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    • 专利摘要:
    In einem Dampfkompressions-Kühlkreis mit einer Ejektorpumpe (40) wird ein Mischkältemittel eines ersten Kältemittels und eines zweiten Kältemittels benutzt. Wenn das Mischkältemittel in einer Düse (41) der Ejektorpumpe dekomprimiert und ausgedehnt wird, weist das erste Kältemittel einen adiabatischen Wärmeabfall auf, welcher größer als jener des zweiten Kältemittels ist. Ferner weist das zweite Kältemittel eine Verdunstungskälte auf, welche größer als jene des ersten Kältemittels ist. In einer Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung (50) ist eine Gasmenge des ersten Kältemittels größer gemacht als jene des zweiten Kältemittels, und eine Flüssigkeitsmenge des zweiten Kältemittels ist größer gemacht als jene des ersten Kältemittels. Zum Beispiel ist das erste Kältemittel Propan und das zweite Kältemittel Butan. Demgemäß kann die wiedergewonnene Expansionsenergie in der Düse in einem Druckerhöhungsabschnitt (42, 43) der Ejektorpumpe effektiv in Druckenergie umgewandelt werden, wobei die Kühlleistung eines Verdampfapparats verbessert werden kann.
    公开号:DE102004006953A1
    申请号:DE102004006953
    申请日:2004-02-12
    公开日:2004-08-26
    发明作者:Kazuhisa Kariya Makida；Hiroshi Kariya Oshitani；Hirotsugu Kariya Takeuchi
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:F25B1-00
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betriffteinen Dampfkompressions-Kühlkreis,in welchem ein von einem Kompressor ausgegebenes Hochdruck-Kältemittelgekühltund ein Niederdruck-Kältemittelnach der Dekomprimierung verdampft wird. Insbesondere betrifft dievorliegende Erfindung einen Ejektorpumpenkreis mit einer Ejektorpumpe,in welcher ein Mischkältemittelverwendet wird.
    [0002] In einem in dem US-Patent Nr. 6,438,993 (entsprichtder JP 2002-323264) beschriebenen Ejektorpumpenkreis wird ein Hochdruck-Kältemittel ineiner Düseeiner Ejektorpumpe isentropisch dekomprimiert und ausgedehnt, unddas in einer Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtunggetrennte Flüssigphasen-Kältemittelwird durch die Pumpfunktion der Ejektorpumpe einem Verdampfapparatzugeführt.Ferner wird in dem Ejektorpumpenkreis ein Druck des in einen Kompressorzu saugenden Kältemittelsdurch Umwandeln einer Expansionsenergie in eine Druckenergie erhöht, sodassder Energieverbrauch des Kompressors reduziert wird.
    [0003] In diesem Ejektorpumpenkreis kann,da die in der Ejektorpumpe wiedergewonnene Expansionsenergie, d.h.ein adiabatischer Wärmeabfallin der Dekompression und Expansion größer wird, der Energieverbrauchdes Kompressors größer gemacht werden.Ferner wird, da eine Umwandlungsleistung höher wird, während die Geschwindigkeitsenergiein der Ejektorpumpe in die Druckenergie umgewandelt wird, ein Saugdruckdes Kompressors erhöhtund der Energieverbrauch des Kompressors kann effektiv reduziertwerden.
    [0004] Ferner kann eine Kühlleistung(Wärmeabsorptionsleistung)in dem Verdampfapparat mittels eines Mischkältemittels in einem Dampfkompressions-Kühlkreiserhöhtwerden. Es ist jedoch schwierig, den Wirkungsgrad in einem Ejektorpumpenkreis durchReduzieren des Energieverbrauchs des Kompressors zu verbessern,wenn das Mischkältemittel einfachals das Kältemittelbenutzt wird.
    [0005] In Anbetracht der oben beschriebenenProbleme der vorliegenden Erfindung ist es eine Aufgabe der vorliegendenErfindung, einen Dampfkompressions-Kühlkreis mit einer Ejektorpumpevorzusehen, welcher effektiv einen Energieverbrauch eines Kompressorsreduzieren und den Wirkungsgrad verbessern kann.
    [0006] Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,den Energieverbrauch eines Kompressors bei gleichzeitiger Erhöhung derKühlleistungin einem Dampfkompressions-Kühlkreismit einer Ejektorpumpe, in welcher ein Mischkältemittel benutzt wird, zu reduzieren.
