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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Kältekreislaufvorrichtung
mit einem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher,
der einen Wärmetausch
zwischen einem Hochdruckkältemittel,
das von einem Sammelbehälter
für flüssiges Kältemittel
angesaugt wird und zu einem variablen Drosselventil geleitet wird,
und einem Niederdruckkältemittel
ermöglicht, das
von einem Kältemittelverdampfer
gefördert
und zu einem Kältemittelverdichter
geleitet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine
Kältekreislaufvorrichtung,
welche die Kältemittelmenge
in Reaktion auf den Unterkühlungspegel
bzw. -grad eines Kältemittels
zu steuern vermag, das von dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
ausgehend gefördert
wird.
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Wie in 10A gezeigt,
weist eine herkömmliche
Kältekreislaufvorrichtung
einen ringförmigen
Kältemittelkreis
auf, durch den gasförmiges
Kältemittel,
das aus einer Austragöffnung
eines Verdichters 101 ausgetragen wird, durch einen Unterkühlungsverflüssiger bzw.
-kondensator 102, ein temperaturgesteuertes Expansionsventil 104 und
einen Verdampfer 105 zurück zu einer Ansaugöffnung des Verdichters 101 umgewälzt wird.
Wie in 10B gezeigt,
ist außerdem
eine Kältekreislaufsystem
vorgeschlagen worden mit einem ringförmigen Kältekreis, durch den ein gasförmiges Kältemittel,
das aus der Austragöffnung
des Verdichters 101 ausgetragen wird, durch den Unterkühlungsverflüssiger bzw.
-kondensator 102, einen Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 103, das
temperaturgesteuerte Expansionsventil 104 und den Verdampfer 105 zurück zu der
Ansaugöffnung
des Verdichters 101 umgewälzt wird (siehe beispielsweise
die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-277842, Seiten
1 bis 7 und 1 bis 8).
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Der Unterkühlungskondensator 102 ist
durch einen Kältemittelkondensator
gebildet, der mit einem Sammelbehälter für flüssiges Kältemittel integral gebildet
ist, in dem ein Kältemittelkondensator 121 zum Kondensieren
bzw. Verflüssigen
von Kältemittel
in flüssiges
Kältemittel,
ein Sammelbehälter 122 für flüssiges Kältemittel
zum Trennen von Kältemittel
in flüssiges
und gasförmiges
Kältemittel,
ein Unterkühler 123 zum
Unterkühlen
eines flüssigen
Kältemittels u.
dgl. einstückig
integriert sind. Andererseits befindet sich zur Verwendung als temperaturgesteuertes Expansionsventil 104 ein
so genanntes Blocktyp-(oder Kastentyp-)Expansionsventil mit einem
Expansionsventilkörper
und einem temperaturempfindlichen Zylinder 106 im Einsatz,
der in einem kubischen Block eingebaut ist, in dem ein Hochdruckkältemitteldurchlass
festgelegt ist, der als Einlassdurchlass zu dem Verdampfer 105 dient,
und ein Niederdruckkältemitteldurchlass,
der als Auslassdurchlass ausgehend vom Verdampfer 105 dient.
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Diese Kältekreislaufvorrichtung erlaubt
es dem Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 103,
Wärme zwischen
einem Hochdruckkältemittel,
das durch eine erste Kältemittelleitung 111 strömt, die
in etwa im Mittenpunkt in der Hochdruckkältemittelleitung angeordnet
ist (in einer Hochdruckflüssigkeitsleitung),
und einem Niederdruckkältemittel
zu tauschen, das durch eine zweite Kältemittelleitung 112 strömt, die
in etwa im Mittenpunkt in der Niederdruckkältemittelleitung (der Niederdruckansaugleitung)
angeordnet ist. Dies erlaubt es, dass das Niederdruckkältemittel
in der Niederdruckkältemittelleitung
Wärme von
dem Hochdruckkältemittel
in der Hochdruckkältemittelleitung
absorbiert, wodurch das flüssige
Hochdruckkältemittel
zusätzlich
unterkühlt wird,
das ausgehend von dem Unterkühlungskondensator 102 gefördert wird.
Dies wiederum erlaubt es, dass das flüssige Kältemittel stabil zu dem Ventilloch
des temperaturgesteuerten Expansionsventils 104 zugeführt wird,
wodurch das Kühlvermögen in der
Fahrgastzelle verbessert wird.
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Andererseits muss das Hochdruckkältemittel in
der Hochdruckkältemittelleitung
das Niederdruckkältemittel
in der Niederdruckkältemittelleitung
heizen, wodurch das gasförmige
Niederdruckkältemittel, das
ausgehend vom Verdampfer 105 gefördert und zum Verdichter 101 geleitet
wird, durch Überhitzen verdampft
werden muss. Dies wiederum verhindert, dass das Kältemittel
in dem Verdichter 101 verdichtet wird und das Kühlvermögen in der
Fahrgastzelle verbessert wird.
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Die Kältekreislaufvorrichtung in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik verwendet jedoch ein typisches temperaturgesteuertes
Expansionsventil 104, das zwischen dem Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 103 und
dem Verdampfer 105 geschaltet ist, in dem der Überhitzungsgrad
bzw. -pegel (SH) des Kältemittels
auf der Auslassseite des Verdampfers 105 mit dem temperaturempfindlichen
Zylinder 106 erfasst wird, der in dem Niederdruckkältemitteldurchlass
enthalten ist, um den Öffnungsquerschnitt
(den Ventilöffnungsgrad) bzw.
den Drosselöffnungsgrad
des Ventilloches in dem temperaturgesteuerten Expansionsventil 104 einzustellen.
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Mit dieser Anordnung strömt gasförmiges Hochtemperatur-Niederdruck-Kältemittel,
das durch Überhitzen
verdampft worden ist, normalerweise (in stabilem Zustand) durch
die zweite Kältemittelleitung 112 des
Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 103.
Eine ausreichend große
Wärmemenge
wird deshalb nicht zwischen dem Hochdruckkältemittel, das durch die erste
Kältemittelleitung 111 des Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 103 strömt, und
dem Niederdruckkältemittel
getauscht, das durch die zweite Kältemittelleitung 112 strömt. Dies
führt dazu,
dass die den Verdampfer 105 durchsetzende Luft mit ausreichendem
Wirkungsgrad gekühlt
wird, wodurch das Problem auftritt, dass eine stärkere Verbesserung des Kühlvermögens der Fahrgastzelle
tatsächlich
nicht erwartet werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
deshalb darin, ein Kältekreislaufvorrichtung zu
schaffen, die Verbesserungen sowohl bezüglich des Leistungsvermögens eines
Kältemittelverdampfers
wie bezüglich
der Wärmemenge
bereit stellen kann, die zwischen Nieder- und Hochdruckkältemittel in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
zum Tauschen von Wärme
zwischen dem Hochdruckkältemittel,
das ausgehend von dem Sammelbehälter für flüssiges Kältemittel
gefördert
und zu dem Verdampfer geleitet wird, und dem Niederdruckkältemittel
getauscht wird, das ausgehend von dem Kältemittelverdampfer gefördert und
zu dem Kältemittelverdichter
geleitet wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine Kältekreislaufvorrichtung
zu schaffen, die Verbesserungen bezüglich der Anbringung bzw. Halterung
des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
und eines variablen Drosselventils an einem Fahrzeug, wie etwa einem Kraftfahrzeug,
bereit stellt. Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine Kältekreislaufvorrichtung
zu schaffen, die einen vereinfachten Aufbau für das variable Drosselventil
bereit stellen kann.
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In Übereinstimmung mit einem ersten
Aspekt der Erfindung sorgt beispielsweise eine überschüssige Kältemittelmenge, die durch die
Kältekreislaufvorrichtung
zum Kühlen
seiner Last bzw. zum Kühlen desselben
zirkuliert, dafür,
dass das Niederdruckkältemittel,
das ausgehend von dem Kältemittelverdampfer
gefördert
und zu dem Kältemittelverdichter geleitet
wird, in zwei Phasen geändert
bzw. umgesetzt wird, in eine flüssige
und eine gasförmige
Phase. Dies führt
dazu, dass eine größere Wärmemenge in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
im Vergleich zu einem gesättigten
gasförmigen
Kältemittel
getauscht wird.
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Das Hochdruckkältemittel, das ausgehend von
dem Sammelbehälter
für flüssiges Kältemittel gefördert und
zu dem Kältemittelverdampfer
geleitet wird, wird durch Niederdruckkältemittel gekühlt, das ausgehend
von dem Kältemittelverdampfer
gefördert und
zu dem Kältemittelverdichter
geleitet wird. Dies erbringt einen höheren Unterkühlungspegel
bzw. -grad für
das Kältemittel,
das in das variable Drosselventil eingeleitet wird.
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In diesem Fall kann der Öffnungsquerschnitt bzw.
der Drosselöffnungsgrad
des Ventillochs des variablen Drosselventils bzw. das Ausmaß, mit dem der
Ventilkörper
angehoben wird, verringert werden, wenn der Unterkühlungspegel
bzw. -grad des Kältemittels,
das ausgehend von dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher gefördert wird,
erhöht
wird, wodurch die Kältemittelmenge
verringert wird, die durch die Kältekreislaufvorrichtung
zirkuliert. Die Trockenheit bzw. der Grad an Trockenheit bzw. der Überhitzungspegel
bzw. -grad des Kältemittels
auf der Auslassseite des Kältemittelverdampfers
wird dadurch optimiert, wodurch das Leistungsvermögen des
Kältemittelsverdampfers
verbessert wird.
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Andererseits sorgt beispielsweise
eine unzureichende Kältemittelmenge,
die durch die Kältekreislaufvorrichtung
für seine
Kühllast
strömt,
für einen übermäßigen Überhitzungspegel
bzw. -grad des Niederdruckkältemittels,
das von dem Kältemittelverdampfer
ausgehend gefördert
und zu dem Kältemittelverdichter
geleitet wird. Dies führt
zu einer kleineren Wärmemenge,
die in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
getauscht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein niedrigerer Unterkühlungspegel
bzw. -grad für
das Kältemittel
bereit gestellt, das in das variable Drosselventil eingeleitet wird.
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In diesem Fall kann der Öffnungsquerschnitt bzw.
der Drosselöffnungsgrad
des Ventillochs des variablen Drosselventils bzw. das Ausmaß, mit dem der
Ventilkörper
angehoben wird, erhöht
werden, da der Unterkühlungspegel
bzw. -grad des Kältemittels, das
ausgehend von dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher gefördert wird,
kleiner wird. Dies erhöht die
Kältemittelmenge,
die durch die Kältekreislaufvorrichtung
umgewälzt
wird. Die Trockenheit bzw. der Grad an Trockenheit bzw. der Überhitzungspegel bzw.
-grad des Kältemittels
auf der Auslassseite des Kältemittelverdampfers
wird dadurch optimiert, wodurch das Leistungsvermögen des
Kältemittelverdampfers
verbessert wird.
