckenergie
umgewandelt, um den Einlassdruck eines Kompressors zu erhöhen.
Bei einer anderen Art von Dampfkompressions-Kälteerzeugungssystem,
welches das Kältemittel
durch eine Dekomprimierungseinrichtung isentropisch (das heißt bei gleichbleibender
Entropie) dekomprimiert, wie durch ein Expansionsventil, wird das
Kältemittel,
welches von dem Expansionsventil abgegeben wird, dem Verdampfer
zugeführt
(nachfolgend wird dieses Dampfkompressions-Kälteerzeugungssystem als ein
Expansionsventilkreislauf bezeichnet). Hingegen wird in dem Ejektorkreislauf
das Kältemittel,
das von dem Ejektor abgegeben wird, einem Gas/Flüssigkeits-Abscheider zugeführt, und
das Kältemittel
in der Flüssigphase
(nachfolgend Flüssigphasenkältemittel),
welches durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider abgeschieden
wird, wird dem Verdampfer zugeführt,
und das Kältemittel
in der Dampfphase (nachfolgend Dampfphasenkältemittel), welches durch den
Gas/Flüssigkeits-Abscheider
abgeschieden wird, wird dem Kompressor zugeführt.
Das heißt, in dem Expansionsventilkreislauf wird
das Kältemittel
durch den Kompressor, den Radiator, das Expansionsventil und den
Verdampfer in dieser Reihenfolge zirkuliert und wird zu dem Kompressor
zurückgeführt, um
einen einzelnen Kältemittelstrom
zu bilden. Andererseits wird in dem Ejektorkreislauf Kältemittel
durch den Kompressor, den Radiator, den Ejektor und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider
in dieser Reihenfolge zirkuliert, und wird zu dem Kompressor zurückgeführt, um
einen Kältemittelstrom
(nachfolgend als Antriebsstrom bezeichnet) zu bilden, und Kältemittel
wird ebenso durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider,
den Verdampfer und den Ejektor in dieser Reihenfolge zirkuliert,
und wird zu dem Gas/Flüssigkeits-Abscheider
zurückgeführt, um
einen anderen Kältemittelstrom
(nachfolgend als angezogener bzw. abgesogener Strom oder angetriebener
Strom bezeichnet) zu bilden. Des weiteren wird, obwohl der Antriebsstrom
direkt durch den Kompressor zirkuliert wird, der angetriebene Strom durch
Pumparbeit des Ejektors (siehe JIS Z8126 Nummer 2.1.2.3), welcher
Energie des durch den Kompressor komprimierten Hochdruckkältemittels verwendet.
Somit wird, wenn der Pumpwirkungsgrad oder
die Pumpkapazität
bzw. -leistung des Ejektors reduziert ist, die Strömungsrate
des angetriebenen Stroms reduziert, um Stagnation von Kältetechniköl ("refrigeration oil") in dem Verdampfer
zu bewirken, welches in das Kältemittel
gemischt ist. Die Stagnation des Kältetechniköls in dem Verdampfer bewirkt wiederum
eine Reduzierung der Wärmeabsorptionskapazität des Verdampfers
und bewirkt ebenso unzureichende Schmierung des Kompressors infolge
des Mangels von in den Kompressor zurückgeführtem Kältetechniköl.
Das Kältetechniköl ist Schmiermittel, welches
gleitende Komponenten des Kompressors schmiert. Bei einem typischen
Dampfkompressions-Kälteerzeugungssystem
wird die Schmierung von gleitenden Komponenten des Kompressors durch
Mischen von Kältetechniköl in das
Kältemittel erzielt.
Somit passiert in dem Ejektorkreislauf
folgendes, wenn ein Grad von Drosselöffnung der Düsenanordnung
des Ejektors derart gesteuert wird, dass ein Wirkungsgrad mit Bezug
auf die Kältemitteltemperatur
an bzw. bei dem Radiatorauslass in einer Weise ähnlich zu der eines Steuervorgangs
zur Steuerung eines Grades einer Drosselöffnung des Expansionsventilkreislaufs
maximiert wird, wie dieser beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 10-89785, welches dem U.S.-Patent Nr. 6 044 655 entspricht,
beschrieben ist: wenn die Wärmebelastung
relativ klein wird, und somit die Menge (die Strömungsrate) von zirkuliertem
Kältemittel
relativ klein wird, wird der Antriebsstrom relativ klein. Wenn der
Antriebsstrom relativ klein wird, wird die Pumpkapazität bzw. -leistung
des Ejektors relativ klein. Somit ist in dem Ejektorkreislauf, wenn
die Wärmebelastung
relativ klein wird, eine höhere Wahrscheinlichkeit
der Stagnation von Kältemittelöl in dem
Verdampfer im Vergleich zu dem Expansionsventilkreislauf.