    [0007] Gemäß der vorliegenden Erfindungenthält einDampfkompressions-Kühlkreiseinen Kompressor zum Ausgeben eines Hochdruck-Kältemittels, einen Kühler zumKühlendes von dem Kompressor ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels, einen Verdampfapparatzum Verdampfen eines Niederdruck-Kältemittels nach der Dekomprimierungsowie eine Ejektorpumpe. Die Ejektorpumpe enthält eine Düse zum Dekomprimieren und Ausdehnendes aus dem KühlerströmendenHochdruck-Kältemittelsmit konstanter Entropie und einen Druckerhöhungsabschnitt, in welchemein Druck des in den Kompressor zu saugenden Kältemittels durch Umwandelnder Expansionsenergie des Kältemittelsin Druckenergie davon erhöhtwird, wobei das von der Düseausgegebene Kältemittelund das von dem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel gemischt werden.Ferner enthälteine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtungzum Trennen des aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittels in ein Flüssigphasen-Kältemittelund ein Gasphasen-Kältemitteleinen mit einer Kältemittelansaugseitedes Kompressors verbundenen Gaskältemittelauslassund einen mit einer Kältemitteleinlassseitedes Verdampfapparats verbundenen Flüssigkältemittelauslass. In dem Dampfkompressions-Kühlkreisist das Kältemittelein Mischkältemittel, inwelchem ein erstes Kältemittelund ein zweites Kältemittelgemischt sind. Ferner weist, wenn das Mischkältemittel in der Düse dekomprimiertund ausgedehnt wird, das erste Kältemitteleinen adiabatischen Wärmeabfallauf, welcher größer alsein adiabatischer Wärmeabfalldes zweiten Kältemittelsist. In dem Verdampfapparat besitzt das zweite Kältemittel eine Verdunstungskälte, welchegrößer alseine Ver dunstungskältedes ersten Kältemittelsist. Zusätzlich istin der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtungeine Gasmenge des ersten Kältemittelsgrößer alseine Gasmenge des zweiten Kältemittelsgemacht und eine Flüssigkeitsmengedes zweiten Kältemittelsist größer alseine Flüssigkeitsmengedes ersten Kältemittelsgemacht. Demgemäß ist esmöglich,die in der Ejektorpumpe wiedergewonnene Expansionsenergie effektivzu erhöhen,und der Energieverbrauch des Kompressors kann effektiv reduziertwerden, währenddie in dem Verdampfapparat erzeugte Kühlleistung erhöht werdenkann. So kann der Wirkungsgrad in dem Dampfkompressions-Kühlkreismit der Ejektorpumpe effektiv verbessert werden.
    [0008] Gemäß der vorliegenden Erfindungweist an einem Auslass der Düsedas erste Kältemitteleinen Gas/Flüssigkeits-Dichteunterschiedauf, welcher kleiner als ein Gas/Flüssigkeits-Dichteunterschieddes zweiten Kältemittelsist. D.h. ein Gas/Flüssigkeits-Dichteverhältnis desersten Kältemittelsam Auslass der Düseist kleiner als ein Gas/Flüssigkeits-Dichteverhältnis deszweiten Kältemittelsam Auslass der Düse.In diesem Fall könnendie Strömungsgeschwindigkeitendes Gasphasen-Kältemittelsund des Flüssigphasen-Kältemittels,die von der Düseausgegeben werden, in dem Druckerhöhungsabschnitt auf ein etwagleiches Maß reduziertwerden. Deshalb kann die in der Düse wiedergewonnene Expansionsenergieeffektiv in die Druckenergie umgewandelt werden. Somit kann derEnergieverbrauch des Kompressors effektiv reduziert werden und der Wirkungsgradkann in dem Dampfkompressions-Kühlkreisverbessert werden.
    [0009] Zum Beispiel ist das erste KältemittelPropan und das zweite KältemittelButan. Alternativ ist das erste Kältemittel Kohlenwasserstoffund das zweite Kältemittelist Freon.
    [0010] Weitere Aufgaben und Vorteile dervorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibungvon bevorzugten Ausführungsbeispielenin Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.Darin zeigen:
    [0011] 1 eineschematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreises (Dampfkompressions-Kühlkreis)gemäß einemersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0012] 2 eineschematische Darstellung einer in der vorliegenden Erfindung verwendetenEjektorpumpe;
    [0013] 3 einMollier-Diagramm (p-h-Diagramm), das eine Beziehung zwischen einemKältemitteldruckund einer spezifischen Enthalpie des Kältemittels in dem Ejektorpumpenkreisdes ersten Ausführungsbeispielszeigt;
    [0014] 4 eindreidimensionales Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischeneiner relativen Strömungsgeschwindigkeitdes Kältemittelsaus einem Kältemittelauslasseiner Düsezu einem Kältemittelauslasseines Diffusors einer Ejektorpumpe und einer Radialposition in einerradialen Richtung von einer Mitte in einem Kältemittelkanalabschnitt derEjektorpumpe gemäß dem erstenAusführungsbeispiel zeigt;
    [0015] 5 eineDarstellung von physikalischen Eigenschaften unterschiedlicher Kältemittel,die als Mischkältemittelin dem ersten Ausführungsbeispiel verwendetwerden; und
    [0016] 6 eineschematische Darstellung eines Ejektorpumpenkreises (Dampfkompressions-Kühlkreis)gemäß einemzweiten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0017] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegendenErfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegendenZeichnungen beschrieben.
    [0018] Im ersten Ausführungsbeispiel wird ein Ejektorpumpenkreis(Dampfkompressions-Kühlkreis)gemäß der vorliegendenErfindung typischer Weise für eineFahrzeug-Klimaanlageverwendet.
