(57)【要約】  本発明は、自動車の換気、暖房、および／または空調設備の空調ループに装備するための排出装置（５）に関する。排出装置（５）は、この排出装置（５）の全体伸長方向Δに沿って測定された収束長さＡの収束部分（１８）と発散長さＢの発散部分（１９）とを有する冷媒受容ノズル（１７）を含んでいる。収束長さＡは、発散長さＢよりも長い。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の換気、暖房、および／または空調設備の空調ループ（１）に装備するための排出装置（５）であって、この排出装置（５）の全体伸長方向Δに沿って測定された収束長さＡの収束部分（１８）と、発散長さＢの発散部分（１９）とを有する冷媒受容ノズル（１７）を含み、発散部分（１９）は、前記排出装置（５）の内部で冷媒が流れる方向（２１）に沿って収束部分（１８）の下流に配置されており、収束長さＡは、発散長さＢよりも長いことを特徴とする排出装置。
【請求項２】
前記収束長さＡと発散長さＢの長さ比Ａ／Ｂが、２より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の排出装置（５）。
【請求項３】
前記ノズル（１７）が、直径Ｄｔの首部（２０）と、直径Ｄｏの出口孔（２２）とを有し、第１の直径比Ｄｏ／Ｄｔは、次の式、
１＜Ｄｏ／Ｄｔ＜３
を満たしていることを特徴とする、請求項１または２に記載の排出装置（５）。
【請求項４】
前記首部（２０）の直径Ｄｔは、次の式、
０．６ｍｍ＜Ｄｔ＜０．９ｍｍ
を満たしていることを特徴とする、請求項３に記載の排出装置（５）。
【請求項５】
前記排出装置（５）は、その内部で冷媒が流れる方向（２１）に沿って、出口孔（２２）の下流に設けられた、直径Ｄｍの冷媒の混合チャンバ（２３）を有しており、第２の直径比Ｄｍ／Ｄｏは、次の式、
１．５＜Ｄｍ／Ｄｏ＜３
を満たしていることを特徴とする、請求項３または４に記載の排出装置（５）。
【請求項６】
混合チャンバ（２３）は、前記排出装置（５）の全体伸長方向Δに沿って測定された混合長さＬｍを有し、次の式、
６＜Ｌｍ／Ｄｍ＜１０
を満たしていることを特徴とする、請求項５に記載の排出装置（５）。
【請求項７】
拡散チャンバ（２６）は、排出装置（５）の内部で、冷媒が流れる方向（２１）に沿って混合チャンバ（２３）の下流に設けられており、この拡散チャンバ（２６）は、前記排出装置（５）の全体伸長方向Δに測定された拡散長さＬｄを有し、次の式、
１５＜Ｌｄ／Ｄｍ＜３０
を満たしていることを特徴とする、請求項５または６に記載の排出装置（５）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の排出装置（５）を含む空調ループ（１）。
【請求項９】
前記排出装置（５）とガス冷却器（４）との間に配置された第１の制御バルブ（１３）を含むことを特徴とする、請求項８に記載の空調ループ（１）。
【請求項１０】
気液分離器（６）と前記空調ループ（１）を有する第１の蒸発器（７）との間に配置された第２の制御バルブ（１５）を含むことを特徴とする、請求項８または９に記載の空調ループ（１）。
【請求項１１】
排出装置（５）と気液分離器（６）との間に配置された第２の蒸発器（７’）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の空調ループ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の換気、暖房、および／または空調設備の分野に関する。本発明は、このような設備に関与する空調ループを構成する排出装置を目的としている。また本発明は、このような排出装置を含む空調ループも目的としている。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、一般に、自動車の乗員室内部に含まれる空気の空気力学的なパラメータを修正するための換気、暖房、および／または空調設備を備えている。このような設備は、特に超臨界冷媒Ｒ７４４、すなわち二酸化炭素等の冷媒が内部で流れる空調ループを含んでいる。空調ループは、圧縮機と、ガス冷却器と、場合によっては内部熱交換器と、排出装置と、気液分離器と、蒸発器とを含んでいる。
