(57)【要約】【課題】ボイラ圧力を一定に維持することのできる噴射式冷凍装置を提供する。【解決手段】噴射式冷凍装置１には、ポンプ２、ボイラ３、コンデンサ４、受液器５、膨張弁６、蒸発器７、コンプレッサ８、及びエジェクタ９が設けられ、フロンＲ１３４ａが循環されている。エジェクタ９は、第１吸引口２２及びくびれ形状のノズル喉部２３を有するノズル部２０と、第２吸引口２４、混合室２５、及びディフューザ部２６を有する混合噴出部２１とを備えている。  また、エジェクタ９には、圧力制御手段３０が、ノズル部２０に隣接するように設けられている。圧力制御手段３０は、所定の基準圧力を有する基準圧力部３１と、基準圧力部３１及びノズル部２０を隔てるダイヤフラム３２と、一端がダイヤフラム３２に連結され、先端に向かって径が小さくなる先細の制御棒３３とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両における排熱を用いて作動流体を加熱するボイラと、
作動流体を圧縮するコンプレッサと、
前記ボイラで加熱された作動流体及び前記コンプレッサで圧縮された作動流体を前記コンデンサへ噴出させるエジェクタと、
前記エジェクタから噴出された作動流体を冷却するコンデンサと、
前記コンデンサで冷却された作動流体を昇圧し、前記ボイラに吐出するポンプと、
前記コンデンサで冷却された作動流体を減圧する減圧装置と、
前記減圧装置で減圧された作動流体を加熱し、前記コンプレッサに送る蒸発器と
を備え、
前記エジェクタは、
前記ボイラと連通し、前記ボイラで加熱された作動流体の速度を高めるノズル喉部を有するノズル部と、
前記ボイラの圧力が一定になるように、前記ノズル喉部の通路面積を調整する圧力制御手段と
を備えることを特徴とする蒸気噴射式冷凍装置。
【請求項２】
前記ノズル喉部はくびれ形状であり、
前記圧力制御手段は、
所定の基準圧力を有する基準圧力部と、
前記基準圧力部と前記ノズル部とを隔てるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに接続されると共に、前記ノズル部に移動可能に挿入され、先端に向かって径が小さくなる先細の制御棒と
を備え、
前記基準圧力部の圧力と前記ノズル部の圧力との大小関係に対応して、前記ダイヤフラムが撓んで前記制御棒を移動させ、前記制御棒と前記ノズル喉部との位置関係によって前記ノズル喉部の通路面積を変化させて、前記ボイラの圧力を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載の蒸気噴射式冷凍装置。
【請求項３】
前記車両のエンジン冷却水の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記基準圧力部は、前記温度検出手段によって検出された前記エンジン冷却水の温度に基づいて、所定の基準圧力を設定することを特徴とする請求項２に記載の蒸気噴射式冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸気噴射式冷凍装置に係り、とくに、蒸気噴射式冷凍装置のエジェクタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車内の冷房や除湿を行うための冷凍装置として、従来から蒸気噴射式冷凍装置が用いられており、例えば特許文献１に開示されている。
図４は、このような噴射式冷凍装置の構成図である。
噴射式冷凍装置５０では、エンジン冷却水をボイラ５１に導き、この熱により作動流体を加熱する。この作動流体は、エジェクタ５２のノズル５２ａで噴射されて、エジェクタ５２内の混合部５２ｂに流入される。混合部５２ｂ内に流入された作動流体は、ノズル５２ａによる減圧作用により低圧力になる。これにより、蒸発器５３内で蒸発した作動流体が混合部５２ｂ内に吸引される。すなわち、この混合部５２ｂでは、ボイラ５１からの作動流体と蒸発器５３からの作動流体とが混合される。混合部５２ｂ内の作動流体は、ディフューザ部５２ｃで昇圧され、その時の圧力によりコンデンサ５４内で放熱されて凝縮する。凝縮した作動流体の一部は膨張弁５５で減圧されて蒸発器５３で加熱される。残りの作動流体はポンプ５６により昇圧されてボイラ５１に戻される。