本申請基于在2014年8月21日提出的日本特許申請2014-168277,通過參照將其公開內容援引于本申請。
技術領域
本發(fā)明涉及作為流體減壓裝置發(fā)揮作用的噴射器及具備噴射器的噴射器式制冷循環(huán)。
背景技術:
以往,專利文獻1公開了一種噴射器式制冷循環(huán),該噴射器式制冷循環(huán)是具備作為制冷劑減壓裝置的噴射器的蒸氣壓縮式的制冷循環(huán)裝置。
在該專利文獻1的噴射器式制冷循環(huán)中,通過從噴射器的噴嘴部噴射的高速的噴射制冷劑的吸引作用來從噴射器的制冷劑吸引口吸引蒸發(fā)器下游側制冷劑,通過噴射器的擴散器部(升壓部)使噴射制冷劑與吸引制冷劑的混合制冷劑升壓。此外,使通過擴散器部升壓后的制冷劑吸入至壓縮機,而使壓縮機的吸入制冷劑壓力高于蒸發(fā)器中的制冷劑蒸發(fā)壓力。
因此,在專利文獻1的噴射器式制冷循環(huán)中,相比于壓縮機的吸入制冷劑壓力與蒸發(fā)器中的制冷劑蒸發(fā)壓力大致相等的通常的制冷循環(huán)裝置,能夠使壓縮機的消耗動力降低,能夠提高循環(huán)的成績系數(COP)。
專利文獻1:日本特開平5-149652號公報
然而,在專利文獻1的噴射器式制冷循環(huán)中,在循環(huán)的熱負荷下降后的低負荷運行時等,若使向噴射器的噴嘴部流入的制冷劑(驅動流)的流量下降,則從制冷劑吸引口吸引蒸發(fā)器下游側的制冷劑的吸引能力的下降程度大于驅動流的流量的下降程度。
因此,在專利文獻1的噴射器式制冷循環(huán)中,低負荷運行時噴射器的吸引能力下降較大,有時無法使充分的量的制冷劑向蒸發(fā)器流入。因此,在低負荷運行時,有可能無法通過蒸發(fā)器充分地對冷卻對象流體進行冷卻。
技術實現要素:
發(fā)明要解決的課題
本發(fā)明鑒于上述情況,其第一目的是提供一種噴射器式制冷循環(huán),無論負荷變動如何,都能夠通過蒸發(fā)器充分地冷卻冷卻對象流體。
另外,本發(fā)明的第二目的是提供一種能夠容易構成制冷循環(huán)裝置的噴射器,所述制冷循環(huán)裝置無論負荷變動如何都能夠容易地構成能夠充分地冷卻冷卻對象流體。
本發(fā)明的第一特征例的噴射器式制冷循環(huán)具備:壓縮機,所述壓縮機壓縮并排出制冷劑;散熱器,所述散熱器使從壓縮機排出的制冷劑散熱;噴射器,所述噴射器利用從使從散熱器流出的制冷劑減壓的噴嘴部噴射的高速的噴射制冷劑的吸引作用而從制冷劑吸引口吸引制冷劑,并通過升壓部使噴射制冷劑與從制冷劑吸引口吸引的吸引制冷劑的混合制冷劑升壓;減壓裝置,所述減壓裝置使散熱器下游側的制冷劑減壓;蒸發(fā)器,所述蒸發(fā)器使通過減壓裝置減壓后的低壓制冷劑蒸發(fā),并向制冷劑吸引口側流出;迂回通路,所述迂回通路使從蒸發(fā)器流出的制冷劑繞過噴射器而向壓縮機的吸入口側引導;及迂回流量調整裝置,所述迂回流量調整裝置對在迂回通路中流通的制冷劑的迂回流量進行調整。
在噴射器式制冷循環(huán)中,也可以在迂回通路中設置有通路截面積朝著制冷劑流動方向而逐漸擴大的擴大部。
在噴射器式制冷循環(huán)中,也可以在迂回通路中設置有朝著制冷劑流動方向而通路截面積逐漸擴大的擴大部。
由此,在循環(huán)的熱負荷下降的低負荷運行時,能夠通過迂回流量調整裝置使制冷劑在迂回通路中流通,從而壓縮機經由迂回通路吸入從蒸發(fā)器流出的制冷劑。
因此,即使在低負荷運行時噴射器的吸引能力下降,也能夠利用壓縮機的吸入作用,使充分的量的制冷劑流入蒸發(fā)器。其結果是,能夠通過蒸發(fā)器充分地冷卻冷卻對象流體。
此外,迂回流量調整裝置使迂回流量增加,由此能夠使從制冷劑吸引口吸引的吸引制冷劑流量下降,能夠抑制升壓部中的升壓量的下降。除此以外,還能夠在擴大部將制冷劑的速度能量轉換成壓力能量而使制冷劑的壓力上升。
因此,通過使從噴射器的升壓部流出的制冷劑與從迂回通路流出的制冷劑匯流而得到的匯流制冷劑吸入至壓縮機,從而能夠抑制低負荷運行時的循環(huán)的成績系數的下降。
因此,能夠提供一種無論負荷變動如何都能夠通過蒸發(fā)器充分地冷卻冷卻對象流體的噴射器式制冷循環(huán)。
根據本發(fā)明的第二特征例,應用于蒸氣壓縮式的制冷循環(huán)裝置的噴射器具備:
主體,所述主體形成有使從外部流入的制冷劑減壓的減壓用空間、與減壓用空間的制冷劑流下游側連通并使從外部吸引來的制冷劑流通的吸引用通路、使從減壓用空間噴射出的噴射制冷劑與從吸引用通路吸引的吸引制冷劑混合的升壓用空間;及通路形成部件,所述通路形成部件的至少一部分配置于減壓用空間的內部及升壓用空間的內部,并且形成為截面積隨著離開減壓用空間側而擴大的圓錐狀。
在主體中的形成減壓用空間的部位的內周面與通路形成部件的外周面之間形成的制冷劑通路是噴嘴通路,該噴嘴通路作為使從回旋空間流出的制冷劑減壓并噴射的噴嘴發(fā)揮作用,在主體中的形成升壓用空間的部位的內周面與通路形成部件的外周面之間形成的制冷劑通路是作為混合噴射制冷劑及吸引制冷劑并使其升壓的升壓部發(fā)揮作用的擴散通路,
在主體中形成有迂回通路,該迂回通路使吸引用通路側的制冷劑繞過擴散通路而向擴散通路的下游側引導,在迂回通路中設置有通路截面積朝著制冷劑流動方向而逐漸擴大的擴大部,
噴射器還具備對在迂回通路中流通的制冷劑的迂回流量進行調整的迂回流量調整裝置。
由此,在擴散通路的下游側連接壓縮機的吸入口側,在吸引用通路的上游側連接蒸發(fā)器的制冷劑出口側,從而能夠容易地構成循環(huán)結構的制冷循環(huán)裝置。
在該制冷循環(huán)裝置中,在低負荷運行時,迂回流量調整裝置使制冷劑在迂回通路中流通,由此壓縮機能夠經由迂回通路而吸入從蒸發(fā)器流出的制冷劑。因此,在低負荷運行時,能夠利用壓縮機的吸入作用,來使充分的量的制冷劑流入蒸發(fā)器。其結果是,能夠通過蒸發(fā)器充分地冷卻冷卻對象流體。
此外,迂回流量調整裝置使迂回流量增加,從而能夠使經由吸引用通路而流入擴散通路的制冷劑流量下降,能夠抑制擴散通路中的升壓量的下降。除此以外,還能夠通過擴大部將制冷劑的速度能量轉換成壓力能量而使制冷劑的壓力上升。
因此,通過使從擴散通路流出的制冷劑與從迂回通路流出的制冷劑匯流并吸入至壓縮機,從而能夠抑制低負荷運行時的循環(huán)的成績系數的下降。能夠容易地構成無論負荷變動如何都能夠充分的冷卻冷卻對象流體的制冷循環(huán)裝置。
附圖說明
圖1是第一實施方式的噴射器式制冷循環(huán)的整體結構圖。
圖2是第一實施方式的噴射器的軸向剖視圖。
圖3是用于說明第一實施方式的噴射器的各制冷劑通路的功能的示意性的剖視圖。
圖4是圖2的IV部的示意性的放大剖視圖。
圖5是表示迂回流量相對于第一實施方式的壓差閥的壓力差的變化而變化的曲線圖。
圖6是表示第一實施方式的噴射器式制冷循環(huán)正常運行時的制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。
圖7是表示第一實施方式的噴射器式制冷循環(huán)低負荷運行時的制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。
圖8是第二實施方式的流量調整閥的示意性的放大剖視圖。
圖9是表示迂回流量相對于第二實施方式的流量調整閥的過熱度的變化而變化的曲線圖。
圖10是第三實施方式的流量調整閥的示意性的放大剖視圖。
圖11是第四實施方式的噴射器式制冷循環(huán)的整體結構圖。
圖12是第五實施方式的噴射器式制冷循環(huán)的整體結構圖。
圖13是表示第五實施方式的噴射器式制冷循環(huán)正常運行時的制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。
圖14是表示第五實施方式的噴射器式制冷循環(huán)低負荷運行時的制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。
具體實施方式
(第一實施方式)
