JP4285060B2 - 蒸気圧縮式冷凍機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍機(エジェクタサイクル)では、エジェクタ内のノズルから噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機の吸入圧を上昇させて圧縮機の消費動力を低減している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−312421号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
エジェクタサイクルは、図13に示すように、圧縮機10→放熱器20→エジェクタ40→気液分離器50→圧縮機10の順に循環する駆動流と、エジェクタ40内で高圧冷媒が膨脹加速されることにより発生する高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用による吸引流、つまり気液分離器50→絞り61→蒸発器30→エジェクタ40(昇圧部)→気液分離器50の順に循環する吸引流れとが発生する。
【0005】
なお、図14の破線及び実線は駆動流の状態を示すもので、実線は破線に比べて蒸発器30での熱負荷が増大した状態を示し、図14の●で示される符号は、図13に示す●で示される符号位置における冷媒の状態を示すものである。因みに、蒸発器30とエジェクタ40とを繋ぐ冷媒通路での圧力損失を無視すれば、蒸発器30内圧力は、エジェクタ40のノズル出口側圧力(図14のP3での圧力)と略同等となる。
【0006】
ところで、夏場の急速冷房(クールダウン)運転時のごとく、空調負荷が大きいときには、高圧冷媒を冷却する外気の温度が高いため、ノズル入口での等エントロピ線の傾き(圧力差/比エンタルピ差)が小さくなり、膨脹時の比エンタルピ差(断熱熱落差)が大きくなる。
【0007】
このため、エジェクタ40でのエネルギ回収量が増大してエジェクタ40での昇圧量が増大することに加えて、蒸発器30での熱負荷も上昇しているため、圧縮機10の吸入圧、つまり気液分離器50内の圧力が上昇する。
【0008】
一方、気液分離器50内には、気相冷媒と液相冷媒とが共存しているので、気液分離器50内の圧力、つまり圧縮機10吸入圧は飽和蒸気線に沿って臨界点に近づくように上昇し、これに連動して放熱器20に流入する冷媒の比エンタルピが小さくなる。
【0009】
また、放熱器20で冷媒は外気温度相当まで冷却されるので、外気温度の上昇に応じて放熱器20の冷媒出口側における冷媒の比エンタルピが上昇する。したがって、外気温度が高く、かつ、急速冷房運転時のごとく蒸発器30内圧力が高いときには、放熱器20の放熱能力が低下するので、十分な冷凍能力を得ることができなくなる。
【0010】
ところで、吸入圧によらず、吐出冷媒温度、つまり放熱器20に流入する冷媒の温度を一定とすると、吸入圧の上昇に応じて吐出圧が上昇してしまい、圧縮機10や放熱器20が損傷するおそれがあるので、通常は、吐出圧が所定圧力以下となるように圧縮機10やノズルの絞り開度を制御している。
【0011】
このため、実際の空調装置においては、吐出圧が所定圧力以下に制限されて吐出冷媒温度が熱負荷の上昇に応じて上昇しないため、放熱器20の放熱能力は更に低下する。
【0012】
また、ノズルに流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすると、臨界圧力未満に比べて等エントロピ線の傾きが小さく、圧力の変化量に対するエンタルピの変化量が大きいため、ノズルに流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすると、ノズルに流入する冷媒の圧力を臨界圧力未満とした場合に比べてエジェクタ40での昇圧量が大きくなる。
【0013】
このため、例えば冷媒を二酸化炭素として、ノズルに流入する冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上とすると、外気温度が高く、かつ、急速冷房運転時のごとく蒸発器30内圧力が高いときには、ノズルに流入する冷媒の圧力を臨界圧力未満とした場合に比べて吸入圧が上昇するので、ノズルに流入する冷媒の圧力を臨界圧力未満とした場合に比べて放熱器20の放熱能力が大きく低下する。