    [0019] In 1 istein Kompressor 10 ein Verstellkompressor zum Ansaugen undKomprimieren eines in dem Ejektorpumpenkreis zirkulierten Kältemittels. Der Kompressor 10 wirddurch Energie von einem Fahrzeugmotor zum Fahren des Fahrzeugs angetrieben.Ein Kühler 20 istein Hochdruck-Wärmetauscher zumKühleneines von dem Kompressor 10 ausgegebenen Hochtemperatur-und Hochdruck-Kältemittels durchDurchführeneines Wärmetauschvorgangs zwischenAußenluftund dem Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel. Ferner ist ein Verdampfapparat 30 einNiederdruck-Wärmetauscherzum Kühlen vonin eine Fahrgastzelle zu blasender Luft durch Verdampfen eines Flüssigphasen-Kältemittels,insbesondere durch Durchführeneines Wärmetauschvorgangszwischen der Luft und dem Niederdruck-Kältemittel.
    [0020] Eine Ejektorpumpe 40 saugtdas in dem Verdampfapparat 30 verdampfte Kältemittelan, wobei sie das aus dem Kühler 20 ausströmende Kältemittel ineiner Düse 41 dekomprimiertund ausdehnt und einen Druck des in den Kompressor 10 zusaugenden Kältemittelsdurch Umwandeln der Expansionsenergie in Druckenergie erhöht. Wiein 2 dargestellt, enthält die Ejektorpumpe 40 dieDüse 41,einen Mischabschnitt 42 und einen Diffusor 43.Die Düse 41 dekomprimiertund dehnt das in die Ejektorpumpe 40 strömende Hochdruck-Kältemittelisentropisch durch Umwandeln der Druckenergie des Hochdruck-Kältemittelsaus dem Kühler 20 indie Geschwindigkeitsenergie davon. Der Mischabschnitt 42 saugtdas in dem Verdampfapparat 30 verdampfte Gasphasen-Kältemittelunter Verwendung einer Mitreißfunktiondes von der Düse 41 eingespritzten Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstromsan, wobei er das angesaugte Kältemittelund das gespritzte Kältemittelvermischt. Ferner mischt der Diffusor 43 das aus der Düse 41 gespritzteKältemittelund das von dem Verdampfapparat 30 angesaugte Kältemittel underhöhtden Kältemitteldruckdurch Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie des gemischten Kältemittelsin die Druckenergie davon.
    [0021] Im ersten Ausführungsbeispiel wird eine „Laval-Düse" (siehe „FluidEngineering" vonTokyo University Publication) als Düse 41 eingesetzt,um das aus der Düse 41 gespritzteKältemittelso zu beschleunigen, dass es gleich oder höher als die Schallgeschwindigkeitist. Hierbei enthältdie Laval-Düse 41 eineDrosselvorrichtung mit der kleinsten Durchgangsfläche in ihremKältemittelkanal.Jedoch kann auch eine zu ihrem Auslass konisch verjüngte Düse als dieDüse 41 verwendetwerden.
    [0022] In dem Mischabschnitt 42 werdenein Antriebsstrom des Kältemittelsaus der Düse 41 undein Saugstrom des Kältemittelsaus dem Verdampfapparat 30 vermischt, sodass ihre Impulssummeerhalten bleibt, wodurch der Kältemitteldruckwie in dem Diffusor 43 erhöht wird. In dem Diffusor 43 wird,weil eine Kältemittelkanal-Querschnittsfläche zu seinemAuslass allmählichgrößer wird,die Kältemittelgeschwindigkeitsenergie(dynamischer Druck) in Kältemitteldruckenergie(statischer Druck) umgewandelt. Somit wird in der Ejektorpumpe 40 derKältemitteldruck durchsowohl den Mischabschnitt 42 als auch den Diffusor 43 erhöht. Demgemäß ist inder Ejektorpumpe 40 ein Druckerhöhungsabschnitt aus dem Mischabschnitt 42 unddem Diffusor 43 aufgebaut.
    [0023] In 1 wirddas Kältemittelvon der Ejektorpumpe 40 ausgegeben und strömt in eineGas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50.Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 trenntdas Kältemittelaus der Ejektorpumpe 40 in ein Gasphasen-Kältemittel undein Flüssigphasen-Kältemittelund speichert das getrennte Gasphasen-Kältemittel und das getrennte Flüssigphasen-Kältemitteldarin. Ein Gaskältemittelauslassder Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 ist miteiner Saugseite des Kompressors 10 verbunden, und ein Flüssigkältemittelauslassder Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 istmit einer Saugseite des Verdampfapparats 30 verbunden.Eine Drosselvorrichtung 60 ist eine Dekompressionsvorrichtungzum Dekomprimieren des aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 ausströmenden Flüssigphasen-Kältemittels.
    [0024] Als nächstes wird die Funktionsweisedes Ejektorpumpenkreises 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispielbeschrieben.