使用圖1~圖7,對本發(fā)明的第一實施方式進行說明。圖1的整體結構圖所示的本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10應用于車輛用空調裝置,實現對向作為空調對象空間的車室內吹送的送風空氣進行冷卻的功能。因此,該噴射器式制冷循環(huán)10的冷卻對象流體是送風空氣。
另外,在本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10中,作為制冷劑而采用HFC類制冷劑(具體而言,R134a),構成高壓側制冷劑壓力不超過制冷劑的臨界壓力的亞臨界制冷循環(huán)。當然,作為制冷劑也可以采用HFO類制冷劑(具體而言,R1234yf)等。此外,在制冷劑中混入有用于對壓縮機11進行潤滑的冷凍機油,冷凍機油的一部分與制冷劑一起在循環(huán)中進行循環(huán)。
在噴射器式制冷循環(huán)10中,壓縮機11吸入制冷劑并使其升壓直至成為高壓制冷劑并排出。具體而言,本實施方式的壓縮機11是在一個殼體內收容固定容量型的壓縮機構及對壓縮機構進行驅動的電動機而構成的電動壓縮機。
作為該壓縮機構,能夠采用渦旋式壓縮機構、葉片型壓縮機構等各種壓縮機構。另外,電動機通過從后述的控制裝置50輸出的控制信號控制其動作(轉速),可以采用交流電動機、直流電動機中的任一形式。
壓縮機11的排出口與散熱器12的冷凝部12a的制冷劑入口側連接。散熱器12是通過使從壓縮機11排出的高壓制冷劑與由冷卻風扇12d吹送的車室外空氣(外氣)進行熱交換,從而使高壓制冷劑散熱而進行冷卻的散熱用熱交換器。
更具體而言,散熱器12是具有冷凝部12a、接收器部12b及過冷部12c的所謂的過冷型的冷凝器,所述冷凝部12a使從壓縮機11排出的高壓氣相制冷劑與從冷卻風扇12d吹送的外氣進行熱交換,而使高壓氣相制冷劑散熱并冷凝;所述接收器部12b對從冷凝部12a流出的制冷劑的氣液進行分離并存儲剩余液相制冷劑;所述過冷部12c使從所述接收器部12b流出的液相制冷劑與從冷卻風扇12d吹送的外氣進行熱交換,而對液相制冷劑進行過度冷卻。
冷卻風扇12d是通過從控制裝置50輸出的控制電壓來控制轉速(送風空氣量)的電動式送風機。散熱器12的過冷部12c的制冷劑出口側與噴射器13的制冷劑流入口31a連接。
噴射器13發(fā)揮作為使從散熱器12流出的過冷卻狀態(tài)的高壓液相制冷劑減壓并向下游側流出的制冷劑減壓裝置的功能,并且發(fā)揮作為利用以高速度被噴射的制冷劑流的吸引作用來吸引(輸送)從后述的蒸發(fā)器14流出的制冷劑而使其循環(huán)的制冷劑循環(huán)部(制冷劑輸送部)的功能。此外,本實施方式的噴射器13發(fā)揮對減壓后的制冷劑的氣液進行分離的氣液分離器的功能。
使用圖2~圖5來對噴射器13的具體結構進行說明。此外,圖2中的上下各箭頭表示將噴射器式制冷循環(huán)10搭載于車輛用空調裝置的狀態(tài)下的上下各方向。另外,圖3是用于說明噴射器13的各制冷劑通路的功能的示意性的剖視圖,對發(fā)揮與圖2相同的功能的部分付以相同的符號。
首先,本實施方式的噴射器13如圖2所示,具備通過組合多個構成部件而構成的主體30。具體而言,主體30具有棱柱狀或圓柱狀的由金屬或樹脂形成的殼體主體31,該殼體主體31形成噴射器13的外殼。此外,在殼體主體31的內部固定有噴嘴主體32、中部主體33、下部主體34。
在殼體主體31形成有:使從散熱器12流出的制冷劑向內部流入的制冷劑流入口31a;吸引從蒸發(fā)器14流出的制冷劑的制冷劑吸引口31b;使在形成于主體30內部的氣液分離空間30f中分離出的液相制冷劑向蒸發(fā)器14的制冷劑入口側流出的液相制冷劑流出口31c;以及使在氣液分離空間30f中分離出的氣相制冷劑向壓縮機11的吸入口側流出的氣相制冷劑流出口31d等。
此外,在本實施方式中,在連接氣液分離空間30f與液相制冷劑流出口31c的液相制冷劑通路配置有作為使向蒸發(fā)器14流入的制冷劑減壓的減壓裝置的節(jié)流孔30i。
噴嘴主體32由沿著制冷劑流動方向而尖端變細的大致圓錐形狀的金屬部件形成。此外,噴嘴主體32以軸向成為鉛垂方向(圖2的上下方向)的方式通過壓入等手段而固定于殼體主體31的內部。在噴嘴主體32的上方側與殼體主體31之間形成有使從制冷劑流入口31a流入的制冷劑回旋的回旋空間30a。
回旋空間30a形成為旋轉體形狀,圖2中的單點劃線所示的中心軸沿著鉛垂方向延伸。此外,旋轉體形狀是指使俯視圖形繞同一平面上的一個直線(中心軸)旋轉后形成的立體形狀。更具體而言,本實施方式的回旋空間30a形成為大致圓柱狀。當然,也可以形成為將圓錐或圓錐臺與圓柱結合而成的形狀等。
在從回旋空間30a的中心軸方向觀察時,連接制冷劑流入口31a與回旋空間30a的制冷劑流入通路31e沿著回旋空間30a的內壁面的切線方向延伸。由此,從制冷劑流入通路31e向回旋空間30a流入的制冷劑沿著回旋空間30a的內壁面流動,而繞著回旋空間30a的中心軸回旋。
在此,對在回旋空間30a內回旋的制冷劑作用離心力,因此在回旋空間30a內,中心軸側的制冷劑壓力低于外周側的制冷劑壓力。因此,在本實施方式中,在噴射器式制冷循環(huán)10正常運行時,使回旋空間30a內的中心軸側的制冷劑壓力下降至成為飽和液相制冷劑的壓力或制冷劑進行減壓沸騰(產生空穴現象)的壓力。
這樣的回旋空間30a內的中心軸側的制冷劑壓力的調整能夠通過調整在回旋空間30a內回旋的制冷劑的回旋流速來實現。此外,回旋流速的調整能夠通過例如調整制冷劑流入通路31e的通路截面積與回旋空間30a的軸向垂直截面積的面積比等來進行。此外,本實施方式的回旋流速的意思是回旋空間30a的最外周部附近的制冷劑的回旋方向上的流速。
另外,在噴嘴主體32的內部形成有使從回旋空間30a流出的制冷劑減壓并向下游側流出的減壓用空間30b。該減壓用空間30b形成為如下形狀:將圓柱狀空間與從該圓柱狀空間的下方側連續(xù)地朝著制冷劑流動方向而逐漸擴大的圓錐臺形狀空間結合而成的旋轉體形狀,減壓用空間30b的中心軸與回旋空間30a的中心軸配置在同軸上。
此外,在減壓用空間30b的內部形成有在減壓用空間30b內使制冷劑通路面積縮小到最小的最小通路面積部30m,并且配置有使最小通路面積部30m的通路面積變化的通路形成部件35。
通路形成部件35形成為朝著制冷劑流下游側而逐漸擴大的大致圓錐形狀,其中心軸與減壓用空間30b的中心軸配置在同軸上。即,通路形成部件35形成為隨著離開減壓用空間30b而截面積擴大的圓錐狀。
因此,作為在形成噴嘴主體32的減壓用空間30b的部位的內周面與通路形成部件35的上方側的外周面之間形成的制冷劑通路,如圖3所示,形成有尖細部131及尾寬部132。尖細部131是形成于最小通路面積部30m的制冷劑流上游側,且到最小通路面積部30m為止的制冷劑通路面積逐漸縮小的制冷劑通路。尾寬部132是從最小通路面積部30m向制冷劑流下游側形成,且制冷劑通路面積逐漸擴大的制冷劑通路。
在該尾寬部132中,從徑向觀察時,減壓用空間30b與通路形成部件35重合(重疊),因此制冷劑通路的軸向垂直截面的形狀成為圓環(huán)狀(從圓形去除了配置于同軸上的小徑的圓形狀而成的甜甜圈形狀)。此外,尾寬部132中的制冷劑通路面積朝著制冷劑流下游側而逐漸擴大。
在本實施方式中,將由這樣的通路形狀而在減壓用空間30b的內周面與通路形成部件35的頂部側的外周面之間形成的制冷劑通路設為作為拉瓦爾噴嘴發(fā)揮作用的噴嘴通路13a,從而使制冷劑減壓,并且使制冷劑增速以使制冷劑的流速成為超音速并進行噴射。
接著,如圖2所示,中部主體33在其中心部設置有貫通正反(上下)的貫通孔。此外,中部主體33由在該貫通孔的外周側收容有使通路形成部件35位移的驅動裝置37的金屬制圓板狀部件形成。此外,中部主體33的貫通孔的中心軸與回旋空間30a及減壓用空間30b的中心軸配置在同軸上。另外,中部主體33通過壓入等手段而固定于殼體主體31的內部且噴嘴主體32的下方側。
此外,在中部主體33的上表面和與其相對的殼體主體31的內壁面之間形成有使從制冷劑吸引口31b流入的制冷劑滯留的流入空間30c。在本實施方式中,噴嘴主體32的下方側的尖細頂端部被定位于中部主體33的貫通孔的內部,因此流入空間30c形成為從回旋空間30a及減壓用空間30b的中心軸方向觀察時呈截面圓環(huán)狀。