【0014】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規な蒸気圧縮式冷凍機を提供し、第2には、放熱能力が大きく低下することを防止することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、圧縮機(10)から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器(20)と、低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器(30)と、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル(41)を有し、ノズル(41)から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側熱交換器(30)にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機(10)の吸入圧を上昇させるエジェクタ(40)と、エジェクタ(40)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒用出口が圧縮機(10)の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が低圧側熱交換器(30)に接続された気液分離手段(50)と、気液分離器(50)から低圧側熱交換器(30)に供給される冷媒を減圧するとともに、その減圧量を制御することによりエジェクタ(40)での圧力上昇量を制御する昇圧量制御手段(60)とを備え、
昇圧量制御手段(60)は、エジェクタ(40)の下流側であって、かつ、液相冷媒用出口から前記低圧側熱交換器(30)へ至る冷媒流路に配置され、さらに、昇圧量制御手段(60)は、気液分離器(50)から低圧側熱交換器(30)に供給される冷媒を減圧する減圧手段である絞り部(61)、絞り部(61)を迂回させて気液分離器(50)から低圧側熱交換器(30)に冷媒を供給するバイパス部(62)、及びバイパス部(62)の連通状態を調節するバルブ手段(63)を有して構成され、さらに、昇圧量制御手段(60)は、バルブ手段(63)が開弁した際に、絞り部(61)における圧力損失が一定となるように構成されていることを特徴とする。
【0018】
これにより、エジェクタ(40)での昇圧量の増大に伴う圧縮機(10)の吸入圧上昇を抑制でき得るので、高圧側熱交換器(20)の放熱能力が低下してしまうことを防止できるので、常に十分な冷凍能力を得ることができ得る。
【0020】
請求項2に記載の発明では、バルブ手段(63)は、バルブ前後の差圧が所定圧力差以上となったときに開く差圧弁であること特徴とするものである。
【0021】
請求項3に記載の発明では、絞り部(61)、バイパス部(62)及びバルブ手段(63)が一体化されていることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明では、圧縮機(10)は、冷媒の臨界圧力以上となるまで冷媒を昇圧することを特徴とするものである。
【0022】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0023】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機を車両空調装置用のエジェクタサイクルに適用したものであり、図1は二酸化炭素を冷媒とするエジェクタサイクル1の模式図であり、図2はエジェクタ40の模式図であり、図3は差圧弁63の模式図である。
【0024】
図1中、圧縮機10は走行用エンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮する周知の可変容量型の圧縮機であり、圧縮機10の吐出容量は、後述する蒸発器30内の温度又は圧力が所定範囲内になるように制御される。
【0025】
なお、電動圧縮機のごとく、吐出冷媒流量を回転数により制御することができるものを圧縮機10として採用してもよいことは言うまでもない。
【0026】
放熱器20は圧縮機10から吐出した冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器であり、蒸発器30は室内に吹き出す空気と液相冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷媒を蒸発させて室内に吹き出す空気を冷却する低圧側熱交換器である。
【0027】
なお、本実施形態では、冷媒を二酸化炭素として、圧縮機10の吐出圧を冷媒の臨界圧力以上としているので、放熱器20内で冷媒は凝縮(相変化)することなく、温度を低下させることでそのエンタルピを低下させるが、例えば冷媒をHFC134aとして、圧縮機10の吐出圧を圧力未満とした場合には、放熱器20内で冷媒は凝縮しながらそのエンタルピを低下させる。
【0028】