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Dadurch kann der Überhitzungspegel bzw. -grad
des Kältemittels
auf der Auslassseite des Kältemittelverdampfers
durch Einstellen der Kältemittelmenge
indirekt gesteuert werden, die durch das Kältemittelsystem zirkuliert
in Reaktion auf den Unterkühlungsgrad
bzw. -pegel des Kältemittels.
Außerdem
kann ein bestimmter Grad an Trockenheit für das Kältemittel auf der Auslassseite
des Kältemittelverdampfers
bereit gestellt werden, da der Unterkühlungsgrad des Kältemittels,
das in das variable Drosselventil eingeleitet wird, kleiner wird.
Dies erlaubt es, dass eine größere Wärmemenge
zwischen dem Hochdruckkältemittel,
das ausgehend von dem Sammelbehälter
für flüssiges Kältemittel
gefördert
und zu dem Kältemittelverdampfer
geleitet wird, und dem Niederdruckkältemittel getauscht wird, das
ausgehend vom Kältemittelverdampfer
gefördert
und zu dem Kältemittelverdichter
geleitet wird, wodurch die Unterkühlung des Hochdruckkältemittels
durch das Niederdruckkältemittel
erleichtert wird. Da ein höherer
Unterkühlungspegel
bzw. -grad für
das Kältemittel bereit
gestellt werden kann, das in das variable Drosselventil eingeleitet
wird, können
Verbesserungen sowohl bezüglich
des Leistungsvermögens
des Kältemittelverdampfers
wie bezüglich
der Wärmemenge bereit
gestellt werden, die in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
getauscht wird.
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Da andererseits ein bestimmter Grad
an Trockenheit für
das Kältemittel
auf der Auslassseite des Kältemittelverdampfers
bereit gestellt wird, wenn bzw. da der Unterkühlungspegel bzw. -grad des
Kältemittels,
das in das variable Drosselventil eingeleitet wird, kleiner wird,
wird Geräusch,
das in dem Kältemittelverdichter
erzeugt wird, minimal bzw. so gut wie nicht zu dem Kältemittelverdampfer übertragen
und im Wesentlichen sogar verhindert. Andererseits verwendet die
Kältekreislaufvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik ein typisches temperaturgesteuertes Expansionsventil
zum Steuern des Überhitzungspegels
bzw. -grads des Kältemittels
auf der Auslassseite des Kältemittelverdampfers.
Dies führt
zu einer verringerten Kühlwirkung
des Hochdruckkältemittels durch
das Niederdruckkältemittel
in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher und zu einer deutlich verringerten
Verbesserung des Kühlvermögens. Unter
Verwendung des variablen Drosselven tils in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ist es jedoch möglich,
das Kühlvermögen zu verbessern.
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In Übereinstimmung mit einem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das variable Drosselventil
stromabwärts
von dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
in Richtung des Kältemittelstroms
und stromaufwärts
von dem Kältemittelverdampfer
in Richtung des Kältemittelstroms
angeordnet, wodurch flüssiges
Hochdruckkältemittel,
das in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher unterkühlt wird,
dem variablen Drosselventil zugeführt werden kann. Dies erlaubt
es, Geräusch
zu unterbinden, dass in dem variablen Drosselventil erzeugt wird,
im Vergleich zu einem System, das Kältemittel in zwei Phasen, in
einer flüssigen
und einer gasförmigen
Phase, in das Ventilloch zuströmen
lässt.
Dies erleichtert außerdem
die Erzeugung von Kältemittel mit
zwei Phasen, einer flüssigen
und einer gasförmigen
Phase, wenn Hochdruckkältemittel
das Ventilloch des variablen Drosselventils durchsetzt, wodurch
ein verbessertes Leistungsvermögen
für den Kältemittelverdampfer
bereit gestellt wird.
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In Übereinstimmung mit einem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher eine erste Kältemittelleitung auf,
durch die Hochdruckkältemittel,
das ausgehend von dem Sammelbehälter
für flüssiges Kältemittel gefördert und
zu dem variablen Drosselventil geleitet wird, strömt, und
eine zweite Kältemittelleitung,
durch die Niederdruckkältemittel,
das ausgehend vom dem Kältemittelverdampfer
gefördert
und zu dem Kältemittelverdichter
geleitet wird, strömt.
Mit dieser Anordnung kann Wärme
zwischen dem Hochdruckkältemittel,
das ausgehend von dem Sammelbehälter für flüssiges Kältemittel
gefördert
und zu dem Kältemittelverdampfer
geleitet wird, und Niederdruckkältemittel
ge tauscht werden, das ausgehend von dem Kältemittelverdampfer gefördert und
zu dem Kältemittelverdichter
geleitet wird. Dies erlaubt es; dass das Niederdruckkältemittel
Wärme aus
dem Hochdruckkältemittel
absorbiert, wodurch das flüssige Hochdruckkältemittel
zusätzlich
unterkühlt
wird, das ausgehend von dem Sammelbehälter für flüssiges Kältemittel gefördert wird.
Andererseits wird das Niederdruckkältemittel durch das Hochdruckkältemittel geheizt,
wodurch das Niederdruckkältemittel,
das ausgehend vom dem Kältemittelverdampfer
gefördert
wird, durch Überhitzen
verdampft werden kann.
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In Übereinstimmung mit den vierten
und fünften
Aspekten der Erfindung kann es sich bei dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
entweder um einen Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher,
bei dem eine Außenumfangsfläche von
einem der ersten und zweiten Kältemittelleitungen
durch die andere Kältemittelleitung
umgeben ist, oder um einen Doppelschicht-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher handeln, bei dem
eine Stirnseite bzw. Endfläche
von einer der ersten und zweiten Kältemittelleitungen sich in
engem Kontakt mit einer Stirnseite bzw. Endfläche der anderen Kältemittelleitung
befindet. Dies erlaubt es, die Größe bzw. Abmessung des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
zu verringern und Verbesserungen bezüglich der Anbringung bzw. Halterung
des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
in Position bereit zu stellen, wodurch der Platz zum Installieren
des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
im Motorraum eines Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftfahrzeugs, verkleinert
werden kann.
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In Übereinstimmung mit einem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das variable Drosselventil
in dem Hochdruckkältemitteldurchlass enthalten,
der in einer Rohrverbindung bzw. einem Block zur Verbindung zwischen
der ersten Kältemittel leitung
des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
und einem Einlassrohr des Kältemittelverdampfers
festgelegt ist, wodurch eine Verbesserung bezüglich der Anbringung bzw. Halterung
des variablen Drosselventils bereit gestellt wird. Außerdem weist
das System keinen temperaturempfindlichen Zylinder zum Erfassen
des Überhitzungspegels
bzw. -grads auf der Auslaßseite
des Kältemittelverdampfers
auf. Diese Anordnung erlaubt es, dass das variable Drosselventil
mit lediglich dem Hochdruckkältemitteldurchlass,
der in der Rohrverbindung bzw. dem Block festgelegt ist, betätigt wird,
wodurch die Rohrverbindung bzw. der Block durch vereinfachte Struktur
bereit gestellt werden kann. Das variable Drosselventil, das in
dem Hochdruckkältemitteldurchlass enthalten
ist, macht eine externe Dichtungsstruktur überflüssig, wodurch eine vereinfachte
Konfiguration bereit gestellt wird..
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In Übereinstimmung mit einem siebten
Aspekt der Erfindung ist das variable Drosselventil in dem Hochdruckkältemitteldurchlass
eingesetzt, der in der ersten Kältemittelleitung
des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
festgelegt, und damit in den Hochdruckkältemitteldurchlass eingebaut
ist, wodurch eine Verbesserung bezüglich der Anbringung bzw. Halterung
des variablen Drosselventils bereit gestellt wird. Das variable
Drosselventil, das in dem Hochdruckkältemitteldurchlass enthalten
ist, macht eine externe Dichtungsstruktur überflüssig, wodurch eine vereinfachte
Konfiguration bereit gestellt wird.
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Wenn in Übereinstimmung mit einem achten Aspekt
der Erfindung der Unterkühlungspegel
bzw. -grad des Kältemittels,
das ausgehend von der ersten Kältemittelleitung
des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
gefördert
und in das Ventilloch des variablen Drosselventils eingeleitet wird,
größer wird,
und der Innendruck der ersten Druckkammer kleiner wird als der Innendruck
der zweiten Druckkammer, wird die Membran nahe an dem Ventilkörper durch
Antrieb verschoben, begleitet von einer Vorspannkraft der Ventilkörpervorspanneinrichtung.
Dies erlaubt es, dass die Kältemittelmenge,
die durch die Kältekreislaufvorrichtung
zirkuliert, verringert ist, wodurch ein höherer Überhitzungsgrad des Kältemittels
auf der Auslassseite des Kältemittelverdampfers
bereit gestellt wird.
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Wenn andererseits der Unterkühlungspegel bzw.
-grad eines Kältemittels,
das ausgehend von der ersten Kältemittelleitung
des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
gefördert
und in das Ventilloch des variablen Drosselventils eingeleitet wird,
sinkt und der Innendruck der ersten Druckkammer höher als
der Innendruck der zweiten Druckkammer wird, wird die Membran so
verschoben, dass der Ventilkörper
gegen die Vorspannkraft der Ventilkörpervorspanneinrichtung in Öffnungsstellung
angetrieben wird. Dies erlaubt es, dass die Kältemittelmenge, die durch die
Kältekreislaufvorrichtung
zirkuliert, größer wird,
wodurch ein geringerer Überhitzungspegel
bzw. -grad des Kältemittels
auf der Auslassseite des Kältemittelverdampfers
bereit gestellt wird.
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Wenn in Übereinstimmung mit den neunten und
zehnten Aspekten der Erfindung die Kreislaufumschalteinrichtung
den ersten Kältekreislauf
auf den zweiten Kältekreislauf
umschaltet, umgeht fiochtemperatur-Hochdruckkältemittel, das aus dem Kältemittelverdichter
ausgetragen wird, den Kältemittelkondensator
und den Sammelbehälter
für flüssiges Kältemittel
und strömt
daraufhin durch die erste Kältemittelleitung
des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
und das variable Drosselventil in den Kältemittelverdampfer hinein.
