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技術 蒸発器

出願人 株式会社デンソー
発明者 本多知生武内裕嗣
出願日 2002年3月11日 (17年7ヶ月経過) 出願番号 2002-065460
公開日 2003年9月19日 (16年0ヶ月経過) 公開番号 2003-262434
状態 拒絶査定
技術分野 不可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械 圧縮機、蒸発器、凝縮器、流体循環装置
主要キーワード 符号位置 冷媒通路断面積 等エントロピー 冷媒体 撥油膜 ラバールノズル 速度エネルギー 膨張エネルギー
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(2003年9月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

エジェクタサイクル用の蒸発器において、その能力を十分に発揮させる。

解決手段

冷媒通路31aのうち冷媒入口32側における総冷媒通路断面積を、冷媒出口33側における総冷媒通路断面積より小さくする。これにより、冷媒入口32側における冷媒流速が大きく低下することを防止できるので、冷媒入口32側において冷媒チューブとの熱伝達率が大きく低下してしまうことを防止でき、蒸発器30の能力を十分に発揮させることができる。また、冷媒流速が低下することを防止できるので、冷凍機油がチューブ31の内壁に付着してしまうことを防止できる。延いては、十分な量の冷凍機油を圧縮機に戻すことができるので、圧縮機が焼き付く等の不具合が発生することを未然に防止しつつ、内壁に付着した冷凍機油により熱伝達率が低下することを防止できる。

概要

背景

概要

エジェクタサイクル用の蒸発器において、その能力を十分に発揮させる。

冷媒通路31aのうち冷媒入口32側における総冷媒通路断面積を、冷媒出口33側における総冷媒通路断面積より小さくする。これにより、冷媒入口32側における冷媒流速が大きく低下することを防止できるので、冷媒入口32側において冷媒チューブとの熱伝達率が大きく低下してしまうことを防止でき、蒸発器30の能力を十分に発揮させることができる。また、冷媒流速が低下することを防止できるので、冷凍機油がチューブ31の内壁に付着してしまうことを防止できる。延いては、十分な量の冷凍機油を圧縮機に戻すことができるので、圧縮機が焼き付く等の不具合が発生することを未然に防止しつつ、内壁に付着した冷凍機油により熱伝達率が低下することを防止できる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

冷媒減圧膨張させながら膨張エネルギー圧力エネルギーに変換して圧縮機の吸入圧を上昇させるエジェクタ(40)を有する蒸気圧縮式冷凍機に適用される蒸発器であって、冷媒入口(32)から冷媒出口(33)に至る冷媒通路(31a)のうち、前記冷媒入口(32)側における総冷媒通路断面積は、前記冷媒出口(33)側における総冷媒通路断面積より小さいことを特徴とする蒸発器。

請求項2

前記冷媒通路(31a)を構成するチューブ(31)のうち、前記冷媒入口(32)側における前記チューブ(31)の通路断面積は、前記冷媒出口(33)側における通路断面積より小さいことを特徴とする請求項1に記載の蒸発器。

請求項3

前記冷媒通路(31a)を構成する複数本のチューブ(31)のうち、前記冷媒入口(32)側における前記チューブ(31)の本数は、前記冷媒出口(33)側における前記チューブ(31)の本数より少ないことを特徴とする請求項1に記載の蒸発器。

技術分野

0001

本発明は、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機のうち、冷媒減圧膨張させながら膨張エネルギー圧力エネルギーに変換して圧縮機の吸入圧を上昇させるエジェクタを有する蒸気圧縮式冷凍機である、エジェクタサイクルに適用される蒸発器に関するものである。

0002

エジェクタサイクルでは、例えば特開平6−11197号公報に示されるように、エジェクタを流出した冷媒は気液分離器に流入し、気液分離器にて分離された液相冷媒が蒸発器に供給され、気液分離器にて分離された気相冷媒が圧縮機に吸入されるので、エジェクタサイクルの蒸発器には、ほぼ液相冷媒のみが流入する。

0003

また、蒸発器では冷媒が液相状態から気相状態に変化するので、蒸発器の冷媒入口側冷媒出口側とで冷媒通路断面積が同じであると、冷媒流速が冷媒入口側と冷媒出口側とで大きく相違してしまい、冷媒入口側における冷媒とチューブとの熱伝達率と冷媒出口側における冷媒とチューブとの熱伝達率が相違していしまうので、蒸発器の能力を十分に発揮させることができない。

0004

本発明は、上記点に鑑み、エジェクタサイクル用の蒸発器において、その能力を十分に発揮させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

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、冷媒を減圧膨張させながら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るエジェクタ(40)を有する蒸気圧縮式冷凍機に適用される蒸発器であって、冷媒入口(32)から冷媒出口(33)に至る冷媒通路(31a)のうち、冷媒入口(32)側における総冷媒通路断面積は、冷媒出口(33)側における総冷媒通路断面積より小さいことを特徴とする。