【０００３】
冷媒は、圧縮機からガス冷却器に向かって、次いで内部熱交換器に向かって、その後、排出装置を有する第１の入力を介して、この排出装置に向かって、連続して流れる。次いで、冷媒は、排出装置から気液分離器に向かって流れる。気液分離器は、気相の冷媒が流れて圧縮機に戻る第１の出力と、液相の冷媒が流れる第２の出力とを有し、液相の冷媒は、最初に蒸発器に送られ、次いで、排出装置を有する第２の入力を介して排出装置へ送られる。
【０００４】
排出装置は、蒸発器から送られる冷媒を吸入するための第２の入力を有する冷媒受容チャンバを備えている。冷媒受容チャンバには、ガス冷却器から送られる冷媒を吸入するための第１の入力を備える冷媒受容ノズルが設けられている。冷媒受容チャンバと冷媒受容ノズルは、排出装置の内部で冷媒が流れる方向に沿って、上記の受容チャンバと受容ノズルの下流に配置された、冷媒の与圧チャンバに一緒に接続されている。与圧チャンバは、冷媒の混合チャンバと、冷媒の拡散チャンバとから構成され、冷媒の拡散チャンバは、排出装置の内部で冷媒が流れる方向に、沿って上記の混合チャンバに続いて配置されている。
【０００５】
受容ノズルは、ガス冷却器から送られる冷媒の通過の絞り部分を形成する首部を備えている。排出装置の内部で冷媒が流れる方向に沿って、首部の上流で、受容ノズルは、上流の収束部分を有し、その一方で、排出装置の内部で冷媒が流れる方向に沿って、首部の下流で、下流の発散部分を有している。排出装置の全体伸長方向に沿って、上流の収束部分と下流の発散部分とは、それぞれ長さＡ、Ｂを有し、長さＢは長さＡよりも長い。本発明に関連する技術的な環境を知るには、たとえば、上記のタイプの排出装置について記載されている特許文献１を参照することができる。
【０００６】
冷媒は、空調ループの内部で、一般には、モリエ線図で表される熱力学的なサイクルに従う。モリエ線図から、空調ループの成績係数「ＣＯＰ」（英語の頭語）を導くことは知られており、成績係数は、蒸発器により回収された有効パワーと、冷媒を圧縮するための圧縮機により消費されたエネルギーとの比率として定義されている。成績係数「ＣＯＰ」は、自動車のユーザが最小のエネルギー消費で最適の熱快適性を得るように、たとえば約２〜４など、できるだけ高くすることが常に求められている。
【０００７】
従来技術による排出装置の使用に伴って提起される第１の課題は、排出装置を含む空調ループの成績係数「ＣＯＰ」を、より広い動作範囲で改良しなければならないことである。
【０００８】
従来技術による排出装置の使用によって提起される第２の課題は、その形態が、Ｒ７４４等の超臨界冷媒が内部で流れる空調ループにはあまり適しないことである。なぜなら、気相の冷媒の密度と、液相の冷媒の密度とは、約１０であるのに対し、一般に使用される他の冷媒では、約１０００であるからである。しかも、成績係数は、室温が高いと著しく下がるので、最も過酷な条件で空調ループを使用する場合、排出装置の改良が必要である。
【０００９】
従来技術による排出装置の使用によって提起される第３の課題は、冷媒が排出装置の上流の高圧状態から排出装置の下流の低圧状態に移行するときに回収される膨張エネルギーを増やさなければならないことである。
【００１０】
従来技術による排出装置の使用によって提起される第４の課題は、排出装置が、約１．５ｋＷ〜６ｋＷのフリゴリーパワーの供給には適しないことにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第１１６０５２２号明細書（株式会社デンソー）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、超臨界冷媒等の冷媒が内部で循環する空調ループに設置されるように構成された排出装置を提案することであり、この排出装置は、空調ループの成績係数「ＣＯＰ」を、従来の空調ループに比べて、できるだけ高くすることができ、特に５％〜２０％増やすことができるようにすることである。排出装置は、また、気相にある冷媒の密度と液相にある冷媒の密度との間で、０°Ｃのときの密度比が５０未満になるように構成されている。この排出装置は、熱快適性の改善および／または電気消費の削減のために、上記の空調ループに関与する圧縮機および／または蒸発器を小型化することができる。