此外,連接制冷劑吸引口31b與流入空間30c的吸引制冷劑流入通路30h優(yōu)選從流入空間30c的中心軸方向觀察時,沿著流入空間30c的內周壁面的切線方向延伸。其理由是,通過使從制冷劑吸引口31b經由吸引制冷劑流入通路30h而向流入空間30c內流入的制冷劑回旋,從而能夠促進從后述的擴散通路13c流出的制冷劑的回旋流動。
另外,在中部主體33的貫通孔中的插入噴嘴主體32的下方側的范圍、即從與軸線垂直的徑向觀察時中部主體33與噴嘴主體32重合的范圍中,以適合于噴嘴主體32的尖細頂端部的外周形狀的方式使制冷劑通路面積朝向制冷劑流動方向而逐漸縮小。
由此,在貫通孔的內周面與噴嘴主體32的下方側的外周面之間形成吸引通路30d,該吸引通路30d使流入空間30c與減壓用空間30b的制冷劑流下游側連通。即,在本實施方式中,通過流入空間30c及吸引通路30d而形成使吸引制冷劑從中心軸的外周側向內周側流動的吸引用通路13b。該吸引用通路13b的中心軸垂直截面也形成為截面圓環(huán)狀。
另外,在中部主體33的貫通孔中的吸引通路30d的制冷劑流下游側形成有升壓用空間30e,該升壓用空間30e形成為朝著制冷劑流動方向而逐漸擴大的大致圓錐臺形狀。升壓用空間30e是使從上述噴嘴通路13a噴射的噴射制冷劑與從吸引通路30d吸引的吸引制冷劑混合的空間。升壓用空間30e的中心軸與回旋空間30a及減壓用空間30b的中心軸配置在同軸上。
在升壓用空間30e的內部配置有通路形成部件35的下方側。此外,在中部主體33的形成升壓用空間30e的部位的內周面與通路形成部件35的下方側的外周面之間形成的制冷劑通路形成為使制冷劑通路面積朝著制冷劑流下游側而逐漸擴大的形狀。由此,在該制冷劑通路中,能夠將噴射制冷劑及吸引制冷劑的混合制冷劑的速度能量轉換為壓力能量。
因此,如圖3所示,在形成升壓用空間30e的中部主體33的內周面與通路形成部件35的下方側的外周面之間形成的制冷劑通路構成擴散通路13c,該擴散通路13c作為使噴射制冷劑及吸引制冷劑混合并升壓的擴散器(升壓部)發(fā)揮作用。該擴散通路13c的中心軸垂直截面形狀也形成為圓環(huán)狀。
接著,對配置于中部主體33的內部且使通路形成部件35位移的驅動裝置37進行說明。該驅動裝置37構成為具有作為壓力應動部件的圓形薄板狀的膜片37a。更具體而言,如圖2所示,膜片37a以將形成于中部主體33的外周側的圓柱狀的空間分割為上下2個空間的方式通過焊接等手段被固定。
由膜片37a分隔的2個空間中的上方側(流入空間30c側)的空間構成封入有感溫介質的封入空間37b,該感溫介質根據蒸發(fā)器14出口側制冷劑(具體而言,從蒸發(fā)器14流出的制冷劑)的溫度而產生壓力變化。在該封入空間37b中以使與在噴射器式制冷循環(huán)10中進行循環(huán)的制冷劑相同組成的感溫介質成為預定密度的方式封入感溫介質。因此,本實施方式中的感溫介質是以R134a為主成分的介質。
另一方面,由膜片37a分隔的2個空間中的下方側的空間構成導入空間37c,該導入空間37c經由未圖示的連通路徑而導入蒸發(fā)器14出口側制冷劑。因此,蒸發(fā)器14出口側制冷劑的溫度經由對流入空間30c與封入空間37b進行分隔的蓋部件37d及膜片37a而傳遞至封入于封入空間37b的感溫介質。
此外,膜片37a根據封入空間37b的內壓與向導入空間37c流入的蒸發(fā)器14出口側制冷劑的壓力之間的差壓而變形。因此,膜片37a優(yōu)選由富有彈性并且熱傳遞良好、強韌的材質形成,例如優(yōu)選由不銹鋼(SUS304)等金屬薄板形成。
另外,在膜片37a的中心部通過焊接等而手段而接合圓柱狀的動作桿37e的上端側,在動作桿37e的下端側固定通路形成部件35的最下方部(底部)的外周側。由此,膜片37a與通路形成部件35連結,隨著膜片37a的位移而通路形成部件35位移,從而調整噴嘴通路13a的最小通路面積部30m的制冷劑通路面積。
更具體而言,若蒸發(fā)器14出口側制冷劑的溫度(過熱度)上升,則封入于封入空間37b的感溫介質的飽和壓力上升,從封入空間37b的內壓減去導入空間37c的壓力而得到的差壓變大。由此,膜片37a使通路形成部件35在擴大最小通路面積部30m的制冷劑通路面積的方向(鉛垂方向下方側)上位移。
另一方面,若蒸發(fā)器14出口側制冷劑的溫度(過熱度)下降,則封入于封入空間37b的感溫介質的飽和壓力下降,從封入空間37b的內壓減去導入空間37c的壓力而得到的差壓變小。由此,膜片37a使通路形成部件35在縮小最小通路面積部30m的制冷劑通路面積的方向(鉛垂方向上方側)上位移。
這樣,膜片37a根據蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度來使通路形成部件35位移,由此調整最小通路面積部30m的制冷劑通路面積,以使蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度接近預定的基準過熱度KSH。此外,動作桿37e與中部主體33之間的間隙被未圖示的O形環(huán)等密封部件密封,即使動作桿37e位移,制冷劑也不會從該間隙漏出。
另外,通路形成部件35的底面承受固定于下部主體34的螺旋彈簧38的負荷。螺旋彈簧38對通路形成部件35施加通路形成部件35向縮小最小通路面積部30m的制冷劑通路面積一側施力的負荷,能夠通過調整該負荷來變更通路形成部件35的開閥壓,從而變更目標的基準過熱度KSH。
在本實施方式中,在中部主體33的外周側設置多個(具體而言為2個)圓柱狀的空間,在該空間的內部分別固定圓形薄板狀的膜片37a而構成2個驅動裝置37,但驅動裝置37的數量不限定于此。此外,在將驅動裝置37設置于多個部位的情況下,優(yōu)選分別相對于中心軸以等角度間隔配置。
接著,下部主體34由圓柱狀的金屬部件形成,并通過螺紋緊固等手段而以封閉殼體主體31的底面的方式固定于殼體主體31內。在下部主體34的上方側與中部主體33之間形成氣液分離空間30f,該氣液分離空間30f對從形成于升壓用空間30e內的擴散通路13c流出的制冷劑進行氣液分離。
該氣液分離空間30f形成為大致圓柱狀的旋轉體形狀的空間,氣液分離空間30f的中心軸也與回旋空間30a、減壓用空間30b、升壓用空間30e等的中心軸配置在同軸上。此外,從擴散通路13c向氣液分離空間30f流出的制冷劑具有繞中心軸回旋的回旋方向的速度成分。因此,在氣液分離空間30f內利用離心力的作用而對制冷劑進行氣液分離。
此外,該氣液分離空間30f的內容積成為如下容積:即使在循環(huán)中產生負荷變動而在循環(huán)中進行循環(huán)的制冷劑循環(huán)流量發(fā)生變動,實質上也無法存儲剩余制冷劑的程度的容積。
在下部主體34的中心部設置有圓筒狀的管34a,該管34a相對于氣液分離空間30f配置在同軸上且向上方側延伸。并且,在氣液分離空間30f中分離出的液相制冷劑暫時滯留于管34a的外周側,然后從液相制冷劑流出口31c流出。在管34a的內部形成有氣相制冷劑流出通路34b,該氣相制冷劑流出通路34b將在氣液分離空間30f中分離出的氣相制冷劑向殼體主體31的氣相制冷劑流出口31d引導。
在管34a的上端部固定有上述螺旋彈簧38。此外,該螺旋彈簧38也發(fā)揮作為使制冷劑被減壓時的壓力脈動引起的通路形成部件35的振動衰減的振動緩沖部件的功能。另外,在下部主體34的底面形成有使液相制冷劑中的冷凍機油經由氣相制冷劑流出通路34b而返回壓縮機11內的回油孔34c。
此外,在本實施方式的殼體主體31中形成有迂回通路39,該迂回通路39使流入到流入空間30c的制冷劑繞過吸引通路30d、擴散通路13c、及氣液分離空間30f并引導向氣相制冷劑流出通路34b側。在該迂回通路39的制冷劑流最下游側形成有通路截面積朝著制冷劑流動方向而逐漸擴大的擴大部39a。