Daraufhin wird Wärme
zwischen der Luft, die durch das Klimatisierungsgehäuse der
Klimatisierungseinheit strömt,
und druckfrei gemachtem Kälte mittel
(heißem
Gas), das der Luft zugesetzt wird, die durch das Klimatisierungsgehäuse strömt, getauscht,
wodurch die Heizfähigkeit
des Heißwasserheizers
beim Heizen des Motors verbessert wird bzw. unmittelbar nachdem
der Motor gestartet worden ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung beispielhaft näher
erläutert;
in dieser zeigen:
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1 schematisch
einen Kältekreislauf
für eine
Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform,
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2 schematisch
den Aufbau einer Klimatisierungseinheit der Fahrzeugklimaanlage
gemäß der ersten
Ausführungsform,
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3 eine
Querschnittsansicht eines Umkehrunterkühlungssteuerventils, das in
einem kubischen Kasten enthalten ist, der mit einem Endverbindungsabschnitt
eines Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
gemäß der ersten
Ausführungsform
integriert ist,
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4A eine
Querschnittsansicht des Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsform,
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4B eine
Querschnittsansicht des Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
entlang der Linie IVB-IVB
von 4A,
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5 eine
Querschnittsansicht des Umkehrunterkühlungssteuerventils in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsform,
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6A ein
Mollier-Diagramm des Kältekreislaufs
der Fahrzeugklimaanlage gemäß der ersten
Ausführungsform,
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6B schematisch
den Aufbau des Kältekreislaufs
für die
Fahrzeugklimaanlage,
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7 schematisch
den Aufbau der Klimatisierungseinheit einer Fahrzeugklimaanlage
in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform,
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8 schematisch
den Aufbau des Kältekreislaufs
der Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung
mit der zweiten Ausführungsform,
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9 schematisch
den Aufbau des Kältekreislaufs
der Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung
mit einem Vergleichsbeispiel,
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10A schematisch
den Aufbau eines Kältekreislaufs
gemäß dem Stand
der Technik mit einem Unterkühlungskondensator,
und
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10B schematisch
den Aufbau eines Kältekreislaufs
gemäß dem Stand
der Technik mit einem Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher.
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[Konfiguration der ersten
Ausführungsform]
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1 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt
einen Kältekreislauf
für eine
Fahrzeugklimaanlage und 2 zeigt
eine Klimatisierungseinheit für
die Fahrzeugklimaanlage.
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Die Fahrzeugklimaanlage gemäß dieser Ausführungsform
ist eine Automatikklimaanlage. Die Automatikklimaanlage sieht vor,
dass eine Klimatisierungssteuereinheit (nachfolgend als Klimatisierungs-ECU
bezeichnet) jede der Klimatisierungszustandsveränderungseinrichtungen (Stellorgane)
einer Klimatisierungseinheit 1 steuert, um die Fahrgastzelle
eines Fahrzeugs, wie eines Kraftfahrzeugs, zu klimatisieren, das
mit einem Verbrennungsmotor (nachfolgend als Motor bezeichnet) E
versehen ist.
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Die Klimatisierungseinheit 1 umfasst
ein Klimatisierungsgehäuse 2,
das auf der Vorderseite der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zum Festlegen
eines Luftdurchlasses im Innern angeordnet ist. Am am weitesten
stromaufwärts
liegenden Teil des Klimatisierungsgehäuses 2 in Luftströmungsrichtung
ist ein Innen-/Außenluftumschaltkasten
vorgesehen, in dem eine Außenluftansaugöffnung 11,
durch die Luft außerhalb
der Fahrgastzelle (Außenluft)
angesaugt wird, und eine Innenluftansaugöffnung 12 gebildet sind,
durch die Luft in der Fahrgastzelle (Innenluft) angesaugt wird.
Außerdem
ist eine Innen-/Außenluftumschaltklappe 13 vorgesehen,
die in dem Innen-/Außenluftumschaltkasten
untergebracht ist, um die Außenluftansaugöffnung 11 und
die Innenluftansaugöffnung 12 wahlweise
zu öffnen
und zu schließen.
Stromabwärts
von diesen Bestandteilen in Luftströmungsrichtung ist ein Luftgebläse vom Zentrifugaltyp
zum Einstellen des Durchsatzes von Luft vorgesehen, die in die Fahrgastzelle
geleitet wird. Beispielsweise wird die Innen-/Außenluftumschaltklappe 13 durch
ein (nicht gezeigtes) Stellorgan, wie etwa einen Servomotor, angetrieben,
um die Ansaugöffnungsbetriebsart
zumindest zwischen einer Außenluftansaug-(FRS)Betriebsart
und einer Innenluftumwälz-(REC)Betriebsart
umzuschalten.
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Das Zentrifugalluftgebläse weist
ein Schnecken- bzw. Spiralgehäuse
auf, das integral mit dem Klimatisierungsgehäuse 2 gebildet ist,
einen Gebläsemotor 19,
durch den eine (nicht gezeigte) Gebläsetreiberschaltung eine Spannung
steuern kann, die an ihn angelegt ist (eine Gebläsesteuerspannung) zum Ändern der
Drehzahl des Motors, und einen Zentrifugallüfter 20, der durch
den Gebläsemotor 19 drehangetrieben
ist. Am am weitesten stromabwärts
liegenden Teil des Klimatisierungsgehäuses 2 in Luftströmungsrichtung
ist eine Entfroster(DEF)öffnung 14 zum
Blasen von Luft in Richtung auf die Innenseite der Windschutzscheibe
des Fahrzeugs vorgesehen, eine Gesichts-(FACE)öffnung 15 zum Blasen
klimatisierter Luft in Richtung auf den Oberkörper (beispielsweise die Kopf-
und Brustabschnitte) eines Fahrgasts, eine Fuß-(FOOT)öffnung 16 zum Blasen klimatisierter
Luft auf den Unterkörper
(beispielsweise den Fußabschnitt)
eines Fahrgasts und Umschaltklappen 17, 18 zum
wahlweisen Öffnen
und Schließen
von jeder dieser Blasöffnungen.
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Die Öffnungsumschaltklappen 17, 18,
die beispielsweise durch ein (nicht gezeigtes) Stellorgan, wie etwa
einen Servomotor, angetrieben werden, schalten die Blasöffnungsbetriebsart
zumindest zwischen einer Gesichts-(FACE)betriebsart, einer Zwei-Niveau-(B/L)Betriebsart,
einer Fuß-(FOOT)betriebsart,
einer Fuß/Entfroster-(F/D)betriebsart
und einer Entfroster(DEF)betriebsart um. Stromaufwärts von
den mehreren Blasöffnungsumschaltklappen 17, 18 in
Luftströmungsrichtung
ist beispielsweise ein Heißwasserheizer
(Heizerkern) 8 zum Wiedererhitzen der Luft, die einen Verdampfer 7 durchsetzt
hat, derart angeordnet, dass ein Teil eines Luftstromdurchlasses
in dem Klimatisierungsgehäuse 2 blockiert
wird. Der Heißwasserheizer 8 ist
in etwa im Mittenpunkt in einem Kühlwasserkreislauf angeordnet, in
dem ein Kühlwasserzirkulations-
bzw. -umwälzstrom
durch eine Wasserpumpe 22 erzeugt wird, die durch den Motor
E angetrieben wird. Außerdem
erlaubt der Heißwasserheizer 8,
dass Kühlwasser durch
ihn zirkuliert, das Abwärme
von dem Motor E absorbiert hat, wenn ein Heißwasserventil 23,
das in dem Kühlwasserzirkulationskreis
angeordnet ist, geöffnet
ist, und das Kühlwasser
wird als Heizwärmequelle
verwendet. In diesem Hinblick bildet der Heißwasserheizer 8 einen
Heizwärmetauscher,
der das Klimatisierungsgehäuse 2 durchsetzende
Luft in die Lage versetzt, Wärme
mit dem Kühlwasser
zu tauschen, wodurch sie geheizt wird.
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Der. Heißwasserheizer 8 ist
außerdem
mit einer Luftmischklappe 24 zum Einstellen des Luftvolumens
versehen, das den Heißwasserheizer 8 durchsetzt,
und zum Einstellen des Luftvolumens, das den Heißwasserheizer 8 umgeht,
um dadurch die Blastemperatur von Luft zu steuern, die in die Fahrgastzelle
geblasen wird. Die Luftmischklappe 24 wird beispielsweise
durch ein (nicht gezeigtes) Stellorgan, wie etwa einen Servomotor,
angetrieben. Zwischen dem Zentrifugalluftgebläse und dem Heißwasserheizer 8 ist
der Verdampfer 7, der als Bestandteil des Kältekreislaufs
dient, der in dem Fahrzeug vorgesehen ist, derart angeordnet, dass
der gesamte Luftstromdurchlass in dem Klimatisierungsgehäuse 2 blockiert
wird.
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Der Verdampfer 7 in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
bildet einen Kältemittelverdampfer
zum Verdampfen von Kältemittel,
das zwei Phasen aufweist, bestehend aus einer flüssigen und einer gasförmigen Phase,
und das adiabatisch expandiert worden ist, während es das Drosselloch 67 eines
Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 in
dem Kältekreislauf
durchsetzt hat. Der Verdampfer 7 bildet einen Kühlwärmetauscher,
damit Luft das Klimatisierungsgehäuse 2 durchsetzen
kann, um Wärme mit
dem Kältemittel
zu tauschen, das dadurch gekühlt wird.
Wie in 1 und 3 gezeigt, handelt es sich
bei dem Verdampfer 7 um einen Wärmetauscher in Schichtaufbau,
der einen Einlasstankabschnitt aufweist, der über ein Einlassrohr 35 mit
einem ersten Kältemitteldurchlass 25 verbunden
ist, der in einer kubischen Blockverbindung 9 festgelegt
ist, in der dasselbe Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 vorgesehen
ist, einen Auslasstankabschnitt, der über ein Auslassrohr 36 mit
einem zweiten Kältemitteldurchlass 26 verbunden
ist, der in der Blockverbindung 9 festgelegt ist, und eine
Kombination aus Formplatten und gewellten Rippen, die abwechselnd
schichtweise übereinander
angeordnet sind, um einen U-förmigen Kältemittelverdampfungsdurchlass
festzulegen, der zwischen den Einlass- und Auslasstankabschnitten in
Verbindung gebracht ist.
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Der vorstehend genannte Kältekreislauf,
der in einem Fahrzeug, wie etwa einem Kraftfahrzeug, vorgesehen
ist, umfasst einen Verdichter (Kältemittelverdichter) 3,
einen Unterkühlungskondensator bzw.
-verflüssiger 4,
einen Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5,
das Umkehrunterkühlungssteuerventil
(variables Drosselventil) 6, den Verdampfer (Kältemittelverdampfer) 7 und
eine Kältemittelleitung
zum Verbinden dieser Komponenten in einem Ring bzw. Kreis(lauf).
Der Verdichter 3 ist ein Kältemittelverdichter zum Verdichten
von Kältemittel, das
durch die Ansaugöffnung
angesaugt wird, und daraufhin zum Austragen aus der Austragöffnung. Der
Verdichter 3 ist mit der Abtriebswelle des Motors E über eine
(nicht gezeigte) elektromagnetische Kupplung verbunden. Die elektromagnetische
Kupplung unterbricht die Kraftübertragung
vom Motor E auf den Verdichter 3. Außerdem kann die Antriebswelle
des Verdichters 3 mittels eines Elektromotors drehangetrieben
sein.