Die vorliegende Erfindung wendet
sich gegen die vorstehenden Nachteile. Somit ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen neuen Ejektorkreislauf bereitzustellen,
der sich von dem bekannten Ejektorkreislauf unterscheidet. Es ist
eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stagnation
einer relativ großen
Menge von Kältetechniköl in einem
Verdampfer eines Ejektorkreislaufs zu verhindern.
Zur Erzielung der Aufgaben der vorliegenden Erfindung
ist ein Ejektorkreislauf vom Dampfkompressionstyp bereitgestellt,
der Wärme
von einer Niedrigtemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite überträgt. Der
Ejektorkreislauf enthält
einen Kompressor, einen hochdruckseitigen Wärmetauscher, einen niedrigdruckseitigen
Wärmetauscher,
einen Ejektor und eine Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung.
Der Kompressor zieht bzw. saugt Kältemittel an und komprimiert
dieses. Der hochdruckseitige Wärmetauscher
setzt Wärme
von Hochdruckkältemittel frei,
welches von dem Kompressor abgegeben wird. Der niedrigdruckseitige
Wärmetauscher
verdampft Niedrigdruckkältemittel.
Der Ejektor enthält
eine Düsenanordnung,
welche Hochdruckkältemittel
dekomprimiert und expandiert, welches von dem hochdruckseitigen
Wärmetauscher
zugeführt
wird. Ein Grad einer Drosselöffnung
der Düsenanordnung
ist variabel steuerbar. Der Ejektor zieht Dampfphasenkältemittel,
welches in dem niedrigdruckseitigen Wärmetauscher verdampft wird,
durch Verwendung einer Zug- bzw. Saugkraft an, die durch einen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom
erzeugt wird, welcher von der Düsenanordnung
abgegeben bzw. von dieser ausgestoßen wird, und wandelt gleichzeitig Expansionsenergie
des von der Düsenanordnung abgegebenen
Kältemittels
in Druckenergie um, um einen Einlassdruck des Kompressors zu erhöhen. Die
Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
dient zum Abscheiden des von dem Ejektor abgegebenen Kältemittels
in Dampfphasenkältemittel
und Flüssigphasenkältemittel.
Die Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
hat einen Dampfphasen-Kältemittelauslass
zum Abgeben von Dampfphasenkältemittel
und einen Flüssigphasen-Kältemittelauslass
zum Abgeben von Flüs sigphasenkältemittel.
Der Dampfphasen-Kältemittelauslass
und der Flüssigphasen-Kältemittelauslass
der Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
sind jeweils an einen Einlass des Kompresssors und einen Einlass
des niedrigdruckseitigen Wärmetauschers
angeschlossen. Wenn eine Wärmebelastung
größer oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist, wird der Grad einer Drosselöffnung der
Düsenanordnung
derart gesteuert, dass ein Wirkungsgrad mit einem Zielwert übereinstimmt.
Wenn die Wärmebelastung
weniger als der vorbestimmte Wert ist, wird der Grad der Drosselöffnung der
Düsenanordnung
in einer Weise gesteuert, dass eine Strömungsrate von Kältemittel,
welches durch die Düsenanordnung strömt, mit
dem Zielwert übereinstimmt.
Um die Aufgaben der vorliegenden
Erfindung zu erzielen, ist ebenso ein Ejektorkreislauf vom Dampfkompressionstyp
bereitgestellt, der Wärme von
einer Niedrigtemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite überträgt. Der
Ejektorkreislauf enthält
einen Kompressor, einen hochdruckseitigen Wärmetauscher, einen niedrigdruckseitigen
Wärmetauscher,
einen Ejektor und eine Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung.
Der Kompressor zieht Kältemittel an
und komprimiert es. Der hochdruckseitige Wärmetauscher setzt Wärme von
Hochdruckkältemittel
frei, welches von dem Kompressor abgegeben wird. Der niedrigdruckseitige
Wärmetauscher
verdampft Niedrigdruckkältemittel.
Der Ejektor enthält
eine Düsenanordnung,
welche Hochdruckkältemittel
dekomprimiert und expandiert, welches von dem hochdruckseitigen
Wärmetauscher
abgegeben wird. Der Ejektor zieht Dampfphasenkältemittel, welches in dem niedrigdruckseitigen
Wärmetauscher
verdampft wird, durch Verwendung einer Zugkraft bzw. Saugkraft an, die
durch einen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom
erzeugt wird, welcher von der Düsenanordnung
abgegeben bzw. von dieser ausgestoßen wird, und wandelt gleichzeitig
Expansionsenergie des von der Düsenanordnung
abgegebenen Kältemittels
in Druckenergie um, um einen Einlassdruck des Kompressors zu erhöhen. Die
Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
dient zur Abscheidung des Kältemittels,
welches von dem Ejektor abgegeben wird in Dampfphasenkältemittel
und Flüssigphasenkältemittel.