    [0025] Wenn der Kompressor 10 arbeitet,wird das Gasphasen-Kältemittelaus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 inden Kompressor 10 gesaugt und das in dem Kompressor 10 komprimierte Kältemittelwird zu dem Kühler 20 ausgegeben.Dann wird das in dem Kühler 20 gekühlte Kältemittelisentropisch in der Düse 41 derEjektorpumpe 40 dekomprimiert und ausgedehnt, und das Kältemittelin dem Verdampfapparat 30 wird in die Ejektorpumpe 40 durchdie Mitreißfunktiondes aus der Düse 41 gespritztenKältemittelstromsgesaugt.
    [0026] Als nächstes werden das aus dem Verdampfapparat 30 angesaugteKältemittelund das aus der Düse 41 gespritzteKältemittelin dem Mischabschnitt 42 vermischt und der dynamische Druckdes gemischten Kältemittelswird in dem Diffusor 43 in den statischen Druck davon umgewandelt. D.h.der ausgespritzte Strom (Antriebsstrom) des Kältemittels aus der Düse 41 reduziertseine Strömungsgeschwindigkeit,wobei er den Kältemittelstromvon dem Verdampfapparat 30 ansaugt und beschleunigt. Indiesem Fall werden das von der Düse 41 ausgegebeneKältemittelund das von dem Verdampfapparat 30 angesaugte Kältemittelso vermischt, dass die Strömungsgeschwindigkeitdes von dem Verdampfapparat 30 angesaugten Kältemittels aneinem Kältemittelauslassabschnittdes Mischabschnitts 42 (Kältemitteleinlassabschnitt desDiffusors 43) etwa gleich derjenigen des Kältemittelsaus der Düse 41 wird.Das in dem Mischabschnitt 42 gemischte Kältemittelströmtin den Diffusor 43 und der Kältemitteldruck wird in demDiffusor 43 erhöht,währenddie Strömungsgeschwindigkeitdes Kältemittels verringertwird.
    [0027] Weil andererseits das Gasphasen-Kältemittelvon dem Verdampfapparat 30 in die Ejektorpumpe 40 gesaugtwird, strömtdas Flüssigphasen-Kältemittelaus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 in denVerdampfapparat 30, um durch Aufnehmen von Wärme ausin die Fahrgastzelle zu blasender Luft verdampft zu werden.
    [0028] 3 istein Mollier-Diagramm (p-h-Diagramm), das eine Beziehung zwischeneinem Kältemitteldruckund einer spezifischen Enthalpie des Kältemittels in dem Ejektorpumpenkreisdes ersten Ausführungsbeispielszeigt. In 3 zeigen BezugsziffernC1-C7 Kältemittelzustände an Positionender jeweils in 1 dargestelltenBezugsziffern C1-C7.
    [0029] 4 istein Simulationsergebnis, das eine Beziehung zwischen einer Kältemittelströmungsgeschwindigkeit(relative Geschwindigkeit Vgi/Vgno) aus dem Kältemittelauslass der Düse 41 zudem Kältemittelauslassdes Diffusors 43 und einer Radialposition in einer radialenRichtung von einer Mitte in einem Kältemittelkanalquerschnitt derEjektorpumpe 40 zeigt. Die Simulation von 4 wird in einer idealen Ejektorpumpe 40 unterder Annahme, dass die Kältemittelströmungsgeschwindigkeitsverteilung (Gasstrom-Geschwindigkeitsverteilung)bezüglicheiner mittigen Axiallinie symmetrisch ist, und unter der Annahme,dass die Kältemittelströmungsgeschwindigkeitam Auslass der Düse 41 gleich1 ist, durchgeführt.In 4 gibt A ein ausder Düse 41 strömendes Ausspritzstrom-Gasphasen-Kältemittelan und B gibt ein aus dem Verdampfapparat 30 angesaugtesAnsaug-Gasphasen-Kältemittel (Saugstromgas)an. Wie in 4 dargestellt,wird die Strömungsgeschwindigkeitdes von der Düse 41 ausgegebenen Ausspritzstrom-Gasphasen-Kältemittelsniedriger, währenddas Ausspritzstrom-Gasphasen-Kältemittel dasKältemittelaus dem Verdampfapparat 30 ansaugt und beschleunigt. Deshalbist an einer Kältemittelauslassseitedes Mischabschnitts 42 (Kältemitteleinlassseite des Diffusors 43)die Strömungsgeschwindigkeitsverringerungdes Ausspritzstrom-Gasphasen-Kältemittelsbeinahe abgeschlossen, wie durch „a" in 4 dargestellt,und das angesaugte Gasphasen-Kältemittelaus dem Verdampfapparat 30 ist ausreichend beschleunigt,wie durch „b" in 4 dargestellt. D.h. an der Kältemittelauslassseite desMischabschnitts 42 (Kältemitteleinlassseitedes Diffusors 43) wird die Strömungsgeschwindigkeit des ausdem Verdampfapparat 30 angesaugten Gasphasen-Kältemittelsetwa gleich derjenigen des Gasphasen-Kältemittels aus der Düse 41.Das in dem Mischabschnitt 42 gemischte Kältemittelströmtin den Diffusor 43 und der Kältemitteldruck wird in dem Diffusor 43 erhöht, während dieStrömungsgeschwindigkeitdes Kältemittelsverringert wird.