エジェクタ40は冷媒を減圧膨張させて蒸発器30にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機10の吸入圧を上昇させるものであり、詳細は後述する。
【0029】
気液分離器50はエジェクタ40から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器50の気相冷媒流出口は圧縮機10の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器30側の流入側に接続される。
【0030】
絞り61は気液分離器50から蒸発器30に供給される冷媒を減圧する絞り手段であり、本実施形態では、絞り61としてキャピラリーチューブやオリフィスのごとく、絞り開度が固定された固定絞りを採用している。
【0031】
また、絞り61を迂回させて気液分離器50から蒸発器30に冷媒を供給するバイパス回路62には、バイパス回路62の連通状態を調節するバルブ手段をなす差圧弁63が設けられており、この差圧弁63は、バルブ前後の差圧、つまり気液分離器50側の圧力と蒸発器30側との圧力差が所定圧力差以上となったときに開くもので、詳細は後述する。
【0032】
なお、送風機21は放熱器20に冷却風、つまり外気を送風するもので、送風機31は蒸発器30に室内に吹き出す空気を送風するものである。
【0033】
次に、エジェクタ40について述べる。
【0034】
エジェクタ40は、図2に示すように、流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル41、ノズル41から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器30にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル41から噴射する冷媒流とを混合する混合部42、ノズル41から噴射する冷媒と蒸発器30から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ43、ノズル41の絞り開度を可変制御するニードル44、及びニードル44をその軸方向に変位させるアクチュエータ45等からなるものである。
【0035】
因みに、本実施形態では、アクチュエータ45として、ステッピングモータを採用しており、ニードル44は、ステッピングモータの回転角に比例して軸方向に変位する。
【0036】
ところで、混合部42においては、ノズル41から噴射する冷媒流の運動量と、蒸発器30からエジェクタ40に吸引される冷媒流の運動量との和が保存されるように混合するので、混合部42においても冷媒の静圧が上昇する。
【0037】
一方、ディフューザ43においては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の動圧を静圧に変換するので、エジェクタ40においては、混合部42及びディフューザ43の両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、混合部42とディフューザ43とを総称して昇圧部と呼ぶ。
【0038】
つまり、理想的なエジェクタ40においては、混合部42で2種類の冷媒流の運動量の和が保存されるように冷媒圧力が増大し、ディフューザ43でエネルギーが保存されるように冷媒圧力が増大することが望ましい。
【0039】
次に、差圧弁63について述べる。
【0040】
ハウジング63aは、図3に示すように、気液分離器50の液相冷媒流出口側に連通する流入口63b、及び蒸発器30に連通する流出口63cが形成されたステンレスや真鍮等の金属製のものであり、このハウジング63a内には、流入口63b側の空間63dと流出口63c側の空間63eとを連通させる弁口63fが形成されている。
【0041】
また、空間63e内には、弁口63fの開度を調節する弁体63gが配設されており、この弁体63gは、金属製のコイルバネ(弾性部材)63hによって流入口63b側の空間63dに向けて押圧されている。
【0042】
なお、ハウジング63aは、ハウジング63aのうち流出口63cが形成されている部位(蓋部)63iと、流入口63bが形成されている部位(底部)63jと、円筒状の本体部63kとの3つの部位から構成されており、底部63jと本体部63kは一体形成され、蓋部63iは、弁体63g及びコイルバネ63hをハウジング63a内に収納した後、溶接やねじ結合等の結合手段によってハウジング63aに結合されている。
【0043】
また、ガイドスカート63mはハウジング63a内での弁体63gの移動を案内(ガイド)するものであり、このガイドスカート63mの円筒外側面63nがハウジング63aの内壁に接触することにより、弁体63gの移動が案内されている。さらに、ガイドスカート63mのうち弁体63gの近傍には、冷媒流路をなす複数個の穴63pが形成されている。