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Wie in 1 und 6B gezeigt, weist der Unterkühlungskondensator 4 einen
ersten Sammeltank 41 auf, der über eine Hochdruckkältemittelleitung 33 mit
der Austragöffnung
des Verdichters 3 verbunden ist, einen zweiten Sammeltank 42,
der über
eine Hochdruckkältemittelleitung 34 mit
dem Einlassabschnitt des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 verbunden
ist, mehrere Rohre 43, 44 und Rippen (nicht gezeigt),
die zwischen die ersten und zweiten Sammeltanks 41, 42 in
Verbindung gebracht sind, und einen Sammelbehälter 45, der mit der
Rückseitenwandfläche des
ersten Sammeltanks 41 verbunden ist.
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Das Innere des ersten Sammeltanks 41 ist durch
mehrere Trennwände
(nicht gezeigt) in eine Einlasstankkammer, eine Auslasstankkammer
und eine Einlasstankkammer (von denen keine gezeigt ist) unterteilt.
Das Innere des zweiten Sammeltanks 42 ist hingegen mittels
einer einzigen (nicht gezeigten) Trennwand in eine Zwischentankkammer
und eine Auslasstankkammer (nicht gezeigt) unterteilt. Außerdem sind
mehrere Rohre 43 und Rippen vorgesehen, die zwischen die
Einlass- und Auslasstankkammern des ersten Sammeltanks 41 und
die Zwischentankkammer des zweiten Sammeltanks 42 in Verbindung
gebracht sind unter Bildung eines Kältemittelkondensators bzw.
-verflüssigers 46.
Der Kältemittelkondensator 46 ermöglicht es,
dass das aus der Austragöffnung
des Verdichters 3 ausgetragene Kältemittel mit der Luft außerhalb
der Fahrgastzelle (Außenluft)
Wärme tauscht,
um in flüssiges
Kältemittel kondensiert
zu werden.
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Mehrere Rohre 43 und Rippen,
die zwischen die Einlasstankkammer des ersten Sammeltanks 41 und
die Auslasstankkammer des zweiten Sammeltanks 42 in Verbindung
gebracht sind, bilden einen Unterkühler 47, damit flüssiges Kältemittel,
das ausgehend vom Sammelbehälter 45 gefördert wird,
Wärme mit
Außenluft
tauscht, um dadurch unterkühlt
zu werden. Der Sammelbehälter 45 ist
ein Vorratsbehälter
für flüssiges Kältemittel,
der das Kältemittel,
das im Kältemittelkondensator 46 kondensiert
und verflüssigt
wurde, in flüssiges
und gasförmiges
Kältemittel
trennt, wobei ausschließlich
das flüssige
Kältemittel
zum Unterkühler 47 zugeführt werden
kann.
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Wie in 3, 4A und 4B gezeigt, tauscht der Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 Wärme zwischen
dem Hochdruckkältemittel,
das durch eine erste Kältemittelleitung 51 strömt, die
flüssigkeitsdicht
in etwa im Mittenpunkt der Hochdruckkältemittelleitung (Hochdruckflüssigkeitsleitung) 34 in
Verbindung gebracht ist, und dem Niederdruckkältemittel tauscht, das durch
eine zweite Kältemittelleitung 52 strömt, die
flüssigkeitsdicht
in etwa im Mittenpunkt in einer Niederdruckkältemittelleitung (Niederdruckansaugleitung) 37 in
Verbindung gebracht ist. In der ersten Kältemittelleitung 51 ist
ein erster Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 festgelegt,
der sich in Fluidverbindung mit dem ersten Kältemitteldurchlass 25 befindet,
der in der Blockverbindung 9 festgelegt ist. In der zweiten
Kältemittelleitung 52 ist
ein zweiter Kältemittelwärmetauschdurchlass 54 festgelegt,
der sich in Fluidverbindung mit dem zweiten Kältemitteldurchlass 26 befindet,
der in der Blockverbindung 9 festgelegt ist.
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In dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 sind
die erste Kältemittelleitung 51 und
die zweite Kältemittelleitung 52 nahe
nebeneinander angeordnet, so dass Wärme zwischen den Kältemitteln getauscht
werden kann, die durch sie strömt.
Der Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 ist
als Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
aufgebaut, der es der ersten Kältemittelleitung 51,
die größeren Querschnitt
besitzt, erlaubt, durch die zweite Kältemittelleitung 52 umgeben
werden zu können, die
ringförmigen
Querschnitt aufweist. Hochdruckkältemittel,
das ausgehend von dem Unterkühler 47 gefördert und
zu dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 geleitet
wird, strömt
durch den inneren ersten Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 in
den Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5. Niederdruckkältemittel,
das ausgehend vom Verdampfer 7 gefördert und zu dem Verdichter 3 geleitet
wird, strömt
durch den äußeren zweiten
Kältemittelwärmetauschdurchlass 54 in
den Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5.
Das Niederdruckkältemittel
strömt
in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Hochdruckkältemittel, um
dadurch zwischen diesen Wärme
zu tauschen.
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Wie in 3 und 5 gezeigt, ist das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 in
dem ersten Kältemitteldurchlass 25 der
kubischen Blockverbindung (dem Verbinder) 9 aufgenommen
und darin gehalten, die mit einem Endverbindungsabschnitt des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers
5 verbunden ist. In der Blockverbindung 9 ist der zweite
Kältemitteldurchlass 26 in
dem ersten Kältemitteldurchlass 25 festgelegt.
Die Durchlässe 25, 26 sind
voneinander durch einen Grenzwandabschnitt der Blockverbindung 9 getrennt.
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In dem ersten Kältemitteldurchlass 25 ist
die stromaufwärtige
Seite des Drossellochs 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 als
Hochdruckkältemitteldurchlass 55 festgelegt,
während
die stromabwärtige
Seite des Drossellochs 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 als
Niederdruckkältemitteldurchlass 56 festgelegt
ist. Die Blockverbindung 9 weist eine Öffnung 57 auf, die
mit der Außenseite
am untersten Teil des Hochdruckkältemitteldurchlasses 55 in
Verbindung steht, wie in 3 gezeigt.
Die Öffnung 57 ist
mit einer Abdeckung 58 blockiert bzw. abgedeckt. Ein O-Ring 59 ist
zwischen der Außenumfangsfläche der
Abdeckung 58 und der Innenwandfläche der Öffnung 57 der Blockverbindung 9 vorgesehen,
um Kältemittelleckage
zu unterbinden.
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Die Blockverbindung 9, die
aus Metallmaterial hergestellt und in einer vorbestimmten Form einstückig gebildet
ist, ist eine Rohrverbindung zur flüssigkeitsdichten Verbindung
zwischen der ersten Kältemittelleitung 51 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 und
dem Einlassrohr 35 des Verdampfers 7 sowie zur
flüssigkeitsdichten
Verbindung zwischen der zweiten Kältemittelleitung 52 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 und
dem Auslassrohr 36 des Verdampfers 7. Die Außenwandfläche der
Blockverbindung 9, d. h., die Öffnung am stromabwärtigen Ende
des Niederdruckkältemitteldurchlasses 56 des
ersten Kältemitteldurchlasses 25 und der Öffnung am
stromaufwärtigen
Ende des zweiten Kältemitteldurchlasses 26 sind
durch Schweißen oder
dergleichen mit einem kreisrohrförmigen
ersten Buchsennippel 61 verbunden, der mit dem Einlassrohr 35 des
Verdampfers 7 in Verbindung steht, und einem kreisrohrförmigen zweiten
Buchsennippel 62, der mit dem Auslassrohr 36 des
Verdampfers 7 in Verbindung steht. Die ersten und zweiten
Buchsennippel 61, 62 können auch mit der Blockverbindung 9 integriert
sein.
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Zwischen der Außenumfangsfläche des
ersten Buchsennippels 61 und der Innenumfangsfläche des
Einlassrohrs 35 ist ein O-Ring 63 vorgesehen, um
Kältemittelleckage
zu unterbringen. Außerdem
ist zwischen der Außenumfangsfläche des
zweiten Buchsennippels 62 und der Innenumfangsfläche des Auslassrohrs 36 ein
O-Ring 64 vorgesehen, um Kältemittelleckage zu unterbinden.
In dem ersten Buchsennippel 61 ist ein rundlochförmiger erster
Verbindungspfad 65 vorgesehen, der es dem inneren ersten
Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 erlaubt,
mit dem Auslassrohr 36 des Verdampfers 7 über den
ersten Kältemitteldurchlass 25 in
der Blockverbindung 9 Verbindung aufzunehmen. In dem zweiten
Buchsennippel 62 ist ein rundlochförmiger zweiter Verbindungspfad 66 gebildet,
der es dem Einlassrohr 35 des Verdampfers 7 erlaubt,
mit dem äußeren zweiten Kältemittelwärmetauschdurchlass 54 in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 über den
zweiten Kältemitteldurchlass 26 in
der Blockverbindung 9 Verbindung aufzunehmen.
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Das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
entspricht dem variablen Drosselventil gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Umkehrunterkühlungs steuerventil 6 weist
ein Ventilgehäuse 68 mit
einem Drosselloch (Ventilloch) 67 zum adiabatischen Expandieren
von flüssigem
Kältemittel
auf, das dort hindurch tritt, und zwar in Zweiphasenkältemittel,
d. h. flüssiges
und gasförmiges
Kältemittel.
Das Steuerventil 6 weist außerdem ein Ventil (einen Ventilkörper) 69 zum
Einstellen der Öffnungsquerschnittsfläche bzw. des
Drosselöffnungsgrads
des Drossellochs 67 und eine Ventilkörperantriebseinrichtung zum
antriebsmäßigen Öffnen des
Ventils 69 in Reaktion auf den hohen Druck, die Temperatur
bzw. den Unterkühlungspegel
bzw. -grad (SC) von Kältemittel
auf, das in den Hochdruckkältemitteldurchlass 55 geleitet
wird. Das Steuerventil 6 weist außerdem eine Ventilkörpervorspanneinrichtung
zum Vorspannen des Ventils 69 in geschlossener Stellung
auf.
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Das Ventilgehäuse 68, das allgemein
in Form eines Kreisrohrs gebildet ist, ist flüssigkeitsdicht auf der Innenwandfläche des Grenzwandabschnitts
vorgesehen, der eine Trennung zwischen dem Hochdruckkältemitteldurchlass 55 und
dem Niederdruckkältemitteldurchlass 56 in der
Blockverbindung 9 bereit stellt. Auf dem Außenumfangsabschnitt
des Ventilgehäuses 68 sind
eine Kältemitteleinlassöffnung 71 und
eine Kältemittelauslassöffnung 72 gebildet.
Die Kältemitteleinlassöffnung 71 ist
eine Öffnung,
in der flüssiges
Kältemittel in
das Drosselloch 67 aus dem Hochdruckkältemitteldurchlass 55 eingeführt wird.
Die Kältemittelauslassöffnung 72 ist
eine Öffnung,
durch die in zwei Phasen vorliegendes Kältemittel, d. h., flüssiges und
gasförmiges
Kältemittel,
das Drosselloch 67 durchsetzt, um in den Niederdruckkältemitteldurchlass 56 geleitet
zu werden.