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３３１２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンジン冷却水温度が低く、ボイラ５１で作動流体に与えられる熱量が小さい場合には、ボイラ５１出口の作動流体のスーパーヒートを一定に保つために、ポンプ５６によって作動流体の循環流量を低下する調整を行わなければならないが、これによりボイラ５１の圧力が低下し、エジェクタ５２で回収可能なエネルギーも低下するため、噴射式冷凍装置５０の冷凍効率が低下してしまうといった問題点があった。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ボイラ圧力を一定に維持することのできる噴射式冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る噴射式冷凍装置は、車両における排熱を用いて作動流体を加熱するボイラと、作動流体を圧縮するコンプレッサと、ボイラで加熱された作動流体及びコンプレッサで圧縮された作動流体をコンデンサへ噴出させるエジェクタと、エジェクタから噴出された作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された作動流体を昇圧し、ボイラに吐出するポンプと、コンデンサで冷却された作動流体を減圧する減圧装置と、減圧装置で減圧された作動流体を加熱し、コンプレッサへ送る蒸発器とを備え、エジェクタは、ボイラと連通し、ボイラで加熱された作動流体の速度を高めるノズル喉部を有するノズル部と、ボイラの圧力が一定になるように、ノズル喉部の通路面積を調整する圧力制御手段とを備えることを特徴とする。
ボイラの圧力が一定になるように、ノズル喉部の通路面積を調整するようにしたので、ボイラでの熱交換量の変動にかかわらず、噴射式冷凍装置の冷凍効率を一定に維持することができる。
【０００７】
ノズル喉部はくびれ形状であり、圧力制御手段は、所定の基準圧力を有する基準圧力部と、基準圧力部とノズル部とを隔てるダイヤフラムと、ダイヤフラムに接続されると共に、ノズル部に移動可能に挿入され、先端に向かって径が小さくなる先細の制御棒とを備え、基準圧力部の圧力とノズル部の圧力との大小関係に対応して、ダイヤフラムが撓んで制御棒を移動させ、制御棒とノズル喉部との位置関係によってノズル喉部の通路面積を変化させて、ボイラの圧力を一定に制御することが好ましい。
車両のエンジン冷却水の温度を検出する温度検出手段を備え、基準圧力部は、温度検出手段によって検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、所定の基準圧力を設定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、エジェクタのノズル喉部の通路面積を調整できるようにしたので、ボイラにおける熱交換量が変動しても、ボイラ圧力を一定に維持することができる。これにより、噴射式冷凍装置の冷凍効率が一定に維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態に係る噴射式冷凍装置１には、ポンプ２、ボイラ３、コンデンサ４、受液器５、膨張弁６、蒸発器７、コンプレッサ８、及びエジェクタ９が設けられ、作動流体であるフロンＲ１３４ａが循環されている。
ここで、ボイラ３は、エンジン冷却水１１とフロンＲ１３４ａとを熱交換することにより、フロンＲ１３４ａを加熱する熱交換器である。
また、コンプレッサ８は、伝達ベルト１２を介して、エンジン１０の動力によって駆動されるようになっている。
【００１０】
エジェクタ９は、ノズル部２０と混合噴出部２１とを備えている。ノズル部２０は、ボイラ３と連通する第１吸引口２２と、くびれ形状のノズル喉部２３とを備えている。一方、混合噴出部２１は、コンプレッサ８に連通する第２吸引口２４と、第２吸引口２４から吸引された作動流体及びノズル喉部２３から噴出された作動流体を混合する混合室２５と、混合室２５からコンデンサ４に向かって径がゆるやかに拡大する形状のディフューザ部２６とを備えている。
また、エジェクタ９には、圧力制御手段３０が、ノズル部２０に隣接するように設けられている。圧力制御手段３０は、所定の基準圧力を有する基準圧力部３１と、基準圧力部３１及びノズル部２０を隔てるダイヤフラム３２と、一端がダイヤフラム３２に連結され、先端に向かって径が小さくなる先細の制御棒３３とを備えている。基準圧力部３１の所定の基準圧力には、ボイラ３の圧力を一定に維持すべき圧力が設定されている。
【００１１】