另外,在迂回通路39中配置有作為迂回流量調整裝置的壓差閥40,該壓差閥40對在迂回通路39中流通的制冷劑的流量(迂回流量)Gb進行調整。使用圖4來對該壓差閥40的詳細結構進行說明。此外,在圖4中圖示了壓差閥40將迂回通路39打開,被吸引到噴射器13的吸引用通路13b的蒸發(fā)器14出口側制冷劑能夠在迂回通路39中流通的狀態(tài)。
如圖4所示,壓差閥4構成為具有球閥40a、密封件40b及螺旋彈簧40c等。
球閥40a是形成為球狀的閥芯。球閥40a根據從迂回通路39出口側制冷劑的壓力P2減去迂回通路39入口側制冷劑的壓力P1而得到的壓力差(P2-P1)來進行位移。
在此,壓力P2是經由氣相制冷劑流出通路34b而向壓縮機11吸入的制冷劑的壓力。另外,壓力P2是從蒸發(fā)器14流出并流入到流入空間30c的制冷劑的壓力。因此,壓力差(P2-P1)相當于擴散通路13c中的制冷劑升壓量。
密封件40b是在中心部形成有貫通正反的貫通孔40d的圓板狀部件。該貫通孔40d構成迂回通路39的制冷劑通路。密封件40b的外周側通過壓入等手段而固定于迂回通路39的內部。此外,在壓力差(P2-P1)成為預定的基準壓力差ΔKP以上時,球閥40a與密封件40b抵接而堵住密封件40b的貫通孔。
由此,迂回通路39被關閉。即,在本實施方式的壓差閥40中,如圖5所示,在壓力差(P2-P1)低于基準壓力差ΔKP時,能夠隨著壓力差(P2-P1)的減少而增加迂回流量(即壓差閥40的制冷劑通路面積)。
螺旋彈簧40c固定于密封件40b,對球閥40a施加向離開密封件40b一側施力的負荷。因此,能夠通過調整螺旋彈簧40c的負荷,來變更球閥40a的開閥壓,從而變更基準壓力差ΔKP。
在本實施方式中,將基準壓量差ΔKP設定為小于噴射器式制冷循環(huán)10正常運行時的擴散通路13c中的制冷劑升壓量的值。在此,擴散通路13c中的制冷劑升壓量成為與從迂回通路39出口側制冷劑的壓力P2減去迂回通路39入口側制冷劑的壓力P1而得到的壓力差(P2-P1)大致相等的值。因此,在正常運行時,壓差閥40將迂回通路39關閉。
在此,在圖2、圖4這中,為了使圖示明確,將作為迂回流量調整裝置的壓差閥40的內部流路直接圖示于殼體主體31內,但在實際的迂回流量調整裝置中,若內部流路結構復雜,則有時無法在殼體主體31內配置迂回流量調整裝置。
在這樣的情況下,例如也可以通過將相對于殼體主體31分體形成的迂回流量調整裝置插入形成于殼體主體31的插入孔,從而配置于殼體主體31內。此外,也可以由多個分割部件構成殼體主體31,并在殼體主體31內配置迂回流量調整裝置。
另外,本實施方式的迂回通路39的入口在流入空間30c的最外周側開口。因此,流入到流入空間30c的制冷劑中的迂回通路39的上游側的制冷劑的溫度傳遞至被封入上述驅動裝置37的封入空間37b的感溫介質。
即,在本實施方式的驅動裝置37中,根據在吸引用通路13b中流通的制冷劑且迂回通路39的上游側的制冷劑的溫度及壓力來使通路形成部件35位移,以使蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH。
換言之,在本實施方式的驅動裝置37中,基于在從制冷劑吸引口31b(即,吸引用通路13b的入口)側到迂回通路39的入口側的制冷劑流路中流通的制冷劑的溫度及壓力來使通路形成部件35位移,以使向吸引用通路13b流入的制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH。
如圖1所示,噴射器13的相制冷劑流出口31c與蒸發(fā)器14的制冷劑入口側連接。蒸發(fā)器14是通過使在噴射器13中減壓后的低壓制冷劑與從送風風扇14a向車室內吹送的送風空氣進行熱交換,從而使低壓制冷劑蒸發(fā)而發(fā)揮吸熱作用的吸熱用熱交換器。
送風風扇14a是通過從控制裝置50輸出的控制電壓來控制轉速(送風空氣量)的電動式送風機。蒸發(fā)器14的出口側與噴射器13的制冷劑吸引口31b連接。此外,噴射器13的氣相制冷劑流出口31d與壓縮機11的吸入側連接。
接著,未圖示的控制裝置50由包含CPU、ROM及RAM等的周知的微型計算機和其周邊電路構成。該控制裝置50基于存儲于其ROM內的控制程序而進行各種運算、處理,對上述各種電氣式的致動器11、12d、14a等的動作進行控制。
另外,控制裝置50與檢測車室內溫度的內氣溫傳感器、檢測外氣溫的外氣溫傳感器、檢測車室內的日射量的日射傳感器、檢測蒸發(fā)器14的吹出空氣溫度(蒸發(fā)器溫度)的蒸發(fā)器溫度傳感器、檢測散熱器12出口側制冷劑的溫度的出口側溫度傳感器及檢測散熱器12出口側制冷劑的壓力的出口側壓力傳感器等空調控制用的傳感器組連接,被輸入這些傳感器組的檢測值。
此外,控制裝置50的輸入側與配置于車室內前部的儀表板附近的未圖示的操作面板連接,向控制裝置50輸入來自設置于該操作面板的各種操作開關的操作信號。作為設置于操作面板的各種操作開關,設置有要求進行車室內空調的空調動作開關、對車室內溫度進行設定的車室內溫度設定開關等。
此外,本實施方式的控制裝置50與對連接于其輸出側的各種的控制對象設備的動作進行控制的控制部構成為一體,但控制裝置50中的對各控制對象設備的動作進行控制的結構(硬件及軟件)構成各控制對象設備的控制單元。例如,在本實施方式中,對壓縮機11的電動機的動作進行控制的結構構成排出能力控制單元。
接著,對上述結構的本實施方式的動作進行說明。首先,使用圖6的莫里爾圖來對正常運行時進行說明。此外,圖6、圖7的莫里爾圖的縱軸表示與圖3的P0、P1、P2對應的壓力。
首先,若接通(ON)了操作面板的動作開關,則控制裝置50使壓縮機11的電動機、冷卻風扇12d、送風風扇14a等動作。由此,壓縮機11吸入制冷劑,進行壓縮并排出。
從壓縮機11排出的高溫高壓制冷劑(圖6的a6點)向散熱器12的冷凝部12a流入,與從冷卻風扇12d吹送的外氣進行熱交換,從而散熱并冷凝。在冷凝部12a冷凝后的制冷劑在接收器部12b被氣液分離。在接收器部12b氣液分離出的液相制冷劑與在過冷部12c從冷卻風扇12d吹送的外氣進行熱交換,進而散熱而成為過冷卻液相制冷劑(圖6的a6點→b6點)。
從散熱器12的過冷部12c流出的過冷卻液相制冷劑向噴射器13的回旋空間30a流入,進而在形成于減壓用空間30b的內周面與通路形成部件35的外周面之間的噴嘴通路13a等熵地被減壓并噴射(圖6的b6點→c6點)。此時,以使蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH的方式調整減壓用空間30b的最小通路面積部30m的制冷劑通路面積。
并且,利用從噴嘴通路13a噴射出的噴射制冷劑的吸引作用,從蒸發(fā)器14流出的制冷劑(圖6的i6點)被從制冷劑吸引口31b向噴射器13的內部吸引。從噴嘴通路13a噴射出的噴射制冷劑及經由吸引用通路13b而吸引的吸引制冷劑流入擴散通路13c而匯流(圖6的c6點→d6點、j6點→d6點)。
此時,在正常運行時,壓差閥40關閉迂回通路39,因此從制冷劑吸引口31b被吸引向吸引用通路13b的全部流量的吸引制冷劑流入擴散通路13c而與噴射制冷劑匯流。
在此,吸引通路30d形成為制冷劑通路面積逐漸縮小的形狀。因此,在吸引通路30d中通過的吸引制冷劑一邊使其壓力下降(圖6的i6點→j6點),一邊使流速增加。由此,縮小吸引制冷劑與噴射制冷劑的速度差,能夠減少在擴散通路13c中吸引制冷劑與噴射制冷劑混合時的能量損失(混合損失)。
在擴散通路13c中,通過擴大制冷劑通路面積,而將制冷劑的動量轉換為壓力能量。由此,噴射制冷劑與吸引制冷劑混合并且混合制冷劑的壓力上升(圖6的d6點→e6點)。
從擴散通路13c流出的制冷劑在氣液分離空間30f被氣液分離(圖6的e6點→f6點、e6點→g6點)。在氣液分離空間30f中分離出液相制冷劑在節(jié)流孔30i被減壓(圖6的g6點→h6點),并向蒸發(fā)器14流入。
流入到蒸發(fā)器14的制冷劑從通過送風風扇14a吹送的送風空氣吸熱而蒸發(fā)(圖6的h6點→i6點)。由此,對送風空氣進行冷卻。另一方面,在氣液分離空間30f中分離出的氣相制冷劑從氣相制冷劑流出口31d流出,被吸入壓縮機11而再次被壓縮(圖6的k6點→a6點)。