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Zwischen der Außenumfangsfläche des
Ventilgehäuses 68 und
der Innenwandfläche
des Grenzwandabschnitts der Blockverbindung 9 ist ein O-Ring 73 vorgesehen,
um zu verhindern, dass Kältemittel
das Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 umgeht
und direkt aus dem Hochdruckkältemitteldurchlass 55 in
den Niederdruckkältemitteldurchlass 56 strömt. In der Öffnung an
einem Ende des Ventilgehäuses 68 (oberes
Ende in 6) ist eine
Einstellschraube 74 zum Einstellen des Ventilöffnungsdrucks
des Ventils 69 in einen (nicht gezeigten) Innengewindeumfangsabschnitt
geschraubt, der dafür
gebildet ist. In der Öffnung
am anderen Ende des Ventilgehäuses 68 (unteres
Ende in der Figur) ist ein Membrangehäuse 76 zum Aufnehmen
einer Membran 75 fest angebracht, die die Ventilkörperantriebseinrichtung
bildet.
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Das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
ist in dem ersten Kältemitteldurchlass 25 der
Blockverbindung 9 hinter dem Wärmetausch in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 aufgenommen.
D. h., das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 wird
ausgehend von der Öffnung 57 in
den ersten Kältemitteldurchlass 25 der
Blockverbindung 9 eingeführt und die Öffnung 57 wird
gegenüber
der Atmosphäre
unter Verwendung des O-Rings 59 in der Abdeckung 58 luftdicht
gehalten. Gleichzeitig wird ein Schulterabschnitt, der auf dem Außenumfangsabschnitt
des Ventilgehäuses 68 gebildet
ist, gegen den Grenzwandabschnitt der Blockverbindung 9 sicher bzw.
fest gedrängt.
Die Abdeckung 58 ist vorliegend derart dicht fest angebracht,
dass der Gewindeabschnitt, der auf dem Außenumfang der Abdeckung 58 vorgesehen
ist, fest bzw. dauerhaft in den Gewindeabschnitt geschraubt ist,
der auf dem Innenumfang der Öffnung 57 vorgesehen
ist. Die Abdeckung bzw. der Deckel 58 kann außerdem an
der Blockverbindung 9 unter Verwendung einer. Festlegungseinrichtung
bzw. Fixiereinrichtung, wie etwa eines Sicherungsrings, festgelegt
sein.
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In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform
handelt es sich bei der zum Einsatz kommenden Ventilkörpervorspanneinrichtung
um eine Rückstellschraubenfeder 77 (nachfolgend
der Einfachheit halber als Feder bezeichnet). Die Feder 77 ist
in einem Niederdruckkältemitteldurchlass 38 in
dem Ventilgehäuse 68 aufgenommen.
Ein Ende der Feder 77 (in 3 das
obere Ende) befindet sich im Eingriff mit der Einstellschraube 74 bzw.
wird durch diese gehalten, während
das andere Ende der Feder 77 (in 3 das untere Ende) sich im Eingriff mit
dem Federtragelement 78 befindet bzw. durch dieses gehalten
ist, das mit dem Ventil 69 verbunden ist bzw. an diesem
anliegt.
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Die Ventilkörperantriebseinrichtung in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
verwendet eine Membran 75, die in den 3 und 5 abhängig von
der Druckdifferenz zwischen dem Innendruck einer ersten Druckkammer 31 und
dem Innendruck einer zweiten Druckkammer 32 vertikal verschoben wird,
und eine Betätigungsstange
(einen stangenförmigen
Körper) 79 zum Übertragen
der Verschiebung der Membran 75 auf das Ventil 69.
Wie vorstehend angesprochen, ist die Membran 75 in dem
Membrangehäuse 76 aufgenommen.
Der Innenraum des Membrangehäuses 76 ist
in die erste Druckkammer 31 und die zweite Druckkammer 32 durch
die Membran 75 unterteilt.
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In der ersten Druckkammer 31,
die durch die Membran 75 auf einer Seite (in den Figuren
der Unterseite) festgelegt ist, ist ein Medium (beispielsweise gasförmiges Kältemittel)
dicht eingeschlossen, das eine Temperaturänderung eines Kältemittels,
das ausgehend von der ersten Kältemittelleitung 51 des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 fördert und in
den Hochdruckkältemitteldurchlass 55 des
ersten Kältemitteldurchlasses 25 leitet,
in eine Druckänderung
umsetzt. Andererseits unterliegt das Innere der zweiten Druckkammer 32,
die durch die Membran 75 auf der anderen Seite (in der
Figur der Oberseite) festgelegt ist, dem hohen Druck eines Kältemittels, das
ausgehend von der ersten Kältemittelleitung 51 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 gefördert und
ausgehend von dem Hochdruckkältemitteldurchlass 55 des
ersten Kältemitteldurchlasses 25 in einen
Hochdruckkältemitteldurchlass 39 in
dem Ventilgehäuse 68 geleitet
wird. Mit anderen Worten befindet sich die zweite Druckkammer 32 in
Fluidverbindung mit dem Hochdruckkältemitteldurchlass 39.
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Unter der Voraussetzung, dass der
Pegel bzw. das Niveau der Unterkühlung
(SCout) eines Kältemittels,
das ausgehend von der ersten Kältemittelleitung 51 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 gefördert und
in den Hochdruckkältemitteldurchlass 55 im
Bereich der ersten Druckkammer 31 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 geleitet wird,
zunimmt. Außerdem
wird angenommen, dass der Innendruck der ersten Druckkammer 31 niedriger als
der Innendruck der zweiten Druckkammer 32 ist. In diesem
Fall erlaubt es das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 der
Membran 75 und der Betätigungsstange 79 in
der Figur nach unten derart verschoben zu werden, dass das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 von
der Vorspannkraft der Feder 77 begleitet bzw. unterstützt wird,
um das Ventil 69 in Schließstellung anzutreiben.
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Außerdem wird angenommen, dass
der Unterkühlungspegel
bzw. -grad (SCout) von Kältemittel, das
ausgehend von der ersten Kältemittelleitung 51 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 gefördert und
in den Hochdruckkältemitteldurchlass 55 im Bereich
der ersten Druckkammer 31 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 geleitet
wird, abnimmt bzw. kleiner wird. Außerdem wird angenommen, dass
der Innendruck der ersten Druckkammer 31 höher als
der Innendruck der zweiten Druckkammer 32 ist. In diesem
Fall erlaubt es das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 der
Membran 75 und der Betätigungsstange 79 in
der Figur nach oben derart verschoben zu werden, dass das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 das
Ventil 69 entgegen der Vorspannkraft der Feder 77 in
die Öffnungsstellung
antreibt.
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[Arbeitsweise der ersten
Ausführungsform]
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Nunmehr wird die Arbeitsweise des
Kältekreislaufs
der Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
unter Bezug auf 1 bis 6 näher erläutert. 6A zeigt ein Mollier-Diagramm von Zustandspunkten
eines Kältemittels
in dem Kältemittelkreis
des Kältekreislaufs. 6B zeigt Zustandspunkte "a" bis "g" des
Kältemittels
in dem Kältemittel
des Kältekreislaufs
entsprechend den Zustandspunkten "a" bis "g" in dem Mollier-Diagramm von 6A.
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Wie in 2 gezeigt,
wird beispielsweise die Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, wie etwa
eines Kraftfahrzeugs, wie folgt gekühlt. D. h., die Anlage erlaubt es,
dass die Innen/Außenluftumschaltklappe 13 von der
Ansaugöffnungsbetriebsart
in die Außenluftansaug-(FRS)betriebsart
umgeschaltet wird, um die Außenluftansaugöffnung 11 vollständig zu öffnen und die
Innenluftansaugöffnung 12 vollständig zu
schließen.
Die Anlage erlaubt es außerdem
den Umschaltklappen 17, 18, die Blasöffnungsbetriebsart
in die Gesichts-(FACE)betriebsart umzuschalten, um die FACE-Blasöffnung 15 vollständig zu öffnen, und
die DEF-Blasöffnung 14 und
die FOOT-Blasöffnung 16 vollständig zu
schließen.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Luftmischklappe 24 auf einen
vorbestimmten Öffnungsgrad
geöffnet,
um eine Blastemperatur bereit zu stellen, die auf die Sollpunkttemperatur
anspricht, die durch einen Fahrgast gewählt ist.
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Drehantreiben des Verdichters 3 durch
den Motor E o. dgl., der im Fahrzeug, wie etwa dem Kraftfahrzeug,
vorgesehen ist, veranlasst Kältemittel
dazu, durch den Kältekreislauf
zu zirkulieren. Das Kältemittel
wird daraufhin in dem Verdichter 3 verdichtet, wodurch
gasförmiges
Hochdruckkältemittel
(Zustandspunkt "a") aus der Austragöffnung zum
Einleiten in den Kältemittelkondensator 46 des
Unterkühlungskondensators 4 ausgetragen
wird. Beim Durchströmen
des Kältemittelkondensators 46 gibt
das in den Kältemittelkondensator 46 geleitete
gasförmige Hochdruckkältemittel
Wärme an
die Außenluft
ab und wird dadurch gekühlt,
indem es in flüssiges
Kältemittel
kondensiert wird.
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Daraufhin wird das Hochdruckkältemittel, das
aus dem Kältemittelkondensator 46 gefördert wird,
in den Sammelbehälter 45 geleitet,
um in flüssiges
und gasförmiges
Kältemittel
(Zustandspunkt "b") getrennt zu werden.
Daraufhin wird lediglich das flüssige
Kältemittel
in den Unterkühler 47 geleitet.
Das in den Unterkühler 47 geleitete
Kältemittel
gibt Wärme an
die Außenluft
ab, wenn es den Unterkühler 47 durchsetzt,
um zusätzlich
gekühlt
zu werden, wodurch es unterkühlt
wird (Zustandspunkt "c"). Daraufhin und
wie in 4 gezeigt, wird
das aus dem Unterkühler 47 geförderte Hochdruckkältemittel
in den ersten Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 geleitet, der
in der ersten Kältemittelleitung 51 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 (SCin)
festgelegt ist.
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Der Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
besitzt Doppelrohraufbau, demnach Hochdruckkältemittel, das aus dem Unterkühler 47 ge fördert und
zu dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 geleitet wird,
durch den inneren ersten Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 strömt, während Niederdruckkältemittel,
das ausgehend vom Verdampfer 7 gefördert und zu dem Verdichter 3 geleitet
wird, durch den äußeren zweiten
Kältemittelwärmetauschdurchlass 54 strömt. Das
Niederdruckkältemittel
strömt
dabei in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des Hochdruckkältemittels,
um zwischen den Kältemitteln
Wärme zu
tauschen. Hierdurch kann flüssiges Hochdruckkältemittel
in den inneren ersten Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 geleitet
werden, um Wärme
mit dem Niederdruckkältemittel
zu tauschen, das durch den äußeren zweiten
Kältemittelwärmetauschdurchlass 54 strömt, um in
ein Hochdruckkältemittel
zusätzlich
unterkühlt
zu werden, das in einer einzigen Phase, nämlich flüssig, vorliegt (SCout, Zustandspunkt "d").