Die Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
weist einen Dampfphasen-Kältemittelauslass
zum Abgeben des Dampfphasenkältemittels
und einen Flüssigphasen-Kältemittelauslass
zum Abgeben des Flüssigphasenkältemittels
auf. Der Dampfphasen-Kältemittelauslass
und der Flüssigphasen-Kältemittelauslass
der Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
sind an einen Einlass des Kompressors und einen Einlass des niedrigdruckseitigen
Wärmetauschers
jeweils angeschlossen. Wenn eine Wärmebelastung größer oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist, wird eine Strömungsrate
von aus dem Kompressor abgegebenen Kältemittel derart gesteuert,
dass ein Wirkungsgrad mit einem Zielwert übereinstimmt. Wenn die Wärmebelastung
kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird die Strömungsrate
von aus dem Kompressor abgegebenen Kältemittel in einer Weise gesteuert, dass
eine Strömungsrate
von Kältemittel,
welches durch die Düsenanordnung
strömt,
mit einem Zielwert übereinstimmt.
Um die Aufgaben der vorliegenden
Erfindung zu erzielen, ist ebenso ein Ejektorkreislauf vom Dampfkompressionstyp
bereitgestellt, der Wärme von
einer Niedrigtemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite überträgt. Der
Ejektorkreislauf enthält
einen Kompressor, einen hochdruckseitigen Wärmetauscher, einen niedrigdruckseitigen
Wärmetauscher,
einen Ejektor, eine Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
und ein Strömungsratensteuerungsventil.
Der Kompressor zieht bzw. saugt Kältemittel an und komprimiert
dieses. Der hochdruckseitige Wärmetauscher
gibt Wärme
von Hochdruckkältemittel
frei, welches von dem Kompressor abgegeben wird. Der niedrigdruckseitige
Wärmetauscher
verdampft Niedrigdruckkältemittel.
Der Ejektor enthält eine
Düsenanordnung,
welche Hochdruckkältemittel dekomprimiert
und expandiert, welches von dem hochdruckseitigen Wärmetauscher
zugeführt
wird. Der Ejektor zieht Dampfphasenkältemittel, welches in dem niedrigdruckseitigen
Wärmetauscher
verdampft wird, durch Verwendung einer Zugkraft an, die durch einen
Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom
erzeugt wird, welcher von der Düsenanordnung
abgegeben wird und wandelt gleichzeitig Expansionsenergie des Kältemittels,
welches von der Düsenanordnung
abgegeben wird, in Druckenergie um, um einen Einlassdruck des Kompressors
zu erhöhen.
Die Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung dient
zur Abscheidung des Kältemittels,
das von dem Ejektor abgegeben wird, in Dampfphasenkältemittel und
Flüssigphasenkältemittel.
Die Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
hat einen Dampfphasen-Kältemittelauslass
zum Abgeben des Dampfphasenkältemittels
und einen Flüssigphasen-Kältemittelauslass
zum Abgeben des Flüssigphasenkältemittels.
Der Dampfphasen-Kältemittelauslass
und der Flüssigphasen-Kältemittelauslass
der Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
sind an einen Einlass des Kompressors und an einen Einlass des niedrigdruckseitigen
Wärmetauschers
jeweils angeschlossen. Das Strömungsratensteuerungsventil
steuert eine Strömungsrate
von Kältemittel,
das von der Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
zu dem niedrigdruckseitigen Wärmetauscher
zugeführt
wird. Wenn eine Wärmebelastung
größer oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist, wird ein Grad einer Öffnung des
Strömungsratensteuerungsventils
derart gesteuert, dass ein Wirkungsgrad mit einem Zielwert übereinstimmt.
Wenn die Wärmebelastung
kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird der Öffnungsgrad des Strömungsratensteuerungsventils
in einer Weise gesteuert, dass eine Strömungsrate von Kältemittel, welches
durch die Düsenanordnung
strömt,
mit einem Zielwert übereinstimmt.