【0044】
ここで、差圧弁63の作動を述べておく。図3から明らかなように、弁体63gのうち流入口63b側には、気液分離器50側圧力による作用力F1が作用するので、弁体63gは流出口63c側に押圧される。一方、流出口63c側には、蒸発器30の入口側圧力及びコイルバネ63hの弾性力による作用力F2が作用するので、弁体63gは流入口63b側に押圧される。
【0045】
つまり、作用力F2が作用力F1より大きい場合には、弁体63gは、弁口63fの開度が小さくなるように移動し、作用力F1が作用力F2より大きい場合には、弁体63gは、弁口63fの開度が大きくなるように移動する(図3の(b)参照)。
【0046】
したがって、弁体63gは、作用力F1と作用力F2とが均衡する位置で停止するので、弁口63fの開度は、コイルバネ63hが弁体63gに及ぼす弾性力によって決定する。すなわち、両空間63d、63e間の圧力差ΔPは、コイルバネ63hが弁体63gに及ぼす弾性力に対応する。
【0047】
そして、弁体63gの移動量(リフト量)は僅かなので、コイルバネ63hが弁体63gに及ぼす弾性力の変化は、ほぼ無視することができるため、両空間63d、63e間の圧力差ΔPは、ほぼ一定となる。
【0048】
次に、エジェクタサイクルの概略作動を述べる。
【0049】
圧縮機10から吐出した冷媒を放熱器20側に循環させる。これにより、放熱器20にて冷却された冷媒は、エジェクタ40のノズル41にて等エントロピ的に減圧膨張して、音速以上の速度で混合部42内に流入する。
【0050】
そして、混合部42に流入した高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用により、蒸発器30内で蒸発した冷媒が混合部42内に吸引されるため、低圧側の冷媒が気液分離器50→絞り61→蒸発器30→エジェクタ40(昇圧部)→気液分離器50の順に循環する。
【0051】
一方、蒸発器30から吸引された冷媒(吸引流)とノズル41から吹き出す冷媒(駆動流)とは、混合部42にて混合しながらディフューザ43にてその動圧が静圧に変換されて気液分離器50に戻る。
【0052】
ところで、蒸発器30を流れる冷媒は、エジェクタ40のポンプ作用により循環しているので、エジェクタ40での昇圧量は、エジェクタ40の昇圧部から気液分離器50→蒸発器30→エジェクタ40に至る冷媒通路における圧力損失と同じである。
【0053】
このとき、エジェクタ40と気液分離器50とを繋ぐ配管での圧力損失、蒸発器30での圧力損失及び蒸発器30とエジェクタ40とを繋ぐ配管での圧力損失は、絞り61での圧力損失に比べると十分に小さいので、エジェクタ40での昇圧量は、ほぼ絞り61及び差圧弁63で発生する圧力損失で決定される。
【0054】
一方、バイパス回路62は絞り61に対して並列に設けられているので、絞り61で発生する圧力損失は差圧弁63の影響を受ける。具体的には、図4に示すように、差圧弁63が開く前は、絞り61を通過する冷媒流量、つまりノズル41での断熱熱落差の増大に伴うポンプ作用の増大に応じて圧力損失が増大し、差圧弁63が開いた後の圧力損失はほぼ一定となる。
【0055】
したがって、エジェクタ40での昇圧量は、差圧弁63が開く前はノズル41での断熱熱落差の変化に連動するように変化し、差圧弁63が開いた後はほぼ一定となる。
【0056】
なお、上述の説明から明らかなように、本実施形態では、絞り61、バイパス回路62及び差圧弁63により特許請求の範囲に記載した減圧手段および昇圧量制御手段が構成される。
【0057】
因みに、差圧弁63が開く前は絞り61での圧力損失によりエジェクタ40での昇圧量、つまり蒸発器30を循環する冷媒流量及び蒸発器30内圧力が決定されることから、本実施形態では、以下のようにして絞り61の絞り開度を設定している。
【0058】
すなわち、空調装置の運転条件において、エジェクタ40で駆動する低圧冷媒流量と絞り61の減圧量(エジェクタ40の昇圧量)の関係をみると、絞り61の減圧量が大きいと吸引流量は少なく、逆に、減圧量が小さいと吸引流量が多くなる。
【0059】
ここで、絞り61での減圧量が大きくなると、蒸発器30内の圧力が低下して蒸発温度が低下するものの、冷媒流量が低下するので、蒸発器30の冷媒出口で過熱度が過大となり、蒸発器30の熱交換効率が低下してしまうので、蒸発器30での冷凍能力が低下して成績係数の低下を招く。
【0060】
逆に、絞り61での減圧量が小さくなると、エジェクタ40での昇圧量が低下して圧縮機10の吸入圧が低下するので、圧縮機10の圧縮仕事量が増大してしまい、成績係数が低下してしまう。そこで、絞り61の絞り開度は、空調負荷の変動範囲において、成績係数が大きく低下しない程度の開度に設定される。