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Wie in 3 bis 5 gezeigt, wird das Hochdruckkältemittel,
das ausgehend von dem ersten Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 der
ersten Kältemittelleitung 51 in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 gefördert und
in dem Hochdruckkältemitteldurchlass 55 des
ersten Kältemitteldurchlasses 25 in
der Blockverbindung 9 geleitet wird, ausgehend von der
Kältemitteleinlassöffnung 71 des
Ventilgehäuses 68 in
dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 in
den Hochdruckkältemitteldurchlass 39 geleitet und
daraufhin durch das Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 geleitet.
Beim Durchsetzen des Drossellochs 67 wird das Hochdruckkältemittel
schlagartig adiabatisch expandiert, um in gasförmiges und flüssiges Kältemittel
getrennt zu werden (Zustandspunkt "e"),
das daraufhin in den Niederdruckkältemitteldurchlass 38 geleitet
wird. Das Niederdruckkältemittel,
das ausgehend von der Kältemittelauslassöffnung 72 des
Ventilgehäuses 68 in den
Niederdruckkältemitteldurchlass 56 des
ersten Kältemittel durchlasses 25 in
der Blockverbindung 9 geleitet wird, durchsetzt daraufhin
den ersten Verbindungspfad 65 des ersten Buchsennippels 61,
um in das Einlassrohr 35 des Verdampfers 7 geleitet
zu werden.
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Das in das Einlassrohr 35 geleitete
Niederdruckkältemittel
strömt
daraufhin in den Einlasstankabschnitt des Verdampfers 7,
um in die mehreren U-förmigen
Kältemittelverdampfungsdurchlässe geleitet
zu werden. Daraufhin tauscht das Kältemittel, das in den Kältemittelverdampfungsdurchlass
des Verdampfers 7 geleitet wird, Wärme mit der Außenluft,
die durch das Klimatisierungsgehäuse 2 strömt, beim
Hindurchtreten durch den Kältemittelverdampfungsdurchlass,
wodurch es verdampft wird. Da diese Ausführungsform, wie nachfolgend
erläutert,
dazu bestimmt ist, einen bestimmten Pegel bzw. Grad an Überhitzung
(SH) des Kältemittels
in dem zweiten Kältemittelwärmetauschdurchlass 54 zu
erzielen, der in der äußeren zweiten
Kältemittelleitung 52 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 festgelegt
ist, wird das Kältemittel
davon abgehalten, auf der Auslassseite des Verdampfers 7 zu
verdampfen, bis das Kältemittel
sich in einem überhitzten
Dampfzustand befindet (SHin, Zustandspunkt "f").
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Das Niederdruckkältemittel, das ausgehend vom
Kältemittelverdampfungsdurchlass
des Verdampfers 7 gefördert
wird, wird daraufhin in den auslassseitigen Tankabschnitt geleitet,
um das Auslassrohr 36 zu durchsetzen, und es wird daraufhin
ausgehend vom zweiten Verbindungspfad 66 des zweiten Buchsennippels 62 in
den zweiten Kältemitteldurchlass 26 der
Blockverbindung 9 geleitet. Wie in 3 und 4 gezeigt,
strömt
daraufhin das Niederdruckkältemittel,
das flüssig
und gasförmig
vorliegt und in den zweiten Kältemitteldurchlass 26 geleitet
wurde, in den zweiten Kältemittelwärmetauschdurchlass 54, der in
der äußeren zweiten
Kältemittelleitung 52 des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 festgelegt ist.
Wie in 4 gezeigt, tauscht
daraufhin das Niederdruckkältemittel,
das in den äußeren zweiten
Kältemittelwärmetauschdurchlass 54 geleitet
wird, Wärme
mit dem Hochdruckkältemittel,
das durch den inneren ersten Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 strömt, um geheizt
bzw. erwärmt
zu werden, woraufhin es in ein Niederdruckkältemittel gebildet wird, das ausschließlich in
Gasphase vorliegt (als überhitzter Dampf)
(SHout, Zustandspunkt "g"). Das gasförmige Niederdruckkältemittel
in überhitztem
Dampfzustand wird daraufhin in die Ansaugöffnung des Verdichters 3 gesaugt.
-
In das Klimatisierungsgehäuse 2 durch
den Zentrifugallüfter 20 gesaugte
heiße
Luft, in dem das Zentrifugalluftgebläse in Drehung versetzt wird,
gibt Wärme
an ein Niederdruckkältemittel
ab, wenn Luft den Verdampfer 7 durchsetzt. Die heiße Luft
wird dadurch in kühle
Luft gekühlt.
Beispielsweise wird die gekühlte
Luft in klimatisierte Luft mit komfortabler Blastemperatur geändert als
Ergebnis des Klappenöffnungsgrads
der Luftmischklappe 24. Die Luft wird daraufhin in die
Fahrgastzelle durch die FACE-Öffnung 15 geblasen,
wodurch die Fahrgastzelle des Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftfahrzeugs,
gekühlt wird.
-
Der Kältekreislauf in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
ist wie folgt aufgebaut. D. h., eine Erhöhung des Unterkühlungspegels
bzw. -grads stromaufwärts
von dem Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 verringert
den Ventilöffnungsgrad
des Ventils 69 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6.
Eine Verringerung des Unterkühlungspegels
bzw. -grads stromaufwärts
von dem Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 erhöht andererseits
den Ventilöff nungsgrad
des Ventils 69 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6, wodurch
die Kältemittelmenge
eingestellt wird, die durch den Kältekreislauf zirkuliert. Dies
erlaubt es dem Überhitzungspegel
bzw. -grad (SH) auf der Auslassseite des Verdampfers 7,
der das Leistungsvermögen
des Verdampfers 7 u.a. beeinflusst, auf den Unterkühlungsgrad
bzw. -pegel (SC) stromaufwärts von
dem Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 rückgeführt bzw.
rückgekoppelt
zu werden.
-
Insbesondere wird angenommen, dass
die Kältemittelmenge,
die durch den Kältekreislauf
zirkuliert, für
eine Kühllast
zu groß ist.
In diesem Fall liegt das Niederdruckkältemittel, das ausgehend vom
Verdampfer 7 gefördert
und zu dem Verdichter 3 geleitet wird, in zwei Phasen,
nämlich
flüssig
und gasförmig, vor,
wodurch eine größere Wärmemenge
in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 getauscht
werden kann. Zu diesem Zeitpunkt gibt das Hochdruckkältemittel
Wärme an
das Niederdruckkältemittel
ab, wodurch ein höherer Überhitzungspegel
bzw. -grad für
das Kältemittel
bereit gestellt wird, das in den Verdichter 3 gesaugt wird.
Andererseits kühlt
das Niederdruckkältemittel
das Hochdruckkältemittel
unter Bereitstellung eines höheren
Unterkühlungspegels bzw.
-grads (SC) für
das Kältemittel
stromaufwärts vom
Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 in
Richtung des Kältemittelstroms.
-
Das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 ist derart
ausgelegt, wie aus Vorstehendem hervorgeht, dass ein Medium, wie
etwa gasförmiges
Kältemittel, das
in der ersten Druckkammer 31 auf der Unterseite der Membran 75 eingeschlossen
ist (wie in 3 gezeigt)
den Sättigungsdruck
veranlasst, als Funktion der Temperatur des Hochdruckkältemittel
zu variieren, das in den Hochdruckkältemitteldurchlass 55 des
ersten Kältemitteldurch lasses 25 in
der Blockverbindung 9 eingeleitet wird. Außerdem ist
das Innere der zweiten Druckkammer 32 auf der Oberseite
der Membran 75 (wie in 3 gezeigt)
dem hohen Druck des Hochdruckkältemittels
ausgesetzt, das in das Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 geleitet
wird. Am oberen Abschnitt des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 in
der Figur sind die Feder 77 und die Einstellschraube 74 derart
gewählt bzw.
eingestellt, dass sie eine Last gegen die Last bereit stellen, die
durch die Membran 75 erzeugt wird, damit der Ventilöffnungsgrad
des Ventils 69 durch den Unterkühlungspegel bzw. -grad steuerbar ist.
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Eine Erhöhung des Unterkühlungspegels bzw.
-grads (SC) stromaufwärts
vom Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 in
Richtung des Kältemittelstroms
führt dazu,
dass der Innendruck der ersten Druckkammer 31 niedriger
als der Innendruck der zweiten Druckkammer 32 wird, wodurch
die Membran 75 und die Betätigungsstange 79 veranlasst
werden, in 3 und 5 abwärts verschoben zu werden. Dies
wiederum führt
dazu, dass der Ventilöffnungsgrad
des Ventils 69 in dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 durch
Antrieb bzw. antriebsmäßig verkleinert
wird, wodurch die Neigung entsteht, das Drosselloch 67 zu
schließen.
D. h., je höher
der Unterkühlungspegel
bzw. -grad (SC) ist, desto kleiner wird der Ventilöffnungsgrad
des Ventils 69 in dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6,
was dazu führt,
dass die durch den Kältekreislauf
zirkulierende Kältemittelmenge
verkleinert wird. Da dies erlaubt, dass die Kältemittelmenge, die durch den
Kältekreislauf
zirkuliert, optimiert wird, wird das Kühlvermögen verbessert. Andererseits
wird angenommen, dass die Kältemittelmenge,
die durch den Kältekreislauf
zirkuliert, für
eine Kühllast
unzureichend ist. In diesem Fall wird ein übermäßiger Überhitzungspegel bzw. -grad
(SH) des Niederdruckkältemittels,
das ausgehend vom Verdampfer 7 gefördert und zum Verdichter 3 geleitet
wird, bereit gestellt, wodurch veranlasst wird, dass eine kleinere
Wärmemenge
in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 getauscht
wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Unterkühlungspegel bzw. -grad (SC)
stromaufwärts
vom Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 in
Kältemittelströmungsrichtung
verkleinert.
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Eine Verkleinerung bzw. Verringerung
des Unterkühlungspegels
bzw. -grads (SC) stromaufwärts
von dem Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 in
Richtung des Kältemittelstroms
führt dazu,
dass der Innendruck der ersten Druckkammer 31 höher als
der Innendruck der zweiten Druckkammer 32 wird, wodurch
die Membran 75 und die Betätigungsstange 79 veranlasst
werden, in 3 und 5 in Aufwärtsrichtung verschoben zu werden.
Dies wiederum führt
dazu, dass der Ventilöffnungsgrad
des Ventils 69 in dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 durch
Antrieb bzw. antriebsmäßig vergrößert wird,
wodurch die Neigung bereit gestellt wird, das Drosselloch 67 zu öffnen. D.
h., je niedriger der Unterkühlungspegel
bzw. -grad (SC) ist, desto höher
bzw. größer ist
der Ventilöffnungsgrad
des Ventils 69 in dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6,
was dazu führt,
dass eine größere Kältemittelmenge
durch den Kältekreislauf
zirkuliert. Dies verursacht einen geringeren Überhitzungspegel bzw. -grad
(SH) auf der Auslassseite des Verdampfers 7, wodurch eine
verbesserte bzw. vergrößerte Wärmemenge zum
Tausch zwischen dem Hochdruckkältemittel, das
durch den inneren ersten Kältemittelwärmetauschdurchlass 53 in
den Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
5 strömt
und dem Niederdruckkältemittel
gebracht wird, das durch den äußeren zweiten
Kältemittelwärmetauschdurchlass 54 strömt.