    [0030] Wie in 3 dargestellt,wird das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Hochdruck-Kältemittel in der Düse 41 derEjektorpumpe 40 isentropisch dekomprimiert und ausgedehnt.In der Ejektorpumpe wird durch Verwendung des adiabatischen Wärmeabfallsin der Düse 41,d.h. einer Enthalpiedifferenz zwischen dem Kältemittelauslass und dem Kältemitteleinlassder Düse 41 alsdie Energie eine Pumpfunktion zum Zirkulieren des Kältemittelsin den Verdampfapparat 30 erzielt. Ferner wird in dem Druckerhöhungsabschnitt(d.h. dem Mischabschnitt 42 und dem Diffusor 43)der Druck des in den Kompressor zu saugenden Kältemittels durch Umwandelnder in der Düse 41 erhaltenenGeschwindigkeitsenergie in die Druckenergie erhöht.
    [0031] Da somit die in der Ejektorpumpe 40 wiedergewonneneExpansionsenergie (Geschwindigkeitsenergie) größer wird, d.h. da der adiabatischeWärmeabfallbei der Dekompression und Expansion größer wird, kann die wiedergewonneneEnergie größer gemachtwerden, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors 10 effektivverringert wird. Da ferner eine Umwandlungsleistung größer wird,wenn die Geschwindigkeitsenergie in die Druckenergie umgewandeltwird, kann der Druck des in den Kompressor 10 zu saugendenKältemittelserhöhtwerden und der Energieverbrauch des Kompressors 10 kanneffektiv reduziert werden.
    [0032] Ferner kann, da eine Verdunstungskälte des inden Verdampfapparat 30 strömenden Kältemittels größer wird,die Wärmeabsorptionsleistungin dem Verdampfapparat 30 erhöht werden, selbst wenn eineMassenströmungsratedes in den Verdampfapparat 30 strömenden Kältemittels gleich ist. Deshalb wird,da die Verdunstungskältedes in den Verdampfapparat 30 strömenden Kältemittels größer wird,die in dem Verdampfapparat 30 erzeugte Kühlleistung erhöht, selbstwenn die Massenströmungsratedes in den Verdampfapparat 30 strömenden Kältemittels gleich ist.
    [0033] Im ersten Ausführungsbeispiel wird als Kältemittelin dem Ejektorpumpenkreis ein gemischtes Kältemittel, in welchem ein erstesKältemittelund ein zweites Kältemittelunterschiedlich von dem ersten Kältemittelvermischt sind, verwendet. Ferner sind das erste Kältemittelund das zweite Kältemittelso ausgewählt,dass sie die folgenden physikalischen Eigenschaften besitzen. D.h.das erste Kältemittel unddas zweite Kältemittelsind derart ausgewählt, dassder adiabatische Wärmeabfalldes ersten Kältemittels,der währendder Dekompression und Expansion in der Düse 41 erzeugt wird,größer alsder adiabatische Wärmeabfalldes zweiten Kältemittelsist, und dass die Verdunstungskältedes zweiten Kältemittelsgrößer alsdie Verdunstungskältedes ersten Kältemittelsist. Zum Beispiel ist das erste Kältemittel Propan und das zweiteKältemittelist Butan.
    [0034] Ferner ist ein Mischungsverhältnis zwischen demersten Kältemittelund dem zweiten Kältemittel inder Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 soeingestellt, dass eine relativ große Menge des ersten Kältemittelsmit dem größeren adiabatischenWärmeabfallin die Düse 41 strömt und einerelativ großeMenge des zweiten Kältemittelsmit der größeren Verdunstungskälte demVerdampfapparat 30 zugeführt wird. So ist das Mischungsverhältnis zwischendem ersten Kältemittelund dem zweiten Kältemittelso gewählt,dass eine Gasmenge des ersten Kältemittels größer wirdals eine Gasmenge des zweiten Kältemittels,und eine Flüssigkeitsmengedes zweiten Kältemittelsgrößer alseine Flüssigkeitsmengedes ersten Kältemittelsin der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 wird.
    [0035] Demgemäß kann die in der Ejektorpumpe 40 wiedergewonneneExpansionsenergie erhöhtwerden und der Energieverbrauch des Kompressors 10 kanneffektiv reduziert werden, währenddie Kühlleistungdes Verdampfapparats 30 erhöht werden kann. Als Ergebniskann die Kühlleistungdes Verdampfapparats 30 durch Verwendung des Mischkältemittels erhöht werden,währendder Wirkungsgrad des Ejektorpumpenkreises verbessert werden kann.