【0061】
また、本実施形態において、ノズル41の絞り開度は、高圧側冷媒温度(例えば、放熱器20出口側の冷媒温度)に基づいて決定される目標高圧となるように制御され、圧縮機10から吐出される冷媒流量(圧縮機10の吐出容量)は、蒸発器30内の蒸発温度(例えば、蒸発器30を通過した直後の空気温度)が目標温度となるように制御される。
【0062】
なお、目標圧力とは、高圧側冷媒温度をパラメータとして高い成績係数を得ることができる高圧側圧力であり、目標温度とは、フロスト現象が発生しない程度の温度(例えば、蒸発器30を通過した直後の空気温度で3℃〜4℃)である。
【0063】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【0064】
本実施形態では、エジェクタ40の昇圧量が所定圧力差以下となるように制御されるので、エジェクタ40での昇圧量の増大に伴う圧縮機10の吸入圧上昇を抑制できる。したがって、放熱器20の放熱能力が低下してしまうことを防止できるので、常に十分な冷凍能力を得ることができ得る。
【0065】
なお、二酸化炭素を冷媒とする車両用エジェクタサイクルにおいては、エジェクタ40の最大昇圧量が1.2MPa以上になり、かつ、低圧側圧力(蒸発器30内圧力)がフロスト現象が発生しない程度の温度に維持されることから、本実施形態では、差圧弁63の開弁圧力差を0.6MPa以上、0.7MPa以下としてエジェクタ40の昇圧量が差圧弁63の開弁圧力差の設定値以下となるように設定している。
【0066】
(第2実施形態)
本実施形態は、図5に示すように、差圧弁63の弁体63gに絞り61を設けることにより絞り61、バイパス回路62及び差圧弁63を一体化したものである。
【0067】
なお、差圧弁63が閉じているときは、弁体63gに設けた絞り61を経由して冷媒が流れ、差圧弁63が開いたときには、主に弁口63fを経由して冷媒が流れる。
【0068】
(第3実施形態)
本実施形態は、図6に示すように、バイパス回路62を開閉する電磁弁64、バイパス回路62において電磁弁64と直列に配置した絞り65、及び電磁弁64の開閉する電子制御装置66にて機械式の差圧弁63と同等の機能を実現したものである。
【0069】
また、絞り65は電磁弁64が開いたときに、エジェクタ40での昇圧量が所定量以下となる程度の圧力差を発生させる固定絞りであり、電子制御装置66は、蒸発器30の熱負荷に基づいて電磁弁64の開閉を制御している。
【0070】
なお、蒸発器30での熱負荷が高いときには、通常、高温の空気が多量に蒸発器30を通過するので、蒸発器30内の圧力及び温度が高くなっている。そこで、本実施形態では、温度センサ67により蒸発器30に流入する冷媒温度Tinにて蒸発器30の熱負荷を検出している。
【0071】
そして、図7に示すように、温度センサ67の検出温度が所定温度Tin0より高いときには、高負荷条件となってエジェクタ40での昇圧量が所定値を超えてしまうものとみなして電磁弁64を開いて、気液分離器50−蒸発器30間の減圧量、つまりエジェクタ40での昇圧量を低下させ(S1〜S3)、温度センサ67の検出温度が所定温度Tin0以下のときには、電磁弁64を閉じる(S4)。
【0072】
これにより、図8に示すように、エジェクタ40の昇圧量が所定圧力差以下となるように制御されるので、エジェクタ40での昇圧量の増大に伴う圧縮機10の吸入圧上昇を抑制できる。したがって、放熱器20の放熱能力が低下してしまうことを防止できるので、常に十分な冷凍能力を得ることができ得る。
【0073】
また、電磁弁64を開閉するといった簡便な手段にてエジェクタ40の昇圧量を制御できるので、エジェクタサイクル(空調装置)の製造原価上昇を抑制できる。
【0074】
なお、冷媒温度と冷媒圧力とは相関関係を有していることから、冷媒圧力にて蒸発器30の熱負荷を検出してもよいことは言うまでもない。
【0075】
(第4実施形態)
本実施形態は、絞り開度を変化させることができる電気式の可変絞り68にて昇圧量制御手段60を構成したものである。
【0076】
具体的には、図9に示すように、絞り61、バイパス回路62及び差圧弁63を廃止して、気液分離器50と蒸発器30とを繋ぐ冷媒回路に可変絞り68を設置するとともに、可変絞り68前後の圧力差を可変絞り68前後の冷媒温度差から検出し、この温度差(圧力差)に基づいて絞り開度を調節するものである。
【0077】
そして、温度センサ69は可変絞り68にて減圧される前の冷媒温度を検出し、温度センサ67は可変絞り68にて減圧された後の冷媒温度を検出し、電子制御装置66は両センサ69、67の検出温度差から可変絞り68での減圧量、つまり可変絞り68の冷媒入口と出口との圧力差を算出して予め設定されたプログラムに従って絞り開度を制御する。