図２に、ノズル喉部２３の断面を示す。図２（ａ）に示されるように、制御棒３３の先端は、ノズル喉部２３の開口部分２３ａに挿入されている。基準圧力部３１の圧力とノズル部２０の圧力との大小関係に対応して、ダイヤフラム３２が撓み、これにより制御棒３３が移動する。例えば、ボイラ３の圧力が低下し、基準圧力部３１の圧力よりもノズル部２０の圧力が低くなった場合には、ダイヤフラム３２が制御棒３３をノズル喉部２３方向へ移動させる。制御棒３３が先細であるため、図２（ｂ）に示されるように、開口部分２３ａに占める制御棒３３の割合が大きくなる。すなわち、開口部分２３ａの面積が小さくなる。
このように、制御棒３３とノズル喉部２３との位置関係によって、開口部分２３ａの面積、すなわちノズル喉部２３の通路面積が変化するようになっている。
【００１２】
次に、この実施の形態１に係る噴射式冷凍装置１の動作について説明する。
受液器５内のフロンＲ１３４ａの一部がポンプ２によってボイラ３に吐出される。ボイラ３では、エンジン冷却水１１と熱交換されることによって加熱され、高温高圧のガスとなる。高温高圧のガスとなったフロンＲ１３４ａは、エジェクタ９の第１吸引口２２から、ノズル部２０内に吸引される。
一方、受液器５内の残りのフロンＲ１３４ａは、膨張弁６で減圧される。膨張弁６で減圧されたフロンＲ１３４ａは、蒸発器７において、車内へ供給される空気と熱交換されることによって加熱されて高温のガスとなる。この際、熱交換された空気は冷気として車内へ供給される。高温のガスとなったフロンＲ１３４ａは、コンプレッサ８で圧縮されて高温高圧のガスとなり、エジェクタ９の第２吸引口２４から、混合噴出部２１内に吸引される。
【００１３】
第１吸引口２２からノズル部２０内に吸引されたフロンＲ１３４ａは、ノズル喉部２３を通過する際に、第１吸引口２２で有していた圧力の一部が速度エネルギーに変換されることによって、例えば音速あるいはそれ以上の速度を有するようになり、高速低圧のガスとなって混合室２５へ噴出される。混合室２５内のフロンＲ１３４ａが低圧となるため、コンプレッサ８から吐出された高圧のフロンＲ１３４ａは、第２吸引口２４から混合室２５内へ吸引される。混合室２５内において、第１吸引口２２から吸引されたフロンＲ１３４ａと第２吸引口２４から吸引されたフロンＲ１３４ａとが混合し、高速でディフューザ部２６を通過する。フロンＲ１３４ａがディフューザ部２６を通過する際に、その速度エネルギーが徐々に圧力に変換されることによって昇圧され、コンデンサ４へ向けて噴出される。
エジェクタ９から噴出されたフロンＲ１３４ａは、その圧力によってコンデンサ４内で放熱されて凝縮する。凝縮されたフロンＲ１３４ａは受液器５に戻される。このようにして、フロンＲ１３４ａは、噴射式冷凍装置１内を循環する。
【００１４】
ここで、例えば、ボイラ３におけるフロンＲ１３４ａの吸熱量が減少した場合、フロンＲ１３４ａのスーパーヒートを一定にするために、吸熱量に応じてフロンＲ１３４ａの循環流量を低下させなければならない。フロンＲ１３４ａの循環流量を低下すると、ノズル喉部２３を通過するフロンＲ１３４ａの流量が減少すると共に、ボイラ３の圧力も低下するため、エジェクタ９で回収可能なエネルギーが低下してしまう。
このような場合、圧力制御手段３０によってボイラ３の圧力を一定に維持することができる。ボイラ３の圧力が低下した場合、エジェクタ９のノズル部２０の圧力よりも基準圧力部３１の圧力が高いため、ダイヤフラム３２が撓んで制御棒３３をノズル喉部２３方向へ移動させる。これにより、ノズル喉部２３の通路面積が小さくなり、ノズル喉部２３の圧力すなわちボイラ３の圧力が上昇する。この結果、ボイラ３の圧力が一定に維持される。
【００１５】
このように、ボイラ３の圧力に基づいて、圧力制御手段３０が、くびれ形状のノズル喉部２３と先細の形状を有した制御棒３３との位置関係を調整することにより、ノズル喉部２３の通路面積を調整するので、ボイラ３におけるフロンＲ１３４ａの吸熱量が減少した場合でも、ボイラ３の圧力を一定に維持することができる。これにより、エジェクタ９で回収可能なエネルギーを維持することができ、噴射式冷凍装置１の冷凍効率を維持することができる。
【００１６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る噴射式冷凍装置について説明する。尚、実施の形態２において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る噴射式冷凍装置は、実施の形態１に対して、圧力制御手段３０の基準圧力部３１の基準圧力を、エンジン冷却水１１の温度に基づいて調整するようにしたものである。