Die Erfindung wird zusammen mit ihren
zusätzlichen
Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen am verständlichsten aus der folgenden
Beschreibung, den anhängenden
Ansprüchen
und den begleitenden Zeichnungen, wobei:
1 eine
schematische Ansicht eines Ejektorkreislaufs gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt,
2 eine
schematische Querschnittsansicht eines Ejektors des Ejektorkreislaufs
gemäß der ersten
Ausführungsform
ist,
3 ein
Druck-Enthalpie-(p-H)-Diagramm ist,
4 ein
Graph ist, der einen Wirkungsgrad und eine Menge von zirkuliertem Öl in Bezug
auf einen Grad einer Drosselöffnung
einer Düsenanordnung
des Ejektorkreislaufs gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt,
5 ein
Graph ist, der einen Grad einer Drosselöffnung der Düsenanordnung,
eine Menge von zirkuliertem Öl
und einen Wirkungsgrad in Bezug auf Kältemitteltemperatur auf einer
Radiatorauslassseite in dem Ejektorkreislauf gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt,
6 eine
schematische Ansicht eines Ejektorkreislaufs gemäß einer zweiten Ausführungsform ist,
7 ein
Graph ist, der einen Grad einer Drosselöffnung der Düsenanordnung,
eine Menge von zirkuliertem Öl
und einen Wirkungsgrad in Bezug auf die Kältemitteltemperatur auf einer Radiatorauslassseite
in dem Ejektorkreislauf gemäß der zweiten Ausführungsform
zeigt,
8 eine
schematische Ansicht eines Ejektorkreislaufs gemäß einer dritten Ausführungsform ist,
und
9 ein
Graph ist, der einen Wirkungsgrad und eine Menge von zirkuliertem Öl in Bezug
auf einen Grad einer Drosselöffnung
gemäß der dritten Ausführungsform
zeigt.
(Erste Ausführungsform)
Ein Ejektorkreislauf gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird in einem Fahrzeug-Luftklimatisierungssystem
bzw. Fahrzeugklimaanlage verwendet. 1 zeigt
schematisch den Ejektorkreislauf 100.
Unter Bezug auf 1 ist ein Kompressor 10 ein
Kompressor mit variabler Verdrängung,
der durch einen Antriebsmotor eines Fahrzeugs angetrieben wird,
um Kältemittel
anzuziehen (bzw. anzusaugen) und zu komprimieren. Ein Radiator 20 ist
ein hochdruckseitiger Wärmetauscher,
der zwischen dem heißen,
unter Druck gesetzten Kältemittel,
das von dem Kompressor 10 abgegeben wird, und Außenluft
außerhalb
eines Passagierabteils des Fahrzeugs Wärme austauscht, um das Kältemittel
zu kühlen.
Der Kompressor mit variabler Verdrängung ist
ein Kompressor, der eine theoretische Menge von Kältemittel,
die von dem Kompressor pro Umdrehung einer Welle abgegeben wird,
variieren kann.
Ein Verdampfer 30 ist ein
niedrigdruckseitiger Wärmetauscher,
der zwischen dem Niedrigdruckkältemittel
(das heißt
Kältemittel
mit niedrigem Druck) und der Luft, die in das Passagierabteil abzugeben ist,
Wärme austauscht,
so dass das Flüssigphasenkältemittel
(das heißt
Kältemittel
in der flüssigen
Phase) verdampft oder eingedampft wird, um die Luft zu kühlen, die
in das Passagierabteil abzugeben ist. Ein Ejektor 40 dekomprimiert
(bspw. auf Außendruck) und
expandiert das Kältemittel,
das von dem Radiator 20 zugeführt wird, um das Dampfphasenkältemittel
anzuziehen, welches in dem Verdampfer 30 verdampft wurde.
Ebenso wandelt der Ejektor 40 Expansionsenergie von dem
Kältemittel
in Druckenergie von dem Kältemittel
um, um den Einlassdruck des Kompressors 10 zu erhöhen. Einzelheiten
des Ejektors 40 werden später beschrieben.
Das von dem Ejektor 40 abgegebene
Kältemittel
wird einem Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 zugeführt. Der
Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 dient als
eine Gas/Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung
zum Abscheiden und Speichern des Kältemittels in zwei Phasen,
das heißt
des Dampfphasenkältemittels
und des Flüssigphasenkältemittels.
Ein Dampfphasenkältemittelauslass
des Gas/Flüssigkeits-Abscheiders 50 ist
an einen Einlass des Kompressors 10 angeschlossen und ein
Flüssigphasenkältemittelauslass
des Gas/Flüssigkeits-Abscheiders 50 ist
an einen Einlass des Verdampfers 30 angeschlossen.
Ein Beschränker 60 ist eine dekomprimierende
Einrichtung zum Dekomprimieren des Flüssigphasenkältemittels, welches von dem
Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 abgegeben
wird. Ein Ölrückführdurchgang 70 führt das
Kältetechniköl ("refrigeration oil"), welches durch
den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 abgeschieden
wird, zu dem Einlass des Kompressors 10.