0006

蒸発器では、液相冷媒が気相冷媒に変化するので、冷媒出口(33)側における冷媒体積は、冷媒入口(32)側における冷媒体積より大きくなる。このため、冷媒入口(32)と冷媒出口(33)とで冷媒の質量流量が略一定と仮定したときに、冷媒入口(32)側と冷媒出口(33)側とで冷媒通路断面積が同じであると、冷媒入口(32)側における冷媒流速が冷媒出口(33)における冷媒流速に比べて大きく低下し、冷媒入口(32)側において冷媒と冷媒通路(31a)の内壁との熱伝達率が大きく低下する。

0007

これに対して、本発明では、冷媒通路(31a)のうち冷媒入口(32)側における総冷媒通路断面積が、冷媒出口(33)側における総冷媒通路断面積より小さくなるように構成されているので、冷媒入口(32)側における冷媒流速が大きく低下することを防止でき、冷媒入口(32)側において冷媒と冷媒通路(31a)の内壁の熱伝達率が大きく低下してしまうことを防止できる。したがって、蒸発器の能力を十分に発揮させることができる。

0008

また、本発明では、冷媒通路(31a)のうち冷媒入口(32)側における総冷媒通路断面積を小さくして冷媒流速が低下することを防止しているので、冷凍機油が冷媒通路(31a)の内壁に付着してしまうことを防止できる。

0009

延いては、十分な量の冷凍機油を蒸気圧縮式冷凍機の圧縮機に戻すことができるので、圧縮機が焼き付く等の不具合が発生することを未然に防止しつつ、内壁に付着した冷凍機油により熱伝達率が低下することを防止できる。

0010

なお、冷媒通路(31a)のうち冷媒入口(32)側における総冷媒通路断面積を、冷媒出口(33)側における総冷媒通路断面積より小さくなるように構成するに当たっては、請求項2に記載の発明のごとく、冷媒通路(31a)を構成するチューブ(31)のうち、冷媒入口(32)側におけるチューブ(31)の通路断面積は、冷媒出口(33)側における通路断面積より小さくしてもよい。

0011

さらに、請求項3に記載の発明のごとく、冷媒通路(31a)を構成する複数本のチューブ(31)のうち、冷媒入口(32)側におけるチューブ(31)の本数は、冷媒出口(33)側におけるチューブ(31)の本数より少なくしてもよい。

0012

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。

発明を実施するための最良の形態

0013

(第1実施形態)本実施形態は、本発明に係るエジェクタサイクルを車両用空調装置に適用したものであって、図1はエジェクタサイクルの模式図であり、図2(a)は本実施形態に係る蒸発器30の外観斜視図であり、図2(b)は蒸発器30の冷媒流れを示す模式図である。

0014

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、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る。

0015

因みに、本実施形態では、冷媒としてフロンを採用しているので、放熱器20内の冷媒圧力は冷媒の臨界圧力以下であり、放熱器20にて冷媒が凝縮する。

0016

また、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り、この蒸発器30は、図2(a)に示すように、冷媒通路を構成する複数本のチューブ31を蛇行させるととともに、巨視的に見たときの冷媒入口32から冷媒出口33に至る冷媒通路31a(図2(b)の太い矢印)が、少なくとも1回Uターンするように構成されたものである。

0017

具体的には、図2(b)に示すように、冷媒入口32が設けられた入口側ヘッダタンク34に連通する複数本のチューブ31、冷媒出口33が設けられた出口側ヘッダタンク35に連通する複数本のチューブ31、及び全てのチューブ31と連通して巨視的に見たときの冷媒通路31aUターンさせるヘッダタンク36、並びにチューブ31の外表面に空気との伝熱面積を増大させる薄板状のフィン37等をろう付け接合又は拡管等の機械的接合したものであり、本実施形態では、冷媒通路31aのうち冷媒入口32側における総冷媒通路断面積が、冷媒出口33側における総冷媒通路断面積より小さくなるように、入口側ヘッダタンク34に連通するチューブ31の本数を、出口側ヘッダタンク35に連通するチューブ31の本数より少なくしている。

0018

さらに、チューブ31の内壁面には、撥油性を有する撥油膜が形成されており、この撥油膜は、冷凍機油の表面張力より小さい表面張力を有する材料からなるもので、本実施形態では、シリコン系樹脂又はフッ素系樹脂にて撥油膜31aが形成されている。

0019

また、図1中、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る。

0020

なお、エジェクタ40は、図3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ー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、及びノズル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等からなるものである。

0021

因みに、本実施形態では、ノズル41から噴出する冷媒の速度を音速以上まで加速するために、通路途中に通路面積が最も縮小した部を有するラバールノズル流体工学(東京大出版会)参照)を採用している。

0022

なお、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。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。