【0078】
因みに、気液分離器50から流出する冷媒は飽和液冷媒であり、蒸発器30に流入する冷媒は蒸発器30圧力における気液二相冷媒であり、かつ、Tout(可変絞り68にて減圧された後の冷媒温度)とTin(可変絞り68にて減圧される前の冷媒温度)は各圧力における飽和温度であることから、温度差から圧力差ΔPを算出することができる。
【0079】
なお、図10は本実施形態に係るエジェクタサイクルにおける可変絞り68の制御を示すフローチャートであり、温度差(Tout−Tin)から算出した圧力差ΔPが所定値ΔP0を越えるようなときには、圧力差ΔPが所定値ΔP0となる可変絞り68の開度を制御し、圧力差ΔPが所定値ΔP0以下のときには、高い成績係数を得ることができる程度の絞り開度に制御する(S11〜S14)因みに、本実施形態では、蒸発器30の冷媒出口における過熱度、つまり蒸発器30に流入する冷媒の温度(温度センサ67の検出温度)と蒸発器30から流出する冷媒の温度(温度センサ70の検出温度)との温度差が所定温度差範囲(例えば、2℃〜4℃)となるようにすることにより高い成績係数を得ている。
【0080】
なお、本実施形態では、冷媒温度差から間接的に圧力差を検出しているが、圧力センサにより圧力差を直接的に検出してもよい。
【0081】
(第5実施形態)
第4実施形態では、可変絞り68前後の圧力差ΔPをパラメータとして絞り開度を制御したのに対して、本実施形態では、気液分離器50内の圧力、つまり圧縮機10の吸入圧をパラメータとして絞り開度を制御するものである。
【0082】
具体的には、図11に示すように、圧縮機10の吸入圧を意味するTin(可変絞り68にて減圧される前の冷媒温度)が、所定圧力を意味する所定温度Tin0を越えるようなときには、Tinが所定温度Tin0となる可変絞り68の開度を制御し、Tinが所定温度Tin0以下のときには、高い成績係数を得ることができる程度の絞り開度に制御する(S21〜S24)。
【0083】
因みに、所定温度Tin0は冷媒の臨界温度より低い所定温度であり、本実施形態も蒸発器30の冷媒出口における過熱度が所定温度差範囲となるようにすることにより高い成績係数を得ている。
【0084】
なお、本実施形態では、冷媒温度差から間接的に圧力を検出しているが、圧力センサにより圧力を直接的に検出してもよい。
【0085】
(第6実施形態)
本実施形態は、図12に示すように、第1実施形態に係るエジェクタサイクル(図1参照)において、絞り61を、蒸発器30の冷媒出口側の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する、いわゆる温度式膨脹弁を採用したものである。
【0086】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、気液分離器50から蒸発器30に至る冷媒通路における減圧量を調節することによりエジェクタ40での昇圧量を制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば混合部42やディフューザ43の通路断面積を空調負荷に応じて変化させる等して昇圧量制御手段を構成してもよい。
【0087】
また、上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば窒素等の自然冷媒を用いてもよい。
【0088】
また、上述の実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷蔵庫等に適用してもよい。
【0089】
また、上述の実施形態では、低圧側冷媒温度(蒸発温度)が所定範囲となるように圧縮機10が制御されるものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0090】
また、上述の実施形態では、可変容量型の圧縮機を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、固定容量型の圧縮機の稼働率を電磁クラッチ等にて制御するタイプのもであってもよい。
【0091】
また、上述の実施形態では、ノズル41の絞り開度を調節することができるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズル41の絞り開度が固定されたものであってもよい。
【0092】