Als nächstes wird der Ejektor 40 genauer
beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 enthält der Ejektor 40 eine
Düsenanordnung 41,
eine Mischanordnung 42 und eine Diffusoranordnung 43.
Die Düsenanordnung 41 wandelt
die Druckenergie des Hochdruckkältemittels
(das heißt
Kältemittel
mit hohem Druck), welches von dem Radiator 20 zugeführt wird,
in Geschwindigkeitsenergie derart um, dass das Kältemittel isentropisch (das
heißt
bei gleichbleibender Entropie) dekomprimiert und durch die Düsenanordnung 41 expandiert
wird. In der Mischanordnung 42 zieht ein Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom, der von der
Düsenanordnung 41 abgegeben
wird, das Dampfphasenkältemittel
an, welches in dem Verdampfer 30 verdampft wurde, und wird
mit dem Dampfphasenkältemittel
gemischt. In der Diffusoranordnung 43 wird das Kältemittel,
das von der Düsenanordnung 41 abgegeben
wurde und das Kältemittel,
das aus dem Verdampfer 30 angesaugt wurde, des weiteren
in einer Weise gemischt, dass die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels
in Druckenergie umgewandelt wird, um den Druck des gemischten Kältemittels
zu erhöhen,
das von der Diffusoranordnung 43 abgegeben wird.
In der Mischanordnung 42 werden
die Kältemittel
(bzw. die Kältemittelströme) in einer
Weise gemischt, dass die Summe des kinetischen Impulses des von
der Düsenanordnung 41 abgegebenen
Kältemittels
und des kinetischen Impulses des aus dem Verdampfer 30 in
den Ejektor 40 angesaugten Kältemittels (im Sinne der Impulserhaltung)
erhalten ist. Somit ist selbst in der Mischanordnung 42 der
statische Druck des Kältemittels
erhöht.
In der Diffusoranordnung 43 ist eine Durchgangsquerschnittsgröße linear
ansteigend zu dem stromabwärtigen
Ende der Diffusoranordnung 43 ausgebildet, um den dynamischen
Druck des Kältemittels
in den entsprechenden statischen Druck umzuwandeln. Somit wird in
dem Ejektor 40 der Kältemitteldruck
durch sowohl die Mischanordnung 42 als auch die Diffusoranordnung 43 erhöht. Deshalb
wird auf die Mischanordnung 42 und die Diffusoranordnung 43 gemeinsam
mit der Bezeichnung Druckerhöhungsanordnung
Bezug genommen.
Bei einem idealen Ejektor 40 ist
es erwünscht,
dass die Mischanordnung 42 den Kältemitteldruck in einer solchen
Weise erhöht,
dass die Summe der kinetischen Impulse bzw. Momente der zwei Kältemittelströme erhalten
bleibt, und die Diffusoranordnung 43 den Kältemitteldruck
in einer solchen Weise erhöht,
dass die Energie des gemischten Kältemittels erhalten bleibt.
Die Düsenanordnung 41 ist
eine Laval-Düse und
enthält
einen gedrosselten Abschnitt bzw. einen Drosselabschnitt 41a und
einen auseinanderlaufenden Abschnitt bzw. Divergenzabschnitt 41b.
Der Drosselabschnitt 41a hat in der Düsenanordnung 41 einen
minimalen Durchgangsquerschnittsbereich. Der Divergenzabschnitt 41b erstreckt
sich von dem Drosselabschnitt 41a und hat einen ansteigenden
inneren Durchmesser, der in einer Richtung von dem Drosselabschnitt 41a weg
ansteigt. Eine Einstellung einer Drosselöffnung der Düsenanordnung 41 wird durch
Bewegen eines Nadelventilkörpers 44 durch einen
Aktuator 45 in der Düsenanordnung 41 in
Axialrichtung der Düsenanordnung 41 ausgeführt. Bei der
vorliegenden Ausführungsform
wird ein elektrischer Aktuator, wie ein Schrittmotor, mit einem Schraubenmechanismus
oder eine lineare Spule bzw. ein lineares Solenoid als Aktuator 45 verwendet.
In der vorliegenden Ausführungsform
bedeutet "Einstellung
des Grades der Drosselöffnung
der Düsenanordnung 41" eine variable
Steuerung von zumindest dem Grad der Öffnung des Dros selabschnitts 41a ausgewählt aus
dem Grad der Öffnung des
Drosselabschnitts 41a und dem Grad der Öffnung an dem Auslass der Düsenanordnung 41 (dem Divergenzabschnitt 41b).