0023

また、図1中、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。

0024

なお、図4はエジェクタサイクルの全体のマクロ的作動を示すp−h線図であり、そのマクロ的作動は周知のエジェクタサイクルと同じであるので、本実施形態では、エジェクタサイクル全体のマクロ的作動の説明は省略する。因みに、図4の●で示される符号は、図1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。

0025

次に、本実施形態の特徴を述べる。

0026

蒸発器30では、液相冷媒が気相冷媒に変化するので、冷媒出口33側における冷媒体積は、冷媒入口32側における冷媒体積より大きくなる。このため、冷媒入口32と冷媒出口33とで冷媒の質量流量が略一定と仮定したときに、冷媒入口32側と冷媒出口33側とで冷媒通路断面積が同じであると、冷媒入口32側における冷媒流速が冷媒出口33における冷媒流速に比べて大きく低下し、冷媒入口32側において冷媒とチューブとの熱伝達率が大きく低下する。

0027

これに対して、本実施形態では、冷媒通路31aのうち冷媒入口32側における総冷媒通路断面積が、冷媒出口33側における総冷媒通路断面積より小さくなるように構成されているので、冷媒入口32側における冷媒流速が大きく低下することを防止でき、冷媒入口32側において冷媒とチューブとの熱伝達率が大きく低下してしまうことを防止できる。したがって、蒸発器30の能力を十分に発揮させることができる。

0028

なお、温度式膨張弁等の減圧手段により等エンタルピー的に冷媒を減圧する蒸気圧縮式冷凍機(以下、膨張弁サイクルと呼ぶ。)用の蒸発器においても、エジェクタサイクルと同様に、冷媒入口側において熱伝達率が低下するものの、膨脹弁サイクルでは、膨張弁にて減圧された気液二相状態の冷媒が蒸発器に流れ込み、かつ、その流れ込む冷媒の約80%が気相冷媒であり、残り約20%が液相冷媒であるので、仮に、膨脹弁サイクル用の蒸発器を、本実施形態と同様に、冷媒入口側における総冷媒通路断面積が、冷媒出口側における総冷媒通路断面積より小さくなるように構成しても、開発コストに見合う十分な効果を得ることができない。

0029

これに対して、エジェクタサイクルでは、ほぼ液相冷媒のみが蒸発器30に流入するので、膨脹弁サイクルに比べて大きな効果、すなわち開発コストに見合う十分な効果を得ることができる。

0030

ところで、圧縮機10内を潤滑する冷凍機油は、冷媒に混合されて圧縮機10に供給されるので、蒸発器30において冷媒流速が低いと、冷凍機油がチューブ31の内壁に付着してしまい、十分な量の冷凍機油を圧縮機10に戻すことができず、圧縮機10が焼き付く等の不具合が発生するおそれがある。

0031

これに対して、本実施形態では、冷媒通路31aのうち冷媒入口32側における総冷媒通路断面積を小さくして冷媒流速が低下することを防止しているので、冷凍機油がチューブ31の内壁に付着してしまうことを防止できる。

0032

延いては、十分な量の冷凍機油を圧縮機10に戻すことができるので、圧縮機10が焼き付く等の不具合が発生することを未然に防止しつつ、内壁に付着した冷凍機油により熱伝達率が低下することを防止できる。

0033

さらに、本実施形態では、チューブ31の内壁に撥油膜を設けているので、冷凍機油がチューブ31の内壁に付着してしまうことを確実に防止できる。

0034

(第2実施形態)本実施形態は、図5に示すように、入口側ヘッダタンク34に連通するチューブ31の本数と、出口側ヘッダタンク35に連通するチューブ31の本数とを同じとした状態で、冷媒入口32側におけるチューブ31の通路断面積を、冷媒出口33側における通路断面積より小さくすることにより、冷媒通路31aのうち冷媒入口32側における総冷媒通路断面積が、冷媒出口33側における総冷媒通路断面積より小さくなるように構成したものである。

0035

これにより、第1実施形態と同様に、蒸発器30の能力をい十分に発揮させつつ、十分な量の冷凍機油を圧縮機10に戻すことができる。

0036

(その他の実施形態)上述の実施形態では、本発明に係るエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍機を車両用空調装置に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものでない。

0037

また、上述の実施形態では、チューブ31を銅製としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばアルミニウム合金製としてもよい。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明の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(a)は本発明の第1実施形態に係るエジェクタサイクルに適用される蒸発器の斜視図であり、(b)は本発明の第1実施形態に係るエジェクタサイクルに適用される蒸発器の冷媒流れを示す模式図である。
図3本発明の実施形態に係るエジェクの模式図である。
図4p−h線図である。
図5本発明の第2実施形態に係るエジェクタサイクルに適用される蒸発器の冷媒流れを示す模式図である。

--

0039

30…蒸発器、31…チューブ、32…冷媒入口、33…冷媒出口、34…入口側ヘッダタンク、35…出口側ヘッダタンク、36…ヘッダタンク、37…フィン。

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