また、上述の実施形態では、ノズル41の絞り開度を調節するアクチュエータ45が電気式であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、特開平9−264622号公に記載のアクチュエータと同様な機械式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係るエジェクタの模式図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る差圧弁の模式図である。
【図4】圧力差と冷媒流量との関係を示すグラフである。
【図5】本発明の第2実施形態に係る差圧弁の模式図である。
【図6】本発明の第3実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図7】本発明の第1実施形態に係るエジェクタサイクルのフローチャートである。
【図8】圧力差と冷媒流量との関係を示すグラフである。
【図9】本発明の第4実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図10】本発明の第4実施形態に係るエジェクタサイクルのフローチャートである。
【図11】本発明の第5実施形態に係るエジェクタサイクルのフローチャートである。
【図12】本発明の第6実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図13】従来の技術に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図14】p−h線図である。
【符号の説明】
10…圧縮機、20…放熱器、30…蒸発器、40…エジェクタ、
50…気液分離器、60…昇圧量制御手段、61…絞り、
62…バイパス回路、63…差圧弁。
Claims (4)
- 低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
圧縮機(10)から吐出した高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器(20)と、
低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器(30)と、
高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル(41)を有し、前記ノズル(41)から噴射する高い速度の冷媒流により前記低圧側熱交換器(30)にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して前記圧縮機(10)の吸入圧を上昇させるエジェクタ(40)と、
前記エジェクタ(40)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒用出口が前記圧縮機(10)の吸引側に接続され、液相冷媒用出口が前記低圧側熱交換器(30)に接続された気液分離手段(50)と、
前記気液分離器(50)から前記低圧側熱交換器(30)に供給される冷媒を減圧するとともに、その減圧量を制御することにより前記エジェクタ(40)での圧力上昇量を制御する昇圧量制御手段(60)とを備え、
前記昇圧量制御手段(60)は、前記エジェクタ(40)の下流側であって、かつ、前記液相冷媒用出口から前記低圧側熱交換器(30)へ至る冷媒流路に配置され、
さらに、前記昇圧量制御手段(60)は、前記気液分離器(50)から前記低圧側熱交換器(30)に供給される冷媒を減圧する減圧手段である絞り部(61)、前記絞り部(61)を迂回させて前記気液分離器(50)から前記低圧側熱交換器(30)に冷媒を供給するバイパス部(62)、及び前記バイパス部(62)の連通状態を調節するバルブ手段(63)を有して構成され、
さらに、前記昇圧量制御手段(60)は、前記バルブ手段(63)が開弁した際に、前記絞り部(61)における圧力損失が一定となるように構成されていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。 - 前記バルブ手段(63)は、バルブ前後の差圧が所定圧力差以上となったときに開く差圧弁であることを特徴とする請求項1に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
- 前記絞り部(61)、前記バイパス部(62)及び前記バルブ手段(63)が一体化されていることを特徴とする請求項1または2に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
- 前記圧縮機(10)は、冷媒の臨界圧力以上となるまで冷媒を昇圧することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
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