Die hochdruckseitige Kältemitteltemperatur (Kältemitteltemperatur
an dem Einlass der Düsenanordnung 41)
Th, welche als ein Parameter von einer Wärmebelastung der Luftklimatisierung
(nachfolgend Klimatisierungs-Wärmebelastung)
dient, wird durch einen Temperatursensor 46 gemessen. Wenn
die Klimatisierungs-Wärmebelastung,
das heißt
die hochdruckseitige Kältemitteltemperatur
Th, größer oder gleich
einer vorbestimmten Temperatur ist, wird der Grad der Drosselöffnung der
Düsenanordnung 41 derart
gesteuert, dass der hochdruckseitige Kältemitteldruck (der Kältemitteldruck
an dem Einlass der Düsenanordnung 41)
Ph, welcher durch einen Drucksensor 47 gemessen wird, mit
einem Zieldruck Tp zusammenfällt,
welcher auf der Grundlage der gemessenen Kältemitteltemperatur bestimmt
wird, der durch den Temperatursensor 46 gemessen wird.
Bei dieser Ausführungsform ist der Zieldruck Tp
ein hochdruckseitiger Kältemitteldruck,
welcher den höchsten
Wirkungsgrad des Ejektorkreislaufs in Bezug auf die hochdruckseitige
Kältemitteltemperatur
Th erzielt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Kohlendioxid
als Kältemittel
verwendet. Wenn die Klimatisierungs-Wärmebelastung relativ groß ist, wird
der Grad der Drosselöffnung
der Düsenanordnung 41 derart
gesteuert, dass der Druck des Hochdruckkältemittels, das von der Düsenanordnung 41 zugeführt wird,
auf eine Höhe
größer oder
gleich einem kritischen Druck des Kältemittels erhöht wird, wie
in 3 gezeigt ist.
Wenn andererseits die Klimatisierungs-Wärmebelastung,
das heißt
die hochdruckseitige Kältemitteltemperatur
Th kleiner als die vorbestimmte Temperatur ist, wird der Grad der
Drosselöffnung
der Düsenanordnung 41 derart
gesteuert, dass die Strömungsrate
des Kältemittels,
das heißt
der Antriebsstrom, welcher durch die Düsenanordnung 41 strömt bzw.
diese passiert, mit einem Zielwert zusammenfällt. Genauer ist, wenn die
hochdruckseitige Temperatur Th kleiner als die vorbestimmte Temperatur
ist, der Grad der Drosselöffnung
der Düsenanordnung 41 größer als
der vorbestimmte Grad der Drosselöffnung der Düsenanordnung 41,
der die Erzielung des Zieldrucks Tp bewirkt, welcher auf der Basis
der hochdruckseitigen Kältemitteltemperatur
Th bestimmt ist, so dass eine erforderliche Pumpkapazität (bzw.
Pumpleistung), welche zur Zirkulation des in dem Verdampfer 30 zu
dem Kompressor 10 stagnierenden Kältetechniköls erforderlich ist, durch
den Ejektor 40 erzielt wird.
In 3 entsprechen
durch die Bezugsziffern 1-9 Bekennzeichnete Punkte den
Punkten, die durch die Bezugsziffern 1-9 in 1 gekennzeichnet sind und
zeigen entsprechende Zustände
des Kältemittels
an diesen Punkten 1-9.
Der Betrieb des Ejektorkreislaufs
wird schematisch unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Das von dem Kompressor 10 abgegebene Kältemittel
wird zu dem Radiator 20 zirkuliert. Das Kältemittel,
welches durch den Radiator 20 gekühlt wird, wird isentropisch
dekomprimiert und wird durch die Düsenanordnung 41 des
Ejektors 40 expandiert, so dass der Kältemittelstrom auf ein Niveau
größer oder
gleich der Schallgeschwindigkeit beschleunigt und dem Mischabschnitt 42 zugeführt wird.
Durch die Pumparbeit, die durch die
Saugarbeit des zu der Mischanordnung 42 zugeführten Hochgeschwindigkeitskältemittels
induziert bzw. bewirkt wird, wird das Dampfphasenkältemittel,
das in dem Verdampfer 30 verdampft wurde, in dem Mischabschnitt 42 angezogen
bzw. angesaugt. Somit wird das Niedrigdruckkältemittel durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider
50, den Begrenzer 60, den Verdampfer 30 und den
Ejektor 40 (Druckerhöhungsanordnung)
in dieser Reihenfolge zirkuliert und wird dann zu dem Gasflüssigkeitsabscheider 50 zurückgeführt.