    [0036] Im Allgemeinen wird das Verhältnis zwischen demGasphasen-Kältemittelund dem Flüssigphasen-Kältemittelin der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50,d.h. eine Trockenheit des Kältemittelsin der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 zumBeispiel entsprechend einem Druck in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 verändert. Deshalbmuss das Mischungsverhältniszwischen dem ersten Kältemittelund dem zweiten Kältemittelbasierend auf einem Druckänderungsbereichin der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 ausgewählt werden.
    [0037] In einer idealen Ejektorpumpe 40 wird,nachdem das Hochdruck-Kältemittelin der Düse 41 beschleunigtwird, die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in dem Druckerhöhungsabschnittmit dem Mischabschnitt 42 und dem Diffusor 43 durch Umwandelnder Geschwindigkeitsenergie in die Druckenergie, während dieStrömungsgeschwindigkeit desvon der Düse 41 ausgespritztenKältemittelsin dem Druckerhöhungsabschnittreduziert wird, in die Druckenergie umgewandelt, wie in 4 dargestellt.
    [0038] Jedoch wird, wie in 3 dargestellt, das in die Düse 41 strömende Kältemittelein Gas/Flüssigkeit-Zweiphasen-Kältemittelin einem mittleren Dekompressionszustand der Düse 41 der Ejektorpumpe 40.In diesem Fall wird die Geschwindigkeit des Flüssigphasen-Kältemittelsmit einer großenDichte größer alsdie Geschwindigkeit des Gasphasen-Kältemittels mit einer kleinenDichte, und ein großerUnterschied kann in der Geschwindigkeitsverteilung erzeugt werden.Andererseits kann in dem Druckerhöhungsabschnitt der Ejektorpumpe 40 dasFlüssigphasen-Kältemittelmit der großenDichte und einer großenTrägheitnicht ausreichend verlangsamt werden. In diesem Fall kann die Geschwindigkeitsenergiedes Gasphasen-Kältemittelsmit der kleinen Dichte und der kleinen Trägheit in dem Druckerhöhungsabschnittin die Druckenergie umgewandelt werden, aber die Geschwindigkeitdes Flüssigphasen-Kältemittels mit der großen Geschwindigkeitsenergiekann nicht reduziert werden und das Flüssigphasen-Kältemittelkann, ohne in seiner Geschwindigkeit reduziert zu sein, aus demAuslass der Ejektorpumpe 40 ausströmen. In diesem Fall ist esschwierig, die wiedergewonnene Expansionsenergie in der Düse 41 in demDruckerhöhungsabschnittder Ejektorpumpe 40 effektiv in die Druckenergie umzuwandeln.
    [0039] Daher ist im ersten Ausführungsbeispielein Gas/Flüssigkeits-Dichteunterschiedzwischen dem Gasphasen-Kältemittelund dem Flüssigphasen-Kältemitteldes ersten Kältemittelsam Auslass der Düse 41 kleinerals ein Gas/Flüssigkeits-Dichteunterschied zwischendem Gasphasen-Kältemittelund dem Flüssigphasen-Kältemitteldes zweiten Kältemittelsam Auslass der Düse 41 gemacht.Deshalb ist es möglich,die Geschwindigkeiten des Flüssigphasen-Kältemittelsund des Gasphasen-Kältemittelseffektiv auf ein etwa gleiches Maß zu reduzieren, und die wiedergewonneneExpansionsenergie in der Düse 41 kann indem Druckerhöhungsabschnitteffektiv in die Druckenergie umgewandelt werden. Als Ergebnis kann derEnergieverbrauch des Kompressors 10 reduziert werden, undder Wirkungsgrad des Ejektorpumpenkreises kann effektiv verbessertwerden.
    [0040] 5 zeigtphysikalische Eigenschaften von Propan und Butan, wenn das Propanals erstes Kältemittelverwendet wird und das Butan als zweites Kältemittel verwendet wird. WennPropan als erstes Kältemittelverwendet wird und Butan als zweites Kältemittel verwendet wird, istdie Expansionsenergie in der Düse 41 desersten Kältemittelsgrößer alsjene des zweiten Kältemittels,und die Verdunstungskälte desersten Kältemittelsist kleiner als jene des zweiten Kältemittels. Jedoch ist dasGas/Flüssigkeits-Dichteverhältnis desersten Kältemittels(z.B. Propan) am Auslass der Düse 41 deutlichkleiner als das Gas/Flüssigkeits-Dichteverhältnis deszweiten Kältemittels(z.B. Butan) am Auslass der Düse 41. Somitist es möglich,die Geschwindigkeiten des Flüssigphasen-Kältemittelsund des Gasphasen-Kältemittelseffektiv auf ein etwa gleiches Maß zu reduzieren, und die wiedergewonneneExpansionsenergie in der Düse 41 kannin dem Druckerhöhungsabschnitteffektiv in die Druckenergie umgewandelt werden.
    [0041] In dem oben beschriebenen Beispielwird Propan als erstes Kältemittelund Butan als zweites Kältemittelverwendet. Jedoch kann als erste Kältemittel auch Kohlenwasserstoffund als zweites KältemittelFreon verwendet werden. Auch in diesem Fall kann der gleiche Effektwie oben erzielt werden. Ferner können auch andere Kältemittelals erstes und zweites Kältemittelverwendet werden, ohne auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt zu sein.