此外,在圖6中,f6點與k6點不同的理由是因此吸入至壓縮機11的制冷劑會產生壓縮機11的吸入壓損。因此,在理想的循環(huán)中,優(yōu)選f6點與k6點一致。這一點在其他莫里爾圖中也相同。
如上所述,在正常運行時,能夠對向車室內吹送的送風空氣進行冷卻。此外,在噴射器式制冷循環(huán)10中,使在擴散通路13c中升壓后的制冷劑吸入至壓縮機11,因此能夠減少壓縮機11的驅動動力,提高循環(huán)效率(COP)。
另外,根據本實施方式的噴射器13,通過在回旋空間30a中使液相制冷劑回旋,從而能夠使回旋空間30a內的回旋中心側的制冷劑壓力下降至成為飽和液相制冷劑的壓力或制冷劑進行減壓沸騰(產生空穴現象)的壓力。由此,使在回旋中心軸的內周側比外周側存在更多的氣相制冷劑,能夠使回旋空間30a內的回旋中心線附近為氣單相、其周圍為液單相的二相分離狀態(tài)。
通過這樣使成為二相分離狀態(tài)的制冷劑向噴嘴通路13a流入,從而在噴嘴通路13a的尖細部131中,在制冷劑從圓環(huán)狀的制冷劑通路的外周側壁面剝離時產生的壁面沸騰及因圓環(huán)狀的制冷劑通路的中心軸側的制冷劑的空穴現象而產生的沸騰核導致的界面沸騰,從而促進制冷劑的沸騰。由此,流入噴嘴通路13a的最小通路面積部30m的制冷劑成為氣相與液相均勻地混合的氣液混合狀態(tài)。
并且,在最小通路面積部30m的附近,氣液混合狀態(tài)的制冷劑的流動產生堵塞(阻塞),利用該阻塞而達到了音速的氣液混合狀態(tài)的制冷劑在尾寬部132被加速并噴射。這樣,能夠通過基于壁面沸騰及界面沸騰這雙方的沸騰促進,從而高效地對氣液混合狀態(tài)的制冷劑進行加速直至成為音速,由此能夠提高噴嘴通路13a的能量轉換效率。
另外,在本實施方式的噴射器13中,作為通路形成部件35,采用了形成為隨著離開減壓用空間30b而截面積擴大的圓錐狀的結構。因此,能夠將擴散通路13c的形狀設為隨著離開減壓用空間30b而沿著通路形成部件35的外周擴大的形狀。其結果是,能夠縮短噴射器13整體的軸向尺寸。
另外,在本實施方式的噴射器13中,在主體30的內部形成有氣液分離空間30f,因此與在噴射器13以外設置發(fā)揮相同的功能的氣液分離器的情況相比,能夠縮小氣液分離空間30f的容積。
然而,當為了外氣溫比較低的初春期、晩秋期的制冷或冬期的除濕制暖而使本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10動作時,循環(huán)的熱負荷低于上述正常運行時。在這樣的運行時(以下稱為低負荷運行時),控制裝置50的排出能力控制單元使壓縮機11的制冷劑排出能力下降。
因此,在低負荷運行時,在循環(huán)內進行循環(huán)的循環(huán)制冷劑流量下降,向噴射器13的噴嘴通路13a流入的制冷劑(驅動流)的流量也下降。并且,隨著該驅動流的流量的下降,從噴射器13的制冷劑吸引口31b吸引蒸發(fā)器14出口側制冷劑的吸引能力也下降。
因此,在低負荷運行時,無法使充分的流量的制冷劑向蒸發(fā)器14流入,有可能無法充分地冷卻送風空氣。
與此相對,在本實施方式的噴射器13中,在主體30(具體而言,殼體主體31)形成迂回通路39,此外在迂回通路39中配置有作為迂回流量調整裝置的壓差閥40,因此即使在低負荷運行時也能夠使充分的量的制冷劑流入蒸發(fā)器14。
使用圖7的莫里爾圖來對這一點進行說明。此外,在圖7的莫里爾圖中表示制冷劑的狀態(tài)的各符號使用與在圖6的莫里爾圖中表示循環(huán)結構上同等的部位的制冷劑的狀態(tài)的符號相同的字母進行表示,僅變更下標。這一點在以下的莫里爾圖中也相同。
在低負荷運行時中也與正常運行時相同地,從壓縮機11排出的高溫高壓制冷劑(圖7的a7點)通過散熱器12散熱直至成為過冷卻液相制冷劑(圖7的a7點→b7點)。在低負荷運行時,如上所述,控制裝置50使壓縮機11的制冷劑排出能力下降,因此壓縮機11排出制冷劑的壓力P0低于正常運行時。
從散熱器12流出的過冷卻液相制冷劑與正常運行時相同地,在噴射器13的噴嘴通路13a中被等熵地減壓并噴射(圖7的b7點→c7點)。由此,從蒸發(fā)器14流出的制冷劑(圖7的i7點)被從制冷劑吸引口31b吸引。
并且,從噴嘴通路13a噴射出的噴射制冷劑及從制冷劑吸引口31b吸引的吸引制冷劑的一部分經由流入空間30c及吸引通路30d而向擴散通路13c流入。
在此,在低負荷運行時,驅動流的流量低于正常運行時,因此在擴散通路13c中轉換為壓力能量的動量減少。因此,在低負荷運行時,擴散通路13c中的制冷劑升壓量下降,壓力差(P2-P1)低于基準壓力差ΔKP。其結果是,壓差閥40打開迂回通路39。
因此,在低負荷運行時,從制冷劑吸引口31b吸引的制冷劑的一部分向擴散通路13c側流入,剩下的制冷劑向迂回通路39側流入。
并且,從制冷劑吸引口31b吸引的制冷劑中的流入擴散通路13c的一部分制冷劑與正常運行時相同地,在擴散通路13c中與噴射制冷劑混合并升壓(圖7的c7點→d7點→e7點、i7點→j7點→d7點→e7點)。關于在擴散通路13c中升壓后的制冷劑的以后的動作與正常運行時相同地流動。
另一方面,從制冷劑吸引口31b吸引的制冷劑中的流入迂回通路39的制冷劑在通過擴大部39a時,制冷劑的動量被轉換為壓力能量,由此升壓(圖7的j7點→j’7點)。從迂回通路39流入氣相制冷劑流出通路34b的制冷劑與在氣液分離空間30f中分離的氣相制冷劑匯流,被吸入壓縮機11而被再次壓縮(圖7的k7點→a7點)。
如上所述,在低負荷運行時,作為迂回流量調整裝置的壓差閥40使制冷劑在迂回通路39中流通,因此壓縮機11能夠經由迂回通路39而吸入蒸發(fā)器14出口側制冷劑。因此,在低負荷運行時,能夠利用壓縮機11的吸入作用,使充分的量的制冷劑流入蒸發(fā)器14。其結果是,能夠通過蒸發(fā)器14充分地冷卻送風空氣。
此外,通過壓差閥40使迂回流量Gb增加,從而能夠使從流入空間30c向擴散通路13c流入的制冷劑流量下降,而抑制擴散通路13c中的升壓量(圖7的P2與P1之差)的下降。除此以外,能夠通過擴大部39a將在迂回通路39中流通的制冷劑的速度能量轉換為壓力能量而使制冷劑的壓力上升。
因此,使從擴散通路13c流出并在氣液分離空間30f中分離出的氣相制冷劑與從迂回通路39的擴大部39a流出的制冷劑匯流,并使其吸入至壓縮機11,由此能夠控制低負荷運行時的COP的下降。
即,根據本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10,即使在低負荷運行時噴射器13的驅動流的流量下降,也能夠充分地冷卻送風空氣。另外,根據本實施方式的噴射器13,能夠容易地構成即使在低負荷運行時也能夠充分地冷卻送風空氣的噴射器式制冷循環(huán)10。
此外,本實施方式的壓差閥40成為隨著壓力差(P2-P1)的減少而使迂回流量Gb增加的結構。因此,能夠根據低負荷運行時的驅動流的流量來調整迂回流量Gb,能夠適當地調整向蒸發(fā)器14流入的制冷劑流量。
另外,本實施方式的噴射器13具備驅動裝置37,因此能夠根據噴射器式制冷循環(huán)10的負荷變動使通路形成部件35位移,并調整噴嘴通路13a的制冷劑通路面積(最小通路面積部30m中的通路截面積)。因此,能夠根據噴射器式制冷循環(huán)10的負荷變動而適當地使噴射器13動作。
此外,本實施方式的驅動裝置37根據在吸引用通路13b中流通的且迂回通路39的上游側的制冷劑的溫度及壓力,來使通路形成部件35位移,以使向吸引用通路13b流入的制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH。因此,無論壓差閥40的開度如何,都能夠使噴射器13適當地動作,以使向吸引用通路13b流入的制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH。
除此以外,在本實施方式中,由封入空間37b、膜片37a等機械機構構成驅動裝置37,不需要復雜的控制,就能夠根據循環(huán)的負荷變動來使噴射器13適當地動作。
(第二實施方式)