Andererseits werden das Kältemittel
(angezogener Strom oder angetriebener Strom), das aus dem Verdampfer 30 angezogen
bzw. angesogen wird, und das Kältemittel
(Antriebsstrom), das von der Düsenanordnung 41 abgegeben
wird, in der Mischanordnung 42 gemischt und zu der Diffusoranordnung 43 zugeführt, wo
der dynamische Druck des gemischten Kältemittels in statischen Druck
umgewandelt wird. Anschließend
wird das gemischte Kältemittel
zu dem Gasflüssigkeitsabscheider 50 zurückgeführt .
Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird, wenn die Klimatisierungs-Wärmebelastung
größer oder
gleich dem vorbestimmten Wert ist, der Öffnungsgrad der Düsenanordnung 41 derart
gesteuert, dass der Wirkungsgrad mit dem Zielwert übereinstimmt.
Des weiteren wird, wenn die Klimatisierungs-Wärmebelastung
kleiner als der vorbestimmte Wert ist, der Öffnungsgrad der Düsenanordnung 41 derart
gesteuert, dass die Strömungsrate
von Kältemittel,
welches durch die Düsenanordnung 41 passiert
bzw. diese durchströmt,
mit dem Zielwert zu sammenfällt
bzw. mit diesem übereinstimmt.
Somit kann, zur Zeit von relativ kleiner Klimatisierungs-Wärmebelastung,
welche eine Stagnation von Kältemittel in
dem Verdampfer 30 bewirkt, die erforderliche Pumpkapazität, die zur
Zirkulation des in dem Verdampfer 30 stagnierenden Kältetechniköls zu dem Kompressor 10 erforderlich
ist, durch den Ejektor 40 erzielt werden.
Somit ist es möglich, die Stagnation von einer
relativ großen
Menge von Kältetechniköl in dem Verdampfer 30 zu
verhindern, und deshalb ist es möglich,
eine Reduzierung der Kälteerzeugungskapazität bzw. -leistung
des Verdampfers 30 und ebenso einen Schmierölmangel
in dem Kompressor 10 zu verhindern.
4 zeigt
den Wirkungsgrad und die Menge (Strömungsrate) von zirkuliertem Öl in Bezug
auf den Grad einer Drosselöffnung
der Düsenanordnung 41 in
dem Ejektorkreislauf gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 5 zeigt den Grad der Drosselöffnung in
der Düsenanordnung 41,
die Menge (Strömungsrate)
von zirkuliertem Öl
und den Wirkungsgrad in Bezug auf die Kältemitteltemperatur an der Radiatorauslassseite,
das heißt
die Klimatisierungs-Wärmebelastung.
(Zweite Ausführunsform)
6 zeigt
schematisch einen Ejektorkreislauf gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform
wird, wenn die Klimatisierungs-Wärmebelastung,
das heißt
die hochdruckseitige Kältemitteltemperatur,
größer oder
gleich dem vorbestimmten Wert ist, die Strömungsrate von aus dem Kompressor
ausströmenden
bzw. von diesem abgegebenen Kältemittel
derart gesteuert, dass der Wirkungsgrad mit dem Zielwert übereinstimmt,
das heißt
der Wirkungsgrad des Ejektorkreislaufs wird bezüglich der hochdruckseitigen
Kältemitteltemperatur
Th maximiert. Wenn die Klimatisierungs-Wärmebelastung kleiner als der
vorbestimmte Wert ist, wird die Strömungsrate von aus dem Kompressor 10 abgegebenen
Kältemittel
derart gesteuert, dass die Strömungsrate
von Kältemittel,
welches durch die Düsenanordnung 41 strömt bzw.
diese passiert, mit dem Zielwert übereinstimmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird die Strömungsrate
von aus dem Kompressor 10 abgegebenen Kältemittel durch Steuerung des
Abgabevolumens des Kompressors 10 gesteuert. Jedoch kann,
falls der Kompressor 10 durch eine zugeordnete Antriebsquelle,
wie ein Elektromotor, der dem Kompressor 10 zugeordnet
ist, die Strömungsrate von
von dem Kompressor 10 abgegebenen Kältemittel durch Steuerung einer
Drehzahl des Kompressors 10 gesteuert werden.
Mit der vorstehenden Anordnung kann, ähnlich zu
der ersten Ausführungsform,
zur Zeit von relativ niedriger Klimatisierungs-Wärmebelastung, welche eine Stagnation
von Kältetechniköl in dem
Verdampfer 30 erzeugt, die erforderliche Pumpkapazität, welche
zur Zirkulation des in dem Verdampfer 30 stagnierten Kältetechniköls zu dem
Kompressor 10 durch den Ejektor 40 erzielt werden.