    [0042] Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung wird nun Bezug nehmend auf 6 beschrieben.In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird die indie Fahrgastzelle zu blasende Luft direkt in dem Verdampfapparat 30 gekühlt. Imzweiten Ausführungsbeispieljedoch, wie es in 6 dargestelltist, steht ein Medium, nachdem das Medium in dem Verdampfapparat 30 durch Durchführen einesWärmeaustauschesmit dem Kältemittelgekühltist, mit der in die Fahrgastzelle zu blasende Luft in einem Wärmetauscher 31 inWärmeaustausch,sodass die in die Fahrgastzelle zu blasende Luft in dem Wärmetauscher 31 gekühlt wird.Deshalb kann, selbst wenn in dem Verdampfapparat 30 einKältemittelleckerzeugt wird, ein Strömendes Kältemittelsin die Fahrgastzelle verhindert werden.
    [0043] Im zweiten Ausführungsbeispiel kann ein Fluid,in welchem ein Frostschutzmittel wie beispielsweise Ethylenglykolin Wasser gemischt ist, als Medium verwendet werden. Im Allgemeinenist ein Kältemittelstromin dem Verdampfapparat 30 entgegen einem Medienstrom indem Verdampfapparat 30. In diesem Fall kann die Wärmetauschleistungzwischen dem Kältemittelund dem Medium in dem Verdampfapparat 30 verbessert werden.
    [0044] Analog zu dem oben beschriebenenersten Ausführungsbeispielbesteht das Kältemittelim zweiten Ausführungsbeispielaus einem nicht-azeotropen Kältemittel,wie beispielsweise einem Gemisch aus Propan und Butan. Deshalb istdie Verdampfungstemperatur in dem Verdampfapparat 30 vondem Kältemitteleinlassdes Verdampfapparats 30 zu dem Kältemittelauslass des Verdampfapparats 30 erhöht. Daherkann im Vergleich zu einem Fall, wenn ein azeotropes Kältemittelals das Kältemittelin dem Ejektorpumpenkreis verwendet wird, die Wärmetauschleistung zwischendem Kältemittelund dem Medium in dem Verdampfapparat 30 effektiv erhöht werden.
    [0045] Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die anderenTeile ähnlichjenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels und die indem ersten Ausführungsbeispielbeschriebenen Vorteile können erzieltwerden.
    [0046] Obwohl die vorliegende Erfindungin Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen davon unterBezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschriebenworden ist, wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungenund Modifikationen fürden Fachmann offensichtlich sein werden.
    [0047] Zum Beispiel wird in den oben beschriebenenAusführungsbeispielen,wie in 3 dargestellt, derDruck des aus dem Kompressor 10 ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels(Mischkältemittels)höher alsder kritische Druck des Kältemittels.In diesem Fall könnendie Vorteile der vorliegenden Erfindung effektiv verbessert werden.Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und der Druck des aus dem Kompressor 10 ausgegebenenKältemittelskann niedriger als der kritische Druck des Kältemittels gemacht sein.
    [0048] Ferner wird in den obigen Ausführungsbeispielender Ejektorpumpenkreis gemäß der vorliegendenErfindung typischer Weise fürdie Fahrzeug-Klimaanlage verwendet. Jedoch kann der Ejektorpumpenkreisder vorliegenden Erfindung auch für einen Dampfkompressions-Kühlschrankmit Kälte, wiebeispielsweise eine Vitrine verwendet werden oder kann für einenDampfkompressions-Kühlkreis mitWärme,wie beispielsweise eine Heißwasser-Zufuhreinheitoder eine Heizeinheit verwendet werden.
    [0049] Solche Änderungen und Modifikationenliegen selbstverständlichim Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängendenAnsprüchedefiniert ist.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Dampfkompressions-Kühlkreis, mit einem Kompressor(10) zum Ausgeben eines Hochdruck-Kältemittels; einem Kühler (20)zum Kühlendes von dem Kompressor ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels; einem Verdampfapparat(30) zum Verdampfen eines Niederdruck-Kältemittels nach der Dekomprimierung; einerEjektorpumpe (40) mit einer Düse (41) zum Dekomprimierenund Ausdehnen des aus dem Kühler strömenden Hochdruck-Kältemittelsmit konstanter Entropie sowie einem Druckerhöhungsabschnitt (42, 43),in welchem ein Druck des in den Kompressor zu saugenden Kältemittelsdurch Umwandeln der Expansionsenergie des Kältemittels in Druckenergie davonerhöhtwird, wobei das von der Düseausgegebene Kältemittelund das von dem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden;und einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung(50) zum Trennen des aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittelsin ein Flüssigphasen-Kältemittelund ein Gasphasen-Kältemittel,wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtungeinen mit einer Kältemittelsaugseitedes Kompressors verbundenen Gaskältemittelauslassund einen mit einer Kältemitteleinlassseitedes Verdampfapparats verbundenen Flüssigkältemittelauslass enthält, wobei dasKältemittelein Mischkältemittelist, in welchem ein erstes Kältemittelund ein zweites Kältemittelgemischt sind; wenn das Kältemittelin der Düsedekomprimiert und ausgedehnt wird, das erste Kältemittel einen adiabatischenWärmeabfallaufweist, welcher größer alsein adiabatischer Wärmeabfalldes zweiten Kältemittels ist; imVerdampfapparat das zweite Kältemitteleine Verdunstungskälteaufweist, welche größer alseine Verdunstungskältedes ersten Kältemittelsist; und in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtungeine Gasmenge des ersten Kältemittelsgrößer alseine Gasmenge des zweiten Kältemittelsgemacht ist und eine Flüssigkeitsmengedes zweiten Kältemittelsgrößer alseine Flüssigkeitsmengedes ersten Kältemittels gemachtist.