在本實施方式中,對相對于第一實施方式變更了迂回流量調整裝置的例子進行說明。具體而言,在本實施方式中,作為迂回流量調整裝置,采用圖8所示的電氣式的流量調整閥41。此外,圖8是電氣式的流量調整閥41的示意性的放大剖視圖,是與在第一實施方式中進行了說明的圖4對應的附圖。因此,在圖8中,圖示了流量調整閥41將迂回通路39打開的狀態(tài)。
本實施方式的流量調整閥41構成為具有電樞41a、罩41b、線圈41c、螺旋彈簧41d等。
電樞41a由大致圓柱狀的磁性材料形成。此外,電樞41a根據線圈41c產生的電磁力而位移,使形成于迂回通路39內的制冷劑通路孔39b的開度變化。更具體而言,該電樞41a以隨著線圈41c產生的電磁力的增加而使制冷劑通路孔39b的開度增加的方式位移。
罩41b形成為有底圓筒狀,在內部收容電樞41a。此外,罩41b由與電樞41a相同的磁性材料形成,構成線圈41c產生的電磁力的磁回路。線圈41c是通過從控制裝置50供給電力從而產生電磁力的電磁鐵,且配置于罩41b的外周側。
螺旋彈簧41d固定于罩41b內的底部,對電樞41a施加向與制冷劑通路孔39b的開口緣部抵接一側(閉塞制冷劑通路孔39b一側)施力的負荷。因此,本實施方式的流量調整閥41在未對線圈41c供給電力的情況下,將迂回通路39關閉。
另外,如圖8所示,本實施方式的控制裝置50的輸入側與作為檢測蒸發(fā)器14出口側制冷劑的溫度的出口側溫度檢測單元的出口側溫度傳感器51、作為檢測蒸發(fā)器14出口側制冷劑的壓力的出口側壓力檢測單元的出口側壓力傳感器52連接。
此外,在本實施方式中,控制裝置50中的控制電氣式的流量調整閥41的動作的結構(硬件及軟件)構成迂回流量控制單元50a。其他的噴射器13及噴射器式制冷循環(huán)10的結構與第一實施方式相同。
接著,對上述結構的本實施方式的動作進行說明。在本實施方式中,控制裝置50基于出口側溫度傳感器51的檢測溫度及出口側壓力傳感器52的檢測壓力,算出蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度。
并且,如圖9所示,在所算出的過熱度成為預定的迂回用基準過熱度KSHb以上時,隨著過熱度的上升,使迂回流量Gb(即,流量調整閥41的制冷劑通路面積)增加。在本實施方式中,將迂回用基準過熱度KSHb設定為高于在第一實施方式中進行了說明的基準過熱度KSH的值。其他的動作與第一實施方式相同。
在此,在正常運行時,驅動裝置37使通路形成部件35位移,由此使蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH。因此,在正常運行時,蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度不會成為迂回用基準過熱度KSHb以上。即,在正常運行時,流量調整閥41將迂回通路39關閉。因此,在正常運行時,與第一實施方式完全相同地動作,能夠得到完全相同的效果。
另外,在低負荷運行時,噴射器13的驅動流的流量下降,向蒸發(fā)器14流入的制冷劑流量也下降,因此蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度容易上升。因此,即使以噴嘴通路13a的最小通路面積部30m中的通路截面積成為最大面積的方式使通路形成部件35位移,蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度也會超過基準過熱度KSH,成為迂回用基準過熱度KSHb以上。
并且,在低負荷運行時,蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度成為迂回用基準過熱度KSHb以上時,如圖9所示,流量調整閥41使制冷劑在迂回通路39中流通。因此,在低負荷運行時,也能夠與第一實施方式相同地動作,能夠通過蒸發(fā)器14充分地冷卻送風空氣,并且能夠抑制COP的下降。
此外,在本實施方式中,控制裝置50以隨著蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度的上升而使迂回流量Gb增加的方式來控制流量調整閥41的動作。因此,能夠根據低負荷運行時的驅動流的流量來調整迂回流量Gb,能夠適當地調整向蒸發(fā)器14流入的制冷劑流量。
(第三實施方式)
在本實施方式中,對相對于第一實施方式變更了迂回流量調整裝置的例子進行說明。具體而言,在本實施方式中,采用圖10所示的感溫式的流量調整閥42作為迂回流量調整裝置。此外,圖10是感溫式的流量調整閥42的示意性的放大剖視圖,是與在第一實施方式中進行了說明的圖4對應的附圖。因此,在圖10中,圖示了流量調整閥42將迂回通路39打開的狀態(tài)。
本實施方式的流量調整閥42構成為具有元件42a、膜片42b、動作桿42e、球閥42f、螺旋彈簧42g等。
元件42a及膜片42b是與驅動裝置37類似的結構。更詳細而言,元件42a由在內部形成旋轉體形狀的空間的碗狀的金屬部件形成。膜片42b由圓形的不銹鋼(SUS304)制的金屬薄板形成,將形成于元件42a的內部的空間分隔為封入空間42c及導入空間42d。
在封入空間42c內與驅動裝置37的封入空間37b相同地封入有感溫介質。另外,在迂回通路39中流通的制冷劑(即,蒸發(fā)器14出口側制冷劑)流入到導入空間42d。因此,蒸發(fā)器14出口側制冷劑的溫度經由膜片42b而傳遞至封入于封入空間42c的感溫介質。
膜片42b的中心部與圓柱狀的動作桿42e的一端側連結,動作桿42e的另一端側與球閥42f連結。由此,隨著膜片42b的位移而球閥42f位移,從而調整迂回通路39內的制冷劑通路面積。
更具體而言,當蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度上升時,封入于封入空間42c的感溫介質的飽和壓力上升,從封入空間42c的內壓減去導入空間42d的壓力而得到的差壓變大。由此,膜片42b使球閥42f向擴大迂回通路39內的制冷劑通路面積的方向位移。
另一方面,當蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度下降時,封入于封入空間42c的感溫介質的飽和壓力下降,從封入空間42c的內壓減去導入空間42d的壓力而得到的差壓變小。由此,膜片42b使球閥42f向縮小迂回通路39內的制冷劑通路面積的方向位移。
即,本實施方式的感溫式的流量調整閥42能夠隨著蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度的上升而使迂回流量Gb(即,流量調整閥41的制冷劑通路面積)增加。螺旋彈簧42g對球閥42f施加向縮小迂回通路39內的制冷劑通路面積一側施力的負荷,能夠通過調整該負荷來變更球閥42f的開閥壓。
因此,在本實施方式中,以在蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度成為迂回用基準過熱度KSHb以上時,隨著過熱度的上升而使迂回流量Gb增加的方式設定螺旋彈簧42g的負荷。并且,在本實施方式的感溫式的流量調整閥42中,與第二實施方式的電氣式的流量調整閥41完全相同地(即,如圖9所示),隨著過熱度的上升而使迂回流量Gb增加。
其他的噴射器13及噴射器式制冷循環(huán)10的結構與第一實施方式相同。因此,根據本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10,在正常運行時及低負荷運行時,也與第二實施方式完全相同地動作,能夠得到相同的效果。
此外,在本實施方式中,通過機械機構構成流量調整閥42,因此不需要復雜的控制,而根據低負荷運行時的驅動流的流量來控制迂回流量Gb,能夠適當地調整向蒸發(fā)器14流入的制冷劑流量。
(第四實施方式)
在本實施方式中,如圖11的整體結構圖所示,對具備在主體的內部未形成迂回通路的噴射器15的噴射器式制冷循環(huán)10a進行說明。