【００１３】
本発明の別の目的は、このような排出装置を統合可能にし、できるだけ高い成績係数「ＣＯＰ」を発揮するように構成された、空調ループを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の排出装置は、自動車の換気、暖房、および／または空調設備の空調ループに装備するための排出装置である。この排出装置は、その全体伸長方向Δに沿って測定された収束長さＡの収束部分と、発散長さＢの発散部分とを有する冷媒受容ノズルを含んでいる。発散部分は、排出装置の内部で、冷媒が流れる方向に沿って収束部分の下流に配置される。
【００１５】
本発明によれば、収束長さＡは、発散長さＢよりも長い。
【００１６】
収束長さＡと発散長さＢの長さ比Ａ／Ｂは、２より大きいのが好ましい。
【００１７】
上記ノズルが、直径Ｄｔの首部と、直径Ｄｏの出口孔とを有し、第１の直径比Ｄｏ／Ｄｔが、次の式、
１＜Ｄｏ／Ｄｔ＜３
を満たしていると有利である。
【００１８】
首部の直径Ｄｔは、次の式、
０．６ｍｍ＜Ｄｔ＜０．９ｍｍ
を満たしている。
【００１９】
排出装置は、この排出装置の内部で冷媒が流れる方向に沿って出口穴の下流に設けられた、直径Ｄｍの、冷媒の混合チャンバを有しており、第２の直径比Ｄｍ／Ｄｏが、次の式、
１．５＜Ｄｍ／Ｄｏ＜３
を満たしていると有利である。
【００２０】
混合チャンバは、上記排出装置の全体伸長方向Δに沿って測定された混合長さＬｍを有し、次の式、
６＜Ｌｍ／Ｄｍ＜１０
を満たしていると有利である。
【００２１】
拡散チャンバは、排出装置の内部で冷媒が流れる方向に沿って、混合チャンバの下流に設けられている。拡散チャンバは、上記排出装置の全体伸長方向Δに沿って測定された拡散長さＬｄを有し、次の式、
１５＜Ｌｄ／Ｄｍ＜３０
を満たしている。
【００２２】
本発明による空調ループは、主として、このような排出装置を含むことを特徴としている。
【００２３】
空調ループは、上記排出装置と、上記空調ループを有するガス冷却器との間に配置された第１の制御バルブを含んでいるのが好ましい。
【００２４】
また上記空調ループは、気液分離器と、上記空調ループを有する第１の蒸発器との間に配置された第２の制御バルブを含んでいるのが好ましい。
【００２５】
上記空調ループは、排出装置と気液分離器との間に配置された第２の蒸発器を含んでいるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
添付図面に関する好適な実施形態の以下の説明を読めば、本発明をより良く理解することができ、かつその細部が明らかになると思う。
【図１】本発明による空調ループの実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明による空調ループの変形実施形態を示す概略図である。
【図３】図２に示す空調ループを有する本発明による排出装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１と図２において、換気、暖房、および／または空調設備は、自動車の乗員室の内部に空気流を供給する前に、この空気流２を冷却するための空調ループ１を備えている。空調ループ１は、圧縮機３と、ガス冷却器４と、排出装置５と、気液分離器６と、少なくとも１つの蒸発器７、７’とを有し、これらの内部に、超臨界流体、特にＲ７４４、すなわち二酸化炭素等の冷媒が流れる。
【００２８】
図１では、冷媒は、圧縮機３からガス冷却器４に向かって、次いで、排出装置５の第１の入力８に向かって順に流れる。その後、冷媒は、排出装置５から気液分離器６に向かって流れる。気液分離器６は、気相の冷媒が流れて圧縮機３に戻るための第１の出力９と、液相の冷媒が流れて第１の蒸発器７に合流し、次いで排出装置５の第２の入力１１に合流するための第２の出力１０とを有する。そのため、第１の排出装置７は、空調ループ１を有するバイパス１２に配置されている。このバイパス１２は、上記の気液分離器６の第２の出力１０と排出装置５の第２の入力１１との間に設けられている。