    [2] Dampfkompressions-Kühlkreis nach Anspruch 1, beiwelchem an einem Auslass der Düsedas erste Kältemitteleinen Gas/Flüssigkeits-Dichteunterschied aufweist,welcher kleiner als ein Gas/Flüssigkeits-Dichteunterschieddes zweiten Kältemittelsist.
    [3] Dampfkompressions-Kühlkreis nach Anspruch 1 oder2, bei welchem das erste KältemittelPropan und das zweite KältemittelButan ist.
    [4] Dampfkompressions-Kühlkreis nach Anspruch 1 oder2, bei welchem das erste KältemittelKohlenwasserstoff und das zweite Kältemittel Freon ist.
    [5] Dampfkompressions-Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis4, bei welchem der Verdampfapparat angeordnet ist, um ein Mediumzu kühlen,wobei der Dampfkompressions-Kühlkreisferner einen Wärmetauscher(31) aufweist, der zum Durchführen eines Wärmeaustauscheszwischen dem in dem Verdampfapparat gekühlten Medium und der in eine Fahrgastzellezu blasenden Luft angeordnet ist.
    [6] Dampfkompressions-Kühlkreis nach Anspruch 5, beiwelchem das Mischkältemitteldes ersten Kältemittelsund des zweiten Kältemittelsein nicht-azeotropes Kältemittelist.
    [7] Dampfkompressions-Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis6, bei welchem das erste Kältemittelund das zweite Kältemittelin einer solchen Weise gemischt werden, dass das Mischkältemittelin der Düseso dekomprimiert wird, dass es ein Gasphasen-Kältemittel und ein Flüssigphasen-Kältemittelhat, und die Strömungsgeschwindigkeitendes Gasphasen-Kältemittelsund des Flüssigphasen-Kältemittels,die aus der Düseausgegeben werden, in dem Druckerhöhungsabschnitt auf ein etwagleiches Maß reduziertwerden.
    [8] Dampfkompressions-Kühlkreis, mit einem Kompressor(10) zum Ausgeben eines Hochdruck-Kältemittels; einem Kühler (20)zum Kühlendes aus dem Kompressor ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels; einem Verdampfapparat(30) zum Verdampfen eines Niederdruck-Kältemittels nach der Dekomprimierung; einerEjektorpumpe (40) mit einer Düse (41) zum Dekomprimierenund Ausdehnen des aus dem Kühler strömenden Hochdruck-Kältemittelsmit konstanter Entropie und einem Druckerhöhungsabschnitt (42, 43),in welchem ein Druck des in den Kompressor zu saugenden Kältemittelsdurch Umwandeln von Expansionsenergie des Kältemittels in Druckenergie davonerhöhtwird, wobei das aus der Düseausgegebene Kältemittelund das von dem Verdampfapparat angesaugte Kältemittel vermischt werden;und einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung(50) zum Trennen des aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittelsin ein Flüssigphasen-Kältemittelund ein Gasphasen-Kältemittel,wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtungeinen mit einer Kältemittelsaugseitedes Kompressors verbundenen Gaskältemittelauslassund einen mit einer Kältemitteleinlassseitedes Verdampfapparats verbundenen Flüssigkältemittelauslass enthält, wobei dasKältemittelein Mischkältemittelist, in welchem ein erstes Kältemittelund ein zweites Kältemittelgemischt sind; an einem Auslass der Düse das erste Kältemitteleinen Gas/Flüssigkeits-Dichteunterschiedaufweist, welcher kleiner als ein Gas/Flüssigkeits-Dichteunterschieddes zweiten Kältemittelsist; im Verdampfapparat das zweite Kältemittel eine Verdunstungskälte aufweist,welche größer alseine Verdunstungskältedes ersten Kältemittelsist; und in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtungeine Gasmenge des ersten Kältemittelsgrößer alseine Gasmenge des zweiten Kältemittelsgemacht ist und eine Flüssigkeitsmengedes zweiten Kältemittelsgrößer als eineFlüssigkeitsmengedes ersten Kältemittelsgemacht ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-06-24| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2018-09-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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