更具體而言,本實施方式的噴射器15構成為具有噴嘴部15a及主體部15b。噴嘴部15a由朝向制冷劑的流動方向而前端逐漸變細的大致圓筒狀的金屬(例如不銹鋼合金)等形成,在形成于其內部的制冷劑通路(節(jié)流通路)中使制冷劑等熵地減壓膨脹。
在本實施方式中,作為噴嘴部15a,采用設定為在噴射器式制冷循環(huán)10正常運行時從制冷劑噴射口噴射的噴射制冷劑的流速成為音速以上的噴嘴部。作為這樣的噴嘴部15a,也可以采用拉瓦爾噴嘴、尖細噴嘴中的任一個。
主體部15b由大致圓筒狀的金屬(例如鋁)或樹脂形成,作為將噴嘴部15a支承固定于內部的固定部件發(fā)揮作用,并且形成噴射器15的外殼。更具體而言,噴嘴部15a以收容于主體部15b的長度方向一端側的內部的方式通過壓入而被固定。因此,制冷劑不會從噴嘴部15a與主體部15b的固定部(壓入部)漏出。
在主體部15b的外周面中的與噴嘴部15a的外周側對應的部位貫通其內外地形成有制冷劑吸引口15c,該制冷劑吸引口15c與噴嘴部15a的制冷劑噴射口連通。該制冷劑吸引口15c是通過從噴嘴部15a噴射的噴射制冷劑的吸引作用來將從后述的蒸發(fā)器14流出的制冷劑向噴射器15的內部吸引的貫通孔。
此外,在主體部15b的內部形成有作為升壓部的擴散器部15d,該擴散器部15d使從將從制冷劑吸引口15c吸引的吸引制冷劑向噴嘴部15a的制冷劑噴射口側引導的吸引通路、及制冷劑吸引口15c經由吸引通路而向噴射器15的內部流入的吸引制冷劑與噴射制冷劑混合并升壓。
擴散器部15d由與吸引通路的出口連續(xù)地配置且使制冷劑通路面積逐漸擴大的空間形成。由此,實現一邊使噴射制冷劑與吸引制冷劑混合,一邊使其流速減速而使噴射制冷劑與吸引制冷劑的混合制冷劑的壓力上升的功能,即將混合制冷劑的速度能量轉換為壓力能量的功能。
另外,在本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10a中,噴射器15的擴散器部15d的出口側與氣液分離器16的入口側連接。氣液分離器16是對從擴散器部15d流出的制冷劑進行氣液分離的氣液分離器。即,氣液分離器16是與在第一實施方式中進行了說明的噴射器13的氣液分離空間30f對應的結構。
此外,在本實施方式中,作為氣液分離器16,采用內容積比較小的結構,以使分離出的液相制冷劑幾乎不存儲而從液相制冷劑流出口流出。當然,也可以采用具有作為存儲循環(huán)內的剩余液相制冷劑的儲液單元的功能的結構。
氣液分離器16的氣相制冷劑流出口與壓縮機11的吸入口側連接。另外,氣液分離器16的液相制冷劑流出口經由固定節(jié)流閥17而與蒸發(fā)器14的制冷劑入口側連接。固定節(jié)流閥17是與在第一實施方式中進行了說明的噴射器13的節(jié)流孔30i對應的結構。
作為固定節(jié)流閥17,具體而言能夠采用節(jié)流孔、毛細管等。另外,蒸發(fā)器14的制冷劑出口側與噴射器15的制冷劑吸引口15c側連接。
此外,在本實施方式中,設置有迂回通路18,該迂回通路18將從蒸發(fā)器14的制冷劑出口側到制冷劑吸引口15c的制冷劑通路與從氣液分離器16的氣相制冷劑流出口到壓縮機11的吸入口的制冷劑通路連接。該迂回通路18是使從蒸發(fā)器14流出的制冷劑繞過噴射器15而向壓縮機11的吸入口側引導的制冷劑通路。
在迂回通路18的制冷劑流最下游側形成有朝著制冷劑流動方向而通路截面積逐漸擴大的擴大部18a。迂回通路18及擴大部18a是分別與在第一實施方式中進行了說明的迂回通路39及擴大部39a對應的結構。另外,在迂回通路18中,作為對在迂回通路18中流通的制冷劑的流量(迂回流量)Gb進行調整的迂回流量調整裝置,而配置有與第一實施方式相同的壓差閥40。
此外,在本實施方式中,在噴射器15的噴嘴部15a的上游側配置有溫度式膨脹閥19,該溫度式膨脹閥19對流入噴嘴部15a的制冷劑流量進行調整。
溫度式膨脹閥19是如下驅動流量調整裝置:具有基于蒸發(fā)器14的下游側且迂回通路18的上游側的制冷劑的溫度及壓力來檢測蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度的感溫部19a,并通過機械結構使制冷劑通路面積變化以使蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH。
換言之,溫度式膨脹閥19是如下驅動流量調整裝置:基于在從蒸發(fā)器14的制冷劑出口側至迂回通路18的入口側的制冷劑通路中流通的制冷劑的溫度及壓力,來調整流入噴嘴部15a的制冷劑流量(驅動流的流量),以使蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH。
其他的噴射器式制冷循環(huán)10a的結構與第一實施方式相同。即,在本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10a中,能夠實現與在第一實施方式中進行了說明的噴射器式制冷循環(huán)10實質上相同的循環(huán)結構。
因此,當使本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10a動作時,制冷劑如圖11的實線箭頭所示那樣流動,能夠與第一實施方式相同地動作而得到相同的效果。此外,低負荷運行時,除了圖11的實線箭頭以外,制冷劑還如虛線箭頭所示那樣流動,因此與第一實施方式相同地,能夠通過蒸發(fā)器14充分地冷卻送風空氣,并且能夠抑制COP的下降。
(第五實施方式)
在本實施方式中,對相對于第四實施方式如圖12的整體結構圖所示那樣變更了循環(huán)構成的噴射器式制冷循環(huán)10b進行說明。
更具體而言,在本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10b中,散熱器12的出口側與分支部20的制冷劑流入口側連接。分支部20是對從散熱器12流出的過冷卻液相制冷劑的流動進行分支的三通接頭構造的結構。分支部20的一個制冷劑流出口經由溫度式膨脹閥19而與噴射器15的制冷劑吸引口15c側連接。分支部20的另一個制冷劑流出口經由固定節(jié)流閥17而與蒸發(fā)器14的制冷劑入口側連接。
另外,在本實施方式中,噴射器15的擴散器部15d的出口側與第二蒸發(fā)器21的制冷劑入口側連接。第二蒸發(fā)器21的基本結構與蒸發(fā)器14相同。第二蒸發(fā)器21是通過使從噴射器15的擴散器部15d流出的低壓制冷劑與從送風風扇21a向車室內吹送的送風空氣進行熱交換,而使低壓制冷劑蒸發(fā)來發(fā)揮吸熱作用的吸熱用熱交換器。
更詳細而言,本實施方式的車輛用空調裝置構成為通過蒸發(fā)器14對向車輛前排座椅側吹送的送風空氣進行冷卻,并通過第二蒸發(fā)器21對向車輛后排座椅側吹送的送風空氣進行冷卻的所謂的雙聯空調。此外,在以下的說明中,為了使說明明確,將蒸發(fā)器14記載為第一蒸發(fā)器14。
第二蒸發(fā)器21的制冷劑出口側與壓縮機11的制冷劑吸入口側連接。其他的噴射器式制冷循環(huán)10b的結構與第四實施方式相同。
接著,對上述結構的本實施方式的動作進行說明。首先,使用圖13的莫里爾圖來對正常運行時進行說明。在正常運行時,與上述實施方式相同地,壓差閥40將迂回通路18關閉,因此制冷劑如圖12的實線箭頭所示地流動。
即,在正常運行時,從壓縮機11排出的高溫高壓制冷劑(圖13的a13點)通過散熱器12進行散熱直至成為過冷卻液相制冷劑(圖13的a13點→b13點)。從散熱器12流出的制冷劑流在分支部20被分支。
分支出的一方的制冷劑流入溫度式膨脹閥19而等焓地減壓(圖13的b13點→b’13點)。此時,調整溫度式膨脹閥19的節(jié)氣門開度,以使第一蒸發(fā)器14出口側制冷劑的過熱度接近基準過熱度KSH。從溫度式膨脹閥19流出的制冷劑流入噴射器15的噴嘴部15a而等熵地減壓并噴射(圖13的b’13點→c13點)。