【００２９】
図２では、上記の各部材に加えて、空調ループ１が、排出装置５と気液分離器６との間に配置された第２の蒸発器７’を備えている。
【００３０】
圧縮機３は、気相の冷媒を受け取って圧縮し、冷媒を高圧にする。ガス冷却器４は、その環境に熱を付与することにより、圧縮された冷媒を、比較的一定の圧力で冷却することができる。排出装置５は、ガス冷却器４の出力で、冷媒の少なくとも一部を液相にすることによって、冷媒の圧力を下げることができる。気液分離器６は、一方では、第１の蒸発器７に戻すために、排出装置５または第２の蒸発器７’の出力で、液相の冷媒の差引分を受け取り、他方では、圧縮機３に戻すために、気相の冷媒の一部を受け取る。第１の蒸発器７は、この蒸発器７を通る空気流２から熱を取り出すことにより、比較的一定の圧力で、上記気液分離器６から送られる液相の冷媒を気相に移行させることができる。同様に空気流２が通る第２の蒸発器７’は、バイパス１２の内部で流れる冷媒の流量が少ないとき、この空気流２の冷却を確保するように構成されている。その結果、排出装置５が、減圧バルブの機能を果たすとき、空気流２は、第２の蒸発器７’を介して冷却され、その一方で、排出装置５がバイパス１２から送られる冷媒の吸入機能を果たすとき、空気流２は、第１の蒸発器７を介して冷却される。
【００３１】
ガス冷却器４の出力、および排出装置５の第１の入力８で、それぞれ冷媒の圧力を制御することにより、できるだけ高い空調ループ１の成績係数「ＣＯＰ」を得るために、本発明は、空調ループ１の内部で冷媒が流れる方向１４に沿って、ガス冷却器４と排出装置５の第１の入力８との間に第１の制御バルブ１３を配置することを提案するものである。第１の制御バルブ１３は、この制御バルブ１３の開放度に応じて、冷媒を圧縮するために圧縮機３により消費されるエネルギーを最小化するか、あるいは、第１の蒸発器７および／または第２の蒸発器７’により回収される有効パワーを最大化し、それによって、最終的に最適の成績係数「ＣＯＰ」を得るようにする。
【００３２】
空調ループ１のバイパス１２における冷媒の圧力降下を制御するために、上記のバイパス１２は、このバイパス１２の内部で冷媒が流れる方向１６に沿って、気液分離器６の第２の出力１０と第１の蒸発器７との間に配置されている第２の制御バルブ１５を有する。上記第２の制御バルブ１５の実施形態によれば、この制御バルブ１５は、第１の蒸発器７の内部で流れる冷媒の流量を最適化することと、第１の蒸発器７の内部の冷媒の圧力を空調ループ１の動作条件に最も適したものにすることとの間で、よりよい妥協を得るように構成された、固定ゲージを有する。
【００３３】
図３に示すように、本発明は、一般に使用されている他の冷媒とは異なる物理特性を有し、すなわち、気相密度と液相密度との間の０°Ｃでの密度比が５０未満である超臨界冷媒、特にＲ７４４に適した排出装置５を提案するものである。このような冷媒Ｒ７４４の特定の物理特性を考慮することにより、本発明者は、特にできるだけ高い成績係数「ＣＯＰ」を得ることをめざして、排出装置５を正確に寸法決定した。以下に挙げる寸法は、空調ループ１の内部で冷媒Ｒ７４４を使用するあらゆる場合において、この物理特性に属している。
【００３４】
一般に、上記排出装置５は、第１の制御バルブ１３から送られる冷媒受容ノズル１７を備えている。受容ノズル１７は、第１の制御バルブ１３から送られる冷媒の通路の絞り部分を形成する首部２０によって互いに隔てられた、収束部分１８と発散部分１９とを有している。
【００３５】
