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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ejektorkreislauf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Kaltetechniköl ist Schmiermittel, welches gleitende Komponenten des Kompressors schmiert. Bei einem typischen Dampfkompressions-Kälteerzeugungssystem wird die Schmierung von gleitenden Komponenten des Kompressors durch Mischen von Kaltetechniköl in das Kältemittel erzielt.
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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 Expansionsventilkreisl-aüf.
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Die US 2002 / 0000 095 A1 beschreibt ein Ejektorkreissystem in welchem ein Ejektor eine Düse enthält, die hochdruckseitiges Kältemittel aus einem Radiator derart dekomprimiert, dass eine Druckenergie eines hochdruckseitigen Kältemittels, welches aus dem Radiator strömt, in eine Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird, 50 dass Kältemittel dekomprimiert und expandiert wird, und einen Druckerhöhungsabschnitt, in welchem Gaskältemittel, welches in dem Verdampfer verdampft wird, durch eine Hochgeschwindigkeitsströmung von Kältemittel angesaugt wird, so dass die Geschwindigkeitsenergie in eine Druckenergie umgewandelt wird, so dass der Druck von Kältemittel erhöht wird, während Kältemittel, welches aus der Düse abgegeben wird, und Kältemittel, welches von einem Verdampfer angesaugt wird, germischt werden.
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Die nicht vorveröffentlichte
EP 1 273 859 A2 beschreibt ein weiteres Ejektorkreissystem.
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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.
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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 Flüssigphasenkältemittel. 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.
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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.
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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.
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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.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein Ejektorkreislauf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in einem Fahrzeug-Luftklimatisierungssystem bzw. Fahrzeugklimaanlage verwendet. 1 zeigt schematisch den Ejektorkreislauf 100.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als nächstes wird der Ejektor 40 genauer beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet „Einstellung des Grades der Drosselöffnung der Düsenanordnung 41‟ eine variable Steuerung von zumindest dem Grad der Öffnung des Drosselabschnitts 41a ausgewählt aus dem Grad der Öffnung des Drosselabschnitts 41a und dem Grad der Öffnung an dem Auslass der Düsenanordnung 41 (dem Divergenzabschnitt 41b).
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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.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Zieldruck Tp ein hochdruckseitiger Kältemitteldruck, welcher den höchsten Wirkungsgrad des Ejektorkreislaufs in Bezug auf die hochdruck-. seitige 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.
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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.
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In 3 entsprechen durch die Bezugsziffern 1-9 gekennzeichnete Punkte den Punkten, die durch die Bezugsziffern 1-9 in 1 gekennzeichnet sind und zeigen entsprechende Zustände des Kältemittels an diesen Punkten 1-9.
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Der Betrieb des Ejektorkreislaufs wird schematisch unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
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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 zusammenfällt 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.
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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.
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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.
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(Zweite Ausführunsform)
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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.
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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.
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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.
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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.
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In 6 wird der Ejektor 40 von fester Art, in welchem der Drosselöffnungsgrad der Düsenanordnung 41 fest, das heißt unveränderbar, 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.
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(Dritte Ausführungsform)
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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.
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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.
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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.
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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 Ausführungsförm zu kombinieren.
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(Andere Ausführungsformen)
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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.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und zumindest zwei der vorstehenden Ausführungsformen können kombiniert werden.
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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.
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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.
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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.