并且,利用從噴嘴部15a噴射的噴射制冷劑的吸引作用,將從第一蒸發(fā)器14流出的制冷劑(圖13的i13點)從制冷劑吸引口15c向噴射器15的內部吸引。此外,從噴嘴部15a噴射出的噴射制冷劑及從制冷劑吸引口15c吸引的吸引制冷劑在擴散器部15d中匯流并升壓(圖13的c13點→d13點→e13點、i13點→d13點→e13點)。
從擴散器部15d流出的制冷劑向第二蒸發(fā)器21流入。流入第二蒸發(fā)器21的制冷劑從由送風風扇21a吹送的送風空氣吸熱而蒸發(fā)(圖13的e13點→f13點)。由此,向車輛后排座椅側吹送的送風空氣被冷卻。從第二蒸發(fā)器21流出的制冷劑被壓縮機11吸入而再次壓縮(圖13的k13點→a13點)。
另外,在分支部20中分支出的另一方的制冷劑通過固定節(jié)流閥17被減壓(圖13的b13點→h13點),并向第一蒸發(fā)器14流入。流入第一蒸發(fā)器14的制冷劑從由送風風扇14a吹送的送風空氣吸熱而蒸發(fā)(圖13的h13點→i13點)。由此,向車輛前排座椅側吹送的送風空氣被冷卻。如上所述,從制冷劑吸引口15c吸引從第一蒸發(fā)器14流出的制冷劑。
如上所述,在正常運行時的噴射器式制冷循環(huán)10b中,能夠對向車輛前排座椅側吹送的送風空氣及向車輛后排座椅側吹送的送風空氣進行冷卻。此時,能夠通過噴射器15的升壓作用,來使第一蒸發(fā)器的制冷劑蒸發(fā)壓力低于第二蒸發(fā)器的制冷劑蒸發(fā)壓力。因此,能夠有效地對向設置有司機座位的車輛前排座椅側吹送的送風空氣進行冷卻。
此外,在噴射器式制冷循環(huán)10b中,擴散器部15d的下游側與壓縮機11的吸入口側連接,因此與第一實施方式相同地,能夠提高循環(huán)效率(COP)。
接著,使用圖14的莫里爾圖來對低負荷運行時進行說明。在低負荷運行時,與上述實施方式相同地,壓差閥40將迂回通路18打開,因此除了圖12的實線箭頭以外,制冷劑還如虛線箭頭所示那樣流動。
即,在低負荷運行時,也與正常運行時相同地,從壓縮機11排出的高溫高壓制冷劑(圖14的a14點)通過散熱器12進行散熱,直至成為過冷卻液相制冷劑(圖14的a14點→b14點)。此時,與第一實施方式相同地,低負荷運行時的壓縮機11排出制冷劑的壓力P0低于正常運行時。
從散熱器12流出的過冷卻液相制冷劑的流動在分支部20分支。并且,分支出的一方的制冷劑與正常運行時相同地,經由溫度式膨脹閥19而向噴射器15的噴嘴部15a流入,等熵地被減壓并噴射(圖14的b14點→b’14點→c14點)。由此,從制冷劑吸引口15c吸引從第一蒸發(fā)器14流出的制冷劑(圖14的i14點)的一部分。
在此,在低負荷運行時,驅動流的流量低于正常運行時,因此在擴散器部15d中轉換成壓力能量的動量減少。因此,在低負荷運行時,擴散器部15d中的制冷劑升壓量也下降,壓力差(P2-P1)低于基準壓力差ΔKP。其結果是,壓差閥40將迂回通路18打開。
因此,在低負荷運行時,從制冷劑吸引口15c吸引從第一蒸發(fā)器14流出的制冷劑的一部分,剩下的制冷劑向迂回通路18側流入。
并且,從制冷劑吸引口15c吸引的吸引制冷劑與正常運行時相同地,在擴散器部15d與噴射制冷劑混合并升壓(圖14的c14點→d14點→e14點、i14點→d14點→e14點)。在擴散器部15d中升壓后的制冷劑的以后的動作與正常運行時相同地流動。
另一方面,從第一蒸發(fā)器14流出的制冷劑中的流入迂回通路18的制冷劑在通過擴大部18a時被升壓(圖14的i14點→j’14點)。從迂回通路18流出的制冷劑與從第二蒸發(fā)器21流出的制冷劑匯流,被吸入壓縮機11而再次壓縮(圖14的k14點→a14點)。
如上所述,在低負荷運行時,作為迂回流量調整裝置的壓差閥40使制冷劑在迂回通路18中流通,因此壓縮機11能夠通過迂回通路18吸入蒸發(fā)器14出口側制冷劑。因此,在低負荷運行時,能夠利用壓縮機11的制冷劑壓送作用及吸入作用來使充分的量的制冷劑流入蒸發(fā)器14。其結果是,能夠通過蒸發(fā)器14充分地冷卻送風空氣。
此外,壓差閥40使迂回流量Gb增加,由此使從制冷劑吸引口15c向擴散器部15d流入的制冷劑流量下降,從而能夠抑制擴散器部15d中的升壓量(圖14的P2與P1之差)的下降。除此以外,能夠通過擴大部18a將在迂回通路18中流通的制冷劑的速度能量轉換成壓力能量而提高制冷劑的壓力。
因此,與第一實施方式相同地,還能夠抑制低負荷運行時的COP的下降。即,根據本實施方式的噴射器式制冷循環(huán)10b,即使在低負荷運行時噴射器15的驅動流的流用下降,也能夠充分地冷卻送風空氣。
(其他實施方式)
本發(fā)明不限定于上述實施方式,在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內,能夠如以下那樣進行各種變形。
(1)構成噴射器式制冷循環(huán)10、10a、10b的各構成設備不限定于上述實施方式所公開的結構。
例如,在上述各實施方式中,對采用了電動壓縮機作為壓縮機11的例子進行了說明,但作為壓縮機11,也可以采用通過經由帶輪、傳動帶等而從車輛行駛用發(fā)動機傳遞的旋轉驅動力所驅動的發(fā)動機驅動式的壓縮機。此外,作為發(fā)動機驅動式的壓縮機,能夠采用能夠通過排出容量的變化來調整制冷劑排出能力的可變容量型壓縮機、或通過電磁離合器的斷續(xù)來使壓縮機的作業(yè)效率變化從而調整制冷劑排出能力的固定容量型壓縮機。
另外,在上述實施方式中,對采用了過冷型的熱交換器作為散熱器12的例子進行了說明,但也可以采用僅由冷凝部12a構成的通常的散熱器。此外,也可以與通常的散熱器一起采用對通過該散熱器散熱后的制冷劑進行氣液分離并存儲剩余液相制冷劑的受液器(接收器)。
另外,在上述第一~第三實施方式的噴射器13中,對作為使通路形成部件35位移的驅動裝置37,而采用了具有根據封入有隨著溫度變化而壓力變化的感溫介質的封入空間37b及根據封入空間37b內的感溫介質的壓力而位移的膜片37a而構成的結構的例子進行了說明,但驅動裝置不限定于此。
例如,作為感溫介質,也可以采用根據溫度不同而體積變化的感溫件,作為驅動裝置,也可以采用具有形狀存儲合金性的彈性部件而構成的結構,此外,作為驅動裝置也可以采用通過電動機、螺線管等電氣機構來使通路形成部件35位移的結構。
另外,在上述第四、第五實施方式的噴射器15中,未形成使向噴嘴部15a流入的制冷劑產生回旋流的回旋空間,但也可以設置有與第一~第三實施方式的噴射器13相同的用于形成回旋空間的回旋空間形成部件。
另外,在上述實施方式中,說明了能夠采用R134a或R1234yf作為制冷劑等的情況,但制冷劑不限定于此。例如能夠采用R600a、R410A、R404A、R32、R1234yfxf、R407C等。或者,也可以采用混合這些制冷劑中的多種而成的混合制冷劑等。
(2)在第四、第五實施方式中,對作為驅動流量調整部而采用了溫度式膨脹閥19的例子進行了說明,但驅動流量調整部不限定于此。例如,也可以將噴射器15的噴嘴部15a構成為能夠變更制冷劑通路面積的可變噴嘴部,并通過使噴嘴部15a的制冷劑通路面積變化的針型閥、及使該針型閥位移的電動致動器等構成驅動流量調整部。
(3)在上述實施方式中,對將本發(fā)明的噴射器式制冷循環(huán)10應用于車輛用空調裝置的例子進行了說明,但噴射器式制冷循環(huán)10的應用不限定于此。例如,也可以應用于落地型空調裝置、低溫倉庫、自動販賣機用冷卻加熱裝置等。
另外,在上述實施方式中,將本發(fā)明的噴射器式制冷循環(huán)10的散熱器12用作使制冷劑與外氣進行熱交換的室外側熱交換器,將蒸發(fā)器14(第二蒸發(fā)器20)用作對送風空氣進行冷卻的利用側熱交換器,但反之,也可以構成如下的熱泵循環(huán):將蒸發(fā)器14(第二蒸發(fā)器20)用作從外氣等熱源進行吸熱的室外側熱交換器,將散熱器12用作對空氣或水等被加熱流體進行加熱的室內側熱交換器。
(4)另外,上述各實施方式所公開的部件、裝置也可以在能夠實施的范圍內進行適當組合。例如,作為應用于第四、第五實施方式所公開的噴射器式制冷循環(huán)10a、10b的迂回流量調整裝置,也可以代替壓差閥40而應用在第二、第三實施方式中進行了說明的流量調整閥41、42。