図３に示されるように、エンジン冷却水１１の温度検出手段である感温筒４１が設けられ、連結管４２を介して基準圧力部３１と連通している。連結管４２には、作動流体と同じフロンＲ１３４ａが封入されている。
【００１７】
次に、この実施の形態２に係る噴射式冷凍装置１の動作を説明する。
実施の形態１と同様にして、噴射式冷凍装置１内を作動流体であるフロンＲ１３４ａが循環する。
ここで、例えば、エンジン１０の駆動力が低下すると、エンジン冷却水１１の温度が低下するため、ボイラ３におけるフロンＲ１３４ａの吸熱量が減少する。この場合、フロンＲ１３４ａのスーパーヒートを一定にするために、吸熱量に応じてフロンＲ１３４ａの循環流量を低下させなければならない。フロンＲ１３４ａの循環流量を低下すると、ノズル喉部２３を通過するフロンＲ１３４ａの流量が減少すると共に、ボイラ３の圧力も低下するため、エジェクタ９で回収可能なエネルギーが低下してしまう。
【００１８】
このような場合、感温筒４１で検出されたエンジン冷却水１１の温度に基づいて、連結管４２内のフロンＲ１３４ａの圧力が変化し、基準圧力部３１の基準圧力が調整される。この基準圧力に基づいて、実施の形態１と同様にして、圧力制御手段３０がボイラ３の圧力を一定に維持する。
このように、ボイラ３におけるフロンＲ１３４ａの吸熱量が低下する原因となるエンジン冷却水１１の温度に基づいて、圧力制御手段３０の基準圧力部３１の基準圧力を調整するようにしても、ボイラ３の圧力を一定に維持することができる。
【００１９】
尚、この実施の形態２では、連結管４２に作動流体と同じフロンＲ１３４ａを封入しているが、フロンＲ１３４ａに限定されるものではなく、さらに作動流体と同じ物質に限定されるものでもない。例えば、一般の冷凍サイクルの作動流体に使用される炭化水素、混合冷媒、二酸化炭素等を封入してもよいし、使用されている作動流体とは異なる物質を封入するようにしてもよい。
【００２０】
実施の形態１または２では、噴射式冷凍装置１の作動流体としてフロンＲ１３４ａを使用したが、プロパンやイソブタン等の炭化水素や二酸化炭素を採用することができる。また、これらのほかに、混合冷媒も採用できる。混合冷媒としては、例えば、混合冷媒４０７ｃや混合冷媒Ｒ４１０Ａが好ましく採用され、混合冷媒Ｒ４１０Ａが特に好ましく採用される。当然、冷凍サイクルに使用される公知の作動流体も採用できる。
【００２１】
実施の形態１または２では、エンジン１０を冷却したエンジン冷却水１１と噴射式冷凍装置１の作動流体とをボイラ３において熱交換しているが、エンジン冷却水１１以外の排熱、例えばエキゾーストパイプ等、車両における排熱と熱交換するようにしてもよく、複数の排熱と熱交換するようにしてもよい。この場合、実施の形態２の感温筒４１は、ボイラ３において作動流体と熱交換されるエキゾーストパイプ等の車両における排熱の温度を測定することができる位置に設置すればよい。
【００２２】
実施の形態１及び２においては、コンプレッサ８はエンジン１０によって駆動されるが、モータ等の他の駆動源によって駆動されるものを用いてもよい。また噴射式冷凍装置１には、それぞれ公知の他の構成要素を適宜追加したり、公知の手法を用いて変更したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る噴射式冷凍装置の構成図である。
【図２】実施の形態１に係る噴射式冷凍装置に設けられたエジェクタのノズル喉部の断面図である。
【図３】実施の形態２に係る噴射式冷凍装置の構成図である。
【図４】従来の噴射式冷凍装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  噴射式冷凍装置、２  ポンプ、３  ボイラ、４  コンデンサ、６  膨張弁、７  蒸発器、８  コンプレッサ、９  エジェクタ、１０  エンジン、１１  エンジン冷却水、２０  ノズル部、２１  混合噴出部、２３  ノズル喉部、２５  混合室、２６  ディフューザ部、３０  圧力制御手段、３１  基準圧力部、３２  ダイヤフラム、３３  制御棒、４１  感温筒、４２  連結管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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