7 zeigt
den Grad der Drosselöffnung
der Düsenanordnung 41,
die Menge (Strömungsrate) von
zirkuliertem Öl
und den Wirkungsgrad in Bezug auf die radiatorauslassseitige Kältemitteltemperatur, das
heißt
die Klimatisierungs-Wärmebelastung.
In 6 wird
der Ejektor 40 von fester Art, in welchem der Drosselöffnungsgrad
der Düsenanordnung 41 fest,
das heißt
un veränderbar,
ist, verwendet. Jedoch kann der Ejektor 40 durch einen
Ejektor variabler Art ersetzt werden, welcher ähnlich zum Ejektor 40 gemäß der ersten
Ausführungsform
ist, um die erste Ausführungsform
und die zweite Ausführungsform
zu kombinieren.
(Dritte Ausführungsform)
Bei einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, wie in 8 gezeigt ist, der Begrenzer 60 durch
ein Strömungsratensteuerventil 61 ersetzt
bzw. gegen dieses ausgetauscht. Des weiteren ist, wenn die Klimatisierungs-Wärmebelastung, das heißt die hochdruckseitige
Kältemitteltemperatur, größer oder
gleich dem vorbestimmten Wert ist, der Grad der Öffnung von dem Strömungsratensteuerungsventil 61 derart
gesteuert, dass der Wirkungsgrad des Ejektorkreislaufs mit dem Zielwert übereinstimmt,
das heißt,
der Wirkungsgrad des Ejektorkreislaufs mit Bezug auf die hochdruckseitige
Kältemitteltemperatur
Th maximal ist. Wenn die Klimatisierungs-Wärmebelastung kleiner als der
vorbestimmte Wert ist, wird der Öffnungsgrad
des Strömungsratensteuerungsventils 61 derart
gesteuert, dass die Strömungsrate
von Kältemittel,
welches die Düsenanordnung 41 passiert
bzw. diese durchströmt,
mit dem Zielwert übereinstimmt.
Mit der vorstehenden Anordnung kann, ähnlich wie
bei der ersten Ausführungsform,
zur Zeit von relativ niedriger Klimatisierungs-Wärmebelastung, welche eine Stagnation
von Kältetechniköl in dem Verdampfer 30 bewirkt,
die erforderliche Pumpkapazität
bzw. -leistung, welche erforderlich ist, um in dem Verdampfer 30 stagniertes
Kältetechniköl zu dem Kompressor 10 zu
zirkulieren, durch den Ejektor 40 erzielt werden.
9 zeigt
den Wirkungsgrad und die Menge (Strömungsrate) von zirkuliertem Öl in Bezug
auf den Grad der Drosselöffnung
der Düsenanordnung 41 in
dem Ejektorkreislauf der vorliegenden Ausführungsform.
In 8 ist
der Ejektor 40 von fester Art, in welchem der Grad einer
Drosselöffnung
der Düsenanordnung 41 fest
bzw. unveränderlich
ist, verwendet. Jedoch kann der Ejektor 40 durch einen
Ejektor von variabler Art ausgetauscht werden, der ähnlich dem Ejektor 40 der
ersten Ausführungsform
ist, um die erste Ausführungsform
mit der dritten Ausführungsform
zu kombinieren.
(Andere Ausführungsformen)
Bei den vorstehenden Ausführungsformen wird
eine Laval-Düse
als Düsenanordnung 41 verwendet.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum
Beispiel kann eine (konisch) zulaufende Düse, welche zu ihrem distalen
Ende (bzw. fernliegenden Ende) zuläuft, anstelle der Laval-Düse verwendet
werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die vorstehenden Ausführungsformen
beschränkt,
und zumindest zwei der vorstehenden Ausführungsformen können kombiniert
werden.
Des weiteren kann ein Ventil, welches
den Grad der Drosselöffnung
derart steuert, dass die Kältemittelwärme an dem
Kältemittelauslass
des Verdampfers 30 mit dem Zielwert übereinstimmt, in dem Einlass
der Düsenanordnung 41 vorgesehen
werden.
Ebenso kann ein innerer Wärmetauscher, welcher
zwischen dem Hochdruckkältemittel,
das von dem Radiator 20 abgegeben wird, und dem Niedrigdruckkältemittel,
das zu dem Kompressor 10 zugeführt wird, vorgesehen werden.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen
werden für
den Fachmann leicht ersichtlich. Die Erfindung ist deshalb in ihrem
weiteren Sinn nicht auf spezifische Einzelheiten beschränkt, die
oben beschrieben sind.