収束部分１８は、排出装置５の内部で冷媒が通過する方向２１に沿って、発散部分１９の上流に配置されているのが好ましい。この場合、上流の収束部分１８の通過断面は、排出装置５の内部で冷媒が流れる方向２１に沿って、首部２０に接近するにつれて減少し、下流の発散部分１９の通過断面は、排出装置５の内部で冷媒が流れる方向２１に沿って、首部２０から離れるにつれて大きくなる。上流の収束部分１８は、収束長さＡを有し、下流の発散部分１９は、発散長さＢを有する。これらの長さＡとＢは、排出装置５の全体伸長方向Δに沿って測定され、この全体方向Δは、たとえば排出装置５の対称軸と一体化される。特に、収束長さＡは、上流の収束部分１８の内部の冷媒の吸入孔２７と首部２０との間で測定される。同様に、発散長さＢは、下流の発散部分１９の外への冷媒の出口孔２２と首部２０との間で測定される。
【００３６】
上記の個々の特徴を考慮して、本発明は、収束長さＡを発散長さＢよりも長くすることを提案するものである。本発明の変形実施形態によれば、上記の長さＡとＢの長さ比Ａ／Ｂは、たとえば２より大きい。それによって、排出装置５の内部で、冷媒の不可逆的な膨張エネルギーの回収が最適化され、その結果、この膨張は、できるだけ等エントロピーの膨張になる。
【００３７】
同様に、首部の直径Ｄｔと受容ノズル１７の出力孔２２の直径Ｄｏは、次の関係式、すなわち１＜Ｄｏ／Ｄｔ＜３を満たす。上記受容ノズル１７の出力孔２２は、冷媒が受容ノズル１７から出る下流の発散部分１９の末端部に設けられる。
【００３８】
また、特に、首部２０の直径Ｄｔは、０．６ｍｍ〜０．９ｍｍであることを提案する。
【００３９】
排出装置５は、第１の制御バルブ１３から送られる冷媒と、蒸発器７から送られる冷媒との混合チャンバ２３を備えている。このため、混合チャンバ２３は、排出装置５の内部で冷媒が流れる方向２１に沿って、蒸発器７から送られる冷媒を受け取る受容チャンバ２４の下流に設けられている。上記受容チャンバ２４は、第１の制御バルブ１３から送られる冷媒受容ノズル１７を収容している。上記受容チャンバ２４は、排出装置５の第１の入力８を備えている。排出装置５の内部で冷媒が流れる方向２１に沿って、混合チャンバ２３は、排出装置５の内部で出口孔２２の下流、かつ受容チャンバ２４の外への冷媒の排出孔２５の下流、かつ第１の入力８の下流に設けられている。混合チャンバ２３は、この混合チャンバ２３の入力で測定された直径Ｄｍを有し、次の関係式、すなわち１．５＜Ｄｍ／Ｄｏ＜３を満たす。上記の実施形態によれば、直径Ｄｍは、混合チャンバの混合長さＬｍに沿って一定である。本発明の図示していない別の実施形態によれば、直径Ｄｍは可変であり、冷媒が流れる方向２１に沿って特に大きくされる。
【００４０】
混合チャンバ２３は、全体伸長方向Δに沿って、混合チャンバ２３の内部の冷媒の吸入口２８と、混合チャンバ２３の外への冷媒の排出孔２９との間で測定された、混合長さＬｍを有し、次の関係式、すなわち６＜Ｌｍ／Ｄｍ＜１０を満たしている。しかし、混合長さＬｍがゼロである特定の事例があることに留意されたい。
【００４１】
排出装置５は、この排出装置５の内部で、冷媒が流れる方向２１に沿って、混合チャンバ２３の下流に設けられた拡散チャンバ２６を有する。拡散チャンバ２６は、全体伸長方向Δに沿って、混合チャンバ２３の外への冷媒の排出孔２９と、排出装置５の外への冷媒の排出孔３０との間で測定された拡散長さＬｄを有し、次の関係式１５＜Ｌｄ／Ｄｍ＜３０を満たしている。
【符号の説明】
【００４２】
１  空調ループ
４  ガス冷却器
５  排出装置
６  気液分離器
７  蒸発器
１３  第１の制御バルブ
１５  第２の制御バルブ
１７  受容ノズル
１８  収束部分
１９  発散部分
２０  首部
２１  冷媒が流れる方向
２２  出口孔
２３  混合チャンバ
２５  排出孔
２６  拡散チャンバ
２７  吸入孔
２８  吸入口
２９、３０  排出口
【図１】
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【図２】
2012504726.tif 000004
【図３】
2012504726.tif 000005
【国際調査報告】
2012504726.tif 000006
2012504726.tif 000007
2012504726.tif 000008
2012504726.tif 000009
2012504726.tif 000010
2012504726.tif 000011