-
[Wirkungen der ersten
Ausführungsform]
-
Wie vorstehend erläutert, erlaubt
der Kältekreislauf
der Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform,
dass der Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 Wärme zwischen
dem flüssigen
Hochdruckkältemittel, das
ausgehend vom Unterkühler 47 des
Unterkühlungskondensators 4 vom
Verdampfer 7 gefördert wird,
und Niederdruckkältemittel,
das in flüssiger
und gasförmiger
Form vorliegt, um zum Verdampfer 7 des Verdichters 3 gefördert zu
werden, zu tauschen. Dies erlaubt insbesondere, dass der Überhitzungspegel bzw.
-grad (SH) und der Trockenheitsgrad auf der Auslassseite des Verdampfers 7 abgesehen
von anderen das Leistungsvermögen
des Verdampfers 7 beeinflussenden Faktoren auf dem Unterkühlungspegel
bzw. -grad (SC) stromaufwärts
vom Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 rückgekoppelt
bzw. rückgeführt wird.
D. h., die Kältemittelmenge,
die durch den Kältekreislauf
zirkuliert, wird in Reaktion auf den Unterkühlungspegel bzw. -grad (SC)
eingestellt, wodurch der Überhitzungspegel
bzw. -grad (SH) und der Trockenheitsgrad auf der Auslassseite des
Verdampfers 7 indirekt gesteuert werden können. Dies
erbringt eine Verbesserung bezüglich
des Luftkühlvermögens des
Verdampfers 7, d. h., bezüglich des Kühlvermögens der Fahrgastzelle.
-
Da das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 derart
ausgelegt ist, dass lediglich der Zustand des Kältemittels stromaufwärts vom
Drosselloch 67 in Kältemittelstromrichtung
verwendet werden kann, um das Ventil 69, die Membran 75 und
die Betätigungsstange 79 zu
betätigen,
kann ein stärker
vereinfachter Aufbau bereit gestellt werden als bei dem temperaturgesteuerten
Expansionsventil 104 gemäß dem Stand der Technik. Das
temperaturgesteuerte Expansionsventil 104 gemäß dem Stand
der Technik benötigt
einen Hochdruckkältemitteldurchlass
und einen Niederdruckkältemitteldurchlass,
die in dem Block festgelegt sind. Das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
benötigt
lediglich zumindest den Hochdruckkältemittelumgehungsdurchlass 55 des
ersten Kältemitteldurchlasses 25,
der in der Blockverbindung 9 festgelegt ist, um das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 zu
betätigen.
Dies ist deshalb der Fall, weil das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 keinen temperaturempfindlichen
Zylinder 106 zum Erfassen des Überhitzungspegels
bzw. -grads (SH) auf der Auslassseite des Verdampfers 7 aufweist.
Das Einfügen
des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 in
den Hochdruckkältemitteldurchlass 55 des
ersten Kältemitteldurchlasses 25 beseitigt
außerdem
die Notwendigkeit für
eine externe Dichtungsstruktur zur Verhinderung einer Kältemittelleckage
aus dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 zur
Außenseite,
wodurch eine zusätzlich
vereinfachte Struktur für
das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 bereit
gestellt wird.
-
Das temperaturgesteuerte Expansionsventil 104 ist
außerdem
dazu ausgelegt, die Kältemittelmenge
einzustellen, die durch den Kältekreislauf
zirkuliert, um dadurch den Überhitzungspegel
bzw. -grad (SH) auf der Auslassseite des Verdampfers 105 einzustellen.
Dies erfordert einen Überhitzungsbereich
in dem Kältemittelverdampfungsdurchlass
des Verdampfers 105, was es schwierig macht, das Leistungsvermögen des
Verdampfers 105 vollständig
zu nutzen. Der Kältekreislauf
in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
ermöglicht
außerdem
eine willkürliche
Einstellung des Zustands des Kältemittels
auf der Auslassseite des Verdampfers 7 durch den Unterkühlungspegel
bzw. -grad, wodurch eine Verbesserung des Luftkühlvermögens für den Verdampfer 7 möglich ist,
d. h., des Kühlleistungsvermögens der
Fahrgastzelle.
-
Ein bestimmter Trockenheitsgrad kann
außerdem
für das
Kältemittel
auf der Auslassseite des Verdampfers 7 bereit gestellt
werden, weil der Unterkühlungspegel
bzw. -grad (SC) stromaufwärts
vom Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 kleiner
wird. Dies erlaubt es, dass eine größere Wärmemenge zum Wärmetausch
zwischen dem flüssigen
Hochdruckkältemittel,
das ausgehend vom Unterkühler 47 des
Unterkühlungskondensators 4 zum
Verdampfer 7 bereit gestellt wird, und dem Niederdruckkältemittel,
das in flüssiger
und gasförmiger Phase
vorliegt, und ausgehend vom Verdampfer 7 zum Verdichter 3 gefördert wird,
zu bewirken. Das Hochdruckkältemittel
wird demnach mittels des Niederdruckkältemittels problemlos unterkühlt, wodurch das
Niederdruckkältemittel
durch das Hochdruckkältemittel
problemlos überhitzt
werden kann. Dies ermöglicht
die Bereitstellung eines höheren
Unterkühlungspegels
bzw. -grads (SC) stromaufwärts
vom Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6,
wodurch sowohl das Leistungsvermögen
des Verdampfers 7 verbessert wird wie die Wärmemenge erhöht wird,
die zum Tausch in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 gebracht
wird.
-
Da ein bestimmter Trockenheitsgrad
für das Kältemittel
auf der Auslassseite des Verdampfers 7 bereit gestellt
werden kann, weil der Unterkühlungsgrad
bzw. -pegel (SC) stromaufwärts
vom Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 kleiner
wird, werden im Verdichter 3 erzeugte Geräusche nur
minimal zum Verdampfer 7 übertragen, wodurch verhindert
werden kann, dass Geräusch
und Vibration vom Verdampfer 7, der im Klimatisierungsgehäuse 2 vorgesehen
ist, zur Fahrgastzelle übertragen
werden. Das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 ist
außerdem
in dem Hochdruckkältemitteldurchlass 55 gemäß dem ersten
Kältemitteldurchlass 25 enthalten,
der in der Blockverbindung 9 festgelegt ist zur Verbindung
zwischen der er sten Kältemittelleitung 51 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 und
dem Einlassrohr 35 des Verdampfer 7. Dies erbringt
eine Verbesserung bei der Anbringung bzw. Halterung des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 am
Fahrzeug im Vergleich zu dem Fall, in dem das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 außerhalb
der Blockverbindung 9 vorgesehen ist.
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Das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 ist außerdem stromabwärts vom
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 sowie
stromaufwärts
vom Verdampfer 7 in Verbindung gebracht, wodurch das flüssige Hochdruckkältemittel,
nachdem es in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 unterkühlt worden
ist, zu dem Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 zugeführt werden
kann. In dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 erzeugtes
Geräusch
kann dadurch problemlos unterdrückt
werden im Vergleich zum Fall eines Kältemittels in kombinierter
flüssiger
und gasförmiger
Phase zur Einführung
in das Drosselloch 67. Das Hochdruckkältemittel erzeugt außerdem problemlos
ein Kältemittel
doppelter Phase, umfassend flüssiges
und gasförmiges
Kältemittel,
beim Durchsetzen des Drossellochs 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6,
wodurch das Luftkühlvermögen des
Verdampfers 7 verbessert wird, d. h., das Kühlvermögen der
Fahrgastzelle.
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In dieser Ausführungsform sind die erste Kältemittelleitung 51 und
die zweite Kältemittelleitung 52 in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 nahe
zueinander angeordnet, so dass Wärme
zwischen den dadurch strömenden
Kältemitteln
ausgetauscht werden kann. Der Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 ist
insbesondere als Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
ausgelegt, wobei die erste Kältemittelleitung 51 einen
kreisförmigen
Querschnitt aufweist, die durch die zweite Kältemittelleitung 52 mit ringförmigem Querschnitt umgeben
ist. Hierdurch kann die Größe des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 verringert
werden und Verbesserungen bezüglich
Anbringung bzw. Halterung des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 in
bestimmter Position werden bereit gestellt und der Raum bzw. Platzbedarf
zum Installieren des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 in
der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftfahrzeugs,
kann verringert werden.
-
[Aufbau der zweiten Ausführungsform]
-
7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere zeigt 7 einen
Kältekreislauf
einer Fahrzeugklimaanlage und 8 zeigt
eine Klimatisierungseinheit der Fahrzeugklimaanlage.
-
Der Kältekreislauf der Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
umfasst einen normalen Kühlkreislauf,
einen Heißgaskreislauf
und ein elektromagnetisches Umschaltventil 10 zum Umschalten
zwischen dem normalen Kühlkreislauf
und dem Heißgaskreislauf.
Ein Rückschlagventil 50 steht
in Verbindung zwischen einer Stelle stromabwärts vom Unterkühlungskondensator 4 und einer
Stelle stromaufwärts
vom elektromagnetischen Umschaltventil. Das Rückschlagventil 50 kann
außerdem
integral in dem elektromagnetischen Umschaltventil 10 vorgesehen
sein.
-
Wie vorliegend verwendet, bezieht
sich der Begriff "normaler
Kühlkreislauf" auf einen Kältekreis (einen
ersten Kältekreislauf),
in dem gasförmiges Hochdruckkältemittel,
das aus der Austragöffnung des
Verdichters 3 ausgetragen wird, durch den Unterkühlungskondensator
bzw. -verflüssiger 4 (ausgehend
vom Kältekondensator 46 durch
den Sammelbehälter 45 zum
Unterküh ler 47),
der ersten Kältemittelleitung 51 in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5,
dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6, dem
Verdampfer 7, der zweiten Kältemittelleitung 52 in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 und einem
Sammelbehälter 21 zur
Ansaugöffnung
des Verdichters 3 zurück
umgewälzt
wird.
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Wie vorliegend verwendet, bezieht
sich der Begriff "Heißgaskreislauf" auf einen Kältemittelkreis (zweiter
Kältekreislauf),
in dem gasförmiges
Nochdruckkältemittel,
das aus der Austragöffnung
des Verdichters 3 ausgetragen wird, den Unterkühlungskondensator
bzw. -verflüssiger 4 umgehen
gelassen wird, woraufhin es durch die erste Kältemittelleitung 51 in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5, das
Umkehrunterkühlungssteuerventil 6,
den Verdampfer 7, die zweite Kältemittelleitung 52 in
dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5,
den Sammelbehälter 21 und
daraufhin zurück
zur Ansaugöffnung
des Verdichters 3 zirkuliert.
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Das elektromagnetische Umschaltventil 10 dient
als Kreislaufumschalteinrichtung. Das elektromagnetische Umschaltventil 10 schaltet
den normalen Kühlkreislauf
auf den Heißgaskreislauf
um, wenn die Temperaturen der Außenluft, des Motorkühlwassers,
der in den Verdampfer 7 gesaugten Luft und der Luft unmittelbar.
stromabwärts
vom Verdampfer 7 niedriger als ein vorbestimmter Wert sind.
Beispielsweise tritt ein Umschalten auf, wenn der Öffnungsgrad
der Luftmischklappe 24 maximal bzw. MAX und heiß bzw. HOT
steht.
-
9 zeigt
eine Ansicht eines Kältekreislaufs
der Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung mit
einem Vergleichsbeispiel. In diesem Kältekreislauf sind ein elektromagnetisches
Umschaltventil 107 zum Umschalten des normalen Kühlkreislaufs auf den
Heißgaskreislauf
und das temperaturgesteuerte Expansionsventil 104 vorgesehen.
Als temperaturgesteuertes Expansionsventil 104 wird ein
so genanntes Blocktyp(Kastentyp)Expansionsventil verwendet, das
den Expansionsventilkörper
und den temperaturempfindlichen Zylinder 106 in einem kubischen Block
enthalten aufweist. Ein Rückschlagventil 108 und
ein Akkumulator bzw. Sammelbehälter 109 sind ebenfalls
gezeigt. Ein invariables bzw. unveränderliches Drosselventil 113 mit
einem Durchmesser von etwa 2,5 mm ist in einer Umgehungsleitung 110 angeordnet
und macht das Kältemittel
druckfrei, das zu dem Verdampfer 105 während des Heißgaskreislaufs geleitet
wird. In dieser Anordnung können
auch das Rückschlagventil 108 und
das unveränderliche
Drosselventil 113 integral in dem elektromagnetischen Umschaltventil 107 vorgesehen
sein.
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[Merkmale der zweiten
Ausführungsform]
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Wie beispielsweise in 7 gezeigt, wird die Fahrgastzelle
eines Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftfahrzeugs, wie folgt gekühlt. D.
h., die Anlage erlaubt es der Innen/Außenluftumschaltklappe 13,
die Ansaugöffnungsbetriebsart
in die Außenluftansaug-(FRS)betriebsart
umzuschalten, um die Außenluftansaugöffnung 11 vollständig zu öffnen und
die Innenluftansaugöffnung 12 vollständig zu
schließen. Außerdem erlaubt
es das System den Blasöffnungsumschaltklappen 17, 18,
auf die Blasöffnungsbetriebsart
für die
Fuß-(FOOT)betriebsart
zum vollständigen Öffnen der
FOOT-Blasöffnung 16 und
zum vollständigen
Schließen
der DEF-Blasöffnung 14 und der
FACE-Blasöffnung 15 umzuschalten.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Luftmischklappe 24 auf einen
vorbestimmten Grad (beispielsweise MAX und HOT) geöffnet, um
eine Blastemperatur bereit zu stellen, die auf die Sollpunkttemperatur
anspricht, die durch einen Fahrgast gewählt ist.
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Andererseits würde das Umschalten des Kältekreislaufs
vom normalen Kühlkreislauf
auf den Heißgaskreislauf
mittels des elektromagnetischen Umschaltventils 10 die
Ursache haben, dass ein Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel,
das aus dem Verdichter 3 ausgetragen wird, den Unterkühlungskondensator
bzw. -verflüssiger 4 umgeht
und daraufhin durch die erste Kältemittelleitung 51 des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 und
das Drosselloch 67 des Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 in
den Verdampfer 7 zu fließen. In dem Verdampfer 7 wird
daraufhin Wärme
zwischen der durch das Klimatisierungsgehäuse 2 der Klimatisierungseinheit 1 strömenden Luft
und dem Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel getauscht, um der
Luft Wärme
zuzuführen,
die durch das Klimatisierungsgehäuse 2 strömt, wodurch
die Heizfähigkeit
des Heißwasserheizers
8 beim Starten des Motors oder unmittelbar, nachdem der Motor gestartet
worden ist, verbessert wird.
-
In dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 wird
außerdem
das Steuerventil 69 vollständig geöffnet, wenn ein Unterkühlungspegel
bzw. -grad (SC) stromaufwärts
vom Drosselloch 67 in der Kühlmittelstromrichtung nicht
erzielt werden kann. Selbst dann, wenn das elektromagnetische Umschaltventil 10 den normalen
Kühlkreislauf
auf den Heißgaskreislauf
umschaltet, um das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 zu
betätigen
(Unterkühlungsgrad
bzw. -pegel = 0°C), ist
es nicht erforderlich, den Unterkühlungskondensator 102 und
das Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 zu
umgehen. Dies macht die Umgehungsleitung 100 von 9 im Kältekreislauf überflüssig, wodurch der
Aufbau des Kältekreislaufs
vereinfacht werden kann. Es wird bemerkt, dass das Ventilloch des
Umkehrunterkühlungssteuerventils 6 einen
Durchmesser (von einen Durchmesser (von beispielsweise 24 mm) in
seiner vollständigen Öffnungsstellung
aufweist, die während
des Heißgaskreislauf
erforderlich ist. Wie in 9 gezeigt,
erfordert ein typischer Sammelbehälterkreislauf die Umgehungsleitung 110,
die an dem Fahrzeug aufwendig angebracht werden muss und zu zusätzlichen
Kosten führt;
diese Probleme können
jedoch bei der vorliegenden Ausführungsform
nicht auftreten.
-
[Weitere Ausführungsformen]
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In der vorstehend erläuterten
Ausführungsform
ist das variable Drosselventil mit dem Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 implementiert,
das einen kleineren Öffnungsquerschnitt
bzw. einen kleineren Drosselöffnungsgrad
für das
Drosselloch 67 bzw. ein geringeres Ausmaß, um das
das Ventil 69 angehoben wird, bereit stellt, wenn ein höherer Unterkühlungspegel
bzw. -grad bereit gestellt wird oder der Unterkühlungspegel bzw. -grad größer als
ein vorbestimmter Wert ist. Das variable Drosselventil, das mit dem
Umkehrunterkühlungssteuerventil 6 implementiert
ist, stellt außerdem
einen größeren Öffnungsquerschnitt
bzw. einen höheren
Drosselöffnungsgrad für das Drosselloch 67 bzw.
ein größeres Ausmaß bereit,
um das das Ventil 69 angehoben wird, wenn ein geringerer
Unterkühlungspegel
bzw. -grad bereit gestellt wird oder der Unterkühlungspegel bzw. -grad kleiner
als der vorbestimmte Wert ist. Es ist jedoch auch möglich, ein
Elektromotor angetriebenes oder ein elektromagnetisches Durchsatzsteuerventil
mit einer Kältemitteltemperatursensoreinrichtung
zum Erfassung des Unterkühlungspegels
bzw. -grads bzw. der Kältemitteltemperatur
bereit zu stellen, das einen kleineren Öffnungsquerschnitt bzw. einen
kleineren Drosselöffnungsgrad
für das
Drosselloch 67 bzw. ein kleineres Ausmaß bereit stellt, um das das Ventil 69 angehoben
werden muss, wenn ein höherer Unterkühlungspegel bzw.
-grad bzw. eine höhere Kältemitteltemperatur
mit der Kältemitteltemperaturerfassungseinrichtung
erfasst wird. Die Vorrichtung kann außerdem einen größeren Öffnungsquerschnitt bzw.
einen höheren
Drosselöffnungsgrad
für das Drosselloch 67 bzw.
ein größeres Ausmaß, um das das
Ventil 69 angehoben wird, bereit stellen, wenn ein Unterkühlungspegel
bzw. -grad bzw. eine niedrigere Kältemitteltemperatur erfasst
wird.
-
In der vorstehend genannten Ausführungsform
ist die Auslassseite des Unterkühlungskondensators
(ein Kältemittelkondensator,
der mit einem Sammelbehälter
für flüssiges Kältemittel
integriert ist) 4, der den Kältemittelkondensator 46,
den Sammelbehälter 45 und
den Unterkühler 47 integriert,
mit der Einlassseite der ersten Kältemittelleitung 51 des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 verbunden.
Es ist jedoch auch möglich,
eine Verbindung zwischen der Auslassöffnung des Sammelbehälters 45,
der von dem Kältemittelkondensator 46 getrennt ist,
und der Einlassseite der ersten Kältemittelleitung 51 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 bereit
zu stellen. D. h., der Unterkühler 47 kann
entfallen, weil Hochdruckkältemittel
in der ersten Kältemittelleitung 51 des
Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 5 unterkühlt wird.
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Da der Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher in der vorstehend
genannten Ausführungsform den
Doppelrohr-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 nutzt,
der so aufgebaut ist, dass die Außenumfangsfläche der
ersten Kältemittelleitung 51, durch
die Hochdruckkältemittel,
gefördert
ausgehend vom Unterkühlungskondensator 4 und
gerichtet zu dem Verdampfer 7 strömt, von der zweiten Kältemittelleitung 52 umgeben
ist, durch die Niederdruckkältemittel,
gefördert
ausgehend vom Verdampfer 7 und geleitet zu dem Verdichter 3 strömt. Es ist
jedoch auch möglich,
einen Doppelrohr- Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 5 zu
verwenden, der so aufgebaut ist, dass die Außenumfangsfläche der
zweiten Kältemittelleitung 52,
durch die Niederdruckkältemittel,
gefördert
ausgehend vom Verdampfer 7 und geleitet zu dem Verdichter 3 strömt, von
der ersten Kältemittelleitung 51 umgeben
ist, durch die Hochdruckkältemittel,
gefördert
ausgehend vom Unterkühlungskondensator 4 und
geleitet zu dem Verdampfer 7 strömt.
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Andererseits kann als Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
auch ein Doppelschicht-Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher
verwendet werden, der es erlaubt, dass eine Endfläche bzw.
Endseite der ersten Kältemittelleitung 51 (eine
Seite bzw. Fläche
in Gegenüberlage
zu der zweiten Kältemittelleitung 52)
eine Endfläche
bzw. Stirnseite der zweiten Kältemittelleitung 52 (eine
Fläche
bzw. Seite in Gegenüberlage
zu der ersten Kältemittelleitung 52)
eng kontaktiert, so dass Wärme
zwischen den dort hindurch strömenden
Kältemitteln
getauscht werden kann.
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Die erste Kältemittelleitung 51 und
die zweite Kältemittelleitung 52 können auch
benachbart oder nahe zueinander derart angeordnet sein, dass Wärme zwischen
den Kältemitteln
getauscht werden kann, die dort hindurch strömen.
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Die Erfindung ist vorstehend lediglich
beispielhaft erläutert
worden und zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich,
die sämtliche im
Umfang der Erfindung liegen.